基于虚拟现实和眼动追踪的谵妄筛查和干预系统

本发明涉及vr，特别是指一种基于虚拟现实和眼动追踪的谵妄筛查和干预系统、方法、电子设备和计算机可读取存储介质。

背景技术：

1、谵妄是以注意力、意识和认知功能发生急性、波动性紊乱为核心特征的急性脑功能障碍综合征，是icu患者最常见的严重并发症之一。国内外临床数据显示，icu机械通气患者的谵妄发生率高达60%-80%，非机械通气患者发生率也可达20%-50%。谵妄的发生不仅会显著延长患者icu住院时长与总住院时间，增加院内病死率、呼吸机相关性肺炎、深静脉血栓等并发症风险，还会导致患者出院后远期认知功能障碍、生活质量下降，给家庭和社会带来沉重的医疗与照护负担。

2、国内外重症医学指南均明确提出，应对icu患者实施每日常规谵妄筛查，并针对高风险患者尽早开展预防性干预。目前临床一线应用的谵妄评估工具以icu意识模糊评估法（cam-icu）、重症监护谵妄筛查量表（icdsc）为主，这类工具虽被推荐为临床金标准，但存在无法规避的核心缺陷：一是评估结果高度依赖医护人员的专业经验与主观判断，评估者间一致性kappa值仅为0.5-0.7，基层医院与低年资医护人员的评估准确率不足60%；二是评估流程耗时5-10分钟，无法实现床旁连续动态监测，对具有波动性特征的亚谵妄状态识别率不足40%，极易漏诊早期谵妄风险；三是评估过程需要患者配合完成指令动作，对镇静状态、机械通气、言语功能障碍的icu患者适用性极差。

3、针对主观评估的局限性，现有技术也探索了客观评估手段，但均存在明显的临床应用瓶颈：脑电（eeg）监测虽能反映脑功能变化，但设备复杂、操作门槛高，需要专业神经电生理人员判读，无法适配icu床旁常规筛查场景；血清生物标志物检测为有创操作，时效性差，无法实现动态连续评估；传统桌面式眼动追踪技术虽能捕捉谵妄相关的眼动异常，但需要患者保持坐立姿势、头部固定，完全无法适配icu卧床、制动、镇静患者的筛查需求，且易受环境光、头部晃动干扰，数据采集准确率低。

4、虚拟现实（vr）技术作为一种沉浸式交互技术，已在icu患者的情绪调节、睡眠改善、认知训练中展现出应用潜力，但现有vr技术在icu谵妄管理中的应用仍存在严重短板：一是现有vr系统多聚焦于谵妄发生后的干预环节，未形成“筛查-预警-干预”的全流程闭环管理，无法满足早期预防的临床核心需求；二是现有vr与眼动追踪结合的筛查系统未针对icu场景优化，无头部姿态补偿机制，无法解决卧床患者头部晃动带来的眼动数据误差，测试任务未围绕谵妄的核心诊断要点设计，特征提取针对性差；三是现有筛查模型多为单任务单模型架构，仅能实现“谵妄/非谵妄”的二分类判断，无法实现“正常-icu亚谵妄-谵妄”的三级精准分级，对亚谵妄状态的识别准确率低，更无法实现谵妄转化风险的早期预测；四是现有系统与医院现有his、emr系统兼容性差，无法对接患者临床基线数据，难以融入临床现有护理流程，推广应用难度大。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了如下技术方案：

2、一方面，提供了一种基于虚拟现实和眼动追踪的谵妄筛查和干预系统，包括终端交互层、床旁边缘层、云端算法层和临床应用层，各层级通过主备双冗余加密通信链路实现数据交互；

3、所述终端交互层以沉浸式vr交互终端为核心载体，集成双目眼动采集模组、6dof头部姿态追踪模组、微型oled显示模组、终端主控单元、无线通信单元，负责谵妄评估测试任务的沉浸式展示、眼动与头部姿态数据的实时采集、眼动坐标的头部姿态实时补偿、眼动轨迹生成与数据上传；

4、所述床旁边缘层以床旁边缘主机为核心，内置边缘主控与算力单元、多协议通信单元、医疗数据对接单元、床旁交互触控单元、数据安全加密单元，负责终端数据的接收解析、眼动特征靶向提取、谵妄分级筛查与转化风险预测的本地模型推理、院内临床数据对接、床旁结果可视化输出；

5、所述云端算法层以云端服务器集群为载体，内置gpu计算节点集群、分布式存储节点、安全网关与隔离单元、模型管理与运维节点，负责多模态医疗数据管理、谵妄筛查模型与风险预测模型的训练优化、模型版本管理与分发、多中心临床数据统计分析；

6、所述临床应用层包括医生工作站、护士站终端、移动护理pda，负责患者筛查全流程管理、筛查与风险结果可视化、个性化干预方案推荐与执行管理、临床数据统计与报表生成。

7、另一方面，还提供了一种基于虚拟现实和眼动追踪的谵妄筛查和干预系统的应用控制方法，基于上述所述的基于虚拟现实和眼动追踪的谵妄筛查和干预系统实施，包括以下步骤：

8、系统初始化与患者个性化校准：医护人员通过床旁边缘主机输入患者住院号，系统自动从院内emr系统获取患者基线临床数据并创建筛查任务，为患者佩戴沉浸式vr交互终端后，依次完成设备自检、光感度自适应校准、9点注视点坐标系映射校准，校准完成后系统进入筛查就绪状态；

9、多维度谵妄评估测试任务的序列展示与交互：系统根据患者临床特征自动匹配适配的测试任务序列，通过沉浸式vr交互终端依次展示注意力测试、意识水平测试、思维能力测试、定向力测试四大类谵妄特异性评估任务，通过语音与文字引导患者通过注视完成对应测试操作；

10、头部姿态补偿的眼动轨迹全周期实时采集与预处理：测试任务执行过程中，系统通过双目眼动采集模组按120hz频率同步采集患者双眼瞳孔坐标与瞳孔直径数据，通过6dof头部姿态追踪模组同步采集头部三维姿态数据，通过头部姿态补偿算法对原始眼动坐标进行动态补偿，经预处理后生成标准化眼动轨迹数据集并实时上传至床旁边缘主机；

11、基于测试任务类型的关注点匹配与第一眼动特征提取：床旁边缘主机根据当前测试任务类型，匹配对应核心关注点，通过i-vt注视点识别算法对眼动轨迹进行事件分割，从分割后的眼动事件中靶向提取与谵妄评估相关的36维第一眼动特征，生成标准化特征向量；

12、基于多子模型融合的icu谵妄分级筛查推理：床旁边缘主机将各测试任务对应的第一眼动特征向量，分别输入对应子筛查模型，获取各子模型的预测概率，通过改进的d-s证据理论融合算法完成多模型决策级融合，最终输出“正常、icu亚谵妄、谵妄”三级筛查类别；

13、基于筛查分级的目标测试任务匹配与风险预测特征提取：当筛查结果为正常或icu亚谵妄时，系统根据预测类别匹配对应的目标测试任务，从眼动轨迹数据中提取与谵妄转化风险高度相关的12维第二眼动特征，结合患者临床基线特征生成风险预测特征向量；

14、基于多模态特征融合的谵妄转化风险概率预测：系统将风险预测特征向量输入谵妄转化风险评估模型，通过基于多因素cox比例风险模型的推理，输出患者7天内谵妄转化的累计风险概率，并划分为低、中、高三个风险等级，针对中高风险患者自动触发预警；

15、筛查与风险结果输出及个性化干预方案生成：系统自动生成标准化谵妄筛查与风险评估报告，在床旁触控屏、护士站终端、医生工作站同步展示结果，同时根据患者的筛查结果与风险等级，从vr干预方案库中自动匹配个性化干预方案，医护人员确认后可下发至vr终端执行干预，形成“筛查-预警-干预-再评估”的全流程闭环管理。

16、另一方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，实现如上述所述的方法。

17、另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述所述的方法。

18、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

19、本方案针对现有icu谵妄评估与管理技术的核心痛点，通过全链路的技术创新，实现了icu谵妄的客观化、精准化、早期化筛查与干预，相对于现有技术，具备以下核心技术优势：

20、第一，非侵入式、客观化的三级分级筛查，彻底摆脱主观评估的局限。本方案通过vr+眼动追踪技术，实现了谵妄评估的全流程客观化，无需医护人员主观判断，评估者间一致性达100%，彻底解决了传统评估工具主观依赖性强、准确率低的痛点；创新实现了“正常-icu亚谵妄-谵妄”的三级精准分级，对亚谵妄状态的识别准确率≥90%，远优于现有技术，填补了亚谵妄早期识别的技术空白。

21、第二，针对icu卧床场景优化的技术架构，临床适配性极强。本方案创新采用6dof头部姿态追踪与眼动坐标补偿算法，彻底摆脱了传统眼动系统对头部固定的要求，患者卧床状态下头部±30°旋转、±10cm平移范围内，仍能保持高精度的眼动数据采集；全流程测试仅需患者通过注视即可完成，无需言语或动作配合，对镇静、机械通气、言语功能障碍的icu患者适用性达100%，完美适配icu临床场景。

22、第三，多维度测试任务匹配多子模型融合的筛查算法，筛查精度行业领先。本方案围绕谵妄的核心诊断要点，设计了四大维度的特异性测试任务，针对每个维度设计专属子筛查模型，通过改进的d-s证据理论实现多模型决策级融合，对谵妄的识别准确率≥96%，auc≥0.98，远优于现有单模型筛查方案；全流程测试时长≤60s，远短于传统评估方法，大幅降低了医护人员的工作负担。

23、第四，首创的谵妄转化风险预测模型，实现从“事后筛查”到“事前预警”的转变。本方案创新构建了基于多模态特征融合的谵妄转化风险预测模型，可提前7天识别正常向亚谵妄、亚谵妄向谵妄转化的高风险患者，预测auc≥0.91，填补了现有技术无法实现谵妄早期风险预警的空白，为临床早期预防性干预提供了客观依据，从源头降低谵妄的发生率。

24、第五，“筛查-预警-干预”全流程闭环管理，深度贴合临床需求。本方案不仅实现了精准筛查与风险预警，还配套了基于循证医学的个性化vr干预方案库，可根据患者的筛查结果与风险等级自动匹配干预方案，形成全流程闭环管理，完全贴合临床abcdef集束化护理策略，有效提升了非药物干预的效果，显著降低icu谵妄发生率，缩短患者住院时长。

25、第六，端边云协同架构，低延迟、高可靠，符合医疗数据合规要求。本方案采用端边云协同架构，床旁边缘主机实现本地实时推理，单样本推理延迟≤100ms，断网状态下仍可完成完整筛查流程，确保icu场景的高可靠性；所有数据采用国密算法端到端加密，上传云端的数据全脱敏处理，符合等保2.0三级与医疗数据合规要求，同时可无缝对接医院现有his、emr系统，无需改造现有院内信息系统，易于临床推广应用。

26、第七，模块化、可扩展设计，支持多场景应用与多中心临床研究。本系统采用模块化设计，测试任务、模型算法、干预方案均可灵活配置与扩展，不仅可用于icu成人患者，还可适配儿科icu、老年科、神经内科等多科室的谵妄筛查需求；云端平台支持多中心数据联合分析，为谵妄的临床研究提供了标准化的工具与高质量的数据库，具备极高的临床应用与科研价值