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Medicine

경증 인지 장애가있는 중국 환자의 문자 디지털 필기 분석

doi: 10.3791/61841 Published: March 11, 2021
* These authors contributed equally

Summary

이 연구는 전통적인 연필 종이 필기 분석에 의해 드러난 것보다 더 많은 정보를 찾기 위해 경증 인지 장애를 가진 개인의 문자의 디지털 필기 분석을 제안했습니다.

Abstract

증거의 증가 금액은 인지 적자와 운동 장애는 분리 되지 않습니다 보여줍니다. 경증 인지 장애 (MCI)를 가진 환자는 상부 사지의 미세한 운동 장애를 나타낼 수 있습니다. 필기는 모터와 인지 조정을 모두 포함하는 복잡하고 독특한 인간의 활동입니다. 서방 국가에서 연구원은 MCI를 가진 환자가 이상한 필기 특징이 있다는 것을 것을을 발견했습니다. 그러나 중국 인구에서는 관련 연구가 수행되지 않았습니다. 필기의 교차 배양 현상 때문에, 이 연구 결과의 목표는 MCI를 가진 노인 환자와 나이 일치하는 건강한 개별 사이 필기 기능에 있는 다름을 보여주기 위하여 새로운 필기 업무를 찾아내고 입니다.

Introduction

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경도 인지 장애(MCI)는 알츠하이머병(AD)1의발병에 앞서 과도기적이지만 점진적으로 퇴행성 인지 단계로 간주된다. 연간 AD 진행률은 15%이며 중등도 및 중증 MCI 케이스의 거의 75%가 진단되지 않은 상태로 남아 있을 수 있는 것으로보고되었습니다. 최근 연구에 따르면 MCI 환자는 미세 운동 작업3의일부 측면에 어려움이 있으며, 느린 걸음걸이와 같은 운동 장애를 보인 환자는 치매4의위험이 높다고 보고되었다.

필기는 시각 및 운동 지각, 운동 적 지각, 모터 계획, 눈 손 조정, 시각 모터 통합, 손재주 및 수동 기술1을포함한 인지, 운동성 및 지각 모터 구성 요소의 복잡한 조화를 수반하는 복잡한 인간 활동입니다. 필기 분석은 AD 및 파킨슨 병 (PD)5와같은 많은 유형의 신경 퇴행성 질환에서 인지 및 운동 장애를 검출하는 데 활용되었습니다. 또한, 필기 문제의 일부 측면은 MCI 및 질병 진행과 관련된 지표로 보고되고있다 6. 인구의 대다수가 언어를 사용하기 때문에 중국어 스피커(특히 단순화된 중국어 문자)의 필기 분석을 조사하는 연구는 여전히 부족합니다.

MCI를 가진 개별에 있는 필기 이상 또는 "agraphia"를 조사한 몇몇 기사가 있었습니다. 예를 들어, 전통적인 연필 종이 방법을 활용하여 Zhou와 동료들은 MCI 환자와 MCI가없는 개인 사이의 뚜렷한 쓰기 능력을 공개하려고 노력했습니다. 오류7을작성하는 경우를 제외하고 그룹 간의 차이점은 명확하지 않았습니다. Kawa 외. 스마트 펜을 사용하여 MCI 환자에서 필기 기능을 발견, 동적으로 쓰기 동안 스트로크와 펜 속도를 분석 할 수있다2. WACOM 하드웨어 및 MovAlyzeR 소프트웨어는 기존의 연필 및 종이 방법 및 스마트 펜 종이 방법에 비해 더 많은 실시간 정보를 감지 할 수 있습니다. 따라서 펜다운 압력, 속도, 가속 및 바보와 같은 동적 필기 데이터는 단어2사이의 문자 크기 및 공간과 같은 정적 데이터에 비해 필기 분석의 새로운 초점으로 밝혀졌습니다.

그러나 간과할 수 없는 또 다른 현상은 필기의 문화적 이체입니다. 다른 나라의 쓰기 시스템은 항상 동일하지 않습니다 (예를 들어, 영어 편지는 히브리어 문자가 오른쪽에서 왼쪽으로 작성하는 동안 왼쪽에서 오른쪽으로 작성됩니다)8. 이 문제점에서, 리뷰조차도 필기 분석9,10개의 알파벳 언어의 효과를 확인했으며, 중국어문자와 서양 문자 사이의 넓은 격차는 이러한 연구 결과11에서 필기 분석의 교환 능력을 저해하고 있다.

서양 언어(예: 영어)와 중국어 사이에는 몇 가지 주요 유사점이 있습니다. 첫째, 문자 쓰기 동안 펜 팁의 더 많은 수평 움직임이 있다12. 둘째, 전화와 관련된 알파벳 언어와 는 달리 중국어는 로고 그래픽7로간주됩니다. 따라서 대부분의 중국어 문자는 고유한 스트로크 순서를 가지며 스트로크의 너비와 높이를 엄격하게 제한해야 합니다. 그렇지 않으면 무제한 너비와 높이로 인해 내대성11(" Equation 1Equation 2 "")이 완전히 다른 중국어 문자가 될 수 있습니다. 또한 Equation 3 "" Equation 4 ", "" Equation 5 다른 중국어 문자입니다.)

Equation 6" ("정"으로 발음) 2 년 교육 수준의 거의 모든 중국어 스피커가 읽고 쓸 수있는 전형적인, 간단하고 일반적으로 사용되는 중국어 문자입니다. 그것은 이전 중국어 필기 분석 연구에서 쓰기 작업으로 선택되었습니다6,12. 연구원은 Equation 6 "정사각형 같은"5 스트로크로 구성되어 있기 때문에 쓰기 작업으로 ""를 사용하기로 결정, 모두는 수평선(#1, #3, #5 스트로크, 왼쪽에서 오른쪽으로) 또는 수직(#2, #4 스트로크, 최대에서 아래로)(그림 1). 많은 미세 모터 연구에 따르면, #3스트로크 (수평선)와 #4 스트로크 (수직)를 성취하려면 각각6,12,13의순수한 손목과 손가락 움직임이 필요합니다. 그 결과, 두 스트로크의 스트로크 속도는 적절한표현(14)이될 수 있다.

또한 필기 중 펜 압력은 모터 컨트롤5,15를반사하는 다른 운동적 특징보다 뛰어난 필기 기능이다. 그러나, 체코, 스페인, 이스라엘 및 기타 국가에서 연구 그룹에 의해 확인 되었지만 중국 환자에 있는 관련 연구 결과는없습니다 8,16,17.

서명은 일반적으로 수많은 연구에서 필기 작업으로 사용 되었습니다5. 일반적으로 서명은 거의 생각하지 않거나 방송 시간18이필요합니다. "공중"은 필기 중에 펜 끝의 압력이 화면으로 의 압력0인 경우로 정의되며, "방송 시간"은 필기 중 "공중"시간의 합계입니다. 많은 신경 정신병 장애로 고통받는 개인은 정신 운동 제어에 적자가있을 수 있습니다, 따라서 그들은 서명의 증가 방송 시간을 전시. 예를 들어, Rosenblum 외. 우울증과 파킨슨 병을 가진 이스라엘 환자는 히브리어8에서자신의 이름을 쓰는 동안 건강한 통제에 비해 더 긴 방송 시간을 보였다는 것을 발견8,19. 중국어 문자는 자신의 모양을 가지고 있기 때문에,이 연구에서, 그것은 잠재적 인 지표 매개 변수로 이름을 작성하는 동안 문자 사이의 세분화에 공중 길이 의 불법성을 사용하기로 결정했다. 아크 길이와 끝점 사이의 Euclidean 거리의 비율에 의해 정의된 비틀림은 곡률의 척도이므로 특정 쓰기출력(20)의부드러움을 인덱싱합니다.

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Protocol

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우리의 연구는 중국 베이징에 있는 중국 PLA 종합 병원의 생물과학부의 학술 윤리 위원회에 의해 승인되었습니다.

1. 방법 개발의 일반적인 측면

  1. USB 디지타이저(예: Wacom Cintiq Pro 16)와 핸드헬드 스타일러스 펜을 사용하여 필기 동작을 사용하십시오. 디지타이저의 상세한 사양은 다음과 같습니다: 외부 치수 (폭 x 깊이 x 높이) 410 x 265 x 17.5 mm, 공간 해상도 3840 x 2160 도트, 픽셀 크기 0.090 x 0.090 mm, 시간 적 해상도 30 ms, 압력 레벨 8,192.
  2. 노트북 PC를 디지털화에 연결하여 필기 흔적을 수집하고 전시합니다.
  3. 데이터 기록, 처리 및 분석에 소프트웨어(예: Neuroscript MovAlyzeR)를 사용합니다.
  4. 환자 포함/배제 기준
    1. 기억불만, 객관적으로 장애가 있는 기억기능, 일상생활의 손상되지 않은 활동,치매21명부재등을 가진 MCI 참가자를 모집한다. 게다가, 그들은 중국 본토에서 예비 학교의 2 년 이상의 교육 수준을 가져야한다, 그렇지 않으면, 그들은 중국어 문자를 작성하는 데 어려움이있을 수 있습니다.
    2. 명백한 시각 및 상반신 장애가 있는 참가자를 제외합니다.

2. 필기 작업

  1. 소프트웨어와 비잉크 스타일러스 펜을 실행합니다.
  2. 디지타이저의 쓰기 영역에 중국어 문자의 예를 만듭니다(그림 1참조).
  3. 피사체가 쓰기 영역을 편안한 위치로 배치할 수 있도록 합니다.
  4. 피사체가 쓰기 영역에 글을 쓰고 필기 영역의 펜과 표면을 수용할 수 있도록 합니다.
  5. 소프트웨어의 샘플링 속도를 200Hz로 설정합니다.
  6. 피사체에게 지배적인 손으로 중국어로 자신의 이름을 적어 보라고 지시한다.
    참고: 제목이 원하는 대로 필기체 또는 인쇄된 버전의 서명이 허용됩니다.
  7. 피사체에게 중국어 문자 Equation 6 "("정"로 발음)를 지배적 인 손으로 작성하도록 지시합니다.
    참고 : 인쇄 된 버전에서 중국어 문자 Equation 6 " "는 허용됩니다.
    1. 필기 시작 전에 인쇄된 버전으로 작성하도록 피사체에게 상기시킨다.
      참고: 피사체가 똑바로 서 있는 위치에 앉아 서 쓰도록 합니다.
  8. 각 평가판 동안 지침을 표시합니다.
    1. 필기 시험을 세 번 반복합니다.
    2. 문자 Equation 6 "가 잘못된 스트로크 순서로 작성된 경우, 시험을 중지하고 추적하고 올바른 스트로크 순서로 문자를 작성하는 방법을 피사체를 표시합니다.
    3. 지식이 부족한 경우, 시험을 중지하고 문자를 올바르게 작성하는 방법을 피사체에게 보여 준다.

3. 데이터 분석

  1. 소프트웨어를 실행; 실험을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 속성을 선택합니다.
  2. 처리를선택한 다음 세분화를 선택합니다.
  3. 어떤 속도로 첫 번째 세분화 추가를클릭하고, 모든 속도로 마지막 세분화를 추가하고,세분화 플래그의 펜리프트에 있는 경우 세분화 지점을 가장 가까운 펜다운으로 이동합니다.
  4. 세분화 메서드에서 펜다운 궤적을 클릭합니다.
    참고: 기본 모드에 대한 이러한 모든 조정은 중국 필기 분석을 개선하기 위해 수행되었습니다.

4. 매개 변수 계산

  1. 소프트웨어를 실행하고 ""에서 피사체를 선택하고 Equation 6 필기 시험을 클릭합니다.
  2. 추적 시스템을 사용하여 "단계별로"의 필기 프로세스 및 스트로크 Equation 6 순서를 추적합니다.
  3. ""의 스트로크 #3의 세분화를 Equation 6 찾아 "추출 된 데이터"에서 "평균 절대 속도"를 읽어보십시오.
    참고: 필기 분석 소프트웨어는 각 세분화의 "평균 절대 속도"를 자동으로 계산합니다.
    주의: 스트로크 #3의 Equation 6 "는 문자 1과 문자5(그림 1A)보다짧은 펜 팁의 수평선 움직임(왼쪽에서 오른쪽)입니다.
  4. ""의 스트로크 #4의 세분화를 Equation 6 찾아 "추출 된 데이터"에서 "평균 절대 속도"에서 읽습니다.
    주의: 스트로크 #4의 Equation 6 "는 문자2(그림 1)보다짧은 펜 팁의 수직 이동(최대에서 아래로)입니다.
  5. "추출된 데이터"에서 각 세분화의 "펜 압력"을 읽고 ""의 "평균 펜 압력"을 Equation 6 얻습니다.
    참고: 필기 분석 소프트웨어는 각 세분화의 "평균 펜 압력"을 자동으로 계산합니다.
  6. 소프트웨어를 실행하고 ""에서 피사체를 선택하고 Equation 6 필기 시험을 클릭합니다.
  7. 추적 시스템을 사용하여 서명 단계의 필기 프로세스 및 스트로크 순서를 단계별로 추적합니다.
  8. 문자 사이의 스트로크 의 분할을 찾아"추출 된 데이터"에서"절대 크기"와"도로 길이"를읽어보십시오.
  9. 방정식에 따라 문자 간의 세분화에서 공기 내 길이 의 불법성을 가져옵니다.
    참고: 문자 간의 스트로크 분할은 공중 제비(그림2)였습니다.
    1. 공기 내 길이 의 비틀거림을 계산합니다: 1-절대 크기/도로 길이 %.
      참고: 아크 길이와 끝점 사이의 Euclidean 거리의 비율에 의해 정의된 토르투오티는 곡률의 척도이므로 특정 쓰기출력(20)의부드러움을 인덱싱합니다. 고도로 고통스러운 곡선은 여러 개의 굽힘 이나 곡선을 가지고, 반면 낮은 고문 곡선은 상대적으로 넓은 루프 / 곡선과 더 직선 하나.
      주의: 대부분의 중국어 이름은 두 세 자로 구성됩니다. 서명에 두 문자가 있는 경우 문자 간에 스트로크분할이 하나뿐입니다. 서명에 세 문자가 있는 경우 문자 사이에 두 개의 스트로크 세그먼트가 있습니다. 문자 간의 세분화에서 공기 내 길이 의 단통은 평균 값이 될 것입니다.

5. 통계 분석

  1. 학생의 t-test를 사용하여 그룹 차이를 평가합니다. 0.05 미만의 P 값은 통계적으로 유의한 것으로 간주되었습니다. SPSS 22.0 통계 소프트웨어 패키지를 사용하여 모든 통계 분석을 수행합니다.

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Representative Results

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과목의 인구 통계 학적 데이터는 모든 그룹이 연령, 성별, 교육 수준, 지배적 인 손 및 기타 매개 변수에서 잘 일치하는 것으로 나타났습니다.

표 1에나타난 바와 같이, 중국어 문자의 쓰기 중 Equation 6 "" ", MCI를 가진 노인 과목은 #3 (2.46 ± 0.40 대 1.82 ± 0.55의 낮은 평균 절대 속도를 나타냈다, P = 0.001) 및 #4 스트로크 (2.61 ± 0.46 대 1.93 ± 0.50, P & 0.001) 및 더 높은 평균 펜 압력 (237.43 ± 39.77 대 281.99 ± 37.70, P = 0.001) 건강한 노인과 비교. 또한, 중국어 이름의 서명 하는 동안, MCI와 노인 과목 건강 한 노인 과목 (12.57 ± 6.96 대 31.66 ± 7.53, P & 0.001)에 비해 문자 사이의 세분화에서 더 높은 공기 길이 의 불법 을 나타냈다.

Figure 1
그림 1: 중국어 문자 " Equation 6 " 소프트웨어에 기록. (A).중국어 문자 Equation 6 ""만 화면 세분화가 전시. 빨간색 원은 분할의 시작과 끝입니다. 파란색 선은 화면 내 세분화 추적입니다. (B).중국어 문자 " Equation 6 "공기 와 화면 세분화 모두 전시. 파란색 선은 화면 내 세분화 추적입니다. 회색 선은 공중 분할 추적입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 2
그림 2: 건강한 노인 과목과 MCI를 가진 노인 과목의 중국어 서명. (A).중국 서명 " Equation 7 (건강한 노인 그룹의 주제) 만 화면 세분화가 전시. 빨간색 원은 세분화의 시작과 끝입니다. 파란색 선은 화면 내 세분화 추적입니다. (B).중국 서명 " (건강한 노인 그룹의 주제) 모두 공중 및 화면 Equation 7 세분화가 전시. 파란색 선은 화면 내 세분화 추적입니다. 회색 선은 공중 분할 추적입니다. 빨간색 영역은 문자 간의 공기 내 길이 세분화(불법성 = 5.34%)를 강조합니다. 왼쪽 영역은 Equation 8 ""와 Equation 9 "(절대 크기 = 2.2226; 도로 길이 = 2.4658; 고문도 = 9.98%)사이의 세분화입니다. 오른쪽 영역은 Equation 9 ""와 Equation 10 "(절대 크기 = 2.9607; 도로 길이 = 2.9821; 불법도 = 0.71%)사이의 세분화입니다. (C).중국어 서명 " Equation 11 "(MCI 그룹과 노인의 주제) 만 화면 세분화가 전시. 빨간색 원은 분할의 시작과 끝입니다. 파란색 선은 화면 내 세분화 추적입니다. (D).중국어 서명 " Equation 11 "(MCI 그룹과 노인의 주제) 모두 방송 및 화면 세분화가 전시. 파란색 선은 화면 내 세분화 추적입니다. 회색 선은 공중 분할 추적입니다. 빨간색 영역은 문자 사이의 공기 내 길이 분할(절대 크기 = 1.2100; 도로 길이 = 1.7072; 불법 성 = 29.12%)을 강조합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

건강한 노인 MCI를 가진 노인 P 값
N=20 N=20
성별(남성/여성) 10/10 8/12 0.74
나이(세) 69.70±4.51 70.39±3.42 0.602
지배적 인 손 (오른쪽%) 100 100
교육 (년) 9.60±3.72 8.22±3.30 0.237
MMSE (점수) 28.90±0.79 26.33±0.77 &0.001
3의 평균 절대 속도3 # 스트로크 " Equation 6 " 2.46±0.40 1.82±0.55 0.001
4# 스트로크의 평균 절대 속도 " Equation 6 " 2.61±0.46 1.93±0.50 &0.001
" 평균 펜 압력 " Equation 6 " 237.43±39.77 281.99±37.70 0.001
공기 길이 "서명"의 불법성 (%) 12.57±6.96 31.66±7.53 &0.001
MCI: 경도 인지 장애
캐릭터 3 Equation 6 " "는 수평선 운동입니다.
캐릭터 4 Equation 6 " " 수직 운동입니다.

표 1: 피사체의 인구 통계 및 필기 분석 데이터.

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Discussion

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프로토콜의 중요한 단계는 ""의 가독성을 Equation 6 확인합니다. 자세히, 전체 문자 내에서 #3 스트로크는 다른 수평선 스트로크보다 짧아야하며 , #4 스트로크는 #2 스트로크보다 짧아야합니다. 보다 구체적으로, #3스트로크와 #4스트로크6,12를작성하는 동안 더 많은 주의 력 자원이 필요하며 두 스트로크 모두 길이 제한이 유사합니다. 부적절한 스트로크 길이로 인해 속도 감지에 편향이 발생할 수 있습니다.

디지털화 화면이 있는 소프트웨어는 연필 과 종이 모양이 없는 온라인 데이터 수집 소프트웨어입니다. 쓰기를 시작하고 중단하려면, 과목은 연구원또는 프롬프트 악기의 지시를 따라야했습니다. 이러한 명시적 조건은 피사체의 스트레스가 될 수 있으며, 주의 자원을 산만하게 하고 필기의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 이 방법의 문제 해결은 전자 장치에 익숙하지 않은 농촌 지역의 환자에서 더욱 심각합니다. 충분한 워밍업 시간이 도움이 될 수 있습니다. 이 제한의 효과를 최소화하는 또 다른 방법은 디지타이저 위에 용지 시트를 배치하는 것입니다. 또한 스마트펜과 Livescribe 노트북과 같은 연필 종이 모양으로 오프라인 데이터를 수집할 수 있는 장치는 또 다른 수정사항이 될 수 있습니다. 우리가 아는 한, MovAlyzeR 소프트웨어와 스마트 펜의 데이터는 가까운 장래에 호환될 것입니다.

첫째, 주 초점이 필기의 동적 분석에 있었기 때문에 문자 너비 및 높이와 같은 정적 매개 변수는 현재 연구에서 포함되지 않고 분석되지 않았습니다. 실제로 " Equation 6 PD12에서현미경 검사를 검출하기위한 좋은 쓰기 작업으로 확인되었습니다. 둘째, 일부 연구자들은 필기 작업(예: 1cm, 2cm, 진폭 4cm) 동안 캐릭터의 크기를 제한하기로결정했다. 발견 된 바와 같이, 피험자는 더 큰 진폭에 비해 작은 진폭으로 작성하는 데 더 많은 시간이 필요합니다. 한자의 모양이 특정 스트로크에 대한 암시적 한계일 수 있는 동안 이 연구에서 확실한 진폭이 설정되지 않았습니다.

우리의 지식에, 이것은 단순화 된 중국어 문자 사용자를위한 디지털 필기 분석의 첫 번째 연구입니다. 단순화 된 한자에 관한 더 많은 필기 작업은 신경 정신 장애를 가진 환자에서 인지 적자 와 모터 기능 장애를 찾는 데 사용할 수 있습니다.

디지털 필기 분석은 트레일 메이킹 테스트, MMSE, 몬트리올 인지 평가 등17,22등과 같은 전통적인 연필-종이 인지 테스트를 보완할 수 있습니다. 인지 테스트 중 필기 기능을 분석하는 것은 모터 인지 이중작업(23)의새로운 패러다임이다. 이 방법은 모터 인지 위험 증후군과 대뇌 작은 혈관 질환을 진단하는 데 도움이 될 수 있습니다.

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Disclosures

저자는 공개 할 것이 없습니다.

Acknowledgments

디지털 기술 지원에 대한 신경스크립트 LLD의 한스 레오 툴링스 교수에게 감사드립니다.

이 연구는 우지핑 재단 (그랜트 번호: 320.6750.18456)에 의해 지원되었다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Microsoft Surface Pro 2 computer
MovAlyeR 3.4 software
WACOM Cintiq digitizer

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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경증 인지 장애가있는 중국 환자의 문자 디지털 필기 분석
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Zhào, H., Zhang, Y., Xia, C., Liu, Y., Li, Z., Huang, Y. Digital Handwriting Analysis of Characters in Chinese Patients with Mild Cognitive Impairment. J. Vis. Exp. (169), e61841, doi:10.3791/61841 (2021).More

Zhào, H., Zhang, Y., Xia, C., Liu, Y., Li, Z., Huang, Y. Digital Handwriting Analysis of Characters in Chinese Patients with Mild Cognitive Impairment. J. Vis. Exp. (169), e61841, doi:10.3791/61841 (2021).

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