本發(fā)明涉及一種老年人生活自理能力量化計算方法。從應(yīng)用場景的角度講，屬于生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域；從技術(shù)實現(xiàn)的角度來講，亦屬于計算機(jī)科學(xué)與生物信息處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

伴隨著我國老年人口數(shù)量的增加，我國已進(jìn)入老齡化社會。社會養(yǎng)老問題也就成為國家面臨的巨大挑戰(zhàn)。生活自理能力是老年人保證獨(dú)立生活的最基本能力。一旦自理能力喪失，老年人的生活就需要有外力的介入。這無疑會給家庭乃至社會帶來負(fù)擔(dān)。為此，對生活自理能力進(jìn)行深入研究，衡量并描述老年人的生活自理能力，有助于提前發(fā)現(xiàn)并采用合理的手段來避免或者延緩生活自理能力的喪失，不僅可以提高老年人晚年生活質(zhì)量，對于國家和社會也具有重要的醫(yī)療經(jīng)濟(jì)學(xué)意義。

生活自理能力通常分為日常生活自理能力和工具性生活自理能力兩種。日常生活自理能力主要是指完成吃飯、穿衣、上廁所、修飾、室內(nèi)活動等日?；旧罨顒拥哪芰?，它反映了老年人軀體功能和最低層次的認(rèn)知功能的健康水平。此外還有一個指標(biāo)是工具性生活自理能力，強(qiáng)調(diào)的是生活中利用或借助工具完成生活活動的能力，包括做家務(wù)，洗衣服、理財、購物、乘車、吃藥、打電話等活動，它反映個體更高層次的認(rèn)知功能的健康水平。這兩種生活自理能力的衡量則均以量表的形式出現(xiàn)，量表是一種特殊的調(diào)查問卷，針對問卷中的項目會分配不同權(quán)重，同一項目又會分配不同得分選項，綜合后獲得最終的生活自理能力描述。

基本日常生活活動能力在1963年由Katz提出的，包含6項基本功能：洗澡，穿衣，上廁所，室內(nèi)活動，自制力，吃飯。主要是為了描述人類由兒童時代逐漸獲得的基本能力，對認(rèn)知能力要求不高。隨著基本生活自理能力的提出，多種關(guān)于基本生活自理能力的量表也就雨后春筍般的出現(xiàn)。

這些量表構(gòu)建的目的可以劃分為3類：描述，預(yù)測和評估。描述性量表主要是為了呈現(xiàn)個體在當(dāng)前時刻的身體狀況，其結(jié)果用于和其他人的對比。常見的描述性量表有ADL Index，PULSES Profile，Barthel Index。這些量表可以將個體劃分為生活自理能力受損和生活自理能力完好的人群，同時可以給出生活自理能力受損的嚴(yán)重程度。預(yù)測性量表是為了給個體設(shè)定一個基線標(biāo)準(zhǔn)，實質(zhì)就是預(yù)測一個未來的可能狀態(tài)。最具代表性的量表就是Klein-Bell ADLs，它可以準(zhǔn)確的預(yù)測人群是應(yīng)該安置在社區(qū)還是健康醫(yī)療機(jī)構(gòu)。同時Law&Usher關(guān)于Klein-Bell量表應(yīng)用在兒科的研究證明了其有效性。評估性量表是為了隨時監(jiān)測個體的狀態(tài)來評定相應(yīng)個體在生活自理能力方面的變化。常見的評估性量表有ADL Index，Barthel Index，Donaldson ADL評估量表，Kenny自理評估量表，LORS-II評估量表(Revised Level of Rehabilitation Scale)。

基本生活自理能力是老年人能夠自理基本生活活動的條件，但如果獨(dú)立生活則需要更加復(fù)雜的活動，比如做飯，管理財務(wù)等。因此為了研究老年人獨(dú)立生活的能力，工具性生活自理能力(IADL)也隨著ADL的發(fā)展興起。

常見的工具性生活自理能力量表中Lawton IADL，IDDD，Bristol ADL，DAD，B-ADL，ADLQ，ADCS-ADL等屬于評估性量表，Blessed DS，CSADL，ADL-IS，ADCS-ADL-Sev等屬于描述性量表，ADL-PI量表屬于預(yù)測性量表。相比ADL而言，IADL的研究更加專注并多集中(58.4％)于評估性量表，用于評定個體的變化情況；關(guān)于預(yù)測性的量表則相對較少(8.3％)；描述性量表則相對適中(33.3％)。

綜上分析，生活自理能力的眾多研究中均采用活動量表的形式，通過觀察或者調(diào)查受試者特定活動的完成情況給定相應(yīng)的量化值。這種方式無論量表項目多少，每個項目劃分多少級別，分析結(jié)果終究是分級離散的，也就會出現(xiàn)不同的狀況的個體獲得相同的量化值，其實質(zhì)還是定性的將人群進(jìn)行了劃分；同時在實際測試中，大多數(shù)人均能較好的完成所有活動?；谝陨蟽牲c(diǎn)會導(dǎo)致人群結(jié)果過于集中，造成生活自理能力分析結(jié)果粒度粗，難以體現(xiàn)個體的個性化特征，不利于對個體開展有針對性的干預(yù)或理療措施，難以達(dá)到延緩個體生活自理能力的下降或者維持現(xiàn)有生活自理能力的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：針對目前老年人生活自理能力分析結(jié)果粒度粗難以針對個性提供服務(wù)的問題，提出一種老年人生活自理能力量化分析方法。達(dá)到 多層級、有針對性地評定老年人個體的生活自理能力的目的。

本發(fā)明的設(shè)計原理為：分析當(dāng)前研究獲得生活自理能力研究領(lǐng)域公認(rèn)的基本因素，計算生活自理能力基線量化值。以此為基礎(chǔ)采用一種基于boruta算法的生活自理能力關(guān)鍵影響因素提取方法，選擇生活自理能力關(guān)鍵影響因素?；陉P(guān)鍵影響影響因素，構(gòu)建邏輯回歸模型，預(yù)測個體生活自理概率，進(jìn)而計算歸一化自理概率并構(gòu)建獲得連續(xù)的生活自理狀態(tài)量化值；最后應(yīng)用加權(quán)融合的方法綜合生活自理能力基線量化值和生活自理狀態(tài)量化值獲得連續(xù)的生活自理能力量化值。本發(fā)明可以針對個體狀態(tài)給出一個百分制的量化值，充分體現(xiàn)個體的個性化特征，達(dá)到細(xì)化人群劃分的目的。

本發(fā)明的技術(shù)方案是通過如下步驟實現(xiàn)的：

步驟1，分析并篩選生活自理能力基本因素，獲取清理后待分析數(shù)據(jù)構(gòu)成數(shù)據(jù)集，計算生活自理能力基線量化值，并標(biāo)定生活自理狀態(tài)，具體實現(xiàn)方法為：

步驟1.1，綜合分析生活自理能力研究領(lǐng)域內(nèi)較為認(rèn)同的研究成果對生活自理能力的描述屬性，選擇其交集屬性作為生活自理能力的基本因素。

步驟1.2，獲取清理后待分析數(shù)據(jù)構(gòu)成數(shù)據(jù)集，其中每條數(shù)據(jù)包含m維生活自理能力基本因素，和M-m維生活自理能力影響因素，以影響因素為列向量，不同樣本對應(yīng)的屬性值為行向量，構(gòu)建數(shù)據(jù)集S標(biāo)記為[S_NM]。

步驟1.3，基于數(shù)據(jù)的m維生活自理能力基本因素，計算生活自理能力基線量化值，計算公式為：

${\mathrm{Sb}}_i=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_i^j$

其中，sb_i即為第i個樣本生活自理能力基線量化值，代表第i個樣本第j維生活自理能力基本因素。

步驟1.4，基于生活自理能力基線量化值標(biāo)定數(shù)據(jù)的生活自理狀態(tài)，生活自理能力量化值滿分代表m種基本活動能力均完好(標(biāo)記為1)，而其他量化值則說明活動能力有所下降(標(biāo)定為0)，獲得標(biāo)定后數(shù)據(jù)Sl。

步驟2，對步驟1獲得數(shù)據(jù)集Sl，應(yīng)用boruta算法，計算每維影響屬性對生活自理能力的影響程度，基于該量化作用程度結(jié)合屬性采集難度和專家經(jīng)驗選擇生活自理能力關(guān)鍵影響因素，具體實現(xiàn)方法為：

步驟2.1，設(shè)定參數(shù)，針對數(shù)據(jù)集Sl,克隆隨機(jī)p組屬性作為副本屬性，并對其進(jìn)行重排，以消除其與對應(yīng)屬性的相關(guān)性。重組數(shù)據(jù)集Sl′。

步驟2.2，基于數(shù)據(jù)集Sl′，構(gòu)建隨機(jī)森林訓(xùn)練，根據(jù)設(shè)定參數(shù)，訓(xùn)練構(gòu)建一棵分類回歸樹，計算獲得每棵樹對應(yīng)的帶外數(shù)據(jù)的均方殘差，記為：MSE_n，其中n∈1，２…num，由此對于n棵樹可以獲得原始帶外數(shù)據(jù)均方殘差向量[MSE₁，MSE₂，…MSE_num]。

步驟2.3，基于步驟2.2得到的殘差[MSE₁，MSE₂，…MSE_num]與對應(yīng)的屬性計算相應(yīng)的Z值，確定Z值最大的副本屬性，同時標(biāo)記比其值大的屬性，作為重要屬性，而對應(yīng)比其Z值小的屬性則標(biāo)記為非重要屬性并從數(shù)據(jù)集中刪除。最后刪除所有副本屬性。

步驟2.4，重復(fù)以上步驟2.1至步驟2.3，直至達(dá)到設(shè)定的終止條件。

步驟2.5，基于屬性重要性排序靠前的屬性，并參考專家經(jīng)驗刪除冗余屬性，考慮屬性采集難度刪除部分屬性，獲得生活自理能力關(guān)鍵影響因素。

步驟3，基于生活自理能力關(guān)鍵影響因素，構(gòu)建邏輯回歸模型，計算個體生活自理概率，計算歸一化自理概率并構(gòu)建生活自理能力狀態(tài)量化值，具體實現(xiàn)方法為：

步驟3.1，對生活自理能力關(guān)鍵影響因素的屬性值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，計算方法為：其中是第i個樣本第l維關(guān)鍵影響因素原始值，是第i個樣本第l維關(guān)鍵影響因素的標(biāo)準(zhǔn)化值，mean(x^l)和sd(x^l)則分別為樣本的第l維關(guān)鍵影響因素的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

步驟3.2，構(gòu)建邏輯回歸模型，基于訓(xùn)練獲得的邏輯回歸模型，以個體標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，計算個體生活自理概率P_i。

步驟3.3，基于個體的自理概率，計算生活自理能力狀態(tài)量化值，計算方法為：

${\mathrm{St}}_i=\frac{P_i-\min \left(P\right)}{\max \left(P\right)-\min \left(P\right)}*100$

其中，St_i即為生活自理狀態(tài)量化值，min(P)和max(P)則分別為自理概率的最小值和最大值。

步驟4，應(yīng)用加權(quán)融合的方法，綜合生活自理能力基線量化值和生活自理狀態(tài)量化值，計算獲得生活自理能力量化值，具體實現(xiàn)方法為：

步驟4.1，以生活自理能力基線量化值sb和生活自理狀態(tài)量化值st分別計算均方差，計算方法：

$Var\left(Sb\right)=\frac{1}{N}\Σ{(Sb-mean(Sb\left)\right)}^2$

$Var\left(St\right)=\frac{1}{N}\Σ{(St-mean(St\left)\right)}^2$

其中mean(Sb)及mean(St)分別對應(yīng)生活自理能力基線量化值和生活自理能力狀態(tài)量化值的均值，N為樣本數(shù)量。

步驟4.2，基于步驟4.1獲得的均方差，計算生活自理能力基線量化值和生活自理能力狀態(tài)的相對信息量λ₁，λ₂，計算方法為：

${\mathrm{\λ}}_1=\frac{Var\left(Sb\right)}{Var\left(Sb\right)+Var\left(St\right)}$

${\mathrm{\λ}}_2=\frac{Var\left(St\right)}{Var\left(Sb\right)+Var\left(St\right)}$

步驟4.3，基于相對信息量，作為生活自理能力基線量化值和生活自理能力狀態(tài)量化值的權(quán)重，加權(quán)融合獲得生活自理能力量化值Sf，百分化計算方法為：

Sf＝λ₁*Sb+λ₂*St

有益效果

相比于ADL等量表評分方法，本發(fā)明提出的基于boruta算法和邏輯回歸算法的生活自理能力量化計算方法，通過邏輯回歸根據(jù)個體特征計算出連續(xù)的生活自理能力量化值，可以體現(xiàn)個體個性化特征，達(dá)到更加細(xì)致的人群劃分效果，為個體個性化的干預(yù)指導(dǎo)措施提供了指導(dǎo)意見。

相比于IADL等量表方法，本專利提出的方法，采用boruta算法算法量化了屬性對生活自理能力的影響程度，基于此并結(jié)合專家經(jīng)驗和屬性采集難度，提取了生活自理能力關(guān)鍵影響因素，有效的減少了生活自理能力分析的屬性，降低了評估的時間和費(fèi)用消耗，具有更廣的使用場景，極具使用價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的生活自理能力關(guān)鍵影響因素提取原理圖；

圖2為本發(fā)明提出的老年人生活自理能力量化計算方法原理圖；

圖3為具體實施方式中,屬性對生活自理能力重要度排名前10位的屬性；

圖4為具體實施方式中，最終生活自理能力量化值分布圖。

具體實施方式

為了更好的說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明方法的實施方式做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

以下所有測試均在同一臺計算機(jī)上完成，具體配置為：Intel雙核CPU(主頻2.53G)，4G內(nèi)存，Windows 7操作系統(tǒng)。

測試采用數(shù)據(jù)來源于于2011～2012年間北京醫(yī)院聯(lián)合全國7省市13家醫(yī)院調(diào)查數(shù)據(jù)，調(diào)查問卷由中國衛(wèi)生部行業(yè)基金老年健康綜合評估課題組和中國老年人保健及疾病防治聯(lián)盟聯(lián)合設(shè)計，包括個人基本信息、軀體健康評估、軀體功能評估、生活行為與社會功能評估、認(rèn)知功能、醫(yī)療情況、心理健康、失能等級評估、輔助檢查，采集數(shù)據(jù)共482維，包含9503條數(shù)據(jù)。

第一環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)使用數(shù)據(jù)源原始數(shù)據(jù)源。詳細(xì)說明生活自理能力基線量化值計算過程。具體實施步驟如下：

步驟1.1，選擇生活自理能力分析研究領(lǐng)域較為認(rèn)同的Berthel Index量表和國際功能分類(簡稱ICF)作為參照，選擇這兩個量表中生活自理能力的分析屬性的交集，獲得生活自理能力5維基本因素：吃飯、穿衣、如廁、修飾、洗澡。

步驟1.2，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行空缺值刪除和屬性初選，最終選擇包含個體基本信息、軀體健康評估、軀體功能評估、心理健康、認(rèn)知功能、失能等級評估表的6大類的78維屬性，4837條數(shù)據(jù)。

步驟1.3，基于步驟1.2獲得的數(shù)據(jù)，以步驟1.1獲得的5維基本因素計算數(shù)據(jù)的生活自理能力基線量化值Sb。

步驟1.4，基于生活自理能力基線量化值，依據(jù)表1所示規(guī)則，對個體數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定。

表1數(shù)據(jù)標(biāo)定規(guī)則

第二環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)使用數(shù)據(jù)源為上一環(huán)節(jié)獲得的數(shù)據(jù)源。詳細(xì)說明生活自理能力關(guān)鍵影響因素提取過程。具體實施步驟如下：

步驟2.1，復(fù)制5組變量的數(shù)據(jù)，構(gòu)建5個副本屬性，并對副本屬性進(jìn)行重排，與原始數(shù)據(jù)集組合獲得擴(kuò)展數(shù)據(jù)集。

步驟2.2，基于擴(kuò)展數(shù)據(jù)集，構(gòu)建隨機(jī)森林分類器，根據(jù)設(shè)定參數(shù)，訓(xùn)練構(gòu)建一棵分類回歸樹，計算獲得每棵樹對應(yīng)的帶外數(shù)據(jù)的均方殘差，記為：MSE_n，其中n∈1，２…num，由此對于m棵樹可以獲得原始帶外數(shù)據(jù)均方殘差向量[MSE₁，MSE₂，…MSE_num]。

步驟2.3，基于步驟2.2得到的殘差[MSE₁，MSE₂，…MSE_num]與對應(yīng)的屬性計算相應(yīng)的Z值，確定Z值最大的副本屬性，同時標(biāo)記比其值大的屬性，作為重要屬性，而對應(yīng)比其Z值小的屬性則標(biāo)記為非重要屬性并從數(shù)據(jù)集中刪除。最后刪除所有副本屬性。

步驟2.4，重復(fù)步驟2.1到2.3直至終止條件，考慮到屬性的采集難度，結(jié)合專家經(jīng)驗，刪除采集難度大的部分屬性重要度大的屬性，同時添加專家臨床經(jīng)驗認(rèn)為較為重要而屬性重要度較低的屬性。

通過實驗，屬性重要度排名前10的屬性如下表2所示。最終選擇現(xiàn)居住地、是否殘障、步速、工作性質(zhì)，年齡、性別7維屬性。

表2屬性重要度排序結(jié)果

第三環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)使用數(shù)據(jù)源為上一環(huán)節(jié)獲得的數(shù)據(jù)源。詳細(xì)說明生活自理狀態(tài)量化值計算過程。具體實施步驟如下：

步驟3.1，對數(shù)據(jù)中的生活自理能力關(guān)鍵影響因素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

步驟3.2，以標(biāo)準(zhǔn)化生活自理能力關(guān)鍵影響因素為自變量，生活自理狀態(tài)標(biāo)定結(jié)果為因變量，生活自理能力關(guān)鍵影響因素為自變量，構(gòu)建邏輯回歸模型。計算并記錄個體的生活自理概率P_ik。

步驟3.5，通過歸一化生活自理概率的百分化計算獲得個體生活自理狀態(tài)量化值St。

第四環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)使用數(shù)據(jù)源為上一環(huán)節(jié)獲得的數(shù)據(jù)源。詳細(xì)說明生活自理量化值計算過程。具體實施步驟如下：

步驟4.1，基于生活自理能力基線量化值Sb和生活自理狀態(tài)量化值St，計算均方差Var(Sb)＝1.06，Var(St)＝9.67。

步驟4.2，計算相對信息量λ₁＝0.094、λ₂＝0.906。

步驟4.3，通過加權(quán)求和計算生活自理能力量化值，最終生活自理能力量化值分布如圖4所示。

第五環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)將對本發(fā)明的生活自理能力量化計算結(jié)果和傳統(tǒng)ADL進(jìn)行對比，重點(diǎn)說明本發(fā)明方法可以細(xì)致的對人群進(jìn)行劃分。

采用同樣的數(shù)據(jù)分別采用ADL方法和本發(fā)明方法進(jìn)行分析。采用劃分率作為評價指標(biāo)對兩種方法進(jìn)行對比，對比結(jié)果如表3所示。

表3生活自理能力量化計算結(jié)果對比

表3中可以看出，ADL得分只能將人群劃分成11組，尤其是生活自理能力狀態(tài)最好的類別組有4595人，這就是無論ADL得分的切點(diǎn)如何劃分，這些人都會被劃分成同一類人。而本文方法可以將對應(yīng)的該組人群劃分成4374個類別劃分率為95.19，換言之，通過選擇合適的生活自理能力量化值的切點(diǎn)，可以將ADL得分一定劃分成同一類別的人劃分成任意不大于4374類組。而在其他人ADL類別人群中，本文方法獲得的生活自理能力量化值可以將ADL得分劃分成同類的人群進(jìn)行100％的劃分。綜合以上分析，本文方法可以將ADL難以劃分的人群進(jìn)行更加細(xì)致的劃分。

本發(fā)明針對目前老年人生活自理能力分析結(jié)果粒度粗難以針對個性提供服務(wù)的問題，提出了一種老年人生活自理能力量化計算方法。通過生活自理能力量化計算實驗證明，該方法可以將個體生活自理能力以百分制的形式給出，可以細(xì)致地劃分人群，同時具備較少的分析屬性和較小的屬性采集難度，對于老年人生活自理能力量化計算的推廣應(yīng)用簡單，極具使用價值。同時該方法可以作為理論研究，作為其他老年人慢性疾病量化計算的技術(shù)和方法基礎(chǔ)。