科学周刊|华人科学家发明了神奇的“AI诊断笔” 为何它能手写识别帕金森病？

新闻背景：

只需一支笔，即可以高达95%以上的准确率实现帕金森病早期辅助检测。

近日，华人科学家Jun Chen研发出AI诊断笔，通过分析帕金森病患者的手写特征实现早期辅助检测，准确率达95%以上;这种诊断笔可能代表一种低成本、准确且易于大规模分发的技术，无需专业操作，适用于日常环境，有望实现早期、广泛的筛查，有望填补当前临床诊断中的关键空白。尤其适合资源有限地区。

据报道，这一装有磁性墨水的“诊断笔”出自加州大学洛杉矶分校(UCLA)生物工程系终身教授Jun Chen实验室，通过人工智能(AI)技术驱动的数据分析，能够识别帕金森病患者与健康人群手写特征的差异，有望实现更早诊断。

据论文描述，这款诊断笔主要由磁弹性笔尖和铁磁流体墨水两部分组成。笔尖中的磁性颗粒嵌入硅胶基底，可感知书写过程中的压力变化并产生磁场，而铁磁流体墨水对这些磁场变化产生响应，进而生成可记录的电压信号。

参与者包括帕金森病患者与健康志愿者，所有人均签署知情同意书后，完成了一系列书写任务：1. 绘制连续波浪线;2. 绘制连续螺旋线; 3. 书写六个大写字母“MEGPEN”。以上三项任务分别在纸面和空中完成，同时采集相关电流信号。

研究结果表明，这款结合神经网络驱动的书写分析流程的诊断笔，在帕金森病诊断中展现出显著潜力。研究团队的模型对比分析显示，相比捕捉长距离依赖关系，识别书写信号中的短距离相关性更为关键。这与临床观察和实验结果一致——帕金森病患者的书写信号常表现为微小峰值等局部异常特征，这对精准识别至关重要。

不同于传统笔迹微观测量，该诊断笔关注书写过程中的动作特征，能更直接反映帕金森病相关的运动症状，规避了因个体书写风格差异带来的偏差，提供更聚焦于症状本质的评估方式。

相较于视频监测，该设备在成本、易用性、隐私保护与推广性方面更具优势：其设计简洁，无需专业操作，适用于日常环境;用户只需进行日常书写即可完成评估，且设备不会采集身份识别信息，保障隐私。其低成本、便携性和易用性使其尤其适用于那些因症状不典型或缺乏检测资源而未能及时确诊的患者。

专家释疑：

1、帕金森病特征鲜明 “抖”“僵”“慢” 是核心症状

一只看起来简简单单的笔，只要完成简单的书写，就能识别是否帕金森患者，听起来很神奇。依赖这种诊断笔来分辨帕金森患者，是否有科学依据呢?

近日，华商报大风新闻记者专访了西安国际医学中心医院神经外科主任、中国医师协会神经外科分会委员、医学博士贺世明。

“这项发明具备科学依据，也很实用，如果研究成熟批量上市，对于大量的帕金森初期患者的甄别有非常好的作用，尤其有助于偏远、医疗条件有限的基层地区，很值得期待。”贺世明主任告诉记者。

帕金森病的命名源于英国医生詹姆斯·帕金森(James Parkinson)。他在1817年发表的医学论文《论震颤麻痹》中首次系统描述了该病的典型症状。

帕金森病是当前全球发病率增长最快的神经退行性疾病之一，被称为“沉默的杀手”、“慢性癌症”。其典型表现包括震颤、肌肉强直和运动迟缓，以及认知功能损害、痴呆等。该病可见于各年龄段，主要影响中老年人，且患病率随年龄增长而升高。

“帕金森病有三大主要特征，震颤(手抖或者腿抖)、动作迟缓、肌肉僵硬，早期核心临床症状就是“抖”“僵”“慢”等运动症状。”贺世明主任说，该病的早期多从一只手开始，手指最早出现症状，表现为“点钞式震颤”，这种震颤的特点是手指像在搓丸或数钞票一样运动，静止时明显，活动时减轻，这就是早期典型症状。患者出现肢体静止放松时的震颤，活动时相对好转。很多患者感觉肌肉僵硬紧绷、走路拖沓、摆臂减少，后期会出现面部表情呆板，被形容为“面具脸”。有的患者动作缓慢，洗漱、穿衣等日常活动困难，走路时无法迈开脚步，以小碎步前进。

2、

该病不靠设备化验来诊断

患者看门诊要“写字画圈”

因为帕金森患者的症状与书写、行动等动作密切相关，在门诊上，“写字画圈走走路”就是这种疾病最常见的评估项目。

“绝大多数患者的症状是从手开始的，也有一些从腿开始，初诊时就会让患者写几个字看一看，再走走路瞧一瞧。”贺世明解释说，由于帕金森患者手震颤动作慢肌肉僵硬，写字过程中，通常字体越写越小，落笔迟缓不流畅，横竖不分明，笔画歪歪扭扭不规整。如果有这样的症状，具备临床经验的医生就能够给出帕金森病的初步诊断。

大家都有的看病经验就是去了医院，先做各种化验和B超CT等机器检查，从而诊断疾病，但帕金森不是如此。 “帕金森病是退行性疾病，属于临床上很少的不通过影像检查来确诊的疾病，不靠设备和化验。”贺世明介绍说，PET-CT可以检查，但价格昂贵一般不适用。由于疾病的特性，其主要依赖经验丰富的临床医生根据面诊情况来诊断，因医生的经验水平不同，对该病不了解，可能存在诊断偏差。

“事实上，真正富有经验精准诊断帕金森病的医生并不多，尤其是偏远基层地区，有的患者早期症状不典型，也可能存在误诊。”贺世明说，自己有三十多年的临床经验，诊断一位帕金森患者需要十几分钟，对于一些低年资医生，可能就需要几位医生多方佐证。 此前，全球范围内并没有比较好的便携式设备，来辅助医生进行帕金森疾病的诊断，有些医院义诊时尝试使用心理测评量表让患者答题，因为考虑到帕金森患者可能伴有抑郁情绪，以此来参考判断，但这并不准确，因为很多疾病都可能令人产生抑郁症状。

3、

诊断笔进入临床试验应较快

具定量能力可实现自测

因此，“AI诊断笔”这种创新发明就很有前景，如果能够兼具定量能力、精准度高、成本低、可广泛获取，作为帕金森病诊断工具，必将备受欢迎。

“通过采集患者的落笔轻重、轨迹、笔画、时间等综合因素给予一个量化的指标，可以作为一个重要的指标，辅助医生做出精准的诊断。”贺世明分析说，该产品不是药品也并非植入医疗器械，因此临床试验要求不会很高，进行若干分组实试验，看看准确率能达到多少，过程会比较快捷。如果能尽快上市，价格合理，对于当前的帕金森疾病早发现早治疗很有帮助，尤其是偏远基层地区更将受益。甚至不需要操作者的专业性，只要按程序，理论上患者本人亦可完成自测。

“AI诊断笔”研究团队也表示，研究通过分析13名健康受试者的书写信号，成功识别出3 名帕金森病患者，但现阶段所用的分类模型尚不适用于纵向监测或病情分级。后续研究应引入不同阶段、病情程度明确的患者，探索其在病程追踪中的潜力。当前研究仍基于小样本量的初步试验，后续应扩大研究对象，纳入更多样化的帕金森病患者群体，以进一步验证其作为数字生物标志物的有效性，并结合标准化临床评估体系提升其临床适用性。

4、

亦存在一定局限性左手先发病咋办

腿部先发病也用不成

此外，贺世明指出，这种诊断笔也有一定的局限性。帕金森病一般是从一侧手部发病，其中相当一部分患者是左手开始发病的，如果其正常习惯用右手，那么左手本身写字就会不流畅，这可能会影响到诊断笔的精准性。同时，还要考虑到部分患者是下肢开始发病，如此依赖于写字的诊断笔就没了用武之地。

这一方面，研究团队也有所考虑。该研究聚焦于帕金森病对主手的影响，这帕金森病常呈非对称性运动障碍的临床特征相符。已有研究表明，帕金森病多首发于主手，无论左右撇子，未来也应关注那些主要影响非主手的少数群体，进一步分析其书写特征差异。且诊断笔的性能依赖于铁磁流体墨水与软磁弹性笔尖的化学和机械稳定性。未来可通过调控磁性颗粒间相互作用，优化其稳定性、灵敏度和频率响应范围，从而实现更优设计。随着实际应用的推进，设备所采集的数据量将大幅增加，需同步提升数据存储能力。未来可将存储模块集成至笔内，并加入无线同步功能，实现与个性化云端数据库的自动连接，优化使用体验。

延伸阅读：

全球帕金森患者近千万

人人都存在发病风险

今年的4月11日是第二十九个世界帕金森病日。2025年世界帕金森病日的主题正是“人工智能助力帕金森病管理”。

AI可提供客观疾病评估指标

“AI+医学的结合是未来医学发展的必然趋势。”贺世明主任表示，AI应用可重塑帕金森病的诊疗流程，为早期筛查到个性化治疗，再到日常管理提供更精准、高效的解决方案。

AI可分析面部微表情(如减少眨眼频率)、分析患者语音特征作为早期诊断线索;计算机视觉和传感器技术可捕捉步态异常、动作迟缓等运动特征;AI模型(如卷积神经网络CNN)可分析脑部MRI、PET-CT或SPECT影像，提高诊断准确率。

智能手表、手环等设备可实时监测患者的震颤频率、运动迟缓、睡眠质量等数据;AI从语音、运动、生理信号等多模态数据中提取“数字生物标志物”，可提供更敏感和客观的疾病评估指标。

此外，AI在结合虚拟现实(VR)及增强现实(AR)技术开展康复训练、药物研发加速、整合病历数据、远程复诊随访等方面都发挥越来越多的作用。

未来我国帕金森病患者将成为全球“最大值

目前，帕金森病是患者数量仅次于阿尔茨海默病的第二大神经退行性疾病，全球患者总数近千万，我国帕金森病患者总数约300万人，相关机构预测到2050年，我国帕金森病患者数将达1050万人，成为全球“最大值”。

贺世明强调，作为老年性疾病，帕金森病越老发病率越高，患病后严重影响生活质量，随着老龄化社会的到来，帕金森病会带来沉重的社会负担，而我们每个人都存在患病的风险，帕金森病现在也“盯上”了越来越多的年轻人，不乏三四十岁的帕金森患者。

既然是衰老引发的疾病，帕金森病年轻化的原因何在?据介绍，首先是遗传因素影响，目前已发现30多个帕金森病致病基因和高风险基因，虽然仅有不到10%的患者有家族史，但50岁前发病的患者遗传因素起较大作用。早发型病例中约10%~15%具有明确的遗传背景，某些基因变异可能使年轻人具有“遗传易感性”，即对帕金森病的外在环境风险因素更敏感，增加患病风险。

环境污染与职业暴露：年轻人因职业或生活方式接触有毒物质，包括农药(如百草枯)、重金属(铅、锰)、有机溶剂等，都可能损伤多巴胺能神经元，增加患病风险。长期处于空气污染、工业污染、化学污染、电磁辐射环境也可能通过氧化应激和炎症反应等损害神经系统，增加患病风险。

不良生活方式：部分年轻人长期高强度用脑、动辄熬夜、缺乏运动、高脂高糖饮食、精神紧张、焦虑抑郁等不良情绪增多，均可能影响神经递质平衡，增加患病风险。

意外损伤：日益增多的车辆使用和日益丰富的运动类型，使得年轻人意外脑外伤的概率增多，大脑多巴胺能神经元受损，增加患病风险。

专家强调，该病无法根治，早发现早干预，能够延缓疾病的发展。比如早期一经发现，可服用补充多巴胺的药物，马上就能改善症状;中期以上考虑手术，安装脑起搏器，是通过植入电极向大脑特定核团发送电脉冲，从而改善运动症状的手术疗法。它适用于药物疗效减退、出现运动并发症的中晚期患者，可显著缓解震颤、僵硬、运动迟缓等症状。生活方式及综合干预也有效，高强度间歇训练、舞蹈(如探戈)和太极等运动疗法已被证实可延缓运动功能衰退。地中海饮食、高纤维摄入改善肠道菌群，可延缓震颤麻痹的进展。

华商报大风新闻记者 李琳

专家释疑：

1、帕金森病特征鲜明 “抖”“僵”“慢” 是核心症状

一只看起来简简单单的笔，只要完成简单的书写，就能识别是否帕金森患者，听起来很神奇。依赖这种诊断笔来分辨帕金森患者，是否有科学依据呢？

近日，华商报大风新闻记者专访了西安国际医学中心医院神经外科主任、中国医师协会神经外科分会委员、医学博士贺世明。

“这项发明具备科学依据，也很实用，如果研究成熟批量上市，对于大量的帕金森初期患者的甄别有非常好的作用，尤其有助于偏远、医疗条件有限的基层地区，很值得期待。”贺世明主任告诉记者。

帕金森病的命名源于英国医生詹姆斯·帕金森（James Parkinson）。他在1817年发表的医学论文《论震颤麻痹》中首次系统描述了该病的典型症状。

帕金森病是当前全球发病率增长最快的神经退行性疾病之一，被称为“沉默的杀手”、“慢性癌症”。其典型表现包括震颤、肌肉强直和运动迟缓，以及认知功能损害、痴呆等。该病可见于各年龄段，主要影响中老年人，且患病率随年龄增长而升高。

“帕金森病有三大主要特征，震颤（手抖或者腿抖）、动作迟缓、肌肉僵硬，早期核心临床症状就是“抖”“僵”“慢”等运动症状。”贺世明主任说，该病的早期多从一只手开始，手指最早出现症状，表现为“点钞式震颤”，这种震颤的特点是手指像在搓丸或数钞票一样运动，静止时明显，活动时减轻，这就是早期典型症状。患者出现肢体静止放松时的震颤，活动时相对好转。很多患者感觉肌肉僵硬紧绷、走路拖沓、摆臂减少，后期会出现面部表情呆板，被形容为“面具脸”。有的患者动作缓慢，洗漱、穿衣等日常活动困难，走路时无法迈开脚步，以小碎步前进。

2、

该病不靠设备化验来诊断

患者看门诊要“写字画圈”

因为帕金森患者的症状与书写、行动等动作密切相关，在门诊上，“写字画圈走走路”就是这种疾病最常见的评估项目。

“绝大多数患者的症状是从手开始的，也有一些从腿开始，初诊时就会让患者写几个字看一看，再走走路瞧一瞧。”贺世明解释说，由于帕金森患者手震颤动作慢肌肉僵硬，写字过程中，通常字体越写越小，落笔迟缓不流畅，横竖不分明，笔画歪歪扭扭不规整。如果有这样的症状，具备临床经验的医生就能够给出帕金森病的初步诊断。

大家都有的看病经验就是去了医院，先做各种化验和B超CT等机器检查，从而诊断疾病，但帕金森不是如此。 “帕金森病是退行性疾病，属于临床上很少的不通过影像检查来确诊的疾病，不靠设备和化验。”贺世明介绍说，PET-CT可以检查，但价格昂贵一般不适用。由于疾病的特性，其主要依赖经验丰富的临床医生根据面诊情况来诊断，因医生的经验水平不同，对该病不了解，可能存在诊断偏差。

“事实上，真正富有经验精准诊断帕金森病的医生并不多，尤其是偏远基层地区，有的患者早期症状不典型，也可能存在误诊。”贺世明说，自己有三十多年的临床经验，诊断一位帕金森患者需要十几分钟，对于一些低年资医生，可能就需要几位医生多方佐证。 此前，全球范围内并没有比较好的便携式设备，来辅助医生进行帕金森疾病的诊断，有些医院义诊时尝试使用心理测评量表让患者答题，因为考虑到帕金森患者可能伴有抑郁情绪，以此来参考判断，但这并不准确，因为很多疾病都可能令人产生抑郁症状。

3、

诊断笔进入临床试验应较快

具定量能力可实现自测

因此，“AI诊断笔”这种创新发明就很有前景，如果能够兼具定量能力、精准度高、成本低、可广泛获取，作为帕金森病诊断工具，必将备受欢迎。

“通过采集患者的落笔轻重、轨迹、笔画、时间等综合因素给予一个量化的指标，可以作为一个重要的指标，辅助医生做出精准的诊断。”贺世明分析说，该产品不是药品也并非植入医疗器械，因此临床试验要求不会很高，进行若干分组实试验，看看准确率能达到多少，过程会比较快捷。如果能尽快上市，价格合理，对于当前的帕金森疾病早发现早治疗很有帮助，尤其是偏远基层地区更将受益。甚至不需要操作者的专业性，只要按程序，理论上患者本人亦可完成自测。

“AI诊断笔”研究团队也表示，研究通过分析13名健康受试者的书写信号，成功识别出3 名帕金森病患者，但现阶段所用的分类模型尚不适用于纵向监测或病情分级。后续研究应引入不同阶段、病情程度明确的患者，探索其在病程追踪中的潜力。当前研究仍基于小样本量的初步试验，后续应扩大研究对象，纳入更多样化的帕金森病患者群体，以进一步验证其作为数字生物标志物的有效性，并结合标准化临床评估体系提升其临床适用性。

AI可分析面部微表情（如减少眨眼频率）、分析患者语音特征作为早期诊断线索；计算机视觉和传感器技术可捕捉步态异常、动作迟缓等运动特征；AI模型（如卷积神经网络CNN）可分析脑部MRI、PET-CT或SPECT影像，提高诊断准确率。

智能手表、手环等设备可实时监测患者的震颤频率、运动迟缓、睡眠质量等数据；AI从语音、运动、生理信号等多模态数据中提取“数字生物标志物”，可提供更敏感和客观的疾病评估指标。

此外，AI在结合虚拟现实（VR）及增强现实（AR）技术开展康复训练、药物研发加速、整合病历数据、远程复诊随访等方面都发挥越来越多的作用。

未来我国帕金森病患者将成为全球“最大值

目前，帕金森病是患者数量仅次于阿尔茨海默病的第二大神经退行性疾病，全球患者总数近千万，我国帕金森病患者总数约300万人，相关机构预测到2050年，我国帕金森病患者数将达1050万人，成为全球“最大值”。

贺世明强调，作为老年性疾病，帕金森病越老发病率越高，患病后严重影响生活质量，随着老龄化社会的到来，帕金森病会带来沉重的社会负担，而我们每个人都存在患病的风险，帕金森病现在也“盯上”了越来越多的年轻人，不乏三四十岁的帕金森患者。

既然是衰老引发的疾病，帕金森病年轻化的原因何在？据介绍，首先是遗传因素影响，目前已发现30多个帕金森病致病基因和高风险基因，虽然仅有不到10%的患者有家族史，但50岁前发病的患者遗传因素起较大作用。早发型病例中约10%~15%具有明确的遗传背景，某些基因变异可能使年轻人具有“遗传易感性”，即对帕金森病的外在环境风险因素更敏感，增加患病风险。

环境污染与职业暴露：年轻人因职业或生活方式接触有毒物质，包括农药（如百草枯）、重金属（铅、锰）、有机溶剂等，都可能损伤多巴胺能神经元，增加患病风险。长期处于空气污染、工业污染、化学污染、电磁辐射环境也可能通过氧化应激和炎症反应等损害神经系统，增加患病风险。

不良生活方式：部分年轻人长期高强度用脑、动辄熬夜、缺乏运动、高脂高糖饮食、精神紧张、焦虑抑郁等不良情绪增多，均可能影响神经递质平衡，增加患病风险。

意外损伤：日益增多的车辆使用和日益丰富的运动类型，使得年轻人意外脑外伤的概率增多，大脑多巴胺能神经元受损，增加患病风险。

专家强调，该病无法根治，早发现早干预，能够延缓疾病的发展。比如早期一经发现，可服用补充多巴胺的药物，马上就能改善症状；中期以上考虑手术，安装脑起搏器，是通过植入电极向大脑特定核团发送电脉冲，从而改善运动症状的手术疗法。它适用于药物疗效减退、出现运动并发症的中晚期患者，可显著缓解震颤、僵硬、运动迟缓等症状。生活方式及综合干预也有效，高强度间歇训练、舞蹈（如探戈）和太极等运动疗法已被证实可延缓运动功能衰退。地中海饮食、高纤维摄入改善肠道菌群，可延缓震颤麻痹的进展。

华商报大风新闻记者 李琳

专家简介：贺世明，主任医师、博士、西安国际医学中心医院神经外科主任，原第四军医大学唐都医院神经外科副主任。中国医师协会神经外科医师分会委员、陕西省保健学会常务理事、脑疾病预防专委会主任委员等。

来源：华商网-华商报

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