一種基于腦信息學(xué)系統(tǒng)化方法學(xué)的人體可穿戴生理-心理-行為數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于腦信息學(xué)系統(tǒng)化方法學(xué)的人體可穿戴生理?心理?行為數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，涉及傳感技術(shù)、醫(yī)療電子系統(tǒng)、抑郁癥量化治療和健康管理等領(lǐng)域。設(shè)計(jì)多種可穿戴設(shè)備采集語音、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、脈搏、腦電、心電和震顫等生理、行為數(shù)據(jù)，結(jié)合智能手機(jī)，在其上開發(fā)了系統(tǒng)。設(shè)計(jì)長時(shí)數(shù)據(jù)采集方法連續(xù)采集12個(gè)小時(shí)以上的語音、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和脈搏等數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)短時(shí)數(shù)據(jù)采集方法一天多次對(duì)腦電、心電和震顫等數(shù)據(jù)進(jìn)行片段式采集，基于智能手機(jī)將數(shù)據(jù)通過USB或WIFI方式傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器中，后臺(tái)服務(wù)器不僅能夠?qū)Σ杉纳?、心理和行為?shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，而且建立心境狀態(tài)量化評(píng)估模型用于對(duì)用戶提供生理、行為結(jié)果反饋和心境狀態(tài)量化評(píng)估等服務(wù)。
【專利說明】
一種基于腦信息學(xué)系統(tǒng)化方法學(xué)的人體可穿戴生理-心理-行為數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及傳感技術(shù)、醫(yī)療電子系統(tǒng)、抑郁癥量化治療和健康管理等領(lǐng)域，特別涉及一種基于腦信息學(xué)系統(tǒng)化方法學(xué)的人體可穿戴生理-心理-行為數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。適用于家庭、社區(qū)和醫(yī)院內(nèi)的醫(yī)療和健康管理服務(wù)，實(shí)現(xiàn)健康狀況的實(shí)時(shí)追蹤與量化評(píng)估?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近年來，基于可穿戴設(shè)備的健康管理已經(jīng)成為眾多研究人員的關(guān)注焦點(diǎn)。一方面， 在數(shù)據(jù)采集內(nèi)容上不僅從單一的生理、行為數(shù)據(jù)采集過渡到了多模態(tài)的生理、行為數(shù)據(jù)采集，而且在數(shù)據(jù)采集方法上也從基于片段式生理、行為數(shù)據(jù)采集方法轉(zhuǎn)變到了基于連續(xù)性生理、行為數(shù)據(jù)采集方法。另一方面，基于多模態(tài)的連續(xù)性生理、行為數(shù)據(jù)不僅能夠較為全面的反映出測試人員生命體征信息(脈搏、心電、腦電、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、語音、震顫等)的連續(xù)性變化規(guī)律，而且可以支持傳統(tǒng)主觀性問診和狀態(tài)評(píng)估的輔助工具，成為臨床研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和量化依據(jù)。特別是在抑郁癥量化治療領(lǐng)域，傳統(tǒng)的抑郁癥問診和心理評(píng)估方法均采用醫(yī)生問診、量表評(píng)估等具有強(qiáng)烈主觀性的評(píng)價(jià)機(jī)制，缺乏對(duì)抑郁狀態(tài)的量化評(píng)估方法。如何基于多模態(tài)生理、行為數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法提取出有效反映用戶心理狀態(tài)變換的生理、行為特征是抑郁癥量化治療領(lǐng)域的亟需解決的問題。鑒于此，采用非侵入式可穿戴設(shè)備采集生理信號(hào)，將有效的分析方法應(yīng)用于抑郁癥臨床研究已越來越受到關(guān)注。 近年來許多研究將抑郁癥和多種生理信號(hào)(腦電、脈搏、心電等)聯(lián)系起來，嘗試找到反應(yīng)精神狀態(tài)的客觀量化指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)心臟活動(dòng)的功能。神經(jīng)系統(tǒng)的交感神經(jīng)分支具有調(diào)節(jié)人體活動(dòng)、心理活動(dòng)和情緒活動(dòng)的功能，而這些活動(dòng)又和脈搏的變化密切相關(guān)。臨床研究表明，抑郁癥病人涉及情緒和意志的交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)反應(yīng)微弱。這種由于降低的交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)緊張可以通過不同的生理采集方式進(jìn)行測量。相關(guān)研究一致表明慢性抑郁癥患者具有下降的心率變異性，頻譜波段的能量下降，然而重度抑郁癥患者的心電頻譜波段的能量上升。
[0003]許多針對(duì)脈搏和抑郁癥關(guān)聯(lián)性的研究也一致認(rèn)為重度抑郁癥患者減弱的副交感神經(jīng)緊張對(duì)脈搏產(chǎn)生影響。通常來說，抑郁癥患者的脈搏基線高于非抑郁癥患者的脈搏基線。另外，許多研究對(duì)精神疾病患者采用長時(shí)間脈搏監(jiān)測，結(jié)果表明抑郁癥患者在睡眠狀態(tài)脈搏增強(qiáng)，并伴隨著早醒的癥狀。其他脈搏研究也表明抑郁癥患者正常心率節(jié)奏會(huì)出現(xiàn)減少或者消失的現(xiàn)象。例如抑郁癥癥狀之一一一冷漠，已經(jīng)和下降的脈搏活動(dòng)建立起較強(qiáng)的相關(guān)。
[0004]除了上述討論的抑郁癥生理特征之外，也有大量的文獻(xiàn)表明了抑郁癥對(duì)人體行為的影響，行為特征已經(jīng)長期作為反映抑郁癥患者行為失常的量化指標(biāo)。下降的情緒反映、減弱的身體活動(dòng)和心理活動(dòng)阻滯以及社交功能障礙等行為特征已被視為抑郁特征。實(shí)際上， 上述行為癥狀都可以被視為由重度抑郁癥引起的自律遲鈍的行為表象。精神運(yùn)動(dòng)遲緩(被定義為思維、語言和運(yùn)動(dòng)的減慢)也是抑郁癥一種主要的癥狀之一。它是診斷抑郁癥、區(qū)分抑郁癥亞型和進(jìn)行療效評(píng)估(藥物評(píng)估)的一種重要抑郁癥癥狀。重度抑郁癥患者的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)下降，研究表明身體活動(dòng)水平和抑郁癥也有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。精神焦慮和躁狂癥患者會(huì)出現(xiàn)明顯的手部震顫動(dòng)作，鑒于此，手部震顫程度也可以作為反映抑郁癥病情嚴(yán)重性的量化指標(biāo)。眾所周知，社交活動(dòng)的減少和社交功能紊亂是抑郁癥癥狀之一。相關(guān)研究表明社交活動(dòng)的數(shù)量和質(zhì)量和抑郁癥呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。此外，譬如社交恐懼癥和回避型人格障礙等社交功能紊亂癥狀也在重度抑郁癥患者中經(jīng)常出現(xiàn)。研究表明日常語音模式能夠很好的反映人們的日常社交情況，一天內(nèi)的說話時(shí)間和對(duì)答時(shí)間可以作為衡量人們?nèi)粘＝煌牧炕笜?biāo)，采用語音分析技術(shù)從人們的日常語音數(shù)據(jù)中提取特征進(jìn)而量化日常語音模式可以作為有效反映社交活動(dòng)量的技術(shù)工具。
[0005]綜上所述，上述生理及行為特征在抑郁癥診斷及預(yù)測方面都具有較強(qiáng)可區(qū)分度。 采用非侵入式傳感設(shè)備亦可對(duì)上述生理及行為特征進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和量化分析。例如市場上已經(jīng)有監(jiān)測人體體溫、心率以及腦電的可穿戴傳感器。此外，采用三軸加速度傳感器也可以采集人體行為數(shù)據(jù)(久坐、睡眠狀態(tài)、人體運(yùn)動(dòng)模式等)并進(jìn)行量化分析。因此，結(jié)合可穿戴生理監(jiān)測設(shè)備，采集及分析人體長期的生理及行為數(shù)據(jù)，對(duì)相關(guān)的抑郁癥生理及行為特征進(jìn)行量化分析，可以成為抑郁癥臨床診療的一種輔助手段。
[0006]然而，由于對(duì)若干個(gè)可穿戴設(shè)備同時(shí)進(jìn)行長時(shí)間佩戴會(huì)使測試人員覺得身體不適并最終造成數(shù)據(jù)采集失敗。而且，在大多數(shù)的基于可穿戴設(shè)備的健康管理和抑郁癥量化治療研究中，都缺少一種方便用戶操作和連續(xù)自評(píng)的心境評(píng)估手段，即目前尚未形成一種行之有效的系統(tǒng)化生理、心理、行為數(shù)據(jù)采集方案。一方面，針對(duì)長時(shí)間佩戴可穿戴設(shè)備導(dǎo)致測試人員不舒適的問題，本發(fā)明采用針對(duì)生理、心理和行為數(shù)據(jù)進(jìn)行長時(shí)采集和短時(shí)采集的方法并結(jié)合智能手機(jī)，不僅提高了數(shù)據(jù)采集方法的靈活性，而且增強(qiáng)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便攜性，將給測試人員帶來的不適程度降到最低。另一方面，針對(duì)基于可穿戴設(shè)備的系統(tǒng)化生理、心理和行為數(shù)據(jù)采集，本發(fā)明在腦信息學(xué)系統(tǒng)化方法學(xué)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)思想的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)出一種基于可穿戴設(shè)備的系統(tǒng)化生理、心理和行為數(shù)據(jù)采集方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的問題是為健康管理和抑郁癥量化治療領(lǐng)域提供一種基于可穿戴設(shè)備的系統(tǒng)化生理、心理和行為數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，一方面，設(shè)計(jì)多種可穿戴設(shè)備采集語音、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、脈搏、腦電、心電和震顫等生理、行為數(shù)據(jù)，結(jié)合智能手機(jī)，在其上開發(fā)了一種電子化P0MS心境狀態(tài)自評(píng)用的系統(tǒng)。另一方面，設(shè)計(jì)長時(shí)數(shù)據(jù)采集方法連續(xù)采集12個(gè)小時(shí)以上的語音、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和脈搏等數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)短時(shí)數(shù)據(jù)采集方法一天多次對(duì)腦電、心電和震顫等數(shù)據(jù)進(jìn)行片段式采集，基于智能手機(jī)將數(shù)據(jù)通過USB或WIFI方式傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器中，后臺(tái)服務(wù)器不僅能夠?qū)Σ杉纳?、心理和行為?shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，而且可以建立心境狀態(tài)量化評(píng)估模型用于對(duì)用戶提供生理、行為結(jié)果反饋和心境狀態(tài)量化評(píng)估等服務(wù)。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于腦信息學(xué)系統(tǒng)化方法學(xué)的人體可穿戴生理_心理-行為數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于長時(shí)間數(shù)據(jù)采集的語音數(shù)據(jù)采集模塊、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊，用于短時(shí)間數(shù)據(jù)采集的腦電數(shù)據(jù)采集模塊、心電數(shù)據(jù)采集模塊和震顫數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集心理自評(píng)數(shù)據(jù)的基于智能手機(jī)的電子化P0MS心境狀態(tài)自評(píng)量表，用于生理、心理和行為數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果反饋的后臺(tái)服務(wù)器。在長時(shí)間數(shù)據(jù)采集的過程中，語音數(shù)據(jù)采集模塊用導(dǎo)線與智能手機(jī)的耳機(jī)接口相連，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊采用藍(lán)牙與智能手機(jī)進(jìn)行通信。語音數(shù)據(jù)采集模塊包括語音麥克風(fēng)、導(dǎo)線和智能手機(jī)。語音數(shù)據(jù)采集模塊的語音傳感器通過導(dǎo)線和智能手機(jī)上的耳機(jī)接口將采集到的語音信號(hào)傳送給智能手機(jī)，智能手機(jī)上安裝語音處理應(yīng)用程序，負(fù)責(zé)語音信號(hào)的編碼、解碼、存儲(chǔ)和音量波形顯示功能，智能手機(jī)對(duì)語音信號(hào)的采樣率為8KHz，智能手機(jī)一次充電后能連續(xù)供電時(shí)間12小時(shí)以上。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊包括微控制器、三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀傳感器、藍(lán)牙模塊、鋰電池、開關(guān)、外部包裝。三軸加速度傳感器和三軸陀螺儀傳感器采集人體三維運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)并將其傳送給微控制器，微控制器控制藍(lán)牙發(fā)送模塊以數(shù)字信號(hào)形式向智能手機(jī)發(fā)送運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，微控制器數(shù)據(jù)采樣頻率為20Hz，電源采用可充電鋰電池以可插拔的形式為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊供電，一次充電可連續(xù)供電時(shí)間12小時(shí)以上。脈搏數(shù)據(jù)采集模塊包括微控制器、 脈搏數(shù)據(jù)傳感器、導(dǎo)線、鋰電池、開關(guān)、外部包裝、粘扣和綁帶。
[0009]脈搏傳感器被固定在測試者的中指指尖，對(duì)采集的脈搏信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換后通過導(dǎo)線將其傳送給微控制器，微控制器控制藍(lán)牙發(fā)送模塊以數(shù)字信號(hào)形式向智能手機(jī)發(fā)送脈搏數(shù)據(jù)。微控制器數(shù)據(jù)采樣頻率為20HZ，電源采用可充電鋰電池以可插拔的形式為脈搏數(shù)據(jù)采集模塊供電，一次充電可連續(xù)供電時(shí)間12小時(shí)以上。智能手機(jī)需要支持藍(lán)牙4.0版本以上的通信方式，智能手機(jī)上安裝有自主開發(fā)的支持語音數(shù)據(jù)采集和一對(duì)多藍(lán)牙通信方式的應(yīng)用程序，即不僅具有支持8KHz以上的語音數(shù)據(jù)采集功能，而且能夠支持同時(shí)接收2個(gè)或2個(gè)以上藍(lán)牙客戶端同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的功能。語音數(shù)據(jù)采集模塊和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊放在可穿戴衣中方便佩戴。自主開發(fā)的智能手機(jī)應(yīng)用程序不僅支持長時(shí)數(shù)據(jù)采集中涉及的語音、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和脈搏三項(xiàng)數(shù)據(jù)同步采集功能，還支持對(duì)語音、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、脈搏、腦電、心電和震顫等數(shù)據(jù)的單項(xiàng)采集功能。即測試人員可以使用該應(yīng)用程序?qū)雾?xiàng)生理或行為數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。智能手機(jī)上安裝有基于藍(lán)牙模塊和麥克風(fēng)模塊的數(shù)據(jù)接收、顯示、存儲(chǔ)和發(fā)送的應(yīng)用程序，上述應(yīng)用程序能同時(shí)接收2個(gè)及2個(gè)以上藍(lán)牙客戶端以及語音傳感器發(fā)送過來的多通道數(shù)據(jù)，多通道數(shù)據(jù)包括震顫數(shù)據(jù)、脈搏數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)、腦電數(shù)據(jù)、心電數(shù)據(jù)和語音數(shù)據(jù)。同時(shí)，多通道數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)波形的方式將震顫數(shù)據(jù)、脈搏數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)、 腦電數(shù)據(jù)、心電數(shù)據(jù)和語音數(shù)據(jù)顯示在智能手機(jī)上，在數(shù)據(jù)接收的同時(shí)將上述多通道數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)寫到智能手機(jī)內(nèi)部安裝的SD卡上。應(yīng)用程序界面上包含數(shù)據(jù)發(fā)送按鈕，將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過WIFI自動(dòng)發(fā)送到后臺(tái)服務(wù)器上。此外，應(yīng)用程序具有用戶信息記錄功能，用戶可在程序界面首頁輸入被試姓名、被試編號(hào)、主試姓名和實(shí)驗(yàn)類型等信息，用于記錄所采數(shù)據(jù)所屬的用戶對(duì)象或數(shù)據(jù)采集操作人員。應(yīng)用程序能夠?qū)崟r(shí)記錄數(shù)據(jù)采集時(shí)間，將采集時(shí)間與數(shù)據(jù)同時(shí)寫到SD卡上。針對(duì)接收到的震顫、脈搏、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、腦電、心電和語音等數(shù)據(jù)，都分別保存到以數(shù)據(jù)類型英文名命名的文件夾中，如脈搏數(shù)據(jù)保存在pulse文件夾下，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)文件名由被試姓名和數(shù)據(jù)開始采集時(shí)間組成。針對(duì)所述的長時(shí)數(shù)據(jù)采集方法，語音數(shù)據(jù)采集模塊、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊和手機(jī)連接成功后，支持對(duì)測試人員的語音、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和脈搏等生理、行為數(shù)據(jù)進(jìn)行12個(gè)小時(shí)以上的連續(xù)性采集。采集方法步驟敘述如下:
[0010]步驟1、通過導(dǎo)線和智能手機(jī)耳機(jī)接口連接語音數(shù)據(jù)采集模塊和智能手機(jī)，打開運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊的電源開關(guān)。
[0011]步驟2、將語音麥克風(fēng)、導(dǎo)線、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和智能手機(jī)放在可穿戴衣中， 其中智能手機(jī)放在可穿戴衣左邊腰部位置，語音麥克風(fēng)固定在衣服領(lǐng)口位置，連接語音麥克風(fēng)和智能手機(jī)耳機(jī)接口的導(dǎo)線被包裹在事先縫制好的長形窄口口袋中。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊放在衣服腰部靠右位置。脈搏數(shù)據(jù)采集模塊中的外部包裝部分(包括微控制器、電源開關(guān)、鋰電池等部分)通過綁帶放置在手腕關(guān)節(jié)位置，脈搏信號(hào)傳感器通過粘扣固定在測試人員中指上，脈搏數(shù)據(jù)傳感器通過導(dǎo)線和微控制器相連。
[0012]步驟3、打開智能手機(jī)長時(shí)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序，輸入被試姓名、編號(hào)以及主試者的姓名，點(diǎn)擊下拉菜單選擇數(shù)據(jù)采集方式。所述主試者是指數(shù)據(jù)采集過程的監(jiān)督者，在沒有監(jiān)督者的情況下，該項(xiàng)可以忽略或者填寫測試人員姓名。所述下拉菜單中的數(shù)據(jù)采集方式包括長時(shí)數(shù)據(jù)采集、短時(shí)數(shù)據(jù)采集、語音數(shù)據(jù)采集、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、脈搏數(shù)據(jù)采集、腦電數(shù)據(jù)采集、心電數(shù)據(jù)采集和震顫數(shù)據(jù)采集等。點(diǎn)擊數(shù)據(jù)保存按鈕，進(jìn)入藍(lán)牙連接界面。
[0013]步驟4、跳轉(zhuǎn)到藍(lán)牙連接界面，點(diǎn)擊藍(lán)牙模塊開啟按鈕，保證藍(lán)牙模塊處在打開狀態(tài)。點(diǎn)擊周圍藍(lán)牙掃描按鈕，搜索打開的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊上的藍(lán)牙模塊，在確定搜索到上述兩個(gè)模塊藍(lán)牙地址后，點(diǎn)擊任何一個(gè)藍(lán)牙地址跳轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)采集與顯示界面。[〇〇14]步驟5、查看數(shù)據(jù)采集與顯示界面，觀察語音數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)和脈搏數(shù)據(jù)是否顯示正常。若出現(xiàn)三個(gè)數(shù)據(jù)中某個(gè)數(shù)據(jù)或某幾個(gè)數(shù)據(jù)不顯示的情況，關(guān)閉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊電源，按照步驟1至步驟5的方法重新執(zhí)行數(shù)據(jù)采集步驟。
[0015]在短時(shí)數(shù)據(jù)采集方法中，所述腦電數(shù)據(jù)采集模塊以綁帶的形式固定在腦部并采用單通道干電極采集大腦前額葉腦電數(shù)據(jù)，腦電傳感器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換后將其傳送給微控制器，微控制器控制藍(lán)牙發(fā)送模塊以數(shù)字信號(hào)形式向智能手機(jī)發(fā)送腦電數(shù)據(jù)，微控制器數(shù)據(jù)采樣頻率為512Hz，電源采用可充電鋰電池并以可插拔的形式為腦電傳感模塊供電，一次充電可連續(xù)供電時(shí)間12小時(shí)以上。所述心電數(shù)據(jù)采集模塊采用兩個(gè)以氯化銀為材質(zhì)的電極傳感器，以雙手食指為檢測點(diǎn)采集用戶心電信號(hào)，心電傳感器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換后將其傳送給微控制器，微控制器控制藍(lán)牙發(fā)送模塊以數(shù)字信號(hào)形式向智能手機(jī)發(fā)送心電數(shù)據(jù)，微控制器數(shù)據(jù)采樣頻率為50Hz，電源采用可充電鋰電池以可插拔的形式為心電傳感模塊供電，一次充電可連續(xù)供電時(shí)間12小時(shí)以上。所述震顫數(shù)據(jù)采集模塊由三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀傳感器、微控制器、藍(lán)牙模塊、導(dǎo)線、粘扣和電池等部分組成。以單手中指和大拇指為檢測點(diǎn)，將粘扣、三軸加速度傳感器和三軸陀螺儀傳感器分別固定在中指和大拇指上對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換后將其傳送給微控制器，微控制器控制藍(lán)牙發(fā)送模塊以數(shù)字信號(hào)形式向智能手機(jī)發(fā)送震顫數(shù)據(jù)，即所述震顫數(shù)據(jù)是指利用三軸加速度傳感器和三軸陀螺儀傳感器采集到的三軸加速度數(shù)據(jù)和三軸陀螺儀數(shù)據(jù)。微控制器數(shù)據(jù)采樣頻率為20Hz，電源采用可充電鋰電池以可插拔的形式為震顫傳感模塊供電，一次充電可連續(xù)供電時(shí)間12小時(shí)以上。針對(duì)所述短時(shí)數(shù)據(jù)采集方法， 可以分別對(duì)腦電、心電和震顫數(shù)據(jù)進(jìn)行單項(xiàng)數(shù)據(jù)采集，也能夠?qū)δX電、心電數(shù)據(jù)和震顫數(shù)據(jù)進(jìn)行兩項(xiàng)或三項(xiàng)數(shù)據(jù)同時(shí)采集。與智能手機(jī)連接成功后，腦電數(shù)據(jù)采集模塊采集左前額5分鐘靜息態(tài)腦電數(shù)據(jù)，心電數(shù)據(jù)采集模塊以雙手食指為數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，采集5分鐘靜息態(tài)心電數(shù)據(jù)，震顫數(shù)據(jù)采集模塊以單手中指和大拇指為數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，采集手指5分鐘指定動(dòng)作數(shù)據(jù)。 所述靜息態(tài)腦電和靜息態(tài)心電是指測試人員處于靜止?fàn)顟B(tài)下發(fā)出的腦電和心電數(shù)據(jù)。震顫數(shù)據(jù)采集過程中所述指定動(dòng)作是指靜息態(tài)下的震顫數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)態(tài)下的震顫數(shù)據(jù)，靜息態(tài)下震顫動(dòng)作為測試人員保持靜止自然狀態(tài)下的數(shù)據(jù)采集;運(yùn)動(dòng)態(tài)震顫動(dòng)作為:測試人員佩戴震顫數(shù)據(jù)采集模塊的手臂向前伸展，方向與地面平行，五指伸展并保持略微分開狀態(tài)。
[0016]震顫數(shù)據(jù)中，短時(shí)數(shù)據(jù)采集方法步驟說明如下:
[0017]步驟1、打開兩個(gè)震顫數(shù)據(jù)采集模塊，將由三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀傳感器組成的傳感模塊通過粘扣固定在左手或右手中指和大拇指上。
[0018]步驟2、打開智能手機(jī)長時(shí)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序，輸入被試者姓名、編號(hào)以及主試者的姓名，點(diǎn)擊下拉菜單選擇數(shù)據(jù)采集方式。所述主試者是指數(shù)據(jù)采集過程的監(jiān)督者，在沒有監(jiān)督者的情況下，該項(xiàng)可以忽略或者填寫測試人員姓名。點(diǎn)擊數(shù)據(jù)保存按鈕進(jìn)入藍(lán)牙連接界面。
[0019]步驟3、跳轉(zhuǎn)到藍(lán)牙連接界面，點(diǎn)擊藍(lán)牙模塊開啟按鈕，保證手機(jī)藍(lán)牙模塊處在打開狀態(tài)。點(diǎn)擊周圍藍(lán)牙掃描按鈕，搜索打開的震顫數(shù)據(jù)采集模塊上的藍(lán)牙模塊，在確定搜索到藍(lán)牙地址后，點(diǎn)擊藍(lán)牙地址跳轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)采集與顯示界面。
[0020]步驟4、采集測試人員靜息態(tài)下震顫數(shù)據(jù)時(shí)，要求測試人員坐在椅子上，眼睛閉眼， 雙手放在大腿上保持靜止，完成上述動(dòng)作后執(zhí)行步驟5;采集測試人員運(yùn)動(dòng)態(tài)下震顫數(shù)據(jù)時(shí)，要求測試人員坐在椅子上，眼睛目視前方，佩戴震顫數(shù)據(jù)采集模塊的手臂向前伸展，方向與地面平行，五指伸展并保持微微分開狀態(tài)，完成上述動(dòng)作后執(zhí)行步驟5。
[0021]步驟5、查看數(shù)據(jù)采集與顯示界面，觀察震顫數(shù)據(jù)是否顯示正常。若出現(xiàn)兩個(gè)數(shù)據(jù)中某個(gè)數(shù)據(jù)或兩個(gè)數(shù)據(jù)都不顯示的情況，關(guān)閉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊電源，按照步驟1至步驟5的方法重新執(zhí)行數(shù)據(jù)采集步驟。
[0022]在長時(shí)間數(shù)據(jù)采集和短時(shí)數(shù)據(jù)采集方法中，語音數(shù)據(jù)采集模塊、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊、脈搏數(shù)據(jù)采集模塊、腦電數(shù)據(jù)采集模塊、心電數(shù)據(jù)采集模塊和震顫數(shù)據(jù)采集模塊將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)格式發(fā)送到智能手機(jī)上，即不同的數(shù)據(jù)采集模塊向智能手機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)組成與數(shù)據(jù)標(biāo)記格式不同。語音數(shù)據(jù)采集模塊向手機(jī)發(fā)送的語音數(shù)據(jù)由幀頭、語音數(shù)據(jù)和幀尾三部分組成。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊向手機(jī)發(fā)送的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)由幀頭、x軸加速度數(shù)據(jù)、分隔符l、y軸加速度數(shù)據(jù)、分隔符2、z軸加速度數(shù)據(jù)、分隔符3、x軸角速度數(shù)據(jù)、分隔符4、y軸角速度數(shù)據(jù)、分隔符5、z軸角速度數(shù)據(jù)和幀尾等部分組成。脈搏數(shù)據(jù)采集模塊向手機(jī)發(fā)送的脈搏數(shù)據(jù)由幀頭、脈搏數(shù)據(jù)和幀尾等部分組成。震顫數(shù)據(jù)采集模塊向手機(jī)發(fā)送的震顫數(shù)據(jù)由幀頭、分隔符l、x軸加速度數(shù)據(jù)、分隔符2、y軸加速度數(shù)據(jù)、分隔符3、z軸加速度數(shù)據(jù)、分隔符 4、x軸角速度數(shù)據(jù)、分隔符5、y軸角速度數(shù)據(jù)、分隔符6、z軸角速度數(shù)據(jù)和幀尾等部分組成。 中指和大拇指上的震顫數(shù)據(jù)由幀頭進(jìn)行區(qū)分。腦電數(shù)據(jù)采集模塊向手機(jī)發(fā)送的腦電數(shù)據(jù)由幀頭、腦電數(shù)據(jù)和幀尾等三部分組成。心電數(shù)據(jù)采集模塊向手機(jī)發(fā)送的心電數(shù)據(jù)由幀頭、心電數(shù)據(jù)和幀尾等三部分組成。針對(duì)不同數(shù)據(jù)采集模塊向手機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)所設(shè)置的幀頭不同。[〇〇23]所述用于生理、心理和行為數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果反饋的后臺(tái)服務(wù)器不僅能夠用于對(duì)采集的生理、心理和行為數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，而且能夠建立心境狀態(tài)量化評(píng)估模型用于對(duì)用戶提供生理、行為結(jié)果反饋和心境狀態(tài)量化評(píng)估等服務(wù)。后臺(tái)服務(wù)器以在線或離線的方式接收智能手機(jī)發(fā)送過來的生理-心理-行為數(shù)據(jù)，在在線方式下，智能手機(jī)通過WIFI向后臺(tái)服務(wù)器實(shí)時(shí)發(fā)送采集到的語音、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、脈搏、腦電、心電和震顫等生理和行為數(shù)據(jù)，服務(wù)器對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)和在線數(shù)據(jù)分析?；蛘咄ㄟ^離線方式，通過USB或WIFI將手機(jī)上保存的語音、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、脈搏、腦電、心電、震顫和心理自評(píng)量表評(píng)估數(shù)據(jù)等生理、心理和行為數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器上。在后臺(tái)服務(wù)器上，根據(jù)采集到的用戶生理、心理和行為數(shù)據(jù)，建立心境狀態(tài)量化評(píng)估模型為用戶提供心境狀態(tài)量化評(píng)估服務(wù)。心境狀態(tài)量化評(píng)估模型主要基于用戶的多天心境評(píng)估數(shù)據(jù)和生理、行為數(shù)據(jù)，采用主成分分析、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和多重多元線性回歸分析方法得出多個(gè)以生理、行為數(shù)據(jù)特征為自變量、 以心境評(píng)估數(shù)據(jù)為因變量的線性回歸方程，將線性回歸方程作為心境狀態(tài)量化評(píng)估模型， 根據(jù)采集到的測試人員當(dāng)天的生理、行為數(shù)據(jù)特征對(duì)當(dāng)天心境狀態(tài)進(jìn)行量化評(píng)估。服務(wù)器上建立的個(gè)性化模型旨在基于用戶的生理和行為數(shù)據(jù)，找到能夠準(zhǔn)確反映該用戶心境狀態(tài)變化的生理和行為數(shù)據(jù)特征并作為有效的心境量化指標(biāo)，進(jìn)而提供有針對(duì)性的心境量化評(píng)估服務(wù)。
[0024]本發(fā)明在腦信息學(xué)系統(tǒng)化方法學(xué)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和采集人體生命體征信息的指導(dǎo)下，結(jié)合多種可穿戴設(shè)備和智能手機(jī)，對(duì)人體生理、行為和心理數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化采集。一方面，利用智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備的便攜性，從長時(shí)間的角度連續(xù)監(jiān)測人體語音、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和脈搏等生命體征數(shù)據(jù)的變化情況，客服了現(xiàn)有監(jiān)測設(shè)備在及時(shí)性、便攜性和操作方式簡單性等方面存在的缺陷。另一方面，結(jié)合智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備，從短時(shí)間的角度對(duì)人體腦電、心電、震顫和心理等數(shù)據(jù)進(jìn)行片段式采集，在提高了生命體征信息采集多樣性的同時(shí)， 為健康管理和抑郁癥量化領(lǐng)域中涉及的心境狀態(tài)客觀量化評(píng)估提供了一種解決思路。本發(fā)明不僅能夠適用于家庭、社區(qū)用戶的健康管理，為人們測量人體生理、行為參數(shù)提供系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)采集方案，而且還能作為面向醫(yī)院臨床醫(yī)生的生理、心理和行為數(shù)據(jù)采集輔助工具， 從客觀量化的角度評(píng)估患者心境狀態(tài)，為醫(yī)生的臨床決策和診療方案提供支持?！靖綀D說明】[〇〇25]圖1為基于腦信息學(xué)系統(tǒng)化方法學(xué)的人體可穿戴生理_心理-行為數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖
[0026]圖2為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊組成結(jié)構(gòu)圖
[0027]圖3為脈搏數(shù)據(jù)采集模塊組成結(jié)構(gòu)圖 [〇〇28]圖4為可穿戴衣組成結(jié)構(gòu)圖
[0029]圖5為腦電數(shù)據(jù)采集模塊組成結(jié)構(gòu)圖
[0030]圖6為心電數(shù)據(jù)采集模塊組成結(jié)構(gòu)圖 [0031 ]圖7為震顫數(shù)據(jù)采集模塊組成結(jié)構(gòu)圖[〇〇32]圖8為基于多模態(tài)生理、心理和行為數(shù)據(jù)的心境狀態(tài)量化評(píng)估方法流程圖【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本專利發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，值得注意的是，本發(fā)明專利的實(shí)施方式不限于此。[〇〇34] 一種基于腦信息學(xué)系統(tǒng)化方法學(xué)的人體可穿戴生理-心理-行為數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)如圖1所示，包括語音數(shù)據(jù)采集模塊、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊等長時(shí)采集手段、腦電數(shù)據(jù)采集模塊、心電數(shù)據(jù)采集模塊和震顫數(shù)據(jù)采集模塊等短時(shí)采集手段、以導(dǎo)線和藍(lán)牙為通訊手段并安裝了電子化POMS心境狀態(tài)自評(píng)量表的智能手機(jī)、以USB/WIFI 為通訊手段并用于數(shù)據(jù)顯示、分析及結(jié)果反饋的后臺(tái)服務(wù)器。
[0035]所述長時(shí)數(shù)據(jù)采集，具體實(shí)施步驟如下:
[0036]步驟1、通過導(dǎo)線和手機(jī)耳機(jī)接口連接語音數(shù)據(jù)采集模塊和智能手機(jī)，打開運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊的電源開關(guān)。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊如圖2所示，將運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和第一鋰電池204相連接，打開第一電源開關(guān)205為三軸加速度傳感模塊和三軸陀螺儀第一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)傳感模塊201、第一微控制器206和第一藍(lán)牙發(fā)送模塊202供電，操作完成后將運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集放到第一外包裝203中。脈搏數(shù)據(jù)采集模塊如圖3所示， 將脈搏數(shù)據(jù)采集模塊和第二鋰電池305相連，打開第二電源開關(guān)306為脈搏數(shù)據(jù)傳感器302、 第二微控制器307和第二藍(lán)牙發(fā)送模塊303供電，操作完成后將整個(gè)模塊放到第二外包裝 304中。上述操作完成后，將語音麥克風(fēng)、導(dǎo)線、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和手機(jī)放在可穿戴衣中，如圖4所示，智能手機(jī)402放在可穿戴衣左邊腰部位置，語音麥克風(fēng)401固定在衣服領(lǐng)口位置，連接語音麥克風(fēng)和智能手機(jī)耳機(jī)接口的第二導(dǎo)線404被包裹在事先縫制好的長形窄口 口袋中。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊放在衣服腰部靠右位置403。脈搏數(shù)據(jù)采集模塊中的外部包裝部分(包括第二微控制器307、第二電源開關(guān)306、第二鋰電池等部分)通過綁帶放置在手腕關(guān)節(jié)位置，脈搏信號(hào)傳感器302通過第一粘扣301固定在測試人員中指上，脈搏數(shù)據(jù)傳感器通過第一導(dǎo)線308和第二微控制器307相連。
[0037]步驟2、打開智能手機(jī)長時(shí)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序，輸入測試人員姓名、編號(hào)以及主試者的姓名，點(diǎn)擊下拉菜單選擇數(shù)據(jù)采集方式選擇長時(shí)數(shù)據(jù)采集方式。所述主試者是指數(shù)據(jù)采集過程的監(jiān)督者，在沒有監(jiān)督者的情況下，該項(xiàng)可以忽略或者填寫測試人員姓名。所述下拉菜單中的數(shù)據(jù)采集方式包括長時(shí)數(shù)據(jù)采集、短時(shí)數(shù)據(jù)采集、語音數(shù)據(jù)采集、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、脈搏數(shù)據(jù)采集、腦電數(shù)據(jù)采集、心電數(shù)據(jù)采集和震顫數(shù)據(jù)采集。點(diǎn)擊數(shù)據(jù)保存按鈕，進(jìn)入藍(lán)牙連接界面。
[0038]步驟3、跳轉(zhuǎn)到藍(lán)牙連接界面，點(diǎn)擊藍(lán)牙模塊開啟按鈕，保證手機(jī)藍(lán)牙模塊處在打開狀態(tài)。點(diǎn)擊周圍藍(lán)牙掃描按鈕，搜索打開的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊上的藍(lán)牙模塊地址，在確定搜索到上述兩個(gè)模塊藍(lán)牙地址后，點(diǎn)擊任何一個(gè)藍(lán)牙地址跳轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)采集與顯示界面。[〇〇39]步驟4、查看數(shù)據(jù)采集與顯示界面，觀察語音數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)和脈搏數(shù)據(jù)是否顯示正常。若出現(xiàn)三個(gè)數(shù)據(jù)中某個(gè)數(shù)據(jù)或某幾個(gè)數(shù)據(jù)不顯示的情況，關(guān)閉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊電源，按照步驟1至步驟5的方法重新執(zhí)行數(shù)據(jù)采集步驟。
[0040]針對(duì)短時(shí)數(shù)據(jù)采集，具體實(shí)施步驟說明如下:
[0041]步驟1、分別打開腦電數(shù)據(jù)采集模塊、心電數(shù)據(jù)采集模塊和震顫數(shù)據(jù)采集模塊。腦電數(shù)據(jù)采集模塊如圖5所示，將腦電數(shù)據(jù)采集模塊和第三鋰電池506相連，打開第三電源開關(guān)509為腦電傳感器507、第三微控制器510和第三藍(lán)牙模塊508供電，操作完成后將腦電傳感模塊放到第三外包裝505中。心電數(shù)據(jù)采集模塊如圖6所示，將心電數(shù)據(jù)采集模塊和第四鋰電池606相連，打開第四電源開關(guān)607為心電傳感器604、第四微控制器608、第四藍(lán)牙模塊 609供電，操作完成后將心電數(shù)據(jù)采集模塊放在第四外包裝605中。震顫數(shù)據(jù)采集模塊如圖7 所示，震顫數(shù)據(jù)采集模塊分別采集單手中指和大拇指靜息態(tài)下震顫數(shù)據(jù)，中指和大拇指震顫數(shù)據(jù)分別由三軸陀螺儀傳感器和三軸加速度傳感器組成的第一震顫傳感器702和第二震顫傳感器710進(jìn)行采集，將震顫數(shù)據(jù)采集模塊分別和第五鋰電池706與第六鋰電池716相連， 打開震顫數(shù)據(jù)采集模塊的第五電源開關(guān)707和第六電源開關(guān)715分別為第五微控制器708和第六微控制器714、第五藍(lán)牙模塊704和第六藍(lán)牙數(shù)據(jù)發(fā)送模塊712、第一震顫傳感器702和第二震顫傳感器710供電，操作完成后將震顫數(shù)據(jù)采集模塊分別放在第五外包裝705和第六外包裝713中。
[0042]步驟2、將腦電數(shù)據(jù)采集模塊、心電數(shù)據(jù)采集模塊和震顫數(shù)據(jù)采集模塊佩戴在測試人員身上。將腦電數(shù)據(jù)采集模塊上的腦電數(shù)據(jù)采集模塊上的第一干電極502放置在大腦左前額上并通過綁帶501固定，第一干電極502通過第三導(dǎo)線504與腦電傳感器507相連，腦電數(shù)據(jù)采集模塊上的參考電極503被粘貼在左耳垂上。將心電數(shù)據(jù)采集模塊上的第二干電極 602和第三干電極611分別通過第二粘扣601和第三粘扣612固定在測試人員左手和右手的食指部位，第二干電極602和第三干電極611分別通過第四導(dǎo)線603和第五導(dǎo)線610與心電傳感器604相連。將震顫數(shù)據(jù)采集模塊上由三軸陀螺儀傳感器和三軸加速度傳感器組成的第一震顫傳感器702和第二震顫傳感器710通過第四粘扣701和第五粘扣709固定在左手中指和大拇指上，震顫傳感器通過第六導(dǎo)線703和第七導(dǎo)線711分別與第五微控制器708和第六微控制器714相連。
[0043]步驟3、通過藍(lán)牙通訊方式將智能手機(jī)和腦電數(shù)據(jù)采集模塊、心電數(shù)據(jù)采集模塊和震顫數(shù)據(jù)采集模塊相連。打開手機(jī)長時(shí)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序，輸入測試人員姓名、編號(hào)以及主試者的姓名，點(diǎn)擊下拉菜單選擇數(shù)據(jù)采集方式選擇短時(shí)數(shù)據(jù)采集方式。點(diǎn)擊數(shù)據(jù)保存按鈕， 進(jìn)入藍(lán)牙連接界面。
[0044]步驟4、跳轉(zhuǎn)到藍(lán)牙連接界面，點(diǎn)擊藍(lán)牙模塊開啟按鈕，保證手機(jī)藍(lán)牙模塊處在打開狀態(tài)。點(diǎn)擊周圍藍(lán)牙掃描按鈕，搜索打開的腦電數(shù)據(jù)采集模塊、心電數(shù)據(jù)采集模塊和震顫數(shù)據(jù)采集模塊上的藍(lán)牙模塊地址，在確定搜索到上述模塊藍(lán)牙地址后，點(diǎn)擊任何一個(gè)藍(lán)牙地址跳轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)采集與顯示界面。
[0045]步驟5、查看數(shù)據(jù)采集與顯示界面，觀察腦電數(shù)據(jù)、兩個(gè)震顫數(shù)據(jù)和心電數(shù)據(jù)是否顯示正常。若出現(xiàn)四個(gè)數(shù)據(jù)中某個(gè)數(shù)據(jù)或某幾個(gè)數(shù)據(jù)不顯示的情況，關(guān)閉腦電數(shù)據(jù)采集模塊、心電數(shù)據(jù)采集模塊和震顫數(shù)據(jù)采集模塊電源，按照步驟1至步驟5的方法重新執(zhí)行數(shù)據(jù)采集步驟。
[0046]值得注意的是，上述短時(shí)數(shù)據(jù)采集方法只適用于采集測試人員靜息態(tài)下的腦電、 震顫和心電數(shù)據(jù)。對(duì)于采集測試人員運(yùn)動(dòng)態(tài)下的震顫數(shù)據(jù)，只能基于智能手機(jī)和震顫數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行單獨(dú)采集，采集步驟敘述如下:[〇〇47]步驟1、將震顫數(shù)據(jù)采集模塊分別和第五鋰電池706、第六鋰電池716相連，打開震顫數(shù)據(jù)采集模塊第五電源開關(guān)707和第六電源開關(guān)715分別為第五微控制器708和第六微控制器714、第五藍(lán)牙模塊704和第六藍(lán)牙模塊712、由三軸陀螺儀傳感器和三軸加速度傳感器組成的第一震顫傳感器702和第二震顫傳感器710供電，操作完成后將震顫數(shù)據(jù)采集模塊分別放在第五外包裝705和第六外包裝713中。[〇〇48]步驟2、將震顫數(shù)據(jù)采集模塊上由三軸陀螺儀傳感器和三軸加速度傳感器組成的第一震顫傳感器702和第二震顫傳感器710通過第四粘扣701和第五粘扣709固定在左手中指和大拇指上，震顫傳感器通過第六導(dǎo)線703和第七導(dǎo)線711分別與第五微控制器708和第六微控制器714相連。
[0049]步驟3、通過藍(lán)牙通訊方式將智能手機(jī)和震顫數(shù)據(jù)采集模塊相連。打開手機(jī)長時(shí)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序，輸入測試人員姓名、編號(hào)以及主試者的姓名，點(diǎn)擊下拉菜單選擇數(shù)據(jù)采集方式選擇震顫數(shù)據(jù)采集方式。點(diǎn)擊數(shù)據(jù)保存按鈕，進(jìn)入藍(lán)牙連接界面。
[0050]步驟4、跳轉(zhuǎn)到藍(lán)牙連接界面，點(diǎn)擊藍(lán)牙模塊開啟按鈕，保證手機(jī)藍(lán)牙模塊處在打開狀態(tài)。點(diǎn)擊周圍藍(lán)牙掃描按鈕，搜索打開的震顫數(shù)據(jù)采集模塊上的藍(lán)牙模塊地址，在確定搜索到上述模塊藍(lán)牙地址后，點(diǎn)擊任何一個(gè)藍(lán)牙地址跳轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)采集與顯示界面。
[0051]步驟5、測試人員坐在椅子上，眼睛目視前方，佩戴震顫數(shù)據(jù)采集模塊的手臂向前伸展，方向與地面平行，五指伸展并保持微微分開狀態(tài)，完成上述動(dòng)作后執(zhí)行步驟6。[〇〇52]步驟6、查看數(shù)據(jù)采集與顯示界面，觀察兩個(gè)震顫數(shù)據(jù)是否顯示正常。若出現(xiàn)兩個(gè)數(shù)據(jù)中某個(gè)數(shù)據(jù)或兩個(gè)數(shù)據(jù)不顯示的情況，關(guān)閉震顫數(shù)據(jù)采集模塊電源，按照步驟1至步驟 6的方法重新執(zhí)行數(shù)據(jù)采集步驟。[〇〇53]基于腦信息學(xué)系統(tǒng)化方法學(xué)的人體可穿戴生理-心理-行為數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)中包含的后臺(tái)服務(wù)器主要負(fù)責(zé)基于采集的長時(shí)或短時(shí)生理、心理和行為數(shù)據(jù)為測試人員提供數(shù)據(jù)顯示、結(jié)果分析、心境狀態(tài)量化評(píng)估和健康管理等服務(wù)。其中，數(shù)據(jù)顯示服務(wù)主要是將采集到的生理、心理和行為數(shù)據(jù)以波形的方式在服務(wù)器上進(jìn)行顯示，方法原理較簡單，在此不作重點(diǎn)敘述。心境狀態(tài)量化評(píng)估是后臺(tái)服務(wù)器上提供的結(jié)果分析和健康管理服務(wù)的核心，即心境狀態(tài)量化評(píng)估的實(shí)現(xiàn)步驟與結(jié)果分析實(shí)現(xiàn)的步驟基本相同，為測試人員提供心境狀態(tài)量化評(píng)估服務(wù)是基于生理-心理-行為數(shù)據(jù)健康管理服務(wù)中的核心組件。鑒于此，對(duì)心境狀態(tài)量化評(píng)估的實(shí)現(xiàn)步驟進(jìn)行重點(diǎn)敘述，實(shí)現(xiàn)步驟如圖8所示，說明如下:[〇〇54]步驟1、按照量表數(shù)據(jù)的采集頻率和時(shí)間點(diǎn)，對(duì)采集的生理、行為數(shù)據(jù)進(jìn)行不同粒度的數(shù)據(jù)劃分。
[0055]步驟2、對(duì)不同粒度的生理、行為數(shù)據(jù)進(jìn)行特征抽取，特征抽取方法由于形式多樣， 在此不做詳細(xì)介紹?；诔槿〉奶卣?，采用特征選擇方法對(duì)抽取的特征進(jìn)行特征選擇。 [〇〇56]步驟3、采用主成分分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法從多天的心境狀態(tài)評(píng)估數(shù)據(jù)中抽取反映用戶不同心境狀態(tài)的數(shù)據(jù)向量，將多個(gè)數(shù)據(jù)向量作為因變量，選取的生理、行為特征作為自變量，采用多重多元線性回歸分析方法組合不同生理、行為特征并與心理數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合， 找出多個(gè)能反映用戶心理數(shù)據(jù)變化的多元回歸方程。[〇〇57]步驟4、對(duì)多元回歸方程進(jìn)行方程可靠性檢驗(yàn)和回歸系數(shù)檢驗(yàn)，淘汰檢驗(yàn)不通過的多元回歸方程和特征組合，選擇通過檢驗(yàn)并擬合度最佳的方程作為生理行為特征與量表數(shù)據(jù)擬合的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。[〇〇58]步驟5、針對(duì)用戶多天采集的生理、心理和行為數(shù)據(jù)，可以將獲得的多個(gè)多元線性回歸方程視為該用戶的心境狀態(tài)量化評(píng)估模型，由于該方程以生理、行為數(shù)據(jù)作為自變量， 以心理數(shù)據(jù)作為因變量，可以將測試用戶未來每天的生理、行為數(shù)據(jù)作為自變量輸入到方程中，得到的結(jié)果便可視為當(dāng)天的心境狀態(tài)量化評(píng)估結(jié)果。
[0059]以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明為詳細(xì)公開的部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)，即本發(fā)明并不局限與上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為應(yīng)用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施;任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員， 在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于腦信息學(xué)系統(tǒng)化方法學(xué)的人體可穿戴生理-心理-行為數(shù)據(jù)采集與分析系 統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括用于長時(shí)間數(shù)據(jù)采集的語音數(shù)據(jù)采集模塊、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集 模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊，用于短時(shí)間數(shù)據(jù)采集的腦電數(shù)據(jù)采集模塊、心電數(shù)據(jù)采集模塊 和震顫數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集心理自評(píng)數(shù)據(jù)的基于智能手機(jī)的電子化POMS心境狀態(tài)自評(píng) 量表，用于生理、心理和行為數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果反饋的后臺(tái)服務(wù)器;在長時(shí) 間數(shù)據(jù)采集的過程中，語音數(shù)據(jù)采集模塊用導(dǎo)線與智能手機(jī)的耳機(jī)接口相連，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù) 據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊采用藍(lán)牙與智能手機(jī)進(jìn)行通信;語音數(shù)據(jù)采集模塊包括語 音麥克風(fēng)、導(dǎo)線和智能手機(jī);語音數(shù)據(jù)采集模塊的語音傳感器通過導(dǎo)線和智能手機(jī)上的耳 機(jī)接口將采集到的語音信號(hào)傳送給智能手機(jī)，智能手機(jī)上安裝語音處理應(yīng)用程序，負(fù)責(zé)語 音信號(hào)的編碼、解碼、存儲(chǔ)和音量波形顯示功能，智能手機(jī)對(duì)語音信號(hào)的采樣率為8KHz，智 能手機(jī)一次充電后能連續(xù)供電時(shí)間12小時(shí)以上;運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊包括微控制器、三 軸加速度傳感器、三軸陀螺儀傳感器、藍(lán)牙模塊、鋰電池、開關(guān)、外部包裝;三軸加速度傳感 器和三軸陀螺儀傳感器采集人體三維運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)并將其傳送給微控制器，微控制器控制 藍(lán)牙發(fā)送模塊以數(shù)字信號(hào)形式向智能手機(jī)發(fā)送運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，微控制器數(shù)據(jù)采樣頻率為 20Hz，電源采用可充電鋰電池以可插拔的形式為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊供電，一次充電可 連續(xù)供電時(shí)間12小時(shí)以上;脈搏數(shù)據(jù)采集模塊包括微控制器、脈搏數(shù)據(jù)傳感器、導(dǎo)線、鋰電 池、開關(guān)、外部包裝、粘扣和綁帶；脈搏傳感器被固定在測試者的中指指尖，對(duì)采集的脈搏信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換 后通過導(dǎo)線將其傳送給微控制器，微控制器控制藍(lán)牙發(fā)送模塊以數(shù)字信號(hào)形式向智能手機(jī) 發(fā)送脈搏數(shù)據(jù);微控制器數(shù)據(jù)采樣頻率為20Hz，電源采用可充電鋰電池以可插拔的形式為 脈搏數(shù)據(jù)采集模塊供電，一次充電可連續(xù)供電時(shí)間12小時(shí)以上；智能手機(jī)需要支持藍(lán)牙4.0 版本以上的通信方式，智能手機(jī)上安裝有自主開發(fā)的支持語音數(shù)據(jù)采集和一對(duì)多藍(lán)牙通信 方式的應(yīng)用程序，即不僅具有支持8KHz以上的語音數(shù)據(jù)采集功能，而且能夠支持同時(shí)接收2 個(gè)或2個(gè)以上藍(lán)牙客戶端同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的功能;語音數(shù)據(jù)采集模塊和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模 塊放在可穿戴衣中方便佩戴；自主開發(fā)的智能手機(jī)應(yīng)用程序不僅支持長時(shí)數(shù)據(jù)采集中涉及 的語音、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和脈搏三項(xiàng)數(shù)據(jù)同步采集功能，還支持對(duì)語音、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、脈搏、腦電、心 電和震顫等數(shù)據(jù)的單項(xiàng)采集功能；即測試人員可以使用該應(yīng)用程序?qū)雾?xiàng)生理或行為數(shù)據(jù) 進(jìn)行采集;智能手機(jī)上安裝有基于藍(lán)牙模塊和麥克風(fēng)模塊的數(shù)據(jù)接收、顯示、存儲(chǔ)和發(fā)送的 應(yīng)用程序，上述應(yīng)用程序能同時(shí)接收2個(gè)及2個(gè)以上藍(lán)牙客戶端以及語音傳感器發(fā)送過來的 多通道數(shù)據(jù)，多通道數(shù)據(jù)包括震顫數(shù)據(jù)、脈搏數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)、腦電數(shù)據(jù)、心電數(shù)據(jù)和語 音數(shù)據(jù)；同時(shí)，多通道數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)波形的方式將震顫數(shù)據(jù)、脈搏數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)、腦電數(shù) 據(jù)、心電數(shù)據(jù)和語音數(shù)據(jù)顯示在智能手機(jī)上，在數(shù)據(jù)接收的同時(shí)將上述多通道數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)寫 到智能手機(jī)內(nèi)部安裝的SD卡上；應(yīng)用程序界面上包含數(shù)據(jù)發(fā)送按鈕，將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過 WIFI自動(dòng)發(fā)送到后臺(tái)服務(wù)器上;此外，應(yīng)用程序具有用戶信息記錄功能，用戶可在程序界面 首頁輸入被試姓名、被試編號(hào)、主試姓名和實(shí)驗(yàn)類型等信息，用于記錄所采數(shù)據(jù)所屬的用戶 對(duì)象或數(shù)據(jù)采集操作人員；應(yīng)用程序能夠?qū)崟r(shí)記錄數(shù)據(jù)采集時(shí)間，將采集時(shí)間與數(shù)據(jù)同時(shí) 寫到SD卡上;針對(duì)接收到的震顫、脈搏、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、腦電、心電和語音等數(shù)據(jù)，都分別保存到 以數(shù)據(jù)類型英文名命名的文件夾中，若脈搏數(shù)據(jù)保存在pulse文件夾下，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)文件名 由被試姓名和數(shù)據(jù)開始采集時(shí)間組成;針對(duì)所述的長時(shí)數(shù)據(jù)采集方法，語音數(shù)據(jù)采集模塊、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊和手機(jī)連接成功后，支持對(duì)測試人員的語音、 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和脈搏等生理、行為數(shù)據(jù)進(jìn)行12個(gè)小時(shí)以上的連續(xù)性采集;采集方法步驟敘述如 下:步驟1、通過導(dǎo)線和智能手機(jī)耳機(jī)接口連接語音數(shù)據(jù)采集模塊和智能手機(jī)，打開運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊的電源開關(guān)；步驟2、將語音麥克風(fēng)、導(dǎo)線、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和智能手機(jī)放在可穿戴衣中，其中 智能手機(jī)放在可穿戴衣左邊腰部位置，語音麥克風(fēng)固定在衣服領(lǐng)口位置，連接語音麥克風(fēng) 和智能手機(jī)耳機(jī)接口的導(dǎo)線被包裹在事先縫制好的長形窄口口袋中；運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模 塊放在衣服腰部靠右位置;脈搏數(shù)據(jù)采集模塊中的外部包裝部分(包括微控制器、電源開 關(guān)、鋰電池等部分)通過綁帶放置在手腕關(guān)節(jié)位置，脈搏信號(hào)傳感器通過粘扣固定在測試人 員中指上，脈搏數(shù)據(jù)傳感器通過導(dǎo)線和微控制器相連；步驟3、打開智能手機(jī)長時(shí)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序，輸入被試姓名、編號(hào)以及主試者的姓名， 點(diǎn)擊下拉菜單選擇數(shù)據(jù)采集方式;所述主試者是指數(shù)據(jù)采集過程的監(jiān)督者，在沒有監(jiān)督者 的情況下，該項(xiàng)可以忽略或者填寫測試人員姓名；所述下拉菜單中的數(shù)據(jù)采集方式包括長 時(shí)數(shù)據(jù)采集、短時(shí)數(shù)據(jù)采集、語音數(shù)據(jù)采集、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、脈搏數(shù)據(jù)采集、腦電數(shù)據(jù)采 集、心電數(shù)據(jù)采集和震顫數(shù)據(jù)采集等;點(diǎn)擊數(shù)據(jù)保存按鈕，進(jìn)入藍(lán)牙連接界面；步驟4、跳轉(zhuǎn)到藍(lán)牙連接界面，點(diǎn)擊藍(lán)牙模塊開啟按鈕，保證藍(lán)牙模塊處在打開狀態(tài)；點(diǎn) 擊周圍藍(lán)牙掃描按鈕，搜索打開的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊上的藍(lán)牙模 塊，在確定搜索到上述兩個(gè)模塊藍(lán)牙地址后，點(diǎn)擊任何一個(gè)藍(lán)牙地址跳轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)采集與顯 示界面；步驟5、查看數(shù)據(jù)采集與顯示界面，觀察語音數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)和脈搏數(shù)據(jù)是否顯示 正常;若出現(xiàn)三個(gè)數(shù)據(jù)中某個(gè)數(shù)據(jù)或某幾個(gè)數(shù)據(jù)不顯示的情況，關(guān)閉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模 塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊電源，按照步驟1至步驟5的方法重新執(zhí)行數(shù)據(jù)采集步驟；在短時(shí)數(shù)據(jù)采集方法中，所述腦電數(shù)據(jù)采集模塊以綁帶的形式固定在腦部并采用單通 道干電極采集大腦前額葉腦電數(shù)據(jù)，腦電傳感器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換后 將其傳送給微控制器，微控制器控制藍(lán)牙發(fā)送模塊以數(shù)字信號(hào)形式向智能手機(jī)發(fā)送腦電數(shù) 據(jù)，微控制器數(shù)據(jù)采樣頻率為512Hz，電源采用可充電鋰電池并以可插拔的形式為腦電傳感 模塊供電，一次充電可連續(xù)供電時(shí)間12小時(shí)以上;所述心電數(shù)據(jù)采集模塊采用兩個(gè)以氯化 銀為材質(zhì)的電極傳感器，以雙手食指為檢測點(diǎn)采集用戶心電信號(hào)，心電傳感器對(duì)采集的信 號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換后將其傳送給微控制器，微控制器控制藍(lán)牙發(fā)送模塊以數(shù)字信 號(hào)形式向智能手機(jī)發(fā)送心電數(shù)據(jù)，微控制器數(shù)據(jù)采樣頻率為50Hz，電源采用可充電鋰電池 以可插拔的形式為心電傳感模塊供電，一次充電可連續(xù)供電時(shí)間12小時(shí)以上;所述震顫數(shù) 據(jù)采集模塊由三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀傳感器、微控制器、藍(lán)牙模塊、導(dǎo)線、粘扣和電 池等部分組成；以單手中指和大拇指為檢測點(diǎn)，將粘扣、三軸加速度傳感器和三軸陀螺儀傳 感器分別固定在中指和大拇指上對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換后將其傳送給微 控制器，微控制器控制藍(lán)牙發(fā)送模塊以數(shù)字信號(hào)形式向智能手機(jī)發(fā)送震顫數(shù)據(jù)，即所述震 顫數(shù)據(jù)是指利用三軸加速度傳感器和三軸陀螺儀傳感器采集到的三軸加速度數(shù)據(jù)和三軸 陀螺儀數(shù)據(jù);微控制器數(shù)據(jù)采樣頻率為20Hz，電源采用可充電鋰電池以可插拔的形式為震 顫傳感模塊供電，一次充電可連續(xù)供電時(shí)間12小時(shí)以上;針對(duì)所述短時(shí)數(shù)據(jù)采集方法，可以分別對(duì)腦電、心電和震顫數(shù)據(jù)進(jìn)行單項(xiàng)數(shù)據(jù)采集，也能夠?qū)δX電、心電數(shù)據(jù)和震顫數(shù)據(jù)進(jìn)行 兩項(xiàng)或三項(xiàng)數(shù)據(jù)同時(shí)采集;與智能手機(jī)連接成功后，腦電數(shù)據(jù)采集模塊采集左前額5分鐘靜 息態(tài)腦電數(shù)據(jù)，心電數(shù)據(jù)采集模塊以雙手食指為數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，采集5分鐘靜息態(tài)心電數(shù)據(jù)， 震顫數(shù)據(jù)采集模塊以單手中指和大拇指為數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，采集手指5分鐘指定動(dòng)作數(shù)據(jù);所述 靜息態(tài)腦電和靜息態(tài)心電是指測試人員處于靜止?fàn)顟B(tài)下發(fā)出的腦電和心電數(shù)據(jù);震顫數(shù)據(jù) 采集過程中所述指定動(dòng)作是指靜息態(tài)下的震顫數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)態(tài)下的震顫數(shù)據(jù)，靜息態(tài)下震顫 動(dòng)作為測試人員保持靜止自然狀態(tài)下的數(shù)據(jù)采集;運(yùn)動(dòng)態(tài)震顫動(dòng)作為:測試人員佩戴震顫 數(shù)據(jù)采集模塊的手臂向前伸展，方向與地面平行，五指伸展并保持略微分開狀態(tài)；震顫數(shù)據(jù)中，短時(shí)數(shù)據(jù)采集方法步驟說明如下:步驟1、打開兩個(gè)震顫數(shù)據(jù)采集模塊，將由三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀傳感器組成 的傳感模塊通過粘扣固定在左手或右手中指和大拇指上；步驟2、打開智能手機(jī)長時(shí)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序，輸入被試者姓名、編號(hào)以及主試者的姓 名，點(diǎn)擊下拉菜單選擇數(shù)據(jù)采集方式;所述主試者是指數(shù)據(jù)采集過程的監(jiān)督者，在沒有監(jiān)督 者的情況下，該項(xiàng)可以忽略或者填寫測試人員姓名；點(diǎn)擊數(shù)據(jù)保存按鈕進(jìn)入藍(lán)牙連接界面； 步驟3、跳轉(zhuǎn)到藍(lán)牙連接界面，點(diǎn)擊藍(lán)牙模塊開啟按鈕，保證手機(jī)藍(lán)牙模塊處在打開狀 態(tài);點(diǎn)擊周圍藍(lán)牙掃描按鈕，搜索打開的震顫數(shù)據(jù)采集模塊上的藍(lán)牙模塊，在確定搜索到藍(lán) 牙地址后，點(diǎn)擊藍(lán)牙地址跳轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)采集與顯示界面；步驟4、采集測試人員靜息態(tài)下震顫數(shù)據(jù)時(shí)，要求測試人員坐在椅子上，眼睛閉眼，雙手 放在大腿上保持靜止，完成上述動(dòng)作后執(zhí)行步驟5;采集測試人員運(yùn)動(dòng)態(tài)下震顫數(shù)據(jù)時(shí)，要 求測試人員坐在椅子上，眼睛目視前方，佩戴震顫數(shù)據(jù)采集模塊的手臂向前伸展，方向與地 面平行，五指伸展并保持微微分開狀態(tài)，完成上述動(dòng)作后執(zhí)行步驟5;步驟5、查看數(shù)據(jù)采集與顯示界面，觀察震顫數(shù)據(jù)是否顯示正常;若出現(xiàn)兩個(gè)數(shù)據(jù)中某 個(gè)數(shù)據(jù)或兩個(gè)數(shù)據(jù)都不顯示的情況，關(guān)閉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊電 源，按照步驟1至步驟5的方法重新執(zhí)行數(shù)據(jù)采集步驟；在長時(shí)間數(shù)據(jù)采集和短時(shí)數(shù)據(jù)采集方法中，語音數(shù)據(jù)采集模塊、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模 塊、脈搏數(shù)據(jù)采集模塊、腦電數(shù)據(jù)采集模塊、心電數(shù)據(jù)采集模塊和震顫數(shù)據(jù)采集模塊將對(duì)應(yīng) 的數(shù)據(jù)格式發(fā)送到智能手機(jī)上，即不同的數(shù)據(jù)采集模塊向智能手機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)組成與數(shù)據(jù) 標(biāo)記格式不同；語音數(shù)據(jù)采集模塊向手機(jī)發(fā)送的語音數(shù)據(jù)由幀頭、語音數(shù)據(jù)和幀尾三部分 組成;運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊向手機(jī)發(fā)送的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)由幀頭、x軸加速度數(shù)據(jù)、分隔符 l、y軸加速度數(shù)據(jù)、分隔符2、z軸加速度數(shù)據(jù)、分隔符3、x軸角速度數(shù)據(jù)、分隔符4、y軸角速度 數(shù)據(jù)、分隔符5、z軸角速度數(shù)據(jù)和幀尾等部分組成;脈搏數(shù)據(jù)采集模塊向手機(jī)發(fā)送的脈搏數(shù) 據(jù)由幀頭、脈搏數(shù)據(jù)和幀尾等部分組成;震顫數(shù)據(jù)采集模塊向手機(jī)發(fā)送的震顫數(shù)據(jù)由幀頭、 分隔符l、x軸加速度數(shù)據(jù)、分隔符2、y軸加速度數(shù)據(jù)、分隔符3、z軸加速度數(shù)據(jù)、分隔符4、x軸 角速度數(shù)據(jù)、分隔符5、y軸角速度數(shù)據(jù)、分隔符6、z軸角速度數(shù)據(jù)和幀尾等部分組成；中指和 大拇指上的震顫數(shù)據(jù)由幀頭進(jìn)行區(qū)分;腦電數(shù)據(jù)采集模塊向手機(jī)發(fā)送的腦電數(shù)據(jù)由幀頭、 腦電數(shù)據(jù)和幀尾等三部分組成；心電數(shù)據(jù)采集模塊向手機(jī)發(fā)送的心電數(shù)據(jù)由幀頭、心電數(shù) 據(jù)和幀尾等三部分組成;針對(duì)不同數(shù)據(jù)采集模塊向手機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)所設(shè)置的幀頭不同。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于腦信息學(xué)系統(tǒng)化方法學(xué)的人體可穿戴生理-心理-行 為數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，其特征在于:用于生理、心理和行為數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果反饋的后臺(tái)服務(wù)器不僅能夠用于對(duì)采集的生理、心理和行為數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，而且 能夠建立心境狀態(tài)量化評(píng)估模型用于對(duì)用戶提供生理、行為結(jié)果反饋和心境狀態(tài)量化評(píng)估 等服務(wù);后臺(tái)服務(wù)器以在線或離線的方式接收智能手機(jī)發(fā)送過來的生理-心理-行為數(shù)據(jù)， 在在線方式下，智能手機(jī)通過WIFI向后臺(tái)服務(wù)器實(shí)時(shí)發(fā)送采集到的語音、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、脈搏、 腦電、心電和震顫等生理和行為數(shù)據(jù)，服務(wù)器對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)和在線數(shù) 據(jù)分析;或者通過離線方式，通過USB或WIFI將手機(jī)上保存的語音、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、脈搏、腦電、心 電、震顫和心理自評(píng)量表評(píng)估數(shù)據(jù)等生理、心理和行為數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器上;在后臺(tái)服 務(wù)器上，根據(jù)采集到的用戶生理、心理和行為數(shù)據(jù)，建立心境狀態(tài)量化評(píng)估模型為用戶提供 心境狀態(tài)量化評(píng)估服務(wù)；心境狀態(tài)量化評(píng)估模型主要基于用戶的多天心境評(píng)估數(shù)據(jù)和生 理、行為數(shù)據(jù)，采用主成分分析、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和多重多元線性回歸分析方法得出多個(gè)以生理、 行為數(shù)據(jù)特征為自變量、以心境評(píng)估數(shù)據(jù)為因變量的線性回歸方程，將線性回歸方程作為 心境狀態(tài)量化評(píng)估模型，根據(jù)采集到的測試人員當(dāng)天的生理、行為數(shù)據(jù)特征對(duì)當(dāng)天心境狀 態(tài)進(jìn)行量化評(píng)估;服務(wù)器上建立的個(gè)性化模型旨在基于用戶的生理和行為數(shù)據(jù)，找到能夠 準(zhǔn)確反映該用戶心境狀態(tài)變化的生理和行為數(shù)據(jù)特征并作為有效的心境量化指標(biāo)，進(jìn)而提 供有針對(duì)性的心境量化評(píng)估服務(wù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于腦信息學(xué)系統(tǒng)化方法學(xué)的人體可穿戴生理-心理-行 為數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，其特征在于:長時(shí)數(shù)據(jù)采集，具體實(shí)施步驟如下:步驟1、通過導(dǎo)線和手機(jī)耳機(jī)接口連接語音數(shù)據(jù)采集模塊和智能手機(jī)，打開運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù) 據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊的電源開關(guān);運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊，將運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采 集模塊和第一鋰電池(204)相連接，打開第一電源開關(guān)(205)為三軸加速度傳感模塊和三軸 陀螺儀第一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)傳感模塊(201)、第一微控制器(206)和第一藍(lán)牙發(fā)送模塊(202)供電， 操作完成后將運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集放到第一外包裝(203)中；脈搏數(shù)據(jù)采集模塊，將脈搏數(shù)據(jù) 采集模塊和第二鋰電池(305)相連，打開第二電源開關(guān)(306)為脈搏數(shù)據(jù)傳感器(302)、第二 微控制器(307)和第二藍(lán)牙發(fā)送模塊(303)供電，操作完成后將整個(gè)模塊放到第二外包裝 (304)中；上述操作完成后，將語音麥克風(fēng)、導(dǎo)線、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和手機(jī)放在可穿戴 衣中，智能手機(jī)(402)放在可穿戴衣左邊腰部位置，語音麥克風(fēng)(401)固定在衣服領(lǐng)口位置， 連接語音麥克風(fēng)和智能手機(jī)耳機(jī)接口的第二導(dǎo)線(404)被包裹在事先縫制好的長形窄口口 袋中；運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊放在衣服腰部靠右位置(403);脈搏數(shù)據(jù)采集模塊中的外部包 裝部分通過綁帶放置在手腕關(guān)節(jié)位置，脈搏信號(hào)傳感器(302)通過第一粘扣(301)固定在測 試人員中指上，脈搏數(shù)據(jù)傳感器通過第一導(dǎo)線(308)和第二微控制器(307)相連；步驟2、打開智能手機(jī)長時(shí)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序，輸入測試人員姓名、編號(hào)以及主試者的 姓名，點(diǎn)擊下拉菜單選擇數(shù)據(jù)采集方式選擇長時(shí)數(shù)據(jù)采集方式;所述主試者是指數(shù)據(jù)采集 過程的監(jiān)督者，在沒有監(jiān)督者的情況下，該項(xiàng)可以忽略或者填寫測試人員姓名;所述下拉菜 單中的數(shù)據(jù)采集方式包括長時(shí)數(shù)據(jù)采集、短時(shí)數(shù)據(jù)采集、語音數(shù)據(jù)采集、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采 集、脈搏數(shù)據(jù)采集、腦電數(shù)據(jù)采集、心電數(shù)據(jù)采集和震顫數(shù)據(jù)采集;點(diǎn)擊數(shù)據(jù)保存按鈕，進(jìn)入 藍(lán)牙連接界面；步驟3、跳轉(zhuǎn)到藍(lán)牙連接界面，點(diǎn)擊藍(lán)牙模塊開啟按鈕，保證手機(jī)藍(lán)牙模塊處在打開狀 態(tài)；點(diǎn)擊周圍藍(lán)牙掃描按鈕，搜索打開的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊上的藍(lán)牙模塊地址，在確定搜索到上述兩個(gè)模塊藍(lán)牙地址后，點(diǎn)擊任何一個(gè)藍(lán)牙地址跳轉(zhuǎn)到數(shù) 據(jù)采集與顯示界面；步驟4、查看數(shù)據(jù)采集與顯示界面，觀察語音數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)和脈搏數(shù)據(jù)是否顯示 正常;若出現(xiàn)三個(gè)數(shù)據(jù)中某個(gè)數(shù)據(jù)或某幾個(gè)數(shù)據(jù)不顯示的情況，關(guān)閉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模 塊和脈搏數(shù)據(jù)采集模塊電源，按照步驟1至步驟5的方法重新執(zhí)行數(shù)據(jù)采集步驟；針對(duì)短時(shí)數(shù)據(jù)采集，具體實(shí)施步驟說明如下:步驟1、分別打開腦電數(shù)據(jù)采集模塊、心電數(shù)據(jù)采集模塊和震顫數(shù)據(jù)采集模塊;腦電數(shù) 據(jù)采集模塊中，將腦電數(shù)據(jù)采集模塊和第三鋰電池(506)相連，打開第三電源開關(guān)(509)為 腦電傳感器(507)、第三微控制器(510)和第三藍(lán)牙模塊(508)供電，操作完成后將腦電傳感 模塊放到第三外包裝(505)中；心電數(shù)據(jù)采集模塊中，將心電數(shù)據(jù)采集模塊和第四鋰電池 (606)相連，打開第四電源開關(guān)(607)為心電傳感器(604)、第四微控制器(608)、第四藍(lán)牙模 塊(609)供電，操作完成后將心電數(shù)據(jù)采集模塊放在第四外包裝(605)中；震顫數(shù)據(jù)采集模 塊中，震顫數(shù)據(jù)采集模塊分別采集單手中指和大拇指靜息態(tài)下震顫數(shù)據(jù)，中指和大拇指震 顫數(shù)據(jù)分別由三軸陀螺儀傳感器和三軸加速度傳感器組成的第一震顫傳感器(702)和第二 震顫傳感器(710)進(jìn)行采集，將震顫數(shù)據(jù)采集模塊分別和第五鋰電池(706)與第六鋰電池 (716)相連，打開震顫數(shù)據(jù)采集模塊的第五電源開關(guān)(707)和第六電源開關(guān)(715)分別為第 五微控制器(708)和第六微控制器(714)、第五藍(lán)牙模塊(704)和第六藍(lán)牙數(shù)據(jù)發(fā)送模塊 (712)、第一震顫傳感器(702)和第二震顫傳感器(710)供電，操作完成后將震顫數(shù)據(jù)采集模 塊分別放在第五外包裝(705)和第六外包裝(713)中；步驟2、將腦電數(shù)據(jù)采集模塊、心電數(shù)據(jù)采集模塊和震顫數(shù)據(jù)采集模塊佩戴在測試人員 身上;將腦電數(shù)據(jù)采集模塊上的腦電數(shù)據(jù)采集模塊上的第一干電極(502)放置在大腦左前 額上并通過綁帶(501)固定，第一干電極(502)通過第三導(dǎo)線(504)與腦電傳感器(507)相 連，腦電數(shù)據(jù)采集模塊上的參考電極(503)被粘貼在左耳垂上;將心電數(shù)據(jù)采集模塊上的第 二干電極(602)和第三干電極(611)分別通過第二粘扣(601)和第三粘扣(612)固定在測試 人員左手和右手的食指部位，第二干電極(602)和第三干電極(611)分別通過第四導(dǎo)線 (603)和第五導(dǎo)線(610)與心電傳感器(604)相連;將震顫數(shù)據(jù)采集模塊上由三軸陀螺儀傳 感器和三軸加速度傳感器組成的第一震顫傳感器(702)和第二震顫傳感器(710)通過第四 粘扣(701)和第五粘扣(709)固定在左手中指和大拇指上，震顫傳感器通過第六導(dǎo)線(703) 和第七導(dǎo)線(711)分別與第五微控制器(708)和第六微控制器(714)相連；步驟3、通過藍(lán)牙通訊方式將智能手機(jī)和腦電數(shù)據(jù)采集模塊、心電數(shù)據(jù)采集模塊和震顫 數(shù)據(jù)采集模塊相連;打開手機(jī)長時(shí)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序，輸入測試人員姓名、編號(hào)以及主試者 的姓名，點(diǎn)擊下拉菜單選擇數(shù)據(jù)采集方式選擇短時(shí)數(shù)據(jù)采集方式；點(diǎn)擊數(shù)據(jù)保存按鈕，進(jìn)入 藍(lán)牙連接界面；步驟4、跳轉(zhuǎn)到藍(lán)牙連接界面，點(diǎn)擊藍(lán)牙模塊開啟按鈕，保證手機(jī)藍(lán)牙模塊處在打開狀 態(tài);點(diǎn)擊周圍藍(lán)牙掃描按鈕，搜索打開的腦電數(shù)據(jù)采集模塊、心電數(shù)據(jù)采集模塊和震顫數(shù)據(jù) 采集模塊上的藍(lán)牙模塊地址，在確定搜索到上述模塊藍(lán)牙地址后，點(diǎn)擊任何一個(gè)藍(lán)牙地址 跳轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)采集與顯示界面；步驟5、查看數(shù)據(jù)采集與顯示界面，觀察腦電數(shù)據(jù)、兩個(gè)震顫數(shù)據(jù)和心電數(shù)據(jù)是否顯示 正常;若出現(xiàn)四個(gè)數(shù)據(jù)中某個(gè)數(shù)據(jù)或某幾個(gè)數(shù)據(jù)不顯示的情況，關(guān)閉腦電數(shù)據(jù)采集模塊、心電數(shù)據(jù)采集模塊和震顫數(shù)據(jù)采集模塊電源，按照步驟1至步驟5的方法重新執(zhí)行數(shù)據(jù)采集步 驟；值得注意的是，上述短時(shí)數(shù)據(jù)采集方法只適用于采集測試人員靜息態(tài)下的腦電、震顫 和心電數(shù)據(jù);對(duì)于采集測試人員運(yùn)動(dòng)態(tài)下的震顫數(shù)據(jù)，只能基于智能手機(jī)和震顫數(shù)據(jù)采集 模塊進(jìn)行單獨(dú)采集，采集步驟敘述如下:步驟1、將震顫數(shù)據(jù)采集模塊分別和第五鋰電池(706)、第六鋰電池(716)相連，打開震 顫數(shù)據(jù)采集模塊第五電源開關(guān)(707)和第六電源開關(guān)(715)分別為第五微控制器(708)和第 六微控制器(714)、第五藍(lán)牙模塊(704)和第六藍(lán)牙模塊(712)、由三軸陀螺儀傳感器和三軸 加速度傳感器組成的第一震顫傳感器(702)和第二震顫傳感器(710)供電，操作完成后將震 顫數(shù)據(jù)采集模塊分別放在第五外包裝(705)和第六外包裝(713)中；步驟2、將震顫數(shù)據(jù)采集模塊上由三軸陀螺儀傳感器和三軸加速度傳感器組成的第一 震顫傳感器(702)和第二震顫傳感器(710)通過第四粘扣(701)和第五粘扣(709)固定在左 手中指和大拇指上，震顫傳感器通過第六導(dǎo)線(703)和第七導(dǎo)線(711)分別與第五微控制器 (708)和第六微控制器(714)相連；步驟3、通過藍(lán)牙通訊方式將智能手機(jī)和震顫數(shù)據(jù)采集模塊相連;打開手機(jī)長時(shí)數(shù)據(jù)采 集應(yīng)用程序，輸入測試人員姓名、編號(hào)以及主試者的姓名，點(diǎn)擊下拉菜單選擇數(shù)據(jù)采集方式 選擇震顫數(shù)據(jù)采集方式;點(diǎn)擊數(shù)據(jù)保存按鈕，進(jìn)入藍(lán)牙連接界面；步驟4、跳轉(zhuǎn)到藍(lán)牙連接界面，點(diǎn)擊藍(lán)牙模塊開啟按鈕，保證手機(jī)藍(lán)牙模塊處在打開狀 態(tài);點(diǎn)擊周圍藍(lán)牙掃描按鈕，搜索打開的震顫數(shù)據(jù)采集模塊上的藍(lán)牙模塊地址，在確定搜索 到上述模塊藍(lán)牙地址后，點(diǎn)擊任何一個(gè)藍(lán)牙地址跳轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)采集與顯示界面；步驟5、測試人員坐在椅子上，眼睛目視前方，佩戴震顫數(shù)據(jù)采集模塊的手臂向前伸展， 方向與地面平行，五指伸展并保持微微分開狀態(tài)，完成上述動(dòng)作后執(zhí)行步驟6;步驟6、查看數(shù)據(jù)采集與顯示界面，觀察兩個(gè)震顫數(shù)據(jù)是否顯示正常;若出現(xiàn)兩個(gè)數(shù)據(jù) 中某個(gè)數(shù)據(jù)或兩個(gè)數(shù)據(jù)不顯示的情況，關(guān)閉震顫數(shù)據(jù)采集模塊電源，按照步驟1至步驟6的 方法重新執(zhí)行數(shù)據(jù)采集步驟；基于腦信息學(xué)系統(tǒng)化方法學(xué)的人體可穿戴生理-心理-行為數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)中包 含的后臺(tái)服務(wù)器主要負(fù)責(zé)基于采集的長時(shí)或短時(shí)生理、心理和行為數(shù)據(jù)為測試人員提供數(shù) 據(jù)顯示、結(jié)果分析、心境狀態(tài)量化評(píng)估和健康管理等服務(wù);其中，數(shù)據(jù)顯示服務(wù)主要是將采 集到的生理、心理和行為數(shù)據(jù)以波形的方式在服務(wù)器上進(jìn)行顯示，方法原理較簡單，在此不 作重點(diǎn)敘述;心境狀態(tài)量化評(píng)估是后臺(tái)服務(wù)器上提供的結(jié)果分析和健康管理服務(wù)的核心， 即心境狀態(tài)量化評(píng)估的實(shí)現(xiàn)步驟與結(jié)果分析實(shí)現(xiàn)的步驟基本相同，為測試人員提供心境狀 態(tài)量化評(píng)估服務(wù)是基于生理-心理-行為數(shù)據(jù)健康管理服務(wù)中的核心組件；鑒于此，對(duì)心境 狀態(tài)量化評(píng)估的實(shí)現(xiàn)步驟進(jìn)行重點(diǎn)敘述，實(shí)現(xiàn)步驟如下:步驟1、按照量表數(shù)據(jù)的采集頻率和時(shí)間點(diǎn)，對(duì)采集的生理、行為數(shù)據(jù)進(jìn)行不同粒度的 數(shù)據(jù)劃分；步驟2、對(duì)不同粒度的生理、行為數(shù)據(jù)進(jìn)行特征抽取，特征抽取方法由于形式多樣，在此 不做詳細(xì)介紹;基于抽取的特征，采用特征選擇方法對(duì)抽取的特征進(jìn)行特征選擇；步驟3、采用主成分分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法從多天的心境狀態(tài)評(píng)估數(shù)據(jù)中抽取反映用 戶不同心境狀態(tài)的數(shù)據(jù)向量，將多個(gè)數(shù)據(jù)向量作為因變量，選取的生理、行為特征作為自變量，采用多重多元線性回歸分析方法組合不同生理、行為特征并與心理數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，找出 多個(gè)能反映用戶心理數(shù)據(jù)變化的多元回歸方程；步驟4、對(duì)多元回歸方程進(jìn)行方程可靠性檢驗(yàn)和回歸系數(shù)檢驗(yàn)，淘汰檢驗(yàn)不通過的多元 回歸方程和特征組合，選擇通過檢驗(yàn)并擬合度最佳的方程作為生理行為特征與量表數(shù)據(jù)擬 合的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；步驟5、針對(duì)用戶多天采集的生理、心理和行為數(shù)據(jù)，可以將獲得的多個(gè)多元線性回歸 方程視為該用戶的心境狀態(tài)量化評(píng)估模型，由于該方程以生理、行為數(shù)據(jù)作為自變量，以心 理數(shù)據(jù)作為因變量，可以將測試用戶未來每天的生理、行為數(shù)據(jù)作為自變量輸入到方程中， 得到的結(jié)果便可視為當(dāng)天的心境狀態(tài)量化評(píng)估結(jié)果。
【文檔編號(hào)】A61B5/0476GK105943065SQ201610509460
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月29日
【發(fā)明人】萬志江, 鐘寧, 周海燕, 何強(qiáng), 馬小萌, 張明輝, 陳萌, 劉巖
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)