一种面向孤独症谱系障碍儿童的执行功能评测与训练系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向孤独症谱系障碍儿童的执行功能评测与训练系统，利用先进人机交互技术和脑信息感知技术来解决孤独症谱系障碍儿童执行功能评测与训练问题。包括：学生智能终端、便携式脑波仪、数据机顶盒、云服务器和家长手持智能手机，各功能单元之间通过无线通信技术相连；其中：学生智能终端提供用户交互界面，并实时记录用户面部表情图像以及按键的时空动力学行为；便携式脑波仪记录用户的脑电波节律；数据机顶盒是系统数据汇集和分析中心，通过算法对所汇集数据进行分析以实现对用户实现对执行功能的感知和估计，并在此基础上构建人机交互界面实现执行功能的训练；家长手持智能手机通过云服务器了解其孩子的执行功能评测与训练结果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种面向孤独症谱系障碍儿童的执行功能评估与干预系统，特别涉及一种集成孤独症谱系障碍儿童执行功能发展测评、康复训练、教育和信息管理为一体的儿童康复管理平台。
技术介绍
孤独症谱系障碍(Autismspectrumdisorder，ASD)是一组以社交障碍、语言交流障碍、兴趣或活动范围狭窄以及重复刻板行为为主要特征的神经发育性障碍。ASD已成为世界公共卫生和教育领域的严重挑战，严重危害儿童身心健康，如果不能获得康复，可造成终生残疾，影响患者终生的身心健康、社会交往、学习、生活、就业，给家庭和社会也造成了严重的负担。尽管学术界对于孤独症的病因尚未形成统一的结论，但执行功能障碍理论得到了越来越多临床数据的支持，已成为当前发展心理学的研究热点和重点。值得强调的是，目前国内外对孤独症的执行功能缺陷理论研究较为热门，但对孤独症的执行功能康复训练研究较少；而执行功能作为认知的高级成分，在孤独症康复训练中处于不可或缺的重要地位。此外，目前孤独症康复评价体系不够健全，更缺乏对康复过程的形成性评价，未对孤独症谱系障碍儿童日常干预过程中的表现做出评估。基于上述分析，本专利技术从执行功能障碍理论视角研究孤独症谱系障碍儿童的个性化康复，借助学生智能终端和便携式脑波仪实现先进人机交互和脑信息感知，建立孤独症谱系障碍儿童执行功能评测的关键脑电和行为指标，实现对孤独症谱系障碍儿童执行功能的感知和估计，并在此基础上构建人机交互界面实现对孤独症谱系障碍儿童执行功能的训练，系统解决孤独症谱系障碍儿童执行功能评测与训练问题，为孤独症谱系障碍儿童的评估和教育提供实证性研究工具和科学数据。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是：提供一种集孤独症谱系障碍儿童执行功能发展测评、康复训练、教育和信息管理为一体的儿童康复管理平台。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：提供一种面向孤独症谱系障碍儿童的执行功能评测与训练系统，包括学生智能终端10、便携式脑波仪20、数据机顶盒30、云服务器40和家长手持智能手机50；所述学生智能终端10提供用户交互界面，产生虚拟现实场景，当用户按照设计场景内容进行某种操作时，可实时记录用户的时空动力学数据，同时还通过其摄像头14记录用户的面部表情图像信息，这些数据通过无线通信技术实时传送给数据机顶盒30；所述便携式脑波仪20记录用户在使用系统过程中的脑电波节律，并通过无线通信技术将脑电波节律数据上传给数据机顶盒30；所述数据机顶盒30是系统数据汇集和分析中心，通过无线通信技术汇集所有用户数据，并通过算法对这些数据进行分析以实现对用户执行功能的评估，所述执行功能评估结果将实时反馈给学生智能终端10中虚拟现实人机交互场景就可形成了闭环的人机交互界面，用户可以根据虚拟场景的可视化结果动态调整自身的执行功能负荷水平，最终达到提升执行功能的目的；所述云服务器40与家长手持智能手机50通过云服务技术实现通讯，方便家长了解其孩子的执行功能评测与训练结果。其中，所述数据机顶盒30通过无线通信技术汇集所有用户数据，该用户数据包括用户的时空动力学数据、面部表情数据、脑电波节律。所述学生智能终端10包括任务调度模块11、刺激呈现模块12、触屏时空数据记录模块13、摄像头14、面部表情图像记录模块15、生物反馈模块16和无线通信模块17；任务调度模块11首先通过刺激呈现模块12产生虚拟现实场景，用户按照设计场景内容进行某种操作，触屏时空数据记录模块13实时记录用户触摸电容屏的位置和时刻，与此同时面部表情图像记录模块15借助摄像头14实时记录用户的面部表情图像，触屏时空数据以及面部表情数据通过无线通信模块17上传给数据机顶盒30；数据机顶盒30通过汇集和分析用户数据后获得执行功能评估结果，所述评估结果将通过第一无线收发模块32实时反馈给学生智能终端10中生物反馈模块16，进而调节刺激呈现模块12中虚拟现实人机交互场景就可形成闭环的人机交互界面，用户可以根据虚拟场景的可视化结果动态调整自身的执行功能负荷水平，最终达到提升执行功能的目的。所述数据机顶盒包括微处理器31、第一无线收发模块32、第二无线收发模块33、无线网络模块34、触屏时空数据分析模块35、表情分类器36、认知负荷估计器37、注意力水平估计器38、生物反馈模块39；所述微处理器31通过第一无线收发模块32与学生智能终端10实现双向无线通讯，通过第二无线收发模块33与便携式脑波仪20进行双向无线通讯，还通过无线网络模块33与云服务器40进行双向通信；所述触屏时空数据分析模块35通过分析用户触摸电容屏的位置和时刻信息获得孤独症谱系障碍儿童的响应正确率、响应时间、触屏模式这些认知线索；所述表情分类器36采用了标准化的三层前向神经网络，隐层激励函数是Sigmoid函数，输出层激活函数为线性函数，其输入参数为面部典型特征参数，输出为七种基本表情；所述认知负荷估计器37采用了标准化的三层前向神经网络，隐层激励函数是Sigmoid函数，输出层激活函数为线性函数，其输入参数为脑电波节律(包括δ波、θ波、α波、β波和γ波)，输出为认知负荷；所述注意力水平估计器38采用了标准化的三层前向神经网络，隐层激励函数是Sigmoid函数，输出层激活函数为线性函数，其输入参数为脑电波节律(包括δ波、θ波、α波、β波和γ波)，输出为注意力水平；生物反馈模块39通过多模态数据分析技术实现对用户执行功能的评估，并将评估结果将实时反馈给学生智能终端10中虚拟现实人机交互场景就可形成了闭环的人机交互界面，用户可以根据虚拟场景的可视化结果动态调整自身的执行功能负荷水平，数据机顶盒所汇集的用户数据分别通过触屏时空数据分析模块、面部表情分析模块、认知负荷估计模块、注意力水平估计模块来获得用户在面对特定任务时的认知线索、认知负荷、情绪状态以及正确率等信息，最终实现对用户执行功能的评估。所述面部典型特征参数为Ekman的46种动作单元；所述表情分类器36通过选取国际上权威的面部表情数据库作为训练数据样本集和测试样本集，采用了标准化的前向神经网络结构设计算法，确定隐层神经元数量、输入层权值与阀值、隐层权值与阀值、输出层权值与阀值等结构信息。所述便携式脑波仪20整体被封装在可头戴的外壳中，主要包括微处理器21、无线收发模块22、SD卡读写模块23、双导脑电采集模块24、电源调节与管理模块25、锂电池26、USB充电模块27；通过与计算机USB接口或者与带USB接口的AC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向孤独症谱系障碍儿童的执行功能评测与训练系统，其特征在于：所述的系统包括学生智能终端(10)、便携式脑波仪(20)、数据机顶盒(30)、云服务器(40)和家长手持智能手机(50)；所述学生智能终端(10)提供用户交互界面，产生虚拟现实场景，当用户按照设计场景内容进行某种操作时，可实时记录用户的时空动力学数据，同时还通过其摄像头(14)记录用户的面部表情图像信息，这些数据通过无线通信技术实时传送给数据机顶盒(30)；所述便携式脑波仪(20)记录用户在使用系统过程中的脑电波节律，并通过无线通信技术将脑电波节律数据上传给数据机顶盒(30)；所述数据机顶盒(30)是系统数据汇集和分析中心，通过无线通信技术汇集所有用户数据，并通过算法对这些数据进行分析以实现对用户执行功能的评估，所述执行功能评估结果将实时反馈给学生智能终端(10)中虚拟现实人机交互场景就可形成了闭环的人机交互界面，用户可以根据虚拟场景的可视化结果动态调整自身的执行功能负荷水平，最终达到提升执行功能的目的；所述云服务器(40)与家长手持智能手机(50)通过云服务技术实现通讯，方便家长了解其孩子的执行功能评测与训练结果。

【技术特征摘要】
1.一种面向孤独症谱系障碍儿童的执行功能评测与训练系统，其特征在于：
所述的系统包括学生智能终端(10)、便携式脑波仪(20)、数据机顶盒(30)、云服
务器(40)和家长手持智能手机(50)；所述学生智能终端(10)提供用户交互界面，
产生虚拟现实场景，当用户按照设计场景内容进行某种操作时，可实时记录用户
的时空动力学数据，同时还通过其摄像头(14)记录用户的面部表情图像信息，这
些数据通过无线通信技术实时传送给数据机顶盒(30)；所述便携式脑波仪(20)
记录用户在使用系统过程中的脑电波节律，并通过无线通信技术将脑电波节律数
据上传给数据机顶盒(30)；所述数据机顶盒(30)是系统数据汇集和分析中心，通
过无线通信技术汇集所有用户数据，并通过算法对这些数据进行分析以实现对用
户执行功能的评估，所述执行功能评估结果将实时反馈给学生智能终端(10)中虚
拟现实人机交互场景就可形成了闭环的人机交互界面，用户可以根据虚拟场景的
可视化结果动态调整自身的执行功能负荷水平，最终达到提升执行功能的目的；
所述云服务器(40)与家长手持智能手机(50)通过云服务技术实现通讯，方便家长
了解其孩子的执行功能评测与训练结果。
2.根据权利要求1所述一种面向孤独症谱系障碍儿童的执行功能评测与训
练系统，其特征在于：所述数据机顶盒(30)通过无线通信技术汇集所有用户数据，
该用户数据包括用户的时空动力学数据、面部表情数据、脑电波节律。
3.根据权利要求1所述一种面向孤独症谱系障碍儿童的执行功能评测与训练
系统，其特征在于：所述学生智能终端(10)包括任务调度模块(11)、刺激呈现模
块(12)、触屏时空数据记录模块(13)、摄像头(14)、面部表情图像记录模块(15)、
生物反馈模块(16)和无线通信模块(17)；任务调度模块(11)首先通过刺激呈现模
块(12)产生虚拟现实场景，用户按照设计场景内容进行某种操作，触屏时空数据
记录模块(13)实时记录用户触摸电容屏的位置和时刻，与此同时面部表情图像记
录模块(15)借助摄像头(14)实时记录用户的面部表情图像，触屏时空数据以及面
部表情数据通过无线通信模块(17)上传给数据机顶盒(30)；数据机顶盒(30)通过
汇集和分析用户数据后获得执行功能评估结果，所述评估结果将通过第一无线收
发模块(32)实时反馈给学生智能终端(10)中生物反馈模块(16)，进而调节刺激呈
现模块12中虚拟现实人机交互场景就可形成闭环的人机交互界面，用户可以根据
虚拟场景的可视化结果动态调整自身的执行功能负荷水平，最终达到提升执行功

\t能的目的。
4.根据权利要求1所述一种面向孤独症谱系障碍儿童的执行功能评测与训
练系统，其特征在于：所述数据机顶盒包括微处理器(31)、第一无线收发模块(32)、
第二无线收发模块(33)、无线网络模块(34)、触屏时空数据分析模块(35)、表情分
类器(36)、认知负荷估计器(37)、注意力水平估计器(38)、生物反馈模块(39)；所
述微处理器(31)通过第一无线收发模块(32)与学生智能终端(10)实现双向无线通
讯，通过第二无线收发模块(33)与便携式脑波仪(20)进行双向无线通讯，还通过
无线网络模块(33)与云服务器(40)进行双向通信；所述触屏时空数据分析模块(35)
通过分析用户触摸电容屏的位置和时刻信息获得孤独症谱系障碍儿童的响应正
确率、响应时间、触屏模式这些认知线索；所述表情分类器(36)采用了标准化的
三层前向神经网络，隐层激励函数是Sigmoid函数，输出层激活函数为线性函数，
其输入参数为面部典型...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹东川，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32