【技术实现步骤摘要】
基于多模态生理数据的心理压力智能采集测试分析系统
本专利技术属于医疗健康领域,具体涉及到一种基于多模态生理数据的心理压力智能采集测试分析系统。
技术介绍
生理信号监护系统可以全面、准确的检测出受测者的各项生理信号。临床上通常使用生理信号监护仪来对患者的身体状况进行评估。然而普通的生理信号监护仪体积庞大,接线冗杂、操作繁琐。完全不能随身携带,极大程度得影响了受监护者的生活质量。增加了用户的抵触情绪。不利于医疗器械的普及。另外,大多数医疗监护仪面向医院,需要专业的医学知识和复杂的操作技巧,一些医疗监护仪的数据只能通过医院中心的监护机房主机查看。个人用户无法通过简单的设备将自身的生理信号进行导出。种种迹象表明,医疗监护仪虽然历史悠久,技术成熟,但并不能胜任居家和日常工作过程中的监护任务。
技术实现思路
针对能够实时监测受测者的生理信号数据,本专利技术提供基于多模态生理数据的心理压力智能采集测试分析系统,可以实现心电、心率、血氧饱和度、体温、脉搏、三轴加速度的生理数据和物理数据的同步采集;采用支持向量机和决策树等机器学习算法对数据进行分类和回归;采用深度神经网络对生理数据进行预测;采用可视化技术对数据进行可视化处理,实现受测者的健康生理数据的实时采集、分析处理、以及可视化。本专利技术的技术方案如下:本专利技术的优点是:1、将心电、血氧、心率、脉搏、体温等多模态生理数据进行集成采集,用户易携带,易使用。2、采用state-of-the-art神经网络模型对数据进行特征 ...
【技术保护点】
1.一种基于多模态生理数据的心理压力智能采集测试分析系统,其特征在于,/n智能采集模块包括心率和血氧采集模块、心电采集模块、脉搏波采集模块和体温和湿度采集模块;/n心率和血氧采集模块包括发光管、光电接收管和光电数据处理单元,将通过血管的光信号转化为电信号并进一步的处理以得到心率和血氧数据;血氧监测通常为无创的、利用光电的动态光谱检测方法;采用反射式血氧检测法,其原理来自朗伯-比尔定律;即当某种单一波长的光照射某种透光介质时,可穿过介质的光的比例只与介质的厚度与浓度相关,而与照射光的强度无关;/nI为入射光强度,I
【技术特征摘要】
1.一种基于多模态生理数据的心理压力智能采集测试分析系统,其特征在于,
智能采集模块包括心率和血氧采集模块、心电采集模块、脉搏波采集模块和体温和湿度采集模块;
心率和血氧采集模块包括发光管、光电接收管和光电数据处理单元,将通过血管的光信号转化为电信号并进一步的处理以得到心率和血氧数据;血氧监测通常为无创的、利用光电的动态光谱检测方法;采用反射式血氧检测法,其原理来自朗伯-比尔定律;即当某种单一波长的光照射某种透光介质时,可穿过介质的光的比例只与介质的厚度与浓度相关,而与照射光的强度无关;
I为入射光强度,I0为穿过介质后的光强;当入射光的波长为λ时,由朗伯-比尔定律可得:
其中,Aλ为吸光度,ελ为介质吸光系数,D为透光介质的厚度,C为透光介质的浓度;依照动脉搏动的周期变化对反射光的影响,即可求出血液中氧饱和的血红蛋白Hb占总血红蛋白HbO2的比例;
计算血氧饱和度公式如下:
反射式血氧饱和度检测方法无需在受测部位的两测设置发光管和接收光电管;而是利用光的反射,将发射管与接收管置于同一侧;因此不但反射式血氧饱和度检测方法可以兼容所有透射法的组织区域;一些组织密度大、不透光、但动脉血管分布密集的区域也可以被检测;光子在人体组织中传播时,部分光会因为散射偏离入射角度,散射到人体组织内部的动脉血管,因此探测皮下血管中透光介质的浓度变化;再经过散射后射出皮肤,被光电探测器捕捉;
心电采集模块采用典型的单导联有线式心电监测,包括导联线、医用电极和放大器滤波器等后续数据处理电路;在一次完整的心跳过程中,心肌细胞去极化的时候会在皮肤表面形成微弱的电学改变,当电学改变被心电图记录装置捕获放大并加以记录后,就得到了熟悉的心电图形状;在正常的心动周期中,窦房结细胞优先产生去极化波,并依次扩散至心房和心室;勘探这种规律的电位变化是测量和诊断异常心脏节律的最好方法;采用三片Ag/AgCl一次性电极进行心电采集,将采集到的心电信号通过模数转换得到心电数据,数据传输类型为串口传输;可以在静止时准确的采集心电信号;
脉搏波采集模块包括发光管、光电接收器和光电数据处理单元;脉搏波采集模块同样使用反射式反应血流的周期性变化;其选用波长为515nm的绿光,避免环境光和环境温度的变化对脉搏信号造成信号漂移;更好的反应皮肤浅层的微动脉信息,较好的凸显脉搏波的变化程度;此外,脉搏波的频带一般在0.05~200Hz间,信号幅度一般为毫伏级水平;在光电接收器后使用了低通滤波器和由MCP6001构成的放大器,将信号放大330倍,使单片机可以清晰的采集脉搏波数据;
体温和湿度采集模块通过获取体表温度信号进而得到体温数据;采用三轴加速度、角速度和磁场采集模块,通过陀螺仪获取三轴角速度、加速度和磁场的对应信号,配合动态卡尔曼滤波算法,能够在动态环境下准确输出模块的当前姿态;并通过模数转换后得到加速度、角速度和磁场数据信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于多模态生理数据的心理压力智能采集测试分析系统,其特征在于,
还包括单片机,单片机与心率和血氧采集模块、心电采集模块、脉搏波采集模块和体温和湿度采集模块相连接,负责接收生理信号的数据并进行后处理;最后将各生理数据按顺序输出至便携式显示终端与蓝牙模块;
便携式显示终端包括触摸屏和单独的MCU,可通过编写ui文件、植入数字和图表控件等操作实现生理数据的可视化和一定程度的人机交互;便携式显示终端可以在脱离上位机的情况下实现心率、血氧、体温的数值显示和心电、脉搏、加速度、角速度的波形显示;
蓝牙传输模块采用蓝牙4.2协议标准,工作频段为2.4GHz,通过串口将生理数据发送至上位机。
3.根据权利要求1所述的一种基于多模态生理数据的心理压力智能采集测试分析系统,其特征在于,
还包括GPS定位和气压模块,本发明采用miniGPS模块,内置GPS与北斗双模卫星定位,与气压模块检测的海拔高度相结合,即可定位至确定坐标点。
4.根据权利要求1所述的一种基于多模态生理数据的心理压力智能采集测试分析系统,其特征在于,
制作成可穿戴设备,基于芯片检测特点和人性化的穿着体验;将系统依附于一件长袖夹克衫内部;其中心率和血氧检测模块与脉搏检测模块安置于左袖口靠体内一侧,模块缝制于一条黑色的魔术贴上;体温传感器缝制在左手腕内靠体内一侧;便携式可视终端置于左手腕靠体外一侧;主体安放置于夹克衫的内兜中;主体内包含单片机、心电采集模块、加速度角速度采集模块和miniGPS模块;壳体正面标有箭头,当手持壳体,正面向上、面朝箭头方向时,可根据便携式显示终端的示数变化指引南北极方向。
5.根据权利要求1所述的一种基于多模态生...
【专利技术属性】
技术研发人员:杨洪臣,姜囡,王华朋,何芳州,邵冬梅,王溢,郭卉,任杰,孙悦洋,
申请(专利权)人:中国刑事警察学院,
类型:发明
国别省市:辽宁;21
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