基于信息灰度共生矩阵的心理压力等级评估系统及方法技术方案

本发明专利技术属于生理信号分析技术领域，提供了基于信息灰度共生矩阵的心理压力等级评估系统及方法，针对目前的评估方法仅仅描述了心率变异性的整体波动，缺乏对短时心率波动规律的动态变化的刻画，未充分挖掘心脏动力学系统的空间信息的缺陷，基于心动周期序列构建以不同长度的单词为单位组成的单词序列，将其映射为灰度共生矩阵，并提取出共生矩阵的纹理特征，用于心理压力等级评估。以更加深入地探索与心理状态变化相关的生理机制，更加全面地挖掘与心理压力有关的病理信息，提高心理压力等级评估的准确性。估的准确性。估的准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于信息灰度共生矩阵的心理压力等级评估系统及方法


[0001]本专利技术属于生理信号分析
，尤其涉及基于信息灰度共生矩阵的心理压力等级评估系统及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]当代社会与经济的飞速发展，加剧了人们长时间暴露于慢性或极端压力下的风险，进一步增加了心血管疾病、中风、抑郁症等疾病的患病风险，为国家带来沉重的社会与经济负担。准确及时地识别压力状态，针对不同等级的压力状态采取不同的诊治措施，实现早诊早治不仅可以极大地节约医疗资源，而且有助于提高人民生活质量。
[0004]心动周期序列描述了相邻心拍之间的微小涨落，能够反映自主神经系统的交感神经和副交感神经之间的平衡和拮抗，可以从心电信号R波峰或者脉搏波波峰中获得，具有无创无损，客观真实，可连续监测等优点。
[0005]传统的心理压力等级评估方法集中在通过计算其简单的时域、频域和非线性特征，之后通过构建传统机器学习框架评估人体心理压力水平。但是这种方式仅仅描述了心率变异性的整体波动，缺乏对短时心率波动规律的动态变化的刻画，未充分挖掘心脏动力学系统的空间信息，因而无法准确地评估个体的心理压力等级。

技术实现思路

[0006]为了解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题，本专利技术提供基于信息灰度共生矩阵的心理压力等级评估系统及方法，其基于心动周期序列构建以不同长度的单词为单位组成的单词序列，将其映射为灰度共生矩阵，并提取出共生矩阵的纹理特征，用于心理压力等级评估。以更加深入地探索与心理状态变化相关的生理机制，更加全面地挖掘与心理压力有关的病理信息，提高心理压力等级评估的准确性。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术的第一个方面提供基于信息灰度共生矩阵的心理压力等级评估系统，包括：
[0009]信号获取模块，其用于获取待评估对象的脉搏波信号；
[0010]特征提取模块，其用于基于待评估对象的脉搏波信号构建不同长度的单词组成的单词序列，并将单词序列映射至灰度共生矩阵，基于灰度共生矩阵提取纹理特征；
[0011]等级评估模块，其用于对所述纹理特征进行筛选，并构建特征集，结合所述特征集和训练后的心理压力等级评估模型，得到待评估对象心理压力等级。
[0012]作为一种可能的实施方式，所述评估系统还包括信号预处理模块，所述信号预处理模块包括一阶差分处理模块、滤波处理模块以及波峰识别处理模块；
[0013]所述一阶差分处理模块用于将待评估对象的脉搏波信号进行A/D转换后进行一阶
差分处理，得到差分序列；
[0014]所述滤波处理模块用于将差分序列进行滤波处理得到滤波后的差分序列；
[0015]所述波峰识别处理模块用于根据识别滤波后脉搏波一阶差分序列的波峰，构造心动周期时间序列。
[0016]作为一种可能的实施方式，所述基于待评估对象的脉搏波信号构建不同长度的单词组成的单词序列包括：
[0017]所述特征提取模块中，所述基于待评估对象的脉搏波信号构建不同长度的单词组成的单词序列包括：
[0018]将长度为L的待评估对象的心动周期序列映射为长度为L
‑
1的二元符号序列；
[0019]取上述二元符号序列中第1个元素至第m个元素构成一个二元序列子集，并定义其为一个m位单词，每一个不同的m位单词反映了心动周期序列中心率波动的特定模式，共有2
m
个可能的m位单词，其中，m<L
‑
1；
[0020]按照设定的步长从前向后依次滑动，构建出m位单词序列；将上述m位单词序列转换为十进制序列。
[0021]作为一种可能的实施方式，所述特征提取模块中，基于二维图像的灰度共生矩阵，将不同长度的单词组成的单词序列映射至灰度共生矩阵，具体为：
[0022]二维灰度共生矩阵等于二维图像中灰度值j在灰度值i的θ方向距离d处出现的次数；令θ方向为水平方向，d＝1，生成单词序列映射的一维灰度共生矩阵，在一维灰度共生矩阵中，灰度共生矩阵的值等于上述十进制序列中元素i的相邻元素为j的出现次数之和。
[0023]作为一种可能的实施方式，所述纹理特征包括相关性、对比度、能量和同质性。
[0024]作为一种可能的实施方式，使用嵌套交叉验证方法来训练与测试心理压力等级评估模型。
[0025]作为一种可能的实施方式，所述使用嵌套交叉验证方法来训练与测试心理压力等级评估模型的过程为：
[0026]包括内层和外层两个循环，内层循环用于参数寻优与建立模型，外层循环用于评价所建模型的分类性能。
[0027]本专利技术的第二个方面提供基于信息灰度共生矩阵的心理压力等级方法，包括如下步骤：
[0028]获取待评估对象的脉搏波信号；
[0029]基于待评估对象的脉搏波信号构建不同长度的单词组成的单词序列，并将单词序列映射至灰度共生矩阵，基于灰度共生矩阵提取纹理特征；
[0030]对所述纹理特征进行筛选，并构建特征集，结合所述特征集和训练后的心理压力等级评估模型，得到待评估对象心理压力等级。
[0031]本专利技术的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
[0032]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的基于信息灰度共生矩阵的心理压力等级方法中的步骤。
[0033]本专利技术的第四个方面提供一种计算机设备。
[0034]一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于信息灰度共生矩阵的心理
压力等级方法中的步骤。
[0035]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0036]1、针对传统的心理压力等级评估方法集中在通过计算其简单的时域、频域和非线性特征，仅仅描述了心率变异性的整体波动，缺乏对短时心率波动规律的动态变化的刻画，未充分挖掘心脏动力学系统的空间信息的缺陷，本专利技术通过预处理后的心动周期序列构建以不同长度的单词为单位的单词序列，再将其映射为灰度共生矩阵，并提取相关纹理特征，用于心理压力等级评估，通过该方式，可以更加深入地探索与心理状态变化相关的生理机制，更加全面地挖掘与心理压力有关的病理信息，提高心理压力等级评估的准确性。
[0037]2、将原始的心动周期序列映射为二元符号序列，并取不同长度的单词为单位构建多个单词序列，每一个不同的单词反映了心动周期序列中心率波动的特定模式，全面地刻画了短时心率波动规律的动态变化。
[0038]3、基于二阶统计信息，通过对一维单词序列的数值进行邻域比较获得灰度共生矩阵，并提取多个纹理特征对其加以描述，充分地挖掘了心脏动力学的空间信息。
[0039]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于信息灰度共生矩阵的心理压力等级评估系统，其特征在于，包括：信号获取模块，其用于获取待评估对象的脉搏波信号；特征提取模块，其用于基于待评估对象的脉搏波信号构建不同长度的单词组成的单词序列，并将单词序列映射至灰度共生矩阵，基于灰度共生矩阵提取纹理特征；等级评估模块，其用于对所述纹理特征进行筛选，并构建特征集，结合所述特征集和训练后的心理压力等级评估模型，得到待评估对象心理压力等级。2.如权利要求1所述的基于信息灰度共生矩阵的心理压力等级评估系统，其特征在于，所述评估系统还包括信号预处理模块，所述信号预处理模块包括一阶差分处理模块、滤波处理模块以及波峰识别处理模块；所述一阶差分处理模块用于将待评估对象的脉搏波信号进行A/D转换后进行一阶差分处理，得到差分序列；所述滤波处理模块用于将差分序列进行滤波处理得到滤波后的差分序列；所述波峰识别处理模块用于根据识别滤波后脉搏波一阶差分序列的波峰，构造心动周期时间序列。3.如权利要求1所述的基于信息灰度共生矩阵的心理压力等级评估系统，其特征在于，所述特征提取模块中，所述基于待评估对象的脉搏波信号构建不同长度的单词组成的单词序列包括：将长度为L的待评估对象的心动周期序列映射为长度为L
‑
1的二元符号序列；取上述二元符号序列中第1个元素至第m个元素构成一个二元序列子集，并定义其为一个m位单词，每一个不同的m位单词反映了心动周期序列中心率波动的特定模式，共有2
m
个可能的m位单词，其中，m<L
‑
1；按照设定的步长从前向后依次滑动，构建出m位单词序列；将上述m位单词序列转换为十进制序列。4.如权利要求3所述的基于信息灰度共生矩阵的心理压力等级评估系统，其特征在于，所述特征提取...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新沛，焦宇，杜冠征，赵兰君，董慧雯，赵世龙，李远洋，郭永军，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：