【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于信号处理与情绪调节，尤其涉及一种通过采集分析生理信号，选择不同虚拟现实场景进行注意力转移和缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统及方法。
技术介绍
1、儿童在进入医院后，由于惧怕疼痛或感到焦虑，会出现哭闹现象，影响治疗过程。特别在儿童下肢骨科治疗过程中，由于哭闹等极端情绪，经常会导致医生查体无法正常进行。常见的临床缓解紧张情绪的方法包括：给药、麻醉等方法，但经常难以实施。采用虚拟现实场景缓解儿童患者，紧张情绪的方法也见诸报端，但该方法使用时，没有针对患者生理信息进行检测，使用的场景也没有区分，很难达到有针对性地完全消除患者紧张情绪的目的。
2、研究表明人体紧张情绪来自自主神经系统，自主神经中包括交感神经和副交感神经。其中，交感神经系统：负责调动身体的资源来应对环境中的压力，副交感神经系统：于休眠时负责补充修复的功能。当儿童在骨科疾病治疗过程中，因疼痛或者恐惧就会出现交感神经活动加剧，具体表现为呼吸短促、心率上升、哭闹等问题，影响临床诊疗效果，而这种情绪变化即使用药也很难立刻得到缓解。神经生理学研究表明，大脑边缘系统和脑干网状结构可对人体内脏及躯体功能起主要的调节作用，音乐和视频对这些神经结构能产生直接的影响，使脑垂体分泌具有止痛作用、帮助身体减轻不适感的化学物质内啡肽，降低儿茶酚胺的水平，从而使脉搏心率下降，达到镇痛的效果。临床医学研究表明，音乐和视频能刺激大脑中乙酰胆碱和去甲肾上腺素的释放，改善大脑皮层功能，调节细胞的兴奋或抑制程度，减缓心率，达到镇痛的目的。采用虚拟场景聆听音乐及观看视频的手段进行
3、这种节奏的一致性需要更为精准的检测才能实现。因此，分阶段使用不同模式的虚拟场景就很重要。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统及方法，通过精准检测心电脉搏变化来判断儿童所处心理状态，实现可量化的紧张情绪判断，并借助脉搏信号多尺度熵判别紧张情绪程度，基于此选择不同虚拟现实场景，解决了没有针对性的完全消除儿童临床治疗中紧张情绪的问题。
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一方面，本专利技术提供的一种缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统，包括：
4、脉搏采集模块，用于通过指尖处红外线透射测量血流量变化，得到脉搏信号；
5、频率采集模块，用于根据脉搏信号，得到心跳频率；
6、信号处理模块，用于基于集合经验模态分解、独立成分分析和本征分量重构对脉搏信号滤波去噪，得到滤波去噪后的脉搏信号；
7、多尺度熵模块，用于对滤波去噪后的脉搏信号进行多尺度熵分析，得到脉搏信号多尺度熵的小尺度熵；
8、虚拟现实模块，用于根据脉搏信号多尺度熵的小尺度熵和心跳频率，选择不同虚拟现实场景缓解儿童紧张情绪。
9、本专利技术的有益效果为：
10、(1)、本专利技术提供的一种缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统，通过脉搏采集模块获取脉搏信号，通过频率采集模块基于脉搏信号得到心跳频率，通过信号处理模块对脉搏信号滤波去噪，且通过多尺度熵模块和虚拟现实模块，根据脉搏信号多尺度熵的小尺度熵和心跳频率判别儿童临床治疗时的紧张情绪程度，准确有针对性地提供不同的虚拟现实场景，缓解儿童临床治疗时的紧张情绪；
11、(2)、本专利技术通过集合经验模态分解避免了脉搏信号解构出现模态混叠，通过独立成分分析，避免了脉搏信号特征信息丢失，最后再提取各imf分量的本征成分对脉搏信号进行重构，实现了脉搏信号中的噪声信号与去噪信号分离，在有效保留原始脉搏信号特征的情况下消除了噪声对特征提取造成的影响；
12、(3)、本专利技术将儿童临床治疗过程中的紧张情绪通过脉搏信号的多尺度熵进行量化，能够有效反映心脏的收缩期和舒张期以及自主神经功能活性，更贴合人体生理意义，为准确判别儿童紧张情绪程度提供基础。
13、(4)、本专利技术通过虚拟现实模块，根据脉搏信号多尺度熵的小尺度熵和心跳频率，对儿童不同紧张情绪程度的情况提供不同虚拟现实场景的缓解，实现了通过虚拟场景的视频和音乐有针对性、分层次且完全的缓解儿童在临床治疗中的紧张情绪。
14、进一步地，所述信号处理模块包括：
15、第一子模块，用于基于集合经验模态分解对脉搏信号进行解构，得到脉搏信号固有模态分量；
16、所述脉搏信号固有模态分量的计算表达式如下：
17、
18、其中，s(t)表示脉搏信号，imfi表示第i个脉搏信号固有模态分量，n表示脉搏信号固有模态分量总数，res表示脉搏信号残差分量，其中，i＝1,2,…,n；
19、第二子模块，用于对脉搏信号固有模态分量和脉搏信号进行pearson相关性分析，得到脉搏信号固有模态分量与脉搏信号间的相关系数；
20、第三子模块，用于利用相关系数大于预设阈值系数的脉搏信号固有模态分量构建虚拟噪声通道；
21、第四子模块，用于将虚拟噪声通道和脉搏信号固有模态分量组合成独立成分分析的多通道输入信号；
22、第五子模块，用于将多通道输入信号与随机混合矩阵线性混叠，得到线性混合矩阵；
23、所述线性混合矩阵的计算表达式如下；
24、x(n)＝an×n·s(n)
25、其中，x(n)表示线性混合矩阵，an×n表示随机混合矩阵，s(n)表示多通道输入信号，n表示脉搏信号固有模态分量总数；
26、第六子模块，用于基于解混矩阵和线性混合矩阵进行本征分量重构，得到滤波去噪后的脉搏信号；
27、所述滤波去噪后的脉搏信号的计算表达式如下：
28、u(n)＝w·x(n)＝s(n)·a·x(n)
29、其中，u(n)表示滤波去噪后的脉搏信号，w表示解混矩阵。
30、采用上述进一步方案的有益效果为：通过集合经验模态分解构造虚拟噪声通道，再通过独立成分分析提取各固有模态分量中的本征分量对脉搏信号进行重构，在有效保留脉搏信号特征的情况下消除噪声对特征提取造成的影响。
31、进一步地，所述多尺度熵模块包括：
32、第七子模块，用于基于脉搏信号，获取滤波去噪后的脉搏信号的ppi序列；
33、所述ppi序列的计算表达式如下：
34、{ppi(i′)}＝{ppi(1),ppi(2),...,ppi(n)}
35、其中，ppi(i′)表示ppi序列中的第i′个数据点，ppi(n)表示ppi序列中的第n个数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统，其特征在于，所述信号处理模块包括：
3.根据权利要求1所述的缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统，其特征在于，所述多尺度熵模块包括：
4.根据权利要求3所述的缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统，其特征在于，所述第九子模块包括：
5.根据权利要求1所述的缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统，其特征在于，所述虚拟现实模块包括：
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统的方法，其特征在于，所述S3包括如下步骤：
8.根据权利要求6所述的缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统的方法，其特征在于，所述S4包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统的方法，其特征在于，所述S4
10.根据权利要求9所述的缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统的方法，其特征在于，所述S5包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统，其特征在于，所述信号处理模块包括：
3.根据权利要求1所述的缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统，其特征在于，所述多尺度熵模块包括：
4.根据权利要求3所述的缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统，其特征在于，所述第九子模块包括：
5.根据权利要求1所述的缓解儿童临床治疗中紧张情绪的虚拟现实系统，其特征在于，所述虚拟现实模块包括：
6.一种如权利要求1-5任意一...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶鹏，唐晓静，赵静，韦海成，丁小力，
申请(专利权)人：宁夏医科大学总医院，
类型：发明
国别省市：
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