CN102525412A - 用于促进情绪平衡、评估情绪状态和调节效果的方法和设备 - Google Patents

用于促进情绪平衡、评估情绪状态和调节效果的方法和设备 Download PDF

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CN102525412A CN2010105908310A CN201010590831A CN102525412A CN 102525412 A CN102525412 A CN 102525412A CN 2010105908310 A CN2010105908310 A CN 2010105908310A CN 201010590831 A CN201010590831 A CN 201010590831A CN 102525412 A CN102525412 A CN 102525412A
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唐先武
丁辉
杨楚威
孙健
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北京柏瑞医信科技有限公司
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Abstract

本发明公开了一种用于评估情绪状态、促进情绪平衡和评估情绪调节效果的方法和设备。按照一个实施例,所述方法和设备被用来根据心率变异性频域分析结果中的功率谱密度,计算反映自主神经系统灵活性信息的情绪平衡指数。它是心率信号中的低频分量和高频分量向平衡点频率偏移的度量。在一个实施例中,提供一个设备,用于获得实时心率信号和通过专用设备、个人计算机、手持设备或其他处理装置处理这个信息。

Description

用于促进情绪平衡、评估情绪状态和调节效果的方法和设

技术领域

[0001] 本发明总的涉及用于评估情绪状态、促进情绪平衡和评估情绪调节效果的方法和设备。

背景技术

[0002] 随着生活节奏不断加快,全球化进展不断推进,职业紧张成为职业人员面临的重要问题之一。国际劳工组织提出,“21世纪是紧张的世纪,降低职业紧张与其他职业病保护一样是劳动保护的重要内容”。据统计,中国大约有8000万职业人员存在不同程度的职业紧张,尤其以公务员、公安人员、医生、教师和企业中高层管理人员为主。缓解职业紧张刻不容缓。

[0003] 紧张、焦虑、抑郁这些不良情绪严重影响人们的社交能力、心理健康,可能降低人们的工作效率,严重限制人们的生活质量。心理疏导和其他形式的心理干预是常见的对抗不良情绪的方法。另外一类常见方法是借助来自东方文化的方法如瑜伽、气功等。这些方法采用集中注意力和精神或冥想方法。人们在练习瑜伽的过程中,会将注意力和精神集中在呼吸和大脑部分。而人们在练习气功的时候,会将注意力和精神集中到位于肚脐下部的 “丹田”穴位上。这些方法具有很强的主观性色彩,缺乏客观手段来评估训练的效果。既不能在训练过程中连续实时监测效果,进行反馈干预,也不能在多次训练之间进行比较,判断训练过程中的进展情况。

[0004] 心脏是人体中最重要的器官之一,从出生到死亡,心脏从不间断地工作着。心脏由左、右心房和左、右心室组成。心脏的收缩是由位于右心房上的窦房结控制。通过窦房结产生微小的电脉冲信号,首先传导至左、右心房,造成左、右心房的收缩,接着经过房室结和传导纤维,将电脉冲信号传导至左、右心室,造成左、右心室的收缩,随后心脏进入舒张状态, 直至窦房结产生下一个电脉冲信号,这就是一次完整的心跳。两次连续心跳之间的时间间隔,被称为心动周期。如果心脏按照这个心动周期搏动,每分钟可以完成的心跳数目,就是这个心动周期的瞬时心率,等于心动周期的倒数乘以60。心动周期和瞬时心率可以通过光电容积脉搏波等方法进行测量。

[0005] 心脏每收缩舒张一次,外周血管中的微动脉和毛细血管中的血液容积也会在心脏作用下,呈现搏动性变化。当心脏收缩时,外周血容量最大,当心脏舒张时,外周血容量最小。当用一定波长的光束照射指端或耳垂等外周血管丰富部位的皮肤表面时,如果在指端或耳垂上光束入射点的对侧或者同侧放置光电接收器,将接收到通过透射或者反射方式传送过来的衰减之后的光,产生一个和光强一致的电信号。皮肤、肌肉、组织对于光的吸收基本保持恒定,而外周血液对于光的吸收则和外周血容积直接相关,外周血容积越大,光吸收越大,光电接收器检测到的光强度越弱,产生的信号也越小。随着外周血容积的搏动性变化,光电接收器上将检测到与之相对应的光电容积脉搏波。光电容积脉搏波中连续两个正常脉搏之间的时间间隔就是心动周期,也称脉搏周期。脉搏周期的测量采用连续两个正常脉搏的光电容积脉搏波信号幅度变化最快的位置作为测量定位点,两点之间的时间间隔就是脉搏周期。持续检测光电容积脉搏波,就可以得到一个由许多连续的脉搏周期组成的序列,以及相应的瞬时心率序列。

[0006] 经典的人体内环境平衡理论认为,在正常状态下,人体内环境处于一种稳定平衡的状态,比如人体内环境的温度是恒定的,保持在37°C左右。经典理论认为,和其它许多生理系统一样,人体的心血管系统也应该是稳定的。心率的不规则变化由外部影响产生,比如体力负荷或精神负荷对心率的影响。在正常稳定状态下,心率应该是恒定的。但是,研究证明事实并非如此,健康人的心率即使在静息状态下也有一定规律的涨落。这种每次心脏搏动之间瞬时心率或心动周期上的差异,也就是心率的波动,被称为心率变异性(Heart Rate Variability, HRV)(参见 HEART RATE VARIABILITY :STANDARDS OF MEASUREMENT, PHYSIOLOGICAL INTERPRETATION AND CLINICAL USE.EUROPEAN HEART JOURNAL. Vol.171996)。

[0007] 对连续瞬时心率信号做功率谱分析,计算出功率谱密度,可以分析连续瞬时心率信号的频率构成。学界通常认为,HRV功率谱密度一般包含三个频谱成分:

[0008] (1)高频成分(HF),频率范围0. 15〜0. 40Hz,高频峰一般位于0. 25Hz左右;

[0009] (2)低频成分(LF),频率范围0. 04〜0. 15Hz,低频峰一般位于0. IHz左右;

[0010] (3)极低频成分(VLF),频率范围< 0. 04Hz。

[0011] 1981年Akserlrod等人应用β受体阻滞剂阻断交感神经活性,发现HRV谱中低频谱峰显著降低,应用迷走神经受体阻滞剂阻断迷走神经活性,发现HRV谱中高频谱峰显著降低,从而逐步揭示了 HRV谱中高频成分反映的是心迷走神经的活动,而低频成分反映心交感神经的活动,或受交感、迷走神经活动的共同影响。低频成分与高频成分的比值 (LF : HF)则反映了心交感、迷走神经活动的均衡性。交感神经系统和副交感神经系统在控制心率上是相互对抗作用,交感神经系统使心率缓慢变化,副交感神经系统使心率快速变化。通过HRV谱可以分析在心率调控上,究竟是交感神经系统还是副交感神经系统占主导, 究竟是偏向交感神经系统还是副交感神经系统。

[0012] 目前已经有将心率变异性分析应用于促进生理相干和自主平衡的方法和设备 (参见CN1309342C)。该方法定义了一个输送状态,认为输送反映人体自主神经系统的两个分支交感神经系统和副交感神经系统之间和谐的平衡。同时定义了输送参量(EP),是HRV 谱中功率分布的度量。HRV谱中功率如果集中在相对较窄的频率范围,形成一个很高的谱峰,将出现较高的EP值,间接确定了输送状态。该方法和设备提出的输送参量,针对的是自主神经系统的交感神经系统和副交感神经系统之间平衡性的训练。

[0013] 近来,随着应用生理心理学的新进展,以及生物反馈等领域的研究成果,新的理论和技术被引入到对不良情绪的心理干预的改进中来。研究表明,自主神经系统在情绪调节中扮演着重要的角色,情绪调节极度依赖于自主神经系统灵活性。同时心率变异性作为一个评估自主神经系统灵活性的客观的、可理解的研究工具得到了认可。心率变异性是一个交感神经系统和副交感神经系统之间在心率影响上连续相互作用的测量,可以产生出关于自主神经系统灵活性的信息,反映了调节情绪响应上的能力。而上述方法和设备并未涉及有关自主神经系统灵活性,及其在情绪调节上的影响。有必要提供关于自主神经系统灵活性的客观定量信息,能够很方便地用于评估情绪调节效果,促进情绪平衡,以及能够对该信息进行处理、显示的设备。 发明内容

[0014] 本发明提供通过分析人体心率变异性、计算反映自主神经系统灵活性的情绪平衡指数的方法。

[0015] 按照本发明的一个方面,本发明公开了一种用于评估受检对象情绪状态的方法, 其包括以下步骤:

[0016] (1)在预定的时间段内,测量受检对象每次心跳之间的时间间隔,得到一定长度的心跳时间间隔序列;

[0017] (2)计算反映心跳时间间隔变化频率特性的心率变异性功率谱HRV(f);

[0018] (3)分别确定平衡点频率fB、低频偏移频率高频偏移频率fBH :

[0019] 所述平衡点频率fB是将心率变异性功率谱的低频成分LF和高频成分HF划分为功率相等两部分的频率;

[0020] 所述低频偏移频率fm是将准低频成分划分为功率相等两部分的频率,其中,所述准低频成分是功率谱中低频成分起点至平衡点频率fB的部分;

[0021] 所述高频偏移频率fBH是将准高频成分划分为功率相等两部分的频率,其中,所述准高频成分是功率谱中平衡点频率fB至高频成分终点f3的部分;

[0022] (4)分别计算比值Ki、K2、K3,其中:

[0023] K1为心率变异性功率谱中低频成分LF和高频成分HF功率之和(LF+HF)与总功率

Figure CN102525412AD00061

[0024] K2为准低频成分频率分布向平衡点频率fB的偏移比值,即,

Figure CN102525412AD00062

•’

[0025] K3为准高频成分频率分布向平衡点频率fB的偏移比值,

Figure CN102525412AD00063

[0026] (5)计算情绪平衡指数BI = K1X K2 X K3 ;

[0027] (6)将对应于所述指数的第一参量以第一表现格式提供给用户。

[0028] 需要说明的是,此处的用户可能为受检对象本人,也可能为指导受检对象的专业人士,这根据方法在使用中的情况可以有所不同。

[0029] 按照本发明的一个改进方面,所述低频成分起点优选为0. 04Hz,高频成分终点 f3优选为0. 4Hz。

[0030] 按照本发明的一个改进方面,所述方法进一步把所述第一参量以第二表现格式提供给用户。

[0031] 按照本发明的一个改进方面,所述方法中所述第一参量为根据所述指数得到的平衡状态。

[0032] 按照本发明的一个改进方面,所述方法根据所述平衡状态进一步进行评分,所述第一表现格式为累计评分随时间变化的柱形图。

[0033] 按照本发明的一个改进方面,所述方法进一步把所述平衡状态以第二表现格式提供给用户,所述第二表现格式为所述平衡状态的分布饼图。[0034] 按照本发明的一个改进方面,所述方法进一步用于促进受检对象情绪平衡。

[0035] 按照本发明的一个改进方面,所述方法中所述第一参量为根据所述指数得到的平衡状态,根据所述平衡状态进一步进行评分,所述第一表现格式为累计评分随时间变化的柱形图或所述平衡状态的分布饼图,受检对象根据该第一表现格式自行调节情绪。

[0036] 按照本发明的一个改进方面,所述方法中所述第一参量为根据所述指数得到的评分,所述第一表现格式为与累计评分对应的预设图片,该图片引导受检对象调节情绪。

[0037] 按照本发明的一个改进方面,所述方法中所述第一参量为根据所述指数得到的评分,所述第一表现格式为根据累计评分设置的游戏场景,该游戏场景引导受检对象调节情绪。

[0038] 按照本发明的一个改进方面,所述方法进一步包括评估受检对象情绪调节效果的步骤。

[0039] 按照本发明的一个改进方面,所述方法通过将新测数据与历史数据进行对比来评估受检对象情绪调节效果。

[0040] 按照本发明的另一个方面,本发明公开了一种用于评估受检对象情绪状态的设备,其包括:

[0041] 采样装置,用来在预定的时间段内采样受检对象的心跳;

[0042] 输出装置;和

[0043] 与采样装置和输出装置相连接的处理装置;

[0044] 其特征在于:

[0045] 所述处理装置用于:

[0046] (1)在预定的时间段内,测量受检对象每次心跳之间的时间间隔,得到一定长度的心跳时间间隔序列;

[0047] (2)计算反映心跳时间间隔变化频率特性的心率变异性功率谱HRV(f);

[0048] (3)分别确定平衡点频率fB、低频偏移频率高频偏移频率fBH :

[0049] 所述平衡点频率fB是将心率变异性功率谱的低频成分LF和高频成分HF划分为功率相等两部分的频率;

[0050] 所述低频偏移频率fm是将准低频成分划分为功率相等两部分的频率,其中,所述准低频成分是功率谱中低频成分起点至平衡点频率fB的部分;

[0051] 所述高频偏移频率fBH是将准高频成分划分为功率相等两部分的频率,其中,所述准高频成分是功率谱中平衡点频率fB至高频成分终点f3的部分;

[0052] (4)分别计算比值Ki、K2、K3,其中:

[0053] K1为心率变异性功率谱中低频成分LF和高频成分HF功率之和(LF+HF)与总功率

LF + HF

TP(VLF+LF+HF)的比值,即,K1= · + ^ +朋;

[0054] K2为准低频成分频率分布向平衡点频率fB的偏移比值,即,K2= ;

[0055] K3为准高频成分频率分布向平衡点频率fB的偏移比值,即,•’

H Jb

[0056] (5)计算情绪平衡指数BI = K1X K2 X K3 ;[0057] (6)通过输出装置将对应于所述指数的第一参量以第一表现格式提供给用户。

[0058] 需要说明的是,此处的用户可能为受检对象本人,也可能为指导受检对象的专业人士,这根据方法在使用中的情况可以有所不同。

[0059] 按照本发明的一个改进方面,所述低频成分起点为0. 04Hz,高频成分终点f3为 0. 4Hz。

[0060] 按照本发明的一个改进方面,所述采样装置为光电容积脉搏波传感器、压力感应装置、血压监视器、心率监视器或心电图仪。

[0061] 按照本发明的一个改进方面,所述输出装置为发声装置、显示装置、打印装置、无线信号传输装置、其它数据输出接口中的一种或多种。

[0062] 按照本发明的一个改进方面,所述发声装置包括扬声器。

[0063] 按照本发明的一个改进方面,所述显示装置包括液晶显示器或LED。

[0064] 按照本发明的一个改进方面,所述无线信号传输装置包括红外、蓝牙传输装置和/ 或基于CDMA、GPRS公共移动网络进行传输的装置。

[0065] 按照本发明的一个改进方面,所述其它数据输出接口包括USB、IEEE1394、并口、串口、音频扩展接口、视频扩展接口、其它网络扩展接口中的一种或多种。

[0066] 按照本发明的一个改进方面,所述设备还包括存储装置,用于存储受检对象信息和/或历史测试数据。

[0067] 按照本发明的一个改进方面,所述设备为基于工业计算机的便携式数字计算装置。

[0068] 按照本发明的一个改进方面,所述设备基于包含数字信号处理器DSP或单片机 MCU的嵌入式计算平台实现。

[0069] 按照本发明的一个改进方面,所述设备为可佩戴或可穿戴的电子设备,如包含DSP 或MCU的电子手表或电子服装。

[0070] 按照本发明的一个改进方面,所述设备为手机或PDA。

[0071] 按照本发明的一个改进方面,所述设备基于通用计算机实现。

[0072] 按照本发明的一个改进方面,所述设备基于个人台式计算机、个人便携计算机或工业计算机实现。

[0073] 按照本发明的一个改进方面,所述设备基于网络计算平台实现。

[0074] 按照本发明的一个改进方面,所述第一参量为根据所述指数得到的平衡状态。

[0075] 按照本发明的一个改进方面,根据所述平衡状态进一步进行评分,所述第一表现格式为累计评分随时间变化的柱形图。

[0076] 按照本发明的一个改进方面,所述输出装置进一步把所述第一参量以第二表现格式提供给用户。

[0077] 按照本发明的一个改进方面,所述输出装置进一步把所述平衡状态以第二表现格式提供给用户,所述第二表现格式为所述平衡状态的分布饼图。

[0078] 按照本发明的一个改进方面,所述设备还可用于促进受检对象情绪平衡及评估受检对象情绪调节效果。

[0079] 按照本发明的一个改进方面,所述设备包括用于促进情绪平衡的模块,其根据BI 或所述第一参量生成反馈信号,根据该反馈信号调节输出信号并提供给受检对象,从而促进受检对象情绪平衡。

[0080] 按照本发明的一个改进方面,所述输出信号例如为预设的图片或游戏场景,该预设的图片或游戏场景引导受检对象调节情绪。

[0081] 按照本发明的一个改进方面,所述设备通过对比新测数据和历史数据来对受检对象的情绪调节效果进行评估。

附图说明 [0082] 图 1显示了一段典型的光电容积脉搏波,以及得到的连续脉搏周期和瞬时心率。[0083] 图 2显示了一个典型的心率变异性功率谱分析结果。[0084] 图 3A显示按照本发明的一个实施例构建的设备,包括传感器、耦合电缆和主机。[0085] 图 3B为该设备的结构示意图。[0086] 图 4A-4E显示情绪调节过程中的频率偏移和功率集中现象。[0087] 图 5显示按照本发明的心率变异性功率谱分析结果。[0088] 图 6显示上述设备正处于使用状态中。[0089] 图 7A为上述设备的用户界面。[0090] 图 7B显示上述设备处于测试中。[0091] 图 7C显示上述设备的测试结果。[0092] 图 7D显示上述设备对数据进行回顾。[0093] 图 7E为上述设备用于促进情绪平衡的一个游戏界面。

具体实施方式

[0094] 情绪调节的能力对于维持心理健康是至关重要的。情绪作为人们和他们所处环境相互影响的经历,和生理激励的程度改变相关。有研究认为(参见HEART RATE VARIABILITY AS AN INDEX OF RE⑶LATED EM0TI0NALRESP0NDING, REVIEW OF GENERAL PSYCHOLOGY, Vol. IONo. 32006),涉及到产生这种生理激励的关键系统就是自主神经系统。自主神经系统被分成兴奋性的交感神经系统,和抑制性的副交感神经系统,两者互相对抗作用,产生生理激励的不同程度。在身体和心理紧张中,交感神经系统成为主导,产生生理激励来辅助适应挑战。脉搏或者心率的增加,是这种激励状态的特征。在相对安全和稳定的时期,副交感神经系统成为主导,维持一个较低程度的生理激励和下降的心率。人们在高低激励状态之间转变的轻松程度,取决于自主神经系统快速改变心率的能力。

[0095] 情绪调节极度依赖人们短时调整生理激励的能力。一个灵活的自主神经系统允许快速产生或调制出和环境需要相适应的生理和情绪状态。与之相反的是,僵化的自主神经系统导致在产生或者改变和环境改变同步的生理和情绪响应上能力的减少。通过情绪调节,可以促进人们对环境挑战产生适时和适当的响应。

[0096] 心脏的搏动,虽然可以独立由窦房结运作,但是也可以通过自主神经系统中的交感神经和副交感神经,根据中枢神经系统和身体其他部分传递的信号,辅助调整心脏搏动的频率,加快或降低心率,以应对各种外部环境的影响。心率变异性是一个交感神经系统和副交感神经系统之间在心率影响上连续相互作用的测量,产生出关于自主神经系统灵活性的信息,因此反映了调节情绪响应上的能力。[0097] 如图1所示,任意两个连续的脉搏周期和瞬时心率,都存在一定的差异,这就是心率变异性。

[0098] 图2显示了一个典型的心率变异性功率谱分析结果。图2是一定长度的连续脉搏周期序列的功率谱计算结果,横轴为频率,单位赫兹(Hz),纵轴为功率谱密度(Power Spectral Density, PSD),单位秒7赫兹(s2/Hz)。从图2可以发现,心率变异性功率谱上存在三个谱峰:极低频谱峰、低频谱峰和高频谱峰,分别位于极低频段VLF、低频段LF和高频段HF。其中,极低频段的频率范围为0至低频成分起Af1,低频段的频率范围为低频成分起点至低频高频分界点f2,高频段的频率范围为低频高频分界点f2至高频成分终点f3。 学界通常认为,fi 为 0. 04Hz, f2 为 0. 15Hz, f3 为 0. 40Hz。

[0099] 图3A显示按照本发明的一个实施例构建的设备30,图;3B为设备的结构示意图。在这个具体实施例中,设备30为基于工业计算机的便携式数字计算装置,包括采样装置311 和具有处理装置321和输出装置322的主机32,处理装置321与采样装置311、输出装置 322相连接。所述采样装置311优选为光电容积脉搏波传感器31,输出装置322优选为显示器。光电容积脉搏波传感器31通过耦合电缆33被电耦合到主机32。

[0100] 应用该设备30,我们进行了某些实验室内的研究。我们预先选择了一些具有非常好的自我情绪调节能力的受检对象。对这些预先选择的受检对象,是坐在可调节坐姿椅子上,试验过程中可以让受检对象将坐姿调节至感觉最舒适位置,统一将光电容积脉搏波传感器31夹在受检对象右手食指上。首先让受检对象保持日常状态,随后要求受检对象进行自我情绪调节,将情绪调节至自我认可的情绪平衡状态,在此状态下,受检对象自我感觉无明显情绪波动,情绪非常平稳,内心非常平衡。

[0101] 图4显示了自我调节过程中典型的心率变异性功率谱变化,这一典型的变化在所有预先选择的受检对象上均可见到。图4A上显示自我调节开始前,功率谱呈现典型分布, 出现三个典型谱峰:极低频谱峰、低频谱峰和高频谱峰。而随着自我调节的进行,功率谱逐渐出现如图4B、图4C所示的下列变化:极低频谱峰逐渐变小,低频谱峰和高频谱峰向中间频率偏移。最后当受检对象自觉进入情绪平衡状态后,如图4D、图4E所示,出现极低频谱峰消失、低频谱峰和高频谱峰发生融合,最终在心率变异性功率谱上,绝大部分功率集中在这个融合之后的谱峰上。图4验证了人们可以对心率的变化进行自我控制。

[0102] 如前所述,心率变异性低频段,反映了交感神经系统对心率的调控,心率变异性高频段,反映了副交感神经系统对心率的调控。频率偏移的发生,说明通过自我情绪调节,可以调动交感神经系统和副交感神经系统,同时对心率进行调控。而频率偏移程度越大,说明交感神经系统和副交感神经系统灵活性越好,对心率的调控能力越强。

[0103] 为了定量描述上述频率偏移,同时我们考虑到检测谱峰及其位置来测量频率偏移存在下列弊端:

[0104] (1)谱峰可能具有一定宽度,导致难以定位;

[0105] (2)如果出现噪声,可能使谱峰的定位出现随机性的改变,导致不确定性,无法在多次测量之间进行比较。

[0106] 因此,我们确定采用面积作为测量偏移的方法。

[0107] 为了测量低频谱峰和高频谱峰的偏移,需要确定测量偏移的参考频率。近来科学研究表明,并不能通过频率范围来划分交感神经系统和副交感神经系统的影响,尤其在低频成分上,有可能出现交感神经系统和副交感神经系统共同作用,图4C上的低频谱峰和高频谱峰融合,也反映了这一点。因此我们并未采用传统的0. 15Hz低频段和高频段划分频率,作为测量频率偏移的参考频率。考虑到习惯上将低频成分与高频成分的比值作为交感神经系统和副交感神经系统平衡性的度量,我们将低频成分和高频成分划分为功率相等两部分的频率,作为参考频率,并称为平衡点频率fB。可以看到,在此频率下重新划分的“准低频成分”(低频成分起点到平衡点频率fB)和“准高频成分”(平衡点频率fB到高频成分终点f3),就对应着平衡的“交感神经系统”和“副交感神经系统”。

[0108] 同样我们采用面积法则来测量“准低频成分”和“准高频成分”的频率偏移,就是 “准低频成分”和“准高频成分”的功率向平衡点频率偏移的程度。我们同样采用将“准低频成分”和“准高频成分”分成功率相等两部分的频率作为测量依据。可以看到,当频率偏移越大,此频率越靠近平衡点频率。由于采用面积法则,此频率的定位,是唯一的,不受噪声干扰。

[0109] 如图5所示,将平衡点频率记为fB,将“准低频成分”划分成相等功率两半的频率记为将“准高频成分”划分成相等功率两半的频率记为fBH,我们给出的“准低频成分” 和“准高频成分”的频率偏移比值计算公式如下:

[0110] (1) “准低频成分”频率分布向平衡点频率fB的偏移比值K2为^f* ■’

JB JI f - f

[0111] (2) “准高频成分”频率分布向平衡点频率fB的偏移比值K3为U ;

[0112] 可以发现,频率偏移越大,上述两个偏移比值越接近于1。

[0113] 而且我们还发现,随着情绪调节,不仅出现频率偏移现象,当进入到情绪平衡状态后,心率变异性功率谱上的绝大部分功率,也将集中到低频成分和高频成分上。

[0114] 根据情绪调节过程中的频率偏移现象,以及进入到情绪平衡状态后的功率集中现象,最终我们给出情绪平衡指数BI的计算方法为:

[0115] 心率变异性功率谱中低频成分和高频成分在总功率的占比K1与“准低频成分”和 “准高频成分”的频率偏移比值K2、K3三者的乘积。

[0116] 计算公式为:

Γ η T, LF+ HF

[0117] K1 = LF + HF/(VLF+LF+HF)

[0118] B1= K1XK2XK3

[0119] 可以看到,当进行情绪调节后产生频率偏移以及功率集中后,“准低频成分”和“准高频成分”的频率偏移比值将逐渐向1接近,而同时心率变异性功率谱中低频成分和高频成分在总功率的占比也将接近于1,作为三者的乘积情绪平衡指数,也将接近于1。情绪平衡指数越接近于1,说明自主神经系统的灵活性越好,能够充分调动交感神经系统和副交感神经系统,在短时间内改变心率,调整生理激励。情绪平衡指数越接近于1,也说明情绪调节的结果越接近于情绪平衡状态。

[0120] 如图6所示,在设备运行期间,受检对象的手指被放置成与光电容积脉搏波传感器31相接触。在本实施例中,传感器包括固定夹,它被放置在手指上确保手指与传感器之间的适当的接触,光电容积脉搏波传感器通过手指检测由受检对象的心跳产生的脉搏波,以及把这个信息发送到处理装置,处理装置收集和分析此心跳数据,确定受检对象的情绪平衡指数,将得到的结果表示于显示器上。

[0121] 图7A-7E为按照本发明制作的一个软件实例的界面。其中,图7A显示了输入受检对象个人信息的过程。输入的个人信息包括用户ID、姓名、性别、年龄、身高、体重,并由此计算得到BMI指数。

[0122] 图7B显示了本设备正处于测试过程中。在本实施例中,界面最下方显示通过传感器测得的受检对象脉搏波波形图,其上方显示受检对象的心率以及心率随时间变化的图形,界面最上方显示根据BI计算得到的累计平衡得分和平衡状态分布图,以此反映受检对象所处于的情绪状态。

[0123] BI是按照以上方法由HRV的数据的频域分布计算得到,优选通过图形的方式对其结果进行呈现。按照一个实施例,受检对象在一段测试时间(例如3分钟)内接收情绪评估测试,每隔一个固定时间间隔(例如5s)计算一次BI值,根据预设的各个门限值(例如 0.7、0.9等)』1被分配以平衡状态组(例如{ 一般,良好,优秀}组)中的一个平衡状态S, 根据平衡状态和/或相邻两次平衡状态的变化情况得到分数组(例如{0,10,20}组)中的一个分数Ai,当平衡状态组与分数组中数据项目一样多时,两者分别一一对应;当两组数目不等时,可以综合考虑平衡状态以及相邻两次平衡状态的变化情况而分配分数Ai的数值。 例如分数组也可选取为{-20,-10,0,10,20}等带有负数值的数据组,即测试过程中存在分数被倒扣的环节,较为适合对进取心强的受检对象进行评估和调节。

[0124] 该分数Ai在该测试时间段内被累加从而得到累计平衡得分f (Ai)随时间变化的柱形图,即累计平衡得分图。在该测试时间段内也可以同时得到平衡状态S的分布饼图,即平衡状态分布图。一个典型的分数Ai累加的方法如下表所示:

[0125]

Figure CN102525412AD00121

[0126] 本实施例中,反映受检对象情绪状态的参量以累计平衡得分图和平衡状态分布图的格式予以呈现,但是显然该参量可以以其它多种方式呈现,例如反映BI或Ai数值变化的折线图、反映平衡状态S的指示条等。

[0127] 图7C显示了本设备的一个测试结果。其依据检测出的脉搏周期,对受检对象进行全面的心率变异性分析,包括时域分析和频域分析。其中,时域分析有:计算平均心率、心动周期方差、相邻心动周期差值均方根值及标准差、心率变异性指数,心动周期直方图分析, 庞加莱散点图分析;频域分析有:计算心率变异性功率谱密度,计算总功率、极低频功率、 低频功率、高频功率、归一化低频功率、归一化高频功率、低频/高频比。最终,系统还依据心率变异性时域分析和频域分析的结果对压力状态和情感状态的综合分析,计算得到压力指数数据和情感状态数据。

[0128] 图7D显示了数据回顾界面。设备优选可包括存储装置,该装置用于存储受检对象信息和/或历史测试数据,可以选择根据时间浏览一次或多次历史数据,可以选择对历史数据进行综合分析、比较,用以评估受检对象在一段时期内的整体情绪状态和/或情绪状态改善情况。

[0129] 所述设备在测试过程中实时更新累计平衡得分图和平衡状态分布图,受检对象根据该数据可调节自身情绪状态,达到促进情绪平衡的目的,此时该设备可看作促进情绪平衡的设备,不仅用于评估受检对象最初的情绪状态,还可评估情绪调节效果。

[0130] 与此相对,所述设备可包括单独的促进情绪平衡的模块。根据该模块,促进情绪平衡的方案均根据Bi、S或Ai值建立反馈机制,即在调节受检对象情绪过程中实时监测Bi、S 或&值,根据其变化调节设备的输出信号,将之提供给受检对象,由此,受检对象根据该信号调节自己的状态,从而达到促进情绪平衡的目的。

[0131] 按照该方案的一个实施例,设备每隔一个固定的时间间隔计算一次受检对象WAi 值,计算其累加值,将之与预设的门限值组进行比较,根据比较结果在界面上分别显示图片组中的各个图片,从而令受检对象了解自己情绪的状态,在接下来的测试中进行自主调节, 包括控制呼吸、放松肌肉等,同时设备也可根据受检对象所处的状态而显示美丽的画面和/ 或播放舒缓的音乐帮助受检对象进行调节。

[0132] 按照上述实施例的变形,促进情绪调节的过程设置为游戏环节,即受检对象处于游戏环境中,设备每隔一个固定的时间间隔计算一次受检对象的Ai值,计算其累计值,将之与预设的门限值组进行比较,根据比较结果设置游戏场景,包括奖励和/或惩罚项目等,从而促进受检对象调节情绪。

[0133] 图7E显示了一个促进情绪平衡的游戏界面。根据检测到的受检对象的情绪状态而控制游戏场景,例如界面上显示的动物的数目、种类、是否可以活动等,以此促进受检对象调节情绪。

[0134] 按照本发明,在受检对象接受情绪调节的训练之后,设备可再次对受检对象的情绪状态进行检测,从而评估情绪调节效果,也可调取存储装置中存储的历史数据,以对比的方式如数据列表、折线图、柱状图等方式显示受检对象情绪评估结果改变的情况,前后对比的数据可以是单次测试数据,也可以是一段或多段时间内测试得到的多次数据,以反映受检对象在不同时期内情绪的整体变化情况。

[0135] 以上的实施例中,所述设备为基于工业计算机的便携式数字计算装置,但是本发明并不限于上述形式,所述设备可以以基于数字信号处理器DSP或单片机MCU的嵌入式计算平台的形式实现,例如基于可佩戴的电子设备如带有DSP或MCU的手表等,基于可穿戴的电子设备如带有DSP或MCU的电子服装等,基于手机、PDA等;所述设备也可以基于通用计算机实现,例如个人台式计算机、个人便携计算机、工业计算机等;所述设备还可基于网络计算平台实现,如基于局域网LAN、广域网WAN实现。上述各类设备本身具有处理装置和输出装置,在其中加设采样模块、在处理装置中内置计算及控制模块后即可实现情绪状态的评估和调节,从而构成本发明的设备。

[0136] 以上实施例中,采样装置优选为光电容积脉搏波传感器,但是本发明并不限于上述形式,所述设备还可采用其它采样装置采集心跳数据,例如压力感应装置、血压监视器、 心率监视器、心电图仪等。

[0137] 以上实施例中输出装置优选为显示装置,但是本发明并不限于上述形式,所述设备还可采用其它输出装置,如发声装置、显示装置、打印装置、无线信号传输装置、其它数据输出接口中的一种或多种,可用于输出受检对象个人信息、生理数据、测试数据的时域频域分析、受检对象情绪评估结果、受检对象历史数据、预设的调节方案、订制的调节方案、调节进展状况、受检对象情绪调节情况的评估结果等。

[0138] 发声装置例如为扬声器等,优选可以播放单声调提示音、语音、音乐、动物发出的声音以及自然现象的声音(如风声、雷声、潮汐等)中的一种或多种;

[0139] 显示装置例如为液晶显示器、LED等,优选可以显示文字、符号、图形、图片、动画、 视频影像中的一种或多种,或者以强度、频率、数目和/或颜色可变的指示灯的方式进行显示;

[0140] 打印装置例如为打印机等;

[0141] 无线信号传输装置例如为红外、蓝牙传输装置和/或基于CDMA、GPRS公共移动网络进行传输的装置等;

[0142] 其它数据输出接口例如为USB、IEEE1394、并口、串口、音频扩展接口、视频扩展接口、其它网络扩展接口等,用以方便地扩展连接外部设备而输出处理结果及其它信息。

[0143] 以上实施例中所述设备包括存储装置,存储装置可用于受检对象个人信息、生理数据、测试数据的时域频域分析、受检对象情绪评估结果、预设的调节方案、订制的调节方案、调节进展状况、受检对象情绪调节情况的评估结果等。但是,存储装置不是本发明的必要特征,例如基于手表、电子服装等装置实现本设备时,可以不设置存储装置,而仅实时输出评估结果。

[0144] 长久以来,情绪调节作为一种人们的主观行为,缺乏相应的客观手段评估情绪调节的效果,反馈给人们作为情绪调节的参考。本发明的目的就在于,提供一种方法,这种方法基于情绪调节和自主神经系统灵活性之间的关系,提出的情绪平衡指数信息,能够客观评价情绪调节过程中自主神经系统对心率调整的效果。本发明还同时提供了能够对该情绪平衡指数信息进行处理、显示的设备。通过针对自主神经系统灵活性的训练,可以提高情绪调节能力,促进个体进入一种情绪平衡状态,能够轻松在高低生理激励水平之间进行转换, 更好地应对环境挑战。

Claims (10)

1. 一种用于评估受检对象情绪状态的方法,其包括以下步骤:(1)在预定的时间段内,测量受检对象每次心跳之间的时间间隔,得到一定长度的心跳时间间隔序列;(2)计算反映心跳时间间隔变化频率特性的心率变异性功率谱HRV(f);(3)分别确定平衡点频率fB、低频偏移频率高频偏移频率fBH :所述平衡点频率fB是将心率变异性功率谱的低频成分LF和高频成分HF划分为功率相等两部分的频率;所述低频偏移频率fm是将准低频成分划分为功率相等两部分的频率,其中,所述准低频成分是功率谱中低频成分起点至平衡点频率fB的部分;所述高频偏移频率fBH是将准高频成分划分为功率相等两部分的频率,其中,所述准高频成分是功率谱中平衡点频率fB至高频成分终点f3的部分;(4)分别计算比值Ki、K2、K3,其中:K1为心率变异性功率谱中低频成分LF和高频成分HF功率之和(LF+HF)与总功率
Figure CN102525412AC00021
TP(VLF+LF+HF)的比值,即,K,= · + " +你;K2为准低频成分频率分布向平衡点频率fB的偏移比值,即,
Figure CN102525412AC00022
K3为准高频成分频率分布向平衡点频率fB的偏移比值,即,
Figure CN102525412AC00023
’; (5)计算情绪平衡指数BI =K1XK2XK3;(6)将对应于所述指数的第一参量以第一表现格式提供给用户。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:进一步把所述第一参量以第二表现格式提供给用户。
3.根据权利要求1-2之任一项所述的方法,其特征在于:所述方法进一步用于促进受检对象情绪平衡。
4.根据权利要求1-3之任一项所述的方法,其特征在于:所述第一参量为根据所述指数得到的平衡状态,根据所述平衡状态进一步进行评分,所述第一表现格式为累计评分随时间变化的柱形图或所述平衡状态的分布饼图,受检对象根据该第一表现格式自行调节情绪。
5.根据权利要求1-4之任一项所述的方法,其特征在于:所述方法进一步包括评估受检对象情绪调节效果的步骤。
6. 一种用于评估受检对象情绪状态的设备,其包括:采样装置,用来在预定的时间段内采样受检对象的心跳; 输出装置;和与采样装置和输出装置相连接的处理装置; 其特征在于: 所述处理装置用于:(1)在预定的时间段内,测量受检对象每次心跳之间的时间间隔,得到一定长度的心跳时间间隔序列;CN 102525412 A(2)计算反映心跳时间间隔变化频率特性的心率变异性功率谱HRV(f);(3)分别确定平衡点频率fB、低频偏移频率高频偏移频率fBH :所述平衡点频率fB是将心率变异性功率谱的低频成分LF和高频成分HF划分为功率相等两部分的频率;所述低频偏移频率fm是将准低频成分划分为功率相等两部分的频率,其中,所述准低频成分是功率谱中低频成分起点至平衡点频率fB的部分;所述高频偏移频率fBH是将准高频成分划分为功率相等两部分的频率,其中,所述准高频成分是功率谱中平衡点频率fB至高频成分终点f3的部分;(4)分别计算比值Ki、K2、K3,其中:K1为心率变异性功率谱中低频成分LF和高频成分HF功率之和(LF+HF)与总功率LF + HFTP(VLF+LF+HF)的比值,即,K1= τ卯;VLF + LF + HFK2为准低频成分频率分布向平衡点频率fB的偏移比值,即,K2= ;K3为准高频成分频率分布向平衡点频率fB的偏移比值,即,K3=D";(5)计算情绪平衡指数BI =K1XK2XK3;(6)通过输出装置将对应于所述指数的第一参量以第一表现格式提供给用户。
7.根据权利要求6所述的设备,其特征在于:所述设备还可用于促进受检对象情绪平衡及评估受检对象情绪调节效果。
8.根据权利要求6-7之任一项所述的设备,其特征在于:所述设备包括用于促进情绪平衡的模块,其根据BI或所述第一参量生成反馈信号,根据该反馈信号调节输出信号并提供给受检对象,从而促进受检对象情绪平衡。
9.根据权利要求6-8之任一项所述的设备,其特征在于:所述输出信号例如为预设的图片或游戏场景,该预设的图片或游戏场景引导受检对象调节情绪。
10.根据权利要求6-9之任一项所述的设备,其特征在于:所述设备通过对比新测数据和历史数据来对受检对象的情绪调节效果进行评估。
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