CN104586386B - 一种利用脑电特征和瞳孔动态变化特征快速筛查吸毒人员的方法 - Google Patents

Abstract

一种快速筛查吸毒人员的检测方法，该方法能够单独或联合地根据被检测者的对光照和撤光反应的脑电特征和瞳孔动态变化特征快速筛查吸毒嫌疑人。本发明的快速筛查吸毒人员的检测方法，操作简便，获得结果快速准确，具有良好的准确性和实用性。

Description

一种利用脑电特征和瞳孔动态变化特征快速筛查吸毒人员的 方法

技术领域

本发明涉及一种根据被检测者的脑电特征和瞳孔动态变化特征快速筛查吸毒人员的检测方法。

背景技术

快速筛查吸毒嫌疑人是社会禁毒工作的重要内容之一。目前我国对吸毒嫌疑人的筛查主要基于对被检测者尿液或血液的生化分析结果。传统的尿检试纸具有使用方便、针对性强等特性，但价格较贵、保质期较短、不能针对多种(两种以上)毒品检测、使用后随意处理不环保、及易受饮食、药物等干扰的问题。在提取被测体液样品尿样或血样时对操作的准确性要求高，并需要对技术人员进行专门的训练。并且，由于吸毒人员中携带各种病毒的比例很高，在体液的处理过程中增加了基层警察和技术人员受到多种病毒感染的几率。另外，针对排尿困难、需要长时间等待检测的疑似吸毒者时，尿检的进行比较困难。再者，在公共场所尤其是公路进行缉毒时，尿检等检测方法存在尴尬。

因此，近年来对不需提取被检测者体液的吸毒人员筛查方法进行了大量的研究。中国专利CN201110452819.8提出了一种通过手机瞳孔识别鉴定吸毒人员的检测方法，该方法使用手机的摄像头对被检测者的常光状态下的瞳孔状态进行扫描，以获得瞳孔特征图像。随后利用获得的瞳孔特征图像获得瞳孔尺寸特征信息和眼部尺寸信息，并以两者的比值与经验值比较，若该比值小于经验值则判定被检测者为吸毒人员。但在该专利的公开内容中，并未提及如何获得该经验值以及该经验值具体的取值范围。并且，该方法不涉及对被测试者瞳孔变化的动态检测。

中国专利CN200510048618.6提出了一种快速鉴别阿片类毒品吸毒人员成瘾及其依赖程度的方法。以阿片受体纯拮抗剂纳洛酮的滴眼液滴入被检测者的眼中，比较被检测者在滴眼前和滴眼10-40分钟后的瞳孔直径，若差值在5像素以上时，则判定被检测者为吸毒人员。但由于瞳孔直径占图像的像素大小与图像获取设备的分辨率有关，故滴眼前后瞳孔直径的像素差值也与图像获取设备的分辨率有关。而该专利的公开内容中未提及测量该瞳孔直径的图像获取设备的参数，故本领域的技术人员实际无法使用该方法所公开的内容进行对吸毒人员的鉴别和筛查。并且，该专利的方法只针对阿片类毒品进行检测，存在局限性，并且该方法需要耗费药品纳洛酮才能实现对被测试者瞳孔变化的动态检测。

本发明申请人为了克服以上筛查吸毒人员的检测方法的缺陷，在中国专利CN200410079526.X中提出了一种利用吸毒人员瞳孔动态变化快速检测吸毒人员的方法及其装置。在该检测方法及其装置中，利用红外线光源和红外摄像头对被测试者的瞳孔变化、眼球运动和眨眼的频率进行检测，并公开了比较2分钟的暗适应下的瞳孔动态与打开光刺激1分钟内的瞳孔动态变化，以判别被测试者是否吸食海洛因的方法。该方法提出了根据平常测得的瞳孔经验值，由瞳孔动态变化的比较来鉴别嫌疑人是否吸毒。但该方法必须预先获取到嫌疑人未吸毒状态的平常瞳孔尺寸。而基层警察出动进行缉毒时，并没有条件获取嫌疑人未吸毒状态的平常瞳孔尺寸，因此该方法难以在缉毒行动时对第一次被检查的嫌疑人使用。并且，该专利虽然指出了该方法还能够获得光刺激前后瞳孔动态变化的数据，但并未明确指出利用光刺激前后瞳孔动态变化筛查吸毒人员的方法和衡量标准。而本领域的技术人员了解，该衡量标准或者说光刺激前后瞳孔动态变化差异值的取值范围是判断被测试者是否吸毒人员的重要指标。

发明内容

针对现有技术所存在的问题，本发明提出了一种利用被检测者的脑电特征和联合利用被检测者的脑电以及瞳孔变化特征快速筛查吸毒人员的检测方法。

一方面，本发明提供了一种利用被检测者的脑电功率谱特征来快速筛查吸毒嫌疑人员的检测方法，包括：在暗适应一固定时长后，给予被检测者一固定时长的光照，然后撤光并维持一固定时间，在上述暗适应-光照-撤光的整个区间，要求被测试者全程闭眼或睁眼，并分别测量被检测者闭眼时和睁眼时的脑电功率谱；将所获得的闭眼期间在光照段或撤光段的脑电功率谱减去睁眼期间对应时间区段的脑电功率谱，如果获得频谱差值曲线在90Hz及以上的频段中存在峰值大于0的波峰，则判定被检测者为吸毒嫌疑人。

另一方面，本发明提供了一种联合利用被检测者的脑电功率谱特征和瞳孔动态变化特征来快速筛查吸毒嫌疑人员的检测方法，包括：在暗适应一固定时长后，给予被检测者一固定时长的光照，然后撤光并维持一固定时间，在上述暗适应-光照-撤光的整个区间，要求被测试者全程闭眼或睁眼，并分别测量被检测者闭眼时和睁眼时的脑电功率谱；将所获得的闭眼期间在光照段或撤光段的脑电功率谱减去睁眼期间对应时间区段的脑电功率谱，如果获得频谱差值曲线在90Hz及以上的频段中存在峰值大于－1的波峰，则判定结果为阳性；同时，以给光前瞳孔在黑暗环境下的最大值为分母，以给光后瞳孔收缩到最小时瞳孔面积的减少幅度(也即瞳孔面积最大值-瞳孔面积最小值)为分子，计算并得到瞳孔收缩率；比较该瞳孔收缩率与预设的参考值，当所述瞳孔收缩率小于参考值时，判定结果为阳性；当前述两个判断的结果同为阳性时，判定被检测者为吸毒嫌疑人。

根据本发明的一个具体实施方式，前述检测方法中，暗适应时长为30秒或以上，光照时长为2秒，撤光维持时长为2秒或以上。

根据本发明的另一个具体实施方式，所述用于比较瞳孔收缩率的预先设定的参考值为0.7。

本发明的快速筛查吸毒人员的检测方法，由于使用过程中不涉及对被测试者血液或者尿样等体液的提取，故而提高了操作的简便性，避免了公共场所检验尿样的不便；检测方法过程时间短，获得结果快速也准确，减少了尿样检测程序等中复杂的操作和等待时间；并且不需要耗费药品，大大节约了成本，具有良好的经济效益；且既能够单独选择脑电特征也可以联合利用脑电特征和瞳孔动态变化特征，具有良好的准确性和实用性；能够为基层警察快速筛查吸毒嫌疑人提供快速直观的判断方法。

附图说明

图1为正常人与吸毒嫌疑人的闭眼-睁眼功率谱差值曲线对照图。

图2为瞳孔光反射曲线图。

具体实施方式

本发明提供一种利用脑电功率谱特征指标来筛查吸毒人员的方法，以及联合使用脑电功率谱特征指标以及瞳孔动态变化指标来快速筛查吸毒嫌疑人员的检测方法，从而为筛查被检测人员是否为吸毒嫌疑人提供快速直观的判断方法和标准。

本发明中所称的吸毒嫌疑人为有证据(如，生化检测证据或其他类似可信证据等)表明其存在吸食国家明令禁止的成瘾药物(如，海洛因、冰毒、K粉等)行为的人。

本发明涉及采集和分析被检测者的脑电特征，包括采集和分析被检测者的脑电功率谱。脑电功率谱代表了脑电能量的分布情况，能表现出脑电信号功率随频率的变换情况。使用脑电功率谱分析方法，能够获得脑电信号中能量高的信号的频率。

本发明中，脑电功率谱的采集和分析均由技术人员使用本领域的常用工具、按照本领域的常规方法来实现。在本发明的一个具体实施例中，本发明使用的脑电采集部分具有一个接地通道、一个参考通道和若干个脑电通道并且模拟放大器放大倍数800以上，带通滤波0.5～150Hz，50Hz和100Hz陷波，脑电信号数字化采集装置(模数转换板，AD板)采样频率1000Hz，精度12位以上。

本发明涉及采集和分析被检测者的瞳孔动态变化特征，该采集和分析均由技术人员使用本领域的常用工具、按照本领域的常规方法来实现。在本发明的一个具体实施例中，利用具有灰度图像采集功能，分辨率320×240或者640×480像素，采样频率大于或等于15Hz，且附近有红外照射光的摄像头执行瞳孔的图像采集功能。

本发明还涉及给予被检测者光照。给予光照的情况由本领域人员按照常规方法、利用常规手段实现。在本发明的一个具体实施例中，给予被检测者眼睛的光照设置为均匀、柔和的白光。光照的持续时间可以根据发明需要进行调整，可以从小于1秒到数秒到数十秒到数分钟到数十分钟不等。在本发明的一个具体实施例中，优选给予2秒时长的光照刺激。

本发明中，所述瞳孔图像采集部分、光照刺激部分、脑电采集部分均连接到一采集终端。该采集终端用以控制上述各部分硬件协同工作，发出光刺激信号、采集瞳孔图像和脑电信号，最后计算处理采集到的信号并根据本发明提供的判断方法最终判断被检测者是否为吸毒嫌疑人。这些信息可以最终显示在该终端所具有的显示屏上。该采集终端利用控制软件负责组织上述各硬件按照相应的时间序列发出刺激和采集信号，并计算和给出判断结果。该控制软件需要组织不同的软件模块来完成上述工作。

瞳孔图像采集信息由普通的图像采集与识别模块处理。处理过程中，根据图像的灰度分布以及瞳孔的形状确定瞳孔的位置，然后对瞳孔边缘进行识别并进行拟合，最后得到瞳孔的面积像素值，然后将面积值传送给判断模块。

多通道脑电信号由本领域技术人员常用的脑电采集和频谱计算模块处理。处理过程中，通过把AD板采集到的多通道脑电信号各通道分别进行功率谱计算，得到的结果传送给判断模块。

瞳孔和脑电判断模块接收到瞳孔图像采集与瞳孔识别模块和/或脑电采集和频谱计算模块传来的信息后，利用本发明提供的判断算法对瞳孔收缩曲线以及脑电功率谱进行计算判断，从而得出被检测者是否为吸毒嫌疑人的结果。

本发明的申请人根据大量实验，发现可以根据被检测者的脑电功率谱特征，判断被检测者是否为吸毒嫌疑人，且所述判断的准确程度足以满足实践中快速筛查涉嫌吸毒的人员的需要。

根据本发明的一个具体实施方式，在让被检测者暗适应一固定时长后，给予一固定时长的光照，再撤光并保持一定固定时长；在这一包含暗适应-光照-撤光三个阶段的完整期间内，要求被检测者或者一直保持睁眼，或者一直保持闭眼，分别测量被检测者闭眼和睁眼期间的脑电功率谱。根据本发明的一个具体实施例，所述睁眼与闭眼相间隔。根据本发明的另一个具体实施例，脑电功率谱的测量还可以要求被检测者分别睁眼以及闭眼2次或2次以上，例如3次、4次、5次、7次等，并相应地取平均值以获得被检测者睁眼以及闭眼阶段的脑电功率谱。

优选地，暗适应的时长为30秒或更长，光照时长为2秒，撤光后时长为2秒。

利用闭眼阶段的光照区间或撤光区间脑电功率谱减去睁眼阶段对应区间的脑电功率谱，从而得到被检测者的闭眼-睁眼脑电功率谱差值曲线。本申请的发明人发现，如果在90Hz及以上频段中，该功率谱差值曲线有峰值超过某一特定数值的波峰，则可以判定该被检测者为吸毒嫌疑人。根据本发明，所述在90Hz处有波峰，指的是波峰处在该频率的±2.5Hz内。

根据本发明，前述功率谱差值曲线的90Hz及以上频段中，如果存在峰值超过0的波峰，则可以直接判断被检测者极有可能为吸毒嫌疑人。

此外，根据本发明，前述功率谱差值曲线的90Hz及以上频段中，如果存在峰值超过-1的波峰，则可以判断被检测者有很大可能是吸毒嫌疑人。

另一方面，本发明在单独利用被检测者的脑电特征的基础上，还提供结合瞳孔在给光前后动态变化指标来协助判断被测试者是否为吸毒嫌疑人的方法。

根据本发明的一个具体实施方式，在前述测量被检测者的脑电功率谱的过程中，如果以给光前瞳孔尺寸在黑暗环境下的面积最大值为分母，以给光后瞳孔收缩到最小时的瞳孔收缩幅度的面积值(也即瞳孔最大面积-瞳孔最小面积)作为分子，可以得到一瞳孔收缩率；将该瞳孔收缩率与一预先设定的参考值比较，可以协助判断被检测者是否为吸毒嫌疑人。

本申请的发明人通过多次发现，该预先设定的参考值可以为0.7。如果该瞳孔收缩率小于或等于0.7，则可以协助判断被检测者可能为吸毒嫌疑人；优选地，该预先设定的参考值还可以为0.5，如果该瞳孔收缩率小于或等于0.5，则可以判断被检测者很有可能为吸毒嫌疑人。

根据本发明的一个具体实施方式，当获得被检测者的闭眼-睁眼脑电功率谱差值曲线，并且发现在90Hz及以上频段中，该功率谱差值曲线有峰值超过-1的波峰时，如果同时测得被检测者的瞳孔收缩率小于或等于0.7，则可以判断被检测者极有可能是吸毒嫌疑人。

[实施例]

将吸毒嫌疑人作为被检测者进行编号，使被检测者头戴具有上述脑电采集部分的脑电极帽，以将具有头皮电极的多导脑电仪的头皮电极贴在头上，被检测者双眼靠近作为瞳孔图像采集器的摄像头。双眼光线被隔绝，在黑暗的环境下适应半分钟后，给予2秒时长的均匀白光照射，再撤光并维持2秒。被检测者按照检测人员的要求在一次完整的测试过程中保持闭眼或者保持睁眼，直到撤光2秒后。闭眼和睁眼相间隔，分别重复三次后，结束检测。采集到的信号经与摄像头、光源和多导脑电仪连接的计算机进行计算后显示在终端显示屏上。采集被测试者尿液，用生化检测方法检测尿中实际的吗啡含量，经总结后的数据可以参见表1。

表1：

表2：

从表1可知，闭眼-睁眼脑电功率谱差异曲线在90Hz以上区段的最大峰值如果大于0，则被检测者均显示出了尿中具有吗啡含量。

从表2可知，闭眼-睁眼脑电功率谱差异曲线在90Hz及以上区段的最大峰值如果大于-1，同时瞳孔收缩率低于0.7的，被检测者尿中均检测出吗啡含量。

需要说明的是，根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (4)

1.一种快速筛查吸毒人员的检测方法，包含以下步骤：

a)在暗适应一固定时长后，给予被检测者一固定时长的光照后再撤光维持一固定时长，要求被测试者在这一过程中全程睁眼或闭眼，并分别测量被检测者睁眼时和闭眼时的脑电功率谱；

b)将从a)中获得的闭眼期光照期间或撤光期间的脑电功率谱减去睁眼期对应期间的脑电功率谱，如果获得频谱差值曲线在90Hz及以上的频段中存在峰值大于0的波峰，则判定被检测者为吸毒嫌疑人。

2.一种快速筛查吸毒人员的检测方法，包含以下步骤：

a)在暗适应一固定时长后，给予被检测者一固定时长的光照后再撤光维持一固定时长，要求被测试者在这一过程中全程睁眼或闭眼，并分别测量被检测者睁眼时和闭眼时的脑电功率谱；

b)将从a)中获得的闭眼期光照期间或撤光期间的脑电功率谱减去睁眼期对应期间的脑电功率谱，如果获得频谱差值曲线在90Hz以上的频段中存在峰值大于-1的波峰，则判定结果为阳性；并且

c)在a)中所述睁眼阶段，以给光前瞳孔在黑暗环境下的最大值为分母，以给光后瞳孔收缩到最小时瞳孔的收缩幅度为分子，计算并得到瞳孔收缩率；

d)当c)所述瞳孔收缩率小于一预先设定的参考值时，判定结果为阳性；

e)当b)与d)的结果同为阳性时，判定被检测者为吸毒嫌疑人。

3.如权利要求1或2所述的检测方法，所述暗适应期间时长为30秒以上，所述光照期间时长2秒，所述撤光期间时长为2秒以上。

4.如权利要求2所述的检测方法，所述预先设定的参考值为0.7。