CN108354620A - 一种用于评估心理神经活动的生理指标检测系统 - Google Patents

一种用于评估心理神经活动的生理指标检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物医学检测仪器技术领域，公开了一种用于评估心理神经活动的生理指标检测系统，设置有光电组合探头，光电组合探头，激励源装置、皮肤血流检测装置、低频振荡器、皮肤电位电性能检测装置、数字信号处理器、LCD触摸屏均固定在底板上，光电组合探头位于底板纵向的中线上，光电组合探头后侧从左到右分别是激励源装置、皮肤血流检测装置、低频振荡器且三者中心处在一条直线上光电组合探头前侧从左到右依次为皮肤电位电性能检测装置、数字信号处理器、LCD触摸屏且三者中心也处于一条直线上。本发明能够取得可靠的心理神经活动的生理指标，帮助医生准确获取病人信息，为操作简单，方便快捷，卫生健康。

Description

一种用于评估心理神经活动的生理指标检测系统
技术领域
本发明属于生物医学检测仪器技术领域，尤其涉及一种用于评估心理神经活动的生理指标检测系统。
背景技术
目前，社会发展与生活节奏习惯急速变化，人们工作和生活压力增大。心理生理疾病与身心亚健康状况增多，其次心理精神临床诊断方面却手段甚缺。由于缺乏能够取得可靠的心理神经活动数据的生理医学指标仪器，心理神经方面的医学诊断都是依靠问答的方式获取病人信息，然后由心理神经专家以此做出主观判断，例如，小儿多动症的诊断和药物治疗效果的检测，至今没有具有生物标记为依据的专用仪器，现有开发的所谓“心理测试诊断仪器”，也只是借助编制计算机软件将这些问答式的程序自动化而已，所以，在心理神经精神等医学领域，对新的以人体生物标记的生理指标做基础、能为心理神经医生提供客观评估依据的医学诊断仪器产生了迫切需求。
综上所述，现有技术存在的问题是：目前缺乏能够取得可靠的心理神经活动数据的生理指标检测仪器，心理神经方面的医学诊断都是依靠问答的方式获取病人信息，所谓现有的检测系统程序简单，并不能够真正直接检测得到生理指标。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于评估心理神经活动的生理指标检测系统。
本发明是这样实现的，所述一种用于评估心理神经活动的生理指标检测系统设置有：光电组合探头，激励源装置，皮肤血流检测装置，低频振荡器，皮肤电位电性能检测装置，数字信号处理器，LCD触摸屏。所述光电组合探头，所述激励源装置、所述皮肤血流检测装置、所述低频振荡器、所述皮肤电位电性能检测装置、所述数字信号处理器、所述LCD触摸屏均固定在底板上，所述光电组合探头位于底板纵向的中线上，所述光电组合探头后侧从左到右分别是所述激励源装置、所述皮肤血流检测装置、所述低频振荡器且三者中心处在一条直线上所述光电组合探头前侧从左到右依次为所述皮肤电位电性能检测装置、所述数字信号处理器、所述LCD触摸屏且三者中心也处于一条直线上。
所述数字信号处理器对接收到的信号的观测向量x做分数低阶快速独立成分分析，将接收到的信号分离为发送信号和Alpha稳定分布噪声；所述接收信号的观测向量x的分数低阶快速独立成分分析按以下进行：
1)将观测向量x减去均值进行中心化，利用主要分量分析对中心化后的观测向量进行分数低阶预白化处理，得到白化矩阵v，其中，独立成分分析(PCA)中用到的分数低阶相关矩阵定义为
其中，xi(n)和xj(n)分别为第i路和第j路观测信号，且1≤i,j≤2，*代表取共轭，对分数低阶相关矩阵进行特征值分解可以得到特征值矩阵D与特征向量矩阵V，由特征值矩阵和特征向量矩阵可得预白化矩阵M＝D-1/2VT，利用预白化矩阵将观测数据x向信号子空间投影，得到白化矩阵v＝Mx；
2)对权向量w0进行随机初始化，同时初始化序列号k使k＝1；
3)进行权值向量迭代
其中，和为一阶统计量，g(·)是对比函数，η＝E[wTxg(wTx)]，且在权值的迭代过程中参数λ是可变的，且λ＜1；
4)利用范数归一化权值向量wk，wk＝wk/||wk||；
5)若充分接近于1，算法得到收敛，wk就是最终的解混矩阵，执行6)，否则重复步骤3)与步骤4)；
6)Y＝wkx,其中x为观测信号，Y为分离后的二维信号；
所述激励源装置首先利用降维变换将接收数据降至低维空间，再利用发射信号的非圆特性，构造扩展孔径的接收数据矩阵，然后采用中心共轭对称的DFT矩阵将接收数据转换到波束空间，同时将复值数据协方差矩阵实值化，最后在低维波束空间中构造实值信号子空间的旋转不变关系，得到目标的DOA估计。其技术步骤如下：
(1)利用每个接收阵列的数据与每个发射波形进行匹配滤波，并进行数据重排，得到匹配滤波后的数据矩阵X；
(2)选择降维变换矩阵U，对接收数据矩阵X进行降维变换，得到降维后的接收数据矩阵Y＝UX；
(3)利用非圆信号的特点，对Y进行数据扩展，构造虚拟孔径扩展的接收数据矩阵
(4)对数据进行前后向滤波，得到中心共轭对称数据矩阵Z；
(5)计算Z的自相关矩阵Rz，对其进行特征值分解，估计得到信号子空间Us；
(6)构造中心共轭对称的DFT矩阵作为波束变换矩阵；
(7)利用波束变换矩阵对Z进行波束空间实值变换，计算得到实值信号子空间
(8)构造降维波束空间实值信号子空间的旋转不变关系，利用最小二乘法或总体最小二乘法求解旋转不变方程，得到实值矩阵Ψ；对实值矩阵Ψ进行特征值分解，得到其P个特征值，进而估计得到P个目标的波达方向。
进一步，所述激励源装置、所述皮肤血流检测装置、所述低频振荡器、所述皮肤电位电性能检测装置、所述数字信号处理器、所述LCD触摸屏均通过若干螺栓安装于底板上。
进一步，所述激励源装置、所述皮肤血流检测装置、所述低频振荡器、所述皮肤电位电性能检测装置、所述数字信号处理器、所述LCD触摸屏均置于透明塑料外壳内部，外壳与底板通过螺栓固定。
进一步，所述数字信号处理器通过线路与打印机连接；
所述打印机设置有无线网络模块，所述无线网络模块的分布式方法具体包括以下步骤：
步骤一，节点si的邻居，覆盖的点位置，预设网络寿命L，电池寿命Bi，si的标记类型UPD，ii＝1；
步骤二，判断是否ii＜L/l，若是，则直接进行下一步，否，则标记类型，标记为LAB的节点的最优工作时间安排，然后结束；
步骤三，计算最大额外有效覆盖时间和工作优先度，并向邻居广播mes(i,Null,UPD,ΔPi)；
步骤四，判断若，是，si的ΔPi·在邻居中是否最大，若si的ΔPi·在邻居中是最大，si标记自己为LAB并向邻居广播mes(i,LAB,sch,ΔPi)di＝di-bi,siexits.；若si的ΔPi·在邻居中不是最大，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)；若si是接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则si更新邻居sk的信息，重新计算并且向邻居广播mes(i,UPD,Null,ΔPi)；若si没有接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，若si是接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，si更新邻居sk的工作优先度；若si没有接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，则返回判断
本发明的优点及积极效果为：本发明对周围交感神经系统的活动与反应相关的生理指标进行检测，能够取得可靠的心理神经活动的生理指标，帮助医生准确获取病人信息，为人体神经心理活动的评估与诊断提供科学准确的生物标记数据，操作简单，方便快捷，卫生健康。
附图说明
图1是本发明实施例提供的用于评估心理神经活动的生理指标检测系统结构示意图；
图中：1、光电组合探头；2、激励源装置；3、皮肤血流检测装置；4、低频振荡器；5、皮肤电位电性能检测装置；6、数字信号处理器；7、LCD触摸屏。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的用于评估心理神经活动的生理指标检测系统设置有：光电组合探头1，激励源装置2，皮肤血流检测装置3，低频振荡器4，皮肤电位电性能检测装置5，数字信号处理器6，LCD触摸屏7。所述光电组合探头1，所述激励源装置2、所述皮肤血流检测装置3、所述低频振荡器4、所述皮肤电位电性能检测装置5、所述数字信号处理器6、所述LCD触摸屏7均固定在底板上，所述光电组合探头1位于底板纵向的中线上，所述光电组合探头1后侧从左到右分别是所述激励源装置2、所述皮肤血流检测装置3、所述低频振荡器4且三者中心处在一条直线上所述光电组合探头1前侧从左到右依次为所述皮肤电位电性能检测装置3、所述数字信号处理器6、所述LCD触摸屏7且三者中心也处于一条直线上。
作为本发明的优选实施例，所述激励源装置、所述皮肤血流检测装置、所述低频振荡器、所述皮肤电位电性能检测装置、所述数字信号处理器、所述LCD触摸屏均通过若干螺栓安装于底板上。
作为本发明的优选实施例，所述激励源装置、所述皮肤血流检测装置、所述低频振荡器、所述皮肤电位电性能检测装置、所述数字信号处理器、所述LCD触摸屏均置于透明塑料外壳内部，外壳与底板通过螺栓固定。
作为本发明的优选实施例，所述数字信号处理器通过线路与打印机连接。
所述数字信号处理器对接收到的信号的观测向量x做分数低阶快速独立成分分析，将接收到的信号分离为发送信号和Alpha稳定分布噪声；所述接收信号的观测向量x的分数低阶快速独立成分分析按以下进行：
1)将观测向量x减去均值进行中心化，利用主要分量分析对中心化后的观测向量进行分数低阶预白化处理，得到白化矩阵v，其中，独立成分分析(PCA)中用到的分数低阶相关矩阵定义为
其中，xi(n)和xj(n)分别为第i路和第j路观测信号，且1≤i,j≤2，*代表取共轭，对分数低阶相关矩阵进行特征值分解可以得到特征值矩阵D与特征向量矩阵V，由特征值矩阵和特征向量矩阵可得预白化矩阵M＝D-1/2VT，利用预白化矩阵将观测数据x向信号子空间投影，得到白化矩阵v＝Mx；
2)对权向量w0进行随机初始化，同时初始化序列号k使k＝1；
3)进行权值向量迭代
其中，和为一阶统计量，g(·)是对比函数，η＝E[wTxg(wTx)]，且在权值的迭代过程中参数λ是可变的，且λ＜1；
4)利用范数归一化权值向量wk，wk＝wk/||wk||；
5)若充分接近于1，算法得到收敛，wk就是最终的解混矩阵，执行6)，否则重复步骤3)与步骤4)；
6)Y＝wkx,其中x为观测信号，Y为分离后的二维信号；
所述激励源装置首先利用降维变换将接收数据降至低维空间，再利用发射信号的非圆特性，构造扩展孔径的接收数据矩阵，然后采用中心共轭对称的DFT矩阵将接收数据转换到波束空间，同时将复值数据协方差矩阵实值化，最后在低维波束空间中构造实值信号子空间的旋转不变关系，得到目标的DOA估计。其技术步骤如下：
(1)利用每个接收阵列的数据与每个发射波形进行匹配滤波，并进行数据重排，得到匹配滤波后的数据矩阵X；
(2)选择降维变换矩阵U，对接收数据矩阵X进行降维变换，得到降维后的接收数据矩阵Y＝UX；
(3)利用非圆信号的特点，对Y进行数据扩展，构造虚拟孔径扩展的接收数据矩阵
(4)对数据进行前后向滤波，得到中心共轭对称数据矩阵Z；
(5)计算Z的自相关矩阵Rz，对其进行特征值分解，估计得到信号子空间Us；
(6)构造中心共轭对称的DFT矩阵作为波束变换矩阵；
(7)利用波束变换矩阵对Z进行波束空间实值变换，计算得到实值信号子空间
(8)构造降维波束空间实值信号子空间的旋转不变关系，利用最小二乘法或总体最小二乘法求解旋转不变方程，得到实值矩阵Ψ；对实值矩阵Ψ进行特征值分解，得到其P个特征值，进而估计得到P个目标的波达方向。
所述打印机设置有无线网络模块，所述无线网络模块的分布式方法具体包括以下步骤：
步骤一，节点si的邻居，覆盖的点位置，预设网络寿命L，电池寿命Bi，si的标记类型UPD，ii＝1；
步骤二，判断是否ii＜L/l，若是，则直接进行下一步，否，则标记类型，标记为LAB的节点的最优工作时间安排，然后结束；
步骤三，计算最大额外有效覆盖时间和工作优先度，并向邻居广播mes(i,Null,UPD,ΔPi)；
步骤四，判断若，是，si的ΔPi·在邻居中是否最大，若si的ΔPi·在邻居中是最大，si标记自己为LAB并向邻居广播mes(i,LAB,sch,ΔPi)di＝di-bi,siexits.；若si的ΔPi·在邻居中不是最大，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)；若si是接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则si更新邻居sk的信息，重新计算并且向邻居广播mes(i,UPD,Null,ΔPi)；若si没有接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，若si是接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，si更新邻居sk的工作优先度；若si没有接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，则返回判断
本发明的工作原理：检测时，将光电组合探头无创伤连接到人体手掌/脚掌皮肤上，其中，无极化电极探测并摄取皮肤诱发电位与皮肤电性能的生理信号，输送到皮肤电位电性能检测装置；激光探头探测并摄取皮肤毛细血管微循环的生理信号，输送到皮肤血流检测装置；光电组合探头的热敏元件摄取皮肤温度的生理信号，输送到皮肤温度检测装置。皮肤温度检测装置、皮肤血流检测装置和皮肤电位电性能检测装置对接收到的生理信号进行放大和处理，处理后的数据输送给数字信号处理器DSP，最终将病人的信息传送到LCD触摸屏上，显示数据，也可将所显示的信息打印出来。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种用于评估心理神经活动的生理指标检测系统，其特征在于，所述用于评估心理神经活动的生理指标检测系统设置有：光电组合探头，激励源装置，皮肤血流检测装置，低频振荡器，皮肤电位电性能检测装置，数字信号处理器，LCD触摸屏；所述光电组合探头，所述激励源装置、所述皮肤血流检测装置、所述低频振荡器、所述皮肤电位电性能检测装置、所述数字信号处理器、所述LCD触摸屏均固定在底板上，所述光电组合探头位于底板纵向的中线上，所述光电组合探头后侧从左到右分别是所述激励源装置、所述皮肤血流检测装置、所述低频振荡器且三者中心处在一条直线上所述光电组合探头前侧从左到右依次为所述皮肤电位电性能检测装置、所述数字信号处理器、所述LCD触摸屏且三者中心也处于一条直线上；
所述数字信号处理器对接收到的信号的观测向量x做分数低阶快速独立成分分析，将接收到的信号分离为发送信号和Alpha稳定分布噪声；所述接收信号的观测向量x的分数低阶快速独立成分分析按以下进行：
1)将观测向量x减去均值进行中心化，利用主要分量分析对中心化后的观测向量进行分数低阶预白化处理，得到白化矩阵v，其中，独立成分分析(PCA)中用到的分数低阶相关矩阵定义为
其中，xi(n)和xj(n)分别为第i路和第j路观测信号，且1≤i,j≤2，*代表取共轭，对分数低阶相关矩阵进行特征值分解可以得到特征值矩阵D与特征向量矩阵V，由特征值矩阵和特征向量矩阵可得预白化矩阵M＝D-1/2VT，利用预白化矩阵将观测数据x向信号子空间投影，得到白化矩阵v＝Mx；
2)对权向量w0进行随机初始化，同时初始化序列号k使k＝1；
3)进行权值向量迭代
其中，和为一阶统计量，g(·)是对比函数，η＝E[wTxg(wTx)]，且在权值的迭代过程中参数λ是可变的，且λ＜1；
4)利用范数归一化权值向量wk，wk＝wk/||wk||；
5)若充分接近于1，算法得到收敛，wk就是最终的解混矩阵，执行6)，否则重复步骤3)与步骤4)；
6)Y＝wkx,其中x为观测信号，Y为分离后的二维信号；
所述激励源装置首先利用降维变换将接收数据降至低维空间，再利用发射信号的非圆特性，构造扩展孔径的接收数据矩阵，然后采用中心共轭对称的DFT矩阵将接收数据转换到波束空间，同时将复值数据协方差矩阵实值化，最后在低维波束空间中构造实值信号子空间的旋转不变关系，得到目标的DOA估计。其技术步骤如下：
(1)利用每个接收阵列的数据与每个发射波形进行匹配滤波，并进行数据重排，得到匹配滤波后的数据矩阵X；
(2)选择降维变换矩阵U，对接收数据矩阵X进行降维变换，得到降维后的接收数据矩阵Y＝UX；
(3)利用非圆信号的特点，对Y进行数据扩展，构造虚拟孔径扩展的接收数据矩阵
(4)对数据进行前后向滤波，得到中心共轭对称数据矩阵Z；
(5)计算Z的自相关矩阵Rz，对其进行特征值分解，估计得到信号子空间Us；
(6)构造中心共轭对称的DFT矩阵作为波束变换矩阵；
(7)利用波束变换矩阵对Z进行波束空间实值变换，计算得到实值信号子空间
(8)构造降维波束空间实值信号子空间的旋转不变关系，利用最小二乘法或总体最小二乘法求解旋转不变方程，得到实值矩阵Ψ；对实值矩阵Ψ进行特征值分解，得到其P个特征值，进而估计得到P个目标的波达方向。
2.如权利要求1所述的用于评估心理神经活动的生理指标检测系统，其特征在于，所述激励源装置、所述皮肤血流检测装置、所述低频振荡器、所述皮肤电位电性能检测装置、所述数字信号处理器、所述LCD触摸屏均通过若干螺栓安装于底板上。
3.如权利要求1所述的用于评估心理神经活动的生理指标检测系统，其特征在于，所述激励源装置、所述皮肤血流检测装置、所述低频振荡器、所述皮肤电位电性能检测装置、所述数字信号处理器、所述LCD触摸屏均置于透明塑料外壳内部，外壳与底板通过螺栓固定。
4.如权利要求1所述的用于评估心理神经活动的生理指标检测系统，其特征在于，所述数字信号处理器通过线路与打印机连接；
所述打印机设置有无线网络模块，所述无线网络模块的分布式方法具体包括以下步骤：
步骤一，节点si的邻居，覆盖的点位置，预设网络寿命L，电池寿命Bi，si的标记类型UPD，ii＝1；
步骤二，判断是否ii＜L/l，若是，则直接进行下一步，否，则标记类型，标记为LAB的节点的最优工作时间安排，然后结束；
步骤三，计算最大额外有效覆盖时间和工作优先度，并向邻居广播mes(i,Null,UPD,ΔPi)；
步骤四，判断若，是，si的ΔPi在邻居中是否最大，若si的ΔPi在邻居中是最大，si标记自己为LAB并向邻居广播mes(i,LAB,sch,ΔPi)di＝di-bi,siexits.；若si的ΔPi在邻居中不是最大，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)；若si是接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则si更新邻居sk的信息，重新计算ΔPi,并且向邻居广播mes(i,UPD,Null,ΔPi)；若si没有接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，若si是接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，si更新邻居sk的工作优先度；若si没有接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，则返回判断
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