CN111161878A - 人体生理心理高温适应阈值测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种人体生理心理高温适应阈值测试系统。本发明的人体生理心理高温适应阈值测试系统，能够清晰观察及了解人体高温适应的逐步变化过程，识别造成严重健康损害的关键、准确的高温适应阈值，补充当前的技术空缺和不足，具有更加直接的政策意义；本发明的技术方案统一了测量高温适应能力的生理、心理方法标准，揭示人体高温适应在两个方面体现的规律，能够根据实验条件和目标在不同地区、人群间推广应用，灵活调整，具有一定的普适性。
Description
技术领域
本发明属于高温适应阈值测试技术领域，尤其涉及一种人体生理心理高温适应阈值测试系统。
背景技术
当前，在我国城市化进程快速推进和气候变化挑战日益严峻的整体大背景下，极端高温事件发生的频率不断增高，给城市居民的健康与生命安全带来严重威胁。
人体拥有在一定的范围内适应温度的能力，是人体在自然演替过程中逐步进化形成的适应恶劣环境的生物机制。一般认为，人体能够分别在生理层面和心理层面实现高温的适应，具体体现在体表/体内温度调节及温度主观心理感知的调节。但是，人体的温度适应能力存在一定的阈值。当高温天气超过人体温度适应的阈值，则将对人体健康造成不可逆甚至致命的危害。基于此背景，评价不同地域、不同人群在人体高温的适应能力上的差异和一般规律，能够帮助了解人体适应高温的能力，指导高温预警、个体防护政策制定，从而最大限度保障人群健康。
目前，国内外并没有一套集成的系统能够帮助测试人体生理心理层面的高温适应阈值。部分有参考价值的学术报道基于温度舱暴露控制实验的方法，刻画个体生理心理等指标在高温条件下的变化，为了解人体高温下的适应规律提供了一定的科学信息支撑。这类方法一般根据常见高温预警温度或经验温度设置一个单一的暴露温度，如30℃、35℃等，将实验志愿者置于高温环境下后，测试其生理指标随暴露时间的变化，如心电、皮温等，以此反应人体在高温下随时间变化的温度适应过程。
然而，上述技术方法体系并不能实现人体温度适应阈值的刻画。一方面，现有的温度舱暴露实验方法以单一温度暴露为主，所有受试者接受相同温度暴露，缺少多温度、呈梯度的实验设计，无法识别不同个体的高温适应阈值，极有可能某温度下已经超过部分受试者的温度适应能力。另一方面，目前仍缺少一套标准化、流程化的用于评价个体高温适应能力的测量范式，以简易的生理指标为主，缺少生化指标和心理量表，因此测量结果不全面、不统一，无法揭示不同个体温度适应能力在生理和心理层面上的差异，不能支撑和指导相关政策和目标制定的需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种人体生理心理高温适应阈值测试系统。
为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
本发明采用如下技术方案：
在一些可选的实施例中，提供一种人体生理心理高温适应阈值测试系统，包括：
封闭环境可控温度舱体，提供一测试空间，预留有空调系统接口及排风机组接口，预装有监控摄像头；
环境参数控制子系统，对舱体内的环境参数进行监测和操控；
空气质量监测子系统，通过舱体内布置的空气质量监测仪器对舱内的空气质量进行实时监控；
生理指标测量子系统，包括：无线遥测设备，生理指标测量子系统用于记录所述无线遥测设备所测量的实验志愿者的生理指标数据；
心理指标测量子系统，用于获取心里适应度指标的回馈数据。
在一些可选的实施例中，所述的人体生理心理高温适应阈值测试系统，还包括：人体高温适应参数可视化子系统，所述人体高温适应参数可视化子系统包括：显示模块，用于显示监测数据；数据处理模块，用于利用方差分析多重比较方法，对不同温度区间下的生理指标及心里适应度指标进行实时分析和差异比较，寻找0.05置信水平下的有显著差异的温度区间组，观测实验志愿者在暴露过程中的适应过程变化，以及生理指标与心里适应度指标间变化的异同，并寻找高温适应阈值点。
在一些可选的实施例中，所述显示模块显示的监测数据包括：所述环境参数控制子系统上传的环境参数、所述空气质量监测子系统上传的空气质量数据、所述生理指标测量子系统上传的生理指标数据、所述心理指标测量子系统上传的心里适应度指标数据以及所述封闭环境可控温度舱体上传的实验志愿者行为表现视频数据。
在一些可选的实施例中，所述心理指标测量子系统包括：移动端设备，所述移动端设备用于显示温度心理适应指标测量问卷并获取心里适应度指标的回馈数据；所述心里适应度指标包括：温度感知、热舒适度感知、温度可接受度感知、空气质量可接受度感知、生理状态感知、热适应能力感知；所述回馈数据是指对各个心里适应度指标的评分数值。
在一些可选的实施例中，所述移动端设备为手机、平板电脑或计算机。
在一些可选的实施例中，所述环境参数控制子系统所监测的环境参数包括：温度、湿度及通风状态。
在一些可选的实施例中，所述环境参数控制子系统包括：调节模块，用于以25℃为起点，以每10分钟增高2℃的梯度逐步进行升温调节。
在一些可选的实施例中，所述空气质量监测子系统所监测的污染物包括：CO2、SO2、NO2、CO、O3、PM10、甲醛。
在一些可选的实施例中，所述无线遥测设备所测量的生理指标数据包括：心率变异性指标、皮温、耳温、血氧饱和度、血压。
在一些可选的实施例中，所述无线遥测设备包括：BioHarness便携式生理信号测量系统、皮温传感器、耳温计、电子血压计、脉搏血氧饱和度检测仪。
本发明所带来的有益效果：本发明的人体生理心理高温适应阈值测试系统，能够清晰观察及了解人体高温适应的逐步变化过程，识别造成严重健康损害的关键、准确的高温适应阈值，补充当前的技术空缺和不足，具有更加直接的政策意义；本发明的技术方案统一了测量高温适应能力的生理、心理方法标准，揭示人体高温适应在两个方面体现的规律，能够根据实验条件和目标在不同地区、人群间推广应用，灵活调整，具有一定的普适性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地展示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。
在一些说明性的实施例中，为评估人体高温适应能力，识别人体高温适应的阈值，本发明致力于设计一套能够在不同地域和人群间推广的评价人体生理心理高温适应阈值的测试系统，识别个体的高温适应阈值和规律。
如图1所示，本发明的人体生理心理高温适应阈值测试系统具体包括：一间封闭环境可控温度舱体1和五项配套子系统。五项配套子系统包括：环境参数控制子系统2、空气质量监测子系统3、生理指标测量子系统4、心理指标测量子系统5、人体高温适应参数可视化子系统6。
封闭环境可控温度舱体1，提供一测试空间，即封闭环境可控温度舱体1作为测试空间。封闭环境可控温度舱体1是占地面积10-20平方米的密闭空间，以全钢结构打造，具有较好的保温、隔音效果。预留有空调系统、排风机组接口。预装有监控摄像头，能够对舱体内的实时情况进行无死角监控和记录。封闭环境可控温度舱体1与五项配套子系统进行环境参数的联动。
环境参数控制子系统2，用于对舱体内的环境参数进行监测和操控。该子系统能够通过舱体内预先布置的监测设备，实现对舱体内的环境参数进行监测和操控，并即时反馈在系统面板上。
环境参数包括：温度、湿度及通风状态。
环境参数控制子系统包括：调节模块，用于以25℃为起点，以每10分钟增高2℃的梯度逐步进行升温调节。按照测试要求，其中封闭环境可控温度舱体1内的温度能够20℃至40℃的范围间自由调节。
在测试过程中，实验志愿者被要求首先进入20℃的初始条件温度舱中，并以25℃为起点，每10分钟增高2℃的梯度逐步进行升温。逐步增温的环境温度调节策略能够起到缓冲的作用，避免过大温差对人体的冲击；此外能够考察人体适应温度的整个过程随时间的变化，方便筛选温度适应阈值。另外，测试过程中的舱体相对湿度始终保持70％，并保持新风通畅。该子系统的室内环境参数全部输出至人体高温适应参数可视化子系统6进行可视化展示和统一操作。
空气质量监测子系统3，用于通过舱体内布置的空气质量监测仪器对舱内的空气质量进行实时监控。所监测的污染物包括：CO2、SO2、NO2、CO、O3、PM10、甲醛。
空气质量监测所采用仪器由德国GrayWolf公司生产，型号为3x Classic，能够同时测量上述污染物且具有可靠精度，其数据能够实时上传给人体高温适应参数可视化子系统6进行集成展示，帮助实验人员把握舱体内空气质量状况，并适当进行通风换气，保证实验志愿者健康安全。
生理指标测量子系统4，包括：若干无线遥测设备，测试过程中，子系统为实验志愿者提供可穿戴的无线遥测设备，并通过计算机统一进行生理指标测量记录。生理指标测量子系统4，用于记录所述无线遥测设备所测量的实验志愿者的生理指标数据。
无线遥测设备所测量的生理指标数据包括：心率变异性指标、皮温、耳温、血氧饱和度、血压。无线遥测设备包括：美国BIOPAC公司生产的BioHarness便携式生理信号测量系统、美国Medline公司生产的纽扣式皮温传感器、瑞宜ET-100B耳温计、欧姆龙电子血压计HEM-1020、手指式脉搏血氧饱和度检测仪JZK-301。BioHarness便携式生理信号测量系统、皮温传感器、耳温计、电子血压计、脉搏血氧饱和度检测仪分别对心率变异性指标、皮温、耳温、血氧饱和度、血压等常见的反应热适应能力的生理指标进行实时记录，并传递给人体高温适应参数可视化子系统6进行可视化展示和快速统计分析。
心理指标测量子系统5，用于获取心里适应度指标的回馈数据。心理指标测量子系统5包括：移动端设备，舱体内配有统一的移动端设备，移动端设备用于显示温度心理适应指标测量问卷并获取心里适应度指标的回馈数据。
心里适应度指标包括：温度感知、热舒适度感知、温度可接受度感知、空气质量可接受度感知、生理状态感知、热适应能力感知；回馈数据是指对各个心里适应度指标的评分数值。
温度心理适应指标测量问卷包括：温度感知、热舒适度感知、温度可接受度感知、空气质量可接受度感知、生理状态感知、热适应能力感知六类心理适应问题。每类问题通过视觉模拟评分量表(VAS，VisualAnalogue Scale)在移动端设备上进行打分，分数区间为-50至50。例如，对于温度感知而言，-50代表感到极冷、50代表极热、0代表感觉一般。所有指标评分结果实时传递给人体高温适应参数可视化子系统6进行可视化展示和快速统计分析。
移动端设备为手机、平板电脑或计算机。
人体高温适应参数可视化子系统6，用于显示监测数据及数据分析。人体高温适应参数可视化子系统6包括：显示模块及数据处理模块。
显示模块，用于显示监测数据，帮助实验人员把握测试动向、适当调整参数、应对突发情况。该子系统包含四个可视化模块，分别接受环境参数控制子系统2、空气质量监测子系统3、生理指标测量子系统4、心理指标测量子系统5的信息输入。其中关于环境参数控制子系统2、空气质量监测子系统3的可视化模块实时展示数值变化并记录历史数值。生理指标数据和心里适应度指标可视化模块基于美国BIOPAC公司开发的Acqknowledge软件进行实时展示。
显示模块所显示的监测数据包括：环境参数控制子系统2上传的环境参数、空气质量监测子系统3上传的空气质量数据、生理指标测量子系统4上传的生理指标数据、心理指标测量子系统5上传的心里适应度指标数据以及封闭环境可控温度舱体1上传的实验志愿者行为表现视频数据。
数据处理模块，用于利用方差分析多重比较方法，对不同温度区间下的生理指标及心里适应度指标进行实时分析和差异比较，寻找0.05置信水平下的有显著差异的温度区间组，观测实验志愿者在暴露过程中的适应过程变化，以及生理指标与心里适应度指标间变化的异同，并寻找高温适应阈值点，即超过某温度后突破人体适应能力而造成生理心理指标大幅度变化，并将此作为不同地区、人群高温预警和防护策略的重要参考指标。
本发明的人体生理心理高温适应阈值测试系统应用于某市大学生群体的高温适应能力的评价与测量当中。可控温度舱体搭建完成后，占地面积20平方米，舱体及桌椅全部由钢材打造，配有照明、温控、新风、监控等所有功能。在搭建完成可控温度舱体的基础之上，购买环境参数测量仪器和高温适应生理心理测试仪器，如GrayWolf空气质量测量仪、无线生理遥测设备Bioharness等，并对各子系统进行集成开发。
测试过程中，共计65名大一学生被招募参与。参与者四人一组，身着统一暴露服进行测试。暴露全程均录像监控，谨防意外发生。暴露过程中温度由环境参数控制子系统2操作控制，温度在90分钟内从24℃逐步升高至40℃，每10分钟升高2℃。暴露全程的温度/湿度、污染物监测参数均由环境参数控制子系统2、空气质量监测子系统3进行测量，并输入至人体高温适应参数可视化子系统6，在舱体外的计算机进行可视化展示，并由实验人员统一监控。参与者的五类温度适应生理指标，即心率变异性、皮温、耳温、血氧饱和度、血压，以及六类温度适应心理指标，即温度感知、热舒适度感知、温度可接受度感知、空气质量可接受度感知、生理状态感知、热适应能力感知由生理指标测量子系统4、心理指标测量子系统5全程测量，并实时通过人体高温适应参数可视化子系统6进行可视化展示。人体高温适应参数可视化子系统6根据生理指标测量子系统4、心理指标测量子系统5的数据进行实时统计分析，识别高温适应的阈值。
整体规律表明，该市大学生群体的温度应激反应随着温度升高而逐渐增强。其中35℃至40℃区间内存在高温适应耐受阈值，在超过该温度时其生理心理应激指标显著增大，表明受试者的健康状态受到严重损害。以生理指标中的心电数据为例，在25℃、30℃、35℃、40℃的暴露下，心率变异性指标RMSSD平均值分别为42.3(±12.8)、38.8(±14.7)、36.3(±11.2)、26(±12.3)，心率变异性指标RMSSD平均值为相邻RR间期差值的均方根，该值越小表明心血管负担越重。其中，40℃下的RMSSD显著小于其他三个温度条件，表明心血管健康遭受严重冲击。此外，心理高温适应测量结果与生理结果基本一致。本实施例技术方法稳健，实验结果可靠且具有较强的实践意义，可以在其他城市、不同人群进行进一步的推广和应用。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
Claims (10)
1.人体生理心理高温适应阈值测试系统，其特征在于，包括：
封闭环境可控温度舱体，提供一测试空间，预留有空调系统接口及排风机组接口，预装有监控摄像头；
环境参数控制子系统，对舱体内的环境参数进行监测和操控；
空气质量监测子系统，通过舱体内布置的空气质量监测仪器对舱内的空气质量进行实时监控；
生理指标测量子系统，包括：无线遥测设备，生理指标测量子系统用于记录所述无线遥测设备所测量的实验志愿者的生理指标数据；
心理指标测量子系统，用于获取心里适应度指标的回馈数据。
2.根据权利要求1所述的人体生理心理高温适应阈值测试系统，其特征在于，还包括：人体高温适应参数可视化子系统，所述人体高温适应参数可视化子系统包括：
显示模块，用于显示监测数据；
数据处理模块，用于利用方差分析多重比较方法，对不同温度区间下的生理指标及心里适应度指标进行实时分析和差异比较，寻找0.05置信水平下的有显著差异的温度区间组，观测实验志愿者在暴露过程中的适应过程变化，以及生理指标与心里适应度指标间变化的异同，并寻找高温适应阈值点。
3.根据权利要求2所述的人体生理心理高温适应阈值测试系统，其特征在于，所述显示模块显示的监测数据包括：所述环境参数控制子系统上传的环境参数、所述空气质量监测子系统上传的空气质量数据、所述生理指标测量子系统上传的生理指标数据、所述心理指标测量子系统上传的心里适应度指标数据以及所述封闭环境可控温度舱体上传的实验志愿者行为表现视频数据。
4.根据权利要求3所述的人体生理心理高温适应阈值测试系统，其特征在于，所述心理指标测量子系统包括：移动端设备，所述移动端设备用于显示温度心理适应指标测量问卷并获取心里适应度指标的回馈数据；
所述心里适应度指标包括：温度感知、热舒适度感知、温度可接受度感知、空气质量可接受度感知、生理状态感知、热适应能力感知；
所述回馈数据是指对各个心里适应度指标的评分数值。
5.根据权利要求4所述的人体生理心理高温适应阈值测试系统，其特征在于，所述移动端设备为手机、平板电脑或计算机。
6.根据权利要求4所述的人体生理心理高温适应阈值测试系统，其特征在于，所述环境参数控制子系统所监测的环境参数包括：温度、湿度及通风状态。
7.根据权利要求6所述的人体生理心理高温适应阈值测试系统，其特征在于，所述环境参数控制子系统包括：调节模块，用于以25℃为起点，以每10分钟增高2℃的梯度逐步进行升温调节。
8.根据权利要求7所述的人体生理心理高温适应阈值测试系统，其特征在于，所述空气质量监测子系统所监测的污染物包括：CO2、SO2、NO2、CO、O3、PM10、甲醛。
9.根据权利要求8所述的人体生理心理高温适应阈值测试系统，其特征在于，所述无线遥测设备所测量的生理指标数据包括：心率变异性指标、皮温、耳温、血氧饱和度、血压。
10.根据权利要求9所述的人体生理心理高温适应阈值测试系统，其特征在于，所述无线遥测设备包括：BioHarness便携式生理信号测量系统、皮温传感器、耳温计、电子血压计、脉搏血氧饱和度检测仪。
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2020
- 2020-01-20 CN CN202010063134.3A patent/CN111161878A/zh active Pending
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