CN112656415A - 基于反应时的本顿视觉保持测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于反应时的本顿视觉保持测试装置，包括装置硬件设备和检测装置软件；装置硬件设备包括上位机、单片机处理器、按键、蓝牙模块、光源、液晶面板、存储模块；液晶面板将刺激图像转换成液晶像素，在接受光源的照射后将刺激画面呈现给被试；单片机处理器用于接收各类指令，并控制相应设备模块发生相应动作；上位机是检测装置软件的运行平台；检测装置软件，包括控制软件、单片机软件和数据管理分析软件。本发明还公开了一种利用上述装置进行本顿视觉保持测试的方法。本发明通过测量被试的记忆时间阈值和反应时，实现对被试的反应能力的量化评估，可用于面向不同学历层次的测试人群，以及脑受损患者康复情况分析中。

Description

基于反应时的本顿视觉保持测试装置和方法

技术领域

本发明涉及生物医学工程领域，尤其涉及一种基于反应时的本顿视觉保持测试装置和方法。

背景技术

本顿视觉保持测试(Benton Visual Retention Test,VRT)由Arthur L.Benton于1955年编制，是一种应用简便快捷的短时记忆测试方法。本顿视觉保持测试最初用于短时记忆和视觉运动功能评估，现已被广泛用于脑损伤后视知觉、视觉记忆、空间结构能力等方面的研究。传统的本顿视觉保持测试通过类似调查问卷的形式实施，主试与被试相对而坐，主试将绘图纸和铅笔分发给被试，然后将画有不规则图形的刺激图卡(与绘图纸尺寸大小相同)呈现给被试，呈现的时间固定，在固定的时间间隔后，要求被试在绘图纸上复现实验中接收到的刺激图形。之后，主试通过比较被试所画图形与原图的差异，以测量评分表为依据给被试打分，最后通过将所得分数来评估被试的记忆和空间结构功能。

本顿视觉保持测试属于非言语性测验，操作简便，很少受文化背景和文化程度的限制与影响，尤其对于儿童被试来讲，符合儿童兴趣，可以有效减少儿童紧张情绪。在学习、记忆、注意和知觉等认知研究中，经常需要用仪器将视觉刺激呈现给被试者，以记录他们的反应。心理学实验仪器通过高速呈现来测定图形、汉字、英文字、数字、广告的辨认阈限，测定“注意”的范围。但是，在已有的本顿视觉保持测试中，主试的参与度过大，特别是在对复现图案进行评估的时候，过多依赖主试的主观性，以致其评估环节缺乏量化的标准。

本发明利用给定刺激和对反应时测量，实现本顿视觉保持测试中评估指标的量化。通过给被试呈现一定时长的刺激图案作为目标图案，让被试从多种待选图案中选择目标图案，对被试的选择结果以及做出判断的时间进行评估。该方案将评估方式由主观的“形状比较”转换成客观的“选择”与“时间”，从而提高评估结果的准确性。

发明内容

为解决现有本顿视觉保持测试评估过程过多依赖主试的主观性，以及评估环节缺乏量化标准等问题，本发明公开了一种基于反应时的本顿视觉保持测试装置和方法。

本发明公开了一种基于反应时的本顿视觉保持测试装置，其包括：装置硬件设备和检测装置软件。

装置硬件设备，其包括上位机、外壳、单片机处理器、按键、蓝牙模块、光源、液晶面板、存储模块；

光源，采用高频脉冲氙灯光源，用于为本顿视觉保持测试提供类似自然光的光照环境，光源开关由单片机处理器控制；

液晶面板，用于接收单片机处理器传递过来的刺激信号，并将刺激图像转换成液晶像素，从而产生刺激画面，并在接受光源的照射后将刺激画面呈现给被试；液晶面板还包括两块双向镜和一个遮光罩，两块双向镜和一个遮光罩用于阻挡外界环境光；

单片机处理器，用于接收上位机下发的各类指令以及按键接收的操作指令，并控制相应设备模块发生动作；其单片机处理器采用STM32F103ZET6型单片机处理器；

蓝牙模块用于在单片机处理器和上位机之间建立数据通信链路，实现单片机处理器和上位机之间数据的双向传输；

存储模块用于存储刺激图像，存储模块与液晶面板和单片机处理器相连，存储模块接收单片机处理器的指令，并按指令将其所存储的相应刺激图像传输给液晶面板；

液晶面板和光源均与单片机处理器相连接，按键和蓝牙模块均与单片机处理器相连接，蓝牙模块与上位机相连接；

上位机，用于显示人机界面、接收主试和被试对象指令，同时也是检测装置软件的运行平台，被试对象通过上位机操作检测装置软件，实现在不同模式下发出被试对象测试数据。

装置硬件设备，还包括外壳，用于为单片机处理器、按键、蓝牙模块、光源、液晶面板和存储模块提供安装空间，并起到保护上述模块免受外界冲击的作用，外壳上开设有观察窗。

检测装置软件，包括控制软件、单片机软件和数据管理分析软件，其中控制软件向单片机软件发送指令，控制单片机软件产生相应的刺激图像显示指令，控制软件将测试数据存储至数据库后，由数据管理分析软件进行数据管理与数据分析。

控制软件具有单次刺激模式和连续刺激模式两种刺激工作模式，单次刺激模式下，单片机软件等待控制软件发出刺激指令，然后在被试对刺激图像做出反应后记录反应时；连续刺激模式下，单片机软件在接收到开始指令后每隔5s控制液晶面板进行一次刺激呈现，记录被试的反应时。主试发出开始刺激的指令信号，通过反应时测试装置，将刺激材料转化成相应的刺激信号，将刺激信号呈递给被试。

上位机通过蓝牙模块向单片机处理器发出测试开始指令；上位机的单片机软件控制单片机处理器执行初始化程序，关闭脉冲氙灯光源、清空液晶面板图像，发送指令给存储模块，使存储模块将其存储的刺激图像发送到液晶面板。单片机处理器依据上位机设定的工作模式初始化单片机内置的定时器，在到达定时时间后，单片机处理器向光源发送控制指令，使得光源开启，从而使液晶面板将刺激图像呈现给被试。按键记录被试对刺激图像做出的相应的反应，生成响应信号并将相应的响应信号输入至单片机处理器，单片机处理器对该响应信号进行处理后得到被试数据，再将该被试数据通过蓝牙模块传送回上位机。

数据管理分析软件，用于数据库操作，支持模糊查询。单片机处理器对该响应信号进行处理后得到被试数据，上位机获得被试数据后将被试数据通过数据管理软件写入数据库，实现对测试过程中被试反应时间的准确记录。

所述的控制软件，包括被试观察图片部分、刺激参数选择部分、被试对象信息部分、数据初步分析部分、测试结果图形化显示部分；其中被试观察图片部分用于将被试接收到的刺激图像同步显示在上位机控制软件界面上；刺激参数选择部分用于选择采用的刺激模式、刺激图片、刺激持续时间等参数；被试对象信息部分用于录入当前被试的个人信息，包括被试姓名、年龄等个性参数；数据初步分析部分用于对实验数据进行初步分析，包括分析计算反应时的均值、标准差、最小值以及最大值，并显示数据的初步分析结果；测试结果图形化显示部分，以曲线图的形式将被试的测试数据显示在控制软件界面上。主试通过点击刺激参数选择部分包含的呈现刺激按钮来切换呈递给被试的刺激图像，通过输入持续时间来设置刺激图像的呈递时间。主试通过刺激参数选择部分来选择单次刺激模式或连续刺激模式。单次刺激模式用于热身实验以及挑选合理的刺激持续时间中，连续刺激模式用于正式实验时对被试进行多次数据采集。被试对象信息部分，用于采集本次实验的数据命名要素，包括被试姓名和刺激图像名称。

本发明公开了一种利用上述装置进行本顿视觉保持测试的方法，其参与的实体有两个：一是主试，二是被试对象，简称被试。主试发出开始刺激信号以及数据分析信号，被试接收到刺激信号并输出反应信号。当光源开启的时候，单片机处理器内置的计时器开始计时，被试对象人眼看到液晶面板上的刺激图像，当上位机发出开始测试指令并设置刺激图像和持续时间后，光源按照设置的持续时间开启，持续时间结束后立刻熄灭，被试对象在捕获刺激图像后立刻按下按键进行响应，单片机处理器内置的计时器停止计时，记录刺激持续时间和反应时，并将刺激持续时间和反应时通过蓝牙模块发送至上位机。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明装置能够对被试的短时记忆能力进行评估，是反应能力的综合考量。本发明通过测量被试的记忆时间阈值和反应时，实现对被试的反应能力的量化评估。本发明装置可以应用于测定图形、汉字、英文字、数字、广告的辨认阈限，测定“注意”的范围，可用于面向不同学历层次的测试人群，以及脑受损患者康复情况分析中。

2、本发明装置为智能化工作装置，数据库存储所有测试人员数据，基于大数据分析方法可得出更多的关于人脑记忆力的结论。本发明采用脉冲氙灯光源，频率、幅值等参数可调，让测试反应事件缩短至几微秒。

附图说明

图1为本发明的本顿视觉保持测试装置的结构示意；

图2为本发明装置的使用效果示意图。

图1中的附图标记说明：

100-PC电脑；2-外壳；201-装置按键；202-单片机处理器；203-蓝牙模块；301-设备存储单元；302-液晶面板；303-LED氙灯光源。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种基于反应时的本顿视觉保持测试装置，设计了一种本顿时觉保持测试设备，可提供多种刺激模式，对被试对象提供多种测试方法，量化测试结果。图1为本发明的本顿视觉保持测试装置结构示意，图2为本发明装置的使用效果示意图。

本发明公开了一种基于反应时的本顿视觉保持测试装置，其包括：装置硬件设备和检测装置软件。

装置硬件设备，其包括上位机、外壳、单片机处理器、按键、蓝牙模块、光源、液晶面板、存储模块；

光源，采用高频脉冲氙灯光源，用于为本顿视觉保持测试提供类似自然光的光照环境；高频脉冲氙灯光源具有瞬时能量高、光谱范围宽、紫外特性好、无需散热、高寿命等特点，其在极短电脉冲触发下，发出光脉冲，其光源特性与自然光接近，为本顿视觉保持测试提供了类自然光的光照环境；光源的开关由单片机处理器控制；

液晶面板，用于接收单片机处理器传递过来的刺激信号，并将刺激图像转换成液晶像素，从而产生刺激画面，并在接受光源的照射后将刺激画面呈现给被试；

单片机处理器，用于接收上位机下发的各类指令以及按键接收的操作指令，并控制相应设备模块发生动作；具体的，单片机处理器采用STM32F103ZET6型单片机处理器；

蓝牙模块用于在单片机处理器和上位机之间建立数据通信链路，实现单片机处理器和上位机之间数据的双向传输；

存储模块用于存储刺激图像，存储模块与液晶面板和单片机处理器相连，存储模块接收单片机处理器的指令，并按指令将其所存储的刺激图像传输给液晶面板；

液晶面板和光源均与单片机处理器相连接，按键和蓝牙模块均与单片机处理器相连接，蓝牙模块与上位机相连接；

上位机，用于显示人机界面、接收主试和被试对象指令，同时也是检测装置软件的运行平台，被试对象通过上位机操作检测装置软件，实现在不同模式下发出被试对象测试数据。被试对象简称被试。

检测装置软件，包括控制软件、单片机软件和数据管理分析软件，其中控制软件向单片机软件发送指令，控制单片机软件产生相应的刺激图像显示指令，控制软件将测试数据存储至数据库，并由数据管理分析软件进行数据管理与数据分析。

控制软件具有单次刺激模式和连续刺激模式两种刺激工作模式，单次刺激模式下，单片机软件等待控制软件发出刺激指令，然后在被试对刺激图像做出反应后记录反应时；连续刺激模式下，单片机软件在接收到开始指令后每隔5s控制液晶面板进行一次刺激呈现，记录被试的反应时。主试发出开始刺激的指令信号，通过反应时测试装置，将刺激材料转化成相应的刺激信号，将刺激信号呈递给被试。

上位机通过蓝牙模块向单片机处理器发出开始测试的指令；上位机的单片机软件控制单片机处理器执行初始化程序，关闭脉冲氙灯光源、清空液晶面板图像，发送指令给存储模块，使存储模块将其存储的刺激图像发送给液晶面板。单片机处理器依据上位机设定的工作模式初始化单片机内置的定时器，在到达定时时间后，单片机处理器向光源发送控制指令，使得光源开启，从而使液晶面板将刺激图像呈现给被试。按键记录被试对刺激图像做出的相应的反应，生成响应信号并将相应的响应信号输入至单片机处理器，单片机处理器对该响应信号进行处理后得到被试数据，再将被试数据通过蓝牙模块传送回上位机。

数据管理分析软件，用于数据库操作，支持模糊查询。单片机处理器对该响应信号进行处理后得到被试数据，上位机获得被试数据后将被试数据通过数据管理软件写入数据库，实现对测试过程中被试反应时间的准确记录。

装置硬件设备，还包括外壳，用于为单片机处理器、按键、蓝牙模块、光源、液晶面板提供安装空间，并起到保护上述模块免受外界冲击等的作用。

所述的高频脉冲氙灯光源的开关可以精确计时，氙灯光源的开关切换仅需几微秒。

所述的液晶面板还包括两块双向镜和一个遮光罩，两块双向镜和一个遮光罩用于阻挡外界环境光。由于外界环境光照射到液晶面板时会产生反射，从而将液晶显示屏上的刺激图像照亮，使得被试无论在光源关闭还是开启的时候都可以观察到刺激图像，导致脉冲氙灯的开关失去作用，在加上双向镜之后，外界环境光被双向镜阻挡，当脉冲氙灯光源熄灭的时候，被试透过观察窗不能获得任何刺激图像，只有当氙灯开启的时候，被试才能够看到刺激图片。

本发明公开了一种利用上述装置进行本顿视觉保持测试的方法，参与的实体有两个：一是主试，二是被试对象。由主试发出开始刺激信号以及数据分析信号，被试接收到刺激信号并输出反应信号。当光源开启的时候，单片机处理器内置的计时器开始计时，被试对象人眼看到液晶面板上的刺激图像，当上位机发出开始测试指令并设置刺激图像和持续时间后，光源按照设置的持续时间开启，持续时间结束后立刻熄灭，被试对象在捕获刺激图像后立刻按下按键进行响应，单片机处理器内置的计时器停止计时，记录刺激持续时间和反应时，并将刺激持续时间和反应时通过蓝牙模块发送至上位机。

在获得被试数据后，通过数据管理与分析软件对被试数据进行统计学分析，为记忆力影响因素等研究提供数据支持。

上位机接收到开始的信号之后，通过蓝牙模块将相应的指令传输给单片机处理器；单片机处理器再根据接收到的指令做出相应的动作，单片机通过按键得到原始数据后再将原始数据通过蓝牙模块传递给上位机。

所述的控制软件，包括被试观察图片部分、刺激参数选择部分、被试对象信息部分、数据初步分析部分、测试结果图形化显示部分；其中被试观察图片部分用于将被试接收到的刺激图像同步显示在上位机控制软件界面上；刺激参数选择部分用于选择采用的刺激模式、刺激图片、刺激持续时间等参数；被试对象信息部分用于录入当前被试的个人信息，包括被试姓名、年龄等个性参数；数据初步分析部分用于对实验数据进行初步分析，包括分析计算反应时的均值、标准差、最小值以及最大值，并显示数据的初步分析结果；测试结果图形化显示部分是以曲线图的形式，将被试的测试数据显示在控制软件界面上。主试通过点击刺激参数选择部分包含呈现刺激按钮来切换呈递给被试的刺激图像，通过输入持续时间来设置刺激图像的呈递时间。主试通过刺激参数选择部分来选择单次刺激模式或连续刺激模式。单次刺激模式用于热身实验以及挑选合理的刺激持续时间中，连续刺激模式用于正式实验时对被试进行多次数据采集。被试对象信息部分，用于采集本次实验的数据命名要素，包括被试姓名和刺激图像名称。

综上所述，采用本发明提出的方法可以满足需求，可以实现对被试的反应能力的量化评估。对本装置进行微调后，可以应用于脑受损患者康复情况分析中。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于反应时的本顿视觉保持测试装置，其特征在于，其包括：装置硬件设备和检测装置软件；

装置硬件设备，其包括上位机、外壳、单片机处理器、按键、蓝牙模块、光源、液晶面板、存储模块；

光源，采用高频脉冲氙灯光源，用于为本顿视觉保持测试提供类似自然光的光照环境，光源开关由单片机处理器控制；

液晶面板，用于接收单片机处理器传递过来的刺激信号，并将刺激图像转换成液晶像素，从而产生刺激画面，并在接受光源的照射后将刺激画面呈现给被试；

单片机处理器，用于接收上位机下发的各类指令以及按键接收的操作指令，并控制相应设备模块发生动作；

蓝牙模块用于在单片机处理器和上位机之间建立数据通信链路，实现单片机处理器和上位机之间数据的双向传输；

存储模块用于存储刺激图像，存储模块与液晶面板和单片机处理器相连，存储模块接收单片机处理器的指令，并按指令将其所存储的相应刺激图像传输给液晶面板；

液晶面板和光源均与单片机处理器相连接，按键和蓝牙模块均与单片机处理器相连接，蓝牙模块与上位机相连接；

上位机，用于显示人机界面、接收主试和被试对象指令，同时也是检测装置软件的运行平台；

检测装置软件，包括控制软件、单片机软件和数据管理分析软件，其中控制软件向单片机软件发送指令，控制单片机软件产生相应的刺激图像显示指令，控制软件将测试数据存储至数据库后，由数据管理分析软件进行数据管理与数据分析。

2.一种如权利要求1所述的基于反应时的本顿视觉保持测试装置，其特征在于，所述的液晶面板还包括两块双向镜和一个遮光罩，两块双向镜和一个遮光罩用于阻挡外界环境光。

3.一种如权利要求1所述的基于反应时的本顿视觉保持测试装置，其特征在于，所述的单片机处理器采用STM32F103ZET6型单片机处理器。

4.一种如权利要求1所述的基于反应时的本顿视觉保持测试装置，其特征在于，所述的装置硬件设备，还包括外壳，用于为单片机处理器、按键、蓝牙模块、光源、液晶面板和存储模块提供安装空间，并起到保护上述模块免受外界冲击的作用，外壳上开设有观察窗。

5.一种如权利要求1所述的基于反应时的本顿视觉保持测试装置，其特征在于，

所述的控制软件具有单次刺激模式和连续刺激模式两种刺激工作模式，单次刺激模式下，单片机软件等待控制软件发出刺激指令，然后在被试对刺激图像做出反应后记录反应时；连续刺激模式下，单片机软件在接收到开始指令后每隔5s控制液晶面板进行一次刺激呈现，记录被试的反应时；主试发出开始刺激的指令信号，通过反应时测试装置，将刺激材料转化成相应的刺激信号，将刺激信号呈递给被试。

6.一种如权利要求1所述的基于反应时的本顿视觉保持测试装置，其特征在于，

上位机通过蓝牙模块向单片机处理器发出测试开始指令；上位机的单片机软件控制单片机处理器执行初始化程序，关闭脉冲氙灯光源、清空液晶面板图像，发送指令给存储模块，使存储模块将其存储的刺激图像发送到液晶面板；单片机处理器依据上位机设定的工作模式初始化单片机内置的定时器，在到达定时时间后，单片机处理器向光源发送控制指令，使得光源开启，从而使液晶面板将刺激图像呈现给被试；按键记录被试对刺激图像做出的相应的反应，生成响应信号并将相应的响应信号输入至单片机处理器，单片机处理器对该响应信号进行处理后得到被试数据，再将该被试数据通过蓝牙模块传送回上位机。

7.一种如权利要求1所述的基于反应时的本顿视觉保持测试装置，其特征在于，

所述的数据管理分析软件，用于数据库操作，支持模糊查询；单片机处理器对该响应信号进行处理后得到被试数据，上位机获得被试数据后将被试数据通过数据管理软件写入数据库，实现对测试过程中被试反应时间的准确记录。

8.一种如权利要求1所述的基于反应时的本顿视觉保持测试装置，其特征在于，

所述的控制软件，包括被试观察图片部分、刺激参数选择部分、被试对象信息部分、数据初步分析部分、测试结果图形化显示部分；其中被试观察图片部分用于将被试接收到的刺激图像同步显示在上位机控制软件界面上；刺激参数选择部分用于选择采用的刺激模式、刺激图片、刺激持续时间参数；被试对象信息部分用于录入当前被试的个人信息，包括被试姓名、年龄个性参数；数据初步分析部分用于对实验数据进行初步分析，包括分析计算反应时的均值、标准差、最小值以及最大值，并显示数据的初步分析结果；测试结果图形化显示部分，以曲线图的形式将被试的测试数据显示在控制软件界面上；主试通过点击刺激参数选择部分包含的呈现刺激按钮来切换呈递给被试的刺激图像，通过输入持续时间来设置刺激图像的呈递时间；主试通过刺激参数选择部分来选择单次刺激模式或连续刺激模式；单次刺激模式用于热身实验以及挑选合理的刺激持续时间中，连续刺激模式用于正式实验时对被试进行多次数据采集；被试对象信息部分，用于采集本次实验的数据命名要素，包括被试姓名和刺激图像名称。

9.一种利用权利要求1至8中任意一项所述的基于反应时的本顿视觉保持测试装置进行本顿视觉保持测试的方法，其特征在于，参与实体包括主试和被试对象，主试发出开始刺激信号以及数据分析信号，被试接收到刺激信号并输出反应信号；当光源开启的时候，单片机处理器内置的计时器开始计时，被试对象人眼看到液晶面板上的刺激图像，当上位机发出开始测试指令并设置刺激图像和持续时间后，光源按照设置的持续时间开启，持续时间结束后立刻熄灭，被试对象在捕获刺激图像后立刻按下按键进行响应，单片机处理器内置的计时器停止计时，记录刺激持续时间和反应时，并将刺激持续时间和反应时通过蓝牙模块发送至上位机。

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