CN113143296A - 沟通障碍的智能评估方法及评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沟通障碍的智能评估方法及评估系统，被试者置身于对话交流场景中，利用联机多通道脑电设备同步采集双人原始脑电信号，基于信号预处理、小波变换和溯源分析得到每秒钟特定通道的θ、α频段平均瞬时相位以及右侧布鲁德曼45脑区的α频段能量值，计算信息迁移程度和感知共情程度，用于个体认知沟通障碍和情感沟通障碍的客观评估。本发明实现了对交流过程的实时监测和动态分析，构建了双人同步采样机制，从认知障碍和情感障碍两个方面形成综合评价策略，有效避免了传统测量手段事后采样、主观程度高、社会期许效应、沟通障碍人群表达偏差等问题，具有广泛的市场应用前景。

Description

沟通障碍的智能评估方法及评估系统

技术领域

本发明涉及信息科学与认知神经科学的交叉领域，具体涉及一种沟通障碍的智能评估方法和评估系统。

背景技术

沟通障碍(Communication Barrier)是指信息在人际间传递和交换过程中，由于双方缺乏认知和情感同步，所导致的沟通失真现象。现有沟通障碍的评估方法大多依托于问卷和主观报告，多数为事后评估，且信效度、灵敏度及特异度都较低，缺乏客观标准化的沟通障碍筛查工具。且沟通障碍的评估和治疗是紧密联系的，只有以科学客观的评估手段作为支撑，才能够形成有针对性的解决方案，特别是对于部分存在疾病(自闭症谱系障碍特征)、身心障碍(深度社交焦虑)或脑部损伤的个体，还需及时采取有针对性的临床治疗方案。

脑电信号是脑神经细胞电生理活动在大脑皮层或头皮表面的总体反映，被誉为监测个体状态的“金指标”之一，包含了大量生理、心理及病理信息，具有直接客观、容易量化、特征多元、难以伪装等特点。运用脑电信号特征变化监测双人交流过程，并分析脑间活动同步，可以很好地表征沟通质量差异，是衡量是否存在沟通障碍的有效方法。

发明内容

本发明提供了一种沟通障碍的智能评估方法及评估系统，采用如下的技术方案：

一种沟通障碍的智能评估方法，包含以下步骤：

为主试者和被试者佩戴多通道脑电测量设备组；

采集被试者的静息态原始脑电信号；

在主试者和被试者交流过程中同步采集两人的原始脑电信号；

对被试者的静息态原始脑电信号以及两人交流过程中的原始脑电信号进行预处理和小波变换，基于交流过程中的两人的颞叶区域和顶叶区域通道数据得到两人θ和α频段每秒钟的平均瞬时相位，对被试者的静息态原始脑电信号和交流过程中的原始脑电信号进行溯源分析，得到右侧布鲁德曼45脑区的α频段的能量值；

根据平均瞬时相位计算信息迁移程度以及根据能量值计算感知共情程度；

根据计算得到的信息迁移程度和感知共情程度对被试者的沟通障碍程度进行评估和分级。

进一步地，颞叶区域和顶叶区域通道选取方式为：根据国际10-20系统，选取T7、T8、C1、CP1、CP2电极点。

进一步地，通过下述公式计算信息迁移程度：

其中，C为信息迁移程度，

为第i秒的α频段两人的平均瞬时相位差，

为第i秒的θ频段两人的平均瞬时相位差，k为总时长。

进一步地，通过下述公式计算感知共情程度：

其中，E为感知共情程度，P_α(i)为被试者在对话过程中第i秒的α频段能量值，

为被试者的静息态α频段能量均值，k为总时长。

进一步地，对被试者的沟通障碍程度进行评估和分级的具体方法为：

当C≥0.7，沟通存在显著认知障碍；当0.5≤C＜0.7，沟通存在较轻的认知障碍；当C＜0.5，沟通不存在明显的认知障碍。

当E＜0.3，沟通存在显著情感障碍；当0.3≤E＜0.5，沟通存在较轻的情感障碍；E≥0.5，沟通不存在明显的情感障碍。

一种沟通障碍的智能评估系统，包含：测量脑电信号的脑电测量设备组、对采集到的信号进行数据计算的沟通障碍计算单元和根据沟通障碍计算单元的计算结果进行处理的沟通障碍测评与展示单元；

沟通障碍计算单元包含脑电信号预处理模块、信息迁移程度计算模块和感知共情程度计算模块；

沟通障碍测评与展示单元包括沟通认知障碍测评与展示模块和沟通情感障碍测评与展示模块；

脑电测量设备组采集被试者的静息态原始脑电信号和两人交流过程中的原始脑电信号；

脑电信号预处理模块对被试者的静息态原始脑电信号以及两人交流过程中的原始脑电信号进行预处理；

信息迁移程度计算模块对预处理后的数据进行小波变换，并根据两人交流过程中的两人的颞叶区域和顶叶区域通道数据得到两人θ和α频段每秒钟的平均瞬时相位，再在根据平均瞬时相位计算出信息迁移程度；

感知共情程度计算模块对预处理后的数据进行小波变换，对被试者的静息态原始脑电信号和交流过程中的原始脑电信号进行溯源分析，得到右侧布鲁德曼45脑区的α频段的能量值，并根据能量值计算感知共情程度；

沟通认知障碍测评与展示模块用于展示认知障碍测评数值和分级建议；

沟通情感障碍测评与展示模块用于展示情感障碍测评数值和分级建议。

进一步地，信息迁移程度计算模块在数据处理中，颞叶区域和顶叶区域通道选取方式为：根据国际10-20系统，选取T7、T8、C1、CP1、CP2电极点。

进一步地，信息迁移程度计算模块通过下述公式计算信息迁移程度：

其中，C为信息迁移程度，

为第i秒的α频段两人的平均瞬时相位差，

为第i秒的θ频段两人的平均瞬时相位差，k为总时长。

进一步地，感知共情程度计算模块通过下述公式计算感知共情程度：

其中，E为感知共情程度，P_α(i)为被试者在对话过程中第i秒的α频段能量值，

为被试者的静息态α频段能量均值，k为总时长。

进一步地，沟通认知障碍测评与展示模块根据下述方法进行测评与展示：

当C≥0.7，沟通存在显著认知障碍；

当0.5≤C＜0.7，沟通存在较轻的认知障碍；

当C＜0.5，沟通不存在明显的认知障碍；

沟通情感障碍测评与展示模块根据下述方法进行测评与展示：

当E＜0.3，沟通存在显著情感障碍；

当0.3≤E＜0.5，沟通存在较轻的情感障碍；

当E≥0.5，沟通不存在明显的情感障碍。

本发明的有益效果如下：

1.本发明基于EEG高时间分辨率的优势，实现了对交流过程的实时监测和动态分析，构建了双人同步采样机制，并借助脑电特征对被试者的沟通障碍程度进行评估，有效避免了传统测量手段事后采样、主观程度高、社会期许效应、沟通障碍人群表达偏差等问题。

2.本发明从沟通认知障碍和沟通情感障碍两个方面形成综合评价策略，能够科学全面地分析沟通障碍问题。目前脑电识别的研究多是基于幅值特征，而忽视了脑间相位同步特征，言语产生和理解过程中交流双方所产生的脑间活动同步是信息传递的标志，运用瞬时相位关系有助于识别交流过程中的信息传递质量。同时，本发明注重通过特定脑区的脑电频段能量特征对个体的沟通共情程度进行科学评估，有助于识别交流过程中情绪感知的能力。本研究的测量结果与临床诊断结果的比较研究发现，一致率达到96.2％。

3.本发明具有过程检测和智能分析的功能，能够帮助用户直观获取沟通障碍数据，从而帮助做出科学决策。同时具有非侵入性、安全高效、成本较低的特点，可以商用于辅助诊断与治疗、精神疾病监测、儿童沟通障碍早期筛查、领导力培养与训练、人事选拔、组织管理与决策等领域，具有广泛的市场应用前景。

附图说明

图1是本发明的沟通障碍的智能评估方法的示意图；

图2是本发明的沟通障碍的智能评估系统的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

如图1所示为本发明的一种沟通障碍的智能评估方法，包含以下步骤：

S1：为主试者和被试者佩戴多通道脑电测量设备组。脑电测量设备组用于采集脑电波信号。

S2：采集被试者的静息态原始脑电信号。

S3：在主试者和被试者交流过程中同步采集两人的原始脑电信号。

S4：对被试者的静息态原始脑电信号以及两人交流过程中的原始脑电信号进行预处理和小波变换，基于交流过程中的两人的颞叶区域和顶叶区域通道数据得到两人θ和α频段每秒钟的平均瞬时相位，对被试者的静息态原始脑电信号和交流过程中的原始脑电信号进行溯源分析，得到右侧布鲁德曼45脑区的α频段的能量值。其中，颞叶区域和顶叶区域通道选取方式为：根据国际10-20系统，选取T7、T8、C1、CP1、CP2电极点。

S5：根据平均瞬时相位计算信息迁移程度以及根据能量值计算感知共情程度。

其中，信息迁移程度计算公式如下：

其中，C为所述信息迁移程度，

为第i秒的α频段两人的平均瞬时相位差，

为第i秒的θ频段两人的平均瞬时相位差，k为总时长。

感知共情程度计算公式如下：

其中，E为所述感知共情程度，P_α(i)为被试者在对话过程中第i秒的α频段能量值，

为被试者的静息态α频段能量均值，k为总时长。

S6：根据计算得到的信息迁移程度和感知共情程度对被试者的沟通障碍程度进行评估和分级。

具体地，对被试者的沟通障碍程度进行评估和分级的具体方法为：

当C≥0.7，沟通存在显著认知障碍，当0.5≤C＜0.7，沟通存在较轻的认知障碍，当C＜0.5，沟通不存在明显的认知障碍。

当E＜0.3，沟通存在显著情感障碍，当0.3≤E＜0.5，沟通存在较轻的情感障碍，E≥0.5，沟通不存在明显的情感障碍。

如图2所述，本发明还公开一种沟通障碍的智能评估系统100，用于实现上述的沟通障碍的智能评估方法。沟通障碍的智能评估系统100，包含脑电测量设备组10、沟通障碍计算单元20和沟通障碍测评与展示单元30。

脑电测量设备组10用于同步采集脑电信号，作为一可选实施例，可以使用EMOTIVEPOC Flex Saline Sensor Kit脑电采集系统(包含控制盒、信号接收器、EPOC Flex Cap、EPOC Flex盐水传感器等)，单一ADC，带宽0.16-43Hz，包含32通道数据，并在耳上配置参考电极2个，设备双机同步顺序采样。系统所用的主机配置指标：CPU:Intel Core i7-9700同等或更高配置；GPU:NVIDIA GeForce GTX 2080 Ti同等或更高配置；内存：64GB RAM；1TB可用磁盘空间。沟通障碍计算单元20用于对采集到的信号进行数据计算，沟通障碍测评与展示单元30用于根据沟通障碍计算单元20的计算结果进行处理。

具体地，沟通障碍计算单元20包含脑电信号预处理模块21、信息迁移程度计算模块22和感知共情程度计算模块23。沟通障碍测评与展示单元30包括沟通认知障碍测评与展示模块31和沟通情感障碍测评与展示模块32。

其中，脑电测量设备组10采集被试者的静息态原始脑电信号和两人交流过程中的原始脑电信号。

脑电信号预处理模块21对被试者的静息态原始脑电信号以及两人交流过程中的原始脑电信号进行预处理，预处理包含但不限于对采集的脑电信号进行放大、分析段截取、降噪、伪迹去除(去除眼电、肌电、心电、工频干扰等)和带通滤波。

信息迁移程度计算模块22对预处理后的数据进行小波变换，并根据两人交流过程中的两人的颞叶区域和顶叶区域通道数据得到两人θ和α频段每秒钟的平均瞬时相位，在根据平均瞬时相位计算出信息迁移程度。信息迁移程度计算模块22在数据处理中，颞叶区域和顶叶区域通道选取方式为：根据国际10-20系统，选取T7、T8、C1、CP1、CP2电极点。

如前述方法所述，信息迁移程度计算模块22通过下述公式计算信息迁移程度：

其中，C为所述信息迁移程度，

为第i秒的α频段两人的平均瞬时相位差，

为第i秒的θ频段两人的平均瞬时相位差，k为总时长。

感知共情程度计算模块23对预处理后的数据进行小波变换，对被试者的静息态原始脑电信号和交流过程中的原始脑电信号进行溯源分析，得到右侧布鲁德曼45脑区的α频段的能量值，并根据能量值计算感知共情程度。

其中，E为所述感知共情程度，P_α(i)为被试者在对话过程中第i秒的α频段能量值，

为被试者的静息态α频段能量均值，k为总时长。

沟通认知障碍测评与展示模块31用于展示认知障碍测评数值和分级建议。沟通情感障碍测评与展示模块32用于展示情感障碍测评数值和分级建议。

具体地，沟通认知障碍测评与展示模块31根据下述方法进行测评与展示：当C≥0.7，沟通存在显著认知障碍。当0.5≤C＜0.7，沟通存在较轻的认知障碍。当C＜0.5，沟通不存在明显的认知障碍。沟通情感障碍测评与展示模块32根据下述方法进行测评与展示：当E＜0.3，沟通存在显著情感障碍。当0.3≤E＜0.5，沟通存在较轻的情感障碍。当E≥0.5，沟通不存在明显的情感障碍。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种沟通障碍的智能评估方法，其特征在于，包含以下步骤：

为主试者和被试者佩戴多通道脑电测量设备组；

采集被试者的静息态原始脑电信号；

在主试者和被试者交流过程中同步采集两人的原始脑电信号；

对被试者的静息态原始脑电信号以及两人交流过程中的原始脑电信号进行预处理和小波变换，基于交流过程中的两人的颞叶区域和顶叶区域通道数据得到两人θ和α频段每秒钟的平均瞬时相位，对被试者的静息态原始脑电信号和交流过程中的原始脑电信号进行溯源分析，得到右侧布鲁德曼45脑区的α频段的能量值；

根据所述平均瞬时相位计算信息迁移程度以及根据所述能量值计算感知共情程度；

根据计算得到的所述信息迁移程度和所述感知共情程度对被试者的沟通障碍程度进行评估和分级。

2.根据权利要求1所述的沟通障碍的智能评估方法，其特征在于，

颞叶区域和顶叶区域通道选取方式为：根据国际10-20系统，选取T7、T8、C1、CP1、CP2电极点。

3.根据权利要求1所述的沟通障碍的智能评估方法，其特征在于，

通过下述公式计算所述信息迁移程度：

其中，C为所述信息迁移程度，

为第i秒的α频段两人的平均瞬时相位差，

为第i秒的θ频段两人的平均瞬时相位差，k为总时长。

4.根据权利要求3所述的沟通障碍的智能评估方法，其特征在于，

通过下述公式计算所述感知共情程度：

其中，E为所述感知共情程度，P_α(i)为被试者在对话过程中第i秒的α频段能量值，

为被试者的静息态α频段能量均值，k为总时长。

5.根据权利要求4所述的沟通障碍的智能评估方法，其特征在于，

对被试者的沟通障碍程度进行评估和分级的具体方法为：

当C≥0.7，沟通存在显著认知障碍；当0.5≤C＜0.7，沟通存在较轻的认知障碍；当C＜0.5，沟通不存在明显的认知障碍。

当E＜0.3，沟通存在显著情感障碍；当0.3≤E＜0.5，沟通存在较轻的情感障碍；E≥0.5，沟通不存在明显的情感障碍。

6.一种沟通障碍的智能评估系统，其特征在于，包含：测量脑电信号的脑电测量设备组、对采集到的信号进行数据计算的沟通障碍计算单元和根据所述沟通障碍计算单元的计算结果进行处理的沟通障碍测评与展示单元；

所述沟通障碍计算单元包含脑电信号预处理模块、信息迁移程度计算模块和感知共情程度计算模块；

所述沟通障碍测评与展示单元包括沟通认知障碍测评与展示模块和沟通情感障碍测评与展示模块；

所述脑电测量设备组采集被试者的静息态原始脑电信号和两人交流过程中的原始脑电信号；

所述脑电信号预处理模块对被试者的静息态原始脑电信号以及两人交流过程中的原始脑电信号进行预处理；

所述信息迁移程度计算模块对预处理后的数据进行小波变换，并根据两人交流过程中的两人的颞叶区域和顶叶区域通道数据得到两人θ和α频段每秒钟的平均瞬时相位，再根据所述平均瞬时相位计算出信息迁移程度；

所述感知共情程度计算模块对预处理后的数据进行小波变换，对被试者的静息态原始脑电信号和交流过程中的原始脑电信号进行溯源分析，得到右侧布鲁德曼45脑区的α频段的能量值，并根据所述能量值计算感知共情程度；

所述沟通认知障碍测评与展示模块用于展示认知障碍测评数值和分级建议；

所述沟通情感障碍测评与展示模块用于展示情感障碍测评数值和分级建议。

7.根据权利要求6所述的沟通障碍的智能评估系统，其特征在于，

所述信息迁移程度计算模块在数据处理中，颞叶区域和顶叶区域通道选取方式为：根据国际10-20系统，选取T7、T8、C1、CP1、CP2电极点。

8.根据权利要求6所述的沟通障碍的智能评估系统，其特征在于，

所述信息迁移程度计算模块通过下述公式计算所述信息迁移程度：

其中，C为所述信息迁移程度，

为第i秒的α频段两人的平均瞬时相位差，

为第i秒的θ频段两人的平均瞬时相位差，k为总时长。

9.根据权利要求8所述的沟通障碍的智能评估系统，其特征在于，

所述感知共情程度计算模块通过下述公式计算所述感知共情程度：

其中，E为所述感知共情程度，P_α(i)为被试者在对话过程中第i秒的α频段能量值，

为被试者的静息态α频段能量均值，k为总时长。

10.根据权利要求9所述的沟通障碍的智能评估系统，其特征在于，

所述沟通认知障碍测评与展示模块根据下述方法进行测评与展示：

当C≥0.7，沟通存在显著认知障碍；

当0.5≤C＜0.7，沟通存在较轻的认知障碍；

当C＜0.5，沟通不存在明显的认知障碍；

所述沟通情感障碍测评与展示模块根据下述方法进行测评与展示：

当E＜0.3，沟通存在显著情感障碍；

当0.3≤E＜0.5，沟通存在较轻的情感障碍；

当E≥0.5，沟通不存在明显的情感障碍。

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