CN113712501B - 一种眼脑数据同步变化的检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种眼脑数据同步变化的检测方法及系统，属于医疗保健信息学技术领域，用以解决现有技术中无法实现眼调节反应过程中的眼脑数据同步检测的技术问题。方法包括：计算机设备响应于眼数据采集设备发送的开始测试信号，发送开始标记信号给脑数据采集设备，同时发送开始启动信号给视标移动装置；视标移动装置基于开始启动信号执行预设操作；在视标移动装置执行预设操作过程中，脑数据采集设备响应于开始标记信号，对采集到的预设操作中的若干测试单元对应的脑数据进行打标；计算机设备接收眼数据采集设备采集的眼数据，以及接收脑数据采集设备打标后的脑数据，并确定眼数据与打标后的脑数据之间的映射关系。
Description
技术领域
本申请涉及医疗保健信息学技术领域，尤其涉及一种眼脑数据同步变化的检测方法及系统。
背景技术
随着电子设备的不断发展，人们用眼程度不断加深，越来越多的近视患者开始出现。现有研究表明，正常人眼的调节反应过程会导致大脑皮层发生反应。因此，通过研究大脑皮层对人眼调节反应的反应程度，可以及时了解患者的近视情况。
但现有技术中，研究眼数据的开放式屈光检测过程不能同步检测脑功能变化，同时研究脑数据的近红外脑功能成像设备也尚未在眼科领域进行应用。这就使得无法实现眼调节反应过程中的眼脑数据同步检测过程。
发明内容
本申请实施例提供了一种眼脑数据同步变化的检测方法及系统，用以解决现有技术中无法实现眼调节反应过程中的眼脑数据同步检测的技术问题。
一方面，本申请实施例提供了一种眼脑数据同步变化的检测方法，包括：计算机设备响应于眼数据采集设备发送的开始测试信号，发送开始标记信号给脑数据采集设备，同时发送开始启动信号给视标移动装置；所述视标移动装置基于所述开始启动信号执行预设操作；其中，所述预设操作与所述视标移动装置内视标的运动有关；在所述视标移动装置执行所述预设操作过程中，所述脑数据采集设备响应于所述开始标记信号，对采集到的所述预设操作中的若干测试单元对应的脑数据进行打标；计算机设备接收所述眼数据采集设备采集的眼数据，以及接收所述脑数据采集设备打标后的所述脑数据；所述计算机设备对所述眼数据进行处理，以得到眼指标参数；其中，所述眼指标参数包括眼调节反应过程中的调节微波动值以及调节滞后量；以及，对打标后的所述脑数据进行处理，以得到脑指标参数；其中，所述脑指标参数包括特征β数组，所述特征β数组用于指示眼调节反应过程中脑的含氧血红蛋白情况；所述计算机设备确定所述调节微波动值、调节滞后量与所述特征β数组之间的映射关系。
本申请实施例提供的一种眼脑数据同步变化的检测方法，在视标移动装置进行预设操作过程中，眼数据采集设备在采集眼数据的同时，脑数据采集设备也同时进行脑数据的采集，并且，采集到的脑数据还是带有标记的，以此保证采集到的脑数据与眼数据保持同步。计算机设备根据采集的眼数据与脑数据确定二者之间的映射关系，以实现眼脑数据的同步变化检测。除此之外，本申请实施例提供的检测方法，在实际应用场景中，还可以对假性近视或调节功能异常的真性近视进行眼、脑功能参数的预警，以及中医针灸干预的疗效评价，特别是对于假性近视的儿童青少年，筛查及及早进行中医药干预并提供个体化干预策略，有利于从人群整体水平降低假性近视及近视的发病率。
在本申请的一种实现方式中，所述计算机设备对所述眼数据进行处理，以得到眼指标参数，具体包括：所述计算机设备在所述眼数据中提取一个所述测试单元对应的眼数据，并计算所述测试单元对应的眼数据的均值；根据所述均值计算所述测试单元对应的眼数据的标准差，并计算所述测试单元对应的眼数据与所述均值之间的差值；将所述差值绝对值小于或等于预设倍数标准差的所述测试单元对应的眼数据确定为有效眼数据；重新计算所述有效眼数据对应的均值以及标准差，并将所述有效眼数据对应的标准差确定为所述调节微波动值。
在本申请的一种实现方式中，所述计算机设备对所述眼数据进行处理，以得到眼指标参数，还包括：所述计算机设备确定所述测试单元内的所述第一视标或者所述第二视标对应的位置信息；根据所述位置信息与所述有效眼数据对应的均值，确定所述第一视标或者所述第二视标对应的单点调节滞后量；计算所述单点调节滞后量的均值，并将所述均值确定为所述调节滞后量。
在本申请的一种实现方式中，所述计算机设备对打标后的所述脑数据进行处理，以得到脑指标参数，具体包括：所述计算机设备对打标后的所述脑数据进行预处理；其中，所述预处理至少包括数据转换处理、数据滤除处理中的任一项或者多项；对预处理后的所述脑数据进行线性回归分析，以得到初步特征β数组；对所述初步特征β数组进行t检验，并根据所述t检验的结果确定所述特征β数组。
在本申请的一种实现方式中，所述计算机设备确定所述调节微波动值、调节滞后量与所述特征β数组之间的映射关系，具体包括：所述计算机设备对所述调节微波动值、调节滞后量与所述特征β数组之间的映射关系进行线性回归建模，得到眼脑数据模型；通过预设曲线对所述眼脑数据模型进行检验；其中，所述预设曲线至少包括ROC曲线、KS曲线中的任一项或者多项。
在本申请的一种实现方式中，所述视标移动装置基于所述开始启动信号执行预设操作，具体包括：所述视标移动装置控制第一视标在第一预设位置处停留第一预设时间之后，继续控制所述第一视标在第二预设时间之内匀速移动到第二预设位置；所述视标移动装置控制所述第一视标在所述第二预设位置停留第二预设时间；其中，所述第一视标包括以3x3矩阵形式排列的E字标；所述第一预设位置与所述第二预设位置在同一水平线上。
在本申请的一种实现方式中，所述视标移动装置基于所述开始启动信号执行预设操作，还包括：所述视标移动装置控制第二视标的第一子视标对应的小灯持续点亮第三预设时间之后，继续控制所述第二视标的第二子视标对应的小灯与第三子视标对应的小灯在第四预设时间之内交替亮灭；其中，所述交替亮灭过程中各小灯的点亮时间为第一预设子时间，熄灭时间为第二预设子时间；所述第一预设子时间与所述第二预设子时间构成半个亮灭周期；所述第一子视标与所述第二子视标之间距离第一预设长度，所述第二子视标与所述第三子视标之间距离第二预设长度，且所述第一子视标、所述第二子视标以及所述第三子视标在同一水平线上；所述第一子视标、所述第二子视标以及所述第三子视标完全相同，均包括一个E字标。
在本申请的一种实现方式中，在所述计算机设备发送开始标记信号给脑数据采集设备之后，所述方法还包括：所述计算机设备基于预设占空比生成方波标记信号，并将所述方波标记信号发送给所述脑数据采集设备，同时发送给所述眼数据采集设备；所述脑数据采集设备将所述方波标记信号与采集到的打标脑数据进行相乘处理，以及所述眼数据采集设备将所述方波信号与采集到的眼数据进行相乘处理；所述计算机设备接收所述脑数据采集设备发送的相乘处理后的所述打标脑数据以及原始脑数据，同时接收所述眼数据采集设备发送的相乘处理后的所述眼数据以及原始眼数据；并基于所述方波标记信号，将所述相乘处理后的打标脑数据与所述相乘处理后的眼数据统一到第一预设时间轴上，进而将所述原始眼数据与所述原始脑数据统一到第二预设时间轴上。
另一方面，本申请实施例还提供了一种眼脑数据同步变化的检测系统，包括：计算机设备，用于响应于眼数据采集设备发送的开始测试信号，发送开始标记信号给脑数据采集设备，同时发送开始启动信号给视标移动装置；所述视标移动装置，用于基于所述开始启动信号执行预设操作；所述脑数据采集设备，用于在所述视标移动装置执行所述预设操作过程中，响应于所述开始标记信号，对采集到的所述预设操作中的若干测试单元对应的脑数据进行打标；所述计算机设备，还用于接收所述眼数据采集设备采集的眼数据，以及接收所述脑数据采集设备打标后的所述脑数据，并对所述眼数据进行处理，以得到眼指标参数；其中，所述眼指标参数包括眼调节反应过程中的调节微波动值以及调节滞后量；以及，对打标后的所述脑数据进行处理，以得到脑指标参数；其中，所述脑指标参数包括特征β数组，所述特征β数组用于指示眼调节反应过程中脑的含氧血红蛋白情况；所述计算机设备还用于确定所述调节微波动值、调节滞后量与所述特征β数组之间的映射关系。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种眼脑数据同步变化的检测方法流程图；
图2为本申请实施例提供的一种视标移动装置执行预设操作的时序图；
图3为本申请实施例提供的一种第一视标示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种视标移动装置执行预设操作的时序图；
图5为本申请实施例提供的一种第二视标示意图；
图6为本申请实施例提供的一种眼脑数据同步变化的检测系统架构示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种眼脑数据同步变化的检测系统架构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
现有研究表明，正常人的眼调节过程，小脑和视皮层17,18区存在激活反应。即眼调节反应过程会导致大脑皮层发生反应。眼调节反应过程存在视皮层纹状外区、中脑动眼神经副核、睫状神经节、睫短神经和睫状肌的神经环路活动。因此，可以通过观测脑的反应过程来表征眼的调节反应，以此实现对近视患者的检测及预防。
但现有技术中尚缺乏眼调节反应过程的眼-脑同步变化的检测设备。近红外脑功能成像设备在精神疾病的检测已得到临床应用；开放式屈光检测设备可以对眼屈光状态进行检测；然而，市面上尚未有一种检测眼调节反应的眼-脑功能同步数据采集分析的软硬件设备。
本申请实施例提供了一种眼脑数据同步变化的检测方法及系统，在视标移动装置执行预设操作过程中，通过眼数据采集设备采集眼数据，同时通过脑数据采集设备采集脑数据变化，并进行标记，以实现眼数据与脑数据的同步采集过程。然后基于计算机设备确定出的眼数据与脑数据之间映射关系，实现了对眼调节反应过程中的眼脑数据同步变化的检测。
下面通过附图对本申请实施例提出的技术方案进行详细的说明。
图1为本申请实施例提供的一种眼脑数据同步变化的检测方法流程图。如图1所示，本申请实施例提供的检测方法至少包括以下执行步骤：
步骤101、计算机设备响应于眼数据采集设备发出的开始测试信号，发送开始标记信号给脑数据采集设备，同时发送开始启动信号给视标移动装置。
本申请实施例提供的眼脑数据同步变化的检测方法中，需要眼数据采集设备、脑数据采集设备、视标移动装置以及计算机设备的相互配合。其中，视标移动装置用于在检测过程中提供移动的视标，以支持检测过程的实现；眼数据采集设备用于在检测过程中采集眼部的变化数据；脑数据采集设备用于在检测过程中采集脑的变化数据；以及计算机设备用于向眼数据采集设备和/或脑数据采集设备发出指令以及用于后续的数据处理环节。
具体地，在检测过程开始时，眼数据采集设备首先向计算机设备发出开始测试信号。在计算机设备接收到该开始测试信号之后，即时响应并发送开始标记信号给脑数据采集设备，以及发送开始启动信号给视标移动装置。可以明确的是，此处脑数据采集设备接收到的开始标记信号，实质上也是一种可以使脑数据采集设备开始采集数据的开始信号，只不过是使脑数据采集设备在采集数据的同时，还会对采集到的数据进行标记，以实现与眼数据的同步。同样的，此处的开始启动信号是一种可以使视标移动装置开始工作的信号。
需要说明的是，上述开始检测过程是由眼数据采集设备触发开始的，当然了，在实际使用过程中，检测过程也可以由计算机设备触发开始。具体地，计算机设备在检测到有点击开始按键或者开始按钮的操作之后，将该开始信号发送给眼数据采集设备，同时还会发送开始标记信号给脑数据采集设备以及发送开始启动信号给视标移动装置，以此实现三个设备的同步启动。
例如，在本申请实施例提供的眼脑数据同步变化的检测过程中，存在受试者与测试者两种角色，其中，受试者可以处于眼数据采集设备处，实现眼数据采集设备的控制过程（比如点击眼数据采集设备的开始按键等）；测试者可以处于计算机设备处，实现计算机设备的控制过程（比如点击计算机设备的操作按键等）。基于此，由眼数据采集设备触发检测过程的实现方式如下：在受试者按照测试者的提示做好准备工作例如调整坐姿、调整视线角度等之后，受试者自行点击眼数据采集设备上的“start”按键或者“开始”按键，触发开始测试信号的发送。然后计算机设备在接收到该开始测试信号之后，向脑数据采集设备与视标移动装置同时发送各自对应的开始信号，以此开始进行检测过程。而由计算机设备触发检测过程的实现方式如下：测试者在确定受试者做好准备工作例如调整坐姿、调整视线角度等之后，测试者点击计算机设备上的“开始检测”按钮，触发计算机设备同时向眼数据采集设备、脑数据采集设备以及视标移动装置分别发送各自对应的开始信号，以实现检测过程的开始。需要明确的是，本申请实施例中的检测方法，由上述两种触发开始过程的任一种触发都可以，只要能够实现眼数据采集设备、脑数据采集设备以及视标移动装置三者的同步启动，保证眼数据采集设备及脑数据采集设备能够采集到视标移动装置移动过程中的全部变化数据即可，本申请实施例对此不作限定。
步骤102、视标移动装置基于开始启动信号执行预设操作。
在眼数据采集设备发出开始测试信号之后，眼数据采集设备即进入采集眼数据的工作状态；同样的，在脑数据采集设备接收到来自计算机设备的开始标记信号之后，脑数据采集设备也进入到采集脑数据的工作状态。并且，视标移动装置基于接收到的来自计算机设备的开始启动信号，立即开始执行预设操作，以开始眼脑数据同步变化的检测过程。需要说明的是，本申请实施例中的预设操作是与视标移动装置内的视标相关的操作。
在本申请的一个实施例中，视标移动装置执行的预设操作，主要包括以下两个过程：
过程1：视标移动装置控制第一视标在第一预设位置处停留第一预设时间，然后继续控制第一视标在第二预设时间之内匀速移动到第二预设位置；接下来视标移动装置控制第一视标在第二预设位置停留第二预设时间。具体过程如图2所示。
图2为本申请实施例提供的一种视标移动装置执行预设操作的时序图。如图2所示，该过程主要包括标记段以及闭眼休息段，其中，每个标记段（markA段、markB段、markC段）对应上述一个控制过程中，为方便描述，将上述各个控制过程描述为各个测试单元，脑数据采集设备在采集数据时即需要对各测试单元内采集到的数据进行标记。如图2所示，视标移动装置在开始启动时，先进行20s的预采集阶段，使眼数据采集设备与脑数据采集设备在视标移动之前采集眼数据及脑数据，以便于与后续视标移动过程中的眼数据与脑数据进行对比。markA段对应第一视标在第一预设位置停留第一预设时间这一控制过程，即视标移动装置控制第一视标在25cm处停留20s。然后进入闭眼休息段休息20s。markB段对应第一视标在第二预设时间之内匀速移动到第二预设位置这一控制过程，即视标移动装置控制第一视标在11.25s之内从25cm处移动到250cm处。然后进入闭眼休息段休息20s。markC段对应第一视标在第二预设位置处停留第二预设时间这一控制过程，即视标移动装置控制第一视标在250cm处停留20s。然后进入闭眼休息段休息20s，结束过程1。需要说明的是，图2是基于受试者的状态绘制的时序图，其中的凝视、注视动作即对于上述的控制过程，也就是需要标记的时间段。简单来说，过程1就是受试者经历凝视25cm处视标、注视25cm-250cm移动过程中的视标以及凝视250cm处的视标三个测试单元，并且在这个三个测试单元之后都会存在20s的闭眼休息时间。
图3为本申请实施例提供的一种第一视标示意图。如图3所示，第一视标为由9个大小相同、状态不同（即E字的朝向不同）的“E”字标组成，且这9个“E”字标以3x3的矩阵形式排列。
过程2：视标移动装置控制第二视标的第一子视标对应的小灯持续点亮第三预设时间之后，继续控制第二视标的第二子视标对应的小灯与第三子视标对应的小灯在第四预设时间之内交替亮灭。具体过程如图4所示。
图4为本申请实施例提供的另一种视标移动装置执行预设操作的时序图。如图4所示，第二视标包括第一子视标、第二子视标以及第三子视标，且各个子视标均对应一个小灯（灯C、灯A以及灯B）。其中，灯A位于25cm处，灯C位于120cm处，灯B位于250cm处，且与受试者的视线在同一水平线上。在具体的操作过程中，视标移动装置先进入预采集段，使眼数据采集设备以及脑数据采集设备采集受试者20s之内的眼数据及脑数据。接下来进入markA段，控制第一子视标对应的小灯即灯C，在120cm处持续点亮20s。然后进入闭眼休息段休息20s。markB对应第二视标的第二子视标对应的小灯与第三子视标对应的小灯在第四预设时间之内交替亮灭的控制过程，即灯A与灯B交替亮灭。在图4中，灯A点亮2s熄灭0.4s之后，灯B继续电亮2s熄灭0.4s，灯A与灯B交替亮灭一次的周期时间为4.8s，在markB段灯A与灯B交替亮灭10次，即上述第四预设时间为48s。然后进入闭眼休息段休息20s，结束过程2。需要说明的是，图4是基于受试者的状态绘制的时序图，其中的凝视、注视动作即对于上述的控制过程，也就是需要标记的时间段。简单来说，过程2就是受试者经历凝视120cm处小灯，以及注视25cm处小灯与250cm处小灯交替亮灭的两个测试单元，并且在这个两个测试单元之后都会存在20s的闭眼休息时间。
图5为本申请实施例提供的一种第二视标示意图。第二视标包括三个完全相同的子视标，三个完全相同的子视标对应三个完全相同的小灯，且在三个相同的子视标两两之间均存在预设距离。图5示出的仅是某一个子视标的示意图。如图5所示，各个子视标仅包括一个“E”字标。
本申请实施例中的视标移动过程，不仅包含由近到远和由远到近两个不同方向，可以分别反映眼睛的调节过程和调节放松过程。同时，运动视标还可以测定动态视力，动态视力的测试设计属于本领域的创新。并且，还模拟了眼睛的定点凝视固定视标和交替注视近、远视标过程的眼活动，并且同步测量两个过程里的眼、脑参数的同步的变化。定点凝视过程主要反映视觉感知；交替注视过程反映的是动态视觉，由此，可以实现监测视觉感知和动态视觉调控过程的脑机制。
需要说明的是，本申请实施例中的视标移动装置包括一个滑道。第一视标和/或第二视标在视标移动装置的控制下，在该滑道上移动或者停留。因此，本申请实施例中的第一预设位置与第二预设位置都是在同一水平线上的，且第二视标包括的三个子视标以及三个子视标分别对应的小灯也是在同一水平线上的。并且，受试者的视线也保持在该同一水平线上。并且，本申请实施例中的滑道上设置有刻度标记，以此明确各个视标或者子视标的位置数据（例如25cm、250cm等）。
还需要说明的是，上述视标移动装置的两个操作过程仅用来作示例性说明，并不用于限定本申请实施例的执行顺序。本领域技术人员可以明确的是，在实际的应用过程中，视标移动装置既可以先执行过程1再执行过程2，也可以先执行过程2再执行过程1，本申请实施例对此不作限定。
步骤103、脑数据采集设备对采集到的预设操作中的若干测试单元对应的脑数据进行打标。
在上述视标移动装置执行上述预设操作的过程中，眼数据采集装置持续采集受试者的眼变化数据，以及脑数据采集装置持续采集受试者的脑变化数据。为保证眼数据采集设备采集到的眼数据与脑数据采集设备采集到的脑数据之间的同步关系，本申请实施例中的脑数据采集设备对在视标移动装置对应的各个测试单元（需要说明的是，此处的测试单元并不是硬件单元或者硬件设备，而指的是上述步骤102中的各个标记段，也即视标移动装置控制第一视标或者第二视标移动或者停留的各个过程）中采集到的脑数据进行打标。
眼数据采集设备在视标移动装置执行预设操作的过程中，对采集到的数据不打标。这是因为在视标移动装置执行预设操作的过程中，会存在一个预采集阶段以及闭眼休息阶段，而眼部的数据在闭眼休息阶段与测试阶段之间的变化较为明显，后期计算机设备在进行数据处理时，能够很快的辨别出哪些是闭眼休息段的眼数据，哪些是测试阶段的眼数据。而在脑数据的采集过程中，脑数据存在的变化不那么容易被计算机设备识别出来，因此，本申请实施例对脑数据进行标记。具体地，视标移动装置可以在各个测试单元开始时以及结束时，都会给脑数据采集设备发送一个标记信号，告知脑数据采集设备此时需要对采集到的脑数据开始打标或者结束打标。在本申请的一个实施例中，脑数据采集设备响应于上述开始标记信号，将特殊标记（例如对数据标红或者使数据携带星标）打在测试单元对应的脑数据上。由此通过各个测试单元的起止标识（对应的时间）、每条脑数据的产生时间，以及每条眼数据的变化时间，即可实现脑数据与眼数据的同步采集。
在本申请的一个实施例中，上述标记信号不一定由视标移动装置发出。要知道，计算机设备在整个检测过程中都可以起到监督控制的作用，因此，上述标记信号也可以由计算机设备发出，即在计算机设备得知视标移动装置要进入或者结束某一个标记阶段（测试单元）时，向脑数据采集设备发送标记信号。
需要说明的是，本申请实施例中的所有信号的发送与接收过程，都可以认为是即时的，即本申请实施例中默认各个设备之间发送或者接收信号不消耗时间。
除此之外，本申请实施例中要实现眼数据与脑数据的严格同步，保证采集到的眼数据与脑数据的同步关系，上述方法还可以包括以下过程：利用外设单片机或者计算机设备产生一个预设占空比的方波标记信号；需要说明的是，此处的方波标记信号的预设占空比与视标移动装置的预设操作有关，即与视标移动装置内视标的移动相关。例如，视标在0-20s内保持静止，在20-40秒内移动，在40-60s内又保持静止，则此时可以将方波标记信号的占空比设置为50%，将方波周期设置为40s，此时方波上升沿对应的时间点为20s。然后，将该方波信号同时且分别发送给脑数据采集设备与眼数据采集设备；脑数据采集设备在接收到方波标记信号之后，将该方波标记信号与采集到的打标脑数据进行相乘处理，同样地，眼数据采集设备在接收到方波标记信号之后，将该方波标记信号与采集到的眼数据进行相乘处理，这样就使得采集到的眼数据与打标脑数据带有方波信号标记（此时的眼数据与打标脑数据上对应带有方波标记信号的上升沿时间点和/或下降沿时间点）。需要说明的是，上述打标脑数据是脑数据采集设备在视标移动装置执行预设操作过程中对采集到的脑数据进行打标处理后得到的。即，在该过程中，眼数据采集设备只需要将方波标记信息与采集到的眼数据进行相乘处理即可，而脑数据采集设备不仅需要在采集脑数据过程中对脑数据进行打标，还需要将打标处理后的脑数据与方波标记信号进行相乘处理。
进一步地，后期计算机设备在接收到带有方波标记信号的眼数据与打标脑数据时，通过打标脑数据上携带的开始标记或者结束标记，可以初步确定脑数据的开始变化时间，此时根据眼数据开始发生变化时间，也就可以粗略的实现眼数据与脑数据的同步。但为了保证同步结果的准确性及严格性，计算机设备可以继续通过二者携带的方波标记信号对应的上升沿时间点或者下降沿时间点，将相乘处理后的眼数据与相乘处理后的打标脑数据拉取到同一时间点，即使得相乘处理后的眼数据与相乘处理后的打标脑数据对应的各个时间点相同，然后将二者对应统一在第一预设坐标系内，即根据相乘处理后的眼数据对应的各个时间点与相乘处理后的打标脑数据对应的各个时间点，（其实就是带有的方波标记信号的上升沿和/或下降沿对应的各个时间点），将相乘处理后的眼数据与相乘处理后的打标脑数据设置在第一预设坐标系内。需要说明的是，第一预设坐标系的横轴代表时间点，纵轴代表眼数据或者脑数据的数据值。且横轴上的时间点坐标是根据方波标记信号的上升沿和/或下降沿对应的时间点确定的。例如，方波标记信号根据视标移动装置内视标的移动过程，确定出上升沿时间点为20s，下降沿时间点为40s。则，第一预设坐标系横轴上的时间点坐标就可以设置为0s、20s以及40s。
更进一步地，在将相乘处理后的眼数据与相乘处理后的打标脑数据统一到第一预设坐标系内之后，计算机设备继续根据第一预设坐标系内的相乘处理后的眼数据与打标脑数据，将未经过处理的脑数据与眼数据（即原始脑数据与原始眼数据）统一到第二预设坐标系内，以此实现眼数据与脑数据的严格同步。需要说明的是，上述第二预设坐标系是与第一预设坐标系完全相同的两个坐标系（横轴与纵轴代表的内容相同），只不过第一预设坐标系内承载的是相乘处理后的数据，而第二预设坐标系内需要承载的是原始数据；这样可以保证根据在第一预设坐标系内的相乘处理后的眼数据或者打标脑数据对应的时间刻度（眼数据或者脑数据自身携带的时间刻度，并非方波标记信号对应的上升沿/下降沿时间点），将未处理的眼数据或者脑数据（打标脑数据）设置在第二预设坐标系内。
还需要说明的是，上述方波标记信号可以是外设单片机或者计算机设备基于伪随机序列编码生成的电脉冲信号。
步骤104、计算机设备确定眼数据与打标后的脑数据之间的映射关系。
在视标移动装置执行完预设操作之后，默认结束一次检测过程，此时，眼数据采集设备与脑数据采集设备都会将自身采集到的眼数据与脑数据上传至计算机设备。计算机设备基于接收到的眼数据、脑数据以及预先得知的测试单元位置、时间，进行同步数据的分析过程，以明确眼调节反应过程中眼数据与脑数据之间的映射关系。
首先，计算机设备先对眼数据进行处理，得到眼指标参数。具体地，本申请实施例中的眼指标参数包括调节微波动值以及调节滞后量。
其中，调节微波动值通过以下过程确定：计算机设备基于接收到的来自眼数据采集设备的眼数据，确定各个测试单元对应的眼数据（可以通过与脑数据相同的打标方式确定，也可以通过计算机设备自动识别），需要说明的是，在实际计算过程中要求有效眼数据的条数不少于15条，并且没有实际数值的眼数据不参与计算过程，以保证计算出的眼指标参数的准确性。然后计算测试单元对应的眼数据的均值μ；进一步地，通过以下公式计算眼数据的标准差δ：
其中，X表示测试单元对应的眼数据；n表示X的个数；μ表示眼数据的均值；δ表示眼数据的标准差。
进一步地，在确定出眼数据对应的标准差δ之后，继续计算眼数据X与标准差δ之间的差值，并将差值大于3δ的数据确定为有效眼数据，小于等于3μ的数据确定为无效眼数据，进行剔除。然后，对于剩下的有效眼数据（X-μ>3δ的眼数据）继续计算均值及标准差，并将有效眼数据对应的标准差确定为测试单元内的调节微波动值。
在确定出测试单元内的调节微波动值之后，通过以下公式确定测试单元内的单点调节滞后量：
其中，a表示测试单元内的各个测试位置对应的单点调节滞后量；b表示测试单元内视标对应的各个测试位置；X表示测试单元内的眼数据。
进一步地，继续计算a的均值，并将该均值确定为测试单元内的调节滞后量。
其次，计算机设备对打标后的脑数据进行处理，得到脑指标参数。具体地，本申请实施例中的脑数据采集设备采用日立4000实现，日立4000输出四份数据表：Oxy、Deoxy、Total、MES，本申请实施例中的采用Oxy含氧血红蛋白22个频率通道的数据为主要分析对象。首先，将日立4000输出的CSV格式数据表代入NIRS_SPM工具，通过数据转换、数据滤波等方式对其进行预处理；然后，对预处理结束后的脑数据进行线性回归分析，估计出22个频率通道的血氧动力学模型卷积参数β数组，即初步特征β数组。
进一步地，对上述初步特征β数组进行t检验，并基于检验结果得到特征β数组。
需要说明的是，本申请实施例中的t检验并不会改变β值，而是检验不同脑区激活程度的差异，当t检验出该脑区域β数组相较与其它区域具有显著差异时，该脑区域则为该刺激条件下的激活区域。
最后，计算机设备基于上述眼指标参数与脑指标参数，确定眼数据与脑数据之间的映射关系。具体地，计算机设备对调节微波动值、调节滞后量与特征β数组之间的映射关系进行线性回归建模，得到眼脑数据模型；然后通过预设曲线对得到的眼脑数据模型进行检验；并将通过检验的模型进行可视化展示。在本申请的一个实施例中，上述预设曲线至少包括ROC曲线、KS曲线中的任一项或者多项。需要说明的是，上述线性回归建模过程可以通过现有的技术或者设备实现，本申请实施例在此不做赘述。并且，上述的线性回归建模过程也可以通过非线性回归建模过程替代，只要能够拟合出调节滞后量、调节微波动值与特征β数组之间的映射关系即可，本申请实施例对此不作限定。
在本申请的一个或多个实施例中，将通过检验之后的眼脑数据模型进行可视化展示，具体为：在计算机设备的展示页面预设两个大小相同的展示窗口，为方便测试者与受试者观看，可以将上述两个展示窗口以上下两个窗口并列的形式进行排版。进一步地，将调节微波动值与特征β数组之间的模型曲线在其中一个展示窗口进行展示，将调节滞后量与特征β数组之间的模型曲线在另外一个窗口进行展示，使得测试者可以直观的看到数据变化情况，便于在实际应用过程中的近视患者以及医生及时的发现眼脑数据的变化情况，便于对近视程度的加深起到预防。另外，上述模型展示也可以是在计算机设备的一个展示窗口实现，将建模得到的调节微波动值、调节滞后量与特征β数组之间的曲线，在一个窗口中进行显示。需要说明的是，上述曲线的可视化展示都是实时的，即在受试者测试过程中，计算机设备上同步展示出来的。并且，上述各曲线的颜色、粗细等形式均可根据实际需要进行调整。
进一步地，在可视化展示之后，计算机设备还会根据展示曲线走势生成检测报告。
至此，完成眼调节反应过程中眼脑数据同步变化的检测过程。
在实际应用场景中，本申请实施例提供的上述眼脑数据同步变化的检测方法，不仅可以实现在受试者的眼调节反应过程中检测其眼数据、脑数据的同步变化过程，也具有实际的使用价值。比如，假性近视是近视发生的一个高危险因素。中医针灸干预可以有效改善假性近视的发病，但机制不清。本申请实施例提供的检测方法就可以解决现有的儿童青少年近视发病率控制问题。假性近视发生的主要原因是眼睛的调节功能异常，真性近视根据调节功能又可分为调节功能正常和调节功能异常两大类。中医药干预能改善大脑神经功能，本申请实施例提供的检测方法的潜在意义是对假性近视和眼调节功能异常的真性近视的筛查，并对筛查出的儿童青少年早期进行中医药干预。即主要应用在假性近视和调节功能异常的真性近视的筛查和提前干预上。假性近视是近视发生的危险因素之一，因此，通过中医治未病，提前干预，可以从人群整体水平上降低近视的发病率。实现对假性近视或调节功能异常的真性近视进行眼、脑数据的检测及预警，以及中医针灸干预的疗效评价，有利于从人群整体水平降低假性近视及近视的发病率。
以上为本申请实施例提供的方法实施例，基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种眼脑数据同步变化的检测系统。
图6为本申请实施例提供的一种眼脑数据同步变化的检测系统架构示意图。如图6所示，系统包括：
计算机设备602，用于响应于眼数据采集设备601发送的开始测试信号，发送开始标记信号给脑数据采集设备603，同时发送开始启动信号给视标移动装置604；
视标移动装置604，用于基于所述开始启动信号执行预设操作；
脑数据采集设备603，用于在视标移动装置604执行预设操作过程中，响应于开始标记信号，对采集到的预设操作中的若干测试单元对应的脑数据进行打标；
计算机设备602，还用于接收眼数据采集设备601采集的眼数据，以及接收脑数据采集设备603打标后的脑数据，并确定眼数据与打标后的脑数据之间的映射关系。
在本申请的一个实施例中，眼数据采集设备601在视标移动装置604执行预设操作的过程中，持续采集受试者眼数据。
图7为本申请实施例提供的另一种眼脑数据同步变化的检测系统架构示意图。如图7所示，系统包括：数据采集系统701，用于实现眼数据、脑数据的采集过程；数据分析系统702，用于接收数据采集系统701上传的数据，并对该数据进行分析处理。
如图7所示，数据采集系统701包括计算机703、眼数据采集设备704、脑数据采集设备705以及视标移动装置706。其中，在检测过程开始时，计算机703用于向视标移动装置706、眼数据采集设备704以及脑数据采集设备705，发送各自对应的开始信号。然后，视标移动装置706用于执行预设操作，以支持检测过程的实现；眼数据采集设备704用于采集受试者的眼数据；脑数据采集设备705用于采集受试者的脑数据；计算机设备还用于接收眼数据采集设备704与脑数据采集设备705上传的采集数据。
优选地，眼数据采集设备704的型号为WAM-5500；脑数据采集设备705的型号为ETG-4000；
进一步地，计算机703将接收到的眼数据与脑数据上传至数据分析系统702。如图7所示，数据分析系统702包括数据管理云平台707，用于接收计算机设备上传的眼数据及脑数据；数据处理模块708，用于对眼数据进行处理，得到眼指标参数，以及用于对脑数据进行处理，得到脑指标参数；分析建模模块709，用于基于眼指标参数与脑指标参数进行建模分析，以明确眼数据与脑数据之间的映射关系。在本申请的一个实施例中，数据分析系统702还会基于上述模型进行可视化展示以及生成检测报告。
需要说明的是，本申请实施例中的上述数据分析系统702可以通过另外一个计算机设备或者服务器实现，也可以通过数据采集系统701中的计算机完成。
本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (7)
1.一种眼脑数据同步变化的检测方法，其特征在于，所述方法包括：
计算机设备响应于眼数据采集设备发送的开始测试信号，发送开始标记信号给脑数据采集设备，同时发送开始启动信号给视标移动装置；
所述视标移动装置基于所述开始启动信号执行预设操作；其中，所述预设操作与所述视标移动装置内视标的运动有关；
在所述视标移动装置执行所述预设操作过程中，所述脑数据采集设备响应于所述开始标记信号，对采集到的所述预设操作中的若干测试单元对应的脑数据进行打标；
计算机设备接收所述眼数据采集设备采集的眼数据，以及接收所述脑数据采集设备打标后的所述脑数据；
所述计算机设备对所述眼数据进行处理，以得到眼指标参数；其中，所述眼指标参数包括眼调节反应过程中的调节微波动值以及调节滞后量；
以及，对打标后的所述脑数据进行处理，以得到脑指标参数；其中，所述脑指标参数包括特征β数组，所述特征β数组用于指示眼调节反应过程中脑的含氧血红蛋白情况；
所述计算机设备确定所述调节微波动值、调节滞后量与所述特征β数组之间的映射关系；
其中，确定所述调节微波动值的方法包括：
所述计算机设备在所述眼数据中提取一个所述测试单元对应的眼数据，并计算所述测试单元对应的眼数据的均值；
根据所述均值计算所述测试单元对应的眼数据的标准差，并计算所述测试单元对应的眼数据与所述均值之间的差值；
将所述差值绝对值小于或等于预设倍数标准差的所述测试单元对应的眼数据确定为有效眼数据；
重新计算所述有效眼数据对应的均值以及标准差，并将所述有效眼数据对应的标准差确定为所述调节微波动值；
确定所述调节滞后量的方法包括：
所述计算机设备确定所述测试单元内的第一视标或者第二视标对应的位置信息；
根据所述位置信息与所述有效眼数据对应的均值，确定所述第一视标或者所述第二视标对应的单点调节滞后量；
计算所述单点调节滞后量的均值，并将所述均值确定为所述调节滞后量。
2.根据权利要求1所述的一种眼脑数据同步变化的检测方法，其特征在于，所述计算机设备对打标后的所述脑数据进行处理，以得到脑指标参数，具体包括：
所述计算机设备对打标后的所述脑数据进行预处理；其中，所述预处理至少包括数据转换处理、数据滤除处理中的任一项或者多项；
对预处理后的所述脑数据进行线性回归分析，以得到初步特征β数组；
对所述初步特征β数组进行t检验，并根据所述t检验的结果确定所述特征β数组。
3.根据权利要求1所述的一种眼脑数据同步变化的检测方法，其特征在于，所述计算机设备确定所述调节微波动值、调节滞后量与所述特征β数组之间的映射关系，具体包括：
所述计算机设备对所述调节微波动值、调节滞后量与所述特征β数组之间的映射关系进行线性回归建模，得到眼脑数据模型；
通过预设曲线对所述眼脑数据模型进行检验；其中，所述预设曲线至少包括ROC曲线、KS曲线中的任一项或者多项。
4.根据权利要求1所述的一种眼脑数据同步变化的检测方法，其特征在于，所述视标移动装置基于所述开始启动信号执行预设操作，具体包括：
所述视标移动装置控制第一视标在第一预设位置处停留第一预设时间之后，继续控制所述第一视标在第二预设时间之内匀速移动到第二预设位置；
所述视标移动装置控制所述第一视标在所述第二预设位置停留第二预设时间；
其中，所述第一视标包括以3x3矩阵形式排列的E字标；所述第一预设位置与所述第二预设位置在同一水平线上。
5.根据权利要求4所述的一种眼脑数据同步变化的检测方法，其特征在于，所述视标移动装置基于所述开始启动信号执行预设操作，还包括：
所述视标移动装置控制第二视标的第一子视标对应的小灯持续点亮第三预设时间之后，继续控制所述第二视标的第二子视标对应的小灯与第三子视标对应的小灯在第四预设时间之内交替亮灭；
其中，所述交替亮灭过程中各小灯的点亮时间为第一预设子时间，熄灭时间为第二预设子时间；所述第一预设子时间与所述第二预设子时间构成半个亮灭周期；
所述第一子视标与所述第二子视标之间距离第一预设长度，所述第二子视标与所述第三子视标之间距离第二预设长度，且所述第一子视标、所述第二子视标以及所述第三子视标在同一水平线上；所述第一子视标、所述第二子视标以及所述第三子视标完全相同，均包括一个E字标。
6.根据权利要求1所述的一种眼脑数据同步变化的检测方法，其特征在于，在所述计算机设备接收所述眼数据采集设备采集的眼数据，以及接收所述脑数据采集设备打标后的所述脑数据之前，所述方法还包括：
所述计算机设备基于预设占空比生成方波标记信号，并将所述方波标记信号发送给所述脑数据采集设备，同时发送给所述眼数据采集设备；其中，所述预设占空比与所述视标移动装置内视标的运动有关；
所述脑数据采集设备将所述方波标记信号与采集到的打标脑数据进行相乘处理，以及所述眼数据采集设备将所述方波信号与采集到的眼数据进行相乘处理；
所述计算机设备接收所述脑数据采集设备发送的相乘处理后的所述打标脑数据以及原始脑数据，同时接收所述眼数据采集设备发送的相乘处理后的所述眼数据以及原始眼数据；
所述计算机设备基于所述方波标记信号的上升沿和/或下降沿对应的时间点，将所述相乘处理后的打标脑数据与所述相乘处理后的眼数据，统一到第一预设坐标系内；
基于所述第一预设坐标系内的眼数据以及打标脑数据分别携带的时间刻度，将所述原始眼数据与所述原始脑数据统一到第二预设坐标系内；其中，所述第一预设坐标系和/或所述第二预设坐标系内的时间点坐标是基于所述方波标记信号的上升沿及下降沿对应的时间点确定的。
7.一种眼脑数据同步变化的检测系统，其特征在于，所述系统包括：
计算机设备，用于响应于眼数据采集设备发送的开始测试信号，发送开始标记信号给脑数据采集设备，同时发送开始启动信号给视标移动装置；
视标移动装置，用于基于所述开始启动信号执行预设操作；其中，所述预设操作与所述视标移动装置内视标的运动有关；
脑数据采集设备，用于在所述视标移动装置执行所述预设操作过程中，响应于所述开始标记信号，对采集到的所述预设操作中的若干测试单元对应的脑数据进行打标；
所述计算机设备，还用于接收所述眼数据采集设备采集的眼数据，以及接收所述脑数据采集设备打标后的所述脑数据，并对所述眼数据进行处理，以得到眼指标参数；其中，所述眼指标参数包括眼调节反应过程中的调节微波动值以及调节滞后量；以及，对打标后的所述脑数据进行处理，以得到脑指标参数；其中，所述脑指标参数包括特征β数组，所述特征β数组用于指示眼调节反应过程中脑的含氧血红蛋白情况；
其中，确定所述调节微波动值的方法包括：
所述计算机设备在所述眼数据中提取一个所述测试单元对应的眼数据，并计算所述测试单元对应的眼数据的均值；
根据所述均值计算所述测试单元对应的眼数据的标准差，并计算所述测试单元对应的眼数据与所述均值之间的差值；
将所述差值绝对值小于或等于预设倍数标准差的所述测试单元对应的眼数据确定为有效眼数据；
重新计算所述有效眼数据对应的均值以及标准差，并将所述有效眼数据对应的标准差确定为所述调节微波动值；
确定所述调节滞后量的方法包括：
所述计算机设备确定所述测试单元内的第一视标或者第二视标对应的位置信息；
根据所述位置信息与所述有效眼数据对应的均值，确定所述第一视标或者所述第二视标对应的单点调节滞后量；
计算所述单点调节滞后量的均值，并将所述均值确定为所述调节滞后量；
所述计算机设备还用于确定所述调节微波动值、调节滞后量与所述特征β数组之间的映射关系。
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|---|---|---|---|
| CN202111291700.7A CN113712501B (zh) | 2021-11-03 | 2021-11-03 | 一种眼脑数据同步变化的检测方法及系统 |
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