CN113712558A - 地垫式注意缺陷多动障碍认知干预训练系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了地垫式注意缺陷多动障碍认知干预训练系统及方法，包括程式设置模块，用于设置训练的模式和参数；地垫传感模块，检测受训人员踩踏压力的模拟信号变化，与程式设置模块连接；记录传输模块，将受训者的踩踏压力的模拟信号转换为数字信号并记录受训者踩踏的时间，与地垫传感模块连接；数据分析呈现模块，根据记录传输模块传递的信号进行受训者的训练指标评估，与记录传输模块和程式设置模块连接；本发明通过设置在设备内的薄膜压力传感部件，可以在使用者通过踩踏运动，完成训练；通过采集使用者的对目标进行踩踏反应的反应时间信号进行处理，获取目标反应时间周期性波动特征，评估用户干预训练的效果，评估结果更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及注意缺陷多动障碍训练技术领域，尤其涉及一种地垫式注意缺陷多动障碍认知干预训练系统及方法。
背景技术
注意缺陷多动障碍(attention deficit hyperactivity disorder,ADHD)是常见的儿童神经发育疾病，其症状主要表现为与年龄和发育水平不相称的注意力不集中，活动过度和冲动。当前，对于ADHD的认知训练，主要采用电脑按键操作模式，通过视觉方式指导训练操作，并以错误率为评价指标。临床应用中，这类模式往往训练效果不佳，主要原因在于：(1)训练要求儿童安静地坐在电脑，然而患儿本身有多动的症状使得他们很难配合完成这类模式的干预训练。(2)训练模式单调，主要是视觉指导，儿童要盯着屏幕，很快造成视觉疲劳。(3)评价指标单一。研究表明ADHD患儿在评估和认知训练过程中，对目标反应的时间存在较大波动，而且这种波动有一定的周期性。这种周期性的波动与患儿的病理症状密切相关。然而现有的ADHD认知训练还未将对目标反应时间周期性波动纳入作为训练评价的指标。
例如，中国专利CN201611075929.6公开了一种基于运动能量释放估算的注意缺陷多动障碍(ADHD)检测方法及其检测系统。通过摄像方法采集被测试者身体的在测试时间段内的瞬时体素信息集，获得被测试者的运动能量释放估计值A，将测试者运动能量释放估计值A与被测者身高体重指数的乘积作为测试值，评价测试者的测试值是否超过所在年龄常模阈值，若小于年龄常模阈值，则判断被测试者未患有注意缺陷多动障碍症，否则则判定被测者患有注意缺陷多动障碍症；该测试方法中没有将目标反应时间周期性波动纳入作为训练评价的指标，其结果存在较大误差。
发明内容
本发明主要解决现有的技术中ADHD认知训练未将对目标反应时间周期性波动纳入作为训练评价的指标导致评价误差大的问题；提供一种地垫式注意缺陷多动障碍认知干预训练系统及方法，设备结构简单，使用方便，用户干预训练的评估结果更加准确。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种地垫式注意缺陷多动障碍认知干预训练系统，包括程式设置模块，用于设置训练的模式和参数；地垫传感模块，检测受训人员踩踏压力的模拟信号变化，与程式设置模块连接；记录传输模块，将受训者的踩踏压力的模拟信号转换为数字信号并记录受训者踩踏的时间，与地垫传感模块连接；数据分析呈现模块，根据记录传输模块传递的信号进行受训者的训练指标评估，对训练指标和训练结果进行直观显示，与记录传输模块和程式设置模块连接。通过地垫传感模块进行踩踏式测试，使得受训者可以方便快速的进行训练，使得评估结果更加准确。
作为优选，所述的程式设置模块包括设置单元和媒体终端，所述媒体终端与设置单元连接。用户可以通过图形界面设置设定训练的模式，训练总时间，目标出现的间隔，目标出现的空间顺序，目标出现的数量，训练的模式包括听觉和视觉两种类型，两种模式均要求受训者对特定目标进行踩踏反应，对非目标抑制反应，听觉模式下，受试者将根据声音指令在地垫上踩踏或者停止踩踏。视觉模式下受训者根据地垫光源提示进行踩踏或者停止踩踏，训练总时间，目标出现的空间顺序，目标出现的间隔，目标出现的数量可以根据施训者的需求自主设定，通过媒体终端播放训练提示和音乐。
作为优选，所述的地垫传感模块包括传感单元、光源单元、矩阵开关单元和电源单元，所述传感单元包括四个传感区，每个传感区由多个薄膜压力传感器排列组成，每个传感区的边缘设置有光源器，所述薄膜压力传感器以及光源器均与程式设置模块连接，所述薄膜压力传感器、光源器以及光源单元通过矩阵开关单元与记录传输模块连接，所述电源单元通过矩阵开关单元为传感单元和光源单元供电。每个传感区面积500x500mm，薄膜压力传感器压力范围：1-100Kg，最小反应力：100g，重复精度：±10％，响应时间：＜20mS，使用寿命：＞50万次，保证受训者每次踩踏都能被接收到，减少训练误差，光源单元为柔性LED发光材料，对受训者的踩踏运动进行视觉提示，矩阵开关单元由多路模拟开关组成的开关阵列。
作为优选，所述的记录传输模块包括中央处理器和数据传输单元，所述中央处理器用于控制矩阵开关单元通断以及读取薄膜压力传感器的压力值和受训者踩踏的时间，所述数据传输单元用于将中央处理器读取的压力值和受训者踩踏的时间传递给数据分析呈现模块。通过中央处理器对所有薄膜压力传感器扫描采样，采样频率不小于0.2Hz，受训者踩踏目标传感区的时间作为目标反应时间，实现薄膜压力传感器的压力值和受训者踩踏的时间的获取。
作为优选，所述的数据分析呈现模块包括存储单元、数据分析单元和显示终端，所述存储单元用于存储数据传输单元传递的压力值信息和踩踏时长信息，所述存储单元与数据分析单元连接，所述数据分析单元与显示终端连接。存储单元可以存储至少5000个小时数据，保证了数据能稳定的进行存储，数据分析单元可设置分析窗长，以秒为单位，提供窗长内，分析指标的数值，显示终端可选择任意指标进行实时监测显示或回放显示；可结合单一受训者，多次训练指标进行分析，可评估该受训者训练效果，显示更加全面。
一种地垫式注意缺陷多动障碍认知干预训练方法，包括以下步骤：
S1：将薄膜压力传感器放置在用于踩踏的地垫内，形成传感区，对传感区进行编号；
S2：设置训练的模式、训练的总时长、目标出现间隔、目标出现的空间顺序以及目标数量，数据分析单元接收薄膜压力传感器采集的压力值和中央处理器采集的反应时间进行分析，并将分析结果传递给显示终端；
S3：根据显示终端显示的图形进行干预训练效果的评估
作为优选，步骤S2中，数据分析单元进行数据分析的方法为：
S21：获取传感器采集的压力值和中央处理器采集的反应时间，将压力值形成反应的空间顺序信号，将目标反应时间形成一个时域信号；
S22：将反应的顺序信号与程式设置中目标出现顺序对照，计算反应错误率，
反应错误率＝错误反应次数/总反应次数×100％；
S23：将目标反应时间形成一个时域信号，对时域信号进行傅里叶变换，获取频域的压力振幅分布；
S24：根据用户所关注的周期，在傅里叶变化结果的基础上，进一步计算目标反应时间周期性波动：
S25：将踩踏运动错误率和特定周期目标踩踏反应时间波动传递给显示终端通过图形化方式显示。
本发明的有益效果是：本发明设备结构简单，使用方便，通过设置在设备内的薄膜压力传感部件，可以在使用者通过踩踏运动，完成训练；通过采集使用者的对目标进行踩踏反应的反应时间信号进行处理，获取目标反应时间周期性波动特征，评估用户干预训练的效果，评估结果更加准确，提升儿童对于认知干预训练的配合度和参与度。
附图说明
图1是本发明实施例的训练系统的结构框图。
图2是本发明实施例的程式设置模块示意图。
图3是本发明实施例的显示终端示意图。
图4是本发明实施例的目标反应周期性波动分析示意图。
图5是本发明实施例的数据分析方法的流程示意图。
图中1、程式设置模块，2、地垫传感模块，3、记录传输模块，4、数据分析呈现模块，5、设置单元，6、媒体终端，7、传感单元，8、光源单元，9、数据分析单元，10、矩阵开关单元，11、电源单元，12、中央处理器，13、数据传输单元，14、存储单元，15、显示终端。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例一：一种地垫式注意缺陷多动障碍认知干预训练系统，如图1所示，包括程式设置模块1、地垫式传感模块2、数据记录传输模块3和数据分析呈现模块4；程式设置模块1中设置单元5用于设置训练的模式，媒体终端6用于输出训练的指令；设置单元5与地垫传感模块2中的传感单元7，光源单元8以及数据分析呈现模块4中的数据分析单元9连接，其中传感单元7安装在地垫内，用于检测压力值，传感单元7与矩阵开关单元10连接；矩阵开关单元10由多路模拟开关组成，模拟开关的第一端与传感单元7连接，模拟开关的第二端以及控制端均与光源单元8连接；光源单元8安装在地垫周边并根据该模块设置以灯光方式进行视觉提示，指导受训者进行踩踏运动；矩阵开关单元10由电源单元11供电；传感单元7与记录传输模块3中的中央处理器12连接，中央处理器12由一个或多个微处理器组成，用于读取对应的压力值及压力传感器的反应时间，中央处理器12与数据传输单元13连接，数据传输单元将收集的压力值进行传输至数据分析呈现模块4的存储单元14，数据分析模块根据传感单元7采集的反应的空间顺序信号和目标反应时间数据进行数据分析，并存储于存储单元14，并与数据分析单元9连接，数据分析单元9与显示终端15连接；显示终端15设置有图形化显示界面，可选择任意监测数据进行实时显示或回放显示。
如图2所示程式设置模块1可设置训练类别、训练总时长、目标出现间隔和目标出现数量。
如图3所示，显示终端4可根据用户选择，呈现错误率、目标反应时以及目标反应时特定周期波动。
如图4所示，为目标反应周期性波动分析示意图例，对目标反应时间的时域信号进行傅里叶变换，以获取频域的压力振幅分布，之后在此基础上，根据傅里叶变化结果，进一步计算用户目标反应时间周期性波动。
如图5所示，为本发明数据分析方法的流程示意图。
一种地垫式注意缺陷多动障碍干预训练方法，包括以下步骤：
步骤S1：传感器安装在500×500mm的4片地垫内，地垫按前，后，左，右排列。地垫周边有柔性灯带，可根据程式设置模块的设置进行灯光指示。
步骤S2：数据分析单元5接收获取传感器采集的压力值和中央处理器采集的反应时间进行分析；分析结果通过显示终端15进行图形化直观显示；数据分析的方法包括以下步骤：
步骤S21：获取传感器采集的压力值，前，后，左，右四个传感区和字母a，b，c，d映射。测试过程中，如果检测到任一传感区压力大于200g，则记录该传感区映射的字母，根据这样的方法将压力值形成反应的顺序信号。
步骤S22：将压力值形成的反应顺序信号与程式设置比较，确定目标反应错误率。
目标反应错误率＝错误反应次数/总反应次数×100％；
例如，反应顺序信号为a,b,a,b,c,d,c,a,d,b.程式设置为a,c,b,b,a,d,d,a,d,空值.反应总数为10次，与程式设置比较，不一致的反应次数为4次，反应错误率为40％。
步骤S23：将目标反应时间形成一个时域信号，对该信号进行傅里叶变换，以获取频域的压力振幅分布。
其中，w代表频率，t代表时间，e^-iwt为复变函数。
步骤S24：根据用户所关注的周期，在傅里叶变化结果的基础上，进一步计算目标反应时间周期性波动：
其中，ω表示频率，T表示时间，FT为傅里叶变化函数，n表示当前频带频点数量。
步骤S25：将踩踏运动错误率，和特定周期目标踩踏反应时间波动通过图形化方式显示。
步骤S3：根据显示终端15显示的图形进行干预训练效果评估。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (7)
1.地垫式注意缺陷多动障碍认知干预训练系统，其特征在于，包括：
程式设置模块，用于设置训练的模式和参数；
地垫传感模块，检测受训人员踩踏压力的模拟信号变化，与程式设置模块连接；
记录传输模块，将受训者的踩踏压力的模拟信号转换为数字信号并记录受训者踩踏的时间，与地垫传感模块连接；
数据分析呈现模块，根据记录传输模块传递的信号进行受训者的训练指标评估，对训练指标和训练结果进行直观显示，与记录传输模块和程式设置模块连接。
2.根据权利要求1所述的地垫式注意缺陷多动障碍认知干预训练系统，其特征在于，
所述程式设置模块包括设置单元和媒体终端，所述媒体终端与设置单元连接。
3.根据权利要求1或2所述的地垫式注意缺陷多动障碍认知干预训练系统，其特征在于，所述地垫传感模块包括传感单元、光源单元、矩阵开关单元和电源单元，所述传感单元包括四个传感区，每个传感区由多个薄膜压力传感器排列组成，每个传感区的边缘设置有光源器，所述薄膜压力传感器以及光源器均与程式设置模块连接，所述薄膜压力传感器、光源器以及光源单元通过矩阵开关单元与记录传输模块连接，所述电源单元通过矩阵开关单元为传感单元和光源单元供电。
4.根据权利要求3所述的地垫式注意缺陷多动障碍认知干预训练系统，其特征在于，
所述记录传输模块包括中央处理器和数据传输单元，所述中央处理器用于控制矩阵开关单元通断以及读取薄膜压力传感器的压力值和受训者踩踏的时间，所述数据传输单元用于将中央处理器读取的压力值和受训者踩踏的时间传递给数据分析呈现模块。
5.根据权利要求4所述的地垫式注意缺陷多动障碍认知干预训练系统，其特征在于，
所述数据分析呈现模块包括存储单元、数据分析单元和显示终端，所述存储单元用于存储数据传输单元传递的压力值信息和踩踏时长信息，所述存储单元与数据分析单元连接，所述数据分析单元与显示终端连接。
6.地垫式注意缺陷多动障碍认知干预训练方法，适用于如权利要求1至5任一项所述的地垫式注意缺陷多动障碍认知干预训练系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将薄膜压力传感器放置在用于踩踏的地垫内，形成传感区，对传感区进行编号；
S2：设置训练的模式、训练的总时长、目标出现间隔、目标出现的空间顺序以及目标数量，数据分析单元接收薄膜压力传感器采集的压力值和中央处理器采集的反应时间进行分析，并将分析结果传递给显示终端；
S3：根据显示终端显示的图形进行干预训练效果的评估。
7.根据权利要求6所述的地垫式注意缺陷多动障碍认知干预训练方法，其特征在于，步骤S2中，数据分析单元进行数据分析的方法为：
S21：获取传感器采集的压力值和中央处理器采集的反应时间，将压力值形成反应的空间顺序信号，将目标反应时间形成一个时域信号；
S22：将反应的顺序信号与程式设置中目标出现顺序对照，计算反应错误率，
反应错误率＝错误反应次数/总反应次数×100％；
S23：将目标反应时间形成一个时域信号，对时域信号进行傅里叶变换，获取频域的压力振幅分布；
S24：根据用户所关注的周期，在傅里叶变化结果的基础上，进一步计算目标反应时间周期性波动：
其中，ω表示频率，T表示时间，FT为傅里叶变化函数，n表示当前频带频点数量；
S25：将踩踏运动错误率和特定周期目标踩踏反应时间波动传递给显示终端通过图形化方式显示。
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