CN211213187U - 基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于测训装置技术领域，尤其是涉及一种基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置及系统。包括：至少一个手部力行程采集模块和至少一个脚部力行程采集模块，所述的手部力行程采集模块和脚部力行程采集模块分别与力行程AD转换模块相连，所述的力行程AD转换模块与力行程数据处理模块相连，所述的手部力行程采集模块、力行程AD转换模块和力行程数据处理模块分别连接于供电模块，所述的力行程数据处理模块通过无线和/或有线通讯方式与内置有注意力测/训软件的主控模块相连。与现有的技术相比，本基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置及系统的优点在于：1、设计合理，便于训练注意力。

Description

基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置及系统

技术领域

本发明属于测训装置技术领域，尤其是涉及一种基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置及系统。

背景技术

人类认知能力包括定向、知觉、语言、计算、记忆和注意力等能力。注意力是所有认知能力的基础，是人类学习、工作和生活中最关键的因素。现代社会高速发展，各项学习和工作任务对注意力要求逐渐提高。对于儿童来说，只有注意力集中的儿童，才有可能在同样时间内掌握更多知识，或者更高效的掌握知识。孩子注意力不集中，则会出现一系列后果，例如：容易走神，对学习任务缺乏专注，听课效率低、成绩下滑、粗心马虎、作业拖拉，长此以往还会越来越缺乏自信、容易依赖他人，甚至还会容易出现烦躁等极端脾气。对于成人，某些工作的性质如，飞行员，驾驶员，运动员等需要具备高度的注意力控制能力，以保证工作顺利的实施和开展及时间的精准性。因此，对注意力能力的测试和训练，有助于家长教师了解儿童的注意力水平，对注意力水平较低儿童开展干预和训练，或开展适应的教育教学方法，从而更好的关心儿童，关爱他们的成长。对注意力能力的测试，有助于人力资源部门评估雇员在需要注意力能力工作的胜任度，有助于成人自我评估注意力水平，在此基础上开展行之有效的针对性训练，能够提升注意力，进而提升认知能力，更加符合现代社会对人才专注力的要求。

例如，中国专利文献公开了一种沉浸式视觉和离散力控制任务结合的注意力训练系统[申请号：CN106128201B]，该系统通过频繁的注意力与指力聚焦活动的训练，并通过自适应算法自动调节训练任务的难度适应用户不断提高的控制能力或者不同人的个体差异，同时，使用户对训练任务的积极性以及注意力的投入都始终维持在一个最高水平，从而达到提高目标人群的注意力与指力控制的目的。但是，仍然存在着不便于训练注意力等技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，便于训练注意力的基于视听觉的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置及系统。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置，其特征在于，包括：至少一个手部力行程采集模块和至少一个脚部力行程采集模块，所述的手部力行程采集模块和脚部力行程采集模块分别与力行程AD转换模块相连，所述的力行程AD转换模块与力行程数据处理模块相连，所述的手部力行程采集模块、力行程AD转换模块和力行程数据处理模块分别连接于供电模块，所述的力行程数据处理模块通过无线和/或有线通讯方式与内置有注意力测/训软件的主控模块相连。

在上述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置中，所述的手部力行程采集模块包括手持体，所述的手持体上连接有至少一个按键，每个按键与设置在手持体内的手部力行程变电压输出机构相连且当按键动作时所述的手部力行程变电压输出机构的输出电压随着按键行程变化。

在上述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置中，所述的脚部力行程采集模块包括底座，在底座上铰接有踏板，所述的踏板倾斜设置，在底座上设有位于踏板上端下方的脚部力行程变电压输出机构，所述的踏板上端作用于脚部力行程变电压输出机构且当踏板动作时所述的脚部力行程变电压输出机构的输出电压随着踏板行程变化。

在上述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置中，所述的力行程AD转换模块包括基于Mega2560、mini或Nano架构的 Arduino中的模数转换器或stm32核心电路板中的模数转换器，所述的力行程AD转换模块用于将将手部力行程变电压输出机构和/或脚部力行程变电压输出机构的电压变化的模拟信号转换为数字信号，模数转换精度为10-16位，采样率为500Hz；所述的力行程数据处理模块将电压变化引起的电流数字信号进行卡尔曼滤波，去除采集过程中的干扰和噪音信号，通过USB数据线或无线蓝牙协议将力行程数据发送至主控模块；所述的供电模块为 3.3-5V直流电源，所述的供电模块为外接直流电源或连接于主控模块的USB接口。

在上述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置中，所述的主控模块包括台式计算机、笔记本计算机、一体机、单片机中的任意一种，所述的主控模块上连接有扬声器或耳机，所述的主控模块自带或者外接有显示屏、数字电视屏幕、一体机屏幕、平板屏幕中的任意一种。

在上述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置中，所述的手部力行程采集模块的数量为两个且并联设置，其中一个供左手使用，另一个供右手使用。

在上述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置中，所述的脚部力行程采集模块的数量为两个且并联设置，其中一个供左脚使用，另一个供右脚使用。

本在上述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训系统中，其特征在于：注意力测/训软件包括虚拟现实视听觉认知任务呈现模块、常模数据库模块、注意力测试数据分析模块、报告生成模块、注意力训练方案生成模块、注意力训练进程控制模块和主控模块，所述的主控模块与虚拟现实视听觉认知任务呈现模块相连；所述的主控模块与注意力测试数据分析模块、常模数据库模块和报告生成模块和力行程数据处理模块输出端相连；所述主控模块与注意力训练方案生成模块、注意力训练进程控制模块相连；所述主控模块与力行程数据处理模块输出端相连；所述的常模数据库模块、注意力测试数据分析模块、报告生成模块和力行程数据处理模块输出端相连；其中，

所述的主控模块被配置为完成包括视听觉认知任务流程控制、视听觉认知任务呈现的控制、访问常模数据库模块控制、注意力测试数据分析模块控制和报告生成模块控制；

所述的虚拟现实视听觉认知任务呈现模块被配置为完成沉浸式视觉和听觉信息呈现；

所述的注意力测试数据分析模块被配置为实现在视听觉认知任务环境下自动分析使用者脚部操作手部力行程采集模块(1)产生的力行程数据，求解得到一系列的反应注意力的参数并与常模数据库模块同年龄同性别数据对比，求解相对于常模数据使用者的注意力水平参数；

所述的报告生成模块被配置为实现自动将使用者注意力水平参数按照一定图文结构，以图表和文字形式、word或PDF文档展示，自动对主要参数意义和得分情况做进一步的分析和解释；

所述的常模数据库模块被配置为存储有注意力正常人群使用基于视听觉路的手部力行程的注意力测训装置收集和统计的注意力参数；

所述的注意力训练方案生成模块被配置为根据注意力测试数据分析模块结果将按照注意力水平结果分级，根据分级将注意力训练方案分为不同方案；

所述的注意力训练进程控制模块被配置为实现使用者训练方案的保存、方案开展的情况记录、已完成训练的历史成绩记录和查询功能。

在上述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训系统中，所述的常模数据库模块中的常模数据按照年龄和性别区分，从6岁到18岁每一年为一个统计数据段；从19岁到24岁每两年为一个统计数据段；从25岁到50岁每五年为一个统计数据段；从51 岁到60岁为一个统计数据段；从61岁以上为一个统计数据段；共包含一个与注意力和控制有关系的综合商(参)数和四个关于视听觉通道的注意力和控制的总商(参)数：听觉反应控制商数、视觉反应控制商数、听觉注意力商数、视觉注意力商数四个参数；还包括多个关于视听觉通道注意力和控制的具体商(参)数：听觉保持能力商数、视觉保持能力商数、听觉速度商数、视觉速度商数、视听觉平衡商数、听觉响应能力商数、视觉响应能力商数、听觉一致性商数、视觉一致性商数、听觉注意力集中商数、视觉注意力集中商数、听觉辨析能力商数、视觉辨析能力商数，以及上述商数的标准差值参数。

在上述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训系统中，所述的注意力和控制有关系的综合商(参)数根据听觉反应控制商数、视觉反应控制商数、听觉注意力商数、视觉注意力商数加权计算获得；所述的具体商(参)数通过标准化计算获得；所述的听觉反应控制商数、视觉反应控制商数、听觉注意力商数、视觉注意力商数、听觉保持能力商数、视觉保持能力商数、听觉速度商数、视觉速度商数、视听觉平衡商数、听觉响应能力商数、视觉响应能力商数、听觉一致性商数、视觉一致性商数、听觉注意力集中商数、视觉注意力集中商数、听觉辨析能力商数、视觉辨析能力商数分别通过分析手部力行程采集模块(1)所采集到的数据获得。

与现有的技术相比，本基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置及系统的优点在于：1、设计合理，便于训练注意力。2、力与手部行程相结合的方式符合触觉的感知，能够最大化的激活触觉感知功能。3、操作是在视听觉信息处理环境下，能够提高注意力在脑认知活动的比例，从而避免脑功能中同时存在的其他认知活动对注意力的干扰和影响，使得本发明中注意力能力能够更高效的训练。

附图说明

图1为本发明的一种基于沉浸式虚拟现实视听觉感觉通路的手和脚部力行程的注意力测试系统的组成机构示意图。

图2为本发明的沉浸式虚拟现实头戴设备结构示意图。

图3为本发明的手部力行程采集模块结构示意图。

图4为本发明的手部力行程采集模块设计原理示意图。

图5为本发明的脚部力行程采集模块结构示意图。

图6为本发明的脚部力行程采集模块设计原理示意图。

图7为本发明的注意力测试阶段视觉反应操作示意图。

图8为本发明的注意力测试阶段听觉反应操作示意图。

图9为本发明的视听觉注意力测试流程图。

图10为本发明的注意力训练阶段视觉反应操作示意图。

图11为本发明的注意力训练阶段听觉反应操作示意图。

图12为本发明的视听觉注意力(80次)训练流程图。

图中，手部力行程采集模块1、脚部力行程采集模块2、力行程AD转换模块3、力行程数据处理模块4、供电模块5、主控模块6、手持体1a、按键1b、手部力行程变电压输出机构7、第二电阻件72、第一电阻件71、第一弹簧73、第一连杆74、第二变阻导电簧片75、底座2a、踏板2b、第三电阻件82、第二弹簧84、第二连杆85、第二变阻导电簧片86、连接环87、虚拟现实视听觉认知任务呈现模块9、常模数据库模块10、注意力测试数据分析模块11、报告生成模块12、注意力训练方案生成模块13、注意力训练进程控制模块14。

具体实施方式

如图1-12所示，本基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置，包括：至少一个手部力行程采集模块1和至少一个脚部力行程采集模块2，手部力行程采集模块1和脚部力行程采集模块2 分别与力行程AD转换模块3相连，力行程AD转换模块3与力行程数据处理模块4相连，手部力行程采集模块1、力行程AD转换模块3和力行程数据处理模块4分别连接于供电模块5，力行程数据处理模块4通过无线和/或有线通讯方式与内置有注意力测/ 训软件的主控模块6相连。

更具体的说，手部力行程采集模块1包括手持体1a，手持体 1a上连接有至少一个按键1b，每个按键1b与设置在手持体1a 内的手部力行程变电压输出机构7相连且当按键1b动作时手部力行程变电压输出机构7的输出电压随着按键1b行程变化。

手部力行程变电压输出机构7包括互相平行的第一电阻件71 和第二电阻件72，在第一电阻件71和第二电阻件72之间有第一弹簧73和压于第一弹簧73之间的连杆74，第一连杆74内端设有变阻导电簧片75，第二变阻导电簧片75的两侧分别与第一电阻件71和第二电阻件72电接触，第一电阻件71和第二电阻件 72分别连接于供电模块4的正极和负极，第二电阻件72和供电模块4负极之间连接有第一定值电阻，第二电阻件72与供电模块 5之间连接有定值电阻，第一连杆74外端伸出手持体1外部固定有所述按键1b相连。

作为优选地，手持体1a上连接有五个按键1b，五个按键1b 与同一手上的手指分布相适应。

作为优选地，手持体1a上还设有便于固定在手上的佩戴结构，所述的佩戴结构包括Y形带或无指手套中的任意一种。

脚部力行程采集模块2包括底座2a，在底座2a上铰接有踏板2b，踏板2b倾斜设置，在底座2a上设有位于踏板2b上端下方的脚部力行程变电压输出机构8，踏板2b上端作用于脚部力行程变电压输出机构8且当踏板2b动作时脚部力行程变电压输出机构8的输出电压随着踏板2b行程变化。

脚部力行程变电压输出机构8包括竖直固定在底座2a上的第三电阻件82和第四电阻件83，第三电阻件82和第四电阻件83 相互平行设置且在两者之间设有第二弹簧84和压于第二弹簧84 之间的第二连杆85，第二连杆85下端设有第二变阻导电簧片86，第二变阻导电簧片86的两端分别与第三电阻件82和第四电阻件 83电接触，第三电阻件82和第四电阻件83分别连接于供电模块 4的正极和负极，第四电阻件83和供电模块4负极之间连接有第二定值电阻，每个第四电阻件83和供电模块4之间连接有定值电阻14，第二连杆85上端与踏板2b上端相连；第二连杆85上端设有球状连接端，踏板2b上端背面设有连接环87。

力行程AD转换模块3包括基于Mega2560、mini或Nano架构的Arduino中的模数转换器或stm32核心电路板中的模数转换器，力行程AD转换模块3用于将手部力行程变电压输出机构7和/或脚部力行程变电压输出机构8的电压变化的模拟信号转换为数字信号，模数转换精度为10-16位，采样率为500Hz；力行程数据处理模块4将电压变化引起的电流数字信号进行卡尔曼滤波，去除采集过程中的干扰和噪音信号，通过USB数据线或无线蓝牙协议将力行程数据发送至主控模块6；供电模块5为3.3-5V直流电源，供电模块5为外接直流电源或连接于主控模块6的USB接口。

主控模块6包括台式计算机、笔记本计算机、一体机、单片机中的任意一种，主控模块6上连接有扬声器或耳机，主控模块 6自带或者外接有显示屏、数字电视屏幕、一体机屏幕、平板屏幕中的任意一种。

作为优选地，手部力行程采集模块1的数量为两个且并联设置，其中一个供左手使用，另一个供右手使用。

作为优选地，脚部力行程采集模块2的数量为两个且并联设置，其中一个供左脚使用，另一个供右脚使用；

注意力测/训软件包括虚拟现实视听觉认知任务呈现模块9、常模数据库模块10、注意力测试数据分析模块11、报告生成模块 12、注意力训练方案生成模块13、注意力训练进程控制模块14 和主控模块6，主控模块6与虚拟现实视听觉认知任务呈现模块9 相连；主控模块6与注意力测试数据分析模块11、常模数据库模块10和报告生成模块12和力行程数据处理模块4输出端相连；所述主控模块6与注意力训练方案生成模块13、注意力训练进程控制模块14相连；所述主控模块6与力行程数据处理模块4输出端相连；常模数据库模块10、注意力测试数据分析模块11、报告生成模块12和力行程数据处理模块4输出端相连；其中，

主控模块6被配置为完成包括视听觉认知任务流程控制、视听觉认知任务呈现的控制、访问常模数据库模块10控制、注意力测试数据分析模块11控制和报告生成模块12控制；

虚拟现实视听觉认知任务呈现模块9被配置为完成沉浸式视觉和听觉信息呈现；视觉信息呈现具体设备为虚拟现实头戴设备，如桌面级别的HTC vive系列头戴，Oculus系统头戴；如移动级别的小鸟看看等设备。听觉信息呈现主要由高保真耳机实现。

注意力测试数据分析模块11被配置为实现在视听觉认知任务环境下自动分析使用者脚部操作手部力行程采集模块1产生的力行程数据，求解得到一系列的反应注意力的参数并与常模数据库模块10同年龄同性别数据对比，求解相对于常模数据使用者的注意力水平参数；

报告生成模块12被配置为实现自动将使用者注意力水平参数按照一定图文结构，以图表和文字形式、word或PDF文档展示，自动对主要参数意义和得分情况做进一步的分析和解释；

常模数据库模块10被配置为存储有注意力正常人群使用基于视听觉路的手部力行程的注意力测训装置收集和统计的注意力参数；

注意力训练方案生成模块13被配置为根据注意力测试数据分析模块结果将按照注意力水平结果分级，根据分级将注意力训练方案分为不同方案；

注意力训练进程控制模块14被配置为实现使用者训练方案的保存、方案开展的情况记录、已完成训练的历史成绩记录和查询功能。

常模数据库模块10中的常模数据按照年龄和性别区分，从6 岁到18岁每一年为一个统计数据段；从19岁到24岁每两年为一个统计数据段；从25岁到50岁每五年为一个统计数据段；从51 岁到60岁为一个统计数据段；从61岁以上为一个统计数据段；共包含一个与注意力和控制有关系的综合商参数和四个关于视听觉通道的注意力和控制的总商参数：听觉反应控制商数、视觉反应控制商数、听觉注意力商数、视觉注意力商数四个参数；还包括多个关于视听觉通道注意力和控制的具体商参数：听觉保持能力商数、视觉保持能力商数、听觉速度商数、视觉速度商数、视听觉平衡商数、听觉响应能力商数、视觉响应能力商数、听觉一致性商数、视觉一致性商数、听觉注意力集中商数、视觉注意力集中商数、听觉辨析能力商数、视觉辨析能力商数，以及上述商数的标准差值参数。

注意力和控制有关系的综合商参数根据听觉反应控制商数、视觉反应控制商数、听觉注意力商数、视觉注意力商数加权计算获得；具体商参数通过标准化计算获得；听觉反应控制商数、视觉反应控制商数、听觉注意力商数、视觉注意力商数、听觉保持能力商数、视觉保持能力商数、听觉速度商数、视觉速度商数、视听觉平衡商数、听觉响应能力商数、视觉响应能力商数、听觉一致性商数、视觉一致性商数、听觉注意力集中商数、视觉注意力集中商数、听觉辨析能力商数、视觉辨析能力商数分别通过分析手部力行程采集模块1所采集到的数据获得。

每个手持设备包括五个按键，并对应手持时手指位置。每个按键在施以0-10牛顿时，位移距离为0-20毫秒。按键内部为小型滑动变阻器，取决于测试场景和精度，变阻器阻值可为以下中的一种，1K欧姆-50K欧姆。(图3)

其手部力行程模块结构分为：按键，连杆，电阻接触片，变阻滑片，弹簧，直流供电，定值电阻等具体部件整合而成。工作原理为手部握住手持式设备，一个手指按动按键，产生一定的位移距离，改变了变阻滑片位置，从而改变了滑动变阻器的输出阻值。每个变阻器电路处于一个分压电路，由于阻值的改变，进而产生定值电阻上电压变化，该电压变化为力行程电压(模拟参数) 输出。(图4)

所述脚部力行程采集模块：主要为ABS塑料结构，为踏板式。踏板在施以10-40牛顿时，位移距离为0-50毫秒。踏板内部为小型滑动变阻器，取决于测试场景和精度，变阻器阻值可为以下中的一种，1K欧姆-100K欧姆。(图5)

其脚部力行程模块核心部分结构分为：踏板，踏板连接环，踏板连接轴，底座，踏板底座连接部件，连杆，电阻接触片，变阻滑片，弹簧，直流供电，定值电阻等具体部件整合而成。工作原理为脚部自然放在脚踏式设备上，踏动踏板，产生一定的位移距离，改变了变阻滑片位置，从而改变了滑动变阻器的输出阻值。每个变阻器电路处于一个分压电路，由于阻值的改变，进而产生定值电阻上电压变化，该电压变化为力行程电压(模拟参数)输出。(图6)

所述注意力测试阶段视觉反应操作：首先使用者用自己的利手(左或右手)，手持力行程模块，可用单手的五指中的一指按动按键作为操作。沉浸式虚拟现实设备营造的视觉环境为白天时间的一间教室内，教室安静，有一定数量的课桌椅，但没有其他人物，使用者视角为坐姿，面向教室前方的黑板，黑板中央出现一个数字，比如‘1’或‘2’，在显示200毫秒后，数字消失。但是黑板中央持续显示上下排列的两个正方框。在看到‘1’时要迅速按动按键使得黑板下方的小圆球从下到上竖直运动到最上的框内。在看到‘2’时要迅速按动按键使得黑板下方的小圆球从下到上竖直运动到最下的框内。手按动按键引起的行程增加对应小圆球从下到上竖直运动的高度。最低高度(黑板最下方)为没有按键行程，最高高度(黑板最上方)为按键实现最大行程。当小圆球进入正方框并保证至少100毫秒在框内。黑板清空，使用者放开按键，进入下一次操作。如果使用者2秒内没有使小球进入方框，黑板清空，并进入下一次操作。(图7)

所述注意力测试阶段听觉反应操作：首先使用者用自己的利脚(左或右脚)，脚自然放在力行程模块上，用脚踏动踏板作为操作。沉浸式虚拟现实设备营造的视觉环境为白天时间的一间教室内，教室安静，有一定数量的课桌椅，但没有其他人物，使用者视角为坐姿，面向教室前方的黑板，在耳机中响起，比如‘1’或‘2’，持续500毫秒后，在黑板中央持续显示上下排列的两个正方框。在听到‘1’时要迅速踏动踏板使得黑板下方的小圆球从下到上竖直运动到最上的框内。在听到‘2’时要迅速踏动踏板使得黑板下方的小圆球从下到上竖直运动到最下的框内。脚踏动踏板引起的行程增加对应小圆球从下到上竖直运动的高度。最低高度(黑板最下方)为没有踏板行程，最高高度(黑板最上方)为踏板实现最大行程。当小圆球进入正方框并保证至少100毫秒在框内。黑板清空，使用者放开踏板，进入下一次操作。如果使用者 2秒内没有使小球进入方框，黑板清空，并进入下一次操作。图 (8)

所述视听觉注意力测试：

注意力测试共包括两部分。第一部分为练习阶段，主要是熟悉在视听觉认知任务环境下，手和脚部力行程设备的操作方法。练习阶段依次安排数字‘1’和‘2’各8次，共16次的视觉反应操作，安排数字‘1’和‘2’各8次，共16次的听觉反应操作和 16次(数字‘1’和数字‘2’的视听觉比例为4:4:4:4，排列次序为伪随机排列，即数字‘1’和数字‘2’同一种操作不会连续出现。)视听觉混合反应操作。特别的在练习阶段，如果使用者2 秒中没有使小球进入方框，系统用语音提示操作太慢。

第二部分为正式测试阶段，共200次的操作，其中数字‘1’的视觉操作为50次，听觉操作为50次，其中数字‘2’的视觉操作为50次，听觉操作为50次，这些操作排列次序为伪随机排列，即数字‘1’和数字‘2’同一种操作不会连续出现。图(9)

所述注意力训练阶段视觉反应操作：

首先使用者用自己的双手各手持一个手部力行程模块，可用单手的五指中的一指按动按键作为操作。

视觉方案包含约20种不同类型和难度的认知任务。从而循序渐进的开展训练。如下面的实施例设计的一种低难度的认知任务：

在黑板居中位置但任意高度出现一个比如‘0’-‘9’数字，在显示200毫秒后，数字消失。但是在黑板原位置持续显示一个正方框。在看到‘0’-‘4’时要迅速按动左手按键使得黑板下方的小圆球从下到上竖直运动到正方框内。在看到‘5’-‘9’时要迅速按动右手按键使得黑板下方的小圆球从下到上竖直运动到正方框内。手按动按键引起的行程增加对应小圆球从下到上竖直运动的高度。最低高度(黑板最下方)为没有按键行程，最高高度 (黑板最上方)为按键实现最大行程。当小圆球进入正方框并保证至少100毫秒在框内。黑板清空，使用者放开按键，进入下一次操作。如果使用者2秒内没有使小球进入方框，黑板清空，并进入下一次操作。图(10)

所述注意力训练阶段听觉反应操作：

首先使用者用自己的双脚，自然踏在一个力行程模块，可用踏动踏板作为操作。

听觉方案包含约20种不同类型和难度的认知任务。从而循序渐进的开展训练。如下面的实施例设计的一种低难度的认知任务：

黑板居中位置先显示两列数字，‘0’-‘4’数字从上到下，在居中靠左的位置，‘5’-‘9’数字从上到下，在居中靠右的位置，在显示500毫秒后，数字消失。但是在黑板原位置持续显示十个正方框。音箱或喇叭播放‘0’-‘9’中的一个数，播放持续 500毫秒，如果是‘0’-‘4’中的一个。要迅速踏动左脚踏板使得黑板下方的小圆球从下到上竖直运动到对应正方框内。如果是‘5’-‘9’中的一个。要迅速踏动右脚踏板使得黑板下方的小圆球从下到上竖直运动到对应正方框内。当小圆球进入正方框并保证至少100毫秒在框内。黑板清空，使用者放松踏板，进入下一次操作。如果使用者2秒内没有使小球进入方框，黑板清空，并进入下一次操作。图(11)

所述视听觉注意力训练：

根据注意力测试数据分析模块结果，按照注意力水平结果的‘差’，‘一般’，‘良好’，‘优秀’和‘超群’等。将注意力训练方案分为100,80,60,40和20次等五种方案。每次训练包括 4小节的子训练项目，2小节为视觉训练子项目，2小节为听觉训练子项目，以‘视听视听’次序排列，每小节10分钟，每小节中间休息约5分钟，一次训练时间约1小时。图(12)

对各类注意力训练或测试方法，特别是手部力作为操作控制的提高注意力方法和系统还存在以下问题。

首先是在信息处理的机制上，人类主要利用视觉、听觉、触觉和嗅觉等通路感知世界。其中视听觉通路接受和感知信息大约为94％，触觉约为4％。因此视听觉是人类主要的信息处理通路，且脑科学的相关研究认为视听觉功能并不是独立的，健康人的视听觉功能是互相联系的。按照信息处理通路形式上分为视觉、听觉的单一通路处理或视听觉混合双通路处理。因此对信息的注意力也主要体现在这三种视听感觉通路的形式上。但是人脑认知功能极其复杂，人类在认知活动中处理信息并非是单任务，单信息的。外界视听觉信息及其容易影响和干扰单一认知任务的完成效果。因此隔绝外界视听觉噪音信息，营造和测试有关的视听觉场景，对反映使用者真实注意力水平及其重要。

其次在操作控制的机制方面，力操作能够激活触觉感知，但是力的大小和激活触觉功能程度并无直接关系。并不是力越大，触觉知觉越强。并且在一段时间内，肢体单一部位单调施力操作，容易使人陷入疲劳，反而会极大影响注意力。因此这样的设计方案无论对注意力的测试或注意力训练并非最佳方法。而本发明创新性的提出利用手部手指按压和脚踏作为操作控制方式。手部力结合操作引起的行程，将力的触觉感知激活程度放大，相对手部运动，脚部运动比较特殊，脚部完成较精确力的运动需要脑运动功能控制和相关腿部和脚部肌肉群的协调性更高。本发明设计了视听觉通道下的认知任务，使用适当的力，在力压的作用下手部按动按键完成一定距离的行程训练，脚踏动踏板完成一定距离的行程运动。这种手和脚部力的操作和产生的行程运动需要注意力最大化的配合，即手和脚部力的操作精准程度导致了行程运动的精准程度，而这些精准操作与注意力的投入是正相关的。这种力与手和脚部行程相结合的方式符合触觉的感知，能够最大化的激活触觉感知功能。加之操作是在视听觉信息处理环境下。这样条件下三种感觉通路的共同作用极大的提高注意力在脑认知活动的比例。从而避免脑功能中同时存在的其他认知活动对注意力的干扰和影响，使得本发明中注意力能力能够更高效的训练。

尽管本文较多地使用了手部力行程采集模块1、脚部力行程采集模块2、力行程AD转换模块3、力行程数据处理模块4、供电模块5、主控模块6、手持体1a、按键1b、手部力行程变电压输出机构7、第二电阻件72、第一电阻件71、第一弹簧73、第一连杆74、第二变阻导电簧片75、底座2a、踏板2b、第三电阻件 82、第二弹簧84、第二连杆85、第二变阻导电簧片86、连接环 87、虚拟现实视听觉认知任务呈现模块9、常模数据库模块10、注意力测试数据分析模块11、报告生成模块12、注意力训练方案生成模块13、注意力训练进程控制模块14等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质,把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置，其特征在于，包括：至少一个手部力行程采集模块(1)和至少一个脚部力行程采集模块(2)，所述的手部力行程采集模块(1)和脚部力行程采集模块(2)分别与力行程AD转换模块(3)相连，所述的力行程AD转换模块(3)与力行程数据处理模块(4)相连，所述的手部力行程采集模块(1)、力行程AD转换模块(3)和力行程数据处理模块(4)分别连接于供电模块(5)，所述的力行程数据处理模块(4)通过无线和/或有线通讯方式与内置有注意力测/训软件的主控模块(6)相连。

2.根据权利要求1所述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置，其特征在于，所述的手部力行程采集模块(1)包括手持体(1a)，所述的手持体(1a)上连接有至少一个按键(1b)，每个按键(1b)与设置在手持体(1a)内的手部力行程变电压输出机构(7)相连且当按键(1b)动作时所述的手部力行程变电压输出机构(7)的输出电压随着按键(1b)行程变化。

3.根据权利要求2所述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置，其特征在于，所述的脚部力行程采集模块(2)包括底座(2a)，在底座(2a)上铰接有踏板(2b)，所述的踏板(2b)倾斜设置，在底座(2a)上设有位于踏板(2b)上端下方的脚部力行程变电压输出机构(8)，所述的踏板(2b)上端作用于脚部力行程变电压输出机构(8)且当踏板(2b)动作时所述的脚部力行程变电压输出机构(8)的输出电压随着踏板(2b)行程变化。

4.根据权利要求3所述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置，其特征在于，所述的力行程AD转换模块(3)包括基于Mega2560、mini或Nano架构的Arduino中的模数转换器或stm32核心电路板中的模数转换器，所述的力行程AD转换模块(3)用于将手部力行程变电压输出机构(7)和/或脚部力行程变电压输出机构(8)的电压变化的模拟信号转换为数字信号，模数转换精度为10-16位，采样率为500Hz；所述的力行程数据处理模块(4)将电压变化引起的电流数字信号进行卡尔曼滤波，去除采集过程中的干扰和噪音信号，通过USB数据线或无线蓝牙协议将力行程数据发送至主控模块(6)；所述的供电模块(5)为3.3-5V直流电源，所述的供电模块(5)为外接直流电源或连接于主控模块(6)的USB接口。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置，其特征在于，所述的主控模块(6)包括台式计算机、笔记本计算机、一体机、单片机中的任意一种，所述的主控模块(6)上连接有扬声器或耳机，所述的主控模块(6)自带或者外接有显示屏、数字电视屏幕、一体机屏幕、平板屏幕中的任意一种。

6.根据权利要求4所述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置，其特征在于，所述的手部力行程采集模块(1)的数量为两个且并联设置，其中一个供左手使用，另一个供右手使用。

7.根据权利要求4所述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置，其特征在于，所述的脚部力行程采集模块(2)的数量为两个且并联设置，其中一个供左脚使用，另一个供右脚使用。

8.一种采用权利要求1-7中任意一项所述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训装置的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训系统，其特征在于：注意力测/训软件包括虚拟现实视听觉认知任务呈现模块(9)、常模数据库模块(10)、注意力测试数据分析模块(11)、报告生成模块(12)、注意力训练方案生成模块(13)、注意力训练进程控制模块(14)和主控模块(6)，所述的主控模块(6)与虚拟现实视听觉认知任务呈现模块(9)相连；所述的主控模块(6)与注意力测试数据分析模块(11)、常模数据库模块(10)和报告生成模块(12)和力行程数据处理模块(4)输出端相连；所述主控模块(6)与注意力训练方案生成模块(13)、注意力训练进程控制模块(14)相连；所述主控模块(6)与力行程数据处理模块(4)输出端相连；所述的常模数据库模块(10)、注意力测试数据分析模块(11)、报告生成模块(12)和力行程数据处理模块(4)输出端相连；其中，

所述的主控模块(6)被配置为完成包括视听觉认知任务流程控制、视听觉认知任务呈现的控制、访问常模数据库模块(10)控制、注意力测试数据分析模块(11)控制和报告生成模块(12)控制；

所述的虚拟现实视听觉认知任务呈现模块(9)被配置为完成沉浸式视觉和听觉信息呈现；

所述的注意力测试数据分析模块(11)被配置为实现在视听觉认知任务环境下自动分析使用者脚部操作手部力行程采集模块(1)产生的力行程数据，求解得到一系列的反应注意力的参数并与常模数据库模块(10)同年龄同性别数据对比，求解相对于常模数据使用者的注意力水平参数；

所述的报告生成模块(12)被配置为实现自动将使用者注意力水平参数按照一定图文结构，以图表和文字形式、word或PDF文档展示，自动对主要参数意义和得分情况做进一步的分析和解释；

所述的常模数据库模块(10)被配置为存储有注意力正常人群使用基于视听觉路的手部力行程的注意力测训装置收集和统计的注意力参数；

所述的注意力训练方案生成模块(13)被配置为根据注意力测试数据分析模块结果将按照注意力水平结果分级，根据分级将注意力训练方案分为不同方案；

所述的注意力训练进程控制模块(14)被配置为实现使用者训练方案的保存、方案开展的情况记录、已完成训练的历史成绩记录和查询功能。

9.根据权利要求8所述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训系统，其特征在于，所述的常模数据库模块(10)中的常模数据按照年龄和性别区分，从6岁到18岁每一年为一个统计数据段；从19岁到24岁每两年为一个统计数据段；从25岁到50岁每五年为一个统计数据段；从51岁到60岁为一个统计数据段；从61岁以上为一个统计数据段；共包含一个与注意力和控制有关系的综合商(参)数和四个关于视听觉通道的注意力和控制的总商(参)数：听觉反应控制商数、视觉反应控制商数、听觉注意力商数、视觉注意力商数四个参数；还包括多个关于视听觉通道注意力和控制的具体商(参)数：听觉保持能力商数、视觉保持能力商数、听觉速度商数、视觉速度商数、视听觉平衡商数、听觉响应能力商数、视觉响应能力商数、听觉一致性商数、视觉一致性商数、听觉注意力集中商数、视觉注意力集中商数、听觉辨析能力商数、视觉辨析能力商数，以及上述商数的标准差值参数。

10.根据权利要求9所述的基于沉浸式的手脚部混合的注意力测训系统，其特征在于，所述的注意力和控制有关系的综合商(参)数根据听觉反应控制商数、视觉反应控制商数、听觉注意力商数、视觉注意力商数加权计算获得；所述的具体商(参)数通过标准化计算获得；所述的听觉反应控制商数、视觉反应控制商数、听觉注意力商数、视觉注意力商数、听觉保持能力商数、视觉保持能力商数、听觉速度商数、视觉速度商数、视听觉平衡商数、听觉响应能力商数、视觉响应能力商数、听觉一致性商数、视觉一致性商数、听觉注意力集中商数、视觉注意力集中商数、听觉辨析能力商数、视觉辨析能力商数分别通过分析手部力行程采集模块(1)所采集到的数据获得。

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