一種可穿戴式心理壓力評測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可穿戴式心理壓力評測裝置和方法，該系統(tǒng)包括，生理數(shù)據(jù)傳感器模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊、數(shù)據(jù)分析模型、顯示模塊、以及電源模塊，其中，所述生理數(shù)據(jù)傳感器模塊將所測得的生理參數(shù)信號傳輸至所述數(shù)據(jù)記錄模塊，所述數(shù)據(jù)記錄模塊對所測得的生理參數(shù)信號進行轉(zhuǎn)換處理后得到生理參數(shù)數(shù)據(jù)，將生理參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸至所述數(shù)據(jù)分析模塊，所述數(shù)據(jù)分析模塊通過個體化生理-心理模型對生理參數(shù)數(shù)據(jù)分析，并將分析結(jié)果傳輸至所述顯示模塊進行顯示。本發(fā)明實現(xiàn)了心理壓力的精確定量評測；通過個體化生理-心理模型的構(gòu)建使心理壓力的評測可以更好的符合目標(biāo)用戶個體的生理信號特征，得到更好的評測輸出。
【專利說明】一種可穿戴式心理壓力評測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可穿戴設(shè)備，特別涉及一種可穿戴式心理壓力評測裝置，同時還涉及一種可穿戴裝置的數(shù)據(jù)分析處理方法，屬于心理健康應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著可穿戴設(shè)備的興起，越來越多的設(shè)備可以在日常的情景下采集人們的生理參數(shù):如心率、皮膚溫度等。在日常情景下，通過長時程采集生理數(shù)據(jù)，能夠更加有效地對人們的生理健康情況做出統(tǒng)計和預(yù)測。目前，已有較多的技術(shù)圍繞著利用通過可穿戴設(shè)備進行生理健康的評測展開，在市場上也有較多可用產(chǎn)品。然而，心理健康作為健康的主要組成部分卻較少被關(guān)注。
[0003]心理壓力是現(xiàn)代社會人們所面臨的主要心理健康問題之一，高心理壓力對人們的工作生活效率、生活品質(zhì)等方面都有重要影響。市場上現(xiàn)有的可穿戴設(shè)備尚不具備通過采集生理參數(shù)對心理壓力情況進行評測的功能，而該功能對受到心理壓力困擾的人群有十分重要的價值，有必要建立一種基于可穿戴生理測量技術(shù)的心理壓力評測方法與裝置。因而，通過可穿戴設(shè)備監(jiān)測人們的心理健康是極為重要，且有實際利用價值的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠獲取用戶心理健康程度的一種可穿戴式心理壓力評測裝置及其心理壓力評測方法。
[0005]為實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種可穿戴式心理壓力評測裝置，包括:
[0006]生理數(shù)據(jù)傳感器模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊、數(shù)據(jù)分析模型、顯示模塊、以及電源模塊，其中，
[0007]所述生理數(shù)據(jù)傳感器模塊將所測得的生理參數(shù)信號傳輸至所述數(shù)據(jù)記錄模塊，所述數(shù)據(jù)記錄模塊對所測得的生理參數(shù)信號進行轉(zhuǎn)換處理后得到生理參數(shù)數(shù)據(jù)，將生理參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸至所述數(shù)據(jù)分析模塊，所述數(shù)據(jù)分析模塊通過個體化生理-心理模型對生理參數(shù)數(shù)據(jù)分析，并將分析結(jié)果傳輸至所述顯示模塊進行顯示。
[0008]其中較優(yōu)地，還包括通信模塊，所述通信模塊與所述數(shù)據(jù)分析模塊通信連接；
[0009]所述數(shù)據(jù)分析模塊分析后的生理參數(shù)數(shù)據(jù)通過所述通信模塊傳輸至上位機。
[0010]其中較優(yōu)地，所述通信模塊是無線通信模塊
[0011]所述數(shù)據(jù)分析模塊將分析結(jié)果通過無線方式傳輸至計算機或智能手機。
[0012]其中較優(yōu)地，所述生理數(shù)據(jù)傳感器模塊，還包括:心率傳感器子模塊、運動傳感器子模塊和皮膚溫度傳感器子模塊，其中，
[0013]所述心率傳感器子模塊使用基于近紅外光或可見光反射成像得到脈搏波，提取脈搏波的周期性波動節(jié)律獲取心率信息；
[0014]所述運動傳感器子模塊通過三軸加速度計得到佩戴智能手環(huán)的腕部運動數(shù)據(jù)，通過計算三軸加速度的平方和以獲取運動情況信息；
[0015]所述皮膚溫度傳感器通過與目標(biāo)用戶手腕部接觸的金屬片傳導(dǎo)皮膚溫度，并通過與其連接的熱敏電阻隨溫度的阻抗數(shù)值變化以獲取皮膚溫度信息。
[0016]其中較優(yōu)地，所述數(shù)據(jù)記錄模塊將接收的生理參數(shù)信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并進行采樣和存儲。
[0017]其中較優(yōu)地，所述數(shù)據(jù)記錄模塊對生理參數(shù)信號采樣時采樣率不低于6Hz。
[0018]本發(fā)明還提供了一種心理壓力評測方法，包括以下步驟:
[0019]S1、根據(jù)基礎(chǔ)人口學(xué)信息選擇匹配群體構(gòu)建心理壓力評測的生理-心理基礎(chǔ)模型；
[0020]S2、對基于所述生理-心理基礎(chǔ)模型校準(zhǔn)，構(gòu)建基于用戶生理參數(shù)特征的個體化生理-心理模型；
[0021]S3、實時采集用戶的心理數(shù)據(jù)，通過個體化生理-心理模型對生理參數(shù)數(shù)據(jù)分析，并進行顯示，或者上傳至上位機。
[0022]其中較優(yōu)地，所述步驟SI進一步包括以下步驟:
[0023]S11、采集多名匹配受試者的生理信息和心理壓力信息；
[0024]S12、將所述生理信息和心理壓力信息進行傅里葉變換，獲取不同時間尺度的響應(yīng)特性；
[0025]S13、通過多元自回歸模型對所述響應(yīng)特性進行時間過程建模，經(jīng)過多次訓(xùn)練后得到線性分類器；
[0026]S14、對所述線性分類器進行交叉檢驗，對所述線性分類器的特征數(shù)量進行刪減，得到生理-心理基礎(chǔ)模型。
[0027]其中較優(yōu)地，所述步驟S13中，所述線性分類器以多元回歸模型參數(shù)為特征，以主觀心理壓力水平為目標(biāo)。
[0028]其中較優(yōu)地，所述步驟S2進一步包括以下步驟:
[0029]S21、采集目標(biāo)用戶的生理數(shù)據(jù)及隨機時間段的主觀壓力水平結(jié)果；
[0030]S22、根據(jù)所述生理數(shù)據(jù)與主觀壓力水平結(jié)果優(yōu)化所述生理-心理基礎(chǔ)模型，得到符合目標(biāo)用戶的主體化生理-心理模型。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0032](I)本發(fā)明實現(xiàn)了心理壓力的精確定量評測；
[0033](2)個體化生理-心理模型的構(gòu)建使心理壓力的評測可以更好的符合目標(biāo)用戶個體的生理信號特征，得到更好預(yù)測的評測輸出結(jié)果；
[0034](3)可以在日常生活情景下便捷的開展長時間的心理壓力評測，對目標(biāo)用戶的心理壓力水平更加綜合的評價，為后續(xù)心理壓力干預(yù)提供數(shù)據(jù)支撐。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1是本發(fā)明所提供的可穿戴式心理壓力評測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2是本發(fā)明所提供的一種可穿戴式心理壓力評測方法流程圖。
【具體實施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0038]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明將通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0039]本發(fā)明提供了一種可穿戴式心理壓力評測裝置，如圖1所示，包括生理數(shù)據(jù)傳感器模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊、數(shù)據(jù)分析模型、顯示模塊、通信模塊以及電源模塊。
[0040]生理數(shù)據(jù)傳感器模塊將所測得的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)記錄模塊，數(shù)據(jù)記錄模塊對所測得的數(shù)據(jù)進行處理后傳輸至數(shù)據(jù)分析模塊，數(shù)據(jù)分析模塊通過個體化生理-心理模型對生理參數(shù)數(shù)據(jù)分析，將分析結(jié)果傳輸至顯示模塊進行顯示，并通過通信模塊傳輸至相應(yīng)的計算機或者移動終端。
[0041]其中，生理數(shù)據(jù)傳感器模塊，還包括:心率傳感器子模塊、運動傳感器子模塊和皮膚溫度傳感器子模塊。心率傳感器子模塊使用基于近近紅外光或可見光反射成像得到脈搏波，提取脈搏波的周期性波動節(jié)律獲取心率信息；運動傳感器子模塊通過三軸加速度計得到佩戴智能手環(huán)的腕部運動數(shù)據(jù)，通過計算三軸加速度的平方和以獲取運動情況信息；皮膚溫度傳感器通過與目標(biāo)用戶手腕部接觸的金屬片傳導(dǎo)皮膚溫度，并通過與其連接的熱敏電阻隨溫度的阻抗數(shù)值變化以獲取皮膚溫度信息。
[0042]數(shù)據(jù)記錄模塊與數(shù)據(jù)記錄模塊相連，把傳感器所采集到的生理參數(shù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，采樣并進行數(shù)據(jù)存儲。上述生理數(shù)據(jù)的采樣率不低于6Hz，手環(huán)可連續(xù)存儲不少于48小時數(shù)據(jù)。
[0043]數(shù)據(jù)記錄模塊與數(shù)據(jù)分析模塊相連，把數(shù)字化之后的數(shù)據(jù)根據(jù)個體化生理-心理模型通過智能手環(huán)配置的數(shù)字信號處理器DSP進行計算，輸出心理壓力評測結(jié)果。
[0044]最后，數(shù)據(jù)分析模塊與顯示模塊及通信模塊相連，將分析結(jié)果通過顯示模塊進行顯示，以實現(xiàn)在智能手環(huán)上的結(jié)果呈現(xiàn)，也可以由通信模塊通過無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)(包括但不限于藍牙、WiFi)將結(jié)果傳輸至智能手機、個人計算機進行結(jié)果呈現(xiàn)或數(shù)據(jù)的進一步分析。
[0045]本發(fā)明還公開了一種可穿戴式心理壓力評測方法，基于上述可穿戴式心理壓力評測裝置實現(xiàn)，如圖2所示，包括以下步驟:S1、根據(jù)基礎(chǔ)人口學(xué)信息選擇匹配群體構(gòu)建心理壓力評測的生理-心理基礎(chǔ)模型；S2、對基于所述生理-心理基礎(chǔ)模型校準(zhǔn)，構(gòu)建基于用戶生理參數(shù)特征的個體化生理-心理模型；S3、實時采集用戶的心理數(shù)據(jù)，通過個體化生理-心理模型對生理參數(shù)數(shù)據(jù)分析，并進行顯示，或者上傳至上位機。下面對本發(fā)明提供的可穿戴式心理壓力評測方法展開詳細(xì)說明。
[0046]S1、構(gòu)建心理壓力評測的生理-心理基礎(chǔ)模型。
[0047]由于生理信息的心理壓力評測具有較大的群體間差異，因此，需要根據(jù)目標(biāo)用戶群體的年齡結(jié)構(gòu)、工作生活節(jié)奏等基礎(chǔ)人口學(xué)信息選擇匹配群體，進行構(gòu)建生理-心理基礎(chǔ)模型。本發(fā)明采用特征提取與模式識別方法，對來自匹配群體的生理信息數(shù)據(jù)及主觀心理壓力報告數(shù)據(jù)，進行一系列特征提取與模式識別，從而可以構(gòu)建能夠區(qū)分不同心理壓力水平的基礎(chǔ)生活-心理模型。
[0048]S2、構(gòu)建基于用戶生理參數(shù)特征的個體化生理-心理模型。
[0049]由于個體用戶的差異性，需要對不同的用戶進行個體化處理，采集單個用戶24-48小時的生理數(shù)據(jù)，并在該時間內(nèi)多次匯報主觀心理壓力情況。根據(jù)所采集的用戶的生理與主觀心理壓力的數(shù)據(jù)，對生理-心理基礎(chǔ)模型進行修改，以實現(xiàn)基礎(chǔ)模型到個體化模型的最終校準(zhǔn)。校準(zhǔn)之后的個體化生理-心理模型即可投入實際使用。
[0050]S3、可穿戴式心理壓力評測裝置。
[0051]將校準(zhǔn)后的個體化生理-心理模型參數(shù)下載到一個可穿戴智能手環(huán)上，在該智能手環(huán)上實現(xiàn)生理信息數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)生理數(shù)據(jù)和個體化模型進行主觀壓力預(yù)測計算的完整功能。
[0052]心理壓力評測結(jié)果可以通過智能手環(huán)、智能手機或個人計算機進行呈現(xiàn)。
[0053]實施例
[0054]在上述可穿戴式心理壓力評測裝置基礎(chǔ)上，本實施例采用上述可穿戴式心理壓力評測方法為用戶進行構(gòu)建生理-心理模型，包括:
[0055](I)針對目標(biāo)用戶人口學(xué)特征的匹配群體進行生理-心理基礎(chǔ)模型構(gòu)建。該步驟中需要多名匹配群體受試者，較優(yōu)的，本實施例選擇至少30名受試者，每位受試者佩戴可測量心率、皮膚溫度、身體運動信息的可穿戴式心理壓力評測裝置(可穿戴智能手環(huán))不少于14天時間，并且，通過智能手機或問卷方式每天隨機抽取至少5個時間段匯報實時心理壓力水平。
[0056]所獲取的生理數(shù)據(jù)將通過傅里葉變換，獲取不同時間尺度的響應(yīng)特性，并通過多元自回歸模型進行時間過程建模，多次訓(xùn)練后得到以多元回歸模型參數(shù)為特征、主觀心理壓力水平為目標(biāo)的線性分類器。對線性分類器進行交叉檢驗，根據(jù)所得分類器的準(zhǔn)確率將其特征數(shù)量刪減至合理水平。該線性分類器即為本實施例的生理-心理基礎(chǔ)模型。
[0057](2)構(gòu)建個體化生理-心理模型。在上述線性分類器模型基礎(chǔ)上，采集目標(biāo)用戶24-48小時的生理數(shù)據(jù)及隨機5-10個時間段的主觀壓力水平結(jié)果，對線性分類器模型的具體參數(shù)進行進一步優(yōu)化，使其符合該目標(biāo)用戶的個體化特征。最后，對該線性分類器模型進行計算效率優(yōu)化后，放置于可穿戴智能手環(huán)的數(shù)據(jù)分析模塊實現(xiàn)。
[0058](3)用戶通過佩戴該智能手環(huán)，可以實時地或者定時的將數(shù)據(jù)上傳給計算機或者智能手機，通過計算機或者智能手機隨時關(guān)注本人的心理壓力情況，并及時的做出相應(yīng)的調(diào)整。
[0059]綜上所述，本發(fā)明實施例公開的心理壓力評測方法及裝置，實現(xiàn)了心理壓力的精確定量評測。個體化生理-心理模型的構(gòu)建使心理壓力的評測可以更好的符合目標(biāo)用戶個體的生理信號特征，得到更好預(yù)測力的評測輸出結(jié)果。同時，基于可穿戴裝置實現(xiàn)壓力評測可以在日常生活情景下便捷的開展長時間的心理壓力評測，對目標(biāo)用戶的心理壓力水平更加綜合的評價，并提出后續(xù)心理壓力干預(yù)手段提供數(shù)據(jù)支撐。
[0060]以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種可穿戴式心理壓力評測裝置，其特征在于，包括生理數(shù)據(jù)傳感器模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊、數(shù)據(jù)分析模型、顯示模塊、以及電源模塊，其中， 所述生理數(shù)據(jù)傳感器模塊將所測得的生理參數(shù)信號傳輸至所述數(shù)據(jù)記錄模塊，所述數(shù)據(jù)記錄模塊對所測得的生理參數(shù)信號進行轉(zhuǎn)換處理后得到生理參數(shù)數(shù)據(jù)，將生理參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸至所述數(shù)據(jù)分析模塊，所述數(shù)據(jù)分析模塊通過個體化生理-心理模型對生理參數(shù)數(shù)據(jù)分析，并將分析結(jié)果傳輸至所述顯示模塊進行顯示。
2.如權(quán)利要求1所述的可穿戴式心理壓力評測裝置，其特征在于，還包括通信模塊，所述通信模塊與所述數(shù)據(jù)分析模塊通信連接； 所述數(shù)據(jù)分析模塊分析后的生理參數(shù)數(shù)據(jù)通過所述通信模塊傳輸至上位機。
3.如權(quán)利要求2所述的可穿戴式心理壓力評測裝置，其特征在于，所述通信模塊是無線通信模塊 所述數(shù)據(jù)分析模塊將分析結(jié)果通過無線方式傳輸至計算機或智能手機。
4.如權(quán)利要求1所述的可穿戴式心理壓力評測裝置，其特征在于， 所述生理數(shù)據(jù)傳感器模塊，還包括:心率傳感器子模塊、運動傳感器子模塊和皮膚溫度傳感器子模塊，其中， 所述心率傳感器子模塊使用基于近紅外光或可見光反射成像得到脈搏波，提取脈搏波的周期性波動節(jié)律獲取心率信息； 所述運動傳感器子模塊通過三軸加速度計得到佩戴智能手環(huán)的腕部運動數(shù)據(jù)，通過計算三軸加速度的平方和以獲取運動情況信息； 所述皮膚溫度傳感器通過與目標(biāo)用戶手腕部接觸的金屬片傳導(dǎo)皮膚溫度，并通過與其連接的熱敏電阻隨溫度的阻抗數(shù)值變化以獲取皮膚溫度信息。
5.如權(quán)利要求1所述的可穿戴式心理壓力評測裝置，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)記錄模塊將接收的生理參數(shù)信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并進行采樣和存儲。
6.如權(quán)利要求5所述的可穿戴式心理壓力評測裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)記錄模塊對生理參數(shù)信號采樣時采樣率不低于6Hz。
7.一種心理壓力評測方法，其特征在于，包括以下步驟: S1、根據(jù)基礎(chǔ)人口學(xué)信息選擇匹配群體構(gòu)建心理壓力評測的生理-心理基礎(chǔ)模型； S2、對基于所述生理-心理基礎(chǔ)模型校準(zhǔn)，構(gòu)建基于用戶生理參數(shù)特征的個體化生理-心理模型；S3、實時采集用戶的心理數(shù)據(jù)，通過個體化生理-心理模型對生理參數(shù)數(shù)據(jù)分析，并進行顯示，或者上傳至上位機。
8.如權(quán)利要求7所述的心理壓力評測方法，其特征在于， 所述步驟SI進一步包括以下步驟: S11、采集多名匹配受試者的生理信息和心理壓力信息；S12、將所述生理信息和心理壓力信息進行傅里葉變換，獲取不同時間尺度的響應(yīng)特性；S13、通過多元自回歸模型對所述響應(yīng)特性進行時間過程建模，經(jīng)過多次訓(xùn)練后得到線性分類器；S14、對所述線性分類器進行交叉檢驗，對所述線性分類器的特征數(shù)量進行刪減，得到生理-心理基礎(chǔ)模型。
9.如權(quán)利要求8所述的心理壓力評測方法，其特征在于， 所述步驟S13中，所述線性分類器以多元回歸模型參數(shù)為特征，以主觀心理壓力水平為目標(biāo)。
10.如權(quán)利要求7所述的心理壓力評測方法，其特征在于， 所述步驟S2進一步包括以下步驟:S21、采集目標(biāo)用戶的生理數(shù)據(jù)及隨機時間段的主觀壓力水平結(jié)果；S22、根據(jù)所述生理數(shù)據(jù)與主觀壓力水平結(jié)果優(yōu)化所述生理-心理基礎(chǔ)模型，得到符合目標(biāo)用戶的主體化生理-心理模型。
【文檔編號】A61B5/16GK104490407SQ201410746621
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】張丹, 李佳蔚, 彭凱平 申請人:清華大學(xué)