本发明涉及一种持续注意调控系统领域，尤其涉及一种脑电与手指压力联合反馈的持续注意调控系统。
背景技术：
脑电反馈是指将脑电特征信号提取并通过视觉画面方式反馈给受试者，受试者通过一定策略对脑电信号进行调节进而训练某种认知功能。这种技术在持续注意训练及注意缺陷相关疾病的干预治疗方面有较广泛的应用。
在实际应用中，脑电反馈技术大多采用无指定任务反馈调节模式，这种模式是指受试者根据反馈的脑电特征信号进行自主调节。例如，一种在中国专利文献上公开的“脑功能活动检测与调控联合方法、装置及系统”，其公告号cn108065932a，其中脑功能活动检测与调控联合方法先获取被监测者的脑电信号和/或脑血氧信号；之后根据脑电信号和/或脑血氧信号提取出被监测者的脑功能活动特征；最后根据预先建立的脑功能活动特征与调控模式间的对应关系，确定被监测者的脑功能活动特征所匹配的调控模式。
该模式在应用过程中存在一些问题。(1)在没有任务的情况下，受测者很难进入持续注意的状态。(2)脑电特征活动常受到许多噪声干扰，没有行为数据记录的情况下，很难将脑电特征活动调节与持续注意调控真正联系起来。这些问题影响了脑电反馈在持续注意调控及注意缺陷干预治疗方面的效果。
技术实现要素：
本发明主要解决现有技术脑电反馈的受测者在没有任务的情况下难以进入持续注意的状态的问题；提供一种脑电与手指压力联合反馈的持续注意调控系统，将脑电反馈和持续注意的行为测试相结合，受测者能够快速进入并保持持续注意的状态，并能使施测者通过行为操作数据和脑电特征信号更全面地了解受测者持续注意水平。
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：
本发明包括
手指压力测量模块，对受测者的手指压力数据进行检测；
手指压力采样传输模块，对检测得到的手指压力数据进行采样并传输；
手指压力转换记录模块，对采样的手指压力数据进行数字化处理并文本记录；
脑电采集模块，采集受测者的脑电模拟信号；
脑电存储模块，用于将采集得到的脑电模拟信号转化为数字信号，并进行储存；
脑电数据分析模块，根据采集得到的脑电信号完成脑电特征信号的分析提取；
联合反馈呈现模块，将脑电特征信号与手指压力信号进行可视化图形呈现。
本方案将脑电反馈和持续注意的行为测试相结合，受测者手指按压手指压力测量模块，手指压力数据经过采样、转换后在联合反馈呈现模块上以可视化图形的形式呈现；受测者根据实时反馈调整手指压力，系统反馈过程中的脑电特征信号。通过本方案，能够使受测者快速进入并保持持续注意的状态，施测者能够通过行为操作数据和脑电特征信号更全面地了解受测者持续注意水平。
作为优选，所述的手指压力测量模块包括至少一个按捏板、壳体、激光发射器和光线接收板；所述的按捏板一端暴露设置在外壳一侧的外部，激光发射器设置在按捏板的另一端，激光发射器设置在壳体内部；光线接收板设置在壳体的另一侧内部，光线接收板与手指压力采样传输模块电连接。
手指压力测量模块是按捏模式构架，测量精度不低于0.01g，测量范围0-1000g。受测者通过按压按捏板，使得按捏板产生形变，通过光线接收板接收，计算后得到手指压力。
作为优选，所述的手指压力采样传输模块的采样频率大于等于110hz。保证手指压力的采样频率，使得获得的数据减少大的突变。
作为优选，所述的脑电采集模块的采样频率为300hz～600hz；脑电采集模块包括
干电极，贴附在受试者的头皮上，以采集受试者头皮的脑电信号；
放大器，将采集到的脑电信号进行放大和滤波处理；
信号传输单元，将处理后的脑电信号通过无线通信传输给数据存储模块。
本方案采用的采样频率为500hz。使用本方案的装置结构简单，获取脑电信号方便，摆脱了脑电采集仪对导电介质的依赖性，不易受环境制约。
作为优选，所述的数据存储模块包括
模数转换单元，将接收到的脑电信号转化为数字信号；
存储单元，将每个干电极采集的脑电信号分别以文本的形式存储。
使得模拟量的脑电信号成为处理模块能够接收、处理的数字量。
作为优选，所述的脑电数据分析模块包括
预处理单元，提取的脑电信号，进行去噪处理；
脑电分析单元，对脑电信号进行傅里叶变换，得到脑电信号的频域信息；
脑电特征提取单元，用于在频域信息内提取与持续注意及注意缺陷相关的脑电特征，包括4-8hz的theta波功率、12-16hz的beta波功率以及theta波和beta波功率的比值。
据实际应用需求，设置所反馈的脑电特征信号，根据科学文献和以往应用情况，脑电特征信号包括4-8hz的theta波、12-16hz的beta波以及theta和beta的比值theta/beta。
作为优选，所述的联合反馈呈现模块包括
脑电特征选取单元，选取4-8hz的theta波功率、12-16hz的beta波功率以及theta波或beta波功率的比值；
手指压力特性选取单元，选取包括原始压力值反馈和手指压力频率振幅特征；
呈现单元，将指定的脑电特征和手指压力特征以柱状图或折线图的形式呈现。
手指压力数据经过采样、转换后在联合反馈呈现模块上以可视化图形的形式呈现；受测者根据实时反馈调整手指压力，系统反馈过程中的脑电特征信号。使得受测者快速进入持续注意的状态。通过行为数据记录的情况，将脑电特征活动调节与持续注意调控真正联系起来。
作为优选，所述的呈现单元以大于等于60hz的频率刷新手指压力的频率幅值aff；施测者设定目标频段，根据施测者设置的频段，计算频段中所有频点的平均功率谱密度作为频率振幅aff；
其中，ω为频率；t为时间；f表示傅里叶变换；n为当前频带频点数。
本方案的系统可以根据施测者的需求设置反馈模式。
作为优选，所述的脑电特征选取单元根据受测者的手指压力频率振幅特征自动设定脑电特性信息反馈，手指压力频率振幅特征faff的公式如下：
其中，m为总频带频点数；
当手指压力12-16hz频段上的faff高于0.3，自动将beta波的功率设为脑电特征反馈信号；当手指压力4-8hz频段上的faff高于0.3，自动将theta波的功率设为脑电特征反馈信号；其它情况下，自动将theta波和beta波功率的比值，作为脑电特征反馈信号。
本方案的系统能够根据受测者的状态自动设定脑电特征进行反馈。
本发明的有益效果是：
1.采用脑电与手指压力联合反馈模式，受测者能够快速进入并保持持续注意的状态，能够准确评估受试者持续注意状态。
2.自动检测受测者行为操作的情况，根据比例振幅的计算，自动设定脑电反馈模式。
3.同时提供受测者脑电数据和行为数据，数据全面，施测者能够更加全面地评估受测者的持续注意水平。
附图说明
图1是本发明的持续注意调控系统的连接结构框图。
图中1.手指压力测量模块，2.手指压力采样模块，3.手指压力转换记录模块，4.脑电采集模块，41.干电极，42.放大器，43.信号传输单元，5.脑电存储模块，51.数模转换单元，52.存储单元，6.脑电数据分析模块，61.预处理单元，62.脑电分析单元，63.脑电特征提取单元，7.联合反馈呈现模块，71.手指压力特征选取单元，72.脑电特征选取单元，73.呈现单元。
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：
本实施例的一种脑电与手指压力联合反馈的持续注意调控系统，如图1所示，包括依次连接的手指压力测量模块1、手指压力采样传输模块2和手指压力转换记录模块3；依次连接的脑电采集模块4、脑电存储模块5和脑电数据分析模块6；手指压力转换模块3和脑电数据分析模块6均与联合反馈呈现模块7连接。
手指压力测量模块1对受测者的手指压力数据进行检测。手指压力测量模块1包括至少一个按捏板、壳体、激光发射器和光线接收板。按捏板一端暴露设置在外壳一侧的外部，激光发射器设置在按捏板的另一端，激光发射器设置在壳体内部；光线接收板设置在壳体的另一侧内部，光线接收板与手指压力采样传输模块电连接。
手指压力测量模块1是按捏模式构架，测量精度不低于0.01g，测量范围0-1000g。受测者通过按压按捏板，使得按捏板产生形变，按捏板上的激光发射器的激光通过光线接收板接收，根据接收到激光位置的移动计算后得到手指压力数据。
手指压力采样传输模块2对检测得到的手指压力数据进行采样并传输到手指压力转换记录模块3。手指压力采样传输模块2的采样频率大于等于110hz，使得获得的数据的精度足够大，采样数据不会出现的大的突变，保证数据的可靠。
手指压力转换记录模块3对采样的手指压力数据进行数字化处理并文本记录。
脑电采集模块4采集受测者的脑电模拟信号，脑电采集模块4包括依次连接的干电极41、放大器42和信号传输单元43。脑电采集模块4的采样频率为300hz～600hz，在本实施例中脑电采集模块4的采样频率为500hz
干电极41贴附在受试者的头皮上，以采集受试者头皮的脑电信号.放大器42将采集到的脑电信号进行放大和滤波处理。信号传输单元43将处理后的脑电信号通过无线通信传输给数据存储模块5。
脑电存储模块5用于将采集得到的脑电模拟信号转化为数字信号，并进行储存。数据存储模块5包括数模转换单元51和存储单元52。
模数转换单元51将接收到的脑电信号转化为数字信号；存储单元52将每个干电极41采集的脑电信号分别以文本的形式存储。
脑电数据分析模块6根据采集得到的脑电信号完成脑电特征信号的分析提取。脑电数据分析模块6包括预处理单元61、脑电分析单元62和脑电特征提取单元63。
预处理单元61提取的脑电信号，进行去噪处理；脑电分析单元62对脑电信号进行傅里叶变换，得到脑电信号的频域信息；脑电特征提取单元63用于在频域信息内提取与持续注意及注意缺陷相关的脑电特征，包括4-8hz的theta波功率、12-16hz的beta波功率以及theta波和beta波功率的比值。
联合反馈呈现模块7将脑电特征信号与手指压力信号进行可视化图形呈现。联合反馈呈现模块7包括手指压力特征选取单元71、脑电特征选取单元72和呈现单元73。手指压力特征选取单元71和脑电特征选取单元72分别与呈现单元73连接。
脑电特征选取单元72与脑电特征提取单元63连接，脑电特征选取单元72选取4-8hz的theta波功率、12-16hz的beta波功率以及theta波或beta波功率的比值。
手指压力特征选取单元71与手指压力转换记录模块3连接。手指压力特征选取单元71选取包括原始压力值反馈和手指压力频率振幅特征。手指压力频率振幅特征通过原始压力值经过傅里叶变换得到。
呈现单元73将指定的脑电特征和手指压力特征以柱状图或折线图的形式呈现。呈现单元73以大于等于60hz的频率刷新手指压力的频率幅值aff；
施测者设定目标频段，根据施测者设置的频段，计算频段中所有频点的平均功率谱密度作为频率振幅aff；
其中，ω为频率；t为时间；f表示傅里叶变换；n为当前频带频点数。
本方案将脑电反馈和持续注意的行为测试相结合，根据需要由施测者自主设定目标频段的反馈模式，受测者手指按压手指压力测量模块，手指压力数据经过采样、转换后在联合反馈呈现模块上以可视化图形的形式呈现；受测者根据实时反馈调整手指压力，系统反馈过程中的脑电特征信号。通过本方案，能够使受测者快速进入并保持持续注意的状态，施测者能够通过行为操作数据和脑电特征信号更全面地了解受测者持续注意水平。
实施例二：
脑电特征选取单元72根据受测者的手指压力频率振幅特征自动设定脑电特性信息反馈，手指压力频率振幅特征faff的公式如下：
其中，ω为频率；t为时间；f表示傅里叶变换；n为当前频带频点数；m为总频带频点数；
当手指压力12-16hz频段上的faff高于0.3，自动将beta波的功率设为脑电特征反馈信号；当手指压力4-8hz频段上的faff高于0.3，自动将theta波的功率设为脑电特征反馈信号；其它情况下，自动将theta波和beta波功率的比值，作为脑电特征反馈信号。
本实施例的方案能够根据受试者状态，自动设定脑电特征信号进行反馈，其他结构与实施例一相同。
应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
1.一种脑电与手指压力联合反馈的持续注意调控系统，其特征在于，包括
手指压力测量模块(1)，对受测者的手指压力数据进行检测；
手指压力采样传输模块(2)，对检测得到的手指压力数据进行采样并传输；
手指压力转换记录模块(3)，对采样的手指压力数据进行数字化处理并文本记录；
脑电采集模块(4)，采集受测者的脑电模拟信号；
脑电存储模块(5)，用于将采集得到的脑电模拟信号转化为数字信号，并进行储存；
脑电数据分析模块(6)，根据采集得到的脑电信号完成脑电特征信号的分析提取；
联合反馈呈现模块(7)，将脑电特征信号与手指压力信号进行可视化图形呈现。
2.根据权利要求1所述的一种脑电与手指压力联合反馈的持续注意调控系统，其特征在于，所述的手指压力测量模块(1)包括至少一个按捏板、壳体、激光发射器和光线接收板；所述的按捏板一端暴露设置在外壳一侧的外部，激光发射器设置在按捏板的另一端，激光发射器设置在壳体内部；光线接收板设置在壳体的另一侧内部，光线接收板与手指压力采样传输模块电连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种脑电与手指压力联合反馈的持续注意调控系统，其特征在于，所述的手指压力采样传输模块(2)的采样频率大于等于110hz。
4.根据权利要求1所述的一种脑电与手指压力联合反馈的持续注意调控系统，其特征在于，所述的脑电采集模块(4)的采样频率为300hz～600hz；脑电采集模块包括
干电极(41)，贴附在受试者的头皮上，以采集受试者头皮的脑电信号；
放大器(42)，将采集到的脑电信号进行放大和滤波处理；
信号传输单元(43)，将处理后的脑电信号通过无线通信传输给数据存储模块(5)。
5.根据权利要求1或4所述的一种脑电与手指压力联合反馈的持续注意调控系统，其特征在于，所述的数据存储模块(5)包括
模数转换单元(51)，将接收到的脑电信号转化为数字信号；
存储单元(52)，将每个干电极(41)采集的脑电信号分别以文本的形式存储。
6.根据权利要求1所述的一种脑电与手指压力联合反馈的持续注意调控系统，其特征在于，所述的脑电数据分析模块(6)包括
预处理单元(61)，提取的脑电信号，进行去噪处理；
脑电分析单元(62)，对脑电信号进行傅里叶变换，得到脑电信号的频域信息；
脑电特征提取单元(63)，用于在频域信息内提取与持续注意及注意缺陷相关的脑电特征，包括4-8hz的theta波功率、12-16hz的beta波功率以及theta波和beta波功率的比值。
7.根据权利要求1所述的一种脑电与手指压力联合反馈的持续注意调控系统，其特征在于，所述的联合反馈呈现模块(7)包括
脑电特征选取单元(72)，选取4-8hz的theta波功率、12-16hz的beta波功率以及theta波或beta波功率的比值；
手指压力特征选取单元(71)，选取包括原始压力值反馈和手指压力频率振幅特征；
呈现单元(73)，将指定的脑电特征和手指压力特征以柱状图或折线图的形式呈现。
8.根据权利要求7所述的一种脑电与手指压力联合反馈的持续注意调控系统，其特征在于，所述的呈现单元(73)以大于等于60hz的频率刷新手指压力的频率幅值aff；施测者设定目标频段，根据施测者设置的频段，计算频段中所有频点的平均功率谱密度作为频率振幅aff；
其中，ω为频率；t为时间；f表示傅里叶变换；n为当前频带频点数。
9.根据权利要求7所述的一种脑电与手指压力联合反馈的持续注意调控系统，其特征在于，所述的脑电特征选取单元(72)根据受测者的手指压力频率振幅特征自动设定脑电特性信息反馈，手指压力频率振幅特征faff的公式如下：
其中，m为总频带频点数；
当手指压力12-16hz频段上的faff高于0.3，自动将beta波的功率设为脑电特征反馈信号；当手指压力4-8hz频段上的faff高于0.3，自动将theta波的功率设为脑电特征反馈信号；其它情况下，自动将theta波和beta波功率的比值，作为脑电特征反馈信号。
技术总结