本發(fā)明專利技術(shù)提供一種基于脈搏波信號的心理壓力等級評估系統(tǒng)及方法，涉及生理信號分析技術(shù)領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括：信號處理模塊，用于獲取目標(biāo)對象的脈搏波信號，對脈搏波信號進(jìn)行一階差分、濾波和波峰識別處理，得到目標(biāo)對象的心動周期序列；特征提取模塊，用于提取心動周期序列的心率變異性特征；等級評估模塊，用于對心率變異性特征進(jìn)行特征選擇，并構(gòu)建特征集，將特征集輸入至預(yù)設(shè)的心理壓力等級評估模型中，根據(jù)該模型的輸出結(jié)果評估所述目標(biāo)對象的心理壓力等級。通過該方式，可以更加全面地挖掘與心理壓力有關(guān)的深層次有效信息，提高心理壓力等級評估的準(zhǔn)確性。力等級評估的準(zhǔn)確性。力等級評估的準(zhǔn)確性。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于脈搏波信號的心理壓力等級評估系統(tǒng)及方法
[0001]本專利技術(shù)屬于生理信號分析
，尤其涉及一種基于脈搏波信號的心理壓力等級評估系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
[0002]本部分的陳述僅僅是提供了與本專利技術(shù)相關(guān)的
技術(shù)介紹
信息，不必然構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。
[0003]長時間暴露于慢性或極端壓力下會導(dǎo)致心血管疾病、阿爾茲海默癥、抑郁癥等一系列疾病的產(chǎn)生。針對壓力狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評估，及早識別有可能發(fā)展為疾病的心理狀態(tài)改變，以便及時進(jìn)行有效干預(yù)具有十分重要的意義。
[0004]目前常用的心理壓力等級評估方法仍以量表為主。醫(yī)生結(jié)合問診與量表結(jié)果做出診斷，但是這種方式受醫(yī)生主觀經(jīng)驗的影響很大，而且患者通常無法準(zhǔn)確描述自己的感受，甚至?xí)驗椴u感等原因隱瞞病情。專業(yè)咨詢?nèi)藛T缺乏和量表調(diào)查無法連續(xù)監(jiān)測等局限進(jìn)一步限制了心理壓力早檢早治的發(fā)展。
[0005]脈搏波信號可以有效反映自主神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)狀態(tài)的改變，并且具有無創(chuàng)無損，操作簡便，成本低廉等優(yōu)點。常規(guī)方法大多計算其簡單時域和頻域特征，結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立特征與壓力水平之間的關(guān)系，未考慮人體作為復(fù)雜生理系統(tǒng)所特有的非線性和時頻域?qū)用娴男畔ⅲ闯浞滞诰蚺c心理壓力有關(guān)的深層次有效信息，因而無法準(zhǔn)確的評估個體的心理壓力等級。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0006]為了解決上述問題，本專利技術(shù)提供一種基于脈搏波信號的心理壓力等級評估系統(tǒng)及方法，通過對脈搏波信號進(jìn)行一階差分、濾波和波峰識別處理，得到心動周期序列，并從心動周期序列中提取出包括時域特征、頻域特征、非線性特征和時頻域特征的多域心率變異性特征，用于心理壓力等級評估。以充分挖掘與心理壓力有關(guān)的深層次有效信息，提高心理壓力等級評估的準(zhǔn)確性。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)主要包括以下幾個方面：
[0008]第一方面，本專利技術(shù)實施例提供一種基于脈搏波信號的心理壓力等級評估系統(tǒng)，包括：
[0009]信號處理模塊，用于獲取目標(biāo)對象的脈搏波信號，對所述脈搏波信號進(jìn)行一階差分、濾波和波峰識別處理，得到目標(biāo)對象的心動周期序列；
[0010]特征提取模塊，用于提取所述心動周期序列的心率變異性特征，所述心率變異性特征包括時域特征、頻域特征、非線性特征和時頻域特征；
[0011]等級評估模塊，用于對所述心率變異性特征進(jìn)行特征選擇，并構(gòu)建特征集，將所述特征集輸入至預(yù)設(shè)的心理壓力等級評估模型中，根據(jù)該模型的輸出結(jié)果評估所述目標(biāo)對象的心理壓力等級；其中，所述心理壓力等級評估模型是以機(jī)器學(xué)習(xí)方法對分類器進(jìn)行訓(xùn)練
得到的。
[0012]在一種可能的實施方式中，還包括數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集目標(biāo)對象的脈搏波信號；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括相互電連接的脈搏波壓電傳感器和放大濾波器，所述脈搏波壓電傳感器采集到的信號經(jīng)過放大濾波器的放大處理，得到目標(biāo)對象的脈搏波信號。
[0013]在一種可能的實施方式中，所述信號處理模塊具體用于對獲取的脈搏波信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，對A/D轉(zhuǎn)換后的脈搏波信號進(jìn)行一階差分和濾波處理，得到差分序列；確定所述差分序列中各數(shù)值點的最大值，將其作為識別到的第一波峰，并以此為定點分別向前或向后滑動窗口獲取滿足預(yù)設(shè)閾值的數(shù)值點作為第二波峰，以構(gòu)建所述目標(biāo)對象的心動周期序列。
[0014]在一種可能的實施方式中，所述特征提取模塊用于對所述心動周期序列進(jìn)行離散傅里葉變換，計算并提取頻域特征。
[0015]在一種可能的實施方式中，所述非線性特征包括但不限于香農(nóng)熵、近似熵、樣本熵、模糊熵、排列熵、分布熵、龐加萊圖短軸、長軸、短軸/長軸、向量角度指數(shù)、向量長度指數(shù)、Porta指數(shù)和Guzik指數(shù)中的一個或多個。
[0016]在一種可能的實施方式中，所述特征提取模塊用于使用db4母小波對所述心動周期序列進(jìn)行預(yù)設(shè)尺度的小波變換，取每層重構(gòu)信號的細(xì)節(jié)系數(shù)絕對值的均值與標(biāo)準(zhǔn)差作為時頻域特征。
[0017]在一種可能的實施方式中，在所述等級評估模塊中，對心率變異性特征進(jìn)行特征選擇時，采用基于支持向量機(jī)的遞歸消除法篩選特征，得到特征集。
[0018]第二方面，本專利技術(shù)實施例提供一種基于脈搏波信號的心理壓力等級評估方法，包括：
[0019]獲取目標(biāo)對象的脈搏波信號，對所述脈搏波信號進(jìn)行一階差分、濾波和波峰識別處理，得到目標(biāo)對象的心動周期序列；
[0020]提取所述心動周期序列的心率變異性特征，所述心率變異性特征包括時域特征、頻域特征、非線性特征和時頻域特征；
[0021]對所述心率變異性特征進(jìn)行特征選擇，并構(gòu)建特征集，將所述特征集輸入至預(yù)設(shè)的心理壓力等級評估模型中，根據(jù)該模型的輸出結(jié)果評估所述目標(biāo)對象的心理壓力等級；其中，所述心理壓力等級評估模型是以機(jī)器學(xué)習(xí)方法對分類器進(jìn)行訓(xùn)練得到的。
[0022]第三方面，本專利技術(shù)實施例提供一種計算機(jī)設(shè)備，包括：處理器、存儲器和總線，所述存儲器存儲有所述處理器可執(zhí)行的機(jī)器可讀指令，當(dāng)計算機(jī)設(shè)備運行時，所述處理器與所述存儲器之間通過總線通信，所述機(jī)器可讀指令被所述處理器執(zhí)行時執(zhí)行如上述第二方面中所述的基于脈搏波信號的心理壓力等級評估方法的步驟。
[0023]第四方面，本專利技術(shù)實施例提供一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)上存儲有計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器運行時執(zhí)行如上述第二方面中所述的基于脈搏波信號的心理壓力等級評估方法的步驟。
[0024]以上一個或多個技術(shù)方案存在以下有益效果：
[0025](1)與現(xiàn)有的根據(jù)脈搏波信號的時域特征和頻域特征，結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立特征與壓力水平之間的關(guān)系的方法不同，本專利技術(shù)所提出的心理壓力等級評估系統(tǒng)，通過對脈搏波信號進(jìn)行一階差分、濾波和波峰識別處理，得到心動周期序列，并從心動周期序列
中提取出包括時域特征、頻域特征、非線性特征和時頻域特征的多域心率變異性特征，用于心理壓力等級評估，這樣可以更加全面地挖掘與心理壓力有關(guān)的深層次有效信息，對心理壓力等級予以更為準(zhǔn)確的評估。
[0026](2)使用基于支持向量機(jī)的循環(huán)遞歸消除方法對提取的心率變異性多域特征進(jìn)行篩選，既最大程度地保留了與心理壓力有關(guān)的特征，又大大提高了運算效率。
[0027](3)通過提取基于心動周期序列的多域心率變異性特征，將特征輸入心理壓力等級評估模型，根據(jù)其輸出結(jié)果評估脈搏波信號所對應(yīng)的心理壓力等級；由于多域特征能提供更全面的自主神經(jīng)系統(tǒng)變化情況，因此通過本專利技術(shù)能夠提供比現(xiàn)有方法更好的分類性能，提高心理壓力等級評估的準(zhǔn)確性，有效提高基于脈搏波信號的心率變異性分析在心理壓力等級評估方面的應(yīng)用價值。
附圖說明
[0028]構(gòu)成本專利技術(shù)的一部分的說明書附圖用來提供對本專利技術(shù)的進(jìn)一步理解，本專利技術(shù)的示意性實施例及其說明用于解釋本專利技術(shù)，并不構(gòu)成對本專利技術(shù)的不當(dāng)限定。
[0029]圖1是本專利技術(shù)實施例一所提供的基于脈搏波信號的心理壓力等級評估系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是本專利技術(shù)實施例二所提供的基于脈搏波信號的心理壓力等級評本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于脈搏波信號的心理壓力等級評估系統(tǒng)，其特征在于，包括：信號處理模塊，用于獲取目標(biāo)對象的脈搏波信號，對所述脈搏波信號進(jìn)行一階差分、濾波和波峰識別處理，得到目標(biāo)對象的心動周期序列；特征提取模塊，用于提取所述心動周期序列的心率變異性特征，所述心率變異性特征包括時域特征、頻域特征、非線性特征和時頻域特征；等級評估模塊，用于對所述心率變異性特征進(jìn)行特征選擇，并構(gòu)建特征集，將所述特征集輸入至預(yù)設(shè)的心理壓力等級評估模型中，根據(jù)該模型的輸出結(jié)果評估所述目標(biāo)對象的心理壓力等級；其中，所述心理壓力等級評估模型是以機(jī)器學(xué)習(xí)方法對分類器進(jìn)行訓(xùn)練得到的。2.如權(quán)利要求1所述的基于脈搏波信號的心理壓力等級評估系統(tǒng)，其特征在于，還包括數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集目標(biāo)對象的脈搏波信號；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括相互電連接的脈搏波壓電傳感器和放大濾波器，所述脈搏波壓電傳感器采集到的信號經(jīng)過放大濾波器的放大處理，得到目標(biāo)對象的脈搏波信號。3.如權(quán)利要求1所述的基于脈搏波信號的心理壓力等級評估系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理模塊具體用于對獲取的脈搏波信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，對A/D轉(zhuǎn)換后的脈搏波信號進(jìn)行一階差分和濾波處理，得到差分序列；確定所述差分序列中各數(shù)值點的最大值，將其作為識別到的第一波峰，并以此為定點分別向前或向后滑動窗口獲取滿足預(yù)設(shè)閾值的數(shù)值點作為第二波峰，以構(gòu)建所述目標(biāo)對象的心動周期序列。4.如權(quán)利要求1所述的基于脈搏波信號的心理壓力等級評估系統(tǒng)，其特征在于，所述特征提取模塊用于對所述心動周期序列進(jìn)行離散傅里葉變換，計算并提取頻域特征。5.如權(quán)利要求1所述的基于脈搏波信號的心理壓力等級評估系統(tǒng)，其特征在于，所述非線性特征包括但不限于香農(nóng)熵、近似熵、樣本熵、模糊熵、排列熵、分...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王新沛，焦宇，趙玉娟，王麗娜，郭永軍，李遠(yuǎn)洋，楊磊，杜冠征，
申請(專利權(quán))人：山東大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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