专利名称：视触觉测试仪及视触觉敏感性测试方法
技术领域：
本发明涉及一种利用嵌入式技术对人体进行视觉和触觉敏感性测试的测试装置 及测试方法，尤其涉及一种两通道便携式生理心理测试装置及其测试方法，属于心理与行 为测量、人机交互和生理检测等技术领域。
背景技术：
外界获得的信息中，视觉占主导地位，其次是听觉，但触觉也极其重要。人通过各 种感觉是相互作用、协同活动来认识客观事物。当前生理学、心理学、人机交互和智能机器 人的研究中，视觉的研究成果最为丰富和突出，听觉其次，触觉和其他感觉则少之又少。在 传统交互方式中，视觉和听觉一直是最重要的交互方式，而触觉等其它感觉交互方式较为 缺乏。近年来，机器性能大幅提升，人机界面中信息传递的要求越来越高，视觉和听觉的交 互单一性和超负荷局限性越来越突出，使得触觉及其相关的多通道交互方式越来越受到重 视。总体上，发展触觉及其多通道交互的主要挑战在于两个方面一个是对于触觉和 多通道生理感知特征的深入了解，以此知道人对触觉刺激和多通道刺激的不同参数感知的 模式是什么；同时，另一个主要的方面在于生产工艺或技术的提高，使得生产出各种前者需 要的仪器或设备成为现实。目前国内的触觉测试装置总体处于空白状态。有一种非常简陋的触觉实验仪 器一两点阈测定仪，用于测定人体触觉的敏锐度指标。该仪器存在以下缺陷难以实 现精确测量；非自动化程序导致手动操作笨拙；时间精度和空间分辨精度太低，无法满足 高精度、数字化及自动化的测试要求。国外EAI公司发明了仪器Eval. 2. 0 Tactor Controller。该仪器是一个集成的控制模块，能够操纵8个触觉振动器，可以运用标准软件 原型和USB界面来实施控制。该控制器是目前该领域最先进的触觉测试装置。该仪器虽然 能够进行单一触觉敏感性的测量，但其设定的测量程序单一，难以满足触觉灵活测试的要 求；此外尚未做到触觉和其他感觉结合的多通道控制，也就无法实现多通道交互的测试要 求。视觉测试方法已有多种，触觉仪器也有应用。但现有技术普遍存在刺激类型单一、 可容纳测试条件和方法局限、专业性强、刺激强度和频率固定不可调等缺点，尤其不能将视 觉和触觉两种感觉通道进行精确匹配和整合。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种新的视触觉测试仪及其测试方法。为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是所述视触觉测试仪包括视觉 及触觉信号源、信号控制及传输模块和反应控制模块，且还包括参数设置及信号产生模块 和数据处理模块，所述视觉及触觉信号源包括视觉信号源和触觉信号源；所述信号控制及 传输模块包括刺激信号接收模块、信号控制模块、多通道多路信号发生模块、反馈信号采集
4模块和反馈信号发送模块；所述反应控制模块包括“是”按钮和“否”按钮；所述参数设置及 信号产生模块包括呈现时间模块、间隔时间模块、刺激数量模块、刺激类型模块、测试总数 模块和刺激强度模块，所述呈现时间模块、间隔时间模块、刺激数量模块、刺激类型模块、测 试总数模块、刺激强度模块分别与刺激信号接收模块的输入端连接；刺激信号接收模块的 输出端与信号控制模块的输入端连接；信号控制模块的输出端与多通道多路信号发生模块 的输入端连接；所述多通道多路信号发生模块的输出端分别与视觉信号源、触觉信号源连 接；所述“是”按钮和“否”按钮分别与反馈信号采集模块的输入端连接；反馈信号采集模块 的输出端与反馈信号发送模块的输入端连接；反馈信号发送模块的输出端与数据处理模块 连接。进一步地，本发明还包括显示模块，所述显示模块与所述参数设置及信号产生模 块、数据处理模块分别连接。进一步地，本发明所述信号控制及传输模块包括RS232串口通信电路、微控制器、 第一串并转换电路、第二串并转换电路、第三串并转换电路、LED驱动电路、振动器驱动电 路，所述RS232串口与微控制器连接，微控制器分别与第一串并转换电路、第二串并转换电 路、第三串并转换电路的输入端连接，第一串并转换电路的输出端与LED驱动电路的输入 端连接，所述LED驱动电路的输出端与视觉信号源连接，第二串并转换电路的输出端与振 动器驱动电路的输入端连接，所述振动器驱动电路的输出端与触觉信号源连接。进一步地，本发明所述信号控制及传输模块还包括测试仪动态指示模块，所述测 试仪动态指示模块与第三串并转换电路的输出端连接。利用本发明的视触觉测试仪测量视觉和触觉敏感性的方法，其特征是包括如下步 骤(a)在测试者身体的各测试部位分别安装视觉及触觉信号源，并对各视觉及触觉 信号源分别编号；(b)系统设置测试循环的初始值为0 ；由参数设置及信号产生模块设置测试参数 的设定值，所述测试参数包括呈现时间、间隔时间、刺激数量、刺激类型、测试总数和刺激强 度；(c)参数设置及信号产生模块根据所述测试参数的设定值随机产生第一刺激位置 信号和第二刺激位置信号，并将所述第一刺激位置信号和第二刺激位置信号发送到刺激信 号接收模块进行保存；(d)所述刺激信号接收模块将所述第一刺激位置信号和第二刺激位置信号发送给 信号控制模块；(e)所述信号控制模块先对所述第一刺激位置信号和第二刺激位置信号进行解 码，后根据所述呈现时间和间隔时间的设定值先后向多通道多路信号发生模块发送第一刺 激位置信号和第二刺激位置信号；(f)所述多通道多路信号发生模块先后根据第一刺激位置信号和第二刺激位置信 号分别控制视觉及触觉信号源产生视觉信号和/或触觉信号；(g)测试者根据产生所述视觉信号和/或触觉信号的视觉及触觉信号源所在位置 判断第一刺激位置信号和第二刺激位置信号是否相同如果测试者判断第一刺激位置信号和第二刺激位置信号相同，则按“是”按钮；
如果测试者判断第一刺激位置信号和第二刺激位置信号不相同，则按“否”按钮；(h)反馈信号采集模块采集“是”按钮或“否”按钮所产生的反馈信号，并根据所述 反馈信号获取测试者的反应时间且进行以下判断如果产生第一刺激位置信号的各视觉及触觉信号源的编号与产生第二刺激位置 信号的各视觉及触觉信号源的编号完全一致，且在步骤(g)中测试者按“是”按钮，则表示 测试者判断正确；如果产生第一刺激位置信号的各视觉及触觉信号源的编号与产生第二刺激位置 信号的各视觉及触觉信号源的编号完全一致，且在步骤(g)中测试者按“否”按钮，则表示 测试者判断错误；如果产生第一刺激位置信号的各视觉及触觉信号源的编号与产生第二刺激位置 信号的各视觉及触觉信号源的编号不完全一致，且在步骤(g)中测试者按“是”按钮，则表 示测试者判断错误；如果产生第一刺激位置信号的各视觉及触觉信号源的编号与产生第二刺激位置 信号的各视觉及触觉信号源的编号不完全一致，且在步骤(g)中测试者按“否”按钮，则表 示测试者判断正确；(i)反馈信号采集模块将步骤(h)所得到的测试者的反应时间和判断结果通过反 馈信号发送模块发送到数据处理模块，此时完成一次测试循环；(j)所述数据处理模块累计测试循环次数，若测试循环次数小于所述测试总数的 设定值，则返回执行步骤(C)；若测试循环次数等于所述测试总数的设定值，则执行步骤 (k)；(k)所述数据处理模块对所述测试者的反应时间和判断结果进行统计处理，并将 统计处理结果保存。与现有技术相比，本发明的有益效果是(1)可对视觉、触觉分别进行敏感性测试，也可以对视觉、触觉两通道进行联合测 试。能满足多种测试目的，除了常规的视觉、触觉及两通道结合测试外，还可实现对触觉告 警、运动触觉、触觉记忆、视触觉联合的运动知觉现象等进行研究的目的。(2)视觉、触觉刺激强度和呈现时间均可调，可以实现视觉和触觉多种匹配模式， 满足多种测试条件的要求。(3)采用嵌入式计算机技术，可视化窗口操作简易、界面友好；测试具备自动化数 据处理功能，测试者可自行操作并获取简明易懂的测试结果。(4)控制电路结构简单，性能稳定；所采用1030扁平马达振动器及蓝色高亮LED 灯供电电压小于5V，安全可靠。测试仪可通过USB接口或RS232标准串口与任一台PC机相 连接，使用灵活。(5)可对运动员肌肉损伤、疲劳和肌肉萎缩患者的相应肌体部位利用触觉阈限和 敏感性测试的原理及时评估、提供反馈，有益于肌肉功能科学的训练和恢复。本发明还可以 对视觉障碍的特殊群体(比如盲人、弱视患者)的触觉补偿功能进行测试。
图1是本发明视触觉测试仪的使用状态示意图。
图2是本发明视触觉测试仪的结构示意图。图3是本发明视触觉测试仪的一个测试循环的变化盲视流程示意图。图4是本发明视触觉测试仪的硬件电路示意框图。图5是本发明视触觉测试仪的RS232串口通信电路图。图6是本发明视触觉测试仪的串并转换电路及振动器驱动电路图。
具体实施例方式下面结合图1至图6与实施例对本发明作进一步详细描述。如图2所示，本发明视触觉测试仪包括视觉及触觉信号源1、信号控制及传输模块 2、参数设置及信号产生模块3、反应控制模块4和数据处理模块7。其中，视觉及触觉信号源1包括视觉信号源15和触觉信号源10。视觉及触觉信 号源1可分布于测试者身体表面任意需测试的部位。在图1中，视觉及触觉信号源1的数 量为八个，分别固定于测试者6的上肢、下肢、腹部等部位，并对各视觉及触觉信号源1分别 编号。如图2所示，每个视觉及触觉信号源1由一个视觉信号源15和一个触觉信号源10 组成。视觉信号源15—般采用蓝色高亮LED灯，触觉信号源10可采用低供电电流、高振动 频率的扁平马达振动器，通过调节输入电压的大小可调节上述LED灯亮度和振动器振动频 率。视觉及触觉信号源1在身体表面的放置方法如下将其中的振动器通过绷带固定在测 试者6的衣服或皮肤表面(振动器在绷带的内侧)，蓝色高亮LED灯被固定在振动器的同 一位置(LED灯在绷带的外侧面)。振动器被独立驱动的最高频率为200hz。每个振动器和 LED灯的强度可在测试开始前自行设置。信号控制及传输模块2包括刺激信号接收模块、信号控制模块、多通道多路信号 发生模块、反馈信号采集模块和反馈信号发送模块。其中，刺激信号接收模块可采用RS232 标准串口进行串行通信，通信电平由MAX232芯片进行转换。多通道多路信号发生模块采用 74LS164芯片将串行数据并行发出，此模块具有数据传输精确、速率高等优点。反应控制模块4包括“是”按钮和“否”按钮。参数设置及信号产生模块3包括呈现时间模块、间隔时间模块、刺激数量模块、刺 激类型模块、测试总数模块和刺激强度模块。其中，呈现时间模块、间隔时间模块、刺激数量模块、刺激类型模块、测试总数模 块、刺激强度模块分别与刺激信号接收模块的输入端连接，以便于六个参数设置完毕产生 刺激信号之后，将刺激信号传送到在刺激信号接收模块进行存储。刺激信号接收模块的输 出端与信号控制模块的输入端连接，使刺激信号接收模块中存储的信号进一步发送到信号 控制模块进行控制。信号控制模块的输出端与多通道多路信号发生模块的输入端连接，使 得信号控制模块能够控制多通道多路信号发生模块动作。多通道多路信号发生模块的输出 端与视觉信号源15和触觉信号源10分别连接，使多通道多路信号发生模块产生的命令发 送到视觉信号源15和/或触觉信号源10，引起视觉和/或触觉的刺激并在测试者表面呈 现。测试者接收到视觉和触觉刺激信号的两次呈现之后，便可通过对应的“是”按钮和“否” 按钮进行反馈。“是”按钮和“否”按钮分别与反馈信号采集模块的输入端连接，使反馈信号 采集模块采集得到测试者的反馈信号。反馈信号采集模块的输出端与反馈信号发送模块的 输入端连接，将得到采集的反馈信号进一步发送。反馈信号发送模块的输出端与数据处理模块7连接，使反馈信号传送到数据处理模块7进行保存，并由数据处理模块7进一步将反 馈信号的原始数据进行统计分析和处理。参数设置及信号产生模块3和数据处理模块7可在上位PC机中实现。在VC编程 环境下，参数设置及信号产生模块3根据测试参数的设定值随机产生第一刺激位置信号和 第二刺激位置信号，通过有线或无线的方式，下载数据到单片机数据存储器中存储；数据处 理模块7通过有线或无线的方式接收关于测试者的反应时间和判断结果的反馈信号，并对 反馈信号进行存储、统计等数据处理。参数设置及信号产生模块3中的呈现时间模块、间隔时间模块、刺激数量模块、刺 激类型模块、测试总数模块和刺激强度模块分别用于对呈现时间参数、间隔时间参数、刺激 数量参数、刺激类型参数、测试总数参数、刺激强度参数等测试参数进行设置，各测试参数 可以根据测试要求任意设置，操纵简便灵活。参数设置及信号产生模块3中各测试参数设 定值的取值范围一般为呈现时间l-9999ms ；间隔时间l-9999ms ；刺激数量中刺激总数为 1-8个，呈现个数为1-8个；刺激类型为视觉和/或触觉，其中屏幕显示支持向视频拍摄测 试者实时显示。测试总数一般为1-999次；刺激强度分为40泡、80泡、120泡、160泡、200泡这 5个等级。其中呈现时间和间隔时间采用VC中的精度时控函数gettickcoimtO控制，并与 测试仪单片机定时器共同计时，精确计算程序指令的运行时间，保证本发明视触觉测试仪 的控制精度在Ims以内，并实现屏幕与刺激信号源的同步显示。当刺激数量已设定完成时， 参数设置及信号产生模块3随机产生第一刺激位置信号和第二刺激位置信号，两次随机产 生的刺激位置信号相同与否也是随机产生，并使出现相同时的概率基本保持在50%，保证 了本发明视触觉测试仪的可靠性。反应控制模块4可采用两个标准点触式按键分别作为“是”按钮和“否”按钮。测 试者根据产生视觉信号和/或触觉信号的视觉及触觉信号源1所在位置判断第一刺激位置 信号和第二刺激位置信号是否相同如果测试者判断第一刺激位置信号和第二刺激位置信 号相同，则按“是”按钮；如果测试者判断第一刺激位置信号和第二刺激位置信号不相同，则 按“否”按钮。反馈信号采集模块采集“是”按钮或“否”按钮所产生的反馈信号，并根据所采集 的反馈信号获取测试者的反应时间且进行以下判断如果产生第一刺激位置信号的各视觉 及触觉信号源1的编号与产生第二刺激位置信号的各视觉及触觉信号源1的编号完全一 致，且之前测试者按“是”按钮，则表示测试者判断正确；如果产生第一刺激位置信号的各视 觉及触觉信号源1的编号与产生第二刺激位置信号的各视觉及触觉信号源1的编号完全一 致，且测试者所按的为“否”按钮，则表示测试者判断错误；如果产生第一刺激位置信号的各 视觉及触觉信号源1的编号与产生第二刺激位置信号的各视觉及触觉信号源1的编号不完 全一致，且测试者按的是“是”按钮，则表示测试者判断错误；如果产生第一刺激位置信号的 各视觉及触觉信号源1的编号与产生第二刺激位置信号的各视觉及触觉信号源1的编号不 完全一致，且测试者按了 “否”按钮，则表示测试者判断正确。信号控制及传输模块2中的反馈信号采集模块将测试者的反应时间和判断结果 通过反馈信号发送模块发送到数据处理模块7，由此完成一次测试循环。数据处理模块7为最终的测试数据保存和分析模块，该模块可自动保存原始数 据。每完成一次测试循环，数据处理模块7对测试循环次数进行累计。当测试循环次数达
8到测试总数的设定值时，数据处理模块7计算出由所有测试循环所获得的一组测试结果的 正确率、反应时间平均值和方差值，也可以将测试原始数据导出，以便于更深入的分析和研 究。最后的数据结果支持EXCEL表格、text文本、spss表格等格式的保存和显示。如图1所示，本发明视触觉测试仪还可包括显示模块5。显示模块5为上位机程序 在PC机显示器上的显示部分，它与参数设置及信号产生模块3、数据处理模块7分别连接， 可将呈现时间、间隔时间、刺激数量、刺激类型、测试总数、刺激强度这6个参数的设置以十 进制整数的输入方式在显示器上轻松完成；同时显示器上可实时呈现测试过程中的原始测 试结果，并在测试循环次数达到测试总数的设定值后，自动呈现多次测试的统计分析结果， 以便于给测试者提供及时有效的结果反馈。图5是本发明视触觉测试仪硬件电路示意框图。该测试仪包括RS232串口通信电 路12、微控制器13、第一串并转换电路81、第二串并转换电路82、第三串并转换电路83、LED 驱动电路11、振动器驱动电路9、反应控制模块4、测试仪动态指示模块14、触觉信号源10 和视觉信号源15。RS232串口通信电路12的作用是与上位机PC进行通信，接收刺激信号和 发送测试者反馈信号，即实现刺激信号接收模块和反馈信号发送模块的功能，RS232串口通 信电路12由MAX232加标准9针串口组成，也可由USB通信方式实现。第一串并转换电路 81的作用是将微控制器接收到的刺激信号转换成8个独立的控制信号，8个独立的控制信 号通过LED驱动电路11控制LED的亮与暗，产生相应的视觉信号；第二串并转换电路82的 作用是将微控制器接收到的刺激信号转换成8个独立的控制信号，8个独立的控制信号通 过触觉驱动模块9驱动振动器10的振动与否，产生相应的触觉信号，由此第一串并转换电 路81和第二串并转换电路82实现多通道多路信号发生模块的功能。第三串并转换电路83 的作用是将测试仪需要显示的数据转换成并行数据发送到测试仪动态指示模块14进行动 态显示。第一串并转换电路81、第二串并转换电路82、第三串并转换电路83可由74LS164 电路实现，也可由74HC138电路实现。采用74LS164电路时，将74LS164的串行数据输入端 A、B短接后连接到单片机的一个通用I/O端口上，用于接收刺激信号；将74LS164的CLOCK 时钟端连接到单片机的另一个通用I/O端口上，用于确定什么时候接收刺激信号，如图5所 示，其中TXD、RXD分别用于发送数据和接收数据。微控制器13是测试仪的核心部件，实现信 号控制模块和反馈信号采集模块的功能，它可以是AVR系列单片机，也可以是51系列、PIC 系列单片机。测试仪动态指示模块14的作用是显示在测试过程中所采用的实验范式、第几 轮测试及某轮测试中的第几个测试循环，可由4位一体数码管实现，也可由LCD液晶显示实 现。触觉驱动模块9的作用是将刺激控制信号进行放大，用于驱动振动器10振动。由于单 片机通用I/O 口的电流输出能力较小，振动器所需电流较大，且需振动强度可调，应采用振 动器驱动模块9将刺激控制信号放大，驱动振动器10振动，可采用NPN型三极管在控制信 号为高时驱动，也可采用PNP型三极管在控制信号为低时驱动，如图6所示，其中PWM端接 收经PWM调制的电源进行振动器振动强度调节，DATA端与微控制器13连接接收刺激信号， CLK端与微控制器13连接进行数据传输的控制。如图3所示，本发明方案中，视触觉测试系统的测试方法采用变化盲 (ChangeBlindness)的迫选范式。图3是一个测试循环的变化盲流程特例示意图。人们经常 难以发现视觉、听觉、触觉情景中间隔一定时间发生的显著变化，这种现象叫做变化盲。反 之，这种变化可以成功侦测到，就叫做变化侦测。图4所示为一个测试循环(一个trail)。
9测试者获得稳定可靠的视觉、触觉及视触觉联合敏感性的测试结果，需进行一组测试。每组 测试默认由可设定小于999个测试循环组成。使用本发明视触觉测试仪时按以下方法进行(a)在测试者的不同身体部位分别安装视觉及触觉信号源1，并对各视觉及触觉 信号源1按照①②③……分别编号；安装视觉及触觉信号源1时需采用弹性绷带束在身体 外周，将触觉信号源10固定在绷带内侧，贴近身体表面；将视觉信号源15固定在绷带外侧， 并保证在视野范围内；而且视觉信号源15和触觉信号源10虽分布在绷带内外侧，但在身体 表面的位置要保持一致。(b)测试电源接通后，系统设置测试循环的初始值为0 ；此时需在参数设置及信号 产生模块3中设置测试参数设定值，测试参数包括呈现时间、间隔时间、刺激数量、刺激类 型、测试总数和刺激强度。呈现时间是指视觉及触觉信号源1呈现的时间，在测试中表现为振动器振动的时 间和LED亮的时间，呈现时间设置一次，但是测试过程中会有间隔地重复两次，具体可见图 3中对应的A和A’。间隔时间是指视觉及触觉信号源1两次呈现时间中间隔的时间，可见图3中的间 隔时间。刺激数量需要设定两个值视觉及触觉信号源1的总数量及其中每次随机呈现的 数量，如设定值分别为8-3，则代表测试者身体表面固定了八个视觉及触觉信号源1，允许 每次随机振动3个触觉信号源10或亮3个视觉信号源15。刺激类型是指呈现的刺激所述感觉通道的类型，共分为三种可选情况视觉类型、 触觉类型、视觉+触觉类型；若参数设定为视觉类型，则测试过程中只呈现视觉信号源15 ； 若参数设定为触觉类型，则测试过程中只呈现触觉信号源10 ；若参数设定为视觉+触觉类 型，则测试过程中视觉信号源15和触觉信号源10同时呈现，且依据视觉及触觉信号源1的 总体编号，两种信号源在身体表面同一位置同时呈现。测试总数是指一组测试中测试循环的次数，一组测试由多个测试循环构成，图3 为一个测试循环的流程。刺激强度是指视觉信号源15中LED和触觉信号源10中振动器呈现的强度。(c)参数设置及信号产生模块3根据所述测试参数设定值随机产生第一刺激位置 信号和第二刺激位置信号，并将所述第一刺激位置信号和第二刺激位置信号发送到刺激信 号接收模块进行保存。其中第一刺激位置信号如图3中所示A，第二刺激位置信号为所示A’。该刺激位 置信号与视觉及触觉信号源1的编号相对应，发送的信号数量对应于参数设置及信号产生 模块3中的刺激数量参数设置，例如，发送了第一刺激位置信号为(235)，则编号为②③⑤ 的视觉及触觉信号源1便会接收到信号随即呈现；发送了第二刺激位置信号为(236)则编 号为②③⑥的视觉及触觉信号源1便会接收到信号随即呈现。(d)刺激信号接收模块将第一刺激位置信号和第二刺激位置信号发送给信号控制 模块；(e)信号控制模块先对所述第一刺激位置信号和第二刺激位置信号进行解码，后 根据所述呈现时间和间隔时间的设定值先后向多通道多路信号发生模块发送第一刺激位
10置信号和第二刺激位置信号；(f)多通道多路信号发生模块根据第一刺激位置信号和第二刺激位置信号依次分 别控制视觉及触觉信号源1产生视觉信号和/或触觉信号；(g)测试者根据产生所述视觉信号和/或触觉信号的视觉及触觉信号源1所在位 置判断第一刺激位置信号和第二刺激位置信号是否相同如果测试者判断第一刺激位置信号和第二刺激位置信号相同，则按“是”按钮；如果测试者判断第一刺激位置信号和第二刺激位置信号不相同，则按“否”按钮；(h)反馈信号采集模块采集“是”按钮或“否”按钮所产生的反馈信号，并根据所述 反馈信号获取测试者的反应时间且进行以下判断如果产生第一刺激位置信号的各视觉及触觉信号源1的编号与产生第二刺激位 置信号的各视觉及触觉信号源1的编号完全一致，且在步骤(g)中测试者按“是”按钮，则 表示测试者判断正确；如果产生第一刺激位置信号的各视觉及触觉信号源1的编号与产生第二刺激位 置信号的各视觉及触觉信号源1的编号完全一致，且在步骤(g)中测试者按“否”按钮，则 表示测试者判断错误；如果产生第一刺激位置信号的各视觉及触觉信号源1的编号与产生第二刺激位 置信号的各视觉及触觉信号源1的编号不完全一致，且在步骤(g)中测试者按“是”按钮， 则表示测试者判断错误；如果产生第一刺激位置信号的各视觉及触觉信号源1的编号与产生第二刺激位 置信号的各视觉及触觉信号源1的编号不完全一致，且在步骤(g)中测试者按“否”按钮， 则表示测试者判断正确；(i)反馈信号采集模块将步骤(h)所得到的测试者的反应时间和判断结果通过反 馈信号发送模块发送到数据处理模块，此时完成一次测试循环；(j)数据处理模块累计测试循环次数，若测试循环次数小于测试总数设定值，则返 回执行步骤(C)执行下一次测试循环；若测试循环次数等于所述测试总数设定值，则执行 步骤(k)，不再启动测试循环；(k)数据处理模块对测试者的反应时间和判断结果进行统计处理，并将统计处理 结果保存。数据处理模块计算出测试者作出正确判断的循环对应的反应时间的平均数及方 差，以及正确判断的循环次数占测试总数的百分比(正确率)，并将这些统计结果和原始数 据以列表方式呈现。作为本发明的优选实施例，首先在PC机中进行六个参数设置测试总数设定为60 个测试循环(60个trail)；刺激类型设定为单触觉刺激；刺激数量设为8个信号源中随机 引发触觉刺激3个；刺激强度设为200hz ；呈现时间设定为500ms ；间隔时间设定为800ms。 六个参数设定完毕之后，刺激信号随机产生，使每个测试(trail)呈现在测试者表面的刺 激位置在60个循环中随机化一即在8个位置中随机呈现其中的3个触觉振动源；且要求 呈现的60个测试中，第一刺激位置信号和第二刺激位置信号相同与否的情况各占一半，若 两次信号不相同，则表示三个位置中有且仅有一个是不一致的。如图3中第一刺激位置信 号为235，即编号为2、3、5的位置为刺激呈现位置，而第二刺激位置信号为236。每次测试 由三个阶段组成，如图3包括第一刺激位置信号呈现阶段A，间隔呈现阶段ISI和第二刺激位置信号呈现阶段A’，阶段A的呈现时间为为500ms、阶段ISI的间隔时间为800ms，阶段 A’的呈现时间与阶段A相同，在第二刺激位置信号呈现阶段或呈现结束t毫秒内(t可以 自行调整)，测试者需要判断两次呈现的触觉刺激位置是否完全一致。若判断为“一致”则 按下右手的“是”按钮；若判断为“不一致”则按下左手的“否”按钮。测试者按下按钮后， 测试仪自动记录测试者的反应时间和判断是否正确，同时将这两个反馈信号发送到上位PC 机中呈现和保存。此时，一个测试循环结束。如果测试者在t毫秒时间内没有作出按钮反 应，则本个测试循环也自动终止，系统默认为判断错误。上一个测试循环结束之后，间隔Is下一个测试便开始循环呈现。每个测试循环结 束后，计算机记录相应的原始数据结果。60个测试循环完毕，测试仪自动终止测试，且以表 格形式在上位PC机中显示对应原始数据，并自动计算60次测试的正确率、反应时间的平均 值和方差值。数据结果以列表的方式呈现，并提示保存，支持EXCEL表格、text文本、spss 表格等格式的保存。根据本发明提供的测试方法，对一定样本量的受测者进行测试。经过大量测试得 出不同年龄群体的触觉、视觉敏感性的范围如表1所示。表1.测试结果
权利要求
一种视触觉测试仪，包括视觉及触觉信号源(1)、信号控制及传输模块(2)和反应控制模块(4)，其特征是还包括参数设置及信号产生模块(3)和数据处理模块(7)，所述视觉及触觉信号源(1)包括视觉信号源(15)和触觉信号源(10)；所述信号控制及传输模块(2)包括刺激信号接收模块、信号控制模块、多通道多路信号发生模块、反馈信号采集模块和反馈信号发送模块；所述反应控制模块(4)包括“是”按钮和“否”按钮；所述参数设置及信号产生模块(3)包括呈现时间模块、间隔时间模块、刺激数量模块、刺激类型模块、测试总数模块和刺激强度模块，所述呈现时间模块、间隔时间模块、刺激数量模块、刺激类型模块、测试总数模块、刺激强度模块分别与刺激信号接收模块的输入端连接；刺激信号接收模块的输出端与信号控制模块的输入端连接；信号控制模块的输出端与多通道多路信号发生模块的输入端连接；所述多通道多路信号发生模块的输出端分别与视觉信号源、触觉信号源连接；所述“是”按钮和“否”按钮分别与反馈信号采集模块的输入端连接；反馈信号采集模块的输出端与反馈信号发送模块的输入端连接；反馈信号发送模块的输出端与数据处理模块连接。
2.根据权利要求1所述的视触觉测试仪，其特征是还包括显示模块(5)，所述显示模 块(5)与所述参数设置及信号产生模块(3)、数据处理模块(7)分别连接。
3.根据权利要求1所述的视触觉测试仪，其特征是所述信号控制及传输模块(2)包 括RS232串口通信电路(12)、微控制器(13)、第一串并转换电路(81)、第二串并转换电路 (82)、第三串并转换电路(83)、LED驱动电路(11)、振动器驱动电路(9)，所述RS232串口 (12)与微控制器(13)连接，微控制器(13)分别与第一串并转换电路(81)、第二串并转换 电路(82)、第三串并转换电路(83)的输入端连接，第一串并转换电路(81)的输出端与LED 驱动电路(11)的输入端连接，所述LED驱动电路(11)的输出端与视觉信号源(15)连接， 第二串并转换电路(82)的输出端与振动器驱动电路(9)的输入端连接，所述振动器驱动电 路(9)的输出端与触觉信号源(10)连接。
4.根据权利要求3所述的视触觉测试仪，其特征是所述信号控制及传输模块(2)还 包括测试仪动态指示模块(14)，所述测试仪动态指示模块(14)与第三串并转换电路(83) 的输出端连接。
5.一种使用权利要求1的视触觉测试仪测量视觉和触觉敏感性的方法，其特征是包括 如下步骤(a)在测试者身体的各测试部位分别安装视觉及触觉信号源(1)，并对各视觉及触觉 信号源(1)分别编号；(b)系统设置测试循环的初始值为0；由参数设置及信号产生模块(3)设置测试参数 的设定值，所述测试参数包括呈现时间、间隔时间、刺激数量、刺激类型、测试总数和刺激强 度；(c)参数设置及信号产生模块(3)根据所述测试参数的设定值随机产生第一刺激位置 信号和第二刺激位置信号，并将所述第一刺激位置信号和第二刺激位置信号发送到刺激信 号接收模块进行保存；(d)所述刺激信号接收模块将所述第一刺激位置信号和第二刺激位置信号发送给信号 控制模块；(e)所述信号控制模块先对所述第一刺激位置信号和第二刺激位置信号进行解码，后根据所述呈现时间和间隔时间的设定值先后向多通道多路信号发生模块发送第一刺激位 置信号和第二刺激位置信号；(f)所述多通道多路信号发生模块先后根据第一刺激位置信号和第二刺激位置信号分 别控制视觉及触觉信号源(1)产生视觉信号和/或触觉信号；(g)测试者根据产生所述视觉信号和/或触觉信号的视觉及触觉信号源(1)所在位置 判断第一刺激位置信号和第二刺激位置信号是否相同如果测试者判断第一刺激位置信号和第二刺激位置信号相同，则按“是”按钮；如果测试者判断第一刺激位置信号和第二刺激位置信号不相同，则按“否”按钮；(h)反馈信号采集模块采集“是”按钮或“否”按钮所产生的反馈信号，并根据所述反馈 信号获取测试者的反应时间且进行以下判断如果产生第一刺激位置信号的各视觉及触觉信号源(1)的编号与产生第二刺激位置 信号的各视觉及触觉信号源(1)的编号完全一致，且在步骤(g)中测试者按“是”按钮，则 表示测试者判断正确；如果产生第一刺激位置信号的各视觉及触觉信号源(1)的编号与产生第二刺激位置 信号的各视觉及触觉信号源(1)的编号完全一致，且在步骤(g)中测试者按“否”按钮，则 表示测试者判断错误；如果产生第一刺激位置信号的各视觉及触觉信号源(1)的编号与产生第二刺激位置 信号的各视觉及触觉信号源(1)的编号不完全一致，且在步骤(g)中测试者按“是”按钮， 则表示测试者判断错误；如果产生第一刺激位置信号的各视觉及触觉信号源(1)的编号与产生第二刺激位置 信号的各视觉及触觉信号源(1)的编号不完全一致，且在步骤(g)中测试者按“否”按钮， 则表示测试者判断正确；(i)反馈信号采集模块将步骤(h)所得到的测试者的反应时间和判断结果通过反馈信 号发送模块发送到数据处理模块，此时完成一次测试循环；(j)所述数据处理模块累计测试循环次数，若测试循环次数小于所述测试总数的设定 值，则返回执行步骤(C)；若测试循环次数等于所述测试总数的设定值，则执行步骤(k)；(k)所述数据处理模块对所述测试者的反应时间和判断结果进行统计处理，并将统计 处理结果保存。
全文摘要
本发明公开一种视触觉测试仪及视触觉敏感性测试方法。视触觉测试仪中，参数设置及信号产生模块的个测试参数模块分别与刺激信号接收模块的输入端连接；刺激信号接收模块的输出端与信号控制模块的输入端连接；信号控制模块的输出端与多通道多路信号发生模块的输入端连接；多通道多路信号发生模块的输出端分别与视觉信号源、触觉信号源连接；“是”按钮和“否”按钮分别与反馈信号采集模块的输入端连接；反馈信号采集模块的输出端与反馈信号发送模块的输入端连接；反馈信号发送模块的输出端与数据处理模块连接。本发明除常规的视觉、触觉及两通道结合测试外，还可实现对触觉告警、运动触觉、触觉记忆、视触觉联合的运动知觉现象等的研究。
文档编号A61B5/00GK101972149SQ20101053036
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月2日 优先权日2010年11月2日
发明者宋求, 朱洁银, 柴黎林, 胡丽花, 胡凤培, 许跃进, 谷利飞 申请人:浙江理工大学