一种可穿戴式心理压力评测装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种可穿戴式心理压力评测装置和方法，该系统包括，生理数据传感器模块、数据记录模块、数据分析模型、显示模块、以及电源模块，其中，所述生理数据传感器模块将所测得的生理参数信号传输至所述数据记录模块，所述数据记录模块对所测得的生理参数信号进行转换处理后得到生理参数数据，将生理参数数据传输至所述数据分析模块，所述数据分析模块通过个体化生理-心理模型对生理参数数据分析，并将分析结果传输至所述显示模块进行显示。本发明实现了心理压力的精确定量评测；通过个体化生理-心理模型的构建使心理压力的评测可以更好的符合目标用户个体的生理信号特征，得到更好的评测输出。
【专利说明】一种可穿戴式心理压力评测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可穿戴设备，特别涉及一种可穿戴式心理压力评测装置，同时还涉及一种可穿戴装置的数据分析处理方法，属于心理健康应用【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着可穿戴设备的兴起，越来越多的设备可以在日常的情景下采集人们的生理参数:如心率、皮肤温度等。在日常情景下，通过长时程采集生理数据，能够更加有效地对人们的生理健康情况做出统计和预测。目前，已有较多的技术围绕着利用通过可穿戴设备进行生理健康的评测展开，在市场上也有较多可用产品。然而，心理健康作为健康的主要组成部分却较少被关注。
[0003]心理压力是现代社会人们所面临的主要心理健康问题之一，高心理压力对人们的工作生活效率、生活品质等方面都有重要影响。市场上现有的可穿戴设备尚不具备通过采集生理参数对心理压力情况进行评测的功能，而该功能对受到心理压力困扰的人群有十分重要的价值，有必要建立一种基于可穿戴生理测量技术的心理压力评测方法与装置。因而，通过可穿戴设备监测人们的心理健康是极为重要，且有实际利用价值的。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种能够获取用户心理健康程度的一种可穿戴式心理压力评测装置及其心理压力评测方法。
[0005]为实现上述的发明目的，本发明提供了一种可穿戴式心理压力评测装置，包括:
[0006]生理数据传感器模块、数据记录模块、数据分析模型、显示模块、以及电源模块，其中，
[0007]所述生理数据传感器模块将所测得的生理参数信号传输至所述数据记录模块，所述数据记录模块对所测得的生理参数信号进行转换处理后得到生理参数数据，将生理参数数据传输至所述数据分析模块，所述数据分析模块通过个体化生理-心理模型对生理参数数据分析，并将分析结果传输至所述显示模块进行显示。
[0008]其中较优地，还包括通信模块，所述通信模块与所述数据分析模块通信连接；
[0009]所述数据分析模块分析后的生理参数数据通过所述通信模块传输至上位机。
[0010]其中较优地，所述通信模块是无线通信模块
[0011]所述数据分析模块将分析结果通过无线方式传输至计算机或智能手机。
[0012]其中较优地，所述生理数据传感器模块，还包括:心率传感器子模块、运动传感器子模块和皮肤温度传感器子模块，其中，
[0013]所述心率传感器子模块使用基于近红外光或可见光反射成像得到脉搏波，提取脉搏波的周期性波动节律获取心率信息；
[0014]所述运动传感器子模块通过三轴加速度计得到佩戴智能手环的腕部运动数据，通过计算三轴加速度的平方和以获取运动情况信息；
[0015]所述皮肤温度传感器通过与目标用户手腕部接触的金属片传导皮肤温度，并通过与其连接的热敏电阻随温度的阻抗数值变化以获取皮肤温度信息。
[0016]其中较优地，所述数据记录模块将接收的生理参数信号进行模数转换，并进行采样和存储。
[0017]其中较优地，所述数据记录模块对生理参数信号采样时采样率不低于6Hz。
[0018]本发明还提供了一种心理压力评测方法，包括以下步骤:
[0019]S1、根据基础人口学信息选择匹配群体构建心理压力评测的生理-心理基础模型；
[0020]S2、对基于所述生理-心理基础模型校准，构建基于用户生理参数特征的个体化生理-心理模型；
[0021]S3、实时采集用户的心理数据，通过个体化生理-心理模型对生理参数数据分析，并进行显示，或者上传至上位机。
[0022]其中较优地，所述步骤SI进一步包括以下步骤:
[0023]S11、采集多名匹配受试者的生理信息和心理压力信息；
[0024]S12、将所述生理信息和心理压力信息进行傅里叶变换，获取不同时间尺度的响应特性；
[0025]S13、通过多元自回归模型对所述响应特性进行时间过程建模，经过多次训练后得到线性分类器；
[0026]S14、对所述线性分类器进行交叉检验，对所述线性分类器的特征数量进行删减，得到生理-心理基础模型。
[0027]其中较优地，所述步骤S13中，所述线性分类器以多元回归模型参数为特征，以主观心理压力水平为目标。
[0028]其中较优地，所述步骤S2进一步包括以下步骤:
[0029]S21、采集目标用户的生理数据及随机时间段的主观压力水平结果；
[0030]S22、根据所述生理数据与主观压力水平结果优化所述生理-心理基础模型，得到符合目标用户的主体化生理-心理模型。
[0031]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0032](I)本发明实现了心理压力的精确定量评测；
[0033](2)个体化生理-心理模型的构建使心理压力的评测可以更好的符合目标用户个体的生理信号特征，得到更好预测的评测输出结果；
[0034](3)可以在日常生活情景下便捷的开展长时间的心理压力评测，对目标用户的心理压力水平更加综合的评价，为后续心理压力干预提供数据支撑。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是本发明所提供的可穿戴式心理压力评测装置结构示意图；
[0036]图2是本发明所提供的一种可穿戴式心理压力评测方法流程图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0038]为实现上述目的，本发明将通过以下技术方案实现:
[0039]本发明提供了一种可穿戴式心理压力评测装置，如图1所示，包括生理数据传感器模块、数据记录模块、数据分析模型、显示模块、通信模块以及电源模块。
[0040]生理数据传感器模块将所测得的数据传输至数据记录模块，数据记录模块对所测得的数据进行处理后传输至数据分析模块，数据分析模块通过个体化生理-心理模型对生理参数数据分析，将分析结果传输至显示模块进行显示，并通过通信模块传输至相应的计算机或者移动终端。
[0041]其中，生理数据传感器模块，还包括:心率传感器子模块、运动传感器子模块和皮肤温度传感器子模块。心率传感器子模块使用基于近近红外光或可见光反射成像得到脉搏波，提取脉搏波的周期性波动节律获取心率信息；运动传感器子模块通过三轴加速度计得到佩戴智能手环的腕部运动数据，通过计算三轴加速度的平方和以获取运动情况信息；皮肤温度传感器通过与目标用户手腕部接触的金属片传导皮肤温度，并通过与其连接的热敏电阻随温度的阻抗数值变化以获取皮肤温度信息。
[0042]数据记录模块与数据记录模块相连，把传感器所采集到的生理参数进行模数转换，采样并进行数据存储。上述生理数据的采样率不低于6Hz，手环可连续存储不少于48小时数据。
[0043]数据记录模块与数据分析模块相连，把数字化之后的数据根据个体化生理-心理模型通过智能手环配置的数字信号处理器DSP进行计算，输出心理压力评测结果。
[0044]最后，数据分析模块与显示模块及通信模块相连，将分析结果通过显示模块进行显示，以实现在智能手环上的结果呈现，也可以由通信模块通过无线数据传输技术(包括但不限于蓝牙、WiFi)将结果传输至智能手机、个人计算机进行结果呈现或数据的进一步分析。
[0045]本发明还公开了一种可穿戴式心理压力评测方法，基于上述可穿戴式心理压力评测装置实现，如图2所示，包括以下步骤:S1、根据基础人口学信息选择匹配群体构建心理压力评测的生理-心理基础模型；S2、对基于所述生理-心理基础模型校准，构建基于用户生理参数特征的个体化生理-心理模型；S3、实时采集用户的心理数据，通过个体化生理-心理模型对生理参数数据分析，并进行显示，或者上传至上位机。下面对本发明提供的可穿戴式心理压力评测方法展开详细说明。
[0046]S1、构建心理压力评测的生理-心理基础模型。
[0047]由于生理信息的心理压力评测具有较大的群体间差异，因此，需要根据目标用户群体的年龄结构、工作生活节奏等基础人口学信息选择匹配群体，进行构建生理-心理基础模型。本发明采用特征提取与模式识别方法，对来自匹配群体的生理信息数据及主观心理压力报告数据，进行一系列特征提取与模式识别，从而可以构建能够区分不同心理压力水平的基础生活-心理模型。
[0048]S2、构建基于用户生理参数特征的个体化生理-心理模型。
[0049]由于个体用户的差异性，需要对不同的用户进行个体化处理，采集单个用户24-48小时的生理数据，并在该时间内多次汇报主观心理压力情况。根据所采集的用户的生理与主观心理压力的数据，对生理-心理基础模型进行修改，以实现基础模型到个体化模型的最终校准。校准之后的个体化生理-心理模型即可投入实际使用。
[0050]S3、可穿戴式心理压力评测装置。
[0051]将校准后的个体化生理-心理模型参数下载到一个可穿戴智能手环上，在该智能手环上实现生理信息数据采集，并根据生理数据和个体化模型进行主观压力预测计算的完整功能。
[0052]心理压力评测结果可以通过智能手环、智能手机或个人计算机进行呈现。
[0053]实施例
[0054]在上述可穿戴式心理压力评测装置基础上，本实施例采用上述可穿戴式心理压力评测方法为用户进行构建生理-心理模型，包括:
[0055](I)针对目标用户人口学特征的匹配群体进行生理-心理基础模型构建。该步骤中需要多名匹配群体受试者，较优的，本实施例选择至少30名受试者，每位受试者佩戴可测量心率、皮肤温度、身体运动信息的可穿戴式心理压力评测装置(可穿戴智能手环)不少于14天时间，并且，通过智能手机或问卷方式每天随机抽取至少5个时间段汇报实时心理压力水平。
[0056]所获取的生理数据将通过傅里叶变换，获取不同时间尺度的响应特性，并通过多元自回归模型进行时间过程建模，多次训练后得到以多元回归模型参数为特征、主观心理压力水平为目标的线性分类器。对线性分类器进行交叉检验，根据所得分类器的准确率将其特征数量删减至合理水平。该线性分类器即为本实施例的生理-心理基础模型。
[0057](2)构建个体化生理-心理模型。在上述线性分类器模型基础上，采集目标用户24-48小时的生理数据及随机5-10个时间段的主观压力水平结果，对线性分类器模型的具体参数进行进一步优化，使其符合该目标用户的个体化特征。最后，对该线性分类器模型进行计算效率优化后，放置于可穿戴智能手环的数据分析模块实现。
[0058](3)用户通过佩戴该智能手环，可以实时地或者定时的将数据上传给计算机或者智能手机，通过计算机或者智能手机随时关注本人的心理压力情况，并及时的做出相应的调整。
[0059]综上所述，本发明实施例公开的心理压力评测方法及装置，实现了心理压力的精确定量评测。个体化生理-心理模型的构建使心理压力的评测可以更好的符合目标用户个体的生理信号特征，得到更好预测力的评测输出结果。同时，基于可穿戴装置实现压力评测可以在日常生活情景下便捷的开展长时间的心理压力评测，对目标用户的心理压力水平更加综合的评价，并提出后续心理压力干预手段提供数据支撑。
[0060]以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
【权利要求】
1.一种可穿戴式心理压力评测装置，其特征在于，包括生理数据传感器模块、数据记录模块、数据分析模型、显示模块、以及电源模块，其中， 所述生理数据传感器模块将所测得的生理参数信号传输至所述数据记录模块，所述数据记录模块对所测得的生理参数信号进行转换处理后得到生理参数数据，将生理参数数据传输至所述数据分析模块，所述数据分析模块通过个体化生理-心理模型对生理参数数据分析，并将分析结果传输至所述显示模块进行显示。
2.如权利要求1所述的可穿戴式心理压力评测装置，其特征在于，还包括通信模块，所述通信模块与所述数据分析模块通信连接； 所述数据分析模块分析后的生理参数数据通过所述通信模块传输至上位机。
3.如权利要求2所述的可穿戴式心理压力评测装置，其特征在于，所述通信模块是无线通信模块 所述数据分析模块将分析结果通过无线方式传输至计算机或智能手机。
4.如权利要求1所述的可穿戴式心理压力评测装置，其特征在于， 所述生理数据传感器模块，还包括:心率传感器子模块、运动传感器子模块和皮肤温度传感器子模块，其中， 所述心率传感器子模块使用基于近红外光或可见光反射成像得到脉搏波，提取脉搏波的周期性波动节律获取心率信息； 所述运动传感器子模块通过三轴加速度计得到佩戴智能手环的腕部运动数据，通过计算三轴加速度的平方和以获取运动情况信息； 所述皮肤温度传感器通过与目标用户手腕部接触的金属片传导皮肤温度，并通过与其连接的热敏电阻随温度的阻抗数值变化以获取皮肤温度信息。
5.如权利要求1所述的可穿戴式心理压力评测装置，其特征在于， 所述数据记录模块将接收的生理参数信号进行模数转换，并进行采样和存储。
6.如权利要求5所述的可穿戴式心理压力评测装置，其特征在于，所述数据记录模块对生理参数信号采样时采样率不低于6Hz。
7.一种心理压力评测方法，其特征在于，包括以下步骤: S1、根据基础人口学信息选择匹配群体构建心理压力评测的生理-心理基础模型； S2、对基于所述生理-心理基础模型校准，构建基于用户生理参数特征的个体化生理-心理模型；S3、实时采集用户的心理数据，通过个体化生理-心理模型对生理参数数据分析，并进行显示，或者上传至上位机。
8.如权利要求7所述的心理压力评测方法，其特征在于， 所述步骤SI进一步包括以下步骤: S11、采集多名匹配受试者的生理信息和心理压力信息；S12、将所述生理信息和心理压力信息进行傅里叶变换，获取不同时间尺度的响应特性；S13、通过多元自回归模型对所述响应特性进行时间过程建模，经过多次训练后得到线性分类器；S14、对所述线性分类器进行交叉检验，对所述线性分类器的特征数量进行删减，得到生理-心理基础模型。
9.如权利要求8所述的心理压力评测方法，其特征在于， 所述步骤S13中，所述线性分类器以多元回归模型参数为特征，以主观心理压力水平为目标。
10.如权利要求7所述的心理压力评测方法，其特征在于， 所述步骤S2进一步包括以下步骤:S21、采集目标用户的生理数据及随机时间段的主观压力水平结果；S22、根据所述生理数据与主观压力水平结果优化所述生理-心理基础模型，得到符合目标用户的主体化生理-心理模型。
【文档编号】A61B5/16GK104490407SQ201410746621
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】张丹, 李佳蔚, 彭凯平 申请人:清华大学