基于脑电信号和眼动信号融合的专注力训练系统及方法与流程

1.本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种基于脑电信号和眼动信号融合的专注力训练系统及方法。


背景技术：

2.专注力是青少年认知能力发展的重要组成，专注力欠缺将导致任何活动都难以维持和进行，上课无法专心，甚至影响学业。其形成原因包括先天因素和后天因素两部分：在先天因素上，青少年生理机能的缺陷，大脑结构不平衡等遗传素质的问题导致青少年专注力较差；在后天因素上，青少年由于焦虑、疲劳、抑郁等心理因素造成的身体不适从而导致专注力差；其次，由于青少年意志力没有完全成熟，自控能力较差，易被外界事物干扰，当身处于嘈杂、充满诱惑的环境中时很难专注于某一件事，最终形成专注力差的问题。专注力训练致力于对青少年进行引导，经过一段时间的训练后使其能够长时间、稳定地集中于所做的事。
3.基于脑电信号的专注力训练就是将大脑皮层各区的脑电活动节律波反馈出来，对脑电信息进行时域分析，并对特定的脑电活动进行训练，通过训练选择性地强化某一频段的脑电波，从而达到提高专注力的目的。
4.基于眼动信号的专注力训练则是通过监测跟踪眼睛注视点的位置，来判定被试者是否专注于训练内容，当被试者专注于其他内容时给出提醒。
5.目前，现有专注力训练方法有如下缺点：
6.在进行单一脑电信号分析中，被试者未专注于当前训练内容而看周围其他内容时，β波占比值同样符合设定条件，被记录为处于专注状态中，产生较大误差；单一眼动信号分析中，只关注于眼动信号的追踪，无法判定被试者是否处于思考状态。综上，现有技术无法快速准确地对被试者专注力进行评估，从而影响专注力训练效果。专注力训练由系统制定，被试者在引导下被动地进行训练，对训练的积极性不高，导致训练效果差。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种基于脑电信号和眼动信号融合的专注力训练系统及方法，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。
8.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
9.一方面，本发明提供一种基于脑电信号和眼动信号融合的专注力训练系统，包括：脑电硬件数据采集模块、计算机控制端、眼动仪、眼动采集程序模块、数据库；
10.所述脑电硬件数据采集模块和计算机控制端连接，所述眼动仪与眼动采集程序模块的连接，所述眼动采集程序模块与计算机控制端的连接；
11.所述脑电硬件数据采集模块，用于利用脑电放大器采集脑电信号进行时频分析，得出的β波能量占比值，并将所述β波能量占比值传输到计算机控制端；
12.所述眼动仪，用于追踪眼睛运动轨迹，确认被试者是否专注于测试内容，并将实时
监测数据输入至眼动采集程序模块，并将监测结果传输至计算机控制端；
13.所述眼动采集程序模块，用于实时展示眼动信号的数据；
14.所述数据库，用于储存所有被试者的脑电信号和眼动信号数据。
15.优选的，所述计算机控制端为专注力训练系统，结合所述眼动仪的监测数据，当被试者注视设定的内容范围时，系统记录此时的所述β波能量占比值为专注力有效值，并根据数值引导被试者进行下一步训练。
16.优选的，所述计算机控制端包括数据库管理模块、录制信息管理模块、实时数据模块、被动采集模块和主动测试模块；
17.所述数据库管理模块，用于获取数据库列表中不同被试者的测试数据；
18.所述录制信息管理模块，用于选择当前被试者的数据储存位置；
19.所述实时数据模块，用于实时获取测试过程中脑电波的变化；
20.所述被动采集模块，用于对被试者进行被动训练，结合脑电监测的实时数据进行分析，记录被试者的专注力有效值；
21.所述主动测试模块，用于被试者的主动训练，被试者决定游戏的进展，游戏的内容跟随被试者采集的信息实时反馈。
22.优选的，所述脑电硬件数据采集模块通过无线网络与计算机控制端连接。
23.优选的，所述眼动采集程序模块通过usb接口分别与计算机控制端和眼动仪相连。
24.第二方面，本发明提供一种基于脑电信号和眼动信号融合的专注力训练方法，包括如下步骤：
25.所述脑电硬件数据采集模块采集被试者脑电信号，所述眼动仪追踪被试者的眼动轨迹，所述眼动采集程序模块实时显示被试者眼动数据；
26.选择数据库管理模块，选择或新建列表，跳转到所述录制信息管理模块，测试结果同步到所述数据库；
27.选择被动采集模块，被试者按照设置的眼动轨迹进行训练，系统给出当前训练的实时反馈，得出专注力数值，并存储于所述数据库中；
28.选择主动测试模块，根据被动训练结果和自主训练数据给出实时反馈，并记录存储于所述数据库中。
29.本发明有益效果：提高了训练效果和准确性，避免单一脑电数据分析或眼动信号分析造成的较大误差，使得所得专注力数值更加精准，为后续治疗方案的制定提供了更为坚实的依据；将被动采集与主动测试相结合，被试者决定游戏的进展，充分发挥其主观能动性，获得较现有专注力训练方法更好的效果。
30.本发明附加方面的优点，将在下述的描述部分中更加明显的给出，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明实施例所述的基于脑电信号和眼动信号融合的专注力训练方法示意图。
33.图2为本发明实施例所述的基于脑电信号和眼动信号融合的专注力训练方法中专注力训练系统模块的组成示意图。
具体实施方式
34.下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
35.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
36.还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
37.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
38.为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
39.本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
40.实施例
41.如图1至图2所示，本实施例提供一种基于脑电信号和眼动信号融合的专注力训练系统，包括：脑电硬件数据采集、计算机控制端、眼动仪、眼动采集程序模块、数据库，所述脑电硬件数据采集和计算机控制端的无线连接、所述眼动仪与眼动采集程序模块的有线连接、所述眼动采集程序模块与计算机控制端的有线连接。
42.所述脑电硬件数据采集，用于脑电放大器采集脑电信号进行时频分析，得出的β波能量占比值，将所述β波能量占比值传输到计算机控制端；
43.所述眼动仪，用于追踪眼睛运动轨迹，确认被试者是否专注于测试内容，并将实时监测数据输入至眼动采集程序模块，监测结果传输至计算机控制端；
44.所述眼动采集程序模块，用于实时展示眼动信号的数据，可供医疗人员、指导老师等对被试者的眼动情况进行显示和指导；
45.所述数据库，用于储存所有被试者的脑电信号和眼动信号数据，并可对数据进行提取和分析，观察和总结被试者短期和长期的训练效果；
46.所述计算机控制端为专注力训练系统，用于将脑电信号和眼动信号进行融合分析，得出专注力训练数值，并根据数值引导被试者进行下一步训练。包括数据库管理模块、录制信息管理模块、实时数据模块、被动采集模块和主动测试模块。
47.数据库管理模块，在工作界面下拉选择数据库管理模块，在数据库列表中可以看
到此前不同被试者的测试数据；
48.录制信息管理模块，可选择当前被试者数据储存位置；
49.实时数据模块，连接硬件数据采集设备，测试过程中在实时数据模块可观察脑电波的变化；
50.被动采集模块，用于对被试者进行被动训练，结合脑电监测的实时数据进行分析，记录被试者的专注力有效值；
51.主动测试模块，可用于被试者的主动训练，被试者决定游戏的进展，游戏的内容跟随被试者采集的信息实时反馈。
52.所述脑电硬件数据采集通过无线网络与计算机控制端连接；
53.所述眼动采集程序模块通过usb接口分别与计算机控制端和眼动仪相连。
54.本实施例中，基于上述系统，实现了一种基于脑电信号和眼动信号融合的专注力训练方法，包括如下步骤：
55.步骤1，所述脑电硬件数据采集用于采集被试者脑电信号，所述眼动仪采集被试者的眼动轨迹，所述眼动采集程序模块实时显示被试者眼动数据。所述眼动采集程序模块通过usb接口分别与计算机控制端和眼动仪相连；
56.步骤2，在硬件连接完毕后即可运行专注力训练系统，在此情况下默认已安装好软件，在桌面上双击打开本系统软件，等待窗口出现；
57.步骤3，所述脑电硬件数据采集通过无线网络与计算机控制端连接。连接后完成系统软件参数设置，在快捷工具栏设置运行系统软件的硬件环境；滤波范围建议范围为1-35，此处建议设置为35；运行本系统软件的电脑屏幕尺寸；运行本系统软件的电脑显示器分辨率比值。
58.步骤4，在工作界面中选择所述数据库管理模块，选择或新建列表，跳转到所述录制信息管理模块，测试结果同步到所述数据库；
59.步骤5，在工作界面中选择被动采集模块，被试者按照设置的眼动轨迹进行训练，系统给出当前训练的实时反馈，得出专注力数值，并存储于所述数据库中；
60.步骤6，在工作界面中选择主动测试模块，根据被动训练结果和自主训练数据给出实时反馈，医疗人员或指导老师给出评价及建议，并记录存储于所述数据库中。
61.本实施例中，通过眼动仪、眼动仪采集程序和脑电硬件数据采集对被试者的训练数据进行采集，然后通过计算机控制端进行分析处理，依据所得被动采集数据，引导被试者进行主动测试。本实施例中，通过脑电信号和眼动信号融合的技术，判断专注力测试结果是否有效，从而提高被试者专注力测试的准确性，通过主动测试模块训练提高被试者的专注力。
62.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
63.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流
程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
64.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
65.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
66.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。