[发明专利]基于脑网络拓扑规律的体力疲劳检测方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于脑网络拓扑规律的体力疲劳检测方法及系统,包括：采集大脑中的血红蛋白信息，记录被试疲劳诱发实验前后的主观评价量表和行为学测试结果；对采集的大脑血红蛋白信息进行预处理；根据所述主观评价量表和行为学测试结果对预处理后的大脑血红蛋白信息按体力疲劳等级进行分类，计算各脑区之间的相关性，分别统计对应各体力疲劳等级的脑网络连接拓扑规律，其中所述脑网络连接拓扑规律是各种任务诱发疲劳对应的共性表征；根据所述脑网络连接拓扑规律，构建对应两两体力疲劳等级之间、脑区连接相关性的具体的统计性差异变化图。本发明可以实时检测出疲劳的具体状态，有利于提前预警。

技术领域

本发明涉及疲劳检测的技术领域，尤其是指一种基于脑网络拓扑规律的体力疲劳检测方法及系统。

背景技术

体力疲劳时日常生活中的常见问题，也是影响工作效率的重要因素之一。体力疲劳分为肌肉疲劳、心肺疲劳和神经系统疲劳等。如果长期处于过度体力疲劳的状态，可引发许多身心疾病，严重影响身体健康；同时，体力疲劳会使人的作业精度、效率和稳定性下降，在某些领域引发工作事故，比如驾驶，互联网，外科手术等。通过对体力疲劳程度实时判断，以此来合理安排工作强度，及时休息，维护身心健康。另外，更主要的是可以在过度疲劳之前发出预警，预防和减少工作事故的发生。因此，对人体的体力疲劳程度的评估是非常有必要的。

目前常见的体力疲劳的检测方式包括：基于主观感受的疲劳估计方法、基于生化指标的疲劳检测方法、基于表面肌电信号的检测方法等，其中基于主观感受的疲劳检测方法对专业人员的个人经验和水平依赖性较大，易发生误判的情况，缺乏客观性；基于生化指标的检测方法，需要采集血样，无法做到对疲劳状态的实时监测；基于表面肌电信号的检测技术，主要用于肌肉疲劳的检测，信号采集相对不便，体力疲劳包含的心肺疲劳和神经系统疲劳的检测也无法胜任。

与现有检测方法相比，脑机接口中涉及的基于近红外成像技术(FunctionalNear-infrared Spectroscopy,简称FNIRS)能够保证信号采集的客观性、安全性和实时性。而脑机接口作为一种新的人机交互方式，能够绕开神经传输通道和肌肉部分的作用，直接在大脑与外界环境之间建立信息沟通渠道。尽管前人已经对体疲劳评估进行大量研究，这些研究能够较好地识别出疲劳状态，但是仅仅是区分不疲劳和疲劳两种状态，无法实时检测出疲劳的具体状态，不利于在过度疲劳之前给出预警信号；且在体力疲劳的中枢神经系统和外周神经系统的变化机理还处于模糊状态，体疲劳中的大脑作用机制仍然是不明确的。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中无法实时检测出疲劳的具体状态，无法提前进行预警的问题，从而提供一种可以实时检测出疲劳的具体状态，能有效提前预警的基于脑网络拓扑规律的体力疲劳检测方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明的一种基于脑网络拓扑规律的体力疲劳检测方法，包括：步骤S1：采集大脑中的血红蛋白信息，记录被试疲劳诱发实验前后的主观评价量表和行为学测试结果；步骤S2：对采集的大脑血红蛋白信息进行预处理；步骤S3：根据所述主观评价量表和行为学测试结果对预处理后的大脑血红蛋白信息按体力疲劳等级进行分类，计算各脑区之间的相关性，分别统计对应各体力疲劳等级的脑网络连接拓扑规律，其中所述脑网络连接拓扑规律是各种任务诱发疲劳对应的共性表征；步骤S4：根据所述脑网络连接拓扑规律，构建对应两两体力疲劳等级之间、脑区连接相关性的具体的统计性差异变化图。

在本发明的一个实施例中，对采集的大脑血红蛋白信息的相应频段进行带通滤波的处理。

在本发明的一个实施例中，对采集的大脑血红蛋白信息运用切比雪夫带通滤波方法对相应频段进行带通滤波的处理。

在本发明的一个实施例中，对预处理后的大脑血红蛋白信息划分时，分别从MFI量表、N-back测试、MR测试三个不同维度对体力疲劳等级进行综合划分。

在本发明的一个实施例中，预处理后的大脑血红蛋白信息划分为无疲劳、中度疲劳和重度疲劳三个体力疲劳等级。