[发明专利]一种认知负荷评估方法及系统

说明书

本发明提供一种认知负荷评估方法及系统，方法包括：获取近红外光强信号和心电信号；第一设定算法将近红外光强信号转换为氧合血红蛋白浓度信号和脱氧血红蛋白浓度信号，计算脑氧饱和度；用莫莱小波对述氧合血红蛋白浓度信号进行小波变换，提取脑血氧相位信号；用莫莱小波对心电信号进行小波变换，提取心电相位信号；第二设定算法计算脑血氧相位信号和心电相位信号间的心脑耦合强度；频域分析提取心率变异性；对脑氧饱和度、心脑耦合强度和心率变异性加权求和得到认知负荷指数。系统包括：信息采集模块、信号处理分析模块、指标融合模块、认知负荷评级模块和交互模块。本发明能够将生理信号转化为认知负荷指数，直观地将训练的负荷强度反馈给用户。

技术领域

本发明涉及认知神经科学技术领域，尤其涉及一种认知负荷评估方法及系统。

背景技术

脑中风、脑外伤患者经常会出现认知障碍，因此在康复过程中会对患者进行认知训练。适当强度的认知负荷可以提高训练者的认知训练效率。然而在传统的认知训练过程中，不能直观的判断训练者对训练内容的认知负荷，过高的认知负荷会降低训练者的记忆力，反应能力和操作能力，过低的认知负荷会导致认知训练效果下降。因此，亟需一种能直观反映训练者认知训练过程中认知负荷高低的方法，以提高训练者的认知训练效率。

发明内容

本发明实施例提供了一种认知负荷评估方法及系统，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷，解决了现有技术无法直观反映训练者认知训练过程中认知负荷高低的问题，提高了训练者认知训练的效率。

本发明的一个方面提供了一种认知负荷评估方法，该方法包括以下步骤：

获取针对用户大脑前额叶区域采集的近红外光强信号以及用户的心电信号；

根据第一设定算法将所述近红外光强信号转换为氧合血红蛋白浓度信号和脱氧血红蛋白浓度信号，并根据所述氧合血红蛋白浓度信号和所述脱氧血红蛋白浓度信号计算脑氧饱和度指标；

使用复数域的莫莱小波对所述氧合血红蛋白浓度信号进行连续小波变换，以提取其在第一设定频段的脑血氧相位信号；使用复数域的莫莱小波对所述心电信号进行连续小波变换，以提取其在第二设定频段的心电相位信号；根据第二设定算法计算所述脑血氧相位信号和所述心电相位信号之间的心脑耦合强度指标；

通过频域分析提取所述心电信号在第三设定频段的心率变异性指标；

对所述脑氧饱和度指标、所述心脑耦合强度指标和所述心率变异性指标进行加权求和得到认知负荷指数，以通过所述认知负荷指数表征用户的认知负荷。

在一些实施例中，所述近红外光强信号是通过多个近红外信号采集探头对用户大脑前额叶区域采集获得的，各近红外信号采集探头之间的间距为30mm。

在一些实施例中，所述第一设定算法为比尔朗伯特定律，所述比尔朗伯特定律先将所述近红外光强信号转化为光密度数据，再将所述光密度数据转化为所述氧合血红蛋白浓度信号和所述脱氧血红蛋白浓度信号。

在一些实施例中，根据所述氧合血红蛋白浓度信号和所述脱氧血红蛋白浓度信号计算脑氧饱和度指标，包括：

所述脑氧饱和度指标计算公式为：

其中，c为所述脑氧饱和度指标，a为所述氧合血红蛋白浓度信号，b为所述脱氧血红蛋白浓度信号。

在一些实施例中，所述第一设定频段为0.02～0.07Hz频段；所述第二设定频段为0.6～2Hz频段；所述第三设定频率为0.04～0.15Hz频段。

在一些实施例中，所述第二设定算法的计算步骤包括：

选取所述第一设定频段的脑血氧相位信号和所述第二设定频段的心电相位信号，由随机微分方程构建所述脑血氧相位信号和所述心电相位信号间的耦合函数模型；