技术领域
[0001] 本
发明涉及神经系统数据采集方法，特别涉及一种专
门用于戒毒人员的神经系统的数据采集装置及方法。
背景技术
[0002] 毒品对神经系统的影响：毒品作用于中枢神经系统，吸毒人员的神经系统
疾病相较于普通人更加常见，长期吸毒会引起中枢神经系统及周围神经受损，戒毒人员的神经系统受损症状多在毒品
戒断时期表现明显。如：吸食海洛因会引发惊厥、震颤麻痹、周围神经炎和弱视等症；而可卡因的使用则会导致
癫痫、抽搐、
共济失调和步态异常的神经系统问题。
[0003] 柔性压
力传感器：柔性
压力传感器基于压敏导电
硅胶、压阻
电子浆料，采用横纵导体交错排列方式，在交叉点处构成压力感应点阵列，通过扫描和测量每一施力单元电
阻变化，确定表面力的幅值和分布情况，采集点
密度大，采集信息准确。可用来检测人体步态信息(包括足迹图像、足底压力分布、反应时间、执行正确情况等，通过足迹图像还可提取步长、步频、步宽等时间、空间参数)，并使用计算机对所得步态信息进行定量分析。
[0004] 现有神经系统采集方法：
[0005] 临床上对于神经系统采集可以分为观察法和定量法两种。观察法是一种传统的神经系统采集方法，首先工作人员对戒毒人员进行全方位的病史采集，再根据观察患者体征和病理学知识进行
定位诊断，得出初步结论，最后再有针对性的定点进行定量检测。
[0006] 定量法是借助传感器与计算机进行协调分析的一种方法，近年来受到了广泛关注,基于步态特征的神经系统采集方式也取得了很大进展。Gabel,M.等采用基于Kinect视觉的步态信息采集方法探究步态信息与人神经系统损伤间的关系，Wei,Zeng等研究员利用确定学习的方法针对帕金森综合征及其相应步态特征进行了研究。卢利萍等人将三维步态分析用于脑卒中偏瘫与步态信息变化的研究(参考文献：卢利萍,桑德春,邵翠霞,刘海荣,刘建华,李媛媛.脑卒中偏瘫患者康复
治疗前后的三维步态分析[J].中国康复理论与实践,2014,20(08):752-755.)。田丰等人针对以帕金森症为代表的神经变性病利用
机器学习算法将人体运动
姿态与神经系统疾病结合起来，制作了神经系统疾病的辅助诊断系统，在此方案中利用深度摄像机采集人体运动姿态，经处理后得到运动数据，输入由机器学习算法得到的分类
预测模型，得出肢体运动状态的检测结果。总体来看定量法针对性强，对于不同的神经系统疾病可制定不同的采集方案。
[0007] 现有神经系统采集方法用于戒毒人员神经系统采集的
缺陷：
[0008] 1、传统观察法对医生的经验和医患间的沟通要求很高，容易出现误诊、漏诊。
[0009] 2、由于戒毒人员的特殊性，为尽可能减小其抵触情绪的影响，将戒毒人员与管理人员和工作人员分开进行单独测试尤为重要，
现有技术难以满足此需求。
[0010] 3、戒毒人员在毒品戒断期的神经系统损伤症状明显，对比非毒瘾诱发状态与毒瘾诱发状态对检测结果具有参考价值，现有技术未能满足此项要求。
[0011] 4、现有装置如三维步态分析仪等造价昂贵，成本高。
发明内容
[0012] 本发明的目的在于针对戒毒人员的特殊性和上述已有方法的缺点，提供一种针对戒毒人员神经系统的数据采集装置和方法，分别在非毒瘾诱发状态下和毒瘾诱发状态下，由步态测试系统控制发送测试指令，利用柔性压力传感器检测足迹图像、足底压力、反应时间和执行正确情况并采集相关数据。
[0013] 为达到上述目的，本方法所采用的技术方案如下：
[0014] 一种用于戒毒人员神经系统数据采集的装置，包括柔性压力传感器模
块、步态信息采集模块、显示模块、语音模块、毒瘾诱发模块、戒毒人员信息管理系统、步态测试系统、步态分析系统；
[0015] 所述柔性压力传感器模块，为由一定密度柔性阵列力传感器所组成的传感器阵列；柔性压力传感器阵列表面覆有采集板，用于
支撑保护装置内部元件，其上封装有与指令系统相适应的用不同
颜色和数字标注的区域用于测试；
[0016] 柔性压力传感器和步态信息采集模块的输出连接步态测试系统，由步态测试系统、控制语音模块、显示模块、毒瘾诱发模块执行相应指令，并将采集到的数据输入步态分析系统。
[0017] 进一步的，所述柔性压力传感器模块，采集足迹图像、足底压力分布信息、反应时间、执行正确情况；柔性压力传感器阵列表面
涂装有与测试指令相对应的多个测试区域。
[0018] 进一步的，所述步态信息采集模块，包括
微处理器、
放大器、
滤波器、A/D转换器及其附属
电路，用于将采集数据打包传送到步态测试系统；这里采集的数据包括柔性压力传感器模块输出的足迹信息、压力分布、反应时间和执行正确情况；柔性压力传感器模块的传感器阵列产生的原始压力
信号经过放大器放大、低通滤波、A/D转换，最终将获得的
数字信号传送到微处理器，再由微处理器按照设定好的通讯协议将步态信息传递到步态测试系统。
[0019] 进一步的，所述步态信息采集模块，上电后自动开始数据采集，且采用采集
优化算法，自动区分有效数据；数据传输为单向传输，不必等待上位机接收。
[0020] 进一步的，所述戒毒人员信息管理系统，采用关系型
数据库，存储戒毒人员基本信息及相应测试记录；文件存储采用本地C/S架构存储戒毒人员基本信息及相应测试记录，测试记录与分析记录分别存储。
[0021] 进一步的，所述步态测试系统，对语音模块和显示模块发送指令，指导测试进行；自动解析接收数据，针对每条指令，分别生成一幅三维足迹-压力直方图，配备除噪、增强、标示信息算法，在所得图像上利用颜色深浅变化显示足底压力分布信息，同时标注步幅、步宽、站立相时间、摆动相时间数据，实时展示行走情况。
[0022] 进一步的，三维足迹-压力直方图由二维足迹图像和对应的足底压力分布信息得到，并附带每一足迹形成的时刻值的一维向量，从而包含了步行时所有足底步态参数信息，包括如下时间、空间参数：步长、步宽、步频、站立相时间、摆动相时间、支撑相时间、脚尖距离、单步时间、复步时间，以及相应的足底压力分布信息。
[0023] 进一步的，所述步态分析系统，包括有步态信息计算模块，步态信息计算模块将经步态测试系统初步处理的数据信息进行进一步解析，得到矫正后的三维足迹-压力直方图，反应时间、执行正确情况；所述的反应时间是指语音模块开始播放一条语音指令同时开始计时，当测试者到达要求区域时停止计时所记录的时间；所述的执行正确情况是指在反应时间内，步态采集模块将测试者的动作传递到步态测试系统，步态测试系统根据动作特征判别该动作是否为目标动作，是则判为正确，否则判为错误。
[0024] 进一步的，所述语音模块配备能够添加和更改的语音数据库，内含根据采集板标注信息制定的随机指令集，同时支持
指定语音播报功能和随机语音播报功能，由步态测试系统控制播报不同语音信息。
[0025] 进一步的，所述显示模块具有图像显示功能，采集板前方装有显示屏，配备相应可更改的图像数据库，同时与语音播报系统同步辅助发布相应指令和辅助测试。
[0026] 进一步的，所述毒瘾诱发模块包括毒瘾诱发数据包和独立的视频模块、音频模块，数据包内含吸毒器械、场景的图片和视频，借助独立的音、视频模块播放。
[0027] 根据本发明的另一方面，提出一种戒毒人员神经系统数据采集的的方法，其特征在于：具体步骤如下：
[0028] h.放置好采集板、显示屏，确认各部分电源、通信线路正常工作；
[0029] i.上电，系统自动检测是否存在故障，如果存在，通过语音、显示模块提示，如果一切正常，按以下步骤进行；
[0030] j.工作人员将待测戒毒人员基本信息录入戒毒人员信息管理系统，开始测试；
[0031] k.步态测试系统控制语音、显示模块，指导待测戒毒人员在柔性压力传感器阵列上正常行走，步态信息采集模块获取步态信息并发送到步态测试系统，系统针对每条指令自动生成三维足迹-压力直方图，并连同反应时间、执行正确情况保存到数据库；所述的反应时间是指语音模块开始播放一条语音指令同时开始计时，当测试者到达要求区域时停止计时所记录的时间；所述的执行正确情况是指在反应时间内，步态采集模块将测试者的动作传递到步态测试系统，步态测试系统根据动作特征判别该动作是否为目标动作，是则判为正确，否则判为错误
[0032] l.步态测试系统控制语音、显示模块发出随机指令，步态信息采集模块获取步态信息并发送到步态测试系统，系统针对每条指令自动生成三维足迹-压力直方图，并连同反应时间、执行正确情况保存到数据库；
[0033] m.步态测试系统触发毒瘾诱发模块，独立的音、视频模块显示吸毒场景、器械的图片、视频，戒毒人员在此情况下一分钟后，步态测试系统开始重复d、e两步，并记录信息，此步骤全程均在毒瘾诱发装置触发的情况下完成；
[0034] n.步态分析系统对前述所得的非毒瘾诱发状态下的足迹-压力直方图和毒瘾诱发状态下的足迹-压力直方图进行预处理，得到采集预处理后的数据。
[0035] 有益效果：
[0036] 本发明可实现戒毒人员与管理人员、工作人员的分离测试，避免了戒毒人员的抵触情绪，且步态信息的变化难以人为改变，避免了戒毒人员刻意隐瞒的影响。本发明通过柔性传感器采集步态数据，通过引入三维足迹-压力直方图，充分利用步态信息，避免单一性。还可以对指令系统和音、视频数据库进行手动更改，适应性强。
附图说明
[0039] 图3是本发明一种员神经系统数据采集的方法的流程示意图。
具体实施方式
[0040] 下面结合附图及最佳
实施例对本发明做进一步详尽的描述，应当理解，此处的最佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0041] 本实施例提供一种用于戒毒人员神经系统数据采集的装置和方法，该装置结构如图1所示，包括①柔性压力传感器模块、②步态信息采集模块、④显示模块、⑤语音模块、⑥毒瘾诱发模块和③包括戒毒人员信息管理系统、步态测试系统、步态分析系统；柔性压力传感器和步态信息采集模块的输出连接步态测试系统，由其控制语音模块、显示模块、毒瘾诱发模块执行相应指令，并将采集到的数据输入步态分析系统进行分析。
[0042] 具体说明如下：
[0043] (1)柔性压力传感器模块，为由一定密度柔性阵列力传感器所组成的传感器阵列，2
其密度可以选为4个压力敏感点/cm ；传感器阵列由10个1m×1m的柔性阵列力传感器并接而成，大小为5m×2m；受到压力时产生相应
电信号，由步态信息采集模块采集。
[0044] 具体实现时：在传感器表面覆有采集板，用于支撑保护装置内部元件，其上封装有用不同颜色和数字标注的区域如图1所示，用于辅助测试，且可根据测量环境需要调整高低、
角度，以便获得更加准确的信息。
[0045] (2)步态信息采集模块包括微处理器、放大器、滤波器、A/D转换器及其附属电路，用于将采集数据打包传送到步态测试系统。这里采集的数据包括足迹信息、压力分布、反应时间和执行正确情况。传感器阵列产生的原始压力信号经过放大器放大、低通滤波、A/D转换，最终将获得的数字信号传送到微处理器，再由微处理器按照设定好的通讯协议将步态信息传递到步态测试系统。
[0046] 具体实现时：足迹图像和足底压力分布由传感器阵列直接获取，反应时间的获得方法是，语音系统开始播放一条指令同时开始计时，当目标区域有动作时停止计时，停止时间为目标区域检测到的第一个脉冲信号的时刻。执行正确情况的判别在反应时间判别后立即开始，即目标区域有动作时，采集模块将动作传递到步态测试系统，步态测试系统根据动作特征判别该动作是否为目标动作，是则判为正确，否则判为错误。在此过程中，对等待反应时间设置
阈值，阈值默认值为30s，30s内如目标区域有动作，则记录反应时间，并进一步判断反应正确率，30s内目标区域无动作则直接判定执行错误，反应时间为30s。
[0047] 系统上电后，步态信息采集模块自动开始数据采集，并能够自动区分有效数据，这里采集的主要指标为足底压力信息，通过足底压力可分析足迹图像、反应时间和执行正确情况等；采用采集优化算法对数据打包传输，提高采集
频率和传输速度。采集优化算法的具体方式是：采用从左向右、从下向上的扫描方式，每行以扫描的第一个点为标示，向右扫描直到连续点结束，再继续循环此操作直到本行扫描结束，开始下一行扫描。所有行扫描结束之后按照如表1所示的协议进行封装和发送到步态测试模块。这里的数据传输为单向传输，不必等待步态测试模块接收，传输速度快。
[0048] 表1：采集优化算法协议表
[0049] 序号 内容 长度(字节) 说明1
采样周期 2
2 板号 1 每块
压力板序号标示
3
位置信息 4 字节1、2为行坐标，字节3、4为列坐标
4 压力信息 2 与位置信息对应的压力数值
5 数据校验位 1
6 数据包结束符 1 255代表结束符
[0050] (3)戒毒人员信息管理系统，存储戒毒人员基本信息及相应测试记录。工作人员可以在此系统上对戒毒人员信息进行新增、删除、编辑、测试、查询等操作。
[0051] 具体实现时：采用关系型数据库，存储戒毒人员基本信息及相应测试记录；文件存储采用本地C/S架构，测试记录与分析记录分别存储。
[0052] (4)步态测试系统，对语音模块和显示模块发送指令，指导测试进行；自动解析接收数据，针对每条指令，生成一幅三维足迹-压力直方图，配备除噪、增强、标示信息等算法，在所得图像上利用颜色深浅变化显示足底压力分布信息，同时标注步幅、步宽、站立相时间、摆动相时间等数据，实时展示行走情况。
[0053] 具体实现时：步态测试系统首先对接收到的足迹图像进行滤波、增强，随后将足底压力分布数据与二维足迹图像生成三维图像-压力直方图，
可视化的时候，将对应点压力的大小按颜色的深浅进行二维显示，同时将三维图像-压力直方图和反应时间数据传送到步态分析模块。
[0054] (5)步态分析系统，在步态测试系统完成所有测试流程后，对保存在数据库中的对应所有执行过的指令的多个三维足迹-压力直方图进行处理，主要包括三维足迹-压力直方图的矫正、左右脚的自动识别、及
数据处理等。
[0055] 具体实现时：三维足迹-压力直方图的矫正方法如下：首先对步态测试系统传送过来的三维图像-步态直方图中的二维足迹图像进行分割，将连续的足迹分割成单独的区域进行存储；再利用图像合并技术，将一些断开的足迹进行合并；最后进行左右脚的识别，具体方式为：先找出脚印区域前后的中心点并连线，标示出上下两部分信息；再分别计算上下区域的凸多边形的面积；最后对比多边形面积得出左右脚结论。
[0056] 步态分析模型是根据无神经系统损伤的正常人的步态信息得到的，含有各种状态下的足迹-压力直方图和反应时间信息。具体实施时，可根据所有已执行指令的三维足迹-压力直方图、反应时间和执行正确情况与模型中最匹配的直方图进行比较，此处的匹配可通过最近邻关系进行匹配，即限定为
特征向量的距离最近。确定匹配直方图后，对二者求加权偏差，并对结果进行归一化，最后求均值并化为百分数。
[0057] (6)语音模块，播报受步态测试系统控制，装有可添加和更改的语音数据库，内含制定随机指令集，支持删减和增加到上百条。同时支持指定语音播报功能和随机语音播报功能，可由工作人员根据需要播报不同语音信息。具体指令表如表2所示。
[0058] 表2：指令表
[0059]
[0060] (7)显示模块，与语音模块一样，受步态测试系统控制，配备可添加和更改的图像数据库。显示屏位于被测戒毒人员前方，步态测试系统发出相应指令，显示模块和语音模块同时响应，显示所需图像信息。
[0061] (8)毒瘾诱发模块，包括毒瘾诱发数据包和独立的视频模块、音频模块，数据包内含吸毒器械、场景的图片和视频，借助独立的音、视频模块播放；独立的音、视模块位于装置正前方，便于戒毒人员看到；此独立视频模块与前述的显示模块的区别是此模块配备投影系统，可提供更大的
视野和实景体验感，增加对戒毒人员毒瘾诱发程度；在正常状态测试结束后，即将进入毒瘾诱发状态下的测试，此时毒瘾诱发装置触发，独立的音、视频模块开始工作，不断播放吸毒场景和工具的音视频，其诱发毒瘾左右，约1分钟后开始毒瘾诱发状态下的测试，在此测试过程中，毒瘾诱发模块始终处于工作状态，保证持续的毒瘾诱发。
[0062] 上述为各主要模块的具体工作方法，整个装置的具体工作流程如图2所示。由步态测试系统作为调控装置工作的枢纽，采集开始后，步态测试模块发送测试指令，步态采集模块获取步态信息，并经微处理器传递到步态测试系统，步态测试系统随之对收到的数据进行解析，生成三维足迹-压力直方图，并和反应时间、执行正确情况一同保存，同时发送下一条指令，不断重复，直到所有测试步骤结束。步态分析系统开始工作，首先对所得的三维足迹-压力直方图进行分割、合并，得到完整足迹信息，区分左右脚，得到一组完整的足迹-压力直方图。
[0063] 如图3所示，基于上述装置，本实施例的一种用于戒毒人员神经系统数据采集的方法，通过对非毒瘾诱发状态步态信息和毒瘾诱发状态下的步态信息的分别生成三维足迹-压力直方图，且引入足迹-压力直方图充分利用了步态信息，避免了单一性。具体步骤如下：
[0064] a.放置好采集板、显示屏，确认各部分电源、通信线路良好；
[0065] b.上电，系统自动检测是否存在故障，如存在，通过语音、显示模块提示，如一切正常，按以下步骤进行；
[0066] c.工作人员将待测戒毒人员基本信息录入戒毒人员信息管理系统，开始测试；
[0067] d.步态测试系统控制语音、显示模块，按顺序播放前3条指令，步态信息采集模块获取步态信息并发送到步态测试系统，系统针对每条指令自动生成三维足迹-压力直方图，并连同反应时间、执行正确情况保存到数据库；
[0068] e.步态测试系统控制语音、显示模块发出随机指令，步态信息采集模块获取步态信息并发送到步态测试系统，系统针对每条指令自动生成三维足迹-压力直方图，并连同反应时间、执行正确情况保存到数据库；
[0069] f.步态测试系统触发毒瘾诱发模块，独立的音、视频模块显示吸毒场景、器械的图片、视频，戒毒人员在此情况下一分钟后，步态测试系统开始重复c、d两步，并记录信息，此步骤全程均在毒瘾诱发装置触发的情况下完成；
[0070] g.步态分析系统对前述所得的非毒瘾诱发状态下的足迹-压力直方图和毒瘾诱发状态下的足迹-压力直方图进行预处理，得到预处理后的数据，所述数据包括：所测戒毒人员基本信息、一组测试过程中三维足迹-压力直方图可视化效果图等。
[0071] 尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于
本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的
权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
