基于近红外光谱法的驾驶员脑功能连接及振动响应分析

发布时间：2017-07-16 12:02

  本文关键词：基于近红外光谱法的驾驶员脑功能连接及振动响应分析

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【摘要】：在关于职业驾驶员脑中风发病率的统计研究中,发现专职驾驶员发生脑中风的危险性较高,其中客车驾驶员高于货车驾驶员,并且城市公交车驾驶员发生脑中风的危险性最高。由于职业驾驶员具有工作时间长,注意力集中,精神压力大的特点,并且在驾驶过程中受到温度,噪声,汽车振动等多方面的影响,因此在驾驶过程中发生突发性脑中风等脑功能疾病的情况愈发常见。本文目的是首先利用近红外光谱检测手段,建立一种分析脑功能连接的评估方法,进而分析汽车振动因素对驾驶员脑功能连接的影响,确定对驾驶员脑功能连接影响较为严重的振动频率。从主动安全角度出发,将驾驶员脑功能连接特性作为新的评价指标,预防并提前发现驾驶员发生突发性脑中风的征兆,最终避免振动因素引起驾驶员突发性脑中风而导致的重大交通事故。在脑功能检测方面,本文利用近红外光谱仪器的特点,检测脑组织内氧合血红蛋白信号。该信号具有自发性振动的特性,其特征频率可代表相应功能特点,本文利用连续小波变换方法,对信号进行时频变换,分析0.005-2 Hz频率范围内特点,并分为六段频率间隔：Ⅰ.0.6-2 Hz、Ⅱ,0.145-0.6 Hz、Ⅲ,0.052-0.145 Hz、 Ⅳ,0.021-0.052 Hz、Ⅴ,0.0095-0.021 Hz、Ⅵ,0.005-0.009 Hz。在脑功能连接问题的分析方面,由于大脑前额叶区域在认知、记忆等方面起到控制作用,本文针对左、右前额叶氧合血红蛋白信号进行脑功能连接分析。运用小波相干和相位相干方法,对这两组信号由时间序列转换为特征频率范围,并在能量和时间的相干性上做出分析,可由此确定脑功能连接的检测和分析方法。在确定了脑功能连接的检测方法后,本文进而通过实验来验证有效性。该实验方式为：对13名脑中风患者和21名同年龄段健康人群进行15分钟左、右前额叶氧合血红蛋白采集,通过小波相干和相位相干方法,在特征频率范围内进行脑功能连接分析。实验结果为：脑中风患者在第ⅡI段频率间隔内,脑功能连接呈现显著性降低。与临床医学结果一致,确定了该方法的有效性。本文基于偏最小二乘法建立一种脑功能连接检测模型。该模型可用于早期预防和检测脑中风等脑功能疾病,同时可对脑中风患者的康复进程进行有效评估。最后,本文分析汽车振动对驾驶员脑功能连接的影响。根据驾驶员受到汽车振动情况,搭建模拟汽车振动的驾驶员座椅实验平台。对11名实验者在静息态、3 Hz、4.5 Hz、6 Hz振动的4种条件下,进行20分钟的脑功能连接检测。结果发现,在振动和静息态对比中,振动导致驾驶员的脑功能连接在第1I和III段频率间隔内呈现显著性降低。在不同振动频率间的对比发现,不同频率振动对驾驶员脑功能连接响应的差异性不显著。但是,4.5 Hz频率振动条件下的驾驶员脑功能连接最差。综上,本文发现汽车振动会对驾驶员脑功能连接产生影响,并且该影响可能会导致脑功能突发性疾病。建议在今后汽车的制造方面,引入驾驶员脑功能连接指标。通过改变驾驶员受到的振动类型,减少驾驶员因脑功能连接障碍引发的突发性脑中风等疾病,进而减少该原因造成的交通事故。
【关键词】：近红外光谱 脑功能连接 驾驶员 汽车振动
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R135;U492.8
【目录】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 课题研究背景及意义13-15
• 1.2 脑功能连接分析现状15-18
• 1.3 论文研究的主要内容18-21
• 第2章 基于近红外光谱的脑功能连接分析方法21-31
• 2.1 近红外光谱检测脑血氧含量21-22
• 2.1.1 近红外光谱检测原理及优势21-22
• 2.1.2 检测各参数意义22
• 2.2 利用近红外光谱进行脑功能连接评估22-26
• 2.2.1 近红外为基础的脑功能连接23
• 2.2.2 脑氧合血红蛋白振动特征频率23-24
• 2.2.3 利用左右前额叶相干性评估脑功能连接24-26
• 2.3 左右前额叶相干性分析方法26-30
• 2.3.1 连续小波变换(Continue Wavelet Transform)27-28
• 2.3.2 小波相干分析(Wavelet Coherence)28-29
• 2.3.4 相位相干分析(Phase Coherence)29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 脑中风人员的脑功能连接特征分析31-45
• 3.1 实验方案设计31-33
• 3.1.1 实验目的31
• 3.1.2 实验对象31-32
• 3.1.3 实验步骤32-33
• 3.2 信号去噪及相干性处理33-40
• 3.2.1 脑氧含量信号去噪及时频转换预处理33-35
• 3.2.2 利用Matlab软件进行相干性处理35-40
• 3.3 结果分析40-42
• 3.3.1 在0.1Hz左右频率段显著性差异40-41
• 3.3.2 讨论脑中风患者和健康人群的显著性差异41-42
• 3.4 脑功能连接评估模块设计42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 汽车整体振动对脑功能连接的影响分析45-63
• 4.1 车辆模拟振动频率选取45-47
• 4.2 实验方案设计47-50
• 4.2.1 实验目的47-48
• 4.2.2 实验对象48
• 4.2.3 实验步骤48-50
• 4.3 结果分析及讨论50-62
• 4.3.1 数据处理与分析50-57
• 4.3.2 不同振动频率对驾驶员脑功能连接影响结果讨论57-61
• 4.3.3 驾驶员座椅优化设计探讨61-62
• 4.4 本章小结62-63
• 总结与展望63-67
• 参考文献67-79
• 攻读硕士期间发表论文79-81
• 致谢81-82
• 附件82

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本文编号：548538