王琪+梁栗炎+楊琳+呂晨亮+劉碩+張碩晨

摘 要： 針對長期使用計算機造成的視力下降、腰頸椎疾病等問題，設(shè)計基于鼠標(biāo)的生理信息采集硬件與配套計算機軟件，通過算法設(shè)計與理論研究，實現(xiàn)對計算機用戶的日常健康評價及疲勞休息提示功能。采用嵌入式設(shè)計方法使計算機鼠標(biāo)具備脈搏采集功能?；贛FC進(jìn)行系統(tǒng)軟件開發(fā)，綜合用戶輸入信息、采集脈搏信息、用戶對計算機的操作信息設(shè)計算法，對用戶健康狀況及疲勞狀況進(jìn)行評價。實驗部分選定30例健康受試者，設(shè)計疲勞實驗。在疲勞實驗前后，分別采集被試者指端容積脈搏波信息，并對被試者進(jìn)行疲勞癥狀問卷調(diào)查。對脈搏信號進(jìn)行時域和波形特征分析，提取心率及變異性參數(shù)、波形特征量K′及對波形進(jìn)行歸一化處理。采用健康鼠標(biāo)可實時采集用戶脈搏數(shù)據(jù)，軟件可實時更新用戶計算機有效操作時間、疲勞指數(shù)、健康指數(shù)。系統(tǒng)可及時反映用戶健康狀況，并在用戶較為疲勞時提示用戶休息。實驗結(jié)果表明，心率及RMSSD、SDNN兩項變異性指標(biāo)在計算機操作疲勞實驗前后有顯著性差異（P<0.01）。疲勞實驗后的脈搏波波形較實驗前趨于圓滑。擬合后的疲勞指數(shù)可直觀反映用戶疲勞狀態(tài)。該設(shè)計為市場上不多見的疲勞健康實時監(jiān)測系統(tǒng)，在技術(shù)與應(yīng)用層面具有較高的創(chuàng)新性，在計算機使用者的保健與養(yǎng)生方面具有一定應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞： 健康監(jiān)測； 疲勞監(jiān)測； 脈搏波； 智能化

中圖分類號： TN710?34； R3l8.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）14?0146?04

Intelligent fatigue monitoring system based on computer with mouse

WANG Qi， LIANG Li?yan， YANG Lin， L? Chen?liang， LIU Shuo， ZHANG Shuo?chen

（College of Life Science and Bio?engineering， Beijing University of Technology， Beijing 100124， China）

Abstract： To avoid vision diminishing and lumbar cervical vertebra disease caused by long?term computer application， the biological information acquisition system based on the mouse and the matched computer software was designed to realize daily health evaluation and fatigue prompt to computer users. The embedded design method was adopted to enable the mouse to collect the pulse wave. The software was developed by means of MFC. It can analyze users basic information， collect users pulse and operation information. In addition， it can analyze the users health status and evaluate the current fatigue situation. In the theoretical research， 30 healthy people were randomly selected to join the fatigue experiment. The mouse can realize the real?time pulse data acquisition. The software can timely update the information of the computer effectively operation time， fatigue index and healthy index. The system can reflect the users health state in time and remind the users that they should rest when they are tired. The experiment results show that HR and its variant parameters （RMSSD and SDNN） have significant difference （P<0.01）. The pulse wave of testers after fatigue experiment was smoother than that before fatigue experiment. The fatigue index after fitting can reflect the users fatigue state visually. The design has high innovativeness in the technical and application level. It can be applied to the computer users health care.

Keyword： health monitoring； fatigue monitoring； pulse wave； intellectualization

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大量中年輕人長期坐在計算機前，缺乏鍛煉與健康觀念，亞健康問題悄然而來[1]。亞健康是處于健康和疾病之間的過渡狀態(tài)。世界衛(wèi)生組織的一項全球調(diào)查表明：真正意義上“健康”的人只有5%，患病的人占20%，而75%的人處于亞健康狀態(tài)[2]。

視屏顯示終端已經(jīng)廣泛用于生活中的各個領(lǐng)域。它在給人們帶來便利的同時也引發(fā)了一系列的健康問題。長時間的視計算機使用可能會導(dǎo)致VDT綜合征（計算機視覺綜合征）[3?6]。世界衛(wèi)生組織調(diào)查表明，計算機工作人員視疲勞發(fā)生率在10%～40%，有的甚至可達(dá)40%～92%；經(jīng)常連續(xù)擊鍵的操作人員骨骼肌慢性損傷發(fā)生率達(dá)10%以上[7]。計算機旁的亞健康正嚴(yán)重威脅著大眾的身體健康。然而目前亞健康檢測采用問卷分析的方法居多，該方法帶有主觀色彩。量化檢測方法中有 “皮膚電阻與疾病”、“一滴血”檢查等。以上方法對亞健康的檢測具有較可觀的準(zhǔn)確性，但均需要在醫(yī)院采用較昂貴的設(shè)備綜合分析，難于普及。從脈搏波中提取心血管生理病理信息作為臨床診斷和治療依據(jù)的相關(guān)研究，歷來都受到中外醫(yī)學(xué)界的重視[8]。脈搏波蘊含豐富的人體健康狀況信息，因此通過對脈搏信號的特征分析有望能客觀地反映健康與疲勞狀況。

此外，移動終端的普及使實時監(jiān)測人體的生理狀況成為可能，遠(yuǎn)程醫(yī)療與物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)療保健方面也越來越受到人們的重視。為此本課題設(shè)計基于脈搏、用戶操作、用戶生理信息的計算機疲勞健康監(jiān)測系統(tǒng)，通過實時監(jiān)測脈搏及用戶對計算機的操作，系統(tǒng)可提示用戶休息，并給出一個相對的健康指數(shù)，使用戶對自身的健康狀況有一個主觀上的把握。

1 系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)通過鼠標(biāo)采集用戶脈搏信息，設(shè)計程序監(jiān)測用戶計算機操作，結(jié)合用戶輸入生理信息可為用戶提供實時的健康評價與智能化疲勞休息提示功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系圖

系統(tǒng)主要研究工作包括實時采集脈搏參數(shù)的健康鼠標(biāo)硬件制作、基于脈搏與用戶信息的疲勞及健康評價方法研究、與硬件實時通信且具備監(jiān)測用戶計算機操作功能的軟件制作三部分。

2 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件為一種可采集人體脈搏參數(shù)的健康鼠標(biāo)，結(jié)構(gòu)共分為：反射式脈搏波光電傳感器、脈搏波信號濾波電路、脈搏波信號放大模塊、鼠標(biāo)數(shù)據(jù)采集模塊、鼠標(biāo)控制模塊、鼠標(biāo)數(shù)據(jù)與脈搏波數(shù)據(jù)采集處理共用的單片機控制模塊、串口轉(zhuǎn)換USB模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊以及Micro USB接口9個部分。其特征為：將反射式脈搏波光電傳感器安裝在鼠標(biāo)外殼的手握部位采集到包含人體多種生理參數(shù)的信號如圖2所示，隨后由脈搏波信號濾波電路與脈搏波信號放大模塊對信號進(jìn)行濾波和放大，并和鼠標(biāo)自身數(shù)據(jù)在單片機控制模塊匯集，經(jīng)過進(jìn)一步處理之后通過串口轉(zhuǎn)USB模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X，以做進(jìn)一步處理[9]。模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 鼠標(biāo)整體結(jié)構(gòu)圖

圖3 硬件模塊結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)算法

系統(tǒng)算法主要包括脈搏波參數(shù)提取、健康指數(shù)算法、疲勞指數(shù)算法三部分。

3.1 脈搏波參數(shù)提取

為實現(xiàn)基于脈搏的健康及疲勞狀態(tài)評價，系統(tǒng)在前人的基礎(chǔ)上做出改進(jìn)，實現(xiàn)了實時脈搏波單波的參數(shù)提取功能。算法流程如圖4所示。

圖4 脈搏波單波識別機參數(shù)提取算法流程圖

系統(tǒng)定時記錄5 s內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進(jìn)行差分計算，通過尋址零點記錄為脈搏波單波預(yù)起始點，進(jìn)一步通過上升閾值法判斷預(yù)起點后是否為單波上升主支，如果滿足閾值條件，則記錄預(yù)起點為單波起點，由此找到相鄰兩起點間的所有數(shù)據(jù)即為一個脈搏波單波。得到脈搏波單波后通過尋址最值點，結(jié)合采樣率即可計算出實時心率，采用積分面積法得出波形特征量K′，根據(jù)理論公式結(jié)合用戶輸入信息可計算心輸出量、外周阻力等大量血流參數(shù)。

3.2 健康指數(shù)算法

系統(tǒng)采用多參數(shù)分析法設(shè)計用戶健康指數(shù)算法，該指數(shù)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置指標(biāo)的健康分值，乘以該指標(biāo)的權(quán)重并累加得出。所有權(quán)重總和為1，健康指數(shù)H最大值為100。如下列公式所示：

[健康指數(shù)H=參數(shù)1×權(quán)重1+參數(shù)2×權(quán)重2+…+ 參數(shù)n×權(quán)重n]

健康指數(shù)算法結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖5所示，參數(shù)來源分為用戶輸入基礎(chǔ)生理參數(shù)和血流動力學(xué)參數(shù)。

圖5 健康指數(shù)算法結(jié)構(gòu)圖

3.2.1 用戶輸入基礎(chǔ)生理參數(shù)

基礎(chǔ)生理參數(shù)包括身高、體重、腰圍、血壓、血糖、血脂等常見健康指標(biāo)。用戶可根據(jù)需求輸入相應(yīng)數(shù)值，輸入信息越全面，系統(tǒng)評估越準(zhǔn)確。

3.2.2 用戶血流動力學(xué)參數(shù)

血流動力學(xué)參數(shù)分4部分：心臟功能參數(shù)、血管功能參數(shù)、微循環(huán)能力參數(shù)、血液性能參數(shù)。其中心臟功能參數(shù)又包括心率、平均動脈壓、心搏出量、心輸出量、心搏指數(shù)、心臟指數(shù)6項。血管功能參數(shù)包括波形特征量、體表面積、外周阻力、血管順應(yīng)性4項。微循環(huán)能力參數(shù)包括血流半更新率、血流半更新時間、血流平均滯留時間3項。血液性能參數(shù)包括總血容量、血液粘度3項[10]。

3.3 疲勞算法

系統(tǒng)疲勞評估算法結(jié)構(gòu)如圖6所示。

疲勞的評價算法系統(tǒng)初步提出有效操作時間的概念，同時設(shè)計疲勞實驗開展了基于脈搏的計算機使用疲勞研究。其中有效操作時間分為計算機直接操作、間接操作兩部分，脈搏疲勞評估值3部分。

圖6 疲勞值算法結(jié)構(gòu)圖

3.3.1 有效操作時間

此部分功能設(shè)計為將用戶操作區(qū)分為鼠標(biāo)鍵盤的直接操作時間、無直接操作狀態(tài)下視頻播放的時間接操作時間及無操作狀態(tài)下的剩余開機時間3部分。采用全局鉤子的形式捕捉鼠標(biāo)鍵盤操作，采用分類統(tǒng)計的方法對播放器及瀏覽器進(jìn)程的CPU占用量進(jìn)行分析，從而對使用與未使用狀態(tài)建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行區(qū)分，最終通過統(tǒng)計結(jié)果對各部分時間進(jìn)行權(quán)重累加得出有效操作時間評估值。

3.3.2 脈搏疲勞評估值

針對本系統(tǒng)的應(yīng)用，課題設(shè)計計算機疲勞作業(yè)實驗，以得到基于脈搏波的疲勞評價方法。

（1） 實驗內(nèi)容

實驗采用Power Lab四通道生理信號采集系統(tǒng)及透射式血氧探頭對脈搏波進(jìn)行采集，選取30名身體健康的學(xué)生受試者。在實驗前：問卷測評受試者完成疲勞前疲勞量表、視覺疲勞量表。采集受試者2 min完整指端容積脈搏波數(shù)據(jù)。隨后開始疲勞實驗，受試者用右手操作鼠標(biāo)全屏玩電腦游戲蒙特祖瑪?shù)膶毑? h，期間[12]h采集2 min完好指脈搏波波形。實驗后，受試者再次填寫疲勞量表、視覺疲勞量表，并進(jìn)行2 min指脈搏波波形采集。

圖7 實驗前、4 h后脈搏波數(shù)據(jù)歸一化后的波形圖

（2） 分析結(jié)果

實驗結(jié)果如表1所示。在計算機疲勞實驗過程中，受試者隨著操作時間的延長，脈率呈顯著性（P<0.01）下降趨勢、脈率變異性RMSSD，SDNN呈顯著性（P<0.01）上升趨勢。波形特征量K′有上升趨勢。且由疲勞量表測得受試者在實驗后精神及視覺均處于疲勞狀態(tài)。

表1 VDT操作疲勞前后脈搏參數(shù)變化表

注：*P<0.05， **P<0.01

圖7為將30名受試者在疲勞實驗前后采集的脈搏波進(jìn)行歸一化處理后取平均的波形圖。從圖中可看出疲勞試驗后指端容積脈搏波出現(xiàn)潮波，且潮波逐漸抬高。重搏波波谷呈上升趨勢。最終整體波形在實驗后較實驗前更加圓滑，重搏波波谷上升明顯，指端容積脈搏波出現(xiàn)了較為明顯的潮波。表征受試者在疲勞實驗過程中脈搏波波形質(zhì)量變差，逐漸由中阻型波形變?yōu)楦咦栊筒ㄐ巍?/p>

4 系統(tǒng)軟件

Visual C++中MFC包含強大的基于Windows的應(yīng)用框架，大大簡化用戶的編程工作， 提高代碼的可重用性，使得用戶可以進(jìn)行快速軟件開發(fā)，已成為開發(fā) Windows 應(yīng)用程序的主流框架結(jié)構(gòu)。故本軟件的開發(fā)環(huán)境選為MFC。制作界面如圖8所示。

圖8 軟件主界面

主界面由3部分構(gòu)成，分別為左側(cè)的參數(shù)狀態(tài)區(qū)（圖8中①區(qū)）、中部的信息展示區(qū)（圖8中②區(qū)）、右側(cè)的用戶信息與設(shè)置區(qū)（圖8中③區(qū)）。

（1） 參數(shù)狀態(tài)區(qū)。左側(cè)為參數(shù)顯示欄，顯示系統(tǒng)評估疲勞值、健康值及監(jiān)測心率的3項參數(shù)，由于大眾對大部分生理參數(shù)了解有限，左側(cè)參數(shù)顯示欄未對系統(tǒng)測算的大量健康參數(shù)進(jìn)行顯示，僅以權(quán)重評估所得的健康值的方式呈現(xiàn)給用戶。此外，軟件通過定時掃描接口接入狀態(tài)實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件鏈接狀態(tài)的識別。如圖8中①區(qū)所示。

（2） 信息展示區(qū)。中部為波形繪制區(qū)，可對脈搏波波形的實時繪制，通過接口實現(xiàn)實時讀取硬件數(shù)據(jù)，設(shè)置坐標(biāo)系可實現(xiàn)與脈搏波波形的實時繪制。在波形繪制上方顯示為基于健康值高低及疲勞狀態(tài)的評價語，健康評價語分為：您身體狀況良好，繼續(xù)保持；您的身體狀況一般，建議您多加運動；您的身體狀態(tài)偏弱，建議您減少計算機使用；您的身體狀況較差，建議您注意運動飲食及休息。此外，在波形繪制區(qū)域下方將顯示系統(tǒng)對有效操作時間的累計值，并實時更新給用戶。如圖8中②區(qū)所示。

（3） 用戶信息與設(shè)置區(qū)。右側(cè)為設(shè)置與信息欄，用戶可在該欄對個人基本信息及進(jìn)行輸入與修改，其中身高、體重、血壓參數(shù)的輸入將大幅度提高系統(tǒng)健康評價的可信度。此外，可通過按鈕實現(xiàn)全屏顯示控制及開機自啟動設(shè)置。如圖8中③區(qū)所示。

（4） 休息提示。軟件初始設(shè)置有效操作時間累計達(dá)1 h觸發(fā)休息條件，軟件將提示用戶休息10 min，使用戶得以調(diào)整自身狀況。休息提示界面如圖9所示。用戶可隨時關(guān)閉休息界面，或待進(jìn)度條讀完后界面自行關(guān)閉，軟件將根據(jù)用戶休息時間對觸發(fā)休息閾值條件做出調(diào)整。休息時間長閾值將提高，休息時間短閾值將降低。

圖9 休息提示界面

5 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試選取10名健康學(xué)生進(jìn)行，通過在Windows XP、Win7 32位與64位、Win8等不同操作系統(tǒng)上進(jìn)行連續(xù)1 h的使用，測試系統(tǒng)的可移植性與穩(wěn)定性。通過對不同參數(shù)特征狀態(tài)的脈搏波數(shù)據(jù)以TXT數(shù)據(jù)讀取的方式，測試軟件單波提取算法準(zhǔn)確性，實現(xiàn)對算法穩(wěn)定性的測試。

6 結(jié) 語

系統(tǒng)具脈搏檢測、健康評價、疲勞休息提示功能于一體，結(jié)合人體工程學(xué)設(shè)計及用戶交互設(shè)計，可在不干擾用戶正常計算機使用情況下完成以上功能，倡導(dǎo)健康計算機使用理念，為長期計算機操作人群提供了日常保健便利。平臺操作方法簡便易懂，界面設(shè)計友好、數(shù)據(jù)計算精確，具有較強的市場應(yīng)用價值。隨著移動終端與社交網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步普及，基于大數(shù)據(jù)挖掘的醫(yī)療保健將成為新的熱點。系統(tǒng)的研究工作一方面將進(jìn)一步完善評價算法，提高系統(tǒng)的實用性。另一方面，系統(tǒng)將擴展互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)功能，并將軟件嵌入平板電腦與手機，進(jìn)一步擴大可應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)

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[2] 第三屆國際創(chuàng)新設(shè)計與教育論壇組委會.第三屆國際創(chuàng)新設(shè)計與教育論壇論文集[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2011.

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[5] 趙亮亮，張恒東.視屏顯示終端作業(yè)對眼睛損傷及防護探討[J].中國職業(yè)醫(yī)學(xué)，2012，39（4）：348?349.

[6] 張愛華，王業(yè)泰，趙治月.視屏顯示終端視覺疲勞對脈搏信號的影響[J].中國工業(yè)醫(yī)學(xué)雜志，2010，23（3）：166?169.

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[9] 柴波，邵常哲，黃淼，等.一種可監(jiān)測人體脈搏波及心率的健康鼠標(biāo)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（5）：170?172.

[10] 羅志昌.脈搏波的工程分析與臨床應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

3.3.2 脈搏疲勞評估值

針對本系統(tǒng)的應(yīng)用，課題設(shè)計計算機疲勞作業(yè)實驗，以得到基于脈搏波的疲勞評價方法。

（1） 實驗內(nèi)容

實驗采用Power Lab四通道生理信號采集系統(tǒng)及透射式血氧探頭對脈搏波進(jìn)行采集，選取30名身體健康的學(xué)生受試者。在實驗前：問卷測評受試者完成疲勞前疲勞量表、視覺疲勞量表。采集受試者2 min完整指端容積脈搏波數(shù)據(jù)。隨后開始疲勞實驗，受試者用右手操作鼠標(biāo)全屏玩電腦游戲蒙特祖瑪?shù)膶毑? h，期間[12]h采集2 min完好指脈搏波波形。實驗后，受試者再次填寫疲勞量表、視覺疲勞量表，并進(jìn)行2 min指脈搏波波形采集。

圖7 實驗前、4 h后脈搏波數(shù)據(jù)歸一化后的波形圖

（2） 分析結(jié)果

實驗結(jié)果如表1所示。在計算機疲勞實驗過程中，受試者隨著操作時間的延長，脈率呈顯著性（P<0.01）下降趨勢、脈率變異性RMSSD，SDNN呈顯著性（P<0.01）上升趨勢。波形特征量K′有上升趨勢。且由疲勞量表測得受試者在實驗后精神及視覺均處于疲勞狀態(tài)。

表1 VDT操作疲勞前后脈搏參數(shù)變化表

注：*P<0.05， **P<0.01

圖7為將30名受試者在疲勞實驗前后采集的脈搏波進(jìn)行歸一化處理后取平均的波形圖。從圖中可看出疲勞試驗后指端容積脈搏波出現(xiàn)潮波，且潮波逐漸抬高。重搏波波谷呈上升趨勢。最終整體波形在實驗后較實驗前更加圓滑，重搏波波谷上升明顯，指端容積脈搏波出現(xiàn)了較為明顯的潮波。表征受試者在疲勞實驗過程中脈搏波波形質(zhì)量變差，逐漸由中阻型波形變?yōu)楦咦栊筒ㄐ巍?/p>

4 系統(tǒng)軟件

Visual C++中MFC包含強大的基于Windows的應(yīng)用框架，大大簡化用戶的編程工作， 提高代碼的可重用性，使得用戶可以進(jìn)行快速軟件開發(fā)，已成為開發(fā) Windows 應(yīng)用程序的主流框架結(jié)構(gòu)。故本軟件的開發(fā)環(huán)境選為MFC。制作界面如圖8所示。

圖8 軟件主界面

主界面由3部分構(gòu)成，分別為左側(cè)的參數(shù)狀態(tài)區(qū)（圖8中①區(qū)）、中部的信息展示區(qū)（圖8中②區(qū)）、右側(cè)的用戶信息與設(shè)置區(qū)（圖8中③區(qū)）。

（1） 參數(shù)狀態(tài)區(qū)。左側(cè)為參數(shù)顯示欄，顯示系統(tǒng)評估疲勞值、健康值及監(jiān)測心率的3項參數(shù)，由于大眾對大部分生理參數(shù)了解有限，左側(cè)參數(shù)顯示欄未對系統(tǒng)測算的大量健康參數(shù)進(jìn)行顯示，僅以權(quán)重評估所得的健康值的方式呈現(xiàn)給用戶。此外，軟件通過定時掃描接口接入狀態(tài)實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件鏈接狀態(tài)的識別。如圖8中①區(qū)所示。

（2） 信息展示區(qū)。中部為波形繪制區(qū)，可對脈搏波波形的實時繪制，通過接口實現(xiàn)實時讀取硬件數(shù)據(jù)，設(shè)置坐標(biāo)系可實現(xiàn)與脈搏波波形的實時繪制。在波形繪制上方顯示為基于健康值高低及疲勞狀態(tài)的評價語，健康評價語分為：您身體狀況良好，繼續(xù)保持；您的身體狀況一般，建議您多加運動；您的身體狀態(tài)偏弱，建議您減少計算機使用；您的身體狀況較差，建議您注意運動飲食及休息。此外，在波形繪制區(qū)域下方將顯示系統(tǒng)對有效操作時間的累計值，并實時更新給用戶。如圖8中②區(qū)所示。

（3） 用戶信息與設(shè)置區(qū)。右側(cè)為設(shè)置與信息欄，用戶可在該欄對個人基本信息及進(jìn)行輸入與修改，其中身高、體重、血壓參數(shù)的輸入將大幅度提高系統(tǒng)健康評價的可信度。此外，可通過按鈕實現(xiàn)全屏顯示控制及開機自啟動設(shè)置。如圖8中③區(qū)所示。

（4） 休息提示。軟件初始設(shè)置有效操作時間累計達(dá)1 h觸發(fā)休息條件，軟件將提示用戶休息10 min，使用戶得以調(diào)整自身狀況。休息提示界面如圖9所示。用戶可隨時關(guān)閉休息界面，或待進(jìn)度條讀完后界面自行關(guān)閉，軟件將根據(jù)用戶休息時間對觸發(fā)休息閾值條件做出調(diào)整。休息時間長閾值將提高，休息時間短閾值將降低。

圖9 休息提示界面

5 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試選取10名健康學(xué)生進(jìn)行，通過在Windows XP、Win7 32位與64位、Win8等不同操作系統(tǒng)上進(jìn)行連續(xù)1 h的使用，測試系統(tǒng)的可移植性與穩(wěn)定性。通過對不同參數(shù)特征狀態(tài)的脈搏波數(shù)據(jù)以TXT數(shù)據(jù)讀取的方式，測試軟件單波提取算法準(zhǔn)確性，實現(xiàn)對算法穩(wěn)定性的測試。

6 結(jié) 語

系統(tǒng)具脈搏檢測、健康評價、疲勞休息提示功能于一體，結(jié)合人體工程學(xué)設(shè)計及用戶交互設(shè)計，可在不干擾用戶正常計算機使用情況下完成以上功能，倡導(dǎo)健康計算機使用理念，為長期計算機操作人群提供了日常保健便利。平臺操作方法簡便易懂，界面設(shè)計友好、數(shù)據(jù)計算精確，具有較強的市場應(yīng)用價值。隨著移動終端與社交網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步普及，基于大數(shù)據(jù)挖掘的醫(yī)療保健將成為新的熱點。系統(tǒng)的研究工作一方面將進(jìn)一步完善評價算法，提高系統(tǒng)的實用性。另一方面，系統(tǒng)將擴展互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)功能，并將軟件嵌入平板電腦與手機，進(jìn)一步擴大可應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)

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[10] 羅志昌.脈搏波的工程分析與臨床應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

3.3.2 脈搏疲勞評估值

針對本系統(tǒng)的應(yīng)用，課題設(shè)計計算機疲勞作業(yè)實驗，以得到基于脈搏波的疲勞評價方法。

（1） 實驗內(nèi)容

實驗采用Power Lab四通道生理信號采集系統(tǒng)及透射式血氧探頭對脈搏波進(jìn)行采集，選取30名身體健康的學(xué)生受試者。在實驗前：問卷測評受試者完成疲勞前疲勞量表、視覺疲勞量表。采集受試者2 min完整指端容積脈搏波數(shù)據(jù)。隨后開始疲勞實驗，受試者用右手操作鼠標(biāo)全屏玩電腦游戲蒙特祖瑪?shù)膶毑? h，期間[12]h采集2 min完好指脈搏波波形。實驗后，受試者再次填寫疲勞量表、視覺疲勞量表，并進(jìn)行2 min指脈搏波波形采集。

圖7 實驗前、4 h后脈搏波數(shù)據(jù)歸一化后的波形圖

（2） 分析結(jié)果

實驗結(jié)果如表1所示。在計算機疲勞實驗過程中，受試者隨著操作時間的延長，脈率呈顯著性（P<0.01）下降趨勢、脈率變異性RMSSD，SDNN呈顯著性（P<0.01）上升趨勢。波形特征量K′有上升趨勢。且由疲勞量表測得受試者在實驗后精神及視覺均處于疲勞狀態(tài)。

表1 VDT操作疲勞前后脈搏參數(shù)變化表

注：*P<0.05， **P<0.01

圖7為將30名受試者在疲勞實驗前后采集的脈搏波進(jìn)行歸一化處理后取平均的波形圖。從圖中可看出疲勞試驗后指端容積脈搏波出現(xiàn)潮波，且潮波逐漸抬高。重搏波波谷呈上升趨勢。最終整體波形在實驗后較實驗前更加圓滑，重搏波波谷上升明顯，指端容積脈搏波出現(xiàn)了較為明顯的潮波。表征受試者在疲勞實驗過程中脈搏波波形質(zhì)量變差，逐漸由中阻型波形變?yōu)楦咦栊筒ㄐ巍?/p>

4 系統(tǒng)軟件

Visual C++中MFC包含強大的基于Windows的應(yīng)用框架，大大簡化用戶的編程工作， 提高代碼的可重用性，使得用戶可以進(jìn)行快速軟件開發(fā)，已成為開發(fā) Windows 應(yīng)用程序的主流框架結(jié)構(gòu)。故本軟件的開發(fā)環(huán)境選為MFC。制作界面如圖8所示。

圖8 軟件主界面

主界面由3部分構(gòu)成，分別為左側(cè)的參數(shù)狀態(tài)區(qū)（圖8中①區(qū)）、中部的信息展示區(qū)（圖8中②區(qū)）、右側(cè)的用戶信息與設(shè)置區(qū)（圖8中③區(qū)）。

（1） 參數(shù)狀態(tài)區(qū)。左側(cè)為參數(shù)顯示欄，顯示系統(tǒng)評估疲勞值、健康值及監(jiān)測心率的3項參數(shù)，由于大眾對大部分生理參數(shù)了解有限，左側(cè)參數(shù)顯示欄未對系統(tǒng)測算的大量健康參數(shù)進(jìn)行顯示，僅以權(quán)重評估所得的健康值的方式呈現(xiàn)給用戶。此外，軟件通過定時掃描接口接入狀態(tài)實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件鏈接狀態(tài)的識別。如圖8中①區(qū)所示。

（2） 信息展示區(qū)。中部為波形繪制區(qū)，可對脈搏波波形的實時繪制，通過接口實現(xiàn)實時讀取硬件數(shù)據(jù)，設(shè)置坐標(biāo)系可實現(xiàn)與脈搏波波形的實時繪制。在波形繪制上方顯示為基于健康值高低及疲勞狀態(tài)的評價語，健康評價語分為：您身體狀況良好，繼續(xù)保持；您的身體狀況一般，建議您多加運動；您的身體狀態(tài)偏弱，建議您減少計算機使用；您的身體狀況較差，建議您注意運動飲食及休息。此外，在波形繪制區(qū)域下方將顯示系統(tǒng)對有效操作時間的累計值，并實時更新給用戶。如圖8中②區(qū)所示。

（3） 用戶信息與設(shè)置區(qū)。右側(cè)為設(shè)置與信息欄，用戶可在該欄對個人基本信息及進(jìn)行輸入與修改，其中身高、體重、血壓參數(shù)的輸入將大幅度提高系統(tǒng)健康評價的可信度。此外，可通過按鈕實現(xiàn)全屏顯示控制及開機自啟動設(shè)置。如圖8中③區(qū)所示。

（4） 休息提示。軟件初始設(shè)置有效操作時間累計達(dá)1 h觸發(fā)休息條件，軟件將提示用戶休息10 min，使用戶得以調(diào)整自身狀況。休息提示界面如圖9所示。用戶可隨時關(guān)閉休息界面，或待進(jìn)度條讀完后界面自行關(guān)閉，軟件將根據(jù)用戶休息時間對觸發(fā)休息閾值條件做出調(diào)整。休息時間長閾值將提高，休息時間短閾值將降低。

圖9 休息提示界面

5 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試選取10名健康學(xué)生進(jìn)行，通過在Windows XP、Win7 32位與64位、Win8等不同操作系統(tǒng)上進(jìn)行連續(xù)1 h的使用，測試系統(tǒng)的可移植性與穩(wěn)定性。通過對不同參數(shù)特征狀態(tài)的脈搏波數(shù)據(jù)以TXT數(shù)據(jù)讀取的方式，測試軟件單波提取算法準(zhǔn)確性，實現(xiàn)對算法穩(wěn)定性的測試。

6 結(jié) 語

系統(tǒng)具脈搏檢測、健康評價、疲勞休息提示功能于一體，結(jié)合人體工程學(xué)設(shè)計及用戶交互設(shè)計，可在不干擾用戶正常計算機使用情況下完成以上功能，倡導(dǎo)健康計算機使用理念，為長期計算機操作人群提供了日常保健便利。平臺操作方法簡便易懂，界面設(shè)計友好、數(shù)據(jù)計算精確，具有較強的市場應(yīng)用價值。隨著移動終端與社交網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步普及，基于大數(shù)據(jù)挖掘的醫(yī)療保健將成為新的熱點。系統(tǒng)的研究工作一方面將進(jìn)一步完善評價算法，提高系統(tǒng)的實用性。另一方面，系統(tǒng)將擴展互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)功能，并將軟件嵌入平板電腦與手機，進(jìn)一步擴大可應(yīng)用范圍。

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