基于眼动追踪技术的认知水平康复训练系统

技术领域

本发明涉及测试领域，具体为基于眼动追踪技术的认知水平康复训练系统。

背景技术

眼动追踪，是指通过测量眼睛的注视点的位置或者眼球相对头部的运动而实现对眼球运动的追踪。

专利CN 101779960 B公开了一种刺激信息认知能力值测试系统及其方法，其中认知能力的测试方法包括采集被测者的眼动跟踪刺激信息的数据，然后对被测者的认知指标值进行分析。该方法有以下几个缺点：首先该方法无法评定注意力、记忆力、视觉搜索能力、计算能力、语言能力等具体的认知能力；其次,该方法对于具体的认知能力不能定量分析；另外，由于日常生活中的刺激表现并非是固定不变的，我们人眼对变化的刺激表现的认知水平也是不一样的，目前，国内外尚没有基于变化的刺激所反映出的认知能力变化的测试系统。再次，该方法仅对认知能力进行分析，不能对认知能力进行引导式训练。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于眼动追踪技术的认知水平康复训练系统，可以定量分析5个认知模块：注意、记忆、视觉搜索、计算及阅读；可实现有针对性、高效的认知康复训练。

为了实现上述目的，本发明采用如下方案：

一种基于眼动追踪技术的认知水平康复训练系统，包括认知任务呈现模块、红外线眼动追踪组件、眼动数据分析模块、测试结果反馈模块和刺激标记引导模块；

所述认知任务呈现模块用于向被测者呈现注意力任务、视觉搜索任务、记忆任务、计算任务及阅读任务；

所述红外线眼动追踪组件实时获取被测者根据认知任务呈现模块所得到的眼动数据，并发送至所述眼动数据分析模块；

所述眼动数据分析模块采用人眼视觉动态分析方法，评定被测者通过做注意力任务、视觉搜索任务、记忆任务、计算任务或阅读任务所反映出的注意力分数、搜索分数、记忆分数、计算分数或阅读分数；并将结果发送至所述测试结果反馈模块和刺激标记引导模块；其有益效果是一方面反馈结果，另一方面，刺激标记引导模块根据测试结果进行有针对性的引导。

所述测试结果反馈模块用于向被测者反馈其测试结果；

所述刺激标记引导模块用于引导被测者的眼动加工。

本发明中的注意力任务、记忆任务、视觉搜索任务、计算任务和阅读任务指采用不同的视觉刺激设计分别属于注意力任务、记忆任务、视觉搜索任务、计算任务和阅读任务的一系列视觉刺激的组合。

注意力任务包括警觉、注意选择和注意保持；记忆任务包括：工作记忆（空间和物体）和长时记忆（空间和物体）；视觉搜索任务包括：平等搜索和系列搜索；计算任务包括：计数、竖式计算和应用题计算；阅读任务包括：词语、句子和段落。

人眼视觉动态分析方法是一种现有的方法，具体参见《人眼动态视觉特性分析》一文，发表于《上海大学学报自然科学版》一文。

进一步的，所述红外线眼动追踪组件包括电源、红外线追踪器、数据传输单元和控制器；红外线追踪器与控制器相连，实时获取被测者根据认知任务呈现模块所得到的眼动数据，通过数据传输单元与眼动数据分析模块相连。

进一步的，所述刺激标记引导模块包括对标记的断续呈现、改变亮度或改变颜色。

进一步的，所述刺激标记引导模块中的标记包括图案、文字、字母、数字或声音。

进一步的，所述眼动数据包括注视点、注视次数、注视持续时间、回视次数、眼跳幅度、眼跳时间和注视轨迹。

进一步的，所述计算被测者的注意力分数包括：当所述注意力任务为视觉朝向任务时，根据被测者的注视点位置与当前视觉刺激的位置之间的距离确定注意力第一分数，根据被测者的注视次数确定注意力第二分数，根据被测者的眼跳时间确定注意力第三分数，根据被测者的眼跳幅度确定注意力第四分数，将所述注意力第一分数、注意力第二分数、注意力第三分数和注意力第四分数相结合，得到当前被测者的注意力分数。

视觉朝向任务是指被测者先注视某一呈现载体的中央，该载体周边出现一系列变化的符号（字母或图形），当视觉刺激出现时，以最快的速度注视到该视觉刺激。

进一步的，所述计算被测者的视觉搜索分数包括：向被测者呈现搜索任务中的多个视觉刺激，根据注视轨迹中的最后注视点位置与所述搜索任务中的目标视觉刺激位置之间的距离确定视觉搜索第一分数；根据被测者的总注视持续时间确定搜索第二分数；根据被测者的注视轨迹确定搜索第三分数，将所述搜索第一分数、搜索第二分数和搜索第三分数相结合；得到当前被测者的视觉搜索分数。

进一步的，所述计算被测者的记忆分数包括：向被测者呈现记忆任务中的多个视觉刺激，多个视觉刺激依次在不同位置呈现，当该多个视觉刺激消失时，根据被测者的注视轨迹与消失的多个视觉刺激的呈现顺序在某个视觉刺激处不一致时，确定记忆第一分数；根据被测者的注视持续时间确定记忆第二分数；将所述记忆第一分数和记忆第二分数相结合，得到当前被测者的记忆分数；或者向被测者呈现记忆任务中的目标刺激，然后目标刺激消失，接着呈现包含所述目标刺激及其他干扰刺激，根据被测者定位目标刺激的经过时间确定记忆第一分数，根据被测者的注视轨迹确定记忆第二分数，根据被测者的回视次数确定记忆第三数；将所述记忆第一分数、记忆第二分数和记忆第三分数相结合，得到当前被测者的记忆分数。

进一步的，所述计算被测者的计算分数包括：当计算任务为竖式计算时，根据被测者的注视轨迹确定第一计算分数；根据被测者的平均注视时间、注视次数和回视次数确定第二计算分数；将所述计算第一分数和计算第二分数相结合，得到当前被测者的计算分数。

进一步的，所述计算被测者的计算分数包括：当计算任务为应用题计算时，根据被测者针对应用题解题关键词的总注视时间确定第一计算分数，根据被测者针对应用题解题关键词的注视次数确定第二计算分数，根据被测者针对应用题解题关键词的眼跳幅度确定第三计算分数，根据被测者针对应用题解题关键词的回视次数确定第四计算分数，将所述计算第一分数、计算第二分数、计算第三分数和计算第四分数相结合，得到当前被测者的计算分数。

进一步的，所述计算被测者的阅读分数包括：根据被测者对于特定词汇、句子及段落的注视持续时间确定阅读第一分数；根据被测者对于特定词汇、句子的回视次数确定阅读第二分数，根据被测者的向右眼跳幅度确定阅读第三分数，根据被测者的总注视持续时间确定阅读第四分数，将所述阅读第一分数、阅读第二分数、阅读第三分数和阅读第四分数相结合，得到当前被测者的阅读分数。

本发明的有益效果：

（1）本发明可以采集被测者的眼动数据，确定被测者的注意力分数、视觉搜索分数、记忆分数、计算分数或阅读分数，通过定量分析被测者的认知能力评定被测者的认知特征和水平，具有较高的准确性。

（2）本发明基于被测者认知能力的不同，进行以提示为引导的康复训练，可以更有针对性、效率更高。

附图说明

图1为本发明的系统结构图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

图1是本发明的系统结构图。

一种基于眼动追踪技术的认知水平康复训练系统，包括认知任务呈现模块、红外线眼动追踪组件、眼动数据分析模块、测试结果反馈模块和刺激标记引导模块；

所述认知任务呈现模块用于向被测者呈现注意力任务、搜索任务、记忆任务、计算任务或阅读任务；

所述红外线眼动追踪组件实时记录被测者完成认知任务呈现模块各任务所得到的眼动数据，并发送至所述眼动数据分析模块；包括电源、红外线追踪器、数据传输单元和控制器；红外线追踪器与控制器相连，实时获取被测者根据认知任务呈现模块所得到的眼动数据，通过数据传输单元与眼动数据分析模块相连。

所述眼动数据分析模块采用人眼视觉动态分析方法，评定被测者通过做注意力任务、搜索任务、记忆任务、计算任务或阅读任务所反映出的注意力分数、搜索分数、记忆分数、计算分数或阅读分数；并将结果发送至所述测试结果反馈模块和刺激引导模块；

所述测试结果反馈模块用于向被测者反馈其测试结果；

所述刺激标记引导模块用于引导被测者的眼动加工。

注意力任务可以是视觉朝向任务或注意持续任务。

当所述注意力任务为视觉朝向任务时，根据被测者的注视点位置与当前视觉刺激的位置之间的距离确定注意力第一分数为A₁，根据被测者的注视次数确定注意力第二分数A₂，根据被测者的眼跳时间确定注意力第三分数A₃，根据被测者的眼跳幅度确定注意力第四分数A₄，将所述注意力第一分数、注意力第二分数、注意力第三分数和注意力第四分数相结合，得到当前被测者的注意力分数为A₁+>2+>3+>4。

当所述注意力任务为注意持续任务时，根据被测者的注视轨迹与当前视觉刺激的序列位置之间的距离确定注意力分数A。

视觉搜索任务指屏幕上呈现不同的符号（字母、数字、形状、动物、植物、人物…..），要求训练者找到特定的目标。

据此，本发明计算被测者的视觉搜索分数包括：向被测者呈现搜索任务中的多个视觉刺激，根据注视轨迹中的最后注视点位置与所述搜索任务中的目标视觉刺激位置之间的距离确定视觉搜索第一分数B₁；根据被测者的总注视持续时间确定搜索第二分数B₂；根据被测者的注视轨迹确定搜索第三分数B₃，将所述搜索第一分数、搜索第二分数和搜索第三分数相结合；得到当前被测者的视觉搜索分数B₁+>2+>3。

记忆任务按记忆能力测试方法分再认任务、回忆任务。再认法：(判断后一张图片呈现的刺激是否与前一张（或前N张，难度增加）相同，回忆法：图形呈现后呈现空白屏幕，要求用眼动绘制前一屏幕看到的刺激物；按记忆内容分空间任务和物体任务；按记忆类型分短时记忆和长时记忆；

计算被测者的记忆分数包括：向被测者呈现记忆任务（再认任务）中的多个视觉刺激，多个视觉刺激依次呈现，当第一个视觉刺激消失，第二个视觉刺激呈现时，根据被测者对第二个视觉刺激的注视轨迹所描绘的视觉刺激轮廓是否与第一个视觉刺激轮廓相同确定记忆分数C。

计算被测者的记忆分数包括：向被测者呈现记忆任务（回忆任务）中的多个视觉刺激，多个视觉刺激依次呈现，当前视觉刺激消失时，被测者面对空白画面，根据比较被测者的注视轨迹与消失的该视觉刺激的轮廓，确定记忆分数C。

计算被测者的记忆分数包括：向被测者呈现记忆任务（空间短时记忆）中的多个视觉刺激，多个视觉刺激依次在不同位置呈现，当该多个视觉刺激消失时，根据被测者的注视轨迹与消失的多个视觉刺激的呈现顺序在某个视觉刺激处不一致时，确定记忆第一分数C₁；根据被测者的注视持续时间确定记忆第二分数C₂；将所述记忆第一分数和记忆第二分数相结合，得到当前被测者的记忆分数，或者向被测者呈现记忆任务中的目标刺激，然后目标刺激消失，接着呈现包含所述目标刺激及其他干扰刺激，根据被测者定位目标刺激的经过时间确定记忆第一分数，根据被测者的注视轨迹确定记忆第二分数，根据被测者的回视次数确定记忆第三数C₃；将所述记忆第一分数、记忆第二分数和记忆第三分数相结合，得到当前被测者的记忆分数C₁+>2+>3。

计算任务包括计数、竖式计算和应用题计算。

当计算任务为计数时，根据被测者的注视次数、注视时间、回视次数、眼跳距离、注视轨迹确定计算分数D。

当计算任务为竖式计算时，根据被测者的注视轨迹确定第一计算分数D₁；根据被测者的平均注视时间、注视次数和回视次数确定第二计算分数D₂；将所述计算第一分数和计算第二分数相结合，得到当前被测者的计算分数D₁+>2。

当计算任务为应用题计算时，根据被测者针对应用题解题关键词的总注视时间确定第一计算分数D₁，根据被测者针对应用题解题关键词的注视次数确定第二计算分数D₂，根据被测者针对应用题解题关键词的眼跳幅度确定第三计算分数D₃，根据被测者针对应用题解题关键词的回视次数确定第四计算分数D₄，将所述计算第一分数、计算第二分数、计算第三分数和计算第四分数相结合，得到当前被测者的计算分数D₁+>2+>3+D₄。

首次注视位置、注视轨迹反应计算策略是否为有效策略或最佳策略；平均注视时间、注视次数、回视次数反应计算速度。

计算被测者的阅读分数包括：根据被测者对于特定词汇、句子及段落的注视持续时间确定阅读第一分数E₁；根据被测者对于特定词汇、句子的回视次数确定阅读第二分数E₂，根据被测者的向右眼跳幅度确定阅读第三分数E₃，根据被测者的总注视持续时间确定阅读第四分数E₄，将所述阅读第一分数、阅读第二分数、阅读第三分数和阅读第四分数相结合，得到当前被测者的阅读分数E₁+>2+>3+E₄。

根据被测者不同的认知能力，对认知能力分数较低的被测者进行专项认知能力训练，例如被测者的注意力分数中A₁相对于其他分数较低，那么我们优先训练该被测者的注意力，开始训练时，采用较短的注视点位置与当前视觉刺激的位置之间的距离，并且逐渐增大该距离，用来训练被测者注意力中的该项功能。

实施例2：

作为对上述实施例的一种改进，我们采用包括对标记的断续呈现、改变亮度或改变颜色的刺激标记引导模块，其中标记包括图案、文字、字母、数字或声音；其有益效果是可以有效引导被测者进行训练，提示的方式多种多样，对不同的被测者都可以起到良好的训练作用。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。