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原文传递基于近红外光谱法的驾驶员脑功能连接及振动响应分析

论文题名：	基于近红外光谱法的驾驶员脑功能连接及振动响应分析
关键词：	近红外光谱法;脑功能连接;评估方法;驾驶员;汽车振动
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，0.005-0.0095 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、6Hz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Ⅱ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。
作者：	韩庆宇
专业：	车辆工程
导师：	李增勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文