談?dòng)?jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)

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摘要：計(jì)算機(jī)化神經(jīng)行為測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，誕生時(shí)間較早，此項(xiàng)測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)主要應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，用于測(cè)試職業(yè)環(huán)境對(duì)人體的傷害，通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)職業(yè)傷害進(jìn)行早期的評(píng)估分析。本文就計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行分析，探究系統(tǒng)硬件配置及檢測(cè)評(píng)價(jià)項(xiàng)目、評(píng)價(jià)指標(biāo)、信度與效度檢驗(yàn)，以期為相關(guān)職業(yè)場(chǎng)景運(yùn)用測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；輔助實(shí)驗(yàn)；測(cè)試系統(tǒng)

現(xiàn)代化信息技術(shù)不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)化神經(jīng)行為測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在臨床醫(yī)學(xué)、軍事醫(yī)學(xué)、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，展現(xiàn)了顯著的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。在計(jì)算機(jī)輔助的程序化、規(guī)范化測(cè)試支持下，大大提高了檢測(cè)信度，相比傳統(tǒng)的輔助測(cè)試技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。因此，相關(guān)研究人員認(rèn)為有必要進(jìn)一步創(chuàng)新計(jì)算機(jī)化神經(jīng)行為測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化系統(tǒng)功能，完善評(píng)價(jià)指標(biāo)，促使應(yīng)答技術(shù)的提升。

1計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)

1.1多通道采集系統(tǒng)的組成

在多通道采集系統(tǒng)中，均由S/H電路組成，并受同一信號(hào)控制，確保采樣通道的一致性，實(shí)現(xiàn)各個(gè)通道信號(hào)波的有效銜接，系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器和單片機(jī)，具有較強(qiáng)的獨(dú)立性，適用于智能化傳感技術(shù)以及遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用，實(shí)質(zhì)上是由計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作管理。①接口總線(xiàn)。測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部由芯片、模塊、插件板等部件組成，確保通信之間的線(xiàn)路連接順暢；就接口總線(xiàn)特點(diǎn)看，接口總線(xiàn)分為芯片總線(xiàn)、外總線(xiàn)和內(nèi)總線(xiàn)。并行的總線(xiàn)利用各自的導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行信息傳遞，信息傳遞速率快，然而實(shí)際產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)成本較高，不適用于遠(yuǎn)距離的通信。相關(guān)技術(shù)人員采取環(huán)形鏈?zhǔn)竭B接方式傳送串行數(shù)據(jù)，運(yùn)用雙線(xiàn)電纜通信，測(cè)量系統(tǒng)中每臺(tái)儀器接口，在HP-IL接口總線(xiàn)環(huán)路中，每臺(tái)儀器扮演著不同的角色，環(huán)路系統(tǒng)將傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息和命令傳輸至儀器，通過(guò)儀器之間的相互傳遞，依次進(jìn)行循環(huán)。②計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)。Labview是為C、C++、VisualBasic等編程語(yǔ)言不熟悉的測(cè)試領(lǐng)域工作者開(kāi)發(fā)的，通常采用可視化編程方式，設(shè)計(jì)人員按照程序步驟進(jìn)行操作，將虛擬化儀器需要顯示的窗口、按鈕、數(shù)學(xué)運(yùn)算方法等控制件從Labview工具箱內(nèi)拖至面板上，進(jìn)行整體的布局設(shè)計(jì)，Diagram窗口將這些控件、工具按照虛擬設(shè)計(jì)邏輯關(guān)系進(jìn)行連接。相關(guān)設(shè)計(jì)人員積極開(kāi)發(fā)了小型的虛擬儀器系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，虛擬儀器為計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了一項(xiàng)較好的技術(shù)解決方案，支持在多領(lǐng)域中設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[1]。Labview過(guò)于龐大，一般不適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，需要在專(zhuān)用的控件支持下彰顯計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。就計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)優(yōu)點(diǎn)可具體列為：軟件開(kāi)發(fā)與維護(hù)費(fèi)用低；技術(shù)更新周期短；可復(fù)用，重復(fù)配置性強(qiáng)；支持用戶(hù)定義儀器功能；開(kāi)放、靈活，與計(jì)算機(jī)技術(shù)同步發(fā)展；與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)。

1.2計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試

將檢測(cè)過(guò)程編制中引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，提高了檢測(cè)規(guī)程編寫(xiě)速度，提高編寫(xiě)準(zhǔn)確性。在計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試領(lǐng)域產(chǎn)品中包括了三維空間掃描儀、檢測(cè)臂等，全面保證提升檢測(cè)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，產(chǎn)品檢測(cè)尺寸跨度較大，支持精密零件尺寸的檢測(cè)，在工廠工業(yè)應(yīng)用中，提供了高質(zhì)量的測(cè)量服務(wù)，并逐漸滲透在汽車(chē)、國(guó)防、航空航天行業(yè)中。①系統(tǒng)框圖。研究人員將計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)引入切削力測(cè)量中，進(jìn)而設(shè)計(jì)出一款用戶(hù)分析和處理切削數(shù)據(jù)的虛擬儀器，采用通用的接口板卡，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和A/D轉(zhuǎn)換，接口卡是基于多數(shù)據(jù)采集的控制卡，支持DMA方式及雙緩沖區(qū)模式，保證信息采集信號(hào)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)不間斷的信息存儲(chǔ)，支持單極性、雙極性模擬信號(hào)的輸入，系統(tǒng)提供16路單端/8路差動(dòng)模擬輸入通道、2路獨(dú)立的D/A輸出通道，以及24線(xiàn)的TTL型數(shù)字I/O等多種功能[2]。②連接方式。系統(tǒng)采用的是車(chē)削測(cè)力儀進(jìn)行測(cè)試，范圍在0~3000N，測(cè)量X、Y、Z三個(gè)方向的切削力，分別設(shè)定為Fx、Fy、Fz的分辨率為5.0N，將三個(gè)切削信號(hào)線(xiàn)與應(yīng)變儀的三個(gè)通道相連，將接口卡插入計(jì)算機(jī)主板中的空閑槽內(nèi)，確保數(shù)據(jù)線(xiàn)與連接器更好的相連。③軟件設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，配置了相應(yīng)的硬件模塊，確保在虛擬儀器技術(shù)支持下，編制相應(yīng)的軟件，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和分析。Labview本身作為程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，與語(yǔ)言存在一定的差異性，Labview通常采用圖形化的編程語(yǔ)言G，產(chǎn)生的程序是框圖不是文本，功能優(yōu)勢(shì)明顯，如數(shù)據(jù)采集、串口控制、顯示、存儲(chǔ)等。研發(fā)的虛擬儀器軟件包括儀器驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用程序等，通過(guò)初始化虛擬儀器設(shè)定相關(guān)的參數(shù)和工作方式，確保虛擬儀器始終處于正常的工作狀態(tài)[3]。在系統(tǒng)應(yīng)用程序中依托計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，賦予用戶(hù)自定義編制應(yīng)用程序功能。以下就計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在神經(jīng)行為測(cè)試系統(tǒng)中應(yīng)用進(jìn)行表述。

2系統(tǒng)硬件配置及檢測(cè)評(píng)價(jià)項(xiàng)目

系統(tǒng)硬件配置性能，直接關(guān)系計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，其中聲卡、鍵盤(pán)等基本硬件配置滿(mǎn)足系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用需求。相關(guān)人員就系統(tǒng)性能不斷創(chuàng)新研究，主要改進(jìn)測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，保留了原系統(tǒng)中的NES-C3等項(xiàng)目，大量收集與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的項(xiàng)目，不斷擴(kuò)充系統(tǒng)新版本內(nèi)容，在原評(píng)價(jià)系統(tǒng)中增加了情感、智力、學(xué)習(xí)、記憶等模塊，新增感知覺(jué)、心理運(yùn)動(dòng)等實(shí)驗(yàn)類(lèi)目，測(cè)試項(xiàng)目達(dá)30多個(gè)；設(shè)計(jì)人員以測(cè)試項(xiàng)目思想為前提，反復(fù)試驗(yàn)和測(cè)試系統(tǒng)評(píng)價(jià)效果，在多場(chǎng)景中對(duì)比分析適用于計(jì)算機(jī)運(yùn)行環(huán)境的實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)。就實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源看，相關(guān)企業(yè)在資料收集過(guò)程中，就企業(yè)工廠中的80名工人進(jìn)行測(cè)試，平均年齡在30歲左右，接受教育年限平均為10年，相關(guān)人員通過(guò)實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生職業(yè)暴露的因素與溫度、電焊煙塵、金屬錳、一氧化碳等有關(guān)，尤其在工作環(huán)境中存在有毒有害性位置，人員所處的職業(yè)環(huán)境多為暴露環(huán)境。就實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行條件看，相關(guān)人員就實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，在測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)中將各項(xiàng)采集到的數(shù)據(jù)指標(biāo)錄入，借助相關(guān)技術(shù)軟件開(kāi)展數(shù)據(jù)分析和處理。基于信息化技術(shù)不斷發(fā)展及神經(jīng)行為測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)的突破和拓展，計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)得以進(jìn)一步地完善和創(chuàng)新[4]。早期的運(yùn)行平臺(tái)系統(tǒng)，設(shè)定是應(yīng)答模式，將單一的鍵盤(pán)-鼠標(biāo)模式改進(jìn)為鍵盤(pán)-鼠標(biāo)、腳踏鍵盤(pán)、數(shù)碼筆記及觸摸屏等多元化的應(yīng)答模式，測(cè)試模式更加趨于多元化方向發(fā)展。被測(cè)試的操作指導(dǎo)由單純的主試講解改進(jìn)為文字、計(jì)算機(jī)模擬語(yǔ)音測(cè)試相結(jié)合的模式。逐漸實(shí)現(xiàn)了智能化運(yùn)行保障功能，系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性不斷提升，檢測(cè)信度不斷提高，在新版本實(shí)驗(yàn)心理測(cè)試系統(tǒng)版本中，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)多媒體運(yùn)行檢測(cè)，對(duì)提供測(cè)試參數(shù)的邏輯性進(jìn)行檢測(cè)，減少被測(cè)試治療出現(xiàn)重復(fù)現(xiàn)象，實(shí)時(shí)在線(xiàn)進(jìn)行監(jiān)控，確保整個(gè)檢測(cè)環(huán)境均在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)下實(shí)現(xiàn)，提升系統(tǒng)測(cè)試實(shí)際執(zhí)行效果。同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人不斷優(yōu)化測(cè)試項(xiàng)目，在現(xiàn)有測(cè)試項(xiàng)目基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，相關(guān)人員從經(jīng)典實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)項(xiàng)目中，不斷引入關(guān)于反映神經(jīng)行為、能力狀況的項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)比分析，新版本系統(tǒng)引進(jìn)的項(xiàng)目相比傳統(tǒng)版本項(xiàng)目性能優(yōu)勢(shì)更加顯著。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在新版本系統(tǒng)中，引入了原創(chuàng)設(shè)計(jì)思想，反復(fù)驗(yàn)證測(cè)試評(píng)價(jià)項(xiàng)目，將測(cè)試評(píng)價(jià)項(xiàng)目拓展為6大類(lèi)34項(xiàng)，促使神經(jīng)行為檢測(cè)評(píng)價(jià)范圍不斷拓展延伸，測(cè)試項(xiàng)目主要為情感模塊、智力模塊、學(xué)習(xí)與記憶模塊、感知覺(jué)模塊、心理運(yùn)動(dòng)模塊、其他心理測(cè)試模塊等，通過(guò)情感問(wèn)卷的方式，重點(diǎn)考察人員心算、視覺(jué)、記憶點(diǎn)、連續(xù)記憶點(diǎn)等，考察被測(cè)試對(duì)象的運(yùn)動(dòng)視覺(jué)、聽(tīng)時(shí)間感知、視注意廣度、空間知覺(jué)、注意力分配、視復(fù)雜分配、動(dòng)態(tài)目標(biāo)追蹤等。

3評(píng)價(jià)指標(biāo)的完善

3.1評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立

評(píng)價(jià)指標(biāo)通常是建立在原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，依據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)法原理生成相關(guān)檢測(cè)項(xiàng)目的神經(jīng)行為能力指數(shù)，并根據(jù)神經(jīng)行為能力指數(shù)對(duì)照各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，確保兼顧各項(xiàng)指標(biāo)，為神經(jīng)行為能力貢獻(xiàn)力量。主要建立的指標(biāo)有神經(jīng)行為能力指數(shù)、暴露組測(cè)試項(xiàng)目操作次數(shù)、暴露組檢測(cè)項(xiàng)目準(zhǔn)確操作平均時(shí)間、對(duì)照組檢測(cè)項(xiàng)目準(zhǔn)確操作平均時(shí)間。相關(guān)研究人員根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目提供的各個(gè)指標(biāo)參數(shù)之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，通過(guò)反復(fù)驗(yàn)證得出正確的測(cè)試結(jié)果（如表1所示）。

3.2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

上文中提到的職業(yè)暴露人群檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，基于樣本與對(duì)照項(xiàng)目準(zhǔn)確數(shù)與準(zhǔn)確平均耗時(shí)F檢驗(yàn)水平出現(xiàn)不一致現(xiàn)象。研究人員將測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)換成NAI值，可清晰化發(fā)現(xiàn)觀察組心算與注意力調(diào)轉(zhuǎn)項(xiàng)目上，與對(duì)照組存在明顯的差異性。NAI本身是一個(gè)相對(duì)值。測(cè)試人員依據(jù)此方法進(jìn)行項(xiàng)目檢測(cè)，方便快捷，保證系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果的精準(zhǔn)性，通過(guò)建立NAI項(xiàng)目神經(jīng)行為能力水平布圖，加強(qiáng)對(duì)整體神經(jīng)行為能力特征的研究和分析。

4信度與效度檢驗(yàn)

4.1信度檢驗(yàn)

研究人員將對(duì)照組視為主要的研究對(duì)象，完成一次測(cè)試后，反復(fù)進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)一步對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)信度進(jìn)行檢驗(yàn)，設(shè)定智力r=0.925~0.986、P＜0.02；設(shè)定學(xué)習(xí)記憶類(lèi)r=0.918~0.952、P＜0.03；感知類(lèi)r=0.766~0.983、P＜0.03，測(cè)試人員經(jīng)過(guò)反復(fù)認(rèn)證發(fā)現(xiàn)，測(cè)試系統(tǒng)信度符合心理測(cè)試重測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)系數(shù)，符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

4.2效度檢驗(yàn)

在效度檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，檢驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果具有一致性，聽(tīng)數(shù)距廣度順序r=0.64、P=0.002、逆序r=0.56、P=0.006；在符號(hào)譯碼中，讀寫(xiě)測(cè)試r=0.63、P=0.004；默寫(xiě)測(cè)試r=0.66、P=0.003。測(cè)試人員針對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理，為保證測(cè)試數(shù)據(jù)的安全性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在新版本設(shè)計(jì)中，建立了獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)，支持兩種預(yù)處理工具的使用，包括檢測(cè)數(shù)據(jù)、鏈接工具，實(shí)現(xiàn)了從計(jì)算機(jī)不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接的功能，同時(shí)，檢測(cè)數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，負(fù)責(zé)檢測(cè)數(shù)據(jù)的橫向鏈接方式，為系統(tǒng)測(cè)試人員通過(guò)科學(xué)的技術(shù)支持，幫助計(jì)算機(jī)程序人員快速將分散的檢測(cè)結(jié)果集成為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)。綜上所述，現(xiàn)代化數(shù)字技術(shù)支持下，全面優(yōu)化了神經(jīng)行為測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)答模式，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展下，新型應(yīng)答模式操作更加便捷，貼近紙-筆測(cè)試，保證被試群體順利通過(guò)測(cè)試。

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作者：陳永海 單位：北海職業(yè)學(xué)院