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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于泛在智能的多參數(shù)可穿戴生理參數(shù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本課題設(shè)計(jì)并提供一種基于泛在智能（Ambient Intelligence, AmI）技術(shù)的多參數(shù)可穿戴生理狀態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)。在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)可穿戴式人體生理狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并采用多傳感器融合技術(shù)及算法，同時(shí)監(jiān)測(cè)多種生理參數(shù)，并融合了藍(lán)牙、CDMA、嵌入式系統(tǒng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、分析、處理、傳輸、報(bào)警和提示功能，實(shí)現(xiàn)普遍、透明和智能化的AmI監(jiān)測(cè)。 由于采用新型人體生理參數(shù)傳感器模塊，將各類人體生理參數(shù)傳感器根據(jù)采集方式和特點(diǎn)，以合適、便捷、無(wú)縫的方式固定于穿戴衣物內(nèi)，實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙的AmI環(huán)境監(jiān)測(cè)，提供更充分的生命體征信息；生理數(shù)據(jù)分析診斷、閾值設(shè)置及監(jiān)督報(bào)警，克服了傳統(tǒng)監(jiān)護(hù)儀的體積大、附件多、有線檢測(cè)傳輸、組網(wǎng)不方便、檢測(cè)參數(shù)單一、擴(kuò)展交互能力差的不足。將所采集的人體信息通過(guò)低功率近距離數(shù)據(jù)傳輸方式傳送到長(zhǎng)距離公共通信發(fā)射平臺(tái)上，同時(shí)保證穿戴載體的低功耗、低輻射、輕便的特點(diǎn)和遠(yuǎn)距離報(bào)警提示的功能要求。開(kāi)發(fā)信息處理報(bào)警軟件，并集成于手機(jī)中（現(xiàn)大多智能手機(jī)支持藍(lán)牙功能），通過(guò)普及率較高的手機(jī)實(shí)現(xiàn)AmI環(huán)境的硬件載體，無(wú)需增加特殊設(shè)備，降低使用成本。
- 詳細(xì)介紹：
- 設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案 系統(tǒng)分為三部分：人體信息采集、中繼系統(tǒng)、公共信息平臺(tái)。 （1）個(gè)人信息采集系統(tǒng) 采用現(xiàn)有的信息技術(shù)將人體的生理信息收集到信息處理系統(tǒng)中。如下圖所示，采用無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)，例如：藍(lán)牙，在人體攜帶的傳感器和個(gè)人信息中心組建一個(gè)軀域網(wǎng)，保證人體信息的正確、實(shí)時(shí)的采集和傳送。 （2）中繼系統(tǒng)——手機(jī)、PC、嵌入式系統(tǒng) 由于軀域網(wǎng)的范圍較小，無(wú)線發(fā)射功率也很小，傳送距離為米級(jí)，因此需要一個(gè)中間系統(tǒng)能將人體信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、傳送到更大的網(wǎng)絡(luò)中去。中繼系統(tǒng)的功能主要有：接收數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)到WAN中去。 （3）公共信息平臺(tái) 當(dāng)個(gè)人信息數(shù)據(jù)發(fā)送到WAN中，就很容易接到醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)中，當(dāng)個(gè)人生理狀況出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)可以給預(yù)及時(shí)的響應(yīng)，以便醫(yī)護(hù)人員及時(shí)獲取信息，同時(shí)還可以通過(guò)這個(gè)公共信息平臺(tái)迅速告知家人或這親朋好友，有利于得到及時(shí)的治療和幫助。 本作品的解決方案 1、個(gè)人信息采集系統(tǒng) 采用可穿戴計(jì)算的方式，收集人體各種信息。為了能夠展示該系統(tǒng)，我們采用了MQ-3污染氣體傳感器、HK2000B脈搏傳感器、心音傳感器等傳感器測(cè)量人體的脈搏、血壓、體溫等參數(shù)。本作品將這些傳感器安裝于的衣服中，通過(guò)與人體的接觸，即可獲取人體的參數(shù)信息。 使用以MSP430為核心的嵌入式系統(tǒng)，將傳感器獲得的信息進(jìn)行數(shù)字化，并將數(shù)字化信息發(fā)送給中繼模塊。通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)將信息發(fā)送給接收模塊。 2、中繼系統(tǒng) 接收模塊也采用藍(lán)牙的接收模塊接收數(shù)據(jù)，采用MSP430作為嵌入式系統(tǒng)核心芯片，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。同時(shí)將這些數(shù)據(jù)與設(shè)定的數(shù)據(jù)或者與人體的正常參數(shù)相對(duì)比，如果發(fā)現(xiàn)不正常的情況，嵌入式系統(tǒng)可以進(jìn)行判斷，一旦嵌入式系統(tǒng)判斷人體因?yàn)榧膊∫鸬姆磻?yīng)，嵌入式系統(tǒng)將通過(guò)CDMA模塊向外界發(fā)送警報(bào)信號(hào)和相應(yīng)的求救短信。 （1）中繼系統(tǒng)的軟件功能 中繼系統(tǒng)的軟件功能包括：參數(shù)范圍設(shè)定、報(bào)警設(shè)定、存儲(chǔ)設(shè)定以及顯示和分析設(shè)定。 【1】參數(shù)范圍設(shè)定 主要針對(duì)正常參數(shù)范圍設(shè)定，例如：正常的血壓參數(shù)為70-140，如果獲得數(shù)據(jù)信息不在此范圍內(nèi)，在排除測(cè)量、通信故障之后，認(rèn)為此參數(shù)為非正常參數(shù)指標(biāo)，中繼系統(tǒng)，可以根據(jù)此項(xiàng)指標(biāo)發(fā)出警報(bào)信息通知家人和醫(yī)療機(jī)構(gòu)。 【2】報(bào)警設(shè)定 主要設(shè)定報(bào)警的相關(guān)信息，例如：在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)非正常時(shí)，向哪里發(fā)送報(bào)警和求救信息、報(bào)警方式、和報(bào)警內(nèi)容等等。 【3】存儲(chǔ)設(shè)定 設(shè)定與存儲(chǔ)生理信息相關(guān)的參數(shù)，例如存儲(chǔ)的頻率，存儲(chǔ)空間等等。 【4】顯示、分析設(shè)定 分析機(jī)理選擇，這里只是簡(jiǎn)單的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了大體分類，例如，當(dāng)心跳速度提升時(shí)，到底是由于勞累引起，還是疾病引起，可以做一個(gè)大致分類，僅供參考，最終還要由醫(yī)生確認(rèn)。顯示時(shí)，圖形顯示還是數(shù)據(jù)顯示等，可以通過(guò)設(shè)定選擇。 （2）硬件的選擇 中繼系統(tǒng)的硬件包括：藍(lán)牙接收模塊、嵌入式系統(tǒng)、LCD顯示設(shè)備、存儲(chǔ)器、鍵盤(pán)、手機(jī)模塊，不難看出，中繼系統(tǒng)的硬件功能，一般手機(jī)都具備，只需要在手機(jī)上安裝相應(yīng)的軟件。 【1】藍(lán)牙模塊 采用YG-210M藍(lán)牙模塊，模塊功能： 1）采用CSR BC41B143AXX+16K ROM 和FM1182聲學(xué)回音消除； 2）具有PI00-PI08、AI00、USB、車載、免提、GPS、數(shù)據(jù)傳輸及各種藍(lán)牙設(shè)備應(yīng)用。 【2】手機(jī)模塊 手機(jī)模塊說(shuō)明如下： DTGS-800是AnyDATA CDMA無(wú)線模塊中的一種,目前AnyDATA CDMA無(wú)線模塊是同類型產(chǎn)品中體積最小，速度最快, 品種最齊全的, 精心設(shè)計(jì)，方便OEM廠商使用。AnyDATA CDMA無(wú)線模塊成功用于手機(jī)、智能電話、調(diào)制解調(diào)器、FWT( 無(wú)線接入終端 ) 、無(wú)線公話、WLL電話、無(wú)線POS 、GPS 產(chǎn)品和遙感勘測(cè)等多種不同的應(yīng)用。產(chǎn)品可支持 BREW、對(duì)講機(jī)、MP3、USB、照相機(jī)、彩屏、GPSone、 MMS （多媒體短信） , 放/錄音、text to voice（文本到語(yǔ)音）語(yǔ)音識(shí)別、電子郵件和WAP。 【3】嵌入式系統(tǒng) 采用MSP430。 3、公共信息平臺(tái) 在本作品中，選擇了手機(jī)的信息平臺(tái)作為了傳送的公共信息平臺(tái)，當(dāng)信息通過(guò)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以發(fā)送到WAN中，從而為醫(yī)療系統(tǒng)和家人提供一個(gè)及時(shí)獲得報(bào)警信息。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：基于AmI思想，實(shí)現(xiàn)可穿戴人體生理狀態(tài)監(jiān)測(cè)，采用多傳感器融合技術(shù)及算法，同時(shí)監(jiān)測(cè)多種生理參數(shù),通過(guò)無(wú)線技術(shù)將傳感器采集信息與網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，達(dá)到隨時(shí)隨地的信息傳輸以及實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、分析、處理、傳輸、報(bào)警和提示功能。 思路：將各類人體生理參數(shù)傳感器，根據(jù)采集方式固定于穿戴衣物內(nèi)，所測(cè)得的人體各種生理參數(shù)，通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送到信息處理模塊上，信息處理模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)做出及時(shí)的處理并記錄。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，信息處理模塊通過(guò)公共通信平臺(tái)發(fā)出警報(bào)信號(hào)給家人或者醫(yī)療機(jī)構(gòu),同時(shí)對(duì)被監(jiān)測(cè)對(duì)象定位，以保證患者得到及時(shí)治療，同時(shí)記錄數(shù)據(jù)可以為醫(yī)務(wù)人員提供治療參考。 創(chuàng)新點(diǎn)：1.將各類人體生理參數(shù)傳感器根據(jù)采集方式，以合適、便捷、無(wú)縫的方式固定于穿戴衣物內(nèi)，實(shí)現(xiàn)人體生理參數(shù)監(jiān)測(cè)，并提供多傳感器信息融合處理算法。2.將所采集人體信息通過(guò)藍(lán)牙傳送到長(zhǎng)距離公共通信發(fā)射平臺(tái)上，以同時(shí)保證穿戴載體的低功耗、低輻射、輕便的特點(diǎn)和遠(yuǎn)距離報(bào)警提示的功能要求。3.開(kāi)發(fā)信息處理報(bào)警軟件，并集成于手機(jī)中，無(wú)需增加特殊設(shè)備，降低使用成本。 技術(shù)關(guān)鍵：1.人體生理參數(shù)傳感器模塊的選擇及二次開(kāi)發(fā)。2.人體生理參數(shù)傳感器在穿戴衣物內(nèi)的布置及固定。3.藍(lán)牙傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析模塊的集成、參數(shù)設(shè)定及算法。4.信息處理報(bào)警軟件的開(kāi)發(fā)。 主要技術(shù)指標(biāo)：1.采集模塊功耗小于15mw 2.連續(xù)工作時(shí)間 大于48h 3.有效數(shù)據(jù)獲取頻率：次/5秒 4.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大于6個(gè)月 5.傳送距離:藍(lán)牙小于10m 6.軟件空間：小于100K
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 現(xiàn)在醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用的人體生理參數(shù)監(jiān)護(hù)儀，不便于廣泛用于家庭。現(xiàn)在市場(chǎng)上提供的一些便攜式監(jiān)測(cè)裝置大多只對(duì)人體某一特定參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和記錄，不能實(shí)現(xiàn)永遠(yuǎn)在線狀態(tài)，因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警功能，對(duì)于突發(fā)性疾病實(shí)用性較差。由于采用新型人體生理參數(shù)傳感器模塊，將各類人體生理參數(shù)傳感器根據(jù)采集方式和特點(diǎn)，合理地固定于穿戴衣物內(nèi)，實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙的AmI環(huán)境監(jiān)測(cè)，提供更充分的生命體征信息；生理數(shù)據(jù)分析診斷、閾值設(shè)置及監(jiān)督報(bào)警，克服了傳統(tǒng)監(jiān)護(hù)儀的體積大、附件多、有線檢測(cè)傳輸方式、組網(wǎng)不方便、檢測(cè)參數(shù)單一、擴(kuò)展交互能力差的不足；將所采集人體信息通過(guò)藍(lán)牙傳送到長(zhǎng)距離公共通信發(fā)射平臺(tái)上，以保證穿戴載體的低功耗、低輻射、輕便的特點(diǎn)和遠(yuǎn)距離報(bào)警提示的功能要求；開(kāi)發(fā)出信息處理報(bào)警軟件，并集成于手機(jī)中，無(wú)需增加特殊設(shè)備，降低使用成本。 參考文獻(xiàn)：[3] 張聲威，劉靜.以PC機(jī)為載體的低成本健康檢測(cè)DIY技術(shù)[J].科技導(dǎo)報(bào)，2008等。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 校第十一屆“搖籃杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng) 獲第五屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)：本設(shè)計(jì)發(fā)明采用新型人體生理參數(shù)傳感器模塊，將各類人體生理參數(shù)傳感器根據(jù)采集方式和特點(diǎn)，以合適、便捷、無(wú)縫的方式固定于穿戴衣物內(nèi)，實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙的AmI環(huán)境監(jiān)測(cè)，并將采集人體信息通過(guò)低功率近距離數(shù)據(jù)傳輸方式傳送到長(zhǎng)距離公共通信發(fā)射平臺(tái)上，并提供多傳感器信息融合處理算法，實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、分析、處理、傳輸、報(bào)警和提示功能。 適應(yīng)范圍及推廣前景：適用于家庭及社區(qū)醫(yī)療預(yù)防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建，本設(shè)計(jì)發(fā)明能自動(dòng)獲取被監(jiān)測(cè)對(duì)象當(dāng)前的各項(xiàng)生理參數(shù)，如有異常，平臺(tái)可以定位離被監(jiān)測(cè)對(duì)象最近的醫(yī)療單位派出醫(yī)療人員進(jìn)行救護(hù)并發(fā)送信息給被監(jiān)測(cè)對(duì)象親友。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：基于人們對(duì)健康和生活質(zhì)量要求的提高，一些檢測(cè)裝置不但用于對(duì)發(fā)病后的生理狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，還應(yīng)用于日常的生理檢測(cè)和疾病的預(yù)防控制當(dāng)中。由于目前大多智能手機(jī)支持藍(lán)牙功能，無(wú)需增加特殊設(shè)備，降低本作品成本，且操作功能簡(jiǎn)便，不但可在醫(yī)院中使用，而且會(huì)在居民區(qū)，家庭中大量使用，從而形成一個(gè)極有發(fā)展?jié)摿Φ膫€(gè)人健康監(jiān)測(cè)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)。
同類課題研究水平概述
- 現(xiàn)在醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用的人體生理參數(shù)監(jiān)護(hù)儀，由于技術(shù)條件限制，使用時(shí)需要專門設(shè)備、專業(yè)人員和特殊場(chǎng)地，且由于成本和體積限制不便于廣泛用于家庭。現(xiàn)在市場(chǎng)上提供的一些便攜式監(jiān)測(cè)裝置則相對(duì)功能單一，大多只對(duì)人體某一特定參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和記錄，不能實(shí)現(xiàn)永遠(yuǎn)在線狀態(tài)，因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警功能，對(duì)于突發(fā)性疾病如心腦血管疾病，實(shí)用性較差。 美國(guó)應(yīng)用數(shù)據(jù)公司展示了一種名為“數(shù)字天使”的新型芯片模型。這款芯片能夠植入人體內(nèi)，監(jiān)控佩帶者的身體狀況，并可通過(guò)衛(wèi)星系統(tǒng)準(zhǔn)確定位佩帶者目前所處的位置。“數(shù)字天使”的獨(dú)特之處在于：它不僅可以利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS），準(zhǔn)確定位佩帶者的位置，而且還可通過(guò)聯(lián)網(wǎng)的電腦或無(wú)線通訊設(shè)備發(fā)出緊急求救信號(hào)，并收集有關(guān)佩帶者身體機(jī)能狀況的各種數(shù)據(jù)。數(shù)字天使的原理與目前人體芯片的主要區(qū)別在于它屬于主動(dòng)型的數(shù)據(jù)源，因?yàn)樗哂谐掷m(xù)的能源可保證芯片時(shí)刻接受GPS系統(tǒng)衛(wèi)星的定位信號(hào)，從而可以讓衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）偵測(cè)到攜帶者所在位置等信息。并且在危急的時(shí)刻，還可以通過(guò)類似手機(jī)通訊的方式利用中轉(zhuǎn)站及時(shí)發(fā)出相應(yīng)的求救信號(hào)，通過(guò)24小時(shí)接收信號(hào)的服務(wù)公司得到相應(yīng)的救助。數(shù)字天使主要監(jiān)視四種情況： 1.緊急情況呼救：一般是突發(fā)性事件或者疾病處理。 2.跌倒求救：對(duì)于一些病人來(lái)說(shuō)，跌倒有時(shí)會(huì)是很嚴(yán)重的事情。 3.走出警戒區(qū)報(bào)警：針對(duì)某些沒(méi)有判斷能力的病人、兒童甚至寵物，這是防止他們走失的重要手段。 4.電池不足警告：可以及時(shí)提醒更換電池。 但將數(shù)字天使技術(shù)應(yīng)用到人體芯片上有以下幾大難點(diǎn)： 1.能源問(wèn)題：由于體內(nèi)裝置無(wú)法像體外那樣方便的更換能源，所以必須為植入人體的人體芯片提供一種真正的持續(xù)能源或者有效的蓄電裝置。 2.GPS信號(hào)問(wèn)題：要全天候接收GPS定位系統(tǒng)衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，要求芯片必須有足夠的靈敏度，而植入人體內(nèi)部的芯片能達(dá)到這個(gè)要求嗎？ 3.裝置的小型化問(wèn)題：如今的數(shù)字天使體積還是很大的，并不適合植入人體?；谝陨蠋讉€(gè)技術(shù)難點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用發(fā)展水平，我們?cè)O(shè)計(jì)研發(fā)的基于AmI技術(shù)的多參數(shù)可穿戴生理狀態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)是在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和通訊功能的基礎(chǔ)上，利用可穿戴計(jì)算裝置作為載體，不僅規(guī)避了能源供應(yīng)、裝置攜帶等難點(diǎn)問(wèn)題，而且實(shí)現(xiàn)被監(jiān)測(cè)對(duì)象的生理參數(shù)無(wú)障礙且持續(xù)的采集、處理、分析、傳輸、報(bào)警和提示功能，實(shí)現(xiàn)普遍、透明和智能化的AmI監(jiān)測(cè)。
