基本信息
- 項目名稱：
- 基于泛在智能的多參數(shù)可穿戴生理參數(shù)監(jiān)測平臺
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本課題設計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)測平臺。在設計中實現(xiàn)可穿戴式人體生理狀態(tài)監(jiān)測，并采用多傳感器融合技術(shù)及算法，同時監(jiān)測多種生理參數(shù)，并融合了藍牙、CDMA、嵌入式系統(tǒng)等技術(shù)，實現(xiàn)信號采集、分析、處理、傳輸、報警和提示功能，實現(xiàn)普遍、透明和智能化的AmI監(jiān)測。 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，以合適、便捷、無縫的方式固定于穿戴衣物內(nèi)，實現(xiàn)無障礙的AmI環(huán)境監(jiān)測，提供更充分的生命體征信息；生理數(shù)據(jù)分析診斷、閾值設置及監(jiān)督報警，克服了傳統(tǒng)監(jiān)護儀的體積大、附件多、有線檢測傳輸、組網(wǎng)不方便、檢測參數(shù)單一、擴展交互能力差的不足。將所采集的人體信息通過低功率近距離數(shù)據(jù)傳輸方式傳送到長距離公共通信發(fā)射平臺上，同時保證穿戴載體的低功耗、低輻射、輕便的特點和遠距離報警提示的功能要求。開發(fā)信息處理報警軟件，并集成于手機中（現(xiàn)大多智能手機支持藍牙功能），通過普及率較高的手機實現(xiàn)AmI環(huán)境的硬件載體，無需增加特殊設備，降低使用成本。
- 詳細介紹：
- 設計系統(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。 （1）個人信息采集系統(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，采用無線組網(wǎng)技術(shù)，例如：藍牙，在人體攜帶的傳感器和個人信息中心組建一個軀域網(wǎng)，保證人體信息的正確、實時的采集和傳送。 （2）中繼系統(tǒng)——手機、PC、嵌入式系統(tǒng) 由于軀域網(wǎng)的范圍較小，無線發(fā)射功率也很小，傳送距離為米級，因此需要一個中間系統(tǒng)能將人體信息進行處理、存儲、傳送到更大的網(wǎng)絡中去。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 當個人信息數(shù)據(jù)發(fā)送到WAN中，就很容易接到醫(yī)療服務系統(tǒng)中，當個人生理狀況出現(xiàn)問題的時候，醫(yī)療服務系統(tǒng)可以給預及時的響應，以便醫(yī)護人員及時獲取信息，同時還可以通過這個公共信息平臺迅速告知家人或這親朋好友，有利于得到及時的治療和幫助。 本作品的解決方案 1、個人信息采集系統(tǒng) 采用可穿戴計算的方式，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行數(shù)字化，并將數(shù)字化信息發(fā)送給中繼模塊。通過藍牙技術(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，對接收到的數(shù)據(jù)進行處理和存儲。同時將這些數(shù)據(jù)與設定的數(shù)據(jù)或者與人體的正常參數(shù)相對比，如果發(fā)現(xiàn)不正常的情況，嵌入式系統(tǒng)可以進行判斷，一旦嵌入式系統(tǒng)判斷人體因為疾病引起的反應，嵌入式系統(tǒng)將通過CDMA模塊向外界發(fā)送警報信號和相應的求救短信。 （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)范圍設定、報警設定、存儲設定以及顯示和分析設定。 【1】參數(shù)范圍設定 主要針對正常參數(shù)范圍設定，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)，在排除測量、通信故障之后，認為此參數(shù)為非正常參數(shù)指標，中繼系統(tǒng)，可以根據(jù)此項指標發(fā)出警報信息通知家人和醫(yī)療機構(gòu)。 【2】報警設定 主要設定報警的相關(guān)信息，例如：在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)非正常時，向哪里發(fā)送報警和求救信息、報警方式、和報警內(nèi)容等等。 【3】存儲設定 設定與存儲生理信息相關(guān)的參數(shù)，例如存儲的頻率，存儲空間等等。 【4】顯示、分析設定 分析機理選擇，這里只是簡單的對數(shù)據(jù)進行了大體分類，例如，當心跳速度提升時，到底是由于勞累引起，還是疾病引起，可以做一個大致分類，僅供參考，最終還要由醫(yī)生確認。顯示時，圖形顯示還是數(shù)據(jù)顯示等，可以通過設定選擇。 （2）硬件的選擇 中繼系統(tǒng)的硬件包括：藍牙接收模塊、嵌入式系統(tǒng)、LCD顯示設備、存儲器、鍵盤、手機模塊，不難看出，中繼系統(tǒng)的硬件功能，一般手機都具備，只需要在手機上安裝相應的軟件。 【1】藍牙模塊 采用YG-210M藍牙模塊，模塊功能： 1）采用CSR BC41B143AXX+16K ROM 和FM1182聲學回音消除； 2）具有PI00-PI08、AI00、USB、車載、免提、GPS、數(shù)據(jù)傳輸及各種藍牙設備應用。 【2】手機模塊 手機模塊說明如下： DTGS-800是AnyDATA CDMA無線模塊中的一種,目前AnyDATA CDMA無線模塊是同類型產(chǎn)品中體積最小，速度最快, 品種最齊全的, 精心設計，方便OEM廠商使用。AnyDATA CDMA無線模塊成功用于手機、智能電話、調(diào)制解調(diào)器、FWT( 無線接入終端 ) 、無線公話、WLL電話、無線POS 、GPS 產(chǎn)品和遙感勘測等多種不同的應用。產(chǎn)品可支持 BREW、對講機、MP3、USB、照相機、彩屏、GPSone、 MMS （多媒體短信） , 放/錄音、text to voice（文本到語音）語音識別、電子郵件和WAP。 【3】嵌入式系統(tǒng) 采用MSP430。 3、公共信息平臺 在本作品中，選擇了手機的信息平臺作為了傳送的公共信息平臺，當信息通過手機網(wǎng)絡可以發(fā)送到WAN中，從而為醫(yī)療系統(tǒng)和家人提供一個及時獲得報警信息。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的：基于AmI思想，實現(xiàn)可穿戴人體生理狀態(tài)監(jiān)測，采用多傳感器融合技術(shù)及算法，同時監(jiān)測多種生理參數(shù),通過無線技術(shù)將傳感器采集信息與網(wǎng)絡相聯(lián)，達到隨時隨地的信息傳輸以及實現(xiàn)信號采集、分析、處理、傳輸、報警和提示功能。 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)，所測得的人體各種生理參數(shù)，通過藍牙發(fā)送到信息處理模塊上，信息處理模塊根據(jù)預先設定的參數(shù)做出及時的處理并記錄。當發(fā)現(xiàn)異常時，信息處理模塊通過公共通信平臺發(fā)出警報信號給家人或者醫(yī)療機構(gòu),同時對被監(jiān)測對象定位，以保證患者得到及時治療，同時記錄數(shù)據(jù)可以為醫(yī)務人員提供治療參考。 創(chuàng)新點：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、無縫的方式固定于穿戴衣物內(nèi)，實現(xiàn)人體生理參數(shù)監(jiān)測，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藍牙傳送到長距離公共通信發(fā)射平臺上，以同時保證穿戴載體的低功耗、低輻射、輕便的特點和遠距離報警提示的功能要求。3.開發(fā)信息處理報警軟件，并集成于手機中，無需增加特殊設備，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.藍牙傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲、分析模塊的集成、參數(shù)設定及算法。4.信息處理報警軟件的開發(fā)。 主要技術(shù)指標：1.采集模塊功耗小于15mw 2.連續(xù)工作時間 大于48h 3.有效數(shù)據(jù)獲取頻率：次/5秒 4.數(shù)據(jù)存儲容量大于6個月 5.傳送距離:藍牙小于10m 6.軟件空間：小于100K
科學性、先進性
- 現(xiàn)在醫(yī)療機構(gòu)使用的人體生理參數(shù)監(jiān)護儀，不便于廣泛用于家庭?，F(xiàn)在市場上提供的一些便攜式監(jiān)測裝置大多只對人體某一特定參數(shù)進行檢測和記錄，不能實現(xiàn)永遠在線狀態(tài)，因而無法實現(xiàn)及時報警功能，對于突發(fā)性疾病實用性較差。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，合理地固定于穿戴衣物內(nèi)，實現(xiàn)無障礙的AmI環(huán)境監(jiān)測，提供更充分的生命體征信息；生理數(shù)據(jù)分析診斷、閾值設置及監(jiān)督報警，克服了傳統(tǒng)監(jiān)護儀的體積大、附件多、有線檢測傳輸方式、組網(wǎng)不方便、檢測參數(shù)單一、擴展交互能力差的不足；將所采集人體信息通過藍牙傳送到長距離公共通信發(fā)射平臺上，以保證穿戴載體的低功耗、低輻射、輕便的特點和遠距離報警提示的功能要求；開發(fā)出信息處理報警軟件，并集成于手機中，無需增加特殊設備，降低使用成本。 參考文獻：[3] 張聲威，劉靜.以PC機為載體的低成本健康檢測DIY技術(shù)[J].科技導報，2008等。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 校第十一屆“搖籃杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽一等獎 獲第五屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學生課外學術(shù)科技作品競賽一等獎
作品所處階段
- 實驗階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示、圖片、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 技術(shù)特點及優(yōu)勢：本設計發(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，以合適、便捷、無縫的方式固定于穿戴衣物內(nèi)，實現(xiàn)無障礙的AmI環(huán)境監(jiān)測，并將采集人體信息通過低功率近距離數(shù)據(jù)傳輸方式傳送到長距離公共通信發(fā)射平臺上，并提供多傳感器信息融合處理算法，實現(xiàn)信號采集、分析、處理、傳輸、報警和提示功能。 適應范圍及推廣前景：適用于家庭及社區(qū)醫(yī)療預防監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建，本設計發(fā)明能自動獲取被監(jiān)測對象當前的各項生理參數(shù)，如有異常，平臺可以定位離被監(jiān)測對象最近的醫(yī)療單位派出醫(yī)療人員進行救護并發(fā)送信息給被監(jiān)測對象親友。 市場分析和經(jīng)濟效益預測：基于人們對健康和生活質(zhì)量要求的提高，一些檢測裝置不但用于對發(fā)病后的生理狀態(tài)進行檢測，還應用于日常的生理檢測和疾病的預防控制當中。由于目前大多智能手機支持藍牙功能，無需增加特殊設備，降低本作品成本，且操作功能簡便，不但可在醫(yī)院中使用，而且會在居民區(qū)，家庭中大量使用，從而形成一個極有發(fā)展?jié)摿Φ膫€人健康監(jiān)測產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)。
同類課題研究水平概述
- 現(xiàn)在醫(yī)療機構(gòu)使用的人體生理參數(shù)監(jiān)護儀，由于技術(shù)條件限制，使用時需要專門設備、專業(yè)人員和特殊場地，且由于成本和體積限制不便于廣泛用于家庭?，F(xiàn)在市場上提供的一些便攜式監(jiān)測裝置則相對功能單一，大多只對人體某一特定參數(shù)進行檢測和記錄，不能實現(xiàn)永遠在線狀態(tài)，因而無法實現(xiàn)及時報警功能，對于突發(fā)性疾病如心腦血管疾病，實用性較差。 美國應用數(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，并可通過衛(wèi)星系統(tǒng)準確定位佩帶者目前所處的位置?！皵?shù)字天使”的獨特之處在于：它不僅可以利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS），準確定位佩帶者的位置，而且還可通過聯(lián)網(wǎng)的電腦或無線通訊設備發(fā)出緊急求救信號，并收集有關(guān)佩帶者身體機能狀況的各種數(shù)據(jù)。數(shù)字天使的原理與目前人體芯片的主要區(qū)別在于它屬于主動型的數(shù)據(jù)源，因為它具有持續(xù)的能源可保證芯片時刻接受GPS系統(tǒng)衛(wèi)星的定位信號，從而可以讓衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）偵測到攜帶者所在位置等信息。并且在危急的時刻，還可以通過類似手機通訊的方式利用中轉(zhuǎn)站及時發(fā)出相應的求救信號，通過24小時接收信號的服務公司得到相應的救助。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：對于一些病人來說，跌倒有時會是很嚴重的事情。 3.走出警戒區(qū)報警：針對某些沒有判斷能力的病人、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：可以及時提醒更換電池。 但將數(shù)字天使技術(shù)應用到人體芯片上有以下幾大難點： 1.能源問題：由于體內(nèi)裝置無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信號問題：要全天候接收GPS定位系統(tǒng)衛(wèi)星發(fā)出的信號，要求芯片必須有足夠的靈敏度，而植入人體內(nèi)部的芯片能達到這個要求嗎？ 3.裝置的小型化問題：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€技術(shù)難點，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)應用發(fā)展水平，我們設計研發(fā)的基于AmI技術(shù)的多參數(shù)可穿戴生理狀態(tài)監(jiān)測平臺是在實現(xiàn)實時監(jiān)測和通訊功能的基礎上，利用可穿戴計算裝置作為載體，不僅規(guī)避了能源供應、裝置攜帶等難點問題，而且實現(xiàn)被監(jiān)測對象的生理參數(shù)無障礙且持續(xù)的采集、處理、分析、傳輸、報警和提示功能，實現(xiàn)普遍、透明和智能化的AmI監(jiān)測。
