基本信息
- 項目名稱：
- 穿戴式老年人摔倒檢測監(jiān)護系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本系統(tǒng)結合目前先進的通信技術、傳感器技術和成熟的信號處理算法，在基于模式識別方法的基礎上，根據人體三軸加速度值和單臂心電信號的變化對老年人摔倒動作做出準確判斷。當檢測到被測人體的異常摔倒情況時，通過短信通知家人，并顯示發(fā)生摔倒的位置，從而避免摔倒可能產生的嚴重后果。同時，隨身佩戴的摔倒檢測裝置不影響老年人的日?；顒?，一方面使得老年人的安全保障有了很大提高，另一方面也減輕了社會和子女的壓力。
- 詳細介紹：
- 當今世界各地人口的逐漸老化，使整個國際社會對老齡化問題日趨關注。摔倒是老年人經常發(fā)生的意外，嚴重影響了身心健康，甚至威脅到了生命安全。根據美國國家安全委員會的報告顯示，在65歲以上的人口中，摔倒所造成的死亡居所有意外死亡原因的第一位，占此年齡段意外死亡的33％。 本系統(tǒng)結合目前先進的通信技術、傳感器技術和成熟的信號處理算法，在基于模式識別方法的基礎上，根據人體三軸加速度值和單臂心電信號的變化對老年人摔倒動作做出準確判斷。當檢測到被測人體的異常摔倒情況時，通過短信通知家人，并顯示發(fā)生摔倒的位置，從而避免摔倒可能產生的嚴重后果。同時，隨身佩戴的摔倒檢測裝置不影響老年人的日?；顒樱环矫媸沟美夏耆说陌踩Ｕ嫌辛撕艽筇岣?，另一方面也減輕了社會和子女的壓力。 本系統(tǒng)實時地將被監(jiān)護者的三維加速度信號和心電信號無線傳送到終端軟件上，當被監(jiān)護對象摔倒時，三維加速度信號會有相應的變化，然后繼續(xù)檢測心電信號，輔助判斷摔倒情況。通過所得的信號波形，做相應的分析。如果摔倒并且情況嚴重，系統(tǒng)通過報警模塊通知被監(jiān)護者家屬或急救人員，讓被監(jiān)護者得到及時救護。 本系統(tǒng)主要包括三個部分，分別是硬件模塊，軟件模塊和摔倒檢測算法。硬件模塊實現人體3D加速度信號，心電信號的采集和無線發(fā)送。軟件部分實現信號接收顯示并進行分析處理，如檢測到摔倒情況，通過報警模塊將異常信息發(fā)送給患者的親屬或者救護人員。 本系統(tǒng)針對老年人和傷殘病弱者等這類特殊的群體進行實時監(jiān)護，由于他們是意外發(fā)生的高危人群，容易發(fā)生摔倒行為并且一般后果很嚴重。但就監(jiān)護范圍來講，本系統(tǒng)還可適用于小型居民小區(qū)或社會福利站等小型社區(qū)。隨著中國步入老齡化的社會以及老年人健康監(jiān)護需求的增長，本系統(tǒng)能很好的適應市場需求，創(chuàng)造價值。
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、技術關鍵和主要技術指標
- 當今世界各地人口的逐漸老化，使整個國際社會對老齡化問題日趨關注。根據美國國家安全委員會的報告指出，在65歲以上的人口中，摔倒所造成的死亡居所有意外死亡原因的第一位，占此年齡段意外死亡的33％。為使老人在摔倒后能得到及時救助，避免摔倒引起更嚴重的后果，我們設計開發(fā)了本系統(tǒng)。 本系統(tǒng)分為三個部分來完成，分別是硬件模塊，軟件模塊和摔倒檢測算法。硬件模塊實現人體3D加速度信號，心電和脈搏多路信號的采集和無線發(fā)送。軟件部分實現信號接收顯示并進行分析處理，如檢測到摔倒信號，通過報警模塊將異常信息發(fā)送給患者的親屬或者救護人員。如在室內，軟件端接收來自基于Zigbee協議的單片機的RSSI無線信號進行定位；如在室外，則使用GPS模塊來進行定位。 本系統(tǒng)的創(chuàng)新點在于針對老年人和傷殘病弱者等這類特殊的群體，由于他們是意外發(fā)生高危人群，容易發(fā)生摔倒行為并且一般后果很嚴重，實時的監(jiān)護十分必要。另外本作品將3D加速度模塊和心電脈搏采集模塊結合起來，能準確地判斷出被監(jiān)護者是否摔倒和摔倒是否嚴重。 實現本系統(tǒng)關鍵在于實時采集人體3D加速度，脈搏和心電等多路信號，通過Zigbee網絡無線傳輸。并設計摔倒檢測算法，集成到軟件端，可實時處理分析生理信號。另外通過Zigbee無線傳感器網絡進行室內定位，GPS模塊進行室外定位也十分重要。
科學性、先進性
- 本系統(tǒng)使用了飛思卡爾公司的3D加速度傳感器及TI公司的CC2430MCU,集合了由AD620放大器和相應濾波電路組成的前端心電采集電路，組成了心電采集模塊的單臂穿戴式摔倒檢測系統(tǒng)。通過CC2430MCU以無線形式傳送到PC端。用MFC進行軟件的編寫，使用摔倒檢測算法及心電信號準確判斷出摔倒。通過加速度信號和心電信號的結合，可以更準確地判斷出摔倒，減少誤判率。當摔倒發(fā)生時可以及時給親屬發(fā)送報警信息。同時單臂穿戴式的設計，也極大方便了使用者的佩戴。 系統(tǒng)設計達到了當前技術發(fā)展水平，且切實可行并容易實現；遵循國際標準和國內外有關的規(guī)范要求；符合加速度傳感技術和生物醫(yī)學工程的最新發(fā)展潮流。主要有以下特點： 1.穿戴式摔倒檢測模塊，不影響正?；顒?。 2.整合心電采集模塊，加速度采集模塊和無線發(fā)送模塊，多種信號共同判斷。 3.獨特的模式識別方法，準確判斷出摔倒動作。 4.報警功能，通知特定的親人。
獲獎情況及鑒定結果
- 第四批國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃國家級項目
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 專利轉讓
作品可展示的形式
- 實物、產品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 本系統(tǒng)的技術特點是將不同的模塊進行整合，并通過無線傳感網絡來傳輸數據，主要技術優(yōu)勢有以下兩點： 1.有效地將不同的生理信號采集模塊進行整合，集成化和微型化，適合穿戴，可實時監(jiān)護患者。 2.基于模式識別的摔倒算法可以很準確的判斷摔倒，具有很好的魯棒性。 隨著人們健康意識和保健要求的不斷加強， 近年來醫(yī)療器械的市場需求持續(xù)快速增長， 。近10余年來，我國醫(yī)療器械產業(yè)正以15—18％的平均年增長率持續(xù)高速發(fā)展。2010年我國醫(yī)療器械總產值達125億美元，在世界醫(yī)療器械市場銷售額中的份額占到5％，預計到2050年，這一份額將達到25％。可見，我國醫(yī)療器械的需求量將呈繼續(xù)上升態(tài)勢， 而醫(yī)療器械市場前景十分廣闊。 本系統(tǒng)主要面向老年人和老弱病殘等行動不便者，但就監(jiān)護范圍來講，本系統(tǒng)還可適用于小型居民小區(qū)或社會福利站等小型社區(qū)。在該范圍的老人或患者都能夠得到實時的監(jiān)護，可有效地保障他們的生命健康。隨著中國步入老齡化的社會以及老年人健康監(jiān)護需求的增長，本系統(tǒng)能很好的適應市場需求，創(chuàng)造價值。
同類課題研究水平概述
- 目前國內大多數針對老人的技術研究依然只是停留在醫(yī)療照顧的消極被動層面。而在西方發(fā)達國家，特別是美國、日本。近些年，有許多大學和研究機構在政府和社會的支持下開展了人性化的、以改善老人的生活品質為目標的各種技術的研究工作。其中，可以探測老人摔倒并能夠及時將這一危險狀況報告到醫(yī)療監(jiān)護中心的摔倒檢測技術也越來越得到各大研究機構的重視。 摔倒檢測技術的方法很多，根據信號采集的渠道，摔倒檢測技術可分為三類：基于視頻的摔倒檢測系統(tǒng)，基于聲學的摔倒檢測系統(tǒng)，基于穿戴式傳感器的摔倒檢測系統(tǒng)?；谝曨l的摔倒檢測系統(tǒng)是通過一個或幾個視頻攝像頭捕捉人體運動的畫面，運用圖像處理算法，確定是否存在具有摔倒的圖像特征。如由加拿大的Caroline Rougier設計的通過在被監(jiān)測者家中安裝視頻攝像頭，利用計算機視覺系統(tǒng)提供了一種分析人體姿態(tài)的解決方案，他們通過將運動過程和人體的形態(tài)變化相結合的方法，探測被監(jiān)測者是否發(fā)生了摔倒。但是，基于視頻的摔倒檢測系統(tǒng)通常因為攝像機安裝在固定的地點，只能在安裝了攝像機的地點進行檢測，而人體是一個活動的對象，當被監(jiān)測者離開視頻攝像頭可監(jiān)測的范圍時，該系統(tǒng)就無法檢測摔倒。另外，基于視頻的摔倒檢測系統(tǒng)還可能導致被監(jiān)測者個人隱私的泄漏?；诼晫W的摔倒檢測系統(tǒng)是通過分析摔倒時的音頻信號來檢測的，通常，這種方法無法得到很好的精度，一般只能作為其它檢測方法的輔助檢測。 基于穿戴式傳感器的摔倒檢測系統(tǒng)是指嵌入了微型傳感器的可穿戴的設備，包括衣服，帽子等 ，這種檢測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測人體的活動，當人體的運動參數發(fā)生改變時，通過算法判斷是否發(fā)生了摔倒。如由西安交通大學研究的摔倒檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩臺計算機和一部帶有固定外盒的手機，探測盒內主要包括加速器傳感器和單片機，加速度信號通過AD轉換器轉變成數字信號，單片機通過無線發(fā)送一個數據包到遠程服務器。另外，法國的Norbert Noury也利用加速度傳感器實時監(jiān)測人體的姿態(tài)，通過算法判斷是否發(fā)生摔倒，并在發(fā)生摔倒時進行及時的報警。基于穿戴式傳感器的摔倒檢測系統(tǒng)不會受到檢測地點的限制，所以基于穿戴式傳感器的摔倒檢測系統(tǒng)比基于視頻或聲學系統(tǒng)更適合應用于摔倒探測器。
