基本信息
- 项目名称：
- 穿戴式老年人摔倒检测监护系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本系统结合目前先进的通信技术、传感器技术和成熟的信号处理算法，在基于模式识别方法的基础上，根据人体三轴加速度值和单臂心电信号的变化对老年人摔倒动作做出准确判断。当检测到被测人体的异常摔倒情况时，通过短信通知家人，并显示发生摔倒的位置，从而避免摔倒可能产生的严重后果。同时，随身佩戴的摔倒检测装置不影响老年人的日常活动，一方面使得老年人的安全保障有了很大提高，另一方面也减轻了社会和子女的压力。
- 详细介绍：
- 当今世界各地人口的逐渐老化，使整个国际社会对老龄化问题日趋关注。摔倒是老年人经常发生的意外，严重影响了身心健康，甚至威胁到了生命安全。根据美国国家安全委员会的报告显示，在65岁以上的人口中，摔倒所造成的死亡居所有意外死亡原因的第一位，占此年龄段意外死亡的33％。 本系统结合目前先进的通信技术、传感器技术和成熟的信号处理算法，在基于模式识别方法的基础上，根据人体三轴加速度值和单臂心电信号的变化对老年人摔倒动作做出准确判断。当检测到被测人体的异常摔倒情况时，通过短信通知家人，并显示发生摔倒的位置，从而避免摔倒可能产生的严重后果。同时，随身佩戴的摔倒检测装置不影响老年人的日常活动，一方面使得老年人的安全保障有了很大提高，另一方面也减轻了社会和子女的压力。 本系统实时地将被监护者的三维加速度信号和心电信号无线传送到终端软件上，当被监护对象摔倒时，三维加速度信号会有相应的变化，然后继续检测心电信号，辅助判断摔倒情况。通过所得的信号波形，做相应的分析。如果摔倒并且情况严重，系统通过报警模块通知被监护者家属或急救人员，让被监护者得到及时救护。 本系统主要包括三个部分，分别是硬件模块，软件模块和摔倒检测算法。硬件模块实现人体3D加速度信号，心电信号的采集和无线发送。软件部分实现信号接收显示并进行分析处理，如检测到摔倒情况，通过报警模块将异常信息发送给患者的亲属或者救护人员。 本系统针对老年人和伤残病弱者等这类特殊的群体进行实时监护，由于他们是意外发生的高危人群，容易发生摔倒行为并且一般后果很严重。但就监护范围来讲，本系统还可适用于小型居民小区或社会福利站等小型社区。随着中国步入老龄化的社会以及老年人健康监护需求的增长，本系统能很好的适应市场需求，创造价值。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 当今世界各地人口的逐渐老化，使整个国际社会对老龄化问题日趋关注。根据美国国家安全委员会的报告指出，在65岁以上的人口中，摔倒所造成的死亡居所有意外死亡原因的第一位，占此年龄段意外死亡的33％。为使老人在摔倒后能得到及时救助，避免摔倒引起更严重的后果，我们设计开发了本系统。 本系统分为三个部分来完成，分别是硬件模块，软件模块和摔倒检测算法。硬件模块实现人体3D加速度信号，心电和脉搏多路信号的采集和无线发送。软件部分实现信号接收显示并进行分析处理，如检测到摔倒信号，通过报警模块将异常信息发送给患者的亲属或者救护人员。如在室内，软件端接收来自基于Zigbee协议的单片机的RSSI无线信号进行定位；如在室外，则使用GPS模块来进行定位。 本系统的创新点在于针对老年人和伤残病弱者等这类特殊的群体，由于他们是意外发生高危人群，容易发生摔倒行为并且一般后果很严重，实时的监护十分必要。另外本作品将3D加速度模块和心电脉搏采集模块结合起来，能准确地判断出被监护者是否摔倒和摔倒是否严重。 实现本系统关键在于实时采集人体3D加速度，脉搏和心电等多路信号，通过Zigbee网络无线传输。并设计摔倒检测算法，集成到软件端，可实时处理分析生理信号。另外通过Zigbee无线传感器网络进行室内定位，GPS模块进行室外定位也十分重要。
科学性、先进性
- 本系统使用了飞思卡尔公司的3D加速度传感器及TI公司的CC2430MCU,集合了由AD620放大器和相应滤波电路组成的前端心电采集电路，组成了心电采集模块的单臂穿戴式摔倒检测系统。通过CC2430MCU以无线形式传送到PC端。用MFC进行软件的编写，使用摔倒检测算法及心电信号准确判断出摔倒。通过加速度信号和心电信号的结合，可以更准确地判断出摔倒，减少误判率。当摔倒发生时可以及时给亲属发送报警信息。同时单臂穿戴式的设计，也极大方便了使用者的佩戴。 系统设计达到了当前技术发展水平，且切实可行并容易实现；遵循国际标准和国内外有关的规范要求；符合加速度传感技术和生物医学工程的最新发展潮流。主要有以下特点： 1.穿戴式摔倒检测模块，不影响正常活动。 2.整合心电采集模块，加速度采集模块和无线发送模块，多种信号共同判断。 3.独特的模式识别方法，准确判断出摔倒动作。 4.报警功能，通知特定的亲人。
获奖情况及鉴定结果
- 第四批国家大学生创新性实验计划国家级项目
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 专利转让
作品可展示的形式
- 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本系统的技术特点是将不同的模块进行整合，并通过无线传感网络来传输数据，主要技术优势有以下两点： 1.有效地将不同的生理信号采集模块进行整合，集成化和微型化，适合穿戴，可实时监护患者。 2.基于模式识别的摔倒算法可以很准确的判断摔倒，具有很好的鲁棒性。 随着人们健康意识和保健要求的不断加强， 近年来医疗器械的市场需求持续快速增长， 。近10余年来，我国医疗器械产业正以15—18％的平均年增长率持续高速发展。2010年我国医疗器械总产值达125亿美元，在世界医疗器械市场销售额中的份额占到5％，预计到2050年，这一份额将达到25％。可见，我国医疗器械的需求量将呈继续上升态势， 而医疗器械市场前景十分广阔。 本系统主要面向老年人和老弱病残等行动不便者，但就监护范围来讲，本系统还可适用于小型居民小区或社会福利站等小型社区。在该范围的老人或患者都能够得到实时的监护，可有效地保障他们的生命健康。随着中国步入老龄化的社会以及老年人健康监护需求的增长，本系统能很好的适应市场需求，创造价值。
同类课题研究水平概述
- 目前国内大多数针对老人的技术研究依然只是停留在医疗照顾的消极被动层面。而在西方发达国家，特别是美国、日本。近些年，有许多大学和研究机构在政府和社会的支持下开展了人性化的、以改善老人的生活品质为目标的各种技术的研究工作。其中，可以探测老人摔倒并能够及时将这一危险状况报告到医疗监护中心的摔倒检测技术也越来越得到各大研究机构的重视。 摔倒检测技术的方法很多，根据信号采集的渠道，摔倒检测技术可分为三类：基于视频的摔倒检测系统，基于声学的摔倒检测系统，基于穿戴式传感器的摔倒检测系统。基于视频的摔倒检测系统是通过一个或几个视频摄像头捕捉人体运动的画面，运用图像处理算法，确定是否存在具有摔倒的图像特征。如由加拿大的Caroline Rougier设计的通过在被监测者家中安装视频摄像头，利用计算机视觉系统提供了一种分析人体姿态的解决方案，他们通过将运动过程和人体的形态变化相结合的方法，探测被监测者是否发生了摔倒。但是，基于视频的摔倒检测系统通常因为摄像机安装在固定的地点，只能在安装了摄像机的地点进行检测，而人体是一个活动的对象，当被监测者离开视频摄像头可监测的范围时，该系统就无法检测摔倒。另外，基于视频的摔倒检测系统还可能导致被监测者个人隐私的泄漏。基于声学的摔倒检测系统是通过分析摔倒时的音频信号来检测的，通常，这种方法无法得到很好的精度，一般只能作为其它检测方法的辅助检测。 基于穿戴式传感器的摔倒检测系统是指嵌入了微型传感器的可穿戴的设备，包括衣服，帽子等 ，这种检测系统可以实时监测人体的活动，当人体的运动参数发生改变时，通过算法判断是否发生了摔倒。如由西安交通大学研究的摔倒检测系统，该系统包括两台计算机和一部带有固定外盒的手机，探测盒内主要包括加速器传感器和单片机，加速度信号通过AD转换器转变成数字信号，单片机通过无线发送一个数据包到远程服务器。另外，法国的Norbert Noury也利用加速度传感器实时监测人体的姿态，通过算法判断是否发生摔倒，并在发生摔倒时进行及时的报警。基于穿戴式传感器的摔倒检测系统不会受到检测地点的限制，所以基于穿戴式传感器的摔倒检测系统比基于视频或声学系统更适合应用于摔倒探测器。
