基本信息
- 项目名称：
- 基于泛在智能的多参数可穿戴生理参数监测平台
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本课题设计并提供一种基于泛在智能（Ambient Intelligence, AmI）技术的多参数可穿戴生理状态监测平台。在设计中实现可穿戴式人体生理状态监测，并采用多传感器融合技术及算法，同时监测多种生理参数，并融合了蓝牙、CDMA、嵌入式系统等技术，实现信号采集、分析、处理、传输、报警和提示功能，实现普遍、透明和智能化的AmI监测。 由于采用新型人体生理参数传感器模块，将各类人体生理参数传感器根据采集方式和特点，以合适、便捷、无缝的方式固定于穿戴衣物内，实现无障碍的AmI环境监测，提供更充分的生命体征信息；生理数据分析诊断、阈值设置及监督报警，克服了传统监护仪的体积大、附件多、有线检测传输、组网不方便、检测参数单一、扩展交互能力差的不足。将所采集的人体信息通过低功率近距离数据传输方式传送到长距离公共通信发射平台上，同时保证穿戴载体的低功耗、低辐射、轻便的特点和远距离报警提示的功能要求。开发信息处理报警软件，并集成于手机中（现大多智能手机支持蓝牙功能），通过普及率较高的手机实现AmI环境的硬件载体，无需增加特殊设备，降低使用成本。
- 详细介绍：
- 设计系统方案 系统分为三部分：人体信息采集、中继系统、公共信息平台。 （1）个人信息采集系统 采用现有的信息技术将人体的生理信息收集到信息处理系统中。如下图所示，采用无线组网技术，例如：蓝牙，在人体携带的传感器和个人信息中心组建一个躯域网，保证人体信息的正确、实时的采集和传送。 （2）中继系统——手机、PC、嵌入式系统 由于躯域网的范围较小，无线发射功率也很小，传送距离为米级，因此需要一个中间系统能将人体信息进行处理、存储、传送到更大的网络中去。中继系统的功能主要有：接收数据、处理数据、存储数据、显示数据和发送数据到WAN中去。 （3）公共信息平台 当个人信息数据发送到WAN中，就很容易接到医疗服务系统中，当个人生理状况出现问题的时候，医疗服务系统可以给预及时的响应，以便医护人员及时获取信息，同时还可以通过这个公共信息平台迅速告知家人或这亲朋好友，有利于得到及时的治疗和帮助。 本作品的解决方案 1、个人信息采集系统 采用可穿戴计算的方式，收集人体各种信息。为了能够展示该系统，我们采用了MQ-3污染气体传感器、HK2000B脉搏传感器、心音传感器等传感器测量人体的脉搏、血压、体温等参数。本作品将这些传感器安装于的衣服中，通过与人体的接触，即可获取人体的参数信息。 使用以MSP430为核心的嵌入式系统，将传感器获得的信息进行数字化，并将数字化信息发送给中继模块。通过蓝牙技术将信息发送给接收模块。 2、中继系统 接收模块也采用蓝牙的接收模块接收数据，采用MSP430作为嵌入式系统核心芯片，对接收到的数据进行处理和存储。同时将这些数据与设定的数据或者与人体的正常参数相对比，如果发现不正常的情况，嵌入式系统可以进行判断，一旦嵌入式系统判断人体因为疾病引起的反应，嵌入式系统将通过CDMA模块向外界发送警报信号和相应的求救短信。 （1）中继系统的软件功能 中继系统的软件功能包括：参数范围设定、报警设定、存储设定以及显示和分析设定。 【1】参数范围设定 主要针对正常参数范围设定，例如：正常的血压参数为70-140，如果获得数据信息不在此范围内，在排除测量、通信故障之后，认为此参数为非正常参数指标，中继系统，可以根据此项指标发出警报信息通知家人和医疗机构。 【2】报警设定 主要设定报警的相关信息，例如：在发现数据非正常时，向哪里发送报警和求救信息、报警方式、和报警内容等等。 【3】存储设定 设定与存储生理信息相关的参数，例如存储的频率，存储空间等等。 【4】显示、分析设定 分析机理选择，这里只是简单的对数据进行了大体分类，例如，当心跳速度提升时，到底是由于劳累引起，还是疾病引起，可以做一个大致分类，仅供参考，最终还要由医生确认。显示时，图形显示还是数据显示等，可以通过设定选择。 （2）硬件的选择 中继系统的硬件包括：蓝牙接收模块、嵌入式系统、LCD显示设备、存储器、键盘、手机模块，不难看出，中继系统的硬件功能，一般手机都具备，只需要在手机上安装相应的软件。 【1】蓝牙模块 采用YG-210M蓝牙模块，模块功能： 1）采用CSR BC41B143AXX+16K ROM 和FM1182声学回音消除； 2）具有PI00-PI08、AI00、USB、车载、免提、GPS、数据传输及各种蓝牙设备应用。 【2】手机模块 手机模块说明如下： DTGS-800是AnyDATA CDMA无线模块中的一种,目前AnyDATA CDMA无线模块是同类型产品中体积最小，速度最快, 品种最齐全的, 精心设计，方便OEM厂商使用。AnyDATA CDMA无线模块成功用于手机、智能电话、调制解调器、FWT( 无线接入终端 ) 、无线公话、WLL电话、无线POS 、GPS 产品和遥感勘测等多种不同的应用。产品可支持 BREW、对讲机、MP3、USB、照相机、彩屏、GPSone、 MMS （多媒体短信） , 放/录音、text to voice（文本到语音）语音识别、电子邮件和WAP。 【3】嵌入式系统 采用MSP430。 3、公共信息平台 在本作品中，选择了手机的信息平台作为了传送的公共信息平台，当信息通过手机网络可以发送到WAN中，从而为医疗系统和家人提供一个及时获得报警信息。
作品图片
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
- 目的：基于AmI思想，实现可穿戴人体生理状态监测，采用多传感器融合技术及算法，同时监测多种生理参数,通过无线技术将传感器采集信息与网络相联，达到随时随地的信息传输以及实现信号采集、分析、处理、传输、报警和提示功能。 思路：将各类人体生理参数传感器，根据采集方式固定于穿戴衣物内，所测得的人体各种生理参数，通过蓝牙发送到信息处理模块上，信息处理模块根据预先设定的参数做出及时的处理并记录。当发现异常时，信息处理模块通过公共通信平台发出警报信号给家人或者医疗机构,同时对被监测对象定位，以保证患者得到及时治疗，同时记录数据可以为医务人员提供治疗参考。 创新点：1.将各类人体生理参数传感器根据采集方式，以合适、便捷、无缝的方式固定于穿戴衣物内，实现人体生理参数监测，并提供多传感器信息融合处理算法。2.将所采集人体信息通过蓝牙传送到长距离公共通信发射平台上，以同时保证穿戴载体的低功耗、低辐射、轻便的特点和远距离报警提示的功能要求。3.开发信息处理报警软件，并集成于手机中，无需增加特殊设备，降低使用成本。 技术关键：1.人体生理参数传感器模块的选择及二次开发。2.人体生理参数传感器在穿戴衣物内的布置及固定。3.蓝牙传输模块、数据存储、分析模块的集成、参数设定及算法。4.信息处理报警软件的开发。 主要技术指标：1.采集模块功耗小于15mw 2.连续工作时间 大于48h 3.有效数据获取频率：次/5秒 4.数据存储容量大于6个月 5.传送距离:蓝牙小于10m 6.软件空间：小于100K
科学性、先进性
- 现在医疗机构使用的人体生理参数监护仪，不便于广泛用于家庭。现在市场上提供的一些便携式监测装置大多只对人体某一特定参数进行检测和记录，不能实现永远在线状态，因而无法实现及时报警功能，对于突发性疾病实用性较差。由于采用新型人体生理参数传感器模块，将各类人体生理参数传感器根据采集方式和特点，合理地固定于穿戴衣物内，实现无障碍的AmI环境监测，提供更充分的生命体征信息；生理数据分析诊断、阈值设置及监督报警，克服了传统监护仪的体积大、附件多、有线检测传输方式、组网不方便、检测参数单一、扩展交互能力差的不足；将所采集人体信息通过蓝牙传送到长距离公共通信发射平台上，以保证穿戴载体的低功耗、低辐射、轻便的特点和远距离报警提示的功能要求；开发出信息处理报警软件，并集成于手机中，无需增加特殊设备，降低使用成本。 参考文献：[3] 张声威，刘静.以PC机为载体的低成本健康检测DIY技术[J].科技导报，2008等。
获奖情况及鉴定结果
- 校第十一届“摇篮杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖 获第五届“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 实验阶段
技术转让方式
- 专利
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示、图片、样品
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
- 技术特点及优势：本设计发明采用新型人体生理参数传感器模块，将各类人体生理参数传感器根据采集方式和特点，以合适、便捷、无缝的方式固定于穿戴衣物内，实现无障碍的AmI环境监测，并将采集人体信息通过低功率近距离数据传输方式传送到长距离公共通信发射平台上，并提供多传感器信息融合处理算法，实现信号采集、分析、处理、传输、报警和提示功能。 适应范围及推广前景：适用于家庭及社区医疗预防监测系统的构建，本设计发明能自动获取被监测对象当前的各项生理参数，如有异常，平台可以定位离被监测对象最近的医疗单位派出医疗人员进行救护并发送信息给被监测对象亲友。 市场分析和经济效益预测：基于人们对健康和生活质量要求的提高，一些检测装置不但用于对发病后的生理状态进行检测，还应用于日常的生理检测和疾病的预防控制当中。由于目前大多智能手机支持蓝牙功能，无需增加特殊设备，降低本作品成本，且操作功能简便，不但可在医院中使用，而且会在居民区，家庭中大量使用，从而形成一个极有发展潜力的个人健康监测产品产业。
同类课题研究水平概述
- 现在医疗机构使用的人体生理参数监护仪，由于技术条件限制，使用时需要专门设备、专业人员和特殊场地，且由于成本和体积限制不便于广泛用于家庭。现在市场上提供的一些便携式监测装置则相对功能单一，大多只对人体某一特定参数进行检测和记录，不能实现永远在线状态，因而无法实现及时报警功能，对于突发性疾病如心脑血管疾病，实用性较差。 美国应用数据公司展示了一种名为“数字天使”的新型芯片模型。这款芯片能够植入人体内，监控佩带者的身体状况，并可通过卫星系统准确定位佩带者目前所处的位置。“数字天使”的独特之处在于：它不仅可以利用全球卫星定位系统（GPS），准确定位佩带者的位置，而且还可通过联网的电脑或无线通讯设备发出紧急求救信号，并收集有关佩带者身体机能状况的各种数据。数字天使的原理与目前人体芯片的主要区别在于它属于主动型的数据源，因为它具有持续的能源可保证芯片时刻接受GPS系统卫星的定位信号，从而可以让卫星定位系统（GPS）侦测到携带者所在位置等信息。并且在危急的时刻，还可以通过类似手机通讯的方式利用中转站及时发出相应的求救信号，通过24小时接收信号的服务公司得到相应的救助。数字天使主要监视四种情况： 1.紧急情况呼救：一般是突发性事件或者疾病处理。 2.跌倒求救：对于一些病人来说，跌倒有时会是很严重的事情。 3.走出警戒区报警：针对某些没有判断能力的病人、儿童甚至宠物，这是防止他们走失的重要手段。 4.电池不足警告：可以及时提醒更换电池。 但将数字天使技术应用到人体芯片上有以下几大难点： 1.能源问题：由于体内装置无法像体外那样方便的更换能源，所以必须为植入人体的人体芯片提供一种真正的持续能源或者有效的蓄电装置。 2.GPS信号问题：要全天候接收GPS定位系统卫星发出的信号，要求芯片必须有足够的灵敏度，而植入人体内部的芯片能达到这个要求吗？ 3.装置的小型化问题：如今的数字天使体积还是很大的，并不适合植入人体。基于以上几个技术难点，结合现有技术应用发展水平，我们设计研发的基于AmI技术的多参数可穿戴生理状态监测平台是在实现实时监测和通讯功能的基础上，利用可穿戴计算装置作为载体，不仅规避了能源供应、装置携带等难点问题，而且实现被监测对象的生理参数无障碍且持续的采集、处理、分析、传输、报警和提示功能，实现普遍、透明和智能化的AmI监测。
