劉 航， 騰峭瑩， 曲曉鵬， 譚振江

(1 吉林師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院, 吉林 四平 136000； 2 數(shù)值模擬吉林省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(吉林師范大學(xué))， 吉林 四平 136000)

引言

上世紀(jì)末期，中國(guó)正式進(jìn)入老齡化時(shí)代[1]。中國(guó)已成為世界上老年人口數(shù)量最多的國(guó)家，據(jù)2017年末數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)老年人口數(shù)達(dá)到15 831萬(wàn)人，與2000年度第五次人口普查數(shù)據(jù)相比，老年人口比例升至11.4%。隨著老年人口的增加，中國(guó)養(yǎng)老保障的負(fù)擔(dān)正日益加重。中國(guó)當(dāng)代社會(huì)中，父輩與子輩分開居住現(xiàn)象明顯，兒女工作忙，父母獨(dú)居在家，空巢老人現(xiàn)象逐漸形成。面對(duì)龐大的工作壓力，兒女對(duì)父母的照顧越來(lái)越顯得力不從心，既不能實(shí)時(shí)了解父母的健康狀況，又不能在父母身體不適時(shí)及時(shí)趕到，空巢老人的獨(dú)居問(wèn)題逐漸得到了社會(huì)的廣泛關(guān)注?；谠搯?wèn)題的考慮，本團(tuán)隊(duì)提出了社區(qū)老年用戶健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目的開發(fā)。

老年人常常是心腦血管等突發(fā)性病癥的患者，患病時(shí)若得不到及時(shí)救治，常常錯(cuò)過(guò)最佳治療時(shí)間。而獨(dú)居老人往往在患病時(shí)來(lái)不及呼救，最終會(huì)對(duì)老人身體以及家庭帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)。若單純的依靠醫(yī)院就醫(yī)來(lái)對(duì)老年患者進(jìn)行就醫(yī)會(huì)在一定程度上浪費(fèi)醫(yī)療資源[2]，并且極大地減少醫(yī)療就診的效率。在這種情況下，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)生理體征監(jiān)測(cè)就成了患者隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)自身狀況的最佳手段，不但降低了醫(yī)療費(fèi)用，而且很大程度上預(yù)防了突發(fā)情況的產(chǎn)生，對(duì)于老年人安度晚年，提高生活質(zhì)量有重大作用。

因此，如何在不限制老年人自身日常生活的情況下準(zhǔn)確、安全地監(jiān)控老人身體健康狀況就成了當(dāng)?shù)蒯t(yī)療系統(tǒng)研究的重要方面。社區(qū)老年用戶健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在最大程度上實(shí)現(xiàn)了這些功能，通過(guò)可穿戴智能手環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)老人身體各項(xiàng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，將物聯(lián)網(wǎng)傳感器檢測(cè)到的睡眠、心率、血壓、血糖、體溫等多種健康數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙傳輸至數(shù)據(jù)平臺(tái)，采用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析和深度挖掘[3]。與手機(jī)終端APP結(jié)合實(shí)現(xiàn)社區(qū)醫(yī)院、老人自身、監(jiān)護(hù)人三方數(shù)據(jù)共享。達(dá)到兒女遠(yuǎn)程監(jiān)控老人身體狀況的目的，并且在遇到突發(fā)狀況時(shí)及時(shí)聯(lián)系醫(yī)院，最大程度保證治療最佳時(shí)間。

1 研究背景

可穿戴的智能手環(huán)作為當(dāng)代智能家居的一種，以其體積小、方便佩戴廣受消費(fèi)者喜愛(ài)。也使得老齡化時(shí)代必將與信息化時(shí)代結(jié)合起來(lái)，利用智能手環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)老年用戶健康水平的監(jiān)測(cè)已不再是一個(gè)概念[4]。近年來(lái)，人工智能開始逐步發(fā)展起來(lái)，在其影響下，越來(lái)越多的企業(yè)開始注重智能可穿戴手環(huán)的研發(fā)，利用當(dāng)下高速發(fā)展的大數(shù)據(jù)技術(shù)，將智能手環(huán)收集到的數(shù)據(jù)高效地利用起來(lái)，通過(guò)云端的數(shù)據(jù)計(jì)算與對(duì)比，實(shí)現(xiàn)終端的數(shù)據(jù)監(jiān)控。國(guó)外三星、谷歌等多家IT領(lǐng)先企業(yè)已將可穿戴智能手環(huán)設(shè)備投入巨資開發(fā)，并在功能和技術(shù)上逐步完善。例如，三星公司在2017年8月開發(fā)的三星Gear Fit2 PRO手環(huán)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)心率跟蹤、GPS映射、回復(fù)電話文本、心跳周期監(jiān)控等健康數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能，并基于Android和IOS兩種平臺(tái)開發(fā)，對(duì)比三星上一代手環(huán)，F(xiàn)it2在技術(shù)和功能上有了很大改善。國(guó)產(chǎn)品牌方面，小米、華為、樂(lè)心等品牌在智能手環(huán)的開發(fā)上也有自己獨(dú)特的功能與技術(shù)，2018年2月，小米推出小米3智能手環(huán)，并在功能上增添了熱量消耗，配速提醒等近40余項(xiàng)功能。利用智能手環(huán)服務(wù)于老年群體，使老年用戶享受科技帶來(lái)的便捷與安心，為解決人口老齡化問(wèn)題起到推動(dòng)作用。

2 主要內(nèi)容

智能手環(huán)的設(shè)計(jì)由硬件系統(tǒng)與終端APP共同組成，能勝任各項(xiàng)功能檢測(cè)與定位，具有SOS、GPS定位功能,體溫、血壓、血糖、心電、心跳、睡眠、運(yùn)動(dòng)等數(shù)據(jù)的自動(dòng)檢測(cè)。軟件系統(tǒng)通過(guò)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算[5]進(jìn)行數(shù)據(jù)保存與共享，建立完善的個(gè)人健康數(shù)據(jù)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)永久的數(shù)據(jù)保存和分析功能，真正實(shí)現(xiàn)醫(yī)療信息化。社區(qū)老年用戶健康監(jiān)控系統(tǒng)就是將硬件設(shè)備和軟件設(shè)備與社區(qū)醫(yī)院相結(jié)合，手機(jī)終端APP為三方共有，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療體系的信息化和可靠化。醫(yī)院方面開展社區(qū)老人健康教育的宣傳，多發(fā)病癥的防范與治療，同時(shí)存儲(chǔ)老人身體各項(xiàng)健康數(shù)據(jù)，定期通知老人體檢以及實(shí)現(xiàn)預(yù)約掛號(hào)檢查功能，提高老人身體健康質(zhì)量的保障。老年人有運(yùn)動(dòng)管理、久坐提醒、藥物提醒、一鍵呼救、一鍵SOS、視聽娛樂(lè)等功能。通過(guò)感應(yīng)電路的設(shè)計(jì)[6]，用戶的心率、體溫、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等參數(shù)通過(guò)藍(lán)牙傳輸?shù)綌?shù)據(jù)平臺(tái)，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析與處理最終發(fā)送至終端APP，方便用戶分析身體狀況和環(huán)境生活狀態(tài)。監(jiān)護(hù)人方面需要GPS定位、一鍵呼救電話、跌倒預(yù)警等功能。及時(shí)觀察老人健康狀況，并在老人遇到突發(fā)狀況時(shí)及時(shí)聯(lián)系醫(yī)院，達(dá)到救治的及時(shí)性和可靠性。社區(qū)老年健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 社區(qū)老年用戶健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

Fig.1Designflowchartofhealthmonitoringsystemforcommunityelderlyusers

3 相關(guān)技術(shù)與設(shè)計(jì)

社會(huì)老年用戶健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 社區(qū)老年用戶健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)

Fig.2Communityhealthmonitoringsystemdesignframeworkforelderlyusers

3.1 大數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介[7]

大數(shù)據(jù)是指無(wú)法用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存，數(shù)據(jù)量龐大且復(fù)雜的數(shù)據(jù)集，使用特殊技術(shù)有效地深入處理和挖掘大量數(shù)據(jù)。隨著社會(huì)生活水平的不斷發(fā)展，科技高速發(fā)展，信息流動(dòng)極快，生活中的數(shù)據(jù)越來(lái)越復(fù)雜，大數(shù)據(jù)也因此而產(chǎn)生。大數(shù)據(jù)的概念也在不斷滲透進(jìn)社會(huì)的方方面面，大數(shù)據(jù)并不僅僅意味著大量、快速、深入的數(shù)據(jù)處理，更是一種從不同數(shù)據(jù)中獲取有價(jià)值信息的能力[8]。

3.2 硬件核心設(shè)計(jì)[9]

智能手環(huán)硬件傳感器方面采用ADI公司研發(fā)的ADIXL362傳感器，該傳感器在喚醒模式下功率比其同類傳感器相比低60%，僅為200nA，低功率損耗并且可采用紐扣電池供電[10]。

ADIXL362傳感器在量程范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的感應(yīng)功能，提供精確的數(shù)據(jù)輸出，在超時(shí)間功率消耗的情況下，仍能保持超高的穩(wěn)定性能。利用傳感器所帶的紅外感應(yīng)功能，通過(guò)感應(yīng)人體發(fā)出的紅外光[11]，精確測(cè)量人體體溫，誤差不超過(guò)0.5 ℃。

3.3 硬件外觀設(shè)計(jì)

智能手環(huán)外觀選用黑色和藍(lán)色兩種顏色，簡(jiǎn)單大氣，適合絕大部分人群。手環(huán)材質(zhì)上為避免用戶在佩戴時(shí)出現(xiàn)不適感，選用醫(yī)用級(jí)TPU橡膠材質(zhì)，相比于硅膠材質(zhì)的手環(huán)，TPU材質(zhì)避免了觸感油膩，質(zhì)感偏厚的缺點(diǎn)。材質(zhì)環(huán)保無(wú)毒，不易沾灰變臟，符合多數(shù)人對(duì)舒適度的要求。

顯示屏采用1.5英寸LED屏，屏占比適中，避免老年人因視力不好而影響使用。鋰電池容量在2 000-4 000 mA左右，待機(jī)時(shí)間可達(dá)到4天左右。

3.4 GPS定位和一鍵呼救

利用GPS定位功能實(shí)現(xiàn)對(duì)老人所在位置的實(shí)時(shí)了解，并在老人遇到突發(fā)狀況時(shí)自動(dòng)發(fā)出短信等求救信號(hào)。

3.5 終端APP設(shè)計(jì)

利用Java語(yǔ)言編寫APP程序，基于MyEclipse軟件上進(jìn)行編譯與測(cè)試運(yùn)行，并開發(fā)出Android與IOS兩個(gè)版本，可在軟件商城自行下載。避免用戶手機(jī)不同造成的局限性。軟件頁(yè)面的設(shè)計(jì)上采用簡(jiǎn)潔布局，字體適中，更利于老年用戶使用。并且提供數(shù)據(jù)預(yù)警設(shè)置，用戶可在后臺(tái)上設(shè)置自己的健康數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，如血壓、體溫、血糖等數(shù)據(jù)，當(dāng)用戶自身數(shù)據(jù)超出標(biāo)準(zhǔn)后，軟件可自動(dòng)發(fā)出警報(bào)提示，最大程度保證用戶自身健康標(biāo)準(zhǔn)。

3.6 數(shù)據(jù)的交換傳輸[12]

智能手環(huán)通過(guò)藍(lán)牙設(shè)備與手機(jī)終端APP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用由藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)開發(fā)的最新版Bluetooth4.2進(jìn)行數(shù)據(jù)交換設(shè)計(jì)[13]。Bluetooth4.2相較于之前的版本，在范圍不變的情況下，能提供更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，利用手機(jī)終端搜索并匹配設(shè)備，實(shí)現(xiàn)信息可靠化。

3.7 后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

利用SQL語(yǔ)言搭建標(biāo)準(zhǔn)健康數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)個(gè)人健康數(shù)據(jù)，將手機(jī)終端傳來(lái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)每天數(shù)據(jù)的不斷更新，達(dá)到對(duì)用戶健康數(shù)據(jù)的保存與對(duì)比。

4 基本功能的實(shí)現(xiàn)

終端APP界面如圖3所示。

圖3 終端APP界面

4.1 血壓血糖的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量

利用傳感器的紅外感應(yīng)功能，記錄人體中血紅細(xì)胞吸收紅外線能力的強(qiáng)弱與動(dòng)脈血管的收縮能力，收集人體信息，將接收回來(lái)的信息進(jìn)行分析處理，顯示在終端APP上。

4.2 設(shè)置睡眠時(shí)間提醒

用戶自行設(shè)定行動(dòng)時(shí)間，系統(tǒng)會(huì)在規(guī)定時(shí)間發(fā)出提醒，規(guī)范用戶正確的作息時(shí)間。提醒方式采用人性化設(shè)計(jì)，通過(guò)手環(huán)檢測(cè)用戶睡眠質(zhì)量，若用戶處于深度睡眠，則在用戶設(shè)置的時(shí)間前兩分鐘發(fā)出輕度震動(dòng)提醒，盡量減少用戶醒來(lái)時(shí)的難受程度，若在規(guī)定時(shí)間用戶依舊沒(méi)有醒來(lái)，則采用正常喚醒模式。若用戶處于輕度睡眠，則在規(guī)定時(shí)間喚醒即可。同時(shí)通過(guò)手環(huán)對(duì)用戶睡眠質(zhì)量的檢測(cè)，可以使用戶了解到自身睡眠情況，幫助檢測(cè)和改善自身睡眠質(zhì)量。

4.3 設(shè)置用藥提醒

在用戶需要用藥時(shí)可以設(shè)置用藥提醒，利用后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)可根據(jù)用戶身體狀況及服藥種類給出適宜的服藥方法及注意事項(xiàng)。

4.4 設(shè)置久坐提醒[14]

考慮到老年用戶身體不能久坐，因此利用手環(huán)檢測(cè)用戶活動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)用戶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)長(zhǎng)時(shí)間未改變時(shí)，自動(dòng)發(fā)出震動(dòng)提醒，保證用戶健康生活狀態(tài)。

4.5 設(shè)置心率對(duì)比

考慮到一些喜好運(yùn)動(dòng)的用戶需求，軟件中添加運(yùn)動(dòng)步數(shù)與心率對(duì)比數(shù)據(jù)圖[15]，老年人身體素質(zhì)并不適合劇烈運(yùn)動(dòng)，在大量運(yùn)動(dòng)后若心率出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，則發(fā)出預(yù)警提示，同時(shí)用戶也可根據(jù)對(duì)比圖觀察自身身體素質(zhì)，了解自身健康標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

面對(duì)中國(guó)越來(lái)越多的空巢老人獨(dú)居現(xiàn)象，社會(huì)對(duì)老年人的健康情況關(guān)注越來(lái)越多，可穿戴智能手環(huán)成為了兒女監(jiān)控老人健康情況的首選。而社區(qū)老年用戶健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更是將智能手環(huán)與社區(qū)醫(yī)院相結(jié)合，加強(qiáng)了患者與醫(yī)院的溝通與交流，能及早地發(fā)現(xiàn)病情并及時(shí)救治，有效地達(dá)到了監(jiān)控病情的目的。進(jìn)一步加強(qiáng)了老人健康的保障，在一定程度上達(dá)到了對(duì)老人面對(duì)突發(fā)狀況時(shí)救助的及時(shí)性，方便患者就醫(yī)，并且縮短了復(fù)雜的就醫(yī)流程，兒女能通過(guò)手機(jī)終端APP觀察老人身體健康數(shù)據(jù)，達(dá)到對(duì)父母健康的實(shí)時(shí)監(jiān)控，一定程度上實(shí)現(xiàn)了用戶老年生活的健康保障。社區(qū)老年用戶健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在未來(lái)有望進(jìn)入醫(yī)療體系中，并有望成為解決中國(guó)人口老齡化問(wèn)題的重要工具。