車綏元 郝麗娜 張嘯 豐云杰 夏慧琳*

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程處，呼和浩特 010010；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)計算機信息學(xué)院，呼和浩特 010110；3.天津醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，天津 300070）

當(dāng)今，我國逐步步入老齡化社會，跌倒已成為老年人意外死亡的主要原因，占65歲以上老年人意外死亡原因的25.2%［1］，且意外跌倒死亡率隨著年齡的增長而上升。據(jù)統(tǒng)計顯示，在老年人跌倒造成的意外死亡中，大部分是由于跌倒后沒有得到及時的救治，受到了不必要的二次傷害。當(dāng)老年人跌倒后，跌倒造成的物理損傷與心率、血壓等生理指標(biāo)的劇烈變化，可能引發(fā)一些慢性疾病、心腦血管疾病的發(fā)作；而跌倒時受到的沖擊和生理參數(shù)的變化更可能讓老年人昏厥，使老年人失去自行呼救和求助的機會。此時，老年人身邊若無其他目擊者或目擊者處理不當(dāng)，便有可能使老年人癱瘓或死亡。

跌倒報警裝置是一種在老年人跌倒后自行報警來通知相關(guān)醫(yī)護人員及老年人親屬的裝置，它的出現(xiàn)可以讓老年人在跌倒后得到及時救助，以減少因跌倒后救助不及時而對老年人造成二次傷害。

1 跌倒自動報警裝置現(xiàn)狀

目前跌倒檢測設(shè)備根據(jù)檢測原理主要分為：基于計算機視覺技術(shù)、音頻振動識別、可穿戴式和基于移動終端四種類型。

1.1 基于計算機視覺技術(shù)的跌倒檢測系統(tǒng)

該類檢測系統(tǒng)準(zhǔn)確率高，通過安裝監(jiān)控探頭實時監(jiān)測老年人的身體姿態(tài)和運動狀態(tài)，采用智能視覺分析技術(shù)，分析人體的站立、走步、下蹲和跌倒等一系列動作角度，根據(jù)采集人體正常的運動信息設(shè)定閾值，當(dāng)人體行為超出閾值時，判定為跌倒。此種方法的準(zhǔn)確率高，在長春師范大學(xué)肖?。?］、深圳大學(xué)金浩陽［4］的實驗中綜合準(zhǔn)確率均可高達(dá)97%以上，但該類裝置受限于視野和光照，只能在視野足夠、特定的光照強度范圍內(nèi)工作，且存在成本高昂、計算復(fù)雜、涉及使用者隱私等方面的問題。中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所的楊任兵［5］等人嘗試通過低分辨率的紅外圖像判斷是否發(fā)生跌倒，以此排除光線過亮或過暗的影響并保護使用者隱私。因此，降低了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，判斷跌倒的準(zhǔn)確率降到91.25%，使該檢測系統(tǒng)的優(yōu)勢減弱。

1.2 基于音頻振動識別的跌倒檢測系統(tǒng)

該種裝置基于地板振動和聲學(xué)傳感，通過振動傳感器采集、處理人體運動的音頻信號和地板振動，分析判斷被監(jiān)測人是否跌倒。這種檢測裝置價格較低，能較好地保護使用者隱私，同時也能解決因光線強度不同而產(chǎn)生的誤報或漏報問題。然而，該方法易受外界噪聲信號的干擾，誤報率比較高。雖然，目前該系統(tǒng)仍屬主流的檢測系統(tǒng)之一，但其前景不被看好。

1.3 可穿戴式跌倒檢測裝置

隨著近年來電子器件的小規(guī)?；?，便攜式可穿戴跌倒檢測裝置面世。該裝置嵌入了微型加速度傳感器等，能夠佩戴在老年人的胸前、腰間、手腕、腳踝等部位［6］，解決了使用區(qū)域小、范圍局限的問題，可隨老年人移動。檢測準(zhǔn)確度較高，適應(yīng)性較強。雖然因裝置重量的限制只能配置小容量電池而經(jīng)常遇到電源管理的問題，且在日?；顒又惺冀K攜帶這些設(shè)備存在不便，但綜合來看，基于可穿戴傳感器的便攜式監(jiān)測系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.4 基于移動終端的跌倒檢測系統(tǒng)

近年來，智能手機已經(jīng)普及且手機功能豐富、配置提高，因此基于移動終端的跌倒檢測系統(tǒng)也隨之問世。這種檢測系統(tǒng)利用手機中的陀螺儀和加速度傳感器采集人體正常運動和跌倒時的數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)集分析，原理與可穿戴式跌倒檢測裝置類似。成都理工大學(xué)張祥軍［7］設(shè)計了一款以iOS平臺為系統(tǒng)載體的基于三軸加速度傳感器的跌倒檢測系統(tǒng)，準(zhǔn)確率可達(dá)92%；武漢科技大學(xué)李歡［8］開發(fā)的APP檢測跌倒的準(zhǔn)確率高達(dá)94%以上；重慶大學(xué)的章攀［9］等人在Android平臺上應(yīng)用基于特征值的決策樹跌倒檢測判別法綜合準(zhǔn)確率達(dá)到了97.3%。為保證在警報觸發(fā)后接收方能迅速找到求救者的位置，便攜類跌倒檢測裝置往往會配備定位元件，基于移動終端的跌倒檢測系統(tǒng)則直接利用手機功能定位。Android手機定位一般有五種定位方法，不同的定位方式的準(zhǔn)確性和耗電量也有所不同。由于該系統(tǒng)完全裝載于使用者的個人移動終端上，因此該系統(tǒng)與智能手機一樣，可隨時隨身攜帶。該系統(tǒng)的耐用性、抗沖擊性以及電池的續(xù)航能力取決于手機本身的性能。

2 不同種類的跌倒自動報警裝置比較及目前仍需解決的問題

2.1 不同種類的跌倒自動報警裝置比較

如表1所示，對目前市場上存在的幾類跌倒報警裝置從原理、準(zhǔn)確率、適用范圍等方面進行對比?？偨Y(jié)其各自優(yōu)缺點發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的幾類跌倒報警裝置無論是在形式、適用范圍等方面還有較大改進空間。

表1 跌倒報警裝置比較

2.2 目前仍需解決的問題

從定位方法上來說，常見的多樓層定位方法可以分為三大類：基于指紋的定位方法、基于傳感器的定位方法、以及這兩種方法相結(jié)合的方法?；谥讣y的定位方法通過對比樓層指紋數(shù)據(jù)庫與用戶的實時指紋信息來確定樓層。這種室內(nèi)定位技術(shù)有使用范圍廣、定位成本低等優(yōu)點，但強度信息易受干擾、波動大，且容易出現(xiàn)離群點，導(dǎo)致傳統(tǒng)的基于指紋強度向量的聚類方式不夠穩(wěn)定［10］。對于這一方法，毛萬葵［12］等人進一步提出了基于改進HC算法的WiFi室內(nèi)樓層識別法，在樓層判別上比Kmeans［13］等經(jīng)典算法效果更好?；趥鞲衅鞯亩ㄎ环椒▌t通過加速度或氣壓傳感器識別樓層。單一傳感器的定位方法會產(chǎn)生漂移誤差，且誤差隨時間的推移而累積，需要經(jīng)常性校準(zhǔn)，故一般采用多傳感器融合的方法以提高定位精度。張榜［14］等人利用慣性傳感器和氣壓計的數(shù)據(jù)，通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)算出樓層。劉元成［15］等人采集行人的加速度、磁力和氣壓等數(shù)據(jù)，基于步行者航位推算和地磁匹配融合定位樓層。由于基于指紋法的精確性不足，而基于傳感器法易產(chǎn)生誤差，故提出混合技術(shù)的多樓層定位方法。對于這種方法，司明豪［16］等人結(jié)合無線信號指紋與氣壓傳感器，提出了基于WiFi／氣壓計組合的樓層定位方法。

3 跌倒自動報警裝置發(fā)展前景

目前，跌倒檢測產(chǎn)品雖然較多，但由于人體日常動作和跌倒情況復(fù)雜多樣，現(xiàn)有的跌倒檢測裝置都各有優(yōu)缺點。基于視頻檢測的裝置準(zhǔn)確率較高但涉及用戶隱私，基于環(huán)境檢測的裝置雖解決了隱私侵犯的問題但誤判率相對較高，基于智能手機的檢測裝置準(zhǔn)確率相對較好且可以隨身攜帶，可對于智能手機功能運用不熟練的老年人來說不太適用。經(jīng)過綜合比較，穿戴式跌倒檢測裝置有更大的發(fā)展空間與市場前景。這種方法不受地點范圍的限制且不會侵犯使用者的隱私，并且容易與現(xiàn)有技術(shù)，如嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)等相結(jié)合，與此同時可穿戴式的檢測裝置在檢測準(zhǔn)確度和靈敏度等方面也相對較高，可達(dá)到更好的監(jiān)測效果?，F(xiàn)有的檢測裝置在實用性和檢測準(zhǔn)確性等方面還有待提高。因此，只有提高跌倒檢測裝置的判斷準(zhǔn)確率和實用性，才能使其普遍應(yīng)用到老年人健康監(jiān)護領(lǐng)域。

對于未來此類裝置的發(fā)展，應(yīng)不斷改進創(chuàng)新，主要從以下幾點出發(fā)：

（1）裝置要向便攜化、微型化方向發(fā)展，便于檢測裝置的攜帶且不影響老年人的正常生活。

（2）裝置可以與相關(guān)科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，使家屬或家庭醫(yī)生可以隨時了解老年人的健康狀況，從而更好地對老年人健康進行監(jiān)護。

（3）裝置可以向著低功耗、低成本且操作簡單的方向發(fā)展，使得裝置適用于不同年齡段的老年人，這樣更有利于產(chǎn)品的普及。

4 跌倒自動報警裝置的應(yīng)用范圍

4.1 敬老院的老年人

敬老院普遍面臨養(yǎng)老護理人員招聘難、運營成本高等問題。據(jù)統(tǒng)計，在養(yǎng)老護理人員中，一位護理人員需要同時照顧5～6位老人，甚至更多。不僅如此，其中40歲以上的從業(yè)者更是占比79.1%［17］，護理人員精力相對有限，有時無法兼顧，給每位老人配備跌倒自動檢測報警系統(tǒng)，在發(fā)生意外的第一時間排除險情，降低老年人錯失救助最佳時間的可能。

4.2 獨自生活的老年人、孕婦

對于獨自生活的老年人或暫時獨處的孕婦來說，自己的家中、人跡罕至的公園、巷子等地，是因跌傷后無人發(fā)現(xiàn)并救助而錯失最佳治療時間的高危地區(qū)，通過在智能手機（移動終端）上裝載跌倒自動檢測報警系統(tǒng)，即不會像穿戴式裝置一樣影響行動，又可以將這個風(fēng)險降至最低。

4.3 醫(yī)院患者

統(tǒng)計顯示，有42%的住院患者會在跌倒中受到傷害，其中有8%的跌倒患者會受到嚴(yán)重傷害［18］，有些跌傷比較輕微，是暫時的；有些卻比較嚴(yán)重，可能與患者的其他病癥發(fā)生連鎖反應(yīng)，造成不可逆的永久性損傷甚至導(dǎo)致患者死亡。通過應(yīng)用基于移動終端的跌倒自動檢測報警系統(tǒng)，或可減輕醫(yī)護人員的壓力，節(jié)省其精力。

4.4 運動員

運動員在運動過程中，由于體力的消耗、代謝產(chǎn)物的堆積，精神狀態(tài)不佳，加之運動過程中的自我保護意識淡薄，有可能發(fā)生意外受傷，配備跌倒自動檢測報警系統(tǒng)可使其立即獲得救助。

5 總結(jié)

綜上所述，基于移動終端的跌倒自動檢測報警系統(tǒng)可以克服現(xiàn)有的三種主要模式的“跌倒自動檢測報警系統(tǒng)”所存在的一些問題：例如暴露老年人的隱私、受時間地點的限制、因為穿戴在身上而引起老年人行動的不變、設(shè)備價格高昂等。但是新的設(shè)備同時也帶來了一些新的問題，例如長時間運行會造成耗電過快、軟件占用內(nèi)存等問題。隨著手機技術(shù)的發(fā)展，手機電池容量和手機內(nèi)存、乃至于手機的功能性和整體性能都在隨之提高，這些問題也將隨之解決。介于前三種模式的“跌倒檢測系統(tǒng)”存在的缺陷，在未來，基于移動終端的跌倒自動檢測報警系統(tǒng)必將成為主流發(fā)展趨勢。