嬰幼兒智能手環(huán)健康檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

盛鋼峰 范祥林 朱成棋 郁書好

摘要：為滿足家長實(shí)時(shí)掌握嬰幼兒身體狀況的需求，設(shè)計(jì)基于Android系統(tǒng)的智能手環(huán)健康檢測系統(tǒng)。利用光電式脈搏傳感器測量心率和LMT70溫度傳感器測量體溫，將采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)傳輸至云端，后端利用專家系統(tǒng)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，將結(jié)果傳輸至手機(jī)APP顯示嬰幼兒身體狀況，同時(shí)為父母提供預(yù)防或治療嬰幼兒疾病的有效方案。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)較準(zhǔn)確測量到溫度、心率，并判斷嬰兒是否發(fā)燒、心率是否正常。該系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集嬰幼兒生理數(shù)據(jù)，能有效監(jiān)測嬰幼兒身體狀況，預(yù)防安全問題發(fā)生。系統(tǒng)具有移植性強(qiáng)、穩(wěn)定性高和功耗低等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能手環(huán)；健康檢測；專家系統(tǒng)；健康管理

DOI：10.11907/rjdk.181732

中圖分類號：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-7800（2018）007-0147-03

Abstract：Withtheimprovementofpeople'slivingstandard，thehealthdetectionofinfantsisreceivingmoreandmoreattention.Butatpresent，themeansofhealthdetectionforinfantsisverylimited.Itmainlydependsonphysicalexaminationandcan'tgraspthephysicalconditionofinfantsinrealtime.Basedontheaboveproblems，thispaperdesignsahealthdetectionmanagesystembasedonsmartbracelet.Bycollectingtheinfants'bodyparametersandusingexpertsystemforbigdataanalysis，thehealthdetectionsystemtransmitstheresultstotheAPP.Itcanalsoprovideeffectiveschemesofdiseasepreventionortreatmentforparents.Thesystemcollectsphysicalstatusdataofinfantsandchildreninrealtimeandcaneffectivelymonitorinfants'physicalconditionandpreventpossiblesafetyproblems.Thesystemhastheadvantagesofstrongportability，highstabilityandlowpowerconsumptionanditisofhighpracticalvalue.

KeyWords：smartbracelet；healthdetection；expertsystem；healthmanagement

0引言

嬰幼兒健康管理越來越受到國家和家庭的重視，每一個健康的孩子都是國家發(fā)展的基石，健康管理也從重視疾病管理延伸到更廣泛的終身健康管理。嬰幼兒健康管理是健康管理的源頭，通過定期健康檢查，對兒童生長發(fā)育進(jìn)行監(jiān)測和評價(jià)，早期發(fā)現(xiàn)異常和疾病，及時(shí)進(jìn)行干預(yù)，指導(dǎo)家長做好科學(xué)育兒及疾病預(yù)防工作，可促進(jìn)兒童健康成長[1]。在兒童保健中實(shí)施嬰幼兒發(fā)育和行為的預(yù)見性保健指導(dǎo)，可以顯著提高嬰幼兒智力和心理運(yùn)動發(fā)育水平，以此促進(jìn)體格正常生長[2]。因此設(shè)計(jì)智能手環(huán)嬰幼兒健康檢測系統(tǒng)，幫助父母實(shí)時(shí)獲取嬰幼兒身體狀況信息，結(jié)合一些常見疾病、傳染病和意外傷害發(fā)生的原因，通過后臺大數(shù)據(jù)分析，智能推薦有效的預(yù)防或治療方案，為嬰幼兒健康提供可靠保證，具有較強(qiáng)現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。

當(dāng)前，國內(nèi)外嬰幼兒狀態(tài)檢測大多是通過攝像頭時(shí)刻監(jiān)視觀察，但檢測只能停留在表明，使用范圍非常有限。近年來，隨著人們健康意識提高、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成熟以及遠(yuǎn)程醫(yī)療不斷發(fā)展，用于檢測身體參數(shù)的可穿戴設(shè)備在疾病監(jiān)測、康復(fù)與居家護(hù)理等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[3]。目前在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用較成熟的可穿戴設(shè)備包括智能手環(huán)、手表和智能眼鏡，監(jiān)護(hù)對象包括慢性病患者、孕婦、老年人、殘疾人、急癥患者和健康人在內(nèi)的所有人群[4]。未來醫(yī)療可穿戴設(shè)備的前景不容小覷[5]。

1專家系統(tǒng)

人工智能的快速發(fā)展得到了多個行業(yè)的認(rèn)可[6]，并被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)、軍事、醫(yī)學(xué)等各領(lǐng)域[7]。其中專家系統(tǒng)是人工智能最重要也是最活躍的應(yīng)用領(lǐng)域，早在20世紀(jì)70年代，美國斯坦福研發(fā)了MYCIN系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以針對感染性疾病開展診療并給出藥物處方。系統(tǒng)內(nèi)包含500條規(guī)則，僅需要根據(jù)順序回答問題，系統(tǒng)可以智能判斷病人感染的細(xì)菌種類，同時(shí)建議處方藥物。1978年我國將醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)應(yīng)用于傳統(tǒng)中醫(yī)領(lǐng)域。在實(shí)際醫(yī)療中，醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)能夠像真正的專家一樣診斷疾病，判別病情嚴(yán)重性并給出相應(yīng)的處方和治療建議等[8]，可以作為醫(yī)生治療診斷的輔助工具[9-12]，幫助醫(yī)生解決復(fù)雜的醫(yī)學(xué)問題。

專家系統(tǒng)主要由人機(jī)交互界面、知識庫、推理機(jī)、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取6個部分組成[13]，如圖1所示。父母可以通過手機(jī)APP與系統(tǒng)進(jìn)行交流，通過該界面，父母需要輸入孩子的基本信息、回答系統(tǒng)提出的相關(guān)問題，然后系統(tǒng)會輸出推理結(jié)果及相關(guān)解釋等。專家系統(tǒng)知識庫和推理機(jī)是核心部分[14]，在技術(shù)上經(jīng)歷了一個逐步發(fā)展和成熟的過程。該系統(tǒng)推理機(jī)控制和協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)，通過父母輸入的數(shù)據(jù)，利用知識庫中的內(nèi)容，經(jīng)過一定方式的推理解決用戶問題，比如判斷孩子病情以及給出相應(yīng)的治療建議。知識庫中的內(nèi)容都來自專業(yè)醫(yī)師，并且可以通過知識獲取模塊完成修改和擴(kuò)充。綜合數(shù)據(jù)庫用來存儲初始證據(jù)和推理過程中得到的各種中間信息[15]。解釋器根據(jù)用戶的提問，對結(jié)論、求解過程做出說明，讓父母可以了解整個推理過程，更加放心。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)介紹

為實(shí)現(xiàn)嬰幼兒家庭健康管理系統(tǒng)檢測、提醒、建議等功能，將現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)科學(xué)技術(shù)與醫(yī)學(xué)結(jié)合，通過多傳感器采集關(guān)于嬰兒身體、行為等諸多信息，如心率、呼吸、睡眠狀況、體溫等，系統(tǒng)不僅可以簡單判斷嬰幼兒是否發(fā)燒發(fā)熱，還能對測得的體溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，為疾病診斷、治療提供更多指導(dǎo)，包括術(shù)中和術(shù)后的生命監(jiān)護(hù)、傳染性疾病預(yù)防[16]。而脈象能較全面和準(zhǔn)確地體現(xiàn)臟腑病變，是判斷疾病病位、性質(zhì)和邪正盛衰，推斷疾病進(jìn)退預(yù)后的重要依據(jù)[17]。系統(tǒng)將手環(huán)測得的數(shù)據(jù)傳輸至云端存儲記錄，再通過大數(shù)據(jù)技術(shù)分析、挖掘數(shù)據(jù)信息，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分層和處理，并在手機(jī)軟件的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索，找到匹配項(xiàng)目，通過手機(jī)APP給父母提供適當(dāng)?shù)奶幚矸绞健?/p>

醫(yī)師可以共享云端數(shù)據(jù)，為嬰幼兒提供更專業(yè)的保護(hù)。其中手機(jī)應(yīng)用程序是基于集合中西醫(yī)符合嬰幼兒病情診斷及治療方法的思路開發(fā)，手機(jī)應(yīng)用的數(shù)據(jù)來源于醫(yī)書、眾多具有專業(yè)知識且經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)師以及經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的安全可靠的案例。系統(tǒng)總體組成框架及工作流程如圖2所示。

2.2智能手環(huán)模塊

智能手環(huán)具有良好的便攜性和交互性，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測、收集數(shù)據(jù)，并與平臺軟件結(jié)合，獲得更有價(jià)值的信息[18]。智能手環(huán)模塊主要包括傳感器和數(shù)據(jù)傳輸功能，傳感器主要包括溫度傳感器和心率傳感器。溫度傳感器采用LMT70溫度傳感器，LMT70是高精度、低功耗的溫度傳感器，適用于醫(yī)療溫度計(jì)、人體溫度監(jiān)視器等設(shè)備，在20℃～42℃范圍內(nèi)測溫精度為0.05℃，符合對腕部體表溫度檢測的精度需求[19]。

心率傳感器采用反射式光電式脈搏傳感器追蹤可見光（綠光）在人體組織的反射。反射式光電式脈搏傳感器不僅可以精確測量血管容積變化，而且在實(shí)際應(yīng)用中只需將傳感器接觸身體任何部位，當(dāng)照射部位的血流量隨心臟跳動改變時(shí)，探頭便接收到隨心臟周期性收縮和舒張的動脈搏動光脈沖信號，從而采集到心臟搏動信號[20]。

數(shù)據(jù)傳輸功能主要由網(wǎng)關(guān)模塊完成。數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)是完成應(yīng)用系統(tǒng)互連，實(shí)現(xiàn)協(xié)同計(jì)算的一個功能部件[21]。它既是多種傳感設(shè)備的通信控制網(wǎng)關(guān)，也是大量移動傳感設(shè)備數(shù)據(jù)接收網(wǎng)關(guān)，利用云計(jì)算服務(wù)模式在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代架起感知網(wǎng)和信息網(wǎng)絡(luò)間傳輸通信的“橋梁”，是軟硬件一體化集成設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)交換中間件。本系統(tǒng)將傳感器測得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)傳輸至云端進(jìn)行記錄，最后由父母和醫(yī)護(hù)人員共享數(shù)據(jù)，以便父母和醫(yī)護(hù)人員在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方，輕松掌握孩子的身體狀況。

2.3移動端功能

移動端接收從服務(wù)器端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)分析后顯示給父母。一旦孩子身體參數(shù)發(fā)生明顯變化或異常，專家系統(tǒng)會分析原因，并給予父母應(yīng)急處理方法，然后將問題反饋給醫(yī)護(hù)人員，醫(yī)護(hù)人員可通過云端數(shù)據(jù)了解孩子身體參數(shù)以及變化情況，在一定程度上減少了孩子在醫(yī)院接受檢查的時(shí)間。

手機(jī)運(yùn)行效果如圖3所示。從中可以看出父母不僅可以實(shí)時(shí)掌握孩子的身體參數(shù)以及環(huán)境情況，還可以清楚了解孩子身體狀況，比如是否發(fā)燒、心率是否正常等。

3結(jié)語

本系統(tǒng)在多種技術(shù)的支持下實(shí)現(xiàn)了父母對孩子身體狀況實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的掌握。任何時(shí)候孩子身體發(fā)生異常，系統(tǒng)都會立即通知父母并指導(dǎo)父母采取合適的應(yīng)急措施，并將經(jīng)過專家系統(tǒng)分析后的數(shù)據(jù)傳輸至醫(yī)護(hù)人員，醫(yī)護(hù)人員可根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)及分析結(jié)果隨時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，一定程度上節(jié)約了體檢時(shí)間、消除了傳統(tǒng)就醫(yī)方式的弊端，為就醫(yī)方式的選擇提供了新思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉芳然.嬰幼兒健康管理[J].中國實(shí)用鄉(xiāng)村醫(yī)生雜志，2018（3）：16-18.

[2]熱依拉·阿不拉，宋敏.嬰幼兒發(fā)育和行為的預(yù)見性保健指導(dǎo)在兒童保健的應(yīng)用觀察[J].中國保健營養(yǎng)，2017（25）：41.

[3]王瑞，呂蓉，梁濤.可穿戴設(shè)備在疾病管理中的應(yīng)用進(jìn)展[J].中華護(hù)理雜志，2018（1）：114-116.

[4]魯燕燕，謝紅珍.可穿戴設(shè)備在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用[J].中國醫(yī)療器械雜志，2017（3）：213-215，230.

[5]阮鵬，趙敏.智能可穿戴設(shè)備在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用[J].養(yǎng)生保健指南，2018（1）：285.

[6]蔣力生.中醫(yī)把脈為何能辨病[J].中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育，2006（1）：59-60.

[7]苑冬梅，楊坤，張妍妍，等.基于NTC的體溫測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2017，32（11）：98-103.

[8]喬靜，胡紅濮.可穿戴設(shè)備研究熱點(diǎn)及趨勢分析[J].中華醫(yī)學(xué)圖書情報(bào)雜志，2017（11）：49-52.

[9]余春艷，齊子銘，蘇金池，等.可穿戴腕部體溫監(jiān)測裝置設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2017（4）：121-123，127.

[10]顏擁軍，賴偉，楊彬.數(shù)字化人體心率檢測儀的設(shè)計(jì)[J].南華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010（3）：22-26.

[11]劉惠.基于消息的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2003（36）：150-152.

[12]李海威.基于云計(jì)算的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的建設(shè)研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2018（1）：188-190，194.

[13]孔祥溢，王任直.人工智能及在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用[J].醫(yī)學(xué)信息學(xué)雜志，2016（11）：1-5.

[14]劉文亮，黃曄春，畢士鑫.人工智能及在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用[J].數(shù)碼世界，2017（10）：185.

[15]李力東.人工智能在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的研究[J].科學(xué)與財(cái)富，2017（35）：154-154.

[16]張志彬，汪為希，侯楊.專家系統(tǒng)在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢研究[J].醫(yī)療裝備，2008（9）：17-19.

[17]盧培佩，胡建安.計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)在疾病診療中應(yīng)用和發(fā)展[J].實(shí)用預(yù)防醫(yī)學(xué)，2011（6）：1167-1171.

[18]張九妹，曹宏亮.淺談醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)[J].醫(yī)療裝備，2008（9）：10-12.

[19]黃朝圣，姚樹新，陳衛(wèi)澤.淺談專家系統(tǒng)現(xiàn)狀與開發(fā)[J].信息安全與技術(shù)，2013（2）：71-74.

[20]程勇，陳衛(wèi)國.醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)的研究和應(yīng)用[J].醫(yī)療設(shè)備信息，2005（12）：33-35，51.

[21]俞思偉.醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)方法[J].醫(yī)學(xué)信息，2002（6）：346-349.

（責(zé)任編輯：江艷）