基于再記憶緩解阿爾茲海默癥的記憶膠囊

張俊豪 于琪琪 潘榮

摘要：阿爾茲海默?。ˋlzheimer'disease，AD）又稱(chēng)原發(fā)性老年癡呆癥，是一種神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。在臨床上，AD 以漸進(jìn)性記憶障礙、認(rèn)知功能障礙、人格改變和語(yǔ)言障礙等為主要表現(xiàn)，是一種嚴(yán)重影響老年人社交、工作與生活，給家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)的疾病[1]。在普遍面臨著人口老齡化問(wèn)題的今天，對(duì) AD 的防治引起了世界各國(guó)政府和醫(yī)學(xué)界的普遍關(guān)注。

針對(duì)現(xiàn)有市場(chǎng)上治療阿爾茲海默癥的弊端進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化：設(shè)計(jì)一款針對(duì)阿爾茲海默癥患者的記憶膠囊，通過(guò)VS1053模塊可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量采集音頻信息并對(duì)信息進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息進(jìn)行存儲(chǔ)、當(dāng)設(shè)備收到語(yǔ)音播放指令后VS1053可以通過(guò)芯片對(duì)WAV和mp3等多種格式的信息進(jìn)行解碼播放，實(shí)現(xiàn)聲音的記憶;通過(guò)OpenMV的AprilTag標(biāo)簽識(shí)別算法進(jìn)行標(biāo)簽識(shí)別，可以有效地讀取到Target標(biāo)簽里的信息再通過(guò)串口通信發(fā)送到STM32，再通過(guò)STM32間接觸發(fā)VS1053模塊對(duì)相應(yīng)語(yǔ)音信息的播放，實(shí)現(xiàn)圖像記憶;通過(guò)zigbee測(cè)距，通過(guò)得到信號(hào)回傳時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)防走失提醒功能。

關(guān)鍵詞：再記憶;VS1053;WAV;OpenMV;AprilTag;STM32;zigbee

1、緒論

1.1課題研究的背景和意義

中國(guó)是世界上人口數(shù)量最多的國(guó)家，老年人的數(shù)量接近于三億，65 歲以上老年人 5%患病率和 85 歲以上老年人 20%患病率的現(xiàn)狀使得國(guó)家面臨著嚴(yán)峻的 AD 挑戰(zhàn)[3]，當(dāng)前醫(yī)療現(xiàn)狀尚無(wú)藥物和治療方案可以治愈 AD 以及完全阻止病情的發(fā)展，并且由于現(xiàn)有市場(chǎng)上治療阿爾茲海默癥的再記憶產(chǎn)品也存在弊端，因此研究基于再記憶緩解阿爾茲海默癥的記憶膠囊具有重要意義。

1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在普遍面臨著人口老齡化問(wèn)題的今天，對(duì) AD 的防治引起了世界各國(guó)政府和醫(yī)學(xué)界的普遍關(guān)注。近年來(lái)，深度學(xué)習(xí)技術(shù)在語(yǔ)音識(shí)別、圖像以及自然語(yǔ)言處理等領(lǐng)域取得了很多成果，部分相關(guān)技術(shù)也在說(shuō)話人識(shí)別任務(wù)中十分有效。[4]

1.3研究?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目主要研究針對(duì)阿爾茲海默癥，采用各個(gè)模塊，使患者極大地延緩患者的疾病發(fā)展的進(jìn)程，起到更好的治療效果。在我們研究這個(gè)系統(tǒng)的時(shí)候，主要是處理以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）如何實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量采集音頻并對(duì)信息進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息進(jìn)行存儲(chǔ).

（2）怎樣增加信號(hào)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)位置靠近檢測(cè)，彌補(bǔ)GPS模塊在精確定位方面的不足.

（3）操作是否簡(jiǎn)單易懂.

2、相關(guān)技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)

2.1VS1053模塊錄音儲(chǔ)存與回放

錄音功能是本設(shè)備進(jìn)行記憶存儲(chǔ)的基礎(chǔ)，本系統(tǒng)采用了VS1053模塊進(jìn)行對(duì)錄音功能的實(shí)現(xiàn)，VS1053模塊可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量采集音頻信息并對(duì)信息進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息進(jìn)行存儲(chǔ)、當(dāng)設(shè)備收到語(yǔ)音播放指令后VS1053可以通過(guò)芯片對(duì)WAV和mp3等多種格式的信息進(jìn)行解碼播放。

2.2標(biāo)簽識(shí)別算法

標(biāo)簽識(shí)別功能主要依托于OpenMV的AprilTag標(biāo)簽識(shí)別算法進(jìn)行標(biāo)簽識(shí)別，可以有效地讀取到Target標(biāo)簽里的信息再通過(guò)串口通信發(fā)送到STM32，再通過(guò)STM32間接觸發(fā)VS1053模塊對(duì)相應(yīng)語(yǔ)音信息的播放。

2.3OpenMV人臉識(shí)別

臉識(shí)別功能的實(shí)現(xiàn)同樣依托于OpenMV模塊，可以通過(guò)將OpenMV模塊的人臉圖像采集算法和人臉識(shí)別算法組合以實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別。人臉檢測(cè)通過(guò)在圖像上使用Haar Cascade特征檢測(cè)器來(lái)工作。

2.4節(jié)點(diǎn)感應(yīng)與煙霧報(bào)警和自動(dòng)修復(fù)功能

紅外感應(yīng)裝置會(huì)不斷采集周?chē)沫h(huán)境信息，當(dāng)有人靠近時(shí)會(huì)向STC單片機(jī)傳遞信息，再由STC單片機(jī)通過(guò)藍(lán)牙模塊向周?chē)l(fā)送電信號(hào)，當(dāng)主設(shè)備收到電信號(hào)后會(huì)通過(guò)STM32觸發(fā)并播放相應(yīng)的語(yǔ)音提示。煙霧傳感器則給單片機(jī)傳信號(hào)，再由單片機(jī)給煤氣閥門(mén)上的單片機(jī)發(fā)送信號(hào)，單片機(jī)則控制舵機(jī)關(guān)閉閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)對(duì)緊急情況的處理。

2.5zigbee測(cè)距

zigBee技術(shù)通過(guò)這設(shè)備可以構(gòu)成一個(gè)移動(dòng)自組織的網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用在家庭、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工農(nóng)業(yè)等場(chǎng)合。 在測(cè)距技術(shù)中，有基于接收信號(hào)強(qiáng)度 （RSSI）、基于到達(dá)時(shí)間差 （TOA）、基于不同波的到達(dá)時(shí)間差 （TDOA）以及到達(dá)角度差 （AOA）等。

2.6壓力傳感器

多傳感器信息融合技術(shù)的基本原理就像人的大腦綜合處理信息的過(guò)程一樣，將各種傳感器進(jìn)行多層次、多空間的信息互補(bǔ)和優(yōu)化組合處理，最終產(chǎn)生對(duì)觀測(cè)環(huán)境的一致性解釋。[5]

3、特色與創(chuàng)新

3.1防走失提醒功能

zigbee測(cè)距，可以在zigbee發(fā)送的信號(hào)上進(jìn)行標(biāo)記，通過(guò)得到信號(hào)回傳時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，得到距離關(guān)系意味著使用zigbee在實(shí)現(xiàn)中程測(cè)距的最高精度可以達(dá)到0.75m。

3.2過(guò)量用藥提醒功能

我們通過(guò)壓力傳感器來(lái)知道患者是否按時(shí)吃藥，我們通過(guò)單片機(jī)給用戶進(jìn)行了吃藥時(shí)間設(shè)置，當(dāng)患者在一定時(shí)間內(nèi)重復(fù)吃藥就會(huì)立刻進(jìn)行提醒，以防止老人因過(guò)量吃藥而產(chǎn)生的生命健康安全問(wèn)題的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]Behl C. The search for novel avenues for the therapy and preven-tion of Alzheimer's disease [J]. Drug News Perspedct，2006，19（ 1） ： 5 - 12.

[2]WEE C Y， YAP P T， ZHANG D， et al. Identification of LMCI Individuals Using Structural ?and ?Functional ?Connectivity ?Networks[J]. ?Neuroimage， ?2012， ?59（3）： 2045-2056.

[3]翟振武，陳佳鞠，李龍.2015～2100 年中國(guó)人口與老齡化變動(dòng)趨勢(shì)[J].人口研究，2017，41（04）：60-71.

[4]馬俊峰. 阿爾茲海默癥數(shù)據(jù)預(yù)處理及輔助診斷模型[D].哈爾濱理工大學(xué)，2021.

[5]深度解密多傳感器融合系統(tǒng) ，國(guó)際工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng).2015-02-28

基金項(xiàng)目：省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃（項(xiàng)目號(hào)2020102004）資助項(xiàng)