移動醫(yī)療下的智能可穿戴設備健康智能帽的研究

遼寧中醫(yī)藥大學信息工程學院 何 丹 秦亞芳 梁盈瑩 馬漸程 陳 娜 燕 燕

健康智能帽是一款新型智能按摩帽，采用按揉、點刺、梳發(fā)三種按摩手法，解決了傳統(tǒng)按摩帽的單一按摩模式問題。帽子采用雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯呈排狀設有若干通孔，便于精確按摩到頭部穴位；內(nèi)部設一個智能監(jiān)測器、紅外線溫感系統(tǒng)，外部設有一個微型儲藥盒、仿生按摩釘。該智能按摩帽可一邊智能按壓頭部穴位，一邊可以用精油輔助護理，并且可以采用移動端對按摩帽操作。本新型設計結(jié)構(gòu)簡單，以高頻振動、智能氣壓、溫熱和智能監(jiān)測系統(tǒng)四位一體，由緊實、持續(xù)性的氣壓對頭部進行針對性按摩，不僅滿足身體疾病護理要求，有效緩解各種頭部健康問題，如失眠、頭痛、脫發(fā)等；改善大腦頭部的血液循環(huán)，幫助大腦快速舒緩壓力和緊繃感，舒緩心情。

近年來,人工智能在輔助中醫(yī)病證診斷、臨床治療等方面有較好的應用效果,運用人工智能技術(shù)有助于實現(xiàn)四診信息客觀化、臨床治療智能化和健康管理規(guī)范化,促進中醫(yī)藥現(xiàn)代化進程，“治未病”意識日趨強烈。健康智能帽即通過人工智能技術(shù)與中醫(yī)診斷相結(jié)合,充分發(fā)揮人機互通,數(shù)據(jù)共享等優(yōu)勢，為使用者制定適宜的按摩方法及提供相應的病理檢測，便于人類對自身生活方式及時進行調(diào)整以防止疾病發(fā)生。健康智能帽中還擁有一個儲放精油的空間，按摩頭部的同時釋放藥性以便更好達到放松頭皮的效果。將健康智能帽產(chǎn)品與移動手機端APP通過藍牙端相連接，使用者可根據(jù)自身喜好在移動手機端實現(xiàn)對帽子的智能控制及對自身基本頭部健康情況的基本了解。輕便易攜的帽子外形在滿足日常美觀遮陽的同時，還可隨時隨地為使用者進行舒適的頭部按摩，在車水馬龍的現(xiàn)代社會中亦是緩解壓力放松身心的利器。

1 健康智能帽研究現(xiàn)狀

按摩技術(shù)最早出現(xiàn)可以追溯到遠古時期，在中華歷史演變過程中不斷蓬勃發(fā)展，可見對于身體按摩的需求自古以來就一直存在。近幾年來全球按摩儀器市場的穩(wěn)步增長也證明了，在按摩儀器方面的市場前景非?？捎^。

健康智能帽產(chǎn)品通過中醫(yī)療法和智能按摩設備相結(jié)合，可以方便快捷地進行隨時隨地的按摩。本產(chǎn)品極具特色地針對頭部進行按摩，滿足當下社會快節(jié)奏生活對按摩儀器的新要求，能夠大幅度緩解用戶精神壓力，達到放松身心的按摩目的。而隨著我國人口老齡化的進程加速和大眾對按摩產(chǎn)品需求的不斷增長，我國的按摩儀器市場將會不斷發(fā)展壯大。

2 健康智能帽需求分析

現(xiàn)今的社會情況下，人們的就業(yè)壓力越來越大，競爭力越來越激烈。人們的 身體已經(jīng)越來越不堪重負，頭痛成為了很多人的身體疾病。而我們的健康智能帽在這種情況下，有充分市場，強烈的需求，我們的按摩帽傳承中醫(yī)傳統(tǒng)文化，能夠代替人工按摩，不僅能幫助當今壓力大的年輕人士緩解社會壓力，而且?guī)椭欣夏耆巳?、亞健康人群實施自助式日常保健，同時具有不錯的治療效用，能夠滿足消費者提升健康生活品質(zhì)的持續(xù)性需求，具有巨大的市場潛力。

3 健康智能帽的功能和特點

健康智能帽外觀時尚簡約，做工精良。在外觀上，健康智能帽在帽子里面安裝的智能頸椎按摩器主要是環(huán)形的形狀，因為人體頸椎大致形狀為環(huán)形，且其參考人體頸椎大小，人在使用時可以獲得更高的舒適感。健康智能帽摒棄了普通頸椎按摩器體積大、不方便攜帶的缺點，它設計成漁夫帽、棒球帽的外形及大小，重量相對較輕，方便攜帶，且按摩效果不會絲毫削減。工作時，外殼由塑料材料制成。按摩器本身重量減輕，頸部的壓迫感不明顯。開關按鈕放置在環(huán)體右側(cè)，通過自身遙控實現(xiàn)智能控制，用戶可以選擇按摩方式及按摩時間等。

3.1 主要功能

（1）健康智能帽具有突出的恒溫熱敷功能。其通過物理設計可以給帽子加熱，人體在佩戴時可以使帽子自動加熱到38～42℃的人體舒適溫度。它能刺激人體頭部的后部受力程度，使頭部按摩器的氣壓按摩舒緩頭部。健康智能帽的按摩氣囊，可針對頭部主要穴位進行按摩，且力道、穴位把控非常到位。按摩頭部可以對頭部穴位產(chǎn)生刺激性，提神醒腦，緩解疲勞。當感到輕微頸部僵硬時，可采用頸椎熱敷和低頻電脈沖充放電，使癥狀得到有效緩解，穩(wěn)定到一定程度。

（2）健康智能帽具有穴位按摩功能。在頭部，密布著許多穴位，每個穴位都有特定的作用和功效，了解經(jīng)絡與穴位的位置、作用，可以更好地發(fā)揮頭部按摩的養(yǎng)生祛病作用。健康智能帽主要實現(xiàn)百會穴、風府穴、角孫穴、四神聰?shù)妊ㄎ话茨Α?/p>

（3）健康智能帽有特色的紅外遙控功能，因為紅外線遙控電池壽命好，在紅外遙控方面，健康智能帽按摩儀操作相對簡單，用戶拿到后即可使用。在電池壽命方面，健康智能帽采用環(huán)保鋰電池作為供電支撐，平均使用壽命為2～3年。健康智能帽可以根據(jù)用戶使用需求進行按摩時間設置，自動默認按摩時間為15min。

3.2 主要特點

健康智能帽作為一種比較智能的可穿戴設備，具備可移動性、可穿戴性、可持續(xù)性、簡單操作性、可交互性五大基本特征：

（1）可移動性：健康智能帽體積較傳統(tǒng)的智能帽體積小，攜帶方便。

（2）可穿戴性：以人體為載體，可以更加深刻且清楚的感受到人體所需，具有較好的人機和諧性。

（3）可持續(xù)性：可使用移動電源為其續(xù)航，時刻保持著為人們服務的狀態(tài)，且使用壽命也較長。

（4）簡單易操作：健康智能帽app界面簡單美觀，操作簡便，且安全隱患極其小。

（5）可交互性：健康智能帽可以通過藍牙與手機連通，自動傳輸數(shù)據(jù)，給使用者提供直觀有用的數(shù)據(jù)，真正意義上做到實時監(jiān)測、健康指導。

4 健康智能帽系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)依托

4.1 內(nèi)部所需技術(shù)

我們可以利用阿里云數(shù)據(jù)服務搭建數(shù)據(jù)云平臺，利用對分支和約束聚類算法、遺傳聚類算法、隨機松弛算法、谷點搜索聚類算法、子空間聚類算法和基于核的算法等算法進行模式識別下的數(shù)據(jù)分析。

4.2 開發(fā)技術(shù)

智能按摩帽擬依托Java web、JSP技術(shù)及應用JDK、Tomcat、ADT、Eclipse（含插件My Eclipse）Android-sdk（軟件開發(fā)工具包）等軟件進行手機應用平臺開發(fā)。技術(shù)線路圖如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線圖

4.3 人機交互技術(shù)

健康智能帽運用了人機交互技術(shù)，通過人腦與手機之間的相互連通，從而實現(xiàn)人與計算機之間的信息交流，健康智能帽通過腦電波交互技術(shù)來獲取數(shù)據(jù)，又由于健康智能帽與生活更貼近，交互頻率更高，從而更需要關注用戶在日常使用中的便利性，而不是在操作這些設備上浪費太多時間。因此，先進的交互技術(shù)不斷涌現(xiàn)，使健康智能帽更加貼近用戶的生活，最終實現(xiàn)一種以人為本、自然互動、適合身體的交互。

4.4 無線通信技術(shù)

健康智能帽依托手機（移動端）來接收數(shù)據(jù)和進行數(shù)據(jù)分析最后反饋給用戶，具有高性能、低功耗等優(yōu)點，健康智能帽主要通過WiFi和藍牙于手機進行連接。

4.5 傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)，也是健康智能帽的關鍵器件之一。健康智能帽主要運用了生物傳感器和環(huán)境傳感器，以此來實現(xiàn)監(jiān)測和提醒功能。

5 健康智能帽的APP實現(xiàn)

為方便用戶使用及實時操作，我們設計了健康智能APP（圖2、圖3），可以通過與手機端相連實現(xiàn)遠程控制，共分為三個模塊，詳情如下。

圖2 健康智能帽APP登錄預覽圖

圖3 健康智能帽APP效果預覽圖

（1）功能模塊：用戶可以根據(jù)自身需求設置按摩模式，有按揉、點激、疏發(fā)等多種模式選擇；也可以選擇按摩時間，可以選擇五分鐘、十分鐘、十五分鐘不等；健康智能帽可以實現(xiàn)溫感檢測功能，更準確監(jiān)測體溫感受變化做出相應按摩調(diào)整，以便更有效滿足用戶的使用需求。

（2）控制模塊：內(nèi)部裝有可拆卸電動按摩梳，并設有紅外線感應器。帽子內(nèi)部具備一個智能監(jiān)測系統(tǒng)，對用戶按摩時間、按摩模式等進行跟蹤反饋并自動生成報告，給用戶以更全面、舒適的體驗感。

（3）執(zhí)行模塊：用戶根據(jù)自身需要，事先調(diào)節(jié)好帽子大小進行佩戴，按下開關鍵即可進行按摩操作。按摩開始后，給用戶頭部提供可調(diào)頻率的同時可定時關閉的振動按摩。

6 健康智能帽的創(chuàng)新點

6.1 美觀舒適合二為一

市面上頭部按摩器很多，但普遍存在使用范圍狹窄，按摩手法、使用功能單一的不足，并且由于外形與重量的限制,基本上只能在家中使用。本款中醫(yī)健康智能帽拋棄了傳統(tǒng)頭盔外殼，采用日常常規(guī)佩戴的棒球帽、漁夫帽造型，在保證了便攜美觀的同時，又滿足了按摩、放松的需求。

6.2 專業(yè)技術(shù)輔以支撐

根據(jù)傳統(tǒng)中醫(yī)按摩手法、針灸推拿技術(shù)為健康智能帽設定了按揉、點激、梳發(fā)三種功能，適用于各類人群。通過緊實的智能氣壓按摩，幫助大腦舒緩壓力和緊繃感，可達到行氣暢、活血通、供氧足等功效，對于脂溢性脫發(fā)還有一定的改善效果。

6.3 監(jiān)測功能直觀易懂

帽子與外殼及外殼與內(nèi)襯之間設有間隙，內(nèi)襯設有呈排列狀的若干通氣孔，使用過程中可摸擬手指對相關頭部穴位精準按摩，媲美真人按摩手法。帽子內(nèi)部具備一個智能監(jiān)測系統(tǒng)，可自動檢測頭皮收縮狀況、毛囊健康狀況，油脂菌群代謝平衡狀況和頭部血管運動功能和頭部神經(jīng)功能等，并且在檢測完畢后自動生成檢測數(shù)據(jù)供用戶了解。 通過APP端與手機相連,讓用戶足不出戶，就能了解自己的頭皮情況。

結(jié)語：隨著現(xiàn)代生活方式和生產(chǎn)方式的改變、生活環(huán)境的變化，人們的壓力也不斷增大，這就導致越來越多的人處于亞健康的狀態(tài)。長期處于這樣的狀態(tài)，對人的身體、心理以及睡眠等各方面都會產(chǎn)生不利的影響，因此，我們應對其進行正確的干預。頭部按摩不失為干預亞健康的一種很好的方式。我們所設計的健康智能帽將傳統(tǒng)按摩與人工智能相結(jié)合，在秉承中醫(yī)傳統(tǒng)文化的同時,融入了現(xiàn)代化科學技術(shù)。頭部按摩不失為干預亞健康的一種很好的方式。我們所設計的健康智能帽將傳統(tǒng)按摩與人工智能相結(jié)合，在秉承中醫(yī)傳統(tǒng)文化的同時，融入了現(xiàn)代化科學技術(shù)。同時，還有著便攜美觀的外觀設計。是在對傳統(tǒng)頭部按摩儀的改進上取得的創(chuàng)新成果，使得頭部按摩更加地貼近人們地生活，便于用戶的使用。根據(jù)近年來國內(nèi)民眾在健康智能醫(yī)療設備上的消費情況，不難判斷未來市場發(fā)展走勢?？梢灶A期，本文研發(fā)的健康智能帽一旦上市，其優(yōu)秀的市場競爭力將不容小覷，其在國內(nèi)市場的銷售空問也必然寬廣并可以在信息技術(shù)迅速發(fā)展的潮流中嶄露頭角并發(fā)揮不可替代的作用。本文的研究也為未來健康智能帽的發(fā)展和改進奠定了一定的基礎。