人體生命體征自動(dòng)研判系統(tǒng)研究

王雅懿

【摘 要】人體生命體征是用來分析人的病情輕重和危急程度的重要指征，主要由血壓、心率、呼吸指標(biāo)等組成。人體生命體征自動(dòng)研判系統(tǒng)為服務(wù)病人或者生產(chǎn)人員，采集及錄入人的生命體征數(shù)據(jù)，并把采集數(shù)據(jù)回傳給終端服務(wù)器和管理者，對(duì)相關(guān)信息自動(dòng)判別，自動(dòng)識(shí)別病人和生產(chǎn)人員狀態(tài)，從而對(duì)當(dāng)今的監(jiān)控有較強(qiáng)適應(yīng)性，具有良好的臨床意義與社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】生命體征；自動(dòng)研判；BP算法

一、引言

人體生命體征是用來判斷人的病情輕重和危急程度的重要指征，主要由血壓、心率、呼吸指標(biāo)等組成。當(dāng)人體功能不正常時(shí)，心率和脈搏會(huì)明顯變快或變慢，呼吸也會(huì)加速或者衰竭，這些為研判人體生命狀況提供了具體可行指標(biāo)。目前，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，人的價(jià)值不斷凸顯，人體生命體征自動(dòng)研判研究不斷受到重視。

傳統(tǒng)的人體生命體征檢測機(jī)器采用的是銀/氯化銀黏貼電極，粘貼在人體的特征部位；通過通信電纜連接到各硬件設(shè)備、各個(gè)操作設(shè)備和平臺(tái)之間，在傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)使用很多；但對(duì)于大規(guī)模安全生產(chǎn)作業(yè)的管理人員素質(zhì)要求高，不利于多作業(yè)面、大規(guī)模生產(chǎn)人員的生命體征監(jiān)控，不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)危情和施救。

本文作者在2017年暑假參加了深圳華大基因公司的夏令營，研究了相關(guān)方面課題，研究了一種基于BP算法的人體生命體征研判系統(tǒng)，形成了自己的觀點(diǎn)，可以采集現(xiàn)場作業(yè)人員心跳率、呼吸率等數(shù)據(jù)指標(biāo)，并將采集數(shù)據(jù)回傳服務(wù)器，自動(dòng)判別采集來的信息，自動(dòng)識(shí)別人員狀態(tài)，這種方法可以大規(guī)律推廣使用，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。

二、生命體征數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)

生命體征探測，就是指利用某種機(jī)械或電子裝置，采用一定方法檢測到人體生命的生理信息，這些信息經(jīng)過各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，成為人體生命活動(dòng)的電信信號(hào)。主要常用方法，是通過電極或傳感器接觸人體部位，特別是接觸人體的胸部或四肢，再通過模擬信號(hào)處理、放大人體生命信號(hào)，傳送給監(jiān)控中心、醫(yī)院和監(jiān)護(hù)人員（如圖一）。如心電圖將微弱的心電信號(hào)前置放大、濾波，以心電波形式展現(xiàn)出來。

目前的人體生命檢測設(shè)備主要有接觸式檢測和非接觸檢測兩個(gè)類別，各有利弊。接觸式檢測優(yōu)點(diǎn)在于檢測方法成熟、簡單，容易實(shí)現(xiàn)；儀器成本較低，且便于移動(dòng)。缺點(diǎn)是檢測設(shè)備接觸人體待測部位，容易對(duì)人有刺激，會(huì)影響檢測精準(zhǔn)度；傳感器有測量偽跡，影響真實(shí)性；會(huì)被被測者人身安全有威脅，需要防護(hù)。

而非接觸檢測優(yōu)點(diǎn)是不需要任何設(shè)備接觸人體，實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)性檢測人體生命體征；可以在一定范圍內(nèi)、穿過單層磚墻等隔離物，對(duì)人體的生理信號(hào)動(dòng)態(tài)檢測；缺點(diǎn)是非接觸檢測方法不太成熟，人體生命特征信號(hào)有可能被動(dòng)淹沒，誤差較大，還需不斷深入探索，針對(duì)接觸式檢測方法的這些局限性，本文提出和討論了一種新方法來彌補(bǔ)以上缺點(diǎn)。

三、以BP為基礎(chǔ)的生命體征檢測法

BP（Back Propagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)指一種多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，主要通過信號(hào)數(shù)據(jù)正向傳遞來實(shí)現(xiàn)檢測。如果未得到期望輸出，則通過反向傳播過程并根據(jù)預(yù)測誤差對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值進(jìn)行調(diào)整，從而使得BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測輸出的數(shù)據(jù)逼近于期望輸出。在體征數(shù)據(jù)前向傳遞中，輸入信號(hào)由輸入層輸入，數(shù)據(jù)逐層處理后將信號(hào)輸出至輸出層。

在人體生命體征檢測中，檢測設(shè)備產(chǎn)生的電磁波照射人體后，其反射波中必然加載有生命信息，人體微動(dòng)與回波幅度、相位等之間具有相關(guān)性，而人體生命運(yùn)動(dòng)（如呼吸）會(huì)引起指標(biāo)微動(dòng)。對(duì)該信號(hào)進(jìn)行濾波、數(shù)字信號(hào)分析等處理，可以得到人體的生命信息數(shù)據(jù)。發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)混頻后得到一反映了人體生命特征的調(diào)相信號(hào)。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可用于復(fù)雜的模式識(shí)別、自適應(yīng)控制等系統(tǒng)中。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種反向傳遞信息，可多層映射網(wǎng)絡(luò)，可有效收斂均方差，同時(shí)使用高度非線性映射。在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，算法的核心在于隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)目和隱層數(shù)。具體數(shù)法流程和方法如圖2所示。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)掃描信號(hào)經(jīng)混頻后得到人體生理變化數(shù)據(jù)指標(biāo)，如呼吸、心跳導(dǎo)致人體胸壁顫動(dòng)。信號(hào)的中心頻率，也就是載波頻率，反映人體生命體征信息。對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練后，分別提取病人或者生產(chǎn)人員環(huán)境異常、正常數(shù)據(jù)進(jìn)行判別，結(jié)果表明此方法的識(shí)別成功率在90%以上。產(chǎn)生誤判的主要原因是人員身體素質(zhì)存在差異造成的。

四、結(jié)語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)生命體征自動(dòng)研判系統(tǒng)不僅功耗低、體積小，可以實(shí)時(shí)人員心率、呼吸等生命體征信息。設(shè)備具備遠(yuǎn)程系統(tǒng)狀態(tài)判別能力，可以主動(dòng)報(bào)警，為人員提供安全保障。信息系統(tǒng)及生命體征自動(dòng)研判有效地優(yōu)化了傳統(tǒng)的體征采集與錄入流程，一定程度上達(dá)到了優(yōu)化目的，當(dāng)然還需要共同努力，實(shí)現(xiàn)流程的持續(xù)改進(jìn)，并在更大范圍內(nèi)予以推廣。

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