嬰幼兒智能手環健康檢測系統設計

盛鋼峰 范祥林 朱成棋 郁書好

摘要：為滿足家長實時掌握嬰幼兒身體狀況的需求，設計基于Android系統的智能手環健康檢測系統。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，將采集到的數據通過網關傳輸至云端，后端利用專家系統進行大數據分析，將結果傳輸至手機APP顯示嬰幼兒身體狀況，同時為父母提供預防或治療嬰幼兒疾病的有效方案。測試結果表明，系統較準確測量到溫度、心率，并判斷嬰兒是否發燒、心率是否正常。該系統實時采集嬰幼兒生理數據，能有效監測嬰幼兒身體狀況，預防安全問題發生。系統具有移植性強、穩定性高和功耗低等優點，具有較高的實際應用價值。

關鍵詞：智能手環；健康檢測；專家系統；健康管理

DOI：10.11907/rjdk.181732

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：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，對兒童生長發育進行監測和評價，早期發現異常和疾病，及時進行干預，指導家長做好科學育兒及疾病預防工作，可促進兒童健康成長[1]。在兒童保健中實施嬰幼兒發育和行為的預見性保健指導，可以顯著提高嬰幼兒智力和心理運動發育水平，以此促進體格正常生長[2]。因此設計智能手環嬰幼兒健康檢測系統，幫助父母實時獲取嬰幼兒身體狀況信息，結合一些常見疾病、傳染病和意外傷害發生的原因，通過后臺大數據分析，智能推薦有效的預防或治療方案，為嬰幼兒健康提供可靠保證，具有較強現實意義和價值。

當前，國內外嬰幼兒狀態檢測大多是通過攝像頭時刻監視觀察，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、移動互聯網技術成熟以及遠程醫療不斷發展，用于檢測身體參數的可穿戴設備在疾病監測、康復與居家護理等領域被廣泛應用[3]。目前在醫療領域應用較成熟的可穿戴設備包括智能手環、手表和智能眼鏡，監護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的所有人群[4]。未來醫療可穿戴設備的前景不容小覷[5]。

1專家系統

人工智能的快速發展得到了多個行業的認可[6]，并被廣泛應用于經濟、軍事、醫學等各領域[7]。其中專家系統是人工智能最重要也是最活躍的應用領域，早在20世紀70年代，美國斯坦福研發了MYCIN系統，該系統可以針對感染性疾病開展診療并給出藥物處方。系統內包含500條規則，僅需要根據順序回答問題，系統可以智能判斷病人感染的細菌種類，同時建議處方藥物。1978年我國將醫學專家系統應用于傳統中醫領域。在實際醫療中，醫學專家系統能夠像真正的專家一樣診斷疾病，判別病情嚴重性并給出相應的處方和治療建議等[8]，可以作為醫生治療診斷的輔助工具[9-12]，幫助醫生解決復雜的醫學問題。

專家系統主要由人機交互界面、知識庫、推理機、解釋器、綜合數據庫、知識獲取6個部分組成[13]，如圖1所示。父母可以通過手機APP與系統進行交流，通過該界面，父母需要輸入孩子的基本信息、回答系統提出的相關問題，然后系統會輸出推理結果及相關解釋等。專家系統知識庫和推理機是核心部分[14]，在技術上經歷了一個逐步發展和成熟的過程。該系統推理機控制和協調整個系統，通過父母輸入的數據，利用知識庫中的內容，經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的治療建議。知識庫中的內容都來自專業醫師，并且可以通過知識獲取模塊完成修改和擴充。綜合數據庫用來存儲初始證據和推理過程中得到的各種中間信息[15]。解釋器根據用戶的提問，對結論、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系統設計

2.1系統介紹

為實現嬰幼兒家庭健康管理系統檢測、提醒、建議等功能，將現代網絡科學技術與醫學結合，通過多傳感器采集關于嬰兒身體、行為等諸多信息，如心率、呼吸、睡眠狀況、體溫等，系統不僅可以簡單判斷嬰幼兒是否發燒發熱，還能對測得的體溫數據進行處理和分析，為疾病診斷、治療提供更多指導，包括術中和術后的生命監護、傳染性疾病預防[16]。而脈象能較全面和準確地體現臟腑病變，是判斷疾病病位、性質和邪正盛衰，推斷疾病進退預后的重要依據[17]。系統將手環測得的數據傳輸至云端存儲記錄，再通過大數據技術分析、挖掘數據信息，對數據進行分層和處理，并在手機軟件的數據庫中進行檢索，找到匹配項目，通過手機APP給父母提供適當的處理方式。

醫師可以共享云端數據，為嬰幼兒提供更專業的保護。其中手機應用程序是基于集合中西醫符合嬰幼兒病情診斷及治療方法的思路開發，手機應用的數據來源于醫書、眾多具有專業知識且經驗豐富的醫師以及經過實踐驗證的安全可靠的案例。系統總體組成框架及工作流程如圖2所示。

2.2智能手環模塊

智能手環具有良好的便攜性和交互性，可以實時監測、收集數據，并與平臺軟件結合，獲得更有價值的信息[18]。智能手環模塊主要包括傳感器和數據傳輸功能，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，適用于醫療溫度計、人體溫度監視器等設備，在20℃～42℃范圍內測溫精度為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，而且在實際應用中只需將傳感器接觸身體任何部位，當照射部位的血流量隨心臟跳動改變時，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]。

數據傳輸功能主要由網關模塊完成。數據網關是完成應用系統互連，實現協同計算的一個功能部件[21]。它既是多種傳感設備的通信控制網關，也是大量移動傳感設備數據接收網關，利用云計算服務模式在物聯網時代架起感知網和信息網絡間傳輸通信的“橋梁”，是軟硬件一體化集成設計實現的數據交換中間件。本系統將傳感器測得的數據通過網關傳輸至云端進行記錄，最后由父母和醫護人員共享數據，以便父母和醫護人員在任何有網絡的地方，輕松掌握孩子的身體狀況。

2.3移動端功能

移動端接收從服務器端傳輸的數據，并將數據分析后顯示給父母。一旦孩子身體參數發生明顯變化或異常，專家系統會分析原因，并給予父母應急處理方法，然后將問題反饋給醫護人員，醫護人員可通過云端數據了解孩子身體參數以及變化情況，在一定程度上減少了孩子在醫院接受檢查的時間。

手機運行效果如圖3所示。從中可以看出父母不僅可以實時掌握孩子的身體參數以及環境情況，還可以清楚了解孩子身體狀況，比如是否發燒、心率是否正常等。

3結語

本系統在多種技術的支持下實現了父母對孩子身體狀況實時、準確的掌握。任何時候孩子身體發生異常，系統都會立即通知父母并指導父母采取合適的應急措施，并將經過專家系統分析后的數據傳輸至醫護人員，醫護人員可根據記錄的數據及分析結果隨時進行遠程指導，一定程度上節約了體檢時間、消除了傳統就醫方式的弊端，為就醫方式的選擇提供了新思路。

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（責任編輯：江艷）