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：阿爾茲海默病（Alzheimer'disease，AD）又稱原發(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 以漸進性記憶障礙、認知功能障礙、人格改變和語言障礙等為主要表現(xiàn)，是一種嚴重影響老年人社交、工作與生活，給家庭和社會帶來沉重負擔的疾病[1]。在普遍面臨著人口老齡化問題的今天，對 AD 的防治引起了世界各國政府和醫(yī)學界的普遍關注。

針對現(xiàn)有市場上治療阿爾茲海默癥的弊端進行創(chuàng)新優(yōu)化：設計一款針對阿爾茲海默癥患者的記憶膠囊，通過VS1053模塊可以實現(xiàn)高質量采集音頻信息并對信息進行編碼轉化為數(shù)字信息進行存儲、當設備收到語音播放指令后VS1053可以通過芯片對WAV和mp3等多種格式的信息進行解碼播放，實現(xiàn)聲音的記憶;通過OpenMV的AprilTag標簽識別算法進行標簽識別，可以有效地讀取到Target標簽里的信息再通過串口通信發(fā)送到STM32，再通過STM32間接觸發(fā)VS1053模塊對相應語音信息的播放，實現(xiàn)圖像記憶;通過zigbee測距，通過得到信號回傳時間進行計算，實現(xiàn)防走失提醒功能。

關鍵詞：再記憶;VS1053;WAV;OpenMV;AprilTag;STM32;zigbee

1、緒論

1.1課題研究的背景和意義

中國是世界上人口數(shù)量最多的國家，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)狀使得國家面臨著嚴峻的 AD 挑戰(zhàn)[3]，當前醫(yī)療現(xiàn)狀尚無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)有市場上治療阿爾茲海默癥的再記憶產品也存在弊端，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國內外研究現(xiàn)狀

在普遍面臨著人口老齡化問題的今天，對 AD 的防治引起了世界各國政府和醫(yī)學界的普遍關注。近年來，深度學習技術在語音識別、圖像以及自然語言處理等領域取得了很多成果，部分相關技術也在說話人識別任務中十分有效。[4]

1.3研究內容

本項目主要研究針對阿爾茲海默癥，采用各個模塊，使患者極大地延緩患者的疾病發(fā)展的進程，起到更好的治療效果。在我們研究這個系統(tǒng)的時候，主要是處理以下幾個問題：

（1）如何實現(xiàn)高質量采集音頻并對信息進行編碼轉化為數(shù)字信息進行存儲.

（2）怎樣增加信號檢測實現(xiàn)位置靠近檢測，彌補GPS模塊在精確定位方面的不足.

（3）操作是否簡單易懂.

2、相關技術知識基礎

2.1VS1053模塊錄音儲存與回放

錄音功能是本設備進行記憶存儲的基礎，本系統(tǒng)采用了VS1053模塊進行對錄音功能的實現(xiàn)，VS1053模塊可以實現(xiàn)高質量采集音頻信息并對信息進行編碼轉化為數(shù)字信息進行存儲、當設備收到語音播放指令后VS1053可以通過芯片對WAV和mp3等多種格式的信息進行解碼播放。

2.2標簽識別算法

標簽識別功能主要依托于OpenMV的AprilTag標簽識別算法進行標簽識別，可以有效地讀取到Target標簽里的信息再通過串口通信發(fā)送到STM32，再通過STM32間接觸發(fā)VS1053模塊對相應語音信息的播放。

2.3OpenMV人臉識別

臉識別功能的實現(xiàn)同樣依托于OpenMV模塊，可以通過將OpenMV模塊的人臉圖像采集算法和人臉識別算法組合以實現(xiàn)人臉識別。人臉檢測通過在圖像上使用Haar Cascade特征檢測器來工作。

2.4節(jié)點感應與煙霧報警和自動修復功能

紅外感應裝置會不斷采集周圍的環(huán)境信息，當有人靠近時會向STC單片機傳遞信息，再由STC單片機通過藍牙模塊向周圍發(fā)送電信號，當主設備收到電信號后會通過STM32觸發(fā)并播放相應的語音提示。煙霧傳感器則給單片機傳信號，再由單片機給煤氣閥門上的單片機發(fā)送信號，單片機則控制舵機關閉閥門，實現(xiàn)對緊急情況的處理。

2.5zigbee測距

zigBee技術通過這設備可以構成一個移動自組織的網(wǎng)絡，廣泛應用在家庭、環(huán)境監(jiān)測、工農業(yè)等場合。 在測距技術中，有基于接收信號強度 （RSSI）、基于到達時間差 （TOA）、基于不同波的到達時間差 （TDOA）以及到達角度差 （AOA）等。

2.6壓力傳感器

多傳感器信息融合技術的基本原理就像人的大腦綜合處理信息的過程一樣，將各種傳感器進行多層次、多空間的信息互補和優(yōu)化組合處理，最終產生對觀測環(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測距，可以在zigbee發(fā)送的信號上進行標記，通過得到信號回傳時間進行計算，得到距離關系意味著使用zigbee在實現(xiàn)中程測距的最高精度可以達到0.75m。

3.2過量用藥提醒功能

我們通過壓力傳感器來知道患者是否按時吃藥，我們通過單片機給用戶進行了吃藥時間設置，當患者在一定時間內重復吃藥就會立刻進行提醒，以防止老人因過量吃藥而產生的生命健康安全問題的發(fā)生。

參考文獻：

[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 年中國人口與老齡化變動趨勢[J].人口研究，2017，41（04）：60-71.

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

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

基金項目：省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃（項目號2020102004）資助項