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婴幼儿智能手环健康检测系统设计

2018-09-26盛钢峰范祥林朱成棋郁书好

软件导刊 2018年7期
关键词:专家系统健康管理

盛钢峰 范祥林 朱成棋 郁书好

摘要:为满足家长实时掌握婴幼儿身体状况的需求,设计基于Android系统的智能手环健康检测系统。利用光电式脉搏传感器测量心率和LMT70温度传感器测量体温,将采集到的数据通过网关传输至云端,后端利用专家系统进行大数据分析,将结果传输至手机APP显示婴幼儿身体状况,同时为父母提供预防或治疗婴幼儿疾病的有效方案。测试结果表明,系统较准确测量到温度、心率,并判断婴儿是否发烧、心率是否正常。该系统实时采集婴幼儿生理数据,能有效监测婴幼儿身体状况,预防安全问题发生。系统具有移植性强、稳定性高和功耗低等优点,具有较高的实际应用价值。

关键词:智能手环;健康检测;专家系统;健康管理

DOI:10.11907/rjdk.181732

中图分类号:TP319

文献标识码:A文章编号: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

嬰幼儿健康管理越来越受到国家和家庭的重视,每一个健康的孩子都是国家发展的基石,健康管理也从重视疾病管理延伸到更广泛的终身健康管理。婴幼儿健康管理是健康管理的源头,通过定期健康检查,对儿童生长发育进行监测和评价,早期发现异常和疾病,及时进行干预,指导家长做好科学育儿及疾病预防工作,可促进儿童健康成长[1]。在儿童保健中实施婴幼儿发育和行为的预见性保健指导,可以显著提高婴幼儿智力和心理运动发育水平,以此促进体格正常生长[2]。因此设计智能手环婴幼儿健康检测系统,帮助父母实时获取婴幼儿身体状况信息,结合一些常见疾病、传染病和意外伤害发生的原因,通过后台大数据分析,智能推荐有效的预防或治疗方案,为婴幼儿健康提供可靠保证,具有较强现实意义和价值。

当前,国内外婴幼儿状态检测大多是通过摄像头时刻监视观察,但检测只能停留在表明,使用范围非常有限。近年来,随着人们健康意识提高、移动互联网技术成熟以及远程医疗不断发展,用于检测身体参数的可穿戴设备在疾病监测、康复与居家护理等领域被广泛应用[3]。目前在医疗领域应用较成熟的可穿戴设备包括智能手环、手表和智能眼镜,监护对象包括慢性病患者、孕妇、老年人、残疾人、急症患者和健康人在内的所有人群[4]。未来医疗可穿戴设备的前景不容小觑[5]。

1专家系统

人工智能的快速发展得到了多个行业的认可[6],并被广泛应用于经济、军事、医学等各领域[7]。其中专家系统是人工智能最重要也是最活跃的应用领域,早在20世纪70年代,美国斯坦福研发了MYCIN系统,该系统可以针对感染性疾病开展诊疗并给出药物处方。系统内包含500条规则,仅需要根据顺序回答问题,系统可以智能判断病人感染的细菌种类,同时建议处方药物。1978年我国将医学专家系统应用于传统中医领域。在实际医疗中,医学专家系统能够像真正的专家一样诊断疾病,判别病情严重性并给出相应的处方和治疗建议等[8],可以作为医生治疗诊断的辅助工具[9-12],帮助医生解决复杂的医学问题。

专家系统主要由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取6个部分组成[13],如图1所示。父母可以通过手机APP与系统进行交流,通过该界面,父母需要输入孩子的基本信息、回答系统提出的相关问题,然后系统会输出推理结果及相关解释等。专家系统知识库和推理机是核心部分[14],在技术上经历了一个逐步发展和成熟的过程。该系统推理机控制和协调整个系统,通过父母输入的数据,利用知识库中的内容,经过一定方式的推理解决用户问题,比如判断孩子病情以及给出相应的治疗建议。知识库中的内容都来自专业医师,并且可以通过知识获取模块完成修改和扩充。综合数据库用来存储初始证据和推理过程中得到的各种中间信息[15]。解释器根据用户的提问,对结论、求解过程做出说明,让父母可以了解整个推理过程,更加放心。

2系统设计

2.1系统介绍

为实现婴幼儿家庭健康管理系统检测、提醒、建议等功能,将现代网络科学技术与医学结合,通过多传感器采集关于婴儿身体、行为等诸多信息,如心率、呼吸、睡眠状况、体温等,系统不仅可以简单判断婴幼儿是否发烧发热,还能对测得的体温数据进行处理和分析,为疾病诊断、治疗提供更多指导,包括术中和术后的生命监护、传染性疾病预防[16]。而脈象能较全面和准确地体现脏腑病变,是判断疾病病位、性质和邪正盛衰,推断疾病进退预后的重要依据[17]。系统将手环测得的数据传输至云端存储记录,再通过大数据技术分析、挖掘数据信息,对数据进行分层和处理,并在手机软件的数据库中进行检索,找到匹配项目,通过手机APP给父母提供适当的处理方式。

医师可以共享云端数据,为婴幼儿提供更专业的保护。其中手机应用程序是基于集合中西医符合婴幼儿病情诊断及治疗方法的思路开发,手机应用的数据来源于医书、众多具有专业知识且经验丰富的医师以及经过实践验证的安全可靠的案例。系统总体组成框架及工作流程如图2所示。

2.2智能手环模块

智能手环具有良好的便携性和交互性,可以实时监测、收集数据,并与平台软件结合,获得更有价值的信息[18]。智能手环模块主要包括传感器和数据传输功能,传感器主要包括温度传感器和心率传感器。温度传感器采用LMT70温度传感器,LMT70是高精度、低功耗的温度传感器,适用于医疗温度计、人体温度监视器等设备,在20℃~42℃范围内测温精度为0.05℃,符合对腕部体表温度检测的精度需求[19]。

心率传感器采用反射式光电式脉搏传感器追踪可见光(绿光)在人体组织的反射。反射式光电式脉搏传感器不仅可以精确测量血管容积变化,而且在实际应用中只需将传感器接触身体任何部位,当照射部位的血流量随心脏跳动改变时,探头便接收到随心脏周期性收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号,从而采集到心脏搏动信号[20]。

数据传输功能主要由网关模块完成。数据网关是完成应用系统互连,实现协同计算的一个功能部件[21]。它既是多种传感设备的通信控制网关,也是大量移动传感设备数据接收网关,利用云计算服务模式在物联网时代架起感知网和信息网络间传输通信的“桥梁”,是软硬件一体化集成设计实现的数据交换中间件。本系统将传感器测得的数据通过网关传输至云端进行记录,最后由父母和医护人员共享数据,以便父母和医护人员在任何有网络的地方,轻松掌握孩子的身体状况。

2.3移动端功能

移动端接收从服务器端传输的数据,并将数据分析后显示给父母。一旦孩子身体参数发生明显变化或异常,专家系统会分析原因,并给予父母应急处理方法,然后将问题反馈给医护人员,医护人员可通过云端数据了解孩子身体参数以及变化情况,在一定程度上减少了孩子在医院接受检查的时间。

手机运行效果如图3所示。从中可以看出父母不仅可以实时掌握孩子的身体参数以及环境情况,还可以清楚了解孩子身体状况,比如是否发烧、心率是否正常等。

3结语

本系统在多种技术的支持下实现了父母对孩子身体状况实时、准确的掌握。任何时候孩子身体发生异常,系统都会立即通知父母并指导父母采取合适的应急措施,并将经过专家系统分析后的数据传输至医护人员,医护人员可根据记录的数据及分析结果随时进行远程指导,一定程度上节约了体检时间、消除了传统就医方式的弊端,为就医方式的选择提供了新思路。

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(责任编辑:江艳)

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