基于再记忆缓解阿尔兹海默症的记忆胶囊

张俊豪 于琪琪 潘荣

摘要：阿尔兹海默病（Alzheimer'disease，AD）又称原发性老年痴呆症，是一种神经系统退行性疾病。在临床上，AD 以渐进性记忆障碍、认知功能障碍、人格改变和语言障碍等为主要表现，是一种严重影响老年人社交、工作与生活，给家庭和社会带来沉重负担的疾病[1]。在普遍面临着人口老龄化问题的今天，对 AD 的防治引起了世界各国政府和医学界的普遍关注。

针对现有市场上治疗阿尔兹海默症的弊端进行创新优化：设计一款针对阿尔兹海默症患者的记忆胶囊，通过VS1053模块可以实现高质量采集音频信息并对信息进行编码转化为数字信息进行存储、当设备收到语音播放指令后VS1053可以通过芯片对WAV和mp3等多种格式的信息进行解码播放，实现声音的记忆;通过OpenMV的AprilTag标签识别算法进行标签识别，可以有效地读取到Target标签里的信息再通过串口通信发送到STM32，再通过STM32间接触发VS1053模块对相应语音信息的播放，实现图像记忆;通过zigbee测距，通过得到信号回传时间进行计算，实现防走失提醒功能。

关键词：再记忆;VS1053;WAV;OpenMV;AprilTag;STM32;zigbee

1、绪论

1.1课题研究的背景和意义

中国是世界上人口数量最多的国家，老年人的数量接近于三亿，65 岁以上老年人 5%患病率和 85 岁以上老年人 20%患病率的现状使得国家面临着严峻的 AD 挑战[3]，当前医疗现状尚无药物和治疗方案可以治愈 AD 以及完全阻止病情的发展，并且由于现有市场上治疗阿尔兹海默症的再记忆产品也存在弊端，因此研究基于再记忆缓解阿尔兹海默症的记忆胶囊具有重要意义。

1.2国内外研究现状

在普遍面临着人口老龄化问题的今天，对 AD 的防治引起了世界各国政府和医学界的普遍关注。近年来，深度学习技术在语音识别、图像以及自然语言处理等领域取得了很多成果，部分相关技术也在说话人识别任务中十分有效。[4]

1.3研究内容

本项目主要研究针对阿尔兹海默症，采用各个模块，使患者极大地延缓患者的疾病发展的进程，起到更好的治疗效果。在我们研究这个系统的时候，主要是处理以下几个问题：

（1）如何实现高质量采集音频并对信息进行编码转化为数字信息进行存储.

（2）怎样增加信号检测实现位置靠近检测，弥补GPS模块在精确定位方面的不足.

（3）操作是否简单易懂.

2、相关技术知识基础

2.1VS1053模块录音储存与回放

录音功能是本设备进行记忆存储的基础，本系统采用了VS1053模块进行对录音功能的实现，VS1053模块可以实现高质量采集音频信息并对信息进行编码转化为数字信息进行存储、当设备收到语音播放指令后VS1053可以通过芯片对WAV和mp3等多种格式的信息进行解码播放。

2.2标签识别算法

标签识别功能主要依托于OpenMV的AprilTag标签识别算法进行标签识别，可以有效地读取到Target标签里的信息再通过串口通信发送到STM32，再通过STM32间接触发VS1053模块对相应语音信息的播放。

2.3OpenMV人脸识别

脸识别功能的实现同样依托于OpenMV模块，可以通过将OpenMV模块的人脸图像采集算法和人脸识别算法组合以实现人脸识别。人脸检测通过在图像上使用Haar Cascade特征检测器来工作。

2.4节点感应与烟雾报警和自动修复功能

红外感应装置会不断采集周围的环境信息，当有人靠近时会向STC单片机传递信息，再由STC单片机通过蓝牙模块向周围发送电信号，当主设备收到电信号后会通过STM32触发并播放相应的语音提示。烟雾传感器则给单片机传信号，再由单片机给煤气阀门上的单片机发送信号，单片机则控制舵机关闭阀门，实现对紧急情况的处理。

2.5zigbee测距

zigBee技术通过这设备可以构成一个移动自组织的网络，广泛应用在家庭、环境监测、工农业等场合。 在测距技术中，有基于接收信号强度 （RSSI）、基于到达时间差 （TOA）、基于不同波的到达时间差 （TDOA）以及到达角度差 （AOA）等。

2.6压力传感器

多传感器信息融合技术的基本原理就像人的大脑综合处理信息的过程一样，将各种传感器进行多层次、多空间的信息互补和优化组合处理，最终产生对观测环境的一致性解释。[5]

3、特色与创新

3.1防走失提醒功能

zigbee测距，可以在zigbee发送的信号上进行标记，通过得到信号回传时间进行计算，得到距离关系意味着使用zigbee在实现中程测距的最高精度可以达到0.75m。

3.2过量用药提醒功能

我们通过压力传感器来知道患者是否按时吃药，我们通过单片机给用户进行了吃药时间设置，当患者在一定时间内重复吃药就会立刻进行提醒，以防止老人因过量吃药而产生的生命健康安全问题的发生。

参考文献：

[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，陈佳鞠，李龍.2015～2100 年中国人口与老龄化变动趋势[J].人口研究，2017，41（04）：60-71.

[4]马俊峰. 阿尔兹海默症数据预处理及辅助诊断模型[D].哈尔滨理工大学，2021.

[5]深度解密多传感器融合系统 ，国际工业自动化网.2015-02-28

基金项目：省级大学生创新创业训练计划（项目号2020102004）资助项