一種穿戴式人體異常監測告警系統及其工作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及體征異常的實時監測及告警領域。具體涉及一種通過穿戴式裝置監測人體體征異常狀況并及時告警求助的系統和方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著人們健康意識的增強，市場對于便攜式生命體征測試的設備需求呈爆發式增長，如血壓計、血糖儀、血氧儀等。同時中國社會的老齡化速度非常快，據公開數據，現在全國60歲以上的老年人約有2億，而到2020年，這一數字將攀升到近2.5億人。除了在醫療相關機構的專業化監測外，對危險人群的實時特征監測并及時告警求助的系統可以極大地提升醫療資源的利用效率，及時挽救病人的生命。對于實時的體征監控及告警，典型的設備是綜合監護儀。該設備可以實時連續測量心率、血氧、呼吸頻率、心電圖、血壓等，當關鍵指標超過預設門限時，設備會主動向監護中心發送告警信息，提醒醫護人員及時處理。這種設備功能比較完善，但體積比較大，使用不太方便，在醫院一般用于危重病人的監護。除綜合性的監護系統外，一些便攜式的特定功能的測試儀器近年來得到廣泛的應用。例如大量的家庭購買了便攜式的血壓計和血糖儀。
[0003]另一方面，隨著傳感、電子及軟件技術的飛速發展，一些帶體征監控功能的便攜式，甚至穿戴式設備已經在市場上得到一定的應用。主要的應用是在運動監控領域，如心率帶、心率表、血氧儀等，可以為運動員或運動愛好者提供及時的關鍵體征信息，提升運動效果并降低過度運動的風險。基于MEMS運動傳感器的便攜式智能設備可以很方便地提供基本運動狀況的信息，如各種運動手環和計步器等。進一步通過便攜式，甚至穿戴式智能設備，云和智能手機的有機互動可以實現以前一些復雜設備或系統才能完成的采集、分析處理、通知及反饋等功能。現在的穿戴式智能裝置(如智能手表)可以集成多種傳感器，典型如:加速度計、溫度、濕度、脈率等，并通過與云端或/和智能手機等的信息交互實現復雜的功能。
[0004]公告號為CN104055518A的中國發明專利公開了名為“一種跌倒檢測腕表及跌倒檢測方法”的發明創造。這種用于跌倒檢測的腕表包括加速度傳感器、陀螺儀傳感器、地磁儀傳感器、氣壓傳感器等，通過這些傳感器可以檢測出用戶的加速度值，用戶在其運動方向上的傾角以及用戶的豎直位置變化量，當用戶跌倒時，腕表檢測到加速度值、傾斜角度值和豎直位置變化量均超出閾值時，主控單元判斷用戶跌倒。在優選的方案中，腕表中還包含一心率傳感器，在判斷用戶跌倒后，再檢測三分鐘的心率值，如果異常且用戶未主動求助，則腕表主動通過無線信號發出求助信息。
[0005]該發明只是針對跌倒這種特定的情況進行檢測并報警，且通過多傳感器對跌倒過程的采集分析，方法比較復雜，產生誤判的風險很高。而心率測量只是作為確定跌倒后判斷是否需要告警的輔助手段。
[0006]在現實環境中，使用者出現突然暈倒的因素非常多，即便是暈眩后跌倒，通過腕部的運動檢測(加速度、傾角和豎直位置變化)也很難識別出來，造成嚴重漏報。根據醫學資料，意識喪失者多數會在心率和血壓等方面出現異常，從意識喪失后的關鍵體征參數變化直接進行風險判斷可以降低因跌倒過程因素復雜導致的判別難度。

【發明內容】

[0007]本發明的主要目的是提供一種基于人體實時活動狀態和心率判斷佩戴者是否處于心率異常的昏迷、暈厥和心臟驟停等危急狀況的穿戴式裝置及主動發送告警及求助信息的系統。
[0008]本發明的另一目的是提供一種通過穿戴式裝置采集的時間、活動狀態和心率數據組合判斷佩戴者是否處于有心率異常的意識喪失狀態并主動告警求助的方法。
[0009]為實現本發明的主要目的，本發明提供的告警求救系統包括穿戴式裝置，用于獲取佩戴者實時運動狀態和心率狀況，其中設有監測佩戴者活動狀態的加速度傳感器，監測心率狀況心率傳感器，提供時鐘功能的時鐘模塊，供電的蓄電池模塊，與應用網關通信的第一無線信號收發模塊以及協調上述模塊工作的控制器模塊。系統還設有應用網關，用于存儲、分析處理穿戴式裝置獲取的佩戴者體征信息并可將處理結果通過公共通信網發送給特定用戶的智能移動終端。應用網關中設有與穿戴式裝置通信的第二無線信號收發模塊，存儲穿戴裝置所采集的數據和應用網關與移動終端交互信息的存儲模塊，進行數據分析處理的處理與控制模塊，以及通過公共通信網向智能移動終端發送信息的移動或有線通信模塊。應用網關通過穿戴式裝置發送的心跳信號確定設備是否在網。
[0010]由上述方案可見，穿戴式人體異常監測告警系統通過加速度傳感器實時監測佩戴者的活動狀態，若加速度信號持續小于一個門限值，則推斷佩戴者處于靜止狀態，此時啟動心率傳感器獲取佩戴者的實時心率，并結合時間和佩戴者通常的基礎數據進行比較，若超出閾值則可判斷佩戴者可能處于危險狀態之中，穿戴式設備將告警求助信號通過無線方式發送至應用網關，再由應用網關通過移動通信網或者固定寬帶網，以短信或信息推送等方式傳遞至接收者的智能移動終端(如平板、智能手機等)上。接收者收到求助信號后可以及時干預，降低佩戴者的安全風險。
[0011 ] 一個優選的方案是，將穿戴式裝置制作成手表形式以方便佩戴，對應地，加速度傳感器可以選用MEMS技術的三軸加速度計。心率傳感器為光電式傳感器，在手腕上能夠可靠地測出佩戴者的心率。時鐘模塊一方面可以提供手表的計時功能，另一方面用作數據的時間坐標便于數據的分析。應用網關作為一個單獨的設備用于數據記錄、處理和對外通訊的中轉站。根據應用場景，它既可以與穿戴式裝置融合，并采用移動通信模塊與外部通信；也可以獨立存在，成為更多功能的匯集口，并通過移動/有線通訊模塊與外部通信。
[0012]另一個優選方案是，穿戴式裝置中設置振動器提醒部件和求助按鈕，穿戴式裝置檢測到異常時，首先啟動預警機制，即觸發振動器提醒佩戴者，若佩戴者未主動關閉振動，則穿戴式裝置通過應用網關將告警求救信息發送至用戶的智能終端上。這樣能夠減少誤告警，提升系統的準確性。當佩戴者需要幫助時且具有處理能力時，可以使用該按鈕獲得救助。
[0013]再一個優選方案是在應用網關中設置專門的定位模塊，若無這樣的定位模塊，系統是通過應用網關內置的移動/有線通信模塊粗略判斷佩戴者的位置。若內置有線通訊模塊，則佩戴者是處于穿戴式裝置里的無線通訊模塊的有效通訊距離內。例如:應用網關設置于穿戴者家里，則可知穿戴者是否是在家里。若內置移動通訊模塊，則同樣可以通過應用網關的位置推知佩戴者的大致位置。此時應用網關的位置可以采用移動運營商的LBS服務獲得。當設置專門的定位模塊后，特別在佩戴者離家時，可以通過GPS定位和LBS定位組合實現快速、準確的定位，方便告警求救后的救助工作。
[0014]為實現上述的另一目的，本發明提供的穿戴式人體異常監測告警系統的工作方法包括佩戴者活動的加速度信號、心率信號及時間，通過上述信息分析后產生的告警求助信號以無線方式發送至應用網關，網關記錄下日志信息，應用網關將告警求助信號通過移動或有線網絡發送至接收者的移動終端上。
[0015]由上述方案可見，通過加速傳感器檢測佩戴者的活動狀態，當佩戴者不動時開啟心率傳感器檢測佩戴者的實時心率，如果心值超過設定的閾值(過大或過小)，則穿戴設備通過應用網關將告警求救信息發送送給特定的接收者，通過接收者的及時干預，降低佩戴者的安全風險。通過加速度傳感器先檢測佩戴者是否處于活動狀態，再開啟心率傳感器檢測佩戴者的實時心率的方法，能夠降低穿戴式裝置的電量消耗，延長穿戴式裝置的充電間隔，同時也減少不必要的測量數據，在保證告警求助的效果的基礎上能有效提升系統運行的效率。
[0016]優選的方案是，通過時間模塊可以獲知事件發生的時間，由此可聯系到佩戴者日常的生活規律，如佩戴者在睡眠狀態下，比較容易觸發心率檢測，系統可以通過與日常參考數據的對比，更準確地判斷佩戴者是否異常。同時系統的雙向通訊機制可以實現在特定情況下由接收者通過智能終端主動獲取佩戴者的運動及心率狀況。可見，該方法要實現準確的判斷必須綜合分析人體活動、心率、時間點和佩戴者參考數據。
[0017]進一步的方案是，穿戴式裝置在