一种穿戴式人体异常监测告警系统及其工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及体征异常的实时监测及告警领域。具体涉及一种通过穿戴式装置监测人体体征异常状况并及时告警求助的系统和方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着人们健康意识的增强，市场对于便携式生命体征测试的设备需求呈爆发式增长，如血压计、血糖仪、血氧仪等。同时中国社会的老龄化速度非常快，据公开数据，现在全国60岁以上的老年人约有2亿，而到2020年，这一数字将攀升到近2.5亿人。除了在医疗相关机构的专业化监测外，对危险人群的实时特征监测并及时告警求助的系统可以极大地提升医疗资源的利用效率，及时挽救病人的生命。对于实时的体征监控及告警，典型的设备是综合监护仪。该设备可以实时连续测量心率、血氧、呼吸频率、心电图、血压等，当关键指标超过预设门限时，设备会主动向监护中心发送告警信息，提醒医护人员及时处理。这种设备功能比较完善，但体积比较大，使用不太方便，在医院一般用于危重病人的监护。除综合性的监护系统外，一些便携式的特定功能的测试仪器近年来得到广泛的应用。例如大量的家庭购买了便携式的血压计和血糖仪。
[0003]另一方面，随着传感、电子及软件技术的飞速发展，一些带体征监控功能的便携式，甚至穿戴式设备已经在市场上得到一定的应用。主要的应用是在运动监控领域，如心率带、心率表、血氧仪等，可以为运动员或运动爱好者提供及时的关键体征信息，提升运动效果并降低过度运动的风险。基于MEMS运动传感器的便携式智能设备可以很方便地提供基本运动状况的信息，如各种运动手环和计步器等。进一步通过便携式，甚至穿戴式智能设备，云和智能手机的有机互动可以实现以前一些复杂设备或系统才能完成的采集、分析处理、通知及反馈等功能。现在的穿戴式智能装置(如智能手表)可以集成多种传感器，典型如:加速度计、温度、湿度、脉率等，并通过与云端或/和智能手机等的信息交互实现复杂的功能。
[0004]公告号为CN104055518A的中国发明专利公开了名为“一种跌倒检测腕表及跌倒检测方法”的发明创造。这种用于跌倒检测的腕表包括加速度传感器、陀螺仪传感器、地磁仪传感器、气压传感器等，通过这些传感器可以检测出用户的加速度值，用户在其运动方向上的倾角以及用户的竖直位置变化量，当用户跌倒时，腕表检测到加速度值、倾斜角度值和竖直位置变化量均超出阈值时，主控单元判断用户跌倒。在优选的方案中，腕表中还包含一心率传感器，在判断用户跌倒后，再检测三分钟的心率值，如果异常且用户未主动求助，则腕表主动通过无线信号发出求助信息。
[0005]该发明只是针对跌倒这种特定的情况进行检测并报警，且通过多传感器对跌倒过程的采集分析，方法比较复杂，产生误判的风险很高。而心率测量只是作为确定跌倒后判断是否需要告警的辅助手段。
[0006]在现实环境中，使用者出现突然晕倒的因素非常多，即便是晕眩后跌倒，通过腕部的运动检测(加速度、倾角和竖直位置变化)也很难识别出来，造成严重漏报。根据医学资料，意识丧失者多数会在心率和血压等方面出现异常，从意识丧失后的关键体征参数变化直接进行风险判断可以降低因跌倒过程因素复杂导致的判别难度。
【发明内容】
[0007]本发明的主要目的是提供一种基于人体实时活动状态和心率判断佩戴者是否处于心率异常的昏迷、晕厥和心脏骤停等危急状况的穿戴式装置及主动发送告警及求助信息的系统。
[0008]本发明的另一目的是提供一种通过穿戴式装置采集的时间、活动状态和心率数据组合判断佩戴者是否处于有心率异常的意识丧失状态并主动告警求助的方法。
[0009]为实现本发明的主要目的，本发明提供的告警求救系统包括穿戴式装置，用于获取佩戴者实时运动状态和心率状况，其中设有监测佩戴者活动状态的加速度传感器，监测心率状况心率传感器，提供时钟功能的时钟模块，供电的蓄电池模块，与应用网关通信的第一无线信号收发模块以及协调上述模块工作的控制器模块。系统还设有应用网关，用于存储、分析处理穿戴式装置获取的佩戴者体征信息并可将处理结果通过公共通信网发送给特定用户的智能移动终端。应用网关中设有与穿戴式装置通信的第二无线信号收发模块，存储穿戴装置所采集的数据和应用网关与移动终端交互信息的存储模块，进行数据分析处理的处理与控制模块，以及通过公共通信网向智能移动终端发送信息的移动或有线通信模块。应用网关通过穿戴式装置发送的心跳信号确定设备是否在网。
[0010]由上述方案可见，穿戴式人体异常监测告警系统通过加速度传感器实时监测佩戴者的活动状态，若加速度信号持续小于一个门限值，则推断佩戴者处于静止状态，此时启动心率传感器获取佩戴者的实时心率，并结合时间和佩戴者通常的基础数据进行比较，若超出阈值则可判断佩戴者可能处于危险状态之中，穿戴式设备将告警求助信号通过无线方式发送至应用网关，再由应用网关通过移动通信网或者固定宽带网，以短信或信息推送等方式传递至接收者的智能移动终端(如平板、智能手机等)上。接收者收到求助信号后可以及时干预，降低佩戴者的安全风险。
[0011 ] 一个优选的方案是，将穿戴式装置制作成手表形式以方便佩戴，对应地，加速度传感器可以选用MEMS技术的三轴加速度计。心率传感器为光电式传感器，在手腕上能够可靠地测出佩戴者的心率。时钟模块一方面可以提供手表的计时功能，另一方面用作数据的时间坐标便于数据的分析。应用网关作为一个单独的设备用于数据记录、处理和对外通讯的中转站。根据应用场景，它既可以与穿戴式装置融合，并采用移动通信模块与外部通信；也可以独立存在，成为更多功能的汇集口，并通过移动/有线通讯模块与外部通信。
[0012]另一个优选方案是，穿戴式装置中设置振动器提醒部件和求助按钮，穿戴式装置检测到异常时，首先启动预警机制，即触发振动器提醒佩戴者，若佩戴者未主动关闭振动，则穿戴式装置通过应用网关将告警求救信息发送至用户的智能终端上。这样能够减少误告警，提升系统的准确性。当佩戴者需要帮助时且具有处理能力时，可以使用该按钮获得救助。
[0013]再一个优选方案是在应用网关中设置专门的定位模块，若无这样的定位模块，系统是通过应用网关内置的移动/有线通信模块粗略判断佩戴者的位置。若内置有线通讯模块，则佩戴者是处于穿戴式装置里的无线通讯模块的有效通讯距离内。例如:应用网关设置于穿戴者家里，则可知穿戴者是否是在家里。若内置移动通讯模块，则同样可以通过应用网关的位置推知佩戴者的大致位置。此时应用网关的位置可以采用移动运营商的LBS服务获得。当设置专门的定位模块后，特别在佩戴者离家时，可以通过GPS定位和LBS定位组合实现快速、准确的定位，方便告警求救后的救助工作。
[0014]为实现上述的另一目的，本发明提供的穿戴式人体异常监测告警系统的工作方法包括佩戴者活动的加速度信号、心率信号及时间，通过上述信息分析后产生的告警求助信号以无线方式发送至应用网关，网关记录下日志信息，应用网关将告警求助信号通过移动或有线网络发送至接收者的移动终端上。
[0015]由上述方案可见，通过加速传感器检测佩戴者的活动状态，当佩戴者不动时开启心率传感器检测佩戴者的实时心率，如果心值超过设定的阈值(过大或过小)，则穿戴设备通过应用网关将告警求救信息发送送给特定的接收者，通过接收者的及时干预，降低佩戴者的安全风险。通过加速度传感器先检测佩戴者是否处于活动状态，再开启心率传感器检测佩戴者的实时心率的方法，能够降低穿戴式装置的电量消耗，延长穿戴式装置的充电间隔，同时也减少不必要的测量数据，在保证告警求助的效果的基础上能有效提升系统运行的效率。
[0016]优选的方案是，通过时间模块可以获知事件发生的时间，由此可联系到佩戴者日常的生活规律，如佩戴者在睡眠状态下，比较容易触发心率检测，系统可以通过与日常参考数据的对比，更准确地判断佩戴者是否异常。同时系统的双向通讯机制可以实现在特定情况下由接收者通过智能终端主动获取佩戴者的运动及心率状况。可见，该方法要实现准确的判断必须综合分析人体活动、心率、时间点和佩戴者参考数据。
[0017]进一步的方案是，穿戴式装置在