CN108399952B - 一种可携带的智能终端及家庭智慧医疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可携带的智能终端及家庭智慧医疗系统，其中可携带的智能终端包括用户登录注册模块、个人设置模块、健康监测模块、健康预测模块、跌倒监测模块、状态通知模块、网络通信模块、远程会诊模块、设备管理模块和存储模块。基于所述智能终端的家庭智慧医疗系统包括可携带的智能终端和远程连接的会诊终端构成，通过智能终端与会诊终端的远程音视频交互，以及查询用户健康数据、病历完成会诊，并将当前会诊请求的病例并发回给会诊请求端。通过本发明的可携带智能终端为用户提高操作简便、监管准确和高效的自身健康状况监管工具，从而通过基于该可携带智能终端的家庭智慧系统来提升医患之间的服务匹配度，提高患者的就诊效率。

Description

一种可携带的智能终端及家庭智慧医疗系统

技术领域

本发明属于现代智能医疗技术邻域，具体设计一种可携带的健康状态监管智能终端及其家庭智慧医疗系统。

背景技术

近些年来，由于人口平均寿命的增长和人口出生率的下降，不管是发达国家还是发展中国家均面临着日益严重的人口老龄化问题。老龄化导致医疗资源占用问题给我国医疗行业带来了前所未有的压力，面对这样的形势，我国医疗行业的基础设施建设呈现出滞后的现象，“就医难”问题引起了社会各界的广泛关注。

与此同时，随着社会的发展和进步，人们的健康观念从过去的“有病治病”的传统观念逐步向着“预防为主”的现代健康观念在转变。预防性、预测性、个体化和参与性的现代“4P医疗模式”得到广泛推广，其强调通过个人的主动参与来实现对自身健康状况的了解和干预，从而达到健康管理和疾病预防的目的。但是，目前可行的健康管理手段还存在很大的局限性，其还停留在健康饮食、规律作息等基本手段上，社会中的健康敏感群体迫切地需要一种高效的手段去实现对自身健康状况的监管。

智慧医疗体系的建设强调通过信息技术在医疗行业的应用，增强医生、患者和医疗机构之间的联系，实现以患者为中心的医疗信息化和医疗智能化。尤其针对老年群体对健康监护的需求和健康敏感群体对健康管理的需求，智慧医疗体系中提出的家庭健康系统将实现家庭与医院之间的远程医疗，通过对老弱病患群体的远程监护、对健康敏感群体的健康监测、对突发疾病的智能检测以及对家庭用药的智能提醒等功能，实现家庭健康生活的高度智能化。家庭智慧医疗的建设不仅方便了病患群体本身，同时也能有效缓解医疗机构的压力，使整个医疗生态圈从中受益。

因此有必要在已有的健康数据采集设备的基础上，研究一种更智能的健康状态监管智能终端及其家庭智慧医疗系统，从而提升医患之间的服务匹配度，提高患者的就诊效率。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种智能、准确、高效的可携带的健康状态监管智能终端及其家庭智慧医疗系统。

本发明的一种可携带的智能终端，包括用户登录注册模块、个人设置模块、健康监测模块、健康预测模块、跌倒监测模块、状态通知模块、网络通信模块和存储模块；

其中，用户登录注册模块用于用户注册和用户登录，当用户注册时，基于注册的用户信息生成用户数据表并存入存储模块中，用户登录时，将用户登录信息与用户数据表进行匹配，若匹配成功，则允许用户登录；

个人设置模块，用于用户开启健康监测模块、健康预测模块、跌倒监测模块和/或状态通知模块；

健康监测模块，包括数据输入单元、数据监测单元和异常告警单元，其中数据输入单元用于用户输入健康数据采集设备采集的用户的生理健康数据并发送给数据监测单元，数据监测单元基于用户的生理健康数据的预设阈值判断是否发生异常，若是，则启动异常告警单元进行告警提示，并将生理健康数据及异常监测结果增加到存储在存储模块中的用户生理健康数据库中；

健康预测模块，从用户生理健康数据库中读取当前用户的生理健康数据进行预测处理，并向用户展示预测处理结果；

跌倒监测模块，包括跌倒监测单元、跌倒位置定位单元和跌倒告警单元；

其中跌倒监测单元包括三维加速度信息采集终端和跌倒监测处理单元，所述三维加速度信息采集终端用于采集用户的加速度信息，得到离散的原始加速度序列，并将定长的原始加速度序列作为原始待检测数据并发送给跌倒监测处理单元；所述跌倒监测处理单元对原始待检测数据进行中值滤波处理，再提取用户的加速度信号向量幅度，并基于所述加速度信号向量幅度，提取用户的特征数据集，包括加速度信号向量幅度的峰值SVMtop，加速度信号向量幅度的最小值与最大值的差值ΔSVM，加速度信号向量幅度的标准差σ(SVM)，以及相对角度变化值Δθ，所述相对角度变化值Δθ为训练样本的最大与最小倾角的差值；并基于预设阈值逐级进行跌倒状态监测处理：判断当前相对角度变化值Δθ是否大于第一阈值，若否，则判定当前用户为非跌倒；若是，继续判断当前峰值SVMtop是否大于第二阈值，若否，则判定当前用户为非跌倒；若是，则继续判断当前差值ΔSVM是否大于第三阈值，若否，则判定当前用户为非跌倒；若是，则继续判断当前标准差σ(SVM)是否小于第四阈值，若否，则判定当前用户为非跌倒；若是，则判定当前用户为跌倒并启动跌倒位置定位单元和跌倒告警单元；

所述跌倒位置定位单元包括接收信号强度采集单元、位置指纹库更新单元、定位处理单元；其中，位置指纹库更新单元用于更新用户待定位的室内区域的用户位置指纹库并存入存储模块中，所述用户位置指纹库包括位置参考点坐标、位置参考点的接收信号强信息、位置参考点的类簇标签、类簇的聚类中心点的接收信号强信息；接收信号强度采集单元用于采集当前跌倒位置的接收信号强度信息并发送给定位处理单元，定位处理单元从存储模块中读取匹配的用户位置指纹库，并从各类簇的聚类中心的接收信号强度信息中查找与当前跌倒位置的接收信号强度信息相似度最高的类簇，再在相似度最高的类簇中查找相似度最高的前K个位置指纹，采用加权K近邻算法对K个位置指纹对应的位置坐标进行加权相加，得到跌倒位置的定位坐标；

状态通知模块，用于基于用户设置的设置通知对象、通知方式(语音、视频、短信消息等等)和通知内容，将匹配的内容通知给所述通知对象，所述通知内容包括用户的生理健康数据及异常监测结果、生理健康数据的预测处理结果、监测到发生跌倒及跌倒位置；

网络通信模块用于可携带的智能终端的网络通信交互。

进一步的，跌倒监测处理单元中的第一、二、三和四阈值的设置方式可以是：

采集训练样本集，所述训练样本为人体携带的三维加速度信息采集终端采集的一段离散的原始加速度序列；

对训练样本集进行数据预处理：

对原始加速度信息进行中值滤波处理，再提取加速度信号向量幅度，各采样点的加速度信号向量幅度为当前采样点的三维加速度信息的各维分量的平方和的开方；

提取训练样本的特征数据集：

基于加速度信号向量幅度，提取训练样本的特征数据集，包括峰值SVMtop，差值ΔSVM，标准差σ(SVM)，以及相对角度变化值Δθ；基于K-means聚类的方法训练各特征值的二分判决阈值，得到对应相对角度变化值Δθ、峰值SVMtop、差值ΔSVM和标准差σ(SVM)的第一、二、三和四阈值，所述二分判决表示当前判决对象是否为跌倒状态。

进一步的，位置指纹库更新单元的更新过程为：

提示用户输入室内平面图，基于室内平面图生成参考点分布示意图(通常按照一定的间隔以网格的形式确定参考点)并向用户显示，提示用户移动到各参考点附近进行参考信息采集；

用户基于参考点分布示意图移动到参考点附近后，开启(用户点击对应的操作项触发)参考信息采集，采集参考点的位置坐标(人工测量与参考墙面(由用户指定)的相对坐标，或者通过该智能终端上加载的测步仪来测量各参考点与选择的坐标原点(例如无线接入终端所在的位置)的相对坐标；亦或者通过在可携带的智能终端上加载小型的测距仪来获取与参考墙面的相对坐标等方式，参考墙面由用户指定)及其接收信号强度信息，得到初始位置指纹库；

通过多项式曲面拟合的方式增加初始位置指纹库中的位置指纹，得到第二位置指纹库；再查找所述第二位置指纹库中的噪点并更新噪点的接收信号强度信息，得到第三置指纹库；

其中噪点的查找方式为：遍历位置指纹库中的每个参考点，将当前参考点作为中心点c，基于预设的邻域数P，得到中心点c的P个邻域点x_p，计算中心点c与各邻域点x_p之间的平均相似度

其中P为预设的，下标p为邻域点x_p的点标识符，

表示中心点c和邻域点x_p之间的信号强度信息的欧式距离；以及将各邻域点x_p的P邻域中的中心点c剔除，得到各邻域点x_p的

个邻域点

下标j为邻域点

的点标识符，再计算各邻域点x_p的平均相似度

其中

表示点x_p与点

之间的信号强度信息的欧式距离，从而得到中心点c的所有邻域点的平均相似度的均值

若

则将当前中心点c记为噪点；

更新噪点的接收信号强度信息为：基于预设的邻域数P，得到噪点的P个邻域点，基于各域点与噪点的位置坐标点之间的欧式距离L_j计算噪点的邻域点的权值

其中j表示邻域点标识符，再基于噪点的所有邻域点的接收信号强度信息的加权和得到噪点更新后的接收信号强度信息；

采用K均值聚类对第三位置指纹库进行聚类处理，并判断各类簇的群数是否不超过群数阈值，若是，则保存当前类簇，否则继续对得到的类簇进行K均值聚类处理，直到得到的类簇的群数不超过群数阈值，从而得到构建好的当前待定位的室内区域的用户位置指纹库；

进一步的，本发明的可携带的智能终端还包括设备管理模块，用于主动发现能共享的健康数据采集设备并提示用户进行设备的连接和生理健康数据的传输。

同时，本发明还公开了基于本发明的可携带的智能终端的一种家庭智慧医疗系统，其包括可携带的智能终端和远程连接的会诊终端；

所述可携带的智能终端还包括远程会诊模块，所述远程会诊模块包括音视频单元、会诊交互处理单元和病历管理单元，其中会诊交互处理单元通过可携带的智能终端的网络通信模块向会诊终端发起会诊请求和处理来自会诊终端的会诊处理请求，以及通过音视频单元、网络通信模块实现与所述会诊终端的远程视频通信；病历管理单元将用户的输入和/或会诊终端发送的病例信息增加到用户病例库中，供用户和/或会诊终端查询，所述用户病例库存储于可携带的智能终端的存储模块；

所述会诊终端包括音视频模块、会诊交互模块、查询模块、病历增加模块和网络通信模块，其中网络通信模块用于实现与可携带的智能终端间的数据交互，会诊交互模块用于处理接收的会诊请求，通过音视频模块实现与可携带的智能终端的用户的音视频通话，查询模块通过会诊终端的网络通信模块向可携带的智能终端发送生理健康数据和/或病历的查询请求，及接收反馈的查询结果；病历增加模块用于生成当前会诊请求的病例并发送给会诊请求端。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过本发明的可携带智能终端为用户提高操作简便、监管准确和高效的自身健康状况监管工具，从而通过基于该可携带智能终端的家庭智慧系统来提升医患之间的服务匹配度，提高患者的就诊效率。

附图说明

图1是本发明的可携带的智能终端的结构示意图；

图2是本发明的家庭智慧医疗系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本发明作进一步地详细描述。

参见图1，本发明的可携带的智能终端包括用户登录注册模块、个人设置模块、健康监测模块、健康预测模块、跌倒监测模块、状态通知模块、网络通信模块、远程会诊模块、设备管理模块和存储模块。优选，生成以完成所述功能模块(用户登录注册模块、个人设置模块、健康监测模块、健康预测模块、跌倒监测模块、状态通知模块、远程会诊模块、设备管理模块)的手机应用程序，用户通过安装该应用程序得到本发明的可携带的智能终端，存储模块直接采用手机的内部存储单元即可。而基于本发明的可携带的智能终端的家庭智慧医疗系统如图2所示，包括可携带的智能终端和远程连接的会诊终端；其中可携带的智能终端通过远程会诊模块向会诊终端发起会诊请求，建立与会诊终端的远程视频通信，以及将会诊终端发送的当前病例增加到本地的用户病例库中；所述会诊终端包括音视频模块、会诊交互模块、查询模块、病历增加模块和网络通信模块，其中网络通信模块用于实现与可携带的智能终端间的数据交互，会诊交互模块用于处理接收的会诊请求，通过音视频模块实现与可携带的智能终端的用户的音视频通话，查询模块通过会诊终端的网络通信模块向可携带的智能终端发送生理健康数据和/或病历的查询请求，及接收反馈的查询结果；病历增加模块用于生成当前会诊请求的病例并发送给会诊请求端，此外，还可以在会诊终端本地或者发送给病历服务器的方式对诊断的用户的病历进行保存，以便于后续的继续诊断治疗。

当用户完成注册/登录后，通过个人设置进行监控模式和状态通知模式的设置，其中监控模式包括全部开启或部分开启对自身的健康预测、跌倒监测及健康监测；通知模式包括通知对象，例如通过手机通讯录等及时聊天工具的联系人进行选择设置或直接添加通知对象等方式，通知方式主要有短消息、语音，视频等方式，通知内容包括用户发生跌倒时，监测到输入的生理健康数据发生异常时，预测结果发生异常时，以及会诊结果等，由用户进行选择。

在本发明的家庭智慧医疗系统中，通过健康监测模块实现系统对用户健康数据的采集、分析和异常报警功能，其中数据的采集可由可穿戴健康设备完成，并通过蓝牙BLE协议传输给智能终端，即若用户开启了设备管理模块，则可自动实现对穿戴健康设备的配对、查询和连接操作，进而启动健康监测模块的数据输入单元读取可穿戴健康设备所采集的用户的生理健康数据，并发送给数据监测单元进行异常检测，若发生异常，则启动异常告警单元进行告警提示，并将生理健康数据及异常监测结果增加到存储在存储模块中的用户生理健康数据库中；若用户设置了对该模块的内容的通知，则当发生异常时，向对应的通知对象发送对应的通知消息。

跌倒检测模块实现系统对用户跌倒状况的智能检测，其中跌倒监测的原始数据由手机内置的三维加速度信息采集获取，在基于采集的加速度信息进行逐级跌倒状态监测处理时，第一、二、三和四阈值的优选值分别为：1.191、3.274、2.945、0.148。当检测到跌倒状况发生时进行异常报警，并对跌倒位置进行定位；若用户设置了对该模块的内容的通知，则当检测到跌倒时，及时向通知对象发送跌倒的通知消息及跌倒位置。

健康预测模块实现对健康数据近期趋势的预测，优选的，以折线图的方式对预测结果进行展示。

当可携带的智能终端的用户需要远程诊断时，则通过远程会诊模块发起请求，医生通过会诊终端处理用户请求后开始远程会诊，在会诊过程中，医生可通过查询模块对用户的实时健康数据进行查询，并通过病例查询功能对用户的历史病例信息进行查询，从而实现对会诊过程的信息辅助；病历增加模块用于生成当前会诊请求的病例并发送给会诊请求端，请求端再将其保存到本地的用户病例库中。

本发明的面向家庭健康的基于可携带智能终端的家庭智慧医疗系统，实现了用户对自身身体状况的健康监测、对跌倒状况的智能检测、对健康趋势的短期预测和对日常疾病的远程会诊，系统的应用将为用户的日常健康管理提供很大的便利，同时也将拉近用户与医疗机构之间联系，使用户在日常家庭生活中即可享受高效快捷的医疗健康服务。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (5)

1.一种可携带的智能终端，其特征在于，包括用户登录注册模块、个人设置模块、健康监测模块、健康预测模块、跌倒监测模块、状态通知模块、网络通信模块和存储模块；

其中，用户登录注册模块用于用户注册和用户登录，当用户注册时，基于注册的用户信息生成用户数据表并存入存储模块中，用户登录时，将用户登录信息与用户数据表进行匹配，若匹配成功，则允许用户登录；

个人设置模块，用于用户开启健康监测模块、健康预测模块、跌倒监测模块和/或状态通知模块；

健康监测模块，包括数据输入单元、数据监测单元和异常告警单元，其中数据输入单元用于用户输入健康数据采集设备采集的用户的生理健康数据并发送给数据监测单元，数据监测单元基于用户的生理健康数据的预设阈值判断是否发生异常，若是，则启动异常告警单元进行告警提示，并将生理健康数据及异常监测结果增加到存储在存储模块中的用户生理健康数据库中；

健康预测模块，从用户生理健康数据库中读取当前用户的生理健康数据进行预测处理，并向用户展示预测处理结果；

跌倒监测模块，包括跌倒监测单元、跌倒位置定位单元和跌倒告警单元；

其中跌倒监测单元包括三维加速度信息采集终端和跌倒监测处理单元，所述三维加速度信息采集终端用于采集用户的加速度信息，得到离散的原始加速度序列，并将定长的原始加速度序列作为原始待检测数据并发送给跌倒监测处理单元；所述跌倒监测处理单元对原始待检测数据进行中值滤波处理，再提取用户的加速度信号向量幅度，并基于所述加速度信号向量幅度，提取用户的特征数据集，包括加速度信号向量幅度的峰值SVMtop，加速度信号向量幅度的最小值与最大值的差值ΔSVM，加速度信号向量幅度的标准差σ(SVM)，以及相对角度变化值Δθ，所述相对角度变化值Δθ为训练样本的最大与最小倾角的差值；并基于预设阈值逐级进行跌倒状态监测处理：判断当前相对角度变化值Δθ是否大于第一阈值，若否，则判定当前用户为非跌倒；若是，继续判断当前峰值SVMtop是否大于第二阈值，若否，则判定当前用户为非跌倒；若是，则继续判断当前差值ΔSVM是否大于第三阈值，若否，则判定当前用户为非跌倒；若是，则继续判断当前标准差σ(SVM)是否小于第四阈值，若否，则判定当前用户为非跌倒；若是，则判定当前用户为跌倒并启动跌倒位置定位单元和跌倒告警单元；

所述跌倒位置定位单元包括接收信号强度采集单元、位置指纹库更新单元、定位处理单元；其中，位置指纹库更新单元用于更新用户待定位的室内区域的用户位置指纹库并存入存储模块中，所述用户位置指纹库包括位置参考点坐标、位置参考点的接收信号强度信息、位置参考点的类簇标签、类簇的聚类中心点的接收信号强度信息；接收信号强度采集单元用于采集当前跌倒位置的接收信号强度信息并发送给定位处理单元，定位处理单元从存储模块中读取匹配的用户位置指纹库，并从各类簇的聚类中心的接收信号强度信息中查找与当前跌倒位置的接收信号强度信息相似度最高的类簇，再在相似度最高的类簇中查找相似度最高的前K个位置指纹，采用加权K近邻算法对K个位置指纹对应的位置坐标进行加权相加，得到跌倒位置的定位坐标；

状态通知模块，用于基于用户设置的设置通知对象、通知方式和通知内容，将匹配的内容通知给所述通知对象，所述通知内容包括用户的生理健康数据及异常监测结果、生理健康数据的预测处理结果、监测到发生跌倒及跌倒位置；

网络通信模块用于可携带的智能终端的网络通信交互；

跌倒监测处理单元中的第一、二、三和四阈值的设置方式为：

采集训练样本集，所述训练样本为人体携带的三维加速度信息采集终端采集的一段离散的原始加速度序列；

对训练样本集进行数据预处理：

对原始加速度信息进行中值滤波处理，再提取加速度信号向量幅度，各采样点的加速度信号向量幅度为当前采样点的三维加速度信息的各维分量的平方和的开方；

提取训练样本的特征数据集：

基于加速度信号向量幅度，提取训练样本的特征数据集，包括峰值SVMtop，差值ΔSVM，标准差σ(SVM)，以及相对角度变化值Δθ；基于K-means聚类的方法训练各特征值的二分判决阈值，得到对应相对角度变化值Δθ、峰值SVMtop、差值ΔSVM和标准差σ(SVM)的第一、二、三和四阈值，所述二分判决表示当前判决对象是否为跌倒状态。

2.如权利要求1所述的可携带的智能终端，其特征在于，将跌倒监测处理单元中的第一、二、三和四阈值分别设置为：1.191、3.274、2.945、0.148。

3.如权利要求1所述的可携带的智能终端，其特征在于，位置指纹库更新单元的更新过程为：

提示用户输入室内平面图，基于室内平面图生成参考点分布示意图并向用户显示，提示用户移动到各参考点附近进行参考信息采集；

用户移动到参考点附近后，开启参考信息采集，采集参考点的位置坐标及其接收信号强度信息，得到初始位置指纹库；

通过多项式曲面拟合的方式增加初始位置指纹库中的位置指纹，得到第二位置指纹库；再查找所述第二位置指纹库中的噪点并更新噪点的接收信号强度信息，得到第三位置指纹库；

其中噪点的查找方式为：遍历位置指纹库中的每个参考点，将当前参考点作为中心点c，基于预设的邻域数P，得到中心点c的P个邻域点x_p，计算中心点c与各邻域点x_p之间的平均相似度

其中P为预设的，下标p为邻域点x_p的点标识符，

表示中心点c和邻域点x_p之间的信号强度信息的欧式距离；以及将各邻域点x_p的P邻域中的中心点c剔除，得到各邻域点x_p的

个邻域点

下标j为邻域点

的点标识符，再计算各邻域点x_p的平均相似度

其中

表示点x_p与点

之间的信号强度信息的欧式距离，从而得到中心点c的所有邻域点的平均相似度的均值

若

则将当前中心点c记为噪点；

更新噪点的接收信号强度信息为：基于预设的邻域数P，得到噪点的P个邻域点，基于各邻域点与噪点的位置坐标点之间的欧式距离L_j计算噪点的邻域点的权值

其中j表示邻域点标识符，再基于噪点的所有邻域点的接收信号强度信息的加权和得到噪点更新后的接收信号强度信息；

采用K均值聚类对第三位置指纹库进行聚类处理，并判断各类簇的群数是否不超过群数阈值，若是，则保存当前类簇，否则继续对得到的类簇进行K均值聚类处理，直到得到的类簇的群数不超过群数阈值，从而得到构建好的当前待定位的室内区域的用户位置指纹库。

4.如权利要求1所述的可携带的智能终端，其特征在于，还包括设备管理模块，用于主动发现能共享的健康数据采集设备并提示用户进行设备的连接和生理健康数据的传输。

5.一种家庭智慧医疗系统，其特征在于，包括如权利要求1、2、3或4所述的可携带的智能终端和远程连接的会诊终端；

所述可携带的智能终端还包括远程会诊模块，所述远程会诊模块包括音视频单元、会诊交互处理单元和病历管理单元，其中会诊交互处理单元通过可携带的智能终端的网络通信模块向会诊终端发起会诊请求和处理来自会诊终端的会诊处理请求，以及通过音视频单元、网络通信模块实现与所述会诊终端的远程视频通信；病历管理单元将用户的输入和/或会诊终端发送的病例信息增加到用户病例库中，供用户和/或会诊终端查询，所述用户病例库存储于可携带的智能终端的存储模块；

所述会诊终端包括音视频模块、会诊交互模块、查询模块、病历增加模块和网络通信模块，其中网络通信模块用于实现与可携带的智能终端间的数据交互，会诊交互模块用于处理接收的会诊请求，通过音视频模块实现与可携带的智能终端的用户的音视频通话，查询模块通过会诊终端的网络通信模块向可携带的智能终端发送生理健康数据和/或病历的查询请求，及接收反馈的查询结果；病历增加模块用于生成当前会诊请求的病例并发送给会诊请求端。

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