CN114668391A - 一种老人摔倒判断设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种老人摔倒判断设备，设备包括：与中控芯片相连的脑电传感器、肌电传感器、陀螺仪和压力传感器；脑电传感器用于接收用户脑电信号，肌电传感器用于接收用户上肱骨及股四头肌的表面肌电信号，压力传感器用于接收用户手臂及大腿外侧的压力信号；中控芯片用于接收并处理脑电传感器、肌电传感器和压力传感器的信号，判断用户是否摔倒。本发明的设备及方法能够使用多传感器结合多数据进行分析，避免了用户有摔倒趋势但站稳或误判摔倒的情况。

Description

一种老人摔倒判断设备及方法

技术领域

本发明属于监护设备技术领域，具体涉及一种老人摔倒判断设备及方法。

背景技术

中国疾病监测系统的数据显示，跌倒已成为我国65岁以上老年人因伤致死的首位原因。老人摔跤后可能会导致脑出血，由于脑部可能会受到严重的撞击，甚至会引起头晕或者是出现了中风的危害，对人的健康会有很大的影响，老年人如果摔倒了以后没有及时去搀扶，可能会引起晕厥或者出现心绞痛的产生。

目前国内外已经有较多的老年人摔倒识别研究与方法，但是对于摔倒的判定存在一定的误差，容易造成误判给家人带来不必要的担心。

因此需要一种能够精准判断老年人是否摔倒的设备和方法，并能够及时对老年人的摔倒提供报警处理。

发明内容

基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种老人摔倒判断设备及方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种老人摔倒判断设备，设备包括：

与中控芯片相连的脑电传感器、肌电传感器、陀螺仪和压力传感器；

脑电传感器用于接收用户脑电信号，肌电传感器用于接收用户上肱骨及股四头肌的表面肌电信号，陀螺仪用于接收用户的加速度和角速度信号，压力传感器用于接收用户手臂及大腿外侧的压力信号；

中控芯片用于接收并处理脑电传感器、肌电传感器、陀螺仪和压力传感器的信号，判断用户是否摔倒。

作为优选方案，设备还包括血压、心率、脉搏和血氧检测器，与中控芯片连接。

作为优选方案，设备还包括GPS定位器和通讯器，与中控芯片连接。

另一方面，本发明还提供一种老人摔倒判断方法，应用于上述任一项的设备，方法包括：

检测用户脑电信号和肌电信号，测算脑电信号大幅度波动的峰值时刻和肌电信号变化的开始时刻的时间差，若时间差满足预设反应时间范围，则满足第一摔倒预判条件；

以预设时间间隔检测肌电信号，若连续若干个预设数量的肌电信号差值均大于预设肌电差值，则满足第二摔倒预判条件；

采集用户的人体加速度变化值和角速度变化值，若人体加速度变化值和角速度变化值均大于预设摔倒加速值，则满足第三摔倒预判条件；

采集用户的压力值，若压力值阶跃至大于预设压力值，则满足第四摔倒预判条件；

当第一至第四摔倒预判条件同时满足时，判定用户摔倒。

作为优选方案，方法还包括：

若检测到用户摔倒，检测压力信号是否已经持续预设摔倒时间超过预设压力值，若否则记录用户摔倒事件，若是则判定用户无法自主站起。

作为优选方案，方法还包括：

若检测到用户摔倒，且检测到用户心率、脉搏异常，则向医院或远程终端报警。

作为优选方案，预设反应时间差设为0.2ms。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

（1）本发明的设备及方法能够使用多传感器结合多数据进行分析，避免了用户有摔倒趋势但站稳或误判摔倒的情况。

（2）本发明的设备及方法能够在用户摔倒后判断用户体征，从而在用户出现危机情况时及时发出警告。

附图说明

图1是本发明实施例中老人摔倒判断方法的流程图；

图2是本发明实施例的脑电信号示意图；

图3是本发明实施例的正常行走的压力信号示意图；

图4是本发明实施例的摔倒的压力信号示意图；

图5是本发明实施例中预警等级的判断流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

实施例：本实施例的一种老人摔倒判断设备，包括脑电传感器、肌电传感器、陀螺仪、压力传感器和中控芯片。

其中脑电传感器用于采集用户脑电信号；肌电传感器放置于手臂上肱骨和大腿的股四头肌上，用于采集上肱骨和股四头肌的表面肌电信号；陀螺仪用于采集用户人体的加速度和角速度变化值；压力传感器放置于用户手臂及大腿外侧，用于采集手臂及大腿外侧所受到的压力。中控芯片用于接收脑电传感器、肌电传感器、陀螺仪、压力传感器的数据并对其进行分析判断。

基于上述结构的设备，本实施例还提供一种应用于该设备的老人摔倒判断方法，方法流程如图1所示，包括如下步骤：

检测用户脑电信号和肌电信号，当检测到用户的脑电信号突然出现大幅度、激烈的变化时，说明老人的情绪出现了明显的波动，同时肌电传感器实时采集手臂上肱骨和大腿的股四头肌上的肌电信号。测算脑电信号大幅度波动的峰值时刻和肌电信号变化的开始时刻的时间差，设定一个预设反应时间范围，大致处于0.2s左右。若时间差满足预设反应时间范围，则可判断用户在情绪有明显波动的情况下做出了动作，如图2所示，当脑电信号大幅度波动的峰值时刻和肌电信号变化的开始时刻的时间差近似等于0.2s时，初步判断用户存在摔倒的风险，但不一定会摔倒，因此先设置为满足第一摔倒预判条件。

当老人处于过度兴奋状态，此时脑电信号与肌电信号的变化也会符合第一摔倒预判条件，为了避免误判，进行如下所示的第二摔倒预判条件：

肌电传感器以预设时间间隔检测肌电信号，当人体执行某一动作时，例如握手、坐下、走路等，手臂或者大腿产生的肌电信号有明显的变化，因此每隔预设的时间间隔（本实施例中优选为10ms）对大腿和手臂采集肌电信号。为了避免因老年人有时会不自主抽搐一下，产生的误差信号影响摔倒判定，将每次采集到的肌电信号数据减去前一次肌电信号数据则形成一个差值数据。具体的，可以将大腿的肌电信号差值记为Y_n(n=1、2、3…)，手臂的肌电信号差值记为X_n(n=1、2、3…)。若连续若干个预设数量的肌电信号之间差值均大于预设肌电差值（本实施例中优选为连续五个差值），则判定老人在受到惊吓时，做出了大幅度动作，可能存在摔倒的风险，但不一定真正摔倒，因此设置为满足第二摔倒预判条件；

接下来通过人体加速度和角速度协同判断老实人是否摔倒，通过陀螺仪采集用户的人体加速度变化值和角速度变化值，若人体加速度变化值和角速度变化值均大于预设摔倒加速值，则满足第三摔倒预判条件；

而有时，虽然老人即将摔倒，但可能及时扶住身边的支撑物或被周围人看到并搀扶住，阻止了本次摔倒的发生，此时第一至第三摔倒预判条件是满足的。为了避免这种误判，提高摔倒判定的精确性，通过压力传感器采集用户手臂和大腿外侧的的压力数据，进行第四次判定。

通过大量实验数据的分析和处理数据形成的压力波形图表明，当人正常行走时，压力波形在一个定值上下波动。将连续的20个采样值作为一组数据，对其取均值，绘制出正常行走的波形图如图3所示，经过计算分析可得在正常行走时压力值十分稳定。通过多次试验记录摔倒的压力值可得，压力片由于受到巨大的冲量，导致附近的几个采样点的数值明显上升且发生剧烈震荡，最后稳定在高于正常行走的压力值范围。用相同的方法对摔倒波形图分析，如图4所示，可以看出在摔倒时间点附近产生的波形近似于阶跃信号，因此若压力值阶跃至大于预设压力值，则设置为满足第四摔倒预判条件；

当第一至第四摔倒预判条件同时满足时，判定用户摔倒，而如果任一摔倒预判条件不满足，则判定用户未实际摔倒。通过四个摔倒预判条件的设置，能够有效避免误判，真正判断出用户实际摔倒事件，从而避免误判报警给用户家人带来不必要的担心。

作为一种改进，本实施例的设备还包括血压、心率、脉搏和血氧检测器，还包括GPS定位器和通讯器，均与中控芯片连接。该设备还设有四个等级的预警模式，几个预警等级的判断示意图如图5所示：当未检测到用户摔倒时，稳定为第一预警模式。当检测到用户摔倒，但压力传感器已经降低至预设压力值，即用户已经站起，且血压、心率、脉搏和血氧数据均正常时，设置为第二预警模式，记录本次摔倒事件，并向监测的远距终端发送摔倒信息。当检测到用户摔倒，且通过压力传感器数据发现用户长时间无法站起，则设置为第三预警模式，向监测的远距终端报警，并呼叫附近的医院救助。若检测到用户摔倒以后血压、心率、脉搏、血氧出现异常，情况危急，则设置为第四预警模式，向监测的远距终端报警，并呼叫附近的医院救助及发送GPS定位。

上述改进能够及时监督老人的身体健康指标，实时监测老年人的血压、心率、脉搏、血氧。嵌入的GPS定位器，能够记录老人所在位置的经、纬度，并通过通信器与上位机（监测的远距终端）进行实时通信。针对老人是否摔倒以及身体指标是否到达建立了危险等级仲裁系统。该系统主要通过分析测得数据，将老人当前身体状况由安全到危险分为若干个等级，且根据危险等级自动做出相应举措。

应当说明的是，上述实施例仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种老人摔倒判断设备，其特征在于，所述设备包括：

与中控芯片相连的脑电传感器、肌电传感器、陀螺仪和压力传感器；

所述脑电传感器用于接收用户脑电信号，所述肌电传感器用于接收用户上肱骨及股四头肌的表面肌电信号，所述陀螺仪用于接收用户的加速度和角速度信号，所述压力传感器用于接收用户手臂及大腿外侧的压力信号；

所述中控芯片用于接收并处理所述脑电传感器、所述肌电传感器、所述陀螺仪和所述压力传感器的信号，判断用户是否摔倒。

2.如权利要求1所示的一种老人摔倒判断设备，其特征在于，所述设备还包括血压、心率、脉搏和血氧检测器，与所述中控芯片连接。

3.如权利要求1所示的一种老人摔倒判断设备，其特征在于，所述设备还包括GPS定位器和通讯器，与所述中控芯片连接。

4.一种老人摔倒判断方法，应用于权利要求1-3任一项所述的设备，其特征在于，所述方法包括：

检测用户脑电信号和肌电信号，测算所述脑电信号大幅度波动的峰值时刻和所述肌电信号变化的开始时刻的时间差，若所述时间差满足预设反应时间范围，则满足第一摔倒预判条件；

以预设时间间隔检测所述肌电信号，若连续若干个预设数量的肌电信号差值均大于预设肌电差值，则满足第二摔倒预判条件；

采集用户的人体加速度变化值和角速度变化值，若所述人体加速度变化值和所述角速度变化值均大于预设摔倒加速值，则满足第三摔倒预判条件；

采集用户的压力值，若所述压力值阶跃至大于预设压力值，则满足第四摔倒预判条件；

当所述第一至第四摔倒预判条件同时满足时，判定用户摔倒。

5.如权利要求4所述的一种老人摔倒判断方法，其特征在于，所述方法还包括：

若检测到用户摔倒，检测所述压力信号是否已经持续预设摔倒时间超过所述预设压力值，若否则记录用户摔倒事件，若是则判定用户无法自主站起。

6.如权利要求4所述的一种老人摔倒判断方法，其特征在于，所述方法还包括：

若检测到用户摔倒，且检测到用户心率、脉搏异常，则向医院或远程终端报警。

7.如权利要求4所述的一种老人摔倒判断方法，其特征在于，所述预设反应时间差设为0.2ms。

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