面向老年人跌倒监测设备的研究

官 坤，林建德，冯 涛

（福建工程学院 设计学院，福建 福州 350118）

0 引言

日趋增长的老年人数量俨然已经成为整个社会讨论和关注的日常话题，人们也越来越重视老年人的晚年生活质量。社会老龄化不断加剧，导致老年人缺少看护，摔倒后不能及时救治的问题日益严重。卫生部2007年公布的《中国伤害预防报告》指出原因是跌倒。倒受伤的人数高达2 500 万。老年人跌倒后的总病死率比无跌倒损伤的老人高5倍，跌倒是老年人意外伤害的头号杀手，且后患无穷。为了能够使老人在跌倒后能够得到及时的救助，设计一款符合老人偏好的跌倒警报设备是非常有价值的。

1 研究背景

目前国内外现有的老人跌落检测技术可以分为3类：（1）基于视频检测技术；（2）基于可穿戴式传感技术；（3）基于环境（声音）感知技术[1]。视频监测技术主要是基于图像处理，从人体各种姿势的图像信息中提取信号特征，对不同姿势进行SVM分类，最后利用算法对跌倒、下蹲、坐下等动作进行识别[2]。可穿戴传感技术利用内置的加速传感器对老年人跌倒和活动时的加速度进行数据采集，当加速度达到设定的阈值时就会触发报警[3]。环境感知技术主要是通过音频来识别，提出了一种使用20 kHz超声波检测浴室跌倒状况的方法，并进行了浴室环境中的测试。由于跌倒会造成失重，身体运动速度增大，导致产生多普勒效应，造成反射的超声频率的偏移。根据这一频移判断人是否跌倒[4]。因此本研究的目的是从用户角度出发，采用问卷的形式明确老年人的内心诉求以及对跌倒监测设备的期望，从而优化跌倒监测设备，提升用户的满意度。

2 老年人的需求调研

通过问卷调查的方式进行调研。收集问卷后，对问卷数据进行整理，了解老年人的居家情况、生活方式以及对跌倒监测设备的期望。根据统计结果分析老年人的心理诉求，提出跌倒监测设备的修改方案。调查对象为武汉50岁以上的中老人，本次问卷一共有43份样本。

2.1 老年人居家情况

老年人的居家情况如表1所示。

表1 老年人的居家信息

2.2 老年人对跌倒监测设备的期望

老年人对跌倒监测设备的期望的统计数据如表2所示。

表2 老年人对跌倒监测设备期望

通过以上的数据统计与分析可知，造成跌倒的主要因素是门槛，其中卫生间跟厨房是发生跌倒的高风险区域。对于穿戴设备的辅助功能，大部分受访者更加偏好心率监测，在设计中应当优先考虑添加心率监测模块，提升老年用户满意度。

3 提出设计方案

3.1 系统功能模块

根据调查结果可知受访者偏好穿戴跌倒监测设备，故提出一种智能腕表跌倒监测系统。本系统中，传感器模块采集了用户的运动参数、生理特征参数等数据，将采集的数据通过无线传输发送至上位机，经过分析计算后进行数据处理，当数值达到设定阈值时系统就会触发报警。心率监测模块：采用光电透射测量法。由两个绿色波长的发光LED和一个光敏传感器组成，其原理是基于手臂血管中的血液在脉动的时候会发生密度改变而引起透光率的变化。它可以持续测量心率，计算平均心率，记录最大心率等[5]。

3.2 基于LABVIEW的数据采集仿真

LabVIEW是基于G语言开发的一种具有数据流的逻辑程序，需要搭建好整体的程序架构。对于心率、加速度两个指标，其报警机制都是达到设定的阈值，因此采用LABVIEW进行仿真实验。通过搭建模拟信号创建子VI作为信号输入，然后搭建数据采集程序框图模拟系统报警。心率采集系：创建子VI模拟信号输入，信号输入范围是0～255，这是因为人在非正常情况下心率可以高达250次/min，正常人心率是60～100次/min，因此设定阈值上限为100，阈值下限为60，当输入信号不在60～100，报警灯亮。模拟心率数据采集如图1所示。心率采集系统的程序如图2所示。

图1 心率数据采集

图2 数据采集程序框图

4 结语

随着老年人的身体机能退化，这很大程度上增加了跌倒的风险，因此跌倒监测设备应运而生。基于前期问卷调查，分析老年人的心理状态、生活习惯、居家环境、跌倒监测设备的期望等数据，明确了老年人的心理诉求。在国内外同领域的研究基础上，提出了可穿戴式跌倒手环。本次选择用生物传感器对老年人进行了心率监测，选择传统的三轴加速传感器监测老年人跌倒状况。最后，用LABVIEW搭建了心率监测模块的上位机，显示检测到的仿真参数的波形图。设计智能腕表的目的是为了实时监测老年人的活动状态。当老年人在家跌倒且没人看护的情况下，此报警监测系统显得尤为重要，该系统能够迅速反应并通知提前设置的求助对象，确保老年人能够得到快速有效的救助。