[发明专利]一种穿戴式跌倒预测防护系统及其预测方法

说明书

本发明公开了一种穿戴式跌倒预测防护系统及其预测方法。它包括连帽防护衣本体，连帽防护衣本体由内衬和外套组成，内衬和外套之间装有折叠气囊，连帽防护衣本体的上端衣帽内装有头部传感器，连帽防护衣本体的下端腰部处设有控制模块、气体发生器和电源模块，控制模块包括中央处理器和腰部传感器，头部传感器、腰部传感器、气体发生器和电源模块通过导线均与中央处理器连接，气体发生器与折叠气囊连接。本发明的有益效果是：使用六轴惯性传感器对人体腰部和头部进行角度数据采集和联合分析，实现较早预测跌倒；采用基于头腰部角度相关系数阈值、腰部角度阈值以及腰部角速度阈值的跌倒预测算法，提高了预测的准确性，同时能够较早的预测跌倒发生。

技术领域

本发明涉及生物医学工程相关技术领域，尤其是指一种穿戴式跌倒预测防护系统及其预测方法。

背景技术

根据联合国最新标准，老龄化社会是指一个地区65岁及以上人口占总人口数达7％及以上，则视该地区进入老龄化社会。根据2003中国统计年鉴中，对2002年1％人口进行抽样调查，发现65岁及以上老年人口已占调查人口总数的8.16％，表明中国已进入老龄化社会。随着老年人口的增多，社会的养老问题以及老年人的身心健康问题受到越来越多的重视，而跌倒是造成老年人发病和死亡的常见起因，超过1/3的65岁以上老人每年至少摔倒一次。世界卫生组织认为跌倒是老年人慢性致残的第三大原因，65岁以上老人跌倒频率高且伴随有骨折、软组织损伤和脑部伤害等问题。这不仅对老年人的身体健康造成影响，而且会使老年人害怕摔倒，造成心理负担。

目前对于跌倒预测的研究不多，市面上的跌倒预测防护装置也较为少见。王国杰等使用跌倒冲击地面前的合加速度阈值以及合角速度阈值来进行预测，但是达到该阈值时意味着即将撞击地面，留给保护装置的反应时间较为短暂，其次某些动作也会产生相似的加速度值，因而预测效果不好。佟丽娜等采用基于加速度时间序列的隐马尔科夫模型来预测跌倒，但是该算法复杂，不易在穿戴式设备上实现。

由于在运动中人体各部分的活动剧烈程度不同，导致各部分运动数据也有所不同，但同时人体作为一个整体，各部位间的运动又有一定的联系，因而可将人体分为头、胸部、腰部、上臂、下臂、大腿、小腿及足部几段研究。由于腰部最接近重心位置，最能反映人体的运动趋势，因而对腰部的检测必不可少，同时为了避免单一部位对整体运动检测的局限性，有必要再引入其他的观测部位。人体头部对于运动的变化最为敏感，同时头部在日常运动中不可能太剧烈，因为头部剧烈活动会造成头晕等不适现象，因而不会产生太多噪声，但是头部不易携带穿戴式设备。这意味着头部是一个观测运动的理想位置。与之相似的是，手臂虽然也对运动的变化十分敏感，但是手臂参与的日常活动十分复杂，导致干扰较多，不利于观测。胸部与腰部类似，能近似反映人体运动中重心的变化，而且灵活度较低不易产生噪声，但是对于重心变化不大的运动却无法准确反映。腿部在运动中一般活动比较剧烈，因而会产生大量噪声，这对运动的观测不利。从中可以看出单一的观测位置不能全面反映人体的运动，对于人体多部位的联合研究很有必要，理论上，观测部位越多，对运动的检测就越准确，但是观测部位的增多也会影响穿戴的舒适性。AT在对跌倒检测的研究中，将九轴传感器置于人的头部、胸部、腰部、右腕、大腿、右踝六个节点，进行大量模拟实验，发现观测节点越多，对跌倒的检测越准确，但是观测节点超过三个时，准确度只会有微弱的提高，舒适度却有所降低。综合考虑穿戴的舒适性与检测的准确性，将观测节点定为三个以内具有相当高的研究价值。M.N.nyan使用腰腿的角度阈值及角度相关性阈值来预测跌倒，获得了较高的准确度以及700ms的前置时间，但是该算法漏报了有屈腿时的摔倒，这是因为下肢段在跌倒动作中变化较为多样。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种检测准确度高且预测时间早的穿戴式跌倒预测防护系统及其预测方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：