老年人跌倒檢測(cè)技術(shù)研究

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1、XX學(xué)報(bào)老年人跌倒檢測(cè)技術(shù)研究ResearchonFallDetectionTechnologyfortheElderlyiXX學(xué)報(bào)摘要跌倒重威脅著老年人的健康和生命，提供自由、實(shí)時(shí)的安全監(jiān)護(hù)對(duì)老年人的生活質(zhì)量和生命保證有重大的應(yīng)用價(jià)值和研究意義，本文正是針對(duì)老年人對(duì)跌倒自動(dòng)呼救的需求，圍繞面向老人的便攜式跌倒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)展開應(yīng)用研究，基于跌倒的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，設(shè)計(jì)了跌倒檢測(cè)算法。該跌倒檢測(cè)算法通過對(duì)人體加速度和姿態(tài)的監(jiān)測(cè)，構(gòu)建了基于不同跌倒階段的閾值判斷的跌倒檢測(cè)邏輯。經(jīng)過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該跌倒檢測(cè)算法對(duì)常見的跌倒情況的檢測(cè)準(zhǔn)確率

2、在95%以上，能夠滿足老年人跌倒的危險(xiǎn)情況檢測(cè)需求。關(guān)鍵詞：老年人，穿戴式，跌倒檢測(cè)，慣性傳感器iXX學(xué)報(bào)1緒論1.1研究背景20世紀(jì)后，全世界正以無法想象的速度步入全球老齡化時(shí)代[1]。我國(guó)也于20世紀(jì)末進(jìn)入老齡化社會(huì)，預(yù)計(jì)到2050年將進(jìn)入深度老齡化階段，成為老齡化程度最嚴(yán)重的國(guó)家[2]，這也將從多方面給我國(guó)社會(huì)帶來巨大的壓力和挑戰(zhàn)。在這種情況下，老年人的生活照料、出行等需求日益凸顯，其中體現(xiàn)在安全保健問題尤為突出，主要體現(xiàn)在兩點(diǎn)：第一，老年人身體機(jī)能退化，他們極易意外或因?。ㄓ绕涫切哪X血管疾?。┑?。據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)，約有

3、1/3的65歲老人每年至少跌倒一次[3]，跌倒在老年人死亡原因中的比例高達(dá)25%[4]，跌倒非常容易造成老人骨折、內(nèi)臟震蕩；如果跌倒后得不到及時(shí)救助，會(huì)進(jìn)一步提高致死率和致殘率。跌倒不僅給老年人造成生理上的傷害，還會(huì)帶來心理上的陰影。此外，當(dāng)前社會(huì)老年人跌倒后無人敢攙扶、無人敢救，漸漸成為一種普遍的社會(huì)現(xiàn)象，在這種情況下，跌倒對(duì)老年人更是致命的。如何在信任危機(jī)日益嚴(yán)重的社會(huì)維護(hù)老年人的生命健康權(quán)利，成為日漸重要的議題。因此針對(duì)老年人對(duì)安全保證的迫切需求，利用電子信息技術(shù)解決此問題有著極大的社會(huì)價(jià)值。1.2研究現(xiàn)狀目前，跌倒

4、檢測(cè)算法研究的著眼點(diǎn)包括三點(diǎn)：第一是重點(diǎn)分析臨界階段或沖擊，第二是重點(diǎn)分析跌倒后階段，最后是兩者同時(shí)分析。1)跌倒的臨界階段的研究Wu等人(UniversityofVermont,USA)通過視頻分析人體在跌倒時(shí)特定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)發(fā)現(xiàn)，這些點(diǎn)在跌倒臨界階段的速度為其他有意識(shí)行為的3倍[5]。Charif等人嘗試通過計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)追蹤頭部的運(yùn)動(dòng)，并通過粒子濾波和固定水平和速度閾值方法檢測(cè)跌倒[6]。Noury等人(UniversityofGrenobleinFrance)設(shè)計(jì)了一種佩帶在腋下的自主檢測(cè)裝置，包括加速度計(jì)、一個(gè)傾角計(jì)

5、和一個(gè)振動(dòng)傳感器。檢測(cè)算法特征為速度閾值、從直立到水3XX學(xué)報(bào)平的體位和跌倒后的靜息狀態(tài)[7]。Mathie等人使用位于胸部的三軸加速度傳感器，Hwang等人使用陀螺儀，Bourke和Lyons等人使用雙軸陀螺構(gòu)建閾值算法，在臨界階段檢測(cè)跌倒[8-10]。Tamura等人提出在跌倒早期檢測(cè)成功后，可以釋放安全氣囊保護(hù)跌倒者，但是該系統(tǒng)只能保護(hù)向后跌倒的情況[11]。1)跌倒的沖擊的研究Williams等人在1998年首次描述了佩戴在腰部的跌倒檢測(cè)裝置，主要原理為通過壓電傳感器檢測(cè)沖擊，然后激發(fā)水銀傾角計(jì)檢測(cè)體位[12]。D

6、oughtyetal.繼續(xù)研究了這種方法并由Tunstall(Whitleylodge,Yorkshire,England)公司推向市場(chǎng)[13]。Lindemann等人將三軸加速度傳感器放入助聽器中，通過3個(gè)閾值檢測(cè)跌倒過程中的沖擊：xy平面內(nèi)的總加速度為2g；豎直方向的最大速度為0.7m/s；所有方向的總加速度為6g[14]。2)跌倒后階段的研究在跌倒后階段，人體一般處于平行于地面且靜息狀態(tài)。因此可以通過傾角計(jì)測(cè)量人體姿態(tài)或通過位于鞋底的壓力傳感器檢測(cè)跌倒。但是跌倒后階段的狀態(tài)和被測(cè)者平時(shí)臥床休息的狀態(tài)容易混淆，因此以上

7、的檢測(cè)方法一般需要和其他階段的檢測(cè)方法結(jié)合使用。綜上所述，跌倒是行走過程中常見的危險(xiǎn)事件，目前跌倒檢測(cè)的研究前沿為跌倒檢測(cè)準(zhǔn)確率為90%左右。1.3目前該領(lǐng)域存在的問題（1）跌倒檢測(cè)的準(zhǔn)確率和實(shí)用性還有待提高。目前大多數(shù)跌倒檢測(cè)研究的實(shí)用性不強(qiáng)，檢測(cè)準(zhǔn)確率在90%左右，對(duì)于危害嚴(yán)重的跌倒事件來說，還不足以完全監(jiān)護(hù)使用者的行走安全。因此，跌倒檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)準(zhǔn)確性和還有一定的提升空間。（2）跌倒檢測(cè)算法復(fù)雜難以產(chǎn)品化由于大部分跌倒檢測(cè)算法復(fù)雜，時(shí)效性差，很難工程化，目前市場(chǎng)上也沒有相關(guān)的老年人監(jiān)護(hù)產(chǎn)品，將算法做到簡(jiǎn)單實(shí)用，便于

8、工程化也是本課題的難點(diǎn)。3XX學(xué)報(bào)1.4研究思路本文首先通過分析跌倒運(yùn)動(dòng)的定義及運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，通過對(duì)跌倒進(jìn)行建模，提取特征模式，進(jìn)而通過樣機(jī)平臺(tái)搭建為算法研究提供硬件支持，最后通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證算法的有效性和實(shí)用性。3XX學(xué)報(bào)2跌倒運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)理2.1跌倒的定義與原因“無意識(shí)的倒向地面，或者其他一些未能造成強(qiáng)烈