移動醫療下的智能可穿戴設備健康智能帽的研究

遼寧中醫藥大學信息工程學院 何 丹 秦亞芳 梁盈瑩 馬漸程 陳 娜 燕 燕

健康智能帽是一款新型智能按摩帽，采用按揉、點刺、梳發三種按摩手法，解決了傳統按摩帽的單一按摩模式問題。帽子采用雙層結構，內襯呈排狀設有若干通孔，便于精確按摩到頭部穴位；內部設一個智能監測器、紅外線溫感系統，外部設有一個微型儲藥盒、仿生按摩釘。該智能按摩帽可一邊智能按壓頭部穴位，一邊可以用精油輔助護理，并且可以采用移動端對按摩帽操作。本新型設計結構簡單，以高頻振動、智能氣壓、溫熱和智能監測系統四位一體，由緊實、持續性的氣壓對頭部進行針對性按摩，不僅滿足身體疾病護理要求，有效緩解各種頭部健康問題，如失眠、頭痛、脫發等；改善大腦頭部的血液循環，幫助大腦快速舒緩壓力和緊繃感，舒緩心情。

近年來,人工智能在輔助中醫病證診斷、臨床治療等方面有較好的應用效果,運用人工智能技術有助于實現四診信息客觀化、臨床治療智能化和健康管理規范化,促進中醫藥現代化進程，“治未病”意識日趨強烈。健康智能帽即通過人工智能技術與中醫診斷相結合,充分發揮人機互通,數據共享等優勢，為使用者制定適宜的按摩方法及提供相應的病理檢測，便于人類對自身生活方式及時進行調整以防止疾病發生。健康智能帽中還擁有一個儲放精油的空間，按摩頭部的同時釋放藥性以便更好達到放松頭皮的效果。將健康智能帽產品與移動手機端APP通過藍牙端相連接，使用者可根據自身喜好在移動手機端實現對帽子的智能控制及對自身基本頭部健康情況的基本了解。輕便易攜的帽子外形在滿足日常美觀遮陽的同時，還可隨時隨地為使用者進行舒適的頭部按摩，在車水馬龍的現代社會中亦是緩解壓力放松身心的利器。

1 健康智能帽研究現狀

按摩技術最早出現可以追溯到遠古時期，在中華歷史演變過程中不斷蓬勃發展，可見對于身體按摩的需求自古以來就一直存在。近幾年來全球按摩儀器市場的穩步增長也證明了，在按摩儀器方面的市場前景非常可觀。

健康智能帽產品通過中醫療法和智能按摩設備相結合，可以方便快捷地進行隨時隨地的按摩。本產品極具特色地針對頭部進行按摩，滿足當下社會快節奏生活對按摩儀器的新要求，能夠大幅度緩解用戶精神壓力，達到放松身心的按摩目的。而隨著我國人口老齡化的進程加速和大眾對按摩產品需求的不斷增長，我國的按摩儀器市場將會不斷發展壯大。

2 健康智能帽需求分析

現今的社會情況下，人們的就業壓力越來越大，競爭力越來越激烈。人們的 身體已經越來越不堪重負，頭痛成為了很多人的身體疾病。而我們的健康智能帽在這種情況下，有充分市場，強烈的需求，我們的按摩帽傳承中醫傳統文化，能夠代替人工按摩，不僅能幫助當今壓力大的年輕人士緩解社會壓力，而且幫助中老年人群、亞健康人群實施自助式日常保健，同時具有不錯的治療效用，能夠滿足消費者提升健康生活品質的持續性需求，具有巨大的市場潛力。

3 健康智能帽的功能和特點

健康智能帽外觀時尚簡約，做工精良。在外觀上，健康智能帽在帽子里面安裝的智能頸椎按摩器主要是環形的形狀，因為人體頸椎大致形狀為環形，且其參考人體頸椎大小，人在使用時可以獲得更高的舒適感。健康智能帽摒棄了普通頸椎按摩器體積大、不方便攜帶的缺點，它設計成漁夫帽、棒球帽的外形及大小，重量相對較輕，方便攜帶，且按摩效果不會絲毫削減。工作時，外殼由塑料材料制成。按摩器本身重量減輕，頸部的壓迫感不明顯。開關按鈕放置在環體右側，通過自身遙控實現智能控制，用戶可以選擇按摩方式及按摩時間等。

3.1 主要功能

（1）健康智能帽具有突出的恒溫熱敷功能。其通過物理設計可以給帽子加熱，人體在佩戴時可以使帽子自動加熱到38～42℃的人體舒適溫度。它能刺激人體頭部的后部受力程度，使頭部按摩器的氣壓按摩舒緩頭部。健康智能帽的按摩氣囊，可針對頭部主要穴位進行按摩，且力道、穴位把控非常到位。按摩頭部可以對頭部穴位產生刺激性，提神醒腦，緩解疲勞。當感到輕微頸部僵硬時，可采用頸椎熱敷和低頻電脈沖充放電，使癥狀得到有效緩解，穩定到一定程度。

（2）健康智能帽具有穴位按摩功能。在頭部，密布著許多穴位，每個穴位都有特定的作用和功效，了解經絡與穴位的位置、作用，可以更好地發揮頭部按摩的養生祛病作用。健康智能帽主要實現百會穴、風府穴、角孫穴、四神聰等穴位按摩。

（3）健康智能帽有特色的紅外遙控功能，因為紅外線遙控電池壽命好，在紅外遙控方面，健康智能帽按摩儀操作相對簡單，用戶拿到后即可使用。在電池壽命方面，健康智能帽采用環保鋰電池作為供電支撐，平均使用壽命為2～3年。健康智能帽可以根據用戶使用需求進行按摩時間設置，自動默認按摩時間為15min。

3.2 主要特點

健康智能帽作為一種比較智能的可穿戴設備，具備可移動性、可穿戴性、可持續性、簡單操作性、可交互性五大基本特征：

（1）可移動性：健康智能帽體積較傳統的智能帽體積小，攜帶方便。

（2）可穿戴性：以人體為載體，可以更加深刻且清楚的感受到人體所需，具有較好的人機和諧性。

（3）可持續性：可使用移動電源為其續航，時刻保持著為人們服務的狀態，且使用壽命也較長。

（4）簡單易操作：健康智能帽app界面簡單美觀，操作簡便，且安全隱患極其小。

（5）可交互性：健康智能帽可以通過藍牙與手機連通，自動傳輸數據，給使用者提供直觀有用的數據，真正意義上做到實時監測、健康指導。

4 健康智能帽系統實現技術依托

4.1 內部所需技術

我們可以利用阿里云數據服務搭建數據云平臺，利用對分支和約束聚類算法、遺傳聚類算法、隨機松弛算法、谷點搜索聚類算法、子空間聚類算法和基于核的算法等算法進行模式識別下的數據分析。

4.2 開發技術

智能按摩帽擬依托Java web、JSP技術及應用JDK、Tomcat、ADT、Eclipse（含插件My Eclipse）Android-sdk（軟件開發工具包）等軟件進行手機應用平臺開發。技術線路圖如圖1所示。

圖1 技術路線圖

4.3 人機交互技術

健康智能帽運用了人機交互技術，通過人腦與手機之間的相互連通，從而實現人與計算機之間的信息交流，健康智能帽通過腦電波交互技術來獲取數據，又由于健康智能帽與生活更貼近，交互頻率更高，從而更需要關注用戶在日常使用中的便利性，而不是在操作這些設備上浪費太多時間。因此，先進的交互技術不斷涌現，使健康智能帽更加貼近用戶的生活，最終實現一種以人為本、自然互動、適合身體的交互。

4.4 無線通信技術

健康智能帽依托手機（移動端）來接收數據和進行數據分析最后反饋給用戶，具有高性能、低功耗等優點，健康智能帽主要通過WiFi和藍牙于手機進行連接。

4.5 傳感器技術

傳感器技術是實現自動檢測和自動控制的首要環節，也是健康智能帽的關鍵器件之一。健康智能帽主要運用了生物傳感器和環境傳感器，以此來實現監測和提醒功能。

5 健康智能帽的APP實現

為方便用戶使用及實時操作，我們設計了健康智能APP（圖2、圖3），可以通過與手機端相連實現遠程控制，共分為三個模塊，詳情如下。

圖2 健康智能帽APP登錄預覽圖

圖3 健康智能帽APP效果預覽圖

（1）功能模塊：用戶可以根據自身需求設置按摩模式，有按揉、點激、疏發等多種模式選擇；也可以選擇按摩時間，可以選擇五分鐘、十分鐘、十五分鐘不等；健康智能帽可以實現溫感檢測功能，更準確監測體溫感受變化做出相應按摩調整，以便更有效滿足用戶的使用需求。

（2）控制模塊：內部裝有可拆卸電動按摩梳，并設有紅外線感應器。帽子內部具備一個智能監測系統，對用戶按摩時間、按摩模式等進行跟蹤反饋并自動生成報告，給用戶以更全面、舒適的體驗感。

（3）執行模塊：用戶根據自身需要，事先調節好帽子大小進行佩戴，按下開關鍵即可進行按摩操作。按摩開始后，給用戶頭部提供可調頻率的同時可定時關閉的振動按摩。

6 健康智能帽的創新點

6.1 美觀舒適合二為一

市面上頭部按摩器很多，但普遍存在使用范圍狹窄，按摩手法、使用功能單一的不足，并且由于外形與重量的限制,基本上只能在家中使用。本款中醫健康智能帽拋棄了傳統頭盔外殼，采用日常常規佩戴的棒球帽、漁夫帽造型，在保證了便攜美觀的同時，又滿足了按摩、放松的需求。

6.2 專業技術輔以支撐

根據傳統中醫按摩手法、針灸推拿技術為健康智能帽設定了按揉、點激、梳發三種功能，適用于各類人群。通過緊實的智能氣壓按摩，幫助大腦舒緩壓力和緊繃感，可達到行氣暢、活血通、供氧足等功效，對于脂溢性脫發還有一定的改善效果。

6.3 監測功能直觀易懂

帽子與外殼及外殼與內襯之間設有間隙，內襯設有呈排列狀的若干通氣孔，使用過程中可摸擬手指對相關頭部穴位精準按摩，媲美真人按摩手法。帽子內部具備一個智能監測系統，可自動檢測頭皮收縮狀況、毛囊健康狀況，油脂菌群代謝平衡狀況和頭部血管運動功能和頭部神經功能等，并且在檢測完畢后自動生成檢測數據供用戶了解。 通過APP端與手機相連,讓用戶足不出戶，就能了解自己的頭皮情況。

結語：隨著現代生活方式和生產方式的改變、生活環境的變化，人們的壓力也不斷增大，這就導致越來越多的人處于亞健康的狀態。長期處于這樣的狀態，對人的身體、心理以及睡眠等各方面都會產生不利的影響，因此，我們應對其進行正確的干預。頭部按摩不失為干預亞健康的一種很好的方式。我們所設計的健康智能帽將傳統按摩與人工智能相結合，在秉承中醫傳統文化的同時,融入了現代化科學技術。頭部按摩不失為干預亞健康的一種很好的方式。我們所設計的健康智能帽將傳統按摩與人工智能相結合，在秉承中醫傳統文化的同時，融入了現代化科學技術。同時，還有著便攜美觀的外觀設計。是在對傳統頭部按摩儀的改進上取得的創新成果，使得頭部按摩更加地貼近人們地生活，便于用戶的使用。根據近年來國內民眾在健康智能醫療設備上的消費情況，不難判斷未來市場發展走勢。可以預期，本文研發的健康智能帽一旦上市，其優秀的市場競爭力將不容小覷，其在國內市場的銷售空問也必然寬廣并可以在信息技術迅速發展的潮流中嶄露頭角并發揮不可替代的作用。本文的研究也為未來健康智能帽的發展和改進奠定了一定的基礎。