基于智能化的防跌倒預警及自動呼救產品設計研究

摘" 要：老年人安全問題已成為全球性難題，老人生活系列產品的實用、智能化研究已成為當前的研究熱點。該文通過對比國內外相關產品的研究現狀和發展動態，分析現有產品存在的問題與不足；通過產品研發分析，對跌倒監測產品進行展望；以產品創新為前提，以功能聚焦和適老化為特色，以“互聯網+健康管理”為切入點，設計一款智能防跌倒預警及自動呼救腕環，促進健康老齡化。

關鍵詞：智能化；老年人；“互聯網+”；防跌倒；急救藥盒

中圖分類號：R47" " " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）04-0039-04

Abstract： The safety of the elderly has become a global problem， and the practical and intelligent research of the series of products of the elderly has become the current research hotspot. By comparing the research status and development trends of related products at home and abroad， this paper analyzes the problems and shortcomings of existing products; looks forward to the fall monitoring products through the analysis of product research and development; with product innovation as the premise， with functional focus and suitable aging as the feature， and with \"Internet plus health management\" as the starting point， an smart anti-fall early warning and automatic rescue wrist ring is designed to promote healthy aging.

Keywords： smart; elderly; \"Internet Plus\"; fall prevention; first aid kit

老年人跌倒是指老年人不能控制或非故意地倒在地上或其他較低的平面上， 也可能是遭到猛烈打擊、意識喪失、突然癱瘓或癲癇發作等原因引起的[1]。在我國， 大約有1/3的65歲以上的老年人每年至少跌倒1次[2]。據統計，我國每年因跌倒產生的直接醫療費用在50億元人民幣以上，經濟負擔約為800億元人民幣[3]。跌倒對老年人的危害極大，常表現為并發癥多、預后差、致殘率和病死率高等特點[4]。這不僅嚴重影響老年人的生存質量， 也給其家屬或照顧者帶來了較大的經濟負擔和精神負擔。本文研究的目的是，如何將防跌倒預警、跌倒報警和急救藥盒三者結合起來，采用本產品、親屬和120急救中心“三方聯動”的設計思路，設計一款基于多傳感器的防跌倒預警及自動呼救腕環，有助于更好地保障老年人的生命安全和健康。

1" 國內外研究現狀和發展動態

隨著老年人健康和安全問題日益嚴峻，國內外相關的研究與專利也呈現爆發式增長。經調查、研究國內外相關產品的發展現狀和發展動態，從報警、預警和急救藥盒功能角度對比、分析如下。

1.1" 國內外跌倒報警功能的研究現狀和發展動態

在國內，如大連科技學院設計的“老人之友防跌倒報警手環”通過對人體運動模式的分類、建立合適的坐標系以及一些關鍵技術的應用，設計出一套完善的跌倒檢測系統。手環設計小巧便捷；APP報警設計方便第一時間通知家人，贏得寶貴的救護時間[5]。西安郵電大學劉勃等[6]發明的“老年人運動狀態監測和跌倒報警系統”，通過采集測量人體運動狀態加速度數據監測人體運動姿態變化，依據人體跌倒過程3個階段加速度變化的特點，采用Z軸加速度分量az、三軸合加速度幅值S和加速度幅值標準差D的閾值來判定區分日常活動和跌倒狀態，該監測系統性能穩定、正確率高且輕巧方便，應用前景廣闊。在國外，美國創業公司 HipAir 推出了一種名為“HipAir”的防跌倒腰帶。該腰帶內置的氣墊能夠在用戶跌倒時自動充氣，保護臀部免受傷害。同時，該腰帶還配備報警器，能夠通過手機應用或遙控器告知家人或醫護人員。

1.2" 國內外跌倒預警功能的研究現狀和發展動態

老年人跌倒前進行預警的智能產品國內外皆有涉及，但數量有限。在國內，張玉梅等[7]設計的“新型跌倒風險預警鞋墊”是一種可對足底壓力進行測量并分析的新型跌倒風險預警鞋墊，通過ZigBee實現了傳感器數據的傳輸，并利用神經網絡進行數據分析，能通過獲取足底異常壓力數據，對跌倒風險進行評估，以及時提醒老年人采取跌倒預防措施，降低跌倒發生率。國外學者Shinichiuoh等研發的FiND系統實現根據患者的所有就診記錄自動評估跌倒風險，并自動為患者建立個性化的跌倒防護措施，保障患者安全[8]。

1.3" 嵌入式急救藥盒功能的研究現狀和發展動態

吳帆等[9]設計的基于STM32帶定位動能的老年人急救智能藥盒可通過GPS定位模塊定位，通過SIM900A并插上中國移動電話卡即可與后臺綁定的電話號通信，具有定位、求救等功能，但整體還存在不足之處需要改進。盡管研究人員對上述領域已有較為深入的探索，但國內外在防跌倒可穿戴報警設備上未見嵌入急救藥盒的相關發明項目，未能將此裝置和技術融于一體更好地應用于腕部設備。

綜上所述，現有國內外在可穿戴設備上，同時具備防跌倒預警和跌倒報警功能的電子設備少之又少，未見防跌倒預警功能應用在腕部設備上，尚未有一款裝置及技術能很好地將其結合。老年人在使用現有腕部電子產品過程中，依然存在無法提前預防摔倒，更加存在在跌倒后誘發基礎疾病時出現手邊無藥的困境而帶來的巨大風險。因此，開發一款攜帶急救藥盒的防跌倒預警及自動報警的產品迫在眉睫。

2" 產品研發分析

2.1" 政策分析

在2015年的十二屆全國人大三次會議上，政府工作報告中首次提出了“互聯網+”行動計劃，該計劃充分考慮了我國的經濟發展情況、人民大眾對現代互聯網的需求，將移動互聯網與三大產業未來發展方向及大數據、物聯網相結合，促進互聯網行業和企業良性發展[10]。同年，國務院發布《關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》中提出支持智能健康產品創新和應用，鼓勵健康服務機構利用云計算、大數據等技術搭建公共信息平臺， 提供長期跟蹤、預測預警的個性化健康管理服務[11]。《“健康中國2030”規劃綱要》強調推進健康中國建設， 推動健康科技創新， 建設健康信息化服務體系。在“互聯網+”模式的助力和5G技術的創新發展下，促進智能化適老化產品的革新和智慧健康養老產業的發展。

2.2" 市場分析

在淘寶、天貓、京東、唯品會和拼多多等平臺搜索“跌倒”類產品，發現有 30 多類相關產品。國內外市場上雖有一些類似功能的智能手環，高端產品如 Fitbit、Apple Watch、華為等，均具有呼救功能，主要有聲音呼救、家屬聯系呼救，但不具備120呼救功能，且這些產品功能繁雜，聚焦不突出，價格昂貴；普通產品存在跌倒檢測準確率不高、誤報率高，導致頻繁誤報警情的情況；SOS求救功能不夠快速和及時，不能在最短時間內聯系到監護人或醫院；雙向語音通話質量不佳，信號不穩定等。且在設計上未見具備防跌倒預警功能，不能很好地在老年人發生跌倒前通過對周圍環境的識別進行監測預警來預防跌倒的發生。此外，更未嵌入急救藥盒，以解決老人發生跌倒后因為身邊無搶救藥而無法進行自救等問題。在規避事前風險和功能聚焦的設計上，特別是在藥物急救的安全保障環節存有缺陷。

2.3" 需求分析

應用便利抽樣，采用自編的“老年人跌倒現狀及防跌倒需求調查”對100位老人進行調查（年齡在65～80歲），發現100位老人中老年人跌倒發生率12.6%，其中多為70歲以上的老年人；老年人渴望擁有便攜式防止跌倒產品，且在跌倒時能夠及時得到幫助和救助。基于此，設計一款可以對周圍環境進行實時監測預警以及通過緊急報警使老人及時獲得救助的產品是迫切需要的。

3" 產品創新點與特色

3.1" 創新點

1）具備防跌倒預警功能：產品在具備跌倒報警功能的同時，具備防跌倒預警功能，在提升老年人在日常生活中的安全性的同時，可從源頭上減少跌倒等意外事件的發生率。

2）求救過程有保障：在設計上考慮到孤寡老人和特殊群體，因其無親屬、親屬少或親屬可能錯過電話，以及佩戴者跌倒后極有可能處于無意識的特殊情況，會自動聯系120急救中心，求救過程更具保障。

3）急救藥盒功能：自帶腕上急救藥盒，規避了老年人出門在外突發疾病而手邊無藥、無法獲得救助的風險。

3.2" 特色

1）將醫學與工科相結合：產品的設計思路，打破傳統的因出現風險而被動應對風險的設計思路。而是在規避事前風險的同時，對事后風險有對應的現場、遠程的施救和求救措施；在避免占用公共資源和醫療資源事件發生的同時，具備摘除報警功能；將防跌倒預警、跌倒報警、急救藥盒三者結合起來的同時，實現本產品、親屬和120急救中心的“三方聯動”。

2）具有適老化特征：本產品具有適老化特征，在不過度追求功能多樣化的同時，以功能聚焦、操作便捷、價格親民為設計初衷。

3）互聯網+健康管理：本項目擴展性強，按照“互聯網+健康管理”的可拓展模式，未來可持續升級，在建立健康電子檔案的同時，實現精準健康管理。

4" 智能防跌倒預警及自動呼救腕環設計成果展示

鑒于此，設計了一款名為“守護者”——防跌倒預警及自動呼救腕環，其主要功能包括：防跌倒預警、跌倒自動報警、SOS按鍵報警和急救藥盒。用于幫助老年人在減少跌倒風險的同時，可緊急報警、自救，贏得寶貴的黃金救援240 s，從而挽救生命。

“守護者”——防跌倒預警及自動呼救腕環的工作路徑如圖1所示。

4.1" 防跌倒預警

基于超聲波傳感器技術，用信號處理技術提取有用信息，設定閥值比較，判斷是否摔倒，實現對佩戴者所處環境的實時監測和預警，及時探測到跌倒風險，并給出警示。

4.2" 跌倒報警

跌倒報警模塊，采用“三方聯動”的方式：即“守護者”、家庭親屬、120急救中心，實現同時報警功能。同時，具備雙向語音通話功能和單向視頻通話，便于救助方進行遠程喊話。跌倒報警，具備自動報警、按鍵報警和摘除報警功能。

其中，自動報警模塊采用加速度傳感器，安裝于腕環內部，通過將加速度數據傳輸至算法處理器，進行分析處理后進行閾值比較，進一步判斷、確認是否為跌倒事件；確認跌倒后，腕環觸發高音頻的報警聲，同時通過內置的通信模塊將求救信息同時發送給腕環的預設號碼。當遇到孤寡老人和特殊群體，因其無親屬、親屬少或親屬可能錯過電話，以及佩戴者跌倒后極有可能處于無意識的特殊情況時，腕環會自動聯系120急救中心，以短信的方式發送求救信息，同時撥打120 號碼，自動語音播報求救信息后，切入雙向語音通話功能，為救護車到達現場贏得黃金救助時間。在防摔設計方面，腕環配有聚碳酸酯（PC）材質的保護殼，這是一種具有高強度、高韌性、低成本、抗沖擊能力強的材質，可有效保護腕環不易碎裂。

4.3" 急救藥盒

急救藥盒，在設計中本著易尋、便攜、防丟、易取和歸位的原則，做到“觸手可及”。藥盒采用醫用級別聚丙烯（PP）材料，該材料較同級材料具備防潮、隔熱和保溫功效。藥盒上標注藥物的具體名稱（如：硝酸甘油或速效救心丸等）。當觸發報警后，會以“藥盒取藥”的提示聲音和屏顯的雙重方式提示使用者用藥或路人協助老人用藥，當藥盒取出后，“藥盒取藥”字樣的屏顯及提示音也隨之消失。

5" 結束語

目前，現有智能防跌倒腕部產品在跌倒報警相關功能的應用上已經有了較為深入的探索，具有良好的實現性和實用性，但設計思路仍停留在被動應對解決的功能上，在規避事前風險和功能聚焦的設計上，特別是在藥物急救的安全保障環節存有缺陷。而“守護者”——防跌倒預警及自動呼救腕環的設計，能在規避事前風險的同時，對事后風險有對應的現場、遠程的施救和求救措施；在避免占用公共資源和醫療資源事件發生的同時，具備摘除報警功能；將預警、報警、急救藥盒三者結合起來的同時，實現“守護者”、親屬和120急救中心的“三方聯動”，有助于更好地保障老年人的生命安全和健康。以“互聯網+健康管理”為切入點，更好地服務于“互聯網+護理服務”大方向，逐步實現精準健康管理，促進健康老齡化。

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