面向阿尔茨海默病患者的随行感知助手设计与实现

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

人口老龄化持续推进，阿尔茨海默病的患病群体规模不断扩大，这类患者认知能力逐步衰退，记忆、方向感、自我判断能力持续下降，走失、意外跌倒、身体指标异常、忘记按时服药等安全事件频发，给家庭照护带来沉重压力。很多家庭难以做到全天候贴身陪伴，专职养老机构资源紧张，专业照护人力缺口较大，单纯依靠人工看护存在响应滞后、无法实时掌握患者身体状态等短板。市面上现有的监护产品大多功能单一，部分设备仅保留定位追踪功能，缺少体温、心率血氧等生理参数同步采集能力，还有一部分健康手环只做生理监测，缺少电子围栏、跌倒识别、服药提醒与紧急求助联动机制，很难同时兼顾健康监护和外出安全防护，并且多数产品告警形式简单，异常信息传递不够直接，适配阿尔茨海默病患者随身使用的一体化感知设备仍然较少。

在此背景下，设计一款轻量化、可随身携带的感知助手具备较强现实价值。该设备将生理感知、姿态识别、定位通信、语音提醒、一键呼叫功能整合在一起，能够在患者外出活动过程中持续采集健康数据，自动识别跌倒、越界、生命体征异常等险情，主动向家属发送带位置信息的告警短信，同时搭配语音求助播报、定时服药提醒与紧急呼叫按键，兼顾被动监测和主动求助两种场景。这套方案可以帮助家属和医护人员远程掌握患者的健康变化与活动位置，缩短险情发现和救援响应时间，降低走失、跌倒失救、慢性病失控的风险，减轻照护者长期紧绷的精神负担。同时该设备采用嵌入式方案搭建，成本可控，佩戴形式轻便，适合普通家庭使用，也能够为社区养老、居家认知症照护提供一种低成本的技术辅助手段，对完善老年智慧照护体系、提升阿尔茨海默病患者居家外出的安全保障水平有着积极作用。

1.2 国内外研究现状

国外针对认知障碍老人监护技术起步较早，欧美、日本等老龄化程度较高的国家，围绕痴呆患者走失防护、跌倒监测开展了大量研究，相关产品和研究方案成熟度较高。不少研究依托惯性传感、卫星定位、蜂窝通信技术开发穿戴式监护终端，部分方案结合机器学习算法提升跌倒识别准确率，产品普遍支持电子围栏、位置告警、双向语音通话，部分医疗级设备可对接医疗机构后台，实现长期健康数据归档与医生随访。日本面向走失问题推出多款小型定位标签，依托社会养老配套体系，把定位设备纳入社区走失搜救服务；欧美商业化产品注重防摘除结构设计，降低患者自行摘下设备的概率。但国外方案大多面向当地通信制式与医疗服务体系，整套设备、配套服务订阅费用偏高，算法与业务框架很难直接适配国内家庭的照护习惯，同时很多产品侧重于定位和跌倒检测，将非接触测温、血氧心率监测、服药定时提醒、现场语音求助全部集成的一体化终端并不多见，功能集成度与本土化适配还有局限。

国内近年在智慧养老、老年穿戴监护方向的研究稳步增多，大量研究聚焦跌倒识别算法、GPS 定位手环、老人紧急呼叫装置，很多高校与企业开发了基于单片机、物联网模块的监护样机，相关成果多集中在单一功能模块上，或是只做定位防走失，或是只实现心率监测、跌倒识别。国内市面上常见的老年手表类产品，多数缺少非接触体温采集，定时服药提醒、摔倒之后本地语音求助的组合功能较少，异常告警方式多依赖 APP 推送，在家属没有打开软件的情况下容易错过险情通知。学术层面很多研究偏向算法优化，重点提升跌倒识别精度，对于面向阿尔茨海默病患者多场景联动告警、短信直连家属、多生理参数同步采集的工程样机研究相对偏少，同时现有产品在兼顾佩戴轻便、操作简单、低成本的条件下，多信号融合监测与多异常统一告警的一体化方案仍有拓展空间，多数设计没有充分考虑患者发病后沟通困难、需要现场向路人求助的使用场景。

1.3 研究内容与方法

本研究以面向阿尔茨海默病患者的随行感知助手为目标，完成整套软硬件系统的设计、开发与联合调试。研究首先梳理目标人群的照护痛点，明确各项监护功能需求，完成整体方案框架规划，围绕生理感知、姿态检测、定位、音频提醒、远程通信、本地交互开展硬件电路设计与搭建，完成各类传感器、音频模块、显示单元、通信单元的电路调试，保证各模块信号采集稳定、通信链路通畅。软件层面编写主控程序，实现多传感器数据定时采集、姿态算法判断、位置边界比对、定时任务计时、按键事件响应、语音播报控制，配置通信协议，实现不同异常场景下的短信告警、数据上传。在调试阶段对体温、血氧心率、跌倒识别、定位越界、定时提醒、紧急呼叫等功能逐项单独测试，再开展整机联调，优化阈值参数，降低误报，最后结合实际佩戴场景验证整套设备运行稳定性，完成系统功能验证。