CC BY
63
Система обеспечения безопасности человека на базе набора датчиков и смартфона
Аксёнов К.В, Ясова Т. А.
Московский государственный институт электроники и математики
Кафедра ИТАС
Введение
За последние 3 года произошел прорыв на рынке медицинского программного обеспечения, имеющего название «mHealth1». По прогнозам уже в течении ближайших двух трех лет количество программных продуктов по этому направлению превысит 700.000. У многих из нас есть близкие люди за которых мы волнуемся, чье здоровье находится не в самом лучшем состоянии, и мы бы хотели максимально обезопасить их. Развитие технологий в области медицины очень востребованы. В последние 10 лет человечество совершило гигантский прорыв в развитии технологий. Компьютеры стали в разы мощнее, появились новые виды датчиков, устройства стали меньше, их работа стала более продуктивна. В данной статье будет рассмотренная связь между медициной и компьютерными технологиями. Сейчас мы уже не представляем своей повседневной жизни без мобильного телефона. У каждого из нас находится в кармане небольшой компьютер, чьей мощности вполне хватит для решения достаточно серьезных вычислений. Количество людей, обладающих мобильными телефонами за последние 10 лет резко выросло, а, следовательно, и рынок мобильных приложений также получил огромное развитие.
О проекте
Данный проект рассматривается как система обеспечения безопасности человека, на базе смартфона и комплекса датчиков. Устройство, принимающие решения - является смартфон на базе OS Android. Эта OS была выбрана не случайно. За последние 3 года произошла революция на рынке смартфонов. Еще в начале 2010 года смартфоны с этой платформой занимали около 9% рынка, когда в середине 2011 занимают больше 41%. Данная OS является открытой и достаточно легко поддается программированию. В качестве версии был выбор в пользу 2.2, так как она является самой распространенной, и последующие версии (2.3.х) поддерживаю приложения от предыдущей.
Датчики для снятия информации могут быть нескольких типов: встроенных в смартфон, и внешних, сторонних приборов. Из датчиков смартфона мы можем использовать такие как GPS и трехосевой акселерометр. На базе акселерометра мы можем получить гироскоп. Также возможно использование магнетометра, для определения магнитного поля, воздействующего на человека. Внешние датчики могу снимать частоту сердечных сокращений, SpO2 и PH человека. Передача данных может осуществляться по каналу Bluetooth или USB. Недавно был разработан модуль Bluetooth серии "Low power", это значительно повысит энергосбережение прибора, носимого на теле. Данные, собранные комплексно могут нам дать сведения о здоровье и текущем состоянии персонажа. Пользователи данного продукта могут
1 Mobile Health Tehnology
2 Показатель насыщения крови кислородом
быть абсолютно разными, но от этого зависит с набор датчиков, необходимых для снятия показаний и принятии решений. Рассмотрим некоторых из возможных пользователей:
1. Спортсмен
2. Пациент
3. Школьник
Спортсмену необходимо получать данные по тренировкам, о нагрузках, предельно допустимых нормах ЧСС1 и SpO2, снятие PH не имеет смысла, так как человек находится в нагрузке и потеет, а следовательно проводимость кожи будет возрастать, и сведений мы из этого не получим. Также не имеет смысл использовать акселерометр. GPS можно использовать для подсчета длины маршрута и расчета затраченных калорий. Используемое первым пользователем устройство выступает как монитор реального времени и для сбора статистики. Возможно использование для рекомендаций к тренировкам.
Пациент, находящийся на лечении или под присмотром, требует к себе более внимательного отношения. Необходимо использовать полный комплект датчиков. Из ЧСС SpO2 и PH можно получить стрессовое состояние, состояние перегрузки, также при более серьезном анализе можно выявить некоторые сердечные болезни, такие как аритмия, тахикардия. Акселерометр можно использовать для определения положения тела пациента, о том, какое действие он совершает. GPS используется в опасной ситуации, когда устройство смогло распознать критическую ситуацию, и принять решение о вызове помощи. Предположим не только вызов скорой помощи, но и отправка СМС на сервис и данными о точном положении человека. Также можно сигнализировать через динамик телефона, и привлекать внимание, о том что человеку плохо.
Школьнику требуется совсем другой функционал. Предположим наличие в приложении на смартфоне кнопки, тревожного вызова помощи с отправкой координат. Или определение положения по запросу родителей. Сторонние датчики используются по минимуму.
Датчики снятия показаний должны закрепляться на теле человека. В при использовании устройство спортсменом, закрепление датчиков и телефона происходит на манжете. Под манжетом датчик ЧСС, над - смартфон. Постоянное отображение текущих показаний производится на экране смартфона. У пациента же датчики закрепляются на нагрудной повязке, у сердца.
Датчики ЧСС можно получить достаточно экономичным, хотя и не правильным способом. Существуют датчики без контактного снятия ЧСС, разработанные фирмой Polar, цена этих датчиков колеблется в области 100-120$. Также существует разработка "SparkFun" способная из информации снимаемой этим датчиком отфильтровывать интервалы сердечных сокращений. Цена данной схемы находится в районе 50$. На рисунке справа изображена плата, состоящая из контроллера USB, контроллера датчика Polar и преобразовательной микросхемы, которая как раз и преобразует информацию с датчиков в интервалы, между ударами сердца. Выходной сигнал будет подаваться на USB. Возможно это более лучший вариант передачи информации в связи с выходом новой OS Android 4.0 Ice Cream Sandwich, в которой добавлена функция USB Host.
1 Частота сердечных сокращений
Чтобы данная модель заработала, в некоторых случаях необходимо разделить ее на отдельные части. Предположим наличие сервиса, с которым будет связываться смартфон через интернет - GPRS канал передачи. Сервисы могут быть разнообразными. Пусть то будет приложение у родителей школьника, или у тех, кто наблюдает за пациентом. Во втором случае проект можно развивать вплоть до наличия медицинского центра, в котором будут храниться индивидуальные показания норм для каждого пациента. При разных пользователях требуется абсолютно разное назначение приложения, и это назначение конструируется из определенного набора встроенных в него программных модулей. Мы просто подключаем или отключаем нужные нам части программы, тем самым подстраиваем ее под каждого из пользователей.
Аналогичные разработки
Конечно, существует множество аналогов данного продукта. У каждого из них есть свои плюсы и минусы, но все же они вполне неплохо реализуют функцию отведенную им.
Начнем со знаменитых датчиков «Polar». В основном они представлены в виде манжетных часов - монитора ЧСС и используются спортсменами при тренировках. Ценовой спектр очень разнообразен начиная от 3500 рублей и доходит до 30000.
Более интересным представляется продукт «Dynavision». Он представляет из себя устройство, для полноценного снятия кардиограммы. «Dynavision» связывается с компьютером через протоколы связи GPRS или Bluetooth и транслирует показания.
Цена «Dynavision» составляет в районе 3600$ до 4400$.
Устройств такого плана на рынке существует более 20 видов. И у каждого из них свое назначение.
Заключение
В рамках данной статьи была раскрыта идея разработки приложения, отвечающего за безопасность человека и используемого им в повседневной жизни. Преимущество по сравнению с аналогами в том, что приложение, разрабатываемое нами, является многопользовательским. Оно не направленно на какой то один тип пользователей. Меняется только вид передачи и отображения информации. Это позволит сэкономить на его реализации, и позволить внедрить его в массы людей. Основанная затрата данного продукта будет уходить на сами датчики, нежели на прибор отображения информации.
Существует множество проблем в разработке данного приложения, такие как энергосбережение, шумы при снятии показаний, мертвые зоны сотовой и GPS сетей и другие, но и преимуществ у данного проекта тоже достаточно - а именно его ценовой спектр, доступность, возможность беспрепятственного обновления версий через Market и возможность использования в повседневной жизни. Имея мобильный телефон, пользователю необходимо будет приобрести только сам датчик снятия ЧСС, чтобы превратить свой смартфон в персонального тренера, или же в прибор для проверки своего здоровья. Преимущество данного продукта - в его разностороннем использовании. Пользователь лишь меняет класс используемого приложения на смартфоне.
