基于物联网的智能健康镜

第7章 基于物联网的健康监测智能镜子

7.1 引言

目前有许多不同的健康监测技术，并使用了多种类型的传感器来实现这一目的。早期的健康监测技术主要依赖临床手段，即在专业治疗师的帮助下，个人通过改变产生特定生理功能的思想和感知来学习控制这些功能，但个体必须前往拥有相关技术的特定场所。如今，人们可以通过物联网（IoT）利用生物医学传感器远程跟踪生理功能。传感器被集成到手机、手表等设备中。

这项技术对能够使用这些设备的人群非常有用。然而，老年人通常较难操作此类设备，但他们相较于其他年龄群体更需要健康监测系统。本章节介绍了一种有效的健康监测系统，该系统采用镜子作为监测设备，镜子是一种不分年龄皆可使用的简单装置。镜子中的生物医学传感器采集生理数据，并将数据发送给医务人员，使其能够了解患者的健康状况。通过该技术，医生可以远程监测患者的健康状况。

7.2 文献综述

雍等人[1]报告了一种基于树莓派系列小型单板计算机的智能镜子的设计。他们的镜子设计为通过无线网络将Pi板连接到网络，获取天气预报、时间、日期和其他信息，然后将这些信息显示在等离子显示器上。用户可以通过镜子与手机进行交互。该智能镜子的优势在于体积小、成本低、操作简单，适合家庭使用。

霍赛因等人[2]还发表了一篇关于使用树莓派设计智能镜子的论文。该论文详细介绍了用于家庭环境以及不同行业商业用途的、具备人工智能（AI）功能的交互式多媒体未来智能镜子的设计与开发。用户可以通过语音处理技术与镜子进行交互。

亨利克斯等人[3]讨论了一款智能镜子，该镜子能够随时间推移检测并监测面部体征，并将其与心代谢风险相关联，从而为用户提供改善生活习惯的指导。该论文描述了欧洲SEMEOTICONS项目，旨在开发一种设备以检测和监测面部体征，进而提供个性化的生活方式指导。Wize镜子的临床验证正在进行中，重点在于评估Wize镜子提供的测量结果的可重复性，以及估计的健康状况与心代谢风险图表之间的相关性。

García等人报道了一款智能镜子，该镜子通过面部识别和用户信息进行身份验证，并根据用户档案提供定制新闻报告。面部识别身份验证、定制新闻推荐系统和语音命令是现有系统的主要新增功能。

戈麦斯‐卡莫纳等人[5]讨论了一种多用户智能镜子系统，旨在促进工作环境中的健康状况和更健康的生活方式。通过使用RFID读取器，该镜子可通过用户的个人身份证识别不同用户，从而允许他们访问个性化用户界面。该镜子提供工作场所的环境状况、来自可穿戴设备的个人信息以及一般信息。员工还可以通过镜子查看自己的排名位置。

Kauret等人[6]提供的信息表明，物联网在远程健康监测中可以发挥重要作用。他们在论文中提出了一种利用专用传感器、树莓派和物联网来监测个人脉搏率和体温的系统。通过将采集到的数据存储到Bluemix云（现为IBM云）实现远程监测，医生可以从世界任何地方访问这些数据。该系统使用温度传感器和心率传感器来收集用户的生理数据。

阿斯坦那等人[7]通过推荐可穿戴技术和物联网解决方案，解决了个人健康主动监测的问题，这些技术可由个人使用。该方法通过文本挖掘分析个人的非结构化病史，将所得数据添加到结构化人口统计属性中，然后输入机器学习分类模型以预测疾病。接着，将这些疾病映射到相应属性，最后利用数学优化模型向用户推荐可穿戴设备。

拉克什马纳查里等人[8]提出了一种基于安卓的移动数据采集方案，该方案可收集终端用户的个性化健康信息，并在智能设备上进行存储、分析和可视化。智能移动设备能够从各种无线和有线传感器中收集信息。移动设备中的嵌入式传感器也提供了有用的状态信息。该方案提供低复杂度、低功耗且高度便携的健康监测系统。

Sundaravadivel等人[9]报告了智能医疗领域的当前趋势以及面临的挑战与机遇。他们指出，通过缩小研究人员与医疗专业人员之间的差距，可以解决更多的研究问题和疾病，并采用更智能的生活方式。

Gómez等人讨论了一种基于本体的架构，能够监测健康状况并向患者推荐饮食习惯和锻炼计划。患有糖尿病、心脏病、高血压等疾病的人群更推荐使用该技术。

Athira等人[11]提出了一种用于家庭自动化的智能镜子。它通过语音识别技术控制家用电器的运行以及柜子的开关。该智能镜子还具有一些附加功能，例如通过移动同步和社交媒体实现提醒服务。

Gold等人[12]描述了SmartReflect，这是一个用于开发智能镜子应用程序的智能平台。其主要功能是模块化、轻量级和可扩展。它允许开发者绕过网络浏览器创建的沙箱环境，并支持使用任何编程语言编写的插件。

Liu等人[13]比较了智能传感器、智能对象以及物联网中的事物，指出了它们之间的相似性和差异性，并对不同作者和组织提出的定义进行了比较。

Sivakanth和Kolangiammal[14]描述了一种利用物联网监测患者温度和心跳的系统。在紧急情况下，实时信息会发送给包括医生在内的多个用户，同时使用蜂鸣器向看护人发出警报。

Kumar和Rajasekaran[15]还描述了一种使用物联网的健康监测系统。传感器将收集患者的心率和血压等医疗信息，然后通过树莓派发送到互联网，以便医生能够从世界任何地方监测患者的健康状况。

7.3 基准测试

产品	功能	优势	劣势
魔法镜子	它带有基本的小部件，用于时间、日历、天气和新闻	看起来非常好并且具有干净的用户界面	它没有物理交互与用户之间，只是简单地起作用作为信息面板
家用镜	它还显示有用信息如时间,天气,日期，以及提醒	它使用一个安卓平板电脑在镜子,因此不需要独立的计算机板和屏幕	它也缺少任何类型的交互
Evan智科能恩镜子	它提供了一整套广泛的语音命令以与镜子交互	语音命令支持时间、日期、和信息天气，显示地图，添加提醒等	语音命令无法足够控制其他设备，如家庭自动化
马克斯·布朗的智能镜子	它更新有用信息自动地	它支持语音命令以执行谷歌搜索	它的水平较低交互性，但仍然是基本上信息面板
PANL	它是最早之一触摸屏镜子	它可以显示有用的信息，如时间, date,天气, and还可以播放音乐，YouTube视频等。	创始人尚未透露太多有关硬件和软件部分的镜子

7.4 proposed系统

proposed系统是一个基于物联网的智能镜子，通过使用不同的传感器来监测人们的健康状况，从而捕获数据并由医生进行分析以用于诊断和治疗（图7.1）。

7.5 组件

7.5.1 单向镜子

单向镜子，有时也称为双向镜子，是一种部分反射且部分透明的镜子。屏幕的暗面或黑色面呈现为反射像，而另一侧则可以透过看到。

7.5.2 显示屏

智能镜子需要一个连接到单向镜子的显示屏。目前使用电视屏幕作为显示屏，但使用平板电脑作为屏幕更具成本效益。通过HDMI线缆将显示屏与树莓派连接。

7.5.3 树莓派

树莓派是英国树莓派基金会开发的一种单板计算机。它没有硬盘驱动器，也没有预装的操作系统（OS）。要安装操作系统，需要使用微型SD卡。

7.5.4 麦克风

为了与镜子交互，使用了麦克风。两个麦克风用于实现语音识别功能。第一个麦克风是通过USB声卡连接到Pi板的普通麦克风。第二个麦克风是PS3 Eye摄像头，可通过USB直接连接。

7.5.5 框架和支持

镜框由木材制成，可为镜子及其他所有组件提供支持。

7.5.6 传感器

该系统使用不同的生物医学传感器读取人体生理信息，以监测健康状况。

使用手持式心电图传感器提供心电生物反馈信息。该结果用于监测用户的 心脏活动模式 。记录心电信号的目的之一是测量压力水平。

血压传感器测量用户手指处的全身动脉压。它检测血流，从而能够测量手指中的血容量变化。

皮肤温度传感器可测量用户的掌心温度。有多种传感器可用于测量皮肤温度和湿度。此类测量将有助于更好地了解用户的健康状况。

电子秤还用于持续测量用户的体重。所获得的读数对正在尝试减重的人很有帮助。

7.6 模块

7.6.1 镜面模块

单向镜子安装在显示屏上，传感器和其他所有模块都包含在其中。

7.6.2 传感模块

在镜子表面添加了不同的生物医学传感器，如温度传感器、手持式心电图仪和血压传感器，以收集用户的生理信息。

7.6.3 存储模块

从不同生物医学传感器收集的数据将被更新到云中。

7.6.4 通信模块

通过麦克风和超声波传感器可以实现用户与镜子之间的自然交互。

7.7 结论

该方案包含一个树莓派2套件，通过使用不同的生物医学传感器来采集心跳、血压、体温等生理特征，从而实现对人们的健康监测，并将数据发送给相应的医生进行进一步解读和处理。