移动医疗下的智能可穿戴设备健康智能帽的研究

辽宁中医药大学信息工程学院 何 丹 秦亚芳 梁盈莹 马渐程 陈 娜 燕 燕

健康智能帽是一款新型智能按摩帽，采用按揉、点刺、梳发三种按摩手法，解决了传统按摩帽的单一按摩模式问题。帽子采用双层结构，内衬呈排状设有若干通孔，便于精确按摩到头部穴位；内部设一个智能监测器、红外线温感系统，外部设有一个微型储药盒、仿生按摩钉。该智能按摩帽可一边智能按压头部穴位，一边可以用精油辅助护理，并且可以采用移动端对按摩帽操作。本新型设计结构简单，以高频振动、智能气压、温热和智能监测系统四位一体，由紧实、持续性的气压对头部进行针对性按摩，不仅满足身体疾病护理要求，有效缓解各种头部健康问题，如失眠、头痛、脱发等；改善大脑头部的血液循环，帮助大脑快速舒缓压力和紧绷感，舒缓心情。

近年来,人工智能在辅助中医病证诊断、临床治疗等方面有较好的应用效果,运用人工智能技术有助于实现四诊信息客观化、临床治疗智能化和健康管理规范化,促进中医药现代化进程，“治未病”意识日趋强烈。健康智能帽即通过人工智能技术与中医诊断相结合,充分发挥人机互通,数据共享等优势，为使用者制定适宜的按摩方法及提供相应的病理检测，便于人类对自身生活方式及时进行调整以防止疾病发生。健康智能帽中还拥有一个储放精油的空间，按摩头部的同时释放药性以便更好达到放松头皮的效果。将健康智能帽产品与移动手机端APP通过蓝牙端相连接，使用者可根据自身喜好在移动手机端实现对帽子的智能控制及对自身基本头部健康情况的基本了解。轻便易携的帽子外形在满足日常美观遮阳的同时，还可随时随地为使用者进行舒适的头部按摩，在车水马龙的现代社会中亦是缓解压力放松身心的利器。

1 健康智能帽研究现状

按摩技术最早出现可以追溯到远古时期，在中华历史演变过程中不断蓬勃发展，可见对于身体按摩的需求自古以来就一直存在。近几年来全球按摩仪器市场的稳步增长也证明了，在按摩仪器方面的市场前景非常可观。

健康智能帽产品通过中医疗法和智能按摩设备相结合，可以方便快捷地进行随时随地的按摩。本产品极具特色地针对头部进行按摩，满足当下社会快节奏生活对按摩仪器的新要求，能够大幅度缓解用户精神压力，达到放松身心的按摩目的。而随着我国人口老龄化的进程加速和大众对按摩产品需求的不断增长，我国的按摩仪器市场将会不断发展壮大。

2 健康智能帽需求分析

现今的社会情况下，人们的就业压力越来越大，竞争力越来越激烈。人们的 身体已经越来越不堪重负，头痛成为了很多人的身体疾病。而我们的健康智能帽在这种情况下，有充分市场，强烈的需求，我们的按摩帽传承中医传统文化，能够代替人工按摩，不仅能帮助当今压力大的年轻人士缓解社会压力，而且帮助中老年人群、亚健康人群实施自助式日常保健，同时具有不错的治疗效用，能够满足消费者提升健康生活品质的持续性需求，具有巨大的市场潜力。

3 健康智能帽的功能和特点

健康智能帽外观时尚简约，做工精良。在外观上，健康智能帽在帽子里面安装的智能颈椎按摩器主要是环形的形状，因为人体颈椎大致形状为环形，且其参考人体颈椎大小，人在使用时可以获得更高的舒适感。健康智能帽摒弃了普通颈椎按摩器体积大、不方便携带的缺点，它设计成渔夫帽、棒球帽的外形及大小，重量相对较轻，方便携带，且按摩效果不会丝毫削减。工作时，外壳由塑料材料制成。按摩器本身重量减轻，颈部的压迫感不明显。开关按钮放置在环体右侧，通过自身遥控实现智能控制，用户可以选择按摩方式及按摩时间等。

3.1 主要功能

（1）健康智能帽具有突出的恒温热敷功能。其通过物理设计可以给帽子加热，人体在佩戴时可以使帽子自动加热到38～42℃的人体舒适温度。它能刺激人体头部的后部受力程度，使头部按摩器的气压按摩舒缓头部。健康智能帽的按摩气囊，可针对头部主要穴位进行按摩，且力道、穴位把控非常到位。按摩头部可以对头部穴位产生刺激性，提神醒脑，缓解疲劳。当感到轻微颈部僵硬时，可采用颈椎热敷和低频电脉冲充放电，使症状得到有效缓解，稳定到一定程度。

（2）健康智能帽具有穴位按摩功能。在头部，密布着许多穴位，每个穴位都有特定的作用和功效，了解经络与穴位的位置、作用，可以更好地发挥头部按摩的养生祛病作用。健康智能帽主要实现百会穴、风府穴、角孙穴、四神聪等穴位按摩。

（3）健康智能帽有特色的红外遥控功能，因为红外线遥控电池寿命好，在红外遥控方面，健康智能帽按摩仪操作相对简单，用户拿到后即可使用。在电池寿命方面，健康智能帽采用环保锂电池作为供电支撑，平均使用寿命为2～3年。健康智能帽可以根据用户使用需求进行按摩时间设置，自动默认按摩时间为15min。

3.2 主要特点

健康智能帽作为一种比较智能的可穿戴设备，具备可移动性、可穿戴性、可持续性、简单操作性、可交互性五大基本特征：

（1）可移动性：健康智能帽体积较传统的智能帽体积小，携带方便。

（2）可穿戴性：以人体为载体，可以更加深刻且清楚的感受到人体所需，具有较好的人机和谐性。

（3）可持续性：可使用移动电源为其续航，时刻保持着为人们服务的状态，且使用寿命也较长。

（4）简单易操作：健康智能帽app界面简单美观，操作简便，且安全隐患极其小。

（5）可交互性：健康智能帽可以通过蓝牙与手机连通，自动传输数据，给使用者提供直观有用的数据，真正意义上做到实时监测、健康指导。

4 健康智能帽系统实现技术依托

4.1 内部所需技术

我们可以利用阿里云数据服务搭建数据云平台，利用对分支和约束聚类算法、遗传聚类算法、随机松弛算法、谷点搜索聚类算法、子空间聚类算法和基于核的算法等算法进行模式识别下的数据分析。

4.2 开发技术

智能按摩帽拟依托Java web、JSP技术及应用JDK、Tomcat、ADT、Eclipse（含插件My Eclipse）Android-sdk（软件开发工具包）等软件进行手机应用平台开发。技术线路图如图1所示。

图1 技术路线图

4.3 人机交互技术

健康智能帽运用了人机交互技术，通过人脑与手机之间的相互连通，从而实现人与计算机之间的信息交流，健康智能帽通过脑电波交互技术来获取数据，又由于健康智能帽与生活更贴近，交互频率更高，从而更需要关注用户在日常使用中的便利性，而不是在操作这些设备上浪费太多时间。因此，先进的交互技术不断涌现，使健康智能帽更加贴近用户的生活，最终实现一种以人为本、自然互动、适合身体的交互。

4.4 无线通信技术

健康智能帽依托手机（移动端）来接收数据和进行数据分析最后反馈给用户，具有高性能、低功耗等优点，健康智能帽主要通过WiFi和蓝牙于手机进行连接。

4.5 传感器技术

传感器技术是实现自动检测和自动控制的首要环节，也是健康智能帽的关键器件之一。健康智能帽主要运用了生物传感器和环境传感器，以此来实现监测和提醒功能。

5 健康智能帽的APP实现

为方便用户使用及实时操作，我们设计了健康智能APP（图2、图3），可以通过与手机端相连实现远程控制，共分为三个模块，详情如下。

图2 健康智能帽APP登录预览图

图3 健康智能帽APP效果预览图

（1）功能模块：用户可以根据自身需求设置按摩模式，有按揉、点激、疏发等多种模式选择；也可以选择按摩时间，可以选择五分钟、十分钟、十五分钟不等；健康智能帽可以实现温感检测功能，更准确监测体温感受变化做出相应按摩调整，以便更有效满足用户的使用需求。

（2）控制模块：内部装有可拆卸电动按摩梳，并设有红外线感应器。帽子内部具备一个智能监测系统，对用户按摩时间、按摩模式等进行跟踪反馈并自动生成报告，给用户以更全面、舒适的体验感。

（3）执行模块：用户根据自身需要，事先调节好帽子大小进行佩戴，按下开关键即可进行按摩操作。按摩开始后，给用户头部提供可调频率的同时可定时关闭的振动按摩。

6 健康智能帽的创新点

6.1 美观舒适合二为一

市面上头部按摩器很多，但普遍存在使用范围狭窄，按摩手法、使用功能单一的不足，并且由于外形与重量的限制,基本上只能在家中使用。本款中医健康智能帽抛弃了传统头盔外壳，采用日常常规佩戴的棒球帽、渔夫帽造型，在保证了便携美观的同时，又满足了按摩、放松的需求。

6.2 专业技术辅以支撑

根据传统中医按摩手法、针灸推拿技术为健康智能帽设定了按揉、点激、梳发三种功能，适用于各类人群。通过紧实的智能气压按摩，帮助大脑舒缓压力和紧绷感，可达到行气畅、活血通、供氧足等功效，对于脂溢性脱发还有一定的改善效果。

6.3 监测功能直观易懂

帽子与外壳及外壳与内衬之间设有间隙，内衬设有呈排列状的若干通气孔，使用过程中可摸拟手指对相关头部穴位精准按摩，媲美真人按摩手法。帽子内部具备一个智能监测系统，可自动检测头皮收缩状况、毛囊健康状况，油脂菌群代谢平衡状况和头部血管运动功能和头部神经功能等，并且在检测完毕后自动生成检测数据供用户了解。 通过APP端与手机相连,让用户足不出户，就能了解自己的头皮情况。

结语：随着现代生活方式和生产方式的改变、生活环境的变化，人们的压力也不断增大，这就导致越来越多的人处于亚健康的状态。长期处于这样的状态，对人的身体、心理以及睡眠等各方面都会产生不利的影响，因此，我们应对其进行正确的干预。头部按摩不失为干预亚健康的一种很好的方式。我们所设计的健康智能帽将传统按摩与人工智能相结合，在秉承中医传统文化的同时,融入了现代化科学技术。头部按摩不失为干预亚健康的一种很好的方式。我们所设计的健康智能帽将传统按摩与人工智能相结合，在秉承中医传统文化的同时，融入了现代化科学技术。同时，还有着便携美观的外观设计。是在对传统头部按摩仪的改进上取得的创新成果，使得头部按摩更加地贴近人们地生活，便于用户的使用。根据近年来国内民众在健康智能医疗设备上的消费情况，不难判断未来市场发展走势。可以预期，本文研发的健康智能帽一旦上市，其优秀的市场竞争力将不容小觑，其在国内市场的销售空问也必然宽广并可以在信息技术迅速发展的潮流中崭露头角并发挥不可替代的作用。本文的研究也为未来健康智能帽的发展和改进奠定了一定的基础。