本申请是名称为“睡眠姿势控制床系统”、国际申请日为2013年8月19日、国际申请号为pct/jp2013/072124、国家申请号为201380032408.0的发明专利申请的分案申请。
本发明涉及控制使用者的睡眠姿势的床系统。
背景技术：
许多卧床不起的患者不能在床上翻身并且血液循环失调，这存在产生压疮(也被称作“褥疮”)的风险。压疮有时会严重恶化患者的健康状况。为了避免此问题，家庭护理员需要约每两小时帮助改变患者姿势，这对家庭护理员来说是很重的负担。
同时，在当今充满压力的社会中，越来越多的人受睡眠障碍影响，诸如睡眠呼吸暂停综合征、打鼾和磨牙。严重的睡眠呼吸暂停综合征是威胁生命的疾病，即使较轻的睡眠呼吸暂停综合征也会降低睡眠质量，可能导致患病的人在工作时睡着。例如，如果火车和公交车的领航员和驾驶员患有睡眠障碍，那么他们可能导致涉及人命的灾难性事故。为了使这些人过上正常的社交生活，希望研制容易地防止或缓解人们自身未意识到的睡眠障碍(诸如睡眠呼吸暂停综合征、打鼾和磨牙)的措施。
专利文献1和2提出了帮助患者改变他/她在床上的姿势的护理床技术。在专利文件1中，沿圆形滑动器的外周自动地旋转床，从而使床上的患者翻身。
在文献2中，床包括：具有下表面的底板，半圆形主体从盖下表面突起，从而形成沿床宽度方向的半圆形轨道；以及床框架，其以可倾斜方式承托底板，同时支撑半圆形主体，从而沿其外周旋转半个圆。当驱动底板时，容许底板的下表面沿床的宽度方向倾斜。
引用列表
专利文献
专利文献1：未经审查的日本专利公开no.2005-168554
专利文献2：未经审查的日本专利公开no.2004-16387
根据专利文献1和2的技术，护理员倾斜床以帮助患者改变他们在床上的姿势。
技术实现要素：
卧床不起的患者和老年人通常不能自己改变他们在床上的姿势。因此，他们可能在身体与支撑身体的床表面之间的接触区域处产生血液循环失调，然后患上压疮。同时，那些患有会导致呼吸中止或呼吸不足、打鼾或磨牙的睡眠呼吸暂停综合征的人处于由持续缺乏高质量的睡眠而导致的慢性睡眠不足，甚至可能突然死亡。
此外，那些患有下背部疼和肩疼的人以及刚经历手术的患者除非他们处于舒适的姿势否则通常不能入睡。即使他们睡着了，他们也会在睡眠期间无意识地改变他们的姿势并被突然的疼痛唤醒。
由这些原因导致的慢性睡眠不足会使患病的人不能健康地生活，摈弃可能导致涉及人命的灾难性事故。然而，这些人中的大多数自己未意识到具有这种睡眠障碍。
本发明的目的是提供能够沿多个方向倾斜的床系统。所述床系统可定期地、间断地或在任何需要的时候倾斜其下表面，从而防止卧床不起的患者产生压疮。床系统还可检测使用者的深眠状态，诸如呼吸暂停、呼吸不足、打鼾和磨牙，并且在检测到深眠状态时引导使用者以改变他/她的睡眠姿势，从而缓解深眠状态。
为了达到以上目的，本发明具有以下方面。
第一方面
一种睡眠姿势控制床系统，包括：包括用于抬高使用者背部的背部抬高部分的床面；支撑床面的床面支撑主体；以及用于抬高背部抬高部分的头部侧以倾斜背部抬高部分的背部抬高驱动器，其中，背部抬高部分包括能够以不同角度倾斜的背部接纳表面和头部接纳表面；并且背部抬高驱动器抬高背部接纳表面和头部接纳表面，从而满足数学表达式(1)：
0°<θx≤70°，-45°≤θy<0°，-30°≤θx+θy(1)
其中，θx是背部接纳表面倾斜时的倾角，并且当未抬高背部接纳表面时背部接纳表面的倾角被设定为0°；并且θy是当倾角θx处的背部接纳表面的延长线的角度被称作0°时头部接纳表面的倾角。
在第一方面，关于背部接纳表面未被抬高的0°倾角，倾角θx是背部接纳表面的仰角(正角)，而θy是负仰角(正俯角)，当倾角θx处的背部接纳表面的延长线的角度被称作0°时。
在0°<θx≤70°的范围内，当他/她仰卧在睡眠姿势控制床系统上时，使用者头部被承托高于身体的下背部。此外，在-45°≤θy<0°的范围内，使用者的头部从向后仰至最大45°的状态改变到与他/她的背部基本相同。此外，在-30°≤θx+θy的范围内，使用者头部相对于未被抬高的背部接纳表面的仰角高达-30°的最大值。因此，如果本发明的睡眠姿势控制床的床面垂直于重力方向(平行于水平表面)放置的话，头部相对于水平表面的倾斜高达-30°的最大值。
假设例如使用者的头部相对于穿过头和身体的中心线向后仰10°(仰角θy为-10°)以便扩宽他/她的呼吸道。在此情形中，即使使用者的头部保持水平，也可以通过以10°的角度倾斜背部接纳表面使头部相对于穿过头和身体的中心线向后仰10°。由此扩宽使用者的呼吸道。因此，此姿势容许扩宽使用者的呼吸道，而不会对他/她的心脏造成负担或使过多的血液冲向他/她的头部。
(2)第二方面
在第一方面的睡眠姿势控制床系统中，背部抬高驱动器抬高背部接纳表面和头部接纳表面，从而满足数学表达式(2)：
0°<θx≤70°，-45°≤θy<0°，0°≤θx+θy(2)。
(3)第三方面
一种睡眠姿势控制床系统，包括：包括用于抬高使用者背部的背部抬高部分的床面；支撑床面的床面支撑主体；以及用于抬高背部抬高部分的头部侧以倾斜背部抬高部分的背部抬高驱动器，其中，背部抬高部分包括能够以不同角度倾斜的背部接纳表面和头部接纳表面；并且背部抬高驱动器抬高背部接纳表面和头部接纳表面，从而满足数学表达式(3)：
2°≤θx≤85°，-45°≤θy≤-2°，0°≤θx+θy(3)
其中，θx是背部接纳表面倾斜时的倾角，并且当未抬高背部接纳表面时背部接纳表面的倾角被设定为0°；并且θy是当倾角θx处的背部接纳表面的延长线的角度被称作0°时头部接纳表面的倾角。
在第三方面，头部接纳表面相对于背部接纳表面向下倾斜不多于2°(仰角-2°)，而头部接纳表面相对于水平表面(垂直于竖直线)的角度(仰角)不小于0°。换言之，在第三方面，通过使背部接纳表面倾斜2°或更多同时保持头部不低于水平表面，可相对于穿过身体的人体中心线使使用者头部向下倾斜不小于2°。θx的下限仅需不小于2°，但为了增加扩宽呼吸道的效果，可以不小于3°、5°、7°或10°。
(4)第四方面
在第一方面的睡眠姿势控制床系统中，床面支撑主体包括用于倾斜床面的床面倾斜驱动器。
卧床不起的患者等不能自己改变他们在床上的姿势或者可进行很少量身体移动。卧床不起的患者具有在被长期压迫的特定身体部分产生压疮(褥疮)的风险。为了避免压疮，患者需要定期改变他们的姿势(例如，约每两小时)。在第四方面，可通过倾斜床面来改变使用者的重力中心，从而引导使用者向下翻身，由此防止压疮。
此外，在第四方面，通过弯曲背部和头部接纳表面，使用者身体在他/她的颈部处弯曲成倒“v”形，并且头部向下。此外，驱动床倾斜驱动器以倾斜床面，从而使得使用者的面部可以面向上。例如，当侧躺的使用者存在呼吸不足或打鼾时，可通过引导使用者以使他/她的面部面向上并且在他/她的颈部处弯曲成倒“v”形来消除这些问题，由此直接扩宽他/她的呼吸道。
(5)第五方面
第一至第四方面中的任何一个的睡眠姿势控制床系统还包括：用于监测睡在床面上的使用者的睡眠的睡眠监测器；用于基于睡眠监测器的监测数据监测是否存在深眠状态的深眠状态检测器；以及用于基于深眠状态检测器所确定的结果确定θx和θy并且用于驱动背部抬高驱动器从而满足所确定的情况的背部抬高倾斜控制器。
人们不能知道他们的睡眠情况，诸如存在睡眠呼吸暂停、打鼾和磨牙。卧床不起的患者等进行很少量的身体移动，他们自己不能改进这点。具有慢性下背部疼或僵硬的肩部的那些人以及刚经历手术的那些人当无意识地改变他们在床上的姿势时被突然的疼痛唤醒。然而，在第五实施例中，睡眠监测器、深眠状态检测器、倾斜驱动控制器以及背部抬高驱动器和/或床抬高驱动器彼此协作，从而定期地、间歇地或任意地提高使用者的睡眠质量。
下面描述上述睡眠姿势控制床系统的技术和医学重要性。呼吸暂停和呼吸不足主要由以下情况导致，即，当舌根或软腭由于睡眠期间肌肉放松而降低并封闭呼吸道。尤其是在使用者仰卧时呼吸道更可能被舌根或软腭封闭，由此导致呼吸暂停或呼吸不足。相反，当人们侧躺时，他们的呼吸道不大可能被舌根或软腭封闭。因此，可通过使人们侧躺或当出现睡眠呼吸暂停或呼吸不足时使他们的头向后仰来缓解睡眠呼吸暂停或呼吸不足。
当舌根或软腭由于睡眠期间肌肉放松而降低并部分地封闭呼吸道时，导致打鼾。因此，当打鼾时，通常可以用与睡眠呼吸暂停情形相同的方式缓解打鼾。另一方面，通常当使用者侧躺或面部朝下时导致磨牙，并且在使用者仰躺时不大可能发生。因此，当磨牙时，通常可通过使人仰卧来缓解磨牙，通常两者都可通过使他们仰卧并使他们的头部向后仰来缓解。
在第五方面，睡眠监测器监测使用者，并且深眠状态检测器确定是否存在深眠状态(诸如呼吸暂停、呼吸不足、打鼾和磨牙)。如果深眠状态检测器检测到存在深眠状态，则背部抬高倾斜控制器基于信息控制背部抬高驱动器，从而在数学表达式(1)至(3)下抬高背部接纳表面和头部接纳表面或倾斜床面。这可扩宽躺在床面上的使用者的呼吸道或引导使用者将他/她的姿势改变至不大可能导致深眠状态的姿势。
(6)第六方面
第四方面的睡眠姿势控制床系统还包括：用于监测睡在床面上的使用者的睡眠的睡眠监测器；用于基于睡眠监测器的监测数据监测是否存在深眠状态的深眠状态检测器；以及用于基于深眠状态检测器所确定的结果确定θx和θy并且用于驱动背部抬高驱动器从而满足所确定的情况的背部抬高倾斜控制器，其中，基于深眠状态检测器所确定的结果，除了θx和θy之外，背部抬高倾斜控制器还确定床面的倾斜方向和角度，然后驱动背部抬高驱动器和/或床倾斜驱动器，从而满足每个所确定的情况。
在第六方面，背部抬高倾斜控制器基于来自深眠状态检测器的信息驱动背部抬高驱动器和床倾斜驱动器，从而使得抬高背部抬高部分和沿横向或纵向方向倾斜床面可同时作用于使用者。这容许根据使用者的临床状况更灵敏地驱动这些驱动器。例如，适度地抬高和倾斜(例如，以2°至15°或3°至30°的角度)背部接纳表面和头部接纳表面，从而使得使用者的背部和头部可在他/她的颈部处弯曲成倒“v”形。接着，床面以例如2°至8°，优选地2.5°至5°，向右或向左倾斜，由此引导他/她的面部面向上。由此，可在不干扰使用者睡眠或不给使用者带来不适或负担的情况下缓解使用者的深眠状态。
(7)第七方面
第一至第六方面中任何一个的睡眠姿势控制床系统包括用于检测使用者的头部是否位于头部接纳表面上的头部检测器。
当使用者头部未在头部接纳表面上时，倾斜头部接纳表面不具有扩宽呼吸道的作用。因此，确定使用者头部是否在头部接纳表面上是重要的。为了完成此确定，优选将头部检测器的检测结果显示在显示屏上或者在使用者头部未处于头部接纳表面上时使警告呼叫器发声，由此修正使用者的睡眠姿势。当使用者头部未在头部接纳表面上时，替代性地，背部抬高倾斜控制器优选被配置为驱动背部抬高驱动器，从而使头部接纳表面的倾角等于背部接纳表面的倾角(θy＝0°)。
(8)第八方面
第一至第七方面中任何一个的睡眠姿势控制床系统还包括用于检测使用者面部相对于头部接纳表面是否面向上、向右倾斜、向左倾斜或面向下的面部方向检测器。
如上所述，深眠状态的类型与使用者仰卧还是侧卧紧密相关。重要的是，根据使用者睡眠姿势确定床面倾斜方向，或者当使用者未仰卧时不倾斜头部接纳表面。由于面部方向清楚地示出睡眠姿势，因此可通过发现相对于头部接纳表面的使用者面部方向(面向上、向右倾斜、向左倾斜、面向下)合适地控制床系统。
因此，背部抬高倾斜控制器优选被配置为基于来自面部方向检测器的信息驱动背部抬高驱动器和床倾斜驱动器。例如，当使用者面部向右倾斜时，倾斜床面以降低使用者的左肩。这引导使用者仰卧或向左倾斜。
头部检测器或面部方向检测器可由压敏薄片形成，该压敏薄片具有由多个部段构成的网格图案。此薄片被放置在头部接纳表面上以检测压力分布。因此，可根据压力分布图案的形状确定表面上头部的存在和方向。
(9)第九方面
第一至第六方面中任何一个的睡眠姿势控制床系统还包括用于检测使用者的头部是否位于头部接纳表面上的头部检测器；以及用于检测使用者面部相对于头部接纳表面是否面向上、向右倾斜、向左倾斜或面向下的面部方向检测器，其中，头部检测器还具有检测使用者头部位于头部接纳表面的哪个区域的头部位置检测功能，并且背部抬高控制器基于从头部检测器获得的头部位置信息和从面部方向检测器获得的面部方向信息确定头部接纳表面的倾角和床面的倾斜方向，然后驱动背部抬高驱动器和/或床倾斜驱动器。
如果在使用者头部由于他/她在床面上的不平衡姿势而未处于头部接纳表面上时驱动背部抬高驱动器和床倾斜驱动器的话，不大可能获得本发明的特定效果。然而，在第九方面，可合适地驱动背部抬高驱动器和/或床倾斜驱动器，以获得本发明的特定效果。
例如假设当使用者头部由于他/她在床面上的不平衡姿势而处于头部接纳表面右侧时。在此情形中，如果向右倾斜床面，则使用者头部可能离开头部接纳表面。因此，禁止向右倾斜。当头部朝向头部框架(远离背部接纳表面的那侧)突出时，如果[θx+θy]具有大的负值(例如，超过-10°或超过-20°)，则使用者颈部受到大的压力，这可导致颈部扭伤或其他伤害。此外，如果当头部朝向头部框架突出时沿纵向方向倾斜床面，则头部可沿床的纵向方向突出。因此，在这种情形中，优选禁止降低头部的倾斜。
为了被头部检测器检测到，头部接纳表面可被划分为三个区域：“右侧”、“中心”和“左侧”(沿床面的横向方向划分)，或者“上侧”、“中间”和“下侧”(沿床面的纵向方向划分)。替代性地，头部接纳表面可被划分为九个区域，即，在左侧、中间和右侧中每个中具有三个区域1至3(例如，3代表下侧，并且1代表上侧)。在此情形中，当使用者头部的重力中心位于包括面积中心的“中心2”中时，使用者处于最佳睡眠姿势。
(10)第十方面
睡眠姿势控制床系统包括：包括床面的床主体；用于倾斜下表面的下表面倾斜驱动器；用于监测睡在下表面上的使用者的睡眠的睡眠监测器；用于基于睡眠监测器的监测数据检测是否存在深眠状态的深眠状态检测器；以及用于基于深眠状态检测器所确定的结果控制下表面倾斜驱动器从而倾斜下表面的倾斜驱动控制器。
除了不包括背部抬高部分之外，第十方面与第六方面基本相同。除了通过背部抬高部分扩宽呼吸道的作用之外，第十方面具有与第四和第六方面基本相同的作用。
第十方面的床主体可采用周知的悬挂结构(未经审查的日本专利申请no.2009-89860)或其他周知的构架结构。不具体限制下表面倾斜驱动器的结构。例如，驱动器可由通过液压或马达倾斜下表面的驱动装置以及用于通过液压或止动件(锁定构件)维持倾斜的维持装置构成。
睡眠监测器监测和检测以下监测元素中的至少一个(它们是深眠状态的标志)以及使用者躺着时的面部方向。监测元素的例子包括心率、血压、体温、体表温度、脑波、血氧水平、身体移动数量、身体姿势变化、使用者周围环境中的co2量、使用者口鼻周围的气体流速、打鼾声音和磨牙声音。为了检测这些监测元素，睡眠监测器可包括以下：用于监测使用者躺着时的面部方向的监测摄像机；被放置在使用者头部所位于的下表面的一部分上或覆盖该部分的床垫褥或床垫上或枕头上的压敏薄片，或者附接到使用者头部的三轴传感器；以及用于监测一些监测元素(它们是深眠状态的标志)的传感器，所述传感器包括整夜式多导睡眠仪、脑波传感器、用于实时测量和记录心电图/心跳/体表温度/身体躯干的三轴加速度的生物传感器、用于监测脉动速率和脉搏血氧饱和度(spo2)的脉动式血氧计、用于监测身体移动的薄片式多点压力传感器、用于身体移动的射频传感器、监测摄像机、空气流量传感器；气体成分传感器、声音传感器以及振动传感器。
深眠状态检测器包括处理单元(诸如中央处理器)和存储装置。深眠状态检测器通过将从睡眠监测器获得的信息与存储在存储装置中的标准信息进行比较来确定是否存在深眠状态和/或深眠状态的类型。深眠状态的类型包括呼吸暂停、呼吸不足、打鼾、磨牙、异常身体移动(过多或过少)、异常体温(过低或过高)、异常血压(过高或过低)和异常心率(过高或过低)。标准信息是通过与上述监测元素(诸如平均心率、单位时间内身体移动的数量、体表温度和血氧水平)的关系而确定的参考信息。存储装置仅需可经由有线或无线电路从处理单元存取，并且不需要位于床附近。同时，处理单元仅需被配置为获得睡眠监测器的监测信息并执行确定过程，并且不需要位于床附近。
倾斜驱动控制器根据睡眠监测器的监测信息确定使用者的面部方向，并基于此确定信息和深眠状态检测器的确定结果控制下表面倾斜驱动器，从而可倾斜下表面。为了实现这些功能，倾斜驱动控制器包括诸如中央处理器的处理单元和用于存储用以确定使用者面部方向的信息和用以控制下表面倾斜驱动器的软件信息的存储装置。倾斜驱动控制器通过将存储在倾斜驱动控制器的存储装置中的用以确定面部方向的信息与睡眠监测器的监测信息进行比较来确定面部方向。软件信息是这样的软件信息，当深眠状态检测器的确定结果是呼吸暂停时，需要沿容许下表面倾斜驱动器缓解呼吸暂停的方向倾斜床(将使用者引导至侧面睡眠姿势)。
如果检测到未仰卧的侧卧的使用者存在呼吸暂停或呼吸不足，则首先将使用者引导至不同姿势(仰卧或在他/她的另一侧侧卧)，然后监测呼吸暂停或呼吸不足。如果呼吸暂停或呼吸不足未缓解，则将使用者引导到不同的姿势。如果即使在不同的位置呼吸暂停或呼吸不足也仍未缓解(检测到呼吸暂停或呼吸不足)，则呼叫器可发声以叫醒使用者。因此，此倾斜过程可任意地制定，并且可通过使倾斜驱动控制器的存储装置存储用以驱动下表面倾斜驱动器的软件信息来实现。以相同方式，也可为磨牙或打鼾制定合适的过程，并且用于倾斜的软件信息可存储在倾斜驱动控制器的存储装置中。
类似于深眠状态检测器，存储装置仅需要经由有线或无线电路从处理器单元存取。此外，深眠状态检测器的处理单元也可用作倾斜驱动控制器的处理单元，并且深眠状态检测器的存储装置也可用作倾斜驱动控制器的存储装置。第十方面可设置有显示屏、红灯或呼叫器。当深眠状态检测器确定使用者具有较小数量的身体运动时，这通过在显示屏上显示信息、点亮红灯或使呼叫器发声而通知，以便使护理者可以任意倾斜床下表面。
(11)第十一方面
第十方面的睡眠姿势控制床系统还包括用于检测使用者的重力中心的重心位置检测器，其中，倾斜驱动控制器控制下表面倾斜驱动器，从而使得，当深眠状态检测器已经检测到存在深眠状态时，下表面上的使用者的重力中心的位置沿倾斜方向高于倾斜的下表面的中心线，中心线垂直于下表面的倾斜方向并且包括下表面的面积的中心点。
重心位置检测器可通过将重力传感器或多点式压力传感器安装在床主体上或位于床主体上的床垫上来实现。它可替代性地通过在床上方设置图像捕捉装置并通过图像分析计算重力中心来实现。设置重心位置检测器可防止使用者由于改变他/她的姿势而掉下床。
(12)第十二方面
在第十一方面的睡眠姿势控制床系统中，如果倾斜床之后使用者的重力中心的位置移动到与当检测到深眠状态时使用者的重力中心位置相关的阈值以上，则倾斜驱动控制器控制下表面倾斜驱动器从而减小下表面的倾斜度。
假设下表面的倾斜已经导致使用者的重力中心移动到与当检测到深眠状态时使用者的重力中心相关的阈值以上。在此情形中，如果保持或增加床下表面的倾角，则使用者可能掉下床或具有其他麻烦。相反，在第十二方面，当使用者的重力中心移动超过阈值时，减小床下表面的倾斜度，从而防止使用者掉下床或具有其他麻烦。在考虑使用者的身体气力和临床状况、床下表面的尺寸、床垫的特性(纹理光滑度、压缩-回弹特性、可压缩性)等的情况下确定上述阈值。
(13)第十三方面
在第十方面的睡眠姿势控制床系统中，下表面被配置为围绕对应于与床主体的纵向方向相反的方向的第一倾斜轴线倾斜，并且还围绕垂直于第一倾斜轴线的第二倾斜轴线倾斜。
使用者通常在他/她的头部沿床的纵向方向位于一侧并且腿位于另一侧的情况下仰卧。因此，可通过围绕第一倾斜轴线倾斜下表面来改变相对于下表面的使用者的重力中心的位置。例如，使用者的姿势可从仰卧改变到侧躺。在此情形中，可通过沿横向和纵向方向，例如围绕第二倾斜轴线和第一倾斜轴线两者，倾斜床下表面而容易地改变使用者的重力中心位置或在床上的姿势。围绕第二倾斜轴线倾斜床下表面容许使用者升高上身并进餐。短语“与床主体的纵向方向相反的方向”指的是连接矩形下表面的一侧(头部侧)上的任意一点和另一侧(脚部侧)上的任意一点的线区段的方向。因此，第一倾斜轴线未必平行于将床下表面的区域横向地划分为两个相等部分的中心线(纵向中心线)。当然，可以使第一倾斜轴线与纵向中心线一致。
(14)第十四方面
第十三方面的睡眠姿势控制床系统还包括用于检测使用者的重力中心的重心位置检测器，其中，如果倾斜下表面之后使用者的重力中心的位置移动到与当检测到深眠状态时使用者的重力中心位置相关的阈值以上，则倾斜驱动控制器控制下表面倾斜驱动器从而减小下表面的倾斜度。
在第十四方面，可与使用者重力中心位置和所述阈值相关地合适控制下表面倾斜驱动器。如果在使用者改变他/她的姿势之后下表面保持倾斜或进一步倾斜，则使用者可能处于不稳定的姿势并可能掉下床。然而，在第十四方面，可合适地控制下表面的倾斜以防止这类问题。
用于检测使用者的重力中心的重心位置检测器可包括例如重力中心传感器、多点式压力传感器、用于身体移动的射频传感器和监测摄像机。在采用多点式压力传感器的情形中，检测到最高压力的点被确定为重力中心。在采用监测摄像机的情形中，通过图像分析确定重力中心。
(15)第十五方面
第十至第十四方面中任何一个的睡眠姿势控制床系统还包括被放置在下表面上的床垫，床垫具有沿其宽度方向从床垫的两端朝向沿床的纵向方向的中心形成的凹陷。
在第十五方面，位于下表面上的床垫沿床垫的宽度方向从床垫的两端朝向沿床的纵向方向的中心形成的下凹部分。在此形状的床垫中，当床下表面沿垂直于纵向方向的横向方向倾斜时，具有下凹部分的床垫两端放置使用者沿床垫下滑。沿床垫宽度方向的两端指的是在床垫具有四个边时的相反长边。
(16)第十六方面
在第十五方面的睡眠姿势控制床系统中，床垫凹陷的与床的纵向方向垂直的剖面是椭圆形弧。
当下凹部分具有椭圆弧形剖面时，曲率从下凹部分的下部朝向床垫的右端和左端逐渐增加。这防止使用者在床下表面沿垂直于纵向方向的横向方向倾斜时感到不适并沿床垫滑下。此外，当下凹部分具有椭圆弧形剖面时，使用者可通过沿横向方向倾斜改变他/她的姿势。
(17)第十七方面
第十至第十四方面中任何一个的睡眠姿势控制床系统还包括位于下表面上的床垫，床垫在其中心具有比其两端高的可压缩性。
在第十七方面，当使用者躺在床垫上时，床垫的中心部分下沉更深以承托使用者，防止使用者在床下表面横向倾斜时沿床垫滑下。在第十七方面，床垫可被配置为具有下凹部分，并且下凹部分可被配置为具有椭圆弧形剖面。
本发明的有益效果
本发明提供一种睡眠姿势控制床系统，其可根据使用者的身体状况自动或任意地控制使用者的睡眠姿势。本发明进一步提供一种睡眠姿势控制床系统，其可在使用者睡眠期间自动地监测身体移动或异常行为，并且当检测到深眠状态时，可自动地抬高背部和头部接纳表面和/或倾斜床面。
本发明的床系统帮助不能自己翻身的使用者改变他们在床上的姿势或转移他们的重力中心。这防止卧床不起的人产生压疮(褥疮)，或者消除或缓解他们的深眠状态，诸如呼吸暂停、呼吸不足、打鼾和磨牙。本发明的床系统可容许受强度随他们的姿势改变的疼痛影响的人们在睡眠期间保持处于舒适的姿势。这些人包括刚经历手术的人、由于年龄或下背部疼而具有僵硬的肩部的人以及身体一侧或一只手臂疼的人。
因此，本发明具有提高具有各种睡眠障碍的人的睡眠质量并且容许存在心脏问题的患者保持处于对心脏负荷小的姿势的效果。
附图说明
图1是当床面处于平坦位置时第一实施例的睡眠姿势控制床系统的立体图。
图2是当背部接纳表面部分、头部接纳表面部分、大腿接纳表面部分和小腿接纳表面部分处于升高位置时第一实施例中的床主体的立体图。
图3(a)是从脚部框架观看的第一实施例中的床主体的正视图，并且图3(b)是从上方观看的脚部框架的局部平面图。
图4(a)和4(b)是当悬挂构件15沿横向方向倾斜时从脚部框架观看的第一实施例中的床主体的正视图。
图5是示出床面的背部接纳表面部分和头部接纳表面部分的倾斜以及使用者头部的上下移动的说明图。
图6是第一实施例的睡眠姿势控制床系统的总体结构的框图。
图7是示出第一实施例的睡眠姿势控制床系统的操作的流程图。
图8是示出第一实施例的睡眠姿势控制床系统的操作的修改的流程图。
图9是通过第一实施例的睡眠姿势控制床系统确定深眠状态是否存在的流程图。
图10是第二实施例中的床主体的立体图。
图11是第二实施例的睡眠姿势控制床系统的总体结构的框图。
图12是第二实施例的睡眠姿势控制床系统的局部放大立体图。
图13(a)是示出置于第二实施例中的床主体的下表面上的柱状床垫单元的平面概念图，并且图13(b)是沿图13(a)的箭头a-a截取的剖视图。
图14是示出第二实施例的睡眠姿势控制床系统的操作的流程图。
图15是第三实施例的睡眠姿势控制床系统的总体结构的框图。
图16是示出第三实施例的睡眠姿势控制床系统的操作的流程图。
图17是示出第三实施例的睡眠姿势控制床系统的操作2的流程图。
图18是示出第三实施例的睡眠姿势控制床系统的操作3的流程图。
图19是第四实施例的睡眠姿势控制床系统的床主体的立体图。
图20是第五实施例的睡眠姿势控制床系统的床主体的正视立体图。
图21是通过第六实施例的睡眠姿势控制床系统确定深眠状态是否存在的流程图。
图22是在第七实施例的睡眠姿势控制床系统中修改的例子的床垫的剖视图。
图23是在第八实施例的睡眠姿势控制床系统中修改的例子的床垫的剖视图。
图24是作为用于第一实施例的背部接纳表面部分的修改的例子的可纵向伸展的背部接纳表面部分的立体图。
图25(1)-25(3)是用于伸展背部接纳表面部分的构件的说明图；图25(1)是背部接纳表面纵向主构件的内部结构的剖视图；图25(2)是背部接纳表面纵向弹性构件的内部结构的剖视图；以及图25(3)示出背部接纳表面纵向主构件和旋入背部接纳表面纵向主构件中的背部接纳表面纵向弹性构件。
具体实施方式
现在将参照附图描述本发明的实施例。
第一实施例
图1示出本发明的第一实施例的睡眠姿势控制床系统1，其包括床主体10和操作单元11。床主体10包括使用者躺在上面的床面和支撑床面的床面支撑主体。床面主要包括两个横向框架构件28、各自连接横向框架构件28中的每个的一端的两个纵向框架构件27以及位于纵向框架构件27之间从而连接横向框架构件的两个连接构件37。通过固定到头部框架12和脚部框架13的加固构件32的悬挂构件15悬挂此构架。该构架形成床面的上表面，在下文中也被称作“下表面”，使用者躺在或靠在其上。
床面包括头部接纳表面部分17、背部接纳表面部分16、腰部接纳表面部分20、大腿接纳表面部分24和小腿接纳表面部分25(见图2)。这些接纳表面的相邻部分可旋转地耦接到彼此。床系统还包括：用于头部接纳表面的驱动器(执行器19)，其抬高头部接纳表面部分17；用于背部接纳表面的驱动器(执行器18)，其抬高背部接纳表面部分16；以及膝盖弯曲驱动器(执行器21)，其抬高大腿接纳表面部分24和小腿接纳表面部分25。这些驱动器位于纵向框架构件27内的合适位置。
如图5所示，头部接纳表面部分17上具有作为面部方向检测器的压敏薄片36，其也用作头部检测器。薄片是具有由多个部段组成的网格图案的压力感测薄片。当将负荷施加到其上时，每个部段被供应以电流。电流与负荷的大小成正比，以便示出压力分布图案。操作单元11包括存储用于检测头部位置的信息和用于检测面部方向的信息(用于检测面部方向的图案)的存储单元。通过将检测到的压力分布图案的形状与存储在操作单元11的存储单元中的信息相比较可检测到薄片36上的使用者头部的存在与否和位置以及面部方向。
支撑床面的床面支撑主体包括：头部框架12和脚部框架13，它们是倒u形的并且在它们底部处具有脚部零件30；连接头部框架12和脚部框架13的两个或多个头部-脚部连接构件29；用于竖直地移动床面的驱动器(执行器22和23)；以及具有附接到脚部零件30底部的制动器的滚轴33。如图3(a)所示，加固构件32被焊接到床面支撑主体的头部框架12和脚部框架13。如图3(b)所示，悬挂构件15由各个旋转轴销14支撑并且悬挂在加固构件32的顶部周围。因此，在第一实施例中通过床主体的床面支撑主体悬挂床面。图3(a)是从脚部框架13的外侧看时床主体的正视图，并且图3(b)是从上方看时脚部框架13的平面图。
悬挂构件15各自包括用于沿横向方向倾斜床面的驱动器26，从而可以沿横向方向倾斜床面(可以围绕旋转轴销14旋转)(见图4(a)和4(b))。用于竖直地移动床面的驱动器23(头部框架侧的驱动器22)、用于沿横向方向倾斜床面的驱动器26、用于头部接纳表面的驱动器19、用于背部接纳表面的驱动器18和膝盖弯曲驱动器21经由导线31连接到操作单元11。这容许操作单元11驱动每个驱动器。在图1中，用于沿横向方向倾斜床面的驱动器26仅附接到脚部框架13上的悬挂构件15，但可替代性地附接到头部框架12侧上的构件15或附接到两侧上的构件15。
图6是本实施例的床系统的框图。床系统包括：包括床面和床面支撑主体的床主体801；睡眠监测器802；深眠状态检测器803；背部抬高倾斜控制器804；背部抬高驱动器805；面部方向检测器806；以及头部位置检测器807。背部抬高驱动器805在背部抬高倾斜控制器804的控制下执行背部抬高。在这些部件中，睡眠监测器802、深眠状态检测器803、背部抬高倾斜控制器804、面部方向检测器806和头部位置检测器807包括在操作单元中。
在此配置中，睡眠监测器802监测和检测以下监测元素中的至少一个，它们是深眠状态的标志。监测元素的例子包括心率、血压、体温、体表温度、脑波、血氧水平、身体移动数量、身体姿势变化、使用者周围环境中的co2量、使用者口鼻周围的气体流速、打鼾声音和磨牙声音。为了检测这些监测元素，睡眠监测器在床主体附近包括以下装置中的至少一个：整夜式多导睡眠仪；脑波传感器；用于实时测量和记录心电图/心跳/体表温度/三轴加速度(姿势)的生物传感器；用于监测脉动速率和脉搏血氧饱和度(spo2)的脉动式血氧计；用于监测身体移动的薄片式多点压力传感器；用于身体移动的射频传感器；监测摄像机；空气流量传感器；气体成分传感器；声音传感器；以及振动传感器。
深眠状态检测器803基于睡眠监测器802的监测数据确定是否存在深眠状态。深眠状态检测器803可被配置为通过将深眠监测器802检测到的信息与存储在存储装置中的标准信息进行比较来确定是否存在深眠状态，然后确定深眠状态的类型。
头部位置检测器807检测头部接纳表面上的使用者头部存在与否和位置。这种检测通过将附接到头部接纳表面的头部检测器的信息与存储在存储装置中的信息进行比较来执行。面部方向检测器806确定使用者的面部方向。检测头部位置和面部方向的一个方法是使用监测摄像机作为头部位置检测器807或面部方向检测器806的主要元件，并将监测摄像机拍摄的信息与存储在存储装置中的信息进行比较。另一种方法是将置于头部接纳表面部分17上的压敏薄片36(见图5)的压力分布信息与存储在存储装置中的信息进行比较。
背部抬高倾斜控制器804基于睡眠监测器802的监测数据以及头部位置检测器807和面部方向检测器806的检测信息确定背部和头部接纳表面中的每个的倾角。然后，背部抬高倾斜控制器804根据所确定的倾角倾斜背部和头部接纳表面。可将一些时间点处的背部接纳表面的倾角θx和头部接纳表面的倾角θy存储在背部抬高倾斜控制器804的存储器中。替代性地，背部接纳表面的倾角和/或头部接纳表面的倾角可被划分成多个步骤，并且背部和头部接纳表面中每个的倾斜步数可存储在形成在背部抬高倾斜控制器804中的计数器中。
图5省略了大体位于床上的床垫和床垫褥和大体位于使用者头部下面的枕头。如果位于下表面和使用者之间床垫褥或类似物干扰压敏薄片检测使用者身体和头部的移动的功能，则将压敏薄片放置在床垫褥或枕头上。在此情形中，可以根据床垫褥或枕头的厚度调整背部和头部接纳表面中每个的倾斜步数。替代性地，可以在床的侧面处设置监测摄像机，以便根据图像检测颈部和头部的弯曲度。在任一情形中，都可以在使用者和下表面之间不存在床垫褥或类似物并且满足下示数学表达式(1)、(2)或(3)的情况下调整背部和头部接纳表面的倾角使其等于颈部的弯曲度。
优选的是，待被放置在下表面上的床垫和床垫褥易于弯曲，例如，局部可弯曲(诸如具有接缝的床垫、由在床垫弯曲处具有折痕的天然橡胶或发泡聚氨酯制成的床垫)。床垫和床垫褥被放置在床下表面上，从而使得它们的弯曲部分与床下表面的弯曲部分一致。可利用诸如拉链、纽扣或绑带的固定装置将床垫褥固定到下表面。这防止床垫褥在下表面沿横向方向被抬高或倾斜时从床下表面滑下。
如果使用者的面部未面向上(仰卧)，或者他/她的头部未沿竖直方向处于头部接纳表面的中心区域，则倾斜背部和头部接纳表面不能扩宽他/她的呼吸道。因此，背部抬高倾斜控制器804优选被配置为如下地操作。仅当根据深眠状态检测器803、头部位置检测器807和面部方向检测器806的信息可预计到减弱深眠状态的结果时，倾斜背部和头部接纳表面。当不能预计到这种减弱结果，不去倾斜背部和头部接纳表面，而是通过例如使呼叫器发声或在显示屏上显示警告标记来向使用者或帮助者发出警告。还优选的是，当背部和头部接纳表面的倾角达到最大、当检测到异常并且不能进一步倾斜时，也发出这种警告。
当使用者仰卧并且他/她的头部沿竖直方向处于头部接纳表面的中心区域时，倾斜背部和头部接纳表面以扩宽他/她的呼吸道。在此情形中，监测使用者以检测呼吸暂停或呼吸不足。当使用者未仰卧时，如果他/她的头部未沿竖直方向处于头部接纳表面的中心区域或者如果即使在头部接纳表面的倾斜(负仰角)逐渐增加到最大之后仍未减弱深眠状态，则使呼叫器发声以警告帮助者或使用者。应该注意到这仅是一个例子，并且可任意设置倾斜的条件和过程。与倾斜的条件和过程一样，用以驱动背部抬高驱动器805的软件信息也可存储在背部抬高倾斜控制器804的存储装置中。
背部抬高驱动器805，其是用于倾斜使用者的上半身的驱动器，包括倾斜背部接纳表面的用于背部接纳表面的驱动器和倾斜头部接纳表面的用于头部接纳表面的驱动器。背部抬高驱动器805控制这些驱动器，从而将背部和头部接纳表面弯曲成倒“v”形。因此，使用者的身体在他/她的颈部处被弯曲成倒“v”形，此时他/她的头部向下。如图2所示，用于背部接纳表面的驱动器可由执行器18构成，而用于头部接纳表面的驱动器可由执行器19构成。
类似于深眠状态检测器803，存储装置仅需可经由有线或无线电路从处理单元存取。此外，深眠状态检测器803的处理器单元还可用作背部抬高倾斜控制器804的处理器单元。此外，深眠状态检测器803的存储器还可用作背部抬高倾斜控制器804的存储装置。
操作单元11可由例如计算机构成，该计算机包括计算装置、控制装置、存储装置、输入装置、发出警告声音的输出装置、on-off开关和用于示出控制状态的显示装置。计算装置和存储装置可被配置为也用于深眠状态检测器803、背部抬高倾斜控制器804、面部方向检测器806和头部位置检测器807。替代性地，这些部件中的每个可具有其自身的计算装置和存储装置。可行的是，这些部件中的一些可经由有线或无线通信互相连接，从而使得并非所有部件都被安装在操作单元11中。可行的是，存储装置存储睡眠监测信息，并且医生经由通信线或从外部存储器获得信息，以便利用所述信息检查受深眠状态影响的使用者。
在第一实施例中，背部抬高驱动器805由执行器构成；然而替代性地，可转而使用能够实现每个要求移动的任何驱动系统。倒u形框架12和13中的每个可包括由大直径管形成的主体和各自由小直径管形成的两个脚部零件。这些不同直径的管可滑动地结合。在此结构中，可在管中安装执行器或马达驱动的螺杆或齿轮机构，它们都可与用于竖直地移动床面的驱动器(执行器23)同步地竖直移动。
图2示出当床面的背部接纳表面部分16、头部接纳表面部分17、大腿接纳表面部分24和小腿接纳表面部分25被抬高时的床系统。例如，假设背部接纳表面的倾角θx为10°；头部接纳表面相对于背部接纳表面的倾角θy为-10°(在此情况中，头部接纳表面平行于床所位于的表面)；大腿接纳表面的角度为12°；以及小腿接纳表面相对于大腿接纳表面的角度为-10°。
在此情形中，背部接纳表面部分16和头部接纳表面部分17之间所包括的角度如图5所示地从图1所示的状态转变到图2所示的状态(在抬高头部接纳表面部分17的过程中)。控制背部接纳表面部分16的倾角θx和头部接纳表面部分17相对于背部接纳表面部分16的倾角θy之间的关系，使其满足以下数学表达式(1)至(3)之一：
0°<θx≤70°，-45°≤θy<0°，-30°≤θx+θy(1)
0°<θx≤70°，-45°≤θy<0°，0°≤θx+θy(2)；以及
2°≤θx≤85°，-45°≤θy≤-2°，0°≤θx+θy(3)
应该注意，当倾角θy小于背部接纳表面的延长线的角度时，倾角θy是负值。
需要根据使用者的临床状况合适地设定背部接纳表面部分16的角度和头部接纳表面部分17相对于背部接纳表面部分16的倾角大小，因为这极大地影响他/她的深眠状态。例如，具有严重的睡眠呼吸暂停综合征的患者需要很靠后地倾斜他/她的头部(沿负方向弯曲)以建立通畅的呼吸道。本发明的床系统1被配置为在增加倾角θx的同时增加|θy|(向后倾斜头部)，而非仅沿负方向很靠后地倾斜使用者的头部(以增加|θy|)。此配置防止使用者头部低于水平表面(床所位于的表面)，由此防止过多的血液冲向他/她的头部。
然而，如果|θy|很大，则使用者会承受大的负荷并且可以会颈部疼痛。为了避免这种情况，根据使用者的年龄、健康状态和临床状况合适地设定角度θx和θy。更具体地，[θx+θy]可以不小于0°，并且优选是以下之一：大于0°、不小于2°、不小于5°、不小于7°以及不小于10°。倾角θy的下限设定为-45°，并且更具体地是以下之一：30°、20°、10°、5°和3°。当床系统1被应用于卧床不起的老年人时，优选-20°≤θy<-3°。
头部接纳表面恒定地被设定为相对于下表面(垂直于重力方向的表面)不小于0°([θx+θy]可以不小于0°)，并且倾斜背部接纳表面以与头部接纳表面形成倒“v”形状。此配置保持使用者的头部高于他/她的心脏，防止过多的血液冲向他/她的头部。因此，可以扩宽使用者的呼吸道，而不会将较大的负荷施加到使用者。
在第一实施例的睡眠姿势控制床系统中，通过两个驱动器(分别是用于背部接纳表面的驱动器18和用于头部接纳表面的驱动器19)分别驱动背部接纳表面部分16和头部接纳表面部分17。这些驱动器被配置为在操作单元11设定的倾斜条件下被驱动，但是此配置不限制本发明。例如，替代性地，可形成包括背部接纳表面部分16和头部接纳表面部分17的曲柄四杆机构：通过执行器抬高背部接纳表面部分16，并且与此相连地抬高头部接纳表面部分17。类似的结构可应用于大腿接纳表面部分24和小腿接纳表面部分25。此外，曲柄四杆机构的至少一个部件可形成为可变的，以调节头部接纳表面部分17的倾斜度。还可以向头部接纳表面部分提供驱动器(例如，执行器)，从而控制头部接纳表面的倾斜度。
在第一实施例的床系统的床面中，优选的是，背部接纳表面部分16被配置为可根据使用者身体的长度沿床的纵向方向伸展，从而使得当在头部接纳表面部分17侧抬高背部接纳表面部分16时使用者的头部可位于头部接纳表面部分17上。现在将参照图图24和图25(1)至25(3)描述这种修改的例子。图24示出背部接纳表面部分16的纵向长度被最小化的例子。
如图25(1)至25(3)，背部接纳表面纵向框架602由背部接纳表面纵向主构件602a和在构件602a内滑动的背部接纳表面纵向弹性构件602b构成。构件602a包括在其内侧空间中的旋转杆(rod)603和用于在空间的后部驱动杆的马达604。旋转杆在其外周上具有螺旋形凹槽，并且旋转杆的顶端面向开口。马达604被配置为使旋转杆向前或向后旋转，并且马达604连接到操作单元11，从而受其控制。
同时，背部接纳表面纵向弹性构件602b具有中空内侧，并且中空部分的内壁设置有与旋转杆603的螺旋形凹槽啮合的凹槽。弹性构件602b以凹槽与旋转杆603的螺旋形凹槽啮合的方式被插入主构件602a中，由此形成背部接纳表面部分16。图25(3)示出主构件602a和插入其中的弹性构件602b。
可根据使用者的身体长度通过向前和向后旋转马达604调整具有此配置的背部接纳表面部分16的纵向长度，从而使得使用者的头部可位于头部接纳表面部分17上。这种调整可如下地实现。例如，帮助者可在核查使用者头部的抬高角度和位置时操作操作单元11。替代性地，操作单元11的计算机可被配置为基于来自头部位置检测器(见图6)的信息自动地控制马达604的旋转方向和旋转量，这将在稍后描述。
还优选的是，图24所示的纵向加固构件605和606被配置为可通过以下方式与背部接纳表面部分16一起伸展。背部接纳表面纵向弹性构件侧上的构件的直径可形成为小于背部接纳表面纵向主构件侧上的构件的直径，从而使得这些构件能够可滑动地互相接合。然而，这些构件605和606不需要具有包括旋转杆(具有螺旋形凹槽)和马达的伸展机构。替代将构件605和606配置为跟随背部接纳表面部分16的伸展，当伸展部分16时，可在背部接纳表面纵向弹性构件侧上的构件和背部接纳表面纵向主构件侧上的构件之间形成间隙。在通过与用于部分16的驱动力不同的驱动力(例如，执行器)驱动头部接纳表面部分17的情形中，调整驱动力以跟随部分16的伸展。例如，执行器的臂长可被配置为自动调整。
上述伸展机构包括具有螺旋形凹槽的马达驱动式旋转杆，但可以采用其他伸展机构。例如，背部接纳表面部分16可具有可沿纵向方向伸展的手风琴式折叠结构。通过经由弹簧机构从一侧并且经由动力机构从另一侧拉出手风琴式折叠结构来伸展此结构。
为了使结构更容易理解，图5示出使用者直接躺在床下表面上，但通常床垫褥和床垫位于床下表面上并且枕头位于使用者头部下面。优选的是，待被放置在床下表面上的床垫褥和床垫在背部和头部接纳表面之间的边界处具有折叠线，从而被容易地弯曲成倒“v”形。在使用厚度均匀的普通床垫褥或床垫并且不适用枕头的情形中，实际上可通过利用背部和头部接纳表面的角度计算背部和头部接纳表面之间的交叉角度。然而，如果不能忽略因使用者重量而导致的床垫褥压缩，则优选修正角度。
除了床垫褥和类似物之外，当枕头位于使用者头部下面时，至少枕头的厚度会影响颈部的角度。因此，在考虑到床垫褥和枕头的厚度的情况下调整数学表达式(1)至(3)中的角度，从而使得背部和头部接纳表面之间的交叉角可基本满足数学表达式(1)至(3)中的一个。更具体地，在利用床垫褥、床垫和枕头的情形中，优选根据床垫褥、床垫和枕头中每个的厚度来调整头部接纳表面的倾角(上示数学表达式(1)至(3)中的角度)。这容许头部相对于身体中心线35的倾斜度(见图5)(颈部的弯曲度)等于数学表达式(1)至(3)中的角度。
下面参照图5描述使用者睡眠姿势与背部接纳表面部分16和头部接纳表面部分17以及大腿接纳表面部分24和小腿接纳表面部分25之间的关系。使用者所躺的床面表面(图5的箭头“a”)是基本水平的(该表面垂直于竖直轴线)。当操作单元11的部件检测到使用者的深眠状态时，用于背部接纳表面的驱动器18和用于头部接纳表面的驱动器19分别抬高床面的背部接纳表面部分16和头部接纳表面部分17(图5的箭头“b”和“c”)。根据来自操作单元的指令以满足数学表达式(1)、(2)或(3)的方式执行这种抬高。这降低使用者的头部、推出他/她的下巴并扩宽他/她的呼吸道。如果面部方向检测器806和头部位置检测器807检测到使用者面部未面向上(仰卧)或者他/她的头部未沿竖直方向处于头部接纳表面部分17的中心区域，则在不竖直移动背部接纳表面部分16或头部接纳表面部分17的情况下发出警告声音。
数学表达式(1)
0°<θx≤70°，-45°≤θy<0°，-30°≤θx+θy
数学表达式(2)
0°<θx≤70°，-45°≤θy<0°，0°≤θx+θy
数学表达式(3)
2°≤θx≤85°，-45°≤θy≤-2°，0°≤θx+θy
现在将参照图7描述在监测使用者睡眠呼吸暂停综合征作为深眠状态的情况下示出第一实施例的睡眠姿势控制床系统的基本操作的流程图。
当打开电源开关并且检测到使用者位于床面上时开始过程。
步骤s101
此过程从背部接纳表面和头部接纳表面都未倾斜的状态开始。首先，操作操作单元中的开关以消除倾斜(使下表面水平)，并且将存储倾斜步数的计数器重置为0。
步骤s102
接着，深眠状态检测器根据睡眠监测器的监测信息确定是否存在深眠状态。如果使用者被确定存在深眠状态，则过程前进到步骤s103；否则前进到步骤s110。
步骤s103
面部方向检测器根据头部位置检测器的信息确定使用者的面部方向。当面部面向上时，过程前进到步骤s104；否则前进到步骤s109。
步骤s104
头部位置检测器检测头部接纳表面上的头部位置。当头部沿竖直方向处于中心区域时，过程前进到步骤s105；否则前进到步骤s109。
步骤s105
根据上述计数器信息确定此刻头部和背部接纳表面中每个的倾斜步骤。如果倾斜步数不是最大值，则过程前进到步骤s106；否则前进到步骤s109。
步骤s106
由于头部和背部接纳表面可进一步倾斜，因此更远地倾斜它们，从而扩宽使用者的呼吸道。然后，过程前进到步骤s107。背部抬高倾斜控制器804的存储装置通过将倾角划分为多个步骤存储背部接纳表面的倾角θx，头部接纳表面的倾角θy以及它们的和θx+θy(满足数学表达式(1)至(3)中的至少一个)。背部抬高倾斜控制器804基于此信息控制背部抬高驱动器的操作，由此倾斜背部接纳表面和/或头部接纳表面。
步骤s107
计数器的值增加1，以更新存储在其中的倾斜步数。然后，过程前进到步骤s108。
步骤s108
如果此倾斜过程导致睡眠监测在使用者从异常状况恢复之前重新开始，则头部和背部接纳表面可能倾斜过多。为了避免这种情况，在倾斜过程之后，确认在重新开始睡眠监测之前已经过去了预定的时间。当被确认时，过程返回步骤s102以继续监测睡眠；否则重复步骤s108。预定时间可被设定为例如三分钟、五分钟或十分钟，并且可由医生、护士等存储。
步骤s109
在此步骤中，存在深眠状态并且使用者处于以下状况之一：(1)面部面向上；(2)头部未沿竖直方向处于头部接纳表面的中心区域；以及(3)倾斜已经达到其最大值。这些情形表明即使倾斜头部和背部接纳表面任何使用者也不能从深眠状态回复，或者不能进一步倾斜头部和背部接纳表面。因此，发出警告以指示使用者存在深眠状态。警告可例如作为声音、振动等直接发给使用者或者作为警告声音、振动、警告图像等通知给帮助者。
步骤s110
当不存在深眠状态时，确定是否存在终止信号。当关闭终止信号开关时或者当未在床上检测到使用者时，确定存在终止信号。当不存在终止信号时，过程前进到步骤s102，在该步骤，在继续监测使用者深眠状态的同时继续检测终止信号是否存在。当终止信号存在时，执行终止操作。在消除倾斜之后，可替代性地执行终止操作。
第一实施例的修改的流程图
如图8所示，当在预定时间内未检测到深眠状态时，可将头部和背部接纳表面放回它们的初始水平位置。以下描述将关注图8所示的流程图和图7所示的流程图之间的差异。
步骤s107
计数器的值增加1以更新存储在其中的倾斜步数。此外，倾斜过程完成的时刻被存储在定时器中。然后，过程前进到步骤s108。
步骤s110
当不存在深眠状态时，确定是否存在终止信号。当关闭终止信号开关时或者当未在床上检测到使用者时，确定存在终止信号。当不存在终止信号时，过程前进到步骤s111。
步骤s111
在前进到监测深眠状态之前，确定此刻头部和背部接纳表面是否倾斜。当它们不倾斜时(存储倾斜步数的计数器显示0)，过程返回步骤s102以保持监测深眠状态；否则(计数器显示非0)，则过程前进到步骤s112。
步骤s112
确认头部和背部接纳表面倾斜的时间，以确定自倾斜过程完成时刻起是否已经过去了预定时间。此预定时间可被设定为例如20分钟或30分钟，并且由医生、护士等存储。当已经过去了预定时间，过程前进到步骤s113；否则前进到步骤s102。
步骤s113
头部和背部接纳表面中每个的倾斜步数减小1，并且过程前进到步骤s114。
步骤s114
计数器的值减小1以更新其中存储的倾斜步数。此外，更新定时器中的倾斜过程完成的时刻。然后，过程前进到步骤s102以重新开始睡眠监测。
在上述例子中，每次一个步骤地复原倾斜，但是可替代性地每次两个步骤或更多步骤地复原倾斜，或在已经过去预定时间滞后重置为0。当检测到开关关闭操作或不存在使用者时(在步骤s110之后和过程结束之前)，可替代性地执行倾斜的消除和计数器的重置(在步骤s101中)。
在背部接纳表面部分16的纵向长度可伸展的情形中，背部抬高倾斜控制器804可包括用以存储部分16的纵向长度的存储器，并且图7的操作流程图可修改如下。首先，在步骤s101中，除了重置计数器并消除倾斜之外，背部接纳表面部分16的纵向长度被设定为默认状态(背部接纳表面未倾斜时的长度)，并且重置用以存储纵向长度的存储器。
在步骤s106和s107之间添加额外步骤：基于来自头部位置检测器807的信息确定纵向长度是否存在变化的步骤；以及当确定纵向长度存在变化时，改变(增加或减小)背部接纳表面部分16的纵向长度的步骤。此时，背部抬高倾斜控制器804基于存储在存储装置中的软件信息确定部分16的纵向长度的变化量，并且控制背部抬高驱动器805的操作，从而改变部分16的纵向长度。
在步骤s107，计数器的值增加1，并且更新背部接纳表面的纵向长度。
将参照图9描述用于确定深眠状态是否存在的流程图。图9图示确定深眠状态是否存在的流程图。以下将通过监测使用者呼气中的co2浓度信息确定是否存在睡眠呼吸暂停。
步骤s201
当开始操作时，首先，co2浓度传感器开始持续监测使用者口鼻周围的气体成分浓度。当确定浓度小于阈值时(指示呼吸不足或呼吸暂停)，过程前进到步骤s202；否则(不小于阈值)前进到步骤s204。
步骤s202
当确定浓度小于阈值时，检测器计算浓度小于阈值的时间段。当此时间段等于或大于预定时间(例如，十秒)时，过程前进到步骤s203；否则前进到步骤s204。
步骤s203
当浓度小于阈值持续了预定的时间或更久时，使用者存在呼吸不足或呼吸暂停。因此，确定存在深眠状态。
步骤s204
当浓度不小于阈值或浓度小于阈值未持续预定的时长或更久时，使用者不存在呼吸不足或呼吸暂停。因此，确定不存在深眠状态。
上述睡眠姿势控制床系统仅包括最少量的部件，但可包括其他额外的部件，诸如用以加固床主体或床底部的框架或加固构件。
床系统可还包括控制器，以容许使用者或护理员自己控制倾斜度。
如上所述，在本实施例中，可通过倾斜床面的背部和头部接纳表面来扩宽使用者的呼吸道。这具有缓解或消除由狭窄的呼吸道导致的深眠状态的作用。
第二实施例
图10示出本发明的第二实施例的睡眠姿势控制床系统的床主体，并且图11示出其总体结构(框图)。第二实施例的床系统包括：具有悬挂的床面部分102的床主体501(见图10)，床面部分102具有下表面120；用于监测睡在下表面120上的使用者的睡眠的睡眠监测器502；用于根据睡眠监测器502的监测数据确定是否存在深眠状态的深眠状态检测器503；用于倾斜具有下表面120的床面部分102的下表面倾斜驱动器505；用于控制下表面倾斜驱动器505的倾斜驱动控制器504，从而可基于深眠状态检测器503的确定结果倾斜下表面120；以及用于检测在下表面上使用者的重力中心位置的重心位置检测器506(见图11)。在第一实施例中，头部和背部接纳表面沿从脚部到头部的方向倾斜。与此相反，在第二实施例中，沿横向方向倾斜床面的整个下表面。
在图11所示的配置中，睡眠监测器502监测和检测以下监测元素中的至少一个(它们是深眠状态的标志)以及使用者躺着时的面部方向。监测元素的例子包括心率、血压、体温、体表温度、脑波、血氧水平、身体移动数量、身体姿势变化、使用者周围环境中的co2量、使用者口鼻周围的气体流速、打鼾声音和磨牙声音。为了检测这些监测元素，睡眠监测器包括以下：用于监测使用者躺着时的面部方向的监测摄像机；被放置在使用者头部所位于的下表面的一部分上或覆盖该部分的床垫褥或床垫上或枕头上的压敏薄片，或者附接到使用者头部的三轴传感器；以及用于监测一些监测元素(它们是深眠状态的标志)的以下传感器中的至少一个，所述传感器包括整夜式多导睡眠仪、脑波传感器、用于实时测量和记录心电图/心跳/体表温度/身体躯干的三轴加速度的生物传感器、用于监测脉动速率和脉搏血氧饱和度(spo2)的脉动式血氧计、用于监测身体移动的薄片式多点压力传感器、用于身体移动的射频传感器、监测摄像机、空气流量传感器；气体成分传感器、声音传感器以及振动传感器。
深眠状态检测器503根据睡眠监测器502的监测数据确定是否存在深眠状态。为了实现此功能，深眠状态检测器503包括处理单元(诸如中央处理器)和存储装置(诸如硬盘驱动器或闪存)。检测器503通过将睡眠监测器502检测到的信息与存储在存储装置中的标准信息进行比较来确定是否存在深眠状态和/或深眠状态的类型。
标准信息是通过与上述监测元素(诸如平均心率、单位时间内身体移动的数量、体表温度和血氧水平)的关系而确定的参考信息。深眠状态的类型包括呼吸暂停、呼吸不足、打鼾、磨牙、异常身体移动(过多或过少)、异常体温(过低或过高)、异常血压(过高或过低)和异常心率(过高或过低)。
存储装置仅需可经由有线或无线电路从处理单元存取，并且不需要位于床附近。同时，处理单元仅需被配置为获得睡眠监测器的监测信息并执行确定过程，并且不需要位于床附近。
倾斜驱动控制器504根据睡眠监测器502的监测信息确定使用者的面部方向，并基于此确定信息和深眠状态检测器503的确定结果控制下表面倾斜驱动器，从而可倾斜下表面。为了实现这些功能，控制器504包括诸如中央处理器的处理单元和用于存储用以确定使用者面部方向的信息和软件信息(利用这些信息控制下表面倾斜驱动器)的存储装置。倾斜驱动控制器通过将存储在倾斜驱动控制器的存储装置中的用以确定面部方向的信息与睡眠监测器的监测信息进行比较来确定面部方向。软件信息是这样的软件信息，当深眠状态检测器的确定结果是呼吸暂停时，需要沿容许下表面倾斜驱动器缓解呼吸暂停的方向倾斜床(将使用者引导至侧面睡眠姿势)。
如果检测到仰卧的使用者存在呼吸暂停或呼吸不足，则倾斜床面(即，下表面)以将使用者引导至侧面(右侧或左侧)姿势。在此情形中，倾角被设定为例如7度。相反，如果检测到侧卧的使用者存在呼吸暂停或呼吸不足，则将使用者引导至仰卧，然后监测使用者以检测呼吸暂停或呼吸不足。如果在此情况下呼吸暂停或呼吸不足未缓解，则将使用者引导至相反的侧面。如果呼吸暂停或呼吸不足仍未缓解(检测到呼吸暂停或呼吸不足)，则可通过例如呼叫器叫醒使用者。此倾斜过程可任意地制定，并且可通过使倾斜驱动控制器的存储装置存储用以驱动下表面倾斜驱动器的软件信息来实现。以相同方式，也可为磨牙或打鼾制定合适的过程，并且用于倾斜的软件信息可存储在倾斜驱动控制器的存储装置中。
类似于上述深眠状态检测器，存储装置仅需要经由有线或无线电路从处理器单元存取。此外，深眠状态检测器的处理单元也可用作倾斜驱动控制器的处理单元。此外，深眠状态检测器的存储装置也可用作倾斜驱动控制器的存储装置。
下表面倾斜驱动器505倾斜床主体501的下表面并使下表面保持倾斜。驱动器505可被配置为完整地执行驱动和保持。替代性地，可分别提供用于倾斜下表面的驱动装置和用于使下表面保持倾斜的保持装置。
倾斜驱动控制器504整体地控制下表面倾斜驱动器505的倾斜和保持。更具体地，控制器504控制驱动器505的操作，从而可在深眠状态检测器503确定存在深眠状态时倾斜下表面。倾斜驱动控制器504可由众所周知的控制装置构成，诸如中央控制单元(cpu)。替代性地，深眠状态检测器503的控制装置还可用作倾斜驱动控制器504的控制装置。
重心位置检测器506检测使用者的重力中心。重力中心是可支撑使用者的全部重量的支点。检测器506被配置为当支点被投影到下表面上时检测投影点的位置。检测器506可由可附接到床主体或位于床主体上的床垫上的重力传感器或多点式压力传感器构成。检测器506基于重力传感器或多点式压力传感器的压力分布信息计算投影点。检测器506可包括在床上方的图像捕捉装置，从而可通过图像分析计算投影点，其是投影到下表面上的重力中心。
与倾斜驱动控制器504和下表面倾斜驱动器505相关地如下使用重心位置检测器506所检测到的位置信息。假设当深眠状态检测器503确定存在深眠状态时与使用者的重力中心相对应的投影点位置(检测器506检测到的位置)低于沿倾斜方向的倾斜的下表面的中心线，中心线垂直于下表面120的倾斜方向并包括下表面120的面积中心点。在此情形中，倾斜驱动控制器504使下表面倾斜驱动器505倾斜下表面120，从而使得与使用者重力中心相对应的投影点位置高于倾斜的下表面的中心线，中心线垂直于下表面120的倾斜方向并包括下表面120的面积中心点(见图10和11)。
假设当确定存在深眠状态时相对于下表面上的对应于使用者重力中心的投影点位置倾斜下表面之后，重力中心的投影点位置移动超过阈值。当接收到此信息时，倾斜驱动控制器504使下表面倾斜驱动器505减小床下表面120的倾斜度。此操作防止使用者由于他/她的姿势变化而从床上掉落。
在考虑使用者身体气力和临床状况、床下表面的尺寸、床垫的特性(纹理的光滑度、压缩回弹特性、可压缩性)等的情况下确定上述阈值。下表面倾斜驱动器505产生的下表面120的倾角仅需大于0度并且不小于约30度，并且通常在0至约7度的范围内。倾斜所需的软件信息可存储在倾斜驱动控制器504的存储装置中。
下面描述图10所示的床主体501的部件。床主体501包括床面部分102和床面支撑结构102’，其是用以悬挂床面部分102的支撑件。结构102’包括用于倾斜或升高和降低床面部分102的驱动装置。床面部分102包括：用于将床面部分102悬挂到床面支撑结构102’的悬挂构件108；构成下表面120的纵向下表面框架构件121、横向下表面框架构件122和下部支撑构件123；以及位于下部支撑构件123上的下板120’。使用者躺在或靠在其上的床表面被称作“下表面”，并且在此配置的例子中，下表面120在下板120’上。
在床面支撑结构102’中，床面部分102在外侧的两个位置处被支撑和悬挂。床面支撑结构102’包括：具有用以倾斜床面部分102的倾斜驱动装置112a的倾斜控制构件112；可竖直移动的框架107；用于升高和降低可竖直移动框架107的竖直驱动装置107a；各自具有可朝向地面伸展的两个脚部零件104的两个支撑框架103；用于连接支撑框架的脚部零件的脚部-脚部连接框架105；头部-脚部连接构件110；用于在上方位置处牢固地连接倒u形支撑框架的中间部分的支撑连接框架106；用于将脚部-脚部连接框架105的近似中心与支撑连接框架106的近似中心连接并用于升高和降低支撑连接框架106的竖直驱动装置107a；以及扶手115。
构成图11所示的下表面倾斜驱动器505的倾斜驱动装置112a在倾斜控制构件112的控制下倾斜床面部分102(下表面120)。竖直驱动装置107a升高和降低床面部分102。倾斜驱动装置112a和竖直驱动装置107a仅需是能够倾斜或竖直驱动的机构，并且没有特定限制。例如，它们可被配置为通过液压控制(一体式配置)或具有用于驱动下表面的马达和用于锁定和保持下表面倾斜的锁定构件(分离式配置)来驱动和保持倾斜。在图10所示的配置例子中，倾斜驱动装置112a由齿轮和电动马达构成，并且竖直驱动装置107a由液压缸和电泵构成。
在图10所示的配置例子中，倾斜驱动装置112a和竖直驱动装置107a经由导线131连接到操作单元130。操作单元130包括图11所示的倾斜驱动控制器504、深眠状态检测器503和重心位置检测器506，还包括输入装置(例如，键盘)，操作者可通过该输入装置输入用以控制床的条件。然而，这仅是一个例子，并且操作单元130未必包括全部倾斜驱动控制器504、深眠状态检测器503和重心位置检测器506。例如，控制器504可与驱动器505集成在一起。
现在将参照图12的局部放大图详细描述床主体501的配置。两个支撑框架103各自包括可滑动地插入彼此的u形大直径管和圆柱形小直径管。大直径管具有45mm的直径、1200mm的外侧宽度和1100mm的直线部段长度。小直径管具有42mm的直径和900mm的长度。脚部零件(小直径管从大直径管延伸出的部段)被配置为使得它们的长度可在100至550mm的范围内伸展。
这些管的材料没有具体限制，并且可以是例如铁、铝、钛、各种合金或塑料。它们的直径和尺寸可任意确定。还可以使用非u形的两个分开的支撑框架。
两个支撑框架中每个的脚部零件利用作为脚部-脚部连接框架105的正方形金属条(bar)(剖面为42mm×42mm，长度为1110mm)牢固地互相连接。牢固的连接可通过将正方形金属条焊接到脚部零件、利用连接固定装置连接它们、直接旋入彼此或任何其他方法来实现。
当支撑框架的脚部零件的长度以与脚部-脚部连接框架105相同的方式达到最小时，利用直径45mm、长度1110mm的金属条固定支撑连接框架106，使支撑连接框架处于800mm的高度处。
可竖直移动框架107包括液压缸107a，其作为竖直驱动装置被固定在脚部-脚部连接框架105的纵向中心附近。液压缸在其上端处附接有直径45mm的金属管。金属管的顶端被固定在支撑连接框架106的中心附近。在图10的例子中，类似的金属管被固定在支撑连接框架106的中心和倒u形顶部之间。固定的连接可通过任何方法实现；可如上所述地采用焊接或利用连接固定装置的连接。在本例子中，支撑框架可伸展达500mm。
现在将参照图12和13描述支撑框架103和悬挂构件108之间的连接状态以及床主体501、下表面120和悬挂构件108之间的关系。图12是示出床面部分102和床面支撑结构102’之间的连接状态的局部放大图。图13(a)是覆盖有多个柱状垫单元125的床面表面120的顶视图。图13(b)是沿图13(a)的箭头a-a截取的剖视图。
如图12所示，悬挂构件108被配置为沿垂直于下述床的纵向方向的方向(宽度方向)旋转。悬挂构件108包括形成悬挂轴的悬挂连接器108a。悬挂连接器108a的一端被固定在可竖直移动框架107和支撑连接框架106之间的交叉点处。另一端插入具有滚珠的滚动轴承，其形成在悬挂构件的顶端处。滚动轴承可替代性地形成在可竖直移动框架107和支撑连接框架106之间的交叉点处。显然，悬挂构件可被配置为可通过除了利用滚动轴承之外的其他已知方法旋转。
在图12的例子中，构成下表面120的纵向下表面框架构件121和横向下表面框架构件122被直接设置在向下扩宽的悬挂构件108的底部处。然而，替代性地，可以提供连接向下扩宽的悬挂构件108的两端的构件，以将床下部放置在此构件上并悬挂床下部。可通过任何方法连接下表面120和悬挂构件108，只要可牢固地支撑床下部和使用者的重量总和。例如，可以采用焊接或利用螺栓和螺母的紧固。
倾斜控制构件112经由铰接件109(其是销)附接到悬挂构件108的肩部。铰接件109使悬挂构件108平稳地旋转。倾斜控制构件112的倾斜驱动装置112a经由如图10所示的导线131连接到驱动能量源(例如，电源装置)。固定倾斜控制构件112的位置不限于图10所示的位置。倾斜控制构件112可由用于倾斜的驱动器和用于维持倾斜的维持(hold)构件(诸如销或制动器)构成。
现在将参照图13(a)和13(b)描述柱状垫单元125被放置在下表面120上的例子。图13(b)是沿图13(a)的箭头a-a截取的剖视图。如图13(a)和13(b)所示，具有圆形剖面(例如，直径100mm)的多个柱状垫单元(床垫构件)125被布置在床下表面120上。柱状垫单元125以2至20cm的间距沿床的横向方向平行地布置。这些单元125由垫包围物形成，垫包围物由天然橡胶制成并且具有填充有聚氨酯凝胶的中心部分。然而，此材料不是可用的唯一选择。
当承受使用者重量时，柱状垫单元125横向铺开并形成基本平坦的表面，这防止躺在其上的使用者感到不适，诸如感到表面不平。垫单元由于它们的圆柱形形状而不均匀地压缩和回弹；使用者的轻微移动可为使用者提供对他/她的皮肤的按摩作用，由此提高睡眠质量。此外，在下表面上彼此间隔开的柱状垫单元可增加皮肤按摩作用以及沿向上方向的床下表面的空气渗透性。因此，在卫生和睡眠质量方面垫单元125的材料和形状都是优选的。为了防止接触灰尘，柱状点单元的包围物表面优选由覆盖有诸如树脂薄膜的防水薄片的天然橡胶制成。
然而，柱状垫单元的材料不限于上述材料。例如，它们可仅由泡沫橡胶形成，而不使用垫包围物。垫包围物可由例如聚乙烯制成。内部填充的流体可以是例如气体、液体材料(液体、凝胶)、粉末或颗粒。柱状垫单元的剖面可以是例如椭圆形、矩形、多边形或梯形，而非圆形。还可以使用圆形与矩形或三角形柱状垫单元的组合体，或者使用高度或尺寸不同的柱状垫单元。
在以上描述中，柱状垫单元被放置在由下板120’形成的床下表面上；然而，下板可由网状物替代。替代性地，可将柱状垫单元或其他床垫直接放置在下部支撑构件123上，而不使用下板120’。
如上所述，在第二实施例的睡眠姿势控制床系统中，床面部分102由悬挂构件108悬挂，从而可围绕床面支撑结构102’旋转。床面部分102可沿横向方向倾斜，并通过倾斜控制构件112保持处于固定的倾角。由此，倾斜使用者躺在其上的下表面，以改变他/她在床上的姿势。
现在将参照图14描述示出检测和消除深眠状态的操作的流程图。图14是示出第二实施例的床系统的操作的流程图。以与第一实施例相同的方式，本实施例描述监测作为深眠状态的睡眠呼吸暂停综合征的情形。在以下描述中，床面和使用者面部的右侧和左侧对应于使用者面向上躺着时的右侧和左侧，并且与当从上方观看床面时的情形相反。
当打开电源开关并且检测到床面上存在使用者时开始过程。
步骤s301
为了从床面未倾斜(水平)的状态开始过程，使床面返回水平位置并重置存储的倾斜水平。
步骤s302
接着，深眠状态检测器根据睡眠监测器的监测信息确定是否存在深眠状态。如果确定使用者存在深眠状态，则过程前进到步骤s303；否则前进到步骤s317。确定是否存在深眠状态(s302)的确定内容可与第一实施例的步骤s201至s204(见图9)中的那些相同。
步骤s303
倾斜驱动控制器将睡眠监测器的监测信息与用以确定面部方向的信息进行比较，从而检测到使用者的面部方向。当面部面向上时，过程前进到步骤s304；否则前进到步骤s316。
步骤s304
重心位置检测器检测重力中心信息。当重力中心处于横向方向上的中心区域中时，过程前进到步骤s305；否则前进到步骤s307。
步骤s305
根据存储的倾斜水平信息确定此刻侧面是否倾斜。当侧面倾斜时，过程前进到步骤s306；否则前进到步骤s309。
步骤s306
根据存储的倾斜水平信息确定此刻侧面是否倾斜至其最大程度。当侧面倾斜至最大程度时，过程前进到步骤s311；否则前进到步骤s310。
步骤s307
当重力中心未处于中心区域时，确定此刻床面倾斜。当不存在重力中心的一侧向下倾斜时，过程前进到步骤s312；否则前进到步骤s308。短语“不存在重力中心的一侧”当头部位于左侧区域时对应于右侧区域，并且当重力中心处于右侧区域时对应于左侧区域。
步骤s308
由于重力中心不处于中心区域，因此即使使用者翻转到不存在重心中心的一侧，他/她也不可能掉下床。由于不存在重力中心的一侧未向下倾斜，因此倾斜床面以将不存在重力中心的一侧移动到第一向下水平。然后，过程前进到步骤s314。
步骤s309
由于重力中心处于中心区域，并且床面未倾斜，因此倾斜床面以将右侧或左侧移动到第一向下水平。然后，过程前进到步骤s314。
步骤s310
由于重力中心处于中心区域，并且床面的倾斜小于其最大程度，因此沿相同方向进一步倾斜床面。然后，过程前进到步骤s314。
步骤s311
由于重力中心处于中心区域，并且床面倾斜至其最大程度，因此倾斜床面以将相反侧移动到第一向上水平。然后，过程前进到步骤s314。
步骤s312
根据存储的倾斜水平信息确定此刻床面是否倾斜至其最大程度。当倾斜至其最大程度时，过程前进到步骤s313；否则前进到步骤s316。
步骤s313
由于重力中心处于右侧或左侧区域，并且床面的倾斜小于其最大程度，因此沿相同方向进一步倾斜床面。然后，过程前进到步骤s314。
步骤s314
存储此刻的倾斜程度。然后，过程前进到步骤s315。
步骤s315
如果此倾斜过程致使睡眠监测在使用者从异常状况恢复之前重新开始，则床面可能倾斜过度。为了避免这种情况，在倾斜过程之后，确认在重新开始睡眠监测之前已经过去了预定时间。当已经过去了预定时间时，过程返回步骤s302以继续睡眠监测；否则重复步骤s315。预定时间可被设定为例如五至十分钟并且可由医生、护士等存储。
步骤s316
在此步骤，存在深眠状态并且使用者处于以下情况之一：(1)面部未面向上；以及(2)重力中心处于头部接纳表面的右侧区域或左侧区域，并且不存在重力中心的一侧向下倾斜至其最大程度。这些情形指示即使倾斜床面预期使用者也不能从深眠状态回复，或者不能沿引导使用者翻转至的方向进一步倾斜床面。因此，发出指示使用者存在深眠状态的警告。警告可例如作为声音、振动等直接发给使用者或者作为警告声音、振动、警告图像等通知给帮助者。
步骤s317
当不存在深眠状态时，确定是否存在终止信号。当关闭终止信号开关时或者当未在床上检测到使用者时，确定存在终止信号。当不存在终止信号时，过程前进到步骤s302，在该步骤，在继续监测使用者深眠状态的同时继续检测终止信号是否存在。当终止信号存在时，执行终止操作。
第二实施例可以用与第一实施例的修改例子中相同的方式采用用于消除倾斜的过程。本发明还采用一种方法，其中，计数器如下存储倾斜情况：“左侧向上倾斜”指示负值；“未倾斜”指示0；以及“右侧向上倾斜”指示正值。根据此方法，在倾斜度增加之后，其绝对值会增加。
如上所述，在本实施例中，使用者可通过沿横向方向倾斜床面的下表面改变他/她在床上的姿势。这具有缓解或消除深眠状态的作用。
第三实施例
本实施例描述既容许倾斜头部和背部接纳表面也容许横向倾斜床面的床系统。除了必须控制床面的横向倾斜度之外，本实施例与第一实施例相同。因此将省略对相同方面(诸如床主体的配置)的描述。图15是第三实施例的睡眠姿势控制床系统的总体结构的框图。
除了包括作为必要部件床倾斜驱动器708之外，本实施例与参照图6描述的第一实施例具有相同配置。床倾斜驱动器708是用于沿横向方向倾斜床主体701的床面的驱动器。通过沿横向方向倾斜床面，可引导使用者以改变他/她在床上的姿势。床倾斜驱动器708由例如用于沿横向方向倾斜床面的驱动器26(见图1)构成，其如图1所示地围绕旋转轴销14旋转床面。
背部抬高倾斜控制器704基于睡眠监测器702的监测数据以及头部位置检测器707和面部方向检测器706的检测信息确定背部和头部接纳表面中的倾角和床面沿横向方向的倾角。然后，背部抬高倾斜控制器704倾斜背部和头部接纳表面以及床面。可将一些时间点处的背部接纳表面的倾角θx、头部接纳表面的倾角θy和床面沿横向方向的倾角存储在背部抬高倾斜控制器704的存储器中。替代性地，背部和头部接纳表面的倾角以及床面沿横向方向的倾角中的每个可被划分成多个步骤，并且这些表面中每个的倾斜步数和床面沿横向方向的倾斜水平数量可存储在形成在背部抬高倾斜控制器704中的计数器中。
下面描述比横向倾斜床面优先的用于倾斜头部和背部接纳表面的过程。图16至18示出第三实施例的睡眠姿势控制床系统的操作的流程图。
在图16中，当打开电源开关并且检测到使用者位于床面上时开始过程。
步骤s401
为了在背部和头部接纳表面及床面都未倾斜的状态开始过程，重置存储的倾斜程度(沿横向方向)，并且将用以存储背部和头部接纳表面的倾斜度的计数器重置为0，从而消除倾斜度。
步骤s402
接着，深眠状态检测器根据睡眠监测器的监测信息确定是否存在深眠状态。如果确定使用者存在深眠状态，则过程前进到步骤s403；否则前进到步骤s419。
步骤s403至s405
面部方向检测器根据头部位置检测器的信息确定使用者的面部方向。当面部面向上时，随后的过程是由附图标记1代表的过程。当面朝右时，过程前进到步骤s406。当面朝左时，随后的过程是由附图标记2代表的过程。当面部未面向上述方向(面向下)时，随后的过程是由附图标记3代表的过程。
步骤s406和s407
头部位置检测器检测头部在头部接纳表面上的位置(见图6)。当头部处于沿横向方向的右侧区域时，过程前进到步骤s420以发出警告。当头部处于沿横向方向的左侧区域时，过程前进到步骤s410。当头部未处于以上任何位置(头部处于沿横向方向的中心位置)时，过程前进到步骤s408。
步骤s408
根据存储的倾斜水平信息确定此刻床面是否倾斜。当床面倾斜时，过程前进到步骤s409；否则前进到步骤s413。
步骤s409
根据存储的倾斜水平信息确定此刻床面是否倾斜至其最大程度。当床面倾斜至其最大程度时，过程前进到步骤s415；否则前进到步骤s414。
步骤s410
当头部处于沿横向方向的左侧区域时，确定此刻床面倾斜。当床面的左侧区域向上倾斜时，过程前进到步骤s411；否则前进到步骤s412。
步骤s411
根据存储的倾斜水平信息确定此刻床面是否倾斜至其最大程度。当床面倾斜至其最大程度时，过程前进到步骤s420；否则前进到步骤s416。
步骤s412
床面的左侧区域倾斜至第一向上水平。然后，过程前进到步骤s417。
步骤s413
床面的右侧或左侧区域倾斜至第一向上水平。然后，过程前进到步骤s417。
步骤s414
由于未倾斜至其最大程度，因此进一步倾斜床面。然后，过程前进到步骤s417。
步骤s415
由于使用者头部处于中心区域，并且床面倾斜至其最大程度，因此倾斜床面以将相反侧移动至第一向上水平。然后，过程前进到步骤s417。
步骤s416
由于倾斜未处于其最大程度，因此进一步倾斜床面。然后，过程前进到步骤s417。
步骤s417
存储此刻的倾斜水平。然后，过程前进到步骤s418。
步骤s418
如果此倾斜过程致使睡眠监测在使用者从异常状况恢复之前重新开始，则床面可能倾斜过度。为了避免这种情况，在倾斜过程之后，确认在重新开始睡眠监测之前已经过去了预定时间。当已经过去了预定时间时，过程返回步骤s402以继续睡眠监测；否则重复步骤s418。预定时间可被设定为例如五至十分钟并且可由医生、护士等存储。
步骤s419
当不存在深眠状态时，确定是否存在终止信号。当关闭终止信号开关时或者当未在床上检测到使用者时，确定存在终止信号。当不存在终止信号时，过程前进到步骤s402，在该步骤，在继续监测使用者深眠状态的同时继续检测终止信号是否存在。当终止信号存在时，执行终止操作。
步骤s420
在此步骤，存在深眠状态并且使用者处于以下情况之一：(1)面部未面向上；以及(2)重力中心处于头部接纳表面的右侧和左侧区域，并且与头部所处区域相反的区域向下倾斜至其最大程度。这些情形指示即使倾斜床面预期使用者也不能从深眠状态回复，或者不能沿引导使用者翻转至的方向进一步倾斜床面。因此，发出指示使用者存在深眠状态的警告。警告可例如作为警告声音、振动等直接发给使用者或者作为警告声音、振动、警告图像等通知给帮助者。
附图标记1所代表的过程
由于使用者面部面向上，因此执行与步骤s104至s109中相同的操作和第一实施例中的终止操作；因而省略其描述。从步骤s108转变到步骤s102对应于从步骤s108转变到步骤s402。
附图标记2所代表的过程
此过程在图17中示出。由于使用者面部向左倾斜，因此在使用者的面部方向方面，步骤s501至s514中的过程与步骤s406至s418和s420中(使用者面部向右倾斜)的过程相反。因此省略其描述。
附图标记3所代表的过程
此过程在图18中示出。在此情形中，使用者面部面向下。在此情形中，与上述情形相反，当使用者头部处于中心区域时，使用者可能在他/她向上翻身时掉下床。
步骤s601和s602
检测到头部在头部接纳表面上的位置。当头部处于沿横向方向的右侧区域时，过程前进到步骤s605。当头部处于沿横向方向的左侧区域时，过程前进到步骤s603。当头部未处于以上任何位置(头部处于沿横向方向的中心位置)时，过程前进到步骤s613。
步骤s603
根据存储的倾斜水平信息确定此刻床面倾斜。当床面的左侧区域向上倾斜时，过程前进到步骤s604；否则前进到步骤s608。
步骤s604
根据存储的倾斜水平信息确定此刻床面是否倾斜至其最大程度。当床面倾斜至其最大程度时，过程前进到步骤s613；否则前进到步骤s609。
步骤s605
根据存储的倾斜水平信息确定此刻床面倾斜。当床面的右侧区域向上倾斜时，过程前进到步骤s606；否则前进到步骤s607。
步骤s606
根据存储的倾斜水平信息确定此刻床面是否倾斜至其最大程度。当床面倾斜至其最大程度时，过程前进到步骤s613；否则前进到步骤s610。
步骤s607
床面的右侧区域倾斜至第一向上水平。然后，过程前进到步骤s611。
步骤s608
床面的左侧区域倾斜至第一向上水平。然后，过程前进到步骤s611。
步骤s609
由于未倾斜至其最大程度，因此进一步倾斜床面。然后，过程前进到步骤s611。
步骤s610
由于倾斜未处于其最大程度，因此进一步倾斜床面。然后，过程前进到步骤s611。
步骤s611
存储此刻的倾斜水平。然后，过程前进到步骤s612。
步骤s612
如果此倾斜过程致使睡眠监测在使用者从异常状况恢复之前重新开始，则床面可能倾斜过度。为了避免这种情况，在倾斜过程之后，确认在重新开始睡眠监测之前已经过去了预定时间。当已经过去了预定时间时，过程返回步骤s402以离开附图标记3所代表的过程。
步骤s613
在此步骤，存在深眠状态并且使用者处于以下情况之一：(1)头部处于沿横向方向的头部接纳表面的中心区域；以及(2)头部处于头部接纳表面的右侧或左侧区域，并且与头部所位于的侧相反的一侧倾斜至其最大程度。这些情形指示即使倾斜床面预期使用者也不能从深眠状态回复，或者不能沿引导使用者翻转至的方向进一步倾斜床面。因此，发出指示使用者存在深眠状态的警告。警告可例如作为警告声音、振动等直接发给使用者或者作为警告声音、振动、警告图像等通知给帮助者。
第三实施例可采用用于以与第一实施例的修改例子中相同的方式消除倾斜的过程。此外，在倾斜背部接纳表面和头部接纳表面之前可重置床面的横向倾斜。
下面描述如何确定是否存在深眠状态。此确定通过co2浓度执行，co2浓度随呼吸作用增加。
在此情形中，深眠状态检测器503包括co2浓度传感器和用于通过将co2浓度传感器的数据与预定阈值进行比较检测是否存在异常呼吸(呼吸不足或呼吸暂停)的检测器。术语“呼吸暂停”指的是流过口鼻的空气流停止十秒或更久，而术语“呼吸不足”指的是换气次数在十秒或更久时间内下降50％。医生、护士等可根据使用者睡眠数据或标准数据确定预定阈值。
睡眠监测器502可还包括co2浓度传感器和用于将监测数据发送到深眠状态检测器503的通信单元。
co2浓度传感器位于使用者的鼻或口至少之一附近，但也可以位于两者附近。
第四实施例
图19示出第四实施例的深眠姿势控制床系统的床主体。如图19所示，第四实施例的床系统包括由纵向框架构件231、横向框架构件232和半圆形构件234构成的床面部分230。具有下表面233的床面部分230可旋转地(以可倾斜方式)附接到支撑框架211的竖直框架235。本实施例的总体结构类似于图11所示的结构。
床系统的下表面倾斜驱动器(用于倾斜下表面233的倾斜装置)可具有以下结构。例如，半圆形构件234各自具有与它们的内周或外周上的齿轮啮合的凹槽，并且齿轮位于每个半圆形构件234的下端并由电动马达驱动。再例如，旋转轴承位于两个竖直框架235和下表面233的纵向中心线之间的交叉点附近，并且床面部分230设置有被插入旋转轴承并由电动马达驱动的轴。在后一例子中，半圆形构件234装配有制动器(下表面倾斜驱动器的维持构件)，在床面部分230倾斜时，通过该制动器将床面部分230固定到床面支撑结构230’。通过下表面倾斜驱动器自动地控制由制动器形成的固定接合的on和off。
上述电动马达连接到与第二实施例中描述的操作单元(包括深眠状态检测器、倾斜驱动控制器和重心位置检测器)类似的控制器(未示出)。控制器控制电动马达。然而，这不是可用的唯一配置。重要的是倾斜驱动控制可基于来自睡眠监测器、深眠状态检测器和重心位置检测器中任何装置的信息平稳地倾斜下表面233并使其保持倾斜。
重心位置检测器是非必要的部件。为了简化，图19省略了睡眠监测器、下表面倾斜驱动器的维持构件(制动器)和床主体的下表面上的柱状垫单元。
此配置提供与第二实施例中的那些类似的作用。
第五实施例
第五实施例的睡眠姿势控制床系统包括图20所示的床主体和下表面倾斜驱动器。图20是床主体的立体图。如图20所示，第五实施例的床系统包括床下部支撑件369。床下部支撑件369具有抬高机构367，其用于承托具有下表面的床面部分363并抬高床面部分363。床系统还包括从下方支撑床下部支撑件369的床垫支撑件364和被承托在床面部分363上的床垫365。在本实施例中，床面部分363的上表面对应于床主体的下表面。抬高机构367用作下表面抬高驱动器，用于沿横向方向抬高下表面。抬高机构367经由导线321连接到与第二实施例中描述的操作单元(包括深眠状态检测器、倾斜驱动控制器和重心位置检测器)类似的控制器320。控制器320检测深眠状态和重力中心的位置并且还控制抬高机构367。
床下部支撑件369包括用于抬高床面部分363的抬高机构(下表面倾斜驱动器)367和支撑抬高机构367的脚部零件368。在抬高结构367的端部和床面部分363的两端处设置使床面部分363与抬高机构367接合的接合部分367a和363a。图20未示出睡眠监测器。
床垫支撑件364包括用以支撑床面部分363的下部支撑件362和用以支撑下部支撑件362的脚部零件361。
具有上述配置的床系统操作如下。在图20中，例如，当抬高机构367在右侧向上移动并且在左侧向下移动时，床面部分363的右侧向上倾斜。当抬高机构367相反地操作时，床面部分363的左侧向上倾斜。通过操作单元以与第二实施例中相同的方式控制抬高机构367。抬高机构可以是任何周知的装置，诸如液压装置。
此配置还提供与第二实施例中的那些类似的作业。
第六实施例
第六实施例描述能够通过声音确定使用者是否打鼾并能够消除打鼾的睡眠姿势控制床系统。除了通过深眠状态检测器执行异常确定过程之外，本实施例与第二实施例形同；因而，以下描述将关注异常确定过程。图21是通过第六实施例的床系统确定深眠状态是否存在的流程图。
步骤s701
当操作开始时，首先，声音传感器监测使用者口部周围产生的声音。
步骤s702
为了有助于确定，执行诸如降噪和傅里叶变换的预处理。
步骤s703
将预处理使用者的鼾声所获得数据存储在深眠状态检测器中。深眠状态检测器将测量的声音数据与存储的数据进行比较。当这些数据之间的一致性不小于预定值(例如，80％)时，过程前进到步骤s704；否则前进到步骤s705。应该注意，当一致度小于预定值时，可能是未检测到声音。
步骤s704
当一致度不小于预定值时，意味着使用者正在打鼾，并且确定存在深眠状态。
步骤s705
当一致度小于预定值时，使用者未打鼾，并且确定不存在深眠状态。
可按与在步骤s201至s204中相同的方式执行基于流速的确定，并且可按与在步骤s701至s705中相同的方式确定基于振动的确定。
第七实施例
第七实施例将描述防止使用者掉下床的床垫结构。除了床垫结构之外，本实施例与第二实施例相同；因而，以下描述将关注差异。图22是第七实施例的床垫的横向剖视图。
在本实施例中，如图22所示，床垫125具有中心部分125a，其呈低于两个端部125b的凹陷形式。端部125b用于防止使用者在床下表面倾斜时掉下床。
中心部分125a的宽度优选不小于床垫总宽度的80％，并且每个端部125b的宽度不小于床垫总宽度的3％。
在本实施例中，凹陷的剖面是半椭圆形，但不限于此：它可替代性地是例如弧形或链状。
第八实施例
第八实施例将描述防止使用者掉下床的床垫结构的修改例子。除了床垫结构之外，本实施例与第二实施例相同；因而，以下描述将关注差异。图23是第八实施例的床垫的横向剖视图。
在本实施例中，如图23所示，床垫125的材料在中心部分125a和端部125b之间不同。更具体地，中心部分125a的材料比用于端部125b的材料具有更高的可压缩性。因此，当使用者躺在其上时，中心部分125a下沉得深，而端部125b几乎不下沉。因此，可压缩性低的端部125b用于防止使用者掉下床。
第七和第八实施例的床垫结构可应用于第一实施例的床系统。在该情形中，以不抑制头部和背部接纳表面的弯曲的方式放置柱状床垫。
工业应用性
如上所述，本发明提供能够沿多个方向倾斜的床系统。床系统可定期地、间断地或在任何需要的时候倾斜其下表面，从而防止卧床不起的患者产生压疮。床系统还可检测使用者的深眠状态，诸如呼吸暂停、呼吸不足、打鼾和磨牙，并且在检测到深眠状态时引导使用者以改变他/她的睡眠姿势，从而缓解深眠状态。因此，本发明提供高工业应用性。
附图中的附图标记
1睡眠姿势控制床系统
10床主体
11操作单元
12头部框架
13脚部框架
14旋转轴销
15悬挂构件
16背部接纳表面部分
17头部接纳表面部分
18用于背部接纳表面的驱动器
19用于头部接纳表面的驱动器
20腰部接纳表面部分
21膝盖弯曲驱动器
22用于竖直地移动床面的驱动器
23用于竖直地移动床面的驱动器
24大腿接纳表面部分
25小腿接纳表面部分
26用于沿横向方向倾斜床面的驱动器
27纵向框架构件
28横向框架构件
29头部-脚部连接构件
30脚部零件
31导线
32加固构件
33滚轴
35身体中心轴线
36压敏薄片
37连接构件
102床面部分
102’床面支撑结构
103支撑框架
104脚部零件
105脚部-脚部连接框架
106支撑连接框架
107可竖直移动框架
107a竖直驱动装置
108悬挂构件
109铰接件
110头部-脚部连接构件
112倾斜控制构件
112a倾斜驱动装置
115扶手
120下表面
120’下板
121纵向下表面框架构件
122横向下表面框架构件
123下部支撑构件
125圆柱形垫单元
130操作单元
131导线
211支撑框架
230床面部分
231纵向框架构件
232横向框架构件
233下表面
234半圆形构件
235竖直框架
361脚部零件
362下部支撑件
363床面部分
364床垫部分
365床垫
367抬高构件(下表面倾斜驱动器)
368脚部零件
369床下部支撑件
501床主体
502睡眠监测器
503睡眠状态检测器
504倾斜驱动控制器
505下表面倾斜驱动器
506重心位置检测器
602背部接纳表面纵向框架
602a背部接纳表面纵向主构件
602b背部接纳表面弹性构件
603旋转杆
604马达
605、606纵向加固构件