一种防压疮智能床垫的制作方法

1.本技术涉及医疗护理技术领域，特别涉及一种防压疮智能床垫。


背景技术：

2.压疮又称压力性溃疡、褥疮，是由于局部组织长期受压，发生持续缺血、缺氧、营养不良而致组织溃烂坏死。在医院、养老院及家庭失去行动能力病人中，压疮是常见疾病，压疮一经发生很难痊愈，预防胜于治疗。据有关文献报道，每年约有6万人死于压疮合并征。
3.目前在医疗护理领域，预防压疮主要采用人工定时翻身和采用周期波动气囊床垫两种方式。人工定时翻身成本很高，且高度依赖护理者的责任心；采用周期波动气囊床垫能够通过内置的程序调节气囊的压力周期变化，但无法达到最优化的气囊调节策略，而且由于此类床垫往往采用相邻气囊内部压力交替变化的控制策略，导致使用者皮肤表面的压力始终存在压力集中，甚至产生剪切滑移，影响使用者的舒适度，夜间频繁的压力波动也会影响使用者的睡眠。此外，现有气囊床垫表面身体接触压力也无法精确测量与调控，不能自动实现压力精准调控下的减压、翻身、身体移位等智能控制。
4.同时现代人生活节奏过快，睡眠休息时间尤其珍贵，因此对床垫舒适度、睡眠质量的追求，也达到了前所未有的新高度。良好的睡眠可以大幅度提高人们的生活质量和生活效率。
5.鉴于此，本发明人对此进行研究，提出一种防压疮智能床垫。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种防压疮智能床垫，可精确采集气囊承压面压力，并根据受压情况自动调节床垫气囊压力，防止压疮产生。
7.为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
8.本技术公开一种防压疮智能床垫，包括气动控制系统、通讯系统、云端智能控制系统、压力采集层、气囊层；其中，气囊层包括多个独立子气囊，压力采集层设有多个压力采集点，采集子气囊多点表面压力；所述气动控制系统为各子气囊充/放气，气动控制系统和压力采集层分别通过通讯系统与云端智能控制系统通信，云端智能控制系统根据采集到的压力信号计算压力分布，自动调节各子气囊的压力。
9.所述压力采集层包括若干个薄膜压力传感器，所述薄膜压力传感器与压力采集模块相连，压力采集模块接收薄膜压力传感器采集到的压力信号，并通过通讯系统发送给云端智能控制系统。
10.所述薄膜压力传感器为压电式传感器或压阻式传感器。
11.所述气囊层包括多个可独立控制充/放气的子气囊，组成头颈部气囊群、肩背部气囊群、腰部气囊群和腿部气囊群。
12.所述头颈部气囊群、肩背部气囊群、腰部气囊群包括双列子气囊，所述腿部气囊群包括单列子气囊。
13.所述的子气囊为柱状气囊，在一个子气囊上均匀分布多个信号采集点。
14.所述压力采集层每50-150cm2设有1个信号采集点，每个信号采集点设置一个薄膜压力传感器。
15.所述气动控制系统包括气泵、气管和电磁阀，所述子气囊通过气管与气泵相连，气管上安装有电磁阀，所述云端智能控制系统通过通讯系统将信号传输给电磁阀、气泵，控制各子气囊的充气、放气。
16.所述智能床垫还包括可视化系统，所述可视化系统包括显示屏和输入界面，可视化系统与云端智能控制系统网络连接。
17.所述的压力采集层之上设置有缓冲层。
18.所述缓冲层包括用于缓冲压力的记忆海绵层。
19.所述缓冲层上表面设有医用防菌膜。
20.所述气囊层与压力采集层之间设有第一功能层。
21.所述气囊层下方设有第二功能层。
22.所述气囊层和压力采集层的外围设有软性固定框。
23.所述气动控制系统包括1-4个气泵。
24.所述子气囊内部的充气压力为10-35kpa。
25.从上述技术方案可以看出，本技术提供的一种防压疮智能床垫，人躺在床垫上时，人体各部位的压力通过缓冲层传输到气囊层，压力采集层将各子气囊对应的压力信号传输给云端智能控制系统，所述云端智能控制系统根据压力分布信号、身高、体重等参数，计算分析人体各部位压力，云端智能控制系统存储有预设阈值，当人体某个部位压力过大容易引起压疮时，云端智能控制系统通过气动控制系统控制对应的子气囊放气，完成子气囊与身体组织接触面的承受压力变化，使人体各部位均衡受力，防止压疮产生。本发明还可以令使用者在任何睡姿下都达到最佳状态，智能识别调节，全程处于舒适环境中，给使用者提供良好的睡眠环境。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
27.图1为本技术实施例公开的一种防压疮智能床垫控制原理图；
28.图2为本技术实施例公开的一种防压疮智能床垫硬件结构图；
29.图3为本技术实施例公开的一种防压疮智能床垫硬件结构分解图；
30.图4为本技术实施例公开的一种防压疮智能床垫气囊分布图；
31.图5为本技术实施例公开的一种防压疮智能床垫气动控制系统控制原理图；
32.图6为本技术实施例公开的一种防压疮智能床垫气囊控制线路图；
33.图7为本技术实施例公开的一种防压疮智能床垫气路连接图；
34.图8为本技术另一种实施例公开的一种防压疮智能床垫信号控制原理图。
具体实施方式
35.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.在本技术中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
37.并且，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
38.本技术实施例提供一种防压疮智能床垫，如图1所示，包括云端智能控制系统1、通讯系统2、气动控制系统3、气囊层4和压力采集层5；其中，所述气囊层4包括多个独立子气囊，所述压力采集层5设有多个压力采集点，可采集各子气囊以及子气囊各部位表面的压力；所述气动控制系统3为各子气囊充/ 放气，气动控制系统3和压力采集层5分别通过通讯系统2与云端智能控制系统 1通信。人躺在所述床垫上时，所述气囊层4接收到人体各部位的压力，压力采集层5将各子气囊对应的压力信号传输给云端智能控制系统1，所述云端智能控制系统1根据压力分布信号、身高、体重等参数，计算分析人体各部位压力。云端智能控制系统1存储有预设阈值，所述预设阈值可以通过预防压疮算法等模型计算得到。当人体某个部位压力过大容易引起压疮时，云端智能控制系统1通过气动控制系统3控制对应的子气囊放气，完成子气囊与身体组织接触面的承受压力变化，使人体均衡受力，防止压疮产生。
39.由于本技术所述的防压疮智能床垫可用于减少长期卧床病人或者行动不便者长时间保持平躺或侧身睡姿产生的压力。从力学因素来看，力学因素主要包含垂直方向的压力，摩擦力，剪切力。其中，垂直压力是促进压疮的最重要原因。有研究表明皮肤组织所受压力超过4kpa，就会阻止毛细血管中的血液对阻止的灌注，导致皮肤阻止缺氧，从而发生压疮。基于此，可以根据压力采集层5获取的关键点压力值和4kpa这个标准比较，如果某一个点超过这个值，则通过算法调整对应位置子气囊的气压值，由于减少气压值以后，对应点压力值降低，一定程度上到达了降低由于压力造成压疮发生的情况，缓减使用者的痛苦，同时单点压力的减少，增加了受力面积，可以增加防压疮智能床垫的舒适性。作为进一步优化，云端智能控制系统1也可以根据人体舒适度算法模型设置个性化舒适度参数阈值，从而调节各子气囊的压力值，满足人体舒适度要求。
40.以下从床垫结构进行详细阐述：如图2-3所示，所述床垫还包括缓冲层6，其中，所述缓冲层6、压力采集层5和气囊层4从上往下依次叠置。作为一种具体实施方式，所述缓冲层6可以采用记忆海绵，其主要用于缓冲人体躺上去的压力，缓冲层6一般厚度为3-7cm。所述压力采集层5包括薄膜压力传感器51，为防止薄膜压力传感器51和气囊层4之间产生较大幅度移位，两者之间还设有第一功能层7，第一功能层7也具有保护薄膜压力传感器51的功能，可采用 0.5-2cm厚度的高弹性海绵，一般为1cm。此外，还可以在缓冲层6上包覆医用防
菌膜8，用于抗菌。在气囊层4下方设置第二功能层9，用于固定和保护各个子气囊，第二功能层9也可采用0.5-2cm厚度的高弹性海绵，一般为1cm。床尾的气囊层4设有用于放置各系统电子元件的电路盒42，这样设置，可以使整个床垫结构更紧凑、信号采集更精准。所述气囊层4和压力采集层5的外围设有软性固定框10，一般采用海绵固定框，用于保护和固定气囊层4、压力采集层 5以及各电子元件。
41.作为一种具体实施方式，以下对所述防压疮智能床垫各部件进行进一步描述：
42.可选地，如图4所示，所述气囊层4包括多个可独立控制充放气的子气囊 41。子气囊41的形状结构一般为柱状，可以是图中的圆柱状，也可以是上下两面平整的矩形柱状。上下两面平整方便压力采集层5安装和工作。还具体地，各子气囊41组成头颈部气囊群4a、肩背部气囊群4b、腰部气囊群4c和腿部气囊群4d。所述头颈部气囊群4a、肩背部气囊群4b、腰部气囊群4c包括左右两列子气囊，腿部气囊群4d为单列子气囊。每个床垫设有至少20个子气囊41。根据人体舒适度算法和控制精度计算分析，作为一个优选的实施方式， 200*90cm的床垫，采用20排子气囊，其中颈部气囊群为2列*5排，肩背部气囊群为2列*4排、腰部气囊群为2列*4排，腿部气囊群为1列*7排，每个子气囊41 充满气后高度为9cm。
43.如图5-7，所述气动控制系统3包括气泵31、气管32和电磁阀33，所述子气囊41通过气管32与气泵31相连。云端智能控制系统1通过通讯系统2将控制信号传输给气泵31、电磁阀33，从而实现各子气囊41的充气、放气。具体地，所述电磁阀33安装在气管32上，其功能在于控制子气囊41与外界气管32之间的通断，子气囊41与电磁阀33之间的关系可以是一一对应的，也可以在同一子气囊41上连接分别控制进气电磁阀和出气电磁阀。进气电磁阀通过进气气道与充气泵相连，出气电磁阀与出气气道相连，通过进气电磁阀和出气电磁阀可精确控制气囊充气和放气。另一种方式是多个子气囊41通过同一电磁阀 33与气管32相连接，达到同一电磁阀33控制多个子气囊41的目的。所述气泵 31为各子气囊41充气，所述子气囊41内部的充气压力为10至35kpa。气泵31可设置于床垫尾部，或通过气管32与子气囊41连接并保持一定距离。气泵31的数量为一至四个，通过多个气泵31可以达到分区控制气囊充气速度的目的。
44.可选地，所述薄膜压力传感器51与压力采集模块相连，压力采集模块接收薄膜压力传感器51采集到的压力信号，并通过通讯系统2发送给云端智能控制系统1。所述通讯系统2与云端智能控制系统1通信可采用蜂窝网络，wifi等方式。采集压力数据可通过与薄膜压力传感器51相配套的压力采集模块，或在通讯系统2的硬件上直接集成其功能，以便与薄膜压力传感器51直接通信，通信协议可以串口、device net、can等。通讯系统2可向所述气泵31、电磁阀33发出控制指令，以便实现气泵31、电磁阀33的运作。
45.所述薄膜压力传感器51可以采用电压式传感器(由压电效应检测)，也可以采用压阻式传感器。具体地：如图3和图4所示，在每个子气囊41上可以对应对应2到20信号采集点，一般每50-150cm2设有1个信号采集点，每个信号采集点上设置一个薄膜压力传感器51。压力采集层5覆盖整个床垫，面积较大，可以将薄膜压力传感器51形成多个单元片矩阵排列，如按2*3、3*4等阵列排布，薄膜压力传感器51的数量根据床垫尺寸和传感器本身尺寸而定。所述薄膜压力传感器51贴敷于各子气囊表面，可精确测量各子气囊承压面的压力。子气囊41对应的有效信号采集点越多，相应的，采集到的压力信号越精细。本实施例中以头颈部气囊群4a、肩背部气囊群4b、腰部气囊群4c和腿部气囊群4d上，每一排采用8个薄膜压力传感
器51。其中腿部气囊群4d上最末端一排子气囊为了配合电路盒42的形状，长度较短，则薄膜压力传感器51只设置5个。如是两列子气囊，左右各分布4个薄膜压力传感器51，如图4所示。单排薄膜压力传感器51除了检测压力分布，还可以通过压力频率关系分析获得用户心率、呼吸，以及通过不同部位压力变化分析获得翻身及睡眠状态等方面的数据。
46.本技术提供另一种实施例，所述防压疮智能床垫，如图8所示，所述智能床垫还包括可视化系统11，所述可视化系统11通过通讯系统2与云端智能控制系统1通信。所述可视化系统11包括输出信息用的显示屏，以及输入用户指令的输入界面，可视化系统11与云端智能控制系统1网络连接，可以显示各子气囊41表面的压力数据、调节阈值等，并可以根据身体部位输入用户指令调节气囊充放气以获得更好的舒适度。此外，所述智能床垫可以在使用者更换床垫时，将使用者的个性化数据和需求通过云端智能控制系统1数据更新至新的设备，实现用户使用参数的复制应用。
47.以下为一种实施例所述防压疮智能床垫的工作方式：
48.气泵31为子气囊41充满气压至10至35kpa，使其具备一定的形状保持能力，以便提升床垫整体结构的刚度；
49.使用者躺在所述智能床垫上，通过可视化系统11输入相应指令，指令包括使用者的身高、体重、病情、防压疮模式，可以控制子气囊41充放气实现身体各个接触部位的压力变化；
50.根据使用者的特定条件，云端智能控制系统1可运算并发布气动控制系统 3控制指令，并将指令通过通讯系统2传递至气泵31和电磁阀33。通过气泵31 的充气和电磁阀对子气囊通断的调节减少或增加特定子气囊41的内部压力，以到达条件床垫表面压力分布的效果；
51.当使用者需要翻身时，可通过床垫的可视化系统11下达指令，由气泵31 控制位于充气区单侧的充气，而位于充气区另一侧的子气囊放气，以达到调整使用者卧姿角度的目的。云端智能控制系统1也可以自动决策使用者需要翻身的频率，在无可视化系统下达指令的情况下执行改变上述子气囊压力为使用者翻身或平衡压力；
52.当更换床垫时，使用者的个性化数据和需求可通过云端系统更新至新的设备，实现用户使用参数的复制应用。
53.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。