智能床墊在養(yǎng)老照護(hù)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

章依妮，何苗苗，季奕君，廖夢倩，曹世華

杭州師范大學(xué)錢江學(xué)院，浙江杭州 310036

隨著我國人口老齡化的日益加重，老年人口占我國總?cè)藬?shù)的比重越來越大，與此同時，專業(yè)養(yǎng)老護(hù)理人員緊缺狀態(tài)逐漸顯現(xiàn)[1]。老年人受年齡等因素影響，病情易在臥床時期發(fā)展，且睡眠問題多發(fā)，不易察覺，針對這一特點，智能床墊在醫(yī)院或養(yǎng)老院等機(jī)構(gòu)的臨床應(yīng)用逐漸得以推廣，推進(jìn)了智慧養(yǎng)老醫(yī)療模式的發(fā)展進(jìn)程。本文針對智能床墊的生命體征監(jiān)測和睡眠監(jiān)測等方面的功能和應(yīng)用進(jìn)行綜述，旨在為智能床墊在養(yǎng)老照護(hù)中的應(yīng)用提供參考。

1 智能床墊概念

智能床墊是一類基于先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)和各種傳感器技術(shù)，經(jīng)過科學(xué)的組合設(shè)計，將多種監(jiān)測功能或輔助功能集于一張床墊的智能產(chǎn)品。電動護(hù)理床自20世紀(jì)90年代開始在醫(yī)療護(hù)理中嶄露頭角，被譽為醫(yī)療及家庭護(hù)理領(lǐng)域的一場革命[2]。最初的智能床墊在護(hù)理領(lǐng)域多用于增強(qiáng)護(hù)理能力，通過拆分床板及床墊結(jié)構(gòu)的變化輔助患者翻身、排便，降低護(hù)理強(qiáng)度。此后的國內(nèi)外市場中的大多數(shù)智能床墊在此基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改良及功能拓展。經(jīng)過近30年的技術(shù)發(fā)展與材料成熟，現(xiàn)階段的智能床墊已具備多項核心或輔助技術(shù)。

2 智能床墊檢測技術(shù)及數(shù)據(jù)采集方式

2.1 智能床墊的監(jiān)測技術(shù)分類

智能床墊目前主流的監(jiān)測技術(shù)有加速度傳感、光纖傳感、壓電薄膜傳感、壓電陶瓷傳感、多普勒傳感和壓力傳感器六種?；诩铀俣葌鞲械男臎_擊描記法是通過加速度傳感器感受并記錄人體靜止時心臟搏動射血活動引起的身體的細(xì)微震動信號，經(jīng)放大電路，實現(xiàn)對心臟搏動和呼吸引起的震動即時監(jiān)測[3-4]?；诠饫w傳感的生命體征監(jiān)測系統(tǒng)包括光纖傳感單元和檢測單元，當(dāng)人體心臟搏動和呼吸時，光纖傳感單元采用一種基于光纖布拉格光柵(FBG)的光纖分布結(jié)構(gòu)，利用上下兩層網(wǎng)格板同時擠壓光纖，使其微彎，改變原始光通量；經(jīng)光信號解調(diào)單元處理分析得到心臟沖擊掃描監(jiān)測結(jié)果或呼吸等檢測結(jié)果，實現(xiàn)了心率、呼吸、身體位置、夜間翻身次數(shù)的睡眠質(zhì)量監(jiān)測功能[5]。壓電薄膜傳感器通過放置在人體頭部或胸部下面的壓電薄膜帶，實時監(jiān)測人體心搏、脈搏等生理信號并得到心率、呼吸生命體征的數(shù)據(jù)[6]。多普勒雷達(dá)是一種利用多普勒效應(yīng)探測運動目標(biāo)的位置和相對運動速度的雷達(dá)，應(yīng)用此特性并對雷達(dá)回波進(jìn)行處理，過濾體動信號的干擾，提取特征信號即可得到人體呼吸和心搏信號等數(shù)據(jù)，并可以建立睡眠分期決策樹，完成睡眠分期的分析[7-9]。壓電陶瓷傳感是利用高壓電陶瓷材料具有壓電特性，可將微弱的機(jī)械振動轉(zhuǎn)換成電信號，目前在心率、呼吸生命體征監(jiān)測中也開始使用[10]。壓力傳感器是一類將外力(壓力)轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器，通過基于柔性陣列壓力傳感器可以采集人體壓力分布數(shù)據(jù)與環(huán)境參數(shù)從而分析得出人體當(dāng)前坐姿狀態(tài)，實現(xiàn)坐姿實時監(jiān)測及智能提醒[10]。

2.2 智能床墊的數(shù)據(jù)采集方式及意義

智能床墊通過將加速度、光纖、壓電薄膜、壓電陶瓷和壓力傳感器結(jié)合錄像錄音設(shè)備，紅外傳感設(shè)備以及超聲傳感設(shè)備嵌入在床墊或者安裝在床的周圍來獲取使用者數(shù)據(jù)，通過計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取有關(guān)智能床墊的使用信息和人體的生理參數(shù)，包括呼吸、脈搏或者體動[11-12]。智能床墊采用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)和傳感技術(shù)，采集人體的體征數(shù)據(jù)與環(huán)境數(shù)據(jù)，建立遠(yuǎn)程實時監(jiān)護(hù)服務(wù)平臺，通過云端算法和預(yù)設(shè)模型的數(shù)據(jù)分析[13]，及時地將異常情況反饋給醫(yī)護(hù)人員或監(jiān)護(hù)者，實現(xiàn)了廣泛的數(shù)據(jù)收集、分析以及共享。通過對醫(yī)療數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的使用，獲取有價值的信息來服務(wù)于醫(yī)療行業(yè)和患者，促進(jìn)醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展[14]。

3 智能床墊在養(yǎng)老照護(hù)中的應(yīng)用

3.1 智能床墊在生命體征監(jiān)測的應(yīng)用

生命體征監(jiān)護(hù)是對人體生理和病理狀態(tài)進(jìn)行檢測和監(jiān)視，能夠?qū)崟r、連續(xù)、長時間地監(jiān)測患者的重要生命特征參數(shù)，并將這些生理參數(shù)傳送給醫(yī)護(hù)人員或家人，在危重患者的監(jiān)護(hù)、傷病患者的搶救、慢性病患者和老年人的監(jiān)護(hù)以及運動員身體活動的檢測等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。生命體征監(jiān)測技術(shù)主要監(jiān)測的人體生理參數(shù)包括呼吸、心率和血氧飽和度等[15]。而大多數(shù)老年人患有慢性病，若能長期、不間斷地對其生命體征進(jìn)行監(jiān)測，則在一定程度上能夠預(yù)防疾病或盡早發(fā)現(xiàn)、治療。馮良磊[16]的研究中發(fā)現(xiàn)，使用非接觸式生命體征監(jiān)測系統(tǒng)可以有效地實現(xiàn)心率、呼吸、久坐狀態(tài)以及環(huán)境監(jiān)測等功能，為居家養(yǎng)老的護(hù)理模式提供了一大思路。余曼等[17]設(shè)計開發(fā)的基于云平臺的生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，通過手持終端設(shè)備(PDA)，自動采集、上傳、分析患者的體溫、血壓、脈搏、呼吸、血氧飽和度等生命體征數(shù)據(jù)。應(yīng)用該系統(tǒng)可降低護(hù)理文書記錄的錯誤率，有效提高護(hù)理水平與質(zhì)量。生命體征監(jiān)測功能于智能床墊的意義不僅在于可以在老年人日常生活中和疾病護(hù)理期間提供實時、連續(xù)、長時間的人體生理參數(shù)的檢測和監(jiān)視，更在于能最大程度上實現(xiàn)預(yù)防、發(fā)現(xiàn)、治療一些常見疾病，提升養(yǎng)老護(hù)理質(zhì)量。

3.2 智能床墊在睡眠監(jiān)測中的應(yīng)用

睡眠監(jiān)測是通過連續(xù)、科學(xué)地監(jiān)測睡眠狀態(tài)下的心率、心率變異、呼吸、體動等數(shù)據(jù)，在有準(zhǔn)確監(jiān)測參數(shù)的情況下,分析受測者的睡眠狀況，找出影響其睡眠的因素，為治療提供科學(xué)依據(jù)。微動敏感床墊監(jiān)測裝置于1999年研制成功，并應(yīng)用于睡眠監(jiān)測[18-19]。其基本原理是在自然睡眠條件下通過微動敏感傳感器來檢測人體的體動、心搏和呼吸對床墊的壓力變化，從而測量出胸沖擊、腿沖擊、呼吸、心率和翻身等信號[20]。日本研制出了一款枕頭式睡眠監(jiān)測系統(tǒng)，將壓力傳感器放在枕頭的下方來測量使用者的心率、呼吸率以及體動等生理參數(shù)[21]。朱鵬志等[22]研制了一種新型的無電極、非直接接觸式的生命體征信號采集設(shè)備，來獲得睡眠時的體征信息，該類設(shè)備具有感應(yīng)面積小、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點，完善算法后可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)院內(nèi)的常規(guī)護(hù)理及院外的健康管理、慢性病防治、居家養(yǎng)老等。沈亞松[23]設(shè)計的睡眠質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，將壓力裝換為波長漂移，構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了睡眠位置、單位時間內(nèi)翻身次數(shù)的睡眠質(zhì)量實時監(jiān)測的功能，可使睡眠過程中例如心肌梗死、呼吸暫停、腦出血等突發(fā)疾病得以及早發(fā)現(xiàn)，同時也能監(jiān)測體位改變，進(jìn)而預(yù)防壓瘡與墜床等情況的發(fā)生。周志強(qiáng)[9]研究的睡眠監(jiān)測系統(tǒng)，具有非接觸式、操作便捷、可連續(xù)長期監(jiān)測等優(yōu)點,很大程度上可作為家庭日常睡眠監(jiān)測技術(shù)，有利于對自身健康狀況的掌握及健康管理。睡眠監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用使得老年人的睡眠情況得以正確的評估，從而發(fā)現(xiàn)、重視存在或潛在的睡眠問題，及時指導(dǎo)老年人采取適當(dāng)?shù)姆乐畏绞?，在一定程度上提高老年護(hù)理的水平。

3.3 智能床墊在養(yǎng)老照護(hù)中的應(yīng)用

由于大部分老年慢性疾病患者在病情穩(wěn)定之后通常會選擇社區(qū)或居家養(yǎng)老，為此國家正努力構(gòu)建多元的照料體系，居家護(hù)理是合乎我國國情的基礎(chǔ)照料方式[24]。但在居家養(yǎng)老模式中，在缺乏大量專業(yè)人員照護(hù)的情況下，老年人的健康狀況缺少有效的監(jiān)管[25]，而智能床墊的應(yīng)用能夠增加居家養(yǎng)老照護(hù)模式的可行性與科學(xué)性。當(dāng)具有生命體征監(jiān)測功能的智能床墊應(yīng)用于居家養(yǎng)老環(huán)境中時，非專業(yè)護(hù)理人員在社區(qū)和家中同樣能夠在設(shè)備終端清楚地觀察到老年人的各項生命體征。社區(qū)及居家養(yǎng)老的照護(hù)者容易忽視老年人睡眠時期的生命體征變化，具有睡眠監(jiān)測功能的智能床墊能在一定程度上幫助照護(hù)者解決這一問題，通過監(jiān)測、分析睡眠時的心率、翻身次數(shù)、體動狀態(tài)等生理數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示為異常情況并觸發(fā)報警器開關(guān)時，照護(hù)者能夠及時發(fā)現(xiàn)老年人的夜間睡眠意外，給予及時干預(yù)和救助。舒適護(hù)理是近年來備受關(guān)注的一種護(hù)理方式，這種護(hù)理模式可以增加老年病房患者的舒適度，減輕患者的焦慮和緊張感，改善生活質(zhì)量[26]。非接觸式生命體征監(jiān)測系統(tǒng)的智能床墊能夠讓老年人擺脫穿戴生命體征監(jiān)測設(shè)備的束縛，極大地提高其健康監(jiān)測舒適度，提高監(jiān)測依從性，進(jìn)一步提升老年人睡眠質(zhì)量，增加生理、心理的愉悅感。睡眠監(jiān)測智能床墊可彌補(bǔ)臨床護(hù)理人員缺乏、無法及時對老年人夜間睡眠進(jìn)行有效監(jiān)控，降低醫(yī)護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān)。除此之外，能夠監(jiān)測心率變異性的智能床墊，可以實現(xiàn)對心臟機(jī)能的評估，預(yù)測老年人心腦血管疾病的發(fā)生與發(fā)展[27]。

4 結(jié)語

智能床墊在養(yǎng)老照護(hù)中具有對生命體征進(jìn)行非接觸式的實時和連續(xù)的監(jiān)測分析以及異常情況的報警、健康的分析預(yù)警等功能，決定其在養(yǎng)老器械領(lǐng)域有較好的發(fā)展前景，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)院臨床、養(yǎng)老機(jī)構(gòu)及社區(qū)、家庭的養(yǎng)老照護(hù)之中，有利于實現(xiàn)智慧養(yǎng)老，促進(jìn)老年人的生活起居安全和健康管理。隨著先進(jìn)材料加工技術(shù)、智能傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能的快速發(fā)展，智能床墊在適老性、使用便捷性、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確安全性以及對健康的管理和評估上將會得到有效改善和提升。智能床墊在養(yǎng)老照護(hù)領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要積極的作用，取得巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，也是未來智慧養(yǎng)老領(lǐng)域的一個發(fā)展方向。