智能床墊在養老照護中的應用研究進展

章依妮，何苗苗，季奕君，廖夢倩，曹世華

杭州師范大學錢江學院，浙江杭州 310036

隨著我國人口老齡化的日益加重，老年人口占我國總人數的比重越來越大，與此同時，專業養老護理人員緊缺狀態逐漸顯現[1]。老年人受年齡等因素影響，病情易在臥床時期發展，且睡眠問題多發，不易察覺，針對這一特點，智能床墊在醫院或養老院等機構的臨床應用逐漸得以推廣，推進了智慧養老醫療模式的發展進程。本文針對智能床墊的生命體征監測和睡眠監測等方面的功能和應用進行綜述，旨在為智能床墊在養老照護中的應用提供參考。

1 智能床墊概念

智能床墊是一類基于先進的物聯網和各種傳感器技術，經過科學的組合設計，將多種監測功能或輔助功能集于一張床墊的智能產品。電動護理床自20世紀90年代開始在醫療護理中嶄露頭角，被譽為醫療及家庭護理領域的一場革命[2]。最初的智能床墊在護理領域多用于增強護理能力，通過拆分床板及床墊結構的變化輔助患者翻身、排便，降低護理強度。此后的國內外市場中的大多數智能床墊在此基礎上進行技術改良及功能拓展。經過近30年的技術發展與材料成熟，現階段的智能床墊已具備多項核心或輔助技術。

2 智能床墊檢測技術及數據采集方式

2.1 智能床墊的監測技術分類

智能床墊目前主流的監測技術有加速度傳感、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。基于加速度傳感的心沖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微震動信號，經放大電路，實現對心臟搏動和呼吸引起的震動即時監測[3-4]?；诠饫w傳感的生命體征監測系統包括光纖傳感單元和檢測單元，當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)的光纖分布結構，利用上下兩層網格板同時擠壓光纖，使其微彎，改變原始光通量；經光信號解調單元處理分析得到心臟沖擊掃描監測結果或呼吸等檢測結果，實現了心率、呼吸、身體位置、夜間翻身次數的睡眠質量監測功能[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、呼吸生命體征的數據[6]。多普勒雷達是一種利用多普勒效應探測運動目標的位置和相對運動速度的雷達，應用此特性并對雷達回波進行處理，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據，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，可將微弱的機械振動轉換成電信號，目前在心率、呼吸生命體征監測中也開始使用[10]。壓力傳感器是一類將外力(壓力)轉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據與環境參數從而分析得出人體當前坐姿狀態，實現坐姿實時監測及智能提醒[10]。

2.2 智能床墊的數據采集方式及意義

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合錄像錄音設備，紅外傳感設備以及超聲傳感設備嵌入在床墊或者安裝在床的周圍來獲取使用者數據，通過計算機對數據進行處理，提取有關智能床墊的使用信息和人體的生理參數，包括呼吸、脈搏或者體動[11-12]。智能床墊采用先進的物聯網和傳感技術，采集人體的體征數據與環境數據，建立遠程實時監護服務平臺，通過云端算法和預設模型的數據分析[13]，及時地將異常情況反饋給醫護人員或監護者，實現了廣泛的數據收集、分析以及共享。通過對醫療數據挖掘技術的使用，獲取有價值的信息來服務于醫療行業和患者，促進醫療行業的發展[14]。

3 智能床墊在養老照護中的應用

3.1 智能床墊在生命體征監測的應用

生命體征監護是對人體生理和病理狀態進行檢測和監視，能夠實時、連續、長時間地監測患者的重要生命特征參數，并將這些生理參數傳送給醫護人員或家人，在危重患者的監護、傷病患者的搶救、慢性病患者和老年人的監護以及運動員身體活動的檢測等領域發揮著重要的作用。生命體征監測技術主要監測的人體生理參數包括呼吸、心率和血氧飽和度等[15]。而大多數老年人患有慢性病，若能長期、不間斷地對其生命體征進行監測，則在一定程度上能夠預防疾病或盡早發現、治療。馮良磊[16]的研究中發現，使用非接觸式生命體征監測系統可以有效地實現心率、呼吸、久坐狀態以及環境監測等功能，為居家養老的護理模式提供了一大思路。余曼等[17]設計開發的基于云平臺的生命體征監測系統，通過手持終端設備(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據。應用該系統可降低護理文書記錄的錯誤率，有效提高護理水平與質量。生命體征監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理期間提供實時、連續、長時間的人體生理參數的檢測和監視，更在于能最大程度上實現預防、發現、治療一些常見疾病，提升養老護理質量。

3.2 智能床墊在睡眠監測中的應用

睡眠監測是通過連續、科學地監測睡眠狀態下的心率、心率變異、呼吸、體動等數據，在有準確監測參數的情況下,分析受測者的睡眠狀況，找出影響其睡眠的因素，為治療提供科學依據。微動敏感床墊監測裝置于1999年研制成功，并應用于睡眠監測[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測系統，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[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備，來獲得睡眠時的體征信息，該類設備具有感應面積小、準確性高等優點，完善算法后可以廣泛應用于醫院內的常規護理及院外的健康管理、慢性病防治、居家養老等。沈亞松[23]設計的睡眠質量監測系統，將壓力裝換為波長漂移，構成傳感網絡，實現了睡眠位置、單位時間內翻身次數的睡眠質量實時監測的功能，可使睡眠過程中例如心肌梗死、呼吸暫停、腦出血等突發疾病得以及早發現，同時也能監測體位改變，進而預防壓瘡與墜床等情況的發生。周志強[9]研究的睡眠監測系統，具有非接觸式、操作便捷、可連續長期監測等優點,很大程度上可作為家庭日常睡眠監測技術，有利于對自身健康狀況的掌握及健康管理。睡眠監測技術的應用使得老年人的睡眠情況得以正確的評估，從而發現、重視存在或潛在的睡眠問題，及時指導老年人采取適當的防治方式，在一定程度上提高老年護理的水平。

3.3 智能床墊在養老照護中的應用

由于大部分老年慢性疾病患者在病情穩定之后通常會選擇社區或居家養老，為此國家正努力構建多元的照料體系，居家護理是合乎我國國情的基礎照料方式[24]。但在居家養老模式中，在缺乏大量專業人員照護的情況下，老年人的健康狀況缺少有效的監管[25]，而智能床墊的應用能夠增加居家養老照護模式的可行性與科學性。當具有生命體征監測功能的智能床墊應用于居家養老環境中時，非專業護理人員在社區和家中同樣能夠在設備終端清楚地觀察到老年人的各項生命體征。社區及居家養老的照護者容易忽視老年人睡眠時期的生命體征變化，具有睡眠監測功能的智能床墊能在一定程度上幫助照護者解決這一問題，通過監測、分析睡眠時的心率、翻身次數、體動狀態等生理數據，當數據分析結果顯示為異常情況并觸發報警器開關時，照護者能夠及時發現老年人的夜間睡眠意外，給予及時干預和救助。舒適護理是近年來備受關注的一種護理方式，這種護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，改善生活質量[26]。非接觸式生命體征監測系統的智能床墊能夠讓老年人擺脫穿戴生命體征監測設備的束縛，極大地提高其健康監測舒適度，提高監測依從性，進一步提升老年人睡眠質量，增加生理、心理的愉悅感。睡眠監測智能床墊可彌補臨床護理人員缺乏、無法及時對老年人夜間睡眠進行有效監控，降低醫護人員的工作負擔。除此之外，能夠監測心率變異性的智能床墊，可以實現對心臟機能的評估，預測老年人心腦血管疾病的發生與發展[27]。

4 結語

智能床墊在養老照護中具有對生命體征進行非接觸式的實時和連續的監測分析以及異常情況的報警、健康的分析預警等功能，決定其在養老器械領域有較好的發展前景，可廣泛應用于醫院臨床、養老機構及社區、家庭的養老照護之中，有利于實現智慧養老，促進老年人的生活起居安全和健康管理。隨著先進材料加工技術、智能傳感技術、物聯網、大數據和人工智能的快速發展，智能床墊在適老性、使用便捷性、數據的準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。智能床墊在養老照護領域將會發揮重要積極的作用，取得巨大的社會效益和經濟效益，也是未來智慧養老領域的一個發展方向。