基于家庭化產房服務模式的智能硬件設計*

姚世京，姜召軍，孫婷婷，李 霞，辛 莉，鄧 飛

（1.河北瑞華醫療器械有限公司，河北 石家莊 050001；2.河北科技大學，河北 石家莊 050018；3.石家莊市第四醫院，河北 石家莊 050035）

隨著我國生育政策的逐步放開，新生兒數量和高齡產婦數量顯著增加，高危妊娠占比連年增加，然而醫護人員卻無法同比例擴增。產房是婦幼保健的核心部門，承擔著母嬰安全的首要責任。產房的醫療診護工作量大幅攀升，服務管理挑戰也日益加劇，在當前社會和家庭對生育保健愈發重視的背景以及多種不利因素綜合疊加下，我國婦幼保健體系承受的壓力越來越大。因此，依托最新科技對傳統軟硬件升級并創新服務管理模式，從而構建以人為本的家庭化產房，實施個性化、精細化、親情化診療護理模式，成為解決當前社會婦幼保健壓力的優選方案[1]。

1 家庭化產房的研究背景

懷孕和分娩是女性自然健康的生理過程。為保證胎兒的正常發育，懷孕期孕婦用自己的血液為胎兒提供營養和氧氣，并把胎兒代謝的產物回收到體內，這個過程對母體和胎兒都是重大的身心刺激。分娩時，因為女性會經歷長時間體力消耗才能夠將胎兒分娩出來，所以產婦的子宮、心臟等器官均處于非正常狀態，身體極為虛弱，抵抗力下降，容易受到病原體侵犯，且由于氣溫變化、過度勞累等原因而產生疾病，因此分娩及產后時間段對產婦極為重要，也是調整身心恢復到孕前狀態的最佳時機。

目前國內傳統的生育過程是：產婦在待產室待到指定階段再轉運至產房，分娩結束后再轉至產后病房，期間多次轉換房間。然而醫護人員經常需要同時照顧多位產婦，工作忙碌且繁重，經常無法顧及每位產婦的心情，加重了產婦的焦慮和恐懼。

為了應對傳統產房管理服務的不足，近幾年提出了構建家庭化產房的理念，即從孕婦入院待產、產婦生產到產后恢復期在同一房間完成，其工作目標是：一切以產婦為中心，將一體化產床、婦科檢查燈、胎兒監護儀、新生兒護理臺、嬰兒輻射保暖臺和空氣凈化消毒機等醫療器械按需求進行整體設置[2]，根據產婦的不同階段，給予其個體化的護理方案；開發系列化的非醫療器械類智能硬件，并進行機動設置，提供溫馨周到的特定服務功能，照顧產婦和嬰兒在產房內的生活需求，營造出家庭氛圍，消除產婦不良情緒[3]；提高醫護人員的工作效率，減低勞動強度。

2 家庭化產房的服務特征

婦幼保健體系下的家庭化產房應具有以下3個服務特征。

1）服務模式便捷化。隨著“三胎”政策的實行，產科住院人數增多比例與產科工作人員增加比例二者相差甚遠，并且產科工作急，產婦情況變化快，工作預見性難，因此要求各種配套設施及醫護的協調愈加高效便捷。

2）工作過程無菌化。產房作為新生命的起點，為了守護產婦和新生兒的安全，必須配備無菌專柜、空氣消毒機，采取保暖、降溫措施；定期做好清潔工作、消毒工作和細菌培養檢驗檢疫工作；尤其對于疑似患有傳染病的產婦，分娩時必須采取隔離措施，及時消毒，嚴防職業暴露。

3）智能家庭化。實現“入院—待產—分娩—產后—出院”全程都在同一房間內完成，無需轉運；支持各種人工智能、虛擬顯示，具備房內新風系統、智慧科技凈水器，可以隨時通過語音調控房間電視、窗簾以及燈光，齊全的醫療設施、生活設施及家人的全程陪伴將給產婦帶來更加舒適的生產體驗。

3 面向家庭化產房建設的智能硬件開發

3.1 功能定位

家庭化產房自身獨立構建系統，包括實現管理、運行、規劃、服務功能的軟件系統，也包括用于治療診斷的醫療器械型標準硬件和執行特定生活服務功能的非醫療器械型非標準硬件。家庭化產房的非標準硬件是系列化的，例如親子嬰兒床、送藥機器人、移動輸液椅、運動助行器、洗澡按摩機等，可根據實際需求隨時擴充開發，主要基于產房的場景和環境進行結構設計和功能設計。

本文重點介紹親子嬰兒床和送藥機器人的設計，親子嬰兒床能夠實現床體的任意自由度移動，控制起伏和掀被、蓋被和防蹬被等功能，保護嬰兒舒適睡眠；送藥機器人能夠實現機器人的定向受控運動，將藥物送到指定位置并設置定時服藥提醒，督促產婦吃藥并減輕醫護人員的工作量。

3.2 親子嬰兒床的設計

1）功能背景。嬰兒床是產房的重要生活用具，能夠避免產婦壓到嬰兒，保證產婦和嬰兒都擁有好的睡眠質量。傳統嬰兒床結構簡單，功能單一，主要采用圍欄式，上床身和下支撐等寬等長，通過在最下方的四足位置增加滾輪和驅動裝置實現移動功能。缺點是轉彎半徑大，占地面積大，在空間狹窄的產房集體生活環境內，轉彎運動受限，通常只能進行單一的推拉往復運動，甚至經常無處擺放；另外，嬰兒經常會發生踢掉被子或蒙住頭的危險狀況，如果不能及時發現，會造成不可挽回的后果。因此，家庭化產房內的親子嬰兒床，具備實現360°全方向自由移動功能，并具備自動掀被、蓋被功能，守護寶寶安全，減輕陪護人員的壓力。

2）工作原理。親子嬰兒床的整體結構見圖1。

圖1 親子嬰兒床的整體結構圖

整體運動控制過程：3套萬向輪能夠在驅動底盤不發生轉動的情況下進行360°全方向運動，進而帶動外罩體及固定床體、活動床體同步運動；也能夠驅動底盤繞中心旋轉而不產生水平位移，進而帶動外罩體及固定床體、活動床體原地旋轉運動。以上兩種運動結合起來，能夠實現親子嬰兒床在同一平面內的任意自由度運動。活動床體和緩起伏運動控制過程：微型氣泵通過吹氣、放氣控制氣囊墊鼓、縮，進而帶動活動床體上下起伏運動；如果采用多塊組合式氣囊墊，還能使床體產生波浪式運動效果。壓簧起到增強起伏運動穩定性效果；如果氣囊墊偶爾起伏運動幅度過大，壓簧能夠起到降幅降頻作用。蓋被、掀被運動控制過程：活動被為外表覆蓋被，不是內部包裹被，將其一端固定在滑桿上，另一端固定在活動床體的尾部，滑桿被驅動馬達帶動沿滑軌往復運動，實現蓋被和掀被動作，由于活動被的頭部端被滑桿支撐固定，因此不會覆蓋嬰兒的口鼻，也不會被蹬掉。

3.3 送藥機器人的開發

1）功能背景。很多孕產婦在分娩和康復期間需要定時服用藥物，一般護士將藥物一次性發給產婦或家屬，要求自主定時定量服藥，但是經常出現產婦或家屬遺忘現象；對于有特殊病情的產婦，需要護士每次親自上門提醒，而護士面向整個科室服務，工作量很大。因此，設計了一種送藥機器人，既能像掃地機器人般受控定向運動，將藥物按時送到孕產婦面前，同時又集成智能藥盒功能，提醒或監督產婦定時定量服藥。

2）工作原理。送藥機器人的整體結構見第93頁圖2。

圖2 送藥機器人的整體結構圖

整體運動控制過程：運動平臺的多個萬向輪組合使用，能夠實現送藥機器人的穩定站立，并且在伺服電機的驅動下能夠360°全方向運動以及原地旋轉運動，進而帶動外殼體同步運動，實現送藥機器人的整體機動和運動功能。定位吸附或脫離地面控制過程：絲杠正反向旋轉能夠驅動吸附平臺沿導軌上下移動。如果需要送藥機器人能夠承受一定的側向力矩或橫向力矩，即需要送藥機器人整體機構在地面上能夠牢固定位并保持穩定不動，控制吸附平臺向下移動，使各真空吸盤的下部柔性吸附端穿過運動底盤的工藝孔接觸到光滑的地面，微型真空泵吸氣使真空吸盤牢固吸附在地面上，絲杠和導軌將吸附力傳遞給外殼體，實現運動底盤在固定位置保持穩定不動；反之，微型真空泵放氣，吸附平臺向上移動帶動真空吸盤脫離地面，使送藥機器人繼續能夠受控運動。用藥提醒功能控制過程：設置多組藥箱，每組的藥箱內分別放置單次藥量，并設置在滑軌上連接齒輪齒條機構的齒條，每個齒輪分別連接舵機，舵機由定時器控制，可以分別設定時間，當到達設定時間時，舵機將帶動齒輪旋轉，齒輪帶動齒條，齒條將相應的藥箱推出，用戶自行取藥服用，對用戶形成吃藥提醒。

4 結束語

孕產期作為女性重要的人生節點，產后激素的極速變化及身體免疫力的降低均會對其身心造成不良影響，因此一個舒適的家庭化產房能夠帶給產婦安全感和歸屬感，并會極大地降低產婦出現悲傷、焦慮、孤獨和恐懼等情緒的可能性，最大程度上避免產后抑郁的發生。本團隊研發的親子嬰兒床和送藥機器人對現存的家庭化產房進行了智能化硬件設計，可以給產婦及陪護人員帶來便利，充分保證其在使用過程中的實用性和穩定性，具備廣闊的應用前景。