住院患兒智能感知墜床預(yù)警防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳秀萍，徐 晗，費(fèi) 玲，徐建仙

1.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬兒童醫(yī)院/國家兒童健康與疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，浙江杭州 310003；2.同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院，浙江嘉興 314051

跌倒分為平面跌倒和墜床兩類[1]。墜床是住院患兒跌倒最主要的表現(xiàn)形式，81.6%跌倒是墜床[2]。陳秀萍等[3]調(diào)查顯示，因床欄未拉起或過低導(dǎo)致患兒墜床占91.5%；床欄損壞發(fā)生自動(dòng)滑落導(dǎo)致患兒扶床欄玩耍時(shí)墜床占4.5%。由此可見，家長床欄拉起依從性不好以及床欄沒有頂格升起并高位鎖定是導(dǎo)致患兒墜床的最主要原因。臨床發(fā)現(xiàn)，很多患兒的監(jiān)護(hù)人常忽視床欄對于預(yù)防患兒墜床的重要攔截作用，認(rèn)為只要自己在床邊陪護(hù)，孩子不會(huì)發(fā)生墜床[4]。為更好地解決患兒墜床的問題，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬兒童醫(yī)院護(hù)理部與同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院合作研發(fā)一款具有智能感知功能的兒童墜床預(yù)警防護(hù)系統(tǒng)(專利號(hào)：ZL 2019 2 1202645.8)，依靠技術(shù)手段來降低兒童墜床不良事件的發(fā)生。現(xiàn)報(bào)告如下。

1 設(shè)計(jì)與制作

1.1 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)住院兒童床的特點(diǎn)及臨床存在墜床問題，結(jié)合3歲兒童平均體質(zhì)量14.4 kg[5]、模擬測試實(shí)驗(yàn)得出振動(dòng)加速度閾值等，設(shè)計(jì)住院患兒智能感知墜床預(yù)警防護(hù)系統(tǒng)，可以用于標(biāo)準(zhǔn)住院兒童床上安裝。該系統(tǒng)包括控制器、壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、到位傳感器及遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)組成。控制器包含采集運(yùn)算模塊、通信模塊、語音模塊、輸入及顯示模塊和電源模塊；壓力傳感器由多個(gè)壓敏元件構(gòu)成；振動(dòng)傳感器主要由具有±8 g量程的MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))加速度傳感器構(gòu)成；到位傳感器包含以鐵磁性材質(zhì)觸發(fā)的電感式非接觸式接近開關(guān)；遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)包括局域網(wǎng)、監(jiān)視器、服務(wù)器及相應(yīng)的監(jiān)控軟件等。

1.2 制作安裝

將壓力傳感器、振動(dòng)傳感器和到位傳感器集成為一體化傳感器條，安裝于標(biāo)準(zhǔn)住院兒童床護(hù)欄頂部的空心管橫杠內(nèi)，采用絕緣材料做外部封閉，確保系統(tǒng)中任何部件除維修工程師外，患兒及未經(jīng)維保工程師授權(quán)許可的人都無法觸碰到可以導(dǎo)致安全隱患的系統(tǒng)部件。控制器中多個(gè)模塊集成為控制器操作顯示面板，面板上包含開關(guān)按鍵、暫停監(jiān)護(hù)按鍵、調(diào)節(jié)按鍵、童鎖按鍵，顯示部分為OLED(有機(jī)發(fā)光二極管)顯示器。開關(guān)按鍵控制整個(gè)系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉，并且集成確認(rèn)按鈕功能，長按3 s開機(jī)或關(guān)機(jī)；暫停監(jiān)護(hù)按鍵可在童鎖解鎖狀態(tài)下，單擊啟動(dòng)暫停監(jiān)護(hù)功能，暫停監(jiān)護(hù)期間不發(fā)出提示報(bào)警，方便家長短時(shí)間拉下護(hù)欄對患兒喂食、洗漱等活動(dòng)，系統(tǒng)能正常記錄檢測各種狀態(tài)，在設(shè)定的時(shí)長結(jié)束后恢復(fù)正常監(jiān)護(hù)功能；調(diào)節(jié)按鍵可在童鎖解鎖狀態(tài)下，進(jìn)入到相應(yīng)的菜單界面，調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，如暫停監(jiān)護(hù)運(yùn)行時(shí)長、系統(tǒng)運(yùn)行模式等；童鎖按鍵是為了防止患兒好動(dòng)、好奇，可能會(huì)觸摸按鍵導(dǎo)致設(shè)備意外關(guān)閉或本系統(tǒng)的正常運(yùn)行終止，致警戒失效而做的安全設(shè)計(jì)。該面板安裝在床尾。傳感器條中各傳感器的電源和信號(hào)線均通過護(hù)欄內(nèi)部空心管連接到控制器上。控制器中的采集運(yùn)算模塊采集外部所有傳感器的信息并通過智能運(yùn)算處理，處理的結(jié)果通過語音模塊、顯示模塊和通信模塊實(shí)現(xiàn)報(bào)警、顯示和遠(yuǎn)程通信傳輸。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖見圖1，系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，智能感知預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖3。委托某廠家按設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)，住院患兒智能感知墜床預(yù)警防護(hù)系統(tǒng)實(shí)物圖見圖4。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

圖2 系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 智能感知預(yù)警裝置結(jié)構(gòu)框圖

圖4 住院患兒智能感知墜床預(yù)警防護(hù)系統(tǒng)實(shí)物圖

2 使用方法

將患兒安置在安裝住院患兒智能感知墜床預(yù)警防護(hù)系統(tǒng)的兒童床上，并根據(jù)不同狀況進(jìn)行防護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行。

2.1 拉起床欄設(shè)防操作

通過控制器操作顯示面板，按下開關(guān)鍵、童鎖鍵，系統(tǒng)即刻自動(dòng)啟動(dòng)警戒監(jiān)控，并按照圖5的報(bào)警邏輯監(jiān)測各部分傳感器狀態(tài)并運(yùn)算。警戒監(jiān)控過程中如到位傳感器檢測到護(hù)欄不在高位或未鎖定，控制器語音模塊會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警提醒：請拉好護(hù)欄！提醒患兒家長應(yīng)即刻拉起床欄，如若在拉起床欄后仍有語音提醒床欄未拉起，則可能是床欄沒有高位鎖定或床欄鎖舌有損壞，操作者應(yīng)再次檢查床欄，重復(fù)操作拉起床欄的動(dòng)作直至聽到有“咔塔”聲響，說明鎖舌伸出，已安全鎖定，并不再有系統(tǒng)語音的提示，床欄的每一次未鎖定報(bào)警次數(shù)將被系統(tǒng)自動(dòng)記錄。

圖5 報(bào)警邏輯示意圖

2.2 臨時(shí)撤防操作

當(dāng)患兒需要放下護(hù)欄進(jìn)行用藥、喂飯或更換尿布等操作時(shí)，操作者可按下控制器操作顯示面板上的暫停按鈕撤防，此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)同時(shí)發(fā)出語音提示：暫停監(jiān)護(hù)，請隨時(shí)注意床上安全！暫停時(shí)間可以事先按需設(shè)定，如設(shè)定30 min等，暫停期間可隨時(shí)重新啟動(dòng)監(jiān)控，或在撤防倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，系統(tǒng)內(nèi)部監(jiān)測模塊會(huì)自動(dòng)重新啟動(dòng)監(jiān)控。

2.3 床邊危險(xiǎn)行為監(jiān)控

在壓力傳感器檢測到施加在床欄上的壓力超過設(shè)定值(本次研究設(shè)定為4.5 kg，約為3歲兒童平均體質(zhì)量14.4 kg的30%)，且同時(shí)出現(xiàn)相應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)時(shí)(本次研究設(shè)定振動(dòng)加速度閾值為±0.5 g，為前期模擬測試實(shí)驗(yàn)得出數(shù)值)，方認(rèn)定患兒有扶欄蹦跳或翻越護(hù)欄的危險(xiǎn)動(dòng)作，默認(rèn)攀爬1次，控制器控制語音模塊發(fā)出報(bào)警提示：請遠(yuǎn)離護(hù)欄，注意安全！

2.4 護(hù)士站監(jiān)控

系統(tǒng)的任何異常狀態(tài)，均可通過通信模塊，經(jīng)由局域網(wǎng)絡(luò)，傳輸?shù)阶o(hù)士站服務(wù)器，服務(wù)器上運(yùn)行專用的基于Windows操作系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控軟件，并在監(jiān)視器上顯示對應(yīng)病床的狀態(tài)，如有報(bào)警，也將同步發(fā)出報(bào)警提示，使醫(yī)護(hù)人員發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)處理，消除安全隱患。

3 效果評(píng)價(jià)及結(jié)果

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

統(tǒng)計(jì)患兒入院后第2～5天期間每天床欄未鎖定報(bào)警、患兒發(fā)生攀爬報(bào)警情況。出院時(shí)通過查看不良事件上報(bào)系統(tǒng)確定有無患兒發(fā)生墜床，并調(diào)查記錄家長使用體驗(yàn)。

3.2 結(jié)果

選取醫(yī)院2020年7月至2021年2月入住骨科、康復(fù)科患兒30例。納入標(biāo)準(zhǔn)：3歲以下，住院時(shí)間預(yù)計(jì)>5 d，跌倒評(píng)分為高危的患兒，且照護(hù)者為患兒父母，父母文化程度為初中及以上，交流無障礙，知情同意。脫落標(biāo)準(zhǔn)：患兒提前出院，未完成研究。本組提前出院6例，最終納入研究患兒24例。患兒入院后第2～5天每天床欄未鎖定報(bào)警及患兒發(fā)生攀爬報(bào)警情況，見表1。使用安裝住院患兒智能感知墜床預(yù)警防護(hù)系統(tǒng)兒童床的患兒住院期間墜床發(fā)生率為0%。家長對使用該系統(tǒng)體驗(yàn)反饋結(jié)果顯示，認(rèn)為安裝該系統(tǒng)的兒童床對患兒安全防護(hù)有幫助的家長24人(100%)，實(shí)現(xiàn)智能感知提醒功能的家長24人(100%)，其中4位腦癱或孤獨(dú)癥患兒家長認(rèn)為該床報(bào)警設(shè)置特別有意義，特別是目前疫情下只能由家長單陪的情況，啟用床邊危險(xiǎn)行為監(jiān)控報(bào)警設(shè)計(jì)，可讓家長臨時(shí)走開時(shí)更安心。本研究獲得浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬兒童醫(yī)院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)(審批號(hào)：2019-IRBAL-127)。

表1 入院后第2～5天床欄未鎖定報(bào)警和發(fā)生攀爬報(bào)警次數(shù)分布(n=24)

4 體會(huì)

分析醫(yī)院過去3年住院患兒的墜床原因顯示，床欄沒有高位鎖定是墜床發(fā)生的主要原因，經(jīng)調(diào)查墜床當(dāng)時(shí)患兒活動(dòng)狀態(tài)，如患兒站在床上玩耍導(dǎo)致墜床占51.98%[3]。因此，針對住院患兒墜床發(fā)生的主要原因，采用智能化技術(shù)手段和宣教、評(píng)估三位一體的全新預(yù)防患兒墜床的管理模式，以此來強(qiáng)化家長拉高床欄的依從性和減少患兒床上站立玩耍的危險(xiǎn)行為。其中智能化技術(shù)手段中，設(shè)計(jì)住院患兒智能感知墜床預(yù)警防護(hù)系統(tǒng)，由多種原件組成，為非床的結(jié)構(gòu)部分，未改變國家標(biāo)準(zhǔn)[6]的兒童病床整體安全結(jié)構(gòu)，因此具有良好的兼容性和通用性，能在任何一張兒童病床上快速便捷的安裝和拆除，有利于推廣使用。最重要的是，該系統(tǒng)中壓力傳感器由多個(gè)壓敏元件構(gòu)成，通過傳感器條沿床欄均勻布置，可檢測到床欄任意位置點(diǎn)的壓力；振動(dòng)傳感器主要可獲取床欄甚至整個(gè)病床的振動(dòng)信號(hào)，捕捉患兒是否扶欄蹦跳等高風(fēng)險(xiǎn)信號(hào)；到位傳感器則安裝在兩端鎖舌位置，檢測床欄是否高位鎖定，當(dāng)出現(xiàn)異常信號(hào)時(shí)控制器可以實(shí)時(shí)捕獲并運(yùn)算處理，同時(shí)發(fā)出語音提醒報(bào)警，有利于醫(yī)護(hù)人員及家長發(fā)現(xiàn)情況，并及時(shí)處理，從而杜絕了墜床發(fā)生，亦提高家長使用滿意度。