智能床垫在养老照护中的应用研究进展

章依妮，何苗苗，季奕君，廖梦倩，曹世华

杭州师范大学钱江学院，浙江杭州 310036

随着我国人口老龄化的日益加重，老年人口占我国总人数的比重越来越大，与此同时，专业养老护理人员紧缺状态逐渐显现[1]。老年人受年龄等因素影响，病情易在卧床时期发展，且睡眠问题多发，不易察觉，针对这一特点，智能床垫在医院或养老院等机构的临床应用逐渐得以推广，推进了智慧养老医疗模式的发展进程。本文针对智能床垫的生命体征监测和睡眠监测等方面的功能和应用进行综述，旨在为智能床垫在养老照护中的应用提供参考。

1 智能床垫概念

智能床垫是一类基于先进的物联网和各种传感器技术，经过科学的组合设计，将多种监测功能或辅助功能集于一张床垫的智能产品。电动护理床自20世纪90年代开始在医疗护理中崭露头角，被誉为医疗及家庭护理领域的一场革命[2]。最初的智能床垫在护理领域多用于增强护理能力，通过拆分床板及床垫结构的变化辅助患者翻身、排便，降低护理强度。此后的国内外市场中的大多数智能床垫在此基础上进行技术改良及功能拓展。经过近30年的技术发展与材料成熟，现阶段的智能床垫已具备多项核心或辅助技术。

2 智能床垫检测技术及数据采集方式

2.1 智能床垫的监测技术分类

智能床垫目前主流的监测技术有加速度传感、光纤传感、压电薄膜传感、压电陶瓷传感、多普勒传感和压力传感器六种。基于加速度传感的心冲击描记法是通过加速度传感器感受并记录人体静止时心脏搏动射血活动引起的身体的细微震动信号，经放大电路，实现对心脏搏动和呼吸引起的震动即时监测[3-4]。基于光纤传感的生命体征监测系统包括光纤传感单元和检测单元，当人体心脏搏动和呼吸时，光纤传感单元采用一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的光纤分布结构，利用上下两层网格板同时挤压光纤，使其微弯，改变原始光通量；经光信号解调单元处理分析得到心脏冲击扫描监测结果或呼吸等检测结果，实现了心率、呼吸、身体位置、夜间翻身次数的睡眠质量监测功能[5]。压电薄膜传感器通过放置在人体头部或胸部下面的压电薄膜带，实时监测人体心搏、脉搏等生理信号并得到心率、呼吸生命体征的数据[6]。多普勒雷达是一种利用多普勒效应探测运动目标的位置和相对运动速度的雷达，应用此特性并对雷达回波进行处理，过滤体动信号的干扰，提取特征信号即可得到人体呼吸和心搏信号等数据，并可以建立睡眠分期决策树，完成睡眠分期的分析[7-9]。压电陶瓷传感是利用高压电陶瓷材料具有压电特性，可将微弱的机械振动转换成电信号，目前在心率、呼吸生命体征监测中也开始使用[10]。压力传感器是一类将外力(压力)转换成电信号的传感器，通过基于柔性阵列压力传感器可以采集人体压力分布数据与环境参数从而分析得出人体当前坐姿状态，实现坐姿实时监测及智能提醒[10]。

2.2 智能床垫的数据采集方式及意义

智能床垫通过将加速度、光纤、压电薄膜、压电陶瓷和压力传感器结合录像录音设备，红外传感设备以及超声传感设备嵌入在床垫或者安装在床的周围来获取使用者数据，通过计算机对数据进行处理，提取有关智能床垫的使用信息和人体的生理参数，包括呼吸、脉搏或者体动[11-12]。智能床垫采用先进的物联网和传感技术，采集人体的体征数据与环境数据，建立远程实时监护服务平台，通过云端算法和预设模型的数据分析[13]，及时地将异常情况反馈给医护人员或监护者，实现了广泛的数据收集、分析以及共享。通过对医疗数据挖掘技术的使用，获取有价值的信息来服务于医疗行业和患者，促进医疗行业的发展[14]。

3 智能床垫在养老照护中的应用

3.1 智能床垫在生命体征监测的应用

生命体征监护是对人体生理和病理状态进行检测和监视，能够实时、连续、长时间地监测患者的重要生命特征参数，并将这些生理参数传送给医护人员或家人，在危重患者的监护、伤病患者的抢救、慢性病患者和老年人的监护以及运动员身体活动的检测等领域发挥着重要的作用。生命体征监测技术主要监测的人体生理参数包括呼吸、心率和血氧饱和度等[15]。而大多数老年人患有慢性病，若能长期、不间断地对其生命体征进行监测，则在一定程度上能够预防疾病或尽早发现、治疗。冯良磊[16]的研究中发现，使用非接触式生命体征监测系统可以有效地实现心率、呼吸、久坐状态以及环境监测等功能，为居家养老的护理模式提供了一大思路。余曼等[17]设计开发的基于云平台的生命体征监测系统，通过手持终端设备(PDA)，自动采集、上传、分析患者的体温、血压、脉搏、呼吸、血氧饱和度等生命体征数据。应用该系统可降低护理文书记录的错误率，有效提高护理水平与质量。生命体征监测功能于智能床垫的意义不仅在于可以在老年人日常生活中和疾病护理期间提供实时、连续、长时间的人体生理参数的检测和监视，更在于能最大程度上实现预防、发现、治疗一些常见疾病，提升养老护理质量。

3.2 智能床垫在睡眠监测中的应用

睡眠监测是通过连续、科学地监测睡眠状态下的心率、心率变异、呼吸、体动等数据，在有准确监测参数的情况下,分析受测者的睡眠状况，找出影响其睡眠的因素，为治疗提供科学依据。微动敏感床垫监测装置于1999年研制成功，并应用于睡眠监测[18-19]。其基本原理是在自然睡眠条件下通过微动敏感传感器来检测人体的体动、心搏和呼吸对床垫的压力变化，从而测量出胸冲击、腿冲击、呼吸、心率和翻身等信号[20]。日本研制出了一款枕头式睡眠监测系统，将压力传感器放在枕头的下方来测量使用者的心率、呼吸率以及体动等生理参数[21]。朱鹏志等[22]研制了一种新型的无电极、非直接接触式的生命体征信号采集设备，来获得睡眠时的体征信息，该类设备具有感应面积小、准确性高等优点，完善算法后可以广泛应用于医院内的常规护理及院外的健康管理、慢性病防治、居家养老等。沈亚松[23]设计的睡眠质量监测系统，将压力装换为波长漂移，构成传感网络，实现了睡眠位置、单位时间内翻身次数的睡眠质量实时监测的功能，可使睡眠过程中例如心肌梗死、呼吸暂停、脑出血等突发疾病得以及早发现，同时也能监测体位改变，进而预防压疮与坠床等情况的发生。周志强[9]研究的睡眠监测系统，具有非接触式、操作便捷、可连续长期监测等优点,很大程度上可作为家庭日常睡眠监测技术，有利于对自身健康状况的掌握及健康管理。睡眠监测技术的应用使得老年人的睡眠情况得以正确的评估，从而发现、重视存在或潜在的睡眠问题，及时指导老年人采取适当的防治方式，在一定程度上提高老年护理的水平。

3.3 智能床垫在养老照护中的应用

由于大部分老年慢性疾病患者在病情稳定之后通常会选择社区或居家养老，为此国家正努力构建多元的照料体系，居家护理是合乎我国国情的基础照料方式[24]。但在居家养老模式中，在缺乏大量专业人员照护的情况下，老年人的健康状况缺少有效的监管[25]，而智能床垫的应用能够增加居家养老照护模式的可行性与科学性。当具有生命体征监测功能的智能床垫应用于居家养老环境中时，非专业护理人员在社区和家中同样能够在设备终端清楚地观察到老年人的各项生命体征。社区及居家养老的照护者容易忽视老年人睡眠时期的生命体征变化，具有睡眠监测功能的智能床垫能在一定程度上帮助照护者解决这一问题，通过监测、分析睡眠时的心率、翻身次数、体动状态等生理数据，当数据分析结果显示为异常情况并触发报警器开关时，照护者能够及时发现老年人的夜间睡眠意外，给予及时干预和救助。舒适护理是近年来备受关注的一种护理方式，这种护理模式可以增加老年病房患者的舒适度，减轻患者的焦虑和紧张感，改善生活质量[26]。非接触式生命体征监测系统的智能床垫能够让老年人摆脱穿戴生命体征监测设备的束缚，极大地提高其健康监测舒适度，提高监测依从性，进一步提升老年人睡眠质量，增加生理、心理的愉悦感。睡眠监测智能床垫可弥补临床护理人员缺乏、无法及时对老年人夜间睡眠进行有效监控，降低医护人员的工作负担。除此之外，能够监测心率变异性的智能床垫，可以实现对心脏机能的评估，预测老年人心脑血管疾病的发生与发展[27]。

4 结语

智能床垫在养老照护中具有对生命体征进行非接触式的实时和连续的监测分析以及异常情况的报警、健康的分析预警等功能，决定其在养老器械领域有较好的发展前景，可广泛应用于医院临床、养老机构及社区、家庭的养老照护之中，有利于实现智慧养老，促进老年人的生活起居安全和健康管理。随着先进材料加工技术、智能传感技术、物联网、大数据和人工智能的快速发展，智能床垫在适老性、使用便捷性、数据的准确安全性以及对健康的管理和评估上将会得到有效改善和提升。智能床垫在养老照护领域将会发挥重要积极的作用，取得巨大的社会效益和经济效益，也是未来智慧养老领域的一个发展方向。