居家老年人智能如厕防跌倒系统设计

王燕雯，谢远航，廖伟伊，王子怡，陈 莉，丁可凡

（上海健康医学院护理与健康管理学院，上海 201318）

WHO的数据显示[1]，跌倒是意外或非故意伤害死亡的第二大原因，全世界每年估计有64.6万人因跌倒而死亡。全国疾病监测系统的数据显示[2]，因受伤到医疗机构就诊的老年人中，50%以上是因为跌倒。跌倒是中国65岁以上老年人伤害死亡的首位原因。在中国，有超过20%的老年人跌倒后成了重伤，即使是平时健康状况非常好的老人，仍有17.7%的比例摔倒后会成重伤。根据测算[3]，中国每年有4 000多万老年人至少发生1次跌倒，其中约50%发生在家中。中国老年人的跌倒率达到了16.0%。国际老年医学报告指出[4]：摔倒最高发的场景在床边（落床），占54%；其次在浴室、卫生间，占28%，而其他日常活动总和只占18%。所以居家的卧室和卫生间是老人跌倒的最高危场所。而如今子女们由于忙于工作而无余力照顾老人，独居老人或患病的老年人暂时无人照护，容易在如厕时发生跌倒事件，除此之外，由于如厕时涉及到自尊隐私等问题，老人不愿陪护者陪同如厕，独自上厕所时易发生跌倒事故，从而引发严重后果。本文对老年人如厕时扶手的应用现状、如厕防跌倒系统设计进行阐述。

1 智能如厕防跌倒扶手现状

1.1 政策现状

1.1.1 居家适老化改造[5]

据民政部网站2020-07-15消息，民政部、国家发展改革委、财政部、住房和城乡建设部、国家卫生健康委、银保监会、国务院扶贫办、中国残联、全国老龄办等9部委联合印发《关于加快实施老年人居家适老化改造工程的指导意见》。该指导意见明确了2个阶段的目标任务：2020年底前，推进符合条件的特殊困难老年人家庭实施居家适老化改造，为决战决胜脱贫攻坚提供兜底保障；“十四五”期间，继续实施特殊困难老年人家庭适老化改造，创新工作机制，加强产业扶持，激发市场活力，加快培育居家适老化改造市场，有效满足城乡老年人家庭的居家养老需求。本产品响应国家政策需求，具有市场竞争力。

1.1.2 中国养老“9073”模式[6]

现阶段“9073”的养老模式，是中国“十一五”规划中由上海率先提出。即90%的老年人由家庭自我照顾，7%享受社区居家养老服务，3%享受机构养老服务。养老市场潜力巨大，养老产业这一朝阳产业前景广阔。随着中国“9073”养老模式的继续普及与完善，政府在养老产业发展过程中充当了指路明灯，规范化、专业化、职业化的市场必将助力中国养老产业稳步健康发展。

1.2 市场现状

1.2.1 现有产品优点

国内现有自动升降便携式坐便器[7]、升降式坐便椅[8]、机械助力升降坐便器[9]等相关研究成果。自动升降便携式坐便器[7]以坐便器为主体部分，升降控制装置固定安装在坐便器主体侧面内壁中，活动手提杆安装在坐便器主体前后两侧，通过扭紧旋钮固定；可拆卸活动板安装在固定底座底部水平滑槽内，为使用者如厕站起蹲下时提供手部的支撑点。升降式坐便椅[8]由两端分别铰接在座板和底架上的气缸或电动推杆形成，后支腿由下至上向前倾斜，前支腿为采用铰链四杆机构结构形式的折叠式支撑腿，更为稳定。机械助力升降坐便器[9]支架上设置有用于支撑坐便圈的支撑机构，坐便圈被下压时带动支撑机构工作，将坐便圈下压的力转换为弹性势能储存，弹性势能释放使坐便圈复位。市场上的普通传统卫生间马桶安全无障碍扶手座便器具有防滑凸点设计、一体固溶、连接处夜光圈等贴心细节设计。

1.2.2 现有产品缺点

消费者对市场上的扶手功能存在一定的需求，自动升降便携式坐便器[7]、升降式坐便椅[8]、机械助力升降坐便器[9]主要对坐便器进行了改装创新，而非坐便器扶手，不适合居家使用，且功能单一，仅提供升降功能；普通传统卫生间马桶安全无障碍扶手无自主升降功能，仅能提供如厕站起蹲下时的固定支撑点，使用者实际使用过程中不够方便，对于老年人不慎跌倒后也没有相应的急救措施。同时，了解国内研究现状可发现，已有的跌倒精确侦测研究成果都普遍存在一个空白，即没有相关跌倒侦测功能，安全性能有待提高。

2 如厕防跌倒设计

居家老年人智能如厕防跌倒系统是一款对居家防跌倒产品及座便器扶手的不足进行了改良、优化和创新后，为解决其他座便器扶手安全性能差，无法防止使用者跌倒以及无法在使用者跌倒后紧急送医的问题，所整合设计的一套产品，如图1所示。

图1 智能如厕防跌倒系统（单位：cm）

2.1 扶手自动升降

扶手整体装置防水，防水等级为IPX7。扶手安装升降控制按钮，可进行上下自动升降（升降范围在80～100 cm），同时在使用者起立时扶手前倾（可倾斜至30°）协助使用者站立。扶手能够依靠电动，进行自动升降，既避免了传统扶手的固定性，又避免了钉扣型升降扶手的烦琐，帮助使用者轻松调节扶手的高度，实现轻松安全如厕。扶手直接连接墙面安装，自身质量约35 kg，单侧能承受100 kg的质量，稳定性更高，借助扶手起立时可以有效防止体位性低血压而导致的跌倒。并且扶手除按钮处，其余部位都将采用较软的材质，提升使用者的使用感受，避免被扶手磕碰到造成伤害。

2.2 如厕跌倒监测

前置有配套防滑防水地垫，其防水等级为IPX7，质量约2 kg，可以防止使用者因鞋子与地面打滑摔倒，同时地垫内含硅胶包裹缠绕的光纤，当受压面积发生改变，压力产生异变时，内置的CPU通过算法计算得知老人是否跌倒，当计算结论为跌倒时，即人体静止躺在检测范围内30 s后通过控制盒发出警报，如图2所示。

图2 跌倒警报控制盒

控制盒的功能为：①卧倒监测。人体躯干部位静止平躺于监测垫范围内，人体静止后30 s内发出警报。②物体检测。物体长时间放置在监测垫上，物体放置2 min内发出警报。③声音报警输出。60 dB警报响声，满足异常判断逻辑后，5 s内发出报警信号。④光线报警输出。高亮度红色报警灯，满足异常判断逻辑后，5 s内发出报警信号。⑤工作指示灯。正常工作时为绿色常亮，故障时为红色常亮。⑥校准按键。当监测垫出现误报较多时可进行校准操作。⑦复位孔。设备出现故障时，可短按复位孔使跌倒监测垫复位。⑧警报清除键。发生警报后按下，可清除警报。

监测垫监测范围为50 cm×100 cm，光线延长线为2 m，采用直流5 V-2 A，线长为1 m的电源接口。工作温度为0～40℃，存储温度为-15～60℃，相对湿度（非冷凝）为15%～95%，传感器材质为硅胶，主机外壳材料为ABS塑料。考虑到使用者使用场所的具体情况，本款地垫可实现自由切割，更加适应使用场所限制要求。本款防滑地垫避免了使用者不慎跌倒后无人知晓的无助焦虑心情，也为医生赢得黄金救治时间。

2.3 人性化设计

座便器扶手直接与墙面连接，扶手更加稳固，安全性更高。脚架下镂空设计，便于小腿后收站立。大腿与坐便器接触处包裹橡胶不硌腿、不冰凉。扶手材质软，使用更加舒适，如图3所示。

图3 人性化设计

3 结语

产品不仅充分考虑使用者的自身生理状况与心理状况，满足其独立自主如厕的愿望，照顾到他们的自尊心，减少患者的不便和困扰；考虑了设备的易操作性、亲和安全性，通过扶手的自动升降和跌倒报警功能保证了使用者的安全性，通过人性化的设计保证了使用者的舒适性，顺应了自尊自立的时代潮流，符合健康中国战略，推动了居家适老化改造[5]、中国养老“9073”模式的实现[6]。

未来智能防跌倒系统的迭代：①智能生态网络系统。老年人使用扶手时，直接通过语音控制升降，不再需要手动控制扶手的升降和倾斜程度，只需语言表达就能实现扶手的升降与倾斜，更大程度上方便老年人如厕，简化操作程序，避免老年人因为操作失误引起的跌倒情况。②Wi-Fi传感器报警系统。在防滑地垫内部设置，将在老年人跌倒发出警报的同时，扩大求助范围至在外家属和医护人员处，即使是在家中无人的情况，老年人也能在跌倒的第一时间获得专业救助，避免了跌倒后错过最佳救助时间带来的后果。同时在跌倒报警垫的控制盒内增加自主设置报警时间，使用者可根据实际需要设定传感器内逻辑判断异常时发出警报的时间，更大程度上方便使用者，满足使用者的需要。为进一步避免使用者在前往厕所的途中跌倒，扶手装置整体也将在未来提供相关报警功能，在使用者跌倒的第一时间迅速发出警报，将伤害减小到最低。③滑轮连接电动机与刹车系统。在扶手装置下安装，可实现扶手装置将变为可移动式，可自动前行并带动使用者前行，到达如厕地点后助行器与墙面自动连接，并且在扶手装置上安装拦护带，大大降低使用者跌倒的可能性。同时为避免如厕后使用者起身和整理衣物困难，扶手上安有解除防护栏按钮，按动按钮防护栏自动解除。