CN101621963B - 用于获得患者生理数据的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种获得躺在床(2)上的患者(3)的心肺和/或活动数据的系统(1)和方法。为了提供一种用于获得躺在床(2)上的患者(3)的生理数据，具体而言为心肺数据和/或活动数据的简单而可靠的技术，提出了一种方法，包括如下步骤：提供(110)具有床结构(4)的床(2)，所述床结构(4)包括至少一个可弹性变形的构件(6)，所述构件(6)可以因躺在床(2)上的患者(3)而变形；在所述构件(6)变形的情况下，获取(120)所述构件(6)的变形数据(25)；以及利用所述变形数据(25)确定所述患者(3)的生理数据。

Description

用于获得患者生理数据的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于获得患者生理数据的系统和方法。具体而言，本发明涉及一种用于获得躺在床上的患者的心肺和/或活动数据的系统和方法。
背景技术
一段时间以来，现有技术中已经知道利用不同种类的传感器，例如力传感器或压力传感器测量床上患者的生理数据，例如生命体征。这些技术的优点是能够不向患者身体粘贴电极或不必佩戴像带子、纺织物等特殊传感器来测量生理数据。然而，将那些传感器集成到床上或者很复杂，或者需要特殊设计的床。尽管已经针对医院病床提出了克服这种缺点的方案，但尚未找到针对标准家庭用床的方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于获得躺在床上的患者生理数据，具体而言为心肺数据和/或活动数据的简单而可靠的技术。
根据本发明，该目的是通过一种获得患者生理数据的方法实现的，该方法包括如下步骤：提供具有床结构的床，所述床结构包括至少一个可弹性变形的构件，所述构件可以因躺在床上的患者而变形；在所述构件变形的情况下，获取所述构件的变形数据；以及利用所述变形数据确定所述患者的生理数据。
本发明的目的还通过用于获得患者生理数据的系统实现，该系统包括：具有床结构的床，所述床结构包括至少一个可弹性变形的构件，所述构件可以因躺在床上的患者而变形；测量装置，其在所述构件变形的情况下，适于获取所述构件的变形数据；以及数据处理和分析模块，其适于利用所述变形数据确定所述患者的生理数据。
本发明的目的还通过一种床结构的可弹性变形构件实现，所述构件能够连接到所述床结构并包括至少一个传感器元件，如果所述构件被躺在床上的患者引起变形，所述传感器元件用于获取所述构件的变形数据。
本发明的目的还通过一种在计算机中执行用于获得患者生理数据的计算机程序实现；其中床装备有床结构，所述床结构包括至少一个可弹性变形的构件，所述构件可以因躺在床上的患者而变形；并且在所述构件变形的情况下，获取所述构件的变形数据；所述程序包括当在所述计算机中执行所述计算机程序时，利用所述变形数据确定所述患者的生理数据的计算机指令。
本发明的核心思想是提供一种技术，用于利用患者导致的床结构的可弹性变形构件的变形，尤其是弯曲来获得床上心肺行为和/或患者的活动。在现有技术方案中，通过直接方式，即测量传感器结构的变形来测量患者的运动，与现有技术方案相反，根据本发明，使床结构的可弹性变形构件变形，并使用若干传感器来测量床结构的该构件的变形。
根据本发明的主要方面，提供可弹性变形构件的形式和位置以及传感器元件的类型，以便实现局部解析的力测量，这对患者的干扰运动较不敏感。
本发明的其他方面如下：
-在用户身体和床架之间有很多力封闭。因此，需要高灵敏度的传感器。质量(重量)测量既不可能也不需要。
-测量是完全不引人注目的。患者注意不到传感器。
-可以不用用户交互就开始和停止测量。测量本身适于探测床上人的存在，于是可以自动启动和终止测量。
-对于患者而言，所采用的传感器是隐藏的，且对于其他人而言是不可见的，这意味着无关人员在看到床时不会看到任何不同。对于不希望使关于其疾病的暗示可见的病人而言，这可能是重要的。
-测量未给床的设计提出任何复杂的要求。在本发明的特定实施例中，床仅需要用板条做的床架。
-此外，可以用低成本实现该方案。具体而言，传感器成本和安装成本低。
-传感器甚至可以用在双人床上，只要使用独立的用板条做的床架即可，对于较大的床而言这是常见的。
将根据本发明的床定义为依靠或坐在其上的表面或任何其他装置，例如常规的床、医院病床、睡椅、常规的椅子、牙医的椅子、轮椅、(操作)台等。然而，本发明优选地应用于家庭环境中。因此，床优选是标准家用床。
将基于从属权利要求所定义的以下实施例更详细地描述本发明的这些和其他方面。
对于本发明的方法，本发明包括以下优选实施例：根据本发明的优选实施例，确定步骤包括确定患者的呼吸和/或心脏活动。这包括，但不限于从变形数据提取呼吸速率和幅度、脉搏率和脉搏率变动。
根据本发明的另一优选实施例，确定步骤包括确定患者的运动活动。这包括，但不限于确定患者运动(例如患者翻身)和“在床上”数据，以及从变形数据计算活动指数。优选基于对信号电平(存在探测)和信号变化幅度(活动指数)的分析执行这种确定。
根据本发明的另一优选实施例，确定步骤包括评价呼吸和/或心脏行为(心肺行为)和/或睡眠质量。优选利用适当的信号滤波来将呼吸与心脏运动区分开并在时域中分析所得信号的频谱和/或它们的周期性，从而执行这种计算。
根据本发明的又一优选实施例，该方法包括将确定步骤的结果传输到患者和/或远程收信人的另一步骤。例如，可以经由例如计算机监视器或电视机等向患者发送确定步骤的结果，或者向远程专业服务发送结果以便改善患者的情况。根据本发明，必需要将术语“远程”理解为相对于患者的远程。远程收信人例如可以是附近房间中的护理人员或另一栋楼或世界另一个地方的医生团队。
对于本发明的系统，本发明包括如下优选实施例：根据本发明的优选实施例，可弹性变形构件可拆除地连接到床结构。如果构件是可拆除的，就能够简单地通过拆除构件、为构件提供若干根据本发明的传感器并再次组装床结构，来容易而迅速地将普通标准床改造成用于获得心肺和/或活动数据的床。或者，可以用已经包括若干传感器元件的替换构件取代原来的构件。可以按照要求将这种替换构件容易地集成到普通的用板条做的床架中。对于更换构件，不需要任何专业人员。
大多数用在私人家中的床装备的是用板条做的床架，或者可以容易地以低成本为其装备用板条做的床架。于是，根据本发明的另一优选实施例，可弹性变形构件是用板条做的床架的板条。利用用板条做的床架的板条，选择可弹性变形构件，从而能够进行局部解析的力测量，这种测量比把床的另一部分用作可弹性变形构件的对应测量较不易受到患者干扰运动的影响。在工作位置上，板条优选是双面安装的且经预应力处理。如果未使用用板条做的床架，而是使用另一种支撑，例如可弹性变形栅格或网等来承载床垫，根据本发明，也可以将这种其他类型的支撑用作可弹性变形构件。
在本发明的另一个实施例中，测量的不是用板条做的床架的板条变形，而是床架自身的变形。换言之，床架充当着根据本发明的可弹性变形构件。例如，如果床架以其四角承载在床上，患者的重量(和运动)导致床架结构的弯曲，尤其是床架纵向支撑的弯曲。这同样可以利用传感器，例如应变仪来测量。在另一实施例中，床垫充当着根据本发明的可弹性变形构件。
根据本发明的另一优选实施例，测量装置包括超过一个传感器元件。利用超过一个传感器元件，改善了测量的信噪比。此外，如果采用更大量的传感器元件，可以布置传感器元件，允许对变形数据进行局部分配，因此对患者运动进行映射。例如，可以相对于患者所躺的表面将传感器元件定位成线或阵列的形式。
根据本发明的另一优选实施例，将传感器元件附着到和/或集成到可弹性变形构件中。优选地，将传感器元件粘贴到构件或以另一种不可拆除方式连接到构件上。利用传感器和可弹性变形构件之间的这种密切连接，可以进行非常精确的测量。此外，改善了构件的般运，尤其是在构件为替换构件的情况下。
优选地，使用非常灵敏的力传感器，以便探测患者更小的运动，例如心脏运动。于是，根据本发明的另一优选实施例，传感器元件是应变仪。在这种情况下，传感器元件优选位于用板条做的床架的板条中心。板条的恢复力连同传感器元件在(一个或多个)板条中间的定位使得能够进行局部解析的力测量，这比传感器元件位于床其他区域中的对应测量较少受到患者干扰运动的影响。
根据本发明的另一优选实施例，传感器元件是力传感器。在这种情况下，传感器元件优选定位于用板条做的床架的板条的安装座(mounting)中，即在板条左右端附近。如果患者的运动(例如，患者的心脏运动或呼吸运动或翻身)使得板条弯曲，安装座中的力传感器探测到板条的变形，尤其是在安装座中得到的板条运动的形式的变形。这种安装座常常是由橡胶等制造的。
测量床板条变形的其他技术方法是显而易见的，包括光学方法、电容测量、电感测量。然而，就鲁棒性、低成本和易于集成方面而言，优选使用应变仪设置。
附图说明
在下文中将参考以下实施例和附图以举例的方式详细描述本发明的这些和其他方面，附图中：
图1示出了根据本发明的躺在床上的患者的示意图；
图2示出了根据本发明的系统的示意方框图；
图3示出了具有传感器元件的用板条做的床架的板条；
图4示出了图3的细节；
图5示出了根据本发明的床的俯视图；
图6示出了图5的细节，
图7示出了具有其他传感器元件的用板条做的床架的板条；
图8示出了图7的细节；
图9示出了根据本发明的方法的简化流程图；
图10示出了具有来自传感器元件的原始信号的图表；以及
图11示出了具有从原始信号提取的心率和呼吸速率的图表。
具体实施方式
图1示出了根据本发明躺在床2上的患者3的示意图。床2是如图2以示意性方框图形式所示的用于获得患者3生理数据的系统1的一部分。在图示的实施例中，床2是标准家用床。床2包括具有用板条做的床架4的床结构，床垫5位于其顶部。床垫5形成患者3所躺的表面。用板条做的床架4的板条6是两侧安装的且预加应力。许多板条6充当着根据本发明的可弹性变形的构件。可以通过患者3的运动，例如患者3的心脏运动或呼吸运动(小运动)或患者3翻身等(大运动)使板条6变形。换言之，在患者3躺在床2上时，他的运动被转移到床垫5和用板条做的床架4，板条6相应发生弯曲。
除床2之外，系统1还包括适于在所述板条6变形时采集所述板条6的变形数据的测量装置7。测量装置7包括与若干选定板条6相关联的若干传感器元件。测量装置7还包括为了将传感器元件彼此连接和/或将传感器元件连接到系统1的其他部分的所有必要的接线。下文更详细地描述了传感器元件。
系统1还包括数据处理和分析模块8，其适于使用所述变形数据确定所述患者3的生理数据。数据处理和分析模块8包括处理单元9，处理单元9适于执行计算所测量的数据的所有任务以及确定及评价结果。根据本发明，这是利用一种计算机软件实现的，该计算机软件包括计算机指令，当在处理单元9中执行软件时，该计算机指令适于执行本发明方法的步骤。
板条6充当可弹性形变构件，可拆除地连接到用板条做的床架4。因此，通过简单地用若干已经包括传感器元件的替换板条6取代若干原来的板条，可以容易而迅速地改造普通的标准床。
在图3和4所示的实施例中，将应变仪11用作传感器元件。应变仪11位于用板条做的床架4的板条6的中心12。根据图示的实施例，将应变仪栅格11、11′粘贴在(例如)木质板条6的表面上并连线。优选地，将每个应变仪栅格实现为全桥，两个第一应变仪11在板条6的顶面，另两个应变仪11′位于板条6的相对(底)面。在图4中，利用虚线示出板条6底面上的应变仪11′。这种特别的布置优点在于，信噪比得以优化，且信号不易受身体位置变化影响。然而，也可以采用其他传感器布置。通常，单个应变仪11就足够执行根据本发明的方法了。
将应变仪11、11′粘贴到板条6，使它们形成集成的、可容易分别装运的板条单元。利用应变仪11、11′和板条6之间这种紧密连接，可以进行非常精确的测量。此外，改进了板条6的装运，尤其是在替换板条6的情况下。替换板条6的形式和表面与原始板条的形式和表面没有不同。
如果板条6被患者3的运动沿弯曲方向13所弯曲，例如被患者3的心脏运动或呼吸运动或翻身所弯曲，应变仪11则探测到板条6的变形，尤其是沿感测方向14得到的板条运动的形式，感测方向14基本对应于板条6的弯曲方向。
图5示出了根据本发明的床2的俯视图。其中示意性示出了大量板条6。这里，例如，六个板条6装备有应变仪栅格，使得无论患者3的实际睡眠位置如何，都可以提取最佳信号，参见图6。在本实施例中，采用了24个顶面应变仪11和24个底面应变仪11′，从而相对于患者胸部通常所依靠的用板条做的床架4的上方区域16中的床2的中心线15对称地布置它们。这是为了改善对患者心脏和肺部运动的灵敏度。此外，改善了测量的信噪比。
根据本发明的另一优选实施例，传感器元件为力传感器21。图8示出了具有这种力传感器21的用板条做的床架4的板条6，在这种情况下用虚线示意性示出了力传感器。力传感器21位于用板条做的床架4的板条6的橡胶安装座22内部。于是，力传感器22与板条6的左右端23工作接触。如果板条6被患者3的运动沿弯曲方向3所弯曲，例如被患者3的心脏运动或呼吸运动或翻身所弯曲，安装座22中的力传感器21则探测到板条6的变形，尤其是沿感测方向24得到的安装座22中板条运动的形式。这里，感测方向24与弯曲方向13基本正交。
现在，更详细地解释本发明的方法。图9示出了根据本发明的方法的简化流程图。如上所述，首先，为床2装备包括至少一个板条6的床结构(步骤110)。在下一步骤120中，在通过患者3的运动，例如通过患者3的心脏运动或呼吸运动或翻身造成所述板条6变形的情况下，借助测量装置7，尤其是借助诸如应变仪11和/或力传感器21的传感器元件采集板条6的变形数据。接下来，在下一步骤130中，利用所述变形数据，借助数据处理和分析模块8以及上述计算机程序确定所述患者3的生理数据。
在图10中，示出了具有来自安装到床垫5下方的床板条6的应变仪11的典型原始信号25的图表。利用如上所述的装置测量原始信号25。在图中可以明显地看出呼吸活动。示出了两个呼吸周期26。叠加在上方的是心率(心脏脉搏)造成的周期性模式27。
确定步骤130包括借助数据处理和分析模块8处理原始信号25。处理原始信号25包括适当的滤波以在呼吸和心率之间进行区分。接下来，借助数据处理和分析模块8将所得信号转换成对患者3或诸如像全科医师的专业人士的其他人有意义的信息。优选地，在步骤130中确定患者3的心肺活动。这包括，但不限于从原始信号25提取呼吸速率和幅度、脉搏率和脉搏率变动。
除了确定患者3的心肺活动之外或替代地，确定患者3的总体运动活动。例如，借助数据处理和分析模块8分析较大的患者运动(例如患者翻身)和/或计算活动指数。确定步骤130还可以包括评估患者的心肺行为和/或睡眠质量。
最后，在步骤140中将确定步骤130的结果传输到患者3和/或远程收信人。例如，参见图1，可以从数据处理和分析模块8经由显示器，例如经由电视机17向患者发送确定步骤130的结果。为此目的，数据处理和分析模块8包括发射机18，发射机适于与电视机17的接收机19通信。
在图11中示出了例如在由数据处理和分析模块8发送到远程医师时从原始信号25提取的心率和呼吸速率。这里，示出了呼吸速率28和心率29，如上所述，它们是从利用应变仪11测量的数据中计算出来的。在这种情况下，在大约五分钟期间记录应变仪信号。在这五分钟期间，患者3安静地躺着。图11示出了每60秒的心率29的值，这是更频繁心率估计的平均值。
如上所述，对所有器具进行改造以执行根据本发明的方法。构造所有装置，例如床2、用板条做的具有板条6的床架4、传感器11、21和数据处理和分析模块8并进行程序控制，使得用于获得数据和数据处理的流程按照本发明的方法运行。
数据处理和分析模块8的处理单元9可以包括以硬件、软件形式或二者组合的形式实施的功能模块或单元。于是可以基于根据本发明的计算机程序的指令实现根据本发明所需的技术效果。可以将这种计算机程序存储在诸如CD-ROM或DVD的载体上或可以通过因特网或另一种计算计网络获得它。在执行之前，例如借助CD-ROM或DVD播放器从载体，或从因特网读取计算机程序从而将计算机程序载入计算机，并将其存储在计算机的存储器中。计算机包括中央处理单元(CPU)、总线系统、内存装置(例如RAM或ROM等)、存储装置(例如软盘或硬盘单元等)和输入/输出单元等。或者，可以利用例如一个或多个集成电路将本发明的方法实现为硬件。
对于本领域的技术人员来说，显而易见，本发明不限于以上例示性实施例的细节，且可以通过其他特定形式实现本发明而不脱离其精神或本质属性。因此要将这些实施例从所有方面都视为例示性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而非以上描述表明，因此意在涵盖落在权利要求等价要件的含义和范围内的所有变化。此外还要明了的是，“包括”一词不排除其他元件或步骤，“一”一词不排除多个，而且单个元件，例如计算机系统或另一单元可以完成权利要求中所述的若干装置的功能。权利要求中的附图标记不应理解为限制相关权利要求。
附图标记
1系统
2床
3患者
4用板条做的床架
5床垫
6板条
7测量装置
8数据处理和分析模块
9处理单元
10(空闲)
11应变仪
12板条中心
13弯曲方向
14感测方向
15中心线
16上方区域
17电视机
18发射机
19接收机
20(空闲)
21力传感器
22安装座
23板条末端
24感测方向
25原始信号
26呼吸周期
27心率模式
28呼吸速率
29心率
110-130方法步骤

Claims (12)

1.一种获得患者(3)的生理数据的方法，所述方法包括如下步骤：
-提供(110)具有床结构(4)的床(2)，所述床结构(4)包括至少一个可弹性变形的构件(6)，所述可弹性变形的构件(6)可以因躺在所述床(2)上的所述患者(3)、沿弯曲方向(13)而变形；
-利用一个或两个传感器元件(21)在与所述弯曲方向(13)正交的感测方向(24)上探测所述可弹性变形的构件(6)的变形，所述一个或两个传感器元件(21)中的每一个位于所述床结构(4)的所述可弹性变形的构件(6)的不同安装座(22)中并且在所述安装座(22)中与所述可弹性变形的构件(6)的右端和左端(23)中的相应的一端工作接触；
-基于所述可弹性变形的构件(6)的所述探测到的变形，获取(120)变形数据(25)；以及
-利用所述变形数据(25)确定(130)所述患者(3)的生理数据(28，29)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定步骤(130)包括确定所述患者(3)的呼吸和/或心脏活动。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定步骤(130)包括确定所述患者(3)的运动活动。
4.根据权利要求1所述的方法，包括将所述确定步骤的结果传输(140)到所述患者(3)和/或远程收信人的另一步骤。
5.一种用于获得患者(3)的生理数据的系统(1)，所述系统包括：
-具有床结构(4)的床(2)，所述床结构(4)包括至少一个可弹性变形的构件(6)，所述可弹性变形的构件(6)可以因躺在所述床(2)上的所述患者(3)、沿弯曲方向(13)而变形；
-一个或两个传感器元件(21)，其适于在与所述弯曲方向(13)正交的感测方向(24)上探测所述可弹性变形的构件(6)的变形，所述一个或两个传感器元件(21)中的每一个位于所述床结构(4)的所述可弹性变形的构件(6)的不同安装座(22)中并且在所述安装座(22)中与所述可弹性变形的构件(6)的右端和左端(23)中的相应的一端可操作地工作接触；
-测量装置(21)，其适于从所述可弹性变形的构件(6)的所述探测到的变形中，获取所述可弹性变形的构件(6)的变形数据(25)；以及
-数据处理和分析模块(8，9)，其适于利用所述变形数据(25)确定所述患者(3)的生理数据。
6.根据权利要求5所述的系统(1)，其中，所述可弹性变形的构件(6)可拆除地连接到所述床结构。
7.根据权利要求5所述的系统(1)，其中，所述可弹性变形的构件(6)是用板条做的床架(4)的板条(6)。
8.根据权利要求5所述的系统(1)，其中，所述测量装置(7，21)包括若干传感器元件(21)。
9.根据权利要求8所述的系统(1)，其中，所述一个或两个传感器元件(21)附着于或集成到所述可弹性变形的构件(6)中。
10.根据权利要求8所述的系统(1)，其中，所述一个或两个传感器元件(21)为应变仪。
11.根据权利要求8所述的系统(1)，其中，所述一个或两个传感器元件(21)为力传感器。
12.一种床结构(4)的可弹性变形的构件(6)，所述可弹性变形的构件能够连接到所述床结构(4)并包括一个或两个传感器元件(21)，用于在与弯曲方向(13)正交的感测方向(24)上探测所述可弹性变形的构件(6)的变形，并且从所述可弹性变形的构件(6)的所述探测到的变形中获取所述可弹性变形的构件(6)的变形数据，所述可弹性变形的构件(6)因躺在床(2)上的患者(3)、沿弯曲方向(13)而变形，其中，所述一个或两个传感器元件(21)中的每一个位于所述床结构(4)的所述可弹性变形的构件(6)的不同安装座(22)中并在所述安装座(22)中与所述可弹性变形的构件(6)的右端和左端(23)中的相应的一端工作接触。
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