CN102317982A

CN102317982A - 床监测系统

Info

Publication number: CN102317982A
Application number: CN2010800076091A
Authority: CN
Inventors: K.施塔德尔塔纳; A.布劳尔斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2012-01-11
Also published as: EP2396776A1; US20120056747A1; JP2012518220A; WO2010092517A1; EP2396776B1

Abstract

提供一种床监测系统，包括：传感器，用于检测和测量施加在床上的压力或力；以及处理器，被配置成处理来自传感器的信号以识别表征用户相对于床的状态的压力或力模式；其中该压力或力模式通过随时间检查所测量的压力或力来识别。

Description

床监测系统

技术领域

本发明涉及一种床监测系统和方法，并且具体地涉及一种监测施加在床上的压力或力以确定用户相对于床的状态的床监测系统和方法。

背景技术

在若干应用中重要的是，监测用户或患者是否在他们的床上或者用户或患者是否已经起床并离开他们的床。最重要的应用是对老年人的照料、对儿童的照料和对具有具体特定条件或情况（例如手术后）的患者的照料。

存在若干个可用的现有技术的设备，它们可以检测患者何时已经离开床。通常，这些设备使用压力开关或压力感测垫来测量床上的压力或负载。一般地，当所测量的压力下降到预定阈值之下时触发警报。

通常，当正在使用床监测系统时，照料者对两个事件感兴趣。首先，当患者或用户开始离开床时照料者想要得到警报，且其次，一旦用户或患者再次安全地在床上（即他们正躺在床上并且已经开始休息），则该警报应当被取消。

在这两个事件之间，受监测的用户或患者可能返回到床，但是例如只是坐在床边，或者可能躺下但保持非常活跃（active）。两种情形经常先于用户或患者再次离开床，因此在这些情况下，对于警报而言保持激活是所期望的。同样，当有人整理（make up）床或采取类似动作时，应当不存在警报的伪激活或取消。

因此，本发明的目的是提供一种能够提供对用户相对于床的状态的指示的床监测系统和方法，并且其中该指示可以用于提高警报条件的激活和去活的可靠性。

发明内容

因此，根据本发明的第一方面，提供一种床监测系统，包括：传感器，用于检测和测量施加在床上的压力或力；和处理器，被配置成处理来自传感器的信号以识别表征用户相对于床的状态的压力或力模式；其中该压力或力模式通过随时间检查所测量的压力或力来识别。

根据本发明的第二方面，提供一种监测床的方法，该方法包括：使用传感器检测和测量施加在床上的压力或力；以及处理来自传感器的信号以识别表征用户相对于床的状态的压力或力模式；该压力或力模式通过随时间检查所测量的压力或力来识别。

根据本发明的第三方面，提供一种计算机程序产品，包括计算机程序代码，该计算机程序代码被配置成在计算机或处理器上执行时处理来自压力或力传感器的信号以识别表征用户相对于床的状态的压力或力模式，该压力或力模式通过随时间检查所测量的压力或力来识别。

附图说明

现在将仅通过实例并参照附图描述本发明的各种实施例，在附图中：

图1是根据本发明的床监测系统的图示；

图2是根据本发明的床监测系统的框图；

图3示出用于来自传感器的一组示范性样本的信号幅度、自相关系数和方差的曲线；以及

图4是图示根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

在图1中，示出了具有床垫4的床2。提供了床监测系统5用于监测用户（未示出）相对于床2的状态。在所图示的实施例中，床监测系统5包括在床垫4下面提供的传感器单元6，但是在可替代的实施例中，该传感器单元6可以在床垫4顶部提供，或作为床2的整体一部分而被提供，或者集成到床垫4中。

床监测系统5还包括与传感器单元6进行通信的基站8，该基站8可以位于床2附近或者更远地在监测站（比如护士站）处并且可以发出床2上的人正离开床2或已经离开床2的警报或警告声。

图2更详细地示出床监测系统5。传感器单元6包括生成指示施加在床2上的压力或力的信号的传感器10。提供了处理器12用于从传感器10接收信号并处理该信号以确定用户相对于床2的状态。

传感器单元6可以包括单个传感器单元10，其置于床2上或床2中的大体中心位置或床垫4上或床垫4中的大体中心位置、或者床2或床垫4上与用户正在正确地躺在床2上时该用户的位置相对应的位置中。可替代地，传感器单元6可以包括多个传感器10，这些传感器分布在床2上或床2中，使得可以在不同点来测量压力或力。

传感器10可以是用于测量用户施加在床2上的力的力传感器、用于测量用户施加在床2上的压力的压力传感器或用于测量用户造成的床2上的应变（strain）的应变计。在后一个实施例中，来自应变计的度量用于确定用户施加在床2上的压力。在优选实施例中，传感器10选自压电开关、压电箔、电介体箔或应变计。本领域技术人员会理解，可替代类型的传感器可以用于执行根据本发明的方法。

应当理解，在传感器10置于床垫4下面的实施例中，所测量的信号的某分量将表示作用于床2上的床垫4（和任何寝具）的重量。根据下文进一步讨论的本发明的实施例，用于分析来自传感器10的测量结果的算法可以适于补偿这些分量。

如下文更详细描述的，床监测系统5可以通过根据所测量的压力或力随时间的变化识别对应的压力或力模式，来确定用户相对于床2的多个不同状态。

可通过根据本发明的床监测系统5区别的用户相对于床2的不同“状态”可以包含下列中的一个或多个：用户躺在床2上，而没有指示用户离开床的实质性移动；用户躺在床2上，但是十分活跃或焦躁不安；用户开始离开床2；用户坐在床2的边缘上；床2是空的；该床正在以某种方式被处理（例如床2正被整理）。

如果处理器12的确确定用户很可能离开床2（即用户正躺在床2上，但是十分活跃或焦躁不安，或者正坐在床2的边缘上）、用户正在离开床2或者如果床2是空的，则可以将警告或警报信号提供给发射器14，其将警告或警报信号传输到基站8。

在一些实施例中，警告或警报信号可以包括标识用户相对于床2的特定状态的信息。

基站8包括用于从传感器单元6接收警告或警报信号的接收器20、处理器22和用于发布用户要离开床2或已经离开床2的警报或警告的警报器24。

在其他实施例中，处理器12可以向发射器14提供指示用户正躺在床2上而没有实质性移动（即，用户正躺在床2上睡觉或没有用户将要离开床2的任何指示）的信号。在此情况下，基站8可以发布用户在床2上的指示。

应当理解，在可替代实施例中，处理来自传感器10的信号以确定用户相对于床2的状态可以由基站8中的处理器22而不是由传感器单元6中的处理器12来执行，在此情况下，传感器单元6将来自传感器10的信号传输到基站8以供分析。

还应当理解，传感器单元6和基站8的功能可以集成到单个设备中。

现在将参照图3和4来说明本发明的操作。

图3（a）示出从单个压力或力传感器10获得的典型信号，其覆盖其中用户和床2相对于彼此处于若干不同状态的时间段。在图3（a）中指示了信号幅度的两个阈值a_in和a_out。如下文进一步描述的那样，在本发明的优选实施例中，这些阈值可以在床监测系统5操作期间被动态设置以便适应于环境条件的变化和/或如果来自传感器10的信号显示漂移时的变化。

图3（b）是图3（a）中的信号的自相关系数xcor的曲线图，其由处理器12（或在其中该处理在基站8中执行的可替代实施例中为处理器22）进行计算。特别地，使用长度为d的移动窗口，并且在每个窗口中计算自相关系数xcor（延迟一个数据点）。

图3（c）是图3（a）中的信号的方差var的曲线图，其也是由处理器12（在可替代实施例中为处理器22）进行计算，并且其中使用尺寸为d的移动窗口。

开始，床2被平静地休息的用户占用，并且这是由从t=1.5到t=1.57的第一段表示的。在由“1”标记的点（近似地在t=1.57处）处，用户已经坐起来但是仍然在床2的边缘上。在该位置，由于用户的上半身几乎不施加任何负载到压力传感器10上，所以信号幅度下降到较低阈值a_out之下。

在用户仍然坐在床2上期间，一些小的压力变化被传感器10检测到（如由点“2”所示）。这些小变化根据图3（b）所示曲线的对应部分而更清楚地显现，图3（b）所示曲线的对应部分示出此时的自相关系数具有相对较高的值。

在用户最终离开床（由点“3”指示）之后，自相关系数的值下降并保持在阈值xcor_adj之下（图3（b）所示）。因此空床2以低信号幅度（即低于阈值a_out）以及信号的低自相关系数（即低于阈值xcor_adj-）来表征。

可替代地，如图3（c）所示，在其中存在高信噪比的情形中，自相关标准可以通过考虑方差来取代。在此情况下，空床2随后会以低信号幅度（低于阈值a_out）连同小于阈值var_in的方差（图3（c）中未示出）来表征。

为了确定用户是否已经适当地返回到床（即他们正躺下睡觉或他们正在躺下而不活跃），对信号的幅度与对应的方差一起进行分析。一旦用户已经躺在床2上，信号幅度将超过上阈值a_in（如图3（a）中点“4b”所示）。在该点处，信号方差是高的，因为用户仍然在床2上来回移动。一旦用户已经停止移动且已经平静下来（如图3（c）中点“5”），信号的方差下降到低值或可忽略值。

在图3（a）的点“4a”处，可以看到信号幅度短暂地高于上阈值a_in。然而，因为短时间后信号幅度下降到低于上阈值和下阈值（a_in和a_out），这不指示用户返回到床2，而是指示床2正被处理，比如床2正被整理。而且，信号的高方差也指示用户还没有平静地躺在床2上。

因此，从上文可以看出，对来自传感器10的信号幅度的估算并结合对信号的自相关系数或信号的方差的估算允许确定用户和床2的各种不同状态定。特别地，有可能区分下述状态：用户躺在床2上睡觉或休息；用户躺在床2上但十分活跃或焦躁不安；用户坐在床2的边缘上；床2是空的或床2以某种方式被处理（例如被整理）。

图4是图示传感器单元6中的处理器12（或在可替代实施例中为基站8中的处理器22）的处理路径的流程图。

该方法在步骤101中时间t=t_start处开始并且假设床2被用户占用。例如，系统的操作者（例如用户的照料提供者）可以仅在用户处在床2中时激活床监测系统5。然而，应当理解，初始的假设可以是床2未被占用。作为另一个可替代方案（未示出），该方法中的初始化处理部分可以确定床2最初是被占用还是未被占用。

在步骤103中，初始化各种参数。特别地，床的状态（按照用户是在床上还是离开床）被设置为“在床上”，信号幅度的上阈值a_in被设置为b+α_in，其中b是初始设置为等于操作者定义的值b₀的值，信号幅度的下阈值a_out设置为b+α_out，信号幅度超过上阈值a_in的时间t_in被设置为0，信号幅度低于下阈值a_out的时间t_out被设置为0，另一个时间参数t_adj被设置为0，以及样本数量n被设置为等于t_adj-（初始为0）与传感器10所使用的采样频率f_sampl的乘积。参数α_in、α_out、τ_in、τ_out和xcor_adj被预定义并且贯穿该方法的操作而保持不变。

提供信号幅度的两个阈值以便避免或降低错误警报的风险。下阈值a_out优选地被设置为小的值，以使得信号幅度应当仅在用户已经在床2上坐起或离开床2时而不是在用户简单地靠近床2的边缘躺着时下降到该值之下。

上阈值a_in被设置为足够高以使得如果用户正坐在床2的边缘上，则信号幅度将不超过该值。当用户正躺在床2的边缘上时，信号幅度可以下降到该值之下。

在步骤105中，处理器12/22从传感器10读取下一个样本a并且将之与下阈值a_out-的当前值进行比较（步骤107）。

如果该样本a的幅度小于下阈值a_out，则该方法继续进行到步骤109，在步骤109中，t_out的值增加量dt，其中dt=1/f_sampl，且t_in的值被设置为0（或者如果t_in先前为非零，则重置该值）。

接下来，在步骤111中，将t_out的更新值与阈值τ_out进行比较。如果t_out小于阈值τ_out，则该方法返回到105并且读取并处理下一个样本a。

如果t_out的值大于阈值τ_out，则该方法移到步骤113。在步骤113中，确定该状态是否为“在床上”。

如果该状态是“在床上”，则该方法移到步骤115，在步骤115中，将警报信号发送到系统5的基站8。如果该状态不是“在床上”（即该状态为“离开床”，这意味着警报早已经产生），则该方法返回到步骤105并且读取并处理下一个样本a。

在步骤115之后，该方法转到步骤117，在步骤117中，该状态被设置为“离开床”，并且所述方法返回到步骤105并且读取并处理下一个样本a。

因此，如虚线框119所示，整个方法的该分支涉及检测用户何时离开床2。特别地，步骤11的效果和阈值τ_out的值将保证，当用户仅仅在床上来回移动或翻身时（这可能导致信号幅度暂时下降到低于下阈值a_out），警报不被不经意地激活。因此，仅在信号幅度下降到阈值a_out之下长达大于τ_out的时间段时，激活该报警条件。

返回到步骤107，如果信号幅度大于下阈值a_out，则该方法转到步骤121，在步骤121中将信号幅度a与上阈值a_in进行比较。

如果信号幅度低于上阈值a_in（即根据步骤108，信号幅度介于上阈值与下阈值之间），则该方法转到步骤123，在步骤123中，将t_in和t_out设置或重置为0。该方法随后返回到步骤105并且读取并处理下一个样本a。

如果信号幅度高于上阈值a_in，则该方法移到步骤125，在步骤125中t_in按照量dt递增，且t_out-被设置或重置为0。

接下来，在步骤127中，将t_in的更新值与阈值τ_in进行比较。如果t_in的值小于阈值τ_in，则该方法返回到105并且读取并处理下一个样本a。

如果t_in的值大于阈值τ_in，则该方法移到步骤129。在步骤129中，确定该方差是否低于方差阈值var_in且该状态是否为“离开床”。

如果不满足这些标准的一个或两个，则该方法返回到步骤105并且读取并处理下一个样本a。

如果满足这两个标准，则该方法移到步骤131，在步骤131中取消该警报。

在接下来的步骤133中，该状态被设置为“在床上”，随后该方法返回到105并且读取并处理下一个样本a。

因此，如虚线框135所示，整个方法的该分支涉及检测用户何时重返到床2上并且归于平静。特别地，步骤127和129的效果将保证，仅当用户已经恰当地重返到床2中时才对警报进行去激活，并且当以某种方式处理床2（例如床2正被整理）时，不对警报进行去激活。因此，仅在信号幅度大于阈值a_in的时间段大于τ_in且方差小于方差阈值var_in时才去激活该报警条件。

在本发明的实施例中，该方法可以进一步包括虚线框137中所示的步骤，该步骤涉及阈值a_in和a_out的动态调节。如上所述，该调节可以用于确保来自传感器10的测量结果被正确地校准和解释，并且用于抵消测量结果中的漂移。因此，必需确定床2何时是空的。因此，在对步骤111中的决定的肯定响应之后，将自相关系数的值与阈值xcor_adj进行比较。

如果自相关系数xcor大于阈值，则该方法移到步骤141，在步骤141中，将时间t_adj设置或重置为0。该方法随后返回到步骤105并且读取并处理下一个样本a。

如果自相关系数xcor小于阈值，则该方法移到步骤143，在步骤143中，时间t_adj增加量dt。

在步骤145中，将增加后的时间与阈值时间值τ_adj进行比较。如果增加后的时间t_adj小于阈值τ_adj，则该方法返回到步骤105且读取并处理下一个样本a。

如果增加后的时间t_adj大于阈值τ_adj，则该方法转到步骤147，在步骤147中，传感器基线参数b的值被设置为等于最后n个样本的均值。基于b的新值调节上阈值a_in和下阈值a_out的值。

该方法随后返回到步骤105，并且读取并处理下一个样本a。

在图3所示的示范性情形中，仅在信号的幅度小于a_out且满足自相关标准的情况下调适上阈值和下阈值。以此方式，应当可能避免当重物放置在床上时修改阈值的情形。在其他实施例中，一旦信号幅度大于a_out且满足自相关标准，则对于所述床监测系统而言，有可能通过发布通知来向照料提供者提供关于基线b的异常变化的指示。

在本发明的其他实施例中，床监测系统5的操作可以通过提供其他传感器来检测用户的生命体征（比如心率、心率变化或呼吸率）来增强。这些附加传感器提供的测量结果可以用于减少确认离开床事件已经发生所花费的时间，并且可以用于改进对用户是否在床上平静或睡觉的确定。该方法已经在2008年9月10日以Koninklijke Philips Electronics N.V.的名义提交的欧洲专利申请号EP08164045.0中进行了描述，该专利申请的内容通过引用合并于此。

因此，提供一种可以提供用户相对于床的状态的指示的床监测系统和方法，并且其中该指示可以用于提高报警条件的激活和去活的可靠性。

尽管已经在附图和前述描述中图示并描述了本发明，但是这样的图示和描述被认为是说明性的或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

本领域技术人员在实践要求保护的本发明时通过研究附图、公开内容和所附权利要求能够理解并实现对所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，且不定冠词“一”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中叙述的若干项功能。某些措施在相互不同的从属权利要求中叙述的起码事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。计算机程序可以存储/分布在适当的介质（比如与其他硬件一起提供或作为其一部分的光学存储介质或固态介质）上，但是也可以以其他方式分布，比如经由因特网或其他有线或无线电信系统分布。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims

1.一种床监测系统，包括：

- 传感器，用于检测和测量施加在床上的压力或力；以及

- 处理器，被配置成处理来自传感器的信号以识别表征用户相对于床的状态的压力或力模式；

其中该压力或力模式通过随时间检查所测量的压力或力来识别。

2.如权利要求1所述的床监测系统，其中所述处理器被配置成检查来自传感器的信号的幅度以识别表征用户相对于床的状态的压力或力模式。

3.如权利要求2所述的床监测系统，其中所述处理器被配置成如果来自传感器的信号的幅度低于幅度阈值超过预定时间段，则确定用户已经或正在离开床。

4.如权利要求3所述的床监测系统，其中如果所述处理器确定用户已经或正在离开床，则该处理器被配置成生成警报或警告信号。

5.如权利要求2、3或4所述的床监测系统，其中所述处理器被进一步配置成检查来自所述传感器的信号的自相关系数。

6.如权利要求5所述的床监测系统，其中所述处理器被配置成如果来自传感器的信号的幅度低于幅度阈值并且自相关系数高于自相关系数阈值，则确定用户坐在床的边缘上。

7.如权利要求2、3、4、5或6所述的床监测系统，其中所述处理器被配置成检查来自所述传感器的信号的方差。

8.如权利要求7所述的床监测系统，其中所述处理器被配置成如果来自所述传感器的信号的幅度高于第二幅度阈值且所述方差高于方差阈值，则确定床正在被处理和/或用户在床上但不平静。

9.如权利要求7或8所述的床监测系统，其中所述处理器被配置成如果来自所述传感器的信号的幅度高于第二幅度阈值超过预定时间段且信号的方差在所述预定的时间段期间低于方差阈值，则确定用户在床上且平静地躺着。

10.如权利要求9所述的床监测系统，其中如果所述处理器确定用户在床上且平静地躺着，则该处理器被配置成取消警报或警告信号。

11.如权利要求5或6所述的床监测系统，其中所述处理器被配置成如果来自所述传感器的信号的幅度低于幅度阈值超过预定时间段且自相关系数低于自相关系数阈值，则确定用户离开床且床是空的。

12.如权利要求7、8、9或10所述的床监测系统，其中所述处理器被配置成如果来自所述传感器的信号的幅度低于幅度阈值超过预定时间段且来自传感器的信号的方差低于方差阈值，则确定用户离开床且床是空的。

13.如权利要求11或12所述的床监测系统，其中当所述处理器确定用户离开床且床是空的时，该处理器被进一步配置成调节幅度阈值的值。

14.如权利要求11、12或13所述的床监测系统，当从属于权利要求8或9时，其中当所述处理器确定用户离开床且床是空的，该处理器被进一步配置成调节第二幅度阈值的值。

15.如权利要求13或14所述的床监测系统，其中所述处理器被配置成通过将幅度阈值所基于的参数设置为等于来自所述传感器的多个信号的幅度的均值来调节幅度阈值的值。

16.一种监测床的方法，该方法包括：

- 使用传感器检测并测量施加在床上的压力或力；以及

- 处理来自传感器的信号以识别表征用户相对于床的状态的压力或力模式；该压力或力模式通过随时间检查所测量的压力或力来识别。

17.一种计算机程序产品，包括计算机程序代码，当该计算机程序代码在计算机或处理器上执行时被配置成：

- 处理来自压力或力传感器的信号以识别表征用户相对于床的状态的压力或力模式，该压力或力模式通过随时间检查所测量的压力或力来识别。