CN105813551A - 用于非接触地监测患者生命体征的设备 - Google Patents

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Abstract

以测量垫(1)的形式用于非接触地监测患者生命体征的设备，包括至少一个测量元件(2)。测量元件(2)包括压电传感器(7)，其具有第一和第二传导电极(9)、(10)以及压电元件。靠近压电传感器(7)的是第三传导电极(13)。在测量元件(2)的罩(4)上施加机械力引起压电传感器(7)的至少一个电极(9、10)和第三传导电极(13)之间的距离变化。该距离变化表达为对应患者生命体征的变化的所检测参数的差异。

Description

用于非接触地监测患者生命体征的设备
技术领域
本发明是一种用于监测患者生命体征的设备。使用具有一个或多个内嵌测量构件的测量垫来测量患者的呼吸和脉搏率。这些测量构件中的每一个由独特的传感器组成，该传感器感测由患者的呼吸和脉搏在垫子上产生的力的机械作用。
背景技术
现有技术提供了许多种用于监视患者生命体征的设备。这些监视器通常用于许多医院中，主要用于重病监护室中。由于现代科技，患者无需通过任何电缆来连接至设备，以及也不再需要患者和医务人员协作以进行患者生命体征的成功监测。这些非接触的监测系统也能够用于康复科或疗养院。
这些现代化但不再非常独特的设备大多数基于简单的原理。测量设备的主要部件是具有一个或多个集成传感器的垫子。这些传感器可具有不同类型。一种类型是感测作用在垫子上的力的变化的传感器。另一种方法使用测量床垫平台振动的加速度计来测量生命体征。还能够例如使用压电传感器以及另外的电容传感器。垫子置于患者所躺的位置下方，通常在床垫下。
垫子的许多实施方式是公知的，例如在专利公开WO2010080794中，垫子填充有液体以及压力传感器感测由患者的呼吸和脉搏率引起的压力变化。该方案的问题是制造填充有液体的特殊的垫子的复杂性。
一种感兴趣的方案是基于视频信号的分析来评估生命体征。基于从患者皮肤反射的两个不同波长的光强度的比来计算一些生命体征。该方案例如在专利公开WO2013027027中描述。但该方法不是非常精确以及也难以在差的照明条件下使用该方法做出测量。
还有一些公知方案，其中测量构件集成在床垫内。我们能够例如在专利US7652581中看到这样的方案。一个缺点可能是适于该目的的床垫的成本。
应变仪，其主要作用是评估患者的体重，也可以用于实现测量设备。在它们被准确地调整时，它们也能够记录由呼吸和心跳引起的振动。但是高度灵敏的应变仪是该测量方法所必需的，而且它们容易干扰且通常会对不是感兴趣对象的周围环境力起反应。我们能够在专利号US7699784中发现该方案。
由于压电传感器购买价格的降低，它们应用于医疗设备的许多分支中，用于军队、或用于建筑安全。压电传感器用于医疗设备中，例如用于体积描记术、血压测量、测量震颤、患者的运动、或测量脉搏率。压电传感器以它们通过生成可测量电压来对变形做出反应的原理工作。它们能够用于测量力、弯曲、延伸和其他数值。问题是压电传感器对诸如呼吸频率的低频变化反应非常差。我们能够例如在专利US6984207中找到这些压电传感器用于非接触地监测生命体征的应用。
电容传感器通常是医疗设备的一部分，并且它们的优点是对比于压电传感器，它们对由所施加的力引起的低频机械变化也是敏感的。出于该原因，它们在测量液体水平、测量位置或测量力具有广泛用途，其能够例如用于测量患者呼吸。这些电容的应用在例如专利申请WO2006131855中描述。
可以基于评估患者的生理表达，使用测量患者的生物阻抗的电感传感器来非接触地测量患者生命体征。该实施方式例如在专利申请WO2006129212中给出。
医学中的现代趋势是对患者日常活动的更低干扰，因此非接触地测量患者生命体征更具吸引力。当前测量生命体征的最通常的实施方式是由一种或多种类型传感器组成的垫子。这些传感器例如是压电、压力或电容传感器。这些传感器在它们对由患者生命体征导致的机械变化的反应方面不同。例如压电传感器是以它们对例如能够由患者脉搏引起的动态变化的良好反应的事实而突出。电容传感器对诸如患者呼吸的缓慢变化反应良好。制造用于测量患者生命体征测的非接触设备的问题在于：传感器需要对主要由患者呼吸和脉搏引起的甚至轻微变化敏感，且它们不会被周围环境力所干扰。这能够通过不同类型的传感器组合来实现，但这导致了非常昂贵的测量设备。
发明内容
所提到的问题通过用于非接触地监测患者生命体征的设备来解决，其包括测量垫子，该垫子包括一个或多个测量构件。测量构件的一个部分是压电传感器，其包括第一和第二传导电极和压电元件。这是独特的方案，由于它包含靠近压电传感器的第三传导电极。在机械力施加在测量构件的罩上时，压电传感器的至少一个电极和第三传导电极之间的距离变化。该方案是有利的，因为仅以该方式修改的仅一种类型的测量元件用于非接触地监测患者生命体征。
由患者生命体征使机械力施加在罩上导致金属条的偏转。金属条、罩和支撑体的布置是大约对称的，这意味着相同的垂直力能够施加在在罩的整个表面上的任意位置处，并且它表现为金属条的相同偏转。在有利的实施方式中，测量构件包括柔性构件，其通过针对金属条的方向上在压电传感器上施加机械力。可替代实施方式包含机械地固定至金属条的压电传感器。
在有利的实施方式中，用于非接触地监测患者生命体征的设备能够测量患者位置或存在的改变。
附图说明
图1中示出了测量垫。图2示出了在测量构件的布置方面的另一优选实施方式的测量垫。图3示出了测量构件，其包括罩。图4包括了电路板的特写，电路板包括压电传感器。图5中示出了在没有力作用在测量元件上的位置处穿过测量元件的横截面，而图6中示出了在垂直力作用在罩上的位置处测量元件的横截面。图7示出了在压电传感器的位置处测量元件的横截面的特写。图8示出了在垂直力作用时在压电传感器的位置处测量元件的横截面的特写。
具体实施方式
图1和2示出了用于非接触地测量患者生命体征的两个不同实施方式的测量垫1。使用该测量垫1，能够执行非接触地测量患者生命体征。垫1能够插入在床的患者支撑和床垫之间、扶手椅中、椅子中、或在任意靠背和患者身体之间。测量垫1可通过改变它的尺寸和测量构件2的布局两种方式来调整。测量垫1的一个部件是用于供电和信号传输的电缆3。电缆3还能够适用于数据传输，以及测量垫1还可以扩展以包括用于Wi-Fi、或用于数据传输的其他无线传输手段的模块。为了简单操作和清洁，测量垫1的罩由柔性防水材料制成，诸如织物、塑料薄膜、或其他轻的防水材料。
图3示出了测量构件2，其包括罩4、支撑体5和金属条6，压电传感器7从下面压在金属条6上。金属条6在垂直力施加于罩4上时弯曲。支撑体5成形为使得金属条6精确地拟合在支撑体5内以及使得具有针对包括测量构件2的主要部件的防护，测量构件2的主要部件包括用于监测缓慢变化的传感器，例如电容传感器8，以及用于监测快速变化的传感器，例如压电传感器7。罩4在多个位置压在金属条6上并且通过该方式将从周围施加至金属条6的力传输至金属条6。测量构件2的一个部件为电缆3，其例如用于供电和信号传输。
图4示出了压电传感器7，其包括第一传导电极9和第二传导电极10。压电元件(图中无)置于这些传导电极9、10之间。该压电传感器7的构造通常是已知的，一个示例可以是由MeasurementSpecialties公司制造的DT系列的压电传感器7。压电传感器7附接至电路板，例如印刷电路板12。印刷电路板12的一个部件是压电传感器7附近的第三传导电极13。第三传导电极13连同压电传感器7的传导电极9、10中的一个形成电容，其参数基于压电传感器7的所述至少一个传导电极9、10和第三传导电极13之间的距离而变化。第一导体14、第二导体15和第三导体16用于将电极9、10、13与处理单元17连接。
图5至8示出了根据本发明的原理的详细描述。图5示出了在第一位置的测量构件2的横截面，其中没有外力施加在罩4上。其示出了罩4、测量元件的支撑体5、金属条6、第一导轨18和第二导轨19，其上放置金属条6。压电传感器7大约压在金属条6的中心上并在另一端连接至电路板12。如图5中所示，测量构件2的一部分可以是柔性构件20，其通过在针对金属条6的方向上的力与压电传感器7交互。该柔性构件20可以是弹簧。在可替代实施方式中，压电传感器固定至金属条6以及无需弹簧作为测量构件2的部件。
图6示出了在罩4上承受垂直力的测量构件2的横截面。独立于施加位置的垂直力的传输通过罩4和金属条6之间的两个接触点发生。从而罩4上的垂直力施加通过压电传感器7附近位置处的金属条6从其原始位置的偏转来表达。金属条6、罩4、和支撑体5的技术装备是基本对称的工具的事实在于相同的垂直力能够在罩4的整个表面上的任意位置处作用，并且它表达为金属条6的相同偏转。
图7和8示出了垂直力作用如何表达在压电传感器7自身上。图7示出了测量构件2的中间部的剖面。在图6中，测量构件2示出为具有电路板12并具有处于没有外力施加在罩上的第一位置中的压电传感器7。图8示出了测量构件2的该部件，其具有施加在罩4上垂直力。在垂直力作用在罩4上时，金属条从其第一位置在远离支撑体5的方向上偏转。由于压电传感器7由弹性构件20压在金属条6上，在金属条6偏转期间，压电传感器7随其运动。压电传感器7的至少一个传导电极9、10和第三传导电极13之间的距离增加，这导致所测量电容的降低。本领域普通技术人员能够设计可替代方案，其中垂直力在罩4上的施加引起金属条6在测量构件2的支撑体5的方向上偏转。由于压电传感器7的至少一个传导电极9、10和第三传导电极13之间的距离将减少，而这增加了所测量的电容。
罩4上的垂直力施加引起压电传感器7的变形，这生成第一导体14和第二导体15之间的电压。该测量方法响应快速引起的变化，例如由患者脉冲引起的变化。压电传感器7的偏转引起压电传感器7的至少一个传导电极9、10和第三传导电极13之间的距离从距离a至距离b变化。它导致所形成的电容器在压电传感器上一个传导电极9、10和第三传导电极13之间测量的电容的变化。第二种测量方法以更高精度感测由患者身体的机械表达引起的小变化。电容中的低频变化例如对应于呼吸频率，其中电容的突然和显著增加或减少可以估计为患者存在的变化，即患者是否处于床上。用于评估呼吸频率或体重增加的感兴趣区域是低于1Hz的频谱变化。具有0.2Hz频率的信号可评估为呼吸频率。相反，用于评估脉冲率的感兴趣区域是在1Hz或更高的频谱变化，可检测到高达10Hz的脉冲率。
基于垫子1中测量构件2的合适布局，处理单元17能够给出关于患者位置的信息，以及在具有患者将跌下床的危险时，它能够通过发出关于患者离开床或患者从床上跌落的信号来通知人员。该发出信号可以是视觉的、听觉的或以一些其他形式。发出信号还能够具有局部或系统范围，其中风险信息通过处理单元17发送至服务器，从这里信息分布至远程设备，诸如护士站的监视器或护士所装配的移动设备。测量终止是评估离开床的风险的另一原因。
基于电容中缓慢变化的测量，在有利实施方式中，处理单元17能够配置为使得它测量患者的体重并能够在长期监视情形中给出关于患者体重的减少或增加的信息。
附图标记
1垫
2测量构件
3电缆
4罩
5支撑体
6金属条
7压电传感器
8电容传感器
9第一传导电极
10第二传导电极
11电路板
12第三传导电极
13第一导体
14第二导体
15第三导体
16处理单元
17第一导轨
18第二导轨
19弹性构件

Claims (12)

1.一种用于非接触地监测患者生命体征的设备，其包括测量构件(2)、处理单元(17)，所述测量构件(2)包括压电传感器(7)，所述压电传感器(7)具有第一和第二传导电极(9)、(10)以及压电元件，其特征在于，所述测量构件(2)包含靠近所述压电传感器(7)的第三传导电极(13)，其中至少一个电极(9、10)和压电传感器(7)之间的距离基于所述测量构件(2)上的垂直力而变化。
2.根据权利要求1所述的非接触地监测用于非接触地监测患者生命体征的设备，其特征在于，压电传感器(7)的至少一个电极(9、10)和第三电极(13)之间的距离变化与至少一个电极(9、10)和第三电极(13)之间所测量的电容成比例，电容由处理单元(17)测量。
3.根据权利要求2所述的非接触地监测用于非接触地监测患者生命体征的设备，其特征在于，所述电容的重复变化对应于患者呼吸频率的变化。
4.根据权利要求2所述的非接触地监测用于非接触地监测患者生命体征的设备，其特征在于，所述传感器(8)的电容的显著变化对应于患者的存在或位置。
5.根据权利要求1所述的非接触地监测用于非接触地监测患者生命体征的设备，其特征在于，由压电传感器生成的电压的重复变化对应于患者脉冲率。
6.根据权利要求1所述的非接触地监测用于非接触地监测患者生命体征的设备，其特征在于，用于将作用在罩(4)上的垂直力传输至测量元件(2)的机构包括金属条(6)。
7.根据权利要求6所述的非接触地监测用于非接触地监测患者生命体征的设备，其特征在于，所述压电传感器(7)根据第三电极(13)的位置与作用在金属条(6)上的力成比例。
8.根据权利要求1所述的非接触地监测用于非接触地监测患者生命体征的设备，其特征在于，罩(4)、金属条(6)和支撑体(5)的布置基于垂直于测量元件(2)的纵向方向的至少一个平面是基本对称的。
9.根据权利要求1所述的非接触地监测用于非接触地监测患者生命体征的设备，其特征在于，所述设备包含至少两个测量元件(2)。
10.根据权利要求1所述的非接触地监测用于非接触地监测患者生命体征的设备，其特征在于，所述压电传感器(7)通过弹性构件(20)压在金属条(6)上。
11.根据权利要求1所述的非接触地监测用于非接触地监测患者生命体征的设备，其特征在于所述压电传感器(7)牢固地固定至金属条(6)。
12.(新权利要求)一种使用连接至处理单元(17)的测量元件(2)进行非接触地监测患者生命体征的方法，其特征在于，力的施加导致压电传感器(7)的至少一个电极(9、10)和靠近压电传感器(7)的第三传导电极(13)之间的距离变化，该距离变化与通过处理单元(17)在至少一个电极(9、10)和第三电极(13)之间所测量的电容成比例。
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