CN111067551A - 一种能够实时监测护士疲惫程度的多功能护士帽 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够实时监测护士疲劳状态的护士帽，包括外帽和内帽，所述外帽和内帽可拆卸连接；所述内帽固定有电控系统，所述电控系统包括额极脑电采集单元、颈动脉脉搏采集单元、中央处理单元和供电单元、报警模块。医护人员通过佩戴本发明的多功能护士帽，可以直观的了解到高强度工作环境下医护人员的疲惫程度，一方面提高医护人员的专注度，一方面可以减缓医护人员的疲惫感，使其更高效的工作，避免因疲惫导致工作失误甚至是医疗事故的发生，做到防患于未然，此外既可以紧贴头皮采集额极脑电，提高采集精度，又可以固定护士帽和头发，避免护士帽掉落和交叉感染影响医护人员工作质量。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种能够实时监测护士疲惫程度的多功能护士帽。
背景技术
医护人员作为一种特殊职业，由于其精神压力、工作紧张、轮班、生活缺乏规律等工作性质导致其慢性疲劳综合征的发病率高于其他人群。特别对于手术室护士来说，工作中紧急和意外情况多，导致其长时间处于高压状态下。流行病学调查证明：护士的心身疾病的患病率有逐年增高的趋势。护士工作涉及药物治疗、保证患者安全等重要方面，护理人力资源的数量、质量等影响着卫生服务的水平。因此给护士创造安全健康的工作环境，完善护士工作状态监测系统十分必要。
在临床工作中，根据护理工作的基本需求，护士需要佩戴护士帽，以防止疾病的相互传染，保证护士的身体健康。但是现有的护士帽结构简单，功能性不强。传统护士帽容易脱落，而且长时间佩戴会引起头部疲劳，给护士的工作带来了诸多不便。医护工作者因其工作性质，长期处于高负荷、强压力和精神紧张的状态，因此设计一款能够监测护士疲惫程度的多功能护士帽具有重大意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是就是针对医护工作者长时间处于高强度工作压力下易疲劳导致工作失误，且现有护士帽结构简单，容易脱落，长时间佩戴会引起头部疲劳，功能性不强的问题，提出一种能够实时监测护士疲劳状况的护士帽。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种能够实时监测护士疲惫程度的多功能护士帽，包括外帽和内帽，所述外帽和内帽可拆卸连接。
所述内帽固定有电控系统，所述电控系统包括额极脑电采集单元、颈动脉脉搏采集单元、中央处理单元和供电单元、报警模块。
所述中央处理单元固定在内帽顶部中央；所述额极脑电采集单元固定在内帽的右侧中央处理单元的前面，所述颈动脉脉搏采集单元固定在内帽的左侧，所述报警模块固定在中央处理单元的左侧，所述供电单元固定在中央处理单元的右侧。所述额极脑电采集单元、颈动脉脉搏采集单元、报警模块、供电单元均通过导线连接到中央处理单元。
所述内帽的左侧固定有两个用于按摩玉枕穴的按摩装置，所述按摩装置通过导线连接到中央处理单元。
所述内帽的右端固定有用于检测额极脑电的Z形固定架，Z形固定架的架体中空，所述内帽的右侧靠近边沿处有滑槽，Z形固定架的上平面卡在滑槽，通过滑槽处的Z形固定架调节栓固定，根据头型和贴合状态通过Z形固定架调节栓调整Z形固定架旋转角度，Z形固定架的下平面设置为发夹结构，用于固定护士帽和头发，发夹底部贴有额极脑电采集电极，所述内帽的右端通过导线固定耳夹电极，耳夹电极和额极脑电采集电极连接到额极脑电采集单元，耳夹电极作为参考电极，和额极脑电采集电极共同用于采集额极脑电信号。
所述内帽左侧设置有电源开关。
所述额极脑电采集单元用于实时记录脑电信号和眨眼侦测，并将眨眼侦测和读取的信号转换成数字信号传输给中央处理单元，中央处理单元将采集的脑电信号分类为正常状态和疲惫状态，若为正常状态，则保持继续监测；若将采集的脑电信号分类为疲惫状态，则中央处理单元发送信号给按摩装置，触发按摩装置工作。
所述颈动脉脉搏采集单元用于实时记录颈动脉脉搏频率和脉搏强度，并将读取的信号输入到中央处理单元，若脉搏频率和强度在设定的正常阈值范围内，则继续监测，若不在阈值范围内且脑电信号也分类为疲惫状态，则直接触发报警模块报警。
进一步的，所述外帽顶部中央设置有外帽固定扣，顶部两侧对称设置外帽固定孔，外帽通过外帽固定扣和外帽固定孔连接固定成帽形，外帽底部两侧对称设置内帽固定孔，所述内帽前后两侧边沿对称设置有内帽固定扣，外帽和内帽通过内帽固定孔与内帽固定扣连接固定。
进一步的，所述报警模块为蜂鸣器。
进一步的，所述供电单元为3.7V可充电锂电池。
进一步的，所述颈动脉脉搏采集单元贴在耳后颈动脉处，不同头型可由固定在内帽上的颈动脉脉搏采集单元调节栓调节导线长度。所述颈动脉脉搏采集单元由6片、2×3阵列式排布的PVDF压电薄膜组成，阵列式排布解决了颈动脉脉搏采集单元定位不准、精确度不高的问题。
进一步，所述额极脑电采集电极为银-氯化银电极，银-氯化银电极直接接触头皮，连接银-氯化银电极的导线通过Z形固定架的中空部分连接到额极脑电采集单元，所述额极脑电采集单元采用TGAM脑电采集芯片，TGAM脑电采集芯片将采集到的原始脑电数据转换成数字信号输入到中央处理单元。
进一步的，所述外帽为软质材料，内帽为硬质材料，呈半橄榄球形状，用以支撑和保持外帽形状。
进一步的，所述外帽为纯棉材质，内帽为塑料材质，内帽上有若干散热孔。
进一步的，所述内帽下表面固定有缓冲气垫，可以缓冲塑料内帽对医护人员头部的冲击。
进一步的，所述Z形固定架为塑料材质。
进一步的，所述内帽前后两侧固定有下颌带，所述下颌带由带和锁紧卡组成，通过下颌带锁紧卡调节带的长度，所述带为透明硅胶材质，锁紧卡为塑料材质。
进一步的，所述按摩装置是由电机、三爪按摩珠、旋转卡盘组成，通过按摩装置调节栓固定在内帽的左侧，根据头型通过按摩装置调节栓调节按摩位置；所述三爪按摩珠的按摩珠为塑料材质，外部包有纺织网，按摩珠和旋转卡盘为刚体结构，不产生相对位移，旋转卡盘做匀速圆周运动按摩玉枕穴。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
1)医护人员通过佩戴能够监测护士疲惫程度的多功能护士帽，可以直观的了解到高强度工作环境下医护人员的疲惫程度。通过对医护人员额极脑电分析，若超过正常阈值则判定为一级疲惫状态，此时可以自动触发按摩装置工作，一方面明目醒脑提高医护人员的专注度，一方面可以减缓医护人员的疲惫感，使其更高效的工作。
2)在医护人员工作时，本发明可以对医护人员的二级疲惫状态做预警。通过PVDF压电薄膜对颈动脉脉动的频率和强度的分析，若频率和强度不在正常阈值内，且脑电信号也不在正常阈值范围，则可初步判定二级疲惫状态，此时控制报警模块蜂鸣器报警，方便其他医护人员及时了解该医护人员生理状态以及疲惫情况，尽快做出工作调整，避免因疲惫导致工作失误甚至是医疗事故的发生，做到防患于未然。
3)固定架设计成Z形，上端卡在内帽凹槽处，下端设计发夹结构，既可以紧贴头皮采集额极脑电，减小接触阻抗，提高采集精度，又可以固定护士帽和头发，避免护士帽掉落和交叉感染影响医护人员工作质量，同时Z形固定架架体中空，导线从Z形固定架架体的中空结构内部通过，避免裸露在外，增强耐使用性。
4)颈动脉脉搏采集单元使用2×3阵列排布的PVDF压电薄膜组成，阵列式排布避免了颈动脉脉搏定位不准，采集精度不高的问题，并且该薄膜贴合度高，延展性好，无佩戴不适感。
附图说明
图1为本发明的护士帽内帽侧面结构示意图；
图2为本发明的护士帽内帽底部结构示意图；
图3为本发明的护士帽外帽结构示意图；
其中，1-报警模块，2-中央处理单元，3-供电单元，4-额极脑电采集单元，5-散热孔，6-内帽，7-Z形固定架调节栓，8-Z形固定架，9-额极脑电采集电极，10-耳夹电极，11-下颌带，12-颈动脉脉搏采集单元，13-电机，14-三爪按摩珠，15-颈动脉脉搏采集单元调节栓，16-按摩装置调节栓，17-下颌带锁紧卡，18-内帽固定扣，19-滑槽，20-电源开关，21-外帽固定孔，22-内帽固定孔，23-外帽固定扣，24-外帽，25-旋转卡盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
一种能够实时监测护士疲惫程度的多功能护士帽，包括外帽24和内帽6，所述外帽24和内帽6可拆卸连接。
所述内帽固定有电控系统，所述电控系统包括额极脑电采集单元4、颈动脉脉搏采集单元12、中央处理单元2和供电单元3、报警模块1。
如图1和图2，所述中央处理单元2固定在内帽6顶部中央；所述额极脑电采集单元4固定在内帽6的右侧中央处理单元2的前面，所述颈动脉脉搏采集单元12固定在内帽6的左侧，所述报警模块1固定在中央处理单元2的左侧，所述供电单元3固定在中央处理单元2的右侧。所述额极脑电采集单元4、颈动脉脉搏采集单元12、报警模块、供电单元3均通过导线连接到中央处理单元2。
所述内帽6的左侧固定有两个用于按摩玉枕穴的按摩装置，所述按摩装置通过导线连接到中央处理单元2。
所述内帽6的右端固定有用于检测额极脑电的Z形固定架8，Z形固定架8的架体中空，所述内帽6的右侧靠近边沿处有滑槽19，Z形固定架8的上平面卡在滑槽19，通过滑槽处的Z形固定架调节栓7固定，根据头型和贴合状态通过Z形固定架调节栓7调整Z形固定架旋转角度，Z形固定架的下平面设置为发夹结构，用于固定护士帽和头发，发夹底部贴有额极脑电采集电极9，所述内帽右端通过导线固定耳夹电极10，耳夹电极10和额极脑电采集电极9连接到额极脑电采集单元4，耳夹电极作为参考电极，和额极脑电采集电极共同用于采集额极脑电信号。
所述按摩装置是由电机、三爪按摩珠、旋转卡盘组成，通过按摩装置调节栓固定在内帽的左侧，根据头型通过按摩装置调节栓调节按摩位置；所述三爪按摩珠的按摩珠为塑料材质，外部包有纺织网，按摩珠和旋转卡盘为刚体结构，不产生相对位移，旋转卡盘做匀速圆周运动按摩玉枕穴，转速为15r/min。
所述内帽6的左侧设置电源开关20。
如图3，所述外帽24顶部中央设置有外帽固定扣23，顶部两侧对称设置外帽固定孔21，外帽24通过外帽固定扣23和外帽固定孔21连接固定成帽形，外帽24底部两侧对称设置内帽固定孔22，所述内帽6前后两侧边沿对称设置有内帽固定扣18，外帽24和内帽6通过内帽固定孔22与内帽固定扣18连接固定。
所述报警模块1为蜂鸣器。
所述供电单元3为3.7V可充电锂电池。
所述颈动脉脉搏采集单元12贴在耳后颈动脉处，不同头型通过固定在内帽上的颈动脉脉搏采集单元调节栓15调节导线长度，所述颈动脉脉搏采集单元12由6片、2×3阵列式排布的PVDF压电薄膜组成，阵列式排布解决了颈动脉脉搏采集单元定位不准、精确度不高的问题。
所述额极脑电采集电极9为银-氯化银电极，银-氯化银电极直接接触头皮，连接银-氯化银电极的导线通过Z形固定架的中空部分连接到额极脑电采集单元4，所述额极脑电采集单元4采用TGAM脑电采集芯片，TGAM脑电采集芯片将采集到的原始脑电数据转换成数字信号输入到中央处理单元。
所述内帽6下表面固定有缓冲气垫，可以缓冲塑料内帽对医护人员头部的冲击。
所述外帽24为纯棉材质，内帽6为塑料材质，呈半橄榄球形状，用以支撑和保持外帽24形状，内帽6上有若干散热孔5。
所述Z形固定架8为塑料材质。
所述内帽前后两侧固定有下颌带11，所述下颌带11由带和锁紧卡组成，通过下颌带调节扣17起固定内帽作用，所述带为透明硅胶材质，锁紧卡为塑料材质。
具体实施时，其中：
护士帽外帽通过内帽固定扣固定在内帽上。按下护士帽的电源开关20。
将护士帽整体戴在合适的位置。将Z形固定架8下表面发夹夹住F3或F4处头发，通过Z形固定架调节栓7将Z形固定架8调节至正确位置固定。调节下颌带11的锁紧卡固定好护士帽。带上耳夹电极10。将颈动脉脉搏采集单元12贴在耳后颈动脉处，通过颈动脉脉搏采集单元调节栓15调节长度，固定在正确位置。调节按摩装置调节栓16，将三爪按摩珠固定在玉枕穴。护士帽佩戴完毕。
额极脑电采集单元实时记录医护人员脑电信号，同时做眨眼侦测。若中央处理单元2将采集的脑电信号分类为正常状态，则保持继续监测。若将采集的脑电信号分类为疲惫状态，则中央处理单元2发送信号给按摩装置，触发按摩装置工作，按摩装置转速为15r/min，每次按摩时间设置为15min。以此达到提神醒目，缓解疲惫的作用。
颈动脉脉搏采集单元12固定在耳后颈动脉处，6片、2×3阵列式排布的PVDF压电薄膜解决了颈动脉脉搏采集单元定位不准、精确度不高的问题。该单元实时记录医护人员的颈动脉脉搏频率和脉搏强度。若监测到的脉搏频率和强度在设定的正常阈值范围内，则继续监测。若不在阈值范围内且脑电信号也分类为疲惫状态，则直接触发蜂鸣器报警。医护人员需明白此时状态不佳，身体处于疲劳状态，可适当休息调整状态后再全身心投入到工作中。若这种状况频繁出现，则提醒医护人员及时做更细致的检查，以了解身体情况。
本发明可在医护人员高负荷的工作强度下，实时监测医护人员的疲惫状况。先通过脑电采集电极采集大脑F3或F4位置的脑电信息，采集到的脑电信号读取到TGAM模块，TGAM模块将眨眼侦测和读取的信号转换成数字信号传输给中央控制单元做进一步分析处理。TGAM模块可以过滤掉周围的噪声和电器干扰，采集精度高。中央处理单元先将脑电信号通过希尔伯特黄变换分解技术分解，选择信号分解的模态分量计算非线性动力学多尺度熵，从而根据训练的特征分类出正常状态脑电信号和疲惫状态下的脑电信号。若中央处理单元将实时采集的脑电信号分类为正常状态，则继续监测。若中央处理单元将实时采集的脑电信号分类为疲惫状态，则自动唤醒玉枕穴按摩装置开始按摩。按摩装置是由两个三爪按摩珠组成，按摩珠在中央控制单元的控制下周期性的旋转，按摩单元转速为15r/min，每次按摩时间设置为15min，以此达到提神醒目、缓解疲劳的作用。
本颈动脉脉搏采集单元是由PVDF压电薄膜制备，这种薄膜压电常数大、质轻柔软，不仅灵敏度高、贴合度高，而且佩戴起来无不适感。压电材料的压电方程是反应电学量和力学量之间关系的表达式。对PVDF压电薄膜施加一外力Fi(i为受力方向，受力方向分为x、y、z三个轴方向)，则其输出的电荷和周期性变化的脉搏压力Fi是呈线性关系的。压电薄膜将脉搏波的压力波形转化为电荷信号，经数据采集卡AD转换后将信号输入到中央处理单元，依次可以获得颈动脉的脉动频率和脉动强度。本发明设置一个脉动频率和脉动强度的阈值范围，如果采集到的护士颈动脉脉动频率和强度不在设定的阈值范围内，且中央处理单元将实时采集的脑电信号分类为疲劳状态，则判断为二级疲劳，中央处理单元触发内帽上的蜂鸣器提醒医护人员此时状态不佳，需提高警觉度或者适当休息再投入工作。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种能够实时监测护士疲惫程度的多功能护士帽，其特征在于：包括外帽(24)和内帽(6)，所述外帽(24)和内帽(6)可拆卸连接；
所述内帽(6)固定有电控系统，所述电控系统包括额极脑电采集单元(4)、颈动脉脉搏采集单元(12)、中央处理单元(2)、供电单元(3)、报警模块(1)；
所述中央处理单元(2)固定在内帽(6)顶部中央，所述额极脑电采集单元(4)固定在内帽(6)的右侧中央处理单元(2)的前面，所述颈动脉脉搏采集单元(12)固定在内帽(6)的左侧，所述报警模块(1)固定在中央处理单元(2)的左侧，所述供电单元(3)固定在中央处理单元(2)的右侧，所述额极脑电采集单元(4)、颈动脉脉搏采集单元(12)、报警模块(1)、供电单元(3)均通过导线连接到中央处理单元(2)；
所述内帽(6)的左侧固定有两个用于按摩玉枕穴的按摩装置，所述按摩装置通过导线连接到中央处理单元(2)。
2.根据权利要求1所述的能够实时监测护士疲惫程度的多功能护士帽，其特征在于：所述内帽(6)的右端固定有用于检测额极脑电的Z形固定架(8)，Z形固定架(8)的架体中空，所述内帽(6)的右侧靠近边沿处有滑槽(19)，Z形固定架(8)的上平面卡在滑槽(19)，通过滑槽处的Z形固定架调节栓(7)固定，根据头型和贴合状态通过Z形固定架调节栓(7)调整Z形固定架旋转角度，Z形固定架的下平面设置为发夹结构，用于固定护士帽和头发，发夹底部贴有额极脑电采集电极(9)，所述内帽右端通过导线固定耳夹电极(10)，耳夹电极(10)和额极脑电采集电极(9)连接到额极脑电采集单元(4)。
3.根据权利要求1所述的能够实时监测护士疲惫程度的多功能护士帽，其特征在于：所述按摩装置是由电机(13)、三爪按摩珠(14)、旋转卡盘(25)组成，通过按摩装置调节栓(16)固定在内帽(6)的左侧，根据头型通过按摩装置调节栓(16)调节按摩位置；
所述三爪按摩珠(14)的按摩珠为塑料材质，外部包有纺织网，按摩珠和旋转卡盘(25)为刚体结构，不产生相对位移，旋转卡盘(25)做匀速圆周运动按摩玉枕穴。
4.根据权利要求2所述的能够实时监测护士疲惫程度的多功能护士帽，其特征在于：所述额极脑电采集电极(9)为银-氯化银电极，银-氯化银电极直接接触头皮，连接银-氯化银电极的导线通过Z形固定架(8)的中空部分连接到额极脑电采集单元(4)，所述额极脑电采集单元(4)采用TGAM脑电采集芯片。
5.根据权利要求1所述的能够实时监测护士疲惫程度的多功能护士帽，其特征在于：所述额极脑电采集单元(4)用于实时记录脑电信号和眨眼侦测，并将眨眼侦测和读取的信号转换成数字信号传输给中央处理单元(2)，中央处理单元(2)将采集的脑电信号分类为正常状态和疲惫状态，若为正常状态，则保持继续监测；若将采集的脑电信号分类为疲惫状态，则中央处理单元(2)发送信号给按摩装置，触发按摩装置工作。
6.根据权利要求5所述的能够实时监测护士疲惫程度的多功能护士帽，其特征在于：所述颈动脉脉搏采集单元(12)用于实时记录颈动脉脉搏频率和脉搏强度，并将读取的信号输入到中央处理单元(2)，若脉搏频率和强度在设定的正常阈值范围内，则继续监测，若不在阈值范围内且脑电信号也分类为疲惫状态，则直接触发报警模块(1)报警，所述颈动脉脉搏采集单元(12)由6片、2×3阵列式排布的PVDF压电薄膜组成，不同头型通过固定在内帽上的颈动脉脉搏采集单元调节栓(15)调节导线长度。
7.根据权利要求1所述的能够实时监测护士疲惫程度的多功能护士帽，其特征在于：所述外帽(24)顶部中央设置有外帽固定扣(23)，顶部两侧对称设置外帽固定孔(21)，由外帽固定扣(23)和外帽固定孔(21)连接固定成帽形，外帽(24)底部两侧对称设置内帽固定孔(22)，所述内帽(6)前后两侧边沿对称设置有内帽固定扣(18)，外帽(24)和内帽(6)通过内帽固定孔(22)与内帽固定扣(18)连接固定。
8.根据权利要求1所述的能够实时监测护士疲惫程度的多功能护士帽，其特征在于：所述内帽左侧设置电源开关(20)，所述报警模块(1)为蜂鸣器，所述供电单元(3)为3.7V可充电锂电池。
9.根据权利要求2所述的能够实时监测护士疲惫程度的多功能护士帽，其特征在于：所述外帽(24)为软质材料，内帽(6)为硬质材料，呈半橄榄球形状，用以支撑和保持外帽(24)形状，内帽(6)下表面固定有缓冲气垫，内帽(6)上有若干散热孔(5)，所述Z形固定架(8)为塑料材质。
10.根据权利要求1所述的能够实时监测护士疲惫程度的多功能护士帽，其特征在于：所述内帽前后两侧固定有下颌带(11)，所述下颌带(11)由带和锁紧卡组成，通过下颌带锁紧卡(17)起固定内帽作用，所述带为透明硅胶材质，下颌带锁紧卡(17)为塑料材质。
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|---|---|---|---|---|
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2019
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