CN112617821B - 老年人着床、离床监测系统及监测方法 - Google Patents

老年人着床、离床监测系统及监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种老年人着床、离床监测系统，包括：多普勒传感器、处理部、通信部、判定部，用于基于体动频带和呼吸频带的存在状态，判断老年人处于着床状态或离床状态。所述的方法包括：采集人体生物信息；基于固定频率采样数据计算连续的体动频带和呼吸频带；判断是否存在体动，S3：判断体动类型，若为着床体动，着床体动持续时间超过第一时间阈值后，检测到有呼吸，判定为着床状态；若为离床体动，离床体动持续时间超过第二时间阈值后，检测到无呼吸，判定为离床状态。该发明根据多普勒传感器的检测输出的时间变化，进行看护对象着床、离床的判断。

Description

老年人着床、离床监测系统及监测方法
技术领域
本发明涉及微波多普勒(以下简称多普勒)传感技术领域，特别是涉及一种利用多普勒传感器实现老年人着床、离床的监测系统及监测方法。
背景技术
随着我国社会老龄化程度的日益增加，越来越多的老年人入住养老院，接受专业的养老看护，然而，由于看护人员的数量远不能满足老年人的“1对1”24小时看护要求，因此需要借助电子监控系统辅助看护人员进行老年人的看护。
目前市面上的主流电子监控设备，使用坐垫传感器、监视器(摄像头)等，但是也随之产生了要与看护对象接触、设备维护、影响隐私、费用高昂等一系列问题，因此一些高端的养老院，提出借助多普勒传感技术来进行老年人的监测的方案，相比于其他电子监控设备，微波多普勒传感器精度高，但是存在检测信号与实际运动不直接对应的问题。例如，坐垫传感器是通过人踩踏坐垫传感器进行检测的，即人的动作和检测是1:1相对应的，而多普勒传感器虽然能从检测信号本身进行存在检测，但是当检测消失时，无法明确区分例如离床动作和因死亡等导致的检测停止。
发明内容
本发明实施例中提供了一种老年人着床、离床监测系统及监测方法，通过不同的检测逻辑实现老年人着床、离床的监测。
为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：
本发明实施例提供了老年人着床、离床监测系统，所述的系统包括：
多普勒传感器，用于采集老年人在床上的生物信号；
处理部，用于接收生物信号并转换为体动频带和呼吸频带；
通信部，用于实现处理部和判定部的数据通信；
判定部，用于基于体动频带和呼吸频带的存在状态，判断老年人处于着床状态或离床状态。
进一步的，判定部包括：
着床判定单元，当体动频带功率高于着床触发阈值的持续时间超过第一时间阈值后，检测到呼吸频带功率超出有呼吸频率阈值时，则判定为着床状态，其中，第一时间阈值和处理部每次数据分析的时间有关，一般不少于三次数据分析的时长之和；
离床判定单元，当体动频带功率高于离床触发阈值的持续时间超过第二时间阈值后，检测到呼吸频带功率在无呼吸功率阈值以下时，则判定为离床状态，其中，第二时间阈值和处理部每次数据分析的时间有关，一般不少于三次数据分析的时长之和。
进一步的，所述的着床触发阈值为看护对象熟睡时体动频带功率平均值的120％—150％。
进一步的，所述的离床触发阈值为看护对象熟睡时体动频带功率平均值的120％—200％。
进一步的，呼吸频带功率高于有呼吸功率阈值时，作为有呼吸，其中，有呼吸频率阈值为看护对象熟睡时呼吸频带功率平均值的110％—120％。
进一步的，呼吸频带功率低于无呼吸功率阈值时，作为无呼吸，其中，无呼吸频率阈值为看护对象熟睡时呼吸频带功率平均值的90％—100％。
进一步的，所述的系统还包括：
报警部，用于基于呼吸频带的强弱和离床时间的长短发送并显示报警信息。
进一步的，所述的报警部包括：
第一报警判定单元，用于在着床状态中，判定呼吸频带的功率小于无呼吸功率阈值时，发送第一报警信号；
第二报警判定单元，用于的离床状态中，判定离床状态的持续时间大于正常离床时间阈值时，发送第二报警信号；
显示单元，用于区别显示第一报警信号和第二报警信号。
基于上述系统，本发明实施例还提供了一种老年人着床、离床监测方法，所述的方法包括以下步骤：
S1：采集人体生物信息；
S2：基于固定频率采样数据计算连续的体动频带频率和呼吸频带频率；
S2：判断是否存在体动，若否，返回S1；若是，进入S3；
S3：判断体动类型，若为着床体动，进入S4；若为离床体动，进入S5；
S4：着床体动持续时间超过第一时间阈值后，检测到有呼吸，则判定为着床状态，否则返回S1；
S5：离床体动持续时间超过第二时间阈值后，检测到无呼吸，则判定为离床状态，否则返回S1。
进一步的，当判定为着床状态时，若判定呼吸频带的功率小于无呼吸功率阈值，则发送并显示第一报警信号。
进一步的，当判定为离床状态时，若判定离床状态的持续时间大于正常离床时间阈值，则发送并显示第二报警信号。
上述技术方案的有益效果在于：
相比于现有技术中多普勒传感器仅能够简单监测人体呼吸、心跳、体动等身体状况，因此无法区分人不在时和因死亡等导致呼吸、体动停止的情况。本申请根据多普勒传感器的检测输出的时间变化，进行看护对象着床、离床的判断，主要实现逻辑为：当体动频带功率高于着床触发阈值的持续时间超过第一时间阈值后，检测到有呼吸，则判定为着床状态；当体动频带功率高于离床触发阈值的持续时间超过第二时间阈值后，检测为无呼吸，则判定为离床状态。
基于上述着床、离床状态的判定，确认老年人是否在床上，只有在床上的情况下，才进行有无呼吸的检测，在没有呼吸或者呼吸极弱时发出通知，同时，在离开床一定时间后没有返回时，发出通知。
上述的各种判定，警报判定全部在判定部、报警部中进行，传感器侧不具有该功能，因此，不需要向传感器发送设定的变更，传感器侧的硬件、软件变得非常简单，可以有效降低系统构建的成本。同时，由于报警部直接显示不同的报警信号，因此看护人员仅需简单的了解即能掌握，无需复杂的培训学习。
附图说明
了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于系统的原理所提供的一种实施例；
图2为基于图1所示系统所对应的方法。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1所示的实施例中，提供了一种老年人着床、离床监测系统，所述的系统包括以下组成部分：
多普勒传感器，设置于天花板或墙壁上，指向性的中心朝向床上方进行设置，以16Hz的频率对多普勒进行采样，采集老年人在床上的生物信号。
处理部，包含A/D转换器和频率分析部分，传感器数据通过A/D转换器进行数值化并传送到频率分析部分，频率分析部分累积该数据，每隔一定时间进行频率分析(FFT分析)。
其中，A/D转换器为12位A/D转换器，频率分析部分每16秒(256个数据)执行一次频率分析，此时，FFT的输出为以0.0625Hz为间隔的最大8Hz的频率。
频率分析部分从所得到的频率步骤的功率加上呼吸频带、体动频带的频率步骤的功率值，通过通信部发送到判定部。假设呼吸频率为18～35次/分，体动频率为1～3Hz，则呼吸频带为5～10，体动频带为16～48。但是，该范围可以根据看护对象的身体状况而变更。
通信部可以从无线LAN(Wifi)、有线LAN(以太)、USB中选择使用。
判定部根据从传感器发送来的数据，进行着床、离床判断，着床、离床的判定原理为：
当看护对象从离床状态开始着床时，在接近床的动作、上床躺在床上的动作中，会检测到非常大的体动频带的功率，以此为触发点，持续进行呼吸频带的功率检测时，为着床状态。
在着床状态下，到变成离床状态为止，为连续着床状态。从着床状态刚要离床时，作为起床的动作，会检测到很大的体动频带功率，之后，体动频带功率、呼吸频带功率几乎同时消失，此为离床状态。
在着床过程中，因为多普勒传感器下方存在看护对象，所以会一直检测到呼吸频带功率，体动频带功率在看护对象熟睡中等没有活动的情况下变的极小，呼吸停止或呼吸极弱时，呼吸频带的功率消失或变得极其微弱。这种状态持续时，报警部发出报警，同时，离床状态持续时，报警部也会发出报警。
实际操作时，判定部和报警部使用一台PC实现，当发生报警时，报警信号在PC段的画面上显示，还可以通过有线、无线LAN或网络线路通知看护人员所持有的便携终端。
上述阐述中仅仅描述了确认系统一种实施例的结构，对于其具体功能的实现逻辑，下面结合确认方法进行详细阐述。
如图2所示的监测方法，利用图1中的监测系统来实现，两者共同组成了整个技术方案的完整描述，所述的监测方法包括以下实现步骤：
S1：多普勒传感器以16Hz的频率对多普勒进行采样，采集老年人在床上的生物信号。
S2：传感器数据通过12位A/D转换器进行数值化并传送到频率分析部分，频率分析部分累积该数据，每16秒(256个数据)执行一次频率分析，此时，FFT的输出为以0.0625Hz为间隔的最大8Hz的频率。
S3：设定一个体动阈值，当超过该阈值时，说明存在体动，否则不存在体动，其中，体动阈值设定为看护对象熟睡时体动频带功率平均值的120％。
S4：判断体动类型，当体动频带功率在着床触发阈值以上时，设为着床体动触发，此时着床触发阈值为看护对象安静时(熟睡时)的体动频带功率平均值的120％—150％。体动频带功率在离床触发阈值以上时，作为离床体动触发，此时，离床触发阈值是看护对象安静时(熟睡时)的体动频带功率平均值的120％—200％以上。
S5：着床体动持续时间超过第一时间阈值后，检测到有呼吸，则判定为着床状态，否则返回S1，其中，呼吸频带功率为安静时呼吸功率阈值以上时，作为有呼吸，此时，安静时呼吸功率频率阈值为看护对象安静时(熟睡时)的呼吸频带功率平均值的110％—120％。
该步骤的判定过程中，有着床触发的状态持续至超过一定时间时(通常为48秒左右，实际上因为是每16秒判定一次，所以是连续3次)时作为着床触发，在有着床体动触发的同时，或者从有着床体动触发的状态开始持续一定时间以上(通常为48秒)有呼吸的情况下作为着床。
S5：离床体动持续时间超过第二时间阈值后，检测到无呼吸，则判定为离床状态，否则返回S1，其中，呼吸频带功率在安静时呼吸功率阈值以下时，作为无呼吸。此时，安静时呼吸功率阈值是看护对象安静时(熟睡时)的呼吸频带功率平均值的90％-100％。
该步骤中，有离床触发的状态持续至超过一定时间(通常为48秒左右，实际上因为是每16秒判定一次，所以是连续3次)时作为离床触发，在离床触发消失的同时，或者从有离床触发的状态开始连续一定时间以上(通常为48秒)没有连续呼吸时作为离床。通常，因为滤波器的群延迟特性，体动频率检测消失、呼吸频率检测消失为止，大约需要20秒。
当判定为着床状态时，若判定呼吸频带的功率小于无呼吸功率阈值，则发送并显示第一报警信号；当判定为离床状态时，若判定离床状态的持续时间大于正常离床时间阈值，则发送并显示第二报警信号。
使用上述系统和方法时，一般是以1小时、1天为单位来监测看护对象，因此可以得到过去1小时的呼吸功率值、过去1小时的体动功率值、今日的呼吸功率值、今日的体动功率值。通过这样表示，看护人员可以直观的判断看护对象目前的状态(安静状态、活动状态、不在的时间)等。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.老年人着床、离床监测系统，其特征在于，所述的系统包括：
多普勒传感器，用于采集老年人在床上的生物信号；
处理部，用于接收生物信号并转换为体动频带和呼吸频带；
通信部，用于实现处理部和判定部的数据通信；
判定部，用于基于体动频带和呼吸频带的存在状态，判断老年人处于着床状态或离床状态；
判定部包括：
着床判定单元，当体动频带功率高于着床触发阈值的持续时间超过第一时间阈值后，检测到呼吸频带功率超出有呼吸功率阈值时，则判定为着床状态；
离床判定单元，当体动频带功率高于离床触发阈值的持续时间超过第二时间阈值后，检测到呼吸频带功率在无呼吸功率阈值以下时，则判定为离床状态；
着床判定和离床判定过程中的持续时间为连续进行3次判定的时间。
2.根据权利要求1所述的老年人着床、离床监测系统，其特征在于，所述的着床触发阈值为看护对象熟睡时体动频带功率平均值的120％—150％。
3.根据权利要求1所述的老年人着床、离床监测系统，其特征在于，所述的离床触发阈值为看护对象熟睡时体动频带功率平均值的120％—200％。
4.根据权利要求1所述的老年人着床、离床监测系统，其特征在于，呼吸频带功率高于有呼吸功率阈值时，作为有呼吸，其中，有呼吸功率阈值为看护对象熟睡时呼吸频带功率平均值的110％—120％。
5.根据权利要求1所述的老年人着床、离床监测系统，其特征在于，呼吸频带功率低于无呼吸功率阈值时，作为无呼吸，其中，无呼吸功率阈值为看护对象熟睡时呼吸频带功率平均值的90％—100％。
6.根据权利要求1所述的老年人着床、离床监测系统，其特征在于，所述的系统还包括：
报警部，用于基于呼吸频带的强弱和离床时间的长短发送并显示报警信息。
7.根据权利要求6所述的老年人着床、离床监测系统，其特征在于，所述的报警部包括：
第一报警判定单元，用于在着床状态中，判定为无呼吸时，发送第一报警信号；
第二报警判定单元，用于在离床状态中，判定离床状态的持续时间大于正常离床时间阈值时，发送第二报警信号；
显示单元，用于区别显示第一报警信号和第二报警信号。
8.老年人着床、离床监测方法，其特征在于，基于权利要求1所述的系统实现，所述的方法包括以下步骤：
S1：采集人体生物信息；
S2：基于固定频率采样数据计算连续的体动频带和呼吸频带；
S3：判断是否存在体动，若否，返回S1；若是，进入S4；
S4：判断体动类型，若为着床体动，进入S5；若为离床体动，进入S6；
S5：着床体动持续时间超过第一时间阈值后，检测到有呼吸，则判定为着床状态，否则返回S1；
S6：离床体动持续时间超过第二时间阈值后，检测到无呼吸，则判定为离床状态，否则返回S1。
9.根据权利要求8所述的老年人着床、离床监测方法，其特征在于，当判定为着床状态时，若判定呼吸频带的功率小于无呼吸功率阈值，则发送并显示第一报警信号；当判定为离床状态时，若判定离床状态的持续时间大于正常离床时间阈值，则发送并显示第二报警信号。
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