CN113558628A - 一种智能监测床垫 - Google Patents

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CN113558628A CN202110818378.2A CN202110818378A CN113558628A CN 113558628 A CN113558628 A CN 113558628A CN 202110818378 A CN202110818378 A CN 202110818378A CN 113558628 A CN113558628 A CN 113558628A
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Abstract

本发明涉及一种所述智能监测床垫包括床垫、床体、信号采集模块、数据储存模块、心电信号监测模块、分析模块和人机交互模块，所述床垫放置于床体上，所述床体用于支撑床垫和实现床垫的旋转，所述信号采集模块用于采集用户的生理参数，所述数据储存模块用于对信号采集模块采集的信息进行保存，所述心电信号监测模块用于采集用户的心电信号数据，所述数据分析模块用于实现成心电波形的识别、检测和常见心律失常的分析判断，所述人机交互模块用于用户对装置进行控制，并且实现用户对数据的读取和保存；本发明通过设置床体的多段结构，可以使卧床者在不依赖护理人员的情况下，找到最舒适的卧姿和得到及时的护理。

Description

一种智能监测床垫
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种智能监测床垫。
背景技术
目前，由残障者构成的特殊群体正变得日益庞大，这些人包括老年人、伤病人和残疾人，这些人的共同特点是行动十分不便，需要长期卧床休养，其中，以年老体弱的老人和有肢体残疾的残疾人更为突出，老年人因年龄增长,身体健康程度迅速下降，罹患各种疾病，尤其是慢性疾病的概率大大提高，其中很多疾病及其并发症都具有极高的致残性，会导致老年人在生理上出现许多障碍，生活不能完全自理，必须依靠他人照料，我们称这类老人为失能老人，目前我国已成为世界上失能老人数量最多的国家，而与发达国家相比，我国目前的老年人护理行业和社会养老服务业相对滞后，开展老人护理服务的机构较少并且长期缺乏相关护理人员，而且有近半数的相关机构不愿接受失能老人。对失能老人的照料更多的是依靠家庭，为缓解解家庭照顾长期卧床者的负担，智能监测床垫应运而生，智能监测床垫在缓解了家庭负担的同时，也避免了一些突发状况。
在现有的智能床垫技术中，智能化不足、不够人性化是很大的一个缺陷。
发明内容
为了现有技术存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种，可以有效解决背景技术中的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案具体如下：
本发明实施例公开了一种智能监测床垫，所述床垫包括床垫、床体(1)、信号采集模块、数据储存模块、心电信号监测模块、分析模块和人机交互模块，所述床垫放置于床体上，所述床体用于支撑床垫和实现床垫的旋转，所述信号采集模块用于采集用户的生理参数，所述数据储存模块用于对信号采集模块采集的信息进行保存，所述心电信号监测模块用于采集用户的心电信号数据，所述数据分析模块用于实现成心电波形的识别、检测和常见心律失常的分析判断，所述人机交互模块用于用户对装置进行控制，并且实现用户对数据的读取和保存。
在上述任一方案中优选的是，所述床垫由四组相同宽度的海绵床垫组成，具体的，所述四组海绵床垫包括背部靠板段、中央支撑段、前腿部支撑段和后腿部支撑段，其中，所述背部靠板段、中央支撑段、前腿部支撑段和后腿部支撑段的长度比例为2:1:1:1。
在上述任一方案中优选的是，所述床体包括旋转结构、框架和支撑结构，所述旋转结构通过螺栓固定于地面上，所述框架安装于旋转结构上方，所述支撑结构安装于所述框架内部，所述所述旋转结构包括底座、液压缸、液压杆，所述液压缸安装于所述底座内部，所述液压杆一端与所述底座转动连接，所述液压杆另一端与所述框架转动连接，所述液压杆设置为四组，且四组液压杆均匀分布在所述底座四周。
在上述任一方案中优选的是，所述支撑结构包括背部靠板、中央支撑板、前腿部支撑板和后腿部支撑板，所述中央支撑板固定于所述框架内部，所述背部靠板底部旋转连接有两组电动伸缩杆一，所述电动伸缩杆,另一端与地面转动连接，所述前腿部支撑板一端与所述中央支撑板转动连接，所述后腿部支撑板一端与所述前腿部支撑板转动连接，所述后腿部支撑板另一端与所述框架滑动连接，所述框架内部设置有电动伸缩杆二，所述电动伸缩杆二一端与所述框架固定连接，所述电动伸缩杆二另一端与所述后腿部支撑板转动连接。
在上述任一方案中优选的是，还包括控制模块，用于控制床体的运动和各部件的姿态变换。
在上述任一方案中优选的是，所述信号采集模块温度传感器、空气湿度传感器、光线传感器、分贝仪、和红外检测装置，所述温度传感器用于监测室内温度，所述空气湿度传感器用于监测室内的湿度，所述光线传感器用于监测室内光照强度，所述分贝仪用于监测室内噪声大小，所述红外检测装置用于监测用户身体各部位的温度。
在上述任一方案中优选的是，所述信号采集模块还包括高清摄像头，用于实时采集用户的图像信息，并判断用户的在床状况。
在上述任一方案中优选的是，所述心电信号监测模块包括：心电检测电极、前端检测电路和A/D转换电路，所述心电检测电极用于拾取用户的心电信号，所述前端检测电路用于对采集到的心电信号进行放大并滤波去噪，所述A/D转换电路用于对心电信号进行采样。
在上述任一方案中优选的是，所述心电检测电极采用银氯化银电极，电极的导联方式采用双肢体导联。
在上述任一方案中优选的是，所述前端检测电路包括前置放大电路、低通滤波电路、高通滤波电路、50Hz陷波电路和后主放大及电平提升电路，所述前置放大电路用于对采集的心电信号进行放大，所述低通滤波电路用于滤除心电信号中的高频噪声，所述高通滤波电路用于滤除心电信号中的低频噪声，所述50Hz陷波电路用于滤除心电信号中的50Hz工频，所述后主放大及电平提升电路用于对滤除噪声后的纯净心电信号进行放大。
在上述任一方案中优选的是，所述前置放大电路包括输入跟随电路、基本放大电路、右腿驱动电路和屏蔽层驱动电路，所述前置放大电路的增益公式为：
Figure BDA0003170980380000041
在上述任一方案中优选的是，所述低通滤波电路的截止频率为100Hz，所述高通滤波电路的截止频率为0.05Hz。
在上述任一方案中优选的是，所述50Hz陷波电路采用双T型带阻滤波器，其传递函数为：
Figure BDA0003170980380000042
其中，R＝6.8kΩ，C＝0.47uF，R1＝82kΩ，R2＝500kΩ。
在上述任一方案中优选的是，所述前置放大电路的放大倍数为10倍，所述后主放大及电平提升电路的放大倍数为100倍。
在上述任一方案中优选的是，所述A/D转换电路采用AD7606作为采样芯片，所述数据储存电路采用大容量SD卡作为存储器，所述SD卡中嵌入FAT文件系统。
在上述任一方案中优选的是，所述数据分析模块对心电信号进行检测时，包括以下步骤：
步骤一：对采集到的的心电信号进行心电信号波形检测；
步骤二：对采集到的的心电信号进行心电信号形态特征提取；
步骤三：对采集到的的心电信号进行心电信号小波域特征提取；
步骤四：对采集到的的心电信号进行心电信号循环谱特征提取；
步骤五：对采集到的的心电信号进行心电信号高阶累积量特征提取；
步骤六：对提取的信号信号特征进行分析处理。
在上述任一方案中优选的是，在进行心电信号波形检测时，包括以下步骤：
步骤一：初始设置阈值T1；
步骤二：检测峰值P1,如果峰值大于设定阈值T1,认为该心电周期属于SI，否则属于NI；
步骤三：进行阈值更新,当定位到R峰位置时，选用阈值为T2，其中，T2＝0.5*T1，其中，T1＝NI+0.25*(SI-NI)，其中，NI＝0.125*P1+0.875*NI，其中，NI＝0.125*P1+0.875*SI。
步骤四：在定位到R峰位置后，利用Q波和S波与R波的相对位置关系去定位Q波和S波位置。
在上述任一方案中优选的是，所述人机交互模块包括以下功能：
(1)控制护理床完成起背、屈伸腿和整体左右倾斜等功能，改变床体姿态；
(2)提取当前姿态数据，并完成姿态解算，可以测量的护理床具体姿态数据包括背部靠板折起角度、前腿部支撑板折起角度以及床体整体倾斜方向和倾斜角度；
(3)读取摄像头的监控图像；
(4)与护理床的控制模块进行通信；
(5)汇总并显示信息，显示的信息包括：室内的温度、空气湿度、噪声大小、光线强度和用户的心电信号特征。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明通过采用高通和低通滤波相结合的方式去除其他干扰，得到较高信噪比的心电信号，监测结果准确。
2、本发明通过设置床体的多段结构，可以使卧床者在不依赖护理人员的情况下，找到最舒适的卧姿和得到及时的护理。
3、本发明通过设置数据传感模块对室内环境参数的采集，可以提醒护理人对室内环境进行调控，使得卧床者可以得到良好的护理。
附图说明
附图用于对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1是本发明实施例所提供的一种智能监测床垫中床体的模型视图；
图2是本发明实施例所提供的一种智能监测床垫的结构示意图。
图中标号说明：
1、床体；11、旋转结构；12、框架；13、支撑结构；1101、底座；1102、液压杆；1301、背部靠板；1302、中央支撑板；1303、前腿部支撑板；1304、后腿部支撑板；1305、电动伸缩杆一。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图及具体实施方式对本发明技术方案进行详细说明。
一种智能监测床垫，所述床垫包括床垫、床体(1)、信号采集模块、数据储存模块、心电信号监测模块、分析模块和人机交互模块，所述床垫放置于床体上，所述床体用于支撑床垫和实现床垫的旋转，所述信号采集模块用于采集用户的生理参数，所述数据储存模块用于对信号采集模块采集的信息进行保存，所述心电信号监测模块用于采集用户的心电信号数据，所述数据分析模块用于实现成心电波形的识别、检测和常见心律失常的分析判断，所述人机交互模块用于用户对装置进行控制，并且实现用户对数据的读取和保存。
具体的，所述床垫由四组相同宽度的海绵床垫组成，具体的，所述四组海绵床垫包括背部靠板段、中央支撑段、前腿部支撑段和后腿部支撑段，其中，所述背部靠板段、中央支撑段、前腿部支撑段和后腿部支撑段的长度比例为2:1:1:1。
具体的，所述床体1包括旋转结构11、框架12和支撑结构13，所述旋转结构11通过螺栓固定于地面上，所述框架12安装于旋转结构11上方，所述支撑结构13安装于所述框架12内部，所述所述旋转结构11包括底座1101、液压缸、液压杆1102，所述液压缸安装于所述底座1101内部，所述液压杆1102一端与所述底座1101转动连接，所述液压杆1102另一端与所述框架12转动连接，所述液压杆1102设置为四组，且四组液压1102杆均匀分布在所述底座1101四周。
进一步的，所述支撑结构13包括背部靠板1301、中央支撑板1302、前腿部支撑板1303和后腿部支撑板1304，所述中央支撑板1302固定于所述框架12内部，所述背部靠板1301底部旋转连接有两组电动伸缩杆一1305，所述电动伸缩杆,1305另一端与地面转动连接，所述前腿部支撑板1303一端与所述中央支撑1302板转动连接，所述后腿部支撑板1304一端与所述前腿部支撑板1303转动连接，所述后腿部支撑板1304另一端与所述框架12滑动连接，所述框架12内部设置有电动伸缩杆二，所述电动伸缩杆二一端与所述框架12固定连接，所述电动伸缩杆二另一端与所述后腿部支撑板1304转动连接。
在使用时，该结构具有以下功能：精确控制护理床姿态：允许护理人员或者卧床者手动控制改变护理床姿态，使护理床完成平躺、起背、屈伸腿以及左右倾斜等功能；同时，该智能监控系统还可以根据预先设置，在无人为干扰时自主控制护理床改变姿态，在这种情况下，系统允许设置护理床各个部分的具体动作角度以及动作时间，可以使卧床者在不依赖护理人员的情况下，找到最舒适的卧姿和得到及时的护理。监测护理床姿态：系统可以实时监测护理床当前姿态，并可以自动判断出姿态是否异常。在检测到姿态异常时，可以启动异常处理机制，限制护理床部分机械结构动作，最大程度保障安全。
具体的，还包括控制模块，用于控制床体的运动和各部件的姿态变换。
具体的，所述信号采集模块温度传感器、空气湿度传感器、光线传感器、分贝仪、和红外检测装置，所述温度传感器用于监测室内温度，所述空气湿度传感器用于监测室内的湿度，所述光线传感器用于监测室内光照强度，所述分贝仪用于监测室内噪声大小，所述红外检测装置用于监测用户身体各部位的温度。
利用信号采集模块采集到的室内环境参数信息，可以在异常时显示在人机交互模块，提醒用户对环境进行改善。
进一步的，所述信号采集模块还包括高清摄像头，用于实时采集用户的图像信息，并判断用户的在床状况。
在使用时，可以自动初步判读卧床者的在床情况，当卧床者离床时，系统可以给出提示信息，方便护理人员查看，避免某些意外的发生。
具体的，所述心电信号监测模块包括：心电检测电极、前端检测电路和A/D转换电路，所述心电检测电极用于拾取用户的心电信号，所述前端检测电路用于对采集到的心电信号进行放大并滤波去噪，所述A/D转换电路用于对心电信号进行采样。
进一步的，所述心电检测电极采用银氯化银电极，电极的导联方式采用双肢体导联。
具体的，所述前端检测电路包括前置放大电路、低通滤波电路、高通滤波电路、50Hz陷波电路和后主放大及电平提升电路，所述前置放大电路用于对采集的心电信号进行放大，所述低通滤波电路用于滤除心电信号中的高频噪声，所述高通滤波电路用于滤除心电信号中的低频噪声，所述50Hz陷波电路用于滤除心电信号中的50Hz工频，所述后主放大及电平提升电路用于对滤除噪声后的纯净心电信号进行放大。
进一步的，所述前置放大电路包括输入跟随电路、基本放大电路、右腿驱动电路和屏蔽层驱动电路，所述前置放大电路的增益公式为：
Figure BDA0003170980380000101
进一步的，所述低通滤波电路的截止频率为100Hz，所述高通滤波电路的截止频率为0.05Hz。
进一步的，所述50Hz陷波电路采用双T型带阻滤波器，其传递函数为：
Figure BDA0003170980380000102
其中，R＝6.8kΩ，C＝0.47uF，
R1＝82kΩ，R2＝500kΩ。
进一步的，所述前置放大电路的放大倍数为10倍，所述后主放大及电平提升电路的放大倍数为100倍。
具体的，所述A/D转换电路采用AD7606作为采样芯片，所述数据储存电路采用大容量SD卡作为存储器，所述SD卡中嵌入FAT文件系统。
在使用时，在SD卡中嵌入FAT文件系统，将需要保存的心电数据保存为TXT文本格式，方便数据的移植和访问。
具体的，所述数据分析模块对心电信号进行检测时，包括以下步骤：
步骤一：对采集到的的心电信号进行心电信号波形检测；
步骤二：对采集到的的心电信号进行心电信号形态特征提取；
步骤三：对采集到的的心电信号进行心电信号小波域特征提取；
步骤四：对采集到的的心电信号进行心电信号循环谱特征提取；
步骤五：对采集到的的心电信号进行心电信号高阶累积量特征提取；
步骤六：对提取的信号信号特征进行分析处理。
进一步的，在进行心电信号波形检测时，包括以下步骤：
步骤一：初始设置阈值T1；
步骤二：检测峰值P1,如果峰值大于设定阈值T1,认为该心电周期属于SI，否则属于NI；
步骤三：进行阈值更新,当定位到R峰位置时，选用阈值为T2，其中，T2＝0.5*T1，其中，T1＝NI+0.25*(SI-NI)，其中，NI＝0.125*P1+0.875*NI，其中，NI＝0.125*P1+0.875*SI。
步骤四：在定位到R峰位置后，利用Q波和S波与R波的相对位置关系去定位Q波和S波位置。
具体的，所述人机交互模块包括以下功能：
(1)控制护理床完成起背、屈伸腿和整体左右倾斜等功能，改变床体姿态；
(2)提取当前姿态数据，并完成姿态解算，可以测量的护理床具体姿态数据包括背部靠板折起角度、前腿部支撑板折起角度以及床体整体倾斜方向和倾斜角度；
(3)读取摄像头的监控图像；
(4)与护理床的控制模块进行通信；
(5)汇总并显示信息，显示的信息包括：室内的温度、空气湿度、噪声大小、光线强度和用户的心电信号特征。
与现有技术相比，本发明提供的有益效果是：
1、本发明通过采用高通和低通滤波相结合的方式去除其他干扰，得到较高信噪比的心电信号，监测结果准确。
2、本发明通过设置床体的多段结构，可以使卧床者在不依赖护理人员的情况下，找到最舒适的卧姿和得到及时的护理。
3、本发明通过设置数据传感模块对室内环境参数的采集，可以提醒护理人对室内环境进行调控，使得卧床者可以得到良好的护理。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能监测床垫，其特征在于：所述智能监测床垫包括床垫、床体(1)、信号采集模块、数据储存模块、心电信号监测模块、分析模块和人机交互模块，所述床垫放置于床体上，所述床体用于支撑床垫和实现床垫的旋转，所述信号采集模块用于采集用户的生理参数，所述数据储存模块用于对信号采集模块采集的信息进行保存，所述心电信号监测模块用于采集用户的心电信号数据，所述数据分析模块用于实现成心电波形的识别、检测和常见心律失常的分析判断，所述人机交互模块用于用户对装置进行控制，并且实现用户对数据的读取和保存。
2.根据权利要求1所述的一种智能监测床垫，其特征在于：所述床垫由四组相同宽度的海绵床垫组成，具体的，所述四组海绵床垫包括背部靠板段、中央支撑段、前腿部支撑段和后腿部支撑段，其中，所述背部靠板段、中央支撑段、前腿部支撑段和后腿部支撑段的长度比例为2:1:1:1。
3.根据权利要求2所述的一种智能监测床垫，其特征在于：所述床体(1)包括旋转结构(11)、框架(12)和支撑结构(13)，所述旋转结构(11)通过螺栓固定于地面上，所述框架(12)安装于旋转结构(11)上方，所述支撑结构(13)安装于所述框架(12)内部，所述所述旋转结构(11)包括底座(1101)、液压缸、液压杆(1102)，所述液压缸安装于所述底座(1101)内部，所述液压杆(1102)一端与所述底座(1101)转动连接，所述液压杆(1102)另一端与所述框架(12)转动连接，所述液压杆(1102)设置为四组，且四组液压(1102)杆均匀分布在所述底座(1101)四周。
4.根据权利要求3所述的一种智能监测床垫，其特征在于：所述支撑(13)结构包括背部靠板(1301)、中央支撑板(1302)、前腿部支撑板(1303)和后腿部支撑板(1304)，所述中央支撑板(1302)固定于所述框架(12)内部，所述背部靠板(1301)底部旋转连接有两组电动伸缩杆一(1305)，所述电动伸缩杆一(1305)另一端与地面转动连接，所述前腿部支撑板(1303)一端与所述中央支撑(1302)板转动连接，所述后腿部支撑板(1304)一端与所述前腿部支撑板(1303)转动连接，所述后腿部支撑板(1304)另一端与所述框架(12)滑动连接，所述框架(12)内部设置有电动伸缩杆二，所述电动伸缩杆二一端与所述框架(12)固定连接，所述电动伸缩杆二另一端与所述后腿部支撑板(1304)转动连接。
5.根据权利要求4所述的一种智能监测床垫，其特征在于：还包括控制模块，所述控制模块用于控制床体的运动和床体的姿态变换。
6.根据权利要求5所述的一种智能监测床垫，其特征在于：所述信号采集模块温度传感器、空气湿度传感器、光线传感器、分贝仪、和红外检测装置，所述温度传感器用于监测室内温度，所述空气湿度传感器用于监测室内的湿度，所述光线传感器用于监测室内光照强度，所述分贝仪用于监测室内噪声大小，所述红外检测装置用于监测用户身体各部位的温度。
7.根据权利要求6所述的一种智能监测床垫，其特征在于：所述心电信号监测模块包括：心电检测电极、前端检测电路和A/D转换电路，所述心电检测电极用于拾取用户的心电信号，所述前端检测电路用于对采集到的心电信号进行放大并滤波去噪，所述A/D转换电路用于对心电信号进行采样。
8.根据权利要求7所述的一种智能监测床垫，其特征在于：所述前端检测电路包括前置放大电路、低通滤波电路、高通滤波电路、50Hz陷波电路和后主放大及电平提升电路，所述前置放大电路用于对采集的心电信号进行放大，所述低通滤波电路用于滤除心电信号中的高频噪声，所述高通滤波电路用于滤除心电信号中的低频噪声，所述50Hz陷波电路用于滤除心电信号中的50Hz工频，所述后主放大及电平提升电路用于对滤除噪声后的纯净心电信号进行放大。
9.根据权利要求8所述的一种智能监测床垫，其特征在于：所述前置放大电路包括输入跟随电路、基本放大电路、右腿驱动电路和屏蔽层驱动电路，所述前置放大电路的增益公式为：
Figure FDA0003170980370000031
所述低通滤波电路的截止频率为100Hz，所述高通滤波电路的截止频率为0.05Hz，所述50Hz陷波电路采用双T型带阻滤波器，其传递函数为：
Figure FDA0003170980370000032
其中，R＝6.8kΩ，C＝0.47uF，R1＝82kΩ，R2＝500kΩ。
10.根据权利要求9所述的一种智能监测床垫，其特征在于：所述数据分析模块对心电信号进行检测时，包括以下步骤：
对采集到的的心电信号进行心电信号波形检测；
对采集到的的心电信号进行心电信号形态特征提取；
对采集到的的心电信号进行心电信号小波域特征提取；
对采集到的的心电信号进行心电信号循环谱特征提取；
对采集到的的心电信号进行心电信号高阶累积量特征提取；
对提取的信号信号特征进行分析处理。
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