CN113712752A - 一种能够精确控制的充气床垫及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够精确控制的充气床垫及其控制方法，其中充气床垫包括底垫、气阀、气泵、控制器、控制中心和阵列在底垫上的多个扇形气囊，扇形气囊包括第一扇形气囊和第二扇形气囊，在底垫中间的左侧和右侧各分布有第一扇形气囊，第一扇形气囊的轴线与底垫中线平行；在底垫的底侧分布有第二扇形气囊，第二扇形气囊的轴线与底垫中线垂直；充气床垫还包括压力传感器阵列，压力传感器阵列设置在第一扇形气囊和第二扇形气囊围合的空间中；压力传感器与控制中心电连接。本发明设置压力传感器阵列，可以提升翻身转侧的效果，该压力传感器阵列能够准确检测关键受压部位的压力，用于主控程序的控制，使得减压效果达到最佳。

Description

一种能够精确控制的充气床垫及其控制方法

技术领域

本发明涉及充气床垫技术领域，具体涉及一种能够精确控制的充气床垫及其控制方法。

背景技术

身体部位长时间受到过量的压力，影响受压部位的血液循环，无法正常交替氧气和养分，对皮肤及肌内组织造成一定程度的损伤，严重的就会引起细胞坏死。

另外，被褥中空气不流通，潮气和浊气浓度高，特别对于大小便失禁者更为严重，其环境极易滋生细菌，破坏周边皮肤组织，形成溃烂。

褥疮最易发生的部位是骶骨、股骨、大隆骨、坐骨、跟骨，其次是枕嵴、髂嵴、肩胛、外踝等骨隆突部位。这些部位均为主要的承压部位，极易产生褥疮。

医学上，根据局部组织破坏的严重程度对褥疮级别做了划分。一般分为四度：Ⅰ度，有红斑出现，但皮肤完整；

Ⅱ度，深层皮肤有破损，累及表皮和真皮；

Ⅲ度，皮肤全层受损，累及皮下组织，但未穿透筋膜；

Ⅳ度，组织破坏深达肌肉或骨骼。

防褥疮床垫是通过改变身体姿势，减轻受压部位的压力，改善受压部位的血液循环，从而降低褥疮的发生概率，或者加快褥疮康复。

现有市场上，防褥疮充气床垫主要分为：条形波动型、波动型带便孔、波动喷气型、球型等形态。

(1)防褥疮充气床垫(条形波动型)：

条形波动，透气性佳，防水性良好，弹性佳，各条可单独替换。

病人躺在床垫上，24小时可以连续充气，床垫表面波动起伏，具有通气换气，转移身体受力点的优点，长期使用能起到防治褥疮的作用。

(2)防褥疮充气床垫(波动型带便孔)：

波动带便孔床垫的特点：便孔使用灵活，操作方便，容易保持皮肤清洁，达到减轻护理人员劳动强度的效果。

(3)防褥疮充气床垫(波动喷气型)：微气喷气、减低被褥中的温度，阻止细菌生长，保持皮肤干爽。

(4)防褥疮充气床垫(球型)：防水性好、弹性佳、不易起皱，让患者倍感舒适。

传统防褥疮床垫的局限性：

1)无法实现左右翻身的动作。

2)由于气道为平铺状态，通常使用时要先充满气，然后少量放气，并在短时间内再充气，才能支撑住人体。因此患者仰卧时，易患褥疮部位，例如尾椎位置，即使在各个气道少量放气时，由于体重的原因，这些部位还是会与床垫气道表面保持着压力接触，长时间承受压力，时间越久，越容易长褥疮。

3)患者躺在此类床垫上，仍然长时间持续保持仰卧姿势，颈椎、髋关节、膝关节、踝关节等均很少得到必要的运动，需完全依赖护理人员来做关节运动。

为克服上述技术问题的局限性，发明人在中国专利文献CN104921891A公开了一种充气床垫，包括底垫、多个气阀、至少一个气泵和阵列在底垫上的多个气囊；多个气囊通过充气鼓起，排气收缩，不同气囊用于支撑人体的不同部位；气泵通过气阀对气囊充气；气阀用于连接气泵和气囊。气囊包括扇形气囊和方形气囊；扇形气囊充气后的纵截面呈扇形；方形气囊充气后的纵截面呈长方形。多个气囊包括一个方形气囊和六个扇形气囊；方形气囊设置于头枕处，用于支撑头颈部；六个扇形气囊沿底垫中间线分两排设置；中间线左侧和右侧分布均匀分布三个扇形气囊。靠近方形气囊的一边的四个扇形气囊的圆心角朝向底垫中间线；此四个扇形气囊用于协助人体向左侧或向右侧翻身。远离方形气囊的一边的两个扇形气囊的圆心角朝向方形气囊一侧；此两个扇形气囊用于托起腿部，使人体腿部自然弯曲。底垫采用两块承重软垫构成或一个整体承重软垫构成。方形气囊充气时，方形气囊各位置点均衡充气，方形气囊表面逐步平行鼓起，托起头颈部。

CN104921891A进一步公开了，气阀个数与气囊个数相适配；气阀接受控制器的指令，打开阀门，将气囊内的气体排空，每个气阀控制一个气囊的充气和排气。气阀与气泵和气囊分别通过气管相连通，气阀还通过一条气管与外部连通。

CN104921891A进一步公开了，充气床垫还包括控制器和控制中心，控制器用于接收外部输入指令，并将输入指令传输到控制中心；控制中心内部集成了人体工程学原理和预设根据人体工程学设计的控制程序，控制中心根据输入指令调用相应控制程序控制气泵通过气阀对相应的气囊进行充气；控制中心根据输入指令调用相应控制程序控制气阀对相应的气囊进行排气。

该充气床垫结合人体工程学原理，创新发明了具有人体工程学特征的电控充气翻身床垫，真正实现了与身体各部位运动轨迹紧密贴合，实现各部位同步动作，完成最舒适的翻身和肢体辅助运动的产品目标，为广大失去运动机能的卧床患者或老人，减轻褥疮发生概率。

发明人在CN104921891A的基础上做进一步研发，发现可改进的空间，这是本领域技术人员所不容易想到的问题：对各种翻身动作如何更精确地控制，达到最佳的翻身效果。

发明内容

有鉴于此，为解决上述技术问题，本发明的目的在于提出一种能够精确控制的充气床垫及其控制方法，其能够精确控制压力，使得减压效果最佳，从而达到最佳的翻身效果。

所采用的技术方案为：

一种能够精确控制的充气床垫，包括底垫、气阀、气泵、控制器、控制中心和阵列在底垫上的多个扇形气囊，所述扇形气囊包括第一扇形气囊和第二扇形气囊，在底垫中间的左侧和右侧各分布有所述第一扇形气囊，此处的第一扇形气囊的轴线靠近底垫中线，并且轴线与底垫中线平行；在底垫的底侧分布有所述第二扇形气囊，此处的第二扇形气囊的轴线与底垫中线垂直；所述充气床垫还包括压力传感器阵列，所述压力传感器阵列设置在第一扇形气囊和第二扇形气囊围合的空间中；所述压力传感器与所述控制中心电连接。

进一步地，所述压力传感器阵列与底垫中线方向平行，长度为颈椎到骶尾部的距离，长度为60-80cm；宽度为从底垫中线向两侧各扩展3-5cm，总宽度为6-10cm。

进一步地，所述压力传感器阵列为长方形的阵列，每列分布10-30个压力传感器,每行分布5-10个压力传感器。

进一步地，所述扇形气囊包括2个或2个以上气腔，各个气腔沿轴线这一边黏连在一起，相邻两两气腔之间的接触面的中心的位置，分别挖出一个孔洞，通过热压将各个气腔连通，形成一个完整的气囊，在气囊底部安置一个气嘴，所述气嘴通过导气管与气阀连接。

进一步地，在各个扇形气囊内壁、正对着气嘴的位置，粘贴一小片海绵或者聚酯纤维网布。

进一步地，所述气泵包括充气气泵和抽气气泵，所述气阀包括保压阀和排气阀，所述保压阀有三个气嘴，其中一个气嘴通过气管与气囊连接、第二个气嘴通过气管与充气气泵连接，第三个气嘴通过气管与排气阀连接，所述排气阀与所述抽气气泵连接。

进一步地，所述控制中心包括存储单元和控制单元，所述控制单元包含主控程序，主控程序接收控制器设置的参数，设置参数存储于存储单元，主控程序可调用这些设置的参数，实现不同的控制结果。

一种上述方案所述的充气床垫的控制方法，包括如下步骤：控制单元的主控程序接收到控制器的操作指令，同时采集压力传感器阵列各个位置点的数值，综合形成控制条件，控制各个气泵、气阀进行充气、保压或排气，实现各种翻身转侧动作的同时，使得压力传感器阵列不同位置点的压力降低到所需要的值。

进一步地，各项参数包括体重、各个气囊的充气时长、保持各个气囊充气状态的时长、保持各个气囊完全放气状态的时长、延迟启动翻身动作的间隔时间值、某个位置点最低压力值和最高压力值。

进一步地，在主控程序中，有默认的参数值，对应包括体重、充气时长和保持各个气囊充气状态的时长的各个参数；

如果用户没有设置参数，则根据主控程序的默认参数值进行控制；

如果用户设置了参数，则根据用户的设置值进行控制。

本发明的有益效果在于：

本发明设置压力传感器阵列，可以提升翻身转侧的效果，该压力传感器阵列能够准确检测关键受压部位的压力，用于主控程序的控制，使得减压效果达到最佳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种能够精确控制的充气床垫的结构示意图。

图2为一种压力传感器阵列的结构示意图。

图3为一种充气后的扇形气囊的结构示意图。

图4为一种能够精确控制的充气床垫的控制电路原理图。

具体实施方式

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优选的实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-图4所示，一种能够精确控制的充气床垫，包括底垫1、气阀、气泵、控制器、控制中心和阵列在底垫1上的多个扇形气囊，该扇形气囊包括第一扇形气囊和第二扇形气囊，在底垫中间的左侧和右侧各分布有第一扇形气囊，此处的第一扇形气囊的轴线靠近底垫中线，并且轴线与底垫中线平行；在底垫的底侧分布有第二扇形气囊，此处的第二扇形气囊的轴线与底垫中线垂直。

作为一种实施例，多个扇形气囊可以包括3个扇形气囊，其中2个第一扇形气囊，1个第二扇形气囊。也可以包括4个扇形气囊，其中2个第一扇形气囊，2个第二扇形气囊。也可以包括5个扇形气囊，其中4个第一扇形气囊，1个第二扇形气囊，也可以包括6个扇形气囊，其中4个第一扇形气囊，2个第二扇形气囊。

作为一种选择的实施例，多个气囊可以包括一个方形气囊和六个扇形气囊，方形气囊设置于头枕处；底垫中线9的左侧和右侧各分布三个扇形气囊(即总共6个扇形气囊)；靠近方形气囊的一边的四个扇形气囊(即第一扇形气囊)的轴线11靠近底垫中线9，并且轴线与底垫中线平行；远离方形气囊的一边的两个扇形气囊(即第二扇形气囊)的轴线11靠近方形气囊一侧，并且轴线与底垫中线垂直。

在该选择的实施例下，其中底垫、气阀、气泵、控制器、控制中心和阵列在底垫上的多个气囊之间的连接关系可以参照CN104921891A公开的描述。必要时，可以引用CN104921891A公开的内容。

其中，方形气囊为枕头气囊2，六个扇形气囊20分别为右侧背部气囊3、左侧背部气囊4、右侧臀部气囊5、左侧臀部气囊6、右侧腿部气囊7、左侧腿部气囊8。

一、本发明的主要改进之处在于：

充气床垫还包括压力传感器阵列10，所述压力传感器阵列设置在第一扇形气囊和第二扇形气囊围合的空间中；压力传感器与控制中心电连接。

进一步地，压力传感器阵列10设置在靠近方形气囊的四个扇形气囊之间。

进一步地，压力传感器如图2所示，压力传感器阵列与底垫中线方向平行，长度为颈椎到骶尾部的距离，长度为60-80cm；宽度为从底垫中线向两侧各扩展3-5cm，总宽度为6-10cm。

压力传感器阵列为长方形的阵列，每列分布10-30个压力传感器,每行分布5-10个压力传感器。

压力传感器阵列与控制中心电连接(在图4中，电路连接即是一种电连接)。

压力传感器阵列可以按照一定间隔时间，采集各个点位的压力数据，传送给控制中心。

控制中心根据压力数据，以及控制器设置的参数，进行综合分析，然后控制各个气阀的开关，控制各个气泵，对各个气囊进行充气、保压或排气，实现各种翻身转侧动作或者各部位的辅助运动。

控制中心控制各个气囊的充气时间，使得气囊鼓起，将相应部位托起，此时，压力传感器在某几个点位的压力值将会降低为零，就实现了完全的减压。例如：当左侧肩部和臀部气囊充气鼓起，压力感应器阵列采集到的骶尾部几个点位的压力值将逐步减少，直到降为零，控制中心就可以停止继续充气，气囊进入保压状态，持续一段时间，让骶尾部充分放松，改善血液循环。

本发明的控制中心可以为一单片机，设有存储单元和控制单元。控制单元接受控制器的指令，以及接收压力传感器的数据，控制各个气泵充气、保压或排气，控制各个气阀的开关，实现气囊的充气、保压和排气。

存储单元可存储控制器设置的各项参数，包括但不限于体重、各个气囊的充气时长、保持各个气囊充气状态的时长(即保压时长)、保持各个气囊完全放气状态的时长、延迟启动翻身动作的间隔时间值、某个位置点最低压力值和最高压力值等。控制单元调用这些参数，实现不同的控制结果。

控制单元里包含主控程序。主控程序进行以下操作：

(1)主控程序接收控制器设置的参数，将设置参数存储于存储单元。

(2)主控程序中，默认设置了若干项控制参数，包括：在不同动作指令下各个气囊的充气时间、保持充气状态的时长、排气后保持无空气状态的时长、延迟启动某项模式的间隔时间等。

(3)在配置压力传感器阵列的情况下，主控程序接收到控制器的操作指令，同时采集压力传感器阵列各个位置点的数值，综合形成控制条件，控制各个气泵、气阀进行充气、保压和排气，使得压力传感器阵列不同位置点的压力降低到所需要的值(比如骶骨位置的压力需要降低为零)。

控制器，可以是手持式控制器，也可以设计成控制箱。控制器与控制中心通过有线连接或者无线连接，向控制中心发送配置参数和控制指令，控制气泵的充气、排气、保压时间等，实现翻身、扭身、抬腿、伸腿、抬头、提臀等各种动作。

本发明提出了一种带有压力传感器阵列的充气床垫电路设计方案，在此方案中，压力传感器阵列与控制中心电连接，控制中心从压力传感器阵列采集到各个点位的压力值，作为控制条件之一。

控制中心根据前面的默认参数值或者设置参数值，加上压力值，进行综合运算，控制各个气囊的充气、排气、保压时间，实现各种翻身转侧动作，或者单个部位的运动。

即一种充气床垫的控制方法，包括如下步骤：控制单元的主控程序接收到控制器的操作指令，同时采集压力传感器阵列各个位置点的数值，综合形成控制条件，控制各个气泵、气阀进行充气、保压或排气，实现各种翻身转侧动作的同时，使得压力传感器阵列不同位置点的压力降低到所需要的值。

例如，利用压力传感器数据进行定时自动翻身的精准控制：

本发明设计了利用压力传感器数据进行控制的方法。控制中心在定时自动翻身的程序中，加入压力传感器数据作为控制前提条件之一。

主控程序可以默认将“压力传感器阵列某个位置点的压力数据为零”作为控制气囊充气时长的前提条件，对各个气囊的充气时长进行控制，控制充气量达到能够使得某个部位的压力值降低到零。例如：人体仰卧时最需要降低压力的就是骶尾部，通过程序控制臀部气囊的充气时长，将左侧或右侧臀部顶起，骶尾部的压力逐步降低到零，即可停止充气。

加入压力传感器阵列后，可以更加精准控制各个气囊的充气量，让骶尾部的压力降低到零。

本发明设置压力传感器阵列，可以提升翻身转侧的效果，该压力传感器阵列能够准确检测关键受压部位的压力，用于主控程序的控制，使得减压效果达到最佳。

二、本发明的其他改进之处在于：

1.扇形气囊为TPU材质的扇形气囊。扇形气囊包括2个或2个以上气腔，各个气腔沿轴线这一边黏连在一起，相邻两两气腔之间的接触面的中心的位置，分别挖出一个孔洞，通过热压将各个气腔连通，形成一个完整的气囊，在气囊底部安置一个气嘴，气嘴通过导气管与气阀连接。

扇形气囊有一个充气/排气口，通过导气管与气阀连接。充气前，或者抽气后，扇形气囊处于正常收缩状态；充气后，气囊沿着轴线，呈扇形鼓起，可推动压在气囊上的物体或人体向上运动。

同时，在各个扇形气囊(简称气囊)内壁、正对着气嘴的位置，粘贴一小片海绵或者聚酯纤维网布，充气时空气先冲击到海绵或聚酯纤维网布上，噪音会有一定程度的降低。

2.气泵包括充气气泵和抽气气泵，气阀包括保压阀和排气阀，保压阀有三个气嘴，其中一个气嘴通过气管与气囊连接、第二个气嘴通过气管与充气气泵连接，第三个气嘴通过气管与排气阀连接，排气阀与抽气气泵连接。这可以进一步参见图4所示。

在断电状态下，保压阀开关关闭，断开气囊与排气阀之间的气路，气囊中的空气不能排出，保持充气状态。

在通电状态下，控制中心可控制保压阀开关打开，连通气囊和充气泵之间的气路，并控制充气泵向气囊充气。

在通电状态下，控制中心可控制保压阀开关打开，连通气囊和排气阀之间的气路，并控制排气阀抽气，将气囊中的空气加速排出。此种状态下，控制中心也可以不控制排气阀抽气，只是让气囊里面的空气顺着气囊和排气阀之间的气路，自然排出。

利用保压阀保持气囊充气状态，托起身体，并且保持一段时间，从而持续减轻某些部位的压力。

排气阀与各个常闭气阀(保压阀)通过气管连接。

当某个气囊需要排气时，控制中心控制这个气囊对应的保压阀，打开开关，连通这个气囊与排气阀之间的气路，将气囊中的空气排出。排气阀的出气口也可以连接一个抽气气泵，加快气囊的排气速度。

3.在主控程序中，有默认的参数值，对应包括体重、各个气囊的充气时长、保持各个气囊充气状态的时长(即保压时长)、保持各个气囊完全放气状态的时长、延迟启动翻身动作的间隔时间值、某个位置点最低压力值和最高压力值等各个参数；

如果用户没有设置参数，则根据主控程序的默认参数值进行控制；

如果用户设置了参数，则根据用户的设置值进行控制。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能够精确控制的充气床垫，包括底垫、气阀、气泵、控制器、控制中心和阵列在底垫上的多个扇形气囊，所述扇形气囊包括第一扇形气囊和第二扇形气囊，在底垫中间的左侧和右侧各分布有所述第一扇形气囊，此处的第一扇形气囊的轴线靠近底垫中线，并且轴线与底垫中线平行；在底垫的底侧分布有所述第二扇形气囊，此处的第二扇形气囊的轴线与底垫中线垂直；其特征在于，所述充气床垫还包括压力传感器阵列，所述压力传感器阵列设置在第一扇形气囊和第二扇形气囊围合的空间中；所述压力传感器与所述控制中心电连接。

2.根据权利要求1所述的能够精确控制的充气床垫，其特征在于，所述压力传感器阵列与底垫中线方向平行，长度为颈椎到骶尾部的距离，长度为60-80cm；宽度为从底垫中线向两侧各扩展3-5cm，总宽度为6-10cm。

3.根据权利要求2所述的能够精确控制的充气床垫，其特征在于，所述压力传感器阵列为长方形的阵列，每列分布10-30个压力传感器,每行分布5-10个压力传感器。

4.根据权利要求1所述的能够精确控制的充气床垫，其特征在于，所述扇形气囊包括2个或2个以上气腔，各个气腔沿轴线这一边黏连在一起，相邻两两气腔之间的接触面的中心的位置，分别挖出一个孔洞，通过热压将各个气腔连通，形成一个完整的气囊，在气囊底部安置一个气嘴，所述气嘴通过导气管与气阀连接。

5.根据权利要求4所述的能够精确控制的充气床垫，其特征在于，在各个扇形气囊内壁、正对着气嘴的位置，粘贴一小片海绵或者聚酯纤维网布。

6.根据权利要求5所述的能够精确控制的充气床垫，其特征在于，所述气泵包括充气气泵和抽气气泵，所述气阀包括保压阀和排气阀，所述保压阀有三个气嘴，其中一个气嘴通过气管与气囊连接、第二个气嘴通过气管与充气气泵连接，第三个气嘴通过气管与排气阀连接，所述排气阀与所述抽气气泵连接。

7.根据权利要求1所述的能够精确控制的充气床垫，其特征在于，所述控制中心包括存储单元和控制单元，所述控制单元包含主控程序，主控程序接收控制器设置的参数，设置参数存储于存储单元，主控程序可调用这些设置的参数，实现不同的控制结果。

8.一种权利要求7所述的充气床垫的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：控制单元的主控程序接收到控制器的操作指令，同时采集压力传感器阵列各个位置点的数值，综合形成控制条件，控制各个气泵、气阀进行充气、保压或排气，实现各种翻身转侧动作的同时，使得压力传感器阵列不同位置点的压力降低到所需要的值。

9.根据权利要求8所述的充气床垫的控制方法，其特征在于，各项参数包括体重、各个气囊的充气时长、保持各个气囊充气状态的时长、保持各个气囊完全放气状态的时长、延迟启动翻身动作的间隔时间值、某个位置点最低压力值和最高压力值。

10.根据权利要求9所述的充气床垫的控制方法，其特征在于，在主控程序中，有默认的参数值，对应包括体重、充气时长和保持各个气囊充气状态的时长的各个参数；

如果用户没有设置参数，则根据主控程序的默认参数值进行控制；

如果用户设置了参数，则根据用户的设置值进行控制。

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