RU181733U1 - Система мониторинга показателей жизнедеятельности младенца, встраиваемая в пояс матраса - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области биотехнологии, в частности к получению данных, связанных с младенцами и системами обеспечения безопасности и развития ребенка, особенно в области технических систем мониторинга. Система мониторинга, осуществляющая контроль жизненно важных показателей младенца через комплект датчиков, таких как, термометр, акселерометр, пульсоксиметр, встроенных в пояс матраса. Температура, сердцебиение, уровень кислорода в крови, а также температура в помещении, уровень шума и влажность, те показатели, отслеживание которых возможно без постоянного присутствия родителей. Собранные устройством данные передаются на блок беспроводной зарядки, где происходит их обработка и хранение и последующая передача на смартфон, для отображения в специальном приложении полученных данных. В случае отклонения показателей от нормы подается звуковой сигнал или предупреждение.

Description

Полезная модель относится к области биотехнологии, в частности к получению данных, связанных с младенцами и системами обеспечения безопасности и развития ребенка, особенно в области технических систем мониторинга.

Полезная модель предназначена для использования родителями в домашних условиях, а также для применения в больницах и медицинских учреждениях, связанных с маленькими детьми.

Родители, особенно молодые, часто сталкиваются с проблемами, возникающими в первые месяцы жизни новорожденного. Постоянный, ежеминутный присмотр за младенцем и контроль его состояния - занятие весьма утомительное. Вместо того, чтобы спокойно работать или отдыхать, пока ребенок спит, мама и папа постоянно прислушиваются и проверяют ребенка, как бы хорошо было знать заранее, когда новорожденный вновь потребует внимания и сколько примерно времени есть в запасе на личные дела. И производители пытаются максимально облегчить жизнь родителей, выпуская все более новые системы мониторинга. Приборы контроля могут облегчить некоторые из страхов родителей перед лицом такой заботы, но многие из существующих устройств мониторинга не обеспечивают достаточный объем данных для родителей.

Известны последние достижения техники мониторинга, дополняющие или заменяющие привычные аудио- и видеоняни, боди с системой «Mimo baby» [1], носок-башмак «Owlet baby monitor» [2], браслет «Sproutling baby monitor» [3], матрас SleepIQ Kids Bad [4]. Система «Mimo baby» представляет собой детское кимоно из органического хлопка, оснащенное бесконтактными датчиками измеряющими дыхание младенца, температуру кожи, положение тела, и уровень активности. Все эти данные посылаются на базовую станцию через безопасную для младенцев технологию, родители могут просматривать полученную информацию в своих смартфонах. «Owlet Baby Monitor» представляет собой «умный» носок с датчиками, измеряющими пульс, содержание кислорода в крови, температуру тела и положение малыша, собранные данные передаются на смарфон родителей в специальное приложение. Матрас SleepIQ Kids Bad со встроенными датчиками веса и движения, информация о качестве сна ребенка посылается на смартфон родителей, существуют еще такие функции: регулирования высоты изголовья, легкая подсветка внизу кровати, monster detector.

Известен наиболее близкий по совокупности существенных признаков «Sproutling Baby Monitor», который представляет собой браслет на ногу младенца, с встроенными датчиками, отслеживающими температуру тела, положение, дыхание, настроение ребенка. База для зарядки проверяет температуру, влажность, а также шум в помещении, где находится малыш.

Эта система мониторинга позволяет получать при нахождении на ноге ребенка все необходимые сведения для родителей, однако браслет может быть неудобен для ребенка и будет стеснять его движения, ребенок чувствуя дискомфорт будет нервничать, что приведет к изменениям биоритмов его организма и в итоге не позволяет собрать точные данные о самочувствии малыша.

Задачей полезной модели является повышение эффективности собираемых данных и достижение высокой точности показаний жизнедеятельности во время сна младенца в удобном матрасе, изготовленном из эластичного биолатекса. При этом младенец находится в наиболее правильной и физиологичной для новорожденных позе, а с помощью удерживающего пояса, в который встроены датчики мониторига, ограничиваются движения малыша, успокаивая и придерживая его в оптимальной форме. Благодаря правильному положению тела и головы уменьшается риск срыгивания и плагиоцефалии - асимметрии черепа или «плоской головы», снижается повышенный мышечный тонус и реакция испуга - рефлекс Моро, а также улучшается качество и продолжительность сна. Температура, сердцебиение, движение, а также температура в помещении, уровень шума и влажность, те показатели отслеживание которых возможно без постоянного присутствия родителей. На основании данных о сне малыша, составляется прогноз времени и качества сна. Маломощный передатчик обеспечивает связь устройства со смартфоном, планшетом или настольным компьютером. В свою очередь устройства взаимодействуют с базовой станцией, где хранятся все данные, и проводится анализ результатов показаний датчиков, полезные результаты передаются обратно пользователю. Базовая станция подключает датчики к домашней сети wifi, что позволяет обрабатывать данные в режиме реального времени.

Задача достигается тем, что в матрасе, окутывающем тело ребенка со всех сторон, повторяя его форму, младенец находится в наиболее правильной и физиологичной форме, удерживающий пояс фиксируется на липучках, а встроенные датчики отслеживают показания жизнедеятельности ребенка. Основа матраса упругая, а поверхность мягкая, что дает уникальную возможность адаптации и плавного перехода между акватической и воздушной средой. Благодаря правильному положению тела и головы ребенок меньше срыгивает. Благодаря соответствующему наклону люльки под спиной ребенка, он может трогать личико, подносить руки ко рту, что снижает реакцию испуга - рефлекс Моро. Полное облегание создает дополнительный эффект «защиты», который очень важен для новорожденного, снижает повышенный мышечный тонус, который неблагоприятно воздействует на гармонию телесного развития ребенка. Так как голова малыша приподнята он легко контактирует с родителями и наблюдает за происходящим вокруг. Матрас изготовлен из эластичного биолатекса. Биолатекс повторяет форму тела, повышая уровень комфорта, и благотворно влияет на состояние ребенка. Материал состоит из множества воздушных пузырьков, которые обеспечивают его вентиляцию. Латекс отталкивает влагу и не впитывает запахи, легко моется, гипоаллергенен на 100%, подходит для малышей склонных к аллергическим реакциям. В удерживающем поясе находятся датчики, которые помогают родителям на своем смартфоне увидеть все требуемые данные о их малыше в режиме реального времени.

Система мониторинга включает в себя несколько компонентов, которые работают вместе, чтобы достичь наилучших результатов, включая устройство, с низким потреблением электроэнергии, и систему быстрого оповещения в случае отклонение показаний от нормы. Устройство имеет ряд функций, включая анализ количества кислорода в крови, отслеживание температуры, дыхания, качества сна и настроения, с возможностью передавать и получать данные по беспроводной связи, процессор в базовой станции позаботится о сборе данных с датчиков и передаст их сообщением с помощью беспроводной связи, аккумулятор для обеспечения питания. Система работает с приложением на смарт-устройстве или с оборудованием, которое может обеспечить отображение собранных данных от устройства. Система может иметь серверную систему, которая получает и хранит данные от пользовательского приложения, используя его для выполнения предположений и прогнозирования данных непосредственно не измеряемых.

Для отслеживания показаний жизнедеятельности используется чип, который излучает импульсы «красного» и «инфракрасного» света, поглощаемые кровью (степень зависит от сатурации кислорода), оставшийся световой поток улавливается фотоприемником, данные обрабатываются и передаются на базовую станцию, электронный термометр, акселерометр, Интернет-шлюз. Базовая станция является блоком беспроводной зарядки с цифровым термометром, гигрометром, микрофоном и фотодатчиком. Мобильное приложение выстраивает математическую модель поведения ребенка и успешно прогнозирует периодические события, такие как время следующего кормления, пробуждения и жажды внимания. Описание схем:

Фиг. 1 - Схематический вид матраса. Он включает в себя основу, валик для поддерживания малыша снизу и пояс, со встроенным устройством мониторинга.

Фиг. 2 - Наглядный вид расположения ребенка на матрасике с поясом-мониторинга. На фигуре 2 позициями обозначены:

1 - Пояс, удерживающий малыша в оптимальном положении, помогающий при коликах и отслеживающий показания жизнедеятельности.

2 - Передвижной валик под ногами для поддерживания малыша.

3 - Профильный элемент, обеспечивающий наклон люльки под спиной 20°, снижает гастроэзофагеальный рефлекс.

Фиг. 3 - Схематический вид системы мониторинга встроенной в пояс. Он придерживает ребенка на матрасике, пока он спит или бодрствует. Смарт-устройство постоянно посылает данные через низкоэнергитическую связь (Bluetooth).

На Фиг. 3 позициями обозначены:

4 - чувствительный модуль, размещенный внутри пояса. Когда пояс оборачивается вокруг матраса с лежащим на нем малышом, модуль включает необходимую электронику для сбора пульсоксиметричных значений. Сигналы затем обрабатываются с помощью блока обработки, чтобы сгенерировать значение частоты сердечных сокращений и содержания кислорода в крови, а также другие связанные данные.

5 - интернет-шлюз, для связи с компьютерным устройством - в данном случае смартфоном.

6 - аккумулятор, который обеспечивает достаточное количество энергии для действия системы мониторинга.

Чип включает все датчики мониторинга, может иметь круглый дизайн, что позволяет электронике хранится внутри.

На внешней поверхности корпуса чипа с устройствами контроля, имеется логотип, означающий, что в поясе чип должен быть расположен внешней поверхностью от ребенка. Для реализации системы мониторинга чип содержит такие устройства как термометр, предназначен для эффективной работы в диапазоне от 0-100°С, пульсоксиметр, работающий в диапазоне от 100-300 ударов в минуту (для измерения пульса), от 0 до 100% (для измерения количества кислорода в крови), акселерометр для обнаружения микрогравитации, обеспечивающий слежение за объектом по 3-м осям.

Эти данные могут передаваться в низкоэнергетический микропроцессор, который имеет возможность агрегирования данных и отправляет их на приемопередатчик (смартфон), (меньшая мощность приемопередатчика по Bluetooth). Настройки и выбор предпочтительных данных происходит в смартфоне.

Не показано на фигуре необходимость у системы мониторинга антенны, источника питания и дополнительного источника питания регулирования электроники которые входят в цепь на Фиг. 3.

Чип выполняет действия с обнаружением дыхания, количеством кислорода в крови, измерением температуры, возможностью передавать и получать данные по беспроводной связи, аккумулятор для обеспечения питания.

Действия для обнаружения дыхания могут быть проведены с использованием акселерометра, достаточно чувствительного для регистрации ускорения вызванного подъемом и опусканием грудной клетки младенца при дыхании. Когда грудь поднимается (воздухозабор) видно ускорение, а когда грудная клетка опускается (выгоняет воздух) видна противоположная акселерация. Таким образом, акселерометр измеряет подъем и опускание грудной клетки ребенка, что является показателем того, что ребенок дышит.

Датчик температуры можно сделать с помощью термистора или термопары прибора, который измеряет сопротивление в зависимости от температуры, использование термистора в цепи делителя напряжения позволяет температуре быть представленной как аналоговый сигнал, так что как температура повышается или понижается, так и напряжение. Точное соотношение между температурой и напряжением зависит от схемы компонентов и свойств термистора.

Термопара будет работать, измеряя изменение тока, которая указывает на изменение температуры.

Возможность передачи и приема данных по беспроводной сети может быть достигнуто с помощью технологий Bluetooth и Wi-fi или какого-то подобного протокола достигается с помощью модуля низкой энергии Bluetooth.

Такой модуль имеет низкое энергопотребление, то есть устройство сможет работать в течение длительного периода времени без необходимости подзарядки. Такой модуль также имеет дальность передачи - любое устройство сможет получать данные в радиусе дома. Таким образом, устройство может связываться с любым устройством имеющим Bluetoth с низким энергопотреблением и совместимостью с устройством при этом не сокращая срок службы аккумулятора в целом.

В чипе, который управляет всеми данными, должно быть четыре аналогичных порта для акселерометра, датчика температуры и два цифровых модуля для связи с беспроводным модулем приемопередачи. Чип-процессор должен собирать данные с двух датчиков и передавать их со скоростью 4 Гц. У чипа-процессора также низкое энергопотребление, что продлевает срок службы аккумулятора устройства.

Аккумулятор, используемый в устройстве, благодаря низкой потребляемой мощности всех электронных компонентов в течение нескольких месяцев, прежде чем зарядить или заменить.

Компоненты упаковываются в пластиковый корпус нужного размера круглой формы, чтобы исключить дискомфорт для младенца во время использования.

Электронные компоненты и аккумулятор монтируются в небольшой печатной плате (чип), который помещается в пластиковый кожух путем герметизации двух половинок вместе (с клеем). На данном этапе все компоненты внутри устройства получают питание и устройство готово для передачи и приема данных.

Фиг. 4. Вычислительное устройство. Состоит из процессора на базе устройства связи (смартфона, планшета, персонального компьютера, сотового телефона). Телефон, устройство связи, должно обладать дисплеем для взаимодействия с системой мониторинга и базовой станцией. Устройство связи может отображать предупреждения или звуковой сигнал при отклонении показаний от нормы. Устройство действует в качестве конечной точки доступа для уведомлений. Базовая станция включает в себя все необходимые средства для обработки и фиксации исходных данных и их передачи.

Фиг. 4 иллюстрирует пример осуществления базовой станции. Базовая станция включает в себя компоненты, одинаковые или похожие низкоэнергетические микропроцессор приемопередатчик и устройство хранения данных, как вычислительное устройство базовой станции (настольный компьютер, ноутбук, планшетный компьютер, личное устройство связи, такое, как например смартфон) предназначен для сбора и обработки данных от чипа и отправки краткой информации пользователю или передачи информации через устройство подключенное по Wi-fi. Системы могут также использовать доступ в Интернет, чтобы обеспечить сетевую коммуникацию, например на облако, если смартфон используется в качестве базовой станции и взаимодействует с одним или более другими смартфонами.

Не показаны компоненты базовой станции, такие как пользовательский ввод/вывод устройства, включая кнопки, динамики, LCD дисплей и другие элементы необходимые для задания параметров и настроек, связанных с данными, полученными от чипа. Например, родитель может предоставить начальные данные для системы, такие как пороговое значение чувствительности, возраст, вес, график кормления и другие. Порог чувствительности можно установить низкий (кроме нулевого) ниже которого срабатывает сигнализация.

Вычислительное устройство иллюстрирует набор функций приложения системы мониторинга. Приложения для настольного ноутбука, планшета или смартфона, предназначенных для приема, интерпретации и отображения данных от чипа. Приложение может быть просмотрено с помощью операционных систем Android, iOS, Windows mobile и других. Функциональные возможности приложения могут включать в себя экран приветствия, инструкции, логотип и другие необходимые иконки для отображения данных. Пользователь может находясь на главном экране приложения запросить данные от чипа или выбрать из списка предложенных данных, формируется связь или начинается передача данных на один или несколько экранов смартфонов, которые могут непрерывно отображать обработанные данные, полученные от чипа. Данные могут включать в себя биометрические данные, такие как температура или частота дыхания, данные устройства, такие как уровень заряда батареи и сила сигнала или сведения из истории сбора показаний или любые другие предупреждения. Если обнаружено ненормальное состояние, приложение может предупредить пользователя через аудио, визуальное или другие методы предупреждения. Это может быть оповещением о высокой или низкой температуре или о быстром изменении температуры в окружающей среде, информация о сне или другие оповещения. Данные передаваемые пользователю от чипа, отображают сведения о дыхании, температуре и окружении, собранные устройством. Данные отображаются в доступном для восприятия формате и могут показать сигнал тревоги, если данные не совпадают с нормой. Предупреждение указывает пользователю, что один или несколько показателей статистики отклонены от нормы.

Бекенд система принимает непосредственно все данные, получаемые от устройства, и сохраняет их для анализа. Это может происходить путем связи с компьютером без проводов или с помощью кабеля. Дополнительные данные также могут быть сохранены через запрос информации, такой как когда младенец ест, спит, активен, когда происходит смена подгузника и другие, у пользователя. После проведенного анализа, родитель может получить полезные прогнозные данные о том, когда ребенок будет спать или когда проголодается.

Система в соответствии с воплощением изобретения может обеспечить диагностирование данных о кормлении, времени бодрствования, сна и засыпания на ночь, каждый день в течение определенного периода времени. Процессор включает в себя модуль объединения данных, что формирует сводный доклад на каждый день. В некоторых вариант автоматизированная система может предоставить информацию относительно количества пищи потребляемого при каждом кормлении.

Сводный доклад направляется на каждый день или за отчетный период (например, за месяц) собираются данные для анализа. Система может сравнить сводный доклад или отчет за период с другими отчетами для одного и того же ребенка за предшествующие периоды времени (через базу данных) или может сравнить сводный доклад или отчет за период с такими отчетами других детей с помощью базы данных.

Система в соответствии с дальнейшим воплощением изобретения могут общаться (опять же, например, через сеть, такую как Интернет) с различными базами данных, которые включают собранью данные по многим предметам. Например, базу данных может предоставить для сравнения воспитатель младенца, данные, касающиеся детей аналогичного возраста, младенцев относительно аналогичного веса, младенцев с подобной диетой, и младенцев с таким же или схожим географическим регионом. База данных может предоставить образец анализов для конкретного ребенка от воспитателя о модели диеты и распорядка сна, времени кормления и сна, уровень света и температуры. Вся эта информация может быть предоставлена воспитателем, сравнивая младенца с разнообразными данными, касающимися других детей, а также закономерности деятельности в жизни ребенка, которые могут влиять на сон.

Система может также использовать алгоритмы машинного сравнения для получения новых анализов, собрав большое количество данных от большого числа младенцев, детей и др.

В то время как вышеизложенное было с ссылками на конкретные варианты осуществления изобретения, это будет понятно специалистам в данной области техники, что изменения раскрытые выше могут быть сделаны без отхода от принципов и духа раскрытия, объем которого определяется прилагаемой формулой изобретения.

Фиг. 5. Блок беспроводной зарядки для аккумулятора устройства мониторинга.

На Фиг. 5 позицией 7 обозначен модуль со встроенными: цифровым термометром для определения температуры в помещении, гигрометрометром, определяющий влажность воздуха, микрофоном для определения уровня шума, фотодатчиком для регулирования освещенности (естественной и искусственной) помещения. Зная эти данные, родители могут управлять окружением ребенка, например, контролировать температуру в помещении и повышать или понижать освещенность, уменьшить шум вокруг.

Список литературы

1. http://mimobaby.com

2. https://www.owletcare.com

3. http://www.sproutling.com

4. http://coolmomtech.com/2015/01/sleep-number-sleepiq-kids-bed/

Claims (1)

1. Система мониторинга показателей жизнедеятельности младенца, включающая термометр, выполненная в виде чипа, размещенного в корпусе круглой формы, отличающаяся тем, что чип встроен в пояс матраса, оснащен чувствительным модулем, в который введены дополнительные датчики - акселерометр и пульсоксиметр.

Images