CN105979870B - 急性跌倒风险早期检测 - Google Patents

Abstract

一种用于早期检测跌倒风险的监测系统和方法。检测占用床的对象的起立状态。响应于检测到起立状态，触发对对象的血压测量。在所测量血压不在选定血压范围内时引发警报。

Description

急性跌倒风险早期检测

技术领域

本发明涉及用于对象的跌倒风险的早期检测的监测系统和方法。

背景技术

当人站起来时，血管响应于重力而变窄。这种代偿作用确保向大脑稳定供应氧合血液。直立性低血压也被称为体位性低血压，是血压升高的代偿机制被延迟并可导致眩晕甚至跌倒的病症。

对于老年人和身体虚弱的人而言，在站起来时由于这样的降低的脑血压而经常发生跌倒。老年人或体弱者的跌倒事故导致了很多痛苦和高昂的医疗费用。因此，跌倒风险情况的检测是非常重要的。

在现有的系统中，包括压力传感器的垫子被放置在患者的床边，并用于检测患者是否站起来。垫子检测何时患者将他的脚放于其上，并且为了避免跌倒的可能风险，警告医护人员患者正在起床。

放置在床边的独立的垫子的问题在于在垫上绊倒的可能风险。此外，独立的垫使清洁地板更复杂，而清洁地板尤其在医院中是一个重要的方面。这种类型的装置的问题还在于其会由于任何人踩在其上而发出警报警告，而不管踩踏者是不是患者，或者患者是否发生眩晕并且处于跌倒的风险中。

发明内容

本发明的目的是提供用于检测起床之对象的跌倒风险的改进的解决方案。本发明的目的是通过根据独立权利要求的监测系统、床和方法以及计算机程序产品来实现的。

从属权利要求中公开了本发明的一些优选实施方案。

本发明使用了床占用、位置感测和血压感测的组合。检测包括：检测占用床的对象是否意图起身，然后检测对象的血压是否适当地响应了对象安全地站起来。

通过下述实施方案更详细地讨论本发明的另一些优点。

附图说明

在下文中，将参照附图、结合一些优选实施方案对本发明进行更详细的描述，在附图中

图1示出了在监测系统中应用的基本元件；

图2示出了控制单元的功能元件；

图3是示出了用于对象的跌倒风险的早期检测之方法的流程图。

具体实施方式

下面的实施方案是示例性的。虽然说明书可提及“一个”或“一些”实施方案，但是这并不一定意味着每个这样的提及指相同的实施方案，或者该特征仅应用于单个实施方案。可以组合不同实施方案的单一特征以提供另外的实施方案。

在下文中，将以用于跌倒风险的检测之方法和系统的简单实例来描述本发明的特征，其中可以实现本发明的各种实施方案。仅详细描述了与说明实施方案相关的元件。可以在本文中不具体描述本领域的技术人员通常已知多种实现方式(例如血压测量和倾斜(inclination)检测)。

图1的示意性呈现示出了在本发明的实施方案中应用的基本元件。本发明的实施方案涉及监测系统，其包括用于检测对象的起立状态的装置、用于测量对象的血压的装置和用于引发警报的装置。

通常，对象是图1中示意性地示出的人类对象100。但是，本发明可应用于具有心脏和血液循环、并且能够从休息位置起身的任何类型的对象，因此也可以应用于一些动物种类。

监测系统有利地与床102(意指对象能够安全地停留并且对象能够根据其自己的意愿从其上起身的结构)一起应用。因此，术语床在本文指代对象在其中能够休息而无需自身用力(通常是对抗重力的支撑)的任何类型的结构。有利地，床提供适于躺下的水平平面。床还可以包括至少部分可倾斜(即其中至少一端能够倾斜或抬起使得床上的人以坐姿或半坐姿休息)的结构。床的实例包括具有框架和床垫的家具、医院设备、担架、铺位等。

监测系统被配置成与床一起应用以监测对象。因此，监测系统可以包括以固定方式或可拆卸方式与床偶接、或者被包括作为床的组成部分的一个或更多个独立的元件。本发明的实施方案因此还包括包含监测系统的至少一部分元件的床。

当对象100停留在床102上时，系统被配置成检测床占用状态。在一些常规的监测系统中，已经对床占用进行了监测，并且可以在本发明的范围内应用这些已知方法中的任何已知方法。例如，可以将一个或更多个压力传感器放置在对象下方的位置处，并且响应于来自这些压力传感器的信号来检测床占用状态。

图1的示例实施方案示出了通过附接至床的倾斜计(inclinometer)104来检测床占用的新的有利方法。当对象在床上时，他的心脏在周期性收缩过程中泵送血液通过动脉和静脉的网络。心脏的这种心肌活动造成对象的身体的机械移动。这些移动引起床的运动，并且能够通过加速度计或用于倾斜测量的专用加速度计(倾斜计)来检测这个床运动。因此能够通过最小的设备来检测床占用。同样的加速度计或倾斜计甚至还能够用于检测对象的起立状态，随后将对此进行讨论。

只要对象停留在床上，他就可能翻来覆去，但是总体而言他能够被认为是安全的。当他决定起床时，他必须以特定的方式在床上移动。在本发明的实施方案中，检测到的运动的特定组合(set)被解释为表示对象意图离开床，即表示对象的起立状态。无论何时检测到这组运动，监测系统都认为对象已经转换到起立状态。

可以从与对象相连接的传感器来直接检测起立状态。例如，用于检测起立状态的装置可以包括与对象上身部位(头部、肩部等)相连接的测高仪106。测高仪的参考水平可以被设为床的水平面的水平。在对象能够起身之前，他必须坐起来。当他在床上坐起来时，测高仪的高度相应地改变。在这个实例中，用于识别起立状态的运动因此是检测到的距离参考水平之高度的增加，并且当增加超过特定的阈值时可以检测到起立状态。

作为替代，可以根据伴随对象之移动的床之移动来间接地检测起立状态。例如，用于检测起立状态的装置可以包含与床102连接以检测床102的倾斜之变化的MEMS倾斜计104。为了建模的目的，对象可以被视为床上的物体的重心。当对象躺在床上时，床上的重心相对于床的侧边位于中心，并且在纵向方向(床的水平面的长度尺寸的方向)上靠近床的头端。当对象坐起来时，头部和上身抬起，并且重心朝向床的足端移动。这改变床的纵向倾斜。另一方面，当对象朝向床的侧边移动并且移动他的腿越过床的侧边时，床上的重心朝向床的侧边移动。这改变了床在横向方向上的倾斜。例如，可以根据检测到的床的运动(本文通过连续检测纵向倾斜的变化和横向倾斜的变化)来检测起立状态。

用于检测起立状态的装置可以包含一个或更多个传感器。如先前所讨论的，可以通过应用于检测床占用状态的加速度计或倾斜计来检测起立状态。例如，已经检测到对象的身体对心跳的反冲倾向于使床在纵向上振动。可以通过先进的倾斜计在0.5Hz至3Hz的频带中(通常为约每分钟60次搏动)检测到这个振动。在床中使用的传感器优选地可以是具有低信噪比(例如，20μG/·Hz至30μG/·Hz)的低噪声传感器，如Murata的SCA100T倾斜计。像这样的传感器可检测心冲击(ballistocardiologic)信号，并且还可检测仅仅角之度数的几分之一的倾斜的变化。振动的幅值在约1mg的数量级上(g代表地球的标准重力加速度)，并且通常振动的心冲击信号在进一步的模数转换之前需要放大。同一传感器可以用于检测由对象的移动造成的纵向倾斜和/或横向倾斜。通常不对运动信号进行放大以避免饱和。所述SCA100T是双轴倾斜计，其实现纵向和横向方向上的倾斜的检测。

但是，需要注意的是本发明不限于任何具体的传感器类型或任何数目的传感器。在用于检测起立状态的装置中，可以独立或组合使用一个或更多个传感器。此外，上述对象的检测到的运动(坐起来，移动至侧边)提供了要与其起身的意图相关联的可易于识别的信号状态。但是，在本发明的范围内可以应用其他运动和信号状态。

用于检测起立状态的系统可以包含具有一个或更多个传感器的传感器单元104，以及控制单元108，控制单元108与传感器单元104通讯耦接以输入信号用于进一步处理。

传感器单元104在这里代表用于其中通过识别检测到的对象或床之运动的特定组合来检测占用床之对象的起立状态的系统的功能元件。传感器单元包括至少一个运动传感器和用于将所述至少一个运动传感器与对象或床的支撑结构机械耦接。机械耦接使得能够生成表示检测到的床或对象之运动的运动信号，该检测到的运动是能够识别对象从床起立之状态的检测到的运动的特定组合之一。传感器单元还包括用于向系统的控制单元传送运动传感器之信号的接口。

传感器单元可以是嵌入式元件，其中控制单元与传感器单元之间的耦接是电耦接，以实现向传感器单元的供电以及传感器单元与控制单元之间的信号的有线交换二者。作为替代，传感器单元104可以是具有自己的电源和/或到控制单元的无线接口的独立单元。独立传感器单元的一个或更多个传感器可以被并入到一个物理元件中，或者它们可以是物理上分离的在通信上彼此耦接或与控制单元耦接以组合用于起立状态检测的部件。传感器单元和控制单元甚至可以在一个集成的物理设备中实现。

控制单元108在这里代表用于其中通过识别检测到的对象或床之运动的特定组合来检测占用床的对象之起立状态的系统的另一功能元件。图2的框图更详细地示出了控制单元108的功能元件。控制单元108是可以包含处理组件210的装置。处理组件210指代用于基于预定的数据进行运算的系统性执行的一个或更多个计算设备的组合。处理组件可以包含一个或更多个算术逻辑单元，多个专用寄存器和控制电路。处理组件可包含或者可以与存储器单元212连接，存储器单元212提供其中能够存储计算机可读数据或程序、或使用者数据的数据介质。存储器单元可以包含一个或更多个单元的易失性或非易失性存储器，例如EEPROM、ROM、PROM、RAM、DRAM、SRAM、固件(firmware)、可编程逻辑等。

控制单元204还可以包含接口单元214或与其连接，该接口单元214包含用于向控制单元的内部进程输入数据的至少一个输入单元和用于从控制单元的内部进程输出数据的至少一个输出单元。

在应用了线路接口的情况下，接口单元214通常包含插入式单元，该插入式单元充当用于将递送信息至其外部连接点以及将信息馈送至连接至其外部连接点的线路的网关。在应用了无线接口的情况下，接口单元214通常包含无线收发器单元，该无线收发器单元包括发射器和接收器。无线收发器单元的发射器可以接收来自处理组件210的比特流，并且将其转换成无线信号以用于通过天线来发送。相应地，通过天线接收到的无线信号可以被引导至无线收发器单元的接收器，该接收器将无线信号转换成被转发至处理组件210以用于进行进一步处理的比特流。不同的线路接口或无线接口可以在一个接口单元中实现。

接口单元214还可以包含使用者接口，该使用者接口具有用于输入数据的键盘、触摸屏、麦克风或等同物以及用于向设备的使用者输出数据的屏幕、触摸屏、扬声器或等同物。使用者接口可以用于输出被触发的警报。

处理组件210、存储器单元212和接口单元214相互电连接以提供用于根据预定的、本质上经编程的过程来对接收到的和/或所存储的数据进行运算的系统性执行的装置。这些运算包括用于图1的监测系统的控制单元的本文所描述的过程。

回到图1，图1的传感器单元104和控制单元108可以包括在对象旁边的本地节点中。此外，本地节点可以与远程节点110通信连接。远程节点110可以是例如提供监测应用并且生成相关警报以作为对一个或更多个使用者的服务的应用服务器。作为替代，远程节点可以是其中已经安装有监测应用的计算设备。本地节点可以是专用设备或包括如上所述耦接在一起的传感器单元和控制单元的设备的组合。作为替代，本地节点的至少一部分可以由与专用或多用途计算机放备(例如，使用者的手机、便携式计算设备或网络终端)中的客户端应用程序对接(interface)的便携式或可穿戴传感器单元来实现。计算机设备中的客户端应用程序可以与传感器单元和服务器应用程序对接。服务器应用程序可以在控制单元108、物理远程节点110中或者在通过通信网络可访问的远程节点的云中获得。

虽然可以将本发明的各个方面示出为并且描述为框图、消息流程图、流程图和逻辑流程图，或使用某些其他图示示出并且描述本发明的各个方面，但是应该理解可以例如以硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、计算设备或它们的某些组合实现所示出的单元、模块(block)、设备、系统元件、过程和方法。软件例程(其也被称为程序产品)是制品并且能够被存储在任何设备可读的数据存储介质中，并且它们包括执行具体的预定任务的程序指令。因此，本发明的实施方案还提供可由计算机读取的、并且编码用于监测本文中所描述的装置或系统中的对象之指令的计算机程序产品。

如前面所讨论的，跌倒风险在对象站起来的时刻是最大的。为了降低该风险，系统被配置成检测对象的起立状态，并且响应于检测到的起立状态来触发对象的血压测量。用于测量对象的血压的装置112可以包括生成代表检测到的对象的动脉压力波之特征的一个或更多个输出值的任何装置。这些值可以直接使用，或者可以被进一步处理以指示使用者的血压信息。在每次心博过程中，血压在最大压力(收缩压)与最小压力(舒张压)之间变化。测量血压的传统的非侵入性方式是使用加压袖带并且检测血流开始脉动(袖带压力下降至舒张压以下)时的压力水平和完全没有流动时(袖带压力超过收缩压)的压力水平。但是，已经发现使用者倾向于考虑测量情况以及加压袖带繁琐并且甚至会造成紧张(尤其在长期监测过程中)。

有利的是，可以使用压力脉冲传感器来测量处于起立状态的人的血压。压力脉冲传感器在这里指包括与例如使用者的手臂或手腕可拆卸式连接的至少一个压力传感器和将来自压力传感器的信号转换为输出值的处理元件。配置不引人注意、简单并且非常容易校准，但是其仍然提供非常准确的结果。这种类型的传感器可以提供例如心博之间的时间和得到的心率，以及血压脉冲高度和其他脉冲压力数据。这个数据可以直接使用以确定是否需要警报。数据还可以用于计算收缩压和舒张压，收缩压和舒张压然后用于确定是否需要警报。

图3是示出要在图1的系统中实现的方法的流程图。关于系统的更多细节可以参照图1和图2的描述。过程开始于安装并打开系统、之后待机(阶段30)以接收来自与对象和/或床相连接之传感器的信号的状态。首先检查床是否被占用(阶段31)。图1示出了其中有利地由通过与床相连接的倾斜计获得的心冲击信号来确定这个床占用信息的实例。只要床还未被占用，系统就可以保持待机以等待行动。

一旦床被占用，就检测到床占用状态(阶段32)，并且可以开始监测起立状态的指示。在这个实例中，如果由对象的运动或者由床的纵向运动和/或横向运动检测到特定的起立运动(阶段33)，则检测起立状态(阶段34)，并且触发血压测量(阶段35)。将一个或更多个血压测量值(测量值或由测量值计算的值)与一个或更多个特定阈值进行比较(阶段36)。一个或更多个阈值代表选定血压范围，而比较则指示被比较的血压测量值是否在选定血压范围内。通常，选定血压范围与所估计的允许对象从躺或坐的姿势站起来而不显著增加跌倒风险的压力相关。如果所测量值是可接受的，则不需要警报，对象可以站起来，并且系统可以返回至待机状态(阶段30)。如果值不可接受，则触发警报(阶段38)。在警报之后，过程可以返回至待机状态或起立状态。这意指如果对象不站起来，则会测量血压并且重复警报，直到血压达到可接受值。

提供警报的控制单元可以由可被对象穿戴的小型装置实现。其可以适于通过音频信号来警告对象跌倒的风险。有利的是，警报可以从包含用于测量血压的压力脉冲元件的可穿戴设备输出。作为替代或另外，提供警报的控制单元可以是可以例如与床相连接或设置在靠近床的另一适当的位置的独立装置。

另一个替选方案是其中另外或单独将警报引导至例如医院或家居住宅中的工作人员的布置。这对于可能不能够由他们自己对警报做出反应的对象而言是可行的选择。这样的对象可以是患有例如痴呆或阿尔茨海默病的患者。

在比较中使用以用于触发警报的阈值可以是被存储在系统中的预定值。作为替代，可以应用反映个体差异的预设适应性阈值。例如，被称为压力感受器的人体传感器位于三个主要动脉，即主动脉和两个颈动脉中。这些传感器在对象从坐或躺的姿势站起来时检测血压的下降。差值dp反映颈动脉所处的血压测量点中的传感器之间的流体静压的差异。

dp＝p(坐起时测量的)-p0(平躺时，在一段时间内测量的)

其中p0是在平躺时(床占用状态)测量的对象的正常血压，而p是在坐起时(起立状态)测量的正常血压。术语正常在这里意指在两种状态中的任意一种状态下，对象处于正常状态，并且能够起身而不增加跌倒风险。

由对象的心血管系统和自主神经系统来对下降进行缓慢或快速的代偿，这取决于对象。差异的影响也随着对象不同而不同。如果血压传感器位于手腕中，则对于舒张压和收缩压二者的代偿通常应为30mmHg至35mmHg的量级。可以将针对例如舒张压与收缩压的总和的个体阈值设置在15mmHg至30mmHg的范围内。优选的是使用例如舒张压与收缩压的总和作为阈值参数，因为总和对随机测量误差较不敏感。其他测量数据(例如脉搏速率数据)可以与收缩压值以及舒张压值结合以作为适应性阈值。

本发明提供了监测系统和方法，通过该检测系统和方法，在降低对象的跌倒风险方面可以实现显著改进。根据本发明的装置能够容易且经济地实现，并且使用可靠。

应当注意的是本发明的实施方案的前述实例并非意在将本发明的范围限制于上面所呈现的具体形式，而是本发明力图覆盖包含在如所附权利要求所限定的本发明的范围之内的所有修改、类似方案和替选方案。对本领域技术人员而言明显的所有另外的实施方案、修改和应用因此包含在如所附权利要求所阐述的本发明的精神和范围内。

Claims (15)

1.一种监测系统，其特征在于其包含：

控制单元；

传感器单元(104)，其包含：

包含倾斜计的运动传感器；

壳体，其配置成将所述运动传感器与床机械耦接，其中所述机械耦接使得所述运动传感器能够产生由占用所述床之对象的移动造成的表示所述床之倾斜的运动信号；

在所述运动传感器和所述控制单元之间的接口，其配置成将所述运动信号传送到所述控制单元；

所述控制单元配置成：

接收来自所述运动传感器的所述运动信号；

由所述运动信号来检测所述床(102)之倾斜的特定组合；

响应于识别所述床之倾斜的所述特定组合，检测占用所述床(102)的对象(100)的起立状态，其中所述起立状态表示所述对象意图离开所述床(102)；

响应于由所述床之倾斜的所述特定组合检测到所述起立状态而触发对所述对象的血压测量；

针对选定血压范围将所述起立状态下的血压测量值与至少一个阈值相比较；以及

在所测量血压不在所述选定血压范围内时引发警报。

2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于所述传感器单元还包含用于检测床占用的一个或更多个传感器。

3.根据权利要求2所述的监测系统，其特征在于用于检测床占用的所述传感器单元包括加速度计或倾斜计。

4.根据权利要求3所述的监测系统，其特征在于用于检测床占用的所述加速度计或倾斜计也用作用于检测所述起立状态的传感器。

5.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于所述控制单元(108)被包含在可与所述对象可拆卸式连接的本地元件中。

6.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于所述控制单元(108)是包含压力脉冲元件的可穿戴单元。

7.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于所述控制单元(108)是远程节点。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的监测系统，其特征在于所述控制单元(108)适于接收来自用于检测床占用的所述倾斜计的心冲击信号。

9.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于所述控制单元(108)配置成接收来自用于检测所述对象之起立状态的所述倾斜计的、表示所述床(102)的纵向或横向倾斜的信号。

10.根据权利要求9所述的监测系统，其特征在于所述控制单元(108)配置成由表示床(102)纵向倾斜信号和表示床(102)横向倾斜信号的连续组合来检测所述对象的起立状态。

11.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于所述阈值是存储在所述控制单元(108)中的预定值或针对所述对象(100)而输入到所述控制单元(108)中的预设值。

12.用于包含控制单元的系统的传感器单元(104)，所述控制单元配置成通过识别检测到的床(102)之运动的特定组合来检测占用床(102)之对象(100)的起立状态，其中所述起立状态表示所述对象意图离开所述床(102)，其特征在于所述传感器单元包含：

至少一个运动传感器，其包含倾斜计；

壳体，其配置成将所述至少一个运动传感器与所述床机械耦接，所述机械耦接使得所述倾斜计能够产生表示由占用所述床的所述对象的移动引起的所述床之倾斜的运动信号，所述检测到的运动是检测到的所述床之运动的特定组合之一；以及

接口，其用于将所述运动信号传送到所述系统的所述控制单元。

13.根据权利要求12所述的传感器单元，其特征在于所述倾斜计配置成产生表示所述床(102)纵向倾斜的信号或表示所述床(102)横向倾斜的信号。

14.床(102)，其特征在于包括根据权利要求12或13所述的传感器单元。

15.一种数据存储介质，其包含计算机程序，所述计算机程序能够由计算机读取，并且编码在监测系统中执行方法的指令，所述方法包括以下步骤：

接收来自运动传感器的运动信号；由所述运动信号来检测所述床之倾斜的特定组合；

响应于识别所述床之倾斜的所述特定组合，检测占用所述床的对象的起立状态(34)，其中所述起立状态表示所述对象意图离开所述床；

响应于由所述床之倾斜的所述特定组合检测到所述起立状态而触发对所述对象的血压测量(35)；

针对选定血压范围将所述起立状态下的血压测量值与至少一个阈值相比较(36)；以及

在所测量血压不在所述选定血压范围内时引发警报(38)。

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