一种预防压力性损伤的智能护理便携式床垫设计

张淑卿 薛松梅 王 静

（新乡医学院三全学院，河南 新乡 453003）

0 引言

压力性损伤（Pressure injury）又称压力性溃疡，是由于身体局部皮肤长期受压，从而影响血液循环，导致皮肤和皮下组织营养缺乏而出现的损伤、溃疡，甚至坏死等损坏现象，好发于受压骨骼突出部位，如骶尾骨、脚踝、足跟等部位［1］。压力性损伤本身并不是原发疾病，大多是对长期卧床人群护理不当造成的。压力性损伤不仅会加重长期卧床人群的痛苦、延长病程，还有可能会引起败血症，进而危及患者生命安全［2］。

根据国家统计局2021 年发布的第七次全国人口普查数据情况显示，我国60 岁及以上人口数量为26 401万人，占全国总人口的18.70%，其中，65岁及以上人口数量为19 063 万人，占全国总人口的13.50%。中国人口老龄化速度还在加快，预计到2050 年，老年人口的规模将达到4.5 亿。老年人因身体机能下降，患脑卒中、关节疾病等的风险增加，易导致失能或半失能状态［3］。根据国务院发展研究中心公管所课题组的测算，全国65 岁及以上的失能老年人为2 127万，需要提供专业照护的有257万人。民政部发布的数据显示，截至2020年10月，我国仅有30万名养老护理从业人员。据此估算，我国尚有227 万养老护理人员的缺口，无法满足老年人在照护方面的需求。随着我国80岁及以上的高龄老人比重持续上升，照护人员的缺口也将进一步加大。部分人群由于意外、疾病等原因，也会导致失能或半失能状态，被迫长期卧床，在日常生活中也需要对其进行翻身、按摩等照护。综上所述，我国专业照护资源暂时无法满足失能或半失能人群对日常照护的需求［4］。基于此，本研究设计出一种预防压力性损伤的智能护理便携式床垫，以提高失能或半失能人群的日常生活质量。

科学规范的压力性损伤护理措施能从源头上预防压力性损伤的发生，减轻患者痛苦［5］。近年来，诸多学者对压力性损伤预防问题进行深入研究。在体位和按摩方面，王永琳［6］、张玲霞等［7］、王芳芳等［8］的研究成果显示，适宜的体位护理和按摩局部受压部位，能有效预防压力性损伤发生；在压力和时间方面，纪京绪等［9］认为卧床的时间越长，患者发生压力性损伤的概率就越大。一般情况下，当人体皮肤承受9.33 kPa的压力超过2 h后，受压组织会出现不可逆的病理性改变。而当这种压力增加到14.4 kPa时，受压组织可能出现坏死的情况。由此可知，减轻卧床人群的局部皮肤长时间受压是预防压力性损伤的重要方法。在环境因素方面，杨晓兰［10］、侯静［11］、施宇等［12］经过研究发现，部分失能或半失能患者在排泄方面存在问题，如大小便失禁等，导致局部皮肤长时间处于潮湿环境中，容易滋生细菌，增加患压力性损伤的风险。杨晓兰［10］的研究结果表明，在潮湿环境中，患者发生压力性损伤的风险会比正常情况下要增加五倍，对长期卧床并伴有尿失禁的病人定时翻身和保持皮肤干燥显得尤为重要。赖文娟等［13］研究发现，随着大数据、云计算、物联网和移动互联网等信息技术的快速发展，智能化护理设备也逐渐进入临床试验阶段，智能化护理设备在临床护理中逐步推广应用，对减轻护理人员工作压力、保障临床护理安全等起到积极作用。该智能护理便携式床垫加入了WiFi模块和手机APP，对提高用户自我管理能力和家庭照顾能力、改善失能或半失能人群的生活质量具有重要意义。

1 研发背景

在压力性损伤护理中，预防的重要性要大于治疗［14］。目前，常见的压力性损伤预防方式有人工护理、电动护理床护理、气垫床护理等［15］。

传统的预防压力性损伤的方式主要以单人、双人、多人等翻身按摩为主，在照护中要做到“六勤”，即勤观察、勤翻身、勤按摩、勤擦洗、勤整理、勤更换［16］。但这种方式既耗时费力，又存在皮肤受损的潜在危险［17］，且因经济困难、人员不足、专业性受限等［18］，导致居家照护的护理质量无法得到有效保障。

电动护理床在居家照护中的应用较为广泛，通过电脑编程来控制床体的机械运动，使护理床能协助长期卧床人群完成半坐卧位、侧卧位等体位变换，但存在床体体积较大、功能相对单一、可移动性差等问题［19］。

气垫床能有效预防压力性损伤问题，其工作原理如下，将开放的气室封闭在一个防水的外壳内，通过调节充气量来实现对床垫软硬程度的调整，并具备一定的按摩效果。然而，市面上大部分气垫床的面料为尼龙面料，虽然其耐用、易于洗涤，但存在透气性差、不吸汗等问题。在卧床人员出汗后，床单容易潮湿，导致皮肤出现湿疹、皮炎等问题。此外，由于使用频率较高，气泵要连续工作，会导致气垫表面发生磨损，再加上没有及时清洗晾干，会缩减气垫床的使用寿命［20］。

2 预防压力性损伤的智能护理便携式床垫设计

2.1 结构设计

本研究设计的预防压力性损伤的智能护理便携式床垫结构如图1 所示，其基本尺寸为2 000 mm×900 mm×1 000 mm，主要结构有面料层、压力感应层、复合材料层。面料层采用透气绵软耐用的面料，且可换洗，能循环使用。整个床垫分为“两个区域、三个部分”，两个区域是指头肩躯干区域和下肢区域，三个部分是指在下肢区从中间纵向分隔开，横向可左右抬升，纵向可向下折叠。图1中虚线部分可折叠，实线部分被分隔开来，可向下折叠。这样的设计有助于患者下肢进行屈伸运动，可多向折叠的设计也使照护人员在为卧床人员做日常皮肤护理时更加省力。考虑到长期卧床患者的局部皮肤受压情况，设计时加入了压力感应层，在接触面受到的压力信息传至压力感应层后，将会自动启动检测模块，用于记录接触面受压时长。复合材料层与家用床体紧密贴合，可防止床垫脱离床体，提高床垫的安全系数。

图1 预防压力性损伤的智能护理便携式床垫结构（单位：mm）

2.2 硬件设计

通过模块之间的相互协作来实现床垫的智能化操作，可以达到协助患者翻身、对患者按摩的目的。预防压力性损伤的智能护理便携式床垫硬件结构如图2所示。具体硬件模块及功能如下。

图2 预防压力性损伤的智能护理便携式床垫硬件结构

CAN 总线模块。CAN 总线模块是整个电路的核心部分，可用来传输信号。通过各模块之间的通信对模块进行控制，从而实现床垫的智能化。

WiFi 模块。利用WiFi 进行网络通信，通过手机APP实现对床垫的远程智能控制。

监测模块。当床垫接触面受压时，监测模块开始工作，主要用于监测接触面受压时间是否达到设定时间（受压时间可根据卧床人员的自身意愿及病情，通过手机APP来进行调节）。

预警模块。当监测模块监测到接触面受压时间超过设定值时，预警模块会通过手机APP和智能遥控器发出振动预警（共发出两次预警，预警的间隔为10 min），从而提示护理人员需要对卧床人员的局部皮肤进行护理，以预防压力性损伤的发生。

按摩模块。当预警模块第二次发出预警信息，且没有收到反馈时，按摩模块会自动运行，接触面可通过压力感应层上压敏片上下移动来对患者进行按摩。

紧急停止模块。当智能床垫在协助卧床人员翻身时，若因患者体位不合适而出现坠床、翻身过度等安全隐患，可通过启动紧急停止按钮暂停，来保护患者。

动作控制模块。动作控制模块通过改变床垫躯干部、下肢部的角度，从而帮助患者翻身、腿部屈伸，并协助患者上下床。为保障卧床人员安全，该模块为手动控制，可通过手机APP 来实现控制。

2.3 软件设计

该预防压力性损伤的智能护理便携式床垫采用CAN 总线模块通信网络连接，通过函数接口可完成各模块的调用［21］，预防压力性损伤的智能护理便携式床垫软件操控流程如图3所示。

图3 预防压力性损伤的智能护理便携式床垫操作流程

通电后，该床垫会自动初始化各模块，依次判断接触面受压是否超过2 h、预警模块是否收到反馈解除预警，并根据该床垫的运行状况来执行相应指令。此外，该床垫还设置了紧急停止系统和动作控制系统。开始运行后，该床垫会根据设定，按照不同模式进行工作。同时，为满足不同卧床人群的不同需求，可手动设定监测模块内部接触面的受压时间、预警模块报警时长及间隔时间等功能。患者可根据自身需求，手动打开按摩功能，从而缓解局部肌肉疲劳。

2.4 操作方法

该智能床垫在通电后会自动化初始各功能模块。卧床人员平躺在床垫上，压力感应模块在感应到皮肤接触面受压的同时，会触发监测模块，系统会自动记录接触面的受压时长。当系统监测到床垫接触面受压时长大于或等于2 h 时，会立即触发预警模块，手机APP 会发出指令，床垫预警模块发出震动预警，共发出两次预警，预警时长为5 s，预警时间间隔为10 min。在第一次预警发出后，若预警未被解除，10 min 后将自动发出第二次预警，若预警仍未被解除，系统将会触发自动按摩模块，可通过装置压力感应层上的压敏片的机械性上下移动来实现自动按摩。按摩时间自动设置为15 min，按摩结束即为该装置运行的一个循环。该智能床垫还有紧急停止模块和控制模块，当发现患者处于坠床、肢体被夹等危险状态时，可通过手机APP上的紧急停止按钮，终止系统运行，从而确保患者安全。控制模块主要用于协助患者完成各种基本体位，如翻身、半坐、抬腿等。为保障患者安全，控制模块为手动控制，需要通过手机APP来进行操作。

3 结语

现阶段，我国人口发展趋势已由人口均衡化发展转为人口老龄化非均衡式发展，老年人口在社会中所占的比例越来越高。人口结构变化使家庭结构发生变化，导致家庭养老功能弱化和家庭负担变重，给社会发展带来沉重负担。当前，国内专业护理资源不足，本研究设计的预防压力性损伤的智能护理便携式床垫在卧床人群皮肤护理领域中具有良好的应用前景，可有效提高护理资源的利用率，降低个人、家庭及社会的医疗人力成本，同时也顺应了《“十四五”优质高效医疗卫生服务体系建设实施方案》的要求，且其结构设计合理、使用方便、安全可靠，在临床推广应用和社会使用等方面均具有重要的应用价值［22］。

本研究设计的智能护理便携式床垫包括多个模块。其中，动作控制模块可帮助患者实现多种体位的变换、预警模块使床垫具有较高的安全性，按摩模块可实现对患者皮肤局部受压部位的按摩，以缓解受压部位血液循环障碍，能有效降低压力性损伤发生的概率；监测模块可实时监测患者局部皮肤的受压时长，当局部皮肤持续受压达到预设时长，且没有收到手机APP的外部反馈，监测模块将发出预警信息，促使照护人员及时为卧床人群翻身，减轻患者局部皮肤所承受压力，从而降低压力性损伤发生的可能性；动作控制模块可协助照护人员帮助患者翻身，及时清理局部皮肤，维持局部皮肤干燥，从而降低压力性损伤发生的风险。