可调节的床垫和枕垫系统
2020-01-13

可调节的床垫和枕垫系统

本发明提供了一种新的可调节的床垫(1)和枕垫(5)系统以及有关方法,在该方法中,位于床垫(1)的顶面(1A)上的传感垫子(2)根据使用者的位置影响微处理器控制的床垫(1)和枕垫(5)轮廓的优化。在一个实施例中,本发明的新的可调节的床垫(1)和枕垫(5)系统通过使用多种传感技术提供了实时的轮廓优化,这些传感技术使该系统在例如医院关键护理设施的环境中特别有用,在这些场合中使用者在床垫(1)和枕垫(5)上的合适位置会对使用者的健康十分重要。

具体实施方式图1示出本发明的可调节的床垫和枕垫系统和相关的抽吸控制单元,包括适于支承使用者100的身体、头部和颈部而优化轮廓的压力传感床垫1和枕垫5。压力传感床垫1包括床垫顶面1A和床垫底面1B,床垫顶面1A部分地由导电传感垫子2覆盖,该导电传感垫子2具有用于容纳并支承使用者身体的垫子顶外面2A和与床垫顶面1A大体接触的垫子底外面2B。导电传感垫子2包括导电弹性体垫板2M,该导电弹性体垫板2M当受到压缩时显示出减小的电阻,并覆盖床垫顶面1A的一部分。导电传感垫子2只是可用于本发明系统的许多传感垫子设计中的一种。如图2中所示,导电传感垫子2可包括一般的床单织物层,例如棉层2N,该棉层2N中间夹入柔软弹性层(例如,EVA泡沫层2Q)。该柔软EVA泡沫层2Q依次覆盖柔性导电层(例如,柔性PCB的2P和2R)。柔性PCB的2P和2R与导电弹性体垫板2M电气接触。再参照图1,一个或多个可膨胀床垫隔间3位于压力传感床垫1内,隔间3是这样的:(l)位于床垫1的顶面1A和底面1B之间;(2)经由控制装置8A控制下的抽吸/控制单元8通过一个或多个管道4和9连接到流体贮存器10以接收和排出流体。床垫隔间3可具有多种形状。如这里使用的,"流体"可以是任何用于隔间3的受控膨胀和收缩的合适的液体或气体。例如,用于使隔间膨胀的流体可以是水、空气或惰性气体或是其组合。床垫1和枕垫5可以由多种合适材料制成,这取决于本发明任一具体场合所需的持久性和无菌状态。枕垫5位于床垫1的顶面1A上,并适于如下所述的为支承使用者100的头部和颈部而优化轮廓。枕垫5具有用于支承使用者的头部和颈部的顶面5A以及与床垫顶面1A大体接触的底面5B。枕垫5具有一个或多个位于枕垫5之内的可膨胀枕垫隔间6,隔间6是这样的:(l)位于枕垫5的顶面5A和底面5B之间;(2)经由控制装置8A控制下的抽吸/控制单元8通过管道7和9连接到流体贮存器10,以接收和排出流体。枕垫5可有选择地通过例如Velcro®、摁扣或其它熟知的装置固定到床垫顶面1A。枕垫隔间6可具有多种形状。在图1的示出实施例中,控制装置8A控制下的抽吸/控制单元8远离床

Description

躺时产生的垫子上的压力载荷,而且使用者平躺时传感垫子受载区域的宽度大于使用者侧躺位置的传感垫子受载区域。基于使用者位置的床垫和枕垫轮廓的优化。用于该传感垫子中的导电弹性体包括,但不限于,包含磷腈基团的弹性体聚合物,例如包括聚降冰片烯骨架和环三磷腈(cyclotriphosphazene)侧基的聚合物组分。该导电薄膜还可包括,例如注入导电金属的材料(例如,Kevlar⑧)。本发明的系统在使用时,该传感垫子可利用多种传感元件来确定或识别人体的姿势或位置。例如,该垫子可利用红外传感器、超声检测器、数字图像扫描仪、导电弹性体薄膜或导电硅橡胶。在其它的实施例中,该垫子通过电容、磁体、热敏电阻或压力传感器来记录使用者位置的变化。在又一实施例中,该垫子包括与一片位于受到支承的使用者下方的金属箔相结合的感应系统。金属箔的位移改变了电感线圈的自感应系数,使LC回路的谐振频率远离振荡器的调谐频率,从而抑制由振荡器传递给放大器的信号,以确保正确处理并适当检测信号。因此,一个实施例中的垫子可包括与微处理器控制器控制下的抽吸/控制单元相互连接的电容阵列。该微处理器控制器控制下的抽吸/控制单元提供给电容阵列一由驱动电流得到的合适的振荡器,并同时检测电容阵列内的由电介质位移引起的电容值的变化,该阵列内的电介质位移是由使用者身体的电介质的接近或缺乏而造成的。该微处理器控制器控制下的抽吸/控制单元一般包括电源、驱动器/传感器电路、比较/校准逻辑电路、系统互连整合电路和警告产生电路。它还可有选择地包括用于与护士呼叫系统互连的护士呼叫继电器电路。下面提供该微处理器控制器控制下的抽吸/控制单元的进一步的细节。在一个实施例中,该微处理器控制器控制下的抽吸/控制单元的驱动器/传感器电路提供并传感合适的电流给位于所述垫子中的电容阵列。该微处理器控制器可由比较/校准逻辑电路控制,该比较/校准逻辑电路连续分析并优化由驱动器/传感器电洛接收并产生的信号。这样,逻辑电路确定了电容值的参数,该参数表明使用者是否接近该电容阵列。以此方式,逻辑电路确定了使用者在垫子上的位置。

可调节的床垫和枕垫系统相关申请本发明要求于2003年3月12日提交的美国临时专利申请No.60/454,000的优先权。技术领域本发明提供了一种新的可调节的床垫和枕垫系统以及有关方法,其中,通过根据使用者的位置预先选择枕垫和床垫隔间的膨胀或收缩,使得位于床垫顶面上的传感垫子影响微处理器控制的床垫和枕垫轮廓的优化。在一个实施例中,本发明的新的可调节的床垫和枕垫系统通过使用多种传感技术提供了实时的轮廓优化,这些传感技术使该系统在日常家用和例如医院关键护理设施的环境中特别有用,在这些场合中使用者在床垫和枕垫上的合适位置会对使用者的健康十分重要。背景技术由于头部和身体与枕垫和床垫的接触形状随着睡姿而变化,因此使枕垫/床垫适合各种睡姿并提供令人舒适的支承是困难的,即使对正常的健康人也是这样。更糟糕的是对于患有慢性背部或颈部疼痛的人;他或她经常不能舒服地睡眠,并且也许不能舒适地躺在传统的床垫和枕垫上。即使患有这种疾病的人能够入睡,但在睡眠期间不可避免的移动会加重潜在的疾病并使人醒过来。类似地,患有外伤(例如,烧伤)或从手术中恢复的病人会因在传统的床垫和枕垫上移动身体和头部而引起很大的不适。不合适的身体位置会给受伤的或术后的病人带来严重的危险,例如,不期望的与床垫或枕垫表面进行摩擦而加重伤口或者创造会引起感染的条件。在新生儿的或关键的护理装置中,病人在床垫上不适当的定位可证实是威胁生命的。美国专利No.6,385,803(",803专利")公开了许多尝试提供支承身体的改进装置的方法或系统中的一种。该,803专利公开了一种支承病人身体的方法和装置。所公开的装置是一种支承设备,该设备主要包括至少一个封闭的或受控释放的腔以及入口和出口装置,填充流体通过入口和出口装置可被送进或移出,以及置于该支承设备下方的独立控制设备。该控制设备包括用于用填充流体填充腔或从腔中清空所述流体的填充和清空装置以及用于控制送进和移出填充流体的控制装置。该装置和系统被认为是测量到支承腔中的身体浸入并且不依赖于使用者的身体位置而调节该浸入。,803专利的系统和装置被理解成使用伺服控制技术来控制使用者身体的浸入。美国专利No.6,421,858(",858专利")公开了一种床垫,该床垫具有至少一个适于借助可用泵抽吸的填充介质而膨胀的緩冲元件和用于调节所迷填充介质在所述緩冲元件中的压力的装置,所述装置装备有控制装置,在该控制装置中,至少一个填充压力值和至少一个用于确定填充压力值的算术运算被预先确定或编程。尽管存在这些可买到的装置和系统,但是仍然需要一种易于基于使用者的位置而实时优化床垫和枕垫轮廓的床垫和枕垫系统和相关装置。对于这种系统和装置的需求在健康护理领域特别强烈,在该领域中目前可买到的床、床垫、枕垫、或担架或者检查或手术台会引起病人极大的不适。在新生儿的和其它关键护理装置中,易于基于使用者的位置而实时优化床垫和枕垫轮廓的系统可大大增加病人的安全性。发明内容本发明提供了一种可调节的床垫和枕垫系统,该系统包括传感垫子、床垫和枕垫,该床垫和枕垫适于通过基于使用者的位置预先选择枕垫和床垫隔间的膨胀或收缩而优化轮廓,从而提供对使用者的身体、头部和颈部的优化支承。该传感垫子置于枕垫下方位置的床垫顶部,使用者身体的上部处于该传感垫子上。该传感垫子,例如,导电传感垫子,该导电传感垫子具有用于在一个实施例中,该传感垫子是导电传感垫子,该导电传感垫子包括由弹性材料组成的导电薄膜,该导电薄膜当受到压缩时显示出减小的电阻。该薄膜该传感垫子能够识别使用者上身处于不同姿势时每单位面积上的压力或施加的重量。当使用者平躺(脸向上)时,垫子上的压力载荷小于使用者侧

的CPU的微处理器,该微处理器通常包含在单一的半导体集成电路或由MOS/LSI技术制造的"芯片,,中。例如,该微处理器可以是单片8位CPU,该单片8位CPU包括平行ALU、数据和地址寄存器、指令寄存器和控制译码器,所有这些使用冯.诺伊曼(vonNeumann)结构相互连接并采用数据、地址和指令的双向平行总线。该微处理器也可以是单片"微型计算机,,型的器件,包括4位平行ALU及其控制电路,带有用于程序存储的片上ROM和用于数据存储的片上RAM,并构造成哈佛(Harvard)结构。该微处理器也可以是采用程序和数据存储的外部存储器的器件或者是带有程序和数据存储的片上ROM和RAM的器件。该微处理器因此可以是微型计算机。由于术语"微处理器,,和"微型计算机,,在本领域中经常可互换地使用,因此,应当理解,在本说明书中使用这些术语中的一个或者另一个都不应当认为是对本发明特征的限制。该微处理器可从通用微处理器和专用微型计算机/微处理器中选择。通用微处理器(例如,由摩托罗拉公司制造的M68020)设计成可由用户编程以完成广泛的任务,因此经常在例如个人计算机的设备中用作中央处理单元。与此不同,专用微型计算机设计成给专门的预定算术和逻辑功能提供性能改进,而这是使用者打算使用微型计算机的原因。了解了微型计算机的初步功能,设计者可用这样的方式构造微型计算机,使得无论使用者创作的程序是什么,专用微型计算机的专门功能的性能都远远超过通用微处理器的相同功能的性能。因此,在本发明的一个实施例中,使用者或第三方(例如,医生或护士)可以为用作控制装置8A—部分的个人计算机编程,以影响基于使用者位置的床垫和枕垫轮廓的微处理器控制的优化。控制装置8A通过电子信号线2C与导电传感垫子2电气接触,用于通过与图2中所示的柔性PCB2R电气接触来接收并处理来自垫子2的电信号。通过与柔性PCB2R(图2中所示)电气接触而传送的来自导电传感垫子2的电信号随着使用者身体位置移动时施加在导电传感垫子2上的压力不同而变化。控制装置8A使用微处理器按照预先编程好的指令处理这些信号,并将相应的输出控制信号传送到抽吸/控制单元8以及阀驱动器4B、7B和9B。在其它实施例中,输出信号可以是传播的,例如通过已知的微波或数据传播技术。根据输出信号,如图1中所示的系统示出的,流体通过抽吸/控制单元8从贝i存器IO传送到一个或多个可膨胀床垫隔间3或可膨胀枕垫隔间6,或者从一个或多个可膨胀床垫隔间3或可膨胀枕垫隔间6排出,以相对于使用者在垫子2上的位置而优化床垫1和枕垫5的轮廓。在一个示例性的实施例中,导电传感垫子2包括与一片位于使用者下方的金属箔相结合的感应系统,并且其中金属箔的位移改变了电感线圏的自感应系数,从而使LC回路的谐振频率远离振荡器的调谐频率,并抑制由振荡器传递给放大器的信号,以确保正确处理并适当检测信号。在另一示例性的实施例中,导电传感垫子2包括与微处理器控制器控制下的抽吸/控制单元相互连接的电容阵列,并且其中微处理器控制器控制下的抽吸/控制单元提供给电容阵列一由驱动电流得到的合适的振荡器,并同时检测电容阵列内的由电介质位移引起的电容值的变化,该阵列内的电介质位移是由使用者身体的电介质的接近或缺乏而造成的。在另一示例性的实施例中,微处理器控制器控制下的抽吸/控制单元包括电源、驱动器/传感器电路、比较/校准逻辑电路、系统互连整合电路和警告产生电路。在另一示例性的实施例中,微处理器控制器控制下的抽吸/控制单元包括用于与护士呼叫系统互连的护士呼叫继电器电路。在又一示例性的实施例中,本发明的系统还包括接近感应的非压缩电介质位移传感机构。再参照图1,导电传感垫子2能够识别使用者身体处于不同姿势时,每单位面积上的压力或施加的重量以及传感垫子受载区域的宽度。当使用者平躺(脸向上)时,导电传感垫子2上的压力载荷小于使用者侧躺时产生的导电传感垫子2上的压力载荷。使用者处于平躺位置时的传感垫子受载区域的宽度大于使用者侧躺位置的传感垫子的受载区域。因此通过比较电特性和受载区域的宽度,该传感特征确保了最大程度地控制基于使用者位置的床垫和枕垫轮廓的优化。参照图3,床垫l、枕垫5和导电传感垫子2位于框架30的顶上并通过电子信号线2C与抽吸/控制单元8电气接触,从而如前所述的相对于使用者在床垫1和枕垫5上的位置优化床垫1和枕垫5的轮廓。控制器50与抽吸/控制单元8电气接触,用于根据需要调节床垫1和枕垫5的轮廓。本发明系

的CPU的微处理器,该微处理器通常包含在单一的半导体集成电路或由MOS/LSI技术制造的"芯片,,中。例如,该微处理器可以是单片8位CPU,该单片8位CPU包括平行ALU、数据和地址寄存器、指令寄存器和控制译码器,所有这些使用冯.诺伊曼(vonNeumann)结构相互连接并采用数据、地址和指令的双向平行总线。该微处理器也可以是单片"微型计算机,,型的器件,包括4位平行ALU及其控制电路,带有用于程序存储的片上ROM和用于数据存储的片上RAM,并构造成哈佛(Harvard)结构。该微处理器也可以是采用程序和数据存储的外部存储器的器件或者是带有程序和数据存储的片上ROM和RAM的器件。该微处理器因此可以是微型计算机。由于术语"微处理器,,和"微型计算机,,在本领域中经常可互换地使用,因此,应当理解,在本说明书中使用这些术语中的一个或者另一个都不应当认为是对本发明特征的限制。该微处理器可从通用微处理器和专用微型计算机/微处理器中选择。通用微处理器(例如,由摩托罗拉公司制造的M68020)设计成可由用户编程以完成广泛的任务,因此经常在例如个人计算机的设备中用作中央处理单元。与此不同,专用微型计算机设计成给专门的预定算术和逻辑功能提供性能改进,而这是使用者打算使用微型计算机的原因。了解了微型计算机的初步功能,设计者可用这样的方式构造微型计算机,使得无论使用者创作的程序是什么,专用微型计算机的专门功能的性能都远远超过通用微处理器的相同功能的性能。因此,在本发明的一个实施例中,使用者或第三方(例如,医生或护士)可以为用作控制装置8A—部分的个人计算机编程,以影响基于使用者位置的床垫和枕垫轮廓的微处理器控制的优化。控制装置8A通过电子信号线2C与导电传感垫子2电气接触,用于通过与图2中所示的柔性PCB2R电气接触来接收并处理来自垫子2的电信号。通过与柔性PCB2R(图2中所示)电气接触而传送的来自导电传感垫子2的电信号随着使用者身体位置移动时施加在导电传感垫子2上的压力不同而变化。控制装置8A使用微处理器按照预先编程好的指令处理这些信号,并将相应的输出控制信号传送到抽吸/控制单元8以及阀驱动器4B、7B和9B。在其它实施例中,输出信号可以是传播的,例如通过已知的微波或数据传播技术。根据输出信号,如图1中所示的系统示出的,流体通过抽吸/控制单元8从贝i存器IO传送到一个或多个可膨胀床垫隔间3或可膨胀枕垫隔间6,或者从一个或多个可膨胀床垫隔间3或可膨胀枕垫隔间6排出,以相对于使用者在垫子2上的位置而优化床垫1和枕垫5的轮廓。在一个示例性的实施例中,导电传感垫子2包括与一片位于使用者下方的金属箔相结合的感应系统,并且其中金属箔的位移改变了电感线圏的自感应系数,从而使LC回路的谐振频率远离振荡器的调谐频率,并抑制由振荡器传递给放大器的信号,以确保正确处理并适当检测信号。在另一示例性的实施例中,导电传感垫子2包括与微处理器控制器控制下的抽吸/控制单元相互连接的电容阵列,并且其中微处理器控制器控制下的抽吸/控制单元提供给电容阵列一由驱动电流得到的合适的振荡器,并同时检测电容阵列内的由电介质位移引起的电容值的变化,该阵列内的电介质位移是由使用者身体的电介质的接近或缺乏而造成的。在另一示例性的实施例中,微处理器控制器控制下的抽吸/控制单元包括电源、驱动器/传感器电路、比较/校准逻辑电路、系统互连整合电路和警告产生电路。在另一示例性的实施例中,微处理器控制器控制下的抽吸/控制单元包括用于与护士呼叫系统互连的护士呼叫继电器电路。在又一示例性的实施例中,本发明的系统还包括接近感应的非压缩电介质位移传感机构。再参照图1,导电传感垫子2能够识别使用者身体处于不同姿势时,每单位面积上的压力或施加的重量以及传感垫子受载区域的宽度。当使用者平躺(脸向上)时,导电传感垫子2上的压力载荷小于使用者侧躺时产生的导电传感垫子2上的压力载荷。使用者处于平躺位置时的传感垫子受载区域的宽度大于使用者侧躺位置的传感垫子的受载区域。因此通过比较电特性和受载区域的宽度,该传感特征确保了最大程度地控制基于使用者位置的床垫和枕垫轮廓的优化。参照图3,床垫l、枕垫5和导电传感垫子2位于框架30的顶上并通过电子信号线2C与抽吸/控制单元8电气接触,从而如前所述的相对于使用者在床垫1和枕垫5上的位置优化床垫1和枕垫5的轮廓。控制器50与抽吸/控制单元8电气接触,用于根据需要调节床垫1和枕垫5的轮廓。本发明系

统的该布置确保了床垫1和枕垫5的轮廓可以构造成使用者、或照顾该使用者的医生或护士所期望的准确设置。本发明实施例的前述示例仅是示例性的,不以任何方式限制要求保护的本发明的全部范围。

垫1和枕垫5定位。抽吸/控制单元8和控制装置8A无需是同一单元的一部分或者相互连结,只要它们如下述相互连通以传递电信号即可。抽吸/控制单元8可以是泵或压缩机或任何其它适于运送流体的设备并连接到流体贮存器10以及可膨胀床垫隔间3和可膨胀枕垫隔间6,用于将流体从贮存器10传送到隔间3和6,并用于将流体从隔间3和6传送到贮存器10。抽吸/控制单元8可以是用于使隔间3和6膨胀和收缩的带有各种响应控制装置8A的泵控制电路的,例如,,858专利中公开的隔膜真空泵或者与其相似的在美国专利No.6,253,401中公开的可逆空气泵。可逆空气泵的使用使得气室在期望的时候快速地收缩。隔间3和6可用柔软的类似泡沫的材料部分地或大体上包住以确保床垫1和枕垫5提供最大的支承。如上所述,上文所用的"远离定位"是个相对的概念;在图3中所示的本发明的另一实施例中,抽吸/控制单元8和相关的控制装置8A、流体贮存器10、带有导电传感垫子2的床垫1、和枕垫5都有选择地连接到框架30。此外,在一些情况下,隔间3和6可将流体排出到除了流体贮存器10的位置。例如,当流体是惰性气体时,该气体在适当的环境下可从隔间3和6排到空气中。控制装置8A包括微处理器,该微处理器被编程,以根据通过电子信号线2C从垫子2传送到控制装置8A的电信号来调节流体通过管道阀4A、7A和9A的流动以及调节流体在抽吸/控制单元8中的流动条件而控制流体流入和流出隔间3和6的流动,如下面所描述的。流体流动控制可通过多种标准过程控制技术而在本发明的系统中实现。例如,控制装置8A可用作质量流量控制器,在该控制器中,微处理器使传感和信号处理元件与抽吸/控制单元8以及操作管道阀4A、7A和9A的阀驱动器4B、7B和9B连通,从而控制流体的质量流量。该微处理器可以用由使用者或第三方提供的外部输入所建立的设定值预先编程以设定期望的流体流速,从而响应通过电子信号线2C从垫子2传送来的某些信号来确定床垫1和枕垫5的轮廓。在图1中所示的实施例中,控制装置8A操作抽吸/控制单元8以及阀驱动器4B、7B和9B。为此,控制装置8A包括微处理器,该微处理器存取存储的流体流动-床垫/枕垫轮廓的校准信息并覆盖系统的操作范围,该校准信息来自一种或多种流体以及床垫和枕垫材料以及设计构造。由该校准曲线,确定由阀4A、7A和9A输送或释放的流体的流体流速。