一种临床用防走失保护装置的制作方法

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种临床用防走失保护装置。

背景技术：

由于平均寿命的不断增加，医院临床护理中老龄化病人的比例不断增加。一方面，老龄化病人由于记忆力减弱存在走失的问题，特别是患有阿尔兹海默、血管性痴呆以及脑部退行性病变的患者。另一方面，老龄化病人伤口性骨折的主要原因是跌倒和坠床，年龄越大因跌倒和坠床而受伤或死亡的风险越高。基于以上原因，要求医院和护理人员在常规治疗及护理的基础上，需要特别关注老龄化病人的走失、跌倒及坠床问题，这需要护理人员24小时不断监控老龄化病人，因此显著增加护理人员的需求数量和护理人员的工作难度。

针对老龄化病人走失问题，现有阶段大部分采用为病人提供具有防走失功能的穿戴设备，例如手环、衣服、纽扣等，通过蓝牙、gps、射频等技术与穿戴设备通信实现对穿戴设备的定位，从而防止老龄化病人走失。例如，公开号为cn112150761a的中国专利文献公开了一种院内患者防走失手环。该专利文献在院内组建多个基站实现院内无线组网，其手环内设置的无线模块为型号nrf51822的蓝牙低功耗芯片，即该专利文献利用蓝牙技术通过院内组网的基站实现交互和定位。例如，公开号为cn106845585b的中国专利文献公开了一种基于射频识别和数据处理的老年人防走失系统，通过给老年人佩戴射频标签，由射频标签与无线识别子网交互，通过无线识别子网与射频标签的连接情况防止老年人走失，而且能够通过射频标签脱离无线识别子网的时间和停留在无线识别子网的时间对老年人的异常行为进行判断。

但是上述专利文献公开的设备或者系统直接移植到医院内，需要花费较高的成本进行部署，另一方面也无法预防老龄化病人跌倒和/或坠床。现有技术中通常采用加速度传感器传感人体姿态信息，进而通过算法判断病人是否跌倒或坠床。例如公开号为cn109816933b的中国专利文献公开一种采用基于复合式传感器的老人防跌倒智能监测系统，包括加速度数据采集组件、微处理模块、报警模块以及无线通信组件均设置在pcb板上。一方面，该专利文献中的微处理模块通过深度学习算法进行数据处理、判断用户是否跌倒，微处理模块需要进行大量的计算操作，同时还要进行数据采集、报警及无线通信，其功耗较大，仅靠内置电池无法长时间维持；另一方面，能够进行深度学习的芯片其成本较高，而不利于医院内实际部署。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现要素：

针对现有技术之不足，本发明提供一种临床用防走失保护装置包括本体和副体。本体设置有发射模块、传感器和控制电路。副体设置有报警模块。控制电路配置为：

控制发射模块发射第一信号至接收装置；

在接收到接收装置发送的反馈信号后控制发射模块发射第一信号。优选地，若没有接收到第一信号的时间超过第一阈值的情况下，控制报警模块开启。优选地，控制电路配置为周期性地获取传感器传输的倾斜速度，并在倾斜速度大于第二阈值的情况下，控制发射模块发射与第一信号频率不同的第二信号至接收装置。现阶段的防跌倒装置，一般通过加速度传感器来传感人体跌倒时的加速度变化，其实际上仅能检测病人已经跌倒的状态，无法预测病人是否具有跌倒的风险。如果想要预测病人是否跌倒，需要通过深度学习或者其他学习训练算法进行预测，这种方式需要防跌倒装置具有深度学习功能的芯片。一方面，具有深度学习功能的芯片其成本较高；另一方面，具有深度学习功能的芯片功耗较高，仅通过电池供电无法长时间工作。本发明通过传感器感知老龄化病人身体躯干的倾斜速度来预测老龄化病人是否具有摔倒和/或坠床的倾向。通常而言，在老龄化病人走动或者活动的状态下，病人的身体倾斜的角度和幅度会发生变化，而加速度传感器能够传感病人加速度变化信息，但是在人体坐下、起立、上下楼等情况下，加速度也会产生变化，因此加速度传感器无法直接判断或者识别病人的跌倒状态，需要通过算法和对该病人平时活动状态的加速度信息进行采集才能达到一定的识别跌倒的成功率。而人体躯干倾斜的速度变化超过一定速度时就能够直接判断老龄化病人存在跌倒或者坠床风险。因此，本发明通过传感器获取老龄化病人身体躯干倾斜的速度来直接判断老龄化病人是否具有跌倒和/或坠床的风险，进而能够在病人跌倒或者坠床之前提前发现风险并采取预防性措施。此外，本发明通过传感器识别或者判断老龄化病人跌倒和/或坠床的风险，不需要复杂的算法和采集更多的数据，可以通过倾斜速度的变化就能够直接获取老龄化病人跌倒和/或坠床的风险，因此相对加速度传感器传感的病人姿态的方式，本发明的传感器可以微型化和显著降低功耗，从而在电池供电的情况下能够保持较长的工作时间。

本发明还提供一种临床用防走失保护装置，包括本体。本体包括发射模块、传感器和控制电路。控制电路配置为：

控制发射模块发射第一信号至接收装置以用于感知病人是否走失；

周期性地获取传感器传输的倾斜速度。优选地，在倾斜速度大于第二阈值的情况下，控制发射模块发射与第一信号频率不同的第二信号以预防跌倒和/或坠床。

根据一种优选实施方式，传感器包括光源、环形波导和直波导。光源分别耦合至直波导的两端形成传输方向相反的两束光。方向相反的两束光通过直波导耦合至环形波导，并在环形波导中传输至少一周以传输倾斜速度。

根据一种优选实施方式，在控制电路未接收到反馈信号的时间超过第一阈值情况下，控制电路配置为停止发送第一信号，并控制报警模块开启。在接收装置未接收到第一信号的时间超过第一阈值的情况下，接收装置向护士站计算终端或者服务器发送报警信息。

根据一种优选实施方式，控制电路配置为：

在发射第一信号的情况下记录传感器输出的第一倾斜速度；

在反馈信号的触发下记录传感器输出的第二倾斜速度。

根据一种优选实施方式，控制电路配置为判断第一传感信号与第二传感信号的差值是否与周期性获取的多个倾斜速度差值的累加相等。若不相等，则基于第一传感信号、第二传感信号和多个倾斜速度差值获取误差。在下一周期计算传感器传输的倾斜速度是否大于第二阈值的情况下，控制电路配置为将第二阈值线性加减所述误差。

根据一种优选实施方式，本体按照可拆卸的方式与副体连接。副体设置有电源模块。在副体与本体断开的情况下，电源模块与报警模块电气连接。

控制电路配置为副体的一侧设置有能够插入副体和本体的钢钉。本体至少一个端部设置有用于容纳钢钉的凹槽，凹槽内设置有铁环和铁球。钢钉依次穿过副体、凹槽开口以及铁环。钢钉的缺口与铁球彼此抵靠。

根据一种优选实施方式，本体的凹槽内设置有弹簧。弹簧与铁环彼此抵靠，从而驱动铁环压迫铁球进入钢钉的缺口处，并与凹槽开口处的弧形侧壁彼此抵靠。

根据一种优选实施方式，本体还设置有用于承载发射模块、传感器和控制电路的第一pcb板体。副体设置有用于承载报警模块且与电源模块电气连接的第二pcb板体。第一pcb板体和第二pcb板体通过弹簧顶针连接。

附图说明

图1是本发明装置的一种优选实施方式的模块示意图；

图2是本发明装置的一种优选实施方式的结构示意图；

图3是本发明传感器的一种优选实施方式的结构示意图。

附图标记列表

100：本体200：副体110：发射模块

120：传感器130：线圈140：控制电路

150：第一pcb板体160：弹簧170：铁环

180：铁球210：报警模块220：电源模块

230：弹簧顶针240：钢钉250：第二pcb板体

121：光源122：环形波导123：直波导

124：定向耦合器131：发射线圈132：接收线圈

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

实施例1

本发明提供一种临床用防走失保护装置，还可以是一种防走失且预防跌倒及坠床的保护设备。在发生冲突或者矛盾的情况下，本实施例的一个或多个特征可以与本实施例其他的一个或多个特征任意组合，重复的内容不再赘述。

本发明的一个目的是在医院临床中避免老龄化病人走失和为医院护理人员提供预防老龄化病人跌倒及坠床的功能。

优选地，本发明通过周期性地主动发射不同频段的电磁信号监测老龄化病人的位置以及是否存在跌倒或者坠床的风险。具体地，针对病人定位实现防走失功能，通过本发明提供的保护装置周期性地主动发射第一信号与医院内部设置的接收装置进行连接，进而实现防走失功能。本发明的保护装置可以发射300khz～300ghz的电磁信号，医院的病房、走廊和进出口处设置有能够接收电磁信号的接收装置。接收装置可以接收保护装置发出的电磁信号，并将该信号传输至护士站的计算终端或者服务器。优选地，接收装置接收第一信号后发射反馈信号。保护装置接收反馈信号后才会继续发射第一信号，从而周期性地发射第一信号。当保护装置长时间没有接收到反馈信号后触发报警模块工作。另一方面，保护装置长时间没有接收到反馈信号，不会再次发送第一信号，从而接收装置向护士站的计算终端或者服务器，使得护理人员能够知悉该老龄化病人走失的信息。针对老龄化病人跌倒和坠床的问题，本发明提供的保护装置在发射第一信号的基础上，通过老龄化病人躯干姿态的变化激发第二信号。第二信号的频段与第一信号不同。接收装置接收到第二信号后，将第二信号传递至护士站的计算终端或者服务器，从而提示护理人员老龄化病人存在跌倒或者坠床的风险。通过该设置方式，护理人员根据该提示以及第一信号提供的位置信息及时赶到老龄化病人处，采取预防性措施，从而规避老龄化病人跌倒或坠床的风险。

参见图1，本实施例提供的临床用防走失保护装置包括彼此可拆卸连接的本体100和副体200。可拆卸的方式可以是螺纹、铰接、磁性连接、卡扣连接等。优选地，本体100和副体200卡扣连接。优选地，本体100包括通过该设置方式，需要磁力装置才能拆开本体100和副体200，从而避免老龄化病人自行拆卸本体100和副体200，确保老龄化病人佩戴本发明的保护装置。

优选地，本体100和副体200可以安装于病人的衣服。例如，本体100和副体200可以安装于老龄化病人衣服的下摆或者衣领。优选地，本体100和副体200安装于老龄化病人衣服的躯干处。通过该设置方式，本体100和副体200安装于老龄化病人衣服的躯干处，便于获取老龄化病人身体的重心信息和姿态变化，进而能够准确地感知病人的跌倒风险和坠床风险。

优选地，本体100可以是圆柱形、多边体形、纽扣形等形状。本体100呈中空状。参见图1，本体100包括发射模块110、传感器120、线圈130和控制电路140。发射模块110用于发射电磁信号。传感器120用于传感躯干姿态的变化。线圈130包括发射线圈131和接收线圈132。发射线圈131用于发射电磁信号。接收线圈132用于接收电磁信号。控制电路140分别与发射模块110、传感器120和线圈130电气连接。发射模块110与发射线圈131电气连接。接收线圈132与控制电路140连接。控制电路140用于接收传感器120传输的信号。控制电路140还用于接收接收线圈132产生的电流。优选地，发射模块110可以是发射至少两个不同频段的电磁信号。电磁信号的频段范围300khz～300ghz。发射模块110可以采用apc240系列模块，其发射的电磁信号的频段为433mhz和470mhz。发射模块110还可以工作三个不同的工作频段，例如13.56mhz、433mhz和2450mhz。控制电路140也可以是集成电路芯片，例如微控制单元(microcontrollerunit，mcu)、中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路

(application-specificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga)、图形处理器(graphicsprocessingunit，gpu)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。优选地，传感器120用于传感老龄化病人躯干的倾斜角度和倾斜速度。优选地，传感器120包括光源121、环形波导122和直波导123。直波导123的两端分别与光源121耦合。环形波导122与直波导123连接，参见图3。优选地，环形波导122可以通过定向耦合器124与直波导123连接。传感器120的工作原理是利用萨格纳克(sagnac)效应。萨格纳克效应是相对惯性空间转动的闭环光路中所传播光的一种普遍效应，即在同一闭合光路中从同一光源发出的两束特征相等的光，以相反的方向进行传播，最后汇合到同一探测点。若绕垂直于闭合光路所在平面的轴线，相对惯性空间存在着转动，则正、反方向传播的光束走过的光程不同，就产生光程差，其光程差与旋转的角速度成正比。因而只要知道了光程差及与之相应的相位差的信息，即可得到环形波导122旋转的角速度信息。光源121发出的光通过光纤或者波导耦合至直波导123的两端，直波导123两端进入的光分别以相反的方向进入环形波导122中，从而环形波导122中传输彼此相反的两束光，然后通过直波导123的两端输出。直波导123两端设置有光电探测器，例如光电二极管。直波导123两端输出的光通过光电探测器后输出至控制电路140。当老龄化病人的躯干发生倾斜时，其身体躯干倾斜的速度能够被环形波导122和直波导123所表征。具体为直波导123两端输出光的光程差和相位差。该光程差和相位差通过光电探测器输出后能够被控制电路140获取和计算。控制电路140可以根据传感器120获取老龄化病人身体躯干倾斜时的倾斜速度，进而获取老龄化病人是否具有跌倒和坠床的风险。通过该设置方式，达到的有益效果是：

现阶段的防跌倒装置，一般通过加速度传感器来传感人体跌倒时的加速度变化，其实际上仅能检测病人已经跌倒的状态，无法预测病人是否具有跌倒的风险。如果想要预测病人是否跌倒，需要通过深度学习或者其他学习训练算法进行预测，这种方式需要防跌倒装置具有深度学习功能的芯片。一方面，具有深度学习功能的芯片其成本较高；另一方面，具有深度学习功能的芯片功耗较高，仅通过电池供电无法长时间工作。本发明通过环形波导122和直波导123感知老龄化病人身体躯干的倾斜速度来预测老龄化病人是否具有摔倒和坠床的倾向。通常而言，在老龄化病人走动或者活动的状态下，病人的身体倾斜的角度和幅度会发生变化，而加速度传感器能够传感病人加速度变化信息，但是在人体坐下、起立、上下楼等情况下，加速度也会产生变化，因此加速度传感器无法直接判断或者识别病人的跌倒状态，需要通过算法和对该病人平时活动状态的加速度信息进行采集才能达到一定的识别跌倒的成功率。而人体躯干倾斜的速度变化超过一定速度时就能够直接判断老龄化病人存在跌倒或者坠床风险。因此，本发明通过环形波导122和直波导123获取老龄化病人身体躯干倾斜的速度来直接判断老龄化病人是否具有跌倒和坠床的风险，进而能够在病人跌倒或者坠床之前提前发现风险并采取预防性措施。此外，本发明通过传感器120识别或者判断老龄化病人跌倒和坠床的风险，不需要复杂的算法和采集更多的数据，可以通过倾斜速度的变化就能够直接获取老龄化病人跌倒和坠床的风险，因此相对加速度传感器传感的病人姿态的方式，本发明的传感器可以微型化和显著降低功耗，从而在电池供电的情况下能够保持较长的工作时间。

优选地，副体200可以是圆柱形、多边体形、纽扣形等形状。参见图1，副体200包括报警模块210和电源模块220。优选地，副体200与本体100电气连接。电源模块220用于为发射模块110、传感器120、控制电路140和报警模块210供电。优选地，电源模块220可以是纽扣电池。电源模块220按照可拆卸的方式安装于副体200内。可拆卸的方式可以是螺纹连接、铰接、卡扣连接等。报警模块210配置为在控制电路140的控制下以声音提醒的方式设置。在该设置方式下，报警模块210提醒老龄化病人脱离医院环境或者医院大门。例如，报警模块210可以播报请勿离开医院、请勿离开病区、请返回病区等信息。

优选地，在副体200与本体100断开的情况下，电源模块220与报警模块210电气连接。通过该设置方式，在副体200与本体100断开的情况下，报警模块210由于直接与电源模块220连接，可以直接触发报警，提醒老龄化病人和周围人员，保护装置脱离老龄化病人的衣服。

下面介绍本发明的保护装置的工作原理。

优选地，控制电路140配置为控制发射模块110发射第一信号。发射模块110通过发射线圈131发射第一信号。优选地，医院的病房、走廊、门禁处设置有多个接收装置。接收装置能够接收第一信号，并在接收后发送反馈信号。接收装置还能够与护士站的计算终端或者医院的服务器连接。反馈信号与第一信号的频率相同。优选地，控制电路140配置为在接收反馈信号后控制发射模块110发射第一信号。通过该设置方式，控制电路140能够通过反馈信号判断与接收装置的连接情况，进而当控制电路140长时间未接收到反馈信号时，可以判定老龄化病人走出病区或者医院。在接收线圈132接收到反馈信号的情况下，接收线圈132激发电流并传输至控制电路140。优选地，在控制电路140未接收到反馈信号的时间超过第一阈值情况下，控制电路140配置为停止发送第一信号，并控制报警模块210开启。优选地，在接收装置未接收到第一信号的时间超过第一阈值的情况下，接收装置向护士站计算终端或者服务器发送报警信息。通过该设置方式，能够提醒护士或者工作人员老龄化病人走出病区或者医院，同时报警模块210能够提醒老龄化病人其远离病区或医院，提醒病人返回医院或者病区。优选地，第一阈值可以人工设置，例如10s、20s、30s等。

优选地，控制电路140配置为周期性地获取传感器120传输的老龄化病人的倾斜速度。周期可以小于第一阈值，例如，1s、2s、3s、5s、8s等。优选地，控制电路140判断传感器120传输的倾斜速度是否大于第二阈值。若倾斜速度大于第二阈值，则判定老龄化病人具有跌倒或者坠床的风险。优选地，在传感器120传输的倾斜速度大于第二阈值的情况下，控制电路140配置为控制发射模块110发射第二信号。第二信号与第一信号的频段不同。优选地，第二信号的频段可以大于第一信号。第二信号的频段可以小于第一信号。第二信号用于传输老龄化病人的跌倒或者坠床风险。优选地，在接收装置接收第二信号情况下，接收装置向护士站的计算终端或者服务器发送老人跌倒或者坠床警报，从而护士站的护理人员或者医院的工作人员能够及时赶到接收装置所在区域的老龄化病人处，并向老龄化病人提供预防性措施。需要说明的是，在传感器120传感的倾斜速度没有超过第二阈值的情况下，控制电路140不激发第二信号，从而减少功耗和节省电能。而且，本发明不需要对发射信号进行处理和调制，也不需要对接收的反馈信号进行解调处理，控制电路140仅需要接收反馈信号对接收线圈132激发的电流即可，能够减少信号处理、调制和解调增加的成本和功耗。

优选地，一方面考虑到传感器120本身随时间积累的不准确性，另一方面考虑到病人可能因突发疾病而缓慢到下，其身体躯干倾斜的速度可能没有超过第二阈值的问题。本发明对控制电路140进行进一步地配置。

优选地，控制电路140配置为在发射第一信号的情况下记录传感器120输出的第一倾斜速度。控制电路140配置为在反馈信号的触发下记录传感器120输出的第二倾斜速度。控制电路140配置为判断第一传感信号与第二传感信号的差值是否与周期性获取的多个倾斜速度差值的累加相等。第一传感信号与第二传感信号的差值为第一差值。周期性获取的多个倾斜速度差值的累加为第二差值。若第一差值大于或小于第二差值，则表明传感器120传感的倾斜速度存在较大的误差。第一差值与第二差值的差值与传感的倾斜速度的个数的比值的均方根为误差。该误差通常由于光子的随机自发辐射、电路噪声或者保护装置振动引起的，因此在下一周期判断是否发射第二信号时，需要考虑该误差。优选地，在下一周期控制电路140计算传感器120传输的倾斜速度是否大于第二阈值的情况下，控制电路140配置将第二阈值线性加减该误差。通过该设置方式，能够减少因为传感器120自身的误差带来的对倾斜速度判断的不准确程度。

参见图2，本体100和副体200通过钢钉240连接。优选地，本体100至少一个端部设置有用于容纳钢钉240的凹槽。凹槽内设置有弹簧160、铁环170和铁球180。钢钉240设置有用于和铁球180抵靠的缺口。参见图2，钢钉240依次穿过凹槽的开口和铁环170，并延伸进入凹槽内部。优选地，铁环170与凹槽开口之间设置有铁球180。铁球180能够嵌入钢钉240的缺口。优选地，在钢钉240进入凹槽内部的情况下，弹簧160推动铁环170抵靠铁球180，并将铁球180推向钢钉240的缺口处。在钢钉240穿过副体200并进入本体100的凹槽内的情况下，弹簧160持续压迫铁环170。铁环170压迫铁球180位于钢钉240的缺口处，并与凹槽开口处的弧形侧壁彼此抵靠。通过该设置方式，由于铁球180位于缺口处且与凹槽开口处的弧形侧壁抵靠，因此无法拔出钢钉240，从而使得钢钉240能够连接本体100和副体200。在拆卸本体100和副体200时，可以通过磁力装置吸引铁环170和铁球180，进而使得铁环170压迫弹簧160，并使得铁球180离开钢钉240的缺口，此时可以拿出钢钉240，进而本体100和副体200分离。

优选地，本体100还设置有第一pcb板体150。本体100内的发射模块110、传感器120和控制电路140设置于第一pcb板体150上。线圈130可以设置于本体100一侧的侧壁。参见图2，本体100设置有弧形的顶端。线圈130可以设置于弧形顶端内。优选地，副体200设置有第二pcb板体250。报警模块210设置于第二pcb板体250上。第二pcb板体250可以与电源模块220电气连接。通过该设置方式，本体100和副体200采用无棱角的弧形设置，其外形圆滑，不会刺痛病人。此外，本体100和副体200可以采用防水或者防辐射材料制作，例如不锈钢、硅胶、医用塑料等材料制作。

优选地，第一pcb板体150和第二pcb板体250可以通过弹簧顶针230连接。通过该设置方式，达到的有益效果是：

由于病人在佩戴的过程中可能走动或者处于活动状态，在病人活动的过程中会对产生振动，尤其是对于传感器120而言，振动不仅会导致误差的产生，更重要的是共振现象会对传感器120的工作参数产生较大的影响。本发明通过弹簧顶针230实现第一pcb板体150和第二pcb板体250的电气连接，由于弹簧顶针230内的弹簧能够显著改变传感器120的振动频率，从而避免传感器120共振现象的产生，提高传感器120工作的可靠性。

根据另一种优选实施方式，本实施例的提供的临床用防走失保护装置可以仅包括本体100。本体100按照可拆卸的方式安装于患者的衣服。可拆卸的方式可以是螺纹、铰接、磁性连接、卡扣连接等。优选地，本体100可以包括发射模块110、传感器120、线圈130、控制电路140、报警模块210和电源模块220。优选地，发射模块110、传感器120、控制电路140、报警模块210可以设置于第一pcb板体150。优选地，第一pcb板体150可以通过弹簧顶针230与电源模块220电气连接。优选地，第一pcb板体150可以通过弹簧顶针230与本体100内设置的电气元件弹性连接。电气元件可以是线圈130、电池模块220或者分立设置的报警模块210等。

本发明说明书包含多项发明构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。