专利名称：充气支撑体的充气控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及充气支撑体例如充气褥垫(airmattresses)和轮椅软垫的充气控制。把人体支撑在充气的气包或气囊(cell)上的褥垫和轮椅软垫是用于防止压痛和治疗烧伤或压迫引起软组织损伤的病人的重要设备。维持合适的人体调整使之舒适和维持人体的功能以及把峰压减至最小和对皮肤压力梯度的控制的重要性是众所周知的。
虽然支撑系统每个部分中所希望的充气可以视使用者或病人的位置不同而适当设定，但是，当病人身体在床上或支撑系统上的位置变化时，每个气囊中所期望的充气量就会不同。
本发明提供一种能控制和维持支撑系统中正确空气量的系统，它是通过测量每个气囊的高度(heightdistance)，测定躺在充气支撑体上人的位置和控制气囊的充气量以与在支撑体上病人位置所希望的空气支撑特性相匹配来实现的。
本发明涉及一种对具有多个气囊的褥垫的充气进行控制的方法，它包括把使用者置于褥垫的第一位置上，对气囊充气以提供使用者希望的支撑，测量所有气囊的高度并贮存高度的测量值。然后，监测气囊的高度以确定使用者在支撑体上的位置，当使用者在该第一位置时，控制气囊充气以调节气囊高度至贮存的测量值。
本发明的另一个目的是提供通过测量由一个或多个身体部分引起的褥垫气囊的斜度来确定褥垫上使用者位置的方法。
本发明的进一步目的是提供一种对具有多个气囊的身体支撑体的充气进行控制的方法，它包括把使用者置于支撑体的第一位置上，对气囊充气以提供使用者在第一位置所希望的支撑，当使用者在第一位置时测量所有气囊的高度并贮存使用者在第一位置的高度测量值。然后，将使用者置于支撑体的第二位置上，气囊充气以提供在第二位置使用者所希望的支撑，测量使用者在第二位置时所有气囊的高度和贮存使用者在第二位置时的高度测量值。然后，使用气囊的高度测量值，确定使用者在支撑体上的位置和当使用者在第一或第二位置时控制气囊充气以分别提供第一或第二位置贮存的气囊高度。
本发明的更进一步的目的是提供一种对具有多个气囊的褥垫的充气进行控制的方法，它包括把使用者置于褥垫上仰卧位置、右侧位置和左侧位置，在每个位置时向气囊充气以提供在每个位置使用者所希望的支撑，对每个位置测量和贮存每个气囊的高度。然后，测量气囊的高度以确定使用者在褥垫上是仰队、右侧还是左侧位置，然后控制气囊充气以对确定的位置提供贮存的气囊高度。
本发明的再一个目的是提供一种测量使用者在褥垫上的位置的方法，它包括通过比较气囊的高度测量值，测量使用者的身体和腿在褥垫上的位置，测量褥垫上使用者的位置。
本发明的又一个目的是提供一种用于具有多个气囊的褥垫的充气控制系统，它包括至少一个与每个气囊相连的测量每个气囊高度的高度测量装置和与每个气囊相连的供气装置，与高度测量装置相连并控制向每个气囊供气的控制装置。该控制装置贮存使用者在床上种种位置的、经选择的高度测量数据，通过测量这些高度测量数据确定使用者在床上的位置及调节高度测度值使之与使用者确定位置的、经选择的测量值相符合。
从下面结合附图对本发明实施例所作的叙述，本发明的其它和进一步的目的，特点和优点将会更加清楚。
图1是说明本发明一种形式的具有多个气囊和高度测量传感器的充气褥垫的正视图。
图2是图1沿2-2线的断面图并包括与它相连的控制设备。
图3是控制气囊中充气(空气)的总逻辑流程图。
图4是确定使用者在图1的褥垫上的目前位置的逻辑流程图。
图5是确定头部位置的逻辑流程图。
图6是确定褥垫上躯干位置的逻辑流程图。
图7是确定褥垫上髋部位置的逻辑流程图。
图8是确定褥垫上腿位置的逻辑流程图。
图9是确定整个身体位置的逻辑流程图。
图10是示意说明响应人体各种可能位置的传感器输出的示意图。
图11是各种可能的腿位置及相应传感器输出的示意图。
下面，参照
本发明的实施例。
参照附图特别是图1和图2。编号10总体地表示一个具有多个气囊12、14、16、18、20和22的例如褥垫的充气支撑系统。每个气囊包括至少一个高度测量装置，用于测量高度31，即每个气囊的顶和底间的距离。气囊12包括与病人或使用者头部接触的高度测量传感器A和B。气囊14包括传感器C和F，传感器C位于与身体躯干部相接触的位置而传感器F与身体髋部相接触。气囊16包括传感器D和G，传感器D位于与躯干相接触的位置而传感器G位于与髋部相接触的位置。气囊18包括分别由躯干和髋部相接触的传感器E和H。气囊20包括传感器I和K，气囊22包括传感器J和L。I和J与使用者腿相接触而K和L由脚接触。这些传感器可以是任何合适的距离测量装置象例如由波拉罗伊特(Polaroid)出售的超声距离传感器/变换器(ultrasoundproximitysensors/transducers)。
最好在每个气囊的底部设置海绵状聚合物衬垫24，以便在充气系统失效时提供有效的支撑以及有必要进行CPR(心肺复苏)时提供较硬的支撑。如通常的那样，气囊也备有快速放气口，当使用者需要在硬表面上进行CPR或其它医疗处理时可以很快地放掉气囊的气。
如果希望，气囊可用任何合适的材料制成，而且可以是有多孔的上表面，它允许有控制地从气囊流出一定的气流。这通常用于控制从使用支撑系统的人上传出的热和潮气。
从图2中可以清楚地看出，设置了一个供气歧管26并且在供气管和每个气囊之间连接着一个阀门。阀门28、30、32分别连接到供气歧管26和气囊14、16和18。来自例如传感器C、D和E的信息传输到例如用于传输各个气囊高度31信号的多路转换器33这样的控制设备。这信息经一个模数转换器34传至合适的微处理器36。微处理器接收每个气囊的高度的信息并当需要高度数据时，周期地询问多路转换器33。微处理器36通过向各气囊进气或从各气囊排气来控制例如阀门28、30和32的工作。控制系统用于维持气囊的一定的韧性(Stiffness)以便使用者和褥垫10支撑表面间产生的界面压力减至最小且使气囊的相对高度能维持而促使一个希望的姿势的形成。
本发明的方法一般包括把病人或使用者放置在褥垫10的不同位置上，例如仰卧位置，右侧位置和左侧位置。在每个位置上，气囊12-22充气以得到希望的几何形状用于姿势控制和/或使界面压力减至最小。预置通常由操作者进行，各气囊的几何形状取决于病人或使用者的尺寸、形状、重量、高度、体格，另外它还由病人或使用者的伤残例如压痛、烧伤或姿态要求来确定。一旦达到了对各个位置所希望的支撑参数，微处理器36对每个预置的位置询问所有的传感器A-L，且把来自每个传感器的高度数据贮存起来。最好，使用者在仰卧位置、右侧位置和左侧位置的信息都能获得。当然，用于姿态控制或使界面压力最小的几何形状对每个位置将是不同的。每个气囊每个位置的高度的贮存值被用作标准。即，每当病人或使用者移动到一个新的位置，微处理器36将探测该新位置并调节每个气囊12-22的进气或放气，以便就使用者目前的位置为每个气囊提供高度。另外，使用者在褥垫10上的位置由测量每个传感器A-L高度确定。这样，系统将自动测量使用者或病人在褥垫10上的位置且自动调节每个气囊所需的空气数量以对于确定的身体位置提供预置的几何形状。
测量不同身体位置的高度测量传感器A-L的能力允许本申请每当病人或使用者改变在褥垫10上的位置时自动控制气囊12-22的充气，以提供合适的预置高度标准。这样的操作和结果能快速且有效地获得而不需要外界的辅助和/或为获得希望的表面形状而重置气囊参数。例如，参见图10，它显示了躯干相对于高度传感器C、D和E的种种可能位置。从这些列于图10的可能性可以看出躯干40相对于气囊14、16和18的位置可以被确定。下面，将对这个信息在逻辑流程中的使用加以充分叙述。
现在参见图11，它显示了腿和脚相对于气囊20和22及它们的高度传感器I和K，J和L的种种可能的位置。从图中可以看出，从不同传感器I、K、J和L的输出可以如图11所示进行比较以定位出各种可能的腿和脚的位置。这个信息用于确定褥垫10上病人或使用者的位置，有关这一方面的情况将在逻辑流程图中作更充分的叙述。
现在参见图3，它表示通过软件或硬件控制微处理器36动作的总逻辑流程图。启动后，病人或使用者被置于褥垫10上仰卧位置，例如他的背靠在气囊上，各气囊12-22被充气到对于姿势控制或使使用者和褥垫间界面压力最小所希望的几何形状。气囊所要求的充气由本领域的操作人员在考虑到例如病人条件、他的伤残及他的大小、高度、重量及体形等各种因素加以完成。当这些完成时，测量各个气囊的高度及每个高度传感器A-L，以提供对这个特定仰卧位置所希望的充气参数的预置步骤50。在这个预置步骤50，微处理器36从高度传感器获得高度测量数据并贮存这些数据，以便在以后，当病人或使用者从不同的位置移动到仰卧位置时，调节各气阀使之重建相同的高度参数。
然后，在步骤52，把使用者或病人置于褥垫10身体向左侧的位置来产生预置。接着，使各个气囊12-22充气至希望的几何形状以便使病人或使用者在他的左侧位置能获得所希望的支撑特性。一旦气囊被适当充气，微处理器查询传感器A-L，获得高度数据并贮存该左侧位置的高度数据。在步骤54，使用者被置于褥垫上身体向右侧，调节气囊使使用者得到在右侧位置所希望的充气的气囊，然后用从各个传感器A-L测得的测量数据建立预置。
在步骤50、52和54中对病人或使用者建立预置后，控制系统现在已可供使用。当使用者在这三个预置位置之一时，已测量并贮存的测量数据就可以提供控制气囊充气的标准。另外，如下面将叙述的，贮存的传感器数据也有助于确定使用者的位置。在步骤56，系统的操作功能从病人或使用者处于仰卧位置，左侧位置或右侧位置这三个位置之一开始。在步骤58，测量传感器的距离或高度。在步骤60，测量总的躯干斜度(TTS)和总髋部倾斜(THS)，前者是传感器C和E高度目前的差值(CP、EP、FP、HP分别表示传感器C、E、F、H目前的值)，后者是传感器F和H的高度差。这两个斜度测量值能很快确定使用者是否处于与初始相同的位置方式。即，躯干和髋部测量值组成身体的测量。在步骤62，在步骤60计算的斜度与预置的初始斜度比较。如果使用者没有改变位置，则测得的斜度将等于初始斜度。如果测量的斜度等于其初始斜度，则使用者是在同样的位置，在步骤64，所有测得的气囊高度或距离与预置的贮存值比较，若它们全相同，则过程再循环至步骤58并继续下去。若任何气囊高度与预置和贮存的值不同，则进入步骤66，使气囊充气或放气以达到预置的距离或高度值。完成这些后，过程重新循环到步骤58。
再回到步骤62，如果目前测得的总的躯干斜度(TTS)和总的髋部斜度(THS)不等于初始斜度TTSINIT和THSINIT，则程序将进入步骤65，它将在下面更充分的讨论，步骤56测量和找出使用者在褥垫10上当前的位置。若在步骤67，发现当前的位置等于初始位置，则过程循环回步骤64。另一方面，若目前的位置与初始位置不同，则程序进至步骤68，其计数为1，这是第一次。目前的系统每分钟一次(或其它方便的时间)监测传感器A-L的变化，但有意义的变化必须持续三次连续的测量，微处理器36才驱使阀门改变气囊的充气。程序经步骤70、72和74继续以确定当前的变化是否维持三次。如果位置的变化维持三次时间，在步骤76，预置位置改变成以当前位置作为标准。例如位置值可以改变成当前测得值，例如从仰卧位置改成左侧位置。在步骤78，微处理器36再次把所有气囊的高度与新的预置位置比较，如果气囊需要较多或较少的空气，则步骤80执行，否则过程重新循环至步骤58，使用新的预置值。
确定当前位置的步骤65示于图4中的子程序，它包括确定当前头部位置的步骤82，确定当前躯干位置的步骤84，确定当前髋部位置的步骤86，确定当前腿和脚位置的步骤88及确定最终身体位置的步骤90。图5是找出头部位置步骤的程序82的子程序。虽然头部位置不用作确定整个身体位置的步骤90(它将在下面作充分讨论)中的一个因素，头部位置通过测量传感器A和B高度间的斜度用于定位气囊12上头部的位置，以便确定头部位置是否已改变以及对气囊12提供取决于使用者位置的正确的充气量。如图5的流程所示的，高度的比较(A和B是在头部部分两个高度测量值)和当前头部斜度(HS)相对于以前头部斜度(HSP)的比较，确定头部是否已移动，在哪一方向以及它目前的位置。
确定当前躯干位置的子程序84清楚地示于图6，它确定示于图10的可能的躯干位置中的哪一个在被测量。步骤92、94和96确定各种斜度，左斜度(LS)由传感器C的测量高度减传感器D的高度的差确定。相似地，步骤94测量右斜度(RS)，它是传感器D的高度减传感器E高度的差。总斜度(TS)是传感器C的高度减传感器E高度差的测量值。当然，如果总斜度是零，则身体位于中央，如果总斜度小于零，则身体是远左或中左，取决于左斜度的值。这样，图6中的流程图确定躯干是否位于远左，中左，中央，中右或远右。这个信息用于确定整个身体的位置，这一点将在下面结合图9作充分的讨论。
确定当前髋部位置的步骤86清楚地示于图7，它很相似于图6的确定躯干位置的计算。左斜度(LS)由传感器F的高度减传感器G的高度确定，右斜度(RS)由传感器G的高度减传感器H的高度确定，总斜度(TS)由传感器F的高度减传感器H的高度确定。再次，通过测得斜度值的计算，能确定髋部的位置是远左，中左，中央，中右或远右。虽然，这种确定对确定整个身体位置是不必要的，因为图6中所确定的躯干位置将提供此因素，但髋部的位置在确定气囊14、16和18的充、放气以提供支撑髋部所希望的几何形状(这取决于测定的位置)仍是有用的。例如，髋部需要不同于上部躯干的支撑。当坐在床上时，几何形状也是不同的。
现在参见图8，确定当前腿和脚位置的子程序88清楚地示于图中。图8流程中的测量和计算是用以测出示于图11中的可能的腿和脚的位置的。膝盖斜度(KS)等于传感器I的高度减去传感器J的高度。脚的斜度(FS)是传感器K的高度减去传感器L的高度(图中，I、J、K、L分别表示I、J、K、L传感器的高度值)。通过比较不同的斜度，能够确定腿和脚是处于哪一种位置，如图11所示。
现在参见图9，它是确定总的身体位置的步骤90的子程序。在步骤110中，程序90从图8的子程序88的输出确定腿是否向右弯曲和从图6的子程序84确定躯干是位于中央或左面。如果回答是“是”，则步骤112确定使用者位于左侧。如果回答是“否”，则步骤114比较是否腿向左弯曲(从图8)和是否躯干在中央或右边(从图6)。如果回答是“是”，在步骤116确定病人或使用者位于右侧。如果回答是“否”，则步骤118确定病人是仰卧位置。
如果褥垫10的头部升起允许使用者处于坐起位置，中央气囊14、16和18的斜度表示坐起，中央气囊14、16和18充气直到它们的高度调节成仰卧位置。如果气囊中流体压力用于控制充气，当床头升起时，使用者的臀部将“接触到底”且压力将不容易校正误差，而通过使用气囊高度测量能有效地得到改正。
本发明的方法自动控制褥垫10中的气囊充气且当病人或使用者作出位置改变时自动测量，然后控制气囊充气按照测得的位置对它们进行调节。
因而，本发明非常适于实行上述这些目的及达到这些目的和优点以及其他的固有优点。虽然本发明就较佳实施例作了揭示，但本领域的技术人员根据本发明的揭示可以很容易对部件的结构、安排及过程的步骤细节作出种种的改变，容易理解，这种种改变仍都落在本发明及所附权利要求的阐述的精神实质的范围之内。
权利要求
1.一种控制具有多个气囊的褥垫的充气的方法，其特征在于包括把使用者置于所述褥垫的第一位置；向所述气囊充气以提供使用者所希望的支撑；测量所有气囊的高度；贮存所有气囊的位置和高度的测量值；监测气囊的高度，确定使用者在所述褥垫上的位置和当使用者在第一位置时控制气囊的充气以调节气囊的高度至所述被贮存的测量值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括通过测量由使用者的身体部位引起的褥垫的顶部的斜度确定使用者在褥垫上的位置。
3.一种控制具有多个气囊的身体支撑体的充气的方法，其特征在于包括把使用者置于支撑体的第一位置上;向气囊充气以提供在所述第一位置上的该使用者以所希望的支撑;测量当使用者在所述第一位置时在每个气囊中两个位置处的所有气囊的高度;贮存使用者在所述第一位置的位置和高度的测量值;把所述使用者置于所述支撑体的第二位置上;向气囊充气以提供在所述第二位置中的使用者以所希望的支撑;当使用者在所述第二位置时，测量每个气囊中两个位置处的高度;贮存使用者在所述第二位置时的高度的测量值;使用气囊的高度测量值，确定所述支撑体顶部的斜度和使用者在所述支撑体上的位置;和当使用者在所述第一或第二位置时，控制气囊的充气，充气至所述第一或第二位置的所述气囊的存贮值。
4.一种控制具有多个气囊的褥垫的充气方法，其特征在于包括把使用者以仰卧位置、右侧位置和左侧位置置于褥垫上;在每个位置向气囊充气以提供在每个所述位置时的使用者以所希望的支撑;测量并贮存对每个所述位置的每个气囊的位置和高度;此后，测量气囊的高度并从所述高度确定褥垫顶部的横向斜度，由此确定使用者是在褥垫上仰卧、右侧或左侧位置;和控制所述气囊充气以对所述确定的位置提供每个气囊以所贮存的高度。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于包括通过比较气囊中的高度测量值，经过测量所述褥垫上使用者的身体和腿的位置来测量褥垫上使用者的位置。
6.一种用于具有多个气囊的褥垫的充气控制系统，其特征在于包括至少一个与每个气囊相连的、用于测量每个气囊高度的、并用于测量所述褥垫顶部的斜度的高度测量装置;与每个气囊相连的供气装置;与所述高度测量装置相连的、并控制向每个气囊供气的控制装置;所述的控制装置对在所述褥垫上的使用者的各个位置贮存经选择的高度测量数据，通过测量所述的高度测量值确定褥垫上使用者的位置以及调节高度测量值以与使用者的所述确定的位置的所选择的测量值相一致。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过测量两个横向隔开的高度测量值之间的高度差而测量所述斜度。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的斜度是通过测量褥垫的宽度方向的斜度来测量的。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，包括通过测量在每个气囊两个横向隔开位置处的气囊高度来测量每个气囊顶部的斜度。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的气囊包括用于接受人体头部的第一单个气囊;相互平行、相邻且垂直于所述第一气囊的第二、第三和第四气囊;和相互平行且与所述第二、第三和第四气囊相邻的第五和第六气囊。
11.如权利要求6所述的系统，其特征在于，每个气囊包括两个高度测量装置。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述的褥垫包括多个相互平行的气囊且所述的气囊具有平行于所述褥垫纵轴的纵轴。
13.一种控制具有多个气囊的褥垫的充气方法，其特征在于包括把使用者置于所述褥垫的第一位置上;向所述气囊充气以提供使用者以所希望的支撑;通过在所述褥垫上纵向和横向彼此隔开的多个高度传感器测量所有气囊的高度;贮存所有传感器的高度测量值及位置;测量横向隔开的相邻传感器之间的褥垫顶部的斜度并确定褥垫上使用者的位置;和当使用者在所述第一位置时，控制气囊的充气以调节气囊的高度至所述贮存的测量数据。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，通过横向相邻的传感器间的高度测量所述的斜度。
全文摘要
一种控制具有多个气囊的人体支撑体例如褥垫的充气控制方法。使用者被置于褥垫上并向气囊充气以在多个位置中的每个位置提供所希望的支撑。测量所有气囊在每个位置的高度并且测量值被贮存作为对各个位置的标准。使用者在褥垫上的位置由高度测量值加以确定，然后以贮存的使用者位置的标准值控制气囊的充气。
文档编号A61G7/05GK1047967SQ9010440
公开日1990年12月26日 申请日期1990年6月11日 优先权日1989年6月12日
发明者托马斯·A·克劳斯科普 申请人:研究发展基金会