住院患兒智能感知墜床預警防護系統的設計與應用

陳秀萍，徐 晗，費 玲，徐建仙

1.浙江大學醫學院附屬兒童醫院/國家兒童健康與疾病臨床醫學研究中心，浙江杭州 310003；2.同濟大學浙江學院，浙江嘉興 314051

跌倒分為平面跌倒和墜床兩類[1]。墜床是住院患兒跌倒最主要的表現形式，81.6%跌倒是墜床[2]。陳秀萍等[3]調查顯示，因床欄未拉起或過低導致患兒墜床占91.5%；床欄損壞發生自動滑落導致患兒扶床欄玩耍時墜床占4.5%。由此可見，家長床欄拉起依從性不好以及床欄沒有頂格升起并高位鎖定是導致患兒墜床的最主要原因。臨床發現，很多患兒的監護人常忽視床欄對于預防患兒墜床的重要攔截作用，認為只要自己在床邊陪護，孩子不會發生墜床[4]。為更好地解決患兒墜床的問題，浙江大學醫學院附屬兒童醫院護理部與同濟大學浙江學院合作研發一款具有智能感知功能的兒童墜床預警防護系統(專利號：ZL 2019 2 1202645.8)，依靠技術手段來降低兒童墜床不良事件的發生。現報告如下。

1 設計與制作

1.1 設計思路

根據標準住院兒童床的特點及臨床存在墜床問題，結合3歲兒童平均體質量14.4 kg[5]、模擬測試實驗得出振動加速度閾值等，設計住院患兒智能感知墜床預警防護系統，可以用于標準住院兒童床上安裝。該系統包括控制器、壓力傳感器、振動傳感器、到位傳感器及遠程傳輸監控系統組成。控制器包含采集運算模塊、通信模塊、語音模塊、輸入及顯示模塊和電源模塊；壓力傳感器由多個壓敏元件構成；振動傳感器主要由具有±8 g量程的MEMS(微機電系統)加速度傳感器構成；到位傳感器包含以鐵磁性材質觸發的電感式非接觸式接近開關；遠程傳輸監控系統包括局域網、監視器、服務器及相應的監控軟件等。

1.2 制作安裝

將壓力傳感器、振動傳感器和到位傳感器集成為一體化傳感器條，安裝于標準住院兒童床護欄頂部的空心管橫杠內，采用絕緣材料做外部封閉，確保系統中任何部件除維修工程師外，患兒及未經維保工程師授權許可的人都無法觸碰到可以導致安全隱患的系統部件。控制器中多個模塊集成為控制器操作顯示面板，面板上包含開關按鍵、暫停監護按鍵、調節按鍵、童鎖按鍵，顯示部分為OLED(有機發光二極管)顯示器。開關按鍵控制整個系統的開啟和關閉，并且集成確認按鈕功能，長按3 s開機或關機；暫停監護按鍵可在童鎖解鎖狀態下，單擊啟動暫停監護功能，暫停監護期間不發出提示報警，方便家長短時間拉下護欄對患兒喂食、洗漱等活動，系統能正常記錄檢測各種狀態，在設定的時長結束后恢復正常監護功能；調節按鍵可在童鎖解鎖狀態下，進入到相應的菜單界面，調整系統運行參數，如暫停監護運行時長、系統運行模式等；童鎖按鍵是為了防止患兒好動、好奇，可能會觸摸按鍵導致設備意外關閉或本系統的正常運行終止，致警戒失效而做的安全設計。該面板安裝在床尾。傳感器條中各傳感器的電源和信號線均通過護欄內部空心管連接到控制器上。控制器中的采集運算模塊采集外部所有傳感器的信息并通過智能運算處理，處理的結果通過語音模塊、顯示模塊和通信模塊實現報警、顯示和遠程通信傳輸。系統整體結構框圖見圖1，系統安裝結構示意圖見圖2，智能感知預警系統結構框圖見圖3。委托某廠家按設計要求生產，住院患兒智能感知墜床預警防護系統實物圖見圖4。

圖1 系統整體結構框圖

圖2 系統安裝結構示意圖

圖3 智能感知預警裝置結構框圖

圖4 住院患兒智能感知墜床預警防護系統實物圖

2 使用方法

將患兒安置在安裝住院患兒智能感知墜床預警防護系統的兒童床上，并根據不同狀況進行防護系統運行。

2.1 拉起床欄設防操作

通過控制器操作顯示面板，按下開關鍵、童鎖鍵，系統即刻自動啟動警戒監控，并按照圖5的報警邏輯監測各部分傳感器狀態并運算。警戒監控過程中如到位傳感器檢測到護欄不在高位或未鎖定，控制器語音模塊會及時發出報警提醒：請拉好護欄！提醒患兒家長應即刻拉起床欄，如若在拉起床欄后仍有語音提醒床欄未拉起，則可能是床欄沒有高位鎖定或床欄鎖舌有損壞，操作者應再次檢查床欄，重復操作拉起床欄的動作直至聽到有“咔塔”聲響，說明鎖舌伸出，已安全鎖定，并不再有系統語音的提示，床欄的每一次未鎖定報警次數將被系統自動記錄。

圖5 報警邏輯示意圖

2.2 臨時撤防操作

當患兒需要放下護欄進行用藥、喂飯或更換尿布等操作時，操作者可按下控制器操作顯示面板上的暫停按鈕撤防，此時，系統會同時發出語音提示：暫停監護，請隨時注意床上安全！暫停時間可以事先按需設定，如設定30 min等，暫停期間可隨時重新啟動監控，或在撤防倒計時結束后，系統內部監測模塊會自動重新啟動監控。

2.3 床邊危險行為監控

在壓力傳感器檢測到施加在床欄上的壓力超過設定值(本次研究設定為4.5 kg，約為3歲兒童平均體質量14.4 kg的30%)，且同時出現相應的振動信號時(本次研究設定振動加速度閾值為±0.5 g，為前期模擬測試實驗得出數值)，方認定患兒有扶欄蹦跳或翻越護欄的危險動作，默認攀爬1次，控制器控制語音模塊發出報警提示：請遠離護欄，注意安全！

2.4 護士站監控

系統的任何異常狀態，均可通過通信模塊，經由局域網絡，傳輸到護士站服務器，服務器上運行專用的基于Windows操作系統的狀態監控軟件，并在監視器上顯示對應病床的狀態，如有報警，也將同步發出報警提示，使醫護人員發現異常，及時處理，消除安全隱患。

3 效果評價及結果

3.1 評價指標

統計患兒入院后第2～5天期間每天床欄未鎖定報警、患兒發生攀爬報警情況。出院時通過查看不良事件上報系統確定有無患兒發生墜床，并調查記錄家長使用體驗。

3.2 結果

選取醫院2020年7月至2021年2月入住骨科、康復科患兒30例。納入標準：3歲以下，住院時間預計>5 d，跌倒評分為高危的患兒，且照護者為患兒父母，父母文化程度為初中及以上，交流無障礙，知情同意。脫落標準：患兒提前出院，未完成研究。本組提前出院6例，最終納入研究患兒24例。患兒入院后第2～5天每天床欄未鎖定報警及患兒發生攀爬報警情況，見表1。使用安裝住院患兒智能感知墜床預警防護系統兒童床的患兒住院期間墜床發生率為0%。家長對使用該系統體驗反饋結果顯示，認為安裝該系統的兒童床對患兒安全防護有幫助的家長24人(100%)，實現智能感知提醒功能的家長24人(100%)，其中4位腦癱或孤獨癥患兒家長認為該床報警設置特別有意義，特別是目前疫情下只能由家長單陪的情況，啟用床邊危險行為監控報警設計，可讓家長臨時走開時更安心。本研究獲得浙江大學醫學院附屬兒童醫院倫理委員會審核批準(審批號：2019-IRBAL-127)。

表1 入院后第2～5天床欄未鎖定報警和發生攀爬報警次數分布(n=24)

4 體會

分析醫院過去3年住院患兒的墜床原因顯示，床欄沒有高位鎖定是墜床發生的主要原因，經調查墜床當時患兒活動狀態，如患兒站在床上玩耍導致墜床占51.98%[3]。因此，針對住院患兒墜床發生的主要原因，采用智能化技術手段和宣教、評估三位一體的全新預防患兒墜床的管理模式，以此來強化家長拉高床欄的依從性和減少患兒床上站立玩耍的危險行為。其中智能化技術手段中，設計住院患兒智能感知墜床預警防護系統，由多種原件組成，為非床的結構部分，未改變國家標準[6]的兒童病床整體安全結構，因此具有良好的兼容性和通用性，能在任何一張兒童病床上快速便捷的安裝和拆除，有利于推廣使用。最重要的是，該系統中壓力傳感器由多個壓敏元件構成，通過傳感器條沿床欄均勻布置，可檢測到床欄任意位置點的壓力；振動傳感器主要可獲取床欄甚至整個病床的振動信號，捕捉患兒是否扶欄蹦跳等高風險信號；到位傳感器則安裝在兩端鎖舌位置，檢測床欄是否高位鎖定，當出現異常信號時控制器可以實時捕獲并運算處理，同時發出語音提醒報警，有利于醫護人員及家長發現情況，并及時處理，從而杜絕了墜床發生，亦提高家長使用滿意度。