本發(fā)明涉及醫(yī)療監(jiān)測(cè)設(shè)備，特別是涉及一種用于眼科術(shù)后頭部姿勢(shì)監(jiān)測(cè)與振動(dòng)提醒的裝置、系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、在眼科醫(yī)療領(lǐng)域，視網(wǎng)膜脫離是一種常見的致盲性眼病，其治療通常涉及復(fù)雜的視網(wǎng)膜復(fù)位手術(shù)。手術(shù)中，醫(yī)生可能會(huì)在患者眼內(nèi)填充硅油或氣體以促進(jìn)視網(wǎng)膜的復(fù)位。由于硅油和氣體的密度低于水，它們會(huì)自然上浮，因此患者需要保持面向下的體位以確保填充物能夠有效地頂壓視網(wǎng)膜，促進(jìn)愈合。正確的術(shù)后體位對(duì)于手術(shù)的成功和患者視力的恢復(fù)至關(guān)重要。術(shù)后體位的管理是玻璃體切割手術(shù)成功的關(guān)鍵?；颊咝枰３痔囟ǖ捏w位，以確保眼內(nèi)填充物(硅油或氣體)能夠正確地頂壓視網(wǎng)膜及裂孔，促進(jìn)視網(wǎng)膜復(fù)位。在傳統(tǒng)的術(shù)后護(hù)理中，患者需在術(shù)后的最初幾小時(shí)內(nèi)，甚至幾天內(nèi)，嚴(yán)格保持特定的體位。然而，長(zhǎng)時(shí)間保持同一姿勢(shì)不僅容易導(dǎo)致不適，還可能引發(fā)焦慮，尤其是在夜間，患者往往因擔(dān)心姿勢(shì)不當(dāng)而難以入睡。這種睡眠不足會(huì)進(jìn)一步延長(zhǎng)康復(fù)時(shí)間，并可能增加并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。

2、目前市面上雖然已有一些產(chǎn)品專注于改善患者術(shù)后的體位支撐，例如視網(wǎng)膜術(shù)后專用護(hù)理俯臥枕和視網(wǎng)膜復(fù)位術(shù)后護(hù)理裝置，但這些產(chǎn)品主要集中于體位的物理支撐，缺乏對(duì)患者體位變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。在夜間使用時(shí)，患者仍需頻繁檢查，以確保姿勢(shì)正確。因此，臨床上亟須一種能夠持續(xù)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)頭部位置，并在患者偏離正確姿勢(shì)時(shí)提供即時(shí)反饋的解決方案。

3、同時(shí)由于每個(gè)患者的身體條件和術(shù)后恢復(fù)階段不同，固定的姿勢(shì)要求往往不適合所有患者。例如，有些患者需要更嚴(yán)格的姿勢(shì)控制，而另一些患者的恢復(fù)較好，可能不需要那么嚴(yán)格的限制。因此，現(xiàn)有產(chǎn)品缺乏靈活適應(yīng)個(gè)體需求的能力，導(dǎo)致患者在使用過程中體驗(yàn)差，甚至可能因?yàn)檫^于嚴(yán)格的姿勢(shì)要求而感到不適，影響康復(fù)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種用于眼科術(shù)后頭部姿勢(shì)監(jiān)測(cè)與振動(dòng)提醒裝置、系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)患者的體位變化，并及時(shí)提供反饋，在監(jiān)測(cè)到患者頭部角度不正確時(shí)發(fā)出振動(dòng)報(bào)警，提醒患者調(diào)整體位，從而促進(jìn)患者康復(fù)，解決現(xiàn)有技術(shù)中術(shù)后支撐裝置僅提供物理支持，缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能，無法根據(jù)患者個(gè)體需求靈活調(diào)整姿勢(shì)參數(shù)，且長(zhǎng)時(shí)間使用易導(dǎo)致患者不適、焦慮及睡眠不足，進(jìn)而延長(zhǎng)康復(fù)時(shí)間并增加并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)的問題。

2、一種用于眼科術(shù)后頭部姿勢(shì)監(jiān)測(cè)與振動(dòng)提醒裝置，包括：主控盒、上蓋、氟膠管、右耳機(jī)、左耳機(jī)和震動(dòng)馬達(dá)，主控盒前端開口設(shè)置，上蓋蓋合在所述主控盒的前端開口處，主控盒的左右兩端分別連通氟膠管的一側(cè)，右耳機(jī)和左耳機(jī)分別連接氟膠管的另一側(cè)，且右耳機(jī)和左耳機(jī)內(nèi)部均設(shè)置有震動(dòng)馬達(dá)，主控盒通過布置在氟膠管內(nèi)的線路與震動(dòng)馬達(dá)電連接。

3、進(jìn)一步的，所述右耳機(jī)、左耳機(jī)均為掛耳式結(jié)構(gòu)。

4、進(jìn)一步的，所述氟膠管外部套有鵝頸管。

5、一種用于眼科術(shù)后頭部姿勢(shì)監(jiān)測(cè)與振動(dòng)提醒的系統(tǒng)，基于上述的用于眼科術(shù)后頭部姿勢(shì)監(jiān)測(cè)與振動(dòng)提醒裝置，在主控盒中安裝有中央控制單元，中央控制單元包括mcu模塊、usb?type-c接口、imu模塊、電壓調(diào)節(jié)器、充電管理ic和鋰電池，其中，

6、usb?type-c接口與充電管理ic電連接，充電管理ic與鋰電池電連接，鋰電池與電壓調(diào)節(jié)器電連接，電壓調(diào)節(jié)器與mcu模塊、imu模塊電連接和震動(dòng)馬達(dá)電連接；

7、imu模塊與mcu模塊數(shù)據(jù)連接；

8、mcu模塊與震動(dòng)馬達(dá)信號(hào)連接。

9、進(jìn)一步的，中央控制單元還包括無線通信模塊，mcu模塊通過無線通信模塊與外部終端數(shù)據(jù)連接，

10、無線通信模塊，為wi-fi模塊、藍(lán)牙模塊或蜂窩通信模塊；

11、外部終端，為手機(jī)、電腦或平板電腦。

12、進(jìn)一步的，所述用于眼科術(shù)后頭部姿勢(shì)監(jiān)測(cè)與振動(dòng)提醒的系統(tǒng)還包括蜂鳴器，

13、電壓調(diào)節(jié)器與蜂鳴器電連接；

14、mcu模塊與蜂鳴器信號(hào)連接。

15、進(jìn)一步的，所述主控盒的外表面還安裝有按鍵模塊和指示燈，

16、按鍵模塊與mcu模塊信號(hào)連接，mcu模塊與指示燈電連接；

17、按鍵模塊包括：開關(guān)按鍵、無線通信模塊匹配按鍵、震動(dòng)強(qiáng)度調(diào)節(jié)按鍵和正確姿勢(shì)范圍選擇按鍵。

18、進(jìn)一步的，mcu模塊，用于接收并處理imu模塊采集的加速度和角速度數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述加速度和角速度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)判斷患者當(dāng)前的頭部姿態(tài)，當(dāng)患者頭部姿態(tài)超出預(yù)設(shè)的正確頭部姿態(tài)范圍時(shí)，mcu模塊向震動(dòng)馬達(dá)發(fā)出信號(hào)指令使其震動(dòng)，向蜂鳴器發(fā)出信號(hào)指令使其產(chǎn)生蜂鳴；

19、mcu模塊，還用于當(dāng)mcu模塊通過充電管理ic檢測(cè)到鋰電池電量低時(shí)，mcu模塊向指示燈發(fā)出信號(hào)指令使其閃爍，當(dāng)mcu模塊通過充電管理ic檢測(cè)到鋰電池正在充電時(shí)，mcu模塊令指示燈閃爍；當(dāng)mcu模塊通過充電管理ic檢測(cè)到鋰電池正在充電且電量已滿時(shí)，mcu模塊令指示燈長(zhǎng)亮；

20、mcu模塊，還用于接收按鍵模塊指令，進(jìn)行開機(jī)、開啟無線通信模塊的匹配模式、調(diào)整震動(dòng)強(qiáng)度及調(diào)整正確姿勢(shì)范圍；

21、usb?type-c接口，用于外接電源，為鋰電池充電；

22、imu模塊，用于采集患者頭部的加速度和角速度數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)傳輸至mcu模塊；

23、電壓調(diào)節(jié)器，用于將鋰電池輸出的電壓轉(zhuǎn)換為3.3v，從而為mcu模塊、imu模塊、震動(dòng)馬達(dá)和蜂鳴器供電；

24、充電管理ic，用于將由usb?type-c接口輸入的5v電壓轉(zhuǎn)換為鋰電池標(biāo)準(zhǔn)充電電壓4.2v，防止過壓充電；根據(jù)鋰電池容量動(dòng)態(tài)調(diào)整充電電流，避免因高電流導(dǎo)致的溫升失控；還用于當(dāng)usb?type-c接口接入外部電源且中央控制單元在開機(jī)狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)切換至外部供電模式，優(yōu)先使用外部電源為系統(tǒng)供電，同時(shí)向鋰電池充電；

25、鋰電池，用于為本系統(tǒng)中的負(fù)載供電。

26、進(jìn)一步的，所述中央控制單元，還包括跳線帽，所述跳線帽連接至imu模塊的地址引腳ad0和mcu的gpio輸入引腳，用于硬件配置imu的i2c通信地址或設(shè)置系統(tǒng)低功耗模式；

27、當(dāng)跳線帽短接時(shí)，imu地址設(shè)為第一預(yù)設(shè)值(0x68)，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式；

28、當(dāng)跳線帽斷開時(shí)，imu地址設(shè)為第二預(yù)設(shè)值(0x69)，系統(tǒng)恢復(fù)全功能運(yùn)行模式。

29、一種用于眼科術(shù)后頭部姿勢(shì)監(jiān)測(cè)與振動(dòng)提醒的系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，基于上述的用于眼科術(shù)后頭部姿勢(shì)監(jiān)測(cè)與振動(dòng)提醒的系統(tǒng)，所述監(jiān)測(cè)方法包括以下步驟：

30、s1、點(diǎn)擊按鍵模塊的開關(guān)按鍵，中央控制單元啟動(dòng)并進(jìn)行系統(tǒng)初始化；

31、s2、初始化完成后，通過按鍵模塊啟動(dòng)無線通信模塊，與外部終端進(jìn)行匹配連接；

32、s3、患者佩戴裝置，調(diào)節(jié)震動(dòng)強(qiáng)度和選擇正確姿勢(shì)范圍，mcu模塊持續(xù)從imu模塊獲取患者頭部的加速度和角速度數(shù)據(jù)；

33、s4、mcu模塊使用卡爾曼濾波器融合算法，對(duì)所述患者頭部的加速度和角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

34、s5、mcu模塊使用卡爾曼濾波器融合算法，實(shí)時(shí)估計(jì)頭部的姿態(tài)，假設(shè)狀態(tài)向量xk包括頭部的姿態(tài)角，姿態(tài)角包括俯仰角、偏航角和滾轉(zhuǎn)角，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣fk描述姿態(tài)隨時(shí)間的變化，控制輸入矩陣bk和控制向量uk用于考慮外部因素，過程噪聲wk描述姿態(tài)變化的不確定性，測(cè)量矩陣hk將狀態(tài)向量映射到測(cè)量空間，測(cè)量噪聲vk描述傳感器誤差，

35、狀態(tài)預(yù)測(cè)方程為：

36、xk|k-1＝fkxk-1|k-1+bkuk+wk

37、測(cè)量方程為：

38、zk＝hkxk+vk

39、卡爾曼增益計(jì)算為：

40、

41、狀態(tài)更新方程為：

42、xk|k＝xk|k-1+kk(zk-hkxk|k-1)

43、其中，pk|k-1是預(yù)測(cè)誤差協(xié)方差矩陣，rk是測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣，

44、通過上述公式，卡爾曼濾波器在每個(gè)時(shí)間步k預(yù)測(cè)和更新患者頭部姿態(tài)；

45、s6、當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前患者頭部姿態(tài)超出預(yù)設(shè)的正確姿勢(shì)范圍時(shí)，mcu模塊控制震動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行震動(dòng)，同時(shí)控制蜂鳴器進(jìn)行蜂鳴；

46、s7、監(jiān)測(cè)結(jié)束后，mcu模塊將監(jiān)測(cè)過程生成日志，發(fā)送至外部終端中進(jìn)行查看及儲(chǔ)存。

47、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的一種用于眼科術(shù)后頭部姿勢(shì)監(jiān)測(cè)與振動(dòng)提醒裝置、系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法，通過集成高精度慣性測(cè)量單元(imu)與卡爾曼濾波算法，實(shí)現(xiàn)患者術(shù)后頭部姿態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠在檢測(cè)到姿勢(shì)偏離時(shí)通過振動(dòng)提醒患者及時(shí)調(diào)整，提高術(shù)后恢復(fù)的依從性。設(shè)備通過可調(diào)節(jié)的頭帶設(shè)計(jì)、輕量化材質(zhì)(如醫(yī)療級(jí)硅膠)及低功耗電路設(shè)計(jì)，兼顧佩戴舒適性與長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航能力。系統(tǒng)支持用戶自定義設(shè)置振動(dòng)強(qiáng)度和姿勢(shì)偏斜閾值，滿足個(gè)體化需求。與現(xiàn)有技術(shù)相比，解決了傳統(tǒng)方案缺乏實(shí)時(shí)反饋、靈活性不足的缺點(diǎn)，通過硬件級(jí)安全保護(hù)(如充放電管理、硬件跳線配置)與軟件優(yōu)化，確保患者在術(shù)后康復(fù)期間能夠精確維持必要體位，降低并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)恢復(fù)效果。