睡姿已經(jīng)被證明是評(píng)估睡眠質(zhì)量與預(yù)防褥瘡的關(guān)鍵 。通過睡姿調(diào)整可以有效地預(yù)防褥瘡，但目前大多數(shù)患者得不到有效護(hù)理，因此 ， 患者與護(hù)理人員都迫切需要一個(gè)可以自主監(jiān)測(cè)與識(shí)別睡姿的系統(tǒng) 。
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傳統(tǒng)的睡姿識(shí)別系統(tǒng)主要使用相機(jī)采集信息，如使用攝像機(jī)獲取人體的靜態(tài)睡姿與動(dòng)態(tài)視頻 ， 采用水平集方法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別睡姿 。但這種基于視覺的方式容易受到光線的影響且存在嚴(yán)重的隱私隱患 。也有基于生物電阻抗技術(shù)的睡姿識(shí)別方法，對(duì)4 種睡姿進(jìn)行了識(shí)別，準(zhǔn)確率可達(dá) 94 %，但傳感器必須固定在人體上，帶來極大的束縛感 。
近幾年，無束縛的睡姿識(shí)別成為了主要的應(yīng)用方向 。在睡姿識(shí)別領(lǐng)域中，以無束縛的方式實(shí)現(xiàn)高精度識(shí)別是目前面臨的主要挑戰(zhàn)，為了解決這個(gè)問題，基于陣列式柔性壓力傳感器設(shè)計(jì)的睡姿采集系統(tǒng)，可以采集了多種睡姿的靜態(tài)壓力圖像，由壓阻型柔性壓力傳感器組成的陣列具有明顯應(yīng)用電路簡單、低沉本等優(yōu)勢(shì) 。
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01柔性壓力傳感器
使用柔性電阻式壓力傳感器采集人體睡姿，其結(jié)構(gòu)原理如圖所示，該傳感器采用陣列式結(jié)構(gòu)，由柔性材料制成，用于感知物體表面作用力大小的柔性電子器件 。其通過貼附于各種不同物體的表面，來感受物體的壓力變化 。
柔性壓力傳感器除了具有剛性壓力傳感器的特點(diǎn)外，還具有良好的延展性、透明性、柔韌性，可自由彎曲折疊且方便穿戴或貼合物體表面，能夠快速、高效以及準(zhǔn)確地感應(yīng)到物體所受的壓力變化 ， 在醫(yī)療健康、機(jī)器人“皮膚”、智能運(yùn)動(dòng)、智能家居以及生物力學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景 。
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▲柔性壓力傳感器基本設(shè)計(jì)
02睡姿采集系統(tǒng)
基于柔性壓力傳感器的數(shù)據(jù)輸出，需要設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的可實(shí)時(shí)顯示并識(shí)別監(jiān)測(cè)睡姿的采集系統(tǒng) 。該系統(tǒng)由壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集卡以及上位機(jī)組成，由多只傳感器組成可以獲取完整的人體睡姿傳感采集區(qū)域，人員躺在床單上 ， 即可實(shí)現(xiàn)無束縛、無干擾的睡姿圖像采集 。
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▲睡眠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理及采集實(shí)例演示
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▲柔性壓力傳感器應(yīng)用于睡眠監(jiān)測(cè)
03睡姿識(shí)別效果
傳感器采集到數(shù)據(jù)傳輸給采集卡 ， 形成的睡姿圖像識(shí)別中，圖像的質(zhì)量決定了識(shí)別的準(zhǔn)確率 。利用靜態(tài)壓力圖像進(jìn)行睡眠姿勢(shì)分類時(shí)，圖像中噪聲引起的孤立點(diǎn)、肢體與軀干連接處的不確定性都是識(shí)別睡姿特征的技術(shù)難點(diǎn) 。因此，需要對(duì)睡姿灰度圖進(jìn)行預(yù)處理以提高識(shí)別準(zhǔn)確率 。因此需要更高效的算法處理來調(diào)整睡姿圖像中的小孔和彌合裂縫 ， 使人體的肢體連接更加緊密 ， 使人體四肢更加分明 。
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▲部分圖像睡姿及樣本演示圖
柔性壓力傳感器組成的陣列加上合適的算法識(shí)別系統(tǒng)，可以做到監(jiān)測(cè)與識(shí)別患者的睡姿的目的，這一基于柔性壓力傳感器陣列的睡姿采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無束縛人體睡姿的采集及識(shí)別 。
柔性壓力傳感器具有使用限制范圍小、靈敏度、精確度高等特點(diǎn) ， 因此均可適用于智能家紡產(chǎn)品尤其是智能床墊中 ， 如睡眠監(jiān)測(cè)、離床檢測(cè)、電熱毯感應(yīng)開關(guān)等 。柔性壓力傳感器結(jié)構(gòu)形式靈活多樣，可根據(jù)測(cè)量條件的要求任意布置，能夠非常方便地對(duì)特殊環(huán)境與特殊信號(hào)進(jìn)行精確快捷測(cè)量 ， 解決了傳感器的小型化、集成化、智能化發(fā)展問題 ， 新型柔性壓力傳感器在離床檢測(cè)、著床監(jiān)護(hù)中有著重要作用 。
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【關(guān)于柔性傳感器百度百科 柔性壓力傳感器原理】在生物醫(yī)療以及人機(jī)交互方面 ， 經(jīng)常需要采集大規(guī)模的陣列壓力信號(hào)，和單個(gè)傳感器相比，多個(gè)傳感器組成的陣列具有許多的優(yōu)勢(shì)，因此可以大規(guī)模制備的柔性傳感陣列具有很大的優(yōu)勢(shì) 。
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