Исследователи в области машиностроения из инженерной школы Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA Samueli School of Engineering) создали матрас, который помогает предотвращать пролежни за счёт чередования давления на тело и, в некоторых случаях, увеличения пикового давления (а не его снижения) для восстановления кровотока.
Обычно протоколы ухода за пациентами с риском пролежней предполагают регулярное переворачивание каждые два часа. Но это трудоёмко, дорого и небезопасно для самих ухаживающих. Чтобы решить эту проблему, исследователи UCLA разработали прототип матраса с переменным давлением, о чём они сообщили в журнале Science Robotics.
Пролежни (pressure ulcers) образуются из-за длительного давления на участок тела, которое перекрывает кровоток. Особенно страдают обездвиженные люди, вынужденные подолгу лежать в постели.
По данным Агентства по исследованиям в области здравоохранения и качества (AHRQ, Минздрав США), пролежни ежегодно становятся причиной более 60 000 смертей в США. В больницах и клиниках страны 2,5 млн пациентов получают лечение от пролежней, что обходится в $11 млрд в год — дороже обходится только лечение рака и сердечно-сосудистых заболеваний.
Наиболее часто пролежни возникают на коже в областях костных выступов — крестце, пятке, локте и колене.
«Мы стремились создать доступный, универсальный и практичный матрас, который будет гораздо эффективнее предотвращать пролежни», — сказал руководитель исследования Джонатан Хопкинс, профессор кафедры машиностроения и аэрокосмической инженерии UCLA.
От 1260 актуаторов к практичному прототипу
Ранее команда Хопкинса уже создала кровать с 1 260 линейными актуаторами, каждый из которых можно контролировать отдельно, чтобы изучать, как разные паттерны поверхности влияют на кровоток и давление. Эти данные легли в основу нового матраса с переменным давлением.
Конструкция использует решётку гибких механизмов, которая позволяет плавно переключаться между двумя шахматоподобными паттернами давления, при этом снижая энергозатраты и стоимость.
Чтобы протестировать матрас, исследователи установили его на обычную кроватную раму, добавив сверху сенсорный поролоновый слой и 220-фунтовый (≈100 кг) анатомический манекен. Датчики фиксировали распределение давления при переключении состояний: впадины разгружали участки тела, а «пики» наоборот — создавали давление.
Для надёжности данные ограничивались средним порогом закупорки кровотока (32 мм рт. ст.) — значением, выше которого кровь и лимфа не поступают в ткани.
Конструкция и принцип работы
В конструкцию встроено около 30 балансировочных пружин, благодаря которым переход между состояниями давления происходит плавно и мягко.
Учёные также разработали ПО, которое по росту и весу пациента рассчитывает оптимальное количество и расположение пружин, чтобы минимизировать усилие при переключении. Для автоматической смены состояний достаточно нескольких маломощных актуаторов. Также переход можно запустить вручную, практически без усилий.
«Представьте шахматную доску: чёрные клетки поднимаются, поддерживая пациента, а белые опускаются, снимая нагрузку. Через некоторое время — наоборот: чёрные опускаются, белые поднимаются. Так повторяется циклично, чтобы ни один участок тела не оставался пережатым слишком долго», — объяснил Хопкинс.
Кроме того, исследование показало: увеличение разницы давлений (в пределах комфорта) эффективнее восстанавливает кровоток. Поэтому задача команды заключалась не в снижении максимального давления, а в правильном чередовании его распределения по телу. В итоге точки контакта находятся под нагрузкой не более 50% времени.
Преимущества по сравнению с существующими решениями
Современные антипролежневые матрасы обычно используют надувные воздушные камеры, которые лишь регулируют общее давление с определённым интервалом. Система UCLA работает иначе:
- применяет сенсоры и гибкий механизм для локальной регулировки давления;
- учитывает индивидуальные параметры пользователя (рост, вес);
- улучшает вентиляцию под телом и снижает риск скопления жидкости.
Матрас легко чистится, а сенсорный слой из поролона можно заменить.
Что дальше?
Концепция уже запатентована UCLA Technology Development Group, поданы дополнительные заявки на механизмы. Сейчас прототип проходит испытания с добровольцами в профессиональной лаборатории, чтобы оценить эффективность в реальных условиях.
Перевод оригинального материала: Мир КБ