УСПОКАИВАЮЩЕЕ/УСЫПЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЛАДЕНЦЕВ И МЕТОД ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
CALMING/SOOTHING DEVICE FOR BABIES AND METHOD OF USE

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Постоянный плач и нестабильный младенческий сон являются многолетними и вездесущими причинами родительских проблем. В течение первых месяцев жизни дети шумят/плачут в среднем около 2 часов в день и просыпаются около 2-3 раз за ночь. Один из шести младенцев посещает медицинских работников для оценки проблем со сном/плачем.
Плач младенца и выматывание родителей часто очень деморализует и приводит к супружеским конфликтам, гневу в отношении ребенка и нарушению производительности труда. Кроме того, они являются первичными механизмами запуска для целой серии серьезных/фатальных осложнений здоровья, включая послеродовую депрессию (которая влияет на около 15% всех матерей и около 25-50% их партнеров), отказ от грудного вскармливания, жестокое обращение с детьми и отсутствие заботы, самоубийство, синдром внезапной смерти младенца/удушение, материнское ожирение, курение, чрезмерное посещение докторов, избыточность лечения младенцев с помощью лекарств, автомобильные аварии, неблагополучные связи и, возможно, детскую тучность.
В традиционных методах воспитания использовали пеленание, ритмичное движение и определенные звуки, чтобы успокоить шумящих младенцев и помочь им заснуть (за счет снижения латентного периода сна и повышения эффективности сна). "Латентный период сна" определяется как промежуток времени между сном и засыпанием. "Эффективность сна" определяется как отношение времени, проведенного во сне (общее время сна), к количеству времени, проведенного в постели.
Пеленание, ритмичное движение и определенные звуки имитируют элементы сенсорной среды при нахождения младенца в утробе матери и активируют набор стволовых рефлексов, успокаивающий рефлекс. Пеленание представляет собой метод плотного обертывания, когда руки находятся по бокам ребенка. Это имитирует плотное положение младенцев в утробе матери.
Пеленание также сводит на нет вздрагивания и размахивания руками, которые часто прерывают сон и становятся началом/усугубляют плач.
Ритмичное движение повторяет движение плода, когда мать гуляет. Движение стимулирует вестибулярный аппарат в полукружных каналах внутреннего уха. Определенный урчащий низкочастотный шум имитирует звук, созданный турбулентностью потока крови, протекающего через матку и пупочную артерию. В утробе матери уровень звука, который слышат младенцы, составляет 72-92 дБ. Каждый ребенок обладает специфическим и отличительным уникальным сочетанием движения и звука, которое наиболее эффективно активирует его или ее успокаивающий рефлекс. Это предпочтительное сочетание остается последовательным в течение первых месяцев жизни (то есть дети, которые лучше всего реагируют на пеленание плюс движение, потом продолжают реагировать на такие условия с течением времени и не переключают резко свое предпочтение на пеленание плюс звук).
Успокаивающий рефлекс имеет несколько постоянных характеристик. Он вызывается стереотипной сенсорной информацией; производит стереотипные поведенческие результаты; демонстрирует пороговое явление (т.е. слишком мягких стимулов может быть недостаточно для активации реакции); имеет порог, который варьируется у разных детей (т.е. может быть выше или ниже для любого ребенка); порог варьируется в зависимости от состояния (например, шум и плач повышают уровень стимуляции, необходимой для превышения порога и возникновения рефлекторной активации).
Поскольку номинальный уровень стимула, необходимого для достижения порога срабатывания успокаивающего рефлекса, отличается у разных детей, неспособность превысить пороговый уровень конкретного ребенка часто приводит к полному отсутствию успокаивающей реакции. Например, медленное плавное движение может успокоить одного расстроенного ребенка, но может быть слишком вялым для успокоения другого. Точно так же в меру громкий звук может достигнуть успокаивающего порога для одного ребенка, но не для другого. Приведенный в действие стереотипный выход успокаивающего рефлекса является снижением мощности движения и состояния. Интенсивность звука и движения, необходимая, чтобы вызвать успокаивающий рефлекс любого конкретного ребенка, гораздо выше, чем уровни, необходимые для поддержания активного состояния успокаивающего рефлекса. «Состояние» описывает уровень внимания младенца и взаимодействие с окружающей средой. Младенцы испытывают шесть состояний: спокойный сон, активный сон, сонливость, тихая тревога, суета и плач.
Тем не менее, несмотря на удобство и доступность пеленания, ритмичных движений и звука, эти методы не в состоянии успокоить и помочь заснуть значительному количеству младенцев, потому что они не применяются правильным образом. Для успокоения плачущего младенца и помощи в засыпании родители часто приносят ребенка в собственную постель. Тем не менее это проблематично, потому что было доказано, что сон вместе с одним из родителей повышает риск возникновения у младенца синдрома внезапной детской смерти (СВДС) и случайного удушья (что повышается на 14% в год в течение примерно двадцати лет). Опасность совместного сна также повышается, если родитель чрезвычайно устал. Как и опьянение, измождение снижает реакцию и отзывчивость взрослых людей. Более 50% новых родителей сообщают о том, что они спят менее 6 часов в сутки, уровень, продемонстрированный взрослыми людьми, имитирует уровень снижения внимания, сравнимый с опьянением. По этой причине сон с уставшим родителем еще больше увеличивает риск СВДС, связанный с совместным сном, и еще больше увеличивает риск удушения (например, если родители во сне случайно придавят телом голову младенца).
Другие модели поведения, которые уставшие родители используют для успокоения плачущего ребенка и помощи в засыпании, также непосредственно повышают риск СВДС и удушья (например, засыпание с ребенком на диване, положив ребенка на живот для сна). Медицинские представители рекомендуют родителям избегать совместного сна и укладывать спящих младенцев в кроватки. Тем не менее кроватки также являются проблемой. Младенцы, спящие на спине в кроватках, имеют более высокий риск развития плагиоцефалии (уплощение черепа), что может привести к дорогому и некомфортному медицинскому лечению и может привести к постоянной деформации. Кроме того, ровная, спокойная, неподвижная поверхность кроватки не обладает пеленанием, ритмичным движением и звуком, которые помогают прекратить плач, уменьшают латентный период сна и повышают эффективность сна.
В попытке улучшить младенческий сон в кроватках родители стали использовать несколько методов (сон на животе, пеленание, покачивающие движения, звук), однако каждый из этих способов проблематичен. Например, лежачее положение связано с 3-4 кратным увеличением риска СВДС. Младенцы после пеленания могут повернуться в положение на живот (лежа на животе), что связано с 8-19 кратным увеличением риска СВДС. Системы обеспечения покачивающих движений (например, качели, колыбели и гамаки) представляют собой проблемы. При раскачивании в сидячем положении голова ребенка может наклониться вперед и это станет причиной обструкции дыхательных путей. Колыбели и гамаки нуждаются в присутствии родителей в качестве источника энергии движения, поэтому покачивания могут осуществляться только в течение ограниченного периода сна. Звуковые устройства (например, вентиляторы, воздушные фильтры, фены, звуковые машины и диски со звуками белого шума) могут быть громоздкими и дорогими, а громкость, качество или профиль частоты звука, который они производят, могут быть чрезмерными или слишком отличающимися от внутриутробного звука, чтобы быть эффективными.
За последние двадцать лет были предприняты попытки спроектировать технологические методы для создания успокаивающих/усыпляющих устройств для младенцев для более удобного обеспечения звука и движения. Одно из таких устройств, моторизованная колыбель, была разработана, чтобы покачивать спящих младенцев по дуге вдоль оси голова - ноги. Этот продукт привел к тому, что колыбель останавливалась под углом, в частично качающейся позиции, результатом чего стали несколько младенческих смертей. Другое устройство, предназначенное для имитации автомобильного путешествия со скоростью примерно 55 миль в час, состоит из 2 частей: вибрационный двигатель, который фиксируется в нижней части кроватки, и громкоговоритель, который фиксируется на боковой стенке. Еще один прибор имеет моторизованную кроватку, которая движется вперед и назад (около 10 см в каждом направлении вдоль оси голова-ноги, каждое покачивание длится в течение около 1,8 секунд). Датчик активирует двигатель устройства в течение ограниченного периода времени, когда он распознает плач младенца. Другие устройства представляли собой звуковые устройства или коврики, которые вибрируют в течение коротких периодов времени и помещаются под ребенка, чтобы помочь ему заснуть.
Эти и другие существующие успокаивающие/усыпляющие устройства для младенцев обеспечивают фиксированные и неизменные движения и звуки. Это является проблемой, потому что каждый ребенок имеет различные сочетания звука и движений, которые наиболее эффективно успокаивают ребенка и способствуют крепкому сну. Например, некоторые дети лучше всего реагируют на пеленание плюс движение, другие - на пеленание плюс звук. Еще одна проблема с фиксированными движениями и звуками успокаивающих/усыпляющих устройств для младенцев заключается в том, что каждый ребенок имеет уникальный уровень движения и звука, который наиболее эффективно приводит к успокоению и засыпанию. Например, медленное раскачивание может сократить латентный период сна для одного ребенка, но может быть слишком мягким для другого младенца. Тихого звука может быть достаточно, чтобы повысить эффективность сна для одного ребенка, но не для другого. Кроме того, интенсивность звука и движения, которая необходима для ребенка, чтобы вызвать успокаивающий рефлекс, гораздо выше, чем уровень, необходимый для поддержания активации успокаивающего рефлекса.
Еще одна проблема с фиксированными движениями и звуками успокаивающих/усыпляющих устройств для младенцев заключается в том, что интенсивность стимулов, необходимых для активации успокаивающего рефлекса, успокоения и засыпания, существенно изменяется в соответствии с изменением состояния ребенка. Например, большинству суетливых младенцев необходимы более энергичные, активные движения (с быстрым ускорением - замедлением) и более энергичные звуки (сравнимые по громкости с пылесосом - от 75 до 80 дБ). С другой стороны, спокойные, сонные дети нуждаются в менее активных действиях. Кроме того, современные успокаивающие/усыпляющие устройства для младенцев не функционируют всю ночь напролет; не обеспечивают оптимальный звук и движение для запуска успокаивающего рефлекса; не увеличивают и не уменьшают их сенсорную информацию поэтапным образом для изменения интенсивности сенсорных входных данных, чтобы предоставить ребенку наиболее эффективный уровень стимуляции; не имеют возможности уменьшить сенсорную информацию в течение некоторого времени, чтобы отучить ребенка от стимулов при взрослении.
Таким образом, существует потребность в успокаивающей/усыпляющей системе для младенцев, которая преодолевает или сводит к минимуму вышеуказанные проблемы.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение в целом относится к способу успокоения и усыпления младенца.
В одном варианте осуществления изобретение представляет собой успокаивающее/усыпляющее устройство, которое включает в себя основную подвижную платформу, совершающую возвратно-поступательные движения. Привод инициирует возвратно-поступательное движение основной подвижной платформы, а подвижная платформа изголовья, присоединенная к основной подвижной платформе, совершает возвратно-поступательное движение в ответ на возвратно-поступательное движение основной подвижной платформы. В предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, одно из чувствительных к движению устройств и устройств обнаружения звука соответственно находятся на или вблизи подвижной платформы изголовья. Логическая схема присоединяет, по крайней мере, одно из устройств обнаружения движения и чувствительных к звуку устройств к основной подвижной платформе, в результате чего сигналы, обнаруженные, по крайней мере, одним из устройств обнаружения движения и устройств обнаружения звука, заставляют логическую схему модулировать движение основной подвижной платформы.
В другом варианте осуществления успокаивающее/усыпляющее устройство для младенцев включает в себя жесткое основание и соединение или подшипник основного движения, начинающийся на основании. Основная подвижная платформа устанавливается на соединении или подшипнике основного движения, в результате чего основная подвижная платформа может перемещаться на соединении или подшипнике основного движения относительно основания. Система привода, которая управляет движением основной подвижной платформы относительно соединения или подшипника основного движения относительно жесткого основания, содержит привод, установленный на жестком основании.
В другом варианте осуществления изобретение представляет собой способ успокоения суетливого младенца или помощь в усыплении младенца, включающий стадию перемещения младенца возвратно-поступательным образом относительно оси, пересекающей младенца под углом 90° к основной плоскости поверхности, поддерживающей младенца.
В другом варианте осуществления изобретение представляет собой адаптивный метод успокоения и усыпления, включающий в себя этапы перемещения младенца возвратно-поступательным образом относительно оси, которая пересекает младенца и является ортогональной к основной плоскости поверхности, поддерживающей младенца, по крайней мере, один из звуков, генерируемых устройством генерирования звука, и возвратно-поступательное движение модулируется обновленным и адаптивным образом с помощью привода, контролируемого логической схемой, в ответ на, по меньшей мере, один из звуков младенца и движение платформы.
Настоящее изобретение имеет много преимуществ. Например, система и метод изобретения предусматривает модуляции возвратно-поступательного движения младенца обновленным и адаптивным образом. Быстро ускоряющееся и замедляющееся поступательное движение устройства, которое индуцирует ускорение и замедление головы младенца на коротком расстоянии безопасным и специально контролируемым образом, вызывает естественный успокаивающий рефлекс младенца. Специально разработанные движения и звук устройства вместе с его системой адаптивного управления уменьшают раздражительность во время часов бодрствования и улучшают младенческий сон (в частности, снижают раздражительность в периоды сна, уменьшают латентный период сна и повышают эффективность сна) для детей в возрасте до двенадцати месяцев.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Рис. 1 показан вид в перспективе одного из вариантов успокаивающего/усыпляющего устройства для младенцев настоящего изобретения с изображением младенца, спящего внутри устройства.
Рис. 2 представляет собой вид в перспективе успокаивающего/усыпляющего устройства для младенцев с Рис. 1 с крепежными ремнями для пеленания и без корпуса.
Рис. 3 представляет собой вид в перспективе успокаивающего/усыпляющего устройства для младенцев с Рис. 2, демонстрируя аппарат под основной подвижной платформой пунктирными линиями.
Рис. 4 представляет собой общий вид устройства, поддерживающего основную подвижную платформу успокаивающего/усыпляющего устройства для младенцев с Рис. 3 с жестким основанием и основной подвижной платформой, показанной в общих чертах.
Рис. 5 представляет собой вид сбоку успокаивающего/усыпляющего устройства для младенцев, показанного на Рис. 4, выполненного по линии 5-5.
Рис. 6 представляет собой вид сбоку успокаивающего/усыпляющего устройства для младенцев, показанного на Рис. 4.
Рис. 7 представляет собой вид в перспективе еще одного варианта осуществления успокаивающего/усыпляющего устройства в соответствии с изобретением, показывающее компоненты устройства под основной подвижной платформой пунктирными линиями.
Рис. 8 представляет собой общий вид устройства, поддерживающего основную подвижную платформу успокаивающего/усыпляющего устройства для младенцев с Рис. 7 с жестким основанием и основной подвижной платформой, показанной в общих чертах.
Рис. 9 представляет вид сбоку варианта устройства, показанного на Рис. 7.
Рис. 10 представляет собой схематическое изображение одного из вариантов системы управления программным обеспечением изобретения вместе с входами и выходами системы управления программным обеспечением.
Рис. 11 представляет собой схематическое изображение одного из вариантов осуществления модуля распознавания плача изобретения.
Рис. 12 представляет собой схематическое изображение одного из вариантов осуществления модуля анализа движения изобретения.
Рис. 13 представляет собой схематическое изображение одного из вариантов осуществления автоматического модуля поведенческого состояния изобретения.
Рис. 14 представляет собой схематическое изображение одного из вариантов модуля генерирования звука изобретения.
Рис. 15 представляет собой схематическое изображение модуля генерирования движения изобретения.
Рис. 16 представляет собой схематическое изображение модуля генерирования движения изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном варианте осуществления изобретения, показанном на Рис. 1-6, успокаивающее/усыпляющее устройство для младенцев 10 включает корпус 12 вокруг младенца 14. Корпус 12 окружает основную подвижную платформу 16. Как можно видеть на Рис. 2, основная подвижная платформа 16 включает основание 18, подвижную платформу изголовья 19, обивку 20 и тканевое покрытие 22. Крепежные ремни для пеленания 24 начинаются от основной подвижной платформы 16 для крепления младенца 14 в подходящей пеленке 26. Вставка в подушку для головы 28 поддерживает головку младенца 14. Предпочтительно, вставка в подушку для головы 28 включает в себя гель для того, чтобы уменьшить риск развития плагиоцефалии. Ручки 30 проходят в поперечном направлении от основной подвижной платформы 16. Основная подвижная платформа 16 поддерживается и может вращаться вокруг главной опорной оси (не показано), которая закреплена на жестком основании 32. Панель управления 34, которая включает в себя ручки управления скоростью 35, индикаторы состояния 37 и контролеры 39 для микрофона 38. Жесткое основание контролирует электронику 36, включая электронику привода успокаивающего/усыпляющего устройства для младенцев 10.
В другом представлении успокаивающего/усыпляющего устройства для младенцев 10 с Рис. 2, показанного на Рис. 3, основная подвижная платформа 16 поддерживается основной опорной осью 40 на основном подшипнике вращения 42. Подвижная платформа изголовья 19 поддерживает вставку подушки для головы 28 и может вращаться вокруг подшипника поворота головы 46 при помощи рычага вращения 48, проходящего между подшипником вращения головы 46 и подвижной платформы изголовья 19. Устройство распознавания движения 50, такое как акселерометр, при перемещении подвижной платформы изголовья 44 определяет движение подвижной платформы изголовья 19. Микрофоны 38 на подвижной платформе изголовья 19 определяют звук, издаваемый младенцем (не показан), поддерживаемого усыпляющим устройством для младенцев 10. Динамики 52, поддерживаемые консолями 54, установленными на жестком основании 18, расположены непосредственно под подвижной платформой изголовья 19. Пружины 56, присоединяющие обе стороны подвижной платформы изголовья 19 к основной подвижной платформе 16, ослабляют движение подвижной платформы изголовья 19 по отношению к основной подвижной платформе 16 во время возвратно-поступательного движения подвижной платформы изголовья 19, вызванного возвратно-поступательным движением основной подвижной платформы 16.
Возвратно-поступательное движение основной подвижной платформы 16 вокруг основного опорного вала 36 происходит вокруг оси, расположенной ортогонально к основной плоскости основной подвижной платформы 16. Возвратно-поступательное движение основной подвижной платформы 16 приводится в действие приводом 58.
В некоторых вариантах осуществления тело и голова младенца могут быть вне фазы. Например, при относительно медленной скорости движение головы младенца может осуществляться в том же направлении, что и движение верхней части тела младенца. При относительно высоких скоростях возвратно-поступательное движение головы младенца может осуществляться в обратном направлении относительно движения верхней части тела младенца. В другом варианте осуществления настоящего изобретения (не показан на рисунке) возвратно-поступательное движение головы младенца может осуществляться в некотором другом направлении, например ортогонально по отношению к плоскости главной опорной платформы.
Механизм привода 58 включает в себя приводной двигатель 60, установленный на жестком основании 32, и механизм передач 62, присоединенный к приводному двигателю 60 и также установленный на жестком основании 32. Приведение в действие приводного двигателя 60 заставляет поворотный механизм 62 приводить в движение диск эксцентриковой передачи 64 вокруг оси, перпендикулярной основной плоскости жесткого основания 32. Диск эксцентриковой передачи 64 связан с диском поворотного рычага 66 механизма привода 58, который протягивается от диска эксцентриковой передачи 64 до наконечника 68 винта 70 и шарнирно прикрепляется к наконечнику 68 винта 70. Винт 70 крепится к механизму амплитудной модуляции 72. Механизм амплитудной модуляции 72 включает в себя двигатель амплитудной модуляции 74, гайку 76, установленную на гаечной раме 78, которая поворачивается на подшипнике вращения 80, установленном на жестком основании 32. Ось вращения гаечной рамы 78 на подшипнике вращения 80 находится, как и диск эксцентрикового привода 64, в нормальном положении к главной плоскости жесткого основания 32. Приведение в движение механизма амплитудной модуляции 72 вызывает перемещение винта 70 вдоль его главной продольной оси, чтобы таким образом наконечник 68 встал более или менее близко к механизму амплитудной модуляции 72. Рычаг 82 проходит от конца винта 70, противоположного наконечнику 68, к эластичному кронштейну привода 84, который установлен на основании 18 основной подвижной платформы 16. Рычаг 82 проходит через отверстие, определенное эластичным кронштейном привода 84, и связан с основной подвижной платформой 16 с помощью пружин 86, 88, удерживаемых на месте с каждой стороны упругого кронштейна привода 84 гайками 90, 92 соответственно.
Приведение в действие приводного двигателя механизма привода 60 вызывает вращение диска эксцентрикового привода 64 вокруг оси, находящейся под прямым углом к главной плоскости жесткого основания 32, которое, в свою очередь, вызывает возвратно-поступательное перемещение диска поворотного рычага 66 примерно вдоль основной продольной оси диска поворотного рычага 66. Такое возвратно-поступательное движение диска поворотного рычага 66 заставляет наконечник 68 перемещать основную продольную ось винта 70 возвратно-поступательным образом из стороны в сторону, что вызывает возвратно-поступательное вращение гаечной рамы 80 вокруг оси, перпендикулярно расположенной относительно главной плоскости жесткого основания 18, и движение из стороны в сторону противоположного конца винта 70, противоположного движению наконечника 68 винта 70. Такие движения из стороны в сторону противоположного конца винта 70 вызывают возвратно-поступательное продольное перемещение рычага 82, проходящего через отверстие, ограниченное эластичным кронштейном привода 84. Стойкость к таким возвратно-поступательным движениям рычага 82 вызывает переменное возвратно-поступательное сжатие и расслабление пружин 86, 88, что тем самым вызывает поступательное движение основной подвижной платформы 16 вокруг главного опорного вала 40, соединяющего основную подвижную платформу 16 с жестким основанием 32.
Амплитуда возвратно-поступательного движения основной подвижной платформы 16 вокруг основного опорного вала 40 управляется местоположением винта 70 по отношению к механизму амплитудной модуляции 72. Например, если приведение в действие механизма амплитудной модуляции 70 приводит к тому, что наконечник 68 приближается к механизму амплитудной модуляции 70, то движение из стороны в сторону противоположного конца винта 70 станет больше, тем самым вызывая усиление и увеличение возвратно-поступательного движения основной подвижной платформы 16 вокруг главного опорного вала 40. С другой стороны, приведение в действие механизма амплитудной модуляции 72, чтобы наконечник 68 винта 70 стал удаленнее от механизма амплитудной модуляции 72, уменьшит движение из стороны в сторону противоположного конца винта 70, тем самым уменьшая амплитуду возвратно-поступательного движения основной подвижной платформы 16 относительно главного опорного вала 40.
Возвратно-поступательное движение основной подвижной платформы 16 вызывает задержанное возвратно-поступательное движение подвижной платформы изголовья 44 относительно подшипника вращения головы 46. Возвратно-поступательное движение подвижной платформы изголовья 44, хотя и задерживается, однако, имеет большую амплитуду относительно главной опорной оси 40 вследствие вращения подвижной платформы изголовья 44 относительно подшипника вращения головы 46. Тем не менее амплитуда возвратно-поступательного движения подвижной платформы изголовья 44 относительно подшипника вращения головы 46 гасится с помощью пружин 56. Однако возвратно-поступательное движение основной подвижной платформы 16 и подвижной платформы изголовья 44 относительно основного опорного вала 40 измеряется устройством обнаружения движения 50 на подвижной платформе изголовья 44. Измерения устройства обнаружения движения 50 передаются обратно к панели управления 34 и электронным устройствам управления жесткого основания 36, которые индивидуально или опционально в сочетании с внешним программированием компьютерного программного обеспечения модулируют приводной двигатель механизма привода 60 и двигатель амплитудной модуляции 74. Обнаружение движения устройством обнаружения движения 50 может также, при необходимости, модулировать компьютерное программирование в целях влияния на выбор и громкость звуков, издаваемых динамиками 52. Микрофоны 38 дополнительно или опционально получают акустические сигналы, которые могут быть переданы обратно через электронные устройства управления жесткого основания 36 и/или панель управления 34 к программному обеспечению на месте или удаленно от успокаивающего/усыпляющего устройства для младенцев 10, что в дальнейшем модулирует приводной двигатель механизма привода 60, двигатель амплитудной модуляции 74 и/или звуки, издаваемые динамиками 52. Алгоритмы, связанные с модуляцией приводного двигателя механизма привода 60, двигателем амплитудной модуляции 74 и динамиками 52, будут более подробно описаны ниже.
В одном варианте устройство обеспечивает возвратно-поступательное движение в 0,5-1,5 ц/с отклонением ~ 2ʺ, но если ребенок суетливый, устройство реагирует с использованием меньшего отклонения (например, <1ʺ) в более быстром темпе (~ 2-4.5 ц/с). Это быстрое и небольшое движение обеспечивает определенную степень силы ускорения - замедления для полукружных каналов в вестибулярном аппарате внутреннего уха, которая требуется для активации успокаивающего рефлекса.
Кроме того, возвратно-поступательное движение обычно имеет максимальную амплитуду длиной менее чем один дюйм в течение быстрой фазы движения (~ 2-4.5 ц/с), далее обеспечивая безопасность ребенка.
В другом варианте, показанном на Рис. 7-9, успокаивающее/усыпляющее устройство 100 включает в себя механизм привода 102, который заменяет механизм привода 58 варианта, показанного на Рис. 2-6. Конкретно, как показано на Рис. 7-9, приводной двигатель 104 успокаивающего/усыпляющего устройства 100 присоединен к подшипнику 106, который, в свою очередь, приводит к диску эксцентрикового привода 108. Диск эксцентрикового привода 108 подключен к тяге управления 110, которая проходит через открытие, ограниченное упругим кронштейном привода 112. Пружины 114 вокруг тяги управления 110 присоединяют тягу управления 110 к основной подвижной платформе 16 через упругий кронштейн привода 112. Пружины 114 представляют серийные упругие нажимные пружины привода; они передают усилие от механизма привода 102 до кронштейна 112. Шиберы 115 под тягой управления 110 ослабляют движение подвижной платформы 16. Пружины 117 являются выдвижными балансировочными пружинами; они подтягивают кронштейн 112 параллельно с шиберами 115 для создания желаемого гладкого синусоидального движения подвижной платформы 16 на низких частотах и быстрое ускоряющееся движение на высоких частотах.
Приведение в действие приводного двигателя 104 вызывает возвратно-поступательное продольное перемещение тяги управления 110 через отверстие, ограниченное упругим кронштейном привода 112, и превращает это возвратно-поступательное движение в возвратно-поступательное движение основной подвижной платформы 16 относительно основного подшипника вращения 42, как и в случае возвратно-поступательного перемещения рычага 82 через упругий кронштейн привода 84 в варианте, показанном на Рис. 2-6. Другие компоненты вариантов осуществления, показанных на Рис. 7-9, работают таким же образом, как у успокаивающего/усыпляющего устройства для младенцев 10, представленного на Рис. 2-6.
Как показано на Рис. 10, система управления программным обеспечением 120 обрабатывает входные сигналы от микрофонов и генерирует выходные сигналы на динамики, представленные на Рис. 2-9, также обрабатывает входные сигналы от ручки управления скоростью 121, также представленной на Рис. 2-9, и от трехосного USB акселерометра 123, представленного в виде устройства обнаружения движения на Рис. 2-9. Кроме того, система управления программным обеспечением 120 генерирует выходной сигнал многоканальному USB-приводному контроллеру 122, который управляет приводным двигателем механизма привода 60 (не показан) и двигателем амплитудной модуляции 74 (не показан) или, альтернативно, как показано на Рис. 7-9, приводным двигателем 104 (не показан). Индикаторы состояния, такие как трехцветные USB светодиоды 121, представлены в виде огней 37 на Рис. 2-9. Модули системы управления программным обеспечением 120 могут быть расположены на месте или удаленно от вариантов успокаивающих/усыпляющих устройств для младенцев 10, 100, показанных на Рис. 2-9. Модули включают модуль определения плача 124, который принимает данные из микрофонов 125, представленных на микрофонах 38 на Рис. 2-9, и передает информацию автоматическому модулю поведенческого состояния 126 о том, плачет или не плачет ли ребенок по успокаивающему/усыпляющему устройству для младенцев. В зависимости от входных данных, полученных автоматическим модулем поведенческого состояния 126, выходные сигналы будут контролировать модуль генерации движения 128 или модуль генерации звука 130. Приведение в действие модуля генерации движения 128 будет модулировать механизмы привода вариантов осуществления, показанных на Рис. 2-9. В качестве альтернативы или в дополнение выходные сигналы автоматического модуля поведенческого состояния 126 будут модулировать генерацию аудиоданных, выводимых из модуля генерирования звука 130 на динамики 131, представленные как динамики 52 на Рис. 2-9.
Данные, полученные от акселерометра 123, обрабатываются модулем анализа движения 132, чтобы таким образом модулировать механизм привода через модуль генерации движения 128 и/или модуль генерации звука 130, чтобы тем самым контролировать механизмы привода или динамики, соответственно. Кроме того, модуль анализа движения 132 контролирует модуль индикатора состояния 134, чтобы предупредить через индикаторы состояния, номинальными или не номинальными ли являются движения основной подвижной платформы и подвижной платформы изголовья, или, альтернативно, через обратную связь, успокаивают ли они ребенка или нет. "Номинальный", как этот термин определен в настоящем документе, относится к любому и всякому движению, для которого отфильтрованный сигнал ускорения не превышает указанный или заданный максимальный порог движения для определенного периода времени. Процесс, при котором модуль анализа движения классифицирует движение как номинальное или не номинальное, подробно описан на Рис. 12 и в сопроводительном тексте ниже.
В одном варианте осуществления скорость возвратно-поступательного вращения находится в диапазоне приблизительно от двух до около четырех с половиной циклов в секунду и амплитуда возвратно-поступательного движения в центре головки младенца находится в диапазоне от около 0,2 дюймов до около 1,0 дюйма. В другом варианте скорость возвратно-поступательного движения находится в диапазоне между около 0,5 и около 1,5 колебаний в секунду и амплитуда возвратно-поступательного вращения в центре головки младенца находится в диапазоне от примерно 0,5 дюймов до примерно 2,0 дюймов.
Программное обеспечение отучает младенца от устройства путем включения возраста младенцев в качестве переменной, используемой системой управления модуля поведенческого состояния, в котором модуляция дополнительно контролируется, по крайней мере, одним из таких параметров, как вес ребенка, возраст ребенка и продолжительность обнаруженных звуков, издаваемых младенцем.
На рис. 11 модуль обнаружения плача 124 принимает аудиоданные от микрофонов успокаивающих/усыпляющих устройств для младенцев 10, 100, которые обрабатывается с помощью цифрового полосового фильтра 136 для генерации отфильтрованных аудиоданных. Основанный на энергии порог 138 получает отфильтрованные аудиоданные, чтобы определить, превышает ли аудио энергия пороговое значение или находится в его пределах. Основанный на времени фильтр 140 получает данные от основанного на энергии порога 138 для обеспечения индикации того, плачет ли ребенок или нет. Информация, как обсуждалось выше в отношении системы управления программным обеспечением 120 (Рис. 10), поступает от модуля определения плача 124 автоматическим модулем поведенческого состояния 126, который затем модулирует модуль генерации движения 128 или модуль генерации звука 130.
Модуль анализа движения 132, показанный и представленый более подробно на рис. 12, получает сигнал от устройства обнаружения движения успокаивающего/усыпляющего устройства для младенцев 10, 100, на цифровом блоке фильтров 142. Цифровой блок фильтров 142 фильтрует сигнал для генерации фильтрованной оценки амплитуды движения, которая используется в качестве входного сигнала для модуля генерации движения 128 (Рис. 10). Кроме того, фильтрованная оценка амплитуды движения проходит через проверку диапазона 144, чтобы определить, находится ли движение в пределах успокаивающего или известного успокаивающего диапазона. Фильтр на основании времени 146 получает данные от граничного контоля 144 для обеспечения индикации того, является ли движение успокаивающим или нет. Фильтрованные данные датчика движения или акселерометра из цифрового банка фильтров 142 также проходят через пороговый блок оценивания частоты движения 148. Выводимые данные из порогового блока оценивания частоты движения 148 проходят через граничный контроль 144 для индикации того, является ли движение успокаивающим или нет, а также обеспечивает входной сигнал в модуль генерации движения 128 (Рис. 10). Отфильтрованные данные акселерометра из цифрового блока фильтров 142 также обрабатываются, чтобы определить, превышает ли ускорение конкретный максимальный порог движения 150, и, в зависимости от результата, обрабатываются ли эти данные в фильтре на основании времени 152, чтобы обеспечить индикацию того, является ли движение номинальным или нет. Это указание на то, является ли движение номинальным или нет, используется как входные данные в модуль генерации движения 128 (Рис. 10) и дополнительно используется для контроля индикаторов состояния 37 (рис. 2) через модуль индикаторов состояния 134 (Рис. 10).
Как можно видеть на Рис. 13, автоматический модуль поведенческого состояния 126 принимает информацию от модуля определения плача 124 (Рис. 11) относительно того, находится ли младенец в состоянии плача или нет. Эта информация используется правилами изменения состояния машины состояний 156 для выбора активного состояния из библиотеки состояний 154, тем самым выдавая желаемое состояние движения, желаемую звуковую дорожку и/или желаемые настройки громкости/эквалайзера в модуль генерации звука 130 (Рис. 10).
Модуль генерации звука 130, представленный на Рис. 14, получает сигналы желаемой звуковой дорожки и необходимые настройки громкости/эквалайзера от автоматического модуля поведенческого состояния 126 (Рис. 10), и сигналы анализа движения, в частности, о том, является ли движение номинальным или нет, от модуля анализа движения 132 (Рис. 10). Модуль генерации звука 130 включает в себя библиотеку "успокаивающих" звуковых дорожек 160, цифровое управлением эквалайзером/громкостью 162 и звуковой сигнал 164. После получения новой команды от модуля анализа движения 132 (Рис. 10) модуль генерации звука 130 будет осуществлять плавный переход до желаемой звуковой дорожки и громкости и плавный переход до желаемых настроек эквалайзера. Если движение не номинальное, то звуковой сигнал будет издаваться, чтобы переопределить аудиосигнал с предупреждением. Звуковой сигнал от модуля генерации звука выводится на динамики успокаивающего/усыпляющего устройства для младенцев 10, 100.
В самом начале генератор звука будет производить вывод низкотонального, урчащего звука примерно от 65 дБ до 70 дБ. При получении новой команды от модуля определения плача 124 (Рис. 11) модуль генерации звука 130 будет правно переходить к более высокой тональности звуковой дорожки и громкому звуку на уровне от около 75 дБ до 80 дБ.
Два варианта модуля генерации движения представлены на Рис. 15 и 16. В первом варианте, показанном на Рис. 12, модуль генерации движения 128 получает входные сигналы желаемого состояния движения от автоматического модуля поведенческого состояния 126 (Рис. 10), сигнал частоты движения/амплитуды от модуля анализа движения 132 (рис. 10), сигнал желаемой скорости системы от ручки управления скоростью 121 (Рис. 10), а также сигнал о том, является ли движение номинальным или нет. "Желаемая скорость системы" представляет собой настройку ручки управления скоростью 121, в результате чего оператор может ограничить движения, совершаемые успокаивающим/усыпляющим устройством для младенцев 10, 100. Сигнал желаемого состояния движения отсылается для поиска в модуле генерации движения 128, который выдает команду привязки к двигателю на основе желаемого состояния движения. Если активные в настоящее время команды двигателя близки к командам привязки к двигателю, то команды двигателя активно регулируются в пределах допустимых значений через градиентное увеличение на основе наблюдаемой частоты и амплитуды движения. Если текущие команды двигателя не близки к командам привязки к двигателю, то модуль генерации движения установит желаемые команды двигателя через расчет траектории в командном пространстве двигателя. "Расчет траектории" изменяет параметры двигателя на желаемые параметрами двигателя, используя промежуточные параметры двигателя, как обусловлено динамикой системы для обеспечения того, что движение остается в желаемом диапазоне во время изменения. Если желаемая скорость системы меньше "максимальной", то посылается сигнал для регулировки желаемых команд двигателя пропорционально желаемой скорости системы. "Максимальная позиция" представляет собой полностью выдвинутое положение ручки и означает, что успокаивающее/усыпляющее устройство для младенцев 10, 100 не ограничивается этой ручкой и может выполнять все движения, которые он сочтет необходимыми. Если ручка управления скоростью 121 отклонена от "максимальной позиции", движения успокаивающего/усыпляющего устройства для младенцев 10, 100 могут быть ограничены, поэтому ручка управления скоростью 121 действует как оператор, чтобы переопределить нормальное поведение движения успокаивающего/усыпляющего устройства для младенцев 10, 100. В ином случае выполняется сравнение того, является ли наблюдаемое движение номинальным или нет. Если это не так, то мощность двигателя отключается. Если оно номинальное, тогда выходной сигнал желаемых команд двигателя предоставляется для определения позиций двигателя и скоростей привода мультиканального USB контроллера двигателя.
В альтернативном варианте модуля генерации движения 128, показанного на Рис. 16, нет получения модулем сигналов, связанных с частотой и амплитудой движения. Таким образом, необходимо лишь установить желаемые команды двигателя путем интерполяции с текущей команды, основанной на справочной таблице команд двигателя, на основании желаемого состояния движения в ответ на прием сигнала по отношению к желаемому состоянию движения. Все компоненты генерации движения идентичны тем, которые показаны на Рис. 15.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ
Материалы
Две версии успокаивающего/усыпляющего устройства для младенцев, как показано на Рис. 2-9 изобретения, были созданы с микрофонами для определения плача младенца, приводами движения и звука, системой пеленания, чтобы сохранить ребенка в оптимальном положении, и гелевой подушечкой, чтобы уменьшить давление на заднюю часть черепа, что предрасполагает к плагиоцефалии. Устройство также содержит логическую плату для выполнения двух задач; обеспечить поэтапные срабатывания специально созданного звука и обеспечить движение, осуществляемое двумя взаимосвязанными платформами, прикрепленными к двигателю и приводу стерженя (а также серия пружин и амортизаторов для модулирования активности). Эти платформы совершали возвратно-поступательные движения вокруг оси, которая пересекает младенца и находится ортогонально к основной плоскости поверхности, поддерживающей младенца, чтобы обеспечить движение, которое изменяется от медленного гладкого покачивания (0,5-1,5 ц/с) с целью успокоения и усыпления ребенка до более быстрого, менее амплитудного, резковатого движения (2-4,5 ц/с) с более пикообразными сигналами для осуществления достаточно резкого действия ускорения - торможения, чтобы стимулировать вестибулярный аппарат внутреннего уха, вызвать успокаивающий рефлекс и успокоить ребенка, когда он плачет (голова раскачивается назад и вперед с отклонением менее 1ʺ). Звук в устройстве также был разработан для реагирования на расстройство ребенка, начинаясь со специально разработанного громкого, резкого и высокотонального звука, а затем ослабляясь до тихого, низкотонального белого шума в течение нескольких минут. Устройство было специально разработано для постепенного уменьшения ("снижения") интенсивности звука и движения в течение нескольких месяцев.
Устройство работает следующим образом:
Ребенок был помещен в мешочек для пеленания (руки находятся внутри или снаружи), прикрепленный к матрасу устройства, и надежно уложен на спину. Устройство воспроизводило базовый уровень низкотонального, урчащего шума примерно на уровне 65 дБ и базовое движение гладкого покачивания из стороны в сторону (отклонение в 2 дюйма в каждую сторону). Когда ребенок плакал более 10 секунд, устройство отвечало проигрыванием специально созданного звука, который был жестче, более высокой тональности, более многочастотный (75-80 дБ), чтобы имитировать интенсивность звука, который ребенок слышал внутри утробы матери (Этот звук можно измерить на месте на уровне до 92 дБ). Если плач продолжался еще примерно 10 секунд (несмотря на звук), то движение ускорялось до более быстрого, активного движения головы (2-4,5 ц/с, но не более 1 дюйма отклонения головы в любую сторону). Сочетание быстрых движений, осуществляемых с достаточной силой, сурового громкого звука и безопасного мешочка для пеленания сработало, чтобы активировать успокаивающий рефлекс у большинства раздражительных младенцев, вызывая либо успокоение, либо сон. Устройство реагировало на крик ребенка пошагово постепенно повышающимся звуком, а затем движением до максимального уровня. Как только ребенок успокаивался, движение и звук устройства постепенно уменьшались определенным, поэтапным образом обратно до уровня базовой деятельности.
Субъекты
Устройство было протестировано на более чем двадцати детях (12 девочек, 10 мальчиков). Возраст младенцев варьировался от 5 недель до 6 месяцев. Их вес колебался от 8 фунтов до 18 фунтов.
Методы и процедуры
Субъекты были испытаны в периоды их отдыха и сна в устройстве. Испытания, как правило, начинались, когда ребенок был голодным и усталым (непосредственно перед их обычным временем сна). Родители ознакомились с устройством и просмотрели краткую демонстрацию того, как оно работает. Мы записывали, когда ребенка кормили и укладывали спать в последний раз, а затем помещали ребенка в мешочек для пеленания и помещали младенца в устройство. Мы наблюдали и проводили видеосъемку процесса. Кроме того, мы собрали данные 3 акселерометров и установленной на устройстве камеры для обнаружения пика деятельности и измерения точных отклонений головы ребенка. Мы начинали каждый тест, установив устройство на самом низком уровне звука и движения. Мы наблюдали, как устройство реагирует на плач ребенка. Мы позволили устройству быстро проходить каждый этап по мере усиления плача. Как только ребенок успокаивался, движения устройства ступенчатым образом замедлялись, а громкость и высота звука ступенчато уменьшались. Мы повторили этот формат 2-4 раза во время наших испытаний с каждым из субъектов. Первые исследования были проведены с использованием прототипа с приводом двойного движения, а вторые исследования были выполнены с прототипом с приводом одного движения.
Результаты
Как показано в прилагаемой таблице, в течение двадцати одного теста 19 детей были значительно успокоены или усыплены нашим устройством (отсутствие успокоения стало результатом голода). Максимальное успокоение и засыпание произошло в течение 2 минут после размещения ребенка в устройстве.
Мы предположили, что это устройство может быть создано, чтобы отвечать потребностям ребенка,
Имя родителей/ребенка
Дата тестирования
Возраст ребенка
Вес ребенка
Количество раз, когда ребенок просыпается в течении ночи
Период времени с момента последнего сна
Период времени с момента последнего кормления
Успокоение или усыпление
Кэндас/Даниэль
13 нед.
14.11 фун.
1-2 раза
Успокоение
Аманда/Джеймс
Успокоение
Дженн/Маккинзи
13,5 фун.
2 раза
Успокоение
Сара/Слоан
22.10.2011
5 нед.
5-6 раз
Сон
что расстроенный младенец будут успокоен при помощи энергичной стимуляции с целью активации успокаивающего рефлекса, а затем произойдет уменьшение этих стимулов, чтобы помочь сохранить успокаивающий рефлекс в активном состоянии и поддерживать ребенка в спокойном состоянии и/или помочь засыпанию (т.е. уменьшая латентный период сна и увеличивая эффективность сна).
"Латентный период сна" определяется как промежуток времени между сном и засыпанием. "Эффективность сна" определяется как отношение времени, проведенного в спящем состоянии - общее время сна - к количеству времени, проведенного в постели.
Заключение
Имелась возможность способствовать успокоению и усыплению младенца с помощью пеленания и очень специфических звуковых и двигательных стимулов для активации успокаивающего рефлекса.
Эквиваленты
Хотя настоящее изобретение было конкретно показано и описано со ссылками на примеры вариантов его осуществления, специалистам в данной области будет понятно, что различные изменения в форме и деталях могут быть выполнены без отступления от объема изобретения, охватываемого прилагаемыми заявленными свойствами.
Соответствующие положения всех ссылок, приведенных в настоящем документе, включены путем ссылки во всей их полноте.