Science Robotics | 颠覆传统！新型床垫凭“高压”颠覆压疮预防认知

压疮 —— 俗称褥疮，这个听起来似乎只是 “皮肉之苦” 的病症，每年在美国急性护理机构导致 250 万例治疗案例，耗费 110 亿美元，其医疗成本仅次于癌症和心血管疾病。更令人痛心的是，它每年夺走 6 万人的生命，而这些本可预防。

传统观念中，预防压疮的核心是减少皮肤所受压力，避免超过 20-40mmHg 的毛细血管闭塞阈值。护理规范要求每 2 小时为患者翻身，但实际依从率仅 66%，且翻身过程可能造成护理人员受伤和患者皮肤剪切损伤。如今，加州大学洛杉矶分校的研究团队在《Science Robotics》发表的论文颠覆了这一认知：一款通过交替施加 “高压” 与 “低压” 的床垫，能比传统泡沫垫减少 97% 的持续闭塞区域，为压疮预防带来革命性突破。

研究团队首先搭建了一台由 1260 个线性致动器组成的实验床（图 1A），这些致动器能模拟各种起伏的棋盘状压力模式，精准控制压力峰值（P）和深度（D）参数。通过对解剖学假人进行数千次测试，他们发现了两个关键结论：

1. 更高的峰值压力反而更安全：当床垫交替施加的峰值压力超过传统安全阈值（平均 32mmHg）时，持续闭塞区域（APO）显著减少。这是因为高压区域能更彻底地 “轮换”，避免特定部位长期受压。

2. 更大的压力差是关键：加载压力与卸载压力的差值越大，预防效果越好。例如，5-75mmHg 的交替模式比 15-65mmHg 更能促进血流灌注。

这些发现与主流认知相悖。传统交替压力床垫通过充气 / 放气的气囊交替减压，但效果有限。而新研究表明，周期性的 “高压冲击” 能刺激血液循环，就像给组织 “做按摩”，Pauly 等人 2024 年的研究也证实，骶骨部位 75mmHg 与 5mmHg 的交替压力比温和压力更能改善灌注。

基于实验床确定的最优参数（P=12.7cm，D=2.54cm），团队设计了一款由柔顺机构构成的床垫（图 1B）。其核心创新在于：

1. 双稳态切换：床垫由两种交替排列的面板组成（图 2B），受压时会向左右滑动并锁定在两个稳定状态，形成起伏图案。两种状态的峰谷完全交替，确保每个部位都能周期性 “休息”。

2. 零剪切力设计：患者身体随床垫表面同步移动，避免翻身时的皮肤摩擦，这对脆弱皮肤至关重要。

3. 低能耗驱动：通过平衡弹簧系统（图 3），仅需 84.5N 的力（约 19 磅）就能切换状态，成功率超 90%，既可用人力操作，也能适配低功率电机实现自动化。

实验数据显示，这款床垫的持续闭塞区域（APO）仅为 1.84cm²，而传统泡沫垫为 62.6cm²（图 4D）。即使在病床倾斜时（模拟半坐姿势），其 APO 增长速率仍远低于泡沫垫（图 4E）。

对长期卧床者而言，压疮不仅意味着疼痛，更可能引发感染、延长住院时间，甚至导致死亡。这款床垫的出现可能带来多重变革：

1. 经济层面：若能将压疮发生率降低 30%，美国每年可节省 33 亿美元医疗支出。

2. 护理层面：减少翻身频率，降低护理人员劳动强度和职业伤害风险。

3. 患者层面：无需频繁被动移动，提升舒适度和生活质量。

目前，研究团队已计划通过注塑工艺实现量产，目标成本控制在传统交替压力床垫的一半以下（现有高端产品售价超 5 万美元）。K Medical 公司正推进商业化，未来或许能走进家庭护理场景。

从反常识的科学发现到实用化的工程设计，这款床垫证明：有时解决问题的关键，是敢于颠覆 “理所当然”。

脊柱脊髓组核心成员，长期担任海峡脊柱脊髓微创学习班讲师，擅长脊髓电刺激治疗周围神经病变、颈椎病腰椎间盘突出症、腰椎滑脱、椎管肿瘤、脊柱复杂肿瘤等疾病微创手术治疗，尤其在微通道显微脊柱手术、寰枢椎脱位、脊柱人工智能等方面独树一帜。

在国际期刊及国内顶级期刊卓越领军期刊发表关于颈腰椎疾病系列文章，多次应邀出国进行学术交流，在国内神经外科主流会议做专题报告及手术直播主持。以第一发明人获国家发明专利1项，实用新型专利4项，近5年以第一作者发表相关领域SCI论文5篇，主持及参与省部级及以上课题5项目。第六届全国神经外科青年医生手术技能比赛-脊柱脊髓组第四名；第一届中国颅内动脉瘤计划创新大赛三等奖；第三届中国医疗器械创新大赛优胜奖；第三届CCI创新学院最佳学员 。