加州大学洛杉矶分校萨缪尔利工程学院的机械工程研究人员设计了一种床垫，它通过在身体上交替施加压力来帮助预防褥疮，有时通过增加峰值压力而不是降低峰值压力来恢复血液流动。

常见的褥疮治疗方案包括每两小时移动和翻动卧床不起的患者一次。然而，这项建议既昂贵又繁琐，导致护理不一致，并可能对护理人员造成伤害。加州大学洛杉矶分校的研究人员开发了一种交替压力床垫原型来解决这个问题，详情发表在《科学机器人》杂志上的一项研究中。

压疮，又称褥疮，是由于身体某个部位持续受到压力，阻碍血液流动而引起的。对于长期卧床不起的人来说，这种疾病尤其令人困扰。

褥疮是一个严重的健康问题，根据美国卫生与公众服务部下属医疗保健研究与质量局的数据，美国每年有超过6万人因褥疮死亡。在全美各地的急症护理机构中，每年有250万人接受褥疮治疗，治疗费用高达110亿美元，仅次于癌症和心血管疾病的治疗费用。

尽管褥疮可以在任何长期受压的地方出现，但褥疮最常见于骶骨、脚跟、肘部和膝盖等骨骼区域的皮肤上。

加州大学洛杉矶分校萨缪尔利分校机械与航空航天工程教授、研究负责人乔纳森·霍普金斯说：“我们着手研制一种价格实惠、用途广泛且实用的床垫，以便更有效地预防压疮。”

霍普金斯团队此前曾研发出一款配备1260个线性执行器的床垫，这些执行器可以独立控制，用于测试不同的表面图案如何影响血流和血压。该研究成果促成了交变压力床垫的设计，该床垫采用柔性机构网格结构，能够在两种交替的棋盘格状表面图案之间实现平滑过渡，同时最大限度地降低驱动能量和成本。

为了展示床垫的性能，研究人员在标准床架上测试了他们的设计，在床垫上放置了一个装有传感器的泡沫垫，并安装了一个220磅(约109公斤)的人体模型。当床垫在两种压力状态之间切换时，传感器会追踪全身的压力水平，即在波谷处释放压力，在波峰处施加压力。

压力数据被限制在平均闭塞压力阈值 32 毫米汞柱 - 超过此平均压力，血液和淋巴液将无法流入组织，从而导致褥疮。

该设计融入了近30个平衡弹簧，使两种压力状态之间的过渡平稳柔和。研究人员还开发了一款软件工具，利用患者的身高和体重来确定平衡弹簧的最佳数量和位置，以最大限度地减少不同体型患者启动床垫所需的力量。通过在结构上安装几个低功率线性执行器，床垫可以自动在不同状态之间转换。护理人员也可以轻松启动床垫。

“想象一下，棋盘上的黑色方块升起支撑患者，而白色方块回缩，以减轻其原位压力，”霍普金斯说道。“然后，一段时间后，白色方块向上升起，黑色方块下沉，以减轻刚刚施加的压力——波峰变成波谷，反之亦然。如此循环往复，希望确保血流不会持续阻塞。”

研究结果还表明，在舒适范围内增加压力差，更能有效地恢复受压区域的血液循环。因此，团队并没有降低整体峰值压力，而是专注于确保床垫升起和降低状态之间压力差的增加，并交替调整身体部位在床垫上承受最大压力的时间。交替压力意味着身体在压力下的接触点被最小化到不超过50%的时间。

目前用于预防褥疮的交替压力床垫通常使用充气气室，定期调节床垫的整体压力。UCLA 的系统使用嵌入式传感器和柔性机构来局部改变床垫表面的压力。这可以根据实时数据进行更精细的压力重新分配，并根据个人用户特征(例如身高和体重)进行定制。

该床垫的大部分部件均可清洁，嵌入传感器的泡沫垫也可更换，还可以改善患者下方的空气流通，并有助于减轻通常与压力分布不均匀有关的液体积聚。

加州大学洛杉矶分校技术开发小组已拥有该概念的专利，其他相关机制的专利也正在申请中。该原型目前正在专业实验室进行志愿者测试，以评估其在现实环境中的有效性。

更多信息： Zhidi Yang 等，《通过增压预防压疮：一种非传统的交替压力床垫》，《科学机器人》(2025)。