JP2016174700A - Biological information detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被験者の生体情報を検出し、被験者の状態を判定する生体情報検知装置に関する。 The present invention relates to a biological information detection apparatus that detects biological information of a subject and determines the state of the subject.
圧力センサを用いて生体情報を検出する手法が提案されている。例えば、特許文献１には、寝具の上に複数の圧力センサからなる体圧分布センサを配置し、就寝者の体圧分布に基づいて就寝者の体の部位を特定するとともに、呼吸や心拍などの生体情報を検出することを記載している。 A technique for detecting biological information using a pressure sensor has been proposed. For example, in Patent Document 1, a body pressure distribution sensor including a plurality of pressure sensors is arranged on a bedding, and a body part of the sleeping person is specified based on the body pressure distribution of the sleeping person, and breathing, heartbeat, and the like The detection of biometric information is described.
特許文献１の圧力センサはいわゆるパッシブ駆動であり、センサ数が少ない。このため、被験者の身体の一部における体圧分布を検出することはできるが、体圧分布の全体像を取得することが難しい。また、この圧力センサで被験者の身体全体の圧力を検出しようとすると、低精細な体圧分布しか得ることができないため、得られた生体情報が身体のどの部位の情報であるかを特定することが困難となる。 The pressure sensor of patent document 1 is what is called passive drive, and there are few sensors. For this reason, it is possible to detect the body pressure distribution in a part of the body of the subject, but it is difficult to obtain an overall image of the body pressure distribution. Also, if you try to detect the pressure of the entire body of the subject with this pressure sensor, you can only obtain a low-definition body pressure distribution, so specify which part of the body the obtained biological information is It becomes difficult.
また、パッシブ駆動の圧力センサはセンシングスピードが遅いため、同時に身体の異なる部位の測定をすることが難しい。 In addition, since passively driven pressure sensors have a low sensing speed, it is difficult to measure different parts of the body at the same time.
本発明は、より多数の圧力センサを用いて高速なセンシングを行うことにより、身体の異なる部位の生体情報を同時に取得して被験者の状態を判定することが可能な生体情報検知装置を提供することを主な目的とする。 The present invention provides a biological information detection apparatus capable of simultaneously acquiring biological information of different parts of the body and determining the state of the subject by performing high-speed sensing using a larger number of pressure sensors. Is the main purpose.
本発明の１つの観点では、生体情報検知装置は、トランジスタによりアクティブ駆動される複数の圧力センサを有し、被験者の身体との接触領域を検出するセンサシートと、前記接触領域における圧力の時間的な変化に基づいて、前記被験者の身体の異なる複数の部位における生体情報を同時に検出する検出手段と、前記検出手段により検出された複数の部位における生体情報を比較し、身体の状態を判定する判定手段と、を備える。 In one aspect of the present invention, a biological information detection device includes a plurality of pressure sensors that are actively driven by transistors, a sensor sheet that detects a contact area with the body of a subject, and temporal pressure of the pressure in the contact area Based on various changes, the detection means for simultaneously detecting the biological information in a plurality of different parts of the subject's body and the biological information in the plurality of parts detected by the detecting means are compared to determine the state of the body Means.
上記の生体情報検知装置は、被験者に接触させるセンサシートにより被験者の身体との接触領域を検出する。センサシートは、トランジスタによりアクティブ駆動される複数の圧力センサを有するので、被験者の全身の圧力を同時に検出することができる。接触領域における圧力の時間的な変化に基づいて、被験者の身体の複数の部位における生体情報が同時に検出される。そして、検出された複数の部位における生体情報を比較し、身体の状態が判定される。好適な例では、生体情報は、脈拍、呼吸、心拍の少なくとも１つを含む。被験者の身体の複数の部位の生体情報を同時に検出して比較することにより、被験者の状態を正確に判定することができる。 Said biological information detection apparatus detects a contact area | region with a test subject's body with the sensor sheet | seat made to contact a test subject. Since the sensor sheet has a plurality of pressure sensors that are actively driven by the transistors, the pressure of the whole body of the subject can be detected simultaneously. Based on temporal changes in pressure in the contact area, biological information in a plurality of parts of the subject's body is simultaneously detected. And the biometric information in the detected some site | part is compared, and a body state is determined. In a preferred example, the biological information includes at least one of pulse, respiration, and heartbeat. By simultaneously detecting and comparing biological information of a plurality of parts of the subject's body, the state of the subject can be accurately determined.
上記の生体情報検知装置の一態様では、前記検出手段は、前記被験者の脈拍を複数の部位において検出し、前記判定手段は、前記複数の部位において検出された脈拍を相互に比較する。これにより、不整脈の原因となる部位を特定することが可能となる。 In one aspect of the biological information detection apparatus, the detection unit detects the pulse of the subject at a plurality of sites, and the determination unit compares the pulses detected at the plurality of sites with each other. Thereby, it becomes possible to specify the site | part which causes arrhythmia.
上記の生体情報検知装置の他の一態様では、前記検出手段は、前記被験者の心拍と、複数の部位における脈拍とを検出し、前記判定手段は、前記心拍と前記複数の部位における脈拍とを比較する。これによっても、不整脈の原因となる部位を特定することが可能となる。 In another aspect of the biological information detection device, the detection unit detects a heartbeat of the subject and a pulse at a plurality of sites, and the determination unit calculates the heartbeat and a pulse at the plurality of sites. Compare. This also makes it possible to specify a site that causes arrhythmia.
上記の生体情報検知装置の他の一態様では、前記検出手段は、前記被験者の呼吸を複数の部位において検出し、前記判定手段は、前記複数の部位において検出された呼吸を相互に比較する。これにより、被験者の呼吸の異常を判定することができる。 In another one aspect | mode of said biological information detection apparatus, the said detection means detects the test subject's respiration in a some site | part, and the said determination means compares the respiration detected in the said some site | part mutually. Thereby, abnormality of a subject's respiration can be determined.
上記の生体情報検知装置の他の一態様では、前記接触領域の形状及び前記接触領域における圧力分布に基づいて、前記被験者の姿勢を推定する推定手段を備える。全身の体圧分布を検出することにより、被験者の姿勢を判定することができる。 In another aspect of the biological information detection apparatus, the biological information detection apparatus includes an estimation unit that estimates the posture of the subject based on the shape of the contact area and the pressure distribution in the contact area. By detecting the body pressure distribution throughout the body, the posture of the subject can be determined.
好適な例では、前記センサシートは、前記トランジスタ及び前記圧力センサを含む圧力センサ層と、前記圧力センサ層を挟む一対の保護層と、を備える。 In a preferred example, the sensor sheet includes a pressure sensor layer including the transistor and the pressure sensor, and a pair of protective layers sandwiching the pressure sensor layer.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
［装置構成］
図１は、実施形態に係る生体情報検知装置の構成を示す。生体情報検知装置１は、被験者の生体情報を検出するものであり、大別してセンサシート２０と、端末装置３とを備える。センサシート２０と端末装置３とはケーブル２７により接続される。センサシート２０は例えば被験者のベッドの上に設置され、検査の際には被験者はセンサシート２０の上で各種の姿勢をとる。
[Device configuration]
FIG. 1 shows a configuration of a biological information detection apparatus according to an embodiment. The biological information detection device 1 detects biological information of a subject, and roughly includes a sensor sheet 20 and a terminal device 3. The sensor sheet 20 and the terminal device 3 are connected by a cable 27. The sensor sheet 20 is installed, for example, on the subject's bed, and the subject takes various postures on the sensor sheet 20 during the examination.
図２は、生体情報検知装置１の機能構成を示す。端末装置３は、例えばＰＣなどのコンピュータ装置であり、制御部３１、記憶部３２、表示部３３を備える。 FIG. 2 shows a functional configuration of the biological information detection apparatus 1. The terminal device 3 is a computer device such as a PC, and includes a control unit 31, a storage unit 32, and a display unit 33.
センサシート２０は、平坦な矩形のシートであり、ＴＦＴを利用した圧力センサが縦横に配置されている。センサシート２０は、ケーブル２７を通じて端末装置３の制御部３１と接続されている。センサシート２０は、センサシート２０の全面における圧力を検出し、被験者の体圧分布を示すデータ（以下、「体圧分布データ」と呼ぶ。）を制御ユニット２５へ出力する。具体的に、体圧分布データは、センサシート２０の面上における位置座標（センサシート面に規定されるＸ／Ｙ座標）毎の圧力値により構成される。 The sensor sheet 20 is a flat rectangular sheet, and pressure sensors using TFTs are arranged vertically and horizontally. The sensor sheet 20 is connected to the control unit 31 of the terminal device 3 through the cable 27. The sensor sheet 20 detects the pressure on the entire surface of the sensor sheet 20 and outputs data indicating the body pressure distribution of the subject (hereinafter referred to as “body pressure distribution data”) to the control unit 25. Specifically, the body pressure distribution data is composed of pressure values for each position coordinate (X / Y coordinates defined on the sensor sheet surface) on the surface of the sensor sheet 20.
制御部３１は、ＣＰＵなどにより構成され、端末装置３全体を制御する。記憶部３２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリなどにより構成され、制御部３１がセンサシート２０から受信した体圧分布データを記憶するとともに、制御部３１が各種の処理を行う際のワークメモリとして機能する。なお、制御部３１は本発明の検出手段、判定手段、推定手段の一例である。 The control unit 31 is configured by a CPU or the like and controls the terminal device 3 as a whole. The storage unit 32 includes a ROM, a RAM, a memory, and the like. The storage unit 32 stores body pressure distribution data received from the sensor seat 20 by the control unit 31 and functions as a work memory when the control unit 31 performs various processes. . The control unit 31 is an example of the detection unit, determination unit, and estimation unit of the present invention.
表示部３３は液晶ディスプレイなどにより構成され、記憶部３２に記憶された体圧分布データに基づいて被験者の体圧分布画像を表示する。また、表示部３３は、後述する判定処理による判定結果などを表示する。 The display unit 33 is configured by a liquid crystal display or the like, and displays the body pressure distribution image of the subject based on the body pressure distribution data stored in the storage unit 32. Further, the display unit 33 displays a determination result by a determination process described later.
図３は、センサシート２０の層構成を示す。センサシート２０は、図中の上側から、保護層２１、圧力センサ層２２、保護層２３を備える。 FIG. 3 shows the layer structure of the sensor sheet 20. The sensor sheet 20 includes a protective layer 21, a pressure sensor layer 22, and a protective layer 23 from the upper side in the drawing.
圧力センサ層２２は、複数の圧力センサをセンサシート２０の全面に配置し、それらをＯＴＦＴ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）によりアクティブ駆動するものである。ＯＴＦＴを用いたアクティブ駆動とすることにより、センサシート２０の全面に渡って多数のセンサを配置することができるとともに、多数のセンサを高速で駆動することにより高速センシングが可能となる。 The pressure sensor layer 22 has a plurality of pressure sensors arranged on the entire surface of the sensor sheet 20 and actively drives them by an OTFT (Organic Thin Film Transistor). By performing active driving using OTFT, a large number of sensors can be arranged over the entire surface of the sensor sheet 20, and high-speed sensing can be performed by driving a large number of sensors at high speed.
保護層２１は、センサシート２０の表面を保護するための層であり、フィルム、スポンジ、もしくはシート状の樹脂、ゴム、布、紙、金属箔、ガラスなどにより形成される。保護層２３は、センサシート２０の裏面を保護するための層であり、保護層２１と同様にフィルム、スポンジ、もしくはシート状の樹脂、ゴム、布、紙、金属箔、ガラスなどにより形成される。 The protective layer 21 is a layer for protecting the surface of the sensor sheet 20 and is formed of a film, sponge, or sheet-like resin, rubber, cloth, paper, metal foil, glass, or the like. The protective layer 23 is a layer for protecting the back surface of the sensor sheet 20 and is formed of a film, sponge, or sheet-like resin, rubber, cloth, paper, metal foil, glass, or the like, similar to the protective layer 21. .
［生体情報の検知方法］
図４は、被験者７がセンサシート２０上に仰臥している状態を模式的に示す。なお、センサシート２０は実際にはベッドなどの上に配置されるが、その図示は省略している。また、センサシート２０の位置はマットレスの上であっても下であってもよく、シーツの上であっても下であっても良い。センサシート２０により、被験者の体圧分布４０が得られる。センサシート２０は被験者の全身の体圧を同時に検出することができる。また、センサシート２０は上述のようにＴＦＴを用いてアクティブ駆動されるので、被験者の全身の体圧分布を高精細に検出することができる。得られた高精細の体圧分布、及び、その時間的な変化に基づいて、以下の情報を得ることができる。
[Detection method of biological information]
FIG. 4 schematically shows a state where the subject 7 is lying on the sensor sheet 20. Although the sensor sheet 20 is actually disposed on a bed or the like, the illustration thereof is omitted. Further, the position of the sensor sheet 20 may be above or below the mattress, or may be above or below the sheet. The body pressure distribution 40 of the subject is obtained by the sensor sheet 20. The sensor sheet 20 can simultaneously detect the body pressure of the whole body of the subject. Moreover, since the sensor sheet 20 is actively driven using the TFT as described above, the body pressure distribution of the whole body of the subject can be detected with high definition. The following information can be obtained based on the obtained high-definition body pressure distribution and its temporal change.
（被験者の姿勢）
まず、図４に示すような全身の体圧分布に基づいて、被験者の姿勢を検出することができる。一般的に、被験者の姿勢に応じて体圧分布の輪郭や圧力値の分布に特徴が表れるので、制御部３１は得られた体圧分布に基づいて被験者の姿勢を判定する。
(Subject's posture)
First, the posture of the subject can be detected based on the whole body pressure distribution as shown in FIG. In general, since features appear in the contour of the body pressure distribution and the distribution of pressure values according to the posture of the subject, the control unit 31 determines the posture of the subject based on the obtained body pressure distribution.
例えば、仰臥位（あおむけ）及び伏臥位（うつぶせ）の場合には、一定値以上の圧力を有する部位として、被験者の頭、左右の腕、左右の足などが検出される。仰臥位と伏臥位とでは、臀部、足のかかとなどの圧力分布が異なるので、両者を区別することができる。また、後述するように体圧分布から心拍を検出することができるので、被験者の心臓の位置がわかる。心臓の位置が左右のいずれにあるかにより、仰臥位と伏臥位とを区別することができる。 For example, in the supine position and the prone position, the subject's head, left and right arms, left and right legs, etc. are detected as parts having a pressure equal to or greater than a certain value. In the supine position and the prone position, the pressure distributions such as the buttocks and the heels of the feet are different, so that both can be distinguished. Further, since the heartbeat can be detected from the body pressure distribution as described later, the position of the subject's heart can be known. Depending on whether the heart is located on the left or right, the supine position and the prone position can be distinguished.
また、左側臥位と右側臥位では、基本的に左右の腕、足の一方のみが検出されるので、これにより仰臥位、伏臥位と区別することができる。さらに、腕の位置や方向、頭の形、足のかかとの位置などに基づいて、左仰臥位と右仰臥位とを区別することができる。 In the left-side prone position and the right-side prone position, basically, only one of the left and right arms and legs is detected, so that it can be distinguished from the supine position and the prone position. Furthermore, the left supine position and the right supine position can be distinguished based on the position and direction of the arm, the shape of the head, the position of the heel of the foot, and the like.
（心拍）
体圧分布に基づいて、心臓に対応する領域の圧力値の時間的な変化を分析することにより、心拍（数）を検出することができる。なお、体圧分布に基づいて上記のように被験者の姿勢を判定し、被験者が仰臥位又は伏臥位にある状態で測定することにより検出精度を上げることができる。心拍を検出することにより、不整脈の検査が可能となる。
(Heart rate)
Based on the body pressure distribution, the heart rate (number) can be detected by analyzing the temporal change of the pressure value in the region corresponding to the heart. Note that the detection accuracy can be increased by determining the posture of the subject based on the body pressure distribution and measuring the subject in the supine or prone position as described above. By detecting the heartbeat, the arrhythmia can be examined.
（脈拍）
体圧分布に基づいて、身体の各部位に対応する領域の圧力値の時間的な変化を分析することにより、身体の異なる部位の脈拍（数）を検出することができる。具体的には、頭、胸、左右の腕、左右の足などにおける脈拍を個別に検出することができる。また、上記のように全身の体圧分布を同時に得られるので、これら異なる部位の脈拍を同時に検出することができる。同時に検出された異なる個所の脈拍を比較することにより、脈拍が他の部位と一致しない個所がわかり、不整脈の原因場所を特定することができる。
(pulse)
Based on the body pressure distribution, the pulse (number) of different parts of the body can be detected by analyzing the temporal change in the pressure value of the region corresponding to each part of the body. Specifically, it is possible to individually detect the pulse in the head, chest, left and right arms, left and right feet, and the like. Moreover, since the body pressure distribution of the whole body can be obtained simultaneously as described above, the pulses of these different parts can be detected simultaneously. By comparing the pulses at different locations detected at the same time, it is possible to find a location where the pulse does not match other sites, and to identify the cause of the arrhythmia.
（呼吸）
体圧分布に基づいて、胸部、腹部に対応する領域の圧力値の時間的な変化を分析することにより、呼吸を検出することができる。胸部と腹部の呼吸を同時に検出して比較することにより呼吸の異常を判定することができる。
(Breathing)
Based on the body pressure distribution, it is possible to detect respiration by analyzing temporal changes in pressure values in regions corresponding to the chest and abdomen. Abnormal breathing can be determined by simultaneously detecting and comparing chest and abdominal breathing.
［判定処理］
次に、上記のようにして検出された生体情報を利用した判定処理の例について説明する。
[Determination process]
Next, an example of determination processing using the biological information detected as described above will be described.
（脈拍判定処理）
図５は、脈拍の判定処理のフローチャートである。この処理は、端末装置３の制御部３１により実行される。
(Pulse determination processing)
FIG. 5 is a flowchart of the pulse determination process. This process is executed by the control unit 31 of the terminal device 3.
まず、制御部３１は、センサシート２０から被験者の一定時間にわたる体圧分布を取得し（ステップＳ１０）、体圧分布における脈拍を測定すべき複数の部位（例えば、頭、胸、左右の腕、左右の足）を特定する（ステップＳ１１）。次に、制御部３１は、これら複数の部位における脈拍を検出し（ステップＳ１２）、それらが一致するか否かを判定する（ステップＳ１３）。 First, the control unit 31 acquires a body pressure distribution of the subject over a certain period of time from the sensor sheet 20 (step S10), and a plurality of parts (for example, the head, chest, left and right arms, The left and right feet are specified (step S11). Next, the control part 31 detects the pulse in these some site | parts (step S12), and determines whether they correspond (step S13).
複数の部位の脈拍が一致する場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、制御部３１は脈拍が正常であると判定し（ステップＳ１４）、その旨を出力する。例えば、表示部３３に「正常」と表示したり、正常な場合の音を出力したりする。 When the pulses of a plurality of parts match (step S13; Yes), the control unit 31 determines that the pulse is normal (step S14), and outputs that effect. For example, “normal” is displayed on the display unit 33, or a sound in a normal case is output.
一方、複数の部位の脈拍が一致しない場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、制御部３１は脈拍が一致しない部位を特定した上で脈拍が異常であると判定し（ステップＳ１５）、その旨を出力する。例えば、表示部３３に「左腕の脈拍が異常です」などと表示する。こうして処理は終了する。 On the other hand, when the pulse of a some site | part does not correspond (step S13; No), after determining the site | part which a pulse does not correspond, it determines with the pulse being abnormal (step S15), and outputs that. . For example, the display unit 33 displays “Left arm pulse is abnormal” or the like. Thus, the process ends.
なお、上記の例では、身体の複数の部位の脈拍を比較しているが、これに加えて心拍を比較してもよい。即ち、心拍と、身体の各部位の脈拍とが一致しているか否かを判定することとしてもよい。 In the above example, the pulses of a plurality of parts of the body are compared, but in addition to this, the heartbeats may be compared. That is, it may be determined whether or not the heartbeat matches the pulse of each part of the body.
（床ずれ防止処理）
被験者の体圧分布を継続的に検出することにより、被験者の姿勢が変化していないことを検出することができる。具体的には、制御部３１はセンサシート２０から得られた体圧分布の変化を観察し、一定時間以上にわたり体圧分布に変化又は大きな変化が現れない場合、その旨を表示部３３への表示などにより出力する。これにより、ナースが被験者の病室へ行き、被験者の姿勢を変えるなどして床ずれを防止することができる。
(Bed slip prevention treatment)
By continuously detecting the body pressure distribution of the subject, it is possible to detect that the posture of the subject has not changed. Specifically, the control unit 31 observes a change in the body pressure distribution obtained from the sensor sheet 20, and if no change or a large change appears in the body pressure distribution for a certain time or more, the fact is displayed on the display unit 33. Output by display. Thereby, the nurse can go to the subject's ward and change the posture of the subject to prevent bed slipping.
［変形例］
上記の実施形態では、センサシート２０をベッドなどに設置し、被験者の下に敷いて被験者の体圧を検出している。その代わりに、センサシート２０を被験者の上にかぶせてもよい。この場合、被験者の下に敷いた場合に比べて検出される圧力値は小さくなるが、心拍、脈拍、呼吸などは圧力値の比較的小さな変化に基づいて検出することができる。また、センサシート２０上に布団を乗せるなどして、ある程度の圧力を検出できるようにしてもよい。さらには、２枚のセンサシート２０を被験者の上下に配置して生体情報を検出することにより、検出精度を上げるようにしてもよい。
[Modification]
In said embodiment, the sensor sheet | seat 20 is installed in a bed etc., and it lays under a test subject and the test subject's body pressure is detected. Instead, the sensor sheet 20 may be placed on the subject. In this case, although the detected pressure value is smaller than when placed under the subject, heartbeat, pulse, respiration, etc. can be detected based on a relatively small change in pressure value. Further, a certain amount of pressure may be detected by placing a futon on the sensor sheet 20. Furthermore, the detection accuracy may be increased by arranging two sensor sheets 20 above and below the subject to detect biological information.
１ 生体情報検知装置
３ 端末装置
２０ センサシート
２１、２３ 保護層
２２ 圧力センサ層
３１ 制御部
３２ 記憶部
３３ 表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Biological information detection apparatus 3 Terminal apparatus 20 Sensor sheet 21, 23 Protective layer 22 Pressure sensor layer 31 Control part 32 Storage part 33 Display part
Claims (7)
前記接触領域における圧力の時間的な変化に基づいて、前記被験者の身体の異なる複数の部位における生体情報を同時に検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された複数の部位における生体情報を比較し、身体の状態を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする生体情報検知装置。 A sensor sheet having a plurality of pressure sensors that are actively driven by transistors and detecting a contact area with the body of the subject;
Detection means for simultaneously detecting biological information in a plurality of different parts of the body of the subject based on temporal changes in pressure in the contact area;
A determination unit that compares biological information in a plurality of parts detected by the detection unit and determines a state of the body;
A biological information detection device comprising:
前記判定手段は、前記複数の部位において検出された脈拍を相互に比較することを特徴とする請求項１に記載の生体情報検知装置。 The detection means detects the pulse of the subject at the plurality of sites,
The biological information detection apparatus according to claim 1, wherein the determination unit compares the pulses detected at the plurality of portions with each other.
前記判定手段は、前記心拍と前記複数の部位における脈拍とを比較することを特徴とする請求項１に記載の生体情報検知装置。 The detection means detects a heartbeat of the subject and a pulse at the plurality of sites,
The biological information detection apparatus according to claim 1, wherein the determination unit compares the heart rate with pulses at the plurality of sites.
前記判定手段は、前記複数の部位において検出された呼吸を相互に比較することを特徴とする請求項１に記載の生体情報検知装置。 The detection means detects the subject's breathing at the plurality of sites,
The biological information detection apparatus according to claim 1, wherein the determination unit compares respiration detected at the plurality of parts with each other.
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