JP2008249676A - シート型センサー及び生体情報計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】寝具の特性の影響を受けることなく正確な検出を行う。
【解決手段】シート型センサー１は、弾性変形可能なシート状誘電体と、シート状誘電体の両面に配備されるシート状導体とを備える静電容量型センサー１０であり、被装着体である寝具２１の一部に環状に装着するための帯状体（装着ベルト）１１を有している。装着ベルト１１の一部には、張力付加部としての伸縮自在の素材が設けられ、伸縮部１２を形成している。伸縮部１２は、シート状誘電体及びシート状導体に対して中央部分から外側方向に向かう張力が与えられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート型センサー及び生体情報計測装置に関し、特に、誘電体と導体とによりキャパシタを構成するシート型センサー及びこのシート型センサーを用いた生体情報計測装置に関する。

高齢化が進行していく現代では、個々人の健康に対する感心が高まりつつあり、日常において、健康状態の判断指標となる生体情報を計測するニーズが高まっている。また、社会の高齢化は、自宅での高齢者介護、要介護者との生活が日常化することを意味しており、特に、要介護者の健康状態の把握、健康管理等を含めた介護の重要性が増している。

近年、日中の活動時から就寝時まで、様々な状況で生体情報を計測する技術が開発されている。通常、生体情報を計測するには、例えば、計測装置を身体の所定の部位に当てて一定時間安静にしたり、それが困難である場合には、被測定者をある程度拘束して、そのあいだに生体情報を計測するなどしなければならない。被測定者を拘束して生体情報を計測する方法では、特に、就寝中にあっては、被測定者本人が自覚しない間に、測定機器を外してしまうこともあり、必要な生体情報を正しく測定できないことがあった。

また、生体情報を測定するに際して、拘束することの圧迫感、違和感が、被測定者の生体情報に少なからず影響を及ぼすことも指摘されている。そのため、生体情報を計測する上では、被測定者の身体を拘束するなどの不自然な状態におくことなく、確実に計測する技術が求められている。例えば、就寝中の生体情報を測定する方法としては、カメラで取得した画像を解析する方法、光・超音波等を用いて熱や距離から就寝状態を計測する方法、或いは寝具等にセンサーを設置して荷重や振動から生体情報を計測する方法等があげられる。

しかし、画像を記録し、これを解析して生体情報を抽出する方法は、扱うデータ量が多く、処理が複雑であり且つコストも掛かる。また、熱や距離から生体情報を測定する場合には、天井、壁等に検出のためのセンサーを設置する必要があり、画像データから解析する手法と共に、被測定者にとっては、常時監視されていることの違和感や、プライバシーを侵害されている感覚等を強く抱くことになる。

このような理由から、就寝中の生体情報を計測する方法として、センサーをシート型にした静電容量型センサーを用いて、これを寝具に取り付けて、被測定者の生体情報を計測する技術が開示されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された静電容量型センサーは、自身の変形による静電容量の変化から、このセンサー上に就床している被測定者の挙動から心拍、呼吸等を測定することができる。

特開２００５−３１５８３１号公報

特許文献１の静電容量型センサーは、布団表面に配備された状態で、布団上で就床状態にある被測定者の様子を、自身の形状の変化による静電容量の変化により検知するものであるので、静電容量型センサー自身の変形が被測定者の身体の挙動に併せて適宜応答しなければ、正確な計測結果を得ることができない。

ところが、特許文献１の静電容量型センサーでは、配備する対象が、いわゆる低反発素材等のように、高い衝撃吸収性と形態安定性といった利点を備えた寝具であった場合、寝具の形状変化が非常に緩慢であるため、静電容量型センサーの変形が寝具の動きに追従してしまい、被測定者の身体挙動に対して遅延を生じることがあった。

特許文献１に示された静電容量型センサーは、就床状態にある使用者の呼吸、心拍等の動作を測定することができるので、被測定者の「起きあがった（離床した）」或いは「就床姿勢になった（在床である）」のような動作は、当然検知することができる。しかしながら、低反発素材を用いた寝具で使用した場合には、離床又は在床のようなダイナミックな動きほど誤検出を生じ易いことが考えられる。

図１２（ａ）乃至図１２（ｄ）は、静電容量型センサー１００を低反発素材の寝具１２０に装着したとき、被測定者の挙動を検出するときの様子を説明している。図１２（ａ）は、被測定者Ｍが寝具１２０に就床していないとき、すなわち静電容量型センサーが標準状態のときの静電容量の検出値を示し、図１２（ｂ）は、時間Ｔ＝ｔ１において、被測定者Ｍが寝具１２０に就床したとき（在床になったとき）の静電容量の検出値を示し、図１２（ｃ）は、時間Ｔ＝ｔ２において、被測定者Ｍが離床したときの静電容量の検出値を示し、図１２（ｄ）は、時刻ｔ２から更に時間が経過したときの静電容量の検出値を示す。なお、各図における点線は、被測定者Ｍによる寝具１２０の実際の沈み込み量Ｆの変化を示す。また、実線は、静電容量型センサーの出力を示す。静電容量Ｃｔｈは、在床を判定するため閾値である。

図１２（ｂ）に示すように、被測定者Ｍが就床すると、低反発素材の寝具１２０に対して沈み込み量Ｆが与えられる。低反発素材でなる寝具１２０では、被測定者がＴ＝ｔ２で離床したときから、沈み込み量Ｆｍが緩慢に回復する（図１２（ｃ），（ｄ）参照）。静電容量型センサーの変形は、これに追従して同様に緩慢な動きで元に戻るため、被測定者の身体挙動に対して遅延を生じてしまう。図１２（ｃ）には、Ｔ＝ｔ２’になったとき、沈み込み量がＦｎまで回復して、在床判定の閾値まで変化した様子が示されている。つまり、図示するように、Ｔ＝ｔ２で生じた実際の離床動作からＴ＝（ｔ２’−ｔ２）期間だけ遅延してようやく離床が検出されることになる。

そこで、本発明は、上述した従来の実情に鑑みて提案されたものであり、装着対象である寝具の特性の影響を受けることなく、正確な検出が可能なシート型センサーを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の請求項１に係るシート型センサーは、シート型センサー本体と、前記シート型センサー本体に張力を付加する張力付加部とを備える。

本発明に係るシート型センサーは、変形が加えられたシート型センサー本体が、張力付加部の張力により、初期値に戻る応答性が高められているので、装着される対象である寝具の特性の影響を受けることなく、正確な検出が可能である。

また、本発明の請求項２に係るシート型センサーは、被装着体の一部に環状に装着するための帯状体を有し、シート型センサー本体は、帯状体に設けられ、張力付加部は、伸縮性を有し、帯状体の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする。

本発明に係るシート型センサーでは、シート型センサー本体が、少なくとも一部に伸縮性を有する張力付加部が設けられた帯状体に設けられているので、被装着体を取り巻くように環状に装着された帯状体は、被装着体の挙動よりもいち早く初期状態に戻ることができ、シート型センサー本体が初期値に戻る応答性が高められる。

また、本発明の請求項３に係るシート型センサーは、シート型センサー本体が被装着体の装着部分を覆っており、張力付加部がシート型センサー本体に対してシート型センサー本体から外側方向への張力を付加することを特徴とする。

本発明に係るシート型センサーでは、シート型センサー本体が被装着体の装着部分を覆っており、シート型センサー本体に対して、シート型センサー本体の外側方向への張力が付加されているので、シート型センサー本体は、被装着体に対して独立して形状変化することができ、被装着体の挙動よりもいち早く初期状態に戻ることができる。

更に、本発明の請求項４に係るシート型センサーは、シート型センサー本体が誘電体と導体とによりキャパシタを構成していることを特徴とする。したがって、シート型センサーは、キャパシタ容量の変化により変形を検出することができる。

更にまた、本発明の請求項５に係るシート型センサーは、シート型センサー本体が変形可能なシート状誘電体と、シート状誘電体の両面に配備されたシート状導体とを備えることを特徴とする。したがって、シート型センサは、外部から加えられたとき、シート状誘電体と導電部とで構成されるキャパシタ容量が変化することにより、変形を検出することができる。

また、上述した目的を達成するために、本発明に係る生体情報計測装置は、シート型センサー本体と、シート型センサー本体に張力を付加する張力付加部とを有するシート型センサーと、シート型センサーにより検出された検出結果に基づいて、被測定者の身体動作から得られる生体情報を計測する計測装置とを備える。

本発明に係る生体情報計測装置は、変形が加えられたシート型センサー本体の形状が初期値に戻る応答性が張力付加部の張力によって高められているので、このシート型センサーが装着される被装着体の特性の影響を受けることなく、被測定者の身体動作から生体情報を正確に検出することができる。

本発明によれば、シート型センサーに張力付加部を設けたことにより、変形が加えられたシート型センサーの形状が初期値に戻る応答性を高めることができ、装着対象である寝具の特性の影響を抑え、生体情報を正確に検出することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態として示すシート型センサーと生体情報計測装置について説明する。本実施形態では、身体動作から得られる生体情報として、離床在床を判定する場合について説明する。以下では、生体情報計測装置の一例として、離床判定を行うことができる離床判定装置について説明する。また、以下の説明において、図面は、模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

図１に、本発明の実施形態として示すシート型センサーの一例を示す。図２は、シート型センサー１が寝具２１に装着された状態を模式的に示す図である。シート型センサー１は、詳細は後述するが、本実施形態では、例えば、変形可能なシート状誘電体と、シート状誘電体の両面に配備されるシート状導体から構成されるコンデンサ（キャパシタ）が、カバーで覆われた静電容量型センサー１０である（シート型センサー本体に相当する）。

シート型センサー１は、被装着体（実施形態では、寝具２１である）の一部に環状に装着するための帯状体（装着ベルト）１１を有している。装着ベルト１１の一部には、張力付加部としての伸縮自在の素材が設けられ、伸縮部１２を形成している。伸縮部１２は、静電容量型センサー１０に対して中央部分から外側方向に向かう張力を与えている。

シート型センサー１は、静電容量型センサー１０が、装着ベルト１１に設けられた伸縮部１２の弾性力により、寝具２１に与えられた変形に対するこの寝具２１の挙動よりもいち早く初期状態に戻ることができ、静電容量型センサー１０の変形が初期値に戻る応答性が高められる。

次に、図３に、シート型センサーの別の例を示す。図４は、シート型センサー２が寝具２１に装着された状態を模式的に示す図である。図３に示すシート型センサー２は、静電容量型センサー１０が被装着体である寝具２１の装着部分を覆うカバー１３を備えており、シート状誘電体とシート状導体は、このカバー１３に納められている。カバー１３は、寝具２１の表面形状に合わせて略矩形形状とされている。また、張力付加部としてゴム等の弾性部材で形成された伸縮コード１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが矩形カバー１３の各頂点部分に設けられている。伸縮コード１４ａ乃至１４ｄは、例えば、ベット等の手摺部２２ａ，２２ｂ等に固定されることにより、中央から各頂点方向への張力が付加されている。

シート型センサー２では、静電容量型センサー１０が被装着体の装着部分を覆うカバー１３に連結された伸縮コード１４によって、寝具２１の一部等に固定されることにより、静電容量型センサー１０の中央から外側へ向かう張力が付加されるので、寝具２１から独立して形状変化することができる。したがって、寝具２１の挙動よりもいち早く初期状態に戻ることができ、静電容量型センサー１０の変形が初期値に戻る応答性が高められる。

なお、上述した図１、図３に使用可能なシート型センサーとしては、静電容量型に限定されず、歪みゲージ型、圧電素子等のシート型センサーが適用可能である。また、上述した実施形態では、静電容量型センサー１０に対して加えられた、曲げ、撓み等の変形を元の状態（標準状態）に戻す方向への張力が加えられるものであればよく、上述した伸縮部１２又は伸縮コード１４といった張力付加部に限定されない。

次に、シート型センサー１，２に適用される静電容量型センサー１０の一例について、図面を用いて詳細に説明する。シート型センサー１，２の何れの場合にも静電容量型センサー１０は、共通して使用可能であるので、以下では、シート型センサー１を用いて説明する。

図５及び図６に示すように、寝具２１の表面の被測定者の上半身に対応する位置に、シート型センサー１は、配備される。シート型センサー１は、基本的には、図８及び図９に示す構造を有する。すなわち、一対のシート状導体４２，４３の間に、例えば、弾性変形可能なシート状誘電体４１を挟み込んで構成され、コンデンサ（キャパシタ）を構成している。シート状導体４２，４３としては、シート状に加工され、導電性を有する材料であればよく、繊維に金属メッキを施した導電布、金属メッシュ等が適用可能である。

シート型センサー１は、例えば、５０ｍｍ×５００ｍｍの大きさを有し、シート状導体４２，４３にはそれぞれ可撓性の高い材質(例えば、セーレン株式会社製「SUI-13-55」)が採用されている。一方、シート状誘電体４１は、例えば、厚さ３ｍｍのウレタンシートによって形成されている。

シート型センサー１は、図５及び図６に示すように、仰臥位、側臥位、若しくは伏臥位等、センサー上に被測定者の上半身があるときは、身体によって圧迫されることになり、被測定者の心拍動や呼吸動に伴う圧力変動を受けることになる。これによって、シート状誘電体４１が被測定者の外形に応じて厚さ方向だけでなく全方向に弾性変形するとともに、シート状誘電体４１が人体の曲面形状に沿って屈曲変形する。その結果、シート状導体４２，４３間の距離が変動して、シート型センサー１の静電容量が変動する。この静電容量の変化には、被測定者の生体情報である、心拍及び呼吸の周波数成分が含まれている。したがって、シート型センサー１によって検出される信号を用いて、身体情報を計測することができる。また、それ以前に、被測定者の「起きあがった（離床した）」或いは「就床姿勢になった（在床である）」のような動作を検知することができる。

シート型センサー１には、図５、図７に示すように、静電容量型センサー１０を発振用コンデンサとする共振回路３１が接続され、更に共振回路３１には、マイクロコンピュータ等から構成される演算処理回路３２が接続されている。

共振回路３１は、例えば、図７に示すように、シート型センサー１にインダクタ３１１を接続したＬＣ型発振回路によって構成することができる。

また、演算処理回路３２は、共振回路３１の発振周波数の変化を検出する周波数検出部３２１と、発振周波数の変化から離床又は在床を判定する離床判定部３２２とから構成される。共振回路３１から出力される矩形波状の電圧信号は、演算処理回路３２へ供給され、演算処理回路３２においては、検出される静電容量が所定の閾値を超える場合には、離床であると判定している。すなわち、シート型センサー１と、共振回路３１、演算処理回路３２から、被測定者が寝具２１に就床状態にあるか否かを判定する離床判定装置が構成されている。

次に、本実施形態として示すシート型センサー１，２が、低反発素材を用いた寝具２１に装着された場合に、被測定者の挙動を検出するときの様子を図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は、被測定者Ｍが寝具２１に就床していないとき、すなわち静電容量型センサー１０が標準状態のときの静電容量の検出値を示し、図１０（ｂ）は、時間Ｔ＝ｔ１において、被測定者Ｍが寝具２１に就床したとき（在床を検出したとき）の静電容量の検出値を示し、図１０（ｃ）は、時間Ｔ＝ｔ２において、被測定者Ｍが離床したときの静電容量の検出値を示し、図１０（ｄ）は、時刻ｔ２から更に時間が経過したときの静電容量の検出値を示す。なお、各図における点線は、被測定者Ｍによる寝具２１の実際の沈み込み量Ｆの変化を示す。また、実線は、静電容量型センサー１０出力を示す。静電容量Ｃｔｈは、在床を判定するため閾値である。

図１０（ｂ）に示すように、被測定者Ｍが就床すると、低反発素材の寝具２に対して沈み込み量Ｆが与えられる。このとき、検出される静電容量をＣｍａｘとする。時刻ｔ２において、被測定者が離床したとすると、低反発素材でなる寝具２１では、沈み込み量Ｆｍが緩慢に回復する（図１０（ｃ），（ｄ））。図１０（ｃ）では、沈み込み量ＦｍがＦｎに変化する。これに対して、装着バンド１１に伸縮部１２を備えたシート型センサー１は、伸縮部１２によって張力が与えられているので、被測定者の体型による変形が被測定者の身体の動きに併せて応答良く引き延ばされて標準状態（図１０（ａ），（ｄ））まで戻される。寝具２１は、更に時間が経過したとき、ようやく元の形状まで復元するという挙動を示す。

以上説明したように、本実施形態のシート型センサー、及びこのシート型センサーを用いて構成される離床判定装置によれば、マットレスや布団等の寝具にシート型センサーを設置する際に、センサーの一部をゴム等、弾性素材、伸縮性を有する素材で連結し、寝具に巻き付け装着することにより、特に、低反発性素材の寝具等のように、寝具の特性がセンサーの応答性に悪影響を与える状況であっても、シート型センサーの応答性をよくし、離床判定をはじめとする生体情報を良好に取得することができる。

本発明は、上述した実施形態を用いて説明したが、本発明は、上述した本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものではない。

例えば、シート型センサー１は、寝具２１の表面に限らず、寝具２１の内部若しくは裏面に配備することも可能である。また、被装着体は、寝具に限定されない。介護用イス、車椅子等、被測定者の有無を検出する必要がある状況であれば、本発明を適用することができる。また、本実施形態において使用する「変形可能」という表現には、「弾性変形可能」である旨も含む。

なお、本実施形態では、シート型センサーが、シート状誘電体とシート状導体とを用いた静電容量型センサー１０であって、シート状誘電体とシート状導体の面間の静電容量を検出するタイプである場合について説明したが、別の仕組みを有する静電容量型センサーであってもよい。例えば、シート型センサーは、図１１に示すように、例えば、弾性変形可能な略平面状のシート５１に配置された、略一対のワイヤ（導線）５２，５３間の静電容量を検出する静電容量型センサー５０であってもよい。

また、シート型センサー１において、シート状誘電体４１は、例えば、厚さ３ｍｍのウレタンシートによって形成されていると説明したが、誘電体としては、厚さ１ｍｍ程度の塩化ビニルを用いることも可能である。なお、塩化ビニルを用いる場合には、弾性変形は起こらないが、センサ本体が変形するため、変形に伴う静電容量の変化を検出することができる。

本発明の実施形態として示すシート型センサーを説明する斜視図である。 図１に示すシート型センサーを寝具に装着した様子を説明する斜視図である。 本発明の実施形態として示すシート型センサーの別の例を説明する斜視図である。 図３に示すシート型センサーを寝具に装着した様子を説明する斜視図である。 本発明に係るシート型センサーを備える離床判定装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係るシート型センサーの配置を説明する図である。 前記離床判定装置における共振回路及び演算処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に適用される静電容量型センサーを説明する斜視図である。 本発明の実施形態に適用される静電容量型センサーを説明する分解斜視図である。 本実施形態として示すシート型センサーが低反発素材を用いた寝具に装着されたとき、被測定者の挙動を検出するときの様子を説明する模式図である。 本発明の別の実施形態として示すシート型センサーを説明する図である。 従来のシート型センサーが低反発素材を用いた寝具に装着されたとき、被測定者の挙動を検出するときの様子を説明する模式図である。

符号の説明

１…シート型センサー、１０…静電容量型センサー、１１…装着バンド、１２…伸縮部、１３…カバー、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…伸縮コード

Claims (6)

1. シート型センサー本体と、
   前記シート型センサー本体に張力を付加する張力付加部と
   を備えるシート型センサー。
2. 被装着体の一部に環状に装着するための帯状体を有し、
   前記シート型センサー本体は、前記帯状体に設けられ、
   前記張力付加部は、伸縮性を有し、前記帯状体の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシート型センサー。
3. 前記シート型センサー本体は、被装着体の装着部分を覆い、
   前記張力付加部は、前記シート型センサー本体に対して、前記シート型センサー本体から外側方向への張力を付加することを特徴とする請求項１に記載のシート型センサー。
4. 前記シート型センサー本体は、
   誘電体と導体とによりキャパシタを構成することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のシート型センサー。
5. 前記シート型センサー本体は、
   変形可能なシート状誘電体と、
   前記シート状誘電体の両面に配備されたシート状導体と
   を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のシート型センサー。
6. シート型センサー本体と、
   前記シート型センサー本体に張力を付加する張力付加部とを有するシート型センサーと、
   前記シート型センサーにより検出された検出結果に基づいて、被測定者の身体動作から得られる生体情報を計測する計測装置と
   を備える生体情報計測装置。

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