JP2012005727A - バイタル動的挙動検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マット型のセンサーは、敷布として生体の数多くのバイタルデータを効率良く測定できる。しかし、本格的な検出装置は、敷布としては使い勝手が良くなく、価格も高くなる。ここでは、より精度の高いデータを効率よく採取する検出装置が求められる。
【解決手段】本発明では、高感度の板状センサーを用い、それよりも面積比の大きい板材Ａを介して生体の加荷重を測定することで、最小のセンサー素子でより広範囲に、高感度で精度の良い測定データをうることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体の動的な挙動、振動特性を計測する装置に関するものである。

生体の身体の挙動としては、呼吸器系である呼吸等に関する身体の動き、循環器系の脈拍に関する動き、身体全体を動かす寝位、座位、立位での動きを観察することは、生体の健康状態や病気等異常時の症状を把握するに際して、有効な情報を提供する。そのための検出装置として、音響、圧力、変位、速度、加速度、荷重等を測定する。

人体の測定は、測定による苦痛、不快や無理な姿勢等が極力無い方法が配慮される場合が多い。また、測定時間も短期間で終了するものや日常生活の中で長時間にわたって観測されるもの等がある。特に、長期にわたる測定の場合は、日常生活に支障や影響が極力少ないほうほうが求められる。そのため、身体を拘束する度合い、測定器の大きさ・重さ、計測時の音、振動、温度等の影響が少ないことが求められる。また、これらの要求は、人体だけでなく、ペット等の動物類にも配慮される。

これらの計測、計測に対し、意識的に努力を伴うよりは、自然に、自動的に、意識しないで計測されることは好ましく、「いつでも、どこでも、だれでも、どのようにでも処理ができる」（以下、ユビキタスと称する）を意味するユビキタス性の高い計測及び計測装置と呼ばれる。最近のものは、これらの点を配慮されている装置、ユニバーサルデザインの手法等を適用する装置が数多く見受けられるようにたった。しかし、計測のきっかけや終了、計測条件、データの記録、処理、保存、送信等の操作条件の内の幾つかを自ら設定する必要がある。ほとんど意識されず、操作を加えることがほとんど無い状態で測定が完了する上位のユビキタス性を満足する検出装置はほとんど見当たらない。その中で生体から間接的に置かれたマットセンサーは、寝位、座位の敷布と積層することでユビキタス性は高いものの一つである。しかし、その測定データの精度は必ずしも満足するものではない。また、データの自動的後処理も中途半端な状態である。

特開2008-209324（エアマットに加わる圧力の測定法） 特開2010-51588（床面を縦横に細長いセンサーでカバーする方法の発明であるが、分布荷重の測定する考えはない） 特開2009-240660（ベットの４脚での荷重計測方式、補助的に幾つかの荷重センサーをベッド上に配置する考えは有するが、具体的な方策はない） 特開2005-253957（ベットを２分割し、また大きく分割して測定） 特開2010-315（複数のセンサーシートを用いるがエアマットでのアイディア）

「フィンランド EMFIT社 高感度感圧センサー」ユーロ・プロテック（株）のＨＰより（本発明でも採用を考慮している圧電素子） 「タニタ、睡眠計スリープスキャンSL-501」（株）タニタのＨＰ（水封入式マットでの販売） 「離床センサー瞬１」（株）エヌウィックのＨＰ（単一のマットセンサー）

生体の体内の動的な挙動である呼吸や循環系の脈拍の動的挙動・振動や寝位や座位での身体の動きや着離・席の挙動を検知する検知装置において、寝位や座位で測定する対象箇所に設置するだけで、非接触状態であるが満足できる測定精度を満たし、同時に対象とする生体に対する測定項目の検知、測定、処置、伝達、通信、記録等の検知装置の主たる操作のほとんどを、より自動的に且つユビキタス性がより高い状態で実施できる機能を備えることを目指している。

まず第一に、(1)呼吸器系である呼吸等に関する身体の動き、(2)循環器系の脈拍に関する動き、(3)身体全体を動かす寝位、座位、立位での動き等の生体の身体の動的な挙動を、生体の身体の寝位や座位状態で、非接触方式にて観察する手段として、生体と間接的に荷重・加速度・圧力等または荷重・加速度・圧力等の分布として感度良く検知する検出素子を対象面内に適切な配置に設置し、荷重分布も検知できる機能を備えるものとする。

更に、計測条件、計測タイミングの検出、データ演算・分析、データの送信、記録、表示、警告等のデータ後処理に関する機能を自動的に実施する演算素子や記憶素子を備えることが求められる。

また、検出装置の一部として、計測部に加え、有線または無線でデータ転送が可能な機能を備えることが求められる。これらの機能は、検出装置にすべて備えている場合も含まれるが、一般には、センサーネットワークシステムとして、サーバーにデータを転送し、各種の処置、分析、表示、記録、警告等の機能をネットワーク上に分散することもある。その際、一連の生体の測定データの秘匿性に関しても管理機能が作用すべきである。多くの検出装置がネットワーク上に存在し、お互いのデータの区分、管理が出来るものとする。

生体信号の測定は、その生体の病気等の疾患時や定期的な健康診断時のように限られる時のみに測定するものではなく、日常的にも用いられる。本発明による検出装置では、そのユビキタス性により、日常的に違和感なく連続的にまたは定期的に測定が可能である効果を有する。その結果、健康維持、老化防止、疾患予防等のために長期にわたり日常の生活のなかでの測定項目の監視をすることが可能となる。その結果、生体の状態の維持、向上等を達成することができる。また、最近は、美容やスポーツ能力の維持、向上等にもその効果を監視し支援する効果がある。
また、寝位では、ベットからの転倒予防警告、徘徊行為への兆候関知による防止、座位における居眠り状態の検出、警告、更に寝位、座位での心拍停止等の非常事態の検知、通知、警告等の効果も期待できる。

寝位での生体信号検出装置 板状センサー部の積層構造 測定データの後処理フロー 0.1〜100Hzまでの波形分析による呼吸数評価波形 正常脈拍の周波数分析での評価 不整脈脈拍の周波数分析での評価

図１に代表的な事例として、寝位での床マットセンサーの検出装置のセンサー部の構成図を示す。詳細は実施例のところで述べるが、同様な応用編として、椅子の座る面や背もたれ面での適用がある。また、本発明での基本的な考え方は、生体の測定面を最大限活用し、高価な高感度のセンサー素子を効率良く活用することをねらっている。すなわち、人間等の胴体や腕、脚の位置が特定できる範囲で最小となる大きさの板材Ａを設定し、またその板材Ａに加わる荷重を測定できる最小限の板材センサーを配置することで、広範囲の対象面を精度良く、分布荷重も把握できる方式である。更に、板材Ａとセンサー板材との面積比分だけ、センサーの感度を向上することができ、ＳＮ比が優れたデータを得ることができる。

図２には、板材センサー周りの積層構造を示す。ここで用いられる板状センサーは、帯電ポーラス樹脂シート型センサーで厚さは１ｍｍ以下で柔軟性を持っている。板材中の数μの間隙を持つ積層状の薄い空隙群や積層によりコンデンサーとしての荷電容量が変化する方式のセンサーである。

また、図３には、測定データの後処理の基本的なフローの流れを示す。方式として、基本的な測定データの加工、解析、分析等の処置を検出装置のセンサー側で行う方式と計測データをセンサー部から送信し、データベースとなるサーバーに送り込んでからデータの後処理を行う方式がある。前者は、通信量は少なく、後者では増大する。前者では、センサー部に或程度の規模であるＣＰＵ演算素子を分散させる必要があり、後者では、クラウディングコンピューティングでの考え方に近い。

図１に、上述の寝位での床マットセンサーでの事例を示す。ユビキタス性を確保するためには、図２に示す荷重センサーの積層は、敷布又はマットレスの下側に配置し、寝位での違和感を軽減することが求められる。ここでは、約５０ｍｍのマットレスが用いられた。約６０ｍｍ□の板材Ａに対して、約１５ｍｍ□の板材センサーを四隅に配置したものを敷き詰めて行った場合は、周波数特性の修正を行うことで図４のような呼吸状況を示す波形が得られた。また、図５、図６は、正常な脈拍の人と不整脈を持つ人との比較である。波形を周波数分析の結果、両者の特徴を表している。すなわち、正常な脈拍では、脈拍の基本周波数の２，３倍音もきれいに表現できている。

日本は高齢化社会が進んでおり、高齢者の健康・老化防止のために、元気なうちから予防的に老化防止を抑制し、健康に気を付ける必要がある。すでに、健康保険や介護保険は余裕の無い状態であり、自治体、民間ベースでの活動が主力となる。そのためには、本発明のセンサーはユビキタス性が高く、数多くのデータを同時に採取することができる。したがって、高性能も必要であるが、以下に低コストで提供できるかがキーとなる。その観点では、本発明は、徹底したコスト抑制を行っている。

１ センサー
２ 板材Ａ
３ 板材Ｂ
４ まくら
５ 身体
６ 肺
７ 心臓
８ マット
９ プラス電極
１０ マイナス電極
１１ 感圧フィルム

Claims (8)

1. 生体の体内の動的な挙動である呼吸や循環系の脈拍の動的挙動・振動や寝位や座位での身体の動きや着離・席の挙動を寝位や座位で測定する対象箇所に設置し検知する検知装置において、板材の図心からその外形までの長さが３０ｍｍ以上で、同時に板材の図心からその外形までの距離の最短長さに対する最長長さの比が５倍を超えない凸を主とする外形を持ち、更に板材の内側に孔があってもよい条件を満たす板材Ａを複数枚用意し、１枚または複数枚のシート状板材Ｂ上に板材Ａを配置し、複数の板材Ａの一部とシート状板材の間に厚さ５ｍｍ以下の荷重検知の板状センサーを１個以上配置する検出装置
2. 請求項１において、荷重検知の板状センサーが、空気または液体を密封された板状センサーに加わる荷重により密閉体の圧力を検知する方式センサー、非電導体である柔軟板材に伝導体の細片が分散しセンサーに加わる荷重により板材の電導率が変化する方式のセンサー、ピエゾに代表される板材に加荷重により生じる応力により起電力が変化する方式のセンサー及び板材中の微小の薄い空隙群や積層によりコンデンサーとしての荷電容量が変化する方式のセンサーである検出装置
3. 請求項１、請求項２において、板状センサー自身の受圧面積が、センサーの表・裏面を挟み込む板材でその面積が小さい方の板材の面積と比較して、１／５以下である検出装置
4. 請求項１、請求項２、請求項３において、センサーで検出する信号を、個別のセンサーまたはセンサーが取り付いている板材Ａ毎に、配線またはプリント配線を用いて個別の信号として取り出す検出装置
5. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４において、一定の変位でスイッチが導通するセンサー等の静的な変位を検知するセンサー、赤外線の電磁波エネルギー等の検知による生体の接近を検知するセンサー、超音波の反射の検知による接近センサー、測定対象物との電気的特性によるインピーダンス変化を感知するセンサー、静電容量変化によるセンサー等の非接触型接近感知型のセンサーを追加して組込む検出装置
6. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５において、着床または着座を検知して計測を開始し、離床または離席により計測を中止する検出装置
7. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６において、測定されるデータを有線または無線を介してインターネット等のネットワークに接続し、データの処理、通信、記録、表示、警告等を行う検出装置
8. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７において、計測される生体対象に対して、顔認証、声紋、指紋や虹彩等による生体認証、タグやカード等による認証、本検出装置で測定されるデータからの個体特徴を抽出することによる認証等の生体の特定を行う機能を備えている検出装置