JP2016030108A - 体動及び呼吸検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】ベッドの上での動作を確実に特定でき、且つなるべく電磁波の影響を押さえることができる体動及び呼吸検出システムを提供する。【解決手段】被験者１０が横臥するベッド１２と、ドップラーセンサーと、上面が開口し、且つ上面の開口部以外の壁面がドップラーセンサーから放出される電磁波をシールドするシールド材３８で覆われ、内部にドップラーセンサーが収納され、ベッド１２の下方に配置される箱状部材３６と、ベッド１２に配置され、ドップラーセンサーから放出される電磁波を被験者に対してシールドするとともに、被験者が乗ることで変形するベッド用シールド材１４と、箱状部材３６内のドップラーセンサーで生成されたドップラー信号に基づいてベッド上における被験者の体動及び呼吸を検出可能な制御部とを具備する。【選択図】図２

Description

本発明は、ベッドで寝ている被験者の体動及び呼吸を検出できるシステムに関する。

ベッドで寝ている患者や被介護者の状態を確認するためのシステムとして、例えば特許文献１に開示されているようなシステムがある。

特許文献１のシステムによれば、照射波と反射波の位相差を検知するドップラーセンサーを用い、看護対象の異常を検出し、報知する構成が開示されている。ドップラーセンサーは、天井などに設置し、ベッドに向けて照射波を照射している。

特開２０１２−５７４５号公報

従来の特許文献１に開示されているシステムによれば、ドップラーセンサーを用いて、看護対象の寝返りなどの動作の検知や、呼吸検知などが可能であるとしている。
しかし、現状で入手可能なドップラーセンサーは、そのアンテナパターンが広範囲に及んでいるため、ベッド上での動作、特にベッドから離れたかどうかを確実に判断できないという課題がある。老人や病人は、特に立ち上がり直後に転倒する危険性が高いので、ベッドから離れた時点を確実に検出することが必要である。

ドップラーセンサーにおいて、指向性を高め、且つ検知範囲を狭めるためには、マイクロ波の場合は、例えばホーンアンテナやパラボラアンテナなどを利用することができるが、構造が大きくなりすぎてしまい、また天井等に設置すると非常に違和感があるという課題がある。

また、マイクロ波を利用すると、人体への影響面も検討しなければならない。実際には、ドップラーセンサーからの出力は、１０〜４０ｍＷ程度であり、携帯電話機からの出力２００〜５００ｍＷに比べればはるかに小さいため人体への影響はほとんどないと考えられる。しかしながら、ベッドで寝ている患者や被介護者を２４時間監視するような場合においては、いくら小さいマイクロ波出力であってもなるべくその影響が及ばないようにすべきである。

また、新生児の呼吸を検出することや、乳幼児の体動（特にベッドから離れる離床）を検出することは、病院や保育施設などで強く要望されていることである。
しかしながら、新生児や乳幼児に対してマイクロ波を照射することは、たとえ微弱であっても抵抗がある。
このため、特に要望されている新生児の呼吸を検出することや、乳幼児の体動を検出することについては、医療現場でバイタルセンサーなどを肌の弱い乳幼児に装着すること以外まったく実現されていないという課題がある。

そこで本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、ベッドの上での動作を確実に特定でき、且つなるべく電磁波の影響を押さえることができる体動及び呼吸検出システムを提供することにある。

本発明にかかる体動及び呼吸検出システムによれば、被験者が横臥するベッドと、ドップラーセンサーと、上面が開口した開口部が形成され、且つ上面の開口部以外の壁面がドップラーセンサーから放出される電磁波をシールドするシールド材で覆われ、内部にドップラーセンサーが収納され、ベッドの下方に配置される箱状部材と、ベッドに配置され、ドップラーセンサーから放出される電磁波を被験者に対してシールドするとともに、被験者が乗ることで変形するベッド用シールド材と、前記箱状部材内のドップラーセンサーで生成されたドップラー信号に基づいてベッド上における被験者の体動及び呼吸を検出可能な制御部と、を具備する。
この構成を採用することにより、ドップラーセンサーが周囲をシールド材で覆われた箱状部材内に収納されることで、該当するベッド上の被験者のみ検出を行うことができ、周囲に複数のベッドが設置されていても他のベッドの被験者の動作や、他のドップラーセンサーとの干渉による誤検出を防止できる。すなわち、被験者がベッドから離れた直後に、ドップラー信号の振幅が小さくなるので、被験者の離床を正確に検出できる。また、ドップラーセンサーがベッド下に配置されることで、見た目的な違和感も無くすことができる。さらに、ベッド用シールド材を設けることで、被験者に対する電磁波の影響をなくすことができる。特に、新生児や乳幼児に対してマイクロ波を照射することは、たとえ微弱であっても抵抗があったが、新生児や乳幼児に対してベッド用シールド材により、電磁波の直接の放射を遮断して、安心して検出が行える。

また、前記制御部は、前記ドップラーセンサーで検出されたドップラー信号の振幅値が、あらかじめ設定された閾値をあらかじめ設定した回数超えた場合には体動ありと判定し、且つ体動ありの場合は呼吸ありと判定することを特徴としてもよい。

さらに、前記ベッド用シールド材は、銀を含んでいることを特徴としてもよい。
この構成によれば、ドップラーセンサーからの電磁波を遮断するだけでなく、銀イオンの発生によって抗菌効果、防臭効果を高めることができる。

さらに、前記ベッド用シールド材は、少なくとも被験者の腰より上の部分と腰よりも下の部分とで分割されて配置されることを特徴としてもよい。
この構成によれば、被験者がベッド上で上体を起こした場合に、おしりの部分で腰よりも上の部分のベッド用シールド材を引っ張ることが無いので、上体を起こしたことを確実に検出できる。

本発明によれば、ベッドの上での動作を確実に特定でき、電磁波の影響を押さえることができる。特に、実現できていなかった新生児や乳幼児の呼吸や体動を安心して検出することができる。

本発明にかかる体動及び呼吸検出システムの全体構成を示す平面図である。 図１に示した全体構成の側面図である。 制御部の内部構成を示すブロック図である。 ベッド用シールド材を分割した場合の説明図である。

以下、本実施形態にかかる体動及び呼吸検出システムについて図面に基づいて説明する。
図１は、体動及び呼吸検出システムの概要を示す平面図であり、図２は、体動及び呼吸検出システムの概要を示す側面図である。

本実施形態の体動及び呼吸検出システム３０（以下、単にシステムと称する場合がある）は、被験者１０が横臥するベッド１２の下方にドップラーセンサー３２が配置されて構成される。
本システム３０は、老人介護、病人介護などの現場において、被験者である老人や病人が、ベッドから離れたかどうか（離床）、また呼吸の有無を検出するためのシステムである。そして、本システム３０は、１台のベッド１２につき、１台のドップラーセンサー３２を設け、被験者ひとりひとりの離床と呼吸の検出を行う。

ドップラーセンサー３２は、箱３６（特許請求の範囲でいう箱状部材）内に収納されている。箱３６は、上面が開口しており、底面と側面とを有している。ただし、箱の形状としては、直方体、立方体に限定するものではない。
箱３６の側面３６ａは、電磁波のシールド材３８で覆われている。シールド材３８としては導電性の金属箔、導電性の金属網、導電性の塗料など公知のシールド材を採用できる。また、箱３６そのものを導電性材料で形成してもよい。

なお、箱３６の大きさとしては、ドップラーセンサー３２及び後述する制御部４０が一体に構成されたものが収納可能であればよいが、高さについては横方向への電磁波の漏れをなるべく少なくするために高くする方がよい。
例えば、図２に示す例では、箱３６の高さは、なるべくベッド１２の下面に近い位置となるようにしている。

ドップラーセンサー３２の例としては、例えば中心周波数２４ＧＨｚ付近のマイクロ波ドップラーセンサーを採用することができる。出力電力は、７ｍＷ程度である。

ベッド１２には、ベッド用シールド材１４が配置される。ベッド用シールド材１４は、横臥する被験者の体重がかかると容易に変形するよう、布状（多数の繊維からなり、ある程度薄く延ばされたもの）であるとよい。
ベッド用シールド材１４としては、銀メッキを施した繊維によって構成されることが好ましい。これにより、電磁波シールドの機能とともに、抗菌、防臭作用を有することができる。

本実施形態では、ベッド用シールド材１４は、敷布団カバー内に配置している。このため、被験者にとっては違和感なくベッドに横臥することができる。

ドップラーセンサー３２が収納された箱３６は、ベッド１２の下方に配置される。箱３６の配置位置は、被験者の胸部から腹部あたりにかけての位置にすることが好ましい。

ここで具体的な原理について説明する。
ドップラーセンサー３２は、周囲をシールドされた箱３６内に配置されているため、上方にのみ電磁波を照射する。このため、病院等の病室で複数人部屋の場合において、複数のドップラーセンサー３２を配置したとしても相互間の干渉をなくすことができる。

そして、ベッド１２にはベッド用シールド材１４を配置するので、電磁波が被験者に直接当たることを防止することができる。また、ベッド用シールド材１４は、布状で薄いものを採用することにより変形しやすいため、ベッド１２に横臥している被験者の動きに合わせて変形する。
このように、ベッド用シールド材１４からの電磁波の反射波は、体表面からの反射と同程度あるため、被験者に電磁波が直接当たらなくても、被験者の動作及び呼吸を検出できるのである。

次に、ドップラーセンサーで検出されたドップラー信号を解析する制御部について説明する。
制御部のブロック図を図３に示す。
本実施形態における制御部は、ドップラーセンサー３２から得られた信号を解析する機能を有しており、具体的にはドップラーセンサー３２と同一のプリント基板上に配置することができる。

制御部４０は、ドップラーセンサー３２からの２系統の出力のうちのＩＦ１を通すローパスフィルタ４１、ＩＦ１を通すバンドパスフィルタ４２、ドップラーセンサー３２からの２系統の出力のうちのＩＦ２を通すローパスフィルタ４３、ＩＦ２を通すバンドパスフィルタ４４と、ＣＰＵ４５と、メモリ４６と、外部出力部４８とを有している。

制御部４０では、ローパスフィルタ４１，４３によってＩＦ１及びＩＦ２の０．８Ｈｚ以下の信号をＣＰＵ４５に入力している。ＣＰＵ４５では、０．８Ｈｚ以下の信号を呼吸信号として扱う。
また、制御部４０では、バンドパスフィルタ４２、４４によってＩＦ１及びＩＦ２の１〜５Ｈｚの信号をＣＰＵ４５に入力している。ＣＰＵ４５では、１〜５Ｈｚの信号を体動信号として扱う。

ＣＰＵ４５における、体動及び呼吸の有無の判定処理について説明する。
まず、体動の判定処理について説明する。
ＣＰＵ４５では、５０ｍｓごとに得られたＩＦ１の１〜５Ｈｚデータ（以下、ＭＩＦ１と称する）、及びＩＦ２の１〜５Ｈｚのデータ（以下、ＭＩＦ２と称する）について、
振幅＝√（ＭＩＦ１^２＋ＭＩＦ２^２）
の式より、振幅を算出する。
ＣＰＵ４５は、算出された振幅の値が、あらかじめ設定した閾値を、あらかじめ設定した回数を超えたことを算出すると、体動有りと判定する。

呼吸の判定処理について説明する。
まず、ＣＰＵ４５は、体動有りと判定した場合には、無条件で呼吸有りと判定する。これは、呼吸信号が体動信号と比較して小さいため、体動信号があると呼吸信号が見えなくなってしまうためである。
体動が無い場合、ＣＰＵ４５は、５０ｍｓごとのＩＦ１の０．８Ｈｚ以下のデータ（以下、ＢＩＦ１と称する）、及びＩＦ２の０．８Ｈｚ以下のデータ（以下、ＢＩＦ２と称する）について、例えば５１２回えられる毎（５０ｍｓ×５１２＝２５．６ｓ）に、
振幅＝√（ＢＩＦ１^２＋ＢＩＦ２^２）
の式より、振幅を算出する。
ＣＰＵ４５は、得られた振幅値をフーリエ変換し、周波数０．１Ｈｚ〜１Ｈｚ（呼吸数６回／分〜６０回／分）間のパワーを調べる。そして、ＣＰＵ４５は、この周波数間でのパワー加算値が、あらかじめ設定された閾値を越えた場合には、呼吸有りと判定する。

ただし、呼吸の判定において、サンプリング数としては、上記の５１２回に限定することはなく、例えば２５６回などにしてもよい。

制御部４０には、外部出力部４８が設けられており、各波形のサンプリングデータやＣＰＵ４５で判定された結果を外部機器へ出力できる。外部機器としては、例えばパーソナルコンピュータなどがある。また、制御部４０には、ＵＳＢインターフェース５１、ＳＤカードライター５２などを設け、各波形のサンプリングデータや、判定結果をＵＳＢメモリまたはＳＤカードに記録可能としている。

また、制御部４０には、接点出力端子４９が設けられている。接点出力端子４９は、アラームや警告灯（図示せず）などの外部機器と接続されている。ＣＰＵ４５は、体動の有無があったとき、呼吸が無くなったときなどに接点出力をオンにし、アラームや警告灯などを作動させることができる。

上述してきた実施形態により、被験者がベッドから離れたときは、ＣＰＵ４５による体動が検出された後に振幅が急激に小さくなる。このため、離床が確実に検出できる。
また、長時間（例えば１時間〜２時間等）体動が無いことが検出された場合には、寝返り無しという判定を行うことも可能である。
寝返りが無いと被験者の床ずれなどが生じる場合があるため、制御部４０は、寝返り無しと判定した場合には、アラームや警告灯などを作動させる。

また、例えば被験者がベッド上で上体を起こしたときは、最初動いたときの振幅の値が大きくなり、上体を起こした後はおしりの部分のみがベッドに接触しているので、おしり部分における振幅を検出することで上体が起きたことを判定可能である。
しかしながら、上体を起こすと、おしり部分でベッド用シールド材１４が胸の部分の方まで引っ張られ、胸の方における呼吸振動が伝わってしまい、正確に上体起こしを検出できない可能性も考えられる。

そこで、図４に示すように、ベッド用シールド材１４を、腰から上の部分１４ａと、腰から下の部分１４ｂで分けてもよい。
腰から下の部分１４ｂは、ベッド１２の下面に設けてもよい。ベッド１２の下面に設ける場合には、被験者が体重をかけること変形しないので、布状でなくても金属板や金属網などでもよい。

このように構成することによる作用は、以下の通りである。
すなわち、図に示すように介護用のベッド１２には手すり１３がついていることが一般的である。手すり１３は、被験者の主に腰から上の上半身を囲む箇所に取り付けられている。このため、被験者がベッド１２から離床するときは、必ず手すり１３の無い足元の方に移動して離床する。このような構成とすることで、被験者が上体を起こした時であっても、ベッド用シールド材１４の腰から上の部分１４ａは、完全に被験者と接触していないので呼吸無しと判定することができ、これにより上体起こしというよりは呼吸無しでアラームや警告灯を作動させることができる。

また、ベッド用シールド材１４を分割するにあたっては、上記のように腰よりも下の部分をベッド１２の下面に設けなくてもよい。
さらに、腰よりも上の部分１４ａと腰よりも下の部分１４ｂとの間隔を２０ｃｍ程度開けても同様の効果が得られる。また、ベッド用シールド材１４を３つ以上に分割することも可能である。

なお、新生児や乳幼児の呼吸や心拍数は、成人の２倍〜３倍である。このため、新生児や乳幼児の呼吸を検出する場合には、成人の検出時よりも周波数帯域をシフトして検出するとよい。

１０ 被験者
１２ ベッド
１４ ベッド用シールド材
３０ 体動及び呼吸検出システム
３２ ドップラーセンサー
３６ 箱
３８ シールド材
４０ 制御部
４１ ローパスフィルタ
４２ バンドパスフィルタ
４３ ローパスフィルタ
４４ バンドパスフィルタ
４５ ＣＰＵ
４６ メモリ
４８ 外部出力部
４９ 接点出力端子
５１ ＵＳＢインターフェース
５２ ＳＤカードライター

Claims (4)

1. 被験者が横臥するベッドと、
   ドップラーセンサーと、
   上面が開口した開口部が形成され、且つ上面の開口部以外の壁面がドップラーセンサーから放出される電磁波をシールドするシールド材で覆われ、内部にドップラーセンサーが収納され、ベッドの下方に配置される箱状部材と、
   ベッドに配置され、ドップラーセンサーから放出される電磁波を被験者に対してシールドするとともに、被験者が乗ることで変形するベッド用シールド材と、
   前記箱状部材内のドップラーセンサーで生成されたドップラー信号に基づいてベッド上における被験者の体動及び呼吸を検出可能な制御部と、を具備することを特徴とする体動及び呼吸検出システム。
2. 前記制御部は、前記ドップラーセンサーで検出されたドップラー信号の振幅値が、あらかじめ設定された閾値をあらかじめ設定した回数超えた場合には体動ありと判定し、且つ体動ありの場合は呼吸ありと判定することを特徴とする請求項１記載の体動及び呼吸検出システム。
3. 前記ベッド用シールド材は、銀を含んでいることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の体動及び呼吸検出システム。
4. 前記ベッド用シールド材は、少なくとも被験者の腰より上の部分と腰よりも下の部分とで分割されて配置されることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項記載の体動及び呼吸検出システム。

Images