JP2017140157A

JP2017140157A - 生体モニタ装置

Info

Publication number: JP2017140157A
Application number: JP2016022683A
Authority: JP
Inventors: 拓也三吉; Takuya Miyoshi
Original assignee: F S C Inc
Current assignee: F S C Inc
Priority date: 2016-02-09
Filing date: 2016-02-09
Publication date: 2017-08-17
Anticipated expiration: 2036-02-09
Also published as: JP6671184B2

Abstract

【課題】エアーマットをベッド上に敷き、１枚のエアーマットから微小信号の生体情報と体重が推定できるレベルの大きい信号を同時に取得して離床検知と体重推定を可能とする。【解決手段】ベッドの上で寝ている就寝者の荷重を空気圧の変動で伝えるエアーマットと、エアーマットの空気圧変動を信号処理装置に伝達する中空のエアチューブと、エアチューブを信号処理装置内で２つに分岐する分岐コネクタと、分岐コネクタから分岐した一方のエアチューブに接続し生体信号を検出する微差圧センサと、他方のエアチューブに接続し大気圧とエアーマットの空気圧の圧力差を計測する気圧センサとを備えたことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、１枚のエアーマットから微小信号の生体情報と体重が推定できるレベルの大きい信号を同時に取得して離床検知と体重を推定する生体モニタ装置に関する。

病院や高齢者施設等では、患者や入居者等の安全及び体調管理のために、離床状態を的確に検知することができる離床検知装置（例えば、特許文献１）及び体重を測定して体調を管理する患者の体重測定装置（例えば、特許文献２）が知られている。

特開２００４−１０５４１６号公報特開２００４−２７１３６８号公報

特許文献１の離床検知装置は、ベッドの荷重重量を検出するセンサと、センサが検出した荷重重量により、ベッド上に患者が存在している在床状態とベッド上に患者が存在していない不在状態とを判定し、在床状態から不在状態に遷移したと判定したとき、離床状態であることを通知して誤報や失報を防止するものである。

また、特許文献２の患者の体重測定装置は、患者をエアーマットで保持した状態で電磁弁を開けて空気を排出しエアーマットのマット内部圧力を漸次低下させ、エアーマットの内部圧力とエアーマットに加わる患者を含む荷重とを平衡状態にして患者の体重を測定するものである。

何れの場合においても荷重を検出して離床状態の検知及び体重推定をしているため、装置が大掛かりになり、簡単な構成で実行できないという難点があった。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、エアーマットをベッド上に敷き、１枚のエアーマットから微小信号の生体情報と体重が推定できるレベルの大きい信号を同時に取得して離床検知と体重推定を可能とすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の生体モニタ装置は、ベッドの上で寝ている就寝者の荷重を空気圧の変動で伝えるエアーマットと、エアーマットの空気圧変動を信号処理装置に伝達する中空のエアチューブと、エアチューブを信号処理装置内で２つに分岐する分岐コネクタと、分岐コネクタから分岐した一方のエアチューブに接続し生体信号を検出する微差圧センサと、他方のエアチューブに接続し大気圧とエアーマットの空気圧の圧力差を計測する気圧センサと、を備えたことを特徴とするものである。

また、請求項２の生体モニタ装置は、請求項１記載の生体モニタ装置であって、信号処理装置は、気圧センサの値が一定値以下となった場合にエアーマットの空気漏れと判断して異常信号を出力することを特徴とするものである。

また、請求項３の生体モニタ装置は、請求項１又は２記載の生体モニタ装置であって、信号処理装置は、気圧センサの値があらかじめ定めた一定値以上上昇し、かつ微差圧センサから生体信号が検出された場合に着床状態と判断し、着床状態から一定値以上気圧センサの値が低下した場合に起床状態と判断して起床警報を発することを特徴とするものである。

また、請求項４の生体モニタ装置は、請求項１又は２記載の生体モニタ装置であって、信号処理装置は、気圧センサの値があらかじめ定めた一定値以上上昇し、かつ微差圧センサから生体信号が検出された場合に着床状態と判断し、着床状態から一定値以上気圧センサの値が低下し、かつ気圧センサの値の低下後一定時間以上微差圧センサから生体信号が検出されない場合に離床状態と判断して離床警報を発することを特徴とするものである。

また、請求項５の生体モニタ装置は、請求項１乃至４記載の生体モニタ装置であって、
信号処理装置は、気圧センサの値があらかじめ定めた一定値以上上昇した場合着床時の気圧センサの値から空気圧の変動を計測することによりベッドの上で寝ている就寝者の体重を推定して外部に知らせることを特徴とするものである。

本発明によれば、ベッドの上で寝ている就寝者の荷重を空気圧の変動で伝えるエアーマットと、エアーマットの空気圧変動を信号処理装置に伝達する中空のエアチューブと、エアチューブを信号処理装置内で２つに分岐する分岐コネクタと、分岐コネクタから分岐した一方のエアチューブに接続し生体信号を検出する微差圧センサと、他方のエアチューブに接続し大気圧とエアーマットの空気圧の圧力差を計測する気圧センサとを備えたので、同一のエアーマットから微小信号の生体情報と体重が推定できるレベルの大きい信号を同時に取得して離床検知と体重を推定することができる。

また、本発明によれば、気圧センサの値が一定値以下となった場合にエアーマットの空気漏れと判断して異常信号を出力し、気圧センサの値があらかじめ定めた一定値以上上昇し、かつ微差圧センサから生体信号が検出された場合に着床状態と判断し、着床状態から一定値以上気圧センサの値が低下した場合に起床状態と判断して起床警報を発報し、着床状態から一定値以上気圧センサの値が低下し、かつ気圧センサの値の低下後一定時間以上微差圧センサから生体信号が検出されない場合に離床状態と判断して離床警報を発報するので、簡単な回路構成で、かつ短時間で離床警報を発報することができる。

更にまた、本発明によれば、気圧センサの値があらかじめ定めた一定値以上上昇した場合着床時の気圧センサの値から空気圧の変動を計測することによりベッドの上で寝ている就寝者の体重を推定して外部に知らせることができるので、ベッド全体の重量を測定することなく、ベッドに寝たままで、介助が必要な就寝者の体重を簡単に推定することができる。

本発明の生体モニタ装置の使用例を示す概念図である。本発明の生体モニタ装置の一実施例を示すシステム構成図である。（ａ）は信号処理装置の一例を示す外観図、（ｂ）は空気圧表示器を示す部分拡大図である。信号処理装置の動作を示すＣＰＵのデーターフロー図である。着床時の信号波形を時系列で表した図である。起床時、離床時の信号波形を時系列で表した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、１０はベッド２０の上で寝ている就寝者３０の荷重を空気圧の変動で伝えるエアーマットである。４０はエアーマット１０の空気圧変動を信号処理装置５０に伝達する中空のエアチューブである。信号処理装置５０はＡＣアダプタ７０から給電され、エアーマット１０の空気圧変動に応じた各種警報音を報知端末部８０に出力する。

図１及び図２に示すように、エアーマット１０はベッド２０の上に敷き、その上にシーツなどをかけて使用する。エアーマット１０はエアチューブ４０を介し、着脱可能なカプラ４１により信号処理装置５０と接続されている。エアチューブ４０に取り付けられたカプラ４１には空気の漏れ防止弁が備えられており、信号処理装置５０からエアチューブ４０を外してもエアーマット１０内の空気が抜けることはない。エアーマット１０が汚れた場合は、カプラ４１で信号処理装置５０からエアチューブ４０ごと取り外して水洗いできる。エアーマット１０の空気圧は、低すぎると生体信号などの信号が取れなくなり、また高すぎると寝心地が悪くなり、エアーマット１０が破損する恐れもあるため適正な値、例えば、2kPa〜4kPa程度にしておく必要がある。エアチューブ４０は、エアーマット１０の上にシーツなどをかけるため、可撓性があるとともに、折れたりつぶれたりして空気の振動の伝達を妨げることの無いように適度な剛性を持つ必要がある。様々な材料を検証した結果、外径が8mm程度で内径が4mm程度の塩化ビニール製のチューブが適している。

エアチューブ４０は、信号処理装置５０内で分岐コネクタ５１により２つのエアチューブ４２、４３に分岐され、分岐コネクタ５１から分岐した一方のエアチューブ４２には生体信号を検出する微差圧センサとしてのコンデンサマイク５２が接続され、他方のエアチューブ４３には大気圧とエアーマット１０の空気圧の圧力差を計測する気圧センサ５３が接続されている。コンデンサマイク５２の出力は適当な信号レベルになるように増幅回路５２ａで増幅され、ＣＰＵ５４に入力される。気圧センサ５３の出力も同様にして適当な信号レベルになるように増幅回路５３ａで増幅され、ＣＰＵ５４に入力される。なお、ＣＰＵ５４には起床・離床モードを切替えるモード切替スイッチ５５、報知速度を切替える報知速度切替スイッチ５６、エアーマット１０の圧力値を補正するため周囲温度を測定する温度センサ５７、報知停止を制御する一時停止スイッチ５８が接続される。ＣＰＵ５４の出力は、心拍数、呼吸数、推定体重等の生体情報を数値データとして出力するシリアル出力回路５９、起床・離床報知信号を出力する警報出力回路６０、エアーマット１０の空気圧を表示する空気圧表示器６１に接続される。

信号処理装置５０は、図３（ａ）に示すように、起床・離床のお知らせモードを切替えるモード切替スイッチ５５、報知速度（早・遅）を切替える報知速度切替スイッチ５６、一時停止スイッチ５８、空気圧表示器６１が実装され、モード切替スイッチ５５により起床状態で警報を送出するか、離床状態で警報を送出するかを切替えることができる。報知速度切替スイッチ５６により起床状態或いは離床状態を検出してから実際に報知出力を出すまでの時間を切替えることができる。周囲温度でエアーマット１０の空気圧が変動するため温度を測定してエアーマット１０の圧力値を補正することができる。空気圧表示器６１によりエアーマット１０の空気圧が適性かどうかを利用者が判別することができる。例えば、図３（ｂ）に示すように、表示用のＬＥＤを５個並べて、右へ行くほど圧力が高いことを示している。一番左側のＬＥＤＬ１は、圧力が低下しているという異常状態を示しており、注意を喚起するための明るい赤色としている。また、一番右側のＬＥＤＬ５は、空気圧が高すぎてマットが破損する可能性があることを警告するため、同様に明るい赤色としている。中３つのＬＥＤＬ２、Ｌ３、Ｌ４は就寝を妨げない適性圧のＬＥＤで明るさを抑えた緑色としている。機器の故障などの場合は、全部のＬＥＤを表示・点滅させ、機器が正常に動作していないことを示している。

次に、本発明の生体モニタ装置の動作を、図４に示したＣＰＵのデーターフロー図を用いて説明する。信号処理装置５０に電源を供給するＡＣアダプタ７０がコンセントから抜けた時（図１参照）に、電源脱落を検知し機器故障と判断して異常信号を出すとともにＬＥＤを制御して空気圧表示器６１の全ＬＥＤを表示・点滅させて管理者に異常を伝える。信号処理装置５０内には少なくとも報知信号を出す時間（例えば１秒から３秒程度）は電源脱落後も機器が作動できるような大容量のコンデンサや内蔵電池を備えている。エアーマット１０の空気圧変動から心拍数、呼吸数などの生体信号を検出する微差圧センサとしてのコンデンサマイクにより生体分析を行い心拍数、呼吸数などの生体信号を出力する。また、エアーマット１０の空気圧変動から大気圧とエアーマット１０の空気圧の圧力差を気圧センサにより計測する。気圧センサの個体差によるバラツキを低減するため製造時点で１気圧の出力レベル（電圧値）をＣＰＵ内部のフラッシュメモリに書き込んでおく。エアーマット１０の空気圧は周囲温度により変動するため温度センサにより周囲温度を測定してエアーマット１０の圧力値を補正する。気圧センサの値が変動しているのにコンデンサマイクに何も信号が入ってこなければコンデンサマイクの故障と判断（機器故障判断）し、気圧センサ５３の圧力測定値がゼロ（大気圧とエアーマット１０の空気圧が等しい）か、あるいは一定値以下（例えば1kPa以下）の場合、エアーマット１０が接続されていない若しくはエア漏れしていると判断（機器故障判断）して異常信号を出すとともに空気圧表示器６１の全ＬＥＤを表示・点滅させて管理者に異常を伝える。ベッドのシーツ交換作業をする場合、一時停止スイッチ５８を押下すると報知停止制御が作用して、例えばスイッチ押下後３分間報知出力を停止する。

次に、着床時の生体モニタ装置の動作を説明する。図５は着床時の信号波形であり、気圧センサで測定したエアーマットの空気圧とコンデンサマイクで観測した微小な空気圧変化（生体信号）を示している。時刻ｔ１に気圧センサ５３の圧力値ｐ０が一定値ｐ１以上（例えば2kPa以上）上昇した場合、人あるいは荷物などがエアーマット１０に乗ったと判断し、時刻ｔ１からｔ２の間は大きな生体信号が観測され、人がエアーマットの上で身体を動かしていると判断される。時刻ｔ２以降は生体信号が周期的に観測され、ノイズの影響を抑えるため一定振幅ａ１以上の信号を有効とする。空気圧が一定値ｐ１以上上昇し、かつ、一定振幅ａ１以上の生体信号が一定時間以上（例えば5秒以上）観測された時刻ｔ３に着床状態と判断する。これによりエアーマット上に荷物を載せたときなどの誤判定を防止している。

次に、起床時の生体モニタ装置の動作を説明する。図４において、エアーマットの空気圧の変動をコンデンサマイクで測定した生体分析信号と、気圧センサで測定した圧力変換信号を用いて起床・離床分析処理で起床の判断を行い、起床と判断した場合は起床・離床報知制御処理で起床警報出力を行うとともに生体情報等としてデータ出力も行う。図６に示した起床・離床時の信号波形は、気圧センサで測定したエアーマットの空気圧とコンデンサマイクで観測した微小な空気圧変化（生体信号）を示している。着床状態から時刻ｔ１で起床の準備に入るためエアーマット上で身体を動かすので大きな振幅の生体信号が観測される。時刻ｔ２で身体を起こしたため空気圧が一定値ｐ２以上低下し、その状態が一定時間経過し時刻ｔ４を過ぎた時点でエアーマット１０から体が離れた（起床）したと判断し起床警報を出力する。

次に、離床時の生体モニタ装置の動作を説明する。図４において、エアーマットの空気圧の変動をコンデンサマイクで測定した生体分析信号と、気圧センサで測定した圧力変換信号を用いて起床・離床分析処理で離床の判断を行い、離床と判断した場合は起床・離床報知制御処理で離床警報出力を行うとともに生体情報等としてデータ出力も行う。図６に示した起床・離床時の信号波形は、時刻ｔ２からｔ３の間は身体を起こしているがまだベッド上にいるため圧力がｐ２以下となってもなお振幅ｂ以上の生体信号が観測されている。時刻ｔ３で生体信号が振幅ｂ以下となり、コンデンサマイクから殆ど検出できないレベルとなり、その状態が一定時間経過し時刻ｔ５を過ぎた時点でベッドから体が離れた（離床）したと判断し離床警報を出力する。

起床状態で起床警報を出力するか、離床状態で離床警報を出力するかは、信号処理装置５０に設けてあるモード切替スイッチ５５で切替えることができる。また、実際に起床状態、離床状態を判定するのは、寝返り等の短時間の動作などの影響を低減させるため、信号変化から一定時間ｔ４、ｔ５の間その状態が継続していることを確認後に行っている。ｔ４、ｔ５の時間は報知速度切替スイッチ５６で設定することができる。

エアーマット１０の空気圧は、マットに乗った荷重に比例して変化するため、気圧センサ５３の値があらかじめ定めた一定値ｐ１以上上昇した場合、着床時の気圧センサ５３の値ｐ０（図５）を計測することにより、マットに乗っている荷重が分かり、この値からベッドに寝ている就寝者の体重を推定して外部に知らせることができる。

報知信号とは別に、心拍数、呼吸数、推定体重等を数値データとした生体情報、寝返りの頻度や回数、いびきの回数および時間、着床、起床・離床などの状態、故障内容を含めたシステム構成機器の状態等をシリアルデータとしてシリアル出力回路５９からＵＳＢインターフェースなどの有線通信や無線ＬＡＮやブルートゥースといった無線通信で外部に送出することもできる。

以上説明したように、薄いエアーマットをベッド上に敷き、微小な空気圧変動を検出できるコンデンサマイクにより生体信号（呼吸、心拍、いびき）を検出するとともに、大気圧とマット内の空気圧の差を検出する気圧センサにより、エアーマット内部に適量の空気が入っているか、およびマットに荷重がかけられているかを検出することにより、建物の振動や人の足音、ドアの開閉音などのノイズの影響を受けることなく、離床検知と体重推定を素早く正確に行なうことが可能となる。

１０エアーマット
２０ベッド
３０就寝者
４０エアチューブ
５０信号処理装置
５１分岐コネクタ
５２微差圧センサ（コンデンサマイク）
５３気圧センサ
５４ＣＰＵ
５５モード切替スイッチ
５６報知速度切替スイッチ
５７温度センサ
５８一時停止スイッチ
５９シリアル出力回路
６０警報出力回路
６１空気圧表示器

Claims

ベッドの上で寝ている就寝者の荷重を空気圧の変動で伝えるエアーマットと、前記エアーマットの空気圧変動を信号処理装置に伝達する中空のエアチューブと、前記エアチューブを信号処理装置内で２つに分岐する分岐コネクタと、前記分岐コネクタから分岐した一方のエアチューブに接続し生体信号を検出する微差圧センサと、他方のエアチューブに接続し大気圧と前記エアーマットの空気圧の圧力差を計測する気圧センサと、を備えたことを特徴とする生体モニタ装置。
前記信号処理装置は、前記気圧センサの値が一定値以下となった場合に前記エアーマットの空気漏れと判断して異常信号を出力することを特徴とする請求項１記載の生体モニタ装置。
前記信号処理装置は、前記気圧センサの値があらかじめ定めた一定値以上上昇し、かつ前記微差圧センサから前記生体信号が検出された場合に着床状態と判断し、着床状態から一定値以上前記気圧センサの値が低下した場合に起床状態と判断して起床警報を発することを特徴とする請求項１又は２記載の生体モニタ装置。
前記信号処理装置は、前記気圧センサの値があらかじめ定めた一定値以上上昇し、かつ前記微差圧センサから前記生体信号が検出された場合に着床状態と判断し、着床状態から一定値以上前記気圧センサの値が低下し、かつ前記気圧センサの値の低下後一定時間以上前記微差圧センサから生体信号が検出されない場合に離床状態と判断して離床警報を発することを特徴とする請求項１又は２記載の生体モニタ装置。
前記信号処理装置は、前記気圧センサの値があらかじめ定めた一定値以上上昇した場合着床時の気圧センサの値から空気圧の変動を計測することにより前記ベッドの上で寝ている就寝者の体重を推定して外部に知らせることを特徴とする請求項１乃至４記載の生体モニタ装置。