JP2018015209A - On-bed state monitoring system - Google Patents

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洋介 湯原
Yosuke Yuhara
洋介 湯原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an on-bed state monitoring system capable of performing sleeping posture determination highly reliably even when a body axis direction of a subject changes on a bed.SOLUTION: An on-bed state monitoring system monitoring an on-bed state of a subject on a bed includes: a plurality of load detectors arranged in a bed or under a leg of a bed and detecting a load by a subject; a load separation section separating a load component of vibrating corresponding to a heart beat of a subject from a load by the subject; a gravity center calculation section acquiring the position of the gravity center of heart beat of a subject based on the load component of vibrating corresponding to the heart beat of the subject; and a sleeping posture determination section determining whether the sleeping posture of a subject is a supine posture or face-down posture based on a vibration direction of the gravity center of heart beat.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、荷重検出器を用いてベッド上の被験者の在床状態をモニターする在床状態モニタリングシステムに関する。   The present invention relates to an in-situ state monitoring system that monitors the in-situ state of a subject on a bed using a load detector.

ベッド上の患者や被介護者を遠隔地から管理するためのシステムが、病院や介護施設等で活用されている。例えば病院において患者の在床/離床を検知するシステムを使用すれば、ナースステーションの看護師は、患者が病室のベッド上にいるか否かを病室を訪れることなく確認することができる。また、患者や被介護者の寝姿が仰臥位、横臥位(側臥位)、伏臥位のいずれであるかを検知すれば、床ずれの防止や睡眠状態の改善(例えば睡眠時無呼吸症候群の治療)に役立てることができる。   A system for managing a patient on a bed and a cared person from a remote location is used in hospitals and nursing care facilities. For example, if a system for detecting the presence / absence of a patient in a hospital is used, the nurse at the nurse station can check whether the patient is on the bed of the patient room without visiting the patient room. In addition, if it is detected whether the patient or caregiver is lying in the supine position, the lying position (side position), or the prone position, prevention of bedsores and improvement of sleep state (for example, treatment of sleep apnea syndrome) ) Can be useful.

特許文献1は、被験者の荷重のX軸分力、Y軸分力、Z軸分力が被験者の呼吸に応じて変動することに基づいて、被験者の寝姿勢が仰臥位、伏臥位、左側臥位、右側臥位のいずれであるかを判定する寝姿勢判定装置を開示している。   Patent Document 1 discloses that the subject's sleeping posture is supine, prone, left-sided, based on changes in the X-axis component, Y-axis component, and Z-axis component of the subject's load according to the subject's breathing. A sleeping posture determination device for determining whether the position is the right position or the right-side position is disclosed.

特開2014−97193号JP 2014-97193 A

被験者の荷重のX軸分力、Y軸分力、Z軸分力の被験者の呼吸に応じた変動に基づいて被験者の寝姿勢を判定する特許文献1の寝姿勢判定装置においては、被験者の体軸(背骨)の方向がY軸方向(ベッドの長手方向)に対して傾いている場合には判定の信頼性が低下する恐れがある。   In the sleeping posture determination apparatus of Patent Document 1 that determines the sleeping posture of the subject based on the variation of the subject's load in the X-axis component, the Y-axis component, and the Z-axis component according to the subject's breathing, the body of the subject If the direction of the axis (spine) is inclined with respect to the Y-axis direction (longitudinal direction of the bed), the reliability of determination may be reduced.

本発明は、被験者の体軸の方向がベッド上で変化した場合にも信頼性の高い寝姿判定を行うことのできる在床状態モニタリングシステムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a bed-holding state monitoring system capable of performing a reliable sleeping posture determination even when the direction of the body axis of a subject changes on the bed.

本発明の第1の態様に従えば、
ベッド上の被験者の在床状態をモニターする在床状態モニタリングシステムであって、
ベッド又はベッドの脚下に設けられ、被験者による荷重を検出する複数の荷重検出器と、
前記被験者による荷重から被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を分離する荷重分離部と、
前記被験者の心拍に応じて振動する荷重成分に基づき被験者の心拍重心の位置を求める重心位置算出部と、
前記心拍重心の振動方向に基づいて被験者の寝姿が仰臥位及び伏臥位のいずれであるかを判定する寝姿判定部とを備える在床状態モニタリングシステムが提供される。
According to the first aspect of the present invention,
An in-bed monitoring system for monitoring the in-bed state of a subject on a bed,
A plurality of load detectors provided under the bed or under the legs of the bed and for detecting a load by the subject;
A load separation unit that separates a load component that vibrates according to the heartbeat of the subject from the load by the subject;
A center-of-gravity position calculation unit for determining the position of the subject's heart rate center of gravity based on a load component that vibrates according to the heart rate of the subject;
There is provided a bed-holding state monitoring system including a sleeping posture determination unit that determines whether the sleeping posture of the subject is in the supine position or the prone position based on the vibration direction of the heartbeat center of gravity.

第1の態様の在床状態モニタリングシステムにおいて、前記荷重分離部は、前記被験者による荷重から被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を分離してもよく、前記重心位置算出部は、前記被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分に基づき被験者の呼吸重心の位置を求めてもよく、前記寝姿判定部は、前記呼吸重心の振動方向に相対する前記心拍重心の振動方向に基づいて被験者の寝姿が仰臥位及び伏臥位のいずれであるかを判定してもよい。   In the occupancy state monitoring system according to the first aspect, the load separation unit may separate a load component that vibrates according to the breathing of the subject from the load by the subject, and the center-of-gravity position calculation unit The position of the subject's breathing center of gravity may be obtained based on a load component that vibrates in response to breathing, and the sleeping posture determination unit is configured to determine whether the subject sleeps based on the vibration direction of the heartbeat center of gravity relative to the vibration direction of the breathing center of gravity. You may determine whether the figure is a supine position or a prone position.

第1の態様の在床状態モニタリングシステムにおいて、前記重心位置算出部は、前記被験者による荷重に基づき被験者の重心の位置を求めてもよく、前記寝姿判定部は、前記重心の前記被験者の呼吸に応じた振動の方向に相対する前記心拍重心の振動方向に基づいて被験者の寝姿が仰臥位及び伏臥位のいずれであるかを判定してもよい。   In the occupancy state monitoring system according to the first aspect, the center-of-gravity position calculation unit may determine the position of the center of gravity of the subject based on the load by the subject, and the sleeping posture determination unit is configured to respire the subject at the center of gravity. It may be determined whether the subject's sleeping position is in the supine position or the prone position based on the vibration direction of the heart rate center of gravity relative to the direction of vibration according to.

本発明の在床状態モニタリングシステムは、被験者の体軸がベッド上でどのような方向を向いていても信頼性の高い寝姿判定を行うことができる。   The bed-holding state monitoring system of the present invention can perform a reliable sleeping posture determination regardless of the direction of the subject's body axis on the bed.

図1は、本発明の実施形態に係る在床状態モニタリングシステムの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a occupancy state monitoring system according to an embodiment of the present invention. 図2は、荷重検出器のベッドに対する配置を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the arrangement of the load detector with respect to the bed. 図3は、本発明の実施形態に係る寝姿判定方法を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a sleeping posture determination method according to the embodiment of the present invention. 図4は、被験者の体軸の方向と呼吸軸の方向との関係を示す説明図である。図4(a)は被験者を正面から見た様子を示し、図4(b)は被験者を側面から見た様子を示す。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the direction of the body axis of the subject and the direction of the respiratory axis. FIG. 4A shows a state of viewing the subject from the front, and FIG. 4B shows a state of viewing the subject from the side. 図5は、被験者の体軸の方向と心拍軸の方向との関係を示す説明図である。図5(a)は被験者を正面から見た様子を示し、図5(b)は被験者を側面から見た様子を示す。FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the direction of the body axis of the subject and the direction of the heartbeat axis. Fig.5 (a) shows a mode that the test subject was seen from the front, and FIG.5 (b) shows a mode that the test subject was seen from the side. 図6は、被験者の投影呼吸軸と投影心拍軸との位置関係を示す説明図である。図6(a)は被験者が仰臥位である時の投影呼吸軸と投影心拍軸との位置関係を示し、図6(b)は被験者が横臥位である時の投影呼吸軸と投影心拍軸との位置関係を示し、図6(c)は被験者が伏臥位である時の投影呼吸軸と投影心拍軸との位置関係を示す。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the projected respiratory axis and the projected heartbeat axis of the subject. 6A shows the positional relationship between the projected respiratory axis and the projected heartbeat axis when the subject is in the supine position, and FIG. 6B shows the projected respiratory axis and the projected heartbeat axis when the subject is in the lying position. FIG. 6C shows the positional relationship between the projected respiratory axis and the projected heartbeat axis when the subject is in the prone position. 図7は、被験者の投影呼吸軸及び投影心拍軸の方向を求める方法を説明するための説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a method of obtaining directions of the projected respiratory axis and the projected heartbeat axis of the subject. 図8は、被験者の投影呼吸軸及び投影心拍軸の方向を求める他の方法を説明するための説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining another method for obtaining the directions of the projected respiratory axis and the projected heartbeat axis of the subject. 図9は、変形例に係るベッドシステムの全体構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram illustrating an overall configuration of a bed system according to a modification.

<実施形態>
図1〜図6を参照して、本発明の実施形態について説明する。
<Embodiment>
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1に示す通り、本実施形態の在床状態モニタリングシステム100は、荷重検出部1、制御部3、記憶部4、表示部5を主に有する。荷重検出部1と制御部3とは、A/D変換部2を介して接続されている。制御部3には更に、報知部6及び入力部7が接続されている。   As shown in FIG. 1, the occupancy state monitoring system 100 of this embodiment mainly includes a load detection unit 1, a control unit 3, a storage unit 4, and a display unit 5. The load detection unit 1 and the control unit 3 are connected via an A / D conversion unit 2. Further, a notification unit 6 and an input unit 7 are connected to the control unit 3.

荷重検出部1は、4つの荷重検出器11、12、13、14を備える。荷重検出器11、12、13、14のそれぞれは、例えばビーム形のロードセルを用いて荷重を検出する荷重検出器である。このような荷重検出器は例えば、特許第4829020号や特許第4002905号に記載されている。荷重検出器11、12、13、14はそれぞれ、配線によりA/D変換部2に接続されている。   The load detection unit 1 includes four load detectors 11, 12, 13, and 14. Each of the load detectors 11, 12, 13, and 14 is a load detector that detects a load using, for example, a beam-type load cell. Such a load detector is described in, for example, Japanese Patent No. 4829020 and Japanese Patent No. 4002905. Each of the load detectors 11, 12, 13, and 14 is connected to the A / D converter 2 by wiring.

荷重検出部1の4つの荷重検出器11、12、13、14は、被験者が使用するベッドの脚の下に配置される。具体的には荷重検出器11、12、13、14は、図2に示す通り、ベッドBDの四隅の脚の下端部に取り付けられたキャスターC、C、C、Cの下にそれぞれ配置される。 The four load detectors 11, 12, 13, and 14 of the load detection unit 1 are arranged under the legs of the bed used by the subject. Specifically, as shown in FIG. 2, the load detectors 11, 12, 13, and 14 are below casters C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 attached to the lower ends of the legs at the four corners of the bed BD. Each is arranged.

A/D変換部2は、荷重検出部1からのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器を備え、荷重検出部1と制御部3にそれぞれ配線で接続されている。   The A / D converter 2 includes an A / D converter that converts an analog signal from the load detector 1 into a digital signal, and is connected to the load detector 1 and the controller 3 by wiring.

制御部3は、専用又は汎用のコンピュータであり、内部に信号分離部(荷重分離部)31、重心位置算出部32、寝姿判定部33が構築されている。   The control unit 3 is a dedicated or general-purpose computer, in which a signal separation unit (load separation unit) 31, a gravity center position calculation unit 32, and a sleeping posture determination unit 33 are constructed.

記憶部4は、在床状態モニタリングシステム100において使用されるデータを記憶する記憶装置であり、例えばハードディスク(磁気ディスク)を用いることができる。表示部5は、制御部3から出力される情報を在床状態モニタリングシステム100の使用者に表示する液晶モニター等のモニターである。   The memory | storage part 4 is a memory | storage device which memorize | stores the data used in the occupancy state monitoring system 100, for example, can use a hard disk (magnetic disk). The display unit 5 is a monitor such as a liquid crystal monitor that displays information output from the control unit 3 to a user of the in-bed state monitoring system 100.

報知部6は、制御部3からの情報に基づいて所定の報知を聴覚的に行う装置、例えばスピーカを備える。入力部7は、制御部3に対して所定の入力を行うためのインターフェイスであり、キーボード及びマウスにし得る。   The notification unit 6 includes a device that aurally performs predetermined notification based on information from the control unit 3, for example, a speaker. The input unit 7 is an interface for performing a predetermined input to the control unit 3 and can be a keyboard and a mouse.

在床状態モニタリングシステム100を使用した被験者の寝姿のモニターは、図3に示す通り、被験者の荷重を検出する荷重検出工程S1、検出した荷重を被験者の呼吸に応じて変動する荷重成分と被験者の心拍に応じて変動する荷重成分とに分離する信号分離工程S2、分離した各荷重成分を用いて呼吸重心軌跡(詳細は後述)及び心拍重心軌跡(詳細は後述)を求める重心位置算出工程S3、求めた呼吸重心軌跡及び心拍重心軌跡に基づいて被験者の寝姿を判定する寝姿判定工程S4、判定した被験者の寝姿を表示部に表示する表示工程S5を含む。   As shown in FIG. 3, the monitoring of the sleeping posture of the subject using the in-bed monitoring system 100 includes a load detection step S1 for detecting the subject's load, a load component that varies the detected load according to the subject's breathing, and the subject. Signal separation step S2 that separates into a load component that fluctuates according to the heartbeat of the subject, and a gravity center position calculation step S3 that obtains a respiratory center of gravity locus (details will be described later) and a heartbeat center of gravity locus (details will be described later) using the separated load components. And a sleeping step determination step S4 for determining the sleeping posture of the subject based on the obtained respiratory center of gravity locus and heart rate center of gravity locus, and a display step S5 for displaying the determined sleeping posture of the subject on the display unit.

[荷重検出工程]
荷重検出工程S1では、荷重検出器11、12、13、14を用いてベッドBD上の被験者Sの荷重を検出する。荷重検出器11、12、13、14は、上記の通りキャスターC、C、C、Cの下にそれぞれ配置されているため、ベッドBDの上面に加えられる荷重は、4つの荷重検出器11、12、13、14に分散して検知される。
[Load detection process]
In the load detection step S1, the load of the subject S on the bed BD is detected using the load detectors 11, 12, 13, and 14. Since the load detectors 11, 12, 13, and 14 are respectively disposed below the casters C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 as described above, loads applied to the upper surface of the bed BD are four loads. The detectors 11, 12, 13, and 14 are dispersed and detected.

荷重検出器11、12、13、14はそれぞれ、荷重(荷重変化)を検出してアナログ信号としてA/D変換部2に出力する。A/D変換部2は、サンプリング周期を例えば5ミリ秒として、アナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号として制御部3に出力する。以下では、荷重検出器11、12、13、14から出力され、A/D変換部2においてデジタル変換された荷重信号を、それぞれ荷重信号s、s、s、sと呼ぶ。 Each of the load detectors 11, 12, 13, and 14 detects a load (load change) and outputs it as an analog signal to the A / D conversion unit 2. The A / D conversion unit 2 converts the analog signal into a digital signal with a sampling period of 5 milliseconds, for example, and outputs the digital signal to the control unit 3. Hereinafter, the load signals output from the load detectors 11, 12, 13, and 14 and digitally converted by the A / D converter 2 are referred to as load signals s 1 , s 2 , s 3 , and s 4 , respectively.

[信号分離工程]
信号分離工程S2では、信号分離部31が、荷重信号s、s、s、sから、被験者Sの呼吸に応じて変動する荷重成分(以下、「呼吸成分」と呼ぶ)s11、s21、s31、s41と、被験者の心拍に応じて変動する荷重成分(以下、「心拍成分」と呼ぶ)s12、s22、s32、s42を分離する。
[Signal separation process]
In the signal separation step S2, the signal separation unit 31 performs a load component (hereinafter referred to as “breathing component”) s 11 that varies depending on the breathing of the subject S from the load signals s 1 , s 2 , s 3 , s 4. , S 21 , s 31 , s 41 and load components (hereinafter referred to as “heart rate components”) s 12 , s 22 , s 32 , s 42 that vary according to the heart rate of the subject are separated.

信号分離部31は、まず、荷重信号s〜sの少なくとも一つについてフーリエ解析を行い、被験者Sの呼吸及び心拍に相当する周波数帯域の周波数スペクトルを求める。人間の呼吸の回数は毎分12〜20回程度であるため、呼吸の周波数は約0.2〜0.33Hzである。また、人間の心拍の回数、即ち心拍数は毎分30〜200回程度であるため、心拍の周波数は約0.5〜3.3Hzである。したがって、例えば0.1Hz〜3.5Hzの周波数帯域の周波数スペクトルにおいては、被験者Sの呼吸の周波数、及び被験者Sの心拍の周波数に対応する位置にそれぞれ周波数ピークが現れる。この周波数ピークの位置より、被験者Sの呼吸周波数ν及び心拍周波数νを特定することができる。 First, the signal separation unit 31 performs Fourier analysis on at least one of the load signals s 1 to s 4 to obtain a frequency spectrum in a frequency band corresponding to the breathing and heartbeat of the subject S. Since the frequency of human breathing is about 12-20 times per minute, the frequency of breathing is about 0.2-0.33 Hz. Further, since the number of human heartbeats, that is, the heart rate is about 30 to 200 times per minute, the heartbeat frequency is about 0.5 to 3.3 Hz. Therefore, for example, in a frequency spectrum in a frequency band of 0.1 Hz to 3.5 Hz, frequency peaks appear at positions corresponding to the breathing frequency of the subject S and the heartbeat frequency of the subject S, respectively. From the position of this frequency peak, the respiration frequency ν 1 and the heartbeat frequency ν 2 of the subject S can be specified.

次いで、信号分離部31は、荷重信号s、s、s、sの各々から、特定した呼吸周波数νで変動する成分(即ち呼吸成分s11、s21、s31、s41)と、特定した心拍周波数νで変動する成分(即ち心拍成分s12、s22、s32、s42)とを分離して取り出す。これらの呼吸成分及び心拍成分は、例えば、荷重信号s〜sの各々に対してバンドパスフィルタ処理を行うことにより取り出される。その後、信号分離部31は、取り出した呼吸成分s11、s21、s31、s41及び心拍成分s12、s22、s32、s42を重心位置算出部32に出力する。 Next, the signal separation unit 31 varies from the load signals s 1 , s 2 , s 3 , and s 4 at the specified respiratory frequency ν 1 (that is, the respiratory components s 11 , s 21 , s 31 , and s 41). ) And components that fluctuate at the specified heartbeat frequency ν 2 (that is, heartbeat components s 12 , s 22 , s 32 , s 42 ) are separated and extracted. These respiratory components and heart rate components are extracted by performing a band pass filter process on each of the load signals s 1 to s 4 , for example. Thereafter, the signal separation unit 31 outputs the extracted respiratory components s 11 , s 21 , s 31 , s 41 and the heart rate components s 12 , s 22 , s 32 , s 42 to the barycentric position calculation unit 32.

[重心位置算出工程]
重心位置算出工程S3では、重心位置算出部32が、被験者Sの呼吸重心Gの位置、心拍重心Gの位置、及びこれらの移動の軌跡である呼吸重心軌跡GT、心拍重心軌跡GTを算出する。
[Center of gravity position calculation process]
In the center of gravity position calculating step S3, the center of gravity position calculating unit 32, the position of the respiratory center of gravity G 1 of the subject S, the position of the heart center of gravity G 2, and respiration centroid trajectory GT 1 is a locus of these mobile, heart centroid trajectory GT 2 Is calculated.

呼吸重心Gは、荷重信号s〜sのうちの呼吸成分s11〜s41を用いて算出される被験者Sの重心の位置であり、心拍重心Gは、荷重信号s〜sのうちの心拍成分s12〜s42を用いて算出される被験者Sの重心の位置である。呼吸重心Gの位置、及び心拍重心Gの位置の算出は、次の演算により行われる。 Respiratory center of gravity G 1 is the position of the center of gravity of the subject S which is calculated using the respiratory component s 11 ~s 41 of the load signal s 1 ~s 4, heart centroid G 2 is a load signal s 1 ~s 4 is the position of the center of gravity of the subject S calculated using the heartbeat components s 12 to s 42 of 4 . Position of the respiratory center of gravity G 1, and calculates the position of the heart center of gravity G 2 is carried out by the following calculation.

ベッドBD上に、図2に示す通りXY座標を設定し、荷重検出器11、12、13、14、の座標をそれぞれ(X11、Y11)、(X12、Y12)、(X13、Y13)、(X14、Y14)、荷重検出器11、12、13、14の荷重の検出値をそれぞれW11、W12、W13、W14とすると、ベッドBD上に加えられた荷重の重心位置G(X、Y)は、次式により算出される。

Figure 2018015209
Figure 2018015209
On the bed BD, XY coordinates are set as shown in FIG. 2, and the coordinates of the load detectors 11, 12, 13, 14 are set to (X 11 , Y 11 ), (X 12 , Y 12 ), (X 13, respectively ). , Y 13 ), (X 14 , Y 14 ), and the load detection values of the load detectors 11 , 12 , 13 , and 14 are W 11 , W 12 , W 13 , and W 14 , respectively, are added to the bed BD. The center-of-gravity position G (X, Y) of the loaded load is calculated by the following equation.
Figure 2018015209
Figure 2018015209

ここで、荷重検出器11、12、13、14の荷重の検出値W11、W12、W13、W14として、荷重信号s、s、s、sの呼吸成分s11、s21、s31、s41の各サンプリング時刻毎の出力値を用いることで、各サンプリング時刻ごとの呼吸重心Gの位置が算出され、呼吸重心Gの時間的変動から呼吸重心軌跡GTが算出される。同様に、検出値W11、W12、W13、W14として心拍成分s12、s22、s32、s42の各サンプリング時刻毎の出力値を用いることで、各サンプリング時刻ごとの心拍重心Gの位置が算出され、心拍重心Gの時間的変動から呼吸重心軌跡GTが算出される。求められた呼吸重心G及び心拍重心Gの位置、呼吸重心軌跡GT、心拍重心軌跡GTは、記憶部4に記憶される。 Here, as the detected values W 11 , W 12 , W 13 , and W 14 of the loads of the load detectors 11 , 12 , 13 , and 14 , the respiratory components s 11 of the load signals s 1 , s 2 , s 3 , and s 4 , by using the output value of each sampling time s 21, s 31, s 41 , the position of the respiratory center of gravity G 1 for each sampling time is calculated, respiratory centroid track GT 1 from the time variation of the respiratory center of gravity G 1 Is calculated. Similarly, by using the output values at each sampling time of the heart rate components s 12 , s 22 , s 32 , and s 42 as the detection values W 11 , W 12 , W 13 , and W 14 , the heart rate centroid at each sampling time is used. The position of G 2 is calculated, and the respiratory centroid locus GT 2 is calculated from the temporal variation of the heart centroid G 2 . The determined positions of the respiratory centroid G 1 and the heart centroid G 2 , the respiratory centroid locus GT 1 , and the heart centroid locus GT 2 are stored in the storage unit 4.

[寝姿判定工程]
寝姿判定工程S4では、寝姿判定部33が、呼吸重心軌跡GT及び心拍重心軌跡GTの少なくとも一方に基づいて、被験者Sの寝姿を判定する。本明細書及び本発明においては、寝姿の判定とは、被験者が仰臥位、横臥位及び伏臥位のいずれであるかを判定することを意味する。
[Sleeping determination process]
In Nesugata decision step S4, Nesugata determination unit 33, based on at least one of the respiratory center of gravity trajectory GT 1 and heart centroid trajectory GT 2, determines Nesugata the subject S. In the present specification and the present invention, the determination of the sleeping posture means determining whether the subject is in the supine position, the lying position or the prone position.

寝姿判定部33における寝姿の判定は、以下の原理に基づいて行われる。   The determination of sleeping posture in the sleeping posture determination unit 33 is performed based on the following principle.

人間の呼吸は、胸郭及び横隔膜を移動させて、肺を膨張及び収縮させることにより行われる。ここで吸気時、すなわち肺が膨張する時には横隔膜は下方に下がり、内臓も下方に移動する。一方で呼気時、すなわち肺が収縮する時には横隔膜は上方に上がり、内臓も上方に移動する。本発明の発明者は研究により、この内臓移動に伴って呼吸重心Gが一軸方向にわずかに振動することを見出した。以下では、この振動を「呼吸振動」と呼び、呼吸振動の振動方向に延びる軸を「呼吸軸」と定める。呼吸振動の振動方向を「呼吸軸の方向」とも呼ぶ。 Human breathing is performed by moving the thorax and diaphragm to expand and contract the lungs. Here, when inhaling, that is, when the lungs expand, the diaphragm descends downward, and the internal organs also move downward. On the other hand, when exhaling, that is, when the lungs contract, the diaphragm rises upward and the internal organs also move upward. The inventor of the present invention has found through research that the respiratory center of gravity G1 slightly vibrates in one axial direction as the internal organs move. Hereinafter, this vibration is referred to as “breathing vibration”, and an axis extending in the vibration direction of the breathing vibration is defined as “breathing axis”. The vibration direction of the respiratory vibration is also referred to as “respiratory axis direction”.

本発明の発明者は、図4(a)、図4(b)に示す通り、呼吸軸A1の方向が、正面視においては、背骨の延在方向(体軸A0の方向)にほぼ沿っており(図4(a))、側面視においては、体軸A0の方向に対して有意の角度θだけ傾いている(図4(b))ことを見出した。なお、図4(b)においては、呼吸軸A1の頭部側が体軸A0に対して被験者Sの後方(図中、時計周り方向)に角度θだけ傾いている様子を示しているが、被験者によっては、呼吸軸A1の頭部側が体軸A0に対して前方(図中、反時計周り方向)に角度θ傾いていることもある。また角度θの大きさは被験者により異なる。 As shown in FIGS. 4A and 4B, the inventor of the present invention has the direction of the respiratory axis A1 substantially along the extending direction of the spine (the direction of the body axis A0) in the front view. cage (FIG. 4 (a)), in side view, is inclined by a significant angle theta 1 with respect to the direction of the body axis A0 (FIG. 4 (b)) have found that. In FIG. 4 (b), (in the figure, clockwise direction) behind the subject S head side of the breathing axis A1 is to the body axis A0 is shown a state in which inclined by an angle theta 1 to, some subjects, sometimes head side of the breathing axis A1 is (in the figure, a counterclockwise direction) forward with respect to the body axis A0 is the angle theta 1 inclined to. Further, the magnitude of the angle θ 1 varies depending on the subject.

一方、心拍とは心臓の拍動、即ち心臓の収縮と膨張を意味するが、本発明の発明者は、研究により、この心臓の収縮と膨張に伴って心拍重心Gが一軸方向にわずかに振動することを見出した。以下では、この振動を「心拍振動」と呼び、心拍振動の振動方向に延びる軸を「心拍軸」と定める。心拍振動の振動方向を「心拍軸の方向」とも呼ぶ。 On the other hand, beating of the heart and heart rate, that is, means an expansion and contraction of the heart, the inventors of the present invention, research, the heart center of gravity G 2 is slightly in a uniaxial direction with the expansion and contraction of the heart I found that it vibrates. Hereinafter, this vibration is referred to as “heartbeat vibration”, and an axis extending in the vibration direction of the heartbeat vibration is defined as “heartbeat axis”. The vibration direction of the heartbeat vibration is also referred to as “the direction of the heartbeat axis”.

本発明の発明者は、図5(a)、図5(b)に示す通り、心拍軸A2の方向が、正面視においては体軸A0の方向を反時計周りに角度θだけ回転させた方向(方位)であり(図5(a))、側面視においては体軸A0の方向に略並行である(図5(b))ことを見出した。なお、角度θの大きさは被験者により異なる。 As shown in FIGS. 5A and 5B, the inventor of the present invention rotates the direction of the heartbeat axis A2 counterclockwise by an angle θ 2 in the front view. It was the direction (azimuth) (FIG. 5 (a)), and in a side view, it was found to be substantially parallel to the direction of the body axis A0 (FIG. 5 (b)). In addition, the magnitude | size of angle (theta) 2 changes with test subjects.

以上の知見より、被験者Sの寝姿が仰臥位、横臥位、伏臥位の各々である場合には、呼吸軸A1をベッドBDの上面(ベッド面BDS)に投影した軸(以下「投影呼吸軸PA1」と呼ぶ)と、心拍軸A2をベッド面BDSに投影した軸(以下「投影心拍軸PA2」と呼ぶ)との間には、次の関係が成り立つ。   From the above knowledge, when the sleeping posture of the subject S is each of the supine position, the recumbent position, and the prone position, the axis (hereinafter referred to as “projected respiratory axis”) that projects the respiratory axis A1 on the upper surface (bed surface BDS) of the bed BD. (Referred to as “PA1”) and the axis obtained by projecting the heartbeat axis A2 onto the bed surface BDS (hereinafter referred to as “projected heartbeat axis PA2”).

被験者Sの寝姿が仰臥位である場合には、図6(a)に示す通り、投影呼吸軸PA1は体軸A0に平行であり、投影心拍軸PA2は投影呼吸軸PA1を反時計周りに角度θだけ回転させた方向に延びている。 When the sleeping posture of the subject S is in the supine position, as shown in FIG. 6 (a), the projected respiratory axis PA1 is parallel to the body axis A0, and the projected cardiac axis PA2 rotates the projected respiratory axis PA1 counterclockwise. and it extends in an angle theta 2 is rotated direction.

被験者Sの寝姿が横臥位である場合には、図6(b)に示す通り、投影心拍軸PA2は体軸A0に平行であり、投影呼吸軸PA1は投影心拍軸PA2を角度θだけ回転させた方向に延びている。なお、図6(b)においては、投影呼吸軸PA1が投影心拍軸PA2を反時計周りに角度θだけ回転させた方向に延びる様子を示しているが、被験者によっては、投影呼吸軸PA1は投影心拍軸PA2を時計回りに角度θだけ回転させた方向に延びる。 If Nesugata the subject S is lying down, as shown in FIG. 6 (b), the projection cardiac axis PA2 is parallel to the body axis A0, projection breathing axis PA1 is a projection cardiac axis PA2 angle theta 1 It extends in the direction of rotation. Incidentally, in FIG. 6 (b), although the projection breathing axis PA1 indicates a state extending in a direction rotated by an angle theta 1 projection heartbeat axis PA2 counterclockwise, depending subject projection breathing axis PA1 is extending projection heartbeat axis PA2 is rotated clockwise by the angle theta 1 direction.

被験者Sの寝姿が伏臥位である場合には、図6(c)に示す通り、投影呼吸軸PA1は体軸A0に平行であり、投影心拍軸PA2は投影呼吸軸PA1を時計回りに角度θだけ回転させた方向に延びている。 When the sleeping posture of the subject S is in the prone position, as shown in FIG. 6C, the projected respiratory axis PA1 is parallel to the body axis A0, and the projected cardiac axis PA2 is angled clockwise with respect to the projected respiratory axis PA1. It extends in a direction rotated by theta 2.

寝姿判定部33は、呼吸重心軌跡GT及び心拍重心軌跡GTから、投影呼吸軸PA1及び投影心拍軸PA2の方向を求め、投影呼吸軸PA1の方向、投影心拍軸PA2の方向、投影呼吸軸PA1と投影心拍軸PA2との位置関係に基づいて被験者Sの寝姿を判定する。寝姿の判定は、具体的には、次の手順により実行される。 Nesugata judging unit 33, from the respiratory center of gravity trajectory GT 1 and heart centroid trajectory GT 2, determine the direction of the projection respiratory axes PA1 and projection cardiac axis PA2, the direction of projection breathing axis PA1, the direction of projection heartbeat axis PA2, projection breathing The sleeping posture of the subject S is determined based on the positional relationship between the axis PA1 and the projected heartbeat axis PA2. Specifically, the determination of the sleeping figure is executed by the following procedure.

寝姿判定部33は、まず、被験者Sの呼吸重心軌跡GTを記憶部4から取り出し、呼吸重心軌跡GTに含まれる呼吸振動に応じた振動の軌跡から、1つの極値点(一方向に振幅が最大となる点)と、当該極値点の直前又は直後に現れる他の極値点(逆方向に振幅が最大となる点)とを特定する。そして、両極値点を結ぶ軸の方向を、ベッド面BDSに投影した呼吸振動の方向、即ち投影呼吸軸PA1の方向と決定する。投影心拍軸PA2の方向も同様に決定する。 Nesugata determination unit 33 first extracts the respiratory center of gravity trajectory GT 1 subject S from the storage unit 4, from the trajectory of the vibration corresponding to the breathing vibration included in the respiratory center of gravity trajectory GT 1, 1 one extreme point (one-way And the other extreme point that appears immediately before or after the extreme point (the point where the amplitude is maximized in the reverse direction). Then, the direction of the axis connecting the extreme points is determined as the direction of the respiratory vibration projected on the bed surface BDS, that is, the direction of the projected respiratory axis PA1. The direction of the projected heartbeat axis PA2 is similarly determined.

次いで寝姿判定部33は、投影呼吸軸PA1の方向及び投影心拍軸PA2の方向の少なくとも一方に基づいて、被験者Sの寝姿を判定する。具体例の一つとして、被験者Sが横臥位であるか、仰臥位及び伏臥位のいずれか一方であるかを判定する方法について説明する。   Next, the sleeping posture determination unit 33 determines the sleeping posture of the subject S based on at least one of the direction of the projected respiratory axis PA1 and the direction of the projected heartbeat axis PA2. As a specific example, a method for determining whether the subject S is in the lying position or the supine position or the prone position will be described.

被験者Sの寝姿が一旦既知となった後は、寝姿判定部33は、投影呼吸軸PA1の方向又は投影心拍軸PA2の方向のみに基づいて被験者Sの寝姿の変化を追跡することができる。   After the sleeping posture of the subject S is once known, the sleeping posture determination unit 33 can track the change in the sleeping posture of the subject S based only on the direction of the projected respiratory axis PA1 or the direction of the projected heartbeat axis PA2. it can.

例えば、被験者Sが仰臥位又は伏臥位から横臥位に移動した場合、投影呼吸軸PA1は時計回り方向又は反時計周り方向に瞬間的に角度θだけ回転する。この時、被験者Sの寝姿が仰臥位又は伏臥位であることが既知であれば、寝姿判定部33は、投影呼吸軸PA1に角度θの回転が生じたことに基づいて被験者Sが横臥位に至ったと判定できる。 For example, when the subject S is moved to the recumbent position from supine or prone position, the projection breathing axis PA1 rotates instantaneously by an angle theta 1 in the clockwise direction or counterclockwise direction. At this time, if it is known that the sleeping posture of the subject S is the supine position or the prone position, the sleeping posture determination unit 33 determines that the subject S is based on the rotation of the angle θ 1 on the projected respiratory axis PA1. It can be determined that the recumbent position has been reached.

同様に、被験者Sが仰臥位又は伏臥位から横臥位に移動した場合、投影心拍軸PA2は時計回り方向又は反時計周り方向に瞬間的に角度θだけ回転する。この時、被験者の寝姿が仰臥位又は伏臥位であることが既知であれば、寝姿判定部33は、投影心拍軸PA2に角度θの回転が生じたことに基づいて被験者Sが横臥位に移動したと判定できる。 Similarly, when the subject S is moved to the recumbent position from supine or prone position, the projection cardiac axis PA2 rotates instantaneously by an angle theta 2 in the clockwise direction or counterclockwise direction. At this time, if it is known that the sleeping posture of the subject is in the supine position or the prone position, the sleeping posture determination unit 33 determines that the subject S is lying on the basis of the rotation of the angle θ 2 on the projected heartbeat axis PA2. It can be determined that the position has been moved.

被験者Sが横臥位にあることが既知である場合にも、寝姿判定部33は、投影呼吸軸PA1が角度θだけ回転したこと、又は投影心拍軸PA2が角度θだけ回転したことに基づいて、被験者Sが仰臥位又は伏臥位に至ったと判断することができる。 Even when the subject S is known that in a lying position, Nesugata judging unit 33, the projection breathing axis PA1 is rotated by an angle theta 1, or that the projected heartbeat axis PA2 is rotated by an angle theta 2 Based on this, it can be determined that the subject S has reached the supine position or the prone position.

このようにして、寝姿判定部33は、投影呼吸軸PA1又は投影心拍軸PA2における回転の発生を把握することで、被験者Sが横臥位であるか、仰臥位及び伏臥位のいずれか一方であるかを追跡することができる。   In this way, the sleeping posture determination unit 33 grasps the occurrence of rotation in the projected respiratory axis PA1 or the projected heartbeat axis PA2, so that the subject S is in the lying position, the supine position, or the prone position. You can track if there is.

被験者Sの寝姿が未知である場合は、寝姿判定部33は、投影呼吸軸PA1の方向と投影心拍軸PA2の方向の両方に基づいて、被験者Sが横臥位であるか、仰臥位及び伏臥位いずれか一方であるかを判定する。また、このように投影呼吸軸PA1の方向と投影心拍軸PA2の方向の両方に基づいた判定を行うことで、被験者Sが体軸AOを角度θだけ回転させた場合に生じ得る投影呼吸軸PA1の角度θの回転、又は被験者Sが体軸AOを角度θだけ回転させた場合に生じ得る投影呼吸軸PA2の角度θの回転を、被験者Sの寝姿が横臥位と仰臥位及び伏臥位のいずれか一方との間で変化した場合に生じる投影呼吸軸PA1、投影心拍軸PA2の回転と区別することができる。 When the sleeping posture of the subject S is unknown, the sleeping posture determination unit 33 determines whether the subject S is in the supine position or the supine position based on both the direction of the projected respiratory axis PA1 and the direction of the projected heartbeat axis PA2. Determine whether one of them is prone. Further, by performing the determination based on both the direction of the direction of the projection heartbeat axis PA2 projection breathing axis PA1 Thus, projection breathing shaft which may occur when the subject S rotates the body axis AO angle theta 1 The rotation of the angle θ 1 of the PA 1 or the rotation of the angle θ 2 of the projected respiratory axis PA 2 that may occur when the subject S rotates the body axis AO by the angle θ 2, And the rotation of the projected respiratory axis PA1 and the projected heartbeat axis PA2 that occur when the position changes between the prone position and the prone position.

図6(a)、図6(c)に示す通り、被験者Sが仰臥位又は伏臥位にある場合には、投影心拍軸PA2は投影呼吸軸PA1に対して角度θだけ傾いている。一方、図6(b)に示す通り、被験者Sが横臥位である場合には、投影心拍軸PA2は投影呼吸軸PA1に対して角度θだけ傾いている。したがって寝姿判定部33は、投影呼吸軸PA1と投影心拍軸PA2との間の角度がθであれば被験者Sは横臥位であり、投影呼吸軸PA1と投影心拍軸PA2との間の角度がθであれば被験者Sは仰臥位又は伏臥位のいずれか一方であると判定する。 As shown in FIGS. 6A and 6C, when the subject S is in the supine position or the prone position, the projected heartbeat axis PA2 is inclined by the angle θ 2 with respect to the projected respiratory axis PA1. Meanwhile, as shown in FIG. 6 (b), when the subject S is lying down, the projection cardiac axis PA2 is inclined by an angle theta 1 with respect to the projection respiratory axis PA1. The angle between the thus Nesugata judging unit 33, the subject S as long as the angle is a theta 1 between the projection breathing axis PA1 and projection heartbeat axis PA2 is lying down, a projection respiratory axis PA1 and projection heartbeat axis PA2 If is θ 2 , the subject S is determined to be in either the supine position or the prone position.

寝姿判定部33が被験者Sの寝姿を判定する方法の他の具体例として、被験者Sが仰臥位であるか伏臥位であるかを判定する方法について説明する。   As another specific example of the method in which the sleeping posture determination unit 33 determines the sleeping posture of the subject S, a method of determining whether the subject S is in the supine position or the prone position will be described.

被験者Sの寝姿が仰臥位又は伏臥位であることが一旦既知となった後は、寝姿判定部33は、投影心拍軸PA2の方向のみに基づいて被験者Sの寝姿が仰臥位であるか伏臥位であるかを判定することができる。   Once it is known that the sleeping posture of the subject S is the supine position or the prone position, the sleeping posture determination unit 33 determines that the sleeping posture of the subject S is the supine position based only on the direction of the projected heartbeat axis PA2. It can be determined whether the position is prone or prone.

例えば、被験者Sが仰臥位から伏臥位に移動した場合、投影心拍軸PA2は時計回り方向に瞬間的に角度2θだけ回転する。この時、被験者の寝姿が仰臥位であることが既知であれば、寝姿判定部33は、投影心拍軸PA2に時計回り方向の角度2θの回転が生じたことに基づいて被験者Sが伏臥位に至ったと判定できる。 For example, when the subject S has moved to the prone position from supine projection cardiac axis PA2 rotates instantaneously by an angle 2 [Theta] 2 in the clockwise direction. At this time, if known to be subject Nesugata is supine, Nesugata judging unit 33, the subject S based on the rotation angle 2 [Theta] 2 in the clockwise direction to the projection heartbeat axis PA2 has occurred It can be determined that the prone position has been reached.

同様に、被験者Sが伏臥位から仰臥位に移動した場合、投影心拍軸PA2は反時計周り方向に瞬間的に角度2θだけ回転する。この時、被験者の寝姿が伏臥位であることが既知であれば、寝姿判定部33は投影心拍軸PA2に反時計回り方向の角度2θの回転が生じたことに基づいて被験者Sが仰臥位に至ったと判定できる。 Similarly, when the subject S has moved in a supine position from the prone position, the projection cardiac axis PA2 is rotated by momentarily angle 2 [Theta] 2 in the counterclockwise direction. At this time, if known to be subject Nesugata is prone position, Nesugata determination unit 33 subjects S based on the rotation angle 2 [Theta] 2 in the counterclockwise direction to the projection heartbeat axis PA2 has occurred It can be determined that the supine position has been reached.

被験者Sの寝姿が未知である場合は、寝姿判定部33は、投影呼吸軸PA1の方向と投影心拍軸PA2の方向の両方に基づいて、被験者Sが仰臥位であるか伏臥位であるかを判定する。また、このように投影呼吸軸PA1の方向と投影心拍軸PA2の方向の両方に基づいた判定を行うことで、被験者Sが体軸AOを角度2θだけ回転させた場合に生じ得る投影心拍軸PA2の角度2θの回転を、被験者Sの寝姿が仰臥位と伏臥位との間で変化した場合に生じる投影心拍軸PA2の回転と区別することができる。 When the sleeping posture of the subject S is unknown, the sleeping posture determination unit 33 is in the supine position or the prone position based on both the direction of the projected respiratory axis PA1 and the direction of the projected heartbeat axis PA2. Determine whether. In addition, by performing determination based on both the direction of the projected respiratory axis PA1 and the direction of the projected heartbeat axis PA2 in this way, a projected heartbeat axis that can occur when the subject S rotates the body axis AO by an angle 2θ 2. PA2 rotation angle 2 [Theta] 2 of the can Nesugata subject S is distinguished from the rotation of the projection heartbeat axis PA2 caused when the change between the supine and prone position.

図6(a)に示す通り、被験者Sが仰臥位である場合には、投影心拍軸PA2の方向は投影呼吸軸PA1の方向を反時計周りに角度θだけ回転させた方向となる。一方、図6(c)に示す通り、被験者Sが伏臥位である場合には、投影心拍軸PA2の方向は、投影呼吸軸PA1の方向を時計回りに角度θだけ回転させた方向となる。したがって寝姿判定部33は、投影心拍軸PA2が投影呼吸軸PA1を反時計周りに角度θだけ回転させた方向に延びていれば被験者Sが仰臥位にあると判定し、投影心拍軸PA2が投影呼吸軸PA1を時計回りに角度θだけ回転させた方向に延びていれば被験者Sが伏臥位にあると判定する。 As shown in FIG. 6 (a), when the subject S is supine, the direction of the projection heartbeat axis PA2 is the direction of rotating the direction of the projection breathing axis PA1 counterclockwise by an angle theta 2. Meanwhile, as shown in FIG. 6 (c), if the subject S is prone position, the direction of the projection heartbeat axis PA2 is a direction in which the direction of the projection breathing axis PA1 is rotated clockwise by an angle theta 2 . Therefore Nesugata determination unit 33 determines that the subject S as long extends in a direction projecting heartbeat axis PA2 is rotated by an angle theta 2 of the projection breathing axis PA1 counterclockwise it is in a supine position, the projection heartbeat axis PA2 there is determined that the subject S as long extends in the direction of rotating the projected breathing axis PA1 clockwise angle theta 2 is in the prone position.

寝姿判定部33は、投影呼吸軸PA1の方向及び投影心拍軸PA2の方向に基づいて被験者Sの寝姿を判定した後、更に被験者Sの体軸A0の方向を判定してもよい。例えば、寝姿判定部33は、被験者Sが仰臥位又は伏臥位であると判定した後、当該判定が行われた時点における投影呼吸軸PA1の方向が、被験者Sの体軸A0の延びる方向であると判定することができる。同様に、寝姿判定部33は、被験者Sが横臥位であると判定した後、当該判定が行われた時点における投影心拍軸PA2の方向が、被験者Sの体軸A0の延びる方向であると判定することができる。   The sleeping posture determination unit 33 may further determine the direction of the body axis A0 of the subject S after determining the sleeping posture of the subject S based on the direction of the projected respiratory axis PA1 and the direction of the projected heartbeat axis PA2. For example, after determining that the subject S is in the supine position or the prone position, the sleeping posture determination unit 33 is such that the direction of the projected respiratory axis PA1 when the determination is performed is the direction in which the body axis A0 of the subject S extends. It can be determined that there is. Similarly, after determining that the subject S is in the recumbent position, the sleeping posture determination unit 33 determines that the direction of the projected heartbeat axis PA2 when the determination is made is the direction in which the body axis A0 of the subject S extends. Can be determined.

[表示工程]
表示工程S5では、制御部3が、寝姿判定部33において判定された被験者Sの寝姿を表示部5に表示する。表示は例えば、文字情報やシンボルマークを表示することにより行われる。なお、被験者Sの寝姿が所定の条件を満たした場合(例えば、一定時間を越えて伏臥位を継続した場合等)に、報知部6を用いて音声による報知を行ってもよい。
[Display process]
In the display step S5, the control unit 3 displays the sleeping posture of the subject S determined by the sleeping posture determination unit 33 on the display unit 5. The display is performed, for example, by displaying character information or a symbol mark. In addition, when the sleeping posture of the subject S satisfies a predetermined condition (for example, when the prone position is continued for a certain period of time), the notification unit 6 may be used to perform voice notification.

本実施形態の在床状態モニタリングシステム100の効果を次にまとめる。   The effects of the occupancy state monitoring system 100 of this embodiment are summarized below.

本実施形態の在床状態モニタリングシステム100は、被験者Sの呼吸軸A1の方向(投影呼吸軸PA1の方向)及び心拍軸A2の方向(投影呼吸軸PA2の方向)の少なくとも一方に基づいて被験者Sの寝姿を判定しているため、被験者の体軸A0がベッド上でどのような方向を向いていても、高い信頼性を持って被験者Sの寝姿を判定することができる。また、呼吸軸PA1の方向及び心拍軸A2の方向(投影呼吸軸PA1の方向及び心拍呼吸軸PA2の方向)の両方を用いて判定を行うことで、判定の信頼性をより高めることができる。   The bed-holding state monitoring system 100 according to the present embodiment is based on at least one of the direction of the respiratory axis A1 of the subject S (the direction of the projected respiratory axis PA1) and the direction of the heartbeat axis A2 (the direction of the projected respiratory axis PA2). Therefore, the sleeping posture of the subject S can be determined with high reliability regardless of the direction of the body axis A0 of the subject on the bed. Further, by performing determination using both the direction of the respiratory axis PA1 and the direction of the heartbeat axis A2 (the direction of the projected respiratory axis PA1 and the direction of the heartbeat respiratory axis PA2), the reliability of the determination can be further increased.

本実施形態の在床状態モニタリングシステム100は、被験者Sの呼吸、心拍の周波数で振動する荷重成分である呼吸成分、心拍成分のみに基づき呼吸重心G、心拍重心Gを算出し、これから呼吸重心軌跡GT1、心拍重心軌跡GT2を求め、投影呼吸軸PA1、投影心拍軸PA2を求めているが、呼吸重心G、心拍重心Gは、被験者Sとは異なる呼吸周波数、心拍周波数を有する第3者(見舞客等)による荷重や、呼吸や心拍を有さない無生物(カバン等)による荷重の影響を受けず、投影呼吸軸PA1、投影心拍軸PA2も同様である。したがって本実施形態の在床状態モニタリングシステムは、被験者Sの寝姿を、外部要因による誤差を抑制してより正確に判定することができる。 The bed-holding state monitoring system 100 according to the present embodiment calculates the respiratory centroid G 1 and the heart centroid G 2 based only on the respiratory component of the subject S, the respiratory component that is a load component that vibrates at the heartbeat frequency, and the heartbeat component. The center-of-gravity locus GT1 and the heart rate center-of-gravity locus GT2 are obtained, and the projected respiratory axis PA1 and the projected heartbeat axis PA2 are obtained. The respiratory center of gravity G 1 and the heart rate center of gravity G 2 have respiratory frequencies and heart rate frequencies different from those of the subject S. The same applies to the projected respiratory axis PA1 and the projected cardiac axis PA2 without being affected by the load of three persons (visitors or the like) or the load of inanimate objects (such as bags) that do not breathe or beat. Therefore, the occupancy state monitoring system of the present embodiment can more accurately determine the sleeping posture of the subject S while suppressing errors due to external factors.

上記の実施形態において、次の変形態様を用いることもできる。   In the above embodiment, the following modification can be used.

上記実施形態の在床状態モニタリングシステム100においては、重心位置算出部32が被験者Sの呼吸重心G及び呼吸重心軌跡GTを算出し、寝姿判定部33は、呼吸重心軌跡GTに基づいて求めた投影呼吸軸PA1の方向を用いて被験者Sの判定を行っている。しかしながら、重心位置算出部32は、荷重信号s〜sをそのまま用いて被験者Sの重心の位置(以下「単純重心位置G」と呼ぶ)を算出し、単純重心位置Gの移動の軌跡である単純重心軌跡GTを算出してもよく、寝姿判定部33は、単純重心軌跡GTに基づいて投影呼吸軸PA1の方向を求めてもよい。ベッドBD上に加えられる荷重が被験者Sに起因する荷重のみである場合には単純重心軌跡GTと呼吸重心軌跡GTとは略一致するため、単純重心軌跡GTの呼吸に応じた振動の振動方向から投影呼吸軸PA1の方向を求めることができる。 In the bed state monitoring system 100 of the above embodiment, the center-of-gravity position calculating unit 32 calculates the breathing center of gravity G 1 and respiratory center of gravity trajectory GT 1 subject S, Nesugata determination unit 33, based on the respiratory center of gravity trajectory GT 1 The subject S is determined using the direction of the projected respiratory axis PA1 obtained in the above. However, the center-of-gravity position calculation unit 32 calculates the position of the center of gravity of the subject S (hereinafter referred to as “simple center-of-gravity position G 0 ”) using the load signals s 1 to s 4 as they are, and moves the simple center-of-gravity position G 0 . may be calculated simply centroid trajectory GT 0 is the locus, Nesugata determination unit 33 may determine the direction of the projection breathing axis PA1 based on a simple centroid trajectory GT 0. Since the load applied on the bed BD is substantially coincident with simple centroid trajectory GT 0 if only the load due to the subject S and respiratory center of gravity trajectory GT 1, a vibration corresponding to the respiration of a simple centroid trajectory GT 0 The direction of the projected respiratory axis PA1 can be obtained from the vibration direction.

上記実施形態の在床状態モニタリングシステム100によって、ベッドBD上の複数の被験者の寝姿を判定することも可能である。   It is also possible to determine the sleeping postures of a plurality of subjects on the bed BD by the in-bed state monitoring system 100 of the above embodiment.

呼吸や心拍の周期には個人差があるため、例えば二人の被験者S1、S2がベッドBD上に存在する状態で上記実施形態の信号分離工程S2を実行すると、0.1Hz〜3.5Hzの周波数帯域の周波数スペクトルにおいては、被験者S1の呼吸の周波数、被験者S2の呼吸の周波数、被験者S1の心拍の周波数及び被験者S2の心拍の周波数に対応する位置にそれぞれ周波数ピークが現れる。この周波数ピークの位置より、被験者S1の呼吸周波数ν11及び心拍周波数ν21を特定することができ、被験者S2の呼吸周波数ν12及び心拍周波数ν22を特定することができる。 Since there are individual differences in the cycle of breathing and heartbeat, for example, when the signal separation step S2 of the above embodiment is performed in a state where two subjects S1 and S2 are present on the bed BD, the frequency of 0.1 Hz to 3.5 Hz In the frequency spectrum of the frequency band, frequency peaks appear at positions corresponding to the breathing frequency of the subject S1, the breathing frequency of the subject S2, the heartbeat frequency of the subject S1, and the heartbeat frequency of the subject S2. From the position of this frequency peak, the respiration frequency ν 11 and heart rate frequency ν 21 of the subject S1 can be specified, and the respiration frequency ν 12 and heart rate frequency ν 22 of the subject S2 can be specified.

続く工程は、上記実施形態と同様である。具体的には、信号分離部31は、被験者S1、S2の各々について呼吸成分と心拍成分を求め、重心位置算出部32は、被験者S1、S2の各々の呼吸成分と心拍成分を用いて、被験者S1、S2の各々の呼吸重心、呼吸重心軌跡、心拍重心、心拍重心軌跡を算出する。その後、寝姿判定部33は、被験者S1、S2の各々の呼吸重心軌跡、心拍重心軌跡から、被験者S1、S2の各々の投影呼吸軸の方向、投影心拍軸の方向を求め、これらに基づき被験者S1、S2の各々の寝姿を判定する。   The subsequent steps are the same as in the above embodiment. Specifically, the signal separation unit 31 obtains a respiratory component and a heart rate component for each of the subjects S1 and S2, and the center-of-gravity position calculation unit 32 uses the respiratory component and the heart rate component of each of the subjects S1 and S2. The respiratory centroid, respiratory centroid locus, heartbeat centroid, and heartbeat centroid locus of each of S1 and S2 are calculated. Thereafter, the sleeping figure determination unit 33 obtains the direction of the projected respiratory axis and the direction of the projected heartbeat axis of each of the subjects S1 and S2 from the respiratory center of gravity locus and heartbeat center of gravity locus of each of the subjects S1 and S2, and based on these, the subject Each sleeping figure of S1 and S2 is determined.

上記実施形態の在床状態モニタリングシステム100においては、寝姿判定部33は、呼吸重心軌跡GTに含まれる呼吸振動に応じた振動の軌跡において連続する2つの極値点を特定することにより投影呼吸軸PA1の方向を求め、心拍重心軌跡GTに含まれる心拍振動に応じた振動の軌跡において連続する2つの極値点を特定することにより投影心拍軸PA2の方向を求めていたが、これには限られない。寝姿判定部33は、例えば次の方法により投影呼吸軸A1、投影心拍軸A2の方向を決定することもできる。 In the bed state monitoring system 100 of the above embodiments, Nesugata judging unit 33, a projection by identifying two extreme points consecutive in the trajectory of the vibration corresponding to the breathing vibration included in the respiratory center of gravity trajectory GT 1 seeking direction of the breathing axis PA1, had sought direction of the projection heartbeat axis PA2 by identifying two extreme points consecutive in the trajectory of the vibration corresponding to the heartbeat vibration included in the heartbeat centroid trajectory GT 2, which It is not limited to. The sleeping posture determination unit 33 can also determine the directions of the projected respiratory axis A1 and the projected heartbeat axis A2 by the following method, for example.

一例として、投影呼吸軸PA1の方向は、あるサンプリング期間に含まれるn個の呼吸重心位置G1〜Gn(図7)の平均値から平均重心G0を求め、平均重心G0(X0、Y0)とn個の重心位置G1(X1、Y1)、・・・、Gk1(Xk1、Yk1)、・・・Gk2(Xk2、Yk2)、・・・Gn(Xn、Yn)のそれぞれとを結ぶ線分と、X軸との間の角度の平均傾き角度aを、

Figure 2018015209
により求め、平均重心G0(X0、Y0)を通り、X軸に対して角度aを有して延びる線分が投影呼吸軸PA1の位置を示すとみなす方法によっても求め得る。このようにして求められた投影呼吸軸PA1を図7に示す。投影心拍軸PA2の方向も同様にして求めることができる。 As an example, the direction of the projected respiratory axis PA1 is obtained by calculating an average centroid G0 from an average value of n respiratory centroid positions G1 to Gn (FIG. 7) included in a certain sampling period, and calculating the average centroid G0 (X0, Y0) and n , Gk1 (Xk1, Yk1),... Gk2 (Xk2, Yk2),... Gn (Xn, Yn) The average inclination angle a of the angle between the X axis,
Figure 2018015209
It can also be obtained by a method in which a line segment passing through the average gravity center G0 (X0, Y0) and extending at an angle a with respect to the X axis indicates the position of the projected respiratory axis PA1. The projected respiratory axis PA1 thus obtained is shown in FIG. The direction of the projected heartbeat axis PA2 can be obtained in the same manner.

他の例として、平均重心G0を通り、且つ重心G1、・・・、Gk1、・・・、Gk2、・・・、Gk3、・・・Gnとの直線距離dh1、・・・dhk1、・・・dhk2、・・・、dhk3、・・・、dhnの標準偏差が最小となる線Haが投影呼吸軸PA1の位置を示すとみなす方法を用い得る。線Haの一例を図8に示す。投影心拍軸PA2の方向も同様にして求めることができる。   As another example, linear distances dh1,... Dhk1,..., Gn passing through the average centroid G0 and with the centroids G1, ..., Gk1, ..., Gk2, ..., Gk3, ... Gn. A method may be used in which it is assumed that the line Ha that minimizes the standard deviation of dhk2, ..., dhk3, ..., dhn indicates the position of the projected respiratory axis PA1. An example of the line Ha is shown in FIG. The direction of the projected heartbeat axis PA2 can be obtained in the same manner.

上記の実施形態において、荷重検出器11、12、13、14は、ビーム形ロードセルを用いた荷重センサに限られず、例えばフォースセンサを使用することもできる。   In the above embodiment, the load detectors 11, 12, 13, and 14 are not limited to load sensors using a beam-type load cell, and for example, force sensors may be used.

上記の実施形態において、荷重検出器は4つに限られない。ベッドBDに追加の脚を設けて5つ以上の荷重検出器を使用してもよい。又はベッドBDの脚のうち3つのみに荷重検出器を配置してもよい。荷重検出器が3つの場合でも、これを一直線に配置しなければ、ベッドBD面上での被験者Sの重心位置を検出できる。   In the above embodiment, the number of load detectors is not limited to four. Five or more load detectors may be used with additional legs on the bed BD. Or you may arrange | position a load detector only to three of the legs of bed BD. Even when there are three load detectors, if they are not arranged in a straight line, the position of the center of gravity of the subject S on the bed BD surface can be detected.

なお、上記の実施形態においては、荷重検出器11、12、13、14は、ベッドBDの脚の下端に取り付けられたキャスターC、C、C、Cの下にそれぞれ配置されていたがこれには限られない。荷重検出器11、12、13、14はそれぞれ、ベッドBDの4本の脚とベッドBDの床板との間に設けられてもよいし、ベッドBDの4本の脚が上下に分割可能であれば、上部脚と下部脚との間に設けられても良い。また、荷重検出器11、12、13、14をベッドBDと一体型とし、ベッドBDと本実施形態の在床情報モニタリングシステム100とからなるベッドシステムBDSを構成してもよい(図9)。なお、本明細書において「ベッドに設けられた荷重検出器」とは、上述のようにベッドBDの4本の脚とベッドBDの床板との間に設けられた荷重検出器や、上部脚と下部脚との間に設けられた荷重検出器を意味する。 In the above embodiment, the load detector 11, 12, 13 and 14 are arranged under the bed casters C 1 attached to the lower end of the leg of the BD, C 2, C 3, C 4 However, it is not limited to this. Each of the load detectors 11, 12, 13, and 14 may be provided between the four legs of the bed BD and the floor plate of the bed BD, or the four legs of the bed BD can be divided vertically. For example, it may be provided between the upper leg and the lower leg. Further, the load detectors 11, 12, 13, and 14 may be integrated with the bed BD, and a bed system BDS including the bed BD and the occupancy information monitoring system 100 of the present embodiment may be configured (FIG. 9). In the present specification, “the load detector provided on the bed” means a load detector provided between the four legs of the bed BD and the floor plate of the bed BD as described above, an upper leg, It means a load detector provided between the lower leg.

なお、上記の実施形態において、荷重検出部1とA/D変換部2との間に、荷重検出部1からの荷重信号を増幅する信号増幅部や、荷重信号からノイズを取り除くフィルタリング部を設けても良い。   In the above embodiment, a signal amplification unit that amplifies the load signal from the load detection unit 1 and a filtering unit that removes noise from the load signal are provided between the load detection unit 1 and the A / D conversion unit 2. May be.

なお、上記実施形態の在床状態モニタリングシステム100において、表示部5は、使用者が視覚的に認識できるようにモニター上に情報を表示するものには限られない。例えば表示部5は、被験者Sの寝姿を印字して出力するプリンタでもよく、又は被験者Sが仰臥であれば青ランプの点灯、横臥であれば黄色ランプの点灯、伏臥であれば赤ランプの点灯といった簡易な視覚的表現を用いて表示するものであってもよい。または表示部5は、在床状態を音声で伝えるものであってもよい。さらに、在床状態モニタリングシステム100は表示部5を有さなくてもよく、情報を出力する出力端子を有するのみであってもよい。表示を行うためのモニター(ディスプレイ装置)等は、当該出力端子を介して在床状態モニタリングシステム100に接続される。   Note that in the bed-floor monitoring system 100 of the above embodiment, the display unit 5 is not limited to displaying information on a monitor so that the user can visually recognize it. For example, the display unit 5 may be a printer that prints and outputs the sleeping posture of the subject S, or turns on the blue lamp when the subject S is supine, turns on the yellow lamp when lying down, and turns on the red lamp when lying down. You may display using simple visual expressions, such as lighting. Alternatively, the display unit 5 may convey the presence state by voice. Furthermore, the presence-in-room monitoring system 100 does not have to include the display unit 5 and may include only an output terminal that outputs information. A monitor (display device) or the like for performing display is connected to the occupancy state monitoring system 100 via the output terminal.

なお、上記実施形態の報知部6は聴覚的に報知を行っていたが、報知部6は、光の点滅等によって視覚的に報知を行う構成であってもよく、振動により報知を行う構成であってもよい。また、上記実施形態の在床状態モニタリングシステム100は、報知部6を有さなくても良い。   In addition, although the alerting | reporting part 6 of the said embodiment performed alerting | reporting auditorily, the alerting | reporting part 6 may be the structure which alert | reports visually by blinking of light etc., and is the structure which alert | reports by vibration. There may be. Moreover, the in-bed state monitoring system 100 of the said embodiment does not need to have the alerting | reporting part 6. FIG.

本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。   As long as the characteristics of the present invention are maintained, the present invention is not limited to the above embodiments, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. .

本発明の在床状態モニタリングシステムは、被験者の寝姿を高精度に判定できるため、これを病院や介護施設において使用すれば、患者や被介護者の床ずれを防止し、睡眠状態の改善を図ることができる。   The bed-holding state monitoring system according to the present invention can accurately determine the sleeping posture of a subject. Therefore, if this is used in a hospital or a care facility, the patient or the care recipient is prevented from slipping and the sleep state is improved. be able to.

1 荷重検出部
11、12、13、14 荷重検出器
2 A/D変換部
3 制御部
31 信号分離部
32 重心位置算出部
33 寝姿判定部
4 記憶部
5 表示部
6 報知部
7 入力部
100 在床状態モニタリングシステム
A1 呼吸軸
A2 心拍軸
BD ベッド
BDS ベッドシステム
GT 呼吸重心軌跡
GT 心拍重心軌跡
S 被験者
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Load detection part 11, 12, 13, 14 Load detector 2 A / D conversion part 3 Control part 31 Signal separation part 32 Center of gravity position calculation part 33 Sleeping form determination part 4 Storage part 5 Display part 6 Notification part 7 Input part 100 Attic monitoring system A1 Respiratory axis A2 Heart rate axis BD Bed BDS Bed system GT 1 Respiration center of gravity locus GT 2 Heart rate center of gravity locus S Subject

Claims (3)

ベッド上の被験者の在床状態をモニターする在床状態モニタリングシステムであって、
ベッド又はベッドの脚下に設けられ、被験者による荷重を検出する複数の荷重検出器と、
前記被験者による荷重から被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を分離する荷重分離部と、
前記被験者の心拍に応じて振動する荷重成分に基づき被験者の心拍重心の位置を求める重心位置算出部と、
前記心拍重心の振動方向に基づいて被験者の寝姿が仰臥位及び伏臥位のいずれであるかを判定する寝姿判定部とを備える在床状態モニタリングシステム。
An in-bed monitoring system for monitoring the in-bed state of a subject on a bed,
A plurality of load detectors provided under the bed or under the legs of the bed and for detecting a load by the subject;
A load separation unit that separates a load component that vibrates according to the heartbeat of the subject from the load by the subject;
A center-of-gravity position calculation unit for determining the position of the subject's heart rate center of gravity based on a load component that vibrates according to the heart rate of the subject;
A bed-holding state monitoring system comprising: a sleeping posture determination unit that determines whether the sleeping posture of the subject is in the supine position or the prone position based on the vibration direction of the heart rate center of gravity.
前記荷重分離部は、前記被験者による荷重から被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を分離し、
前記重心位置算出部は、前記被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分に基づき被験者の呼吸重心の位置を求め、
前記寝姿判定部は、前記呼吸重心の振動方向に相対する前記心拍重心の振動方向に基づいて被験者の寝姿が仰臥位及び伏臥位のいずれであるかを判定する請求項1に記載の在床状態モニタリングシステム。
The load separation unit separates a load component that vibrates according to the breathing of the subject from the load by the subject,
The center-of-gravity position calculation unit obtains the position of the subject's breathing center of gravity based on a load component that vibrates according to the subject's breathing,
The presence / absence determination unit according to claim 1, wherein the sleeping posture determination unit determines whether the sleeping posture of the subject is in a supine position or a prone position based on a vibration direction of the heart rate center of gravity relative to a vibration direction of the respiratory center of gravity. Floor condition monitoring system.
前記重心位置算出部は、前記被験者による荷重に基づき被験者の重心の位置を求め、
前記寝姿判定部は、前記重心の前記被験者の呼吸に応じた振動の方向に相対する前記心拍重心の振動方向に基づいて被験者の寝姿が仰臥位及び伏臥位のいずれであるかを判定する請求項1に記載の在床状態モニタリングシステム。
The center-of-gravity position calculation unit obtains the position of the center of gravity of the subject based on the load by the subject,
The sleeping posture determination unit determines whether the sleeping posture of the subject is in a supine position or a prone position based on the vibration direction of the heart rate center of gravity relative to the vibration direction of the center of gravity according to the breathing of the subject. The in-situ state monitoring system according to claim 1.
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