JP2018521388A - アナログマルチゾーン感圧性パッドを介して、人をモニタリングするシステムおよびその方法 - Google Patents

Abstract

一般的に、マットレスまたはクッションの下に配置するための平面形状であり、パッドにかけられた圧力に応じて信号のスペクトルを出力することができ、複数の感受性ゾーンを含み、各ゾーンがそれぞれの制御装置に接続され、各ゾーンにおける圧力を測定するように構成された感圧性パッドである。感圧性パッドは、２つの導電性層と、２つの導電性層の間の可変導電性発泡体層と、２つの導電性層の第１の導電性層と導電性発泡体層との間に配された複数の穴を含む非導電性層と、を含む。パッドで動作可能なシステムは、様々なマットレスタイプ、ならびにマットレスの重量および人の重量に対して人の不在および存在を検出するように校正し、人がマットレス上にいる間、人の相対的な重量および位置を測定する。
【選択図】図３

Description

＜関連出願への相互参照＞
本出願は、２０１５年５月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／１６１，９０３号明細書、および２０１６年３月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／３０７，７７４明細書の優先権を主張し、それら両方は、それぞれの全体を引用することによって本明細書に組み込まれる。

圧力パッドは、椅子またはベッドのような平面上で、モニタリングされる人の存在を感知するために、医療分野において使用される。

圧力パッドは、マットレス／クッションの下、またはマットレス／クッションの上で使用されてもよい。マットレスに設置された圧力パッドは、体液にさらされうる。また、皮膚上の圧力が微妙に変化し、褥創がもたらされる可能性があるため、時には看護師長らにとっての関心事でもある。

発明者は、この産業において公知の圧力スイッチパッドが、マットレス／クッションの下で使用される場合、信頼性がそれほどではないことを知っていた。マットレス／クッションの厚さ、柔軟性および内部構造を変更することで、散発性の行動は結果として生じ、そのことにより、モニタリングされる人の存在または不在の信頼性の低い検知が結果として生じる。この１つの理由は、基本的な圧力パッドが特定の力の感知性を有するように作成されてきたという事実にあり、その感知性は慎重に選択しなくてはならない。圧力パッドの感度が良過ぎる場合、マットレス／クッションは、パッドを単独で始動させる可能性があった。圧力パッドの感度が弱すぎる場合、パッドは、軽い人の存在を検知しない可能性がある。これはさらに、マットレスの異なるモデルが多種多様な質量を有するという事実によって、異なる領域にわたって人の重量を分散していることで複雑になる。

上記の問題を解決するために、本発明は、様々な圧力を測定し、単純なオン／オフスイッチの代わりに、データを伝達することができるアナログ圧力パッドを利用する。その後、制御装置によってこのデータが読み取られ、例えば、経時的に評価されること、および／または前の読み取り値と比較されることにより処理されうる。この処理は、異なるタイプのマットレスおよびユーザーの異なる重量に対する同じアナログ圧力パッドの自動的な校正を可能にする。このように、広い範囲のマットレス／クッションのタイプおよび重量、ならびに広い範囲のユーザーに対して、ベッド上のユーザーの存在が検知されうる。本発明のいくつかの実施形態では、圧力パッドは、風袋（相対的な重量）機能を有し、この風袋機能は、圧力パッドに接続されたモニターがユーザーの重量測定値を得るために、使用中にマットレス／クッションの重量を考慮して、算出された合計からマットレス／クッションの重量を引くことを可能にする。

本発明の他の実施形態では、制御装置は、風袋重量を自動的に校正するために、パッドからの自動的測定値を定期的に取得し、休止時間（すなわち人がマットレス上にいないことが知られている時間）にわたってそれらを平均するように構成される。これは、いくつかの合理的な閾値と組み合わせて、寝具、枕などの変化による重量差を、経時的に把握することができた。

この解決策は、日中にまたは夜間に、単に就寝することによって、人の相対的な重量の測定値を生成することができるという付加価値を有する。相対的な重量の測定値は、ユーザーの体重増加または体重減少を経時的に検知するために使用され、可能性として、正確に校正される場合には、実際の重量測定値（ポンド、キログラムなど）を提供するために使用されうる。過去の相対的な重量測定値は、犬などのベッドへと飛び乗るペットの検知を補助することが可能であり、そうでなければ、基本的な圧力パッドは始動する可能性がある。

本発明のパッドが、いかなる種類のマットレスクッションの下でも使用されてもよいことに留意するべきである。本明細書の以下のセクションにおいて、用語「マットレス」は、人が座るまたは横になってもよい、いかなる種類のマットレス、クッションまたは支持物を含むことを意味する。

（１）変化形体において、感圧性パッドは、一般的にマットレスまたはクッションの下に位置するための平面形状であり、パッドにかけられた圧力に応じて信号のスペクトルを出力することができる。

（２）別の変化形体において、感圧性パッドは、マットレスまたはクッションを実質的に変形させないように構成される。

（３）さらなる変化形体において、感圧性パッドは、次のものの少なくとも１つを含む：導電性フィルム；導電性発泡体；導電性インク；および歪みゲージ。

（４）なお別の変化形体において、感圧性パッドは複数の感受性ゾーンを含み、各ゾーンは、各ゾーン上で圧力を測定するように構成されたそれぞれの制御装置に接続される。

（５）またさらなる変化形体において、感圧性パッドは、２つの導電性層を含む。可変導電性層が２つの導電性層間に配され、それは、可変導電性層に圧力がかけられ、可変導電性層が押さえ付けられるとき、可変導電性層の抵抗が減少するように構成される。２つの導電性層は、可変導電性層によって分離され、その結果、機械的圧力がパッド上で増大し、可変導電性層が押さえ付けられるとともに２つの導電性層の間の電気伝導度を増大することによって、パッドに圧力がかかるにつれて、２つの導電性層の間の電気抵抗が減少する。

（６）感圧性パッドの変化形体において、可変導電性層は導電性発泡体層である。

（７）別の変化形体において、感圧性パッドは、複数の穴を含む非導電性層を含み、非導電性層は、２つの導電性層の第１の導電性層と、導電性発泡体層との間に配される。パッドに加えられた圧力は、第１の導電性層と導電性発泡体との間の接触を増加させて、それによって、２つの導電性層の間の電気伝導度を緩和する。

（８）さらなる変化形体において、感圧性パッドは、２つの導電性層に接続され、導電性層を通る入力信号から結果として生じる出力信号を読み取るために、２つの導電性層を通る信号を入力するように構成された制御装置と；導電性層を包含し保護する２つのシース層と、を含む。

（９）なお別の変化形体では、マットレス上で、人の重量もしくは経時的な重量変化、または人の動きを検知するためのシステムは：アナログ感圧性パッドと；パッドから受信したデータを処理するために構成された制御ユニットと、を含み、その制御ユニットは：（ａ）様々なマットレスタイプ、ならびにマットレス重量および人重量に対して、人の不在および存在を検知するようにシステムを校正する；および、（ｂ）人がマットレス上にいる間の人の相対的な重量を測定する、ために動作可能な制御ユニットである。

（１０）システムのまたさらなる変化形体において、制御ユニットは：（ｃ）遠隔システムに処理データを送信する；（ｄ）人の存在／不在に関して望ましくない状況が生じる場合にアラームを発する；および、（ｅ）特定の入力を受信した場合にアラームを停止する、ために動作可能である。

（１１）システムの変化形体において、感圧性パッドは、マットレスの下に配置するために構成された可変感圧性パッドである。

（１２）別の変化形体において、システムは、パッドからの情報に基づいて、発生する人の望ましくない状態に応じてアラームを発するために構成された、ローカル出力ユニットを含む。

（１３）さらなる変化形体において、システムは、終了信号を受信するために構成されたローカル入力を含み、終了信号は制御装置に伝達され、それによって、制御装置は発せられたアラームを終了するように構成される。

（１４）なお別の変化形体において、システムは、遠隔システムに、制御ユニットによって処理されたデータを送信するように構成された遠隔通信ユニットを含む。

（１５）システムのまたさらなる変化形体において、送信されるデータはアラートデータである。

（１６）システムの別の変化形体において、データは重量データである。

（１７）変化形体において、未知の重量のマットレスの下にアナログ感圧性パッドが配置され、人がマットレスの上にいる状態で、人の重量を検知するために可変感圧性パッドを校正する方法であって、校正は：ａ）マットレスの下に圧力可変感圧性パッドを配置する工程；ｂ）パッドからの最高値、最低値、最終読み取り値、および平均読み取り値を測定する工程；ｃ）差が閾値よりも小さい場合に閾値を超えるまでより多くのデータを収集する工程；ｄ）差が閾値よりも大きい場合：非活動化ゾーンを測定する工程であって、非活動化ゾーンは、最高値から、最低値と最高値の関数である値までの様々な値である、工程；活動化ゾーンを測定する工程であって、活動化ゾーンは、最低値から、最低値と最高値の第２の関数である値までの様々な値である、工程；および、遷移ゾーンを測定する工程であって、遷移ゾーンは、活動化ゾーンの最高値と、非活動化ゾーンの最低値との間の範囲である、工程；ｅ）平均値が遷移領域内にある場合に、最終読み取り値が遷移領域外に出るまで、前の過去最高値および過去最低値の第３の関数である第２の量によって過去最高値を低下させ、そして前の過去最高値および過去最低値の第４の関数である第３の量によって過去最低値を増大させる、反復プロセスを実行する工程を含む

（１８）方法の別の変化形体において、第２の量および第３の量は互いに等しい。

（１９）さらなる変化形体において、パッドが未知の重量のマットレスの下にあり、人がそのマットレスの上にいる間、その未知の重量のマットレス上で感圧性パッドを使用して人の相対的な重量を測定する方法は、パッドの出力電圧を測定する工程、および出力電圧に基づいて人の相対的な重量を測定する工程を含む。

（２０）なお別の変化形体において、マットレスの下で感圧性パッドを使用してマットレス上の人の動きを測定する方法は、感受性ゾーンの各々からの出力の測定値を経時的に比較する工程と、第１のゾーンからの出力が隣接するゾーンよりも高いかどうかを経時的に測定する工程と、を含む。

本発明は、１つ以上の様々な実施形態に従って、以下の図に関して詳細に記載される。図面は例証のみの目的のために提供され、また、単に、本発明の典型的な実施形態または例となる実施形態を示す。これらの図面は、読み手の本発明の理解を容易にするために提供され、本発明の幅、範囲または適用可能性を制限しないように考慮されるものとする。例証の明確さおよび容易さのために、これらの図面は同一縮尺である必要はないことに、留意するべきである。

本明細書に含まれる図のいくつかは、異なる視角からの本発明の様々な実施形態を例証する。付随的な説明文は、「上部の」、「底部の」または「側面の」図などの図を参照しうるが、そのような参照は単に記述的であって、特に明示的に述べられていない限り、本発明が特定の空間的配向において使用または実施されることを意味しない、またはそのことを要求しない。
本発明のいくつかの実施形態に従って、アナログパッドを含むモニタリング機器を例証するブロック図である。 本発明のいくつかの実施形態に従って、図１のアナログ圧力パッドのゾーン、またはゾーンに分けられない図１に記載の圧力パッドを例証する概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に従って、図１の圧力パッドの構造、または図１の圧力パッドのゾーンの例を例証する概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に従って、図１の圧力パッドの構造、または図１の圧力パッドのゾーンの例を例証する概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に従って、図３および４のパッドを含む電気回路の概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に従って、図３および４のパッドを含む電気回路の概略図である。 アナログ圧力パッドから受信されたデータを処理するための、図１の制御ユニットによって使用される方法を例証するフローチャートである。 任意のマットレスおよび／または人に対して、図１に記載の感圧性パッドを動的に校正するための、本発明のいくつかの実施形態の方法を例証するフローチャートである。 図８の方法に従って、図１のパッドの校正を経時的に例証する抵抗 対 時間のグラフである。 制御ユニットが無線のはかりと通信する本発明のシステムを例証するブロック図である。

図は、網羅的であること、または本発明を開示された正確な形状へ制限することを、意図していない。修正および変更と共に本発明を実施することができること、および本発明が特許請求の範囲とそれらの同等物によってのみ制限されることが、理解されよう。

随時に、本発明は、実施例の環境の観点から本明細書に記載される。これらの環境の観点からの説明は、本発明の様々な特徴および実施形態が、模範的な適応の内容において描写されることを可能にするために提供される。この説明を読んだ後、本発明が異なる環境および代替的な環境においてどのように実施されうるのかが、当業者に明らかとなるだろう。

別途定義されていない限り、本明細書に使用される全ての技術的用語および科学的用語は、この発明が属する当業者によって一般に理解される意味と、同じ意味を有する。本明細書において引用された全ての特許、出願、公開された出願および他の刊行物は、それら全体を参照することによって組み込まれる。このセクションにおいて明記される定義が、参照によって本明細書に組込まれる出願、公開された出願、および他の刊行物において明記される定義に反する場合、またはそうでなければ、それらと一致しない場合、本明細書において述べられた定義が、参照によって本明細書に組込まれる定義に勝る。

図１は、本発明のいくつかの実施形態に従ってモニタリング機器を例証するボックスダイアグラムである。モニタリング機器は、圧力パッド（１０２）および制御ユニット（１０４）を含む。制御ユニットは、圧力パッドから受信されたデータを記憶するためのローカル記憶ユニット（１０５）と通信し、遠隔システム（１１２）へデータを移すために遠隔通信ユニット（１１０）を使用し、そのシステムは、随意に、受信データを保存する、および／または分析するために構成される。随意に、システムはローカル出力ユニット（１０６）およびローカル入力ユニット（１０８）を含む。ユーザーの不在または存在に関する望ましくない状態が検知されるとき、ローカル出力ユニットは警告を局所的に発するために構成される。ローカル入力ユニットは、ユーザーまたは近くの誰もが、警告を切ることが可能なように構成される。随意に、遠隔システム（１１２）は、望ましくない状態を１人以上のあらかじめ定義された人に通知するために、それらの人々に対して警告を送信するように構成される。

本発明のいくつかの実施形態において、遠隔システム（１１２）は、頻繁な睡眠中断または急な体重増加などのユーザーの状態を分析するために、医療関係者が利用可能である。下に記載されるように、これらの状態は心不全を示しうる。

本発明のいくつかの実施形態では、制御ユニットはユーザーの睡眠中断の頻度、および／または急な体重増加を示すデータを分析する。あらかじめ決められた閾値に従って、睡眠中断の頻度が高すぎる、および／または人の体重増加が急すぎると制御ユニットが判断する場合、通知が、通信ユニット（１１０）によって、医療関係者が利用可能な遠隔システムへ送信される。随意に、健康に関する危険性を人に通知するために、警告もローカル出力ユニットによって発せられる。

本発明のいくつかの実施形態において、圧力パッド（１０２）はユーザーのマットレスの下に位置するために構成され、多種多様な抵抗導電材料を含む。この材料は、ワイヤーのように導電性であるが、圧力がかかるにつれて抵抗が減少する。これによって、重量測定値を得るために、分圧回路などの抵抗計測回路が、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）のアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）と共に使用されることが可能になる。本発明のいくつかの実施形態において、本発明の可変抵抗材料は、導電性フィルム（例えばＶｅｌｏｓｔａｔと呼ばれる、３Ｍによって作られたフィルム、または任意の類似した材料）、導電性発泡体、歪んだときに多種多様な抵抗を生成する歪みゲージ、および導電性インクの１つ以上を含んでもよい。随意に、パッドは、マットレス／クッションと一体であり、感圧性部分は、マットレスまたはクッションの、シートまたは層である。

本発明の実施形態において、アナログパッド（１０２）はゾーンに分けられ、それは、パッドの表面積を覆うグリッドパターンで、多数の小さなアナログパッドのように有効に作用する。各ゾーンは、マイクロコントローラ上の分離したＡＤＣに取り付けられており、独立して測定され、具体的に、どこにパッド圧があるか、どれだけの圧力がかかっているか、ユーザーが移動するにつれて圧力がどのようにゾーンからゾーンへ変化するのかを、ソフトウェアに測定させることが可能となる。図２は、アナログ圧力パッド（１０２）のゾーン、またはゾーンに分けられていない圧力パッド（１０２）を示す。

位置と動きを検知することの関係性によって、人が、あまりに長い間ある位置にいて、それにより、起こり得る褥創がもたらされるときに、看護職員がアラートを受ける。さらに、世話人は、ユーザーがベッドを出るためにベッドの側面に手を伸ばすよりも早く、アラートを受けることができる。ベッドを出ることになっていないユーザーがベッドの端にいると、ローカルアラートが発せられてもよい。

重量の変化の大きさを比較して、ＣＰＵ（制御ユニット（１１０）、または遠隔システム（１１２）内にあってもよい）で信号を処理する前に、個別信号が、各パッドから制御ユニット（１１０）に送信される。随意に、信号は、制御ユニット（１１０）によって受信される前に増幅される。本発明のいくつかの実施形態は、ユーザーがベッドを出始めるとき、ベッドを離れるとき、ユーザーがあまりに長い期間ある場所にいるときを判断する技術、および随意に、（うっ血性心不全を含むいくつかの症状のための診断値の）日々の人の体重の変化の証拠に関する。相対的な重量の測定値は、ユーザーの体重増加または体重減少を経時的に検知するために使用され、可能性として、もし正確に校正される場合、実際の重量測定値（ポンド、キログラムなど）を提供するために使用されうる。過去の相対的な重量測定値は、犬などのベッドへと飛び乗るペットの検知を補助することが可能であり、そうでなければ、基本的な圧力パッドにおけるアラームを始動させていた可能性がある。

図３および４は、本発明のいくつかの実施形態に従って、図１の圧力パッドの構造、または図１の圧力パッドのゾーンの例を例証する概略図である。

パッド（１０２）は、感圧性の抵抗を有する電気回路に依存する。パッド（１０２）は、非導電性層（１３）（例えばダイカット状のマイラー）および導電性発泡体（１２）の層によって分離された、２つの導電性層（８）および（９）（例えばアルミホイルＰＥＴマイラー）を含む。随意に、パッド（１０２）は、導電性層（８）および（９）、非導電性層（１３）、ならびに導電性発泡体（１２）を含み、密閉するシース（層（７）および（１０））を含む。随意に、シースは、高周波（ＲＦ）溶接されたビニールカバーである。随意に、パッド（１０２）は、完全に密閉され、防水である。

電線（５０）は、導電性層の各々に接続され、図１の制御ユニット（１０４）の一部であってもよいか、図１の制御ユニット（１０４）と通信してもよい、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）に接続される回路基板（５１）まで延びる。本発明のいくつかの実施形態において、制限抵抗器（５２）は、回路基板に接続され、導電性層の各々と平行である。導電性層、非導電性層および発泡体層を含む機器は、制限抵抗器（５２）と平行な感圧性の抵抗器として動作する。

随意に、ＭＣＵの出力は、落下アラーム装置に接続するモジュラーコネクタまで流れる。

上部の導電性層（８）、および導電性発泡体（１２）の上部の面は、非導電性層（１３）によって分離される。下部導電性層（９）は、導電性発泡体（１２）の、下部の面に接する。

圧力がパッド（１０２）にかけられていないとき、または重量が特定の閾値圧力よりも低い場合、上部の導電性層（８）、および導電性発泡体（１２）の上部の面は、非導電性層によってなお分離される。導電性層（８）と（９）との間に存在する抵抗は、非常に高いか、または無限大に近い。

パッドの出力抵抗Ｒ_ＯＵＴは：
Ｒ_ＯＵＴ＝（１／Ｒ_ＶＡＲ＋１／ＲＬＭ）^−１
に等しく、式中、Ｒ_ＶＡＲは、導電性層（８）と（９）との間の可変抵抗である一方で、Ｒ_ＬＩＭは制限抵抗器（５２）の抵抗である。

したがって、パッドに加えられた圧力が特定の圧力よりも低いとき、Ｒ_ＯＵＴは制限抵抗器の値に等しい。

パッド上に存在する重量／圧力が増大するとき、上部の導電性層（８）は押さえ付けられ、上部の導電性層（８）および導電性発泡体（１２）の上部の面が、非導電性層（１３）の穴（１４）を介して接触することを可能にする。増大した重量／圧力は、導電性発泡体も押さえ付ける。導電性発泡体が２つの導電性層の間にはさまれると、２つの導電性層の間の導電性発泡体（１２）の抵抗は減少する。センサーパッド上の重量／圧力がさらに増大するとともに、導電性発泡体がさらに押さえ付けられ、導電性発泡体（１２）の抵抗がさらに低下し、結果として２つの導電性層（８）と（９）との間の抵抗Ｒ_ＶＡＲが低下する。

Ｒ_ＶＡＲが低下するにつれて、パッドの出力抵抗、Ｒ_ＯＵＴも同様に低下する。パッド上の重量／圧力が減少するとき、導電性発泡体は、その元の形状を回復し、発泡体の抵抗は増大し、それによって、導電性層（８）と（９）との間の抵抗Ｒ_ＶＡＲが増大する。したがって、Ｒ_ＯＵＴも同様に増大する。

重量／圧力がパッドから取り除かれるとき、上部の導電性層（８）、および導電性発泡体（１２）の上部の面は、非導電性層（１３）によって分離される。したがって、Ｒ_ＶＡＲは無限大に向かって上昇し、Ｒ_ＯＵＴは制限抵抗器の値に等しい。Ｒ_ＯＵＴをトラッキングすることで、Ｒ_ＶＡＲを算出することができ、パッド上の圧力が測定されうる。

図５および６は、本発明のいくつかの実施形態に従って図３および４のパッドを含む、電気回路の概略図である。

回路は、上記したようなパッドの可変抵抗器Ｒ_ＶＡＲ、および制限抵抗器Ｒ_ＬＩＭ、電源ＰＷＲ、ならびにＶ_ＯＵＴが読み取られる読取りポイントを含む。

図５の実施例では、パッド上に圧力がないので、Ｒ_ＶＡＲは、Ｒ_ＬＩＭの抵抗（例えば、１０ｋΩ）と比較して、非常に高い（例えば、１００ΜΩ）。この実施例において、Ｖ_ＯＵＴは、電源によって提供される電圧（例えば、５Ｖ）とほぼ同じになるだろう。

図６の実施例では、パッド上に高い圧力があるので、Ｒ_ＬＩＭの抵抗（例えば１０ｋΩ）と比較して、Ｒ_ＶＡＲは非常に低い（例えば１Ω）。この実施例において、Ｖ_ＯＵＴは約４９９．９５μΩとなり、これは電源によって提供される電圧（例えば５Ｖ）よりもはるかに低く、０に近い。

本発明のいくつかの実施形態では、パッドは非導電性層を含まない。このパッドはより多くの電力を使用するが、なお正確に動作する。

本発明のいくつかの実施形態では、ゾーンを読み取り、ベッドにいる／ベッドにいない測定を算出するマイクロコントローラは、制御ユニットと分離している。これによって、マイクロコントローラは、パッド内に、パッドのためのコード上に、もしくはパッドのためのコネクターに位置付けられるか、パッドを差し込むか無線で接続するアダプターとして存在する。このことが、制限的な処理能力を有する簡単なモニターを、パッドと共に動作させることを可能にする。

図７は、上記のアナログ圧力パッドから受信されたデータを処理するための、図１の制御ユニットによって使用される方法を例証するフローチャートである。任意の圧力パッドが使用されてもよく、その中でパッドまたはその部分の可変抵抗は、パッドまたはその部分にかけられた圧力に関することに、留意するべきである。フローチャートの左の枝は、圧力パッドのゾーンの全てで取得されたデータの処理分析に関する。フローチャートの右の枝は、圧力パッドの各ゾーンからの別々に分析するデータに関する。

（５００）において、制御ユニットが起動される。（５０２）において、圧力を示すデータがアナログ圧力パッドから読み取られる。

（５０４）において、マットレスのみが存在することを測定するための確認が行われる。重量が加えられないとき、パッドを介する抵抗は非常に高く、無限に近づく。マットレスの重量がないと、パッドの抵抗は非常に大きくなり、その抵抗によってＶ_ｏｕｔは、入力電圧に非常に近づく。したがって、Ｖ_ｏｕｔが入力電圧に近いとき、マットレスは存在しないと仮定することができる。この場合、マットレスの存在による圧力読み取り値が記憶される。マットレスの閾値は（５０６）において設定され、制御ユニットは（５０８）において適宜校正される。マットレス重量を校正することができる２つの方法がある。第１の方法では、現在加えられる重量をゼロ設定することにより即時に再校正をさせるために、パッドが、マットレスの下に最初に配置されるとき、従業員がリセットボタンまたはリセット機構を使用することができる。第２の方法では、第１の人がパッドを設置してマットレスを使用した後、校正が、図８の方法を介して自動的に始まる。

人がマットレス上にいる場合、（５１０）において、人がまだいるかどうかを測定するための確認が行われる。その場合、マットレスと人の存在による圧力読み取り値が記憶される。人の閾値は（５１２）において設定され、制御ユニットは（５１４）において適宜校正される。マットレスによる圧力が分かっているため、人の相対的な重量は、（５１６）において、マットレスの存在による圧力、ならびにマットレスおよび人の存在による圧力を比較することにより測定することができる。

人が静止していない場合、制御ユニットは、（５１８）において人が動いていると記録する。あらかじめ決められた間隔において取得された多数の読み取り値（例えば０．５秒の間隔の４つの読み取り値）が互いに対して実質的に変化するとき、人の動きを検知することができる。読み取り値の変化があらかじめ決められた閾値をしたまわる場合、人が静止していると判断する。

フローチャートの右の枝においては、圧力パッドの各ゾーンからのデータが、（５２０）において別々に処理され、人がベッドを出ているかどうかを測定するために、（５２２）において確認が行われる。人がベッドから出ていることがこの分析によって測定される場合、出ているという通知が（５２４）において記録され、随意に警告が発行される。出ていることが検知されない場合、生のゾーン読み取り値が、（５２６）において後の分析のために記録される。

本発明のいくつかの実施形態では、図１の機器（１００）は、ユーザーの健康状態を診断することを支援するために構成される。非制限的な実施例において、夜間多尿および急な体重増加が、圧力パッドからのデータを使用することによって診断される可能性がある。

夜間多尿は、排尿するために、夜中に人が頻繁に起きる症状である。健康な人は、トイレへ行くために起きることを必要とすることなく、夜中に６〜８時間眠ることができるはずである。夜間多尿に苦しむ人々は、排尿するために、夜に二度以上起きる。これは、正常な睡眠周期の混乱を引き起こす可能性がある。夜間多尿の原因は、うっ血性心不全が挙げられる可能性がある。

夜の日記をつけるために、図１に従って（通常の、またはアナログの圧力パッドを用いて）機器を利用することにより、ユーザーがどれくらいの回数、夜中に起きるのかを確実にトラッキングすることが可能である。トイレを使用するためにユーザーが起きたかどうかを機器が検知しない可能性があるが、ユーザーの睡眠の頻繁な中断に関連するデータは、異常があるという可能性を示す徴候かもしれない。

心不全に苦しむ人々は、一般的に、急な体重増加を経験する。実際、人の心不全が体液貯留を引き起こしている場合、人の体重は短期間で増加する。

重量が急に増加する（例えば、３日で２キログラムを超える、または３日で３ポンドを超える）場合、心不全の危険性がある人々は、毎日同じ時間に彼ら自身の体重を測定し、医療関係者へ報告するべきである。

図１の機器を使用することによって、ユーザーが眠っている間の相対的な重量が毎晩記録される。その測定値は相対的な重量であるが、出願人は体重増加に興味を持っているため、これらの相対的な測定値は、急な重量変化を検知するために日々互いに比較されうる。このことは、ユーザー自身で毎日体重を測定するために、ユーザー側の健忘性の要素を取り除き、過去の重量のユーザーの記憶の代わりに、不連続の記録された測定値を処理することにより、観察バイアスを打ち消す。

図８は、任意のマットレスおよび／または人に対して、図１に記載の感圧性パッドを動的に校正するための、本発明のいくつかの実施形態の方法を例証するフローチャート（６００）である。方法は図１の制御ユニットによって実施されてもよい。

（６００）において、新しいサイクルが開始される。（６０２）において、パッドからの抵抗読み取り値は制御ユニットによって記録される。記録された読み取り値を、最終読み取り値（ＬａｓｔＲｅａｄｉｎｇ）と呼ぶ。（６０３）において、最終読み取り値は、過去最高値（ＲｅｃｏｒｄＨｉｇｈ）と過去最低値（ＲｅｃｏｒｄＬｏｗ）を測定するために前の読み取り値と比較され、それらはそれぞれ、あらかじめ決められた期間にわたって記録された最高および最低の抵抗である。

（６０４）において、平均読み取り値が算出される。平均読み取り値は、一定期間にわたって記録された読み取り値の平均であってもよく、現在の最終読み取り値が前の読み取り値よりも重要である加重平均であってもよい。

（６０６）において、過去最高値と過去最低値との間の差が特定の閾値よりも大きいかどうかを測定するための確認が行われる。この点において、制御ユニットは、残りのロジックを実行するために十分なデータを収集してきたかどうか、または、スリープ（ｓｌｅｅｐ）へと戻る必要があるかどうかを判断する必要がある。このことは、新しく初期設定された制御ユニットが、過去最高値＝過去最低値＝平均読み取り値を有するため必要であり、それらが正確に等しくない場合は、エラー状態を作り出す値に非常に近づく。この状態において、十分に広い範囲の圧力は、記録されていない。したがって、ベッドにいる（マットレス上の人）、またはベッドにいない（マットレスを離れた人）状態を測定することができない。本発明のいくつかの実施形態では、閾値はハードコーディングされ、使用されるパッド素材の反応性に依存する。

過去最高値と過去最低値との間の差が閾値よりも小さい場合、サイクルは（６２０）で終了する。過去最高値と過去最低値との間の差が閾値よりも大きい場合、以下の３つの範囲または領域が（６０８）で測定される：活動化領域、非活動化領域、および遷移領域。

活動化領域は、最終読み取り値または平均読み取り値が活動化領域内にある場合、人がベッドにいると判定されるように、様々な値を含む。活動化領域の最低値は、（低抵抗性がパッド上の高い圧力に相当するような）過去最低値である。活動化領域の最高値は、過去最高値と過去最低値の第１の関数である。例えば、活動化領域の最高値は次のとおりであってもよい：
過去最低値＋ｆ_１（過去最高値、過去最低値）
式中、ｆ_１は第１の関数である。

非活動化領域は、最終読み取り値または平均読み取り値が非活動化領域内にある場合、人がベッドにいないと判定されるように、様々な値を含む。非活動化領域の最高値は、（高抵抗がパッド上の低い圧力に相当するような）過去最高値である。活動化領域の最低値は、過去最高値と過去最低値の第２の関数である。例えば、活動化領域の最高値は次のとおりであってもよい：
過去最高値−ｆ_２（過去最高値、過去最低値）
式中、ｆ_２は第２の関数である。

遷移領域は、活動化領域の最高値よりも高く、非活動化領域の最低値よりも低い、様々な値に相当する。

（６１０）において、平均読み取り値が活動化領域内にあるかどうかを測定するための確認が行なわれる。代替的に、（６１０）の確認は、最終読み取り値が活動化領域内にあるかどうかを測定するために実行される。確認がポジティブな場合、「ベッドにいる」信号が（６１２）において出力される。この信号は遠隔端末へ送信されるか、制御ユニットによって人がベッドにいるという事実が望ましい状態か望ましくない状態かどうかを判断し、適宜作用するように使用されてもよい。

（６１０）の確認がネガティブな場合、平均読み取り値が非活動化領域内にあるかどうかを測定するための別の確認が、（６１４）において実行される。代替的に、（６１４）の確認は、最終読み取り値が非活動化領域内にあるかどうかを測定するために実行される。（６１４）の確認がポジティブな場合、「ベッドにいない」信号が（６１６）において出力される。この信号は遠隔端末へ送信されるか、制御ユニットによって人がベッドにいないという事実が望ましい状態か望ましくない状態かどうかを判断し、適宜作用するように使用されてもよい。

理想的な状態において、上記のステップは、全体的なパッドの動作には十分である。この場合、過去最高値はマットレスの風袋重量となり、過去最低値は、患者の重量にマットレスの重量を足した重量を表す。現実世界の使用時に、過去最高値と過去最低値がそれらの意図した表示を示さないほど極端な値に簡単にさせてしまう事象が発生する。これは、ベッドを再準備する従業員が、遠い角への押し込み中に偶発的にマットレスに強く寄りかかりすぎることと同じくらい簡単でありうる。これらの異常値が考慮されない場合、パッドは一時的には機能するが、徐々に信頼性が無くなっていき、最終的にはいっせいに患者を診断することをやめる。

これを修正するために、以前に算出された遷移領域が実績値を調節するために使用される。したがって、（６１４）の確認がネガティブな場合、平均読み取り値（代替的には最終読み取り値（ＬａｓｔＲａｄｉｎｇ））は遷移ゾーンにある。したがって、平均読み取り値（代替的には最終読み取り値）が遷移領域内にあるすべての覚醒サイクルに関して、（６１８）において、過去最高値は第１の量だけ低下し、過去最低値は第２の量だけ増加する。第１、および第２の量は、第３および第４の関数によって算出されてもよく、各関数は、過去最高値と過去最低値との両方を考慮に入れる。

増加または過去最低値、および低下または過去最高値は、これらの値の間の距離を減少させる。はるかに低い最高値、またははるかに高い最低値が以前よりも観察される場合、これらの実績値が、平均読み取り値（代替的には最終読み取り値）が、活動化、または非活動化領域のどちらかの領域内に再度存在するまで収束し始める。いくつかの場合には、この収束は、サンプリングが０．５秒ごとに生じる場合、１分かかる可能性があるが、それは、スタッフが校正プロセスにおいて手動で介入する必要があることを防止する。

（６２０）において、サイクルは終了する。新しいサイクルが、あらかじめ決められたサンプリング時間に従って開始される。サイクル間の時間間隔は、１秒、１００ミリ秒、１０ミリ秒、または望ましいと見なされる他の値であってもよい。

図６の方法は、異なった重量を有する新しいマットレスおよび新しい人などの新しい状態へ、パッドを動的に校正するために使用することができる。サンプリング時間、および平均読み取り値、過去最高値および過去最低値が測定される期間に応じて、ならびに平均読み取り値の算出のために使用される公式に応じて、パッドは、０．５秒ごとにサンプリングが生じるとき、１分以内に新しい状態に校正されうる。代替的に、パッドは、新しいマットレスまたは新しい人へ移動されるごとに、制御ユニットを介して新しい校正を開始するように初期設定することができる。

図９は、図８の方法に従って、図１のパッドの校正を経時的に例証する、抵抗 対 時間のグラフである。緑色の線は活動化領域を表す一方、赤色の線は非活動化領域を表している。最終読み取り値（黒色）が変化するにつれ、平均読み取り値（青色）はそれに追従するが、わずかに後れを取る。グラフの後半では、最終読み取り値は遷移領域内の７００まで低下する。この点において、赤色の領域が現在の平均読み取り値を捕らえるまで、赤色の領域および緑色の領域は収束し始める。本発明のいくつかの実施形態に従って、図１の制御ユニットは、人がベッドにいるときにモニタリングされる人の相対的な重量の経過を追う。相対的な重量は、マットレスの重量および構造、ならびに人の重量に依存するので、相対的である。同じ人が２つの異なるマットレスの上に横たわったとしても、パッドからの読み取り値は相違する。

相対的な重量を測定するシステムの最も単純な実施形態において、図１のパッドは１つの単一なゾーンを含む。この実施形態では、人の全体重量は単一なセンサーゾーンに加えられる。この重量は、モニタリングされる人の位置およびスタンスに基づいて不均等に分散されるが、パッドによって測定される全ての圧力が、単一なゾーン内に全て含まれているため、不均一性は検知されない。

相対的な重量を測定するシステムのわずかにより複雑な実施形態では、図１のパッドは、２つのセンサーゾーンを含み、そこでは境界線がパッドの中心を通って延びる。人の重心が境界線に沿ってある場合、同じ量の圧力はパッドに全体的にかかるが、その圧力の半分は各ゾーン上に存在する。他の全てのものが同じ状態であるなら、各ゾーンにわたる電圧降下は、単一のゾーンの実施例と比較して各ゾーンの圧力抵抗が２倍になると、特定の係数によって弱められる。係数は、パッドの構造、マットレスの構造および重量、ならびに人のスタンスおよび重量に依存する。

この実施例を、それらのゾーンの各々を半分に分割することよって再び拡張することができるが、今回は、第１の区分を平行に分割した。これにより、ベッドにわたって広がる４つのゾーンが提供される。しかしながら、圧力はもはや、ゾーン間で均一に分散されない。例えば、圧力の１／５は外部のゾーンにあって、残りの４／５は中心のゾーン上にあってもよい。各ゾーンでの電圧降下（抵抗に正比例する）は、ゾーンに加えられた全圧の比に従って変化する。これは、マルチゾーンパッドに対する電圧降下を追加し、単一のゾーンの存在をシミュレートすることを可能にする。一実施形態では、ｎ個のゾーンに対して、全圧＝ｆ（Ｖ_ｏｕｔ１）＋ｆ（Ｖ_ｏｕｔ２）＋ｆ（Ｖ_ｏｕｔ３）＋．．．＋ｆ（Ｖ_ｏｕｔｎ）である。例えば、ｆ＝Ｖ_ｏｕｔ／（Ｖ_ｃｃ／１０２４）である。別の実施例では、関数ｆは対数関数であり、全圧は出力電圧と対数的に関係する。単一のゾーンパッドに対して、全圧＝ｆ（Ｖ_ｏｕｔ）である。しかしながら、マルチゾーンパッドは、ベッドの場所および位置を測定するために、ゾーンの粒状度を提供する。これらの電圧降下の全ては、絶対測定値ではなく相対的な重量を表すということも覚えておくべき重要なことである。マットレスの材料および組成は、圧力分散に影響を与える。このことは、マットレス間の読み取り値を比較することができないことを意味する。同じマットレスからの複数の読み取り値は比較可能であり、モニタリングされる人の相対的な重量をトラッキングすることが可能となる。

異なるゾーンにわたる重量配分が、マットレス上の人の位置の測定を可能にするということに留意するべきである。例えば、重量の大部分が長時間の間、ベッドの外側に集中する場合、人が起きようとしているか、まさに落ちるところである可能性がある。

読み取り値を相対的な重量測定値に対して使用するとき、心に留めておくべき別の事項は患者の動きである。患者が活発に位置を変えているか落ち着きなく動いている場合、マットレスに伝わった運動エネルギーはセンサーに対する付加的な圧力、したがって付加的な重量として現われる。これを考慮するために、複数の測定値が各ゾーンに対して数秒にわたって取得され、ゾーンの読み取り値の各々はその時間にわたってそれ自体と比較されるべきである。数秒にわたって、読み取り値の変動がほとんどもしくは全く観察されない場合、アルゴリズムは、人がなお横たわっていると仮定することができる。そうでなければ、システムは、別の相対的な重量の測定を再び試みる前に、数分間遅延されるべきである。一方、存在が既に測定されている場合、失敗した相対的な重量測定値は、有効な個別の測定値でもある。失敗した重量測定は、この場合、患者が動きすぎたことによる。これは、モニタリングされる人が動いていることを測定するという利点を有し、落ち着きのなさ、位置を変えたこと、または睡眠から覚めた可能性は、夜中に長期間の静止よりも先行される場合に、指標として使用することができる。

一実施例では、相対的な重量は、全てのゾーンからの電圧降下の和によって測定される。ｆ＝圧力読み取り値＝Ｖ_ｏｕｔ／（Ｖ_ｃｃ／１０２４）。本発明のいくつかの実施形態では、各ゾーンのマイクロコントローラ（ＭＣＵ）は、各ゾーンを、基準電圧（例えば、５Ｖ）と対地電圧（ｇｒｏｕｎｄ）との間の１０ビット値として読み取る。随意に、マイクロコントローラは、よりいっそうきめ細かい読み取り値（例えば１２ビットおよび１４ビット）を作り出すように構成される。１０ビット分解能において、最大電圧降下が５Ｖである場合、ＭＣＵは最大電圧降下のおよそ４．８８ｍＶの増加を測定することができる。これらの４つのゾーンの追加は、無圧（抵抗は無限であり、したがって、電圧降下は最大である）における４０９２の（最大の電圧降下の）増加と、無限の圧力（無限の圧力において抵抗は０であるため、電圧降下は０である）における理論上０の増加との間の相対的な領域を提供する。

図１０は、制御ユニットが無線のはかりと通信する本発明のシステムを例証するブロック図である。図１０の機器は、図１の機器に類似している。しかしながら、図８では、無線のはかり（１１４）が制御ユニットと通信している。無線のはかりは、人の重量を記録し、制御ユニットへ人の重量を示すデータを送信する。制御ユニットは、重量および重量測定の時間を記録する。データは、上記のように局所的に分析され、閾値に到達した場合にのみ医療関係者に送信されるか、直接医療関係者に送信される。重量データは、ユーザーが心不全の危険性があるかどうかを示すことができる可能性がある。はかりからの校正された重量は、制御ユニットによって圧力パッドの相対的な重量を絶対的な重量（ポンドまたはキログラム）へと校正することを支援するために、使用することができる。

可変的に抵抗する異なる材料がマットレスの下で異なる方法で動作することを、発明者が発見したことが留意されるべきである。第１の材料（導電性フィルム）は、「ベッドにいる」および「ベッドにいない」ことを検知するためには非常に信頼できるように思われる一方、第２の材料（導電性発泡体）は、一旦ユーザーが就寝し、なお横たわっているならば、相対的な重量を提供することにおいてさらに信頼できる。したがって、本発明のいくつかの実施形態では、アナログパッドは、制御ユニットと通信する２つのタイプの可変的に抵抗する材料を含む。第１の材料からのデータは、ベッドにいることの検知、および動きの検知に対して使用される。動きが静止すると第２の材料からのデータが、重量を測定するためにサンプリングされる。再び動きが検知され次第、制御ユニットは、再び第１の材料からのデータを分析する。

Claims (20)

1. 感圧性パッドであって、一般的に、マットレスまたはクッションの下に配置するための平面形状であり、パッドにかけられた圧力に依存する信号のスペクトルを出力することが可能であることを特徴とする、感圧性パッド。
2. マットレスまたはクッションを実質的に歪ませないように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の圧力感圧性パッド。
3. 導電性フィルム、導電性発泡体、導電性インク、および歪みゲージの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の感圧性パッド：
4. 複数の感受性ゾーンを含み、各ゾーンはそれぞれの制御装置に接続され、各ゾーン上の圧力を測定するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の感圧性パッド。
5. ２つの導電性層と；
   ２つの導電性層の間の可変導電性層と、
   を含み、
   可変導電性層が、圧力が可変導電性層にかけられ、可変導電性層が押さえ付けられるとき、可変導電性層の抵抗が減少するように構成され；
   パッド上で機械的な圧力が上昇し、可変導電性層が押さえ付けられると、２つの導電性層の間の電気伝導度が増加することによって、パッドに圧力がかかるにつれて２つの導電性層の間の電気抵抗が減少するように、２つの導電性層が可変導電性層により分離される、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の感圧性パッド。
6. 可変導電性層が導電性発泡体層であることを特徴とする、請求項５に記載の感圧性パッド。
7. 複数の穴を含む導電性層を含み、複数の穴を含む導電性層が、２つの導電性層の第１の導電性層と、導電性発泡体層との間に配され；
   パッドに加えられた圧力が、第１の導電性層と、導電性発泡体との間の接触を増加させ、それにより、２つの導電性層の間の電気伝導度を緩和することを特徴とする、請求項６に記載の感圧性パッド。
8. ２つの導電性層に接続され、導電性層を通る入力信号から結果として生じる出力信号を読み取るために、２つの導電性層を通る信号を入力するように構成される制御装置と；導電性層を含み、保護する２つのシース層と、を含むことを特徴とする、請求項５に記載の感圧性パッド。
9. 人の重量もしくは経時的な重量変化、またはマットレス上の人の動きを検知するためのシステムであって、アナログ感圧性パッドと；パッドから受信したデータを処理するために構成された制御ユニットと、を含み、
   制御ユニットが：
   （ａ）様々なマットレスタイプ、ならびにマットレス重量、および人の重量に対して、人の不在および存在を検知するようにシステムを校正する；および
   （ｂ）人がマットレスの上にいる間、人の相対的な重量を測定する、
   ために動作可能である、
   ことを特徴とする、システム。
10. 制御ユニットが、
    （ｃ）遠隔システムに、処理されたデータを送信する；
    （ｄ）人の存在／不在に関して望ましくない状況が生じる場合にアラームを発する；および
    （ｅ）特定の入力を受信した場合にアラームを停止する、
    ために動作可能であることを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
11. 感圧性パッドが、マットレスの下に配置されるために構成された可変感圧性パッドであることを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
12. パッドからの情報に基づいて、発生する人の望ましくない状態に応じてアラームを発するために構成されたローカル出力ユニットを含むことを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
13. 終了信号を受信するために構成されたローカル入力をさらに含み、終了信号が制御装置に伝達され、それにより、制御装置が、発せられたアラームを終了するように構成されることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
14. 遠隔システムへ、制御ユニットによって処理されたデータを送信するように構成された遠隔通信ユニットを含むことを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
15. 送信されたデータがアラートデータであることを特徴とする、請求項１４に記載のシステム。
16. データが重量データであることを特徴とする、請求項１４に記載のシステム。
17. 未知の重量のマットレスの下に請求項１に記載のアナログ感圧性パッドが配置され、人がマットレスの上にいる状態で、人の重量を検知するために可変感圧性パッドを校正する方法であって、校正が：
    ａ）マットレスの下に圧力可変感圧性パッドを配置する工程と；
    ｂ）パッドからの最高値、最低値、最終読み取り値、および平均読み取り値を測定する工程と；
    ｃ）差が閾値よりも小さい場合に閾値を超えるまでより多くのデータを収集する工程と；
    ｄ）差が閾値よりも大きい場合に：
    ｉ）非活動化ゾーンを測定する工程であって、非活動化ゾーンは、最高値から、最低値と最高値の関数である値までの様々な値である、工程；
    ｉｉ）活動化ゾーンを測定する工程であって、活動化ゾーンは、最低値から、最低値と最高値の第２の関数である値までの様々な値である、工程；および
    ｉｉｉ）遷移ゾーンを測定する工程であって、遷移ゾーンは、活動化ゾーンの最高値と、非活動化ゾーンの最低値との間の範囲である、工程と；
    ｅ）平均値が遷移領域内にある場合に、最終読み取り値が遷移領域外に出るまで、前の過去最高値および過去最低値の第３の関数である第２の量によって過去最高値を低下させ、前の過去最高値および過去最低値の第４の関数である第３の量によって過去最低値を増大させる、反復プロセスを実行する工程と、
    を含むことを特徴とする、方法。
18. 第２の量と、第３の量とが互いに等しいことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 請求項１に記載のパッドが未知の重量のマットレスの下にあり、人がそのマットレスの上にいる間、その未知の重量のマットレス上でそのパッドを使用して人の相対的な重量を測定する方法であって、パッドの出力電圧を測定する工程と、その出力電圧に基づいて人の相対的な重量を測定する工程と、を含むことを特徴とする、方法。
20. マットレスの下で請求項４に記載のパッドを使用して、マットレス上の人の動きを測定する方法であって、感受性ゾーンの各々からの出力の測定値を経時的に比較する工程と、第１のゾーンからの出力が隣接するゾーンよりも高いかどうかを経時的に測定する工程と、を含むことを特徴とする、方法。