JP2020058772A - 睡眠姿勢測定装置と睡眠姿勢測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定機構が簡単で、厚さや重量や柔軟性やコストの面で設置および運用に制約／負担が少ない睡眠姿勢測定装置を提供すること【解決手段】アンテナ部と、上記アンテナ部と接続される信号線と、上記信号線と接続される接続部と、を有するセンサユニットと、上記接続部と接続される自己容量型静電容量測定用の測定ＩＣ部と、上記測定ＩＣ部を制御する制御部と、を有する制御ユニットと、を含む、睡眠姿勢測定装置を用いる。【選択図】図１

Description

本発明は、睡眠姿勢測定装置と睡眠姿勢測定方法に関する。特に、簡易的に睡眠姿勢を測定する装置とその方法に関する。

従来、特許文献１で示す睡眠姿勢測定装置があった。この装置は、２次元に電極ラインを細かく配置し、電極ライン間の各交点で、姿勢を検出する方式である。

特開平１０−１４８８９号公報

しかし、従来の睡眠姿勢測定装置では、測定機構に係る配線及びアンテナ部が複雑な構造であり、厚さや重量や柔軟性やコストの面で設置および運用に制約／負担があった。

上記課題を解決するために、アンテナ部と、上記アンテナ部と接続される信号線と、上記信号線と接続される接続部と、を有するセンサユニットと、上記接続部と接続される自己容量式静電容量測定用の測定ＩＣ部と、上記ＩＣを制御する制御部と、を有する制御ユニットと、を含む睡眠姿勢測定装置を用いる。
また、上記睡眠姿勢測定装置を用い、上記アンテナ部での静電容量の経時変化により、上記アンテナ部と人との接近を検出することにより、睡眠時の姿勢を測定する睡眠姿勢測定方法を用いる。
さらに、複数の上記アンテナ部のそれぞれの電極での静電容量を合わせ、人との接近度合いを測定することにより、睡眠時の姿勢を測定する睡眠姿勢測定方法を用いる。

本発明の睡眠姿勢測定装置では、測定機構が単純な複層構造で、厚さや重量や柔軟性やコストの面で設置および運用に制約／負担が少ない。簡便に睡眠時の姿勢を測定できる。

（ａ）実施の形態の睡眠姿勢測定装置の構成図、（ｂ）実施の形態の睡眠姿勢測定装置の外観図 実施の形態の睡眠姿勢測定装置の使用方法を説明する図 実施の形態のアンテナ部の周辺の断面図 （ａ）実施の形態のセンサユニット部の構成図、（ｂ）実施の形態のセンサユニット部の別の構成図 図２の配置での睡眠姿勢測定装置による測定結果を示す図 （ａ）〜（ｄ）実施の形態のアンテナ部の斜視図 （ａ）〜（ｅ）実施の形態の基台の斜視図 実施の形態の複数種類のアンテナ部を複数種類の基台上に、それぞれ乗せた場合の静電容量を示す図

（実施の形態１）
＜構造＞
図１（ａ）は、睡眠姿勢測定装置２２の構成図である。睡眠姿勢測定装置２２は、センサユニット２０と制御ユニット２１とを含む。図１（ａ）では、センサユニット２０の構成と、制御ユニット２１の構成とを示している。制御ユニット２１では、各要素が電気回路で繋がっている。図１（ｂ）は、睡眠姿勢測定装置２２の外観図である。

センサユニット２０は、人の睡眠姿勢を測定するセンサを有する部分である。
制御ユニット２１は、センサユニット２０を制御する部分である。
センサユニット２０は、絶縁性があり、防水性があるカバー４１で覆われている。

＜センサユニット２０＞
センサユニット２０は、基材２５、アンテナ部１０、アンテナ接続部１１、信号線１２、接続部１３を含む。
基材２５は、柔軟な絶縁シートであり、その上にアンテナ部１０、アンテナ接続部１１、信号線１２を有する。基材２５は、例えば、樹脂フィルム、布、紙などである。

アンテナ部１０は、自己容量式静電容量測定用の測定ＩＣ部１４により、アンテナ部１０と人３１の間の静電容量を測定することで両者の接近度合いを測定する。アンテナ部１０に人３１が接近すると測定される静電容量は増加する。
アンテナ接続部１１は、アンテナ部１０と信号線１２とを接続する部分である。
信号線１２は、接続部１３を介して、アンテナ部１０と測定ＩＣ部１４とを電気的に接続する。

接続部１３は、センサユニット２０の一部で、制御ユニット２１と接続する部分である。接続部１３は、ワンタッチで制御ユニット２１に接続できるのが好ましく、ピンコネクタ方式などが好ましい。
センサユニット２０は、柔軟性材料で作製され、全体として薄く、軽量で、柔軟性がある。

＜制御ユニット２１＞
制御ユニット２１は、測定ＩＣ部１４と、制御部１５と、記録部１６と、表示部１７と、通信部１８と、電源部１９とを含む。
測定ＩＣ部１４は、複数のアンテナ部１０の信号から、アンテナ部１０の各々での静電容量を測定する部分である。

制御部１５は、睡眠姿勢測定装置２２の各構成要素を制御するＩＣなどである。
記録部１６は、測定ＩＣ部１４での測定結果や各構成要素の設定値などを保存するＩＣメモリなどである。外部へデータ送信を行わない場合、記録部１６はＳＤカード、ＵＳＢメモリなどの取外し可能な記録媒体としても良い。
表示部１７は、液晶、ＥＬなどのデイスプレイやＬＥＤなどのインジケータである。操作ボタンなどがあり、睡眠姿勢測定装置２２への稼働の指示などが入力される。また、測定結果の表示もできる。その他、表示部１７は、構成要素の設定、指示をする部分である。

通信部１８は、記録部１６のデータなどを外部へ送る部分である。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、無線ＬＡＮなどでパーソナルコンピュータ、スマートホン、携帯機器などへデータを無線で送れる。有線の場合は、通信部１８は、コネクタ部分となる。

＜動作＞
図２で、睡眠姿勢測定装置２２の使用方法を説明する。
図２は、ベッド３０上に、睡眠姿勢測定装置２２を配置し、その上に人３１が睡眠している状態を示す平面図である。

睡眠姿勢測定装置２２は、センサユニット２０が、１２個のアンテナ部１０を有する。図２では、それぞれのアンテナ部１０にアンテナ部の番号２３を表示している。制御ユニット２１は、センサユニット２０を制御し、各々のアンテナ部１０のデータを記録部１６に保存する。データの例を下記で説明する。制御ユニット２１はセンサユニット２０内の複数のアンテナ部１０を制御する。

＜アンテナ部１０＞
図３にアンテナ部１０周辺の断面図を示す。アンテナ部１０は、平板状の基材１０ｃ上に電極１０ａが形成され、その上にカバー１０ｂが配置されている。
なお、基材１０ｃを、全体の基材２５（図１（ａ））とし、直接、基材２５に、電極１０ａを形成してもよい。同様に、カバー１０ｂも、全体のカバー４１（図１（ｂ））としてもよい。
アンテナ部１０への対象物１０ｄ（人３１）の接近度合いを電極１０ａでの静電容量の変化によって測定する。

電極１０ａは、例えば、金属箔である。金属箔は、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、カーボンなどの箔体であり、軽量で薄く柔軟性がある。金属箔は、スパッタ、蒸着など薄膜工法で形成してもよく、別途作製したものを接着してもよい。
または、電極１０ａは、導電ペーストを用いて、印刷工法、スピンコートなどで形成されてもよい。

または、電極１０ａは、一部もしくは全部が導電糸で形成されてもよい。金糸、銀糸、銅糸、アルミニウム糸、カーボン糸などの導電性糸を用いて、平板状に形成してもよい。導電糸は、樹脂繊維に各金属を被覆したものでもよい。導電糸を用いた電極１０ａは、軽量で薄く柔軟性があり、耐久性が優れていて好ましい。
金属箔、導電性糸、導電ペーストを組み合わせて、電極１０ａを形成してもよい。

カバー１０ｂは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＩ（ポリイミド）など絶縁性かつ防水性の樹脂シートである。また、絶縁性があり、防水処理が施された布や紙を用いてもよい。基材１０ｃもカバー１０ｂと同様の材質でよい。
電極１０ａを含むアンテナ部１０の形状は、図１（ａ）および図２では方形であるが、円形、台形、多角形、線形状などでもよい。細いライン形状、または、線形状の場合、複数平行に配置できよい。形状を三角形状、または、配置を三角形状とすれば、高い密度に配置できる。実施の形態２でアンテナ部１０のより好ましい形状を説明する。

アンテナ部１０は、複数あり、制御ユニット２１によって、それぞれのアンテナ部１０への対象物１０ｄ（人３１）の接近度合いを測定できる。

＜信号線１２＞
信号線１２は、アンテナ接続部１１と接続部１３とを電気的に接続する。信号線１２は、基材２５上に印刷工法などによりパターン形成された金属材料、または、導電性ワイヤー、導電糸などでもよい。

＜自己容量式静電容量センサ＞
静電容量の測定方式が自己容量式であるため、アンテナ部１０の構造は、図３のように電極１０ａが複極でなく単極で、電極間の中間層を必要としない単層の簡易な構造である。アンテナ部１０への対象物１０ｄの接近度合いはアンテナ部１０での静電容量の変化によって測定される。この静電容量の変化を、信号線１２を介して、制御ユニット２１で測定する。
さらに、信号線１２に被覆３３（図３）を設けるのが好ましい。この被覆３３は導電性があり、被覆３３を制御ユニット２１に接地接続することで外部からの電磁ノイズを遮断できる。信号線１２と被覆３３が同軸構造となっているいわゆるシールド線を用いることもできる。

電極１０ａでの静電容量の変化に基づく対象物１０ｄの接近度合いを定量的に測定するため、複数の信号線１２の長さを合わせる。
図４（ａ）に、センサユニット２０の拡大構成図を示す。図４（ａ）では複数のアンテナ部１０に接続されたそれぞれの信号線１２の長さが、等しくになるように構成してあり、信号線１２の長さに依存する静電容量の差異を緩和している。

また、信号線１２の長さに依存する静電容量の差異を緩和するよう、それぞれの信号線１２の太さを調整する、あるいは、それぞれの信号線１２に調整用コンデンサなどを追加する、などとしてもよい。
また、信号線１２の長さに依存する静電容量の差異を制御ユニット２１でオフセット処理することで、その差異を緩和してもよい。
さらに、センサユニット２０の拡大構成図である図４（ｂ）の記載のとおり、センサユニット２０の被覆接続部２６および被覆接続線２７によりアンテナ部１０の近傍でそれぞれの被覆３３が接続されていてもよい。なお、図１（ａ）のような信号線１２の場合でも、同様に被覆接続部２６および被覆接続線２７を設けることが好ましい。

＜静電容量の変化の測定方法＞
実施の形態１のアンテナ部１０は、電極１０ａが単極構造であるため、以下の２つの測定方法がある。
（１） 絶対値で測定する。
電極１０ａでの静電容量の絶対値の経時変化によって対象物１０ｄの、アンテナ部１０への接近度合いを測定する。アンテナ部１０と対象物１０ｄが接近するほど、静電容量の絶対値が増える。
対象物１０ｄが接近していない状態のそれぞれの電極１０ａでの初期静電容量を等しくし、予め、静電容量の絶対値をレベル分けし、そのレベルで接近度合いを測定する。たとえば、上記信号線１２の被覆３３、複数の信号線１２の長さを合わせることで、それぞれの電極１０ａでの初期静電容量を等しくできる。
結果、この方法では、定量的に、対象物１０ｄの、アンテナ部１０への接近度合いを測定できる。

（２） 差分を測定する。
電極１０ａでの初期静電容量を等しくしない場合、電極１０ａでの静電容量の変化量の経時変化によって対象物１０ｄの、アンテナ部１０への接近度合いを測定する。アンテナ部１０と対象物１０ｄが接近するほど、静電容量の変化量が増える。
それぞれの電極１０ａでの初期静電容量が等しくないため、測定前のそれぞれの電極１０ａでの静電容量（測定前の一定時間の平均）を基準に、その基準に対して、静電容量がどれだけ変化したか（経時変化）をそれぞれの電極に対して計算し、その変化量を閾値判定し、その判定で接近を検出する。
結果、この方法では、定性的に、対象物１０ｄの、アンテナ部１０への接近を検出できる。

＜測定結果＞
図５に、図２の配置で、上記（１）の絶対値で測定する方法で測定した結果を示す。縦軸の番号は、図２のアンテナ部の番号２３を意味する。横軸の数値は、時間に相当し、人３１が、睡眠してからの時間に相当する。模様は、アンテナ部１０と人３１の接近度合いを意味する。

アンテナ部１０の番号０〜５は、人３１の胸の部分にある。アンテナ部１０の番号６〜１１は、人３１の膝の部分にある。
図５から、この人３１は、点線で示されたところで睡眠中の体動などで大きく姿勢が変化している。
睡眠時の姿勢という比較的遅い変化を測定するため、分解能は１秒程度以上でよい。呼吸や心拍などのバイタルデータと比較すると分解能が低くてよいため、測定データの量を少なくすることができる。
１つのアンテナ部１０から１つの信号線１２のみの簡単な構造で、しかも、アンテナ１０の構造も簡単であるが、睡眠中の姿勢を十分に測定できている。

この方法で、寝返りなどの体動の頻度を算出することで、睡眠の質を測定することができる可能性がある。
また、この方法で、寝返りなどの体動の頻度を算出することで、病床者の褥瘡の予防、乳幼児突然死症候群の予防を行える可能性がある。

（実施の形態２）
実施の形態２を図６（ａ）〜図８を用いて説明する。説明しない事項は、実施の形態１と同様である。
センサユニット２０を使用する場合、下部が平坦とはかぎらず、凹凸がある場合が多い。又は、ベッド３０などの上でセンサユニット２０を使用する場合、人がその上に乗ると、センサユニット２０が変形する。

この場合にも、睡眠姿勢測定装置２２をより安定して使用するため、アンテナ部１０の電極１０ａの形状を以下で検討する。
図６（ａ）〜図６（ｄ）は、アンテナ部１０の斜視図である。
図６（ａ）では、電極１０ａが、ベタ、つまり、ソリッド、全面に形成されている。
図６（ｂ）では、電極１０ａが、ヘビのように、スネーク状にて形成されている。
図６（ｃ）では、電極１０ａが、渦巻形状に形成されている。
図６（ｄ）では、電極１０ａが、碁盤の目状に形成されている。

なお、アンテナ部１０は、電極１０ａの外寸がおおむね５０ｍｍ角の大きさのもの使用した。図６（ａ）の電極１０ａには、アルミニウム箔を、図６（ｂ）〜（ｄ）の電極１０ａには、印刷された銀膜をそれぞれ用いた。カバー１０ｂ、基材１０ｃは、ＰＥＮシートを用いた。図６（ｂ）〜図６（ｄ）の各々の電極１０ａの外寸に対する金属領域の割合は約５０％である。

これらのアンテナ部１０を、人３１がアンテナ部１０の上に乗ったときを模して、図７（ａ）〜図７（ｅ）に示す表面が一方向にくぼんだ基台３２上に配置する。なお、この場合、基台３２は、変形しない。
図７（ａ）では、基台３２の表面が平坦である。
図７（ｂ）〜図７（ｅ）では、基台３２の表面に、それぞれ２００、１００、５０、３０ｍｍの半径の凹部がある。
図７（ａ）〜図７（ｅ）の基台３２上に、図６（ａ）〜図６（ｄ）のアンテナ部１０を配置し、人３１がアンテナ部１０の上に乗ったときを模して、接地接続された導電体をアンテナ部１０の近傍に配置したときの静電容量値を測定した。静電容量値は、Ｋｅｙｓｉｇｈｔ社ＬＣＲメータにより測定した。測定時の印加電圧は１Ｖ、１００ｋＨｚとした。

結果を、図８に示す。縦軸は、静電容量値を示す。横軸は、図７（ａ）〜図７（ｅ）の各基台３２での、各図６（ａ）〜図６（ｄ）の各々のアンテナ部１０毎に、並べている。なお、Ｘ、Ｙの表記は、それぞれアンテナ部１０のＸ方向、Ｙ方向（図６）に、基台３２のＲ形状が設けられていることを示す。

アンテナ部１０は、基台３２のＲ形状の方向に対し依存性を持たない方が好ましい。そのため、Ｘ方向とＹ方向とで差がないのが好ましい。
図８で、＊印は、Ｘ方向とＹ方向に基台３２のＲ形状が設けられたときの測定結果に有意差があることを示す。＊印があるのは、すべて図６（ｂ）のアンテナ部１０である。図６（ｂ）のアンテナ部１０は、１つの方向に向けて偏って電極１０ａが形成されている。このため、Ｒ形状の方向（アンテナ部１０が曲がる方向）により測定値に差が生じる。

結果、電極１０ａとして図６（ｂ）は好ましくなく、図６（ａ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）が好ましい。後者の電極１０ａは、ほぼ点対称な等方的な形状である。等方的な形状であると、アンテナ部１０の湾曲方向に依存しにくく、安定して測定ができる。ここで、等方的な形状であれば、図６（ａ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）以外でもよく、たとえば、図６（ｃ）で円形状の渦巻でもよい。また、図６（ｂ）、図６（ｃ）の電極１０ａを作製する方法として、印刷法やスパッタ法などによるパターニング方法以外に、薄膜形状の導電材料を打ち抜いて成形する方法、導電線もしくは電磁シールド線の電磁シールド被覆部を除去した導電線を配置するなどが考えられる。
（全体として）
実施の形態１、２とは組み合わせができる。

本願発明の睡眠姿勢測定装置は、人の睡眠時の姿勢を測定できる。この睡眠姿勢測定装置は、簡素化された装置のため、病院、介護施設だけでなく、自宅、宿泊施設などでも使用できる。

１０ アンテナ部
１０ａ 電極
１０ｂ カバー
１０ｃ 基材
１０ｄ 対象物
１１ アンテナ接続部
１２ 信号線
１３ 接続部
１４ 測定ＩＣ部
１５ 制御部
１６ 記録部
１７ 表示部
１８ 通信部
１９ 電源部
２０ センサユニット
２１ 制御ユニット
２２ 睡眠姿勢測定装置
２３ アンテナ部の番号
２５ 基材
２６ 被覆接続部
２７ 被覆接続線
３０ ベッド
３１ 人
３２ 基台
３３ 被覆
４１ カバー

Claims (15)

1. アンテナ部と、前記アンテナ部と接続される信号線と、前記信号線と接続される接続部と、を有するセンサユニットと、
   前記接続部と接続される自己容量式静電容量測定用の測定ＩＣ部と、前記測定ＩＣを制御する制御部と、を有する制御ユニットと、を含む睡眠姿勢測定装置。
2. 前記１つのセンサユニットに複数の前記アンテナ部がある請求項１記載の睡眠姿勢測定装置。
3. 前記アンテナ部は、基材と電極とカバーからなり、基材とカバーは絶縁性であり、電極は一部又は全部が導電性材料からなる単極構造である請求項１または２に記載の睡眠姿勢測定装置。
4. 前記複数のアンテナ部は、それぞれ１本の前記信号線を有し、それぞれの前記信号線は導電性の被覆がされ、それぞれの前記被覆は前記接続部にて前記制御ユニットに接地接続されている請求項２または３に記載の睡眠姿勢測定装置。
5. 前記それぞれの被覆は、センサユニット被覆接続部にて被覆接続線により接続されている請求項４に記載の睡眠姿勢測定装置。
6. 前記複数のアンテナ部は、それぞれ前記信号線を有し、電極と人が接近していない状態の静電容量が同じになるよう、それぞれの前記信号線の長さが同じである請求項２、４、５のいずれか１項に記載の睡眠姿勢測定装置。
7. 前記カバーは防水性を持つ材料で構成される請求項３に記載の睡眠姿勢測定装置。
8. 前記基材は前記センサユニットの全体の基材であり、前記カバーは前記センサユニットの全体のカバーである請求項３に記載の睡眠姿勢測定装置。
9. 前記センサユニットは全体が柔軟性材料で構成されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の睡眠姿勢測定装置。
10. 前記アンテナ部は、等方性の形状である請求項１〜９のいずれか１項に記載の睡眠姿勢測定装置。
11. 前記アンテナ部は、略点対称の形状である請求項１０に記載の睡眠姿勢測定装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の睡眠姿勢測定装置を用い、
    前記アンテナ部での静電容量により、前記アンテナ部と人との接近度合いを測定する睡眠姿勢測定方法。
13. 請求項１〜５、７、８、９のいずれか１項に記載の睡眠姿勢測定装置を用い、
    前記アンテナ部での静電容量の経時変化により、複数の前記アンテナ部と人との接近を検出し、睡眠時の姿勢を測定する睡眠姿勢測定方法。
14. 請求項６に記載の睡眠姿勢測定装置を用い、
    前記アンテナ部での静電容量の経時変化により、複数の上記アンテナ部と人との接近度合いを測定し、睡眠時の姿勢を測定する睡眠姿勢測定方法。
15. 複数の前記アンテナ部での静電容量にオフセット処理を施して、静電容量値の初期値を合わせる請求項１２又は１３に記載の睡眠姿勢測定方法。