JP2021056791A - 入浴安全システム及びプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】浴槽内の人の姿勢によらずに体温上昇の状態に応じた警告を出力する入浴安全システム及びプログラムを提供する。【解決手段】浴槽内の湯水の検出温度変化に基づいて、人の深部体温を推定する推定部8と、推定部により推定された深部体温の上昇に応じて所定の警告を出力する出力部10と、を備える、入浴安全システム1である。【選択図】図2

Description

浴槽内の人の体温を推定する入浴安全システム及びプログラムに関する。
近年、入浴中の人の体調の変化を監視することが求められている。例えば、浴槽内の湯水に長時間浸かっていると体温が上昇する虞がある。従って、浴槽内の人の体温が所定以上に上昇する前に警告を出す技術が求められている。これに関連して、浴槽内の人の状態を監視する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載された監視システムは、浴槽内に設けられた複数のセンサと、センサにより得られた信号に基づいて深部体温を決定する決定部と体幹温度に基づいて所定の報知を出力する報知部とを有している。
特開2004−254996号公報
特許文献1に記載された技術によれば、人が所定の姿勢を保つように形成された専用の浴槽内において人体にセンサを接触させて深部体温を測定するものであり、入浴者の姿勢が限定される。従って特許文献1に記載された技術を一般的な浴槽内に適用するための汎用性に課題がある。
本発明は、浴槽内の人の姿勢によらずに体温上昇の状態に応じた警告を出力する入浴安全システム及びプログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、浴槽内の湯水の検出温度変化に基づいて、人の深部体温を推定する推定部と、前記推定部により推定された前記深部体温の上昇に応じて所定の警告を出力する出力部と、を備える、入浴安全システムである。
入浴安全システムの構成を示す図である。 入浴安全システムの構成を示すブロック図である。 人がいる浴槽の湯水が安静時に検出される信号の波形を示す図である。 浴槽の湯水が攪拌された時に検出される信号の波形を示す図である。 湯水の状態の変化と人の有無により検出される信号の波形を示す図である。 状態(1)で検出される信号の波形を示す図である。 状態(2)で検出される信号の波形を示す図である。 状態(3)で検出される信号の波形を示す図である。 状態(4)で検出される信号の波形を示す図である。 人の深部体温を推定する方法を示す図である。 深部体温の推定データを示す図である。 心電データに対応する深部体温の実測データと推定値とを比較する図である。 体温上昇に伴う症状を分類する図である。 入浴判定及び深部体温の上昇に応じた警告を出力するタイミングを示す図である。 判定部において実行される処理の流れを示すフローチャートである。 推定部において実行される処理の流れを示すフローチャートである。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る入浴安全システム及びプログラムについて説明する。先ず、入浴安全システムの装置構成について説明する。
図1及び図2に示されるように、入浴安全システム1は、水中の情報を取得する検出部2と、人Uの入浴状態に応じて所定の報知を行う制御装置Cと、報知を出力する出力部10とを備える。
制御装置Cは、浴槽B内の人Uの有無を判定する判定部6と、人の深部体温を推定する推定部8と、推定結果に応じて所定の報知を出力する出力部10と、推定に関する各種データを記憶する記憶部12とを備える。
検出部2は、浴槽B内の湯水中に存在する人Uを検出する第1検出部3と、浴槽B内の湯水の温度を測定する第2検出部4とを有する。
第1検出部3は、例えば、複数の電位センサ3Aを有する。電位センサ3Aは、浴槽BのエプロンB1内に設けられている。電位センサ3Aは、浴槽B内の湯水の通常の水位よりも下方の位置に配置されている。浴槽B内には、エプロンB1内に連通する穴B2が形成されている。電位センサ3Aは、電位を検出する部分が浴槽B内の湯水に接触するように穴B2に取り付けられている。電位センサ3Aは、湯水内の微弱な振動を電気信号として出力する。
電位センサ3Aにより微弱な人Uの心拍の振動を検出する。電位センサ3Aから出力された電気信号は、増幅回路(不図示)を介して増幅される。複数の電位センサ3Aにより、浴槽B内にいる人Uの姿勢によらずに心電図を取得できる。
第2検出部4は、例えば、複数の温度センサ4Aを有する。温度センサ4Aは、浴槽BのエプロンB1内に設けられている。温度センサ4Aは、浴槽B内の湯水の通常の水位よりも下方の位置に配置されている。浴槽B内には、エプロンB1内に連通する穴B3が形成されている。温度センサ4Aは、電位を検出する部分が浴槽B内の湯水に接触するように穴B3に取り付けられている。温度センサ4Aは、湯水の温度を検出する。温度センサ4Aは、例えば、サーミスタである。温度センサ4Aから出力された電気信号は、増幅回路(不図示)を介して増幅される。
判定部6は、第1検出部3により検出され増幅された電気信号に基づいて波形データを生成する。判定部6は、第1信号をフィルタリング処理し、心拍数を含む所定周波数帯域の波形データを抽出する。
フィルタリング処理は、例えば、バンドパスフィルタ、デジタルフィルタ等の既知の回路を用いることができる。フィルタリング処理は、増幅回路から出力された電気信号のDC成分と交流電源のノイズを除去する。またフィルタリング処理は、心電信号のピークを強調した波形を生成するものであってもよい。判定部6は、抽出した波形データに基づいて浴槽B内の人Uの有無を判定する。判定部6の詳細な判定方法については後述する。
推定部8は、第2検出部4により検出され増幅された電気信号に基づいて、温度データを生成する。推定部8は、判定部6により浴槽B内に人Uがいると判定された場合、温度データを用いて人Uの深部体温を推定する。推定部8の詳細な推定方法については後述する。
判定部6及び推定部8の各構成要素の一部又は全部は、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサがプログラム(ソフトウェア)を実行することで実現される。これらの各機能部のうち少なくとも一部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
記憶部12は、判定部6及び推定部8の演算のためのプログラム13や演算に用いる後述の各種データが記憶されている。記憶部12は、フラッシュメモリやHDD(Hard Disk Drive)等の記憶媒体により構成された記憶装置である。プログラム13は、記憶部12に格納されていてもよいし、フラッシュメモリ、DVD、CD−ROMなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶部12にインストールされてもよい。
出力部10は、推定部8による推定結果に応じて所定の報知を出力する。出力部10は、例えば、報知内容として人Uの体温の上昇度合に応じて所定の警告を出力する。警告は、画像、文字、光の点滅、警告音、音声等を含む。
出力部10は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ、LED(Light Emitting Diode)ディスプレイ等の表示装置や、LED等の発光体によるインジケータ、スピーカ、振動源等を含む。出力部10は、必ずしも浴槽Bの近傍に設けられていなくてもよく、判定部6と無線及び有線のいずれかで接続されるパーソナルコンピュータ、タブレット型端末、スマートフォン等の他の端末装置により実現されてもよい。出力部10は、後述のようにディスプレイ10A,10B、端末装置10Cを有する。
出力部10は、ネットワークWを通じて接続されている他の端末装置に警告を出力するものであってもよい。ネットワークWには、無線LAN、有線LAN、Bluetooth(登録商標)等を有する通信装置を介して接続される。
次に、判定部6の判定方法について説明する。
図3に示されるように、浴槽B内の湯水が安静な状態で人Uが入浴している場合、増幅されたセンサ値S1をフィルタリング処理した後のデータS2の波形には、心電図の波形が現れる。この波形には心電図波形に特有なR波S3が現れている。
図4に示されるように、人Uが入浴していない場合で且つ浴槽B内の湯水が撹拌された場合、増幅されたセンサ値S1をフィルタリング処理した後のデータS2の波形は、心電図のR波S3のように急峻な傾きを有するノイズS4の成分が含まれた波形が現れている。従って、データS2のR波S3の成分を検出するだけでは、人Uの有無が判定できない。そこで、以下の処理によりデータS2に基づいて人Uの有無を判定する。
図5に示されるように、浴槽B内の状態は、例えば、以下に示す4個のパターンがある。(1)は、人Uが入浴しておらず、湯水が安静な状態である。(2)は、人Uがおらず、湯水が撹拌された状態である。(3)は、人Uが入浴しており、湯水が撹拌された状態である。(4)は、人Uが浴槽Bから出て、湯水が撹拌された状態である。
判定部6は、データS2の最大値と閾値とを比較し、単位時間(例えば、1秒)における波形の最大値が閾値以上であるか否かを判定する。判定部6は、単位時間に最大値が閾値以上となった場合、この状態が所定時間(例えば、数秒)内に予め設定された所定回数以上に連続するか否かを判定する。判定部6は、単位時間に最大値が閾値以上である状態が所定時間内に所定回数以上に連続する場合、浴槽B内に人がいると判定する。
図6に示されるように、(1)の状態において、判定部6は、データS2の最大値と閾値とを比較した結果、単位時間の間にデータS2の最大値が閾値未満となり、所定時間内に閾値以上である状態が所定時間内に連続しない場合、判定部6は、浴槽B内に人が存在しないと判定する。しかしながら、この処理だけでは上述したように湯水が撹拌された状態のノイズを検出する可能性がある。
図7に示されるように、(2)の状態において、湯水が撹拌された状態においてeの単位時間の区間には閾値を超えたノイズが検出されている。しかしながら、ノイズの成分は、心電図の波形とは異なり所定のサイクルで出現しない。判定部6は、単位時間の間にデータS2の最大値が閾値以上である場合で且つ、所定時間内に閾値以上である状態が所定時間内に連続しない場合、データS2の最大値が閾値以上であるeの区間の単位時間におけるノイズとして出現するデータを除外する。
判定部6は、例えば、eの区間の取得した単位時間の最大値を、その周辺を含んだ所定個数(例えば、5個)の区間の最大値の平均値に置き換える移動平均フィルタ処理によりeの区間のノイズを除外してもよい。この他、判定部6は、例えば、取得した単位時間の最大値データを、その周辺を含んだ所定個数の区間の中央値に置き換えるメジアンフィルタ処理によりeの区間のノイズを除外してもよい。
図8に示されるように、(3)の状態において、湯水が撹拌された状態で且つ、人が入浴している場合、心電図の波形に加えてノイズの成分の波形も重畳されている。上述したようにノイズの成分は、所定のサイクルで出現しない。従って、判定部6は、上記処理を適用し、単位時間において波形の最大値が閾値以上である回数が所定時間内に設定された回数以上連続する場合、浴槽B内に人が入浴していると判定する。判定部6は、単位時間において波形の最大値が閾値未満である回数が所定時間内に設定された回数未満に連続する場合、浴槽B内に人が入浴していないと判定する。
図9に示されるように、(4)の状態において、湯水が撹拌された状態で且つ、人が浴槽Bから出た場合、(2)の状態と同様の波形が検出される。この場合、上述したように湯水が撹拌されたノイズを除去することにより、判定部6は、浴槽B内に人が存在しないと判定する。
推定部8は、判定部6により人Uが存在すると判定された場合、人Uの入浴時間を計測開始する。推定部8は、人Uの入浴時間と温度センサ4Aから取得した湯水の温度データとに基づいて、人Uの深部体温を推定する。推定部8は、予め設定された所定温度における入浴時間の経過と人の深部体温の変化との所定の関係を示す推定データM(図11参照)を用いて浴槽B内において人の深部体温を推定する。所定の関係は、例えば、既知の人体の深部体温を推定する方法により決定される。
図10に示されるように、空気中の人体の深部体温の推定方法として、人体温熱生理モデル(Two-nodeモデル)が知られている(非特許文献1:A.P.Gagge,J.A.J.Stolwijk,Y.Nishi:An Effective Temperature Scale Based on a Simple Model of Human Physiological Regulatory Response,ASHRAE Transactions,Vol.16,pp.247-262,1971)。そして、Two-nodeモデルを発展させた入浴時の体温予測モデルが知られている(非特許文献2:伊加賀俊治、堀進悟、鈴木昌、熱中症の視点から見た高齢者の入浴事故予防策の検討:空気調和・衛生工学会学術講演論文集2012.9.5)。
一般的なTwo-nodeモデルでは、人体を皮膚層と、皮膚層より人体の中心側の領域の深部層とに分けて設定される。そして、空気の温度の変化に対する人体の深部体温は、下記の熱収支を計算することにより推定される。人体と空気との熱移動には、空気と皮膚層との熱移動と、皮膚層と深部層との熱移動と、深部層から生じる代謝熱が関連している。空気と皮膚層との熱移動と、皮膚層と深部層との熱移動と、深部層から生じる代謝熱との熱収支の関係に基づいて、人Uの深部体温の時間的変化が推定される。
入浴時の体温予測モデルは、上記のTwo-nodeモデルが拡張されている。入浴時の体温予測モデルでは、人体を空気に露出した第1皮膚層(頭部)及び湯水に浸かっている第2皮膚層(体)と、第1皮膚層及び第2皮膚層より人体の中心側の領域の深部層とに分けて設定される。そして、湯水の温度の変化に対する人体の深部体温は、下記の熱収支を計算することにより推定される。空気と第1皮膚層との熱移動と、湯水と第2皮膚層との熱移動と、第1及び第2皮膚層と深部層との熱移動と、深部層から生じる代謝熱との熱収支の関係に基づいて、人Uの深部体温の時間的変化が推定される。
図11には、入浴時の体温予測モデルに基づいて推定された所定温度における時間的変化と人Uの深部体温との推定結果が示されている(非特許文献2参照)。実際の入浴では給湯器での追い炊きによる湯温上昇や、放熱による湯温低下が起きるため湯温変化に対応する必要がある。そのため、推定部8は単位時間ごとに温度センサ4Aから取得した湯水の温度データ(T℃)から単位時間当たりの深部体温の変化量を推定し、その変化量を過去の深部体温推定値に加算し、入浴時間経過に対する深部体温の推定値を導出する。
図12に示されるように、深部体温の推定値と測定値との差は0.2度程度であった。図13に示されるように、人Uの深部体温の上昇に応じて発症する症状が分類されている。人Uの深部体温の上昇に応じて段階的に第1から第3の複数の閾値が設定される。
図14に示されるように、推定部8は、人Uの深部体温の上昇に応じて所定の警告を段階的に出力部10に出力させる。推定部8は、例えば、人Uの深部体温の推定値と3段階の閾値とを比較する。閾値は、例えば、深部体温の上昇度合に応じて第1閾値T1と、第1閾値より大きい第2閾値T2と、第2閾値より大きい第3閾値T3とが段階的に設定されている。
推定部8は、人Uの深部体温の推定値が第1閾値以上となった場合、第1閾値に応じた「そろそろ上がりましょう」等のアラート1(第1警告)を浴室内のディスプレイ10Aに出力させる。ディスプレイ10Aにより、音声、画像、光等が用いられた第1警告が浴室内の人Uに報知される。
推定部8は、人Uの深部体温の推定値が第2閾値以上となった場合、第2閾値に応じた「お風呂から出てください」等のアラート2(第2警告)を浴室内のディスプレイ10Aに出力させる。ディスプレイ10Aにより、第2警告が浴室内の人Uに報知される。
推定部8は、人Uの深部体温の推定値が第2閾値以上となった場合、浴室内のディスプレイ10Aに第2警告を出力すると共に、ネットワークWを通じて浴室以外の屋内の部屋に設置されたディスプレイ10Bやスマートフォン等の端末装置10Cを通じて第2警告を出力させる。この時、ディスプレイ10Bや端末装置10Cには、第2警告に加えて入浴時間や深部体温等の情報を同時に出力してもよい。これにより、人U以外の同居人等に第2警告を報知することができる。
推定部8は、人Uの深部体温の推定値が第3閾値以上となった場合、第3閾値に応じた「お風呂から出てください」等のアラート3(第3警告)を浴室内のディスプレイ10Aに出力させる。ディスプレイ10Aにより、第3警告が浴室内の人Uに報知される。
推定部8は、人Uの深部体温の推定値が第3閾値以上となった場合、浴室内のディスプレイ10Aに第3警告を出力すると共に、ネットワークWを通じて浴室以外の屋内の部屋に設置されたディスプレイ10Bやスマートフォン等の端末装置10Cを通じて第3警告を出力させる。この時、ディスプレイ10Bや端末装置10Cには、第2警告に加えて入浴時間や深部体温等の情報を同時に出力してもよい。これにより、人U以外の同居人等に第3警告を報知することができる。即ち、上記処理により複数の閾値の大きさに応じて浴室内に警告を出力すると共に、浴室外にも警告を出力できる。
次に、入浴安全システム1において実行される処理の流れを説明する。先ず、判定部6において実行される処理の流れについて説明する。
図15に示されるように、第1検出部3は、湯水が入れられた浴槽内の電位の変化を検出する(ステップS10)。判定部6は、第1検出部3により検出された信号をフィルタリング処理し、心拍数を含む所定周波数帯域の波形を抽出する(ステップS12)。判定部6は、単位時間において抽出した波形の最大値が閾値以上である回数が所定時間内に設定された回数以上連続するか否かを判定する(ステップS14)。
ステップS14で肯定的な判定となった場合、判定部6は、浴槽B内に人が存在すると判定する(ステップS16)。ステップS14で否定的な判定となった場合、判定部6は、浴槽B内に人が存在しないと判定する(ステップS18)。判定部6は、稼働中において上記処理を繰り返す。次に、推定部8において実行される処理の流れについて説明する。
図16に示されるように、推定部8は、判定部6により人Uが浴槽B内に存在すると判定された場合、浴槽B内に人が入った時点から入浴時間を測定開始する(ステップS20)。推定部8は、第2検出部4の検出結果に基づいて浴槽B内の湯水の温度を取得する(ステップS22)。推定部8は、湯水の温度変化に対応した入浴時間経過に対する人Uの深部体温を導出する(ステップS24)。推定部8は、人Uの深部体温と第1閾値とを比較する(ステップS26)。推定部8は、人Uの深部体温が第1閾値以上である場合、第1警告を出力する(ステップS28)。
推定部8は、人Uの深部体温が第1閾値未満である場合、ステップS26を繰り返す。推定部8は、人Uの深部体温と第2閾値とを比較する(ステップS30)。推定部8は、人Uの深部体温が第2閾値以上である場合、第2警告を出力する(ステップS32)。推定部8は、人Uの深部体温が第2閾値未満である場合、ステップS30を繰り返す。推定部8は、人Uの深部体温と第3閾値とを比較する(ステップS34)。推定部8は、人Uの深部体温が第3閾値以上である場合、第3警告を出力する(ステップS36)。推定部8は、人Uの深部体温が第3閾値未満である場合、ステップS34を繰り返す。
推定部8において実行される上記各ステップは、判定部6において浴槽B内に人が存在すると判定されている間に実行される。推定部8は、上記各ステップの処理の間に判定部6において浴槽B内に人が存在しないと判定された場合、上記各ステップを一時停止し、その状態で所定時間経過すると上記各ステップを途中で終了する。
上述したように、入浴安全システム1によれば、浴槽B内に人が存在する場合、人Uの姿勢によらず、人Uの深部体温を推定できる。入浴安全システム1によれば、推定した人Uの深部体温の変化に応じて所定の警告を出力できる。入浴安全システム1によれば、入浴中の人Uにだけでなく、浴室外の他の人にも深部体温の変化に応じて所定の警告を出力でき、入浴中の人を監視できる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更、置換が可能である。例えば、上記実施形態では、第1検出部3は心電図の波形の検出に電位センサ3Aを用いているが、これに限らずレーザ式のドップラ振動計や加速度計等の他のセンサを用いてもよい。また、第1検出部3は、既存の浴槽Bに後付けするものであってもよい。この他、第1検出部3は、重量センサやカメラを用いて人を検出するものであってもよい。即ち、第1検出部3は、人の有無を検出する信号を取得できればどのようなものを用いてもよい。
1 入浴安全システム、2 検出部、3 第1検出部、3A 電位センサ、4 第2検出部、4A 温度センサ、6 判定部、8 推定部、10 出力部、10A ディスプレイ、10B ディスプレイ、10C 端末装置、12 記憶部、B 浴槽、B1 エプロン、B2 穴、B3 穴、C 制御装置、M 推定データ、U 人、W ネットワーク

Claims (9)

  1. 検出された浴槽内の湯水の温度変化に基づいて、人の深部体温を推定する推定部と、
    前記推定部により推定された前記深部体温の上昇に応じて所定の警告を出力する出力部と、を備える、
    入浴安全システム。
  2. 湯水が入れられた浴槽内の人の存在を示す信号を検出する第1検出部と、
    前記湯水の温度を検出する第2検出部と、
    前記第1検出部により検出された前記信号に基づいて前記浴槽内に人が存在するか否かを判定する判定部と、
    前記第1検出部により前記浴槽内に人が存在すると判定された場合、前記第2検出部により検出された温度変化に対応した入浴時間経過に対する前記人の深部体温を推定する推定部と、
    前記推定部により推定された前記深部体温の上昇に応じて所定の警告を出力する出力部と、を備える、
    入浴安全システム。
  3. 前記出力部は、前記深部体温と予め設定された複数の閾値とを比較して、前記深部体温が前記複数の閾値以上である毎に前記複数の閾値に応じた警告を出力する、
    請求項1又は2に記載の入浴安全システム。
  4. 前記出力部は、前記複数の閾値の大きさに応じて浴室内に前記警告を出力すると共に、前記浴室外に前記警告を出力する、
    請求項3に記載の入浴安全システム。
  5. 前記推定部は、
    空気と空気中に露出した人体の第1皮膚層との熱移動と、
    前記湯水と前記湯水に浸かっている前記人体の第2皮膚層との熱移動と、
    前記第1皮膚層及び第2皮膚層と前記第1皮膚層及び第2皮膚層より前記人体の中心側の領域の深部層との熱移動と、
    前記深部層から生じる代謝熱と、を含む熱収支に基づいて導出される推定データに基づいて前記深部体温を導出する、
    請求項1から4のうちいずれか1項に記載の入浴安全システム。
  6. 前記浴槽内に前記人が存在するか否かを判定する判定部を更に備え、
    前記推定部は、前記判定部により前記浴槽内に前記人が存在すると判定された場合、前記深部体温を推定する、
    請求項1から5のうちいずれか1項に記載の入浴安全システム。
  7. 前記第1検出部は、前記信号として前記浴槽内の電位を検出し、
    前記判定部は、前記第1検出部により検出された前記電位に基づいて前記人が存在するか否かを判定する、
    請求項2に記載の入浴安全システム。
  8. 前記推定データは、前記湯水の温度の変化と前記深部体温の変化とに対応づけられて設定され、
    前記推定部は、前記湯水の温度変化に対応した前記推定データを用いて前記推定を実施する
    請求項5に記載の入浴安全システム。
  9. 浴槽内の湯水の温度を検出し、
    前記浴槽内の人の存在を示す信号を検出し、
    前記信号に基づいて前記浴槽内に人が存在するか否かを判定し、
    前記浴槽内に人が存在すると判定された場合、検出した前記温度の変化に対応した入浴時間経過に対する前記人の深部体温を推定し、
    推定した前記深部体温の上昇に応じて所定の警告を出力する、処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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