JP4441586B1 - 患者容態報知システム - Google Patents

Abstract

この患者容態報知システム１００は、患者Ｍの容態を検出する脈拍計８０と、交流電源２０及び照明灯６０に接続されたＭＥＲＳ３０と、脈拍計８０及びＭＥＲＳ３０に接続され、脈拍計８０からの出力信号に基づきＭＥＲＳ３０の出力電圧の大きさと電流の位相を変化させることにより、照明灯６０の輝度を調整する制御部４０とを有している。
【選択図】図９

Description

本発明は、患者容態報知システムに関するものである。

近年、病院内での患者に対するケアは益々重要となってきている。入院患者の生体的な状態（容態）は、血圧計や心電計等の各種の容態検出手段によって検出され、入院患者の近くに常駐する看護師によって常時監視される。そして、患者の容態が急変した場合、例えば血圧や心電図に大きな変化が現れたような場合には、患者のベッドの近くに配置された異常報知ランプの点滅や、異常報知システムによるナースステーションへの異常信号出力により、容態急変が看護師にすぐに報知されるようになっている（特許文献１参照）。
特開平９−３８０５０号公報

しかしながら、患者の異常報知のために、別途わざわざ異常報知ランプや異常報知システム等の設備を設置すると、コスト高となって望ましくない。異常報知ランプを設置する場合には、ナースステーションから視認しやすい位置に設置する必要があり、設置の自由度が制限されるという問題や、異常報知ランプがランプ切れとなっている場合に、適正に異常報知ができないという問題もある。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、既存の照明設備を利用して、低コストにかつ視認性高く患者の容態変化を報知することのできる患者容態報知システムを提供することを例示的課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の例示的側面としての患者容態報知システムは、患者の容態を検出する容態検出手段と、電源及び照明灯との間に接続された負荷電力調整スイッチと、容態検出手段及び負荷電力調整スイッチに接続され、容態検出手段からの出力信号に基づき負荷電力調整スイッチの出力電圧の大きさと電流の位相を変化させることにより、照明灯の輝度を調整する制御手段と、を有することを特徴とする。

負荷電力調整スイッチと制御手段とを用いることにより、既存の照明灯を利用して患者容態報知システムを構築することができる。したがって、低コストでシステム構築を行うことができる。患者の入院部屋の照明灯、例えば照明用蛍光灯等を利用して本システムを構築することにより、報知用の別途のランプ等を準備する必要がなく、蛍光灯の明暗の変化を患者の居場所から離れたナースステーションでも視認容易となる。したがって、報知用ランプの視認性の問題やランプ切れの問題等を考慮する必要がなくなる。

負荷電力調整スイッチは、少なくとも２つの逆導通型半導体スイッチと、電流遮断時の電流の磁気エネルギーを蓄積して照明灯に回生するためのコンデンサとを有し、これらの逆導通型半導体スイッチのゲート位相を制御することで、照明灯に供給する負荷電力を調整するものであってよい。

負荷電力調整スイッチを用いて照明灯の輝度を調整しているので、インバータ回路を用いる必要がない。負荷電力調整スイッチは０電圧、０電流でスイッチングできるため、高調波ノイズの発生が抑えられ、病院内で使用される精密機器への悪影響が殆ど発生しない。

容態検出手段が、血圧計、脈拍計、心電計、筋電計、脳波計、呼吸検出器、排泄物検出器のうち少なくともいずれか１つであってもよい。

これらの容態検出手段を用いることにより、患者の容態（血圧、脈拍、心電、筋電、脳波、呼吸、尿漏れや汚物漏れ）の変化を容易に検知することができる。そして、その容態変化に応じて照明灯の輝度の調整を行うことができるので、ナースステーションにいながらにして看護師による充分な患者監視を実現することができる。

患者容態報知システムが、容態検出手段からの出力信号に応じて患者の容態異常を判断し、容態異常時に、容態異常を指標する容態異常信号を出力する容態判定手段を更に有してもよい。

容態判定手段による判定結果（すなわち、異常／正常）に応じて制御手段が照明灯の輝度調整を行うように構成することができるので、照明灯の明暗状態を視認した看護師にとって、患者の容態が正常であるか異常であるかの判断がし易い。例えば、正常である場合（判断結果が異常を指標しない場合）は、照明灯が通常の明るさで点灯し、異常である場合（判断結果が異常を指標する場合は、照明灯が明暗変化を繰り返すことにより、患者の容態が正常であるか異常であるかを一見して判断することができる。

患者容態報知システムが、容態異常信号に基づき異常報知する異常報知手段を更に有してもよい。

照明灯の輝度調整による報知に加え、別途の異常報知手段（例えば、ナースステーションにおける音声報知、警告灯報知等）による報知を行うことで、より一層確実な患者の監視を行うことができる。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、既存の照明設備を利用して、照明灯の輝度調整により低コストにかつ視認性高く患者の容態変化を報知することができる。インバータ回路を用いることなく照明灯の輝度調整を行うので、高調波ノイズの発生が抑えられ、病院内で使用する精密機器への悪影響の発生が殆どない。

ＭＥＲＳ組み込みシステムの基本構成を示す図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、制御部によるＭＥＲＳのスイッチング制御を説明するための図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、制御部によるＭＥＲＳのスイッチング制御を説明するための図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、制御部によるＭＥＲＳのスイッチング制御を説明するための図である。 図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、ＭＥＲＳ組み込みシステムの動作結果を説明するための図である。 ゲート位相角αを変化させたときの負荷電圧／定格電圧を示すグラフである。 ＭＥＲＳの他の態様を示す図である。 ＭＥＲＳの他の態様を示す図である。 本発明の実施の形態に係る患者容態報知システムの概略構成を示すブロック構成図である。 本発明の実施の形態に係る患者容態報知システムの動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

Ｒａ：病室
Ｒｂ：ナースステーション
Ｍ：患者
１０：ＭＥＲＳ組み込みシステム
２０：交流電源
３０：磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）
３２、３３、３４、３５、３６：コンデンサ
４０：制御部（制御手段）
５０：誘導性負荷
６０：照明灯
７０：調光制御部
７２：容態判定手段
７３：受信部
７４：基準値
８０：脈拍計（容態検出手段）
９０：異常報知ブザー（異常報知手段）
１００：患者容態報知システム
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４：逆導通型半導体スイッチ
Ｄ１、Ｄ２：ダイオード

発明を実施するための形態

以下、本発明に係る好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本実施形態に係る患者容態報知システムは、電源と照明灯との間に接続され、電源から照明灯に出力される、照明灯を点灯するための負荷電力を調整する負荷電力調整スイッチと、負荷電力調整スイッチを制御する制御部と、制御部に接続され、患者の容態を検出する容態検出手段と、を備える。負荷電力調整スイッチは、例えば磁気エネルギー回生スイッチ(Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｗｉｔｃｈ：ＭＥＲＳ)（以下、ＭＥＲＳと称する）である。

ＭＥＲＳは、例えば、逆阻止能力を持たない、逆導通型の４つの素子を用いて順逆両方向の電流をゲート制御のみでＯＮ／ＯＦＦ可能であり、かつ電流を遮断した際の電流の持つ磁気エネルギーをコンデンサに蓄積し、ＯＮゲートが与えられた素子を通して負荷側に放出することで磁気エネルギーをロスなく回生できるスイッチであり、このスイッチは、電流順逆両方向制御が可能なロスの少ない磁気エネルギー回生スイッチである。（例えば、特許第３６３４９８２号公報を参照。本特許公報では、フルブリッジ型のＭＥＲＳを開示している。）。

ＭＥＲＳには、逆阻止能力を持たない素子として、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴやダイオードを逆並列接続したトランジスタ等の順方向制御が可能な素子が用いられている。ＭＥＲＳは、この半導体素子４つで構成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路の正極、負極に磁気エネルギーを吸収、放出するコンデンサを接続して構成される。そして、ＭＥＲＳは、これら４つの半導体素子のゲート位相を制御することで、電流をどちらの方向にも流すことが可能となっている。

また、ＭＥＲＳは、ブリッジ接続された４つの半導体素子のうち、対角線上に位置する２つの半導体素子がペアとなり、２つのペアのＯＮ／ＯＦＦの切換動作を電源の周波数に同期して行い、一方のペアがＯＮの時は他方のペアがＯＦＦとなるように動作する。また、このＯＮ／ＯＦＦの切換タイミングに合わせて、コンデンサは磁気エネルギーの充放電を繰り返す。

そして、一方のペアにＯＦＦゲートが与えられ、他方のペアにＯＮゲートが与えられると、順方向に導通していた電流は他方のペアの第１のダイオード−コンデンサ−他方のペアの第２のダイオードという経路で流れ、これによりコンデンサに電荷を充電する。すなわち、回路の磁気エネルギーがコンデンサに蓄積される。電流遮断時の回路の磁気エネルギーは、コンデンサの電圧が上昇して電流がゼロになるまでコンデンサに蓄積される。コンデンサ電流がゼロになるまでコンデンサの電圧が上昇すると、電流の遮断が完了する。この時点で他方のペアには既にＯＮゲートが与えられているため、ＯＮしている半導体素子を通してコンデンサの電荷が負荷側に放電され、コンデンサに蓄積された磁気エネルギーが負荷側に回生される。

このように、ＭＥＲＳは、４つの半導体素子のうち対角線上に位置する２つの半導体素子からなるペア２つのＯＮ／ＯＦＦのゲート位相を制御することで、ＭＥＲＳの出力電圧の大きさと電流の位相を任意に制御することが可能である。

制御部は、容態検出手段からの検出結果（出力信号）に応じてＭＥＲＳのゲート位相を制御し、照明灯の輝度を調整する機能をも有する。すなわち、患者の容態に応じて、照明灯に供給する負荷電力を変化させることで輝度を変化させたりすることにより、患者の容態変化を外部に報知することができる。

まず、負荷電力調整スイッチとしてのＭＥＲＳの構成及び動作を説明する。本実施形態では、ＭＥＲＳを交流電源と誘電性負荷との間に直列に接続したＭＥＲＳ組み込みシステムを例に説明する。なお、ＭＥＲＳは交流電源に組み込むことで交流電源装置を構成することができ、また誘導性負荷に組み込むことでＭＥＲＳ組み込み負荷を構成することができる。

図１は、ＭＥＲＳ組み込みシステム１０の基本構成を示す図である。

図１において、ＭＥＲＳ組み込みシステム１０は、交流電源２０と、インダクタンスのある誘導性負荷５０を備える。なお、誘導性負荷５０としては、４０Ｗの蛍光灯２灯を並列に接続して用いている。交流電源２０と誘導性負荷５０との間には、ＭＥＲＳ３０が挿入されている。また、ＭＥＲＳ組み込みシステム１０は、ＭＥＲＳ３０のスイッチングを制御する制御部４０を備える。

ＭＥＲＳ３０は、順逆両方向の電流を制御可能であり、磁気エネルギーをロスなく負荷側に回生できる磁気エネルギー回生スイッチである。ＭＥＲＳ３０は、４つの逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４にて構成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路のスイッチ遮断時に回路に流れる電流の磁気エネルギーを吸収するエネルギー蓄積用のコンデンサ３２とを備える。

ブリッジ回路は、逆導通型半導体スイッチＳＷ１と逆導通型半導体スイッチＳＷ４とが直列に接続され、逆導通型半導体スイッチＳＷ２と逆導通型半導体スイッチＳＷ３とが直列に接続され、それらが並列に接続されて形成されている。

コンデンサ３２は、逆導通型半導体スイッチＳＷ１と逆導通型半導体スイッチＳＷ３との接続点にある直流端子ＤＣ（Ｐ）と、逆導通型半導体スイッチＳＷ２と逆導通型半導体スイッチＳＷ４との接続点にある直流端子ＤＣ（Ｎ）とに接続されている。また、逆導通型半導体スイッチＳＷ１と逆導通型半導体スイッチＳＷ４との接続点にある交流端子と、逆導通型半導体スイッチＳＷ２と逆導通型半導体スイッチＳＷ３との接続点にある交流端子とには交流電源２０と誘導性負荷５０とが直列接続されている。

ＭＥＲＳ３０に配設された対角線上に位置する逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２からなる第１のペアと、同じく対角線上に位置する逆導通型半導体スイッチＳＷ３、ＳＷ４からなる第２のペアが、電源周波数に同期して交互にＯＮ／ＯＦＦされる。すなわち、片方のペアがＯＮのとき他方のペアはＯＦＦとなる。そして、例えば、第１のペアにＯＦＦゲートが与えられ、第２のペアにＯＮゲートが与えられると、順方向に導通していた電流が第２のペアの逆導通型半導体スイッチＳＷ３−コンデンサ３２−逆導通型半導体スイッチＳＷ４という経路で流れ、これによりコンデンサ３２が充電される。すなわち、回路の磁気エネルギーがコンデンサ３２に蓄積される。

電流遮断時の回路の磁気エネルギーは、コンデンサ３２の電圧が上昇して電流がゼロになるまでコンデンサに蓄積され、コンデンサ電流がゼロになるまでコンデンサ３２の電圧が上昇すると、電流の遮断が完了する。この時点で第２のペアには既にＯＮゲートが与えられているため、ＯＮしている逆導通型半導体スイッチＳＷ３、ＳＷ４を通してコンデンサ３２の電荷が誘導性負荷５０に放電され、コンデンサ３２に蓄積された磁気エネルギーが誘導性負荷５０に回生される。

電流のＯＮ／ＯＦＦ時、誘導性負荷５０にはパルス電圧が印加されるが、電圧の大きさはコンデンサ３２の静電容量に応じて逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と誘導性負荷５０の耐電圧許容範囲内とすることができる。また、ＭＥＲＳ３０には、従来の直列力率改善コンデンサと異なり、直流のコンデンサを用いることができる。逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴからなり、それぞれゲートＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４を有する。逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のチャネルには、それぞれボディダイオード（寄生ダイオード）が並列接続されている。

ＭＥＲＳ３０には、ボディダイオードに加えて、逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と逆並列にダイオードを加えてもよい。なお、逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４としては、例えば、ＩＧＢＴやダイオードを逆並列接続したトランジスタ等の素子を用いることもできる。

制御部４０は、ＭＥＲＳ３０の逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のスイッチングを制御する。具体的には、ＭＥＲＳ３０のブリッジ回路における対角線上に位置する逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２からなるペアのＯＮ／ＯＦＦ動作と、逆導通型半導体スイッチＳＷ３、ＳＷ４からなるペアのＯＮ／ＯＦＦ動作とを、一方がＯＮのとき他方がＯＦＦとなるように、半サイクル毎にそれぞれ同時に行うようゲートＧ１〜Ｇ４に制御信号を送信する。

続いて、制御部４０によるＭＥＲＳ３０のスイッチング制御について詳細に説明する。図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）、図４（ａ）、（ｂ）は、制御部４０によるＭＥＲＳ３０のスイッチング制御を説明するための図である。

まず、コンデンサ３２に充電電圧がない状態で、制御部４０が逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２をＯＮにした場合、図２（ａ）に示すように、電流は逆導通型半導体スイッチＳＷ３、ＳＷ１を通る経路と、逆導通型半導体スイッチＳＷ２、ＳＷ４を通る経路を流れ、並列導通状態となる。

次に、交流電源２０の電圧が反転する前の所定のタイミング、例えば、約２ｍｓ前に、制御部４０は逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２をＯＦＦにする。（これは、交流の周波数が５０Ｈｚの場合において、逆導通型半導体スイッチを制御するゲート位相角αが約３６ｄｅｇに相当する。）これにより、図２（ｂ）に示すように、電流は逆導通型半導体スイッチＳＷ３−コンデンサ３２−逆導通型半導体スイッチＳＷ４を通る経路を流れる。その結果、コンデンサ３２に磁気エネルギーが吸収（充電）される。本実施形態では、逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２をＯＦＦにするタイミングで、逆導通型半導体スイッチＳＷ３、ＳＷ４をＯＮにしている。

コンデンサ３２の充電が完了すると、すなわちコンデンサ３２の電圧が所定値以上となると、電流は遮断される。そして、交流電源２０の電圧が反転すると、逆導通型半導体スイッチＳＷ３、ＳＷ４は既にＯＮであり、またコンデンサ３２に充電電圧があるため、図３（ａ）に示すように、電流は逆導通型半導体スイッチＳＷ４−コンデンサ３２−逆導通型半導体スイッチＳＷ３を通る経路を流れる。そして、コンデンサ３２に蓄積した磁気エネルギーが放出（放電）される。

次に、コンデンサ３２からの放電が終了すると、図３（ｂ）に示すように、電流は逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ３を通る経路と、逆導通型半導体スイッチＳＷ４、ＳＷ２を通る経路を流れ、並列導通状態となる。

次に、交流電源２０の電圧が反転する前の所定のタイミングで、制御部４０は逆導通型半導体スイッチＳＷ３、ＳＷ４をＯＦＦにする。これにより、図４（ａ）に示すように、電流は逆導通型半導体スイッチＳＷ１−コンデンサ３２−逆導通型半導体スイッチＳＷ２を通る経路を流れる。その結果、コンデンサ３２に磁気エネルギーが吸収される。本実施形態では、逆導通型半導体スイッチＳＷ３、ＳＷ４をＯＦＦにするタイミングで、逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２をＯＮにしている。

コンデンサ３２の充電が完了すると電流は遮断され、そして交流電源２０の電圧が反転すると、逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２は既にＯＮであり、またコンデンサ３２に充電電圧があるため、図４（ｂ）に示すように、電流は逆導通型半導体スイッチＳＷ２−コンデンサ３２−逆導通型半導体スイッチＳＷ１を通る経路を流れる。そして、コンデンサ３２に蓄積した磁気エネルギーが放電される。コンデンサ３２からの放電が終了すると、図２（ａ）に示す並列導通状態となり、以後これを繰り返す。このように、ＭＥＲＳ３０は対向するペア２組の逆導通型半導体スイッチを交互に導通状態にすることにより、双方向に電流を流すことができる。

このようなＭＥＲＳ３０のスイッチング制御により、次のような効果が得られる。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、交流の周波数が５０Ｈｚの場合において、逆導通型半導体スイッチを制御するゲート位相角αが約３６ｄｅｇの場合におけるＭＥＲＳ組み込みシステム１０の動作結果を説明するための図である。図５（ａ）は、ＭＥＲＳ３０が組み込まれていない場合の電源電圧と電流の波形を示し、図５（ｂ）は、ＭＥＲＳ３０が組み込まれた場合の電源電圧、電流、負荷電圧の波形を示している。また、図５（ｃ）はコンデンサ電圧と逆導通型半導体スイッチＳＷ１を流れる電流の波形を示し、図５（ｄ）は逆導通型半導体スイッチＳＷ１がＯＮになるタイミングを示している。

図５（ａ）に示すように、ＭＥＲＳ３０が組み込まれていない場合、誘導性負荷５０の影響により、電流の位相が電源電圧の位相よりも遅れている。そのため交流電源２０の力率は１より小さい。一方、交流電源２０と誘導性負荷５０との間にＭＥＲＳ３０を直列に挿入した場合には、図５（ｂ）に示すように電流の位相を進ませることができるため、交流電源２０の力率を１とすることが可能である。

すなわち、ＭＥＲＳ３０は、逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の対角線上のペア２組のゲート位相を調整することで、誘導性負荷５０の磁気エネルギーをコンデンサ３２に蓄えて、電流の位相を進ませ、これにより交流電源２０の力率を１にすることが可能である。また、ＭＥＲＳ３０は、電流の位相を進ませるだけでなく、電流の位相を任意に制御することが可能であり、これにより任意に力率を調整することができる。更に、誘導性負荷５０の磁気エネルギーをコンデンサ３２に貯え、蓄えた磁気エネルギーを誘導性負荷５０に回生することにより、負荷電圧を無段階に増減させることが可能である。

また、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示すように、逆導通型半導体スイッチＳＷ１がＯＮになるタイミングでは、コンデンサ電圧は０であり、逆導通型半導体スイッチＳＷ１を流れる電流は、並列導通時に逆導通型半導体スイッチＳＷ１のダイオードを流れる電流である。逆導通型半導体スイッチＳＷ１がＯＦＦになるタイミングにおいてもコンデンサ電圧は０である。すなわち、０電圧、０電流でスイッチングされており、そのためスイッチングによる損失を無くすことができる。他の３つの逆導通型半導体スイッチＳＷ２〜ＳＷ４については、逆導通型半導体スイッチＳＷ１と同期してスイッチングしているため、同様の結果となる。

上記の通り、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、交流の周波数が５０Ｈｚの場合において、逆導通型半導体スイッチを制御するゲート位相角αが約３６ｄｅｇの場合におけるＭＥＲＳ組み込みシステム１０の動作結果を示しているが、ＭＥＲＳ３０の逆導通型半導体スイッチを制御するゲート位相角αは、０ｄｅｇから１８０ｄｅｇまで連続的に制御することができる。図６は、負荷として４０Ｗの蛍光灯２灯を用いた場合、逆導通型半導体スイッチを制御するゲート位相角αを変化させたときの負荷電圧／定格電圧の実測値を示す。定格電圧とは、電源電圧の１００％に相当する電圧である。負荷電圧／定格電圧は、ゲート位相角αが０ｄｅｇからの増加に伴い増加し、ゲート位相角α＝約９０ｄｅｇで約１４０％の極大値となり、ゲート位相角αが更に増加すると減少し、ゲート位相角α＝１８０ｄｅｇでは約５０％にまで減少する。途中のゲート位相角α＝約１３５ｄｅｇで、負荷電圧／定格電圧＝１になっている。従って、ＭＥＲＳ３０のゲート位相角αを１３５ｄｅｇを基準に約±３０ｄｅｇ制御することにより、負荷電圧を電源電圧の約６０％から１３０％まで連続的に制御することができる。

コンデンサ３２の充放電周期は、誘導性負荷５０とコンデンサ３２との共振周期の半周期分であり、スイッチング周期が誘導性負荷５０とコンデンサ３２との共振周期より長い時には、ＭＥＲＳ３０はゲート位相角αに関係なく常に０電圧０電流スイッチング、すなわちソフトスイッチングが可能である。

ＭＥＲＳ３０に用いられるコンデンサ３２は、従来の電圧型インバータと異なり、回路にあるインダクタンスの磁気エネルギーを蓄積するためだけのものである。そのため、コンデンサ容量を従来の電圧型インバータの電圧源コンデンサに比べて著しく小さくできる。コンデンサ容量は、負荷との共振周期がスイッチング周波数より短くなるように選定する。そのため、従来の電圧型インバータで問題となりやすい高調波ノイズは、ＭＥＲＳ３０におけるスイッチングでは殆ど発生しない。したがって、精密機器や計測機器等に対する高調波ノイズによる悪影響が、ＭＥＲＳ３０においては殆ど発生せず、ＭＥＲＳ３０を病院等においても安心して使用することができる。また、ソフトスイッチングであることから、電力損失が少なく、発熱も少ない。

また、ＭＥＲＳ３０をゲートパルス発生装置として用いた場合、各ＭＥＲＳ３０に固有のＩＤナンバーを付与することができ、これを用いて外部からの制御信号を受信して各ＭＥＲＳ３０を制御することができる。例えば、インターネット等の通信回線を利用して無線で制御信号を送り、ＭＥＲＳ３０を無線制御できる。

上述のＭＥＲＳ組み込みシステム１０では、ＭＥＲＳ３０は４つの逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４で形成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路の直流端子間に接続されたコンデンサ３２とからなる構成であったが、ＭＥＲＳ３０は次のような構成であってもよい。

図７及び図８は、ＭＥＲＳ３０の他の態様を示す図である。図７に示すＭＥＲＳ３０は、上述の４つの逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と１つのコンデンサ３２とからなるフルブリッジ型のＭＥＲＳ３０に対して、２つの逆導通型半導体スイッチと２つのダイオード、及び２つのコンデンサで構成される縦型のハーフブリッジ型となっている。

より詳細には、この縦型ハーフブリッジ構造のＭＥＲＳ３０は、直列に接続された２つの逆導通型半導体スイッチＳＷ５、ＳＷ６と、この２つの逆導通型半導体スイッチＳＷ５、ＳＷ６と並列に設けられた、直列に接続された２つのコンデンサ３３、３４と、この２つのコンデンサ３３、３４それぞれと並列に接続された２つのダイオードＤ１、Ｄ２と、を含んでいる。

図８に示すＭＥＲＳ３０は、横型のハーフブリッジ型である。横型のハーフブリッジ型ＭＥＲＳは、２つの逆導通型半導体スイッチと２つのコンデンサで構成されている。

より詳細には、この横型のハーフブリッジ構造ＭＥＲＳ３０は、第１の経路上に直列に設けられた逆導通型半導体スイッチＳＷ７及びコンデンサ３５と、第１の経路と並列な第２の経路上に直列に設けられた逆導通型半導体スイッチＳＷ８及びコンデンサ３６と、第１、第２の経路に対して並列に結線された配線と、を含んでいる。

続いて、本実施形態に係る患者容態報知システムについて説明する。図９は、本発明の実施の形態に係る患者容態報知システム１００の構成を示す概略図である。この患者容態報知システム１００は、主として病院内の入院患者Ｍ用の病室Ｒａにおいて使用される。患者容態報知システム１００は、病室Ｒａ内の既存の照明設備を利用して構成されてもよい。

図９に示すように、本実施の形態に係る患者容態報知システム１００は、患者の脈拍を計測する脈拍計（容態検出手段）８０、ＭＥＲＳ３０、調光制御部７０及び異常報知ブザー（異常報知手段）９０を有して構成され、病室用の照明灯（照明器具）６０と交流電源２０とＭＥＲＳ３０とが直列に接続されている。更に調光制御部７０が、脈拍計８０、ＭＥＲＳ３０及び異常報知ブザー９０に接続されて構成されている。ここで、照明灯６０は、例えば、誘導性負荷を有する照明灯、誘導性負荷に接続された照明灯、又は抵抗性負荷を有する照明灯である。誘導性負荷を有する照明灯としては、例えば、放電灯等が挙げられる。放電灯は、例えば、蛍光灯、水銀灯、又はナトリウム灯である。また、誘導性負荷に接続された照明灯としては、誘導性負荷を持たない白熱灯、ＬＥＤ等の光源に、リアクトルを接続したものが挙げられる。また、抵抗性負荷を有する照明灯としては、白熱灯又はＬＥＤ等が挙げられる。照明灯６０として、病室Ｒａに既設された室内灯を流用することができる。本実施形態では、照明灯６０に放電灯を用いた場合を例に説明する。

脈拍計８０は、患者Ｍの脈拍を継続的に計測し、その計測値を出力信号として継続的に出力するための精密計測機器である。脈拍は、患者Ｍの容態を指標する生体反応値の１つである。すなわち、脈拍の値に応じて、患者Ｍの容態が良好であるか不良であるかを判断することができる。本実施の形態においては、容態検出手段として脈拍計８０を用いているが、もちろん、患者Ｍの脈拍を計測する脈拍計、心電を計測する心電計等であっても構わない。脈拍計８０からの出力信号は、調光制御部７０へと出力されるようになっている。

図９に示すように、調光制御部７０は、逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のゲートＧ１〜Ｇ４に制御信号を送信し、ＭＥＲＳ３０の出力電圧の大きさと電流の位相を制御する制御部（制御手段）４０を備える。この出力電圧の大きさと電流の位相の制御により、照明灯６０の輝度調整が行われる。制御部４０は、ＭＥＲＳ３０に接続されると共に、容態判定手段７２を介して脈拍計８０に接続されている。したがって、脈拍計８０からの出力信号に応じてＭＥＲＳ３０の出力電圧の大きさと電流の位相を調整し、照明灯６０の輝度調整を実現することが可能となっている。

本実施の形態においては、制御部４０は、平常時（すなわち、患者Ｍの容態に異常がない場合）には、照明灯６０が必要照度が確保されるだけの輝度で点灯するように、ＭＥＲＳ３０の出力電圧の大きさと電流の位相を調整するようになっている。しかしながら、患者Ｍの脈拍に異常があった場合には、容態判定手段７２から異常信号（容態異常信号）を受信する。そして、照明灯６０が必要照度が確保されるだけの輝度とその数分の一（例えば、１／１０）の明るさとで周期的に明暗変化するように、制御部４０はＭＥＲＳ３０出力電圧の大きさと電流の位相を周期的に調整するようになっている。

なお、ＭＥＲＳ３０の出力電圧の大きさと電流の位相を周期的に調整することにより、照明灯６０が周期的な明暗変化を行うが、暗い場合でも照明灯６０を消灯させないようになっている。したがって、明暗変化の周期応答速度を高めたり、照明設備の耐久性向上を図ったりすることができるようになっている。

調光制御部７０は、更に容態判定手段７２をも備えている。この容態判定手段７２は、脈拍計８０からの出力信号に応じて患者Ｍの容態異常を判断し、容態異常時に、容態異常を指標する容態異常信号を出力するものである。具体的には、容態判定手段７２は、内部に受信部７３を有しており、この受信部７３が脈拍計８０からの出力信号（脈拍数）を受信するようになっている。ここで、出力信号（脈拍数）は、例えば１分間当たりに換算した脈拍値であり、７０パルス／分や１００パルス／分等の数値として得られる。

容態判定手段７２は、内部に基準値７４を有しており、脈拍計８０から受信した脈拍数とこの基準値７４とを常に比較している。例えば、基準値７４は、２０パルス／分である。そして、受信した脈拍数が基準値７４未満となったときに、容態異常を指標する異常信号（容態異常信号）を制御部４０及び異常報知ブザー９０に向けて出力するようになっている。

異常報知ブザー９０は、音声発生により異常を報知するためのもので、ナースステーションＲｂに設置されている。もちろん、患者Ｍの病室Ｒａ内や病院内の廊下に設置されていてもよい。容態判定手段７２からの異常信号を受信すると、異常報知ブザー９０は異常を報知するための報知音を発生させる。

続いて、患者容態報知システム１００の動作について、図１０のフローチャートに基づき説明する。

この患者容態報知システム１００が起動する（ステップＳ１）と、照明灯６０への負荷電力が必要照度が確保されるだけの輝度で点灯するように、調光制御部７０がＭＥＲＳ３０の出力電圧の大きさと電流の位相を調整する（ステップＳ２）。このとき、照明灯６０は、必要照度が確保されるだけの輝度で点灯している。

脈拍計８０を患者Ｍにセットし、調光制御部７０へと接続する（ステップＳ３）。それにより、患者Ｍの脈拍が継続的に計測されて、受信部７３へと出力される（ステップＳ４）。それと共に、受信した脈拍数と基準値７４とが比較される（ステップＳ５）。脈拍数が基準値７４以上であれば（ステップＳ６）、容態判定手段７２は異常信号を出力しない（ステップＳ７）。

しかしながら、患者Ｍの脈拍数が基準値７４未満になると（ステップＳ６）、容態判定手段７２が異常信号を制御部４０及び異常報知ブザー９０に向けて出力する（ステップＳ８）。容態判定手段７２から異常信号を受信すると、制御部４０はＭＥＲＳ３０の出力電圧の大きさと電流の位相を周期的に調整する（ステップＳ９）。それにより、照明灯６０が周期的に明暗変化する（ステップＳ１０）。病室Ｒａの照明灯６０が周期的に明暗変化するので、例えばナースステーションＲｂにいる看護師や病室Ｒａ外の廊下を歩いている看護師にとっても患者Ｍの容態異常に気付き易い。また、平常時（患者Ｍの容態正常時）は、照明灯６０が定格負荷電力において通常の明るさで点灯し、容態異常時に照明灯６０が周期的な明暗変化を行うので、正常か異常かの二者択一的な判断が容易である。更に、異常信号を受信した異常報知ブザー９０が報知音により異常報知を行う（ステップＳ１１）ので、より一層迅速かつ確実に患者Ｍの容態異常を把握することができる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

例えば、本実施の形態においては、容態検出手段として脈拍計８０を用い、容態判定手段７２がその基準値７４を有する構成としているが、もちろん、容態検出手段としては、血圧計や心電計等の他の計測機器を適用することが可能である。また、計測機器の種類に応じて、基準値７４が１つの値だけでなく、複数の値（上限値及び下限値）を有したり、所定の基準範囲を有したりする場合がある。また、心電計や筋電計の場合において、基準値７４は数値でなく所定のパターンやプロファイルであってもよい。

また、本実施の形態においては、脈拍計８０が容態判定手段７２に接続され、容態判定手段７２が制御部４０に接続されており、容態判定手段７２からの異常信号に基づき制御部４０がＭＥＲＳ３０の出力電圧の大きさと電流の位相を調整するように構成されている。しかしながら、脈拍計８０が直接制御部４０に接続されており、脈拍数に応じて制御部４０がＭＥＲＳ３０の出力電圧の大きさと電流の位相を調整するように構成されていてもよい。この場合において、脈拍数に比例するように、照明灯６０の明るさが調整されるようになっていてもよい。このように構成すれば、照明灯６０の明るさに応じて、患者Ｍの脈拍数を概略推測することができる。

なお、照明灯を調光できる装置としては、例えば、家庭やオフィスで一般的に用いられているインバータ蛍光灯があるが、インバータ回路は発生する電磁ノイズが大きいことから、病院やコンピュータルーム等精密な電子機器を使用する環境では、使用が制限されている。例えば、インバータ蛍光灯を定格電圧（１００Ｖ）で動作させたときの高調波歪率（ＴＨＤ）を高調波解析機能付ディジタルオシロスコープにより測定した結果によれば、電球型蛍光灯（１７Ｗ）のＴＨＤ：１２８．２％、スタンド型蛍光灯（１５Ｗ）のＴＨＤ：８２．６％である。比較のための白熱電球（６０Ｗ）では、ＴＨＤ：３．１％である。

これに対して、ＭＥＲＳを用いた回路（負荷として４０Ｗの蛍光灯を２灯を並列に接続）のＴＨＤを同様に高調波解析機能付ディジタルオシロスコープにより測定した結果では、コンデンサの値が完全な共振状態になる場合（８．８μＦ）、負荷電圧のＴＨＤ：４．５％、負荷電流のＴＨＤ：２．１％になり、コンデンサの値が完全共振状態から１０％程度少ない場合でも（７．９μＦ）、負荷電圧のＴＨＤ：１４．１％、負荷電流のＴＨＤ：３．７％（いずれの値も誘導性負荷そのものを除いたＭＥＲＳの回路部分のみ）と非常に高調波の発生が少ない。

本発明に係る患者容態報知システムは、高調波を発生させないため、一般に病院内での利用が可能である。もちろん、病院のみならず、種々の屋内照明設備を利用した報知システムとして利用可能である。

Claims (10)

1. 患者の容態を検出する容態検出手段と、
   電源と照明灯との間に接続された負荷電力調整スイッチと、
   前記容態検出手段及び前記負荷電力調整スイッチに接続され、前記容態検出手段からの出力信号に基づき前記負荷電力調整スイッチの出力電圧の大きさと電流の位相を変化させることにより、前記照明灯の輝度を調整する制御手段と、を有する患者容態報知システム。
2. 前記負荷電力調整スイッチは、少なくとも２つの逆導通型半導体スイッチと、電流遮断時の電流の磁気エネルギーを蓄積して前記照明灯に回生するためのコンデンサと、を有し、前記逆導通型半導体スイッチのゲート位相を制御することで、前記照明灯に供給する負荷電力を調整することを特徴とする請求項１に記載の患者容態報知システム。
3. 前記容態検出手段が、血圧計、脈拍計、心電計、筋電計、脳波計、呼吸検出器、排泄物検出器のうち少なくともいずれか１つである請求項１に記載の患者容態報知システム。
4. 前記容態検出手段からの出力信号に応じて前記患者の容態異常を判断すると共に、
   該容態異常時に、容態異常を指標する容態異常信号を出力する容態判定手段を更に有する請求項１乃至請求項３に記載の患者容態報知システム。
5. 前記容態異常信号に基づき異常報知する異常報知手段を更に有する請求項４に記載の患者容態報知システム。
6. 前記照明灯は、誘導性負荷を有する照明灯、誘導性負荷に接続された照明灯、又は抵抗性負荷を有する照明灯であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の患者容態報知システム。
7. 前記誘導性負荷を有する照明灯は、放電灯であることを特徴とする請求項６に記載の患者容態報知システム。
8. 前記放電灯は、蛍光灯、水銀灯、又はナトリウム灯であることを特徴とする請求項７に記載の患者容態報知システム。
9. 前記誘導性負荷に接続された照明灯は、白熱灯又はＬＥＤにリアクトルを接続したものであることを特徴とする請求項６に記載の患者容態報知システム。
10. 前記抵抗性負荷を有する照明灯は、白熱灯、又はＬＥＤ等であることを特徴とする請求項６に記載の患者容態報知システム。

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