JP4533889B2

JP4533889B2 - 調節可能マットレスおよび枕システム

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Publication number: JP4533889B2
Application number: JP2006506304A
Authority: JP
Inventors: スイ−カイウォン，; ティットシンウォン，; ワチョイチュン，; ヒムファンハウ，
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Current assignee: Individual
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2024-03-09
Also published as: HK1087901A1; WO2004080246A1; US20040177449A1; CN1777381A; US7107642B2; EP1603435B1; DE602004008045D1; WO2004080246A8; JP2006519648A; JP2010172713A; DE602004008045T2; CN100376187C; EP1603435A1

Description

（関連出願）
本発明は、２００３年３月１２日に出願された米国仮特許出願第６０／４５４，０００号からの優先権を主張する。

（発明の分野）
本発明は、新規の調節可能なマットレスおよび枕システムおよび関連する方法を提供し、ここで、マットレスの上面上に配置された感知マットが、使用者の位置に基づき、マットレスおよび枕の輪郭を、枕およびマットレス区画（単数または複数）の予備選択された膨張または収縮によるマイクロプロセッサーで制御された最適化を行う。１つの実施形態では、本発明の新規な調節可能なマットレスおよび枕システムは、種々の感知技法の使用を通じてリアルタイムな輪郭最適化を提供し、これは、このシステムを、マットレスおよび枕上の使用者の適正な位置決めが使用者の健康に重要であると証明され得る、毎日の家庭使用において、および病院の救命救急施設のような環境において特に有用にする。

（発明の背景）
睡眠姿勢にともなう枕およびマットレスと接触する頭および身体の接触形態の変化に起因して、通常の健常人にとってさえ、枕／マットレス適合を有し、そして種々の睡眠姿勢の間に心地よい支持を提供することは困難である。

慢性の背中または首の痛みを患う人にとってはなおより悪く；彼または彼女は、しばしば、心地よく眠ることはできず、そして大きな不快感なくして伝統的なマットレスおよび枕に横になることはできないかも知れない。たとえ、このような病気を患う人が眠ることができるとしても、睡眠の間の避けられない動きは、基礎となる病気を悪化し得、そして個人の眼を覚まさせる。同様に、やけどのような傷害を患う患者、手術から回復する患者は、伝統的なマットレスおよび枕上で身体および頭位置をシフトすることにより引き起こされる大きな不快感を受け得る。不適切な身体位置決めは、傷害を受けた患者または手術後の患者に、例えば、マットレスまたは枕表面に対して所望されない摩擦を通じて創傷を悪化すること、またはそうでなければ、感染を生じ得る状態を生成することによって重篤なリスクを生じ得る。新生児およびその他の救命救急設置条件では、マットレス上の不適正な患者位置決めは、生命を脅かし得る。

米国特許第６，３８５，８０３号（「’８０３特許」）は、身体を支持するための改良された手段を提供することを試みる多くの方法およびシステムの１つを開示している。この’８０３特許は、患者の身体を支持するための方法および装置を開示している。開示される装置は、充填流体が供給されるかまたは除去され得る入口および出口手段とともに、少なくとも１つの閉鎖されるかまたは制御された放出チャンバー、および支持デバイスの下に配置される独立制御デバイスのみを本質的に備える支持デバイスである。この制御デバイスは、上記チャンバーを充填流体で充填するため、またはこの流体をそこから空にするための充填および空にする手段、およびこの充填流体の供給および除去を制御するための制御手段を備える。この装置およびシステムは、支持チャンバー中への身体の入り込みを測定し、そして使用者の身体の位置とは独立にそのような入り込みを調節すると理解されている。この’８０３特許のシステムおよび方法は、使用者の身体の入り込みを制御するためにサーボ制御技法を用いていると理解される。

米国特許第６，４２１，８５８号（「’８５８特許」）は、ポンプ輸送可能な充填媒体で膨張されるよう適合されている少なくとも１つのクッション要素、およびこのクッション要素中の上記充填媒体の圧力を調節するためのデバイスを有するマットレスを開示し、このデバイスは、少なくとも１つの充填圧力バルブを備え、そして充填圧力バルブを決定するための少なくとも１つの算術的操作が予め決定されているか、またはプログラムされている。

利用可能な装置およびシステムにかかわらず、使用者の位置に基づくマットレスおよび枕の輪郭のリアルタイム最適化を容易にする、マットレスおよび枕システムならびに関連する装置に対する必要性が継続して存在する。このようなシステムおよび装置の必要性は、ヘルスケア分野では特に急であり、そこでは、現在利用可能なベッド、マットレス、枕、または担架もしくは検査もしくは手術台は、患者に大きな不快感を引き起こし得る。使用者の位置に基づき、マットレスおよび枕の輪郭のリアルタイム最適化を容易にするシステムは、新生児およびその他の救命救急設定条件にある患者の安全性を多いに増大し得る。

（発明の要旨）
本発明は、調節可能なマットレスおよび枕システムを提供し、これは、使用者の身体、頭、および首の最適支持を提供するために、使用者の位置に基づき、枕およびマットレス区画（単数または複数）の予め選択された膨張または収縮による最適輪郭に適合する感知マット、マットレスおよび枕を備える。感知マットは、枕の下の位置でマットレスの上部に配置され、そこに使用者の身体の上部分が載せられる。この感知マットは、例えば、使用者の身体を受容かつ支持するためのマット上外面、および上記マットレス上面と実質的に接触するマット底外面を有する電気的に伝導性の感知マットである。１つの実施形態では、この感知マットは、圧縮されるとき、減少する電気抵抗を示すエラストマー材料から構成される電気的に伝導性のメンブレンを備える電気的に伝導性の感知マットである。このメンブレンは、マット上面に適用され得るか、またはマット上内面とマット底内面との間に挟まれ得、かつそれらと電気的に接触している。

この感知マットは、異なる姿勢にある使用者の上部身体の単位面積あたりの圧力または付与された体重を区別し得る。使用者が平坦に横たわるとき（顔が上方を向く）、マット上の圧力負荷は、使用者が横にもたせかけるとき生成されるマット上の圧力負荷より小さく、また、使用者が平坦位置で横たわるときの感知マットの負荷を受ける領域の幅は、使用者が横になる位置でこの感知マットの負荷を受ける領域より広い。

本発明の電気的に伝導性の感知マットの実施形態のこの連続的感知局面は、使用者の位置に基づくマットレスとおよび枕の輪郭の最大程度の制御最適化を確実にする。

この感知マットで有用な電気的に伝導性のエラストマーは、制限されないで、ホスファゼン基を含むエラストマーポリマー、例えば、ポリノルボネン骨格およびペンダントのシクロトリホスファゼン基を含むポリマー組成物を含む。上記電気的に伝導性のメンブレンはまた、例えば、電気的に伝導性の金属を注入したＫｅｖｌａｒ（登録商標）のような材料を含む。

上記感知マットは、任意の数の感知要素を利用し得、本発明のシステムの使用の間に個体の身体の姿勢または位置を決定するか、またはそれらの間を区別する。例えば、このマットは、赤外センサー、超音波検出器、デジタルイメージスキャナー、電気的に伝導性のエラストマーメンブレンまたは電気的に伝導性のシリコンゴムを利用し得る。その他の実施形態では、このマットは、コンデンサ、磁石、サーミスタ、または圧力変換器により使用者の位置における変化を記録する。

なお別の実施形態では、上記マットは、支持されている使用者の下に位置する１つの金属箔と組み合わせた誘導システムを備える。この金属箔の位置ずれは、誘導コイルの自己誘導係数を改変し、ＬＣ回路の共鳴周波数を発振器の調整周波数から離してシフトし、それによって、発振器により増幅器に送達された信号を、この信号が正確に処理され、かつ適切にモニターされることを確実にするように弱める。

従って、１つの実施形態におけるマットは、マイクロプロセッサ制御下のポンプ輸送／制御ユニットと相互連結されるコンデンサーアレイを備え得る。このマイクロプロセッサ制御下のポンプ輸送／制御ユニットは、上記コンデンサーアレイに適切な発振器由来の駆動電流を供給し、そして使用者の体重のその近接度または不在によって引き起こされる上記アレイ内の誘電シフトを通じて誘導される上記コンデンサーアレイ内の電気容量値変化を同時に感知する。このマイクロプロセッサ制御下のポンプ輸送／制御ユニットは、一般に、電源、駆動／センサー回路、コンパレータ／較正論理回路、システム相互連結集積回路およびアラーム生成回路を備える。それはまた、必要に応じて、ナースコールシステムを容易にする相互連結のためのナースコールリレー回路を含む。このマイクロプロセッサ制御下のポンプ輸送／制御ユニットのさらなる詳細は、本明細書で後に提供される。

１つの実施形態では、マイクロプロセッサ制御下のポンプ輸送／制御ユニットの駆動／センサー回路は、マット内に位置するコンデンサーアレイに適切な電流を提供し、かつそれを感知する。このマイクロプロセッサ制御は、上記駆動／センサー回路から受け、そしてそれによって生成される信号を連続的に分析および最適化するコンパレータ／較正論理回路によって制御され得る。このようにして、この論理回路は、使用者がコンデンサーアレイに緊密に近接しているか否かを示すことをそれが解釈する電気容量値パラメーターを規定する。このように、論理回路は、マット上の使用者の位置を決定する。

病院およびその他のヘルスケア施設、そして特に新生児またはその他の救命救急適用で有用な本発明の実施形態では、マットの電気容量値変化が、マット上で所望されない位置に使用者がある指標のレベルにある場合、この論理回路は、適切な予めプログラムされた時間遅延の後、アラーム回路に活性化するよう指令する。このアラーム活性化は、単に上記ポンプ輸送／制御ユニット上またはその中の音響および／または可視的アラームからなり得るか、またはこのポンプ輸送／制御ユニット内、またはそれから遠隔のいずれかに含まれる適切なインターフェース回路を通じて医療施設のナースコールシステムに向けられ得る。

上記に記載の機能に加え、１つの実施形態では、上記マイクロプロセッサ制御論理回路は、ポンプ輸送／制御ユニットと容量性センサーアレイとの間、そして適切であれば、このポンプ輸送／制御ユニットと医療施設ナースコールシステムとの間の連結の連続性についてのポンプ輸送／制御ユニットシステム相互連結集積回路からの連続的データを受ける。

この論理回路はまた、適切であれば、利用の間、全体システムを、サービス障害について連続的にモニターし、そして引き続き適切なアラームを生成する。

本発明のなおその他の実施形態では、上記システムは、近接誘導非圧縮誘電シフト感知機構を用い、そしてそれ故、使用者への最小の不快度で、かつ大いに延長されたセンサー要素サービスライフで、マット上のユーザーの存在および位置を信頼性よく検出する。

マットレス内に位置する１つ以上の膨張可能なマットレス区画が存在し、この区画は：（１）マットレスの上面と底面との間に配置され；（２）流体を受容するための流体リザーバーに連結され；そして（３）流体の排出のためのマイクロプロセッサ制御下の少なくとも１つの流体ベントが提供される。これらの膨張可能な区画は：（１）任意の形状をとり；（２）そして任意の数の（垂直または水平）位置で配列され；そして、意図されたシステムの使用の環境に依存して、任意の数の材料から作成される。例えば、抗微生物または抗細菌保存剤がこれら区画上にコートされ得、このシステムが医療環境で用いられる場合に汚染のリスクを避ける。さらに、抗静電コーティングがこれら区画に付与され得、ショックにともなう任意のリスクを減少する。区画形状はまた、使用者のカテゴリーの特定の必要性に適合するよう改造され得る：例えば、特定の構成は、子供、老人または特定の病気または傷害を患う患者により良好に適合し得る。

枕は、マットレスの上面に配置され、そして使用者の頭および首の支持のための最適輪郭に適合する。この枕は、ユーザーの頭および首を支持するための上面、および上記マット上面と実質的に接触する底面を備える。

この枕は、枕内に位置する１つ以上の膨張可能な枕区画を有し、この区画は：（１）枕の上面と底面との間に配置され；（２）流体を受けるための流体リザーバーに連結され；そして（３）流体の排出のためのマイクロプロセッサ制御下の少なくとも１つの流体ベントが提供される。この枕区画は、設計に関して上記マットレス区画と同じく多目的であり、そして全部の前記のマットレス区画構成および材料が、この枕区画に等しく適用される。

この枕は、上記マットレスの上面に固定されても、されなくても良い。

本発明のマットレス区画および枕区画は、ポリマー発泡体、人工または天然繊維のようなクッション材料で取り囲まれるか、またはパックされ、使用者にさらなる支持および心地よさを提供する。

上記のように、本発明のシステムは、上記マットレスおよび枕から遠隔に位置するマイクロプロセッサ制御下のポンプ輸送／制御ユニットをさらに備える。このポンプ輸送／制御ユニットは、流体の運搬のために有用な多くのデバイスの任意の１つ、例えば、ポンプまたはコンプレッサーを備え得、そして流体リザーバーおよび上記膨張可能なマットレス区画および膨張可能な枕区画に連結され、このリザーバーからこれら区画の１つ以上に流体を伝達する。上記で用いられる「遠隔に配置される」は、相対的な用語であり；本明細書で以後論議される本発明の１つの実施形態では、上記ポンプ輸送／制御ユニット、流体リザーバー、圧力感受性マットレス、および枕は、すべて同じフレーム上にマウントされる。

先に示したように、本発明で用いられるマイクロプロセッサ制御は：（１）使用者の位置がシフトするとき、上記マットの電気的に伝導性のメンブレン上に奏される圧力に関係して変動する信号、例えば、電気信号を受容し、かつ処理するためのマットと連絡、例えば、電気的接触し；（２）予めプログラムされた指令に従ってこれら信号を処理し；そして（３）上記ポンプ輸送／制御ユニットおよび流体ベントに出力信号を伝える。この出力信号を基礎に、流体は、上記ポンプ輸送／制御ユニットによって上記リザーバーから１つ以上の上記膨張可能なマットレス区画または膨張可能な枕区画に伝えられるか、または流体ベントによって１つ以上の上記膨張可能なマットレス区画または膨張可能な枕区画から排出され、マットレスおよび枕上の使用者の位置に対してこのマットレスおよび枕の輪郭を最適化する。

請求項に記載の発明の別の実施形態では、上記ポンプ輸送／制御ユニットは、流体リザーバーおよび上記膨張可能なマットレス区画および膨張可能な枕区画に連結され、上記リザーバーからこれらの区画の１つ以上に流体を伝え、かつこれらの区画の１つ以上から上記リザーバーに流体を排出する。

本発明で利用される流体は、任意の数の適切な流体またはガスであり得、水、空気、および不活性ガス混合物を含む。本発明のこれらおよびその他の特徴は、以下の詳細な説明でより詳細に記載される。

（発明の詳細な説明）
図１は、本発明の調節可能なマットレスおよび枕システム、および関連するポンプ輸送制御ユニットを示し、圧力感受性マットレス１および枕５を備え、これらは、使用者１００の身体、頭、および首の支持のための最適輪郭に適合する。圧力感受性マットレス１は、マットレス上面１Ａおよびマットレス底面１Ｂを備え、マットレス上面１Ａは、使用者の身体を受容かつ指示するためのマット上外面２Ａ、およびマットレス上面１Ａと実質的に接触しているマット底外面２Ｂを有する電気的に伝導性の感知マット２によって一部覆われている。電気的に伝導性の感知マット２は、電気的に伝導性のエラストマーパッド２Ｍを備え、これは、圧縮されるとき減少する電気抵抗を示し、そしてこれは、マットレス上面１Ａの部分を覆う。伝導性感知マット２は、本発明のシステムと組み合わせて採用され得る多くの感知マット設計のまさに１つである。

図２に示されるように、電気的に伝導性の感知マット２は、綿層２Ｎのような通常のベッドシート織物を備え、これは、ＥＶＡ発泡層２Ｑのような柔軟な弾性層を挟む。柔軟なＥＶＡ発泡層２Ｑは、次いで、可撓性ＰＣＢの２Ｐおよび２Ｒのような可撓性の伝導性層を覆う。可撓性ＰＣＢの２Ｐおよび２Ｒは、伝導性のエラストマーパッド２Ｍと電気的に接触している。

再び図１を参照して、１つ以上の膨張可能なマットレス区画３が、圧力感受性マットレス１内に位置し、区画３は：（１）マットレス１の上面１Ａと底面１Ｂとの間に配置され；（２）流体を受容し、かつ排出するために、制御デバイス８Ａの制御下にあるポンプ輸送／制御ユニット８によって、１つ以上の導管４および９を通じて流体リザーバー１０に連結されている。マットレス区画３は、任意の数の形状をとり得る。本明細書で用いられるとき、「流体」は、区画３の制御された膨張および収縮で有用な任意の適切な液体またはガスであり得る。例えば、上記区画を膨張するために用いられるこの流体は、水、空気、もしくは不活性ガス、またはそれらの組み合わせであり得る。マットレス１および枕５は、本発明の任意の特定の適用のために必要な耐久性および滅菌度に依存して任意の数の適切な材料から作製され得る。

枕５は、マットレス１の上面１Ａ上に配置され、そして本明細書で以後説明するように、使用者１００の頭および首の支持のための最適輪郭に適合する。枕５は、使用者の頭および首を支持するための上面５Ａおよびマットレス上面１Ａと実質的に接触する底面５Ｂを有する。枕５は、枕５内に位置する１つ以上の膨張可能な枕区画６を有し、区画５は：（１）枕５の上面５Ａと底面５Ｂとの間に位置決めされ；そして（２）流体を受容し、かつ排出するために、制御デバイス８Ａの制御下にあるポンプ輸送／制御ユニット８を通じ、導管７および９によって流体リザーバー１０に連結されている。枕５は、必要に応じて、マットレス上面１Ａに、例えば、Ｖｅｌｃｒｏ（登録商標）、スナップ、またはその他の周知の手段により固定され得る。枕区画６は、任意の数の形状を有し得る。

図１の例示の実施形態では、制御デバイス８Ａの制御下にあるポンプ輸送／制御ユニット８は、マットレス１および枕５から遠隔に配置される。ポンプ輸送／制御ユニット８および制御デバイス８Ａは、それらが、本明細書で以後説明されるように、電気信号の移動のために互いに連絡しているという条件で、同一ユニットの一部である必要はなく、またはそうでなければ、取り付けられる。ポンプ輸送／制御ユニット８は、ポンプまたはコンプレッサーまたは流体の運搬のために適切な任意のその他のデバイスであり得、そして流体リザーバー１０および膨張可能なマットレス区画３および膨張可能な枕区画６に連結され、流体を、リザーバー１０から区画３および６に伝え、そして流体を区画３および６からリザーバー１０に伝える。ポンプ輸送／制御ユニット８は、区画３および６を膨張および収縮する目的のために、制御デバイス８Ａに応答する種々のポンプ制御回路とともに、例えば、上記’８５８特許に記載されるようなダイアフラム減圧ポンプ、または米国特許第６，２５３，４０１号に記載されるような可逆的空気ポンプであり得る。可逆的空気ポンプの使用は、所望されるとき迅速に収縮する空気チャンバーを可能にする。区画３および６は、柔軟な発泡様材料で部分的または実質的に包まれ得、マットレス１および枕５が最大の支持を提供することを確実にする。

述べたように、上記で用いられる「遠隔に配置される」は、相対的な用語であり；図３に示される本発明の別の実施形態では、ポンプ輸送／制御ユニット８および関連する制御デバイス８Ａ、流体リザーバー１０、電気的に伝導性の感知マット２をもつマットレス１、および枕５は、必要に応じてフレーム３０に連結される。さらに、いくつかの状況では、区画３および６は、流体を、リザーバー１０以外の位置に排出し得る。例えば、流体が不活性ガスの場合、適切な状況下で、このガスは、区画３および６から大気中に排気され得る。

制御デバイス８Ａは、マクイロプロセッサを備え、これは、本明細書で以後説明されるように、導管バルブ４Ａ、７Ａ、および９Ａを通る流体流れの調節、および制御デバイス８Ａへのエレクトロニクス信号ワイヤ２Ｃを通るマット２から運搬される電気的信号に応答するポンプ輸送／制御ユニット８中の流体流れ状態の調節により、区画３および６へのまたはそれからの流体の流れを制御するようにプログラムされている。流体流れ制御は、種々の標準的なプロセス制御技法により、本発明のシステム中で達成され得る。例えば、制御デバイス８Ａは、マスフローコントローラーとして機能し得、ここでは、マイクロプロセッサが、ポンプ輸送／制御ユニット８、ならびにバルブ４Ａ、７Ａ、およびバルブ９Ａを作動するバルブ駆動４Ｂ、７Ｂ、および９Ｂと連絡する感知要素および信号処理要素を有する。このマイクロプロセッサは、エレクトロニクス信号ワイヤ２Ｃを通るマット２から伝わる特定の信号に応答して、所望の流体流速、そしてそれ故、マットレス１および枕５の輪郭を固定するために、使用者または第三者によって提供される外部入力によって確立される設定点で予めプログラムされ得る。

図１に示される実施形態では、制御デバイス８Ａは、ポンプ輸送／制御ユニット８およびバルブ駆動４Ｂ、７Ｂ、および９Ｂを作動する。これを行うために、この制御デバイス８Ａは、マイクロプロセッサを含み、これは、１つ以上の流体およびマットレスおよび枕材料および設計構成のための派生した記憶流体流れ−枕輪郭較正情報にアクセスし、そしてそれはシステムの操作範囲をカバーする。この較正曲線から、バルブ４Ａ、７Ａ、および９Ａによって送達されるか、または放出されるべき流体のための流速が決定される。

本発明で用いられるマイクロプロセッサは、デジタルプロセッサのための中央処理ユニットまたはＣＰＵを有するマイクロプロセッサであり得、これは、通常、ＭＯＳ／ＬＳＩ技術によって製作される単一の半導体集積回路、または「チップ」中に含まれる。例えば、このマイクロプロセッサは、パラレルＡＬＵを含む単一チップ８ビットＣＰＵ、データおよびアドレスのためのレジスタ、指示レジスタおよび制御デコーダーであり得、すべてはｖｏｎＮｅｕｍａｎｎアーキテクチャを用いて相互連絡され、そしてデータ、アドレスおよび指示のための２方向性パラレルバスを採用する。このマイクロプロセッサはまた、４ビットパラレルＡＬＵおよびその制御回路を、Ｈａｒｖａｒｄアーキテクチャで構築された、プログラム記憶のためのオンチップＲＯＭおよびデータ記憶のためのオンチップＲＡＭとともに含む単一チップの「マイクロコンピューター」型デバイスであり得る。このマイクロプロセッサはまた、プログラムおよびデータ記憶のために外部記憶を採用するデバイス、またはプログラムおよびデータ記憶のためにオンチップＲＯＭおよびＲＡＭをもつデバイスであり得る。このマイクロプロセッサは、それ故、マイクロコンピューターであり得る。用語「マイクロプロセッサ」および「マイクロコンピューター」は、しばしば、当該技術分野では交換可能に用いられるが、本明細書では、これらの用語の他方の１つの使用は、本発明の特徴に関して制限的であると考慮されるべきではないことが理解されるべきである。

このマイクロプロセッサは、汎用目的マイクロプロセッサおよび特殊目的マイクロコンピューター／マイクロプロセッサから選択され得る。Ｍｏｔｏｒｏｌａ，Ｉｎｃ．によって製造されるＭ６８０２０のような汎用目的マイクロプロセッサは、ユーザーによってプログラム可能であるように設計され、任意の広範な範囲のタスクを実施し、そしてそれ故、パーソナルコンピューターのような設備における中央処理ユニットとしてしばしば用いられる。対照的に、特殊目的マイクロコンピューターは、使用者がマイクロコンピューターの使用することを意図する特有の所定の算術および論理機能の性能改良を提供するために設計されている。マイクロコンピューターの主要機能を知ることにより、設計者は、特殊目的のマイクロコンピューターによる特殊な機能の性能が、使用者によって生成されるプログラムにかかわらず、汎用目的のマイクロプロセッサによる同じ機能の性能を大いに超えるような様式で、マイクロコンピューターを構築し得る。

従って、本発明の１つの実施形態において、使用者または第三者（例えば、医者または看護婦）は、制御デバイス８Ａの部分として機能するパーソナルコンピューターをプログラムし得、使用者の位置に基づき、マットレスおよび枕の輪郭のマイクロプロセッサ制御された最適化を行う。

制御デバイス８Ａは、図２に示される可撓性ＰＣＢ２Ｒとの電気的接触を通じてマット２からの電気信号を受容かつ処理するために、エレクトロニクスシグナルワイヤ２Ｃを通じて電気的に導電性の感知マット２と電気的に接触している。可撓性ＰＣＢ２Ｒ（図２に示される）との電気的接触を通じて伝わる電気的に伝導性の感知マット２からの電気信号は、使用者の身体の位置がシフトするとき、電気的に伝導性の感知マット２上に奏される圧力に関係して変動する。制御デバイス８Ａは、予めプログラムされた指令に従うマイクロプロセッサを用いてこれらの信号を処理し、そして対応する出力制御信号を、上記ポンプ輸送／制御ユニット８およびバルブ駆動４Ｂ、７Ｂ、および９Ｂに伝える。その他の実施形態では、この出力信号は、例えば、既知のマイクロ波またはデータ送信技法を通じて送信され得る。図１に示されるシステムによって示されるように、この出力信号を基礎に、流体は、ポンプ輸送／制御ユニット８によってリザーバー１０から１つ以上の膨張可能なマットレス区画３または膨張可能な枕区画６に伝えられるか、または１つ以上の膨張可能なマットレス区画３または膨張可能な枕区画６から排出され、マット２上の使用者の位置に対してマットレス１および枕５の輪郭を最適化する。

例示の実施形態では、電気的に伝導性の感知マット２は、使用者の下に位置する１つの金属箔と組み合わせた誘導システムを備え、そしてここで、この金属箔の位置ずれが、誘導コイルの自己誘導係数を改変し、それによって、ＬＣ回路の共鳴周波数を発振器の調整周波数から離れてシフトし、そして発振器によって増幅器に送達される信号を弱め、この信号が正確に処理され、そして適切にモニターされることを確実にする。

別の例示の実施形態では、電気的に伝導性の感知マット２は、マイクロプロセッサ制御下のポンプ輸送／制御ユニットと相互連結される容量性アレイを備え、そしてここで、このマイクロプロセッサ制御下のポンプ輸送／制御ユニットは、容量性アレイに、適切な発振器由来の駆動電流を供給し、そして同時に使用者の体重のその近接度または不在によってもたらされるこのアレイ内の誘電シフトを通じて誘導される容量性アレイ内の電気容量値変化を感知する。

別の例示の実施形態では、このマイクロプロセッサ制御下のポンプ輸送／制御ユニットは、電源、駆動／センサー回路、コンパレータ／較正論理回路、システム相互連結集積回路およびアラーム生成回路を備える。

別の例示の実施形態では、このマイクロプロセッサ制御下のポンプ輸送／制御ユニットは、施設のナースコールシステムを容易にするために相互連結のためのナースコールリレー回路を備える。

なお別の例示の実施形態では、本発明のシステムは、近接度で誘導される非圧縮性誘電シフト感知機構をさらに備える。

図１を再び参照して、電気的に伝導性の感知マット２は、使用者の身体が異なる姿勢にあるとき、単位面積あたりの圧力または付与される重量、そしてまた感知マットの負荷を受ける領域の幅を区別し得る。使用者が平坦に横たわる（顔を上方に向ける）とき、電気的に伝導性の感知マット２上の圧力負荷は、使用者が横に横たわるとき生成される電気的に伝導性の感知マット２上の圧力負荷より小さい。使用者が平坦位置に横たわるとき、感知マットの負荷を受ける領域の幅は、横位置にある使用者で感知マットの負荷を受ける領域より幅広い。このように、電気的性質および負荷を受ける領域の幅を比較することにより、この感知局面は、使用者の位置に基づくマットレスおよび枕の輪郭の最大の程度の制御された最適化を確実にする。

図３を参照して、マットレス１、枕５、および電気的に伝導性の感知マット２は、フレーム３０の頂上に位置決めされ、そして先に記載のように、マットレス１および枕５上の使用者の位置に対してマットレス１および枕５の輪郭の最適化のために、エレクトロニクスワイヤ２Ｃを通じて、ポンプ輸送／制御ユニットと電気的に接触している。コントローラー５０は、所望により、マットレス１および枕５の輪郭の調節のためにポンプ輸送／制御ユニット８と電気的に接触している。本発明のシステムのこの配列は、マットレス１および枕５が、使用者、または、例えば、このような使用者に付き添う医者または看護婦のいずれかにより所望される正確な設定に構成され得る。

本発明の実施形態の前記の例は、例示のみであって、そしていかなる様式においても請求項に記載のような本発明の全体の範囲を制限しない。

図１は、本発明のマットレスおよび枕システム、および関連するポンプ輸送制御ユニットの斜視および断面図を示す。図２は、本発明のマットレスおよび枕システムで用いられる感知マットの断面図を示す。図３は、本発明のマットレスおよび枕システム、および関連するポンプ輸送制御ユニット斜視および断面図であり、ここで、このシステムは、支持のために制御ユニットに隣接するフレーム上にマウントされている。

Claims

調節可能なマットレスおよび枕システムであって：
（ａ）該マットレス上の使用者の姿勢に基づき、そして該姿勢の変動に応答して使用者の身体の支持のための最適輪郭に適合するマットレスであって、マットレス上面およびマットレス底面を備え、該マットレス上面が、使用者の身体を受容かつ支持するためのマット上外面、および該マットレス上面と接触するマット底外面を有する電気的に伝導性の感知マットによって一部覆われ、該マットが、圧縮されるとき減少する電気抵抗を示す電気的に伝導性のエラストマーメンブレンを備え、そしてそれが該マット上外面を一部覆う、マットレス；
（ｂ）該マットレス内に配置される１つ以上の膨張可能なマットレス区画であって、該区画が、該マットレスの上面と底面との間に位置決めされ、そして流体を受容および排出するための流体リザーバーに連結される、マットレス区画；
（ｃ）該マットレスの上面に配置され、そして該マットレス上の使用者の姿勢に応答して使用者の頭および首の支持のための最適輪郭に適合する枕であって、使用者の頭および首を支持するための上面および該マットレス上面と接触する底面を備える、枕；
（ｄ）該枕内に位置する１つ以上の膨張可能な枕区画であって、該枕の上面と底面との間に配置され、そして流体を受容および排出し、該マットレス上の使用者の姿勢における変動に応答して該枕の上面の輪郭を変えるために流体リザーバーに連結される、枕区画；および
（ｅ）マイクロプロセッサー制御下にあって、かつ該マットレスおよび枕から遠隔に配置されるポンプ輸送／制御ユニットであって、該マイクロプロセッサー制御が、該マットからの電気信号を受容かつ処理するために該マットと電気的に接触し、該ポンプ輸送／制御ユニットが、流体リザーバーおよび該膨張可能なマットレス区画および膨張可能な枕区画に接続され、該リザーバーからこれら区画の１つ以上に流体を送り、かつこれら区画の１つ以上から該リザーバーに流体を排出する、ポンプ輸送／制御ユニット、を備え、
ここで、該使用者が、該マットレスおよび枕にもたれるとき、該マイクロプロセッサーが：
（１）該電気的に伝導性の感知マットからの電気入力信号であって、該使用者の姿勢がシフトするとき、該電気的に伝導性の感知マット上で圧縮される領域の幅と、その上に奏される圧力に関係して変動する電気入力信号を受け；（２）プログラムされた指令に従って該入力信号を処理し；そして（３）該ポンプ輸送／制御ユニットに出力信号を送り、そしてここで、該出力信号に依存して、流体が、該ポンプ輸送／制御ユニットによって該リザーバーから該膨張可能なマットレス区画または膨張可能な枕区画の１つ以上に送るか、または該膨張可能なマットレス区画または膨張可能な枕区画の１つ以上から該ポンプ輸送／制御ユニットにより該リザーバーに排出されて、該マットレスおよび枕の輪郭を、該マットレス上の使用者の姿勢に対して、および該姿勢の変動に応答して最適化する、システム。
前記ポンプ輸送／制御ユニットが、複数の導管によって、前記流体リザーバーおよび膨張可能なマットレス区画に連結され、そして該リザーバーから該区画への流体の伝達、および該区画から該リザーバーへの流体の排出が、該ポンプ輸送／制御ユニット、および前記出力信号に応答して開放または閉鎖する導管バルブの両方への該出力信号の伝達によって調節される、請求項１に記載のシステム。
前記導管が可撓性のパイプまたはホースであり、そして前記マットが、該マットの上内面と該マットの底内面との間に挟まれる電気的に伝導性のエラストマーを備える、請求項２に記載のシステム。
前記ポンプ輸送／制御ユニットが、ポンプである、請求項３に記載のシステム。
前記電気的に伝導性の感知マットが、前記マットレス上面に固定される、請求項１に記載のシステム。
前記流体が、液体である、請求項１に記載のシステム。
前記流体が、ガスである、請求項１に記載のシステム。
前記流体が、液体である、請求項４に記載のシステム。
前記枕が、前記マットレス上面に固定される、請求項１に記載のシステム。
前記枕が、前記膨張可能な枕区画を包むクッション材料を含む、請求項１に記載のシステム。
前記マットレスが、前記膨張可能なマットレス区画を包むクッション材料を含む、請求項１に記載のシステム。
調節可能なマットレスおよび枕システムであって：
（ａ）該マットレス上の使用者の姿勢に基づき、そして該姿勢の変動に応答して使用者の身体の支持のための最適輪郭に適合するマットレスであって、マットレス上面およびマットレス底面を備え、該マットレス上面が、使用者の身体を受容かつ支持するためのマット上外面、および該マットレス上面と接触するマット底外面を有する電気的に伝導性の感知マットによって覆われ、該電気的に伝導性のマットが、圧縮されるとき減少する電気抵抗を示す電気的に伝導性のエラストマーメンブレンを備え、そしてそれが該マット上外面を覆う、マットレス；
（ｂ）該マットレス内に配置される１つ以上の膨張可能なマットレス区画であって、該区画が、（１）該マットレスの上面と底面との間に位置決めされ、（２）流体を受容するための流体リザーバーに連結され、そして（３）流体の排出のためにマイクロプロセッサー制御下の少なくとも１つの流体ベントを備える、マットレス区画；
（ｃ）該マットレスの上面に配置され、そして該マットレス上の使用者の姿勢に応答して使用者の頭および首の支持のための最適輪郭に適合する枕であって、使用者の頭および首を支持するための上面および該マットの上面とに接触している底面を備える、枕；
（ｄ）該枕内に位置し、該マットレス上の使用者の姿勢における変動に応答して該枕の上面の輪郭を変える１つ以上の膨張可能な枕区画であって、（１）該枕の上面と底面との間に配置され、（２）流体を受容するための流体リザーバーに連結され、そして（３）流体の排出のためにマイクロプロセッサー制御下の少なくとも１つの流体ベントを備える、枕区画；および
（ｅ）マイクロプロセッサー制御下にあって、かつ該マットレスおよび枕から遠隔に配置されるポンプ輸送／制御ユニットであって、該ポンプ輸送／制御ユニットが、流体リザーバーおよび該膨張可能なマットレス区画および該膨張可能な枕区画に接続され、流体を該リザーバーからこれら区画の１つ以上に伝え、
ここで、該マイクロプロセッサー制御が、（１）該使用者の姿勢がシフトするとき、該マット上に奏される圧力に関係して変動する該マットからの電気信号を受容かつ処理するために該電気的に伝導性の感知マットと電気的に接触し、（２）プログラムされた指令に従ってこれら信号を処理し、そして（３）出力信号を該ポンプ輸送／制御ユニットおよび流体ベントに伝え、そしてここで、該出力信号を基に、流体が、該ポンプ輸送／制御ユニットよって該リザーバーから１つ以上の該膨張可能なマットレス区画または膨張可能な枕区画に伝えられるか、または流体ベントによって、１つ以上の該膨張可能なマットレス区画または膨張可能な枕区画から排出され、マットレス上の使用者の姿勢に対して、および該姿勢の変動に応答して該マットレスおよび枕の輪郭を最適化する、システム。
前記ポンプ輸送／制御ユニットが、複数の摂取導管によって、前記流体リザーバーおよび膨張可能なマットレス区画および膨張可能な枕区画に連結され、そして該リザーバーから該区画への流体の伝達、および該区画から前記ベントを通る流体の排出が、該ポンプ輸送／制御ユニット、および前記出力信号に応答して開放または閉鎖する導管バルブおよび流体ベントバルブの両方への該出力信号の伝達によって調節される、請求項１２に記載のシステム。
前記摂取導管および流体ベントが可撓性のパイプまたはホースであり、そして前記電気的に伝導性の感知マットが、該電気的に伝導性の感知マットの上内面と該電気的に伝導性の感知マットの底内面との間に挟まれる電気的に伝導性のエラストマーを備える、請求項１３に記載のシステム。
前記ポンプ輸送／制御ユニットが、ポンプである、請求項１４に記載のシステム。
前記電気的に伝導性の感知マットが、前記マットレスの上面に固定される、請求項１２に記載のシステム。
前記流体が、液体である、請求項１２に記載のシステム。
前記流体が、ガスである、請求項１２に記載のシステム。
前記流体が、液体またはガスである、請求項１４に記載のシステム。
前記枕が、前記マットレス上面に固定される、請求項１２に記載のシステム。
前記枕が、前記膨張可能な枕区画を包むクッション材料を含む、請求項１２に記載のシステム。
前記マットレスが、前記膨張可能なマットレス区画を包むクッション材料を含む、請求項１２に記載のシステム。
うつ向きの姿勢にある被験体を支持するための装置であって、請求項１または１２に記載のマットレスおよび枕システム、ならびに該マットレスおよび枕を支持するフレームを備え、ここで、前記流体リザーバー、ポンプ輸送／制御ユニット、およびマイクロプロセッサー制御もまた、該フレームによって支持される、装置。
前記装置が、ベッド、担架、検査台、または手術台である、請求項２３に記載の装置。
前記ポンプ輸送／制御ユニットが、前記マイクロプロセッサーを取り込む制御デバイスの制御下にあり、そして質量流れコントローラーとして機能し、ここで、該マイクロプロセッサーが、バルブを作動して前記マットレスおよび枕区画への、およびそれらからの流体の質量流れを制御するバルブ駆動と連絡している前記マットからの電気信号を受容しかつ処理するための感知要素および信号処理要素を有する、請求項１または１２に記載のシステム。
前記マイクロプロセッサーが、マットから伝えられる特定の信号に応答して、所望の流体流れ速度を固定し、そしてマットレスおよび枕の最適化された輪郭を提供するために、使用者または第三者によって供給される外部入力によって確立される設定値でプログラムされる、請求項１または１２に記載のシステム。
身体要素を支持する方法であって：
（ａ）該マットレス上の使用者の姿勢に基づき、そして該姿勢の変動に応答して調節可能なマットレスおよび枕システムを提供する工程であって、ここで、マットレスは、使用者の身体の支持のための最適輪郭に適合し、該マットレスが、マットレス上面およびマットレス底面を備え、該マットレス上面が、使用者の身体を受容かつ支持するためのマット上外面、および該マットレス上面と接触するマット底外面を有する電気的に伝導性の感知マットによって一部覆われ、該電気的に伝導性の感知マットが、圧縮されるとき減少する電気抵抗を示す電気的に伝導性のエラストマーメンブレンを備え、そしてそれが該マット上外面を覆う、工程；
（ｂ）該マットレス内に位置する１つ以上の膨張可能なマットレス区画を提供する工程であって、該区画が、（１）該マットレスの上面と底面との間に位置決めされ（２）流体を受容するための流体リザーバーに連結され、そして（３）流体の排出のためにマイクロプロセッサー制御下の少なくとも１つの流体ベントを備える、工程；
（ｃ）該マットレスの上面に配置され、そして該マットレス上の使用者の姿勢に応答して使用者の頭および首の支持のための最適輪郭に適合する枕を提供する工程であって、該枕が、使用者の頭および首を支持するための上面および該マットレス上面と接触している底面を備える、工程；
（ｄ）該枕内に位置する１つ以上の膨張可能な枕区画を提供し、該マットレス上の使用者の姿勢における変動に応答して該枕の上面の輪郭を変える工程であって、該区画が（１）該枕の上面と底面との間に配置され、（２）流体を受容するための流体リザーバーに連結され、そして（３）流体の排出のためにマイクロプロセッサー制御下の少なくとも１つの流体ベントを備える、工程；および
（ｅ）マイクロプロセッサー制御下にあって、かつ該マットレスおよび枕から遠隔に配置されるポンプ輸送／制御ユニットを提供する工程であって、該ポンプ輸送／制御ユニットが、流体リザーバーおよび該膨張可能なマットレス区画および膨張可能な枕区画に接続され、流体を該リザーバーからこれの区画の１つ以上に伝える、工程、を包含し、
ここで、使用者が該マットレスと枕の上に配置され、そして該マイクロプロセッサーが、（１）該使用者の姿勢がシフトするとき、該マット上に奏される圧力に関係して変動する該マットからの電気的信号を受容かつ処理するための該マットと電気的に接触し、（２）プログラムされた指令に従ってこれらの信号を処理し、そして（３）該ポンプ輸送／制御ユニットおよび流体ベントに出力信号を伝え、そしてここで、該出力信号に依存して、流体が、該ポンプ輸送／制御ユニットによって該リザーバーから該膨張可能なマットレス区画または膨張可能な枕区画の１つ以上に送るか、または該膨張可能なマットレス区画または膨張可能な枕区画の１つ以上から流体ベントにより排出されて、該マットレス上の使用者の姿勢に対して、および該マットレス上の使用者の姿勢の変動に応答して、該マットレスおよび枕の輪郭を最適化する、方法。
前記ポンプ輸送／制御ユニットが、複数の摂取導管によって、前記流体リザーバーおよび膨張可能なマッレス区画および膨張可能な枕区画に連結され、そして該リザーバーから該区画への流体の伝達および該区画からベントを通る流体の排出が、該ポンプ輸送／制御ユニット、および前記出力信号に応答して開放または閉鎖する摂取導管バルブおよび流体ベントバルブの両方への該出力信号の伝達により調節される、請求項２７に記載の方法。
前記摂取導管および流体ベントが可撓性のパイプまたはホースであり、そして前記マットが、該マットの上内面と該マットの底内面との間に挟まれる電気的に伝導性のエラストマーを備える、請求項２８に記載の方法。
前記ポンプ輸送／制御ユニットが、ポンプである、請求項２７に記載の方法。
前記電気的に伝導性の感知マットが、前記マットレス上面に固定される、請求項２７に記載の方法。
前記流体が、液体またはガスである、請求項２７に記載の方法。
前記枕が、前記マットレス上面に固定される、請求項２７に記載の方法。
前記枕が、前記膨張可能な枕区画を包むクッション材料を含む、請求項２７に記載の方法。
前記マットレスが、前記膨張可能なマットレス区画を包むクッション材料を含む、請求項２７に記載の方法。
前記ポンプ輸送／制御ユニットが、前記マイクロプロセッサーを取り込む制御デバイスの制御下にあり、そして質量流れコントローラーとして機能し、ここで、該マイクロプロセッサーが、バルブを作動して前記マットレスおよび枕区画への、およびそれらからの流体の質量流れを制御するバルブ駆動と連絡している前記マットからの電気信号を受容しかつ処理するための感知要素および信号処理要素を有する、請求項２７に記載の方法。
前記マイクロプロセッサーが、マットから伝えられる特定の信号に応答して、所望の流体流れ速度を固定し、そしてマットレスおよび枕の最適輪郭を提供するために、使用者または第三者によって供給される外部入力によって確立される設定値でプログラムされる、請求項２７に記載の方法。
調節可能なマットレスおよび枕システムであって：
（ａ）該マットレス上の使用者の姿勢に基づき、そして該姿勢の変動に応答して使用者の身体の支持のための最適輪郭に適合するマットレスであって、マットレス上面およびマットレス底面を備え、該マットレス上面が、使用者の身体を受容かつ支持するためのマット上外面、および該マットレス上面と接触するマット底外面を有する感知マットによって一部覆われ、該マットが、該マット上外面を一部覆い、圧縮されるとき感知信号を伝えるエラストマーメンブレンを備える、マットレス；
（ｂ）該マットレス内に位置される１つ以上の膨張可能なマットレス区画であって、該区画が、該マットレスの上面と底面との間に配置され、そして流体を受容および排出するための流体リザーバーに連結される、マットレス区画；
（ｃ）該マットレスの上面に配置され、そして該マットレス上の使用者の姿勢に応答して使用者の頭および首の支持のための最適輪郭に適合する枕であって、使用者の頭および首を支持するための上面および該マットレス上面と接触する底面を備える、枕；
（ｄ）該枕内に位置し、該マットレス上の使用者の姿勢における変動に応答して該枕の上面の輪郭を変える１つ以上の膨張可能な枕区画であって、該枕の上面と底面との間に配置され、そして流体を受容および排出するための流体リザーバーに連結される、枕区画；
（ｅ）マイクロプロセッサー制御下にあって、かつ該マットレスおよび枕から遠隔に配置されるポンプ輸送／制御ユニットであって、該マイクロプロセッサー制御が、該マットからの感知信号を受容かつ処理するために該マットと電気的に接触し、該ポンプ輸送／制御ユニットが、流体リザーバーおよび該膨張可能なマットレス区画および膨張可能な枕区画に接続され、該リザーバーからこれら区画の１つ以上に流体を送り、かつこれら区画の１つ以上から該リザーバーに流体を排出する、ポンプ輸送／制御ユニット、を備え、
ここで、該使用者が、該マットレスおよび枕にもたれるとき、該マイクロプロセッサーが：
（１）該使用者の姿勢がシフトするとき、該感知マット上に奏される圧力に関係して変動する該感知マットからの電気的信号を受容かつ処理し、（２）プログラムされた指令に従ってこれらの信号を処理し、そして（３）該ポンプ輸送／制御ユニットに出力信号を伝え、そしてここで、該出力信号に依存して、流体が、該ポンプ輸送／制御ユニットによって該リザーバーから該膨張可能なマットレス区画または膨張可能な枕区画の１つ以上に送るか、または該膨張可能なマットレス区画または膨張可能な枕区画の１つ以上から該ポンプ輸送／制御ユニットにより該リザーバーに排出されて、該マットレスおよび枕の輪郭を、該マットレス上の使用者の位置に対して、そして該マットレス上の使用者の姿勢の変動に応答して最適化する、システム。
前記感知マットが、赤外センサー、超音波検出器、デジタルイメージスキャナー、電気的に伝導性のエラストマーメンブレン、または電気的に伝導性のシリコンゴムのいずれかを利用し、前記感知マットからの入力感知信号を前記マイクロプロセッサー制御に伝える、請求項３８に記載のシステム。
前記マットが、前記使用者の下に位置する一片の金属箔と組み合わせた誘導システムを備え、そして該金属箔の位置ずれが、誘導コイルの自己誘導係数を改変し、それによって、ＬＣ回路の共鳴周波数を発振器の同調周波数からシフトし、そして該発振器によって増幅器に送達される信号を減衰し、該信号が正確に処理され、かつ適切にモニターされることを確実にする、請求項３８に記載のシステム。
前記マットが、前記マイクロプロセッサー制御下のポンプ輸送／制御ユニットと相互連結されるコンデンサーアレイを備え、そして該マイクロプロセッサー制御下のポンプ輸送／制御ユニットが、該コンデンサーアレイに、適正な発振器由来の駆動電流を供給し、かつ同時に、使用者の体重のその近接度または不在によってもたらされる該アレイ内の誘電シフトを通じて誘導される該コンデンサーアレイ内の電気容量値を同時に感知する、請求項３８に記載のシステム。
前記マイクロプロセッサー制御下のポンプ輸送／制御ユニットが、電源、駆動／センサー回路、コンパレータ／較正論理回路、システム相互連結集積回路およびアラーム生成回路を備える、請求項３８に記載のシステム。
前記マイクロプロセッサー制御下のポンプ輸送／制御ユニットが、相互連結のためのナースコールリレー回路を備え、ナースコールシステムを容易にする、請求項４２に記載のシステム。
前記システムが、近接誘導非圧縮誘電シフト感知機構をさらに備える、請求項４２に記載のシステム。