JP4960891B2 - 空気注入式マットレスの形状を維持するシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は一般に、治療用のベッドおよびマットレスの機能を維持するシステムおよび方法に関する。本発明は特に、ネットワークセンサおよび制御モジュールの配置を利用して、空気注入式の空気マットレスの形状および特性を制御する改良されたシステムおよび方法に関する。

多くの問題は、医療現場で利用されている空気注入式の空気マットレスに関する。このような空気マットレスは治療用に設計され、高いおよび低い空気ロスの織物のエンクロージャと、マットレス内の空気圧を変更する制御システムとを具え、床擦れや、長期間の寝たきり状態による同様の悪影響の発生を減らすのに役立つ。通常の空気マットレスは患者をサポートできるほど十分に堅くなければならない一方、これらはまた、患者にとって快適であるように十分に柔軟で丈夫でなければならない。同様に、治療目的で空気マットレス内の圧力を変更する場合、マットレスのベースからの患者の高さを、マットレスの表面全体にわたって維持することは困難である。何かの理由により、患者がマットレスの表面を介して、より硬質のマットレスのベースに接触する場合、「底上げ（botomming）」として引用される好ましくない不快な状態が生じる。

治療用のマットレスの膨らみを維持するように設計された制御システム等は、患者の体重によってマットレスの表面にかかる平均的な圧力に加えて、マットレスの表面の任意の単一のポイントに患者が加える圧力の変化を十分に考慮しなければならない。力点は通常、患者がベッドに入りまたはベッドから出て、マットレスの局所的な位置に手や足、肘や膝をつくときに生じる。一般に、空気注入式マットレス内の圧力の測定に完全に依存している制御システムは、多くの場合、患者の「底上げ」を防ぐことができない。

マットレスの形状の維持に取り組む努力は、空気を注入可能な個々のセルの数を増加させることが含まれ、こららのうちの一つが局所的な大きな力を受けるが、隣接するセルが患者を支え「底上げ」が生じるのを防ぐ。個別のセルの数を増加したマットレスに関する問題は、各セルが、空気注入システムに個別に接続され、配置された制御要素等により個別に監視されなければいけないことである。このようなマットレスは一般に、高価で非常に複雑であり、マットレスの長さに沿って配置された電気用導管であって、空気を注入可能な台に連結する空気注入および制御システムのそれぞれに個別にアクセスする電気用導管を有する。このようなシステムの大きさ、費用、複雑さ、メンテナンスは総て重大である。

Wise等に付与されたSystem and Methods for Mttress Control in Relation to Patient Distanceという名称の米国特許第６，５６０，８０４（出願人KCI Licensing,Inc）は、患者と空気注入式マットレス上の参照ポイントとの距離を検出および監視し、この距離の変化に基づいて空気の供給を制御するシステムおよび方法を開示している。患者の距離を監視する装置は、ヘテロダイン近接検出器（heterodyning proximity detector）と、力応答式距離検出装置（force responsive distance sensing device）と、光応答式検出装置（light responsive sensing device）とを具える。米国特許第６，５６０，８０４の開示は、全体を参照してここに組み込まれている。

患者の快適さを維持すべく、空気注入式マットレスの膨らみを維持するための他の様々な取り組みが本分野で行われている。

本発明のシステムは、多くの固有のシステムの特徴と個別の要素とを具え、これらが、患者をサポートし、快適であるのに十分な空気注入式マットレスの形状を維持する総合的なシステムおよび方法を提供する。本発明の総合的なシステムは固有であるが、同じように固有で従来技術の特定の問題を解決するシステムに関連する付加的な個別の構成部材、要素、および方法が存在する。一般に、以下の開示では、本発明における以下の固有の特徴および要素を中心とする。
（１）個々のチャンバおよびチャンバ群の赤外線照射の使用。
（２）部分的にずらした照射と、赤外線センサ間のクロストークを低減するためのチャンバまたはセクションの変化の監視。
（３）組み合わされたシステムに必要な配線および接続を減らすために、通信プロトコルを利用した、ネットワーク構成に設置された分散型のマイクロプロセッサコントローラの使用。
（４）赤外線を半分透過、透過、または反射する特殊な素材を利用して個別のチャンバを作る高周波溶接方法および／またはブラッダ（空気袋）を作る縫製などの技術や、様々なクッションの使用。
（５）マットレスシステムの様々な構成部材の構造における、空気ロスの少ない特定のGortex（登録商標）タイプの織物の使用。
（６）制御システムと、マットレスアセンブリの適切な膨らみ形状の維持を改善する総ての能力や、このような制御システムに関連する方法とを含む総合的なマットレスアセンブリ。
（７）データをアップロードおよびダウンロードし、システムをプログラミングし、システムの操作に関する情報をダウンロードするハンドヘルドの無線通信ユニットの使用。
（８）システムのセンサおよびコントローラ構成部材の操作を容易にする、ヘッド、ボディ、フット用マットレスクッション構成部材に関連する特殊なクッション構造の設計。

本発明のシステムの概略を図１に示す概略図を参照して説明する。このシステムの概略図では、マットレス構成部材は、システムの様々な制御構成部材に関連および接続している。様々な実施例では、送風ボックス１０は、吸気口に設けられたダストフィルタ１４と、圧力変換器１６に連結されたアウトプットであってシステムの導管に送られる前にヒータユニット１８を通過するアウトプットとを具える送風ファン１２で構成される。送風ボックス１０のアウトプットは、同じコネクタユニット内の様々な空気接続部および電気接続部（図示せず）を具えるホースコネクタ２０を介して接続される（以下により詳細に説明する）。様々な実施例では、ホースコネクタ２０は、単一部材または複数部材のコネクタとすることができ、また、スプリングやラッチ等の多くの構成部材を具えることができる。ホースコネクタ２０は、送風ボックス１０からの空気流を３本の別々の導管を介して分配する分配ブロック２２に連結および接続する。第１の導管２４が、ボディ用クッション３０に連結された２つの比例制御バルブ２６および２８に接続されている。第２の導管３２が、ヘッド用クッション３６に連結された比例制御バルブ３４と、フット用クッション４２に連結された比例制御バルブ３８および４０に接続されている。これらの比例制御バルブはそれぞれ、クイックリリース接続部４４により各クッションに接続されている。

ヘッド用クッション３６は、以下により詳細に説明するような単一のチャンバユニット（例えば、空気を注入可能な単一のチャンバ）である。単一のチャンバは、クイックリリース接続部４４により比例制御バルブ３４に接続されている。ボディ用クッション３０は、加圧された空気チャンバを治療目的で変更するインタリーブチャンバを具える複数のチャンバユニット（例えば、２重の空気注入可能なチャンバ）である。２つの個別のチャンバはそれぞれ、クイックリリース接続部４４により各比例制御バルブ２６および２８に接続されている。フット用クッション４２は、ボディ用クッション３０と同じように構成された複数のチャンバユニットであって、クイックリリース接続部４４により各比例制御バルブ３８および４０にそれぞれ接続された２つのインタリーブチャンバを連結する複数のチャンバユニット（例えば、２重の空気注入可能なチャンバ）である。本発明のシステムの各クッション構成部材の特定の構造は、以下にさらに詳細に説明する。

ヘッド用クッション３６、ボディ用クッション３０、およびフット用クッション４２内の空気の圧力制御は、以下にさらに詳細に説明され、本発明の基礎的な構造および形状を形成している。しかしながら、一般に、これらの３つのクッション構成部材は、比例制御バルブの電子制御により、および／またはコンピュータ実行可能命令、例えば治療目的で注入された空気の圧力を制御するプログラム命令および／またはアルゴリズムを具えるマクロプロセッサまたはマイクロコントローラの動作による送風速度制御により、空気が注入された状態で維持され、さらに、デジタル信号ネットワークにより互いに接続される。

様々な実施例では、第３の空気用導管が提供できる。図３に示す実施例などの第３の空気用導管を具える実施例では、分配ブロック２２から延在する空気用導管は、本発明のマットレスシステムに連結されている残りのブラッダに空気を送る。この空気用導管４６は、２本の導管４８および５０に分かれる。導管４８は、交換式ブラッダ５４および５６を交互に収縮および膨張させるステッパ駆動式の直接制御バルブ５２に接続されている。直接制御バルブ５２は、ステッパモータ５１により動作する。空気は、直接制御バルブ５２から、ＣＰＲスイッチ６１により監視される手動のＣＰＲリリースブロック６２を通る２本の導管５８および６０を介して分配される。導管５８および６０はそれぞれ、交換式ブラッダ５４および５６それぞれに接続するように、圧力変換器６４および６６ならびにクイックリリース接続部４４を具える。通常、交換式ブラッダ５４および５６への空気の注入は交互に行われ、直接制御バルブ５２により制御され、患者を一方の側から反対側に回転させる方法で、ある交換式ブラッダに空気を注入し、２番目の交換式ブラッダから空気を抜く。マットレスシステムの縦方向に沿った交換式ブラッダの向きが、以下に詳細に説明するように、この交換処理を可能にする。

再び図１を参照すると、様々な実施例では、分配ブロック２２から空気用導管４６を介して延在する空気用導管５０は、活性ソレノイド（soactivation solenoid）６８を通り、次にＣＰＲリリースブロック６２を通ることができる。空気用導管５０は、リリースブロック６２から圧力変換器７０およびクイックリリース接続部４４を介して延在し、最終的にＭＲＳ（マットレス交換システム）のブラッダ７２に空気を注入する。ＭＲＳブラッダ７２は、ソレノイド７４を介した大気への通気口が設けられている。様々な実施例では、フォームクッションまたはマットレスを具えることができ、またＭＲＳ７２およびこれに関連する構成部材を交換できる。このような実施例では、例えば空気用導管５０などの構成部材は取り外すことができる。

前述した送風ボックス１０は通常、本発明のマットレスシステムが設置されたベッドの踏み板に設けられたユーザインタフェースユニットに組み込まれている。このユーザインタフェースユニットには、例えば、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）ノードや他の回路などのシステムのプログラミングおよび動作に関連する電子機器が含まれている。図２を参照すると、本発明のシステムに関連する制御構成部材の概略が示されており、図１で説明した概略的な空気図の一部を複製している。図２では、送風ボックス１０はまた送風ファン１２を具え、これが、最終的に（この図に示さないその他多くの様々な接続部を介するが）左側の交換式ブラッダ５４、右側の交換式ブラッダ５６、フット用クッション４２、ボディ用クッション３０、ヘッド用クッション３６、およびＭＲＳブラッダ７２に空気を注入する。送風ボックス１０の電気的接続は、送風ファン１２から出てくる空気を暖めるヒータを動作させるのに必要な電力と、例えば、特にユーザデータインタフェース（ＵＤＩ）、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）等のデータＩ／Ｏデバイスとの接続部とを具え、好適な実施例では、当該デバイスはタッチスクリーン機能を有するＬＣＤディスプレイを含む。さらに、ユーザインタフェース１００からの電気的／電子的な接続部は、図示するように電力接続部１０２および通信接続部１０４を含む。前述したように、これらの電気的／電子的接続部は、前述した同一のホースコネクタアセンブリ２０により維持され、これにより、送風ボックスからマットレスアセンブリへの電気的／電子的接続が形成される。

マットレスアセンブリ１０５は、ユーザインタフェース１００から電気および通信信号の双方を受信するマットレスコントローラ１０６を具える。同一の電力および通信線は、本発明のマットレスシステムの３つのクッション構成部材のそれぞれに関連するステッパバルブコントローラに順に接続される。これらのコントロータは、「ネットワークノードとして設けられ、（フット用クッション４２に関連する）ステッパバルブコントローラ１０８と、（ボディ用クッション３０に関連する）ステッパバルブコントローラ１１０と、（ヘッド用クッション３６に関連する）ステッパバルブコントローラ１１２と具える。これらのステッパバルブコントローラはそれぞれ、当該ステッパバルブコントローラが取り付けられるクッションに関連する赤外線トランシーバと、当該クッションの膨らみを制御する制御バルブの双方に直接接続される。例えば、ステッパバルブコントローラ１０８は、赤外線トランシーバ１１４から信号を受信し、これにより、バルブ３８および４０を制御してフット用クッション４２の適切な膨らみを維持する。同様に、ステッパバルブコントローラ１１０は、赤外線トランシーバ１１６、１１８、１２０、および１２２と、制御バルブ２６および２８に接続され、これらはそれぞれ、ボディ用クッション３０に接続される。最後に、ステッパバルブコントローラ１１２は、赤外線トランシーバ１２４および制御バルブ３４に接続され、これらはそれぞれヘッド用クッション３６に接続される。このコントローラのチェーンネットワーク構造により、コネクタ１１３の付加的なコントローラを追加でき、当該コネクタは、代替的なクッション構造および形状で必要とされるときに、ステッパバルブコントローラ１０８、１１０、１１２を含む様々な位置に配置できる。

さらに図２を参照すると、左側の交換式ブラッダ５４および右側のブラッダ５６がそれぞれ、図２の分離された構成に示す直接制御バルブ５２のプログラミングされた動作により、マットレスコントローラ１０６によって制御される。同様に、ＭＲＳブラッダ７２の膨らみは、ＭＲＳクランプソレノイド６８およびＭＲＳベントソレノイド７４のプログラミングされた動作により、マットレスコントローラ１０６によって制御される。好適な実施例では、ＭＲＳブラッダの膨らみは、マットレスシステム全体の堅さを実現するために変更し、同時に交換式ブラッダは、前述した交換の機能を実現するために変更してもよい。前述したように、いくつかの実施例では、フォームタイプのクッションまたはマットレスを具えることができ、したがって、このような実施例では、マットレスコントローラは、フォームマットレスを制御するのに利用されない。

様々な実施例では、マットレスコントローラは、多くの異なる構成を具えることができる。例えば、マットレスコントローラは、ここで説明するようなＭＲＳブラッダを利用する実施例では、ＭＲＳベントソレノイドを具えることができる。ここで図３を参照すると、本発明のマットレスシステムのコントローラインタレイヤのコントローラネットワークがより詳細に示されている。マットレスコントローラ１０６は、交換式ブラッダに接続されるステッパ駆動式の直接制御バルブ５２、ＭＲＳベントソレノイド７４、およびＭＲＳクランプソレノイド６８の直接制御接続部を具える。同様に、マットレスコントローラ１０６は、（好適な実施例では６つの）赤外線トランスミッタ１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、および１４０のそれぞれに電力を供給（および照射）するのに利用される。これらの赤外線トランスミッタは、好適な実施例では赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、図示するように３ＫＨｚの信号周波数で一斉に操作される。他の周波数も考えられる。同様に、マットレスコントローラ１０６は、角度センサ入力からの入力信号データ１４２、温度センサ入力１４４、およびサイドレール位置センサ入力１４６を受信する。手動式のＣＰＲスイッチ１４８は、前述したＣＰＲリリースブロック６２に接続される。ｐｒｅｓｓｕｒｅ＿ｉｎ接続部１５０は、前述した圧力計１６からの空気圧測定値を受信する。

様々な実施例では、マットレスコントローラ１０６は、ネットワークの送信および受信用信号線と、電圧および戻り線とを具えるネットワーク接続部１５２のベースネットワークノードを形成する。このネットワーク接続部１５２は、ネットワークノード１０８、１１０、１１２として説明した各ステッパバルブコントローラにより分配される。さらにローカルネットワークのノードとして機能するこれらのマイクロコントローラは、フット用クッション４２、ボディ用クッション３０、およびヘッド用クッション３６それぞれに接続された赤外線トランシーバ１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、および１２４からの入力を個別に受信する。換言すると、これらのコントローラはそれぞれ、前述した比例制御バルブに接続されたステッパモータを動作および制御する。これらのステッパモータは、フット用クッション４２の制御バルブ４０に接続されたステッパモータ１２６と、フット用クッション４２の制御バルブ３８に接続されたステッパモータ１２８と、ボディ用クッション３０の制御バルブ２８に接続されたステッパモータ１３０と、ボディ用クッション３０の制御バルブ２６に接続されたステッパモータ１３２と、ヘッド用クッション３６の制御バルブ３４に接続されたステッパモータ１３４とを具える。

ステッパバルブコントローラ１０８、１１０、および１１２それぞれは、マットレスコントローラ１０６のネットワーク接続またはユーザインタフェースユニット１００への接続に依存することなく、個別のクッションの膨らみを適切に個部に維持できるプログラムされたコントローラである。各ステッパバルブコントローラは、以下により詳細に記載するように、ＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）プロトコルに従うネットワークノードとして機能する。このネットワーク構造は、システム全体の動作を改善し、マットレスクッションの「底上げ」が生じる可能性のある患者の動作に応じて、マットレスシステム構成部材の適切な膨らみを非常に効率的に維持する。本発明の好適な実施例で説明されるマイクロコントローラはそれぞれ、Ｈ８／３６８７タイプのマイクロコントローラＩＣまたはこれに相当するものでよい。

様々な実施例では、ネットワーク構造は、様々なＣＡＮノード、構成、およびプロトコルを具えることができる。いくつかの実施例では、ステッパバルブコントローラおよび他のコントローラ（例えば、特にマットレスコントローラおよび様々なバルブコントローラ）はそれぞれ、好適なアドレスジャンパによりネットワークのノードとして一意に識別できる。他の実施例では、ノードは動的にアドレスが割り振られる。いくつかの実施例では、ＣＡＮノードは、特定の順序で接続され、特定の順序でアドレスが割り振られる。例えば、ある実施例では、ＣＡＮノードは、ＧＵＩ（ネットワーク管理者）、送風コントローラ（ＢＣ）、マットレスコントローラ（ＭＣ）、フットバルブコントローラ（ＦＶＣ）、ボディバルブコントローラ（ＢＶＣ）、およびヘッドバルブコントローラ（ＨＶＣ）の順序で接続できる。当業者であれば明らかであるように、この様々なコントローラは、同一または同様の機能を有する同様のコントローラを含むことができ、前述したコントローラに限定すべきではない。例えば、送風コントローラは、送風機、ファン、または他の加圧流体の供給源からの空気流の割合を制御するいずれのコントローラを具えることができる。様々な実施例では、動的アドレッシングは、総てのノードを動的アドレッシングすることにより、ＧＵＩノードによってネットワークに送られるブロードキャストメッセージを開始できる。ノードがこのメッセージを受信した場合、ノードは、基板の種類ごとに付与される識別番号であるノード識別メッセージにより応答する。例えば、様々な実施例では、ＢＣノードは識別番号１を有し、ＭＣノードは識別番号２を有し、ＶＣノードは識別番号３を有することができる。ＧＵＩノードは、識別番号を返却する各ノードにネットワークアドレスを割り当てる。いくつかの実施例では、連続的なパワーアップシーケンスも動的アドレッシング処理に実装できる。例えば、いくつかの実施例では、動的なアドレッシングが開始された場合、電力がＧＵＩ、ＢＣ、ＭＣ、およびＦＶＣノードに供給される。ＢＣ、ＭＣ、およびＦＶＣノードが起動し、アドレスが割り振られた後、ＦＶＣノードは、アドレスを持たないネットワーク内の唯一のバルブコントローラ（ＶＣ）であるＢＶＣノードに電力を送る。ＧＵＩは、ＢＶＣノードを他のＶＣノードから区別できる。ＢＶＣノードは、アドレスを取得すると電力をＨＶＣノードに送り、ここでＢＶＣノードは、アドレスを持たないネットワーク内の唯一のＶＣノードになる。ＨＶＣノードがアドレスを取得すると、ネットワークは通常の使用が可能となる。

図４はマットレスコントローラ１０６をより詳細に示しており、マイクロコントローラと、コントローラに組み込まれている様々な入力および出力への接続部とを示している。ＣＰＲスイッチ１４８、角度センサ接続部１４２、温度センサ接続部１４４、空気圧センサ接続部１５０、およびサイドレールセンサ入力１４６が、Ｏ／Ｇ入力として設けられている。図４に示すマットレスコントローラ回路はまた、マイクロコントローラの動作および附属の構成部材に電力を供給する電圧レギュレータ１６０を具えている。

マイクロコントローラ１０６の出力は、前述したように赤外線トランスミッタに一斉に電力を供給し駆動する３ＫＨｚの波形ドライバ１６２を具える。マイクロコントローラはまた、ＭＲＳベントおよびクランプソレノイドに個別に命令するソレノイドドライバ１６４および１６６を制御する出力信号を具える。最後に、マイクロコントローラ１０６は、交換式ブラッダに空気を注入したり空気を抜いたりするステッパ駆動式の直接制御バルブを制御するステッパモータドライバ１６８を操作する。前述したように、マイクロコントローラ１０６は、ＣＡＮのノードに接続され、当該ノードを形成し、マットレスコントローラユニットは、ＣＡＮネットワークプロトコル回路１７０およびＣＡＮ受信回路１７２を維持する。

様々な実施例では、ステッパコントローラは、多くの異なる構成を具えることができる。例えば、いくつかの実施例では、ステッパコントローラは、１以上のステッパドライバ回路を具えることができる。他の実施例では、ステッパコントローラは、フィルタリング用、バッファリング用、取得用の回路を具えることができる。ステッパコントローラのいくつかの実施例では、コントローラから導き出される１以上の所望の機能に基づいて、回路を設けたり削除したりできる。図５に示す実施例では、典型的なステッパバルブコントローラの詳細な図が提供されている。この図は、本発明のマットレスシステムの好適な実施例の３つのクッションそれぞれに接続して配置される、３つのステッパバルブコントローラのうちの一つの典型的な例を示している。ボディ用クッションに接続されるステッパバルブコントローラ１１０はこの例で使用され、４つの赤外線センサに関連する４つの入力信号を利用する。マイクロコントローラ１１０への入力は、図に示すように、各赤外線センサからのバッファ用およびフィルタ用入力を具える。バッファ／フィルタ回路１８０、１８２、１８４、および１８６は、マイクロコントローラにより適切に監視する個別の赤外線センサデバイスからのアナログ信号を調整する。同様にステッパバルブコントローラは、制御回路内の構成部材に電力を供給する電圧レギュレータ２０２を具える。

（各ステッパバルブコントローラ内の）マイクロコントローラ１１０からの出力は、特定のステッパバルブコントローラの制御による２つの比例制御バルブ用のステッパドライバ回路１８８および１９０の出力信号を含む。これらのドライバの操作は、電流モニタシステム１９２および１９４により実現され、このシステムにより、マイクロコントローラが２つの比例制御バルブの条件または状態のフィードバックを送ることができる。前述したように、各マイクロコントローラは、マイクロコントローラをネットワーク内の他のコントローラノードから区別するように設定されたアドレス設定回路１９６を有する。同様に、各マイクロコントローラ回路は、ＣＡＮプロトコル回路１９８およびＣＡＮ受信回路２００を具え、ネットワーク上の通信を維持する。

ＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）は、１９８０年代前半に元々は自動車用に開発されたシリアルバスシステムである。ＣＡＮプロコトルは、ＩＳＯ１１８９８−１として１９９３に国際的に標準化され、ＩＳＯ／ＯＳＩ参照モデルの７つの層のうちのデータリンク層に該当する。多くのハードウェアの半導体製造業者から入手可能なＣＡＮは、２つの通信サービス、メッセージの送信（データフレームトランスミッション）およびメッセージの要求（リモートトランスミッションリクエスト、ＲＴＲ）を提供する。エラー信号、および間違ったフレームの自動再送信などの他の総てのサービスはユーザには見えず、すなわち、ＣＡＮ回路は、特定のプログラミングを必要とせずに自動的にこれらのサービスを実行する。

ＣＡＮコントローラは、プリンタまたはタイプライタに相当し、本実施例などのＣＡＮは、使用する言語／文法および単語／語彙を決めなければならない。しかしながら、ＣＡＮは、マルチマスタ階層を提供し、前述したような本発明の膨らみを維持する対象物の操作における特定の重要な特徴であるインテリジェントリダンダントシステムの構築ができる。あるネットワークノードに欠陥がある場合でも、ネットワークは動作できる。また、ＣＡＮはブロードキャスト通信を提供し、ここでは、情報の送り手はバス上の装置に同時に送信する。したがて、本発明のユーザインタフェース介したプログラミングは、システム全体の制御の変更に影響を及ぼす方法により、ＣＡＮの各ノードに分配される。総ての受信デバイスはメッセージを読み、メッセージが当該デバイスに関連するか判断する。これにより、システムの総ての装置は同一の情報を利用するため、データの完全性が保証される。ＣＡＮはまた、高性能のエラー検出メカニズムおよび失敗したメッセージの再送信を提供する。

ここで、前述した様々な制御構成部材の物理的な配置を説明する図６および７を参照する。図６および７の斜視図および平面図はそれぞれ、本発明のマットレスシステムに組み込まれる制御インタレイヤの下側面を示している。これらの図は、適切な構成部材の位置を示し、これらの図では、マットレスシステムが反転され、ＭＲＳブラッダおよび交換式ブラッダが取り外されている（この完全な構造は、図１５に関連して以下に詳細に説明される）。コントローラインタレイヤは、フォームコア２１２を囲む可撓性のウォールエンクロージャ２１０で主に構成されており、本発明の様々な制御構成部材は当該ウォールエンクロージャ内に配置されている。マットレスコントローラ１０６は図のように配置され、ステッパバルブコントローラ１０８、１１０、および１１２も図のように配置される。ステッパバルブコントローラは、関連する特定のクッション構成部材の近くに配置される。ある赤外線トランスミッタ以外の赤外線送信が、適切な位置にあり互いに接続されている。赤外線トランスミッタ１３２、１３４、１３６、１３８、および１４０は、図６および７の適正な位置に示されている。赤外線トランスミッタ１３０は、コントローラ１０６の片側の交換（replacement）を受けるように配置された赤外線トランスミッタウィンドウ１３１位置を示すために省略されている。

赤外線センサは、図６および７により詳細に示すように制御インタレイヤの反対側にあり、個別のクッションへの赤外線センサウィンドウは、以下により詳細に説明される。図６および７に示すように、フット、ボディ、およびヘッド用のクッション構成部材に関連するセンサウィンドウ１１５、１１７、１１９、１２１、１２３、および１２５が配置されている。また、（ヘッド用クッションに接続される）空気流入口コネクタ２１４、（ボディ用クッションに接続される）コネクタ２１６および２１８、（フット用クッションに接続される）コネクタ２２０および２２２が、適切なクッション構成部材に接続される。単一の大きな空気流ホースを受けるマニホルド２２が設けられ、クッションおよびマットレス構成部材に連続的に分配する３つの小さな導管に、空気流を分流および分配する。図６および７では、分かりやすくするために、総ての空気流導管が省略されている。マニホルド２２からの２つの空気流導管は、ステッパバルブコントローラ１０８、１１０、および１１２に接続され、必要な空気流をマットレスクッションに提供する。マニホルド２２からの第３の空気流導管はマットレスコントローラ１０６に接続され、必要な空気流が、前述した交換式ブラッダおよび主要なＭＲＳブラッダに提供される。

また、図６および７では、分かりやすくするために、様々な制御構成部材間の電気的／電子的接続部のほとんどが省略されている。この例外は、インタレイヤの一方の端部に沿って赤外線トランスミッタそれぞれを繋ぐ２本のワイヤ接続部である。通常の動作では、６つの赤外線トランスミッタ１３０がウィンドウ１３１に配置され、同様に、図示する２つのワイヤ回路に繋がれる。図２に関連して説明したように、構成部材間の付加的な電気的／電子的接続部があるだろう。さらに、図３乃至５に関連して説明したように、コントローラエンクロージャ間のハードワイヤネットワーク接続部があるだろう。

ここで、マットレスコントローラ１０６およびそのエンクロージャを簡潔に説明するために図８を参照する。様々な電子技術および電気機械制御が、マットレスエンクロージャコントローラに組み込まれている。空気流供給源は、導管４６を介して導管４８および導管５０に供給する。導管４８は、ステッパモータ５１により駆動されるステッパ駆動式の直接制御バルブ５２に空気流を提供する。これは、導管接続部５８および６０により、必要な空気流を交換式ブラッダに提供する。

導管５０は空気流をソレノイドバルブ６８に提供し、これが、エンクロージャからの空気流をソレノイドバルブ７４を介してＭＲＳブラッダおよびベントブラッダに交互に送る。各ソレノイドバルブ６８および７４ならびに直接制御バルブ５２は、前述した（マットレスコントローラ用の）コントローラ回路が設けられているＰＣボード２３０に電気的に接続される。同様に、マイクロコントローラＩＣがＰＣボード２３０に配置され、全体としてコントローラのコアを形成する。前述した電気的／電子的接続部は通常、説明を分かりやすくするために図８に示していないが、ポートを介してエンクロージャに挿入され、エンクロージャの側面に示す当該ポートのいくつかは耐水性である。ふた（図示せず）によりウォールエンクロージャが完成し、通常、流体が漏れないようになる。

ここで図９を参照して、マットレスコントローラに関連して動作し、前述したように、調整された空気流をマットレスクッションに提供するステッパバルブコントローラの典型的な例を簡単に説明する。図９では、本システムのボディ用クッション３０の要求を満たすステッパバルブ１１０が例示されている。残りの２つのステッパバルブコントローラは構造が同じであるか、例示する操作可能な構成部材の一方を具えると理解すべきである。この図では、ステッパモータにより駆動される比例制御バルブ２６および２８が示されている。ユニットへの空気流の供給源は、エンクロージャの一方の側面の「２２から」に示されており、マニホールド２２からの供給源を示す。コントロールバルブからの空気の流出は、エンクロージャの反対側の適切なコネクタにより、ボディ用クッション３０に送られる。制御バルブ２６および２８はそれぞれ、コントローラ回路が設けられるＰＣボード２４０に電気的に接続される。さらにここでは、説明を分かりやすくするために、エンクロージャ内ならびにエンクロージャの内部および外部への電気的／電子的接続部（ワイヤ）が省略されている。バルブ操作の制御は、バルブの開閉を割合を監視して、本システムの動作に関連する全体のバルブノイズを低減する。さらに、ステッパモータの制御は、制御信号のエラーチェック手段のような電流の監視を含む。３つのステッパバルブのコントローラエンクロージャのＰＣボードは本質的に同じであり、設置されている間は、動的にアドレスが割り振られるためネットワーク上で識別される。本システムのネットワークの分配処理構造により、革新的な方法でシステムの個別のノード／コントローラの電源を入れて駆動できる。これにより、システムの初めの設置および後のメンテナンスの双方が非常に容易になる。操作の診断モードは、分配ネットワークの３つの態様を容易にする。

ここで、図１０乃至１３を参照して、本発明のマットレス交換システムに関連するクッションの構造および構成を説明する。図１０Ａおよび１０Ｂは、本発明のシステムのボディ用クッション３０の通常の構造を示している。図１で示したように、ボディ用クッションは通常、２つのインタリーブチャンバにより構成され、寝たきりの患者の周知の治療として、空気流をクッションに交互に送る。これらのチャンバは通常、クッションに平行に横断するように走っているボックス型チャネルで構成されている。ボディ用クッション３０の上面が図１０Ａに示されており、織物の継ぎ目（fabric seam）のようなインタリーブチャネルの構成を示している。空気流入口コネクタ２１６および２１８は、図１０Ｂ（クッションの下側面）に示されており、ここでは、当該コネクタは整列され、前述したように、制御インタレイヤの対応する接続部に接続される。

ボディ用クッション３０の構造は、空気ロスが高いおよび／または低い多くの異なる織物からなり、一般に本分野で知られているように、空気注入システムの空気流の「流出」を提供する。クッションは通常、「裏返し」にして縫製した後に、縫い目の開口部分を介して「表面を出す」ことにより作れられる（図１０Ａに示す）。本発明のマットレスクッションは、前述したように縫製され、または従来技術のようなＲＦ（高周波）により溶接される。完成したクッションは、適切なジッパ（または同様の取り付け手段）により、マットレス交換システムの位置で、マットレス交換システムのエンクロージャ材上の対応するジッパ構成部材（または同様の取り付け手段）に保持される。

図１１Ａおよび１１Ｂは、フット用クッション４２の構造を開示しており、ボディ用クッション３０と同様に、２つのインタリーブチャンバで構成されている。空気流コネクタ２２０および２２２が図１１Ｂ（クッションの底面の図）に示されている。フット用クッション４２を作る技術は、前述したボディ用クッション３０と同じである。

図１２Ａおよび１２Ｂは、ボディ用クッション３０とフット用クッション４２の構造と異なるヘッド用クッション３６の構造を開示している。ヘッド用クッション３６は、チャンバの圧力を変更するように設計されておらず、このため、図１２Ｂ（クッションの底面）に示す単一の空気流入口コネクタ２１４を具える単一のチャンバで構成されている。平行な「チャネル」は、クッションの形状をフラットに維持するために、図１２Ａに示すクッションのように縫製または一体化されるが、これらの「チャネル」の内部に空気流が供給され、一体化した内部チャンバが作られる。

ここで図１３を参照して、赤外線センサによるクッションの赤外線照射の測定を容易にする、赤外線反射面が一体化されたクッションの内部構造の一例を簡潔に説明する。このクッション構造の例では、クッション２５０は、ボックス形状の織物のエンベロップ２５６および上面２５２で作られており、分かりやすくするためにこの分解図では分離して示されている。この構造において重要で特徴的な形状は、クッション内に形成されたボックス形状の特定の内側面のうちの赤外線表面２５４ａ、２５４ｂ、および２５４ｃ（本技術分野では様々な変更例が知られている）の配置である。これにより、クッションの個別の部分が、赤外線照射の的になり（これにより、システムが、空気の注入をさらに必要としているクッション部分をいっそう特定できる）、クッションの赤外線照射された部分の「クロストーク」を妨げるのに役立つ。これらの特徴は、以下により詳細に説明する赤外線センサの定期的なポーリング方法と組合せた場合、注入された空気の圧力の変更が必要なクッションの部分をより正確に示すの利用される。図１３に示すクッション２５０のチャンバ構造は、図１０乃至１２に示すチャンバ構造と幾分異なるが、ボックス型チャネルの内部ウォールに戦略的に配置された赤外線反射面の原理は容易に応用できる。

図１４は、本発明のシステムの典型的な赤外線トランスミッタ／センサデバイスの詳細な平面図である。赤外線デバイスの図の対象は、赤外線トランスミッタまたは赤外線センサのいずれかとして機能するように構成された単一の構造である。コントロールインタレイヤのエンベロップ材２１０内のウィンドウ１３５に配置された赤外線トランスミッタ１３４が、図１４に例示されている。トランスミッタ１３４は、インタレイヤエンベロップ材に縫製または溶接可能な（ポリウレタンなどの）柔軟なポリマーシート材で作られたポケット２６０に配置される。ポケット２６０は、赤外線トランスミッタ１３４が保持および配置される大きさである。クロージャ材２６２は、ポケット２６０の開口を横切るように配置され、ポケット内にデバイスを保持する。好適な例では、クロージャ２６２は、通常、赤外線トランスミッタの構造が防水性のエンクロージャであるように、防水性を有する必要はない。フックおよびループタイプの部材は、クロージャ手段２６２に適した構造である。

赤外線トランスミッタ／センサ１３４は、関連するクッションチャンバに送られる赤外線照射を透過する少なくとも一つの面を有する射出成型された硬質のプラスチックエンクロージャを具えてもよい。赤外線ＬＥＤ２７４および／または赤外線センサ２７６が配置されたＰＣボード２７２は、硬質なプラスチックエンクロージャ内に配置される。本発明のシステムとともに使用される好適な多くの赤外線光源（通常は、ソリッドステイトＬＥＤデバイス）および赤外線センサは商業的に利用可能である。好適な実施例で利用する赤外線センサに接続される回路は、出力の線形領域（通常は飽和領域）でセンサを動作させるように作られ、自動利得調整を具え、センサを線形領域に入れる。この方法により、より精密で直接的な照射レベルとセンサ出力の相関関係が実現する。この方法は特に、従来の方法で見落とされていた監視されるマットレスクッションチャンバのより小さな変化（照射レベルの小さな変化）にとって重要である。

さらに、光ファイバを本発明の好適な実施例で使用して、受信および監視される赤外線の周波数帯域を制限する。この帯域幅の制限により、前述したように光学自動利得調整によりセンサを出力の線形領域に入れることができる。

前述した赤外線トランスミッタを駆動するシステムの回路は、デバイスを一斉に動作させるが、代替的な方法により、トランスミッタを動作させ、バンク内の対応するセンサをポーリングしてチャンバ間の「クロストーク」の影響をさらに防ぐだろう。隣接するチャンバに同時に送られるセンサ／トランスミッタペアの同時のポーリングを避けることにより、このようなクロストーク（異なるトランスミッタ／センサペアのセンサにより取得されるトランスミッタからの光）を削減または取り除くことができる。

ここで図１５を参照して、本発明のシステムが、赤外線チャンバ内の赤外線照射の測定を利用して、いつチャンバの高さが減少し、当該チャンバに注入された空気の圧力の増加が許可され、チャンバが持ち上げられたかを判定する方法を説明する。図１５はまた、本発明のシステムのブラッダ構成部材の層状構成を示している。マットレス交換システムは、動作原理を元の設備の製造設計に容易に応用できるが、既存の病院のベッド構造等に設置することを意図している。交換した状態では、システムが、システムエンベロップ２１０により部分的に囲まれるＭＲＳブラッダ７２を具える。交換式ブラッダも同様にエンベロップ２１０に囲まれ、好適な実施例では、エンベロップ２１０に一体化されたサブエンベロップ内に配置および保持される。様々な構成部材およびサブエンベロップを必要に応じてエンベロップ２１０内に作り、様々なブラッダ、制御構成部材、ケーブル、および空気流導管を配置および保持してもよい。これらの構成部材はともに縫製または溶接され、またはジッパまたはフックおよびループ取り付け面により、取り外し可能に互いを取り付ける部材で構成してもよい。エンベロップに縫い付けられ、バックルおよび紐により固定されたストラップを利用して、システムの様々な構成部材を適切な位置に配置および保持してもよい。

さらに、本システムの制御インタレイヤが、マットレスシステムの中心を通るベッドの端から端までの断面図として図１５に示されている。この配置では、ボディ用クッション３０は、クッションの片側に配置された赤外線トランスミッタ１３４と、反対側に配置された赤外線センサ１１８とを有する。（赤外線トランスミッタを駆動する回路を具える）マットレスコントローラ１０６が示されており、（ボディ用クッション３０の膨らみに関連する）ステッパバルブコントローラ１０８が示されている。フォームインタレイヤコア材２１２もまた、この断面図に示されている。システムの外部構成部材、すなわち、ディスプレイ１０１を有する送風ボックス１０および主要な空気流導管２８０が、破線で示されており、これらはマットレス交換システムに関連するベッドに配置される。

赤外線センサシステムの操作は、単に一連の赤外光のサイトビームの遮断を測定するとは対照的に、チャンバ内の照射レベルを測定するように構成されている。従って、赤外線トランスミッタおよび赤外線センサの方向は、他に対して一方向ではなく、むしろチャンバ全体に向いている。図１５に示すクッション３０内の光路（クッション３０のベッドを横断する１以上のボックス型チャネル内）は、チャンバ内の赤外光の方向、分散、および内部反射を示し、最終的に赤外線センサで受ける。これにより、クッションの上側の平面のほんの僅かな変更によってセンサが受ける照射レベルが減少するのが分かる。肘による圧力または他の集中的な圧力がクッションの外側面にかかった場合などに生じる平面の大きな変化は、センサが受ける照射レベル全体に、より大きな変化をもたらす。この方法では、表面の変化の範囲および「底上げ」の危険性をより精密に判断できる。前述のコントローラ、赤外線センサのバンクと当該コントローラの直接接続、および空気注入バルブと当該コントローラの直接接続は、マットレスシステムの特定の部分の空気注入圧力の増加（または減少）の必要性に対し、より迅速および適切に応答するよう構成されている。

最後に図１６を参照して、本発明のシステムを標準的な病院のベッド等に設置する方法を説明する。この図では、ベッド２９０は、本発明の送風ボックスエンクロージャ１０に設置および配置されるフットボードパネル２８４で構成されている。マットレス交換システム２８２は、標準的なマットレスを配置するのと同じ方法でベッド２９０に配置される。クランプ２８６は、送風ボックスがフットボードパネル２８４に保持および固定できる調整可能な方法で、送風ボックス１０に接続された硬質のパネルである。送風ボックスエンクロージャ１０は、ベッドに配置またはベッドから取り外すのを容易にする人間工学に基づくハンドル２８８を具える。主要な空気流導管は、マットレスシステム２８２のインタレイヤに設けられたマニホールド２２（図示せず）に送風ボックス１０を接続する。前述したように、必須の電気的／電子的ケーブルと、送風ボックスと制御インタレイヤ間の接続部は、主要な空気流導管の構造内に組み込まれており、追加の接続部の必要性を取り除く。好適な実施例では、空気流導管２８０は、システムのバランスから送風ボックス迅速に分離できるクイックディスコネクトカップリング２８１を具える。電力コード２９２は、必要な交流電力を供給し、本発明のシステムの電気的および電子的な構成部材総てを駆動する。

また図１６には、近距離の（低電力）ＲＦ信号により、システムに組み込まれた様々なコントローラデバイスと通信するように構成された無線データ通信デバイスが示されている。様々なキャリブレーション、管理、パラメータ設定等を行うには、本発明のマイクロコントローラにプログラムする必要があり、このような近距離データ通信デバイスを利用して様々なコントローラの設定を変更する手段を提供することは有利である。図８および９に示すコントローラエンクロージャに関連して説明したＰＣボードは、近距離のハンドヘルドユニットにより、このようなデータの受信および送信を可能にするのに必要な無線通信受信回路を具える。本発明の好適な実施例で使用されるネットワークプロトコル（ＣＡＮプロトコル）は、ハンドヘルドユニットをネットワーク上の個別の識別されたノードとすることにより、無線機能に利用してもよい。ハンドヘルドユニットは、個別のコントローラにプログラムされたパラメータをリセットし、監視される様々な圧力および温度変化や、無線センサによるクッションの変位測定に応じて、コントローラのパフォーマンスに関する長時間のヒストリカルデータを受信およびダウンロードしてもよい。

本発明は前述の好適な実施例の観点から説明されているが、この説明はただの例示であり、本発明の限定する意図ではない。当業者であれば、特定の従来の患者をサポートする構造または病院のベッドの構成を適応させる本発明の変更例が明らかであろう。従来のベッド構造に伴う大きさや構成におけるこのような変更は、本発明の意図および目的から逸脱しない。

図１は、本発明の実施例に関連する空気を流す構成部材、導管、および接続部の概略的なブロック図である。 図２は、本発明のシステム全体の主要な空気を流す接続部と、主要な電気信号接続部双方の概略的なブロック図である。 図３は、本発明のマットレスブロック図の詳細な（システムレベルの）電子的な概略図と、センサ信号構成部材を示している。 図４は、本発明のマットレスコントローラならびに関連するドライバおよび入力の詳細な（コントローラレベルの）電子的な概略ブロック図である。 図５は、本発明のステッパバルブコントローラ（クッション制御）の構成部材の詳細な（コントローラレベルの）電子的な概略ブロック図である。 図６は、本発明のマットレスシステムのインタレイヤコントローラの底面の斜視図である。 図７は、本発明のマットレスシステムのインタレイヤコントローラの底面の平面図である。 図８は、本発明のシステムのマットレスコントローラエンクロージャの詳細な斜視図である。 図９は、本発明のシステムのステッパバルブ（クッション）コントローラの詳細な斜視図である。 図１０Ａおよび１０Ｂは、本発明のシステムのボディ用クッションマットレス構成部材の斜視図（上部および下部）である。 図１１Ａおよび１１Ｂは、本発明のシステムのフット用クッションマットレス構成部材の斜視図（上部および下部）である。 図１２Ａおよび１２Ｂは、本発明のシステムのヘッド用クッションマットレス構成部材の斜視図（上部および下部）である。 図１３は、本発明のシステムのボディ用クッションマットレス構成部材の代替的な実施例の分解斜視図であり、赤外線反射面の配置を示している。 図１４は、本発明のシステムの無線受信／送信（すなわち、センサ／エミッタ）構成部材の詳細な平面図である。 図１５は、本発明のシステムのマットレス、センサ、および制御構成部材の概略的な断面図である。 図１６は、通常の病院のベッドフレームに設置された本発明のシステムの斜視図である。

Claims (4)

1. 患者のサポートを制御する患者サポートシステムであって、
   多数の空気注入式チャンバを有するマットレスと、
   前記多数の空気注入式チャンバの表面近くに配置された多数のトランスミッタと、
   前記多数の空気注入式チャンバの表面近くに配置された多数のトランシーバと、
   互いに通信し、また前記多数のトランスミッタおよび前記多数のレシーバと通信する多数のコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）ノードを有するネットワークとを具えており、前記マットレスの多数の空気注入式チャンバが、
   第１の空気注入式チャンバを有するヘッド部と、
   第２の空気注入式チャンバと第３の空気注入式チャンバとが交互に配置されたボディ部と、
   第４の空気注入式チャンバと第５の空気注入式チャンバとが交互に配置されたフット部とを具え、前記ヘッド部、ボディ部、およびフット部が、これらに取り付けられる少なくとも一つの制御バルブを具えており、
   前記多数のトランスミッタのうちの一つが、前記多数のレシーバのうちの一つとペアにされ、少なくとも一つのペアが、少なくとも一つの空気注入式チャンバに接続され、各ペアが、光エネルギを交互交換的に送信および受信するように設定され、前記交互交換は、各ペアがチャンバの変更とほぼ同時に光エネルギを送信および受信し、隣接するチャンバのペアは、ほぼ同時には光エネルギを送信および受信しないことを特徴とする患者サポートシステム。
2. 請求項１に記載の患者サポートシステムにおいて、前記ネットワークが、動的アドレッシングシステムを具えることを特徴とする患者サポートシステム。
3. 請求項２に記載の患者サポートシステムにおいて、前記動的アドレッシングシステムが、前記コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）ノードに電力を順次に供給するよう構成された順次的なパワーアップ処理を含むことを特徴とする患者サポートシステム。
4. 請求項１に記載の患者サポートシステムであって、前記マットレスの前記多数の空気注入式チャンバおよび前記ネットワークと通信する加圧流体の供給源を具え、前記供給源は、前記多数のレシーバの少なくとも一つにより受信されるデータにより、前記多数の空気注入式チャンバの膨らみを制御するように操作可能であることを特徴とする患者サポートシステム。

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