JP6578688B2 - 生体情報検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、被験者の生体情報を検出し、被験者の状態を判定する生体情報検知装置に関する。

圧力センサを用いて生体情報を検出する手法が提案されている。例えば、特許文献１には、寝具の上に複数の圧力センサからなる体圧分布センサを配置し、就寝者の体圧分布に基づいて就寝者の体の部位を特定するとともに、呼吸や心拍などの生体情報を検出することを記載している。

特開２０１４−１５１０４２号公報

特許文献１の圧力センサはいわゆるパッシブ駆動であり、センサ数が少ない。このため、被験者の身体の一部における体圧分布を検出することはできるが、体圧分布の全体像を取得することが難しい。また、この圧力センサで被験者の身体全体の圧力を検出しようとすると、低精細な体圧分布しか得ることができないため、得られた生体情報が身体のどの部位の情報であるかを特定することが困難となる。

また、パッシブ駆動の圧力センサはセンシングスピードが遅いため、同時に身体の異なる部位の測定をすることが難しい。

本発明は、より多数の圧力センサを用いて高速なセンシングを行うことにより、身体の異なる部位の生体情報を同時に取得して被験者の状態を判定することが可能な生体情報検知装置を提供することを主な目的とする。

本発明の１つの観点では、生体情報検知装置は、トランジスタによりアクティブ駆動される複数の圧力センサを有し、被験者の身体との接触領域を検出するセンサシートと、前記接触領域の形状及び前記接触領域における圧力分布に基づいて、前記被験者の姿勢を推定する推定手段と、前記推定手段により推定された前記被験者の姿勢が仰臥位又は伏臥位であるときに、前記被験者の心臓に対応する前記接触領域における圧力の時間的な変化に基づいて、前記被験者の心拍を検出する心拍検出手段と、前記接触領域における圧力の時間的な変化に基づいて、前記被験者の身体の異なる複数の部位における脈拍を同時に検出する脈拍検出手段と、前記脈拍検出手段により検出された複数の部位における脈拍を相互に比較し、身体の状態を判定する判定手段と、を備える。

上記の生体情報検知装置は、被験者に接触させるセンサシートにより被験者の身体との接触領域を検出する。センサシートは、トランジスタによりアクティブ駆動される複数の圧力センサを有するので、被験者の全身の圧力を同時に検出することができる。推定手段は、接触領域の形状及び接触領域における圧力分布に基づいて、被験者の姿勢を推定する。心拍検出手段は、推定手段により推定された被験者の姿勢が仰臥位又は伏臥位であるときに、被験者の心臓に対応する接触領域における圧力の時間的な変化に基づいて、被験者の心拍を検出する。被験者が仰臥位又は伏臥位にある状態で測定することにより、心拍の検出精度を上げることができる。さらに、上記の生体情報検知装置は、接触領域における圧力の時間的な変化に基づいて、被験者の身体の異なる複数の部位における脈拍を同時に検出する脈拍検出手段と、脈拍検出手段により検出された複数の部位における脈拍を相互に比較し、身体の状態を判定する判定手段と、を備える。これにより、不整脈の原因となる部位を特定することが可能となる。

上記の生体情報検知装置の他の一態様では、前記判定手段は、前記心拍と前記複数の部位における脈拍とを比較する。これによっても、不整脈の原因となる部位を特定することが可能となる。

上記の生体情報検知装置の他の一態様は、前記接触領域における圧力の時間的な変化に基づいて、前記被験者の身体の異なる複数の部位における呼吸を同時に検出する呼吸検出手段、を備え、前記判定手段は、前記呼吸検出手段により検出された複数の部位における呼吸を相互に比較し、身体の状態を判定する。これにより、被験者の呼吸の異常を判定することができる。

好適な例では、前記センサシートは、前記トランジスタ及び前記圧力センサを含む圧力センサ層と、前記圧力センサ層を挟む一対の保護層と、を備える。

実施形態に係る生体情報検知装置の外観を示す斜視図である。 生体情報検知装置の機能構成を示すブロック図である。 センサシートの層構成を示す図である。 被験者の体圧分布の測定例を示す。 被験者の脈拍の判定処理のフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。

［装置構成］
図１は、実施形態に係る生体情報検知装置の構成を示す。生体情報検知装置１は、被験者の生体情報を検出するものであり、大別してセンサシート２０と、端末装置３とを備える。センサシート２０と端末装置３とはケーブル２７により接続される。センサシート２０は例えば被験者のベッドの上に設置され、検査の際には被験者はセンサシート２０の上で各種の姿勢をとる。

図２は、生体情報検知装置１の機能構成を示す。端末装置３は、例えばＰＣなどのコンピュータ装置であり、制御部３１、記憶部３２、表示部３３を備える。

センサシート２０は、平坦な矩形のシートであり、ＴＦＴを利用した圧力センサが縦横に配置されている。センサシート２０は、ケーブル２７を通じて端末装置３の制御部３１と接続されている。センサシート２０は、センサシート２０の全面における圧力を検出し、被験者の体圧分布を示すデータ（以下、「体圧分布データ」と呼ぶ。）を制御ユニット２５へ出力する。具体的に、体圧分布データは、センサシート２０の面上における位置座標（センサシート面に規定されるＸ／Ｙ座標）毎の圧力値により構成される。

制御部３１は、ＣＰＵなどにより構成され、端末装置３全体を制御する。記憶部３２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリなどにより構成され、制御部３１がセンサシート２０から受信した体圧分布データを記憶するとともに、制御部３１が各種の処理を行う際のワークメモリとして機能する。なお、制御部３１は本発明の心拍検出手段、脈拍検出手段、呼吸検出手段、判定手段、推定手段の一例である。

表示部３３は液晶ディスプレイなどにより構成され、記憶部３２に記憶された体圧分布データに基づいて被験者の体圧分布画像を表示する。また、表示部３３は、後述する判定処理による判定結果などを表示する。

図３は、センサシート２０の層構成を示す。センサシート２０は、図中の上側から、保護層２１、圧力センサ層２２、保護層２３を備える。

圧力センサ層２２は、複数の圧力センサをセンサシート２０の全面に配置し、それらをＯＴＦＴ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）によりアクティブ駆動するものである。ＯＴＦＴを用いたアクティブ駆動とすることにより、センサシート２０の全面に渡って多数のセンサを配置することができるとともに、多数のセンサを高速で駆動することにより高速センシングが可能となる。

保護層２１は、センサシート２０の表面を保護するための層であり、フィルム、スポンジ、もしくはシート状の樹脂、ゴム、布、紙、金属箔、ガラスなどにより形成される。保護層２３は、センサシート２０の裏面を保護するための層であり、保護層２１と同様にフィルム、スポンジ、もしくはシート状の樹脂、ゴム、布、紙、金属箔、ガラスなどにより形成される。

［生体情報の検知方法］
図４は、被験者７がセンサシート２０上に仰臥している状態を模式的に示す。なお、センサシート２０は実際にはベッドなどの上に配置されるが、その図示は省略している。また、センサシート２０の位置はマットレスの上であっても下であってもよく、シーツの上であっても下であっても良い。センサシート２０により、被験者の体圧分布４０が得られる。センサシート２０は被験者の全身の体圧を同時に検出することができる。また、センサシート２０は上述のようにＴＦＴを用いてアクティブ駆動されるので、被験者の全身の体圧分布を高精細に検出することができる。得られた高精細の体圧分布、及び、その時間的な変化に基づいて、以下の情報を得ることができる。

（被験者の姿勢）
まず、図４に示すような全身の体圧分布に基づいて、被験者の姿勢を検出することができる。一般的に、被験者の姿勢に応じて体圧分布の輪郭や圧力値の分布に特徴が表れるので、制御部３１は得られた体圧分布に基づいて被験者の姿勢を判定する。

例えば、仰臥位（あおむけ）及び伏臥位（うつぶせ）の場合には、一定値以上の圧力を有する部位として、被験者の頭、左右の腕、左右の足などが検出される。仰臥位と伏臥位とでは、臀部、足のかかとなどの圧力分布が異なるので、両者を区別することができる。また、後述するように体圧分布から心拍を検出することができるので、被験者の心臓の位置がわかる。心臓の位置が左右のいずれにあるかにより、仰臥位と伏臥位とを区別することができる。

また、左側臥位と右側臥位では、基本的に左右の腕、足の一方のみが検出されるので、これにより仰臥位、伏臥位と区別することができる。さらに、腕の位置や方向、頭の形、足のかかとの位置などに基づいて、左仰臥位と右仰臥位とを区別することができる。

（心拍）
体圧分布に基づいて、心臓に対応する領域の圧力値の時間的な変化を分析することにより、心拍（数）を検出することができる。なお、体圧分布に基づいて上記のように被験者の姿勢を判定し、被験者が仰臥位又は伏臥位にある状態で測定することにより検出精度を上げることができる。心拍を検出することにより、不整脈の検査が可能となる。

（脈拍）
体圧分布に基づいて、身体の各部位に対応する領域の圧力値の時間的な変化を分析することにより、身体の異なる部位の脈拍（数）を検出することができる。具体的には、頭、胸、左右の腕、左右の足などにおける脈拍を個別に検出することができる。また、上記のように全身の体圧分布を同時に得られるので、これら異なる部位の脈拍を同時に検出することができる。同時に検出された異なる個所の脈拍を比較することにより、脈拍が他の部位と一致しない個所がわかり、不整脈の原因場所を特定することができる。

（呼吸）
体圧分布に基づいて、胸部、腹部に対応する領域の圧力値の時間的な変化を分析することにより、呼吸を検出することができる。胸部と腹部の呼吸を同時に検出して比較することにより呼吸の異常を判定することができる。

［判定処理］
次に、上記のようにして検出された生体情報を利用した判定処理の例について説明する。

（脈拍判定処理）
図５は、脈拍の判定処理のフローチャートである。この処理は、端末装置３の制御部３１により実行される。

まず、制御部３１は、センサシート２０から被験者の一定時間にわたる体圧分布を取得し（ステップＳ１０）、体圧分布における脈拍を測定すべき複数の部位（例えば、頭、胸、左右の腕、左右の足）を特定する（ステップＳ１１）。次に、制御部３１は、これら複数の部位における脈拍を検出し（ステップＳ１２）、それらが一致するか否かを判定する（ステップＳ１３）。

複数の部位の脈拍が一致する場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、制御部３１は脈拍が正常であると判定し（ステップＳ１４）、その旨を出力する。例えば、表示部３３に「正常」と表示したり、正常な場合の音を出力したりする。

一方、複数の部位の脈拍が一致しない場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、制御部３１は脈拍が一致しない部位を特定した上で脈拍が異常であると判定し（ステップＳ１５）、その旨を出力する。例えば、表示部３３に「左腕の脈拍が異常です」などと表示する。こうして処理は終了する。

なお、上記の例では、身体の複数の部位の脈拍を比較しているが、これに加えて心拍を比較してもよい。即ち、心拍と、身体の各部位の脈拍とが一致しているか否かを判定することとしてもよい。

（床ずれ防止処理）
被験者の体圧分布を継続的に検出することにより、被験者の姿勢が変化していないことを検出することができる。具体的には、制御部３１はセンサシート２０から得られた体圧分布の変化を観察し、一定時間以上にわたり体圧分布に変化又は大きな変化が現れない場合、その旨を表示部３３への表示などにより出力する。これにより、ナースが被験者の病室へ行き、被験者の姿勢を変えるなどして床ずれを防止することができる。

［変形例］
上記の実施形態では、センサシート２０をベッドなどに設置し、被験者の下に敷いて被験者の体圧を検出している。その代わりに、センサシート２０を被験者の上にかぶせてもよい。この場合、被験者の下に敷いた場合に比べて検出される圧力値は小さくなるが、心拍、脈拍、呼吸などは圧力値の比較的小さな変化に基づいて検出することができる。また、センサシート２０上に布団を乗せるなどして、ある程度の圧力を検出できるようにしてもよい。さらには、２枚のセンサシート２０を被験者の上下に配置して生体情報を検出することにより、検出精度を上げるようにしてもよい。

１ 生体情報検知装置
３ 端末装置
２０ センサシート
２１、２３ 保護層
２２ 圧力センサ層
３１ 制御部
３２ 記憶部
３３ 表示部

Claims (4)

1. トランジスタによりアクティブ駆動される複数の圧力センサを有し、被験者の身体との接触領域を検出するセンサシートと、
   前記接触領域の形状及び前記接触領域における圧力分布に基づいて、前記被験者の姿勢を推定する推定手段と、
   前記推定手段により推定された前記被験者の姿勢が仰臥位又は伏臥位であるときに、前記被験者の心臓に対応する前記接触領域における圧力の時間的な変化に基づいて、前記被験者の心拍を検出する心拍検出手段と、
   前記接触領域における圧力の時間的な変化に基づいて、前記被験者の身体の異なる複数の部位における脈拍を同時に検出する脈拍検出手段と、
   前記脈拍検出手段により検出された複数の部位における脈拍を相互に比較し、身体の状態を判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする生体情報検知装置。
2. 前記判定手段は、前記心拍と前記複数の部位における脈拍とを比較することを特徴とする請求項１に記載の生体情報検知装置。
3. 前記接触領域における圧力の時間的な変化に基づいて、前記被験者の身体の異なる複数の部位における呼吸を同時に検出する呼吸検出手段、を備え、
   前記判定手段は、前記呼吸検出手段により検出された複数の部位における呼吸を相互に比較し、身体の状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の生体情報検知装置。
4. 前記センサシートは、前記トランジスタ及び前記圧力センサを含む圧力センサ層と、前記圧力センサ層を挟む一対の保護層と、を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の生体情報検知装置。