JP6666940B2 - 体動判定システム及びベッドシステム - Google Patents

Description

本発明は、荷重検出器の検出値に基づいてベッド上の被験者の体動の有無を判定する体動判定システムに関する。

医療や介護の分野において、荷重検出器を介してベッド上の被験者の荷重を検出し、検出した荷重に基づいて被験者の状態を判定することが提案されている。具体的には例えば、検出した荷重に基づいて被験者の体動の有無を判定することが提案されている。

特許文献１は、ベッドの脚の下に配置した荷重センサからの検出値に基づいて、ベッド上の利用者の体動レベルを段階的に判定する体動レベル判定装置を開示している。特許文献２は、ベッドの脚の下に配置した荷重センサの検出結果に基づいて、ベッド上の人に体動があったことを判定することのできる睡眠判定装置及び寝返り検出装置を開示している。

特開２０１４−１９５５４３号公報 特許第５９９８５５９号明細書

本発明は、ベッド上の被験者に体動が生じているか否かを、荷重検出器の検出値に基づいてより高精度に判定することのできる体動判定システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、
ベッド上の被験者の体動の有無を判定する体動判定システムであって、
複数の荷重検出器であって、各々が前記ベッド上の被験者の荷重を検出する複数の荷重検出器と、
前記複数の荷重検出器の各々により検出された前記被験者の荷重の時間的変動に基づいて前記被験者の呼吸波形を求める呼吸波形取得部と、
前記複数の荷重検出器の少なくとも１つにより検出された前記被験者の荷重の時間的変動の標準偏差と第１閾値との比較に基づいて前記被験者の体動の有無を判定する体動判定部とを備え、
前記体動判定部は、前記比較に用いる前記標準偏差を前記呼吸波形の振幅により補償する体動判定システムが提供される。

第１の態様の体動判定システムにおいて、前記体動判定部は、前記被験者の体動の有無の判定を行う時点における前記呼吸波形の最新のピークと、当該最新のピークの１つ前のピークとに基づいて求められる前記呼吸波形の最新の振幅により、前記比較に用いる前記標準偏差を補償してもよい。

第１の態様の体動判定システムにおいて、前記体動判定部は、前記呼吸波形の前記最新の振幅と、当該最新の振幅が求められた時点の直前の期間における前記呼吸波形の少なくとも１つの振幅との平均値により、前記比較に用いる前記標準偏差を補償してもよい。

第１の態様の体動判定システムにおいて、前記体動判定部は、前記被験者に体動が有ると判定した後は、前記被験者に体動が有ると判定した時点における前記最新の振幅を用いた前記標準偏差の補償を継続してもよい。

第１の態様の体動判定システムにおいて、前記補償は、前記標準偏差を前記呼吸波形の前記振幅により除することにより行われてもよい。

第１の態様の体動判定システムにおいて、前記複数の荷重検出器は、第１荷重検出器、第２荷重検出器、第３荷重検出器、第４荷重検出器を含んでもよく、第１荷重検出器により検出された前記被験者の荷重の時間的変動の第１標準偏差をσ_１、第２荷重検出器により検出された前記被験者の荷重の時間的変動の第２標準偏差をσ_２、第３荷重検出器により検出された前記被験者の荷重の時間的変動の第３標準偏差をσ_３、第４荷重検出器により検出された前記被験者の荷重の時間的変動の第４標準偏差をσ_４、前記平均値をＡ_ＡＶｎとして、前記体動判定部は、σ_１／Ａ_ＡＶｎ、σ_２／Ａ_ＡＶｎ、σ_３／Ａ_ＡＶｎ、及びσ_４／Ａ_ＡＶｎの単純平均値と第１閾値との比較に基づいて前記被験者の体動の有無を判定してもよい。

第１の態様の体動判定システムにおいて、前記体動判定部は、前記標準偏差が所定値以下である期間を前記被験者が呼吸のみを行っている安静期間であると決定してもよく、前記比較に用いる前記標準偏差を、前記安静期間における前記呼吸波形の前記振幅により補償してもよい。

第１の態様の体動判定システムは、前記荷重検出器の検出値の非負値化平均値を算出する非負値化平均値算出部と、前記被験者が呼吸のみを行っている安静期間に算出された前記非負値化平均値に基づいて、前記被験者の体動の有無の判定に用いる第２閾値を設定する閾値設定部とを更に備えてもよく、前記体動判定部は、前記標準偏差と第２閾値との比較に基づいて前記被験者の体動の有無を判定し、当該判定により前記被験者に体動がないと判定した後に、前記標準偏差と第１閾値との比較に基づいて前記被験者の体動の有無を判定するように構成されていてもよく、且つ、第１閾値との比較に用いる前記標準偏差を、前記標準偏差と第２閾値との比較に基づく判定により前記被験者に体動がないと判定された期間における前記呼吸波形の前記振幅により補償してもよい。

本発明の第２の態様に従えば、
ベッドと、
第１の態様の体動判定システムとを備えるベッドシステムが提供される。

本発明の体動判定システムは、ベッド上の被験者に体動が生じているか否かを、荷重検出器の検出値に基づいてより高精度に判定することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る体動判定システムの構成を示すブロック図である。 図２は、荷重検出器のベッドに対する配置を示す説明図である。 図３は、体動判定システムを用いた体動判定方法を示すフローチャートである。 図４は、荷重検出器により検出された荷重値の変動の様子を、被験者が呼吸のみを行っている安静期間と、被験者が体動を行っている期間の両方について示す概略的なグラフである。 図５（ａ）は、被験者の重心が、被験者の呼吸に応じて被験者の体軸方向に振動する様子を概念的に示す説明図である。図５（ｂ）は、被験者の呼吸に応じた被験者の重心の振動に基づいて描画される呼吸波形の一例を示すグラフである。 図６は、体動判定部における体動判定の具体的方法の一例を説明するための説明図である。 図７は、参考形態に係る生体状態モニタリングシステムの構成を示すブロック図である。 図８は、参考形態の生体状態モニタリングシステムを用いた生体状態のモニタリング方法を示すフローチャートである。 図９は、参考形態の生体状態モニタリングシステムが有する体動判定部の具体的な構成を示すブロック図である。 図１０は、参考形態の生体状態モニタリングシステムが有する体動判定部が行う体動判定工程の手順を示すフローチャートである。 図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、被験者の呼吸のみに応じて変動する荷重検出器の検出値について、その所定期間の非負値化平均値を求める方法を説明するための説明図である。図１１（ａ）は非負値化処理を行う前の検出値の変動の様子を概略的に示すグラフであり、図１１（ｂ）は非負値化処理を行った後の検出値の変動の様子を概略的に示すグラフである。 図１２は、被験者の呼吸に応じた荷重検出器の検出値の変動の大きさ（標準偏差）と、被験者の小さな体動に応じた荷重検出器の検出値の変動の大きさ（標準偏差）とを、呼吸振幅の小さい被験者、呼吸振幅が平均的である被験者、呼吸振幅の大きい被験者のそれぞれについて概略的に示すグラフである。 図１３は、変形例に係るベッドシステムの全体構成を示すブロック図である。

本発明の実施形態の体動判定システム１００（図１）について、これをベッドＢＤ（図２）と共に使用して、ベッドＢＤ上の被験者Ｓの体動の有無を判定する場合を例として説明する。

図１に示す通り、本実施形態の体動判定システム１００は、荷重検出部１、制御部３、記憶部４を主に有する。荷重検出部１と制御部３とは、Ａ／Ｄ変換部２を介して接続されている。制御部３には更に表示部５、報知部６、入力部７が接続されている。

荷重検出部１は、４つの荷重検出器１１、１２、１３、１４を備える。荷重検出器１１、１２、１３、１４のそれぞれは、例えばビーム形のロードセルを用いて荷重を検出する荷重検出器である。このような荷重検出器は例えば、特許第４８２９０２０号や特許第４００２９０５号に記載されている。荷重検出器１１、１２、１３、１４はそれぞれ、配線又は無線によりＡ／Ｄ変換部２に接続されている。

図２に示す通り、荷重検出部１の４つの荷重検出器１１〜１４は、被験者Ｓが使用するベッドＢＤの四隅の脚ＢＬ_１、ＢＬ_２、ＢＬ_３、ＢＬ_４の下端部に取り付けられたキャスターＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４の下にそれぞれ配置される。

Ａ／Ｄ変換部２は、荷重検出部１からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備え、荷重検出部１と制御部３にそれぞれ配線又は無線で接続されている。

制御部３は、専用又は汎用のコンピュータであり、内部に標準偏差算出部３１、呼吸波形描画部（呼吸波形算出部、呼吸波形取得部）３２、体動判定部３３が構築されている。

記憶部４は、体動判定システム１００において使用されるデータを記憶する記憶装置であり、例えばハードディスク（磁気ディスク）を用いることができる。

表示部５は、制御部３から出力される情報を体動判定システム１００の使用者に表示する液晶モニター等のモニターである。

報知部６は、制御部３からの情報に基づいて所定の報知を聴覚的に行う装置、例えばスピーカを備える。

入力部７は、制御部３に対して所定の入力を行うためのインターフェイスであり、キーボード及びマウスにし得る。

このような体動判定システム１００を使用して、ベッド上の被験者の体動の有無を判定する動作について説明する。

体動判定システム１００を使用した被験者の体動の有無の判定は、図３のフローチャートに示す通り、被験者Ｓの荷重を検出する荷重検出工程Ｓ１１と、検出した荷重の変動の程度を示す標準偏差を算出する標準偏差算出工程Ｓ１２と、検出した荷重に基づいて被験者の呼吸波形を描画する呼吸波形描画工程Ｓ１３と、標準偏差算出工程Ｓ１２で求めた標準偏差及び呼吸波形描画工程Ｓ１３で描いた呼吸波形の振幅を用いて被験者の体動判定を行う体動判定工程Ｓ１４と、体動判定の結果を表示する表示工程Ｓ１５とを含む。

［荷重検出工程］
荷重検出工程Ｓ１１では、荷重検出器１１、１２、１３、１４を用いてベッドＢＤ上の被験者Ｓの荷重を検出する。ベッドＢＤ上の被験者Ｓの荷重は、ベッドＢＤの四隅の脚ＢＬ_１〜ＢＬ_４の下に配置された荷重検出器１１〜１４に分散して付与され、これらによって分散して検出される。

荷重検出器１１〜１４はそれぞれ、荷重（荷重変化）を検出してアナログ信号としてＡ／Ｄ変換部２に出力する。Ａ／Ｄ変換部２は、サンプリング周期を例えば５ミリ秒として、アナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号（以下「荷重信号」）として制御部３に出力する。以下では、荷重検出器１１、１２、１３、１４から出力されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換部２においてデジタル変換して得られる荷重信号を、それぞれ荷重信号ｓ_１、ｓ_２、ｓ_３、ｓ_４と呼ぶ。

［標準偏差算出工程］
標準偏差算出工程Ｓ１２では、標準偏差算出部３１が、荷重信号ｓ_１、ｓ_２、ｓ_３、ｓ_４の各々について、その所定のサンプリング期間（一例として５秒間）に含まれるサンプリング値の標準偏差（移動標準偏差）σ_１、σ_２、σ_３、σ_４を算出する。算出は常時行われ得る。

標準偏差は、サンプリング値のばらつきの大きさを表わすため、図４に示すように、ベッドＢＤ上の被験者Ｓが安静にしており、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４の変動の量が小さい期間Ｐ_１においては標準偏差σ_１〜σ_４も小さくなる。一方で被験者Ｓが身体を動かしており（被験者Ｓに体動が生じており）、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４の変動の量が大きい期間Ｐ_２においては標準偏差σ_１〜σ_４も大きくなる。

したがって、被験者Ｓに体動が生じている期間においては、被験者Ｓに体動が生じていない期間に比べて標準偏差σ_１〜σ_４の値が大きくなる。

本明細書及び本発明において「体動」とは、被験者の頭部、胴部（体幹）、四肢の移動を意味する。呼吸や心拍等に伴う臓器、血管等の移動は体動には含まれない。体動は、一例として、被験者Ｓの胴部（体幹）の移動を伴う大きな体動と、被験者の四肢や頭部の移動のみを伴う小さな体動とに分類し得る。大きな体動の一例は、寝返りや起き上がり等であり、小さな体動の一例は、睡眠中の手足や頭部の移動等である。被験者に心拍や呼吸、体動が生じた場合には、これに応じて荷重検出器１１〜１４からの荷重信号ｓ_１〜ｓ_４が変動する。その変動の量は、被験者Ｓの心拍に応じた変動の量、被験者Ｓの呼吸に応じた変動の量、被験者Ｓの小さな体動に応じた変動の量、被験者Ｓの大きな体動に応じた変動の量の順に大きくなる。

なお、本明細書及び本発明に記載する被験者の体動判定において、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４の、被験者Ｓの心拍に応じた変動の量は無視できるほどに小さい。そのため、本明細書及び本発明において、「被験者が呼吸のみを行う」や、荷重値、荷重信号が「呼吸のみに応じて変動する」とは、被験者が体動を行っていないことや、荷重値、荷重信号が体動に応じた変動を示していないことを意味し、被験者に心拍が生じていないことや、荷重値、荷重信号が心拍に応じた変動を含んでいないことを意味するものではない。

［呼吸波形描画工程］
呼吸波形描画工程Ｓ１３では、呼吸波形描画部（呼吸波形算出部、呼吸波形取得部）３２が、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４に基づいて被験者Ｓの呼吸波形を描画する。

人間の呼吸は、胸郭及び横隔膜を移動させて、肺を膨張及び収縮させることにより行われる。ここで吸気時、すなわち肺が膨張する時には横隔膜は下方に下がり、内臓も下方に移動する。一方で呼気時、すなわち肺が収縮する時には横隔膜は上方に上がり、内臓も上方に移動する。本件の出願人に付与された特許第６１０５７０３号の明細書に記載されている通り、この内臓移動に伴って重心Ｇはわずかに移動し、その移動方向は背骨の延在方向（体軸方向）にほぼ沿っている。

本発明及び本明細書において「呼吸波形」とは、被験者の呼吸に応じて被験者の体軸方向に振動する被験者の重心の振動の様子を、時間軸に展開して示す波形を意味する。呼吸波形の１周期は、被験者の１回の呼吸（呼気及び吸気）に対応する。呼吸波形の振幅は、被験者の体格や呼吸の深さの影響を受ける。具体的には例えば、被験者が大柄であったり、被験者が深い呼吸を行った場合には振幅は大きくなり、被験者が小柄であったり、被験者が浅い呼吸を行った場合には振幅は小さくなる。

呼吸波形描画部３２は、具体的には次のようにして呼吸波形の描画を行う。

呼吸波形描画部３２は、まず、荷重検出部１からの荷重信号ｓ_１〜ｓ_４に基づいて、各サンプリング時刻ごとに被験者Ｓの重心Ｇの位置を算出する。被験者Ｓの重心Ｇは、図５（ａ）に示すように、被験者Ｓの呼吸に応じて、被験者Ｓの体軸ＳＡの方向に振動している。

呼吸波形描画部３２は、次いで、体軸ＳＡの方向を縦軸、時間軸を横軸として、各時間における重心Ｇの位置を体軸ＳＡに投影した位置と、重心Ｇの呼吸に応じた振動の振動中心との間の距離を縦軸にプロットすることにより、呼吸波形ＢＷ（図５（ｂ））を描画する。

なお、呼吸波形描画部３２は、必ずしも実際に呼吸波形を描画する必要はなく、呼吸波形を示すデータを求めるのみでもよい。

［体動判定工程］
体動判定工程Ｓ１４では、体動判定部３３が、標準偏差算出工程Ｓ１２で算出した標準偏差σ_１〜σ_４と、呼吸波形描画工程Ｓ１３で描画した呼吸波形ＢＷの振幅とを用いて、被験者Ｓに体動が生じているか否かの判定を行う。

判定は、具体的には例えば、次のように行う。

体動判定部３３は、まず、呼吸波形描画工程Ｓ１３において描画された呼吸波形ＢＷについてピーク検出を行い、最新のピークｐ_ｎとその１つ前のピークｐ_ｎ−１との間の期間における最小値と、最新のピークｐ_ｎとの間の差を、呼吸波形ＢＷの最新の振幅Ａ_ｎ（図５（ｂ））として算出する。そして、振幅Ａ_ｎと、振幅Ａ_ｎよりも以前に算出された振幅Ａ_ｎ−１、Ａ_ｎ−２、・・・の単純平均値である平均振幅Ａ_ＡＶｎを求める。平均振幅Ａ_ＡＶｎの算出に用いる振幅Ａ_ｎの数は任意であるが、一例として５秒程度のサンプリング期間に得られる数とし得る。

なお、振幅Ａ_ｎ、Ａ_ｎ−１、Ａ_ｎ−２、・・・、及び平均振幅Ａ_ＡＶｎの算出に関わる呼吸波形ＢＷが、安静期間（被験者が体動を生ずることなく呼吸のみを行っている期間）に得られた呼吸波形であることを確認するために（即ち、体動に応じた重心移動に起因する誤差を含んでいないことを確認するために）、標準偏差σ_１〜σ_４の単純平均値σ_ＡＶ、或いは標準偏差σ_１〜σ_４のいずれか１つを、閾値σ_０と比較してもよい。閾値σ_０は単純平均値σ_ＡＶ、或いは標準偏差σ_１〜σ_４のいずれか１つがこの値未満であれば確実に被験者Ｓに体動は生じていないと判定し得るほど小さな値とする（反対に、単純平均値σ_ＡＶ、或いは標準偏差σ_１〜σ_４のいずれか１つがこの値以上であっても、被験者Ｓに体動は生じていない場合があり得る）。

次に、体動判定部３３は、下記の（式１）により、規格化標準偏差σｓ_１〜σｓ_４を求める。

そして、算出した規格化標準偏差σｓ_１〜σｓ_４の単純平均値σｓ_ＡＶを求め、単純平均値σｓ_ＡＶと所定の閾値σｓ_ＴＨとの比較に基づいて、被験者Ｓに体動が生じているか否かを判定する。具体的には例えば、単純平均値σｓ_ＡＶが所定の閾値σｓ_ＴＨ以上であれば被験者Ｓに体動が生じていると判定し、単純平均値σｓ_ＡＶが所定の閾値σｓ_ＴＨ未満であれば被験者Ｓに体動が生じていないと判定する。

被験者Ｓに体動が生じていないと判定されている期間については、体動判定部３３は、呼吸波形描画部３２において取得される呼吸波形ＢＷに基づいて、呼吸波形ＢＷの１周期ごとに、最新の振幅Ａ_ｎを算出する。そして、算出した最新の振幅Ａ_ｎの値を用いて新たに算出した平均振幅Ａ_ＡＶｎと、各サンプリング時刻ごとに（一例として５ミリ秒ごとに）算出される標準偏差σ_１〜σ_４の値とを用いて、（式１）により、逐次、規格化標準偏差σｓ_１〜σｓ_４を算出し、単純平均値σｓ_ＡＶを算出する。

被験者Ｓの体動の有無の判定は、このようにして逐次算出される単純平均値σｓ_ＡＶを、所定の閾値σｓ_ＴＨと逐次比較することによりなされる。

判定の結果、被験者Ｓに体動が生じたと判定された後は、体動判定部３３は、平均振幅Ａ_ＡＶｎの更新を停止し、その時点で算出されている平均振幅Ａ_ＡＶｎを用いた単純平均値σｓ_ＡＶの算出を続ける。そして算出された単純平均値σｓ_ＡＶと所定の閾値σｓ_ＴＨとの比較に基づいて、被験者Ｓの体動の有無の判定を続ける。これは、被験者Ｓに体動が生じている期間においては、呼吸波形ＢＷの振幅及び周期が体動の影響により大きく変動し、新たな振幅Ａ_ｎ、及び平均振幅Ａ_ＡＶｎを誤差なく算出することが困難となるためである。

次に、再度、被験者Ｓに体動がないと判定した場合には、体動判定部３３は、呼吸波形描画部３２において取得される呼吸波形ＢＷに基づいて、最新の振幅Ａ_ｎの値を算出し、これを用いて新たに平均振幅Ａ_ＡＶｎを算出する。そして、最新の平均振幅Ａ_ＡＶｎを用いた単純平均値σｓ_ＡＶの算出を行い、算出された単純平均値σｓ_ＡＶと所定の閾値σｓ_ＴＨとの比較に基づいて、被験者Ｓの体動の有無の判定を続ける。

この工程の具体例を、図６を用いて説明する。

図６に示すように、時刻ｔ_１において呼吸波形ＢＷのピークｐ_１、最新の振幅Ａ_１が得られた場合、体動判定部３３は、時刻ｔ_１以降の期間については、振幅Ａ_１とその直前に得られた振幅Ａ_０、Ａ_−１・・・（いずれも不図示）の単純平均値である平均振幅Ａ_ＡＶ１を用いて、逐次規格化標準偏差σｓ_１〜σｓ_４、及び単純平均値σｓ_ＡＶ（ここでは、σｓ_ＡＶ（Ａ_ＡＶ１）と記載する）を算出し、単純平均値σｓ_ＡＶ（Ａ_ＡＶ１）と閾値σｓ_ＴＨとの比較に基づき、被験者Ｓの体動の有無を判定する。

次に、時刻ｔ_２において呼吸波形ＢＷのピークｐ_２、最新の振幅Ａ_２が得られた場合、体動判定部３３は、時刻ｔ_２以降の期間については、振幅Ａ_２を用いて算出した平均振幅Ａ_ＡＶ２を用いて、逐次規格化標準偏差σｓ_１〜σｓ_４、及び単純平均値σｓ_ＡＶ（ここでは、σｓ_ＡＶ（Ａ_ＡＶ２）と記載する）を算出し、単純平均値σｓ_ＡＶ（Ａ_ＡＶ２）と閾値σｓ_ＴＨとの比較に基づき、被験者Ｓの体動の有無を判定する。

時刻ｔ_２１において、被験者Ｓに体動が生じた場合、体動判定部３３は、単純平均値σｓ_ＡＶ（Ａ_ＡＶ２）が閾値σｓ_ＴＨ以上となることに基づいて、被験者Ｓに体動が生じたと判定する。そしてその後、単純平均値σｓ_ＡＶ（Ａ_ＡＶ２）が閾値σｓ_ＴＨ以上である期間については、単純平均値σｓ_ＡＶ（Ａ_ＡＶ２）を用いた体動判定を継続する。

時刻ｔ_２２において、被験者Ｓの体動が収まった場合、体動判定部３３は、単純平均値σｓ_ＡＶ（Ａ_ＡＶ２）が閾値σｓ_ＴＨ未満となることに基づいて、被験者Ｓに体動は生じていないと判定する。その後、再び呼吸波形ＢＷの最新の振幅Ａ_ｎが得られ、最新の平均振幅Ａ_ＡＶｎが算出されるまで、単純平均値σｓ_ＡＶ（Ａ_ＡＶ２）を用いた体動判定を継続する。

体動判定部３３が、呼吸波形の振幅Ａ_ｎ（平均振幅Ａ_ＡＶｎ）用いて標準偏差σ_１〜σ_４の値の規格化を行うのは次の理由による。

上述した通り、標準偏差σ_１〜σ_４の値は、一般に被験者Ｓに体動が生じている期間に大きくなる。そのため、標準偏差σ_１〜σ_４の値を所定の閾値と比較することにより被験者Ｓに体動が生じているか否かの判定を行うことが考えられる。

しかしながら、本発明の発明者の知見によれば、標準偏差σ_１〜σ_４の値は、体格の大きい被験者においては、呼吸に応じた臓器の移動量も大きいため、体動を生じることなく呼吸のみを行っている期間においても比較的大きな値となり得る。また、被験者の体格が大きくない場合においても、例えば当該被験者が深呼吸を行った際には、比較的大きな値となり得る。標準偏差σ_１〜σ_４の値を所定の閾値と比較することにより体動判定を行えば、このような場合に、被験者に体動が生じていないにもかかわらず、被験者に体動が生じたとの誤判定がなされ得る。

一方で、呼吸波形に着目すると、呼吸波形の振幅は、上記の通り、被験者の体格や呼吸の深さの影響を受け、被験者が大柄であったり、被験者が深い呼吸を行った場合には振幅は大きくなり、被験者が小柄であったり、被験者が浅い呼吸を行った場合には振幅は小さくなる。

即ち、標準偏差σ_１〜σ_４の値を呼吸波形ＢＷの平均振幅Ａ_ＡＶｎで除して、規格化を行うことにより、被験者Ｓの体格や呼吸の深さが標準偏差σ_１〜σ_４の値に及ぼす影響を軽減（補償、補正）することができる。そして、このような規格化により得られた規格化標準偏差σｓ_１〜σｓ_４を用いた体動判定を行うことにより、体動判定の精度を高めることができる。

［表示工程］
表示工程Ｓ１５においては、制御部３が、体動判定工程Ｓ１４の判定結果を、表示部５に表示する。また表示工程Ｓ１５では、表示部５を用いた表示に加えて、又はこれに代えて、報知部６を用いた報知を行っても良い。この場合は例えば、被験者Ｓに体動が生じた時に報知音を発し、体動の発生を体動判定システム１００の使用者である看護師や介護士等に報せる。

本実施形態の体動判定システム１００の効果を以下にまとめる。

本実施形態の体動判定システム１００は、標準偏差σ_１〜σ_４の値を呼吸波形ＢＷの平均振幅Ａ_ＡＶｎにより規格化して補償（補正）した規格化標準偏差σｓ_１〜σｓ_４の単純平均値σｓ_ＡＶを用いて体動判定を行っている。したがって、被験者Ｓの呼吸の深さの変化や、身体的特徴が標準偏差σ_１〜σ_４の値、ひいては体動判定に与える影響が軽減されており、判定の精度が高い。

本実施形態の体動判定システム１００は、被験者Ｓの体動判定を行う時点の直前の期間に被験者Ｓが行った呼吸に基づいて、呼吸波形ＢＷの平均振幅Ａ_ＡＶｎを算出し、これを用いて標準偏差σ_１〜σ_４の値を規格化している。このように、標準偏差σ_１〜σ_４の値を規格化を、被験者Ｓの実際の呼吸状態を反映して高精度に行うため、体動判定の精度も高い。また、平均振幅Ａ_ＡＶｎによる規格化を行っているため、呼吸波形ＢＷの振幅Ａ_ｎに何らかの原因で異常値が生じた場合も、当該異常値が判定に与える影響が軽減される。

本実施形態の体動判定システム１００は、ベッドＢＤの脚ＢＬ_１〜ＢＬ_４の下に配置した荷重検出器１１〜１４を用いて被験者Ｓの体動の有無を判定している。したがって、被験者Ｓの身体に計測装置を取り付ける必要がなく、被験者Ｓに不快感や違和感を与えることがない。

［変形例］
上記実施形態の体動判定システム１００において、次の変形態様を採用することもできる。

上記実施形態の体動判定システム１００においては、標準偏差σ_１〜σ_４を呼吸波形ＢＷの平均振幅Ａ_ＡＶｎで除することにより標準偏差σ_１〜σ_４の規格化を行い、被験者Ｓの体格や呼吸の深さが標準偏差σ_１〜σ_４の値に及ぼす影響を軽減（補償、補正）していたが、呼吸波形ＢＷの振幅を用いた補償（補正）の方法はこれには限られない。具体的には例えば、呼吸波形ＢＷの最新の振幅Ａ_ｎで除することにより標準偏差σ_１〜σ_４の規格化を行ってもよい。

なお、呼吸波形ＢＷの振幅を用いて標準偏差σ_１〜σ_４を補償した後に、補償後の値を閾値と比較する代わりに、呼吸波形ＢＷの振幅を用いて閾値を補償し、標準偏差σ_１〜σ_４と補償後の閾値とを比較することもできる。具体的には例えば、上記実施形態においては、標準偏差σ_１〜σ_４を平均振幅Ａ_ＡＶｎで除する代わりに、所定の閾値にＡ_ＡＶｎを乗じることにより、所望の補償（補正）を行うことが出来る。このように、両者は実質的に等価であり、比較に用いる標準偏差と閾値のいずれの値を呼吸波形の振幅により補償（補正）するかは適宜選択し得る。本明細書及び本発明においては、「標準偏差を呼吸波形の振幅により補償する」との文言は、閾値を呼吸波形の振幅により補償することも含むものとする。

上記実施形態の体動判定システム１００においては、規格化標準偏差σｓ_１〜σｓ_４の単純平均値σｓ_ＡＶを閾値σｓ_ＴＨと比較して体動判定を行っていたが、規格化標準偏差σｓ_１〜σｓ_４の少なくとも１つと閾値との比較、規格化標準偏差σｓ_１〜σｓ_４の少なくとも２つ以上の単純平均値と閾値との比較、規格化標準偏差σｓ_１〜σｓ_４の少なくとも２つ以上の合計値と閾値との比較等により体動判定を行うこともできる。

また、上記実施形態の体動判定システム１００においては、標準偏差に代えて、標準偏差の二乗である分散を用いることもできる。分散を呼吸波形の振幅で規格化する場合には、分散を呼吸波形の振幅の二乗で除してもよい。したがって本明細書及び本発明において、標準偏差は分散も含むものとする。

体動判定部３３は、体動判定に用いる閾値にヒステリシスを持たせても良い。具体的には例えば、第１の閾値と、これよりも大きい第２の閾値を設定しておき、被験者Ｓに体動が生じていないと判定されている状況下においては、単純平均値σｓ_ＡＶが第２の閾値以上となるまで、被験者Ｓに体動が生じたと判定しない。一方で、被験者Ｓに体動が生じていると判定されている状況下においては、単純平均値σｓ_ＡＶが第２の閾値未満となっても被験者Ｓに体動が生じていないとは判定せず、単純平均値σｓ_ＡＶが第１の閾値未満となった時点で、被験者Ｓに体動が生じていないと判定する。

＜参考形態＞
参考形態の体動判定システム、及び当該体動判定システムを含む生体状態モニタリングシステム２００（図７）について、これをベッドＢＤ（図２）と共に使用して、ベッドＢＤ上の被験者Ｓの体動の有無を判定し、呼吸数を推定する場合を例として説明する。

以下の説明においては、直方形のベッドＢＤ（図２）の中心を中心Ｏとして、中心Ｏを通りベッドＢＤの短手（幅方向）に延びる軸をベッドＢＤのＸ軸とし、中心Ｏを通りベッドＢＤの長手（長さ方向、上下方向）に延びる軸をベッドＢＤのＹ軸とする。ベッドＢＤの平面視において、ベッドＢＤの中心Ｏの右側をＸ軸の正側、左側をＸ軸の負側とし、ベッドＢＤの中心Ｏの上側をＹ軸の正側、下側をＹ軸の負側とする。被験者ＳがベッドＢＤ上に横たわる場合は、一般にＹ軸に沿って横たわり、Ｙ軸方向の正側に頭部を置き、負側に脚部を置く。

図７に示す通り、本参考形態の生体状態モニタリングシステム２００の構成は、制御部３の内部に、標準偏差算出部３１、呼吸波形描画部３２、体動判定部３３に代えて、体動判定部３４、及び呼吸数算出部３５が構築されている他は、上記実施形態の体動判定システム１００と同じである。

なお、上記の構成を有する生体状態モニタリングシステム２００の内、制御部３の呼吸数算出部３５を除いた部分が、本参考形態の体動判定システムに相当する。

このような生体状態モニタリングシステム２００を使用して、ベッド上の被験者の生体状態（体動の有無、呼吸数）をモニタする動作について説明する。

生体状態モニタリングシステム２００を使用した被験者の生体状態のモニタは、図８のフローチャートに示す通り、被験者の荷重を検出する荷重検出工程Ｓ２１と、検出した荷重に基づいて被験者の体動の有無を判定する体動判定工程Ｓ２２と、被験者の体動の有無を参酌して被験者の呼吸数を算出する呼吸数算出工程Ｓ２３と、体動判定工程Ｓ２２の判定結果及び／又は呼吸数算出工程Ｓ２３の算出結果を表示する表示工程Ｓ２４とを含む。

［荷重検出工程］
荷重検出工程Ｓ２１の内容は、上記の実施形態の体動判定システム１００において行われる荷重検出工程Ｓ１１の内容と同一である。

［体動判定工程］
体動判定工程Ｓ２２では、体動判定部３４が、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４の少なくとも１つを用いて、被験者Ｓの体動の有無を判定する。

体動判定部３４は、図９に示すように、直流成分除去部３４１、標準偏差算出部３４２、非負値化平均値算出部３４３、安静期間決定部３４４、閾値設定部３４５、判定部３４６を含む。

体動判定工程Ｓ２２は、図１０に示すように、直流成分除去工程Ｓ２２１、安静期間決定工程Ｓ２２２、閾値設定工程Ｓ２２３、判定工程Ｓ２２４を含む。

体動判定工程Ｓ２２において、体動判定部３４は、まず、直流成分除去部３４１を用いて荷重信号ｓ_１〜ｓ_４の各々から直流成分を除去する直流成分除去工程Ｓ２２１を行う。直流成分の除去は、具体的には例えば、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４の各々について所定期間（一例として１５秒間）の移動平均を求め、求めた移動平均を荷重信号ｓ_１〜ｓ_４の各サンプリング値から除去することにより行う。

以下では、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４から直流成分を除去して得られた信号を、それぞれ、荷重信号ｓｃ_１〜ｓｃ_４と記載する。

続く安静期間決定工程Ｓ２２２、閾値設定工程Ｓ２２３、判定工程Ｓ２２４は、直流成分除去工程Ｓ２２１において得られた荷重信号ｓｃ_１〜ｓｃ_４を用いて実行される。

体動判定部３４は、安静期間決定工程Ｓ２２２、閾値設定工程Ｓ２２３、判定工程Ｓ２２４を実行する前提として、標準偏差算出部３４２における標準偏差σの算出、及び非負値化平均値算出部３４３における非負値化平均値μの算出を、常時実行している。

標準偏差算出部３４２は、直流成分除去工程Ｓ２２１において得られた荷重信号ｓｃ_１〜ｓｃ_４の各々について、その所定のサンプリング期間（一例として５秒間）に含まれるサンプリング値の標準偏差σ_１〜σ_４を常時算出する。

標準偏差算出部３４２において算出される標準偏差σ_１〜σ_４は、安静期間決定工程Ｓ２２２における安静期間（被験者が体動を生ずることなく呼吸のみを行っている期間）の決定や、判定工程Ｓ２２４における被験者Ｓの体動の有無の判定に用いられる（詳細後述）。

非負値化平均値算出部３４３は、直流成分除去工程Ｓ２２１において得られた荷重信号ｓｃ_１〜ｓｃ_４の各々について、その所定のサンプリング期間（一例として５秒間）に含まれる各サンプリング値Ｗ_１１〜Ｗ_１４の非負値化平均値μ_１〜μ_４を常時算出する。

非負値化平均値の算出方法について、安静期間内に出力された荷重信号ｓｃ_１について、５秒間のサンプリング期間の非負値化平均値μ_１を算出する場合を例として説明する。

図１１（ａ）に示す通り、荷重信号ｓｃ_１は、安静期間においては、被験者Ｓの呼吸のみに応じて振動している（前述の通り、心拍に応じた振動成分も含んでいるが微小であるため無視している）。非負値化平均値算出部３４３は、このような荷重信号ｓｃ_１において、まず当該サンプリング期間に含まれるサンプリング値Ｗ_１１の最小値である最小サンプリング値Ｗ_ｍｉｎ（負値）を特定する。そして、特定した最小サンプリング値Ｗ_ｍｉｎを、サンプリング期間内の各サンプリング値Ｗ_１１から差し引いて非負値化する（図１１（ｂ））。

非負値化平均値算出部３４３は、次いで、非負値化した各サンプリング値Ｗ_１１の平均値を算出し、非負値化平均値μ_１を得る。荷重信号ｓｃ_２〜ｓｃ_４についての非負値化平均値μ_２〜μ_４も同様にして算出される。

安静期間に得られた非負値化平均値μ_１〜μ_４は、被験者Ｓの呼吸に応じた荷重変動の振幅が大きければ大きな値となり、被験者Ｓの呼吸に応じた荷重変動の振幅が小さければ小さな値となる。

非負値化平均算出部３４３において算出される非負値化平均値μ_１〜μ_４は、閾値設定工程Ｓ２２３における閾値σ_ｔｈの設定に用いられる（詳細後述）。

図１０のフローチャートに戻ると、体動判定部３４は、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４（及び／又は荷重信号ｓｃ_１〜ｓｃ_４）の増加等により、新たな被験者ＳがベッドＢＤ上に着いたと判定した場合に、安静期間決定部３４４により安静期間決定工程Ｓ２２２を実行し、被験者Ｓが安静期間（被験者が体動を生ずることなく呼吸のみを行っている期間）にあることの決定を行う。この決定は、具体的には例えば、標準偏差算出部３４２において算出される標準偏差σ_１〜σ_４の任意の一つが、所定の閾値σ_０（上記実施形態の体動判定システム１００で用いた閾値σ_０と同一であってよい）よりも小さいか否かを判定することにより行う。

前述の通り、標準偏差σ_１〜σ_４は、荷重信号ｓｃ_１〜ｓｃ_４の変動の量が小さい期間において小さく、荷重信号ｓｃ_１〜ｓｃ_４の変動の量が大きい期間において大きい。そのため、被験者Ｓが体動を生ずることなく呼吸のみを行っている安静期間（一例として、図４の期間Ｐ_１）においては標準偏差σ_１〜σ_４はいずれも小さな値となる。そのため、閾値σ_０として十分に小さい値を設定しておけば、標準偏差σ_１〜σ_４の任意の一つが閾値σ_０となった場合に、被験者Ｓが安静期間にあると決定することができる。

なお、後述する通り、安静期間に、呼吸に応じた荷重信号の変動の量がどの程度まで小さくなるかについては個人差があるため、被験者によっては、体動を生じず呼吸のみを行っている安静期間においても、標準偏差σ_１〜σ_４が閾値σ_０よりも大きい値に維持される場合があり得る。その場合は、例えば、標準偏差σ_１〜σ_４が所定期間（例えば５〜１０秒）を越えて閾値σ_０よりもやや大きい一定の値に保たれていることをもって、被験者が安静期間にあると決定し得る。呼吸は一定のリズムで生じるのが一般的であるため、標準偏差σ_１〜σ_４が所定期間にわたってある程度小さい一定値であれば、当該値が閾値σ_０よりも多少大きくても、その期間が安静期間に該当する可能性が高い。

体動判定部３４は、安静期間決定工程Ｓ２２２において被験者Ｓが安静期間にあると決定された場合に、閾値設定部３４５により、閾値設定工程Ｓ２２３を実行する。

閾値設定工程Ｓ２２３において、閾値設定部３４５は、被験者Ｓの呼吸振幅の大きさを推定し、推定した呼吸振幅の大きさに基づいて、判定工程Ｓ２２４で用いる閾値σ_ｔｈを設定する。

被験者Ｓの呼吸振幅とは、被験者Ｓの呼吸に応じた被験者Ｓの重心Ｇの振動の振幅を意味する。即ち、呼吸振幅は、上記実施形態の体動判定システム１００で算出される呼吸波形ＢＷの振幅Ａ_ｎに等しい。

閾値設定部３４５は、安静期間決定工程Ｓ２２２において決定された安静期間に非負値化平均値算出部３４３が算出した非負値化平均値μ_１〜μ_４の任意の一つを選び、選んだ値の大きさに応じて、被験者Ｓの呼吸振幅の大きさを推定する。安静期間における非負値化平均値μ_１〜μ_４が大きい（小さい）場合は、被験者Ｓの呼吸に応じた荷重信号ｓ_１〜ｓ_４、ｓｃ_１〜ｓｃ_４の振動の振幅が大きい（小さい）といえるため、被験者Ｓの呼吸振幅も大きい（小さい）と推定する。

閾値設定部３４５は、次に、推定した被験者Ｓの呼吸振幅の大きさに基づいて、判定工程Ｓ２２４で用いる閾値σ_ｔｈを設定する。具体的には例えば、推定した呼吸振幅の大きさが所定の閾値μ_ｔｈよりも大きい場合には、閾値σ_ｔｈを第１の閾値σ_ｔｈ１に設定し、推定した呼吸振幅の大きさが所定の閾値μ_ｔｈよりも小さい場合には、閾値σ_ｔｈを第２の閾値σ_ｔｈ２（＜σ_ｔｈ１）に設定する。このように被験者Ｓの呼吸振幅の大きさに応じて閾値σ_ｔｈの大きさを変更する理由は後述する。
なお、呼吸振幅の大きさを推定することなく、算出した非負値化平均値μ_１〜μ_４の任意の一つ（選択非負値化平均値μ_ｓ）を、所定の閾値μ_ｔｈと比較し、μ_ｓが閾値μ_ｔｈよりも大きい場合に閾値σ_ｔｈを第１の閾値σ_ｔｈ１に設定し、μ_ｓが閾値μ_ｔｈよりも小さい場合に閾値σ_ｔｈを第２の閾値σ_ｔｈ２（＜σ_ｔｈ１）に設定してもよい。この場合も、実質的には被験者Ｓの呼吸振幅の大きさに基づく閾値σ_ｔｈの設定がなされる。

その後、体動判定部３４は、判定部３４６により、設定した閾値σ_ｔｈを用いて判定工程Ｓ２２４を実行し、被験者Ｓに体動が生じているか否かの判定を行う。体動判定部３４は、被験者ＳがベッドＢＤから離床するまで閾値σ_ｔｈを使い続けるものとして、以降は、安静期間決定工程Ｓ２２２、閾値設定工程Ｓ２２３を行うことなく、判定工程Ｓ２２４のみを実行してもよい。

被験者Ｓに体動が生じているか否かの判定は、具体的には例えば、標準偏差算出部３４２が常時算出する、荷重信号ｓｃ_１〜ｓｃ_４の標準偏差σ_１〜σ_４の内のいずれか一つ（以下、「選択標準偏差σ_ＳＥ」と呼ぶ）を、閾値設定工程Ｓ２２３において設定した閾値σ_ｔｈと比較することにより行う。

被験者Ｓに体動が生じている期間においては、荷重信号ｓｃ_１〜ｓｃ_４の変動の量は大きくなり、標準偏差σ_１〜σ_４、ひいては選択標準偏差σ_ＳＥも大きくなる（一例として、図４の期間Ｐ_２）。したがって、選択標準偏差σ_ＳＥを設定した閾値σ_ｔｈ（即ち、σ_ｔｈ１又はσ_ｔｈ２）と比較し、選択標準偏差σ_ＳＥが閾値σ_ｔｈよりも大きくなった場合に、被験者Ｓに体動が生じていると判定する。

ここで、本参考形態の体動判定部３４が、被験者Ｓの呼吸振幅の大きさを参酌して、被験者Ｓごとに異なる閾値σ_ｔｈを設定する理由は次の通りである。

前述の通り、荷重検出器１１〜１４からの荷重信号ｓ_１〜ｓ_４は、被験者Ｓの心拍、呼吸、及び体動に応じて変動するが、その変動の量は、被験者Ｓの身体的な特徴（身長、体重、体脂肪率、筋肉量、等々）などに応じて変化する。そして本発明の発明者の知見によれば、呼吸に応じた荷重変動の量（呼吸振幅の大きさ）と体動に応じた荷重変動の量との間にはある程度の相関関係が存在する。

この様子を概略的に示すグラフが図１２である。図１２において、白丸は、被験者Ｓの呼吸に応じて示され得る荷重変動の量（図１２においては標準偏差で表している）の上限値（呼吸変動上限値ＢＬ_ｍａｘ）を示し、黒丸は、被験者の体動（小さな体動）に応じて示され得る荷重変動の量の下限値（体動変動下限値ＢＤ_ｍｉｎ）を示す。

図１２に示す通り、呼吸振幅の小さい被験者Ｓ_Ｓの呼吸変動上限値ＢＬ_ｍａｘ及び体動変動下限値ＢＤ_ｍｉｎは、それぞれ、呼吸振幅が平均的である被験者Ｓ_Ｍの呼吸変動上限値ＢＬ_ｍａｘ及び体動変動下限値ＢＤ_ｍｉｎよりも小さい。一方で、呼吸振幅の大きい被験者Ｓ_Ｌの呼吸変動上限値ＢＬ_ｍａｘ及び体動変動下限値ＢＤ_ｍｉｎは、それぞれ、呼吸振幅が平均的である被験者Ｓ_Ｍの呼吸変動上限値ＢＬ_ｍａｘ及び体動変動下限値ＢＤ_ｍｉｎよりも大きい。

ここで、本発明の発明者の知見によれば、図１２に示す通り、呼吸振幅の大きい被験者Ｓ_Ｌの呼吸変動上限値ＢＬ_ｍａｘが、呼吸振幅の小さい被験者Ｓ_Ｓの体動変動下限値ＢＤ_ｍｉｎよりも大きくなる場合がある。そのため、呼吸振幅の小さい被験者Ｓ_Ｓについての体動判定と、呼吸振幅の大きい被験者Ｓ_Ｌについての体動判定を、単一の閾値のみを用いて高精度に行うことは難しい。

すなわち、仮に呼吸振幅の大きい被験者Ｓ_Ｌについての体動判定を正確に行えるように、被験者Ｓ_Ｌの呼吸変動上限値ＢＬ_ｍａｘよりも大きく、被験者Ｓ_Ｌの体動変動下限値ＢＤ_ｍｉｎよりも小さい閾値σ_ｔｈ１（図１２）を用いると、被験者Ｓ_Ｌの体動判定は正確に行うことが出来るが、呼吸振幅の小さい被験者Ｓ_Ｓについては、被験者Ｓ_Ｓにわずかな体動が生じている場合に、体動を生じていないとの誤判定がなされる恐れがある。

反対に、仮に呼吸振幅の小さい被験者Ｓ_Ｓについての体動判定を正確に行えるように、被験者Ｓ_Ｓの呼吸変動上限値ＢＬ_ｍａｘよりも大きく、被験者Ｓ_Ｓの体動変動下限値ＢＤ_ｍｉｎよりも小さい閾値σ_ｔｈ２（図１２）を用いると、被験者Ｓ_Ｓの体動判定は正確に行うことが出来るが、呼吸レベルの大きい被験者Ｓ_Ｌについては、被験者Ｓ_Ｌが呼吸のみを行っている場合に、体動を生じているとの誤判定がなされる恐れがある。

そこで、本参考形態の生体状態モニタリングシステム２００においては、被験者Ｓの呼吸振幅の大きさに基づいて、被験者Ｓに応じた閾値σ_ｔｈを設定し、設定した閾値σ_ｔｈを用いて、被験者Ｓの体動の有無を判定する。これにより、呼吸振幅の大きさが異なる複数の被験者Ｓの各々の体動の有無を、高精度に判定することができる。

［呼吸数算出工程］
呼吸数算出工程Ｓ２３では、呼吸数算出部３５が、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４の少なくとも一つに基づいて、被験者Ｓの呼吸数を算出する。

呼吸数算出部３５による被験者Ｓの呼吸数の算出は、具体的には例えば、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４（又は荷重信号ｓｃ_１〜ｓｃ_４）の少なくとも一つについてフーリエ解析を行い、呼吸に相当する周波数帯域（人間の呼吸は１分間に約１２〜２０回程度行われるため、約０．２Ｈｚ〜約０．３３Ｈｚである）に現れるピーク周波数を特定することにより行う。特定したピーク周波数より、その期間における被験者Ｓの呼吸数を算出（推定）できる。

また、被験者Ｓに体動が生じている期間（一例として、図４の期間Ｐ_２）においては、被験者Ｓが呼吸のみを行っている期間（一例として、図４の期間Ｐ_１）とは異なり、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４、ｓｃ_１〜ｓｃ_４は、被験者Ｓの呼吸に応じた振動とは異なる周波数で振動している（或いは、振動を示していない）。そのため、このような期間に得られた荷重信号ｓ_１〜ｓ_４、ｓｃ_１〜ｓｃ_４にフーリエ解析を適用しても、被験者Ｓの呼吸数を正確に算出することは難しい。

従って、本参考形態の呼吸数算出部３５は、体動判定部３４の判定結果に基づいて、被験者Ｓに体動が生じている期間については、呼吸数の算出を停止する。この期間の呼吸数については、当該期間の前後の期間の呼吸数に基づく推定値を出力してもよく、或いは呼吸数が不明である旨を出力してもよい。

［表示工程］
表示工程Ｓ２４においては、制御部３が、体動判定工程Ｓ２２の判定結果、及び／又は呼吸数算出工程Ｓ２３の算出結果を、表示部５に表示する。また表示工程Ｓ２４では、表示部５を用いた表示に加えて、又はこれに代えて、報知部６を用いた報知を行っても良い。この場合は例えば、被験者Ｓに体動が生じた時に報知音を発し、体動の発生を生体状態モニタリングシステム２００の使用者である看護師や介護士等に報せる。

本参考形態の体動判定システム、及びこれを含む生体状態モニタリングシステム２００の効果を以下にまとめる。

本参考形態の体動判定システム、及びこれを含む生体状態モニタリングシステム２００は、体動判定部３４において、被験者Ｓの呼吸振幅に基づいて、被験者Ｓの各々に適した閾値σ_ｔｈを設定し、これを用いて被験者Ｓに体動が生じたか否かの判定を行っている。したがって呼吸振幅の大きさが互いに異なる複数の被験者Ｓの各々について、高精度に、体動の有無を判定できる。

本参考形態の生体状態モニタリングシステム２００は、呼吸数算出部３５において、体動判定部３４の判定結果に基づいて、被験者Ｓの呼吸数の算出が困難である期間を、呼吸数の算出対象から除いている。したがって、呼吸数算出部３５により算出される被験者Ｓの呼吸数の信頼性が高い。

本参考形態の体動判定システム、及びこれを含む生体状態モニタリングシステム２００は、ベッドＢＤの脚ＢＬ_１〜ＢＬ_４の下に配置した荷重検出器１１〜１４を用いて被験者Ｓの生体状態をモニタしている。したがって、被験者Ｓの身体に計測装置を取り付ける必要がなく、被験者Ｓに不快感や違和感を与えることがない。

上記参考形態の体動判定システム、及び生体状態モニタリングシステム２００において、次の変形態様を採用することもできる。

上記参考形態の体動判定部３４では、判定工程Ｓ２２４において判定部３４６が被験者Ｓに体動があったと判定する度に、再度、安静期間決定工程Ｓ２２２及び閾値設定工程Ｓ２２３を行い、判定工程Ｓ２２４において用いる閾値σ_ｔｈを設定し直しても良い。

被験者Ｓの呼吸振幅の大きさは、基本的には被験者Ｓの身体的特徴に依存しており、モニタリング期間中に大きく変わるものではない。そのため、一般的には、被験者に変更がない限り、閾値設定工程Ｓ２３において一旦設定した閾値σ_ｔｈをその後のモニタリングにおいて継続して使用することができる。

しかしながら、ターミナルケア（終末期医療、終末期介護）の下にある患者等は、呼吸振幅が変化するほどの身体状態の変化を生じることも多く、このような身体状態の変化は、体動の発生を伴って生じることが多い。そのため、ターミナルケアの下にある患者等については、体動の発生ごとに閾値σ_ｔｈを設定し直し、その時々の身体状態に応じた閾値σ_ｔｈを用いることで、体動判定の精度を上げ、算出される呼吸数の信頼性を高めることができる。

一方、上記参考形態の体動判定部３４の非負値化平均値算出部３４３は、一旦設定した閾値σ_ｔｈを判定工程Ｓ２２４において用い続ける場合には、閾値σ_ｔｈが設定された後に、非負値化平均値μ_１〜μ_４の算出を停止してもよい。或いは、安静期間決定工程Ｓ２２２において安静期間決定部３４４が被験者Ｓが安静期間にあると決定した場合にのみ、非負値化平均値μ_１〜μ_４の算出を行っても良い。

上記参考形態において、体動判定部３４の標準偏差算出部３４２は、標準偏差σ_１〜σ_４に代えて、又はこれに加えて分散σ^２ _１〜σ^２ _４を算出してもよい。この場合は、閾値設定工程Ｓ２２３においても、分散σ^２ _１〜σ^２ _４に応じた閾値σ^２ _ｔｈを設定する。また、判定工程Ｓ２２４においては、分散σ^２ _１〜σ^２ _４のいずれか１つ又はいずれか２つ以上の合計を閾値σ^２ _ｔｈと比較して、被験者Ｓの体動の有無を判定する。

上記参考形態において、体動判定部３４は、標準偏差σ_１〜σ_４の内の任意の一つが、所定の閾値σ_０よりも小さいか否かを比較して、被験者Ｓが安静期間にあることを決定していたが、これには限られない。体動判定部３４は、標準偏差σ_１〜σ_４の任意の２つ以上の合計値を閾値と比較して、被験者Ｓが安静期間にあることを決定してもよい。

上記参考形態において、体動判定部３４は、非負値化平均値μ_１〜μ_４の任意の一つを選び出し、これに基づいて被験者Ｓの呼吸振幅の大きさを推定していたが、これには限られない。体動判定部３４は、非負値化平均値μ_１〜μ_４の任意の２つ以上の合計値に基づいて被験者Ｓの呼吸振幅の大きさを推定してもよい。例えば、非負値化平均値μ_１〜μ_４の総計を用いれば、被験者ＳがベッドＢＤ上での位置にかかわらず、高い精度で被験者Ｓの呼吸振幅の大きさを推定し得る。

上記参考形態において、体動判定部３４は、閾値σ_ｔｈを第１閾値σ_ｔｈ１、又はこれよりも小さい第２閾値σ_ｔｈ２のいずれかに設定していたが、これには限られない。体動判定部３４は、非負値化平均値μ_１〜μ_４から推定される被験者Ｓの呼吸振幅の大きさに応じて、閾値σ_ｔｈをより詳細に設定してもよく、具体的には、互いに異なる第１閾値σ_ｔｈ１〜第ｎ閾値σ_ｔｈｎ（ｎは３以上の自然数）のいずれかに設定してもよい。

上記参考形態において、体動判定部３４は、標準偏差σ_１〜σ_４の内の任意の一つである選択標準偏差σ_ＳＥを、設定した閾値σ_ｔｈと比較して、被験者Ｓに体動が生じているか否かを判定していたが、これには限られない。体動判定部３４は、標準偏差σ_１〜σ_４の任意の２つ以上の合計値を閾値σ_ｔｈと比較して、被験者Ｓに体動が生じているか否かを判定してもよい。なお、この場合は、閾値設定工程Ｓ２２３で設定される閾値σ_ｔｈも、判定工程Ｓ２２４で用いられる標準偏差の内容に応じたものとする。

上記参考形態において、体動判定部３４は、標準偏差算出部３４２に代えて、又はこれに加えて、重心位置算出部を備えても良い。重心位置算出部は、荷重検出器１１〜１４からの荷重信号ｓ_１〜ｓ_４（又は荷重信号ｓｃ_１〜ｓｃ_４）のサンプリング値Ｗ_１１〜Ｗ_１４を用いて、被験者Ｓの重心Ｇの位置（Ｘ、Ｙ）を算出する。

重心Ｇの位置（Ｘ、Ｙ）の算出は次の演算により行われる。ベッドＢＤ上に、図２に示す通りＸＹ座標を設定し、荷重検出器１１、１２、１３、１４の座標をそれぞれ（Ｘ_１１、Ｙ_１１）、（Ｘ_１２、Ｙ_１２）、（Ｘ_１３、Ｙ_１３）、（Ｘ_１４、Ｙ_１４）とすると、ベッドＢＤ上に加えられた荷重の重心位置Ｇ（Ｘ、Ｙ）は、次式により算出される。

重心位置算出部は、上記の式２、式３に基づいて重心Ｇの位置（Ｘ、Ｙ）を所定のサンプリング周期Ｔで算出しながら、重心Ｇの位置（Ｘ、Ｙ）の時間的変動、即ち重心軌跡ＧＴを求め、例えば記憶部４に記憶させる。

ここで、被験者Ｓの重心Ｇの移動は、次の特徴を有する。

前述の通り、被験者Ｓの重心Ｇは、被験者Ｓの呼吸に応じて、被験者Ｓの体軸ＳＡの方向に振動している（図５（ａ））。また、被験者Ｓの重心Ｇは、被験者Ｓに小さな体動や大きな体動が生じた場合には、これに応じて移動する。そして、所定期間における重心Ｇの移動距離は、被験者Ｓが呼吸のみを行っている期間、被験者Ｓが小さな体動を行っている期間、被験者Ｓが大きな体動を行っている期間の順に大きくなる。

従って体動判定部３４は、所定期間における重心Ｇの移動距離を、所定の閾値と比較することにより、被験者Ｓに体動が生じているか否かを判定することができる。具体的には例えば、所定期間における重心Ｇの移動距離Ｄが、所定の閾値Ｄ_ｔｈよりも大きい場合に、被験者Ｓに小さな体動が生じていると判定し得る。

この変形態様においても、体動判定部３４は、閾値設定部３４５により閾値設定工程Ｓ２２３を実行し、被験者Ｓの呼吸振幅の大きさに応じた閾値Ｄ_ｔｈ（例えば、Ｄ_ｔｈ１、及びこれより小さいＤ_ｔｈ２のいずれか）を設定する。

上記参考形態において、呼吸数算出部３５は、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４（又は荷重信号ｓｃ_１〜ｓｃ_４）の少なくとも一つについてフーリエ変換を行うことにより被験者Ｓの呼吸数を算出していたが、これには限られない。

具体的には例えば、体動判定部３４が重心位置算出部を有する場合には、算出された重心Ｇの位置から、被験者Ｓの呼吸波形ＢＷ（図５（ｂ））を描くことができる。呼吸数算出部３５は、このようにして描いた呼吸波形ＢＷの振動数を被験者Ｓの呼吸数とみなすことができる。

なお、この場合も、被験者Ｓに体動が生じている場合には、被験者Ｓの重心Ｇが呼吸に応じた振動をそれて大きく移動し、呼吸波形ＢＷも、呼吸のみに応じて振動している状態からは逸脱する。したがって、体動判定部３４が被験者Ｓに体動が生じていると判定した場合には、呼吸数の算出を停止する。

上記参考形態において、制御部３は、描画された呼吸波形ＢＷを表示部５に表示してもよい。

上記参考形態において、体動判定部３４は、安静期間決定工程Ｓ２２２において被験者Ｓが安静期間にあることを決定した上で、当該期間の非負値化平均値μを用いて、被験者Ｓの呼吸振幅の大きさを推定していた。しかしながら、これには限られない。

被験者ＳがベッドＢＤ上で常に移動する（体動を生じる）ことは稀であり、通常は、被験者Ｓは、ベッドＢＤ上に存在する期間の大部分において、体動を生じることなく安静にしている（呼吸のみを行っている）。したがって、安静期間を決定することなく、所定期間（一例として１分間又はそれ以上）だけ継続的に非負値化平均値μ_１〜μ_４を観察すれば、当該期間に経時的に得られる非負値化平均値μ_１〜μ_４のいずれか１つ（又はこれらの２つ以上の合計値）の内の最小の値が、実質的に、安静期間に得られる値である場合が多い（換言すれば、明示的には安静期間を決定していないが、当該最小の値が得られた時点において被験者は安静状態にあり、当該最小の値が安静期間における非負値化平均値である場合が多い）。このように、体動判定部３４は、所定期間に経時的に得られる非負値化平均値の内の最小の値に基づいて、被験者Ｓの呼吸振幅の大きさを推定してもよい。

またこの場合は、一旦得られた非負値化平均値の最小の値よりも更に小さい値が観察された場合には、当該値に基づいて、被験者Ｓの呼吸振幅の大きさを推定し直し、且つ／又は、必要であれば閾値σ_ｔｈを設定し直しても良い。

或いは、荷重検出器ｓ_１１〜ｓ_１４からの荷重信号ｓ_１〜ｓ_４（又は荷重信号ｓｃ_１〜ｓｃ_４）についてフーリエ解析を行って呼吸帯域の信号のみを抽出し、抽出された信号に基づいて算出された非負値化平均値から、被験者Ｓの呼吸振幅の大きさを推定し得る。この方法によれば、フーリエ解析により荷重信号ｓ_１〜ｓ_４（又は荷重信号ｓｃ_１〜ｓｃ_４）に対する体動の影響を除去し得るため、安静期間を決定することなく、任意のタイミングで、被験者Ｓの呼吸振幅の大きさを推定することができる。

上記参考形態及びその変形例において、非負値化平均値μに基づいて被験者Ｓの呼吸振幅の大きさを推定する方法の一例として、非負値化平均値μの等倍又は所定倍の大きさが即ち被験者Ｓの呼吸振幅の大きさであるとみなすことができる。
上記参考形態において、体動判定部３４は、非負値化平均値μを用いることなく、被験者Ｓの呼吸振幅を求めることもできる。

具体的には例えば、重心位置算出部を有し、呼吸波形ＢＷが描画されている場合には、呼吸波形ＢＷの振幅から、被験者Ｓの呼吸振幅を推定（決定）し得る。或いは、安静期間における荷重信号ｓ_１〜ｓ_４及び荷重信号ｓｃ_１〜ｓｃ_４の振幅の少なくとも１つに基づいて、被験者Ｓの呼吸振幅を推定（決定）し得る。

上記参考形態の生体状態モニタリングシステム２００は、更に、被験者Ｓの体動の有無、被験者Ｓの呼吸数とは異なるその他の生体状態を判定する生体状態判定部を備えても良い。このような生体状態判定部は、例えば、被験者Ｓの体動の有無や、被験者Ｓの呼吸数に基づいて、被験者Ｓの在床／離床判定や、睡眠／覚醒判定、生死判定等を行う。

上記参考形態の生体状態モニタリングシステム２００は、被験者Ｓの体動判定、及び被験者Ｓの呼吸数推定を高精度に行うことのできるため、これに基づく変形例の生体状態モニタリングシステム２００も、被験者Ｓの在床／離床判定や、睡眠／覚醒判定、生死判定等を高精度に行うことができる。

上記実施形態の体動判定システム１００は、必ずしも荷重検出器１１〜１４の全てを備える必要はなく、このいずれか一つを備えるのみでもよい。例えば荷重検出器が３つの場合には、これを一直線に配置しなければ、ベッドＢＤ面上での被験者Ｓの重心位置Ｇを検出できる。また、荷重検出器は、必ずしもベッドの四隅に配置される必要はなく、ベッド上の被験者の荷重及びその変動を検出しうるように、任意の位置に配置し得る。また、荷重検出器１１〜１４は、ビーム形ロードセルを用いた荷重センサに限られず、例えばフォースセンサを使用することもできる。

上記実施形態の体動判定システム１００においては、荷重検出器１１〜１４の各々は、ベッドＢＤの脚の下端に取り付けられたキャスターＣの下に配置されていたがこれには限られない。荷重検出器１１〜１４の各々は、ベッドＢＤの４本の脚とベッドＢＤの床板との間に設けられてもよいし、ベッドＢＤの４本の脚が上下に分割可能であれば、上部脚と下部脚との間に設けられても良い。また、荷重検出器１１〜１４をベッドＢＤと一体に又は着脱可能に組み合わせて、ベッドＢＤと上記実施形態の体動判定システム１００とからなるベッドシステムＢＤＳを構成してもよい（図１３）。

上記実施形態の体動判定システム１００において、荷重検出部１とＡ／Ｄ変換部２との間に、荷重検出部１からの荷重信号を増幅する信号増幅部や、荷重信号からノイズを取り除くフィルタリング部を設けても良い。

上記実施形態の体動判定システム１００において、表示部５は、モニターに代えて、又はこれに加えて、体動の有無を表わす情報を印字して出力するプリンタや、体動の有無を表示するランプ等の簡易な視覚表示手段を備えてもよい。報知部６はスピーカーに代えて、又はこれに加えて、振動により報知を行う振動発生部を備えてもよい。

上記実施形態の体動判定システム１００と、上記参考形態の体動判定システムとを、組み合せて用いる体動判定システムを構築することもできる。この体動判定システムは、具体的には例えば、システム起動後の、呼吸波形ＢＷの描画及び平均振幅Ａ_ＡＶｎの算出を信頼性を持って行うことのできない期間においては、呼吸波形ＢＷに依拠することなく、上記参考形態の体動判定システムにより体動判定を行う。そして、呼吸波形ＢＷの描画及び平均振幅Ａ_ＡＶｎの算出を信頼性を持って行うことが可能となった時点で、上記実施形態の体動判定システム１００による体動判定を開始する。この体動判定システムの体動判定部は、例えば、システム起動の直後には、上記参考形態の体動判定部３４と同様に、非負値化平均値μ_１〜μ_４に基づいて設定された閾値σ_ｔｈ（第２閾値）を用いた被験者Ｓの体動判定を行う。そして、被験者Ｓに体動がないと判定された場合に、被験者Ｓの呼吸波形ＢＷの平均振幅Ａ_ＡＶｎを算出し、その後は、平均振幅Ａ_ＡＶｎで規格化された規格化標準偏差σｓ_１〜σｓ_４の単純平均値σｓ_ＡＶと閾値σｓ_ＴＨ（第１閾値）との比較に基づく被験者Ｓの体動判定を行う。

本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

本発明の体動判定システムによれば、被験者の呼吸の深さや体格の影響を軽減して、被験者の体動の有無を、高い精度で判定することができる。したがって、本発明の体動判定システムを用いれば、これらの高精度な判定に基づく、質の高い医療、介護を提供することができる。

１ 荷重検出部、１１，１２，１３，１４ 荷重検出器、２ Ａ／Ｄ変換部、３ 制御部、３１ 標準偏差算出部、３２ 呼吸波形描画部、３３，３４ 体動判定部、３５ 呼吸数算出部、４ 記憶部、５ 表示部、６ 報知部、７ 入力部、１００ 体動判定システム、２００ 生体状態モニタリングシステム、ＢＤ ベッド、ＢＤＳ ベッドシステム、Ｓ 被験者

Claims (9)

1. ベッド上の被験者の体動の有無を判定する体動判定システムであって、
   複数の荷重検出器であって、各々が前記ベッド上の被験者の荷重を検出する複数の荷重検出器と、
   前記複数の荷重検出器の各々により検出された前記被験者の荷重の時間的変動に基づいて前記被験者の呼吸波形を求める呼吸波形取得部と、
   前記複数の荷重検出器の少なくとも１つにより検出された前記被験者の荷重の時間的変動の標準偏差と第１閾値との比較に基づいて前記被験者の体動の有無を判定する体動判定部とを備え、
   前記体動判定部は、前記比較に用いる前記標準偏差を前記呼吸波形の振幅により補償し、
   前記補償は、前記標準偏差を前記呼吸波形の前記振幅により除することにより行われる体動判定システム。
2. 前記体動判定部は、前記被験者の体動の有無の判定を行う時点における前記呼吸波形の最新のピークと、当該最新のピークの１つ前のピークとに基づいて求められる前記呼吸波形の最新の振幅により、前記比較に用いる前記標準偏差を補償する請求項１に記載の体動判定システム。
3. 前記体動判定部は、前記呼吸波形の前記最新の振幅と、当該最新の振幅が求められた時点の直前の期間における前記呼吸波形の少なくとも１つの振幅との平均値により、前記比較に用いる前記標準偏差を補償する請求項２に記載の体動判定システム。
4. 前記体動判定部は、前記被験者に体動が有ると判定した後は、前記被験者に体動が有ると判定した時点における前記最新の振幅を用いた前記標準偏差の補償を継続する請求項２又は３に記載の体動判定システム。
5. 前記複数の荷重検出器は、第１荷重検出器、第２荷重検出器、第３荷重検出器、第４荷重検出器を含み、
   第１荷重検出器により検出された前記被験者の荷重の時間的変動の第１標準偏差をσ _１ 、第２荷重検出器により検出された前記被験者の荷重の時間的変動の第２標準偏差をσ _２ 、第３荷重検出器により検出された前記被験者の荷重の時間的変動の第３標準偏差をσ _３ 、第４荷重検出器により検出された前記被験者の荷重の時間的変動の第４標準偏差をσ _４ 、前記平均値をＡ _ＡＶｎ として、前記体動判定部における前記標準偏差と第１閾値との比較に基づく前記被験者の体動の有無の判定は、σ _１ ／Ａ _ＡＶｎ 、σ _２ ／Ａ _ＡＶｎ 、σ _３ ／Ａ _ＡＶｎ 、及びσ _４ ／Ａ _ＡＶｎ の単純平均値と第１閾値との比較に基づく前記被験者の体動の有無の判定である請求項３に記載の体動判定システム。
6. ベッド上の被験者の体動の有無を判定する体動判定システムであって、
   複数の荷重検出器であって、各々が前記ベッド上の被験者の荷重を検出する複数の荷重検出器と、
   前記複数の荷重検出器の各々により検出された前記被験者の荷重の時間的変動に基づいて前記被験者の呼吸波形を求める呼吸波形取得部と、
   前記複数の荷重検出器の少なくとも１つにより検出された前記被験者の荷重の時間的変動の標準偏差と第１閾値との比較に基づいて前記被験者の体動の有無を判定する体動判定部とを備え、
   前記体動判定部は、前記比較に用いる前記標準偏差を前記呼吸波形の振幅により補償し、
   前記体動判定部は、前記被験者の体動の有無の判定を行う時点における前記呼吸波形の最新のピークと当該最新のピークの１つ前のピークとに基づいて求められる前記呼吸波形の最新の振幅と、当該最新の振幅が求められた時点の直前の期間における前記呼吸波形の少なくとも１つの振幅との平均値により、前記比較に用いる前記標準偏差を補償し、
   前記複数の荷重検出器は、第１荷重検出器、第２荷重検出器、第３荷重検出器、第４荷重検出器を含み、
   第１荷重検出器により検出された前記被験者の荷重の時間的変動の第１標準偏差をσ _１ 、第２荷重検出器により検出された前記被験者の荷重の時間的変動の第２標準偏差をσ _２ 、第３荷重検出器により検出された前記被験者の荷重の時間的変動の第３標準偏差をσ _３ 、第４荷重検出器により検出された前記被験者の荷重の時間的変動の第４標準偏差をσ _４ 、前記平均値をＡ _ＡＶｎ として、前記体動判定部における前記標準偏差と第１閾値との比較に基づく前記被験者の体動の有無の判定は、σ _１ ／Ａ _ＡＶｎ 、σ _２ ／Ａ _ＡＶｎ 、σ _３ ／Ａ _ＡＶｎ 、及びσ _４ ／Ａ _ＡＶｎ の単純平均値と第１閾値との比較に基づく前記被験者の体動の有無の判定である体動判定システム。
7. 前記体動判定部は、前記標準偏差が所定値以下である期間を前記被験者が呼吸のみを行っている安静期間であると決定し、前記比較に用いる前記標準偏差を、前記安静期間における前記呼吸波形の前記振幅により補償する請求項１〜６のいずれか一項に記載の体動判定システム。
8. 前記荷重検出器の検出値の非負値化平均値を算出する非負値化平均値算出部と、
   前記被験者が呼吸のみを行っている安静期間に算出された前記非負値化平均値に基づいて、前記被験者の体動の有無の判定に用いる第２閾値を設定する閾値設定部とを更に備え、
   前記体動判定部は、前記標準偏差と第２閾値との比較に基づいて前記被験者の体動の有無を判定し、当該判定により前記被験者に体動がないと判定した後に、前記標準偏差と第１閾値との比較に基づいて前記被験者の体動の有無を判定するように構成されており、且つ、第１閾値との比較に用いる前記標準偏差を、前記標準偏差と第２閾値との比較に基づく判定により前記被験者に体動がないと判定された期間における前記呼吸波形の前記振幅により補償する請求項１〜６のいずれか一項に記載の体動判定システム。
9. ベッドと、
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の体動判定システムとを備えるベッドシステム。

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