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Description
本発明は、電動家具に関する。 The present invention relates to electrically operated furniture.
従来から患者のベッド装置上における患者の状態を判定する発明は知られている。例えば、特許文献1には、在床状態検出装置が、ベッドに配置され、ベッドに与えられる振動のベッドの長手方向に沿う成分とベッドの床面に対して鉛直方向に沿う成分とを別々に検出する振動検出部と、振動検出部が検出した振動から前記ベッド上に存在する生体の心拍に由来する心拍振動信号を抽出する信号抽出部と、信号抽出部が抽出した心拍振動信号に基づいてベッド上の前記生体の姿勢を推定する状態推定部と、を備えて構成された発明が開示されている。
Inventions for determining the state of a patient on a bed device have been known for some time. For example,
また、特許文献2には、利用者の姿勢、及び利用者の寝台上又は寝台外における位置の少なくとも一方を含む利用者状態を取得する利用者状態取得ユニットと、利用者状態が危険状態に該当するか否かを判断する危険判断ユニットと、利用者状態が安全状態に該当するか否かを判断する安全判断ユニットと、有効状態及び無効状態のうちいずれか一方を設定する状態設定ユニットと、利用者状態が危険状態に該当すると判断し、且つ有効状態である場合に報知処理を行う報知ユニットとを備え、状態設定ユニットは、報知処理が行われたとき、有効状態から無効状態に切り替えるとともに、無効状態において利用者状態が安全状態に該当すると判断したとき、無効状態から有効状態に切り替えることを特徴とする報知装置が開示されている。 Patent Document 2 also discloses an alarm device that includes a user state acquisition unit that acquires a user state including the user's posture and/or the user's position on or off the bed, a danger judgment unit that judges whether the user state corresponds to a danger state, a safety judgment unit that judges whether the user state corresponds to a safe state, a state setting unit that sets either a valid state or an invalid state, and an alarm unit that judges that the user state corresponds to a danger state and is in a valid state and performs an alarm process, the state setting unit switching from the valid state to the invalid state when the alarm process is performed, and switching from the invalid state to the valid state when it judges that the user state corresponds to a safe state in the invalid state.
本発明が目的とするところは、体振動波形から、患者の姿勢を適切に判定することが可能なシステムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a system capable of appropriately determining a patient's posture from a body vibration waveform.
上述した課題を解決するために、本発明の患者姿勢判定装置は、少なくとも2つの振動センサと、制御部と、を有する姿勢判定装置であって、前記制御部は、前記振動センサより対象者の臥床時における振動を検出し、前記検出された振動から波形を算出し、前記波形の特徴を認識することで、前記特徴から対象者の姿勢を判定する、ことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the patient posture determination device of the present invention is a posture determination device having at least two vibration sensors and a control unit, and the control unit detects vibrations of a subject lying down using the vibration sensors, calculates a waveform from the detected vibrations, and recognizes the characteristics of the waveform to determine the posture of the subject from the characteristics.
本発明の姿勢判定装置によれば、体振動波形から心拍数・呼吸数・活動量等の他の生体情報や睡眠状態と併せて、対象者の状態の1つとして、対象者の姿勢を適切に判定することができる。 The posture determination device of the present invention can appropriately determine the posture of a subject as one of the subject's conditions from the body vibration waveform in combination with other biological information such as heart rate, respiratory rate, and activity level, as well as sleep state.
以下、図面を参照して本発明を実施するための一つの形態について説明する。患者離床時の転倒防止の観点から、比較例では、離床(在床)を検出することが多く行われていた。しかし、在床時に患者がどのような姿勢であるかを検知することは行われていなかった。 One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In order to prevent a patient from falling when getting out of bed, in comparative examples, it is common to detect whether the patient is out of bed (in bed). However, there is no detection of the posture of the patient when in bed.
患者の姿勢としては、例えば離床前の行動として端座位の検出等が行われる場合、ベッドの広範囲にセンサを多数設置すること等で臥位と座位を判別等が行なわれる場合があるが、患者が寝ているときの向き(例えば、仰臥位、腹臥位、側臥位等)を判定することはできなかった。 For example, when detecting a patient's posture before getting out of bed, a large number of sensors may be placed over a wide area of the bed to distinguish between lying down and sitting, but it has not been possible to determine the direction in which the patient is sleeping (e.g., supine, prone, lateral, etc.).
患者の姿勢を判定するためには、例えば別にカメラ装置等を設け、患者を監視するか、画像解析を行う必要があった。この場合、患者を監視する側の負担が大きかった。また、カメラにより常時撮影する必要があるため、プライバシーを守る観点から、患者に反対される場合もあった。 In order to determine the patient's posture, it was necessary to either install a separate camera device to monitor the patient or to perform image analysis. In this case, the burden on the person monitoring the patient was heavy. In addition, because the camera had to be constantly recording, there were cases where patients objected to this from the standpoint of protecting their privacy.
そこで、本実施形態の姿勢判定装置によれば、ベッド装置上において、患者が就寝しているときの振動を検出するだけで、患者の姿勢までも検出することができることが可能となる。 Therefore, with the posture determination device of this embodiment, it is possible to detect the posture of the patient simply by detecting the vibrations while the patient is sleeping on the bed device.
なお、本明細書で患者とは、ベッド装置(マットレス)を利用する者をいい、病気で治療を受けるものに限られず、施設で介護を受ける者や、ベッド装置で就寝する者であれば対象者として適用可能である。 In this specification, a patient refers to a person who uses a bed device (mattress), and is not limited to those who are receiving treatment for an illness, but can be anyone who receives care in a facility or sleeps on a bed device.
[1.第1実施形態]
[1.1 システム全体]
図1は、本発明の姿勢判定装置を適用したシステム1の全体概要について説明するための図である。図1に示すように、システム1は、ベッド装置10の床部と、マットレス20の間に載置される検出装置3と、検出装置3より出力される値を処理するため処理装置5を備えて構成されている。この検出装置3、処理装置5とで患者の姿勢を判定するシステムを構成している。
[1. First embodiment]
[1.1 Overall System]
Fig. 1 is a diagram for explaining an overall outline of a
マットレス20に、対象者(以下、一例として「患者P」とする)が在床すると、対象者である患者Pの生体信号として体振動(人体から発せられる振動)を検出装置3が検出する。また、検出された振動に基づいて、患者Pの生体情報値が算出可能である。
When a subject (hereinafter, referred to as "patient P" as an example) is present on the
算出された生体情報値(例えば、呼吸数、心拍数、活動量)を、患者Pの生体情報値として出力・表示してもよい。 The calculated bioinformation values (e.g., respiratory rate, heart rate, activity level) may be output and displayed as the bioinformation values of patient P.
また、検出装置3に記憶部、表示部等を設けることにより処理装置5と一体に形成されてもよい。また、処理装置5は、汎用的な装置で良いため、コンピュータ等の情報処理装置に限られず、例えばタブレットやスマートフォン等といった装置で構成されてもよい。また、検出装置3が通信機能を有している場合には、処理装置5の代わりにサーバ装置に接続してもよい。
The
また、対象者としては、病気療養中の者であったり、介護が必要なものであったりしてもよい。また、介護が必要でない健康な者であっても、高齢者でも子供でも、障害者でも、人でなくても動物でも良い。 The subjects may be people undergoing medical treatment or those in need of nursing care. They may also be healthy people who do not require nursing care, elderly people, children, people with disabilities, or even non-human animals.
ここで、検出装置3は、厚さが薄くなるようにシート状に構成されている。これにより、ベッド装置10と、マットレス20の間に載置されたとしても、患者Pに違和感を覚えさせることなく使用できるため、寝床での患者の状態を長期間検出できることとなる。
Here, the
なお、検出装置3は、患者Pの振動を検出できればよい。例えば、歪みゲージ付きアクチュエータやベッドの脚等に配置された荷重を計測するロードセルを利用したりしても良い。また、内蔵された加速度センサ等を利用することにより、例えばベッド装置10上に載置されたスマートフォンや、タブレット等で実現してもよい。
The
また、図1において、ベッド装置10(マットレス20)において頭側を方向H、足側を方向Fとし、患者Pが仰臥位のときの左側を方向L、右側を方向Rとする。 In addition, in FIG. 1, the head side of the bed device 10 (mattress 20) is direction H, the foot side is direction F, and when patient P is in the supine position, the left side is direction L and the right side is direction R.
[1.2 構成]
つづいて、システム1の構成について、図2から図4を参照して説明する。本実施形態におけるシステム1は、検出装置3と、処理装置5とを含む構成となっており、各機能部(処理)は、振動検出部110以外についてはどちらで実現されても良い。すなわち、これらの装置を組み合わせることにより、姿勢判定装置として機能する。
1.2 Configuration
Next, the configuration of the
システム1(姿勢判定装置)は、制御部100と、振動検出部110と、生体情報算出部120と、波形算出部130と、周波数分布算出部135と、患者状態判定部140と、記憶部150と、入力部160と、出力部170とを含んでいる。
System 1 (posture determination device) includes a
制御部100は、システム1の動作を制御している。例えば、CPU(Central Processing Unit)等の制御装置である。制御部100は、記憶部150に記憶されている各種プログラムを読み出して実行することにより各種処理を実現することとなる。なお、本実施形態においては、制御部100は全体として動作しているが、後で説明する図4のように検出装置3、処理装置5のそれぞれに設けることもできるものである。
The
振動検出部110は、検出装置3上の振動を検出し、振動データを取得する。本実施形態では、一例として、圧力変化を検出するセンサを利用して患者の動き等に基づく振動(体振動)を検出する。検出された振動に基づき振動データが取得され、生体情報算出部120、波形算出部130、周波数分布算出部135に出力されて処理される。なお、出力される振動データは、アナログの振動データの場合もあるし、ディジタルの振動データの場合もある。
The
また、振動検出部110は、例えば、圧力センサにより患者の振動を検出して振動データを取得してもよいし、圧力センサの代わりにマイクロフォンを設けることにより、マイクロフォンが拾う音に基づいて生体信号を取得し、当該生体信号から振動データを取得しても良い。また、加速度センサ、静電容量センサや荷重センサの出力値から、振動データを取得してもよい。このように、何れかの方法を用いて生体信号(患者の体動を示す体振動)を取得できればよい。
The
生体情報算出部120は、振動データから、患者Pの生体信号を取得し、生体情報値(呼吸数・心拍数・活動量等)を算出する。本実施形態では、振動検出部110より取得された振動(体振動)データから呼吸成分・心拍成分を抽出し、呼吸間隔、心拍間隔に基づいて呼吸数、心拍数を求めても良い。また、体動の周期性を分析(フーリエ変換等)し、ピーク周波数から呼吸数、心拍数を算出してもよい。
The
波形算出部130は、振動検出部110から入力されたアナログの振動データを所定のサンプリング間隔でディジタルの電圧信号に変換し、体振動の波形(振動波形)を算出する。
The
なお、本実施形態において、説明の都合上、振動検出部110において出力される振動データから、波形算出部130により振動データの波形(振動波形)が算出され、算出された波形に基づいて処理を実行することとして説明する。しかし、波形算出部130を有さず、振動データに基づいて各種処理を実行してもよい。
In this embodiment, for convenience of explanation, the
また、周波数分布算出部135は、振動(波形)から周波数分布を算出する。例えば、周波数分布算出部135は、波形算出部130により算出された波形を高速フーリエ変換(FFT: Fast Fourier Transform)することにより、周波数成分を算出する。
Furthermore, the frequency
患者状態判定部140は、患者の状態を判定する。例えば、振動検出部110により取得された振動データや、生体情報算出部120により算出された生体情報値、ベッド装置10に別に設けられた荷重センサ等により、患者の状態を判定する。
The patient
本実施形態では、患者状態判定部140は、主に患者の姿勢(仰臥位、腹臥位、側臥位)を判定する。また、患者状態判定部140は、端座位等の他の患者の姿勢や、姿勢以外(例えば、離床、在床等)を判定してもよい。
In this embodiment, the patient
記憶部150は、システム1が動作するための各種データ及びプログラムを記憶している。制御部100は、記憶部150に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、各種機能を実現することとなる。ここで、記憶部150は、半導体メモリ(例えば、SSD(Solid State Drive)やSDカード(登録商標))や、磁気ディスク装置(例えば、HDD(Hard Disk Drive))等により構成されている。また、記憶部150は、内蔵される記憶装置であってもよいし、着脱可能な外部記憶装置であってもよい。また、クラウド等の外部サーバの記憶領域であってもよい。
The
記憶部150には、振動データ記憶領域152と、波形データ記憶領域154との領域が確保されている。
The
振動データ記憶領域152は、振動検出部110から出力される振動データを記憶する。ここで、振動データとして記憶される間隔としては、所定時間毎であればよく、例えば1秒毎や5秒毎といった短い間隔であってもよいし、30秒、1分、5分といった比較的長い間隔であってもよい。
The vibration
波形データ記憶領域154は、振動検出部110より出力された振動データ又は振動データ記憶領域152に記憶された振動データに基づいて波形算出部130が算出した振動の波形のデータ(波形データ)を記憶する。なお、本実施形態では、波形データとして波形データ記憶領域154に記憶されることとして説明するが、波形算出部130がその都度必要に応じて波形データを算出してもよい。
The waveform
なお、波形データ記憶領域154は、説明の都合上記憶領域として確保されているが、適宜振動データから算出され、一時記憶されれば十分である。
Note that the waveform
入力部160は、利用者からの操作入力を受け付ける。例えば、利用者により、振動取得の開始操作が行われたり、振動検出部110の感度の調整が行われたりと、各種操作入力が行われる。
The
出力部170は、各種情報を出力する。例えば、液晶ディスプレイの表示装置や、LED等の発光部材、音や音声を出力するスピーカ、他の記録媒体にデータを出力するインタフェース等で構成される。また、入力部160と、出力部170とを一体に構成することにより、タッチパネルとして構成してもよい。
The
ここで、上述した構成のうち、生体情報算出部120、波形算出部130、周波数分布算出部135、患者状態判定部140は、主にソフトウェアにより実現される。例えば、記憶部150に記憶されたソフトウェアを制御部100が読み出して実行する。ソフトウェアが実行されると、制御部100が各構成として実現されることとなる。
Of the above-mentioned components, the
すなわち、制御部100が、生体情報算出部120、波形算出部130、周波数分布算出部135、患者状態判定部140を実現するプログラムを読み込み、実行することで、制御部100が各構成の機能を有することとなる。
In other words, the
また、図2はシステム1として姿勢判定装置について概念的に構成を説明したものである。これらの構成は、例えば1つの振動検出可能な装置で実現されてもよいし、図1のように、検出装置3、処理装置5と分かれて構成されてもよい。また、処理装置5の代わりに、同じサービスを提供可能な外部サーバで実現されてもよい。
Figure 2 also illustrates a conceptual configuration of a posture determination device as
図2のシステム1を、図1の検出装置3及び処理装置5で実現する場合について、図3を参照して説明する。検出装置3は、制御部300と、センサである振動検出部320と、記憶部330と、通信部390とを含んでいる。
The case where the
また、制御部300は、記憶部330に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行することにより、生体情報算出部310として機能する。振動検出部320は、検出された振動に基づいて振動データを出力する。
The
生体情報算出部310は、当該振動データに基づいて生体情報を算出する。そして、算出された生体情報(値)は、生体情報データ340に記憶されたり、通信部390を介して、処理装置5に送信されたりする。また、併せて振動検出部320で検出された振動データも、通信部390を介して処理装置5に送信される。
The biometric
検出装置3から処理装置5に振動データを送信するタイミングや、生体情報データ340に生体情報値(生体情報)を記憶するタイミングとしては、リアルタイムであってもよいし、所定時間毎であってもよい。
The timing of transmitting vibration data from the
なお、振動検出部320は、図2の振動検出部110である。ここで、振動検出部320について、図4を用いて説明する。
The
図4は、ベッド装置10(マットレス20)を上から見た図である。図4は、上側が図1の方向H、下側が図1の方向Fの方向である。また、図4の右側が図1の方向F、図4の左側が図1の方向Rである。 Figure 4 is a view of the bed device 10 (mattress 20) as seen from above. The upper side of Figure 4 corresponds to direction H in Figure 1, and the lower side corresponds to direction F in Figure 1. The right side of Figure 4 corresponds to direction F in Figure 1, and the left side of Figure 4 corresponds to direction R in Figure 1.
検出装置3は、ベッド装置10と、マットレス20との間や、マットレス20の上に載置される。載置される場所としては、好ましくは患者の背中近傍であるため、少なくともベッド装置10(マットレス20)の中央よりH側に寄った方向となる。
The
また、検出装置3には、センサ(振動検出部110/320)が内蔵されている。当該センサは、例えば振動センサであり、患者の振動(体振動)を検出することができる。そして、センサは少なくとも2つ設けられており、例えば図4では、検出装置3の左右に2つ(振動センサ320a、振動センサ320b)設けられている。
The
この振動センサ320a、振動センサ320bは、所定の間隔を離して設けられている。2つの間隔は、例えば、患者の横方向の幅となる程度であればよく、好ましくは2つのセンサの間隔は15~60cm程度である。
These
また、図3の生体情報算出部310は、図2の生体情報算出部120である。また、通信部390は、例えば、ネットワーク(例えば、LAN/WAN)に接続可能な通信インタフェースである。
The biometric
処理装置5は、制御部500と、記憶部530と、入力部540と、出力部550と、通信部590とを含んでいる。処理装置5は、検出装置3から、通信部590を介して振動データを受信する。受信された振動データは、振動データ記憶領域532に記憶される。
The
制御部500は、記憶部530に記憶されているソフトウェア(プログラム)を実行することにより、波形算出部502、周波数分布算出部504、患者状態判定部506として機能する。また、波形算出部502により算出された波形データは、波形データ記憶領域534に記憶される。
The
なお、波形算出部502は、図2の波形算出部130である。周波数分布算出部504は、図2の周波数分布算出部135である。患者状態判定部506は、図2の患者状態判定部140である。入力部540は、図2の入力部160である。出力部550は、図2の出力部170である。記憶部530は、図2の記憶部150である。
The
[1.3 処理の流れ]
つづいて、本実施形態における姿勢判定処理について、図5を参照して説明する。姿勢判定処理は、患者状態判定部140により実行される処理である。
[1.3 Processing flow]
Next, the posture determination process in this embodiment will be described with reference to Fig. 5. The posture determination process is a process executed by the
まず、制御部100(患者状態判定部140)は、振動データを取得する(ステップS102)。患者状態判定部140は、振動データを振動データ記憶領域152から読み出すか、振動検出部110より受信することにより、取得する。
First, the control unit 100 (patient condition determination unit 140) acquires vibration data (step S102). The patient
つづいて、振動データに基づいて、センサ間の相関や、センサ内の相関に基づき、患者の姿勢が判定される。本実施形態では、例えば、波形算出部130は、波形を算出し、波形データとして出力する(ステップS104)。波形データは、振動センサ毎に算出される。例えば、図4で示したように、本実施形態においては、振動センサが2つ(振動センサ320a、振動センサ320b)設けられていることから、波形データもそれぞれ算出される。
Next, the patient's posture is determined based on the correlation between sensors and the correlation within the sensor based on the vibration data. In this embodiment, for example, the
また、波形データは、波形データ記憶領域154に記憶されてもよいし、出力部170により出力されてもよい。例えば、出力部170が表示装置であれば、波形データが表示装置に表示される。
The waveform data may be stored in the waveform
つづいて、患者状態判定部140は、波形データからセンサ間の相関があるか否かを判定する(ステップS106)。ここで、センサ間の相関は、2つのセンサ(例えば、図4の振動センサ320a、振動センサ320b)から取得された振動データに基づいて算出された波形に類似性があるか否かを判定する方法の一つである。
Next, the patient
一例として、2つの波形に対して、相互相関関数を利用する。相互相関関数は、2つの波形の類似度にもとづいて「0」~「1」に規格化された値が出力される。この値は、2つの波形の類似度により変化する。例えば、相互相関関数の値が「1」の場合は2つの波形が完全に一致しており類似度が最大であることがわかる。また、相互相関関数の値が「0」の場合、2つの波形は全く一致しておらず、類似度が最小であることがわかる。 As an example, the cross-correlation function is used for two waveforms. The cross-correlation function outputs a value normalized between "0" and "1" based on the similarity between the two waveforms. This value changes depending on the similarity between the two waveforms. For example, when the value of the cross-correlation function is "1", the two waveforms match perfectly and the similarity is at its maximum. On the other hand, when the value of the cross-correlation function is "0", the two waveforms do not match at all and the similarity is at its minimum.
そして、患者状態判定部140は、2つの波形に相関があるか否かを判定する場合、相互相関関数の出力値が、相互相関関数閾値を超えたか否かにより判定する。例えば、相互相関関数閾値を「0.7」とした場合、相互相関関数の出力値が「0.7」以下であれば2つの波形は相関がないと判定する。他方、相互相関関数の出力値が「0.7」を超えれば、2つの波形は相関があると判定する。
When the patient
次に、患者状態判定部140は、センサ間の相関がある場合には、(ステップS106;Yes)、患者の姿勢は「仰臥位もしくは腹臥位」として判定される(ステップS116~S120)。なお、睡眠中に腹臥位となる時間は極端に短いため、患者の姿勢は「仰臥位もしくは腹臥位」と判定されるだけでもよいが、腹臥位は窒息リスクが高く乳幼児突然死症候群との関連も報告されていること、腹臥位時には電動ベッドの自動運転時を禁止する等の目的のため、仰臥位と腹臥位をさらに判定してもよい。
Next, if there is a correlation between the sensors (step S106; Yes), the patient
すなわち、センサ内の相関があるか否かを判定する(ステップS106;Yes→ステップS116)。ここで、センサ内の相関があるか否かは、例えば波形における周期性の強さを評価する。一例として、1つのセンサの波形に対して、自己相関関数を利用することで相関があるか否かを判定する。自己相関関数は、同じセンサ内の波形の周期性の強さに基づいて「0」~「1」に規格化された値が出力される。例えば、自己相関関数の値が「1」の場合は、波形データが完全に周期的に出力されており、完全なセンサ内の相関があることが分かる。 That is, it is determined whether or not there is correlation within the sensor (step S106; Yes -> step S116). Here, to determine whether or not there is correlation within the sensor, for example, the strength of periodicity in the waveform is evaluated. As an example, an autocorrelation function is used to determine whether or not there is correlation for the waveform of one sensor. The autocorrelation function outputs a value normalized to "0" to "1" based on the strength of the periodicity of the waveform within the same sensor. For example, when the value of the autocorrelation function is "1", it is clear that the waveform data is output perfectly periodically and there is perfect correlation within the sensor.
また、フーリエ変換やカイ2乗ピリオドグラムなどを用いて周期性の強さを「0」~「1」に規格化された値として算出しても良い。 The strength of periodicity may also be calculated as a normalized value between "0" and "1" using a Fourier transform or chi-squared periodogram.
そして、患者状態判定部140は、1つの波形に相関があるか否かを判定する場合、自己相関関数の出力値が、自己相互関数閾値を超えたか否かにより判定してもよい。例えば、自己相関関数閾値を「0.7」とした場合、自己相関関数の出力値が「0.7」以下であれば算出された波形(検出された1つの振動データ)には相関がないと判定する。他方、自己相関関数の出力値が0.7を超えれば、当該波形は相関があると判定する。
When determining whether or not a waveform is correlated, the patient
患者状態判定部140は、センサ内の相関があると判定した場合は患者の姿勢は「仰臥位」と判定する(ステップS116;Yes→ステップS118)。他方、患者状態判定部140は、センサ内の相関がないと判定した場合は患者の姿勢は腹臥位と判定する(ステップS116;Yes→ステップS118)。
If the patient
また、患者状態判定部140は、ステップS106において、センサ間の相関がないと判定した場合(ステップS106;No)、患者の姿勢は「側臥位」として判定される(ステップS110)。なお、患者の姿勢は「側臥位」と判定されるだけでも良いが、体位変換の有無を確認するため、患者に麻痺側がある場合などは麻痺側を下にして寝ていないか注意する必要があるため、右側臥位と左側臥位をさらに判定しても良い(ステップS114)。
If the patient
この場合、左側臥位の場合は、右側臥位より心拍信号の入力が大きくなる。したがって、心拍信号が所定以上抽出される場合(高周波信号が抽出される場合)は、左側臥位として判定する。 In this case, the input of the heartbeat signal is greater in the left lateral position than in the right lateral position. Therefore, if a heartbeat signal is extracted that is greater than a predetermined level (if a high-frequency signal is extracted), the position is determined to be left lateral.
心拍信号の入力の大きさを判定する方法としては、種々の方法があるが、例えば、呼吸信号に相当する周波数成分に対する心拍信号に相当する周波数成分の比率、ハイパスフィルタ処理を施したデータの信号強度などを用いれば良い。 There are various methods for determining the magnitude of the heart rate signal input, but for example, the ratio of the frequency components corresponding to the heart rate signal to the frequency components corresponding to the respiratory signal, the signal strength of data that has been subjected to high-pass filtering, etc. can be used.
このように、本実施形態によれば、振動データから、患者の姿勢(寝姿勢)を判定することができる。 In this way, according to this embodiment, the patient's posture (sleeping posture) can be determined from the vibration data.
また、説明の都合上、波形算出部130により算出された波形データに基づいてセンサ間の相関や、センサ内の相関の有無を判定することとして説明したが、単純に振動データに基づいてセンサ間の相関や、センサ内の相関を判定してもよい。この場合、ステップS104の処理は実行されなくてよい。
For convenience of explanation, the correlation between sensors and the presence or absence of correlation within a sensor are determined based on the waveform data calculated by the
また、上述した実施形態では、患者の振動データから、波形を算出して患者の姿勢を判定したが、周波数分布の形状を評価して姿勢を判定してもよい。この場合、2つ以上のセンサで取得した振動の周波数分布の形状を総合的に評価したほうが精度は高くなるが、振動を取得するセンサは1つであってもよい。 In addition, in the above-described embodiment, the patient's posture is determined by calculating a waveform from the patient's vibration data, but the posture may also be determined by evaluating the shape of the frequency distribution. In this case, higher accuracy is achieved by comprehensively evaluating the shape of the frequency distribution of vibrations acquired by two or more sensors, but the number of sensors acquiring vibrations may be one.
例えば、周波数分析を利用して、患者の姿勢を判定する処理について、図6を参照して説明する。図5と同様に、振動検出部110から振動データを取得し(ステップS152)、波形算出部130により、波形データが算出(出力)される(ステップS154)。 For example, the process of determining the patient's posture using frequency analysis will be described with reference to FIG. 6. As in FIG. 5, vibration data is acquired from the vibration detection unit 110 (step S152), and waveform data is calculated (output) by the waveform calculation unit 130 (step S154).
つづいて、周波数分布算出部135は、波形算出部130により出力された波形データの周波数分布を算出する(ステップS156)。例えば、周波数分布のうち、高周波数成分が算出されない場合、患者の姿勢は「側臥位」と特定される。
Next, the frequency
姿勢により、心臓の位置とセンサの位置との関係が異なるため、その間にある体の組織(筋肉、脂肪、骨、内臓等)が異なる。したがって、振動の伝わり方も変わるため、計測される周波数成分に違いが現れる。 The relationship between the position of the heart and the position of the sensor varies depending on the posture, and so does the body tissue between them (muscle, fat, bone, internal organs, etc.). This means that the way vibrations are transmitted also changes, resulting in differences in the frequency components that are measured.
心臓の動き、呼吸による胸腹部の動く方向は決まっている。例えば、呼吸による胸腹部の動きは、仰臥位のときはセンサ(振動検出部110)と垂直方向に大きく動くことになる。また、側臥位のときは、センサ(振動検出部110)と平行方向の動きが大きくなる。よって、患者の姿勢毎に周波数分布が異なる。したがって、姿勢毎に周波数分布を記憶させておき、実際に抽出された周波数分布と、姿勢毎に記憶された周波数分布とを比較することにより姿勢を判定することができる。 The direction of movement of the heart and the chest and abdomen due to breathing is fixed. For example, when the patient is in the supine position, the chest and abdomen move significantly in a direction perpendicular to the sensor (vibration detection unit 110). When the patient is in the lateral position, the movement is greater in a direction parallel to the sensor (vibration detection unit 110). Therefore, the frequency distribution differs for each posture of the patient. Therefore, the posture can be determined by storing a frequency distribution for each posture and comparing the actually extracted frequency distribution with the frequency distribution stored for each posture.
例えば、側臥位では、心拍成分より高周波である成分は(心拍成分に相当する周波数の整数倍を除き)検出されにくい。したがって、心拍成分より高周波成分が少ない場合は、患者の姿勢を「側臥位」と判定することができる。 For example, in the lateral position, components with higher frequencies than the heartbeat component are difficult to detect (except for integer multiples of the frequency corresponding to the heartbeat component). Therefore, if there are few higher frequency components than the heartbeat component, the patient's posture can be determined to be "lateral position."
なお、上述した説明では、周波数分布算出部135は、波形データから周波数分布を算出しているが、直接振動データから周波数分布を算出してもよい。この場合、ステップS154は実行されないこととなる。
In the above description, the frequency
[1.4 姿勢判定の条件]
ここで、上述した姿勢判定処理は、通常実行されてもよいし、所定条件に合致するときに実行されてもよい。以下、姿勢判定の条件として患者の体動を利用する。ここで、患者の体動とは、患者が寝返りをするなど、患者の姿勢に動きがあることをいう。
[1.4 Conditions for posture judgment]
Here, the posture determination process described above may be executed normally or when a predetermined condition is met. Hereinafter, the patient's body movement is used as a condition for posture determination. Here, the patient's body movement refers to the patient's posture being changed, such as when the patient turns over in bed.
(1)区間毎に姿勢を判定する
例えば、体動を含まない連続区間は、同じ姿勢が継続されていると判定し、同じ姿勢が出力される。
(1) Determining a posture for each section For example, a continuous section that does not include body movement is determined to be a continuation of the same posture, and the same posture is output.
この場合、体動を含まない区間をまとめて解析(姿勢判定処理の結果を適用)してもよい。また、ある一定区間(例えば、3分毎等)に姿勢判定処理の結果を集計する。その一定区間の中で体動を含まない区間がある場合、体動を含まない区間の中で最も多い姿勢の判定結果を当該区間の姿勢判定処理の結果として出力する。 In this case, the sections that do not include body movement may be analyzed together (applying the results of the posture determination process). In addition, the results of the posture determination process are tallied for a certain period of time (e.g., every 3 minutes). If there is a period within that period that does not include body movement, the determination result of the posture that is most prevalent within the period that does not include body movement is output as the result of the posture determination process for that period.
(2)体動が生じていない区間のみの姿勢判定を行う
体動が生じていない区間のみ姿勢判定を行う。例えば、振動検出部110により、患者の体動が検出された場合、姿勢判定処理の実行を中止する。また、体動が検出され、体動が検出されなくなってから所定時間経過後(例えば、体動が検出されなくなってから10秒後)に再び姿勢判定処理を実行すればよい。
(2) Posture determination is performed only in sections where no body movement occurs Posture determination is performed only in sections where no body movement occurs. For example, when the
[1.5 波形に基づく説明]
ここで、波形に基づいて患者の姿勢の判定について説明する。それぞれの波形は、2つの振動センサに基づいて検出された振動に基づく波形である。横軸は時間、縦軸は電圧値を示しており、検出された振動に基づく波形をそれぞれ示している。なお、患者の姿勢の判定については、説明の都合上、波形に基づく説明するが、時系列の振動データから傾向を検出して患者の姿勢を判定してもよい。
[1.5 Waveform-based explanation]
Here, the determination of the patient's posture based on the waveform will be described. Each waveform is based on vibration detected based on two vibration sensors. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates voltage value, and each waveform based on the detected vibration is shown. For convenience of explanation, the determination of the patient's posture will be described based on the waveform, but the patient's posture may be determined by detecting a trend from time-series vibration data.
図7は、センサ内での波形に相関がなく、同一形状が繰り返して表されていない。すなわち、この波形は、腹臥位の姿勢を示す波形である(図5のステップS120)。 In Figure 7, the waveforms in the sensor are not correlated, and the same shape is not repeated. In other words, this waveform is a waveform that indicates a prone position (step S120 in Figure 5).
図8は、センサ間での波形に相関があり、センサ内の波形でも相関がある。すなわち、この波形は、仰臥位の姿勢を示す波形である(図5のステップS118)。 Figure 8 shows that there is a correlation between the waveforms of the sensors, and also between the waveforms within the sensor. In other words, this waveform is a waveform that indicates a supine posture (step S118 in Figure 5).
図9及び図10は、センサ間に相関がない波形である。すなわち、この波形は、側臥位の姿勢を示す波形である(図5のステップS110)。図9と図10を比較すると、左側臥位の波形である図10のほうが、心拍による高周波の信号が顕著に認められる。 Figures 9 and 10 show waveforms with no correlation between the sensors. In other words, this waveform is a waveform that indicates a lateral position (step S110 in Figure 5). Comparing Figures 9 and 10, the high-frequency signal due to heartbeat is more prominent in Figure 10, which shows the waveform in the left lateral position.
図11は、波形から周波数分布を求めたグラフである。図11は、図6のステップS156において、周波数分布を求めたことを示すグラフであり、図11(a)が仰臥位を示す図であり、図11(b)が側臥位を示す図である。このように、波形(振動データ)から、更に周波数分布を抽出することにより、患者の姿勢を判定するができる。 Figure 11 is a graph showing the frequency distribution obtained from the waveform. Figure 11 is a graph showing the frequency distribution obtained in step S156 of Figure 6, with Figure 11(a) showing the supine position and Figure 11(b) showing the lateral position. In this way, the patient's posture can be determined by further extracting the frequency distribution from the waveform (vibration data).
[2.第2実施形態]
第2実施形態について説明する。第2実施形態は、複数の姿勢判定条件に基づいて、患者の姿勢を判定する実施形態である。
[2. Second embodiment]
A second embodiment will now be described. The second embodiment is an embodiment in which the posture of a patient is determined based on a plurality of posture determination conditions.
なお、第1実施形態の図5の動作フローを、図12の動作フローに置き換えた実施形態であり、構成等の同一の部分については説明を省略する。 Note that this embodiment replaces the operational flow of FIG. 5 of the first embodiment with the operational flow of FIG. 12, and explanations of the same configurations and other parts will be omitted.
まず、患者状態判定部140は、振動データを取得する(ステップS202)。そして、波形算出部130により、波形が算出される(ステップS204)。つづいて、患者状態判定部140は、条件毎に指標(値)を算出し(ステップS206~ステップS214)、算出された指標値から合計値を算出する(ステップS216)。
First, the patient
合計値は、「仰臥位」「腹臥位」「(左右)側臥位」のそれぞれの合計値が算出される。そして、患者状態判定部140は、最も大きな値となった姿勢を、患者の姿勢であるとして出力する。
The total value is calculated for each of the "supine position," "prone position," and "lateral (left and right) positions." The patient
ここで、患者状態判定部140は、ステップS206~ステップS214において、条件毎に指標値を算出するが、指標値の算出方法について、図13を参照して説明する。
Here, the patient
(1)センサ内相関指数算出(ステップS206)
センサ内の波形に基づいた相関により算出されるセンサ内相関指標の値を算出する。まず、患者状態判定部140は、第1実施形態で説明した方法でセンサ内の波形に基づいて自己相関関数の値を算出する。
(1) Calculation of correlation index in sensor (step S206)
The value of the intra-sensor correlation index is calculated by correlation based on the waveform in the sensor. First, the patient
そして、患者状態判定部140は、前記自己相関関数の出力値を、重み付けを行ってセンサ内相関指標の値として出力する。ここで、重み付けの方法について説明する。
The patient
例えば、図13を参照すると、センサ内相関指標は、「仰臥位」「側臥位」は「あり」となっており、「腹臥位」は「なし」となっている。 For example, referring to Figure 13, the intra-sensor correlation index is "present" for "supine position" and "side-lying position," but "absent" for "prone position."
自己相関関数の出力値は「0~1」の間となっている。ここで、図13において「あり」(「仰臥位」「腹臥位」)の箇所は、出力値をそのままセンサ内相関指標の値とする。また、図13において「なし」の箇所は、最大値から自己相関関数の出力値を減算したものをセンサ内相関指標の値とする。 The output value of the autocorrelation function is between 0 and 1. Here, in FIG. 13, where there is "Yes" ("Supine" and "Prone"), the output value is used as is as the intra-sensor correlation index value. Also, in FIG. 13, where there is "No", the intra-sensor correlation index value is the maximum value minus the output value of the autocorrelation function.
具体例を説明すると、患者状態判定部140は、自己相関関数の出力値が「0.8」であれば、センサ内相関指標の値として、「仰臥位=0.8」「腹臥位=0.2」「側臥位=0.8」を出力する。
To give a specific example, if the output value of the autocorrelation function is "0.8", the patient
(2)センサ間相互指標算出(ステップS208)
センサ間の波形に基づいた相関により算出されるセンサ間相関指標の値を算出する。まず、患者状態判定部140は、上述した方法で2つの波形データの相互相関関数を利用した出力値を算出する。
(2) Calculation of inter-sensor mutual index (step S208)
The inter-sensor correlation index value is calculated based on the correlation between the waveforms of the sensors. First, the patient
そして、患者状態判定部140は、前記出力値に重み付けを行ってセンサ内相関指標の値として出力する。ここで、重み付けの方法について説明する。
The patient
例えば、図13を参照すると、センサ間相関指標は、「仰臥位」は「あり」と、「腹臥位」は「あり/なし」と、「側臥位」は「なし」なっている。 For example, referring to FIG. 13, the inter-sensor correlation index is "Yes" for "supine position," "Yes/No" for "prone position," and "No" for "lateral position."
相互相関関数の出力値は「0~1」の間となっている。ここで、図13において「あり」(「仰臥位」)の箇所は、出力値をそのままセンサ内相関指標の値とする。また、図13において「なし」の箇所(「側臥位」)は、最大値から出力値を減算したものをセンサ内相関指標の値とする。また、図13において「あり/なし」(「腹臥位」)の箇所は、出力値を半分にしたものをセンサ間相互指標の値とする。 The output value of the cross-correlation function is between 0 and 1. Here, in FIG. 13, where it is "present" ("supine position"), the output value is used as is as the intra-sensor correlation index value. Also, in FIG. 13, where it is "absent" ("lateral position"), the intra-sensor correlation index value is the maximum value minus the output value. Also, in FIG. 13, where it is "present/absent" ("prone position"), the output value is halved as the inter-sensor cross-index value.
具体例を説明すると、患者状態判定部140は、相互相関関数の出力値が「0.9」であれば、センサ間相関指標の値として、「仰臥位=0.9」「腹臥位=0.45」「側臥位=0.1」を出力する。
To give a specific example, if the output value of the cross-correlation function is "0.9", the patient
(3)心拍波形指標値算出(ステップS210)
出力されている波形に心拍波形が載っている程度を示す心拍波形指標値を算出する。例えば、周波数分布算出部135により、呼吸成分の周波数以上の高周波数成分における心拍成分の周波数とその整数倍の周波数のパワースペクトル密度が占める比率が一定値以上の場合には、心拍波形が強く載っていると判定される。
(3) Calculation of Heart Rate Waveform Index Value (Step S210)
A heartbeat waveform index value indicating the degree to which the heartbeat waveform is present on the output waveform is calculated. For example, when the frequency
そして、患者状態判定部140は、波形に心拍波形が載っている場合は「1」、載っていない場合は「0」を出力する。更に、患者状態判定部140は、出力値に重み付けを行ったものを心拍波形指標の値として出力する。ここで、重み付けの方法について説明する。
The patient
例えば、図13を参照すると、心拍波形は「仰臥位」と「腹臥位」とでは載り方が小さい。また、「側臥位」の場合は大きく載る。また、「側臥位」についても、「左側臥位」の場合は大きく載るが、「右側臥位」の場合は、「仰臥位」「腹臥位」に比べると大きいが、「左側臥位」と比較すると小さく載る。 For example, referring to FIG. 13, the heart rate waveform is smaller in the "supine" and "prone" positions. Also, it is larger in the "lateral position." Also, in the "lateral position," it is larger in the "left lateral position," but in the "right lateral position," it is larger than the "supine" and "prone positions," but smaller than the "left lateral position."
したがって、「側臥位」の場合は、出力値が心拍波形指標値としてそのまま出力される。また、「仰臥位」及び「腹臥位」は、小さく(例えば、「0.1」倍としたり、「0」であったり等)出力される。 Therefore, in the case of "lateral position", the output value is output as is as the heart rate waveform index value. In addition, in the "supine position" and "prone position", a small value (for example, "0.1" times or "0") is output.
(4)センサ間呼吸指標値(ステップS212)
患者状態判定部140は、波形における山、谷の形状についての指標を算出する。波形における谷から山になる部分は、例えば図14の時間t1→t2の部分であり、山から谷になる部分は、例えば図14の時間t2→t3の部分である。これらの部分は振動の遷移(圧力の遷移)を示しているが、通常は呼気/吸気に対応する。患者状態判定部140は、谷から山になる時間と、山から谷になる時間のどちらが長いかがセンサ間で同じか否かを判定し、姿勢判定区間内に含まれる時間の対応関係が同じペアの割合をセンサ間呼吸指標の値として算出する。図13を参照すると、「仰臥位」と「腹臥位」とではセンサ間で同じとなる。
(4) Sensor-to-sensor respiration index value (step S212)
The patient
したがって、センサ間呼吸指標の値をそのまま出力する。また、「側臥位」の場合は、同じ場合もあれば反対となってしまう場合もあるため、上述した同じペアの割合を「0.5」倍したものをセンサ間呼吸指標の値として出力する。 Therefore, the value of the sensor-to-sensor respiration index is output as is. Also, in the case of the "lateral position," the values may be the same or opposite, so the rate of same pairs described above is multiplied by "0.5" and output as the value of the sensor-to-sensor respiration index.
(5)呼吸指標値算出(ステップS214)
患者状態判定部140は、波形における谷から山の時間と、山から谷の時間との比較結果についての指標を算出する。
(5) Calculation of respiration index value (step S214)
The patient
このとき、患者状態判定部140は、波形から、姿勢判定区間内に含まれる谷から山の時間と、山から谷の時間の長さを比較し、2つの区間の長さが「短→長」の関係となる部分が検出できるか否かを判定する。そして、患者状態判定部140は、「短→長」の関係となるペアの割合を出力値として出力する。
At this time, the patient
また、図13を参照すると、「仰臥位」の場合は、「短→長」が多く出来ることから、患者状態判定部140は、算出された出力値から0.5を減じた値を呼吸指標の値としてそのまま出力する。また、患者状態判定部140は、「腹臥位」と「側臥位」とでは特徴が出にくいところから呼吸指標値は出力しない(「0」を出力する)。
Referring to FIG. 13, in the case of the "supine position," since "short to long" is often possible, the patient
このように、各指標値を利用して患者の姿勢を判定することが可能となり、より適切な患者の姿勢を判定することが可能となる。 In this way, it is possible to determine the patient's posture using each index value, making it possible to more appropriately determine the patient's posture.
なお、本実施形態においても、振動データに基づいて、波形を算出することとして説明したが、単純に振動データに基づいて患者の姿勢が判定されてもよい。すなわち、図12のステップS204が実行されず、ステップS202からステップS206に処理を遷移させてもよい。 In this embodiment, the waveform is calculated based on the vibration data, but the patient's posture may be determined simply based on the vibration data. That is, step S204 in FIG. 12 may not be executed, and the process may transition from step S202 to step S206.
例えば、心拍波形指標は、振動データを周波数分析することで判定することができる。また、呼吸指標においては、波形の山や谷は、振動データの最大値(近傍)、最小値(近傍)が抽出できれば、波形と同様に捉えることが可能となる。 For example, the heart rate waveform index can be determined by frequency analysis of the vibration data. Also, in the case of respiratory indexes, the peaks and valleys of the waveform can be interpreted in the same way as the waveform if the maximum value (or its vicinity) and minimum value (or its vicinity) of the vibration data can be extracted.
[3.第3実施形態]
つづいて、第3実施形態について説明する。本実施形態は、患者状態判定部140が、人工知能(機械学習)を用いて患者の姿勢を判定する場合について説明する。
[3. Third embodiment]
Next, a third embodiment will be described. In this embodiment, a case will be described in which the patient
本実施形態は、図5の処理の代わりに、図15の患者状態推測部700に基づいて患者の状態の1つである患者の姿勢を推測する。
In this embodiment, instead of the process of FIG. 5, the patient's posture, which is one of the patient's conditions, is estimated based on the patient
ここで、本実施形態における患者状態推測部700の動作について説明する。患者状態推測部700は、振動データや、患者の状態を入力値(入力データ)とし、人工知能や各種統計指標を利用することにより、患者の姿勢を推測する。
Here, the operation of the patient
図15に示すように、患者状態推測部700は、特徴抽出部710と、識別部720と、識別辞書730と、患者状態出力部740とが含まれている。
As shown in FIG. 15, the patient
まず、患者状態推測部700に入力される入力データとしては、種々のパラメータが入力され、利用される。例えば、本実施形態においては、振動データとしての振動データと、振動データから算出される波形データとが利用されている。
First, various parameters are input and used as input data to the patient
そして、特徴抽出部710により、各特徴点が抽出され、特徴ベクトルとして出力される。ここで、特徴抽出部710が、特徴点として抽出するものは、例えば以下のものが考えられる。
Then, the
(1)センサ内の相関があるかないか
(2)センサ間の相関があるかないか
(3)心拍波形が波形データに載っているか否か
(4)呼吸波形の谷から山の時間が山から谷の時間に対して短いか長いか
(5)2山波形の出現率が多いか少ないか
(6)波形データにおいて、中央線から上下の面積の差があるかないか
(7)センサ間の心拍波形の違い・載り方に差はあるかないか
(1) Is there a correlation within the sensor? (2) Is there a correlation between sensors? (3) Is the heart rate waveform included in the waveform data? (4) Is the time from the trough to the peak of the respiratory waveform shorter or longer than the time from the peak to the trough? (5) Is the occurrence rate of two-peak waveforms high or low? (6) Is there a difference in the area above and below the center line in the waveform data? (7) Are there differences in the heart rate waveforms and how they are included between sensors?
特徴抽出部710は、これらの特徴点を1又は複数組み合わせることにより、特徴ベクトルが出力される。なお、特徴点として説明したものは1例であり、当該値に限定されるものではない。また、このように、各値は、説明の都合上の値である。そして、該当する特徴点は「1」、非該当の特徴点は「0」が出力されでも良いし、確率変数が出力されても良い。
The
そして、上述した特徴点を全て含まれる場合は、特徴空間は7次元であり、7次元の特徴ベクトルとして識別部720に出力される。
When all of the above feature points are included, the feature space is seven-dimensional, and a seven-dimensional feature vector is output to the
識別部720は、入力された特徴ベクトルから、患者状態に対応するクラスを識別する。このとき、識別辞書730として、事前に用意した複数のプロトタイプと照合することにより、クラスを識別する。プロトタイプは、各クラスに対応する特徴ベクトルとして記憶していても良いし、クラスを代表する特徴ベクトルを記憶していてもよい。
The
クラスを代表する特徴ベクトルが記憶されている場合には、最も近いプロトタイプの属するクラスを決定する。このとき、識別部720は、最近傍決定則により決定してもよいし、k近傍法により識別してもよい。
When a feature vector representing a class is stored, the class to which the closest prototype belongs is determined. In this case, the
なお、識別部720が利用する識別辞書730は、予めプロトタイプを記憶してもよいし、機械学習を利用して記憶することとしても良い。
The
そして、識別部720により識別されたクラスに対応して、患者状態出力部740により患者状態の1つとして(寝)姿勢が出力される。出力される患者の状態としては、「仰臥位」「腹臥位」「側臥位」等が識別されてもよいし、そのまま確率変数が出力されても良い。
Then, the patient
これにより、本実施形態によれば、センサから出力された振動データを取得し、これらの情報から、患者の姿勢を推測することが可能となる。 As a result, according to this embodiment, it is possible to obtain vibration data output from the sensor and infer the patient's posture from this information.
[4.第4実施形態]
第4実施形態について説明する。第4実施形態は、第3実施形態の患者状態推測部700において、波形データに基づいて、ニューラルネットワークを利用したディープラーニングを利用して患者の姿勢を推測する場合の実施形態である。
[4. Fourth embodiment]
A fourth embodiment will be described. The fourth embodiment is an embodiment in which the patient
本実施形態では、患者状態推測部700に、患者の波形データを入力する。患者状態推測部700は、入力された波形データから患者状態(姿勢)を推測するが、この推測する処理としては、最近はディープラーニング(ディープニューラルネットワーク)が特に画像認識において高い精度を出している。本実施形態でも一例として当該方法を利用する。このディープラーニングにおける処理について、図16を用いて簡単に説明する。
In this embodiment, the patient's waveform data is input to the patient
まず、患者状態推測部700は、波形算出部130により出力される波形データ(画像データ)の信号を、複数の層と、各層に含まれるニューロンによって構成されるニューラルネットワークに入力する。各ニューロンは別の複数のニューロンから信号を受け取り、演算を施した信号を別の複数のニューロンへ出力する。ニューラルネットワークが多層構造の場合、信号が流れる順に、入力層、中間層(隠れ層)、出力層と呼ばれる。
First, the patient
ニューラルネットワークの中間層が複数の層からなっているものはディープニューラルネットワーク(例えば、畳み込み演算を持つConvolutional Neural Network(畳み込みニューラルネットワーク))と呼ばれ、これを用いた機械学習の手法をディープラーニングと呼ぶ。 Neural networks that have multiple intermediate layers are called deep neural networks (for example, convolutional neural networks that use convolutional operations), and machine learning techniques that use them are called deep learning.
波形データはニューラルネットワークの各層のニューロンに各種演算(畳み込み演算、プーリング演算、正規化演算、行列演算等)が施され、形を変えながら流れ、出力層から複数の信号が出力される。 The waveform data undergoes various operations (convolution, pooling, normalization, matrix operations, etc.) in the neurons of each layer of the neural network, changing its shape as it flows, and multiple signals are output from the output layer.
ニューラルネットワークからの複数の出力値は、それぞれ、患者の姿勢に紐づいていて、値が最も大きい出力値に紐づく患者の姿勢と推測する、というような処理を行う。又は、患者の状態である姿勢を直接出力しなくとも、一又は複数の出力値を分類器に通して、分類器の出力から患者の姿勢を推測してもよい。 Each of the multiple output values from the neural network is associated with a patient's posture, and the patient's posture associated with the largest output value is inferred. Alternatively, instead of directly outputting the posture, which is the patient's state, one or more output values may be passed through a classifier, and the patient's posture may be inferred from the output of the classifier.
ニューラルネットワークの各種演算に用いる係数であるパラメータは、事前にニューラルネットワークへ数多くの波形データと、当該波形データにおける対応する患者の姿勢とを入力し、出力値と正解値との誤差を、誤差逆伝播法により、ニューラルネットワークを逆方向に伝搬し、各層のニューロンのパラメータを何度も更新することによって決まる。このように、パラメータを更新し、決める工程を学習と呼ぶ。 The parameters, which are coefficients used in various calculations of the neural network, are determined in advance by inputting a large amount of waveform data and the patient's posture corresponding to that waveform data into the neural network, propagating the error between the output value and the correct value backwards through the neural network using the error backpropagation method, and repeatedly updating the parameters of the neurons in each layer. This process of updating and determining parameters is called learning.
ニューラルネットワークの構造や、個々の演算については、書籍や論文で解説された公知技術であり、その何れかの技術を利用すれば良い。 The structure of neural networks and the individual calculations are publicly known technologies explained in books and papers, so it is sufficient to use any of these technologies.
このように、患者状態推測部700を利用することにより、センサから出力された振動データから算出された振動波データを参照することにより、患者の姿勢が出力される。
In this way, by utilizing the patient
なお、本実施形態では、波形の画像データとしてニューラルネットワークを利用して推測する例を説明したが、単に振動データ(時系列の電圧出力値)を入力し、学習させることで患者の姿勢を推測させることとしてもよい。また、フーリエ変換や離散コサイン変換で周波数領域の信号に変換したデータを入力し、学習させることで患者の姿勢を推測させることとしてもよい。 In the present embodiment, an example of making an estimation using a neural network as waveform image data has been described, but it is also possible to simply input vibration data (time series voltage output values) and have the system learn to estimate the patient's posture. It is also possible to input data converted into a frequency domain signal using a Fourier transform or discrete cosine transform and have the system learn to estimate the patient's posture.
[5.適用例]
上述した姿勢判定装置については、他の装置に組み込むことで以下のような適用例が考えられる。
5. Application Examples
The above-described posture determination device can be incorporated into other devices in the following application examples.
[5.1 ベッド装置]
図17にベッド装置の構成を示す。ベッド装置10は、背ボトム12と、腰ボトム14と、膝ボトム16と、足ボトム18とを有している。利用者Pは、背ボトム12により上体が支持され、腰ボトム14により、腰部が支持されている。
5.1 Bed Apparatus
The configuration of the bed apparatus is shown in Fig. 17. The
駆動制御部1000は、ベッド装置の駆動を制御する。ここで、駆動制御部1000は、ボトムを動作させることにより、背上げ、膝上げ(足下げ)機能等を制御するためのボトム制御部1100の機能を実現する。
The
背上げ機能を実現するために、ボトム制御部1100には、背ボトム駆動部1110と、膝ボトム駆動部1120とが接続されている。背ボトム駆動部1110は、例えば、アクチュエータであり、リンク機構を介して背上げ用のリンクと連結されている。そして、背ボトム駆動部1110の制御により、リンクにより載置された背ボトム12が動作し、背上げ・背下げ制御が行われる。
To realize the back-raising function, the
また、膝ボトム駆動部1120は、例えば、アクチュエータであり、リンク機構を介して膝上げ用のリンクと連結されている。そして、膝ボトム駆動部1120の制御により、リンクに載置された膝ボトム16と、更に連結された足ボトム18とが動作し、膝上げ・膝下げ(足下げ・足上げ)制御が行われる。
The knee
そして、ベッド装置が背上げ動作を行おうとした場合、ボトム制御部1100は、患者状態判定部140により患者の姿勢が「腹臥位」と判定された場合には、背上げ動作を行わない。すなわち、利用者が背上げ動作を選択しても、ボトム制御部1100は、背ボトム駆動部1110を駆動させず、背上げ動作が行われない。また、ベッド装置が自動運転の場合にも、患者状態判定部140により患者の姿勢が「腹臥位」と判定されている場合は、ボトム制御部1100は、背上げ動作を行わない。
When the bed device attempts to perform a back-raising operation, the
この場合の動作について、図18を参照して説明する。まず、利用者により動作が選択されたか否かを判定する(ステップS302)。例えば、入力部160(操作リモコン)により、利用者により背上げボタンが選択される。これにより、背上げ動作が選択されたことを制御部100は判定する。
The operation in this case will be described with reference to FIG. 18. First, it is determined whether or not an operation has been selected by the user (step S302). For example, the user selects the back-raising button via the input unit 160 (operation remote control). This causes the
つづいて、制御部100(患者状態判定部140)は、姿勢判定処理を実行する(ステップS304)。姿勢判定処理は、患者状態判定部140により、上述した何れかの姿勢判定処理が実行され、ベッド装置上の患者の姿勢が判定される。
Next, the control unit 100 (patient state determination unit 140) executes a posture determination process (step S304). In the posture determination process, the patient
ここで、制御部100は、患者の姿勢は特定の姿勢になっているか否かを判定する(ステップS306)。本適用例では、制御部100は、患者の姿勢が「腹臥位」であれば背上げ動作を実行しない(ステップS306;Yes)。それ以外の姿勢であれば、制御部100は、ボトム制御部1100(背ボトム駆動部1110)に指示を出すことにより、背上げ動作を実行する(ステップS306;Yes→ステップS308)。
Here, the
そして、制御部100は、利用者により背上げ動作が解除される(例えば、利用者・患者により中止操作がされたり、背上げボタンが解除されたりする等)と、背上げ動作を停止する(ステップS310;Yes→ステップS312)。
Then, when the user cancels the back-raising operation (for example, the user/patient cancels the operation or the back-raising button is released), the
また、制御部100は、背上げ動作中に、患者の姿勢が特定姿勢となった場合(例えば、背上げ動作中に腹臥位となってしまった場合)にも背上げ動作を停止する(ステップS306;Yes→ステップS312)。
The
[5.2 体位変換]
褥瘡リスク把握のため、体位変換(姿勢変換)の頻度や、姿勢ごとの割合を自動記憶する。すなわち、患者状態判定部140により判定された患者の姿勢を自動的に記憶することで、介護や治療に活用する。
[5.2 Posture Change]
In order to grasp the risk of bedsores, the frequency of position changes (posture changes) and the proportion of each posture are automatically stored. In other words, the posture of the patient determined by the patient
また、患者状態判定部140により判定された姿勢が同一の状態で所定時間を経過したら、報知したり、自動的に体位変換を行ったりする。例えば、図17に示すように、駆動制御部1000は、体位変換駆動部1200を制御する。体位変換駆動部1200は、例えば患者の左右に設けられたエアセルを膨縮させたり、左右のボトムを起伏させたりすることにより、患者の体位を変換する。
In addition, if the posture determined by the patient
駆動制御部1000は、患者状態判定部140により判定された姿勢に応じて体位変換駆動部1200を制御し、患者Pの体位を変える制御を行う。
The
例えば、図18の処理を例に説明する。体位変換の動作が選択されると(ステップS302;Yes)、患者状態判定部140は、上述した何れかの方法により患者の姿勢を判定する(ステップS304)。
For example, the process in FIG. 18 will be described. When a position change operation is selected (step S302; Yes), the patient
ここで、判定された姿勢は特定姿勢であるか否かを判定する。例えば、患者が右側臥位の姿勢であれば、体位変換駆動部1200は、右側に設けられたエアセルを制御することにより、体位変換を行う。また、患者が左側臥位の姿勢であれば、体位変換駆動部1200は、左側に設けられたエアセルを制御することにより、体位変換を行う。また、患者が腹臥位であれば体位変換は行わない。
Here, it is determined whether the determined posture is a specific posture. For example, if the patient is in a right lateral position, the posture
また、姿勢が所定時間継続している場合に、体位変換を行ってもよい。例えば、姿勢安定処理により判定された姿勢が、同じ姿勢を10分以上継続している場合には、体位変換を行うといった処理を実行してもよい。 In addition, if the posture continues for a predetermined period of time, a change in posture may be performed. For example, if the posture determined by the posture stabilization process continues for 10 minutes or more, a process of changing the posture may be performed.
[5.3 報知装置]
患者状態判定部140により判定された患者の姿勢に応じて報知を行う構成を設ける。報知方法としては、音声出力装置や、表示装置であってもよいし、他の端末(例えば医療従事者が所持している携帯端末装置)に報知する方法であってもよい。
[5.3 Notification device]
A configuration is provided for notifying the patient according to the posture of the patient determined by the patient
報知するタイミングとしては、例えば、患者に麻痺がある場合には、麻痺側を下にすると褥瘡リスクが高まる。したがって、患者状態判定部140により判定された姿勢が、麻痺側が下になる側臥位の場合には報知を行う。
As for the timing of the notification, for example, if the patient is paralyzed, the risk of bedsores increases if the paralyzed side is placed on the bottom. Therefore, a notification is issued when the posture determined by the patient
また、乳幼児のうつ伏せ寝による窒息死防止のため、患者状態判定部140により姿勢が腹臥位と判定された場合には報知を行う。
In addition, to prevent infants from suffocating to death when sleeping on their stomachs, an alarm is issued if the patient
[6.変形例]
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。
[6. Modifications]
Although an embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and designs that do not deviate from the gist of the present invention are also included in the scope of the claims.
また、本実施形態においては、検出装置3で出力された結果に基づき、処理装置5において患者の姿勢を判定しているが、1つの装置で全て判定してもよい。また、端末装置(例えばスマートフォン、タブレット、コンピュータ)にアプリケーションをインストールして実現するだけでなく、例えばサーバ側で処理をして、処理結果を端末装置に返しても良い。
In addition, in this embodiment, the patient's posture is determined in the
例えば、検出装置3から、振動データをサーバにアップロードすることで、サーバ側で上述した処理を実現してもよい。この検出装置3は、例えば加速度センサ、振動センサを内蔵したスマートフォンのような装置で実現してもよい。
For example, the
また、上述した実施形態において、振動センサは2つあることとして説明したが、それ以上設けられても良い。また、第1実施形態の周波数分布を算出して姿勢を判定する方法においては、センサが1つでも実現可能である。 In the above embodiment, two vibration sensors are described, but more than two may be provided. Also, the method of calculating the frequency distribution of the first embodiment to determine posture can be realized with only one sensor.
また、実施形態において各装置で動作するプログラムは、上述した実施形態の機能を実現するように、CPU等を制御するプログラム(コンピュータを機能させるプログラム)である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的に一時記憶装置(例えば、RAM)に蓄積され、その後、各種ROMやHDD、SSDの記憶装置に格納され、必要に応じてCPUによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。 In addition, in the embodiments, the programs that run on each device are programs that control the CPU and the like (programs that make the computer function) so as to realize the functions of the above-described embodiments. Information handled by these devices is temporarily stored in a temporary storage device (e.g., RAM) during processing, and is then stored in various ROM, HDD, and SSD storage devices, and is read, modified, and written by the CPU as necessary.
また、市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれるのは勿論である。 When distributing the program on the market, the program can be stored on a portable recording medium and distributed, or transferred to a server computer connected via a network such as the Internet. In this case, the storage device of the server computer is of course included in the present invention.
1 システム
3 検出装置
5 処理装置
10 ベッド装置
12 背ボトム
14 腰ボトム
16 膝ボトム
18 足ボトム
20 マットレス
100 制御部
110 振動検出部
120 生体情報算出部
130 波形算出部
135 周波数分布算出部
140 患者状態判定部
150 記憶部
152 振動データ記憶領域
154 波形データ記憶領域
160 入力部
170 出力部
700 患者状態推測部
710 特徴抽出部
720 識別部
730 識別辞書
740 患者状態出力部
1
Claims (6)
前記振動センサより対象者の臥床時における振動を検出し、前記検出された振動の波形から対象者の姿勢を判定する制御部と、
前記対象者の姿勢が特定の姿勢であるとき、入力部のボタンを選択しても前記ボタンの動作をせず、前記対象者の姿勢が特定の姿勢でないとき、前記入力部のボタンを選択すると前記ボタンの動作を行う駆動部と、
を備え、
前記制御部は、前記2つの振動センサ間の相関がない場合は、前記対象者の姿勢は側臥位と判定する、システム。 At least two vibration sensors are installed at a plurality of positions on the left and right of the mattress at a predetermined distance apart ;
a control unit that detects vibrations of the subject when the subject is lying down using the vibration sensor and determines the posture of the subject from a waveform of the detected vibrations;
a drive unit that does not operate a button of an input unit even if the button is selected when the posture of the subject is in a specific posture, and that operates the button when the button of the input unit is selected when the posture of the subject is not in a specific posture;
Equipped with
The control unit determines that the subject's posture is in a lateral position if there is no correlation between the two vibration sensors.
前記振動センサより対象者の臥床時における振動を検出し、前記検出された振動の波形から対象者の姿勢を判定する制御部と、
前記対象者の姿勢が特定の姿勢であるとき、入力部のボタンを選択しても前記ボタンの動作をせず、前記対象者の姿勢が特定の姿勢でないとき、前記入力部のボタンを選択すると前記ボタンの動作を行う駆動部と、
を備え、
前記制御部は、前記2つの振動センサ間の相関がある場合は、前記対象者の姿勢は仰臥位かまたは伏臥位であると判定する、システム。 At least two vibration sensors are installed at a plurality of positions on the left and right of the mattress at a predetermined distance apart ;
a control unit that detects vibrations of the subject when the subject is lying down using the vibration sensor and determines the posture of the subject from a waveform of the detected vibrations;
a drive unit that does not operate a button of an input unit even if the button is selected when the posture of the subject is in a specific posture, and that operates the button when the button of the input unit is selected when the posture of the subject is not in a specific posture;
Equipped with
The control unit determines that the subject's posture is supine or prone if there is correlation between the two vibration sensors.
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