WO2019026782A1 - 体動判定システム及び生体状態モニタリングシステム - Google Patents

体動判定システム及び生体状態モニタリングシステム Download PDF

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WO2019026782A1
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重巳 増田
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ミネベアミツミ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a body movement determination system that determines the presence or absence of body movement of a subject on a bed based on a detection value of a load detector, and a biological condition monitoring system including the body movement determination system.
  • Patent Document 1 discloses a body movement level determination device that determines a body movement level of a user on a bed stepwise based on a detection value from a load sensor disposed under a leg of the bed.
  • Patent Document 2 discloses a sleep determination device and a turnover detection device capable of determining that there is body movement in a person based on the detection result of a load sensor disposed under a leg of the bed. There is.
  • An object of the present invention is to provide a body movement determination system capable of determining with high accuracy whether or not body movement is occurring in a subject on a bed based on a detection value of a load detector.
  • a movement determination system for determining the presence or absence of movement of a subject on a bed, comprising: A load detector for detecting the load of the subject on the bed; A non-negative value average value calculation unit that calculates a non-negative value average value of detection values of the load detector; Body movement determination system comprising: a threshold setting unit configured to set a threshold used to determine the presence or absence of body movement of the subject based on the non-negative value average value calculated during a resting period in which the subject is breathing only Is provided.
  • the body movement determination system may further include a standard deviation calculating unit that calculates a standard deviation of the detection value of the load detector, and further based on a comparison between the calculated standard deviation and the threshold.
  • a determination unit may be provided to determine the presence or absence of body movement of the subject.
  • the body movement determination system may further include a resting period determination unit that determines a period in which the standard deviation is equal to or less than a predetermined value as the resting period.
  • the threshold setting unit may set the threshold based on the non-negative value averaged value calculated in the resting period determined by the resting period determination unit.
  • the threshold setting unit determines that the body movement determination system determines that body movement is occurring in the subject, and then the non-negative valued average value during the resting period after the determination.
  • the threshold may be reset based on the non-negative value average value calculated by the calculation unit.
  • a living condition monitoring system for monitoring the living condition of a subject on a bed, comprising: The body movement determination system of the first aspect; And a respiratory rate calculator configured to calculate the respiratory rate of the subject based on the detection value of the load detector.
  • the respiration rate calculation unit is provided with a biological condition monitoring system for stopping the calculation of respiration rate in a period in which the motion determination system determines that a motion is occurring in the subject.
  • the biological condition monitoring system determines the presence / absence of the subject based on the determination result of the body movement determination system and / or the respiration rate of the subject calculated by the respiration rate calculation unit; You may provide the state determination part which performs a sleep / awakening determination, and at least one of a life-and-death determination.
  • a bed system comprising the body movement determination system of the first aspect.
  • a bed system comprising the biological condition monitoring system of the second aspect.
  • the body movement determination system of the present invention can determine with high accuracy whether body movement is occurring in the subject on the bed based on the detection value of the load detector.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a biological condition monitoring system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing the arrangement of the load detector with respect to the bed.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a method of monitoring a biological condition using a biological condition monitoring system.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a specific configuration of the body movement determination unit.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of the body movement determination process performed by the body movement determination unit.
  • FIG. 6 is a schematic graph showing the variation of the load value detected by the load detector for both a resting period in which the subject is breathing only and a period in which the subject is in motion. .
  • FIG. 7 (a) and 7 (b) are explanatory diagrams for explaining a method of obtaining a non-negative value average value of a predetermined period for a detection value of a load detector which fluctuates only in accordance with the subject's breathing. is there.
  • FIG. 7 (a) is a graph schematically showing the state of fluctuation of the detected value before the non-negative value processing
  • FIG. 7 (b) shows the state of fluctuation of the detected value after the non-negative value processing
  • Is a graph schematically showing FIG. 8 shows magnitudes (standard deviations) of fluctuations in detection values of the load detector according to the subject's respiration and magnitudes (standard deviations) of detection values in the load detector according to small movements of the subject.
  • FIG. 8 shows magnitudes (standard deviations) of fluctuations in detection values of the load detector according to the subject's respiration and magnitudes (standard deviations) of detection values in the load detector according to small movements of the subject.
  • FIG. 8 is a graph schematically showing each of a subject with a small respiration amplitude, a subject with a mean respiration amplitude, and a subject with a large respiration amplitude.
  • FIG. 9A is an explanatory view conceptually showing that the center of gravity of the subject vibrates in the axial direction of the subject according to the breathing of the subject.
  • FIG. 9B is a graph showing an example of a respiration waveform drawn based on the vibration of the subject's center of gravity according to the subject's respiration.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an overall configuration of a bed system according to a modification.
  • Embodiment about the body movement judging system of the embodiment of the present invention and the living body condition monitoring system 100 (FIG. 1) including the body movement judging system, using it together with the bed BD (FIG. 2) The case of determining the presence or absence of body movement and estimating the respiration rate will be described as an example.
  • the center of the rectangular bed BD (FIG. 2) is taken as the center O
  • the axis extending through the center O to the short side (width direction) of the bed BD is taken as the X axis of the bed BD
  • the center O is passed.
  • An axis extending in the longitudinal direction (longitudinal direction, vertical direction) of the bed BD is taken as a Y axis of the bed BD.
  • the right side of the center O of the bed BD is the positive side of the X axis
  • the left side is the negative side of the X axis
  • the upper side of the center O of the bed BD is the positive side of the Y axis
  • the lower side is the Y axis Be negative.
  • the biological condition monitoring system 100 of the present embodiment mainly includes a load detection unit 1, a control unit 3, and a storage unit 4.
  • the load detection unit 1 and the control unit 3 are connected via the A / D conversion unit 2.
  • the display unit 5, the notification unit 6, and the input unit 7 are further connected to the control unit 3.
  • the load detection unit 1 includes four load detectors 11, 12, 13, 14. Each of the load detectors 11, 12, 13, 14 is a load detector that detects a load using, for example, a beam type load cell. Such a load detector is described, for example, in Japanese Patent No. 4829020 and Japanese Patent No. 4002905.
  • the load detectors 11, 12, 13, 14 are each connected to the A / D converter 2 by wiring or wirelessly.
  • the four load detectors 11 to 14 of the load detection unit 1 are attached to the lower ends of the legs BL 1 , BL 2 , BL 3 and BL 4 at the four corners of the bed BD used by the subject S It is disposed under the casters C 1 , C 2 , C 3 , C 4 respectively.
  • the A / D conversion unit 2 includes an A / D converter that converts an analog signal from the load detection unit 1 into a digital signal, and is connected to the load detection unit 1 and the control unit 3 by wiring or wirelessly.
  • the control unit 3 is a dedicated or general-purpose computer, and a body movement determination unit 31 and a respiration rate calculation unit 32 are built therein. The details of the determination of the presence or absence of body movement of the subject S performed in the body movement determination unit 31 and the calculation (estimate) of the respiration rate of the subject S performed in the respiration rate calculation unit 32 will be described later.
  • the storage unit 4 is a storage device that stores data used in the biological condition monitoring system 100, and can use, for example, a hard disk (magnetic disk).
  • the display unit 5 is a monitor such as a liquid crystal monitor that displays the information output from the control unit 3 to the user of the biological condition monitoring system 100.
  • the notification unit 6 includes a device, such as a speaker, which performs a predetermined notification aurally based on the information from the control unit 3.
  • the input unit 7 is an interface for performing predetermined input to the control unit 3 and may be a keyboard and a mouse.
  • the part except the respiration rate calculation part 32 of the control part 3 corresponds to the body movement determination system of this embodiment among the biological condition monitoring systems 100 which have said structure.
  • the monitor of the biological condition of the subject using the biological condition monitoring system 100 determines the presence or absence of movement of the subject based on the load detection step S1 for detecting the load of the subject and the detected load.
  • Body movement determination step S2 respiratory rate calculation step S3 for calculating the respiratory rate of the subject taking into consideration the presence or absence of the subject's body movement, determination result of body movement determination step S2 and / or calculation of respiratory rate calculation step S3
  • a display step S4 for displaying the result.
  • the load detection step S1 the load of the subject S on the bed BD is detected using the load detectors 11, 12, 13, 14.
  • the load of the subject S on the bed BD is dispersedly applied to the load detectors 11 to 14 disposed below the legs BL 1 to BL 4 at the four corners of the bed BD, and is dispersedly detected by these.
  • Each of the load detectors 11 to 14 detects a load (load change) and outputs it to the A / D converter 2 as an analog signal.
  • the A / D conversion unit 2 converts an analog signal to a digital signal with a sampling cycle of, for example, 5 milliseconds, and outputs it to the control unit 3 as a digital signal (hereinafter referred to as "load signal").
  • load signal a digital signal
  • the load signals obtained by converting the analog signals output from the load detectors 11, 12, 13 and 14 into digital form in the A / D conversion unit 2 are respectively applied to the load signals s 1 , s 2 , s 3 and s Call it 4
  • the body motion determination unit 31 uses at least one of the load signals s 1 ⁇ s 4, determines the presence or absence of body movement of the subject S.
  • body movement refers to movement of the subject's head, torso (trunk), and limbs. Movement of organs, blood vessels, etc. accompanying respiration and heart beat etc. is not included in body movement. Body movement can be classified into, for example, large movement with movement of the torso (body trunk) of the subject S and small movement with only movement of the subject's limbs and head. One example of a large movement is turning over or getting up, and an example of a small movement is movement of a limb or head during sleep.
  • the load signals s 1 to s 4 from the load detectors 11 to 14 fluctuate accordingly.
  • the amount of the variation was in accordance with the amount of variation in response to the heart rate of the subject S, the amount of variation in response to the respiration of the subject S, the amount of variation in response to small motion of the subject S, and the large motion of the subject S The amount of fluctuation increases in order.
  • the amount of fluctuation of the load signals s 1 to s 4 according to the heart rate of the subject S in the determination of the body motion of the subject described in the present specification and the present invention is negligibly small. Therefore, in the present specification and the present invention, “the subject only performs respiration” and “the load value and the load signal change according to only respiration” mean that the subject does not perform body movement, and the load Value, meaning that the load signal does not show fluctuation according to the body movement, meaning that the subject does not have a heartbeat, and that the load value and load signal do not contain the fluctuation according to the heartbeat is not.
  • the body movement determination unit 31 includes a direct current component removal unit 311, a standard deviation calculation unit 312, a non-negative value average value calculation unit 313, a resting period determination unit 314, a threshold setting unit 315, and a determination unit 316. Including.
  • the body movement determination step S2 includes a direct current component removal step S21, a resting period determination step S22, a threshold value setting step S23, and a determination step S24.
  • the body movement determination unit 31 first performs a direct current component removal step S21 of removing a direct current component from each of the load signals s 1 to s 4 using the direct current component removal unit 311.
  • the removal of the DC component specifically, for example, obtains a moving average of a predetermined period (15 seconds for example) for each of the load signals s 1 ⁇ s 4, each of the moving average calculated load signals s 1 ⁇ s 4 It does by removing from the sampling value.
  • load signals sc 1 to sc 4 signals obtained by removing DC components from the load signals s 1 to s 4 .
  • the subsequent resting period determination step S22, the threshold setting step S23, and the determination step S24 are executed using the load signals sc 1 to sc 4 obtained in the direct current component removal step S21.
  • the body movement determination unit 31 calculates the standard deviation ⁇ in the standard deviation calculation unit 312 and the non-negative value average calculation unit 313 on the premise that the resting period determination step S22, the threshold setting step S23, and the determination step S24 are performed. The calculation of the average value ⁇ is always performed.
  • the standard deviation calculating unit 312 calculates standard deviations ⁇ 1 to ⁇ 1 of sampling values included in a predetermined sampling period (for example, 5 seconds) for each of the load signals sc 1 to sc 4 obtained in the direct current component removing step S21. Always calculate 4
  • the standard deviation ⁇ 1 ⁇ ⁇ 4 becomes small during the period P 1 the amount of fluctuation is small in the load signals sc 1 ⁇ sc 4
  • the standard deviations ⁇ 1 to ⁇ 4 also increase in the period P 2 in which the amount of fluctuation of the load signals sc 1 to sc 4 is large.
  • the standard deviations ⁇ 1 to ⁇ 4 calculated in the standard deviation calculation unit 312 are the determination of the resting period (period in which the subject is performing only breathing without causing body movement) in the resting period determining step S22, and the determining step S24. It is used for the determination of the presence or absence of the body motion of the test subject S in (The details will be described later).
  • the non-negative valued average value calculating unit 313 selects each of the sampling values W 11 to W included in the predetermined sampling period (5 seconds as an example).
  • the non-negative average values ⁇ 1 to ⁇ 4 of W 14 are constantly calculated.
  • the nonnegative average calculation unit 313 first specifies the minimum sampling value W min (negative value) that is the minimum value of the sampling values W 11 included in the sampling period. Then, the specified minimum sampling value W min is subtracted from each sampling value W 11 in the sampling period to make it non-negative (FIG. 7 (b)).
  • Nonnegative value of the average value calculating unit 313 then calculates the average value of each sampling value W 11 of the non-negative-valued to obtain a non-negative value of the average value mu 1.
  • Nonnegative value of the average value ⁇ 2 ⁇ ⁇ 4 for load signals sc 2 ⁇ sc 4 are calculated in the same manner.
  • the non-negative average values ⁇ 1 to ⁇ 4 obtained during the resting period become large values if the amplitude of the load fluctuation corresponding to the respiration of the subject S is large, and if the amplitude of the load fluctuation corresponding to the respiration of the subject S is small It becomes a small value.
  • the non-negative value average values ⁇ 1 to ⁇ 4 calculated by the non-negative value average value calculation unit 313 are used to set the threshold value ⁇ th in the threshold value setting step S23 (described in detail later).
  • the body motion determination unit 31 determines that a new subject S has arrived on the bed BD due to an increase in the load signals s 1 to s 4 (and / or the load signals sc 1 to sc 4 ). If it is determined that the subject S is in the resting period (period in which the subject is performing only breathing without causing body movement), the resting period determination step S22 is executed by the resting period determination unit 314. . Specifically, this determination is performed by determining whether any one of the standard deviations ⁇ 1 to ⁇ 4 calculated in the standard deviation calculation unit 312 is smaller than a predetermined threshold value ⁇ 0 .
  • the standard deviations ⁇ 1 to ⁇ 4 are small in a period in which the amount of fluctuation of the load signals sc 1 to sc 4 is small and large in a period in which the amount of fluctuation of the load signals sc 1 to sc 4 is large (FIG. 6) . Therefore, the standard deviations ⁇ 1 to ⁇ 4 all have small values during the resting period (for example, the period P 1 of FIG. 6) in which the subject S is performing only breathing without causing body movement. Therefore, by setting a sufficiently small value as a threshold sigma 0, when any one of the standard deviation ⁇ 1 ⁇ ⁇ 4 becomes a threshold sigma 0, it determines that the subject S is in the rest period it can.
  • the standard deviations ⁇ 1 to ⁇ 4 may be maintained at values larger than the threshold value ⁇ 0 .
  • the subject is in the resting period, for example, by keeping the standard deviations ⁇ 1 to ⁇ 4 at a constant value slightly larger than the threshold value ⁇ 0 over a predetermined period (for example, 5 to 10 seconds). It can be determined.
  • the body movement determining unit 31 causes the threshold setting unit 315 to execute the threshold setting step S23.
  • the threshold setting unit 315 estimates the magnitude of the respiration amplitude of the subject S, and sets the threshold value ⁇ th used in the determination step S24 based on the estimated magnitude of the respiration amplitude.
  • the respiration amplitude of the subject S means the amplitude of the vibration of the center of gravity G of the subject S in accordance with the respiration of the subject S.
  • the position of the center of gravity G of the subject S is along the direction in which the body axis SA of the subject S extends (the direction in which the spine of the subject S extends) according to the respiration of the subject S. It is vibrating (FIG. 9 (a)).
  • the respiration amplitude of the subject S is the amplitude of this vibration.
  • the threshold value setting unit 315 selects an arbitrary one of the non-negative value average values ⁇ 1 to ⁇ 4 calculated by the non-negative value average value calculation unit 313 during the resting period determined in the resting period determination step S22 and selects the selected value.
  • the magnitude of the respiration amplitude of the subject S is estimated according to the magnitude of.
  • the amplitudes of the vibration of the load signals s 1 to s 4 and sc 1 to sc 4 according to the respiration of the subject S are large (small) Therefore, the respiration amplitude of the subject S is also estimated to be large (small).
  • the threshold setting unit 315 sets the threshold ⁇ th used in the determination step S24 based on the estimated magnitude of the respiration amplitude of the subject S. Specifically, for example, when the magnitude of the estimated respiration amplitude is larger than the predetermined threshold value ⁇ th , the threshold value ⁇ th is set to the first threshold value ⁇ th1 , and the magnitude of the estimated respiration amplitude is a predetermined value. If it is smaller than the threshold ⁇ th , the threshold ⁇ th is set to the second threshold ⁇ th2 ( ⁇ th1 ). The reason for changing the magnitude of the threshold value ⁇ th according to the magnitude of the respiration amplitude of the subject S in this manner will be described later.
  • any one of the calculated nonnegative average values ⁇ 1 to ⁇ 4 is compared with a predetermined threshold value ⁇ th without estimating the magnitude of the respiration amplitude.
  • mu s threshold mu threshold sigma th is smaller than th second threshold ⁇ th2 ( ⁇ It may be set to th1 ).
  • the threshold value ⁇ th is set substantially based on the magnitude of the respiration amplitude of the subject S.
  • the body movement determination unit 31 causes the determination unit 316 to execute the determination step S24 using the set threshold value ⁇ th to determine whether or not the subject S has a body movement.
  • the body movement determination unit 31 executes only the determination step S24 without performing the resting period determination step S22 and the threshold setting step S23 on the assumption that the threshold value S th continues to be used until the subject S leaves the bed BD. May be
  • any one of the standard deviations ⁇ 1 to ⁇ 4 of the load signals sc 1 to sc 4 that the standard deviation calculation unit 312 constantly calculates may determine whether the subject S has a body movement or not. This is performed by comparing one (hereinafter, referred to as “selected standard deviation ⁇ S ”) with the threshold ⁇ th set in the threshold setting step S23.
  • the threshold value sigma th set of selected standard deviation sigma S (i.e., sigma th1 or sigma th2) as compared with the case where selection standard deviation sigma S is greater than the threshold value sigma th, cause motion in the subject S It is determined that
  • the reason why the body movement determination unit 31 of the present embodiment sets the threshold value ⁇ th that is different for each subject S in consideration of the magnitude of the respiration amplitude of the subject S is as follows.
  • the load signals s 1 to s 4 from the load detectors 11 to 14 vary according to the heart rate, respiration and body movement of the subject S, but the amount of the variation It changes according to the characteristics (height, weight, body fat rate, muscle mass, etc.) and the like. According to the findings of the inventor of the present invention, there is a certain degree of correlation between the amount of load fluctuation in response to respiration (the size of the respiration amplitude) and the amount of load fluctuation in response to body movement.
  • FIG. 8 A graph schematically showing this situation is shown in FIG.
  • the white circles indicate the upper limit (respiratory fluctuation upper limit BL max ) of the amount of load fluctuation (represented by the standard deviation in FIG. 8) that can be indicated according to the respiration of the subject S
  • the black circles indicate
  • the lower limit (body movement fluctuation lower limit BD min ) of the amount of load fluctuation that can be indicated according to the body movement (small body movement) of the subject is shown.
  • respiratory variation upper limit value BL max and the body motion variation lower limit BD min small subject S S of respiration amplitude, respectively, respiratory variation upper limit value BL max and the subject S M respiration amplitude is an average It is smaller than the body movement fluctuation lower limit value BD min .
  • a large subject S respiratory variation upper limit value BL max and the body motion variation lower limit BD min of L breathing amplitude, respectively, respiratory variation upper limit value BL max and the body motion variations of the subject S M respiration amplitude is an average It is larger than the lower limit value BD min .
  • respiratory variation upper limit value BL max large subject S L respiration amplitude, body motion variation lower limit BD small subject S S of the respiratory amplitude May be greater than min . Therefore, it is difficult to perform body motion determination for a subject S S with a small respiration amplitude and body motion determination for a subject S L with a large respiration amplitude with high accuracy using only a single threshold value.
  • the threshold ⁇ th corresponding to the subject S is set based on the magnitude of the respiration amplitude of the subject S, and the set threshold ⁇ th is used to Determine the presence or absence of body movement. Thereby, it is possible to determine with high accuracy the presence or absence of body movement of each of a plurality of subjects S having different magnitudes of breathing amplitude.
  • respiration rate calculating unit 32 calculates the respiration rate of the subject S based on at least one of the load signals s 1 to s 4 .
  • calculation of the respiration rate of the subject S by the respiration rate calculation unit 32 performs Fourier analysis on at least one of the load signals s 1 to s 4 (or load signals sc 1 to sc 4 ), for example. This is done by specifying a peak frequency that appears in a corresponding frequency band (about 0.2 Hz to about 0.33 Hz because human respiration is performed about 12 to 20 times a minute). From the identified peak frequency, the respiration rate of the subject S in that period can be calculated (estimated).
  • the load signals s 1 to s 4 and sc 1 to sc 4 vibrate at a frequency different from the vibration corresponding to the respiration of the subject S (or do not indicate the vibration). Therefore, even if Fourier analysis is applied to the load signals s 1 to s 4 and sc 1 to sc 4 obtained in such a period, it is difficult to accurately calculate the respiration rate of the subject S.
  • the respiration rate calculation unit 32 stops the calculation of the respiration rate for a period in which body movement occurs in the subject S.
  • an estimated value based on the respiration rates during the periods before and after the period may be output, or it may be output that the respiration rate is unknown.
  • the control unit 3 causes the display unit 5 to display the determination result of the body movement determination step S2 and / or the calculation result of the respiration rate calculation step S3. Further, in the display step S4, in addition to or in place of the display using the display unit 5, notification using the notification unit 6 may be performed. In this case, for example, a notification sound is emitted when a motion occurs in the subject S, and the occurrence of the motion is reported to a nurse, a care worker, or the like who is a user of the biological condition monitoring system 100.
  • the body movement determination unit 31 sets a threshold ⁇ th suitable for each of the subjects S based on the respiration amplitude of the subjects S, Using this, it is judged whether or not the subject S has a body movement. Therefore, the presence or absence of body movement can be determined with high accuracy for each of a plurality of subjects S having different breathing amplitudes.
  • a period during which it is difficult to calculate the respiration rate of the subject S in the respiration rate calculation unit 32 based on the determination result of the body movement determination unit 31 is It is excluded. Therefore, the reliability of the respiration rate of the subject S calculated by the respiration rate calculation unit 32 is high.
  • the body movement determination system of the present embodiment and the living condition monitoring system 100 including the same monitor the living condition of the subject S using the load detectors 11 to 14 disposed under the legs BL 1 to BL 4 of the bed BD doing. Therefore, it is not necessary to attach the measuring device to the body of the subject S, and the subject S does not feel uncomfortable or uncomfortable.
  • the threshold value ⁇ th used in may be reset.
  • the magnitude of the respiration amplitude of the subject S basically depends on the physical characteristics of the subject S, and does not largely change during the monitoring period. Therefore, in general, the threshold value ⁇ th which has been set in the threshold value setting step S23 can be continuously used in the subsequent monitoring unless the subject changes.
  • non-negative value average value calculation unit 313 of the body movement determination unit 31 of the above embodiment continues to use the threshold value ⁇ th that has been set once in the determination step S24, the non-negative value is set after the threshold value ⁇ th is set. It is also possible to stop the calculation of the average value ⁇ 1 to ⁇ 4 .
  • non-negative value average values ⁇ 1 to ⁇ 4 may be calculated only when the resting period determination unit 314 determines that the subject S is in the resting period in the resting period determination step S22.
  • the standard deviation calculation unit 312 of the body movement determination unit 31 may calculate the variances ⁇ 2 1 to ⁇ 2 4 instead of or in addition to the standard deviations ⁇ 1 to ⁇ 4 .
  • the threshold ⁇ 2 th corresponding to the variances ⁇ 2 1 to ⁇ 2 4 is set.
  • the determination step S24 the presence or absence of body motion of the subject S is determined by comparing the sum of any one or more of the variances ⁇ 2 1 to ⁇ 2 4 with the threshold value ⁇ 2 th .
  • the body motion determination unit 31 compares the subject S with a rest period by comparing whether any one of the standard deviations ⁇ 1 to ⁇ 4 is smaller than a predetermined threshold value ⁇ 0. It was decided, but it is not limited to this.
  • the body movement determination unit 31 may determine that the subject S is in the resting period by comparing the total value of any two or more of the standard deviations ⁇ 1 to ⁇ 4 with the threshold value.
  • the body movement determination unit 31 selects any one of the non-negative value average values ⁇ 1 to ⁇ 4 and estimates the magnitude of the respiration amplitude of the subject S based on this. It is not limited to The body movement determination unit 31 may estimate the magnitude of the respiration amplitude of the subject S based on the sum of any two or more nonnegative average values ⁇ 1 to ⁇ 4 . For example, using the sum of non-negative averages ⁇ 1 to ⁇ 4 , the magnitude of the respiration amplitude of the subject S can be estimated with high accuracy regardless of the position of the subject S on the bed BD.
  • the body movement determination unit 31 sets the threshold value ⁇ th to either the first threshold value ⁇ th1 or the second threshold value ⁇ th2 smaller than this, but the present invention is not limited thereto.
  • the body movement determination unit 31 may set the threshold value ⁇ th in more detail according to the magnitude of the respiration amplitude of the subject S estimated from the non-negative value average values ⁇ 1 to ⁇ 4 , specifically, The first threshold value ⁇ th1 to the nth threshold value ⁇ thn (where n is a natural number of 3 or more) different from one another may be set.
  • the body movement determination unit 31 compares the selected standard deviation ⁇ S , which is any one of the standard deviations ⁇ 1 to ⁇ 4 , with the set threshold value ⁇ th , It has been determined whether or not a problem has occurred, but it is not limited to this.
  • the body movement determination unit 31 may determine whether body movement occurs in the subject S by comparing the total value of any two or more of the standard deviations ⁇ 1 to ⁇ 4 with the threshold value ⁇ th . In this case, it is also assumed that the threshold value ⁇ th set in the threshold value setting step S23 also corresponds to the content of the standard deviation used in the determination step S24.
  • the body movement determination unit 31 may include a barycentric position calculation unit instead of or in addition to the standard deviation calculation unit 312.
  • the gravity center position calculation unit uses the sampling values W 11 to W 14 of the load signals s 1 to s 4 (or load signals sc 1 to sc 4 ) from the load detectors 11 to 14 to determine the position of the gravity center G of the subject S Calculate (X, Y).
  • the calculation of the position (X, Y) of the center of gravity G is performed by the following calculation.
  • On the bed BD set the street XY coordinates shown in FIG. 2, each coordinate of the load detector 11,12,13,14 (X 11, Y 11) , (X 12, Y 12), (X 13, Assuming that Y 13 ) and (X 14 , Y 14 ), the gravity center position G (X, Y) of the load applied on the bed BD is calculated by the following equation.
  • the center-of-gravity position calculation unit calculates temporally the position (X, Y) of the center of gravity G while calculating the position (X, Y) of the center of gravity G at a predetermined sampling cycle T based on the above Equations 1 and 2. That is, the center of gravity locus GT is determined and stored in, for example, the storage unit 4.
  • the movement of the center of gravity G of the subject S has the following features.
  • the center of gravity G of the subject S vibrates in the direction of the body axis SA of the subject S in accordance with the respiration of the subject S (FIG. 9A). Further, when a small motion or a large motion of the subject S occurs, the center of gravity G of the subject S moves accordingly. Then, the moving distance of the center of gravity G in the predetermined period increases in the order of the period in which the subject S is performing breathing only, the period in which the subject S is performing small body movement, and the period in which the subject S is performing large body movement .
  • the body movement determination unit 31 can determine whether or not body movement occurs in the subject S by comparing the movement distance of the center of gravity G in a predetermined period with a predetermined threshold. Specifically, for example, when the movement distance D of the center of gravity G in a predetermined period is larger than a predetermined threshold value D th , it can be determined that a small body movement is occurring in the subject S.
  • the body movement determination unit 31 executes the threshold setting step S23 by the threshold setting unit 315, and the threshold D th (for example, D th1 and smaller than this according to the magnitude of the breathing amplitude of the subject S). Set D th2 ).
  • the respiration rate calculation unit 32 calculates the respiration rate of the subject S by performing Fourier transform on at least one of the load signals s 1 to s 4 (or the load signals sc 1 to sc 4 ). However, it is not limited to this.
  • the body movement determination unit 31 has a gravity center position calculation unit, it is possible to draw the breathing waveform BW (FIG. 9B) of the subject S from the calculated position of the gravity center G.
  • the drawing of the respiration waveform BW is based on the position where the position (X, Y) of the center of gravity G at each time is projected on the body axis SA with the direction of the body axis SA as the vertical axis and the time axis as the horizontal axis. This is done by plotting the distance between the corresponding vibration and the vibration center on the vertical axis.
  • the respiration rate calculator 32 can regard the frequency of the respiration waveform BW drawn in this manner as the respiration rate of the subject S.
  • control unit 3 may display the drawn respiration waveform BW on the display unit 5.
  • the body movement determination unit 31 determines that the subject S is in the resting period in the resting period determination step S22, and then uses the non-negative average value ⁇ of the period to determine the respiration amplitude of the subject S.
  • the size of was estimated. However, it is not limited to this.
  • non-negative value average values ⁇ 1 to ⁇ 4 are continuously observed only for a predetermined period (for example, 1 minute or longer) without determining the resting period, non-negative values obtained over time in the period
  • the smallest value among any one (or the sum of two or more of these) of the average values ⁇ 1 to ⁇ 4 is often substantially the value obtained during the resting period (in other words, for example, although the resting period has not been determined explicitly, the subject is at rest at the time when the minimum value is obtained, and the minimum value is often the non-negative average value during the resting period. ).
  • the body movement determination unit 31 may estimate the magnitude of the respiration amplitude of the subject S based on the minimum value among the non-negative average values obtained over time in a predetermined period.
  • the magnitude of the respiration amplitude of the subject S is re-estimated based on the value, And / or the threshold value ⁇ th may be reset if necessary.
  • Fourier analysis is performed on the load signals s 1 to s 4 (or load signals sc 1 to sc 4 ) from the load detectors s 11 to s 14 to extract only the respiratory band signal, and based on the extracted signal
  • the magnitude of the respiration amplitude of the subject S can be estimated from the non-negative value-averaged value calculated.
  • the influence of body movement on the load signals s 1 to s 4 (or load signals sc 1 to sc 4 ) can be removed by Fourier analysis, so at any timing without determining the resting period, The magnitude of the respiration amplitude of the subject S can be estimated.
  • the size equal to or equal to a predetermined multiple of the nonnegative value average ⁇ is It can be considered to be the magnitude of the respiration amplitude of the subject S.
  • the body movement determination unit 31 can also obtain the respiration amplitude of the subject S without using the non-negative value average value ⁇ .
  • a center-of-gravity position calculation unit is provided, and when the respiration waveform BW is drawn, the respiration amplitude of the subject S can be estimated (determined) from the amplitude of the respiration waveform BW.
  • the respiration amplitude of the subject S may be estimated (determined) based on at least one of the load signals s 1 to s 4 and the amplitudes of the load signals sc 1 to sc 4 in the resting period.
  • the living body condition monitoring system 100 of the above embodiment may further include a living body state determination unit that determines the presence or absence of body movement of the subject S and other living body states different from the respiration rate of the subject S.
  • a biological condition determination unit performs, for example, the presence / absence determination of the subject S, the sleep / awake determination, the life / death determination, and the like based on the presence / absence of the body motion of the subject S and the respiration rate of the subject S.
  • the biological condition monitoring system 100 can determine the motion of the subject S and estimate the respiration rate of the subject S with high accuracy. It is possible to perform the presence / absence determination, the sleep / wake determination, the life / death determination and the like with high accuracy.
  • the living condition monitoring system 100 does not necessarily have to include all of the load detectors 11 to 14, and may have only one of them. Also, the load detectors need not necessarily be located at the four corners of the bed, but may be located at any position so as to detect the load of the subject on the bed and its variation. Further, the load detectors 11 to 14 are not limited to load sensors using beam type load cells, and for example, force sensors can also be used.
  • each of the load detectors 11 to 14 is disposed under the caster C attached to the lower end of the leg of the bed BD, but the present invention is not limited thereto.
  • Each of the load detectors 11 to 14 may be provided between the four legs of the bed BD and the floor plate of the bed BD, or the upper part if the four legs of the bed BD can be divided up and down. It may be provided between the leg and the lower leg. Further, even if the load detectors 11 to 14 are integrated with the bed BD integrally or detachably, a bed system BDS including the bed BD and the body movement determination system of the present embodiment or the living condition monitoring system 100 may be configured. Good ( Figure 10).
  • a signal amplification unit that amplifies the load signal from the load detection unit 1, filtering that removes noise from the load signal A part may be provided.
  • the display unit 5 may be a simple printer such as a printer for printing and outputting information representing the living body state, or a lamp for displaying the living body state instead of or in addition to the monitor. May be provided.
  • the notification unit 6 may include a vibration generation unit that performs notification by vibration instead of or in addition to the speaker.
  • the living condition monitoring system of the present invention it is possible to determine with high accuracy whether or not the subject's body motion and the subject's breathing rate are with respect to the subject having any physical characteristics. Therefore, the medical condition monitoring system of the present invention can provide high quality medical care and care based on these high accuracy judgments.

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Abstract

ベッド（ＢＤ）上の被験者（Ｓ）の体動の有無を判定する体動判定システムは、前記ベッド上の被験者の荷重を検出する荷重検出器（１１、１２、１３、１４）と、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（３１３）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閾値を設定する閾値設定部（３１５）とを備える。

Description

体動判定システム及び生体状態モニタリングシステム
　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、及び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や、被験者の呼吸数の推定を行うこと等が提案されている。
　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、
　前記ベッド上の被験者の荷重を検出する荷重検出器と、
　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閾値を設定する閾値設定部とを備え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は、更に前記荷重検出器の検出値の標準偏差を算出する標準偏差算出部を備えても良く、更に前記算出された標準偏差と前記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判定部を備えてもよい。
　第１の態様の体動判定システムは、更に、前記標準偏差が所定値以下である期間を前記安静期間であると決定する安静期間決定部を備えてもよい。第１の態様の体動判定システムにおいて、前記閾値設定部は、前記安静期間決定部が決定した前記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閾値を設定してもよい。
　第１の態様の体動判定システムにおいて、前記閾値設定部は、前記体動判定システムが前記被験者に体動が生じていると判定した後に、当該判定後の安静期間に前記非負値化平均値算出部が算出する前記非負値化平均値に基づいて前記閾値を再設定してもよい。
　本発明の第２の態様に従えば、
　ベッド上の被験者の生体状態をモニタする生体状態モニタリングシステムであって、
　第１の態様の体動判定システムと、
　前記荷重検出器の検出値に基づいて、被験者の呼吸数を算出する呼吸数算出部を備え、
　前記呼吸数算出部は、前記体動判定システムが前記被験者に体動が生じていると判定した期間において呼吸数の算出を停止する生体状態モニタリングシステムが提供される。
　第２の態様の生体状態モニタリングシステムは、前記体動判定システムの判定結果、及び／又は前記呼吸数算出部により算出された前記被験者の呼吸数に基づいて、前記被験者の在床／離床判定、睡眠／覚醒判定、及び生死判定の少なくとも一つを行う状態判定部を備えてもよい。
　本発明の第３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。
　本発明の第４の態様に従えば、
　ベッドと、
　第２の態様の生体状態モニタリング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、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４は、体動判定部の具体的な構成を示すブロック図である。 図５は、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６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７（ａ）、図７（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７（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７（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８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９（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９（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１０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。
＜実施形態＞  
　本発明の実施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１に示す通り、本実施形態の生体状態モニタリングシステム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ＢＬ１、ＢＬ２、ＢＬ３、ＢＬ４の下端部に取り付けられたキャスターＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４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、内部に体動判定部３１、及び呼吸数算出部３２が構築されている。体動判定部３１において行われる被験者Ｓの体動の有無の判定、及び呼吸数算出部３２において行われる被験者Ｓの呼吸数の算出（推定）について、詳細は後述する。
　記憶部４は、生体状態モニタリングシステム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生体状態モニタリングシステム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。
　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１００の内、制御部３の呼吸数算出部３２を除いた部分が、本実施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１００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１００を使用した被験者の生体状態のモニタは、図３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Ｓ１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Ｓ２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Ｓ３と、体動判定工程Ｓ２の判定結果及び／又は呼吸数算出工程Ｓ３の算出結果を表示する表示工程Ｓ４とを含む。
［荷重検出工程］
　荷重検出工程Ｓ１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ＢＬ１～ＢＬ４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ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４と呼ぶ。
［体動判定工程］
　体動判定工程Ｓ２では、体動判定部３１が、荷重信号ｓ１～ｓ４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。
　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ｓ１～ｓ４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ｓ１～ｓ４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。
　体動判定部３１は、図４に示すように、直流成分除去部３１１、標準偏差算出部３１２、非負値化平均値算出部３１３、安静期間決定部３１４、閾値設定部３１５、判定部３１６を含む。
　体動判定工程Ｓ２は、図５に示すように、直流成分除去工程Ｓ２１、安静期間決定工程Ｓ２２、閾値設定工程Ｓ２３、判定工程Ｓ２４を含む。
　体動判定工程Ｓ２において、体動判定部３１は、まず、直流成分除去部３１１を用いて荷重信号ｓ１～ｓ４の各々から直流成分を除去する直流成分除去工程Ｓ２１を行う。直流成分の除去は、具体的には例えば、荷重信号ｓ１～ｓ４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ｓ１～ｓ４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ｓ１～ｓ４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ｓｃ１～ｓｃ４と記載する。
　続く安静期間決定工程Ｓ２２、閾値設定工程Ｓ２３、判定工程Ｓ２４は、直流成分除去工程Ｓ２１において得られた荷重信号ｓｃ１～ｓｃ４を用いて実行される。
　体動判定部３１は、安静期間決定工程Ｓ２２、閾値設定工程Ｓ２３、判定工程Ｓ２４を実行する前提として、標準偏差算出部３１２における標準偏差σの算出、及び非負値化平均値算出部３１３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３１２は、直流成分除去工程Ｓ２１において得られた荷重信号ｓｃ１～ｓｃ４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σ１～σ４を常時算出する。
　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６に示すように、荷重信号ｓｃ１～ｓｃ４の変動の量が小さい期間Ｐ１においては標準偏差σ１～σ４も小さくなり、荷重信号ｓｃ１～ｓｃ４の変動の量が大きい期間Ｐ２においては標準偏差σ１～σ４も大きくなる。
　標準偏差算出部３１２において算出される標準偏差σ１～σ４は、安静期間決定工程Ｓ２２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Ｓ２４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３１３は、直流成分除去工程Ｓ２１において得られた荷重信号ｓｃ１～ｓｃ４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Ｗ１１～Ｗ１４の非負値化平均値μ１～μ４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ｓｃ１について、５秒間のサンプリング期間の非負値化平均値μ１を算出する場合を例として説明する。
　図７（ａ）に示す通り、荷重信号ｓｃ１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３１３は、このような荷重信号ｓｃ１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Ｗ１１の最小値である最小サンプリング値Ｗｍｉｎ（負値）を特定する。そして、特定した最小サンプリング値Ｗｍｉｎを、サンプリング期間内の各サンプリング値Ｗ１１から差し引いて非負値化する（図７（ｂ））。
　非負値化平均値算出部３１３は、次いで、非負値化した各サンプリング値Ｗ１１の平均値を算出し、非負値化平均値μ１を得る。荷重信号ｓｃ２～ｓｃ４についての非負値化平均値μ２～μ４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μ１～μ４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。
　非負値化平均値算出部３１３において算出される非負値化平均値μ１～μ４は、閾値設定工程Ｓ２３における閾値σｔｈの設定に用いられる（詳細後述）。
　図５のフローチャートに戻ると、体動判定部３１は、荷重信号ｓ１～ｓ４（及び／又は荷重信号ｓｃ１～ｓｃ４）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３１４により安静期間決定工程Ｓ２２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３１２において算出される標準偏差σ１～σ４の任意の一つが、所定の閾値σ０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σ１～σ４は、荷重信号ｓｃ１～ｓｃ４の変動の量が小さい期間において小さく、荷重信号ｓｃ１～ｓｃ４の変動の量が大きい期間において大きい（図６）。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６の期間Ｐ１）においては標準偏差σ１～σ４はいずれも小さな値となる。そのため、閾値σ０として十分に小さい値を設定しておけば、標準偏差σ１～σ４の任意の一つが閾値σ０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σ１～σ４が閾値σ０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σ１～σ４が所定期間（例えば５～１０秒）を越えて閾値σ０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σ１～σ４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σ０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３１は、安静期間決定工程Ｓ２２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３１５により、閾値設定工程Ｓ２３を実行する。
　閾値設定工程Ｓ２３において、閾値設定部３１５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Ｓ２４で用いる閾値σｔｈ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。特許第６１０５７０３号明細書に記載されている通り、被験者Ｓの重心Ｇの位置は、被験者Ｓの呼吸に応じて被験者Ｓの体軸ＳＡの延びる方向（被験者Ｓの背骨が延びる方向）に沿って振動している（図９（ａ））。被験者Ｓの呼吸振幅とは、この振動の振幅である。
　閾値設定部３１５は、安静期間決定工程Ｓ２２において決定された安静期間に非負値化平均値算出部３１３が算出した非負値化平均値μ１～μ４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μ１～μ４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ｓ１～ｓ４、ｓｃ１～ｓｃ４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３１５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Ｓ２４で用いる閾値σｔｈ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μｔｈよりも大きい場合には、閾値σｔｈを第１の閾値σｔｈ１に設定し、推定した呼吸振幅の大きさが所定の閾値μｔｈよりも小さい場合には、閾値σｔｈを第２の閾値σｔｈ２（＜σｔｈ１）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σｔｈ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μ１～μ４の任意の一つ（選択非負値化平均値μｓ）を、所定の閾値μｔｈと比較し、μｓが閾値μｔｈよりも大きい場合に閾値σｔｈを第１の閾値σｔｈ１に設定し、μｓが閾値μｔｈよりも小さい場合に閾値σｔｈを第２の閾値σｔｈ２（＜σｔｈ１）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σｔｈの設定がなされる。
　その後、体動判定部３１は、判定部３１６により、設定した閾値σｔｈを用いて判定工程Ｓ２４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３１は、被験者ＳがベッドＢＤから離床するまで閾値σｔｈを使い続けるものとして、以降は、安静期間決定工程Ｓ２２、閾値設定工程Ｓ２３を行うことなく、判定工程Ｓ２４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３１２が常時算出する、荷重信号ｓｃ１～ｓｃ４の標準偏差σ１～σ４の内のいずれか一つ（以下、「選択標準偏差σＳ」と呼ぶ）を、閾値設定工程Ｓ２３において設定した閾値σｔｈ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ｓｃ１～ｓｃ４の変動の量は大きくなり、標準偏差σ１～σ４、ひいては選択標準偏差σＳも大きくなる（一例として、図６の期間Ｐ２）。したがって、選択標準偏差σＳを設定した閾値σｔｈ（即ち、σｔｈ１又はσｔｈ２）と比較し、選択標準偏差σＳが閾値σｔｈ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、本実施形態の体動判定部３１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σｔｈ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ｓ１～ｓ４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８である。図８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８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ＢＬｍａｘ）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ＢＤｍｉｎ）を示す。
　図８に示す通り、呼吸振幅の小さい被験者ＳＳの呼吸変動上限値ＢＬｍａｘ及び体動変動下限値ＢＤｍｉｎは、それぞれ、呼吸振幅が平均的である被験者ＳＭの呼吸変動上限値ＢＬｍａｘ及び体動変動下限値ＢＤｍｉｎよりも小さい。一方で、呼吸振幅の大きい被験者ＳＬの呼吸変動上限値ＢＬｍａｘ及び体動変動下限値ＢＤｍｉｎは、それぞれ、呼吸振幅が平均的である被験者ＳＭの呼吸変動上限値ＢＬｍａｘ及び体動変動下限値ＢＤｍｉｎよりも大きい。
　ここで、本発明の発明者の知見によれば、図８に示す通り、呼吸振幅の大きい被験者ＳＬの呼吸変動上限値ＢＬｍａｘが、呼吸振幅の小さい被験者ＳＳの体動変動下限値ＢＤｍｉｎ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ＳＳについての体動判定と、呼吸振幅の大きい被験者ＳＬ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ＳＬについての体動判定を正確に行えるように、被験者ＳＬの呼吸変動上限値ＢＬｍａｘよりも大きく、被験者ＳＬの体動変動下限値ＢＤｍｉｎよりも小さい閾値σｔｈ１（図８）を用いると、被験者ＳＬ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ＳＳについては、被験者ＳＳ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ＳＳについての体動判定を正確に行えるように、被験者ＳＳの呼吸変動上限値ＢＬｍａｘよりも大きく、被験者ＳＳの体動変動下限値ＢＤｍｉｎよりも小さい閾値σｔｈ２（図８）を用いると、被験者ＳＳ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ＳＬについては、被験者ＳＬ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、本実施形態の生体状態モニタリングシステム１００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σｔｈを設定し、設定した閾値σｔｈ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Ｓ３では、呼吸数算出部３２が、荷重信号ｓ１～ｓ４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３２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ｓ１～ｓ４（又は荷重信号ｓｃ１～ｓｃ４）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６の期間Ｐ２）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６の期間Ｐ１）とは異なり、荷重信号ｓ１～ｓ４、ｓｃ１～ｓｃ４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ｓ１～ｓ４、ｓｃ１～ｓｃ４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、本実施形態の呼吸数算出部３２は、体動判定部３１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Ｓ４においては、制御部３が、体動判定工程Ｓ２の判定結果、及び／又は呼吸数算出工程Ｓ３の算出結果を、表示部５に表示する。また表示工程Ｓ４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、及びこれを含む生体状態モニタリングシステム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、及びこれを含む生体状態モニタリングシステム１００は、体動判定部３１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σｔｈ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。
　本実施形態の生体状態モニタリングシステム１００は、呼吸数算出部３２において、体動判定部３１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３２により算出される被験者Ｓの呼吸数の信頼性が高い。
　本実施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１００は、ベッドＢＤの脚ＢＬ１～ＢＬ４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。
［変形例］
　上記実施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部３１では、判定工程Ｓ２４において判定部３１６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Ｓ２２及び閾値設定工程Ｓ２３を行い、判定工程Ｓ２４において用いる閾値σｔｈ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σｔｈ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σｔｈを設定し直し、その時々の身体状態に応じた閾値σｔｈ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、上記実施形態の体動判定部３１の非負値化平均値算出部３１３は、一旦設定した閾値σｔｈを判定工程Ｓ２４において用い続ける場合には、閾値σｔｈが設定された後に、非負値化平均値μ１～μ４の算出を停止してもよい。或いは、安静期間決定工程Ｓ２２において安静期間決定部３１４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μ１～μ４の算出を行っても良い。
　上記実施形態において、体動判定部３１の標準偏差算出部３１２は、標準偏差σ１～σ４に代えて、又はこれに加えて分散σ２ １～σ２ ４を算出してもよい。この場合は、閾値設定工程Ｓ２３においても、分散σ２ １～σ２ ４に応じた閾値σ２ ｔｈを設定する。また、判定工程Ｓ２４においては、分散σ２ １～σ２ ４のいずれか１つ又はいずれか２つ以上の合計を閾値σ２ ｔｈと比較して、被験者Ｓの体動の有無を判定する。
　上記実施形態において、体動判定部３１は、標準偏差σ１～σ４の内の任意の一つが、所定の閾値σ０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３１は、標準偏差σ１～σ４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。
　上記実施形態において、体動判定部３１は、非負値化平均値μ１～μ４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３１は、非負値化平均値μ１～μ４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μ１～μ４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。
　上記実施形態において、体動判定部３１は、閾値σｔｈを第１閾値σｔｈ１、又はこれよりも小さい第２閾値σｔｈ２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３１は、非負値化平均値μ１～μ４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σｔｈ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σｔｈ１～第ｎ閾値σｔｈｎ（ｎは３以上の自然数）のいずれかに設定してもよい。
　上記実施形態において、体動判定部３１は、標準偏差σ１～σ４の内の任意の一つである選択標準偏差σＳを、設定した閾値σｔｈ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３１は、標準偏差σ１～σ４の任意の２つ以上の合計値を閾値σｔｈ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Ｓ２３で設定される閾値σｔｈも、判定工程Ｓ２４で用いられる標準偏差の内容に応じたものとする。
　上記実施形態において、体動判定部３１は、標準偏差算出部３１２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ｓ１～ｓ４（又は荷重信号ｓｃ１～ｓｃ４）のサンプリング値Ｗ１１～Ｗ１４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（Ｘ１１、Ｙ１１）、（Ｘ１２、Ｙ１２）、（Ｘ１３、Ｙ１３）、（Ｘ１４、Ｙ１４）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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　重心位置算出部は、上記の数式１、数式２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９（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３１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Ｄｔｈ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３１は、閾値設定部３１５により閾値設定工程Ｓ２３を実行し、被験者Ｓの呼吸振幅の大きさに応じた閾値Ｄｔｈ（例えば、Ｄｔｈ１、及びこれより小さいＤｔｈ２のいずれか）を設定する。
　上記実施形態において、呼吸数算出部３２は、荷重信号ｓ１～ｓ４（又は荷重信号ｓｃ１～ｓｃ４）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３１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９（ｂ））を描くことができる。呼吸波形ＢＷの描画は、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（Ｘ、Ｙ）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なされる。呼吸数算出部３２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３１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。
　上記実施形態において、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。
　上記実施形態において、体動判定部３１は、安静期間決定工程Ｓ２２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μ１～μ４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μ１～μ４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３１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σｔｈを設定し直しても良い。
　或いは、荷重検出器ｓ１１～ｓ１４からの荷重信号ｓ１～ｓ４（又は荷重信号ｓｃ１～ｓｃ４）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ｓ１～ｓ４（又は荷重信号ｓｃ１～ｓｃ４）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。
　上記実施形態及び変形例において、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。
　上記実施形態において、体動判定部３１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ｓ１～ｓ４及び荷重信号ｓｃ１～ｓｃ４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。
　上記実施形態の生体状態モニタリングシステム１００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。
　上記実施形態の生体状態モニタリングシステム１００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１００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。
　上記実施形態の生体状態モニタリングシステム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。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。
　上記実施形態の生体状態モニタリングシステム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と本実施形態の体動判定システム、又は生体状態モニタリングシステム１００とからなるベッドシステムＢＤＳを構成してもよい（図１０）。
　上記実施形態の生体状態モニタリングシステム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。
　上記実施形態の生体状態モニタリングシステム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、生体状態を表わす情報を印字して出力するプリンタや、生体状態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。
　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。
　本発明の生体状態モニタリングシステムによれば、どのような身体的特徴を有する被験者に対しても、被験者の体動の有無、及び被験者の呼吸数を、高い精度で判定することができる。したがって、本発明の生体状態モニタリング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　体動判定部、３２　呼吸数算出部、４　記憶部、５　表示部、６　報知部、７　入力部、１００　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 (8)

  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、
    　前記ベッド上の被験者の荷重を検出する荷重検出器と、
    　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閾値を設定する閾値設定部とを備える体動判定システム。
  2. 　更に、前記荷重検出器の検出値の標準偏差を算出する標準偏差算出部と、
    　前記算出された標準偏差と前記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判定部とを備える請求項１に記載の体動判定システム。
  3. 　更に、前記標準偏差が所定値以下である期間を前記安静期間であると決定する安静期間決定部を備え、
    　前記閾値設定部は、前記安静期間決定部が決定した前記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閾値を設定する請求項２に記載の体動判定システム。
  4. 　前記閾値設定部は、前記体動判定システムが前記被験者に体動が生じていると判定した後に、当該判定後の安静期間に前記非負値化平均値算出部が算出する前記非負値化平均値に基づいて前記閾値を再設定する請求項１～３のいずれか一項に記載の体動判定システム。
  5. 　ベッド上の被験者の生体状態をモニタする生体状態モニタリングシステムであって、
    　請求項１～４のいずれか一項に記載の体動判定システムと、
    　前記荷重検出器の検出値に基づいて、被験者の呼吸数を算出する呼吸数算出部を備え、
    　前記呼吸数算出部は、前記体動判定システムが前記被験者に体動が生じていると判定した期間において呼吸数の算出を停止する生体状態モニタリングシステム。
  6. 　前記体動判定システムの判定結果、及び／又は前記呼吸数算出部により算出された前記被験者の呼吸数に基づいて、前記被験者の在床／離床判定、睡眠／覚醒判定、及び生死判定の少なくとも一つを行う状態判定部を更に備える請求項５に記載の生体状態モニタリングシステム。
  7. 　ベッドと、
    　請求項１～４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。
  8. 　ベッドと、
    　請求項５又は６に記載の生体状態モニタリングシステムとを備えるベッドシステム。
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