(57)【要約】      （修正有）【課題】センサ電極の構造が極めて簡単で多数のセンサ電極を配置可能で、かつ、商用電力の交番電界を信号源として利用して、容量測定の為の特定周波数の発信器を持つ必要がない離床検出システムを提供する。【解決手段】離床検出システムは、人体Ｐの体重により圧縮され厚みが変化する誘電体材料であって弾性力を発揮する敷布３の下に敷かれ、絶縁膜の上に行列状に離散的に多数のセンサ電極４を離散的に設けられたセンサシート２と、商用電力ＣＭの交番電界が敷布３上の人体Ｐに帯電された電位によって、敷布３を介して多数の各センサ電極４に誘起され、交番電界の周期で変化する静電誘導電流の振幅を検出し、振幅から人体Ｐと多数の各センサ電極４との距離Ｄを求める監視装置とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の体重により圧縮され厚みが変化する誘電体材料であって弾性力を発揮する敷布の下に敷かれ、絶縁膜の上に行列状に離散的に多数のセンサ電極を離散的に設けられたセンサシートと、
商用電力の交番電界が前記敷布上の人体に帯電された電位によって、前記敷布を介して前記多数の各センサ電極に誘起され、前記交番電界の周期で変化する静電誘導電流の振幅を検出し、前記振幅から前記人体と前記多数の各センサ電極との距離を求める監視装置とを有する離床検出システム。
【請求項２】
請求項１の離床検出システムにおいて、
前記センサシートは、両側の辺に沿って、夫々の辺に多数のセンサ電極が夫々一列ずつ配置された離脱監視センサが設けられており、前記離脱監視センサで挟まれた範囲には、他の多数のセンサ電極が多数の行、多数の列に配置された移動監視センサが設けられていることを特徴とする離床検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被介護者のベッド上の体動を非接触に検出する離床検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
被介護者がベッドから起き上がろうとしたとき、ベッドから転落したり、単独歩行を試みて転倒したり、また、徘徊して行方不明になったりすることがある。このため、介護施設のスタッフは、被介護者がベッドから起き上がろうとしていることをいち早く検出し、ベッドから離れる前に被介護者のもとに駆けつけなければならない。また、正常な寝返りをしていなかったり、苦しむときなどに異常な身体の移動をしていたり、全く動いていなかったりすることもある。そのため、介護施設のスタッフは、スタッフルームに駐在している間でも常に緊張を強いられている。一方で、被介護者がスタッフを必要以上に呼び出しボタンで呼び出すこともあり、緊急なのかそうでないのか判断が付かず、介護施設のスタッフの労働条件は過酷である。
【０００３】
このような状況に対応するため、ベッドに臥床している被介護者の体動を検出し、その検出信号を処理することで、ベッド上の被介護者の存在の有無を非接触に検出する技術が例えば、特許文献１に提案されている。この技術は、ベッドに臥床している被介護者を非接触に検出する技術であり、ベッドのマットレスの下に設けられる離床センサは、２つの電極の間に、人体が介在する場合又はしない場合の静電容量の変化を検出することにより、被介護者の存在の有無を検出する。また、特許文献２の技術においては、静電容量タッチ電極に対して、人体を接地された一方側の電極又は誘電体と見做して、人体に接触若しくは近接したときの信号を検出することにより、被介護者の存在の有無を検出する。
【０００４】
また、非特許文献１によれば、ベッドの下に電極を設け、人体を電気的にフローティング状態として、人体が動くことにより生じた人体の電位変化（布団や枕、パジャマ等との摩擦により生じる荷電）を静電誘導電流として検出する技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１６９８８１号公報
【特許文献２】特開２００７−２１３８４５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】電気学会論文誌Ｃ（電子・情報・システム部門誌）                IEEJ Transactions on Electronics, Information and SystemsVol.135 No.5 pp492-497 DOI:10.1541/ieejeiss.135.492「寝床上の非接触寝返りモニタリング技術」栗田耕一
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術によれば、人体を挟む２つの正負一対の電極を設け、かつ、電極に対して所定の周波数の信号を与えなければならない。このため、ベッドの多数の位置に対して検出を行おうとすると、多数の電極を配置とそのための信号配線が多くなり、構造が複雑になる。また、特許文献２の技術によれば、ベッド上の人体を接地状態にしておかなければならない。
【０００８】
また、非特許文献１の技術によれば、ベッド上の人体は電気的にフローティングのままで良いが、動きによる摩擦帯電を検出するため、摩擦が大きいと検出値が大きく、小さければ小さく検出することになる。従って、体重が加わったのかどうかを検出することができない。
【０００９】
本発明は、センサ電極の構造が極めて簡単で多数のセンサ電極を配置可能で、かつ、商用電力の交番電界を信号源として利用して、容量測定の為の特定周波数の発信器を持つ必要がない離床検出システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による離床検出システムは、人体の体重により圧縮され厚みが変化する誘電体材料であって弾性力を発揮する敷布の下に敷かれ、絶縁膜の上に行列状に離散的に多数のセンサ電極を離散的に設けられたセンサシートと、
商用電力の交番電界が前記敷布上の人体に帯電された電位によって、前記敷布を介して前記多数の各センサ電極に誘起され、前記交番電界の周期で変化する静電誘導電流の振幅を検出し、前記振幅から前記人体と前記多数の各センサ電極との距離を求める監視装置とを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の離床検出システムによれば、商用電力の交番電界を信号源として利用しているので、容量測定の為の特定周波数の発信器を持つ必要がない。また、センサ電極の構造が極めて簡単で有り、多数の絶縁膜上に多数のセンサ電極を配置しても、配線が簡単である。多数のセンサ電極が配置できるということは、被介護者のベッド上の動きを極めて細かく観察することができるということであり、被介護者の挙動に従ったまたは、過去の挙動との一致性により予想して、高度な介護の見守り業務が可能になる。介護施設のスタッフの夜勤業務の見守り、見回り業務の負荷を軽減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ベッド上の被介護者の位置を検出する原理を示す図である。
【図２】センサシートの平面図である。
【図３】監視装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
最初に、本発明の離床検出システムの検出原理について説明する。図１は、ベッド１上の被介護者の位置を検出する原理を示す図である。通常の環境では、電気的にフローティング状態にある導体は、外部からの電界（主に、商用電力ＣＭによる５０Ｈｚ若しくは６０Ｈｚの交流での交番電界)の影響を受けて、電位が変動している。電気的にフローティング状態にあるベッド１上の人体Ｐは大きな導体と見做すことができ、周囲の電界の影響を常に受けて、接地電位に対しての電位が変化している。
【００１４】
図１において、ベッド１上の人体とアースに繋がる周囲の物体との間の静電容量Ｃ０が形成されている。従って，人体Ｐの電位Ｕｈは、外部からの電界により人体Ｐに誘起される電荷Ｑｈを用いて以下の式で表すことができる。
Ｕｈ ＝Ｑｈ／Ｃ０…………………………………………………………(１)
【００１５】
ベッド１に載せられた敷布３の下に対して、多数配置されたセンサ電極４との間にも静電容量Ｃが形成されている。センサ電極４の電位をＶとすると、人体Ｐの電位により電極に誘起される電荷Ｑは，以下の式で表すことができる。
Ｑ＝Ｃ（Ｖ−Ｕｈ）…………………………………………………(2)
【００１６】
従って、センサ電極４に流れる誘導電流Ｉは、センサ電極４に誘起される電荷Ｑの時間微分として以下の式によって表される。
Ｉ＝ｄＱ／ｄｔ＝−ＣｄＵｈ／ｄｔ＝−Ｃ／Ｃ０×ｄＱｈ／ｄｔ…………………(３)
【００１７】
このように、人体Ｐに生じる電荷Ｑｈの時間微分に比例した大きさの静電誘導電流がセンサ電極４に誘起されることになる。電荷Ｑｈは、商用電力による交流での交番電界により誘起されるものであるから、誘導電流Ｉは商用電力の周波数と一致している。
【００１８】
一方、静電容量Ｃは、人体Ｐとセンサ電極４との間の距離Ｄに依存する。人体Ｐとセンサ電極４との間には敷布３が敷かれており、人体の体重の掛かり具合により敷布３の圧縮量、すなわち人体Ｐとセンサ電極４の間の距離が異なっている。センサ電極４の面積をＳとし、人体Ｐとセンサ電極４との間のｅは誘電率とすると、以下の式により人体Ｐとセンサ電極４との間の距離Ｄを表すことが出来る。
Ｃ＝ｅ×Ｓ／Ｄ      …………………(４)
【００１９】
人体Ｐとセンサ電極４との間の距離Ｄが短くなれば、静電容量Ｃは増加し、センサ電極４に流れる誘導電流Ｉが大きな波形を描くことになる。よって、誘導電流Ｉを測定することにより以下の式により、人体Ｐとセンサ電極４との間の距離Ｄが測定できることになる。
Ｄ＝−ｅ×Ｓ／Ｃ０Ｉ×ｄＱｈ／ｄｔ…………………(５)
【００２０】
ところで、人体Ｐは電気的にフローティング状態であって、人体Ｐの到る箇所において電位は同じである。よって、多数のセンサ電極４を敷布３の下に配置したとしても、各位置においてセンサ電極４が対向する人体部分の電位は全て同じになっている。また、センサ電極４は人体Ｐと比較して小さな面積（例えば、数ｃｍ平方）であり、かつ敷布３を介して人体Ｐに対して近接している。センサ電極４の直上に人体Ｐがない場合、若しくは、人体Ｐとセンサ電極４が電気的にショートしている場合には、人体Ｐという導体の影に隠れずに、そのセンサ電極４自体に外部からの交番電界により誘導電流が誘起される状態と見做される。一方、センサ電極４の直上に人体Ｐがある場合、そのセンサ電極４は人体という導体の影に隠れることになり、外部からの電界により誘導電流が誘起されにくい状態と見做される。このような多数のセンサ電極４を敷布３の下に配置することにより、同じ電位の条件で、人体Ｐとセンサ電極４との間の距離Ｄの測定ができる。
【００２１】
図１において、ベッド１の上には、多数のセンサ電極４が設けられたセンサシート２を介して、敷布３が敷かれている。人体Ｐは、敷布３の上に臥床している（尚、図では、センサシート２と敷布３との区別が容易になるように、両者が宙を浮いているように示している）。敷かれる敷布３は、人体Ｐの体重により圧縮されて厚みが変化する誘電体材料であって弾性力を発揮するもの、例えば、マット、マットレス、布団を用いるのがよい。圧縮される部分に誘電体材料を用いるのは、コイルスプリングなどの導体で弾性力を発揮する場合、人体Ｐとセンサ電極４との間の距離の変化が導体によるものとなってしまうからである。
【００２２】
図２は、ベッド１から敷布３を取り外したときのセンサシート２の平面図である。センサ電極４は、例えば、５ｃｍ×５ｃｍ程度の小さな金属箔（アルミ箔）である。絶縁膜２０の上に行列状に多数のセンサ電極４を離散的に設けて、離脱監視センサ２１と移動監視センサ２２を形成する。絶縁膜２０にセンサ電極４を設けるだけであるので、構造が極めて簡単である。また、絶縁膜２０を敷布３の下に引くことにより、自動的に敷布３の上側は電気的にフローティング状態にすることができる。
【００２３】
センサシート２は、敷布３の下に引くだけのシートであるので、設置する際の工事は殆ど不要である。センサシート２は、敷布３の下に全面に配置できるので、専用のベッド１などは必要が無い。
【００２４】
図２において、破線は人体Ｐの位置を示している。ベッド１の両側の辺に沿って、夫々に多数のセンサ電極が一列ずつ配置されている。この左右の各センサ電極４を離脱監視センサ２１と言うことにする。また、離脱監視センサ２１で挟まれた範囲には、多数の行、多数の列に配置されたセンサ電極４が設けられている。これらの各センサ電極４を移動監視センサ２２と言うことにする。離脱監視センサ２１は、被介護者がまさにベッドから降りようとしている状態を検出するものである。また、移動監視センサ２２は被介護者のベッド１上の体重移動を検出するものであり、被介護者の寝返り、起き上がりを検出する。各センサ電極４は、監視装置５に接続されている。
【００２５】
図３は、監視装置５のブロック図である。センサ電極４に誘起される静電誘導電流は、電流／電圧変換器５１により電流を電圧に変換される。静電誘導電流は、ピコアンペア程度と微弱で有る。介護室内の電子機器の影響を除去し、商用電力（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の周波数についての静電誘導電流を計測するため、念のために、電流／電圧変換器５１の後段にバンドパスフィルタ５２（商用電力（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の周波数を通過させる）を挿入している。バンドパスフィルタ５２を通過した電流／電圧変換器５１の出力電圧はマルチプレクサ５３を介して、Ａ／Ｄコンバータ５４によりデジタル信号に変換され、処理装置５５に入力される。
【００２６】
人体Ｐとセンサ電極４の距離は、式（５）に示すように、商用電力の周期によって変化する出力電圧の振幅（センサ電極４に誘起される静電誘導電流の振幅に相当）によって求めることが出来る。出力電圧の振幅は、センサシート２上に敷かれる敷布３の厚さ、誘電率により変化するため、監視装置５に対して事前に設定しておく。尚、敷布３としてポリエステル繊維のマットレスを用いた場合には、ポリエステル繊維の比誘電率は６０Ｈｚで３．４５であり、電気抵抗率１０１４Ωｍの絶縁体である。
【００２７】
処理装置５５においては、各センサ電極４における人体Ｐとセンサ電極４の距離の変化を時間とともに記憶する。監視装置５の一つの使い方として、例えば、縦列に並んだ移動監視センサ２２が、被介護者が左右に移動するように距離Ｄの変化を検出した場合、被介護者が寝返りをうっていると判断できる。被介護者が離脱監視センサ２１の位置まで到ると、そのまま落下する可能性があると判断できる。また、移動監視センサ２２が局所的に距離Ｄの変化を検出した場合、被介護者が起き上がろうとしていると判断できる。このように監視装置５を遠隔から利用することにより、離れた場所での、被介護者の入床、安静状態確認、離床が確認できる。また、脈拍を計測する装置を被介護者に取り付けて、被介護者の被介護者の入床、安静状態確認、離床の行動とともに、脈拍と関連付けて離れた場所で監視するようにしておけば、被介護者が緊急状態になっているかどうかをより的確に把握できる。
【００２８】
また、スタッフの呼出ボタンとの連携を図ることも可能である。例えば、スタッフの呼出ボタンを頻繁に押す被介護者の場合、不急の呼出を行う直前のベッド上の移動パターンを記憶しておく。そのようなパターンの状況下で呼出ボタンが押された場合には、スタッフが緊急に介護室に駆けつける必要は無い。一方で、かつて無いようなパターン、例えば被介護者が全く動かない状態で呼出ボタンを押すような場合には緊急であると判断することも可能である。
【００２９】
本実施例の離床検出システムでは、商用電力の交番電界を信号源として利用しているので、容量測定の為の特定周波数の発信器を持つ必要がない。また、センサ電極４の構造が極めて簡単で有り、絶縁膜上に多数のセンサ電極４を配置しても、配線が簡単である。多数のセンサ電極４が配置できるということは、被介護者のベッド上の動きを極めて細かく観察することができるということであり、被介護者の挙動に従ったまたは、過去の挙動との一致性により予想して、高度な介護の見守り業務が可能になる。介護施設のスタッフの夜勤業務の見守り、見回り業務の負荷を軽減することが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１ ベッド
２ センサシート
３ 敷布
４ センサ電極
５ 監視装置
２０ 絶縁膜
２１ 離脱監視センサ
２２ 移動監視センサ
５１ 電流／電圧変換器
５２ バンドパスフィルタ
５３ マルチプレクサ
５４ Ａ／Ｄコンバータ
５５ 処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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