(57)【要約】【課題】本発明は、主に高齢者の転倒リスクを防止する目的で、立位姿勢及び坐位姿勢の間の遷移に対応する起居候補運動を識別できる圧力センサシート装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の圧力センサシート装置は、被計測者の足底から圧力センサシートにかかる圧力分布の変化を検出する手段と、前記圧力センサシートにかかる圧力分布の変化から被計測者の起居候補運動を推定または特定する手段とを備えるようにした。また、検出した圧力分布のデータが無線ネットワークを介して伝達されることにより、遠隔でも被計測者の起居候補運動を推定または特定できるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測者の足底から圧力センサシートにかかる圧力分布の変化を検出する手段と、前記圧力センサシートにかかる圧力分布の変化から被計測者の起居候補運動を推定または特定する手段とを備えた、圧力センサシート装置。
【請求項２】
前記起居候補運動が、坐位姿勢と立位姿勢との間の遷移によるものである、請求項１記載の圧力センサシート装置。
【請求項３】
前記起居候補運動が、前屈姿勢と後屈姿勢との間の遷移によるものである、請求項１記載の圧力センサシート装置。
【請求項４】
検出した前記圧力分布のデータが無線ネットワークを介して伝達されることにより、遠隔で前記被計測者の前記起居候補運動を推定または特定する、請求項１から３のいずれかに記載の圧力センサシート装置。
【請求項５】
被計測者が圧力センサシート上で運動するステップと、
前記圧力センサシートが前記被計測者の足底から加わる圧力によるアナログ信号の変化を検出するステップと、
信号処理部が前記アナログ信号を増幅し、ディジタル信号に変換し、前記足底からの圧力による圧力分布変化を解析するステップと、
起居候補運動を推定または特定する手段が、前記圧力分布変化の解析データのうち前記起居候補運動に関連する要素のデータを抽出し、抽出されたデータと前記起居候補運動との関係性から前記被計測者の前記起居候補運動を推定または特定するステップとからなる、起居候補運動の推定または特定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、坐位姿勢と立位姿勢との間の遷移など被計測者の起居候補運動を推定または推定または特定するための発明に関し、特に被計測者の足底から圧力センサシートにかかる圧力分布の変化を検出して被計測者の起居候補運動を推定または特定する発明に関する。
【背景技術】
【０００２】
主に高齢者の転倒リスクを防止する目的で、立位姿勢及び坐位姿勢の間の遷移に対応する候補運動を識別する方法として、特許文献１の発明があった。この特許文献１の発明は、運動の間、上記ユーザにより経験される加速度の測定を得るステップと、運動の間、上記ユーザの一部の高さを示す信号を得るステップと、上記加速度の測定を処理するステップと、上記信号において高さにおける増加と一致する運動があるとき、上記推定または推定または特定された候補運動を坐位姿勢から立位姿勢への遷移として決定し、上記信号において高さにおける減少と一致する運動があるとき、上記推定または特定された候補運動を立位姿勢から坐位姿勢への遷移として決定するステップとを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６４４４３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の発明では、加速度計や空気圧センサ―又は高度計など多くの計測機器が必要になる。また、それらのセンサユニットは首コードを持つペンダント状になり、ユーザの首に掛けて測定するため、ユーザは絶えず管理されているという意識が生じ、外見的にも決して格好が良いものとは言えない。したがって、高齢者にとってはそれが逆にストレスとなるうえ、肩こりや首を痛める原因にもなり得る。また、そのペンダントを首に掛けることを忘れてしまえば、一切効果もない。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑み、そのような計測機器を必要とせず、かつ被計測者が管理されているという意識が生じずに、通常の日常生活の中で、立位姿勢及び坐位姿勢の間の遷移に対応する候補運動などを識別できるようにした圧力センサシート装置と、そのような候補運動を推定または特定する方法の発明である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明の第一態様は、被計測者の足底から圧力センサシートにかかる圧力分布の変化を検出する手段と、圧力センサシートにかかる圧力分布の変化から被計測者の起居候補運動を推定または特定する手段とを備えた圧力センサシート装置である。また本発明の第二態様は、起居候補運動が、坐位姿勢と立位姿勢との間の遷移によるものである圧力センサシート装置である。また本発明の第三態様は、起居候補運動が、前屈姿勢と後屈姿勢との間の遷移によるものである圧力センサシート装置である。
【０００７】
また本発明の第四態様は、検出した圧力分布のデータが無線ネットワークを介して伝達されることにより、遠隔で被計測者の起居運候補運動を推定または特定する圧力センサシート装置である。また本発明の第五態様は、被計測者が圧力センサシート上で運動するステップと、圧力センサシートが被計測者の足底から加わる圧力によるアナログ信号の変化を検出するステップと、信号処理部がアナログ信号を増幅し、ディジタル信号に変換し、足底からの圧力による圧力分布変化を解析するステップと、起居候補運動を推定または特定する手段が、圧力分布変化の解析データのうち起居候補運動に関連する要素のデータを抽出し、抽出されたデータと起居候補運動との関係性から被計測者の起居候補運動を推定または特定するステップとからなる起居候補運動の推定または特定方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の圧力センサシート装置は、被計測者の足底から圧力センサシートにかかる圧力分布の変化を検出する手段と、圧力センサシートにかかる圧力分布の変化から被計測者の起居候補運動を推定または特定する手段とを備えている。したがって、被計測者は、外見上どこにでも存在する床マットのような圧力センサシートしか視界に入らないため、管理されているという意識が生じずに運動をすることができる。その結果、通常の日常生活の中での自然な運動として、起居候補運動を識別できる効果がある。
【０００９】
また本発明の本発明の圧力センサシート装置は、検出した圧力分布のデータが無線ネットワークを介して伝達されることにより、遠隔で被計測者の起居候補運動を推定または特定する。したがって、被計測者から遠く離れた場所にいても被計測者の運動を監視・見守ることができる。その結果、監視・見守る側の負担が大幅に軽減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の圧力センサシート装置の一適用形態を示す概略図である。
【図２】本発明の圧力センサシート装置の圧力センサシートを洋式トイレの便座の前に敷いて、（ａ）被計測者が便座に坐位状態にあるときの足底の圧力分布、（ｂ）被計測者が便座の坐位状態から遷移しようとして足底のかかと付近に圧力が集中している状態の圧力分布、（ｃ）被計測者が立位状態に遷移しつつあり足の母趾内転筋横頭付近に圧力が集中している状態の足底の圧力分布、を検出している一例を示す概略図である。
【図３】本発明の圧力センサシート装置の圧力センサシート上に被計測者が立位して、（ａ）前屈運動状態にあるときの足底の圧力分布、（ｂ）後屈運動状態にあるときの足底の圧力分布、を検出している一例を示す概略図である。
【図４】本発明の圧力センサシート装置の圧力センサシートの一適用形態を示す概略図である。
【図５】本発明の圧力センサシート装置の圧力センサシートの他の一適用形態を示す概略図である。
【図６】本発明の圧力センサシート装置の圧力センサシートの他の一適用形態を示す概略図である。
【図７】本発明の圧力センサシート装置の信号処理部の一適用形態を示す概念図である。
【図８】本発明の圧力センサシート装置の一適用形態を示すフローチャート図である。
【図９】本発明の圧力センサシート装置の一適用形態を示す別のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の一形態を、図面に基づき説明する。本発明の圧力センサシート装置１は、被計測者９０の足底９５から圧力センサシート１０にかかる圧力分布の変化を検出する手段２と、圧力センサシート１０にかかる圧力分布の変化から被計測者９０の起居候補運動を推定または特定する手段３とを備えたものである（図１、図７、図８参照）。
【００１２】
本発明でいう起居候補運動とは， 被計測者９０が身体を水平方向や垂直方向に移動させることによって、足底９５全体の位置は大きく変わらないが、足底９５から圧力センサシート１０にかかる圧力分布が刻々と変わる一連の運動のことである。したがって、基本的にその場所付近でなされる運動であって、足底９５全体の位置が刻々と変遷していく歩行や走行のような運動は含まれない。
【００１３】
すなわち、本発明でいう起居候補運動とは、坐位と立位との間に遷移する運動、寝返り運動、寝床からの起き上がり運動などである。その中で、足底９５の圧力分布の変化を検出する上でとくに有用な運動としては、例えばトイレでの排泄姿勢の坐位から立位に遷移する運動（図２参照）、椅子での坐位から立位に遷移する運動、スクワットなどでの坐位と立位の繰り返し鍛錬運動，立位での前屈と後屈の繰り返し柔軟体操運動（図３参照）などが挙げられる。
【００１４】
たとえば、高齢者施設などで洋式トイレでの排泄姿勢の坐位から立位に遷移する運動に関していえば、通常は排便排泄後にコールスイッチで介護士や看護師らを呼ぶが、認知機能の低下や遠慮から呼ばずに一人で立って転倒する事故が多かった。とくに認知機能が低下した高齢者の場合には、コールをする行為を忘れてしまう場合や、コールをする行為の意義を認識できない場合も多々ある。
【００１５】
その点、本発明の圧力センサシート装置１の圧力センサシート１０を洋式トイレの便座８０の前に敷きつめれば、高齢者などの被計測者９０が排泄後に自力で立とうとすると、被計測者９０の足底９５から圧力センサシート１０にかかる圧力分布の変化でその運動を検知し（図４参照）、自動でコールして介護士や看護師らに知らせることができる。
【００１６】
すなわち、被計測者９０が洋式トイレの便座８０に坐位状態にあるときの圧力センサシート１０にかかる足底９５の圧力分布は土踏まずを除いてほぼ一様になっているが（図２（ａ）参照）、被計測者９０が、便座の坐位状態から遷移しようとすると（すなわち立とうとすると）圧力センサシート１０にかかる足底９５の圧力分布は足底９５のかかと付近に集中する状態になり（図２（ｂ）参照）、次いで坐位状態から脱して立位状態に遷移しつつある状態では圧力センサシート１０にかかる足底９５の圧力分布は足の母趾内転筋横頭付近に圧力が集中する状態になる（図２（ｃ）参照）。
【００１７】
この被計測者９０の一連の運動の状態と圧力センサシート１０にかかる足底９５の圧力分布の状態とは一定の相関関係があるので、圧力センサシート１０にかかる足底９５の圧力分布が足底９５のかかと付近に集中していく変化の兆候を検知すれば、被計測者９０が坐位姿勢から遷移しようとしている意図が読み取れる。
【００１８】
そして、圧力センサシート１０を薄いマットのような外観形状にすることで、通常の日常生活の中にある身の回りの製品として自然に溶け込み、被計測者９０は計測されている意識がなく、被計測者９０に誰かに見られているのではないかという精神的ストレスを与えることも少ない。
【００１９】
さらに、足底９５から圧力センサシート１０にかかる圧力分布が足底９５のかかと付近に集中する状態から足の母趾内転筋横頭付近に圧力が集中する状態に円滑に変化していくのを計測した場合は、被計測者９０が坐位状態から脱して立位状態に円滑に遷移する運動ができているのを示すものであり、それはこの被計測者９０には、この一連の運動において介護の必要性が少ないことを示唆するので、介護をする立場の介護士や看護師らの負担軽減にも繋がる。
【００２０】
さらに、この一連の動作の各状態における足底９５から圧力センサシート１０にかかる圧力分布のＺ軸方向（重力の加わる方向）のみの力の大きさを抽出して、それらを圧力分布の面積で積分計算してその数値を平均化すれば、被計測者９０のおおよその体重も計測できる。したがって、被計測者９０の体重を、被計測者９０に計測されている意識を与えることなく継続的に測定できるので、被計測者９０の健康を見守る場合にも役に立つ。
【００２１】
以上、高齢者などの排泄姿勢の坐位から立位に遷移する運動について説明をしたが、その運動と椅子での坐位から立位に遷移する運動やスクワットなどでの坐位と立位の繰り返し鍛錬運動とは非常に似通っており、椅子での坐位から立位に遷移する際の介護補助やスクワットなどでの鍛錬運動の評価にも役立つ。すなわち、上記の効果は、坐位姿勢と立位姿勢との間の遷移による起居候補運動に共通して得られる効果である。
【００２２】
次に、坐位状態のない立位のみでの前屈と後屈の繰り返し柔軟体操運動についてであるが、多少圧力分布のプロファイルは変わるものの、この場合も上記と同様に前屈の状態にあるときの足底９５から圧力センサシート１０にかかる圧力分布は足の母趾内転筋横頭付近に圧力が集中する状態になり（図３（ａ）参照）、後屈の状態にあるときの足底９５から圧力センサシート１０にかかる圧力分布は足底９５のかかと付近に集中する状態になる（図３（ｂ）参照）。
【００２３】
したがって、前述の坐位から立位に遷移する運動と同様に、前屈と後屈の柔軟体操運動と足底９５の圧力分布の状態とは一定の相関関係があるので、足底９５から圧力センサシート１０にかかる圧力分布の変化を検知すれば、被計測者９０の柔軟体操運動における姿勢が、前屈状態にあるのか後屈状態にあるのかが計測可能となる。
【００２４】
また、前述の坐位から立位に遷移する運動と同様に、この一連の柔軟体操運動の各状態における足底９５から圧力センサシート１０にかかる圧力分布のＺ軸方向（重力の加わる方向）のみの力の大きさを抽出して、それらを圧力分布の面積で積分計算してその数値を平均化すれば、被計測者９０のおおよその体重も計測できる。さらに、左右の足底９５の圧力分布を比較して、被計測者９０の身体の歪みの有無や、柔軟体操運動が正確になされているか否かの判断材料にもなり得る。
【００２５】
被計測者９０の足底９５から圧力センサシート１０にかかる圧力分布の変化を検出する手段２は、経時的に連続して当該圧力分布と相関する電気信号を検知できる圧力センサシート１０と、その電気信号を処理して圧力分布を算出する信号処理部１１とからなる（図１、図７、図８参照）。
【００２６】
圧力センサシート１０は、圧力分布を測定できる方式のシートであれば、いずれの方式のシートであっても構わない。例えば、圧力センサシート１０は、第一基材２５上に線状の下部電極２０がパターン形成され、第二基材４５上に前記下部電極２０と直行する線状の上部電極４０がパターン形成され、下部電極２０と上部電極４０との間に圧電材料層３０が形成された構造であって（図４参照）、第二基材４５上に足底９５から加わる圧力に応じて第二基材４５が凹み、次いで圧電材料層３０に圧力が伝播して圧電材料層３０の導電性が上昇し、下部電極２０と上部電極４０との間の電気抵抗値が減少する変化を前記下部電極２０と上部電極４０が交差するポイント毎に計測して、圧力分布を測定する方式が挙げられる。圧電材料層３０の例としては、銀、カーボン、アルミニウム、ニッケルなどの粒径０．２〜５μｍ程度の導電性粒子３５を含む感圧導電ゴム層や感圧導電インキ層などが挙げられる。厚みは、１０〜１００００μｍで適宜設定するとよい。
【００２７】
あるいは、上記圧電材料層３０を絶縁層３２に変更し、第二基材４５上に足底９５から加わる圧力に応じて第二基材４５が凹み、次いで絶縁層３２に圧力が伝播して下部電極２０と上部電極４０との間の距離が減少し、その電極間の距離が減少することによる静電容量値の変化を下部電極２０と上部電極４０が交差するポイント毎に計測して、圧力分布を測定する方式が挙げられる（図５参照）。この方式の場合、下部電極２０および上部電極４０各々もそれぞれ直交する二層の線状パターンで形成すれば、鉛直方向（すなわち被計測者９０の重力がかかるＺ軸方向）のみならず、水平方向（すなわち被計測者９０の重力がかかるＺ軸方向と垂直のＸ軸方向およびＹ軸方向）の圧力も測定できるので、好ましい。絶縁層３２の例としては、各種の樹脂やセラミックなどからなるフィルム層や樹脂インキ層などが挙げられる。厚みは、１０〜５０００μｍで適宜設定するとよい。
【００２８】
第一基材２５および第二基材４５は、各種の樹脂やセラミックなどからなるフィルム層や不織布などが挙げられる。厚みは、３０〜５００００μｍで適宜設定するとよい。下部電極２０や上部電極４０は、銀、銅、アルミニウム、ニッケルなどの金属による導電性膜やＩＴＯなどの金属酸化物導電膜、カーボンナノチューブやポリアセチレンなどの有機導電膜、などが挙げられる。厚みは、０．０１〜５００μｍで適宜設定するとよい。
【００２９】
なお、圧力センサシート１０は、上記の例のような一つの連続したシート状形態のもののほか、たとえば、各ポイントでのＸＹＺ３軸方向の圧力を計測できる力覚センサ６０をマトリックス状に間隔を置いて並べてシート内に内蔵したようなものでも構わない（図６参照）。ただし、この場合には隣り合う力覚センサ６０どうしの間隔が広ければ、圧力分布の解像度が低下するため、その間隔は１０ｍｍ未満程度にする必要がある。
【００３０】
信号処理部１１は、圧力センサシート１０で検知した電気信号を、通信回線１６を介して受信し、その電気信号を処理して圧力分布を算出するシステムであり、特に限定はされないが、信号を受けて圧力センサシート１０への電源供給走査をする電源供給部１２、検出した電気信号を増幅する増幅部１３、増幅した電気信号のアナログ値をディジタル値にデータ変換する入出力部（すなわちアナログ／ディジタル交換器）１４、処理解析部１５などから成るシステムが挙げられる（図７、図８参照）。すなわち、電気抵抗値の変化や静電容量値の変化によるアナログ値を増幅した後、数ビット程度のディジタル値に変換し、そのディジタル値をパソコンなどのソフトウエアに取り込み、解析するシステムなどが挙げられる。
【００３１】
被計測者９０の足底９５の圧力分布パターンの変化から被計測者２０の起居候補運動を推定または特定する手段３も特に限定はされないが、上記解析して得られたディジタル値のうち起居候補運動に関連する要素のデータを抽出し、そのデータと起居候補運動との関係性から起居候補運動を推定または特定するシステムが挙げられる（図８参照）。そういったデータから規則性を見出したり、隠れた重要な関係性を即座に発見したりする際には、人工知能を用いてもよい。
【００３２】
規則性を見出したり、隠れた重要な関係性を発見したりするには、過去の被計測者９０の起居候補運動における履歴情報（運動に掛かった時間や圧力分布パターンの情報）、起居候補運動のモデルとなる理想的な圧力分布パターンの情報などを人工知能の記憶部などに記憶させておき、人工知能などがそれらの情報から起居候補運動か否かを推定または特定するようにしておく例が挙げられる。
【００３３】
また、上記解析して得られたディジタル値全てについてそれと関連する運動を全て抽出し、その運動の中から選択的に起居候補運動を推定または特定するシステムも挙げられる（図９参照）。そういったディジタルデータから関連する運動を全て抽出する際や、その運動の中から起居候補運動を選択する際にも、人工知能を用いてもよい。
【００３４】
ディジタルデータから関連する運動を全て抽出する際には、膨大な運動に関するあらゆる情報と各々の運動の特徴・特性を示す情報（各々の運動に掛かる時間や圧力分布パターンの情報など）の蓄積が不可欠であり、過去の被計測者９０の起居候補運動における情報と標準的な起居候補運動における情報との差異（圧力分布パターンの個人差）などを人工知能の記憶部などに記憶させておき、人工知能などがこれらの情報から起居候補運動か否かを推定または特定するようにしておく例が挙げられる。
【００３５】
推定または特定された起居候補運動は、様々な手段によってその運動内容を知る必要がある者に伝達される。その手段としては、ブザーやベルの警告音のような聴覚に依るものであってもよいし、ディスプレイ表示のような視覚に依るものであってもよい。ただ、起居候補運動をしている被計測者９０に計測されている意識があると、誰かに見られているのではないかという精神的ストレスが加わることになるので、被計測者９０にわからないように伝達できるようにする方が好ましい。
【００３６】
例えば、前述の高齢者施設などでの洋式トイレでの排泄姿勢の坐位から立位に遷移する運動に関していえば、その運動状態を知る必要がある者は介護士や看護師らであり、従来はその状況を知るために介護士や看護師らが絶えず被計測者９０の高齢者に付き添わなければならなかったが、検出した圧力分布のデータが高齢者にわからないように離れた場所にいる介護士や看護師らに伝達できるようにすれば、高齢者の精神的ストレスが軽減されるし、介護士や看護師らの肉体的負担も軽減される。
【００３７】
そのように被計測者９０の起居運候補運動を遠隔で推定または特定できるようにするためには、被計測者９０の足底９５の圧力分布パターンのデータを、遠隔でも伝送可能な通信回線１６を介して伝達されるようにするとよい（図１、図７参照）。そのような通信回線１６の接続方法としては、有線、無線、インターネット、イントラネットなどが挙げられる。
【００３８】
とくに、セキュリティや電波干渉・電磁波などの影響が少ない限られた領域内での使用であれば、通信ケーブルの敷設が不要である無線ＬＡＮや移動体用通信システムなどの無線ネットワークによる接続が、外観上被計測者９０にわからないようにすることができる点で、好ましい。
【符号の説明】
【００３９】
１    圧力センサシート装置
２    圧力分布の変化を検出する手段
３    起居候補運動を推定または特定する手段
１０  圧力センサシート
１１  圧力分布を算出する信号処理部
１２  電源供給部
１３  増幅部
１４  入出力部
１５  処理解析部
１６  通信回線
２０  下部電極
２５  第一基材
３０  圧電材料層
３２  絶縁層
３５  導電性粒子
４０  上部電極
４５  第二基材
６０  力覚センサ
８０  洋式トイレの便座
９０  被計測者
９５  被計測者の足底
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020190515.tif 000009
【図８】
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【図９】
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