(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体と、前記弾性体を内包する複数の袋体と、前記袋体に備えられ前記袋体への生体の接触を検知する生体検知手段と、前記袋体に内包された前記弾性体の圧力を検知する圧力検知手段と、前記圧力検知手段の出力信号より脈拍数を算出する信号処理手段と、前記生体検知手段の出力結果と前記脈拍数が一定範囲にあるかどうかに基づき、前記弾性体の圧力を制御する弾性体圧力制御手段とを備えた生体刺激装置。
【請求項２】
袋体の生体表面側の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段の出力と生体検知手段の出力結果に基づいて袋体の表面を加熱する温度制御手段を備えた請求項１記載の生体刺激装置。
【請求項３】
袋体は、弾性体を気体として内包し、前記気体を噴出する噴出孔と生体表面側の湿度を検知する湿度検知手段とを備え、前記湿度検知手段の出力に基づいて弾性体圧力制御手段と前記噴出孔からの気体の噴出を制御することを特徴とした請求項１記載の生体刺激装置。
【請求項４】
信号処理手段は、圧力検知手段の検知した圧力信号より体表面の振動の脈拍に起因した成分を抽出して脈波形とし、前記脈波形の振幅値を脈拍の拍出量として算出する拍出量算出手段を備え、前記拍出量算出手段の出力に基づいて弾性体圧力制御手段を駆動する請求項１記載の生体刺激装置。
【請求項５】
カレンダーと暦に対応した温度制御手段または湿度制御手段の最適設定範囲を記憶した最適設定範囲記憶手段を備えた請求項２から４記載の生体刺激装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はベッドや椅子に取り付け、就寝者や着座者に刺激を与えて、就寝状態や着座状態を改善する、例えば、床擦れを防止したり、快適な寝心地を実現する生体刺激装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の生体刺激装置は特開平３−４７８６０の号公報に記載されているようなものが一般的であった。この装置は図６に示すように膨張収縮する第１の空気チューブ３１と、第２の空気チューブ３２と、第１の空気チューブ３１、第２の空気チューブ３２に空気を供給するポンプ手段３３と、隣あう第１の空気チューブ３１を交互に膨張収縮させる空気分配手段３４と、第２の空気チューブ３２の上面に形成された排気手段３５とを備えていた。この装置は、ポンプ手段３３を用いて隣り合う第１の空気チューブ３１を交互に膨張収縮させて血行を促進し、第２の空気チューブ３２に形成された排気手段３５より、空気を噴出させて寝具と生体の接触面の湿度を低下させていた。これは、就寝注の局所圧迫を防ぐと同時に寝具内環境を湿度の高い状況を改善して、床ずれを防止したり、快適な寝心地を提供するようになっていた。他には、生体の圧力分布測定を事前に行い、それに応じた空気チューブの膨張収縮機構の駆動を行うことが行われていた。また、空気チューブに供給する空気は任意にヒーターで暖めることもできた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の生体刺激装置では、生体の有無に関わらず刺激装置を駆動してエネルギーを無駄にすることもあり、リアルタイムで変化する生体の状況を把握することはできないので、たとえば圧力を刺激として与える場合には、一方的に圧力刺激を与えるだけとなってしまっていた。
【０００４】
また、床擦れ防止などの目的として使用される場合、生体との接触面の湿度を低下させるエア噴出の機構はあったが、これも生体の状態に応じた制御はされていなかった。実際使用中に失禁や発汗などで湿度が高くなりすぎると、エア噴出による湿度低下機能だけでは不十分で、また衛生的でない状態のままになることもあった。
【０００５】
また、一般的には暖房効果を得るために電気毛布などを刺激装置に重ねて使用することもあり、これでは、血行促進や湿度低下などの機能が不完全にしか機能していなかった。さらに空気チューブに供給する空気を暖めるような暖房では低効率であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、弾性体と、前記弾性体を内包する複数の袋体と、前記袋体に備えられ前記袋体への生体の接触を検知する生体検知手段と、前記袋体に内包された前記弾性体の圧力を検知する圧力検知手段と、前記圧力検知手段の出力信号より脈拍数を算出する信号処理手段と、前記生体検知手段の出力結果と前記脈拍数が一定範囲にあるかどうかに基づき、前記弾性体の圧力を制御する弾性体圧力制御手段とを備えた構成で、まず、生体が袋体に接触するかどうかを生体検知手段で判定し、同時に生体の体表面から生じる微細な振動を弾性体が圧力変化としてとらえ、信号処理手段によって信号処理を行い脈拍数を算出し生体の状態がをモニターする。この一方で、生体に与える圧力刺激を生体の状態にあわせて変更し、生体に刺激を付加する際により適切な圧力刺激を行い、生体が接触するときのみ装置を駆動するので、無駄のない装置駆動が可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、弾性体と、前記弾性体を内包する複数の袋体と、前記袋体に備えられ前記袋体への生体の接触を検知する生体検知手段と、前記袋体に内包された前記弾性体の圧力を検知する圧力検知手段と、前記圧力検知手段の出力信号より脈拍数を算出する信号処理手段と、前記生体検知手段の出力結果と前記脈拍数が一定範囲にあるかどうかに基づき、前記弾性体の圧力を制御する弾性体圧力制御手段とを備え、生体検知手段で生体の袋体への接触が判定され、圧力検知手段の検知した圧力信号を信号処理手段で処理して生体信号の抽出を行う。弾性体圧力制御手段では生体が検知され、脈拍数が一定範囲にあれば、適切な圧力制御を行う。
【０００８】
また、袋体の生体表面側の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段の出力と生体検知手段の出力結果に基づいて袋体の表面を加熱する温度制御手段を備えたので、生体の温度環境を適切にしたままで、かつ無駄な温度制御を行うことがない。
【０００９】
また、袋体は、弾性体を気体として内包し、前記気体を噴出する噴出孔と生体表面側の湿度を検知する湿度検知手段とを備え、前記湿度検知手段の出力に基づいて弾性体圧力制御手段と前記噴出孔からの気体の噴出を制御することを特徴としたので、生体にとって、快適な湿度環境を保つことができる。
【００１０】
また信号処理手段は、圧力検知手段の検知した圧力信号より体表面の振動の脈拍に起因した成分を抽出して脈波形とし、前記脈波形の振幅値を脈拍の拍出量として算出する拍出量算出手段を備え、前記拍出量算出手段の出力に基づいて弾性体圧力制御手段を駆動するので、拍出量に基づき生体表面の圧力をうけた状態がわかるので、それに応じた制御ができる。
【００１１】
またカレンダーと暦に対応した温度制御手段または湿度制御手段の最適設定範囲を記憶した最適設定範囲記憶手段を備えたので、１年中の気候の変化に対応した生体刺激が可能である。
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１に本発明の実施例１の外観図を示す。図２にはブロック図を示す。図１、図２において１は袋体で、この実施例では空気２を弾性体として内包する。３は生体検知手段となる感圧センサ（生体検知手段）で袋体１の表皮に装着している。具体的には、袋体１に生体が載った時の歪を検知するものである。４は圧力センサ（圧力検知手段）で、空気２の圧力を検知する。５は制御ユニットで、制御部や判定部、空気の給気・排気用のエアポンプなどを内蔵する。６は生体判定部、７は信号処理手段、８は脈拍数算出手段、９は拍出量算出手段、１０は弾性体圧力制御手段である。ここで、生体検知手段は感圧センサ３と生体判定部６よりなる。
【００１４】
次に作用について説明する。本実施例１の生体刺激装置は、エアマット状の形状をし、ベッドに敷いて人体が就寝する際に使用される。人体がここに就寝すると、生体検知手段である感圧センサ３がＯＮする。複数の感圧センサ３より生体判定部６に感圧センサ３のＯＮまたはＯＦＦの情報が送られる。生体判定手段６では感圧センサ３のＯＮまたはＯＦＦのパターンを記憶しており、この記憶されたパターンより人体であるかどうかを判定する。このとき袋体１には空気２が内包されているが、この空気２の圧力を圧力センサ４が検知する。ここで検知された圧力信号は信号処理手段７へ送られる。信号処理手段７では、圧力センサ４の検知した一定時間の圧力変化を１〜１０Ｈｚの帯域パスフィルターを通過させ、脈拍数算出手段８へ送る。人体の体表面には微細な振動が生じており、Ｍｉｃｒｏ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ、もしくはＭｉｎｏｒ  Ｔｒｅｍｏｒとよばれている。人体が袋体１上で空気２に圧力をかけているとき、これらの体表面の振動は袋体１に内包された空気２の圧力変化としてとらえることができる。この振動のうち、生体信号のうちの脈拍に起因した変動成分をこのフィルターで抽出することができる。脈拍数算出手段８では一定時間の圧力変化信号を周波数解析する。圧力変化を取り出す時間は最短で脈拍の周波数を数回以上含むために、１０秒から３０秒は必要で、圧力変化をサンプリングする周波数は数十ｍＨｚ程度が望ましい。このとき、弾性体圧力制御手段１０によって圧力変化は一時停止している。周波数解析の結果より得られたピーク周波数を１分間あたりの拍動数に換算して脈拍数として算出する。各袋体に対応して脈拍数が複数算出されるので、生体の脈拍数として、平均値を算出し代表値とする。このとき、拍出量算出手段９では脈拍の１拍に対応する複数の波形パターンを記憶しており、その波形パターンと合致したものを１拍分の脈波形とする。ここで得られた１拍分の脈波形の最大値と最小値の差を算出し１拍の拍出量とする。ここでは各袋体１に対応して拍出量が算出される。信号処理手段７で抽出された生体信号として、脈拍数と、各袋体１に対応する拍出量が、弾性体圧力制御手段１０に送られる。弾性体圧力制御手段１０では生体判定手段６の判定結果と、信号処理手段７の出力した脈拍数、各袋体に対応する拍出量を参照して次のように制御を行う。「人体有り」の判定結果と、脈拍数が一定範囲内にあれば、安静状態にあるので、生体に刺激、ここでは圧力変化を付加する意味があるので、弾性体圧力制御手段では各袋体１の圧力を制御して生体に刺激を与える。弾性体の圧力を変化させて生体に刺激を与える場合、弾性体圧力制御手段１０の制御は隣り合う袋体１にたいしてそれぞれずらし時間をつくり圧力の高低を交互に生起させ、生体にたいして、圧力を付加したり除去したりすることで刺激を与える。各袋体１は弾性体圧力制御手段１０の制御により設定された時間間隔で高圧力、低圧力となるので、そのタイミングにあわせて圧力センサ４で空気２の圧力を検知する。
【００１５】
ある１つの袋体１が生体表面に対して確実に圧力刺激を印加しているか否かは、高圧力時には感圧センサ３が生体表面に十分に接触するので感圧センサ３の生体検知手段が大きくなり、低圧力時には生体表面にゆるやかに接触するので感圧センサ３の生体検知出力が小さくなる。その出力の変化によって把握が可能になる。
【００１６】
そこで、高圧時の感圧センサ３の生体検知出力が小さい場合には生体表面に十分な圧力刺激を印可できていないことになるので、その袋体への圧力を弾性体圧力制御手段１０により高くして所定の生体検知出力が感圧センサ３から得られるように制御する。
【００１７】
また、低圧時の感圧センサ３の生体検知出力が大きい場合には生体表面の圧力刺激の除去が不十分であることになるので、その袋体１の圧力を弾性体圧力制御手段１０により低くして所定以下の生体検知出力が感圧センサ３から得られるように制御する。さらに、弾性体圧力制御手段１０では各袋体１に対応した拍出量が一定値に足りないと、弾性体の圧力を高くして圧力を付加する時間間隔を狭めるように制御する。各袋体１で検知された拍出量が少ないのは、その袋体の部分のうっ血を招く可能性があり、生体には悪い状況をつくることになる。例えば、床擦れなどはうっ血が継続することは最大の要因になる。よって、この状態を解除するために、弾性体圧力検知手段１０は対称となる袋体の圧力の制御間隔を変更する。「人体有り」の判定でも、脈拍数が一定範囲を超え高いと安静状態にないので刺激を与えても効果がないので弾性体圧力制御手段１０は圧力変化を停止する。
【００１８】
上記作用により次のような効果が得られる。本発明の生体刺激装置では人体の有無と、生体信号を抽出して生体の状態を把握することによって、弾性体圧力制御手段を制御するので、無駄のない、かつ適切な生体刺激として圧力付加をかけることができる。生体の有無と、生体信号によって類推される生体、たとえば安静かどうかなどの行動状態や、脈拍数や拍出量などの生理状態をもとに制御するので、よりこまかで適切な生体刺激が可能となる。
【００１９】
脈拍からわかる生理状態とは、例えば脈拍の安定した時以外、つまり、圧力刺激を与えて効果のあるとき以外は弾性体圧力制御手段を駆動させないような制御を行うことができるので、生体刺激をより効果的に与えることができる。また、拍出量を算出する拍出量算出手段を備えたので、弾性体圧力制御手段の駆動によって、拍出量が増大するかどうか、つまり血行が促進されたかどうかに応じて弾性体の圧力を調節することができる。
【００２０】
（実施例２）
つぎに本発明の実施例２について説明する。図３に本発明の実施例２の生体刺激装置の袋体部の模式図とブロック図を示す。ここでは、袋体１の上側表面、つまり生体が接触する側に温度検知手段１１、ヒーター線１２が備わっている。このヒーター線１２は温度制御部１３によって制御されている。ヒーター線１２と温度制御部１３とで温度制御手段を構成する。１４は生体表面温度判定手段で、１５は報知手段である。３は生体検知手段である感圧センサ、４は圧力検知手段である圧力センサ、６は生体判定部、７は信号処理手段、１０は圧力制御手段で、５はこれらを内蔵する制御ユニットである。本実施例２も実施例１同様にエアマット状の形状をしている。
【００２１】
上記構成による作用を説明する。実施例１の作用に加えて次のように作用する。感圧センサ３で得られた信号を用いて生体判定部６で、「生体が有る」と判定された各袋体１において温度検知手段１１により検知された温度は生体の表面温度となる。この温度が一定範囲内にたもたれるように温度制御部１３はヒーター線１２を制御する。圧力センサ４で検知された圧力信号を信号処理手段７によって信号処理し、生体信号のうち拍出量が出力され、その拍出量が一定値以下となると、ここでは温度刺激として、温度制御部１３に信号が出力され、ヒーター線１２による加熱刺激を行うような制御となる。また、温度検知手段１１によって検知された体表面温度が一定範囲を逸脱すると、高体温または低体温の異常状態として生体表面温度判定手段１４による判定で異常と判定される。この異常判定結果をうけて、報知手段１５で異常を報知する。
【００２２】
上記作用による効果を説明する。生体判定部６の判定結果と温度検知手段１１で検知した温度をもとに温度制御部１３がヒーター線１２の制御を行うので、生体に対して与える温度刺激をきめこまかでかつ、適切な生体刺激とすることができる。また、生体にとって、低温やけども防止して快適な温度環境をつくることもできる。また、ここで、低すぎる表面温度が検知されたときは、死亡などの緊急時であることも考えられ、異常の報知は重要となる。なお、このヒーター線１２の代わりに、ペルチェ素子などを用いて冷却と加熱を行うこともできる。
【００２３】
温度検知手段で検知した温度が生体の温度として異常であると、生体表面温度判定手段によって異常が判定されるので、発熱や体温低下など生体の生命に関わる危険やその外の危険を報知によって知る事ができ生体刺激装置で対処できない異常に対しても適切なタイミングで他の処置を施すことができる。また、通常時には生体の表面温度を適切に保つことができる。
【００２４】
また、従来の袋体全体の内包物を加熱制御するものと比較すると、生体表面側のみの袋体表面を温度制御するので温度損失が少ない、効率の良い温度制御ができる。
【００２５】
（実施例３）
次に本発明の実施例３について説明する。図４に本発明の実施例３の生体刺激装置の袋体部の模式図とブロック図を示す。１６は湿度検知手段で、袋体１の上部表面に装着されている。１７はエア噴出孔で孔の開閉ができる弁の開閉機構をもつ。１８はエア噴出孔の開閉制御部であり、エア噴出孔１７と開閉制御部１８とで湿度制御手段を構成する。１９は生体表面湿度判定手段である。１５は報知手段で、３は感圧センサ、４は圧力センサ、６は生体判定部、７は信号処理手段、１０は弾性体圧力制御手段である。
【００２６】
上記構成による作用を説明する。感圧センサ３の入力信号を用いて生体判定手段６で「生体有り」と判定されると、感圧センサ３のＯＮに対応する袋体１に接着された湿度検知手段１６で湿度を検知する。ここで検知された湿度は生体表面の湿度で、就寝中に発生する不感蒸発によって生体表面と袋体１との間に生じた湿度を検知する。生体が体動や寝返りを起こさないとここに生じた水分がたまり、湿度は高くなるばかりである。湿度検知手段１６が検知した湿度が一定範囲を超えると、噴出孔開閉制御部１８よりエア噴出孔１７の開閉弁を開くように制御する。また、弾性体圧力制御手段１０にたいして信号が送られ、エア噴出の効果を損なわないために、空気２の圧力を制御し、エア噴出孔１７が開くように制御された袋体１の両サイドの袋体の圧力を高める。すると、エア噴出孔１７の弁が開くように制御された袋体１と生体表面との接触圧が低下し、エアの噴出する量が増加し対流が生じて湿度は低下する。湿度が一定範囲内となれば、噴出孔開閉制御部１８によりエア噴出孔１７の開閉弁は初期の状態にもどる。逆に、湿度が低くなりすぎると、エア噴出孔１７の開閉弁を一時的に閉じるように制御する。このようにエア噴出孔１７より噴出するエアの量を調節することで湿度を調節する。また、高熱時に通常をはるかに超える発汗や失禁があると急速な湿度上昇が生じる。生体表面湿度判定手段１９では、一定速度以上で湿度の上昇が湿度検知手段１６により検知されると、発汗もしくは失禁が生じたとして生体表面湿度の異常を判定する。異常判定の結果をうけて、報知手段１５より本人または第３者に異常が報知される。
【００２７】
上記作用による効果を説明する。生体判定手段６の判定結果と湿度検知手段１６で検知した湿度をもとに湿度を制御するエア噴出孔１７と噴出孔開閉制御部１７によって湿度を制御するので、生体に対して与える温度刺激をきめこまかでかつ、適切な生体刺激とすることができる。袋体表面に備えられた湿度検知手段が湿度を検知し湿度調整手段により湿度を調節するので、適切な湿度を保つことができる。このため、生体は床擦れになりにくくなり、同時に快適な環境となる。また、多量の発汗、失禁などを異常として報知するので、この生体刺激装置単体で対処できない場合も本人または第３者がそれに対応して、適切なタイミングで他の処置を施すことができる。通常時には、湿度を適正にまた衛生的に保つことができる。
【００２８】
また、従来の袋全体の表面の温度制御を行うものと比較すると、生体表面側のみの湿度を制御するので、装置駆動の省エネルギー化がはかれる。
【００２９】
（実施例４）
次に実施例４について説明する。本発明の実施例４のブロック図を図５に示す。２０は温度制御手段、２１は湿度制御手段、２２は最適設定範囲記憶手段である。
【００３０】
上記構成による作用を説明する。最適設定範囲記憶手段２２には当日の日付と、１年間の暦と気候情報と本実施例でのエアマットで使用される条件に合わせた最適温度、最適湿度が記憶されている。これより、当日の日付と年間の暦と気候情報より、温度制御手段２０、湿度制御手段２１に対してその時の気候にふさわしい温度範囲や湿度範囲をその都度設定する。この気候に応じた最適温度、湿度の設定範囲をもとに、温度制御手段２０、湿度制御手段２１で温度や湿度の制御を行う。例えば、夏季は冬季に比較し、気温自体が高いので、最適温度は低く設定される。梅雨時期などは、湿度の高い気候なので生体表面湿度はなるべく低い湿度にたもつことが必要である。よって、最適湿度範囲は春、秋の時期よりもかなり低めとなる。
【００３１】
上記作用により次のような効果が得られる。季節によって変動する気候条件に対応した、温度や湿度の制御がより適切となり、生体に不快な状態を生じさせることなく、生体刺激を効果のあるものとすることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、生体検知手段で生体の接触を検知し、脈拍数を算出するので、生体のないときや、生体が安静状態にないときには弾性体圧力制御手段を駆動しないので、適切な制御が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の生体刺激装置の外観図
【図２】  同装置のブロック図
【図３】  本発明の実施例２の生体刺激装置の袋大部の模式図とブロック図
【図４】  本発明の実施例３の生体刺激装置の袋大部の模式図とブロック図
【図５】  本発明の実施例４の生体刺激装置のブロック図
【図６】  従来の生体刺激装置の外観図
【符号の説明】
１  袋体
２  空気
３  感圧センサ（生体検知手段）
４  圧力センサ（圧力検知手段）
６  生体判定部
７  信号処理手段
８  脈拍数算出手段
９  拍出量算出手段
１０  弾性体圧力制御手段
１１  温度検知手段
１２  ヒーター線（温度制御手段）
１３  温度制御部（温度制御手段）
１４  生体表面温度判定手段
１５  報知手段
１６  温度検知手段
１７  エア噴出孔（湿度制御手段）
１８  開閉制御部（湿度制御手段）
１９  生体表面湿度判定手段
２０  温度制御手段
２１  湿度制御手段
２２  最適設定範囲記憶手段
【図１】
0003708231.tif 000002
【図２】
0003708231.tif 000003
【図３】
0003708231.tif 000004
【図４】
0003708231.tif 000005
【図５】
0003708231.tif 000006
【図６】
0003708231.tif 000007