(57)【要約】【課題】ベッド上の被験者の姿勢や移動にかかわらず、被験者から生じる音を良好に検出できるベッドモニタリングシステムを提供する。【解決手段】ベッド上の被験者の状態をモニターするベッドモニタリングシステムは、ベッド又はベッドの脚下に設けられ、前記被験者の荷重を検出する複数の荷重検出器と、前記被験者から生じる音を検出する音検出部と、前記音検出部を制御する制御部とを備える。前記音検出部は複数の音検出器を含み、前記制御部は、前記被験者の荷重の時間的変動に基づいて、前記複数の音検出器の少なくとも一つにより検出された音情報を入手する。【選択図】図１
2018126436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッド上の被験者の状態をモニターするベッドモニタリングシステムであって、
ベッド又はベッドの脚下に設けられ、前記被験者の荷重を検出する複数の荷重検出器と、
前記被験者から生じる音を検出する音検出部と、
前記音検出部を制御する制御部とを備え、
前記音検出部は複数の音検出器を含み、
前記制御部は、前記被験者の荷重の時間的変動に基づいて、前記複数の音検出器の少なくとも一つにより検出された音情報を入手するベッドモニタリングシステム。
【請求項２】
前記被験者の荷重の時間的変動に基づいて、前記被験者の重心の位置の時間的変動を求める重心位置算出部を更に備え、
前記制御部は、前記被験者の重心位置の時間的変動に基づいて、前記複数の音検出器の少なくとも一つにより検出された前記音情報を入手する請求項１に記載のベッドモニタリングシステム。
【請求項３】
前記被験者の荷重の時間的変動から、前記被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を分離する信号分離部を更に備え、
前記重心位置算出部は、前記被験者の心拍に応じて振動する荷重成分に基づいて前記被験者の心拍重心の位置を求め、
前記制御部は、前記心拍重心の位置に基づいて、前記複数の音検出器の少なくとも一つにより検出された前記音情報を入手する請求項２に記載のベッドモニタリングシステム。
【請求項４】
前記被験者の荷重の時間的変動に基づいて、前記被験者の体軸の延びる方向、前記被験者の頭部の配置、且つ／又は前記被験者の寝姿を決定する姿勢決定部を更に備え、
前記制御部は、前記被験者の体軸の延びる方向、前記被験者の頭部の配置、且つ／又は前記被験者の寝姿に基づいて前記複数の音検出器の少なくとも一つにより検出された前記音情報を入手する請求項１〜３のいずれか一項に記載のベッドモニタリングシステム。
【請求項５】
前記複数の音検出器は、前記ベッドの床板にマトリクス状に配置されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のベッドモニタリングシステム。
【請求項６】
前記制御部が入手した前記音情報に基づいて前記被験者の状態を判定する状態判定部を更に備える請求項１〜５のいずれか一項に記載のベッドモニタリングシステム。
【請求項７】
ベッドと、
請求項１〜６のいずれか一項に記載のベッドモニタリングシステムとを備えるベッドシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重検出器と音検出部とを用いてベッド上の被験者の状態をモニタするベッドモニタリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、睡眠状態の改善を目的として、ベッド上の被験者の呼吸音をマイク等によって検出し、検出した呼吸音に基づいて、睡眠中の被験者の呼吸数や呼吸状態を求めることが提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１は、ベッドのヘッドボードに設けた収音マイクを用いてベッド上の被験者の呼吸音を検出し、検出した呼吸音に基づいて被験者の呼吸数等を求める睡眠情報検出システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６７４２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
睡眠中の被験者は、必ずしも一か所に静止しておらず、寝返り等によりベッド上を移動するのが一般的である。したがって、特許文献１に開示されるような睡眠情報検出システムでは、被験者の位置によっては被験者の呼吸音を良好に収音できず、被験者の呼吸数等を正確に求められない恐れがある。
【０００６】
そこで本発明は、ベッド上の被験者の姿勢や移動にかかわらず、被験者から生じる音を良好に検出できるベッドモニタリングシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に従えば、
ベッド上の被験者の状態をモニターするベッドモニタリングシステムであって、
ベッド又はベッドの脚下に設けられ、前記被験者の荷重を検出する複数の荷重検出器と、
前記被験者から生じる音を検出する音検出部と、
前記音検出部を制御する制御部とを備え、
前記音検出部は複数の音検出器を含み、
前記制御部は、前記被験者の荷重の時間的変動に基づいて、前記複数の音検出器の少なくとも一つにより検出された音情報を入手するベッドモニタリングシステムが提供される。なお、本発明において、「被験者から生じる音」とは、呼吸音や心拍音等の被験者が個体として発する音の他、被験者と被験者以外の存在（例えば寝具）との接触により生じる音も含む。
【０００８】
第１の態様のベッドモニタリングシステムは、前記被験者の荷重の時間的変動に基づいて前記被験者の重心の位置の時間的変動を求める重心位置算出部を更に備えてもよく、前記制御部は、前記被験者の重心位置の時間的変動に基づいて前記複数の音検出器の少なくとも一つにより検出された前記音情報を入手してもよい。
【０００９】
第１の態様のベッドモニタリングシステムは、前記被験者の荷重の時間的変動から、前記被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を分離する信号分離部を更に備えてもよく、前記重心位置算出部は、前記被験者の心拍に応じて振動する荷重成分に基づいて前記被験者の心拍重心の位置を求めてもよく、前記制御部は、前記心拍重心の位置に基づいて前記複数の音検出器の少なくとも一つにより検出された前記音情報を入手してもよい。
【００１０】
第１の態様のベッドモニタリングシステムは、前記被験者の荷重の時間的変動に基づいて、前記被験者の体軸の延びる方向、前記被験者の頭部の配置、且つ／又は前記被験者の寝姿を決定する姿勢決定部を更に備えてもよく、前記制御部は、前記被験者の体軸の延びる方向、前記被験者の頭部の配置、且つ／又は前記被験者の寝姿に基づいて前記複数の音検出器の少なくとも一つにより検出された前記音情報を入手してもよい。
【００１１】
第１の態様のベッドモニタリングシステムにおいて、前記複数の音検出器は、前記ベッドの床板にマトリクス状に配置されていてもよい。
【００１２】
第１の態様のベッドモニタリングシステムは、更に、前記制御部が入手した前記音情報に基づいて前記被験者の状態を判定する状態判定部を備えてもよい。
【００１３】
本発明の第２の態様に従えば、
ベッドと、
第１の態様のベッド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。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のベッドモニタリングシステムによれば、ベッド上の被験者の姿勢や移動にかかわらず、被験者から生じる音を良好に検出し、被験者を良好にモニタできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るベッド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】図２は、ベッドに対する、荷重検出器及び音検出器の配置を説明する説明図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係るモニタリング方法を示すフローチャートである。
【図４】図４は、体動情報算出部の構成を示すブロック図である。
【図５】図５（ａ）は、被験者の重心軌跡の一例を示し、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す重心軌跡を低いサンプリング周波数に変換することにより得られる重心軌跡を示す。
【図６】図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）は、図５（ａ）に示すベッド上での被験者の重心軌跡から、大きな体動軌跡を取り除いた軌跡を示す。
【図７】図７は重心軌跡を小さな体動軌跡を構成する成分と呼吸振動軌跡を構成する成分とに分解する様子を示す説明図である。
【図８】図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）はそれぞれ、図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示す軌跡から、小さな体動軌跡を取り除いた軌跡を示す。
【図９】図９は、振動方向がＸ方向に一致するように回転された呼吸振動軌跡の一例を示す。
【図１０】図１０は、姿勢決定部の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、被験者の呼吸に伴う荷重検出器の検出値の変動の概略的な様子を示し、図１１（ａ）は被験者の頭部側に配置された荷重検出器からの検出値の変動の様子を、図１１（ｂ）は被験者の脚部側に配置された荷重検出器からの検出値の変動の様子を示す。
【図１２】図１２は、被験者の呼吸に伴う荷重検出器の検出値の変動の概略的な様子の他の例を示し、図１２（ａ）は被験者の頭部側に配置された荷重検出器からの検出値の変動の様子の他の例を、図１２（ｂ）は被験者の脚部側に配置された荷重検出器からの検出値の変動の様子の他の例を示す。
【図１３】図１３は、被験者の頭部側に配置された荷重検出器からの検出値の変動の概略的な様子を示し、図１３（ａ）は被験者が仰臥している時の変動の様子を、図１３（ｂ）は被験者が横臥している時の変動の様子を、図１３（ｃ）は被験者が伏臥している時の変動の様子を示す。
【図１４】図１４は、被験者の頭部側に配置された荷重検出器からの検出値の変動の概略的な様子の他の例を示し、図１４（ａ）は被験者が仰臥している時の変動の様子の他の例を、図１４（ｂ）は被験者が横臥している時の変動の様子の他の例を、図１４（ｃ）は被験者が伏臥している時の変動の様子の他の例を示す。
【図１５】図１５は、動きベクトルの移動方向を判断する方法を説明する説明図である。
【図１６】図１６は、被験者の小さな体動軌跡と呼吸振動軌跡を含む重心軌跡を複数の動きベクトルに分解した様子を示す。
【図１７】図１７は、体軸方向を算出する方法の一例を説明する説明図である。
【図１８】図１８は、体軸方向を算出する方法の別の例を説明する説明図である。
【図１９】図１９は、重心位置の移動に基づく波形を求める方法を説明する説明図である。
【図２０】図２０（ａ）は重心位置の移動に基づく波形の一例であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）の波形を簡略化した波形である。
【図２１】図２１は、被験者の体軸の方向と呼吸軸の方向との関係を示す説明図である。図２１（ａ）は被験者を正面から見た様子を示し、図２１（ｂ）は被験者を側面から見た様子を示す。
【図２２】図２２は、被験者の体軸の方向と心拍軸の方向との関係を示す説明図である。図２２（ａ）は被験者を正面から見た様子を示し、図２２（ｂ）は被験者を側面から見た様子を示す。
【図２３】図２３は、被験者の投影呼吸軸と投影心拍軸との位置関係を示す説明図である。図２３（ａ）は被験者が仰臥位である時の投影呼吸軸と投影心拍軸との位置関係を示し、図２３（ｂ）は被験者が横臥位である時の投影呼吸軸と投影心拍軸との位置関係を示し、図２３（ｃ）は被験者が伏臥位である時の投影呼吸軸と投影心拍軸との位置関係を示す。
【図２４】図２４は、本発明の実施形態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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜実施形態＞
図１〜図１４を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図１に示す通り、本実施形態のベッドモニタリングシステム１００は、荷重検出部１、音検出部３、制御部４、記憶部５、表示部６を主に有する。荷重検出部１と制御部４とは、Ａ／Ｄ変換部２を介して接続されている。制御部４には更に、報知部７及び入力部８が接続されている。
【００１８】
荷重検出部１は、４つの荷重検出器１１、１２、１３、１４（図２）を含む。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、配線によりＡ／Ｄ変換部２に接続されている。
【００１９】
荷重検出部１の４つの荷重検出器１１、１２、１３、１４は、被験者Ｓが使用するベッドＢＤの四隅の脚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ている。
【００２０】
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４にそれぞれ配線で接続されている。
【００２１】
音検出部３は、ベッドＢＤの床板ＢＤ１の上面にマトリクス状に配置された複数の音検出器３ａを含む。音を検出する各種のセンサ（音センサ）、例えばダイナミックマイクやコンデンサマイク等の様々な方式のマイクロホンを、音検出器３ａとして使用し得る。音検出器３ａは、一例として、床板ＢＤ１の上面に取り付けられた薄型のマイクロホンであってよく、床板ＢＤ１の上面に埋め込まれたマイクロホンであってもよい。また複数の音検出器３ａは、基板やフィルム上に一体に配列して形成されたマイクロホンアレイであってもよい。
【００２２】
音検出部３は、配線により制御部４に接続されている。
【００２３】
制御部４は、専用又は汎用のコンピュータであり、内部に信号分離部４１、重心位置算出部４２、体動情報算出部４３、呼吸情報算出部４４、姿勢決定部４５、音検出器制御部４６、状態判定部４７が構築されている。
【００２４】
記憶部５は、ベッドモニタリングシステム１００において、検出、算出等される各種情報や、状態判定に使用される参照データ等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６は、制御部４から出力される情報をベッド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。
【００２５】
報知部７は、制御部４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８は、制御部４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。
【００２６】
なお、上記構成を有するベッドモニタリングシステム１００の内、制御部４の状態判定部４７、表示部６、報知部７、入力部８を除く部分を、音情報検出システムと呼んでもよい。
【００２７】
このようなベッドモニタリングシステム１００を使用してベッド上の被験者をモニターする動作について説明する。ここで、被験者のモニターは、一例として、呼吸音や心拍数の監視等を含む（詳細後述）。
【００２８】
ベッドモニタリングシステム１００を使用した被験者のモニターは、図３に示す通り、被験者の荷重を検出する荷重検出工程（Ｓ１）、検出した荷重を様々な成分に分離する信号分離工程（Ｓ２）、検出した荷重に基づき被験者の重心位置を算出する重心位置算出工程（Ｓ３）、算出した重心位置の変動（重心軌跡）に基づき被験者の体動に関する情報及び呼吸に関する情報を算出する体動情報算出工程（Ｓ４）及び呼吸情報算出工程（Ｓ５）、被験者の荷重の時間的変動に基づき被験者の姿勢を決定する姿勢決定工程（Ｓ６）、被験者から生じる音を検出する音検出工程（Ｓ７）、検出した被験者からの音等に基づいて被験者の状態を判定する状態判定工程（Ｓ８）、及び判定結果を表示する表示工程（Ｓ９）を含む。
【００２９】
［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。荷重検出器１１、１２、１３、１４は、上記の通りキャスターＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の下にそれぞれ配置されているため、ベッドＢＤの上面に加えられる荷重は、４つの荷重検出器１１、１２、１３、１４に分散して検知される。
【００３０】
荷重検出器１１、１２、１３、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４に出力する。以下では、荷重検出器１１、１２、１３、１４から出力され、Ａ／Ｄ変換部２においてデジタル変換された荷重信号を、それぞれ荷重信号ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４と呼ぶ。
【００３１】
［信号分離工程］
信号分離工程Ｓ２では、信号分離部４１が、荷重信号ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４から、被験者Ｓの呼吸に応じて変動する荷重成分（以下、「呼吸成分」と呼ぶ）ｓ１１、ｓ２１、ｓ３１、ｓ４１と、被験者の心拍に応じて変動する荷重成分（以下、「心拍成分」と呼ぶ）ｓ１２、ｓ２２、ｓ３２、ｓ４２を分離する。
【００３２】
信号分離部４１は、まず、荷重信号ｓ１〜ｓ４の少なくとも一つについてフーリエ解析を行い、被験者Ｓの呼吸及び心拍に相当する周波数帯域の周波数スペクトルを求める。人間の呼吸の回数は毎分１２〜２０回程度であるため、呼吸の周波数は約０．２〜０．３３Ｈｚである。また、人間の心拍の回数、即ち心拍数は毎分３０〜２００回程度であるため、心拍の周波数は約０．５〜３．３Ｈｚである。したがって、例えば０．１Ｈｚ〜３．５Ｈｚの周波数帯域の周波数スペクトルにおいては、被験者Ｓの呼吸の周波数、及び被験者Ｓの心拍の周波数に対応する位置にそれぞれ周波数ピークが現れる。この周波数ピークの位置より、被験者Ｓの呼吸周波数（の中心値）ν１及び心拍周波数（の中心値）ν２を特定することができる。
【００３３】
次いで、信号分離部４１は、荷重信号ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４の各々から、特定した呼吸周波数ν１で変動する成分（即ち呼吸成分ｓ１１、ｓ２１、ｓ３１、ｓ４１）と、特定した心拍周波数ν２で変動する成分（即ち心拍成分ｓ１２、ｓ２２、ｓ３２、ｓ４２）とを分離して取り出す。これらの呼吸成分及び心拍成分は、例えば、荷重信号ｓ１〜ｓ４の各々に対してバンドパスフィルタ処理を行うことにより取り出される。その後、信号分離部４１は、取り出した呼吸成分ｓ１１、ｓ２１、ｓ３１、ｓ４１及び心拍成分ｓ１２、ｓ２２、ｓ３２、ｓ４２を重心位置算出部４２に出力する。
【００３４】
［重心位置算出工程］
重心位置算出工程Ｓ３では、重心位置算出部４２が、ベッド上の全荷重の全体重心Ｇ０の位置、被験者Ｓの呼吸重心Ｇ１の位置、心拍重心Ｇ２の位置、及びこれらの移動の軌跡である全体重心軌跡ＧＴ０、呼吸重心軌跡ＧＴ１、心拍重心軌跡ＧＴ２を算出する。
【００３５】
全体重心Ｇ０、呼吸重心Ｇ１、心拍重心Ｇ２は、それぞれ次の特徴を有する。
【００３６】
全体重心Ｇ０は、荷重信号ｓ１〜ｓ４を用いて算出される重心である。全体重心Ｇ０の位置は、ベッドＢＤ上に加えられる全荷重の合成重心の位置であり、ベッドＢＤに荷重を加える実体が被験者Ｓのみである場合は被験者Ｓの重心Ｇの位置に等しい。以下の説明において言及される被験者Ｓの重心Ｇ及びその軌跡ＧＴは、ベッドＢＤに荷重を加える実体が被験者Ｓのみである場合の全体重心Ｇ０及び全体重心軌跡ＧＴ０を意味する。
【００３７】
呼吸重心Ｇ１は呼吸信号ｓ１１〜ｓ４１を用いて算出される重心であり、心拍重心Ｇ２は心拍信号ｓ１２〜ｓ４２を用いて算出される重心である。呼吸重心Ｇ１、心拍重心Ｇ２は、それぞれ、呼吸信号ｓ１１〜ｓ４１、心拍信号ｓ１２〜ｓ４２のみを用いて算出されているため、例えば、被験者Ｓとは異なる周波数の呼吸や心拍を行う第３者（見舞客等）による荷重や、呼吸や心拍を有さない無生物（カバン等）による荷重がベッドＢＤ上に加えられた場合には移動せず、被験者Ｓが移動した場合にのみ移動する。
【００３８】
全体重心Ｇ０の位置、呼吸重心Ｇ１の位置、及び心拍重心Ｇ２の位置の算出は、次の演算により行われる。
【００３９】
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）、荷重検出器１１、１２、１３、１４の荷重の検出値をそれぞれＷ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４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。
【数１】
2018126436.tif 000003
【数２】
2018126436.tif 000004
【００４０】
ここで、荷重検出器１１、１２、１３、１４の荷重の検出値Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４として、荷重信号ｓ１〜ｓ４をそのまま用いることで全体重心Ｇ０の位置が算出され、全体重心Ｇ０の時間的変動から全体重心軌跡ＧＴ０が算出される。同様に、検出値Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４として呼吸成分ｓ１１〜ｓ４１、心拍成分ｓ１２〜ｓ４２の各サンプリング時刻毎の出力値を用いることで、各サンプリング時刻ごとの呼吸重心Ｇ１、心拍重心Ｇ２の位置が算出され、呼吸重心Ｇ１、心拍重心Ｇ２の時間的変動から呼吸重心軌跡ＧＴ１、心拍重心軌跡ＧＴ２が算出される。求められた全体重心Ｇ０、呼吸重心Ｇ１及び心拍重心Ｇ２の位置、並びに全体重心軌跡ＧＴ０、呼吸重心軌跡ＧＴ１及び心拍重心軌跡ＧＴ２は、記憶部５に記憶される。
【００４１】
［体動情報算出工程、呼吸情報算出工程］
体動情報算出工程Ｓ４及び呼吸情報算出工程Ｓ５では、体動情報算出部４３及び呼吸情報算出部４４が、重心位置算出工程Ｓ３で算出した重心軌跡ＧＴ（即ち、ベッドＢＤに荷重を加える実体が被験者Ｓのみである場合の全体重心軌跡ＧＴ０）に基づいて被験者Ｓの体動及び呼吸に関する情報を算出する。
【００４２】
被験者Ｓの体動に関する情報の算出、及び被験者Ｓの呼吸に関する情報の算出は、次の原理に基づいて行われる。
【００４３】
本発明の発明者は、ベッドＢＤ上の被験者Ｓの生体活動（身体移動及び呼吸を含む）と被験者Ｓの重心Ｇの位置の時間的変動の様子との観察に基づき、被験者Ｓの生体活動を「大きな体動」、「小さな体動」、及び「呼吸」に分類できること、及び大きな体動に応じた重心Ｇの位置の時間的変動の軌跡（以下「大きな体動軌跡」と呼ぶ）、小さな体動に応じた重心Ｇの位置の時間的変動の軌跡（以下「小さな体動軌跡」と呼ぶ）、及び呼吸に応じた重心Ｇの位置の時間的変動の軌跡（以下「呼吸振動軌跡」と呼ぶ）がそれぞれ異なる特徴を示すことを見出した。
【００４４】
本明細書及び本発明において、「大きな体動」とは、被験者の体動のうち胴体部（体幹）の移動を伴う比較的大きなものを意味し、具体的には例えば、寝返りや起き上がり等である。被験者に大きな体動が生じた時には、一般的に、被験者の体軸の向き（被験者の背骨の延びる向き）が変化する。
【００４５】
大きな体動を重心Ｇの位置の時間的変動の様子という観点から定義すると、一般的に大きな体動は、所定期間内に生じる所定距離以上の比較的長い距離の重心Ｇの移動、即ち重心Ｇの比較的高速度での移動を生じる体動であると定義できる。具体的には例えば、所定値Ｖを越える速度での重心移動を生じる体動を大きな体動と定義することができる。あるいは、小さな体動により生じる重心Ｇの位置の時間的変動との相違に基づき、例えば、所定時間内に、小さな体動による重心Ｇの移動距離と比較して、所定倍程度よりも大きく重心Ｇを移動させる体動を大きな体動と定義することもできる。大きな体動軌跡は、このような重心Ｇの移動の軌跡である。
【００４６】
本明細書及び本発明において、「小さな体動」とは、被験者の体動のうち胴体部（体幹）の移動を伴わない比較的小さいものを意味し、具体的には例えば、手足や頭部のみの運動等である。
【００４７】
小さな体動を重心Ｇの位置の時間的変動の様子という観点から定義すると、一般的に小さな体動は、所定時間内の比較的短い距離の重心Ｇの移動、即ち重心Ｇの比較的低速度での移動を生じる体動であると定義できる。具体的には例えば、移動速度が所定値ｖ程度の重心移動を生じる体動を小さな体動と定義することができる。
【００４８】
また、ベッドモニタリングシステム１００の用途に応じて、小さな体動を、所定時間内の比較的短い重心Ｇの移動であり、且つ周期性を有さず、被験者Ｓの体軸方向とは異なる方向に向かう重心移動を生じる体動を小さな体動と定義してもよい。例えば、「小さな体動」から手足の痙攣を除外してもベッドモニタリングシステム１００によるモニタリングに影響がなければ、このような定義を採用し得る。小さな体動軌跡は、このような重心Ｇの移動の軌跡である。
【００４９】
呼吸に応じた重心Ｇの位置の時間的変動の様子は次の通りである。人間の呼吸は胸郭及び横隔膜を移動させて、肺を膨張及び収縮させることにより行われる。ここで吸気時、すなわち肺が膨張する時には横隔膜は下方に下がり、内臓も下方に移動する。一方で呼気時、すなわち肺が収縮する時には横隔膜は上方に上がり、内臓も上方に移動する。本発明の発明者は、このような呼吸に関する研究により、呼吸はこの内臓の上下移動に伴うために、呼吸により重心Ｇが被験者の上下方向（背骨の方向）即ち体軸方向にほぼ沿って振動することを見出した。したがって、体軸方向の重心の振動として現れる呼吸と、体軸方向とは異なる方向の重心の移動として現れる小さな体動とは区別できることが分かる。
【００５０】
本実施形態の体動情報算出部４３は、大きな体動軌跡、小さな体動軌跡、呼吸振動軌跡が、上記の通り異なる特徴を有することに基づき、被験者の重心移動の軌跡中の大きな体動軌跡及び小さな体動軌跡を特定し、これに基づき被験者に大きな体動、小さな体動が生じたことを求める。
【００５１】
同様に、本実施形態の呼吸情報算出部４４は、被験者の重心移動の軌跡中の呼吸振動軌跡を特定し、特定した呼吸振動軌跡に基づいて被験者の呼吸情報、例えば呼吸数や呼吸換気量を算出する。
【００５２】
体動情報算出部４３、呼吸情報算出部４４が、被験者Ｓの重心軌跡ＧＴに基づいて被験者Ｓの体動情報、呼吸情報を算出する方法の具体例は次の通りである。
【００５３】
体動情報算出部４３は、図４に示す通り、記憶部５から被験者Ｓの重心軌跡ＧＴを取り出す重心軌跡取得部４３１と、取り出した重心軌跡ＧＴに基づいて被験者Ｓの大きな体動軌跡、小さな体動軌跡をそれぞれ算出する、大きな体動情報算出部４３２、小さな体動情報算出部４３３とを備える。
【００５４】
体動情報算出部４３はまず、重心軌跡取得部４３１を用いて、所定期間における被験者Ｓの重心軌跡ＧＴを記憶部５から取り出す。取り出される重心軌跡ＧＴの一例は図５（ａ）に示す通りである。図５（ａ）に示す重心軌跡ＧＴは、被験者Ｓが大きな体動（寝返り等）によりベッド上を左右方向に一往復していることを示している。また、大きな体動が生じていない期間（以下、「安定体位期間」と呼ぶ）において、被験者Ｓの重心Ｇが、領域Ａ、Ｂ、Ｃ内でそれぞれ移動する様子を示している。領域Ａ、Ｂ、Ｃ内での重心Ｇの移動は、被験者Ｓの小さな体動及び呼吸に起因して生じている。
【００５５】
体動情報算出部４３は、次いで、大きな体動情報算出部４３２を用いて、重心軌跡ＧＴから被験者Ｓの大きな体動軌跡を特定する。大きな体動情報算出部４３２は、各サンプリング時刻における重心Ｇの位置を解析し、「大きな体動」の定義に基づき適宜大きな体動に応じた重心Ｇの移動の軌跡（大きな体動軌跡）を特定する。具体的には例えば、重心Ｇが、所定期間内に所定距離を越えて移動している場合に、この移動の軌跡が大きな体動軌跡であると特定する。
【００５６】
大きな体動情報算出部４３２は、重心Ｇが所定期間内に所定距離を越えて移動したか否かを、次の方法を用いて判断する。まず、図５（ａ）に示す重心軌跡ＧＴを、より低いサンプリング周波数に変換した重心軌跡ＧＴ１に変換する（図５（ｂ））。より低いサンプリング周波数への変換は、サンプリング周期５ミリ秒で検出されている重心位置Ｇのデータを間引いたり、移動平均処理を施すことによって行うことができる。又は重心軌跡ＧＴを周波数分解してローパスフィルタにより所定の低周波数成分を取り出すことによっても行うことができる。なお、低いサンプリング周波数は、大きい体動を抽出するのに十分な程度に短い周期（大きい周波数）であり、且つ小さな体動や呼吸等の他の要因による重心の変動の影響を受けない程度に長い周期（小さい周波数）とすることが望ましい。
【００５７】
図５（ｂ）において、点Ａ１と点Ｂ１との間の軌跡は、例えば、右方向に、所定値を越える速度で移動している。従って大きな体動情報算出部４３２は、この区間における軌跡を大きな体動軌跡であると特定する。同様に、点Ｂ２と点Ｃ１との間の軌跡も、例えば、左方向に、所定値を越える速度で移動している。従って大きな体動情報算出部４３２は、この区間における軌跡を大きな体動軌跡であると特定する。
【００５８】
次いで、大きな体動情報算出部４３２は、重心軌跡ＧＴから大きな体動軌跡を除去し、大きな体動軌跡が除去された重心軌跡ＧＴを小さな体動軌跡算出部４３３に送る。図５（ａ）に示す重心軌跡ＧＴから、大きな体動軌跡を除去したものを図６（ａ）〜図６（ｃ）に示す。図６（ａ）は図５（ａ）の領域Ａにおける重心軌跡ＧＴ、図６（ｂ）は図５（ａ）の領域Ｂにおける重心軌跡ＧＴ、図６（ｃ）は図５（ａ）の領域Ｃにおける重心軌跡ＧＴである。
【００５９】
次に、体動情報算出部４３は、小さな体動情報算出部４３３を用いて、大きな体動軌跡が除去された重心軌跡ＧＴを、小さな体動軌跡と呼吸振動軌跡とに分離し、小さな体動軌跡を特定する。具体的な工程を、領域Ｂの重心軌跡ＧＴ（図６（ｂ））を小さな体動軌跡と呼吸振動軌跡とに分離する工程を例に説明する。
【００６０】
小さな体動情報算出部４３３は、各サンプリング時刻における重心Ｇの位置を解析し、「小さな体動」の定義及び／又は呼吸振動軌跡の特性（即ち、体軸方向に沿った周期的振動であるという特性）に基づき適宜小さな体動に応じた重心Ｇの移動の軌跡（小さな体動軌跡）と呼吸振動軌跡とを分離する。具体的には例えば、重心軌跡ＧＴに含まれる特定の方向（体軸方向）に周期的に振動する重心軌跡を呼吸振動軌跡とみなし、このような重心軌跡とは異なる重心軌跡を小さな体動軌跡とみなす。
【００６１】
図６（ｂ）において、重心軌跡ＧＴは、呼吸のみによる重心Ｇの移動を表す部分ｇｔ１及びｇｔ３と、呼吸及び小さな体動による重心Ｇの移動を表す部分ｇｔ２とを含んでおり、呼吸及び小さな体動による重心Ｇの移動を表す部分ｇｔ２は、呼吸のみによる重心Ｇの移動を表す部分ｇｔ１、ｇｔ３の重心軌跡とは異なり、特定の方向に周期的に振動していない（なお、部分ｇｔ１、ｇｔ３の振動軌跡は、実際には振動方向に沿った一軸上に重複して現れているが、図６（ｂ）においては、説明のため、体軸方向に直交する方向にずらして描いている。図８（ａ）〜図８（ｃ）、図９、図１６においても同様である）。
【００６２】
したがって、小さな体動軌跡を分離して抽出する一つの方法としては、特定の方向に周期的に振動する重心軌跡（ｇｔ１、ｇｔ３）のみを呼吸振動軌跡とみなして除去し、その他の部分（ｇｔ２）を小さな体動軌跡として分離、抽出する。このような分離・抽出は例えば、過去の呼吸安定期（被験者Ｓが体動を行わず呼吸のみを行っている期間）における重心変動の中から、周期的に繰り返される重心変動をフーリエ解析等の周波数解析で検出し、その周波数成分を持つ重心変化の方向を検出して、これを呼吸による重心変動とみなす。その上で、現在測定されている重心軌跡と呼吸振動軌跡の差分を小さい体動軌跡として抽出する。
【００６３】
他の方法としては、図７に示す通り、特定の方向に周期的に振動する重心軌跡とはなっていない部分（ｇｔ２）を、特定の方向に周期的に振動する重心軌跡の一部を構成する部分ｇｔ２１と、その他の部分ｇｔ２２とに分解する。そして、その他の部分ｇｔ２２のみを小さな体動軌跡とみなして分離、抽出する。
【００６４】
次いで小さな体動情報算出部４３３は、小さな体動軌跡を分離して得られる呼吸振動軌跡を呼吸情報算出部４４に送る。
【００６５】
図６（ａ）〜図６（ｃ）に示される重心軌跡ＧＴから抽出された呼吸振動軌跡ＧＴｒを、それぞれ図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す。図８（ａ）〜図８（ｃ）に示される呼吸振動軌跡ＧＴｒの往復動の回数が被験者Ｓの呼吸数に相当する。したがって呼吸情報算出部４４は、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示される呼吸振動軌跡ＧＴｒに基づいて被験者Ｓの呼吸数（例えば１分間の呼吸数）を算出する。
【００６６】
具体的には呼吸情報算出部４４は、まず被験者Ｓの重心軌跡ＧＴの呼吸振動軌跡ＧＴｒを、振動方向がＸ軸方向と一致するように回転する（図９）。次に呼吸情報算出部４４は、図９に示す呼吸振動軌跡ＧＴｒに対して、多段フィルタバンクを用いて複数段のフィルタリングを行う。各段のフィルタリングにおいて高周波成分はノイズとして除去される。一方、各段のフィルタリングにより得られた低周波成分に対しては、次の段のフィルタリングが行われる。フィルタリングを所定の段数行った後、最終段の低周波成分を呼吸回数とみなすことができる。
【００６７】
次いで呼吸情報算出部４４は、呼吸振動軌跡ＧＴｒに基づいて、被験者Ｓの１回の換気量を推定する。なお、呼吸換気量とは、呼吸の深さに相当する物理量である。
【００６８】
大きく深い呼吸の時、吸気時に肺が膨張する時には横隔膜は通常の吸気よりも大きく移動して下方に下がり、内臓も大きく下方に移動する。一方で呼気時、すなわち肺が収縮する時には横隔膜は通常の呼気より大きく移動して上方に上がり、内臓も大きく上方に移動する。その反対に小さく浅い呼吸の時は、内蔵の動きは通常状態より小さくなる。本発明の発明者は研究により、呼吸の大きさに応じて、この内臓移動に伴う重心Ｇのわずかな移動に更に変化が現れることを見出した。具体的には、大きく深い呼吸の時は、振幅が通常時より大きくなり、小さく浅い呼吸の時は、振幅が通常時より小さくなる。１回の換気量は、この振幅と相関付けを行うことで、算出できる。例えば、あらかじめ被験者がベッドで仰向けの状態で、大きく深い呼吸を行い、その時の換気量と振幅を記録しておく。また、小さく浅い呼吸を行い、その時の換気量と振幅を記録しておく。検出した呼吸に基づく重心軌跡に基づいて、振幅より呼吸換気量を算出する。一回の換気量を算出することで、１分間の分時換気量を算出することも可能になる。１分間の呼吸回数と分時換気量が解ることで、被験者Ｓの呼吸状態が総合的に良い状態にあるのか悪い状態にあるのかをモニターすることができる。
【００６９】
［姿勢決定工程］
姿勢決定工程Ｓ６では、姿勢決定部４５が、被験者Ｓの体軸ＳＡの方向、頭部の配置を決定し、被験者Ｓの寝姿を判定する。本明細書及び本発明において、「寝姿の判定」とは、被験者Ｓが仰臥、横臥、側臥のいずれの状態であるかの判定を意味する。
【００７０】
姿勢決定部４５は、図１０に示す通り、被験者Ｓの体軸ＳＡの方向を決定する体軸方向決定部４５１と、被験者Ｓの頭部の配置を決定する頭部配置決定部４５２と、被験者Ｓの寝姿を判定する寝姿判定部４５３を含む。
【００７１】
被験者Ｓの姿勢の決定は、一例として、被験者Ｓに大きな体動が生じる度に実行される。具体的には例えば、制御部４が、体動情報算出工程Ｓ４において大きな体動情報算出部４３２が大きな体動軌跡を特定した場合に大きな体動が生じたとみなし、姿勢決定部４５に姿勢の決定を実行させる。
【００７２】
体軸方向決定部４５１は、呼吸情報算出工程Ｓ５で用いた呼吸振動軌跡ＧＴｒの振動方向に基づいて、被験者Ｓの体軸ＳＡの方向を決定する。具体的には例えば、呼吸振動軌跡ＧＴｒにおいて連続する２つの極値点を特定し、これらを結ぶ線分が体軸ＳＡの方向であると決定する。
【００７３】
次に、頭部配置決定部４５２が、次の原理に基づいて被験者Ｓの頭部の配置を決定する。
【００７４】
本発明の発明者が、ベッドＢＤ上の被験者Ｓの呼吸が荷重検出器からの荷重信号に与える影響について研究したところ、被験者Ｓの頭側に位置する荷重検出器（図２に示す状況においては荷重検出器１３、１４に相当する）からの荷重信号と、被験者Ｓの脚側に位置する荷重検出器（図２に示す状況においては荷重検出器１１、１２に相当する）からの荷重信号が、それぞれ図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示す波形を有して変動することがわかった。
【００７５】
図１１（ａ）は被験者Ｓの頭側に位置する荷重検出器からの荷重信号の波形（以下、「頭側波形ＨＷ」と呼ぶ）を示し、図１１（ｂ）は被験者Ｓの脚側に位置する荷重検出器からの荷重信号の波形（以下、「脚側波形ＬＷ」と呼ぶ）を示す。時刻ｔ３０は被験者Ｓが吸気を開始する時刻、時刻ｔ３１は被験者Ｓが吸気を終了する時刻、時刻ｔ３２は被験者Ｓが呼気を開始する時刻、時刻ｔ３３は被験者Ｓが呼気を終了する時刻、時刻ｔ３４は被験者Ｓが次の吸気を開始する時刻である。
【００７６】
図１１（ａ）、（ｂ）に示される通り、被験者Ｓが吸気を行っている時刻ｔ３０から時刻ｔ３１の間（吸気期間Ｐ３１）においては、被験者Ｓの頭側に配置された荷重検出器の検出値は徐々に減少し、一方で被験者Ｓの脚側に配置された荷重検出器の検出値は徐々に増加している。これは、吸気時には被験者Ｓの重心位置Ｇが脚側に移動するためである。
【００７７】
被験者Ｓが呼気を行っている時刻ｔ３２から時刻ｔ３３の間（呼気期間Ｐ３３）においては、被験者Ｓの頭側に配置された荷重検出器の検出値は徐々に増加し、一方で被験者Ｓの脚側に配置された荷重検出器の検出値は徐々に減少している。これは、呼気時には被験者Ｓの重心位置Ｇが頭側に移動するためである。
【００７８】
発明者の知見によれば、図１１（ａ）、（ｂ）に示す頭側波形ＨＷ及び脚側波形ＬＷは次の特徴を有している。
【００７９】
まず、頭側波形ＨＷ及び脚側波形ＬＷともに、被験者Ｓが吸気を行っている吸気期間Ｐ３１は、被験者Ｓが呼気を行っている呼気期間Ｐ３３よりも短い。すなわち、頭側波形ＨＷにおいては、吸気期間Ｐ３１における波形の立下りの傾斜が呼気期間Ｐ３３における波形の立ち上がりの傾斜よりも大きく、脚側波形ＬＷにおいては、吸気期間Ｐ３１における波形の立ち上がりの傾斜が呼気期間Ｐ３３における波形の立下りの傾斜よりも大きい。
【００８０】
また、頭側波形ＨＷ及び脚側波形ＬＷともに、被験者Ｓが時刻ｔ３１に吸気を終了してから時刻ｔ３２に呼気を開始するまでの吸気後ホールド期間Ｐ３２、及び被験者Ｓが時刻ｔ３３に呼気を終了してから時刻ｔ３４に吸気を開始するまでの呼気後ホールド期間Ｐ３４が存在し、それらのホールド期間Ｐ３２、Ｐ３４において、波形の頂点近傍に略平坦な部分が現れる。そして、吸気後ホールド期間Ｐ３２の長さは、呼気後ホールド期間Ｐ３４の長さよりも短い。
【００８１】
頭側波形ＨＷと脚側波形ＬＷとは、それぞれ上記の特徴を有し、吸気期間Ｐ３１、吸気後ホールド期間Ｐ３２、呼気期間Ｐ３３を表す山形波形又は谷形波形が、時間軸方向において吸気後ホールド期間Ｐ３２の中央（時刻ｔ３１と時刻ｔ３２の中間地点）に対して非対称な波形である。また、頭側波形ＨＷと脚側波形ＬＷとを比較すると、波形が立ち上がる部分においては、立ち上がりの傾斜は頭側波形ＨＷの方が脚側波形ＬＷよりも小さく、波形が立ち上がった後の略平坦部の長さは頭側波形ＨＷの方が脚側波形ＬＷよりも長く、波形が立ち下がる部分においては、立ち下がりの傾斜は頭側波形ＨＷの方が脚側波形ＬＷよりも大きく、波形が立ち下がった後の略平坦部の長さは頭側波形ＨＷの方が脚側波形ＬＷよりも短い。
【００８２】
したがって姿勢決定部４５は、荷重検出部１からの荷重信号を分析して吸気期間Ｐ３１、吸気後ホールド期間Ｐ３２、呼気期間Ｐ３３、呼気後ホールド期間Ｐ３４の少なくとも一つに基づいて、該荷重信号が頭側波形ＨＷであるか脚側波形ＬＷであるかを判定することができる。そして姿勢決定部４５は、この判定に基づいて、その荷重信号に対応するベッドＢＤ上の位置に被験者Ｓの頭部が配置されているか脚部が配置されているかを決定することができる。
【００８３】
また、本発明の発明者が、複数の被験者の頭側波形と脚側波形の形状について更に調査したところ、被験者によっては、脚側波形として上記の頭側波形ＨＷと同様の特徴を有する波形を呈し、頭側波形として上記の脚側波形ＬＷと同様の特徴を有する波形を呈することが発見された。このような被験者Ｓの呈する頭側波形ＨＷｍ、脚側波形ＬＷｍの一例は図１２（ａ）、（ｂ）に示す通りである。
【００８４】
頭部配置決定部４５２は、体軸方向決定部４５１において決定された体軸ＳＡ方向のいずれか一方側の荷重検出器から得られる荷重信号の呼吸成分（即ち、呼吸成分ｓ１１〜ｓ４１のいずれか）の波形に基づいて、当該一方側に頭部があるか、脚部があるかを判定する。以上により、被験者Ｓのベッド上での体軸方向及び頭部側がわかるので、頭部位置が詳しく特定される。なお、被験者の呈する頭側波形、脚側波形が図１１（ａ）、（ｂ）に示す特徴を有するか、図１２（ａ）、（ｂ）に示す特徴を有するかは、一例として、入力部８を介して予め指定しておいてもよく、後述する音検出工程Ｓ７において検出される被験者の呼吸音に基づいて求めても良い。
【００８５】
次に、寝姿判定部４５３が、次の原理に基づいて被験者Ｓの寝姿を判定する。
【００８６】
本発明の発明者が、ベッドＢＤ上の被験者Ｓの呼吸を表す荷重検出部１の荷重信号を被験者Ｓの種々の寝姿で観察したところ、仰臥、横臥、伏臥のように異なる寝姿では荷重信号が図１３、図１４に示す通り相違することが分かった。
【００８７】
図１３（ａ）〜（ｃ）、図１４（ａ）〜（ｃ）はいずれも被験者Ｓの頭側波形を示しており、図１３（ａ）、図１４（ａ）に示される波形ＨＷｓ、ＨＷｍｓは被験者Ｓが仰臥している時の頭側波形を、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）に示される波形ＨＷｒ、ＨＷｍｒは被験者Ｓが横臥している時の頭側波形を、図１３（ｃ）、図１４（ｃ）に示される波形ＨＷｐ、ＨＷｍｐは被験者Ｓが伏臥している時の頭側波形をそれぞれ示す。
【００８８】
それらの波形分析によれば、図１３、図１４に示す波形は、それぞれ次の特徴を有している。被験者Ｓが仰臥している時の波形ＨＷｓ（図１３（ａ））、ＨＷｍｓ（図１４（ａ））は、それぞれ図１１（ａ）、図１２（ａ）に示す頭側波形ＨＷ、ＨＷｍと同一の波形であり、図１１（ａ）、図１２（ａ）との関係で説明した特徴を有している。
【００８９】
被験者Ｓが伏臥している時の波形ＨＷｐ（図１３（ｃ））、波形ＨＷｍｐ（図１４（ｃ））においては、吸気期間Ｐ３１が波形ＨＷｓ、ＨＷｍｓの吸気期間Ｐ３１よりも長く、吸気後ホールド期間Ｐ３２が波形ＨＷｓ、ＨＷｍｓの吸気後ホールド期間Ｐ３２よりも短く、呼気期間Ｐ３３が波形ＨＷｓ、ＨＷｍｓの呼気期間Ｐ３３よりも短い。換言すれば、波形ＨＷｐ、ＨＷｍｐは波形ＨＷｓ、ＨＷｍｓに比べて谷側の頂点が時間軸の正の方向にシフトした形状を有している。よって波形ＨＷｐ、ＨＷｍｐにおける吸気期間Ｐ３１における立ち下がりの傾斜は、波形ＨＷｓ、ＨＷｍｓにおける吸気期間Ｐ３１における立ち下がりの傾斜よりも小さく、波形ＨＷｐ、ＨＷｍｐにおける呼気期間Ｐ３３における立ち上がりの傾斜は、波形ＨＷｓ、ＨＷｍｓにおける呼気期間Ｐ３３における立ち上がりの傾斜よりも大きい。このような波形の変化は、被験者Ｓが伏臥している状態においては、胸郭が自重によりベッド面に押し付けられているため、吸気のための動作に負荷がかかり吸気の速度が遅くなることに起因すると解される。
【００９０】
被験者Ｓが横臥している時の波形ＨＷｒ（図１３（ｂ））、波形ＨＷｍｒ（図１４（ｂ））はそれぞれ、上記した波形ＨＷｓと波形ＨＷｐの中間的な形状、上記した波形ＨＷｍｓと波形ＨＷｍｐの中間的な形状を有している。すなわち、吸気期間Ｐ３１は、波形ＨＷｓ、ＨＷｍｓの吸気期間Ｐ３１よりも長く波形ＨＷｐ、ＨＷｍｐの吸気期間Ｐ３１よりも短い。また吸気後ホールド期間Ｐ３２は、波形ＨＷｓ、ＨＷｍｓの吸気後ホールド期間Ｐ３２よりも短く波形ＨＷｐ、ＨＷｍｐの吸気後ホールド期間Ｐ３２よりも長い。また呼気期間Ｐ３３は、波形ＨＷｓ、ＨＷｍｓの呼気期間Ｐ３３よりも短く波形ＨＷｐ、ＨＷｍｐの呼気期間Ｐ３３よりも長い。
【００９１】
なお、仰臥時の波形ＨＷｓにおいても、横臥時の波形ＨＷｒにおいても、伏臥時の波形ＨＷｐにおいても呼気後ホールド期間Ｐ３４の長さは、吸気後ホールド期間Ｐ３２の長さよりも長い。一方で、仰臥時の波形ＨＷｍｓにおいても、横臥時の波形ＨＷｍｒにおいても、伏臥時の波形ＨＷｍｐにおいても呼気後ホールド期間Ｐ３４の長さは、吸気後ホールド期間Ｐ３２の長さよりも短い。また、上記した波形の変化は、脚側波形ＬＷ、ＬＷｍについても同様に生じている。
【００９２】
このような寝姿の波形の特異性に基づいて、寝姿判定部４５３は、荷重信号の呼吸成分を分析して、吸気期間Ｐ３１の長さ、吸気後ホールド期間Ｐ３２の長さ、呼気期間Ｐ３３の長さ等から被験者Ｓの寝姿を判定することができる。
【００９３】
具体的には例えば、頭部配置の決定に用いた呼吸成分ｓ１１〜ｓ４１のいずれかを分析して、吸気期間Ｐ３１の長さを求める。そして吸気期間Ｐ３１の長さが予め記憶した所定値よりも短かければ被験者Ｓは仰臥状態であると判定し、吸気期間Ｐ３１の長さが予め記憶した所定値に略同等であれば被験者Ｓは横臥状態であると判定し、吸気期間Ｐ３１の長さが予め記憶した所定値よりも長ければ被験者Ｓは伏臥状態であると判定する。
【００９４】
［音検出工程］
音検出工程Ｓ７では、音検出部３が被験者Ｓのから生じる音や声を検出する。
この時、音検出器制御部４６は、姿勢決定工程Ｓ６において決定された被験者Ｓの姿勢に基づいて、音の検出に使用する音検出器３ａを決定する。
【００９５】
音検出器制御部４６は、具体的には例えば、次のようにして使用する音検出器３ａを決定する。
【００９６】
（１）一例として、音検出器制御部４６は、姿勢決定工程Ｓ６において姿勢決定部４５の頭部配置決定部４５２が決定した被験者Ｓの頭部の配置に基づいて、被験者Ｓの頭部位置（又は、これから推定される被験者Ｓの口の位置）に最も近い音検出器３ａを作動させて、被験者Ｓの声や呼吸音を検出する。これにより、被験者Ｓの頭部がベッドＢＤ上のどのような位置であっても、被験者Ｓの声や呼吸音を良好に検出することができる。
【００９７】
（２）他の例として、音検出器制御部４６は、姿勢決定工程Ｓ６において姿勢決定部４５が決定した被験者Ｓの体軸方向、頭部位置、寝姿に基づいて、被験者Ｓの心臓に最も近いと推定される音検出器３ａを作動させて被験者Ｓの心音（心拍音）を検出し、且つ／又は被験者Ｓの胸部に最も近いと推定される音検出器３ａを作動させて被験者Ｓの呼吸により気管、気管支、肺胞等で生じる音（以下、胸部音と呼ぶ）を検出する。これにより、被験者ＳがベッドＢＤ上にどのように位置していても、被験者Ｓの心音や胸部音を良好に検出することができる。その他、医師による聴診の対象とされる様々な音を、当該音の発生源に最も近いと推定される音検出器３ａを作動させて検出することができる。
【００９８】
（３）更に他の例として、音検出器制御部４６は、姿勢決定工程Ｓ６において姿勢決定部４５が決定した被験者Ｓの体軸方向、頭部位置、寝姿に基づいて、被験者Ｓの脚部や腕部、臀部等の被験者Ｓの身体の部位のおおよその位置を推定し、推定した当該部位の位置に応じた音検出器３ａを作動させて、当該部位から発生する音を検出する。
【００９９】
［状態判定工程］
状態判定工程Ｓ８では、状態判定部４７が、音検出工程Ｓ７において検出した被験者Ｓの声や音（即ち、音情報）に基づいて、被験者Ｓの状態を判定する。具体的には例えば、次のような判定を行う。
【０１００】
（１）状態判定部４７は、被験者Ｓの呼吸音に基づいて、被験者Ｓの呼吸数を求めることができる。具体的には例えば、音検出工程Ｓ７において検出した呼吸音を解析して単位時間当たりの呼吸音の数を求め、求めた呼吸音の数を単位時間当たりの呼吸数とみなす。求めた呼吸数は、被験者Ｓの呼吸数として表示部６に表示されてもよく、呼吸情報算出工程Ｓ５において算出した被験者Ｓの呼吸数の校正に用いても良い。
【０１０１】
（２）状態判定部４７は、被験者Ｓの呼吸音に基づいて、被験者Ｓの呼吸状態（例えば、正常呼吸、いびき、無呼吸のいずれの状態であるか）を判定することができる。また、状態判定部４７は、被験者Ｓが発話しているか否か（睡眠中においては寝言を発しているか否か）を判定してもよい。
【０１０２】
被験者Ｓが発話し又は寝言やいびきを発した時には、発話、いびき、寝言は、体動情報算出部４３から呼吸情報算出部４４に送られる呼吸振動軌跡ＧＴｒにおいて微小なノイズとして現れる。したがって例えば、状態判定部４７は、呼吸振動軌跡ＧＴｒにノイズが発生している場合にのみ、被験者Ｓの呼吸音を参照して、当該ノイズが発話、いびき、寝言のいずれによるものかを判定してもよい。
【０１０３】
また、被験者Ｓが睡眠時無呼吸症候群の主な症状である閉塞性無呼吸の状態に至った場合には、被験者Ｓの上気道が閉塞されて呼吸が制限されることにより呼吸振動軌跡ＧＴｒの振幅が極端に小さくなり、その後被験者Ｓの呼吸再開に伴い、呼吸振動軌跡ＧＴｒの振幅が一時的に大きくなる。したがって例えば、状態判定部４７は、呼吸振動軌跡ＧＴｒの振幅が所定値以下となった場合に、被験者Ｓの呼吸音を参照して、被験者Ｓが閉塞性無呼吸の状態に至っているか否かを判定してもよい。
【０１０４】
（３）状態判定部４７は、被験者Ｓの心音に基づいて、被験者Ｓの心拍数を求めることができる。具体的には例えば、音検出工程Ｓ７において検出した心音を解析して単位時間当たりの心音の数を求め、求めた心音の数を単位時間当たりの心拍数とみなす。
【０１０５】
（４）状態判定部４７は、被験者Ｓの心音及び胸部音に基づいて、使用者である医師による聴診が必要であるか否かを判定することができる。具体的には例えば、心音が一定の周期で観測されない場合や、胸部音に所定のレベルを超える雑音が混ざっている場合に、使用者である医師による聴診が必要であると判定する。
【０１０６】
＜表示工程＞
表示工程Ｓ９では、状態判定部４７が判定した被験者Ｓの状態をモニターに表示する。使用者は、モニターを目視することで、被験者Ｓの呼吸数、呼吸状態等をモニターすることができる。
【０１０７】
ベッドモニタリングシステム１００の使用者は、被験者Ｓが所定の状態に至ったら報知部７により報知がなされるよう設定することもできる。例えば使用者は、入力部８を用いて被験者Ｓが無呼吸状態となったときに報知がなされるよう設定することができる。
【０１０８】
本実施形態のベッドモニタリングシステム１００の効果は、次の通りである。
【０１０９】
本実施形態のベッドモニタリングシステム１００は、ベッドＢＤの床板上面にマトリクス状に配置された複数の音検出器３ａを含む音検出部３と、姿勢決定部４５と、音検出器制御部４６とを備えている。そして、ベッドモニタリングシステム１００を用いた被験者Ｓのモニターにおいては、音検出器制御部４６が、姿勢決定部４５が決定した被験者Ｓの体軸方向、頭部の配置、且つ／又は寝姿に基づいて、被験者Ｓから生じる音の検出に用いる音検出器３ａを選択している。したがって、ベッドＢＤ上において被験者Ｓがどのような姿勢であっても被験者Ｓから生じる音を良好に検出することができる。また、ベッドＢＤ上において被験者Ｓの姿勢が変化した場合でも、姿勢の変化前と同様に、被験者Ｓから生じる音を良好に検出することができる。
【０１１０】
本実施形態のベッドモニタリングシステム１００の音検出部３は、複数の音検出器３ａを含み、音検出器３ａの各々によりその近傍の音を検出するため、音検出器３ａの各々は指向性を有さなくても良く、シンプルで小型なマイクロホンとすることができる。したがって、ベッドＢＤの床板ＢＤ１に多数のマイクロホンを設置しても、ベッドＢＤ上での寝心地を損なうことがない。
【０１１１】
＜変形態様＞
上記実施形態のベッドモニタリングシステム１００、及びこれを用いた被験者Ｓのモニタリングにおいて、次の変形態様を採用することもできる。
【０１１２】
上記実施形態のベッドモニタリングシステム１００を用いた被験者Ｓのモニタリングにおいて、音検出工程Ｓ７では、音検出器制御部４６が音を検出する音検出器３ａをあらかじめ選択し、当該選択された音検出器３ａのみを作動させて音を検出していたが、これには限られない。
【０１１３】
他の方法としては、音検出工程Ｓ７では、あらかじめすべての音検出器３ａによる音の検出を行う。その後に、音検出器制御部４６が、姿勢決定工程Ｓ６で決定された被験者Ｓの姿勢に基づいて少なくとも一つの音検出器３ａを選択し、選択した音検出器３ａから音情報を入手する。状態判定工程Ｓ８では、音検出器制御部４６が入手した音情報を用いて状態判定を行う。
【０１１４】
上記実施形態のベッドモニタリングシステム１００においては、音検出部３は、ベッドＢＤの床板ＢＤ１の上面にマトリクス状に配置された複数の音検出器３ａにより構成されていたが、これには限られない。音検出部３は、少なくとも２つの音検出器を含む任意の構成とすることができる。具体的には例えば、音検出部３は、ベッドＢＤのヘッドボードに設けられた第１音検出器と、ベッドＢＤの床板ＢＤ１のヘッドボードから最も離間した位置に設けられた第２音検出器を有するのみでもよく、床板ＢＤ１の上面において左右に離間して設けられた２つの音検出器を有するのみでもよい。また、音検出器の配置の密度を、被験者の頭部が存在する時間が長いと推定される領域、例えばベッドのヘッドボード近くの領域において、他の領域よりも高くしてもよい。
【０１１５】
また、音検出部３と制御部４との間に、被験者Ｓと寝具との接触等により生じる音を雑音として除去するノイズ除去部（不図示）が設けられていてもよい。ノイズ除去部はフィルタリング等の方法により、音検出部３により検出された音情報からノイズ（雑音）を除去する。どのような音をノイズとして除去するかは、モニタリングの内容に応じて異なる。
【０１１６】
上記実施形態のモニター方法においては、音検出器制御部４６は、姿勢決定部４５において決定された被験者Ｓの体軸方向、頭部配置、且つ／又は寝姿に基づいて作動させる音検出器３ａを決定していたがこれには限られない。具体的には例えば、次のような制御も行い得る。
【０１１７】
（１）音検出器制御部４６は、体動情報算出工程Ｓ４において体動情報算出部４３が特定する大きな体動軌跡、且つ／又は小さな体動軌跡に基づいて作動させる音検出器３ａを決定してもよい。具体的には例えば、ある音検出器３ａを作動させている状態において、体動情報算出部４３の大きな体動情報算出部４３２且つ／又は小さな体動情報算出部４３３が大きな体動軌跡且つ／又は小さな体動軌跡を特定すれば、当該特定された大きな体動軌跡且つ／又は小さな体動軌跡の移動距離及び移動方向に基づいて、作動させる音検出器３ａを変更する。
【０１１８】
（２）心拍重心Ｇ２は、荷重信号ｓ１〜ｓ４に含まれる心拍（心臓の拍動）に起因して変動する心拍成分ｓ１２〜ｓ４２を用いて算出された重心位置であるため、その位置は心臓の位置に近い。したがって、心拍重心Ｇ２の位置に基づいて、被験者Ｓの心臓の近傍に位置し、心音の検出に最も適した音検出器３ａを選択することができる。具体的には例えば、音検出器制御部４６は、重心位置算出部４２が算出した心拍重心Ｇ２の位置に最も近い音検出器３ａを作動させて、被験者Ｓの心音を検出する。
【０１１９】
（３）音検出器制御部４６は、重心位置算出工程Ｓ３において重心位置算出部４２が算出した被験者Ｓの重心Ｇの位置（即ち、ベッド上に他に負荷が存在しない場合の全体重心Ｇ０の位置）に基づいて作動させる音検出器３ａを決定してもよい。具体的には例えば、ある音検出器３ａを作動させている状態において、重心Ｇの位置の移動距離及び移動方向に基づいて、作動させる音検出器３ａを変更する。
【０１２０】
上記実施形態のベッドモニタリングシステム１００の体動情報算出部４３の大きな体動情報算出部４３２は、次の方法により被験者Ｓの重心軌跡ＧＴに含まれる大きな体動軌跡を特定することもできる。
【０１２１】
大きな体動情報算出部４３２は、被験者Ｓの重心Ｇが略一方向に所定時間内に所定距離を超えて移動した場合に大きな体動が生じたと判断し、この期間の重心軌跡ＧＴが大きな体動軌跡であると特定する。重心Ｇが略一方向に移動しているか否かは、一例として、所定のサンプリング期間における重心Ｇの動きベクトルと、次のサンプリング期間における重心Ｇの動きベクトルとの間の角度が所定の角度以下であるか否かに基づいて判断することができる。
【０１２２】
具体的には例えば、図１５に示すように、重心Ｇの動きベクトルｖ２〜ｖ４は、その直前のサンプリング期間における動きベクトルに対して、約５°以下の角度を有しているが、動きベクトルｖ５は、その直前のサンプリング期間における動きベクトルｖ４に対して５°以上の角度を有している。このような場合、重心Ｇは、動きベクトルｖ１〜ｖ４に対応するサンプリング期間においては略一定方向に移動し、動きベクトルｖ５に対応するサンプリング期間においては移動方向が変更されたとみなすことができる。
【０１２３】
大きな体動情報算出部４３２は、移動方向が変更されたとみなした場合には、移動方向の変更があった時点の前の動きベクトル（ここでは動きベクトルｖ１〜ｖ４）に基づき、所定時間内に所定距離を越える移動が生じていたか否かを判定する。そして、所定時間内に所定距離を越える移動が生じていた場合は、これらの動きベクトルにより表される軌跡は大きな体動軌跡であると特定する。
【０１２４】
なお、動きベクトルを用いた大きな体動軌跡の特定を行う前に、重心軌跡ＧＴをローパスフィルタでフィルタリングしてもよい。これにより高周波成分（ノイズ）が除去され、特定の精度を向上させることができる。
【０１２５】
上記実施形態のベッドモニタリングシステム１００の体動情報算出部４３の小さな体動情報算出部４３３は、外れ値除去の方法により被験者Ｓの小さな体動軌跡及び呼吸振動軌跡を特定することもできる。
【０１２６】
具体的には、大きな体動軌跡が除去された重心軌跡が、図１６のように、ｖ６〜ｖ４６までの４１個の動きベクトルを含んでいるものとする。小さな体動情報算出部４３３はまず、これらの４１個の動きベクトルから最頻値ベクトルｖｆの向きを求める。動きベクトルｖ６〜ｖ４６はそれぞれ向きを有するが、図１６に示されるように、動きベクトルｖ６〜ｖ４６のいくつかは、それぞれ互いに同一の向きを有している。最頻値ベクトルｖｆの向きは、動きベクトルｖ６〜ｖ４６の向きのうち、最も多く表れる向きに等しく、図１６から明らかなように動きベクトルｖ６〜ｖ３７のいずれかの向きに等しい。
【０１２７】
次に、小さな体動情報算出部４３３は、動きベクトルｖ６〜ｖ４６の内、自らの向きと最頻値ベクトルｖｆの向き（又は最頻値ベクトルｖｆに対して１８０°の角度を有する向き）との間の相違が一定の閾値以下の動きベクトルを多数派ベクトルとみなし、自らの向きと最頻値ベクトルｖｆの向き（及び最頻値ベクトルｖｆに対して１８０°の角度を有する向き）との間の相違が一定の閾値よりも大きい動きベクトルを少数派ベクトルとみなす。具体的には、被験者Ｓの体軸方向にほぼ沿った向きを有する動きベクトルｖ６〜ｖ３７を多数派ベクトルとみなし、その他の動きベクトルｖ３８〜ｖ４６を少数派ベクトルとみなす。そして多数派ベクトルを除去する（少数派ベクトルを抽出する）。これにより小さな体動情報算出部４３３は、既に大きな体動軌跡が除去された重心軌跡ＧＴに含まれる呼吸振動軌跡を特定し、更に小さな体動軌跡を特定する。
【０１２８】
上記実施形態のモニタリングシステム１００においては、姿勢決定部４５の体軸方向決定部４５１は、重心軌跡ＧＴに含まれる呼吸振動に応じた振動の軌跡において連続する２つの極値点を特定することにより体軸ＳＡの方向を求めていたが、これには限られない。寝姿判定部４５３は、例えば次の方法により体軸ＳＡの方向を決定することもできる。
【０１２９】
一例として、体軸ＳＡの方向は、あるサンプリング期間に含まれるｎ個の呼吸重心位置Ｇ１〜Ｇｎ（図１７）の平均値から平均重心Ｇ０を求め、平均重心Ｇ０（Ｘ０、Ｙ０）とｎ個の重心位置Ｇ１（Ｘ１、Ｙ１）、・・・、Ｇｋ１（Ｘｋ１、Ｙｋ１）、・・・Ｇｋ２（Ｘｋ２、Ｙｋ２）、・・・Ｇｎ（Ｘｎ、Ｙｎ）のそれぞれとを結ぶ線分と、Ｘ軸との間の角度の平均傾き角度ａを、
【数３】
2018126436.tif 000005
により求め、平均重心Ｇ０（Ｘ０、Ｙ０）を通り、Ｘ軸に対して角度ａを有して延びる線分が体軸ＳＡの位置を示すとみなす方法によっても求め得る。このようにして求められた体軸ＳＡを図１７に示す。
【０１３０】
他の例として、平均重心Ｇ０を通り、且つ重心Ｇ１、・・・、Ｇｋ１、・・・、Ｇｋ２、・・・、Ｇｋ３、・・・Ｇｎとの直線距離ｄｈ１、・・・ｄｈｋ１、・・・ｄｈｋ２、・・・、ｄｈｋ３、・・・、ｄｈｎの標準偏差が最小となる線Ｈａが体軸ＳＡの位置を示すとみなす方法を用い得る。線Ｈａの一例を図１８に示す。
【０１３１】
上記実施形態の姿勢決定部４５の頭部配置決定部４５２は、重心位置Ｇ１（Ｘ１、Ｙ１）、・・・、Ｇｋ１（Ｘｋ１、Ｙｋ１）、・・・、Ｇｋ２（Ｘｋ２、Ｙｋ２）、・・・、Ｇｎ（Ｘｎ、Ｙｎ）、及び平均重心Ｇ０（Ｘ０、Ｙ０）に基づいて、被験者Ｓの頭部の配置を決定することもできる。
【０１３２】
最初に、頭部配置決定部４５２は、重心Ｇの時間的変動を波形として算出する。具体的には頭部配置決定部４５２は、まず、図１９に示す通り重心Ｇ１から体軸ＳＡに下した垂線の足の座標ＤＧ１（ＤＸ１、ＤＹ１）を求め、この足の位置と平均重心Ｇ０の位置Ｇ０（Ｘ０、Ｙ０）との距離ｄ１を
【数４】
2018126436.tif 000006
により求める。
【０１３３】
頭部配置決定部４５２は、次いで重心Ｇ２、・・・、Ｇｎについても、上記と同様の演算を行い距離ｄ２、・・・、ｄｎを求める。このようにして求められた距離ｄの値を、距離ｄを縦軸、時間軸を横軸とするグラフに展開して描くと図２０（ａ）のようになる。即ち図２０（ａ）は、重心Ｇ１から算出される距離ｄ１、重心Ｇ２から算出される距離ｄ２、・・・、重心Ｇｋ１から算出される距離ｄｋ１、・・・、重心Ｇｋ２から算出される距離ｄｋ２、・・・、重心Ｇｎから算出される距離ｄｎを、時間軸に沿って左から右にプロットしたものであり、図１９から理解される通り、重心Ｇの、平均重心Ｇ０を中心とし、体軸ＳＡ方向に沿った時間的変動の様子を示す波形に相当する。なお、図２０（ａ）においては、図１９において平均重心Ｇ０からＸ軸の正側に延びる距離ｄが正の値をとり、Ｘ軸の負側に延びる距離ｄが負の値をとるものとしている。
【０１３４】
図２０（ｂ）は、図２０（ａ）の波形ＧＷを概略的に示したものである。図２０（ｂ）において、時刻ｔ５０は被験者Ｓが吸気を開始する時刻、時刻ｔ５１は被験者Ｓが吸気を終了する時刻、時刻ｔ５２は被験者Ｓが呼気を開始する時刻、時刻ｔ５３は被験者Ｓが呼気を終了する時刻、時刻ｔ５４は被験者Ｓが次の吸気を開示する時刻である。
【０１３５】
波形ＧＷも、頭側波形ＨＷ、ＨＷｍ、脚側波形ＬＷ、ＬＷｍと同様に被験者Ｓの呼吸による重心移動に基づく波動であるため、吸気期間Ｐ５１、吸気後ホールド期間Ｐ５２、呼気期間Ｐ５３を表す山形波形又は谷形波形が、時間軸方向において吸気後ホールド期間Ｐ５２の中央に対して（中央の前後で）非対称な波形である。したがって頭部配置決定部４５２は、波形ＧＷを分析して吸気期間Ｐ５１、吸気後ホールド期間Ｐ５２、呼気期間Ｐ５３、呼気後ホールド期間Ｐ５４の少なくとも一つに基づいて、被験者Ｓの頭部の配置を決定することができる。
【０１３６】
被験者の呼吸が図１２に示す波形を呈していると仮定すると、頭部配置決定部４５２は、図２０（ｂ）に示す波形ＧＷを分析して、吸気後ホールド期間Ｐ５２が正側に現れることを求めることができる。吸気後ホールド期間Ｐ５２が正側に現れるということは、吸気後には重心Ｇが正側に移動していることを意味する。よって頭部配置決定部４５２は、吸気後に重心が移動してくる図１８におけるＸ軸の正側に被験者Ｓの脚側が置かれており、その反対側である負側に被験者Ｓの頭部が置かれていると決定することができる。
【０１３７】
上記実施形態のベッドモニタリングシステム１００の姿勢決定部４５の寝姿判定部４５３は、荷重検出器からの荷重信号が有する呼吸成分が、被験者の寝姿に応じて異なる波形となる点に基づいて被験者の寝姿を判定していたがこれには限られない。
【０１３８】
被験者Ｓの寝姿の判定は、呼吸重心軌跡ＧＴ１及び心拍重心軌跡ＧＴ２の少なくとも一方を用いて、次の原理により行うこともできる。
【０１３９】
本発明の発明者は研究により、被験者の呼吸時の内臓移動に伴って呼吸重心Ｇ１も一軸方向にわずかに振動することを見出した。以下では、この振動を「呼吸振動」と呼び、呼吸振動の振動方向に延びる軸を「呼吸軸」と定める。呼吸振動の振動方向を「呼吸軸の方向」とも呼ぶ。
【０１４０】
本発明の発明者は、図２１（ａ）、図２１（ｂ）に示す通り、呼吸軸Ａ１の方向が、正面視においては、背骨の延在方向（体軸ＳＡの方向）にほぼ沿っており（図２１（ａ））、側面視においては、体軸ＳＡの方向に対して有意の角度θ１だけ傾いている（図２１（ｂ））ことを見出した。なお、図２１（ｂ）においては、呼吸軸Ａ１の頭部側が体軸ＳＡに対して被験者Ｓの後方（図中、時計周り方向）に角度θ１だけ傾いている様子を示しているが、被験者によっては、呼吸軸Ａ１の頭部側が体軸ＳＡに対して前方（図中、反時計周り方向）に角度θ１傾いていることもある。また角度θ１の大きさは被験者により異なる。
【０１４１】
一方、心拍とは心臓の拍動、即ち心臓の収縮と膨張を意味するが、本発明の発明者は、研究により、この心臓の収縮と膨張に伴って心拍重心Ｇ２が一軸方向にわずかに振動することを見出した。以下では、この振動を「心拍振動」と呼び、心拍振動の振動方向に延びる軸を「心拍軸」と定める。心拍振動の振動方向を「心拍軸の方向」とも呼ぶ。
【０１４２】
本発明の発明者は、図２２（ａ）、図２２（ｂ）に示す通り、心拍軸Ａ２の方向が、正面視においては体軸ＳＡの方向を反時計周りに角度θ２だけ回転させた方向（方位）であり（図２２（ａ））、側面視においては体軸ＳＡの方向に略並行である（図２２（ｂ））ことを見出した。なお、角度θ２の大きさは被験者により異なる。
【０１４３】
以上の知見より、被験者Ｓの寝姿が仰臥位、横臥位、伏臥位の各々である場合には、呼吸軸Ａ１をベッドＢＤの上面（ベッド面ＢＳ）に投影した軸（以下「投影呼吸軸ＰＡ１」と呼ぶ）と、心拍軸Ａ２をベッド面ＢＳに投影した軸（以下「投影心拍軸ＰＡ２」と呼ぶ）との間には、次の関係が成り立つ。
【０１４４】
被験者Ｓの寝姿が仰臥位である場合には、図２３（ａ）に示す通り、投影呼吸軸ＰＡ１は体軸ＳＡに平行であり、投影心拍軸ＰＡ２は投影呼吸軸ＰＡ１を反時計周りに角度θ２だけ回転させた方向に延びている。
【０１４５】
被験者Ｓの寝姿が横臥位である場合には、図２３（ｂ）に示す通り、投影心拍軸ＰＡ２は体軸ＳＡに平行であり、投影呼吸軸ＰＡ１は投影心拍軸ＰＡ２を角度θ１だけ回転させた方向に延びている。なお、図２３（ｂ）においては、投影呼吸軸ＰＡ１が投影心拍軸ＰＡ２を反時計周りに角度θ１だけ回転させた方向に延びる様子を示しているが、被験者によっては、投影呼吸軸ＰＡ１は投影心拍軸ＰＡ２を時計回りに角度θ１だけ回転させた方向に延びる。
【０１４６】
被験者Ｓの寝姿が伏臥位である場合には、図２３（ｃ）に示す通り、投影呼吸軸ＰＡ１は体軸ＳＡに平行であり、投影心拍軸ＰＡ２は投影呼吸軸ＰＡ１を時計回りに角度θ２だけ回転させた方向に延びている。
【０１４７】
変形例の寝姿判定部４５３は、呼吸重心軌跡ＧＴ１及び心拍重心軌跡ＧＴ２から、投影呼吸軸ＰＡ１及び投影心拍軸ＰＡ２の方向を求め、投影呼吸軸ＰＡ１の方向、投影心拍軸ＰＡ２の方向、投影呼吸軸ＰＡ１と投影心拍軸ＰＡ２との位置関係に基づいて被験者Ｓの寝姿を判定する。寝姿の判定は、具体的には、次の手順により実行される。
【０１４８】
寝姿判定部４５３は、まず、被験者Ｓの呼吸重心軌跡ＧＴ１を記憶部４から取り出し、呼吸重心軌跡ＧＴ１に含まれる呼吸振動に応じた振動の軌跡から、１つの極値点（一方向に振幅が最大となる点）と、当該極値点の直前又は直後に現れる他の極値点（逆方向に振幅が最大となる点）とを特定する。そして、両極値点を結ぶ軸の方向を、ベッド面ＢＳに投影した呼吸振動の方向、即ち投影呼吸軸ＰＡ１の方向と決定する。投影心拍軸ＰＡ２の方向も同様に決定する。
【０１４９】
次いで寝姿判定部４５３は、投影呼吸軸ＰＡ１の方向及び投影心拍軸ＰＡ２の方向の少なくとも一方に基づいて、被験者Ｓの寝姿を判定する。具体例の一つとして、被験者Ｓが横臥位であるか、仰臥位及び伏臥位のいずれか一方であるかを判定する方法について説明する。
【０１５０】
図２３（ａ）、図２３（ｃ）に示す通り、被験者Ｓが仰臥位又は伏臥位にある場合には、投影心拍軸ＰＡ２は投影呼吸軸ＰＡ１に対して角度θ２だけ傾いている。一方、図２３（ｂ）に示す通り、被験者Ｓが横臥位である場合には、投影心拍軸ＰＡ２は投影呼吸軸ＰＡ１に対して角度θ１だけ傾いている。したがって寝姿判定部３３は、投影呼吸軸ＰＡ１と投影心拍軸ＰＡ２との間の角度がθ１であれば被験者Ｓは横臥位であり、投影呼吸軸ＰＡ１と投影心拍軸ＰＡ２との間の角度がθ２であれば被験者Ｓは仰臥位又は伏臥位のいずれか一方であると判定する。
【０１５１】
なお、被験者Ｓの寝姿が一旦既知となった後は、寝姿判定部４５３は、投影呼吸軸ＰＡ１の方向又は投影心拍軸ＰＡ２の方向のみに基づいて被験者Ｓの寝姿の変化を追跡することができる。
【０１５２】
例えば、被験者Ｓが仰臥位又は伏臥位から横臥位に移動した場合、投影呼吸軸ＰＡ１は時計回り方向又は反時計周り方向に瞬間的に角度θ１だけ回転する。この時、被験者Ｓの寝姿が仰臥位又は伏臥位であることが既知であれば、寝姿判定部４５３は、投影呼吸軸ＰＡ１に角度θ１の回転が生じたことに基づいて被験者Ｓが横臥位に至ったと判定できる。投影心拍軸ＰＡ２の観察によっても、同様の判定を行うことができる。
【０１５３】
次に、被験者Ｓが仰臥位であるか伏臥位であるかを判定する方法について説明する。
【０１５４】
図２３（ａ）に示す通り、被験者Ｓが仰臥位である場合には、投影心拍軸ＰＡ２の方向は投影呼吸軸ＰＡ１の方向を反時計周りに角度θ２だけ回転させた方向となる。一方、図２３（ｃ）に示す通り、被験者Ｓが伏臥位である場合には、投影心拍軸ＰＡ２の方向は、投影呼吸軸ＰＡ１の方向を時計回りに角度θ２だけ回転させた方向となる。したがって寝姿判定部４５３は、投影心拍軸ＰＡ２が投影呼吸軸ＰＡ１を反時計周りに角度θ２だけ回転させた方向に延びていれば被験者Ｓが仰臥位にあると判定し、投影心拍軸ＰＡ２が投影呼吸軸ＰＡ１を時計回りに角度θ２だけ回転させた方向に延びていれば被験者Ｓが伏臥位にあると判定する。
【０１５５】
なお、被験者Ｓの寝姿が仰臥位又は伏臥位であることが一旦既知となった後は、寝姿判定部４５３は、投影心拍軸ＰＡ２の方向のみに基づいて被験者Ｓの寝姿が仰臥位であるか伏臥位であるかを判定することができる。
【０１５６】
例えば、被験者Ｓが仰臥位から伏臥位に移動した場合、投影心拍軸ＰＡ２は時計回り方向に瞬間的に角度２θ２だけ回転する。この時、被験者の寝姿が仰臥位であることが既知であれば、寝姿判定部４５３は、投影心拍軸ＰＡ２に時計回り方向の角度２θ２の回転が生じたことに基づいて被験者Ｓが伏臥位に至ったと判定できる。被験者Ｓが伏臥位から仰臥位に移動した場合も同様である。
【０１５７】
上記の実施形態において、荷重検出器１１、１２、１３、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。
【０１５８】
なお、上記の実施形態において、荷重検出器は４つに限られない。ベッドＢＤに追加の脚を設けて５つ以上の荷重検出器を使用してもよい。又はベッドＢＤの脚のうち３つのみに荷重検出器を配置してもよい。荷重検出器が３つの場合でも、これを一直線に配置しなければ、ベッドＢＤ面上での被験者Ｓの重心位置Ｇを検出できる。
【０１５９】
上記の実施形態においては、荷重検出器１１、１２、１３、１４は、ベッドＢＤの脚の下端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ていたがこれには限られない。荷重検出器１１、１２、１３、１４はそれぞれ、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、１２、１３、１４をベッドＢＤと一体型とし、ベッドＢＤと本実施形態のベッド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２４）。なお、本明細書において「ベッドに設けられた荷重検出器」とは、上述のようにベッドＢＤの４本の脚とベッドＢＤの床板との間に設けられた荷重検出器や、上部脚と下部脚との間に設けられた荷重検出器を意味する。
【０１６０】
なお、上記の実施形態において、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。
【０１６１】
なお、上記実施形態のベッドモニタリングシステム１００において、表示部６は、使用者が視覚的に認識できるようにモニター上に情報を表示するものには限られない。例えば表示部６は、被験者Ｓの状態を定期的に印字して出力するプリンタでもよく、又はランプの点灯／消灯等の簡易な視覚的表現を用いて表示するものであってもよい。または表示部６は、被験者Ｓの状態を使用者に音で伝えるものであってもよい。さらに、ベッドモニタリングシステム１００は表示部６を有さなくてもよく、情報を出力する出力端子を有するのみであってもよい。表示を行うためのモニター（ディスプレイ装置）等は、当該出力端子を介してベッドモニタリングシステム１００に接続される。
【０１６２】
なお、上記実施形態の報知部７は聴覚的に報知を行っていたが、報知部７は、光の点滅等によって視覚的に報知を行う構成であってもよく、振動により報知を行う構成であってもよい。また、上記実施形態のベッドモニタリングシステム１００は、報知部７を有さなくても良い。
【０１６３】
なお、上記実施形態のベッドモニタリングシステム１００において、配線によって接続されている構成同士は、それぞれ無線によって接続されていてもよい。
【０１６４】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
本発明のベッドモニタリングシステムによれば、ベッド上の被験者の状態を、
被験者の姿勢や体動の有無にかかわらず、精確に、且つ非侵襲で判定することができる。したがって、本発明のベッドモニタリングシステムを医療や介護の現場で使用すれば、医療従事者や介護従事者の負担を軽減しつつ、患者や被介護者をより良好にケアすることが可能となる。
【符号の説明】
【０１６６】
１  荷重検出部、１１，１２，１３，１４  荷重検出器、２  Ａ／Ｄ変換部、３  音検出部、３ａ  音検出器、４  制御部、４１  信号分離部、４２  重心位置算出部、４３  体動情報算出部、４４  呼吸情報算出部、４５  姿勢決定部、４６  音検出器制御部、４７  状態判定部、５  記憶部、６  表示部、７  報知部、８  入力部、１００  ベッドモニタリングシステム、ＢＤ  ベッド、ＢＤＳ  ベッドシステム
【図１】
2018126436.tif 000007
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2018126436.tif 000028
【図２３】
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【図２４】
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