(57)【要約】【課題】被験者の体軸の方向がベッド上で変化した場合にも信頼性の高い寝姿判定を行うことのできる在床状態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在床状態をモニターする在床状態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、被験者による荷重を検出する複数の荷重検出器と、前記被験者による荷重から被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を分離する荷重分離部と、前記被験者の心拍に応じて振動する荷重成分に基づき被験者の心拍重心の位置を求める重心位置算出部と、前記心拍重心の振動方向に基づいて被験者の寝姿が仰臥位及び伏臥位のいずれであるかを判定する寝姿判定部とを備える。【選択図】図１
2018015209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッド上の被験者の在床状態をモニターする在床状態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、被験者による荷重を検出する複数の荷重検出器と、
前記被験者による荷重から被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を分離する荷重分離部と、
前記被験者の心拍に応じて振動する荷重成分に基づき被験者の心拍重心の位置を求める重心位置算出部と、
前記心拍重心の振動方向に基づいて被験者の寝姿が仰臥位及び伏臥位のいずれであるかを判定する寝姿判定部とを備える在床状態モニタリングシステム。
【請求項２】
前記荷重分離部は、前記被験者による荷重から被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を分離し、
前記重心位置算出部は、前記被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分に基づき被験者の呼吸重心の位置を求め、
前記寝姿判定部は、前記呼吸重心の振動方向に相対する前記心拍重心の振動方向に基づいて被験者の寝姿が仰臥位及び伏臥位のいずれであるかを判定する請求項１に記載の在床状態モニタリングシステム。
【請求項３】
前記重心位置算出部は、前記被験者による荷重に基づき被験者の重心の位置を求め、
前記寝姿判定部は、前記重心の前記被験者の呼吸に応じた振動の方向に相対する前記心拍重心の振動方向に基づいて被験者の寝姿が仰臥位及び伏臥位のいずれであるかを判定する請求項１に記載の在床状態モニタリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重検出器を用いてベッド上の被験者の在床状態をモニターする在床状態モニタリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ベッド上の患者や被介護者を遠隔地から管理するためのシステムが、病院や介護施設等で活用されている。例えば病院において患者の在床／離床を検知するシステムを使用すれば、ナースステーションの看護師は、患者が病室のベッド上にいるか否かを病室を訪れることなく確認することができる。また、患者や被介護者の寝姿が仰臥位、横臥位（側臥位）、伏臥位のいずれであるかを検知すれば、床ずれの防止や睡眠状態の改善（例えば睡眠時無呼吸症候群の治療）に役立てることができる。
【０００３】
特許文献１は、被験者の荷重のＸ軸分力、Ｙ軸分力、Ｚ軸分力が被験者の呼吸に応じて変動することに基づいて、被験者の寝姿勢が仰臥位、伏臥位、左側臥位、右側臥位のいずれであるかを判定する寝姿勢判定装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−９７１９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
被験者の荷重のＸ軸分力、Ｙ軸分力、Ｚ軸分力の被験者の呼吸に応じた変動に基づいて被験者の寝姿勢を判定する特許文献１の寝姿勢判定装置においては、被験者の体軸（背骨）の方向がＹ軸方向（ベッドの長手方向）に対して傾いている場合には判定の信頼性が低下する恐れがある。
【０００６】
本発明は、被験者の体軸の方向がベッド上で変化した場合にも信頼性の高い寝姿判定を行うことのできる在床状態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在床状態をモニターする在床状態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、被験者による荷重を検出する複数の荷重検出器と、
前記被験者による荷重から被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を分離する荷重分離部と、
前記被験者の心拍に応じて振動する荷重成分に基づき被験者の心拍重心の位置を求める重心位置算出部と、
前記心拍重心の振動方向に基づいて被験者の寝姿が仰臥位及び伏臥位のいずれであるかを判定する寝姿判定部とを備える在床状態モニタリングシステムが提供される。
【０００８】
第１の態様の在床状態モニタリングシステムにおいて、前記荷重分離部は、前記被験者による荷重から被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を分離してもよく、前記重心位置算出部は、前記被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分に基づき被験者の呼吸重心の位置を求めてもよく、前記寝姿判定部は、前記呼吸重心の振動方向に相対する前記心拍重心の振動方向に基づいて被験者の寝姿が仰臥位及び伏臥位のいずれであるかを判定してもよい。
【０００９】
第１の態様の在床状態モニタリングシステムにおいて、前記重心位置算出部は、前記被験者による荷重に基づき被験者の重心の位置を求めてもよく、前記寝姿判定部は、前記重心の前記被験者の呼吸に応じた振動の方向に相対する前記心拍重心の振動方向に基づいて被験者の寝姿が仰臥位及び伏臥位のいずれであるかを判定してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の在床状態モニタリングシステムは、被験者の体軸がベッド上でどのような方向を向いていても信頼性の高い寝姿判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る在床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】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】図３は、本発明の実施形態に係る寝姿判定方法を示すフローチャートである。
【図４】図４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４（ａ）は被験者を正面から見た様子を示し、図４（ｂ）は被験者を側面から見た様子を示す。
【図５】図５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５（ａ）は被験者を正面から見た様子を示し、図５（ｂ）は被験者を側面から見た様子を示す。
【図６】図６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６（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６（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６（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７】図７は、被験者の投影呼吸軸及び投影心拍軸の方向を求める方法を説明するための説明図である。
【図８】図８は、被験者の投影呼吸軸及び投影心拍軸の方向を求める他の方法を説明するための説明図である。
【図９】図９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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施形態＞               
図１〜図６を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１に示す通り、本実施形態の在床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、表示部５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、報知部６及び入力部７が接続されている。
【００１４】
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、配線によりＡ／Ｄ変換部２に接続されている。
【００１５】
荷重検出部１の４つの荷重検出器１１、１２、１３、１４は、被験者が使用するベッドの脚の下に配置される。具体的には荷重検出器１１、１２、１３、１４は、図２に示す通り、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る。
【００１６】
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にそれぞれ配線で接続されている。
【００１７】
制御部３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（荷重分離部）３１、重心位置算出部３２、寝姿判定部３３が構築されている。
【００１８】
記憶部４は、在床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在床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。
【００１９】
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。
【００２０】
在床状態モニタリングシステム１００を使用した被験者の寝姿のモニターは、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、検出した荷重を被験者の呼吸に応じて変動する荷重成分と被験者の心拍に応じて変動する荷重成分とに分離する信号分離工程Ｓ２、分離した各荷重成分を用いて呼吸重心軌跡（詳細は後述）及び心拍重心軌跡（詳細は後述）を求める重心位置算出工程Ｓ３、求めた呼吸重心軌跡及び心拍重心軌跡に基づいて被験者の寝姿を判定する寝姿判定工程Ｓ４、判定した被験者の寝姿を表示部に表示する表示工程Ｓ５を含む。
【００２１】
［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。
【００２２】
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、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。
【００２３】
［信号分離工程］
信号分離工程Ｓ２では、信号分離部３１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。
【００２４】
信号分離部３１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ν１及び心拍周波数ν２を特定することができる。
【００２５】
次いで、信号分離部３１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３１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３２に出力する。
【００２６】
［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３２が、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呼吸重心軌跡ＧＴ１、心拍重心軌跡ＧＴ２を算出する。
【００２７】
呼吸重心Ｇ１は、荷重信号ｓ１〜ｓ４のうちの呼吸成分ｓ１１〜ｓ４１を用いて算出される被験者Ｓの重心の位置であり、心拍重心Ｇ２は、荷重信号ｓ１〜ｓ４のうちの心拍成分ｓ１２〜ｓ４２を用いて算出される被験者Ｓの重心の位置である。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。
【００２８】
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】
2018015209.tif 000003
【数２】
2018015209.tif 000004
【００２９】
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、ｓ２、ｓ３、ｓ４の呼吸成分ｓ１１、ｓ２１、ｓ３１、ｓ４１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の位置が算出され、呼吸重心Ｇ１の時間的変動から呼吸重心軌跡ＧＴ１が算出される。同様に、検出値Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４として心拍成分ｓ１２、ｓ２２、ｓ３２、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心拍重心Ｇ２の位置が算出され、心拍重心Ｇ２の時間的変動から呼吸重心軌跡ＧＴ２が算出される。求められた呼吸重心Ｇ１及び心拍重心Ｇ２の位置、呼吸重心軌跡ＧＴ１、心拍重心軌跡ＧＴ２は、記憶部４に記憶される。
【００３０】
［寝姿判定工程]
寝姿判定工程Ｓ４では、寝姿判定部３３が、呼吸重心軌跡ＧＴ１及び心拍重心軌跡ＧＴ２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。本明細書及び本発明においては、寝姿の判定とは、被験者が仰臥位、横臥位及び伏臥位のいずれであるかを判定することを意味する。
【００３１】
寝姿判定部３３における寝姿の判定は、以下の原理に基づいて行われる。
【００３２】
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。本発明の発明者は研究により、この内臓移動に伴って呼吸重心Ｇ１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「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。
【００３３】
本発明の発明者は、図４（ａ）、図４（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Ａ０の方向）にほぼ沿っており（図４（ａ））、側面視においては、体軸Ａ０の方向に対して有意の角度θ１だけ傾いている（図４（ｂ））ことを見出した。なお、図４（ｂ）においては、呼吸軸Ａ１の頭部側が体軸Ａ０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Ａ０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。
【００３４】
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。
【００３５】
本発明の発明者は、図５（ａ）、図５（ｂ）に示す通り、心拍軸Ａ２の方向が、正面視においては体軸Ａ０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５（ａ））、側面視においては体軸Ａ０の方向に略並行である（図５（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。
【００３６】
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ＢＤＳ）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ＢＤＳ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。
【００３７】
被験者Ｓの寝姿が仰臥位である場合には、図６（ａ）に示す通り、投影呼吸軸ＰＡ１は体軸Ａ０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。
【００３８】
被験者Ｓの寝姿が横臥位である場合には、図６（ｂ）に示す通り、投影心拍軸ＰＡ２は体軸Ａ０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６（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。
【００３９】
被験者Ｓの寝姿が伏臥位である場合には、図６（ｃ）に示す通り、投影呼吸軸ＰＡ１は体軸Ａ０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。
【００４０】
寝姿判定部３３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。
【００４１】
寝姿判定部３３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ＢＤＳ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。
【００４２】
次いで寝姿判定部３３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。
【００４３】
被験者Ｓの寝姿が一旦既知となった後は、寝姿判定部３３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。
【００４４】
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３３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。
【００４５】
同様に、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、投影心拍軸ＰＡ２は時計回り方向又は反時計周り方向に瞬間的に角度θ２だけ回転する。この時、被験者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３３は、投影心拍軸ＰＡ２に角度θ２の回転が生じたことに基づいて被験者Ｓが横臥位に移動したと判定できる。
【００４６】
被験者Ｓが横臥位にあることが既知である場合にも、寝姿判定部３３は、投影呼吸軸ＰＡ１が角度θ１だけ回転したこと、又は投影心拍軸ＰＡ２が角度θ２だけ回転したことに基づいて、被験者Ｓが仰臥位又は伏臥位に至ったと判断することができる。
【００４７】
このようにして、寝姿判定部３３は、投影呼吸軸ＰＡ１又は投影心拍軸ＰＡ２における回転の発生を把握することで、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追跡することができる。
【００４８】
被験者Ｓの寝姿が未知である場合は、寝姿判定部３３は、投影呼吸軸ＰＡ１の方向と投影心拍軸ＰＡ２の方向の両方に基づいて、被験者Ｓが横臥位であるか、仰臥位及び伏臥位いずれか一方であるかを判定する。また、このように投影呼吸軸ＰＡ１の方向と投影心拍軸ＰＡ２の方向の両方に基づいた判定を行うことで、被験者Ｓが体軸ＡＯを角度θ１だけ回転させた場合に生じ得る投影呼吸軸ＰＡ１の角度θ１の回転、又は被験者Ｓが体軸ＡＯを角度θ２だけ回転させた場合に生じ得る投影呼吸軸ＰＡ２の角度θ２の回転を、被験者Ｓの寝姿が横臥位と仰臥位及び伏臥位のいずれか一方との間で変化した場合に生じる投影呼吸軸ＰＡ１、投影心拍軸ＰＡ２の回転と区別することができる。
【００４９】
図６（ａ）、図６（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６（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。
【００５０】
寝姿判定部３３が被験者Ｓの寝姿を判定する方法の他の具体例として、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。
【００５１】
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３３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。
【００５２】
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３３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。
【００５３】
同様に、被験者Ｓが伏臥位から仰臥位に移動した場合、投影心拍軸ＰＡ２は反時計周り方向に瞬間的に角度２θ２だけ回転する。この時、被験者の寝姿が伏臥位であることが既知であれば、寝姿判定部３３は投影心拍軸ＰＡ２に反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が仰臥位に至ったと判定できる。
【００５４】
被験者Ｓの寝姿が未知である場合は、寝姿判定部３３は、投影呼吸軸ＰＡ１の方向と投影心拍軸ＰＡ２の方向の両方に基づいて、被験者Ｓが仰臥位であるか伏臥位であるかを判定する。また、このように投影呼吸軸ＰＡ１の方向と投影心拍軸ＰＡ２の方向の両方に基づいた判定を行うことで、被験者Ｓが体軸ＡＯを角度２θ２だけ回転させた場合に生じ得る投影心拍軸ＰＡ２の角度２θ２の回転を、被験者Ｓの寝姿が仰臥位と伏臥位との間で変化した場合に生じる投影心拍軸ＰＡ２の回転と区別することができる。
【００５５】
図６（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６（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３３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。
【００５６】
寝姿判定部３３は、投影呼吸軸ＰＡ１の方向及び投影心拍軸ＰＡ２の方向に基づいて被験者Ｓの寝姿を判定した後、更に被験者Ｓの体軸Ａ０の方向を判定してもよい。例えば、寝姿判定部３３は、被験者Ｓが仰臥位又は伏臥位であると判定した後、当該判定が行われた時点における投影呼吸軸ＰＡ１の方向が、被験者Ｓの体軸Ａ０の延びる方向であると判定することができる。同様に、寝姿判定部３３は、被験者Ｓが横臥位であると判定した後、当該判定が行われた時点における投影心拍軸ＰＡ２の方向が、被験者Ｓの体軸Ａ０の延びる方向であると判定することができる。
【００５７】
［表示工程］
表示工程Ｓ５では、制御部３が、寝姿判定部３３において判定された被験者Ｓの寝姿を表示部５に表示する。表示は例えば、文字情報やシンボルマークを表示することにより行われる。なお、被験者Ｓの寝姿が所定の条件を満たした場合（例えば、一定時間を越えて伏臥位を継続した場合等）に、報知部６を用いて音声による報知を行ってもよい。
【００５８】
本実施形態の在床状態モニタリングシステム１００の効果を次にまとめる。
【００５９】
本実施形態の在床状態モニタリングシステム１００は、被験者Ｓの呼吸軸Ａ１の方向（投影呼吸軸ＰＡ１の方向）及び心拍軸Ａ２の方向（投影呼吸軸ＰＡ２の方向）の少なくとも一方に基づいて被験者Ｓの寝姿を判定しているため、被験者の体軸Ａ０がベッド上でどのような方向を向いていても、高い信頼性を持って被験者Ｓの寝姿を判定することができる。また、呼吸軸ＰＡ１の方向及び心拍軸Ａ２の方向（投影呼吸軸ＰＡ１の方向及び心拍呼吸軸ＰＡ２の方向）の両方を用いて判定を行うことで、判定の信頼性をより高めることができる。
【００６０】
本実施形態の在床状態モニタリングシステム１００は、被験者Ｓの呼吸、心拍の周波数で振動する荷重成分である呼吸成分、心拍成分のみに基づき呼吸重心Ｇ１、心拍重心Ｇ２を算出し、これから呼吸重心軌跡ＧＴ１、心拍重心軌跡ＧＴ２を求め、投影呼吸軸ＰＡ１、投影心拍軸ＰＡ２を求めているが、呼吸重心Ｇ１、心拍重心Ｇ２は、被験者Ｓとは異なる呼吸周波数、心拍周波数を有する第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）による荷重の影響を受けず、投影呼吸軸ＰＡ１、投影心拍軸ＰＡ２も同様である。したがって本実施形態の在床状態モニタリングシステムは、被験者Ｓの寝姿を、外部要因による誤差を抑制してより正確に判定することができる。
【００６１】
上記の実施形態において、次の変形態様を用いることもできる。
【００６２】
上記実施形態の在床状態モニタリングシステム１００においては、重心位置算出部３２が被験者Ｓの呼吸重心Ｇ１及び呼吸重心軌跡ＧＴ１を算出し、寝姿判定部３３は、呼吸重心軌跡ＧＴ１に基づいて求めた投影呼吸軸ＰＡ１の方向を用いて被験者Ｓの判定を行っている。しかしながら、重心位置算出部３２は、荷重信号ｓ１〜ｓ４をそのまま用いて被験者Ｓの重心の位置（以下「単純重心位置Ｇ０」と呼ぶ）を算出し、単純重心位置Ｇ０の移動の軌跡である単純重心軌跡ＧＴ０を算出してもよく、寝姿判定部３３は、単純重心軌跡ＧＴ０に基づいて投影呼吸軸ＰＡ１の方向を求めてもよい。ベッドＢＤ上に加えられる荷重が被験者Ｓに起因する荷重のみである場合には単純重心軌跡ＧＴ０と呼吸重心軌跡ＧＴ１とは略一致するため、単純重心軌跡ＧＴ０の呼吸に応じた振動の振動方向から投影呼吸軸ＰＡ１の方向を求めることができる。
【００６３】
上記実施形態の在床状態モニタリングシステム１００によって、ベッドＢＤ上の複数の被験者の寝姿を判定することも可能である。
【００６４】
呼吸や心拍の周期には個人差があるため、例えば二人の被験者Ｓ１、Ｓ２がベッドＢＤ上に存在する状態で上記実施形態の信号分離工程Ｓ２を実行すると、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Ｓ１の呼吸の周波数、被験者Ｓ２の呼吸の周波数、被験者Ｓ１の心拍の周波数及び被験者Ｓ２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Ｓ１の呼吸周波数ν１１及び心拍周波数ν２１を特定することができ、被験者Ｓ２の呼吸周波数ν１２及び心拍周波数ν２２を特定することができる。
【００６５】
続く工程は、上記実施形態と同様である。具体的には、信号分離部３１は、被験者Ｓ１、Ｓ２の各々について呼吸成分と心拍成分を求め、重心位置算出部３２は、被験者Ｓ１、Ｓ２の各々の呼吸成分と心拍成分を用いて、被験者Ｓ１、Ｓ２の各々の呼吸重心、呼吸重心軌跡、心拍重心、心拍重心軌跡を算出する。その後、寝姿判定部３３は、被験者Ｓ１、Ｓ２の各々の呼吸重心軌跡、心拍重心軌跡から、被験者Ｓ１、Ｓ２の各々の投影呼吸軸の方向、投影心拍軸の方向を求め、これらに基づき被験者Ｓ１、Ｓ２の各々の寝姿を判定する。
【００６６】
上記実施形態の在床状態モニタリングシステム１００においては、寝姿判定部３３は、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において連続する２つの極値点を特定することにより投影呼吸軸ＰＡ１の方向を求め、心拍重心軌跡ＧＴ２に含まれる心拍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投影心拍軸ＰＡ２の方向を求めていたが、これには限られない。寝姿判定部３３は、例えば次の方法により投影呼吸軸Ａ１、投影心拍軸Ａ２の方向を決定することもできる。
【００６７】
一例として、投影呼吸軸ＰＡ１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７）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】
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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投影呼吸軸ＰＡ１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投影呼吸軸ＰＡ１を図７に示す。投影心拍軸ＰＡ２の方向も同様にして求めることができる。
【００６８】
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が投影呼吸軸ＰＡ１の位置を示すとみなす方法を用い得る。線Ｈａの一例を図８に示す。投影心拍軸ＰＡ２の方向も同様にして求めることができる。
【００６９】
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。
【００７０】
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の重心位置を検出できる。
【００７１】
なお、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と本実施形態の在床情報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９）。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。
【００７２】
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。
【００７３】
なお、上記実施形態の在床状態モニタリングシステム１００において、表示部５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５は、被験者Ｓの寝姿を印字して出力するプリンタでもよく、又は被験者Ｓが仰臥であれば青ランプの点灯、横臥であれば黄色ランプの点灯、伏臥であれば赤ランプの点灯といった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５は、在床状態を音声で伝えるものであってもよい。さらに、在床状態モニタリングシステム１００は表示部５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在床状態モニタリングシステム１００に接続される。
【００７４】
なお、上記実施形態の報知部６は聴覚的に報知を行っていたが、報知部６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、上記実施形態の在床状態モニタリングシステム１００は、報知部６を有さなくても良い。
【００７５】
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】
【００７６】
本発明の在床状態モニタリングシステムは、被験者の寝姿を高精度に判定できるため、これを病院や介護施設において使用すれば、患者や被介護者の床ずれを防止し、睡眠状態の改善を図ることができる。
【符号の説明】
【００７７】
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  信号分離部
３２  重心位置算出部
３３  寝姿判定部
４  記憶部
５  表示部
６  報知部
７  入力部
１００  在床状態モニタリングシステム
Ａ１  呼吸軸
Ａ２  心拍軸
ＢＤ  ベッド
ＢＤＳ  ベッドシステム
ＧＴ１  呼吸重心軌跡
ＧＴ２  心拍重心軌跡
Ｓ  被験者
【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】
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【図８】
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【図９】
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