(57)【要約】【課題】  検知センサを、マットや布団等の寝具上に直接敷設できるようにすると共に、圧力変化の検出感度を大幅に高めることにより、心拍動や上半身の引き起し動作等の生体活動を高精度で検出できるようにした人の生体活動を検知する空気圧式検知センサを提供する。【解決手段】  対向状に配設してその外周縁を相互に接着した適宜の外形寸法を有する２枚の可撓性の合成樹脂製薄平板と、前記両薄平板の間に配設して何れか一方又は両方の内表面に固定した適宜の長さを有する弾性材製の一端を密封したチューブ体と、前記チューブ体の他端に連結した圧力検出器とから形成され、寝台や床面等の上に設けた寝具に敷設して、就寝者の生体活動によるチューブ体内部の圧力の変動を検知する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向状に配設してその外周縁を相互に接着した適宜の外形寸法を有する２枚の可撓性の合成樹脂製薄平板と、前記両薄平板の間に挟み込み固定され且つその一端を密封した適宜の長さを有する弾性材製のチューブ体と、前記チューブ体の他端に連結した圧力検出器とから形成され、寝台や床面等の上に敷設して、人の生体活動によって前記合成樹脂製薄板に伝わる変位をチューブ体の内部圧力の変動に変換して、前記圧力検出器により検知する構成とした人の生体活動を検知する空気圧式検知センサ。
【請求項２】
チューブ体を、天然ゴム製チューブ体又はゴム硬度が４０〜１００ＩＲＨＤのゴムチューブ体とすると共にチューブ体の外径を５〜１０ｍｍ、内径を３〜８ｍｍ及び亘長を１０００〜６０００ｍｍとした請求項１に記載の人の生体活動を検知する空気圧式検知センサ。
【請求項３】
合成樹脂製薄平板を、厚さ０．５ｍｍ〜１ｍｍのポリプロピレン製の薄板、又はプラスチック硬度５０〜１００ＨＤＤすると共にその外形寸法を縦幅１００〜２０００ｍｍ及び横幅５００〜１５００ｍｍとした請求項１に記載の人の生体活動を検知する空気圧式検知センサ。
【請求項４】
チューブ体を、薄平板の長手方向と平行に２０〜１００ｍｍの間隔をもって複数段のジグザグ状に配設するようにした請求項１に記載の人の生体活動を検知する空気圧式検知センサ。
【請求項５】
チューブ体を、薄平板の長手方向と直交方向に２０〜１００ｍｍの間隔をもって複数列のジグザグ状に配設するようにした請求項１に記載の人の生体活動を検知する空気圧式検知センサ。
【請求項６】
チューブ体を合成樹脂製薄平板の何れか一方又は両方の内表面に固定するようにした請求項１に記載の人の生体活動を検知する空気圧式検知センサ。
【請求項７】
検出する人の生体活動を心拍動とするようにした請求項１に記載の人の生体活動を検知する空気圧式検知センサ。
【請求項８】
検出する人の生体活動を寝返り又は上半身の起き上り活動とするようにした請求項１に記載の人の生体活動を検知する空気圧式検知センサ。
【請求項９】
２枚の合成樹脂製薄平板と、両者の間に挟持した弾性材製のチューブ体とを布製カバー体内に収納するようにした請求項１に記載の人の生体活動を検知する空気圧式検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、布団やベッド等の寝具上の人の心拍動や呼吸動、寝返り動作、起き上り動作等の生体活動を空気圧の変動として検知するようにした空気圧式検知センサの改良に関するものであり、センサ感度を高めることにより、センサそのものの小型化及び生体信号測定装置の制御回路の簡素化等を可能にした、人の生体活動を検知する空気圧式検知センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、認知症患者や寝たきり患者を多く収容する病院や介護施設にあっては、看護師や介護士の負担の軽減を図るために、所謂人の状態判別装置の導入が進められている。
ところで、この種の人の状態判別装置としては、人の生体活動（動作）によって生ずるベッド等の振動の変化を検知し、その振動検知信号から人の状態を判別する方式と、人の生体活動（動作）によって生ずる弾性チューブ体内の空気圧の変動を検知し、その圧力検知信号から人の状態を判別する方式の２種類のシステムが開発されている。
【０００３】
前記ベッド等の振動を検知する方式の人の状態判別装置としては、例えば特開２００４−２１６００６号等が存在する。一般に、この種の人の状態判別装置は、病院や介護施設における認知症患者や重病人等のベッド上に於ける状態を比較的正確に遠隔把握することができるうえ、多数のベッドに対する集中管理システムを比較的安価に構築することができ、優れた実用的効用を奏するものである。
【０００４】
しかし、上記ベッド等の振動を検知する方式のセンサには、異なる動作であってもそれによって生ずる振動状態が類似するとほぼ同一の検知信号が発信され、動作の峻別が出来ないと云う難点が存在する。例えば、所謂就寝中の患者のベッド上に於ける患者の寝返り動作と、ベッド上からの離床のための予備動作（即ち、上半身の起き上りやベッドサイド方向への身体の向きの変更）とを峻別することは困難で、結果として、患者の離床動作を迅速且つ正確に検知することが出来ず、患者の転倒やベッドからの転落、施設から離脱等の事故が多発するという問題を抱えている。
【０００５】
一方、前記従前の空気圧式検知センサを用いる方式の人の状態判別装置は、図１８及び図１９に示すように、ベッドＩと布団や敷マット等の寝具Ｊとの間に介設した圧力検出手段３１と、生体信号検出手段３２と、両者の間を連結する信号ケーブル３３とから構成されている（特開２００２−５８６５３号、特開２００３−１２６０５２号等）。
【０００６】
即ち、上記圧力検出手段３１は、図１８に示すように、合成樹脂等の硬質シート３１ａと、クッションシート３１ｂと、両者の間に配設した弾性中空チューブ３１ｃと、中空チューブ３１ｃの一端に固定した微差圧計３１ｄとから形成されており、前記硬質シート３１ａ、弾性中空チューブ３１ｃ及びクッションシート３１ｂはカバー３１ｅ内に収容されている。
また、微差圧計３１ｄには０．２Ｐａ程度の圧力分解能を有する所謂マイクロフォン型微差圧計が使用されている。
【０００７】
更に、上記生体信号検出手段３２は、フィルタ３２ａとＡ／Ｄ変換器３２ｂとデータ処理ユニット３２ｃ等から形成されており、布団等の寝具Ｊ上の人（患者）Ｍの心拍動等の生体活動によって弾性中空チューブ３１ｃが圧縮されると、中空チューブ３１ｃ内の空気圧が変動し、この空気圧の変動が微差圧計３１ｄにより検知される。そして、微差圧計３１ｄからの検知信号は生体信号検出手段３２へ送られ、フィルタ３２ａ、Ａ／Ｄ変換器３２ｂ等を通してデータ処理ユニット３２ｃへ入力される。また、データ処理ユニット３２ｃでは、生体信号検出手段３２からの入力信号を用いて、呼吸数、人の睡眠状態や睡眠深度等が演算され、適宜に表示される。
【０００８】
当該図１８及び図１９に示した圧力検出方式の状態判別装置は、人の拍動や寝返り動作のみならず睡眠状態等も判別することができ、優れた効用を有するものである。
しかし、従前の装置にあっては、圧力検出部３１ｆを形成する弾性中空チューブ３１ｃを、硬くて比較的厚い硬質シート３１ａの上に配列し、留め具等によって弾性中空チューブ３１ｃを硬質シート３１ａ上に固定すると共に、その上方に比較的厚いクッションシート３１ｂを覆せることにより、圧力検出部３１ｆの上方の弾力性を保持する構成としている。そのため、圧力検出部３１ｆの厚みが大きくなり、圧力検出手段３１の小型化が図れないだけでなく、厚みのある硬質シート３１ａとクッションシート３１ｂの間にチューブ３１ｃを挟み込み固定しているため、生体活動を圧力変動に容易に変換することが出来ず、所謂生体活動の検出感度が極めて低いと云う基本的な欠陥が存在する。
【０００９】
また、圧力検出部３１ｆをベッドＩの床面と略同一の面積を有する大型のものとしているため、人（患者）ＭがベッドＩから離床するための予備動作としてお尻をベッドＩにつけ、腰から上の上半身を起こした場合でも、患者の体重や微小な動きにより弾性中空チューブ３１ｃに掛かる振動が継続するため、前記離床のための予備動作（即ち、上半身を起こす動作）を確実に検知し難いと云う難点がある。
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２１６００６号
【特許文献２】特開２００２−５８６５３号
【特許文献３】特開２００３−１２６０５２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、従前のこの種人の状態判別装置に用いる空気圧式検知センサの問題点、即ち（イ）圧力検出部３１ｆの厚みが大きくなり、その小型化が図れないこと、（ロ）圧力検出部３１ｆの形成に厚みのある硬質シート３１ａとクッションシート３１ｂを使用しているため、圧力変動の検出感度が低いこと、（ハ）人（患者）Ｍの離床のための予備動作である上半身の起し動作を、確実に検出することが困難なこと等の問題を解決せんとするものであり、適宜の外形寸法を有する２枚の可撓性の合成樹脂製薄平板の間に、一端を密封した適宜の長さを有する細径の弾性材製のチューブ体を挟み、その他端の開口端に圧力検出器を接続すると共に、前記薄平板の外周縁部を相互に固着した構成の空気圧式検知センサとすることにより、高い圧力検出感度を具備すると共に、空気圧式検知センサを小型にして肩から背中の部分のみに設置するようにすることで、上半身を起こす動作のときに振動が低下して、離床の予備動作（即ち、上半身を起こす動作）を確実に検知することができ、しかも、布団やマット等と身体との間に直接に敷設して使用することを可能にした極く薄手の空気圧式検知センサを提供せんとするものである。
【００１２】
ところで、従前の図１８及び図１９に示すように、上部のクッションシート３１ｂと下部の硬質シート３１ａとの間に中空チューブ３１ｃを挟んでカバー３１ｅにより覆った構造の圧力検出部３１ｆ（空気圧式感知センサ）において、圧力検出部３１ｆ（空気圧式感知センサ）の小型化を行うと、検出できる振動が小さくなって、センサー感度が低下することになる。
【００１３】
この課題を解決するため、本願発明者等は、前記中空チューブ３１ｃを硬質シート３１ａとクッションシート３１ｂで挟み込んでいるから構造から、中空チューブ３１ｃを２枚の薄い硬質シート３１ａの間に挟み込む構造とし、また、中空チューブ３１ｃの硬度や薄い硬質シート３１ａの硬度を選定することにより、センサ感度の向上を図るための予備的な試験を行った。
即ち、中空チューブ３１ｃを上部の薄いクッションシート３１ｂと下部の薄い硬質シート３１ａとで挟んでカバー３１ｅにより覆った空気圧式検知センサにおいて中空チューブを150mm×800mmの範囲に設置したものと、中空チューブ３１ｃを上部の薄い硬質シート３１ａと下部の薄い硬質シート３１ａとで挟んでカバー３１ｅにより覆った空気圧式検知センサにおいて中空チューブ３１ｃを150mm×800mmの範囲に設置したものとを製作し、両者の振動検出特性を比較した。
【００１４】
具体的には、図２０に示すように空気圧検知センサ３１ｆをベッド等のマットレスＪの下に設置し、被検者Ｍに対して０．０２秒毎にその振動を測定した。
図２１の（ａ）は、薄いクッションシート３１ｂと薄い硬質シート３１ａとの間に中空チューブ３１ｃを挟んだものの、また、図２１の（ｂ）は２枚の薄い硬質シート３１ａの間に中空チューブ３１ｃを挟んだものの各振動特性を示すものである。
尚、図２１の（ａ）及び（ｂ）の空気圧検知センサ３１ｆにおいて、薄いクッションシート３１ｂ及び薄い硬質シート３１ａの材質や厚さ並びに中空チューブ３１ｃの材質や外形寸法が夫々同一とされていることは勿論である。
【００１５】
図２２は、前記図２１の（ａ）及び（ｂ）の振動特性の振幅包括曲線（Ｐ−Ｐ値）を示すものであり、また、図２３は図２１の（ｂ）の振動特性の一部を拡大したものである。
図２２及び図２３からも明らかなように、２秒間における振動の最大値と最小値の差によりセンサ感度を比較すると、中空チューブ３１ｃの上部と下部に薄い硬質シート３１ａ，３１ａを設けた構造の空気圧センサ３１ｆの方が、高感度であることが判明した。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願発明者は、上記図２２及び図２３の如き予備試験結果を基にして、従前の空気圧式検知センサにおける上述の如き問題、特に人の生態活動の検知感度が低いと云う問題を解決するため、図１に示す如き構成の空気圧式検知センサを創案すると共に、当該空気圧式検知センサの各構成部材について、生体活動の検出感度を高めるために各種の特性試験を実施した。
即ち、図１は、本発明に係る人の生体活動を検知する空気圧式検知センサＡの全体構成を示すブロック図であり、空気圧式検知センサＡは生体信号検知マット部Ｂと圧力検知部Ｃとから構成されており、また、圧力検知部Ｃは圧力検出器４ａと圧力信号増幅部４ｂとから構成されている。尚、Ｄは、圧力検知部Ｃからの圧力信号を用いて脈拍や呼吸数等の演算を行う圧力信号解析・表示部である。
【００１７】
図２は、前記生体信号検知マット部Ｂの断面概要図であり，生体信号検知マット部Ｂは２枚の厚さ数ｍｍの柔軟性を有する合成樹脂製薄平板１，１と、両薄平板１，１間に挟み込み固定した外径数ｍｍ程度の弾性材製チューブ体２と，チューブ体２の一端部を密封する密封栓５等から構成されており、また、前記チューブ体２の他端の開口部には、圧力検知器４ａが気密状に連結されている。
【００１８】
図２に示すように、人の生体活動（身体の動きや脈拍等）により一方の合成樹脂性薄平板１に変位が加わると、当該変位はチューブ体２の内部の圧力の変化に変換され、微小な振動として圧力検出器４ａにより検出される。そして、この圧力検出器４ａにより検出された圧力信号が、圧力信号増幅部４ｂで増幅されたあと、圧力信号解析・表示部Ｄへ送られ、ここで前記圧力信号の振動波形等の処理を通して、人の心拍数（脈拍数）等が演算表示される。
【００１９】
上記生体信号検知マット部Ｂを形成する合成樹脂製薄平板１，１の材質や形態、及び前記両薄平板１，１間に挟着する弾性材製チューブ体の材質や形態等は、人の生体活動を検知する空気圧式感知センサＡの感度に大きな影響を及ぼすものであるが、特にチューブ体２の材質やその硬度は、前記感度に大きな影響を及ぼすものと考えられる。
そのため、本願発明者等は、図３に示す如き振動実験装置を製作し、これを用いてチューブ体２の材質の硬度を変化させた場合の空気圧式感知センサＡの感度特性の変化について調査を重ねた。
【００２０】
尚、図３の実験装置に於いて、Ｅは加振器、Ｆは作用棒、２はチューブ体（外径数ｍｍの弾性材製チューブ体）、Ｇは空気圧式検知センサの制御装置、Ｈは制御用パソコンである。
先ず、図３に示す実験装置に取り付けた作用棒Ｆを、０．０２ｍｍと０．０４ｍｍの変位でもって数Ｈｚの周波数で変位させ、外径数ｍｍのチューブ表面を振動させると共に、チューブ体２と空気圧式感知センサの感度特性との関係を検討した。尚、このときの感度は、Ｓ／Ｎ比で表し、空気圧式感知センサの出力電圧の実効値から、式（１）でもって感度を定義した。
【数１】
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次に、チューブ体２を厚さ０．７５ｍｍのプラスチック製薄平板１，１で挟み込んだ場合についても、同様の試験を行った。尚、このときのチューブ体２の配列は、図４ａ、４ｂに示す２種類とした。また、プラスチック製薄平板１，１の外形寸法は１５０ｍｍ×２００ｍｍとしている。
【００２１】
図５は、チューブ体２の寸法を外径７ｍｍ×内径５ｍｍとし、そのゴム硬度を変化させて、変位０．０２ｍｍと０．０４ｍｍを周波数１Ｈｚのパルス振動として加えたときのセンサ感度の測定結果を示すものである。図５からも明らかなように、チューブ体２のゴム硬度が低いほど感度が高くなることが判った。ゴム硬度は反発弾性と相関があることから、ゴム硬度が低いほど反発弾性が高くなり、チューブ内の体積変化が大きくなることにより、圧変化も大きくなると考えられる。なお、ゴム硬度はウォレス硬度計を使用して測定している。
【００２２】
同様に、図６は、ゴム硬度の低いチューブ体２を用いて、長さ４００ｍｍのチューブ体２を１５０ｍｍ×２００ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍのプラスチックシート１，１の間にホリゾンタル形状で挟んだものと、長さ８００ｍｍのチューブ体２をダブルホリゾンタル形状で挟んだものとの、変位０．０２ｍｍと０．０４ｍｍを、周波数１Ｈｚのパルス振動として加えたときのセンサ感度の測定結果を示すものである。
【００２３】
図６からも明らかなように、薄いプラスチックシート１，１によりチューブ体２を挟むことで、感度を高くすることができた。また、一点に加えた変位を、プラスチックシート１，１によりチューブ体２の全体に変位を伝えることができるため、プラスチックシート１，１で挟み込むチューブ体２の長さが大きいほど、高い感度が得られることが判明した。
【００２４】
次に、空気圧式検知センサＡの特性試験の一つとして、ゴム製チューブ体２のゴム硬度と圧縮率と荷重との関係を調査した。但し、調査は、圧縮速度を１ｍｍ／ｍｉｎとし且つ圧縮率を１０％、２５％、５０％、６０％、６５％とした場合について行った。また、この時の試料としたゴム製チューブ体２の仕様は、内径５．０φ、外径７．０φ、長さ３０ｍｍであり、更に圧縮率はＡ−Ｂ／Ａ×１００％（但し、Ａは無荷重の時の外径、Ｂは荷重を加えた時の外径）として定義した。
【００２５】
同様に、ゴム硬度４７（ＩＲＨＤ）のゴム製チューブ体２（内径５．０ｍｍφ、外径７．０ｍｍφ）をプラスチック硬度６４（ＨＤＤ）、厚さ０．７５ｍｍのプラスチック製薄平板１，１間に挟み込んだものについて、上記チューブ体２の場合と同様の条件下で、圧縮率と荷重の関係を調査した。なお、プラスチック硬度はデュロメータ（タイプＤ）を使用して測定している。
【００２６】
図７は、上記ゴム製チューブ体２の圧縮率と荷重との関係を、また、図８はゴム硬度４７（ＩＲＨＤ）、内径５．０ｍｍφ、外径７．０ｍｍφのゴム製チューブ体２とプラスチック硬度６４（ＨＤＤ）、厚さ０．７５ｍｍのプラスチック製薄平板１，１との組み合せに係る構造体の圧縮率と荷重との関係を、夫々示すものである。
【００２７】
尚、図９は、プラスチック製薄平板１，１の機械的特性（硬度（ＨＤＤ）及び引張弾性（ＭＰａ））の一例を示すものであり、０．７５ｍｍ厚さのポリプロピレン薄平板、０．５ｍｍ厚さのアクリル薄平板及び０．５ｍｍ厚さの塩化ビニール薄平板の値を示すものである。
【００２８】
前記図７及び図８の試験結果から判るように、チューブ体２はその硬度が低いほど圧縮し易く、また、プラスチック製薄平板間で挟み込んだ構造とすることにより、圧縮し難くなることが判る。
また、図９の試験結果からポリプロピレン製の薄平板１，１は比較的柔軟性に優れ、本発明の可撓性薄平板１，１として最適であることが判明した。
【００２９】
本願発明は、上述の如き数多くの基礎的な試験とその結果に基づいて創作されたものであり、本願請求項１の発明は、対向状に配設してその外周縁を相互に接着した適宜の外形寸法を有する２枚の可撓性の合成樹脂製薄平板と、前記両薄平板の間に挟み込み固定され且つその一端を密封した適宜の長さを有する弾性材製のチューブ体と、前記チューブ体の他端に連結した圧力検出器とから形成され、寝台や床面等の上に敷設して、人の生体活動によって前記合成樹脂製薄板に伝わる変位をチューブ体の内部圧力の変動に変換して、前記圧力検出器により人の生体活動を検知することを発明の基本構成とするものである。
【００３０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、チューブ体を天然ゴム製又はゴム硬度が４０〜１００ＩＲＨＤのゴム製チューブ体とすると共に、チューブ体の外径を５〜１０ｍｍ、内径を３〜８ｍｍ及び亘長を１０００〜６０００ｍｍとしたものである。
【００３１】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、合成樹脂製薄平板を、厚さ０．５ｍｍ〜１ｍｍのポリプロピレン製の薄板、又はプラスチック硬度５０〜１００ＨＤＤとすると共に、その外形寸法を縦幅１００〜２０００ｍｍ及び横幅５００〜１５００ｍｍとしたものである。
【００３２】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、チューブ体を薄平板の長手方向と平行に２０〜１００ｍｍの間隔をもって複数段のジグザグ状に配設するようにしたものである。
【００３３】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、チューブ体を薄平板の長手方向と直交方向に２０〜１００ｍｍの間隔をもって複数列のジグザグ状に配設するようにしたものである。
【００３４】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、チューブ体を合成樹脂製薄平板の何れか一方又は両方の内表面に固定するようにしたものである。
【００３５】
請求項７の発明は、請求項１の発明において、検出する人の生体活動を心拍動とするようにしたものである。
【００３６】
請求項８の発明は、請求項１の発明において、検出する人の生体活動を寝返り又は上半身の起き上り活動とするようにしたものである。
【００３７】
請求項９の発明は、請求項１の発明において、２枚の合成樹脂製薄平板と、両者の間に挟持した弾性材製のチューブ体とを布製カバー体内に収納するようにしたものである。
【発明の効果】
【００３８】
本発明では、生体活動を検知する空気圧式検知センサを、２枚の可撓性の合成樹脂製薄平板と、両者の間に挟み込み固定され且つその一端を密封した適宜の長さを有する弾性材製のチューブ体と、チューブ体の他端に連結した圧力検出器とから極く薄い平盤状の形態に形成し、布団やマット等の上に直接敷設して使用する構成としている。その結果、極く簡単な構成の検知センサでもって、しかも人に全く違和感を与えることなしに、人の生体活動をチューブ体内の圧力変化として高感度で検知することができ、人の心拍動から寝返りまでの広い生体活動を正確に検知することが可能となる。
【００３９】
また、本発明に係る空気圧式検知センサは、その外形寸法を適宜の大きさ、例えば横幅８００ｍｍ、縦幅１５０ｍｍ程度の大きさとして、人の背中の近傍に寝具の横幅方向に敷設することにより、人の寝返り動作と上半身の起き上り動作とを明確に峻別することが可能となり、より確実に人の離床のための予備動作（離床前段階の動作）を検知することができる。その結果、人（患者）のベッド等からの離脱が確実に防止されることになり、徘徊中の転倒やベッドからの転落、施設からの離脱等の事故を大幅に減少させることが可能となる。
上述の通り、本発明に係る空気圧式検知センサは、極く簡単な構成にも拘わらず優れた効用を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１０及び図１１は、本発明に係る人の生体活動を検知する空気圧式検知センサＡの一例を示す平面図及び断面図である。図１０及び図１１に於いて１は可撓性の合成樹脂製薄平板、２は弾力性を有するチューブ体、３は接着部、４ａは圧力検出器、５は密封栓であり、２枚の薄平板１、チューブ体２及び圧力検出器４ａ等から空気圧式検知センサＡが形成されている。また、前記チューブ体２及び薄平板１，１等から生体信号検知マット部Ｂが、更に、前記圧力検出器４ａ及び圧力信号増幅部４ｂ（図示省略）から圧力検知部Ｃが、夫々形成されている。
【００４１】
前記合成樹脂製薄平板１は、可撓性を有するものであれば如何なる材質のものでもよいが、本実施例においては厚さ０．７５ｍｍのポリプロピレンシートを使用している。当該薄平板１は、薄平板１，１の間に配設したチューブ体２を所定の間隔に挾持すると共に、人の生体活動による受圧力の変化をチューブ体２へ伝達して、その内部空気圧を変動させる機能を果すものであり、可撓性を有する合成樹脂製薄平板の場合には、その厚さを０．５〜０．８ｍｍとするのが最適である。
【００４２】
また、合成樹脂製薄平板１の外形寸法は適宜に選定可能であるが、人の生体活動の検知としては、横幅８００〜１５００ｍｍ、縦幅１５００〜２０００ｍｍの大面積のものから、横幅５００〜１５００ｍｍ、縦幅１００〜３００ｍｍの小面積ものが製作されている。
尚、患者の上半身の起き上り動作を検出するような場合には、縦幅１５０〜３００ｍｍ×横幅５００〜８００ｍｍ程度の大きさで十分である。
【００４３】
前記弾力性を有するチューブ体２は、薄平板１を介して伝達された人の生体活動に起因する応力によりその外表面が振動することにより、内部の空気圧を変動させる機能を有するものである。本実施例に於いては、天然ゴム製の外径７ｍｍφ、内径５ｍｍφ、長さ３５００ｍｍのチューブ体２が４段のジグザグ状に配列されている。
【００４４】
尚、チューブ体２の材質としては、弾力性を有する材質であれば使用することができ、例えば、軟質塩化ビニールやシリコンゴム等も使用が可能である。しかし、天然ゴム製のチューブ体２が圧力検出感度等の点で最も望ましい。
また、チューブ体２の外・内径も、天然ゴム製チューブ体の場合には外径７ｍｍ、内径５ｍｍ位が望ましいが、外径１０ｍｍから５ｍｍの範囲で肉厚（外径と内径の差）１ｍｍから３ｍｍの範囲のチューブ体２であっても、所望の圧力検出が可能である。
【００４５】
更に、前記チューブ体２の長さは、外径７ｍｍ、内径５ｍｍの天然ゴム製チューブ体で且つ薄平板１が厚さ０．７５ｍｍ、横幅８００ｍｍ、縦幅１５０ｍｍのポリプロピレン製の場合には、３０００ｍｍ〜４０００ｍｍの長さとするのが最適である。しかし、チューブ体２の長さは、薄平板１の材質、厚さ及びその外形寸法と、チューブ体２の内・外径及びその材質と、後述する圧力検出器４の種類や感度等との点から適宜に決定される。
【００４６】
図１０及び図１１を参照して、本実施形態においては、チューブ体２は薄平板１の横幅方向に平行に４段のジグザグ状に配列されており、且つチューブ体２と一方の薄平板１の接触部分は、複数の箇所において部分的に相互に接着（接着点Ｓ）されている。
尚、本実施形態では接着点Ｓを部分的としているが、チューブ体２の全長に亘って線状に、一方の薄平板１のみへ接着することも可能であるし、或いは両方の薄平板１の内壁面へ点状に接着する構成としてもよい。
【００４７】
両薄平板１の外周端縁部は相互に接着３されているが、両薄平板１間の内部空間Ｖが密封状態とならないように、接着部３には通気箇所が適宜に設けられている。
【００４８】
また、前記チューブ体２の配列形態は、例えば図１２の（ａ）のような形態にしても良いし、図１２の（ｂ）のように垂直状の配列にしてもよいことは勿論であり、各チューブ体２の相互間の間隔は２０〜１００ｍｍ位とするのが望ましい。
【００４９】
前記圧力検出器４ａは、チューブ体２の加圧力の変化（即ち、チューブ体２の弾性歪みによる内圧変化）を検出し、これを電気出力として出力するためのものであり、圧電セラミックを利用する構成のものであっても、或いはコンデンサマイクロフォンを利用する構成のものであってもよいが、圧力分解能としては０．５Ｐａ以上のものが望ましい。尚、本実施形態に於いては、前記空気圧式検知センサＡの圧力検出器４ａとして（株）富士セラミックスのＦＫＳ−１１１型超高感度空圧センサを使用している。
【００５０】
次に、本発明に係る空気圧式検知センサの作動について説明する。図１３は、本発明に係る空気圧式検知センサＡを心拍検出へ適用した例を示すものであり、ベッドＩ上における患者（人）Ｍの状態判別を行う場合を示すものである。
【００５１】
尚、図１３において、Ｂは生体信号検知マット部、Ｃは圧力検知部、Ｇは空気圧式検知センサの制御装置、Ｎは電極、Ｋは心電計、ＬはＡ／Ｄ変換器、Ｈはパソコンであり、前記パソコンＨと空気圧式検知センサの制御装置Ｇとによって、前記図１の圧力信号解析・表示部Ｄが形成されている。
図１３を参照して、心電計（日本光電：ＥＣＧ−９５５２）Ｋと本発明に係る空気圧検知センサＡとを用い、且つ心電計Ｋでは、右手と左足の電位差を表現した単極肢誘導の第２誘導法を用い、ＡＤ変換器Ｌを介してパソコンでデータを収集した。また、空気圧式検知センサＡは、ＲＳ−２３２Ｃケーブルを経由して専用の制御ソフトを備えた空気圧式検知センサの制御装置Ｇへ接続し、各種のデータを直接パソコンＨで収集した。
実験は健康な成人男性４名を選び、安静状態で心電計Ｋと空気圧検知センサＡとを同時に作動させ、サンプリング間隔２０ｍｓで３分間連続的に測定した。
【００５２】
図１４は、心電計Ｋと空気圧検知センサＡとによる代表的な振動波形を示すものであり、心電計Ｋと空気圧検知センサＡの波形は、良く同期している。
【００５３】
前記図１４を参照して、心電計Ｋの波形と同期する空気圧検知センサＡの波形は、共振周波数６．８Ｈｚを含む複数の波から構成されている。このため、図１５（ａ）に示すように、原波形を包絡線処理することにより包絡線振幅波形を抽出し、次に、同図（ｂ）に示すように、式（１）に示す移動平均による平滑化を行った。但し（１）式に於いて、ｎはポイントはポイント数を示す。
【数２】
2008194400.tif 000004
【００５４】
引き続いて、同図（ｃ）に示すように、心拍に起因する1Hz周辺の周波数成分をバンドパスフィルタで分離することで、心拍と同期する点Ｐを抽出し、１０秒間の抽出点Ｐ間の平均時間ｔａから、１分間の心拍回数である脈拍数を６０／ｔａ（回／分）として算出した。
【００５５】
図１６は１０秒間毎に算出した脈拍数の代表的な時間変化を示すものである。このように、本発明に係る空気圧検知センサＡによる検出値は、心電計Ｋから算出される脈拍数の変動にも追従し、良く一致することを確認した。表１は、心電計Ｋの脈拍数と空気圧検知センサＡによる検出値とを比較したときの、３分間の脈拍平均誤差を示すものである。脈拍数の誤差が、３回／分以下と云う高い測定精度を得ることが出来た。
【００５６】
【表１】
2008194400.tif 000005
【００５７】
図１７は、本発明に係る空気圧式検知センサＡからの検知信号を、患者の離床前の予備動作（即ち、上半身の起立動作）の検出用信号として利用した場合の例を示すものであり、具体的には、空気圧式センサＡの検出信号の振幅値の変動幅が最大値になった時点を患者Ｍが上半身を起して離床の準備に入った時点として、警報その他の必要な信号が発信される。
【００５８】
即ち、図１３の実施形態に於いて、患者Ｍが離床の準備動作に入った場合（即ち半身を起こしにかかった場合）には、前記空気圧検知センサＡの検出信号は、患者Ｍが上半身を起こすことにより、弾性チューブ体２内の内圧が減少し、その結果、検知信号の出力が低下してその振幅値が下降する。従って、この変動幅が最大値となった時点Ｔで、離床警報を発信することにより、患者Ｍの安全を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、認知症患者や寝たきり患者を対象とする介護施設や病院のみならず、子供や成人等を対象とする一般病院へも適用できるものである。
また、本発明は、ベッドIのみならず、畳や床面上へ布団やマット等の寝具Jを直接敷設する場合にも使用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る空気圧式検知センサの全体構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の生体信号検知マット部の断面概要図である。
【図３】図３は、空気圧式検知センサの振動試験装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図４（ａ）はホリゾンタル型にチューブ体を配列した場合、図４（ｂ）はダブルホリゾンタル型にチューブ体を配列した場合の各説明図である。
【図５】チューブ体の硬度とセンサ感度との関係を示す線図である。
【図６】薄平板によりチューブ体を挟持した場合のセンサ感度の測定結果の説明図である。
【図７】ゴム製チューブ体の圧縮率と圧縮荷重との関係を示す線図である。
【図８】ゴム製チューブ体単独の場合及びゴム製チューブ体をプラスチック製薄平板の間に挟持した構造体の場合の圧縮率と圧縮荷重との関係を示す線図である。
【図９】合成樹脂製薄板の硬度（ＨＤＤ）と引張り弾性率（ＭＰａ）を示す説明図である。
【図１０】本発明に係る空気圧式検知センサの平面概要図である。
【図１１】図１０のイ−イ視断面図である。
【図１２】チューブ体の配列形態の説明図であり、（ａ）は水平２段配置、（ｂ）は縦４列配置を夫々示すものである。
【図１３】空気圧式検知センサの使用状態を示す系統図である。
【図１４】ベッド上で患者が就寝中の心電計と空気圧式検知センサによる検出信号の一例を示すものである。
【図１５】（ａ）はセンサの振幅信号の包絡線処理の一例を示すものであり、（ｂ）は平滑化処理後の波形を、また、（ｃ）はバンドパスフィルタ処理の一例を示す説明図である。
【図１６】空気圧式センサと心電計による脈拍の検出値の対比図である。
【図１７】空気圧式センサを人の離床動作の検出に用いた場合のセンサ出力の変化状態を示す線図である。
【図１８】従前の空気圧式検知センサを用いた人の状態判別装置の一例を示すものである。
【図１９】従前の空気圧式検知センサの構成を示す説明図である。
【図２０】予備振動特性試験時の空気圧検知センサの配置状態を示す説明図である。
【図２１】（ａ）は、上部の薄いクッションシートと下部の薄い硬質シートとの間に中空チューブを挟んだ構造の空気圧検知センサの振動特性の一例を示すものであり、（ｂ）は２枚の薄い硬質シートの間に中空チューブを挟んだ構造の空気圧検知センサの振動特性の一例を示すものである。
【図２２】図２１（ａ）及び（ｂ）の振動曲線の振幅包括曲線を示すものである。
【図２３】図２１の（ｂ）の振動曲線の一部を拡大したものである。
【符号の説明】
【００６１】
Ａ  空気圧式検知センサ
Ｂ  生体信号検知マット部
Ｃ  圧力検知部
Ｄ  圧力信号解析・表示部
Ｅ  加振器
Ｆ  作用棒
Ｇ  空気圧式検知センサ制御装置
Ｈ  パソコン
Ｉ  ベッド
Ｊ  寝具（マット）
Ｓ  薄板体とチューブ体との接着箇所
Ｖ  両薄平板間の内部空間
Ｍ  患者（人）
１  可撓性の合成樹脂製薄平板
２  弾性材製チューブ体
３  接着部
４ａ  圧力検出器
４ｂ  圧力信号増幅部
５  密封栓
【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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【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】
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【図２３】
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