(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の生体情報を検出する装置は、寝具上に装着した容量センサ、圧電素子、導電性織布等を用いて呼吸、脈拍、心電図を記録しており、寝具上に装着した検出装置と生体とが直接接触していたため、シーツ交換時における検出装置の着脱の手間や、失禁等の汚れにより検出装置がショートして誤作動するという問題があった。これらの問題点を解消した生体情報検出装置を提供する。【解決手段】ベッドマットレスの生体情報検出装置１により、ベッドマットレス２内に検出波送信機３と検出波受信機４とを設置し、検出波送信機３から送信した検出波をベッドマットレス内の布地裏面に反射させて拡散し、生体の接触によるベッドマットレス２の変形に対応した検出波を検出波受信機４で受信して、体温、体動、脈派、呼吸を検出することで解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体が接触するベッドマットレス内に設置した検出波送信機と、検出波受信機とを具備し、
前記ベッドマットレス内の閉鎖空間に前記検出波送信機から検出波を送信して、前記ベッドマットレスの布地裏面で反射させ、
前記検出波が前記ベッドマットレスの布地裏面に当たって反射する検出波を前記検出波受信機で受信し、前記生体の接触による前記ベッドマットレスの変形に対応して受信した前記検出波の振幅信号により生体情報を検知することを特徴とするベッドマットレスの生体情報検出装置。
【請求項２】
前記ベッドマットレス内に硬質の断面がＵ字型のレールを配置し、
前記レールの一方に前記検出波送信機を設置し、他方に前記検出波受信機を設置し、前記レールを用いて前記検出波を前記ベッドマットレス内に拡散させ、前記レールを用いて前記検出波の受信を行うことを特徴とする請求項１に記載のベッドマットレスの生体情報検出装置。
【請求項３】
前記レールを前記ベッドマットレス内に複数本平行に配置することを特徴とする請求項２に記載のベッドマットレスの生体情報検出装置。
【請求項４】
前記レールの底面に前記検出波送信機側から高さを順次高くした反射板を設け、前記検出波を前記ベッドマットレス内に拡散させることを特徴とする請求項２に記載のベッドマットレスの生体情報検出装置。
【請求項５】
前記検出波が超音波あるいは光であることを特徴とする請求項１に記載のベッドマットレスの生体情報検出装置。
【請求項６】
前記検出波の振幅信号を包絡線検波回路で処理して前記振幅信号の有無により体動を検知することを特徴とする請求項１に記載のベッドマットレスの生体情報検出装置。
【請求項７】
前記包絡線検波回路からの出力信号をハイパスフィルタ回路を通過させて脈波を検知することを特徴とする請求項６に記載のベッドマットレスの生体情報検出装置。
【請求項８】
前記包絡線検波回路からの出力信号をバンドパスフィルタ回路を通過させて呼吸を検知することを特徴とする請求項６に記載のベッドマットレスの生体情報検出装置。
【請求項９】
前記検出波の振幅信号と前記検出波との位相差を位相検波回路で検出して体温を検知することを特徴とする請求項１に記載のベッドマットレスの生体情報検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波送受信機をベッドマットレスの内部に設置でき、生体に非接触の状態でベッドマットレス上の生体の生体情報を検出できるベッドマットレスの生体情報検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の生体情報をモニタリングする装置には、寝具上に電極を設置して生体に誘導する商用交流電圧を検出し、寝具上の生体の姿勢、行動及び生体情報をモニタリングするものがある。例えば、ベッドあるいは布団上の敷布裏に２次元配置した導電性織布電極を設置し、生体を電極に敷布を介して接触させ、その接触面積と静電誘導された交流電圧との関係により生体の動きを検出して記録する。そして、記録したデータより、生体の姿勢、行動及び生体情報を得て、それらの情報を表示する技術が、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００４−２６１５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の如く従来の生体情報モニタリング装置は、寝具上に装着した容量センサ、圧電素子、導電性織布等を用いて呼吸、脈拍、心電図を記録してモニターしているため、寝具上に装着した容量センサ、圧電素子、導電性織布等と生体とが、直接接触しなければ検出することができない。そのため、これらのセンサをベットマットレス上やシーツに直接装着するので、シーツ交換時におけるセンサの着脱の手間や、失禁等による汚れによりセンサがショートして、誤作動を起こすという問題がある。
【０００４】
また、センサを直接生体に接触させて検出するため、センサの取付位置や向きが変わった場合には生体に正しく接触されず、呼吸、脈拍、心電図等の生体情報が正確に検出できないという問題もあった。
【０００５】
従って、センサの管理が容易で、安定して寝具上の生体の生体情報を検出できるモニタリング装置の提供が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑みて為されたものであり、生体が接触するベッドマットレス内に設置した検出波送信機と、検出波受信機とを具備し、前記ベッドマットレス内の閉鎖空間に前記検出波送信機から検出波を送信して、前記ベッドマットレスの布地裏面で反射させ、前記検出波が前記ベッドマットレスの布地裏面に当たって反射する検出波を前記検出波受信機で受信し、前記生体の接触による前記ベッドマットレスの変形に対応して受信した前記検出波の振幅信号により生体情報を検知することで解決するものである。
【０００７】
また、本発明では、前記ベッドマットレス内に硬質の断面がＵ字型のレールを配置し、前記レールの一方に前記検出波送信機を設置し、他方に前記検出波受信機を設置し、前記レールを用いて前記検出波を前記ベッドマットレス内に拡散させ、前記レールを用いて前記検出波の受信を行うことを特徴とする。
【０００８】
更に、本発明では、前記レールを前記ベッドマットレス内に複数本平行に配置することを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明では、前記レールの底面に前記検出波送信機側から高さを順次高くした反射板を設け、前記検出波を前記ベッドマットレス内に拡散させることを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明では、前記検出波が超音波あるいは光であることを特徴とする。
【００１１】
更に、本発明では、前記検出波の振幅信号を包絡線検波回路で処理して前記振幅信号の有無により体動を検知することを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明では、前記包絡線検波回路からの出力信号をハイパスフィルタ回路を通過させて脈波を検知することを特徴とする。
【００１３】
更に、本発明では、前記包絡線検波回路からの出力信号をバンドパスフィルタ回路を通過させて呼吸を検知することを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明では、前記検出波の振幅信号と前記検出波との位相差を位相検波回路で検出して体温を検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上述したように、本発明のベッドマットレスの生体情報検出装置は、生体が接触するベッドマットレス内に検出波送信機と検出波受信機とを設置することにより、ベッドマットレス上の生体の生体情報を超音波や光で検出することができる。これにより、ベットマットレス上やシーツに直接センサを装着せずに、生体の体動、呼吸、脈波、体温の生体情報を検出することができる。
【００１６】
また、ベッドマットレス上の生体と検出波送信機との間にベッドマットレスの布地を介することにより、送信された検出波がベッドマットレスの布地裏面で反射され、反射された検出波を検出波受信機で受信することができる。これにより、ベッドマットレスの外へ検出波が漏れ出すことがなくなるので、検出波と生体は非接触となり、ベットマットレス上の生体は検出波の超音波音による不快感を得ないで済む。
【００１７】
更に、ベッドマットレス内にコイルバネを多数個配列されている場合は、コイルバネ間に硬質の断面がＵ字型のレールを配置し、レールの底面には高さを順次高くした反射板を設けることにより、送信した検出波をベッドマットレス内に拡散できる。これにより、生体の接触によるベッドマットレスの変形に対応した検出波を受信できるので、検出波の振幅信号より安定した生体情報を検知することができる。
【００１８】
更に、ベッドマットレス内に検出波発信機と検出波受信機を設置するので、シーツ交換時も検出波発信機及び検出波受信器の着脱の手間は無く、失禁等による汚れで検出波発信機及び検出波受信器のショートや誤作動を起こすことも無い。また、通常のベッドマットレス内の底面に検出波発信機と検出波受信機を設置するという簡単な構造であるため、安価に提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の一実施の形態について、図１乃至図６を参照にして詳細に説明する。
【００２０】
まず、図１は、本発明の第１の実施形態におけるベッドマットレスの生体情報検出装置の構造を説明する図である。図１（Ａ）はベッドマットレスを側面からみた断面図で、図１（Ｂ）はベッドマットレスを上面からみた断面図である。
【００２１】
図１（Ａ）に示すごとく、ベッドマットレス内にコイルバネがない場合やコイルバネが露出して配列されている場合のベッドマットレスの生体情報検出装置１は、ベッドマットレス２、検出波送信機３、検出波受信機４、コイルバネ５とから構成される。
【００２２】
ベッドマットレス２は、外面が厚手の布地で覆われ、ベッドマットレス内は中空の構造となっている。
【００２３】
検出波送信機３は、４０ｋＨｚの検出波を送信する発信機であり、ベッドマットレス２内の底面に送信面をマットレス面に向けて設置されている。検出波には超音波あるいは光が用いられ、以下、超音波を用いた場合を説明していく。
【００２４】
検出波受信機４は、ベッドマットレス２の布地裏面に当たって反射する検出波送信機３により送信された検出波を受信する受信機であり、ベッドマットレス２内の底面に受信面をマットレス面に向けて設置されている。
【００２５】
尚、検出波発信機３は発信した検出波がベッドマットレス内の閉鎖空間内を乱反射して充満される箇所に設置し、検出波受信機４はベッドマットレス内を反射している検出波が効果的に受信できる箇所に設置すればよく、好適には図１（Ｂ）に示すように、生体が寝た時に胸の位置になるよう検出波発信機３を設置し、１０ｃｍの間隔をあけた腹部辺りに検出波受信機４を設置するとよい。
【００２６】
コイルバネ５は、螺旋形の巻きバネである。コイルバネが露出している場合のベッドマットレスは、図１（Ａ）のようにコイルバネ５が露出した状態でベッドマットレス内に配列されている。
【００２７】
ここで、本発明のベッドマットレスの生体情報検出装置における測定原理について簡単に説明する。検出波発信機３からマットレス面に向けて超音波を発生させると、超音波はベッドマットレス内を多重反射し、拡散する。生体がマットレス上にいる場合は、生体の体動、呼吸、脈波によりベッドマットレス２に圧力が加わり、ベッドマットレス２を変形させる。従って、ベッドマットレス内を多重反射する超音波の拡散状態が変わり、超音波受信機で受信される超音波は振幅変調を起こし、包絡線が体動、呼吸、脈波波形となり、生体情報を測定できる。
【００２８】
次に、図２及び図３は、本発明の第２の実施形態におけるベッドマットレスの生体情報検出装置の構造を説明する図である。図２（Ａ）はベッドマットレスを側面からみた断面図で、図２（Ｂ）はレールを説明する図で、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）はレールの配置パターンを説明する図である。
【００２９】
図２（Ａ）に示すごとく、ベッドマットレス内に袋に入れたコイルバネが有る場合のベッドマットレスの生体情報検出装置１は、ベッドマットレス２、検出波送信機３、検出波受信機４、コイルバネ５、レール６とから構成される。
【００３０】
ベッドマットレス２は、外面が厚手の布地で覆われ、ベッドマットレス内には後述する袋入りのコイルバネ５が多数個配列された構造となっている。
【００３１】
検出波送信機３及び検出波受信機４は、前述のものと同様のものを用いる。
【００３２】
コイルバネ５は、螺旋形の巻きバネが袋に入れられている。コイルバネが袋に入れられた場合のベッドマットレスは、図２（Ａ）のようにコイルバネ５が袋に包まれた状態でベッドマットレス内に配列されている構造が主流である。この構造では、コイルバネ５を包む袋が検出波を吸収してしまうため、ベッドマットレス２内に検出波が拡散しない。これを後述のレール６で形成されるＵ字型の空間でベッドマットレス２内の下面に水平方向に設置させ、後述の反射板７で袋の隙間から上方へ検出波を拡散させている。
【００３３】
レール６は、硬質の断面がＵ字型のレールであり、ベッドマットレス２内の底面のコイルバネ５間に開口部をマットレス面に向けて配置される。具体的には、アルミニウム素材からなる硬質の断面がＵ字型のレールで、レール６の寸法は縦が２．０ｃｍ、横が２．０ｃｍ、高さが２．０ｃｍで、長さが１６０．０ｃｍである。図２（Ｂ）に示すごとく、レール６の一方には検出波送信機３が設置され、他方には検出波受信機４が設置され、レールの底面には検出波送信機３側から高さを順次高くした反射板７が設けられている。
【００３４】
反射板７は、検出波送信機３から送信された超音波をベッドマットレス２内に拡散させるためのもので、４５度の傾斜面を有している。具体的には、３枚の反射板７ａ、７ｂ、７ｃが検出波送信機３側から均等に配置され、それぞれの高さは検出波発信機３側から０．５ｃｍ、１．０ｃｍ、１．５ｃｍと順次高くなっている。これにより、検出波発信機３から発信される超音波が検出波受信機４側の反射板７ｃまで届くので、ベッドマットレス内に均等に拡散される。また、検出波はベッドマットレス２内に充満させているので、何らかの経路で検出波受信機４に戻ってくる。この結果、生体の接触によるベッドマットレス２の変形に対応した超音波を受信できるので、安定した生体情報を検知することができる。
【００３５】
尚、袋入りのコイルバネが有るベットマットレスの場合には、次の３通りの方法でベットマットレス内の底面にレール６を配置するとよい。
【００３６】
第１の配置パターンは、図３（Ａ）に示すごとく、ベッドマットレス２上に生体が寝た時に、生体の中心線と平行になるように、ベッドマットレス２内の底面に１本のレール６を配置する。
【００３７】
第２の配置パターンは、図３（Ｂ）に示すごとく、ベッドマットレス２上に生体が寝た時に、生体の左右の肩よりやや生体の中心寄りの位置でそれぞれが平行となるように、ベッドマットレス２内の底面に２本のレール６を配置する。
【００３８】
第３の配置パターンは、図３（Ｃ）に示すごとく、ベッドマットレス上の生体が寝た時に、胸と大腿部の位置でそれぞれが平行となるように、ベッドマットレス２内の底面に２本のレール６を配置する。
【００３９】
尚、第１の配置パターン及び第２の配置パターンは、通常のベッドの場合に好適なレールの配置方法であり、第３の配置パターンはベッドの中央を基準として電動で折り曲げて角度が変えられる介護用のベッドの場合に好適なレールの配置方法である。
【００４０】
更に、検出波受信機４で受信する検出波の振幅信号が、図６（Ａ）のような波形になることを簡単に説明する。
【００４１】
第１に、本発明のベッドマットレス２上の生体の有無については、受信した検出波より包絡線の有無を検出することで判別できる。すなわち、ベッドマットレス２上の生体がいるときは生体の動きに応じてベッドマットレス２が変形するので、生体がいるときは包絡線の変動が大きくなり、生体がいない場合はベッドマットレス2の変形がないので包絡線は変動がないことで判別をすることができる。
【００４２】
第２に、ベッドマットレス２上に生体がいる状態では生体情報に応じた変動を検出できる。具体的には、ベッドマットレス２上に生体が静かに寝ている時は、生体の呼吸や脈派によりベッドマットレス２が変形し、包絡線に図６（Ａ）に示すように呼吸や脈波が現れる。また、ベッドマットレス２上に生体が起きている時は、ベッドマットレス２に呼吸や脈派による変形がなく、包絡線に呼吸や脈派が現れない場合が多い。
【００４３】
図６（Ａ）に示すように呼吸と脈波は呼吸に対応する周波数の包絡線に脈波が重畳した波形を示す。
【００４４】
次に、図４は本発明の一実施の形態におけるベッドマットレスの生体情報検出装置のブロック図であり、図５は及び図６は本発明の一実施の形態におけるベッドマットレスの生体情報検出装置が検出する波形図である。
【００４５】
図４に示すごとく、本発明のベッドマットレスの生体情報検出装置１は、４０ｋＨｚ交流発振器、４０ｋＨｚの超音波送信機および超音波受信機、受信・復調（位相検波回路、包絡線検波回路）回路、マイクロコンピュータで構成される。
【００４６】
マイクロコンピュータ内のパルス発振回路で４０ｋＨｚのパルス波（図５（Ａ）参照）が発生し、４０ｋＨｚバンドパスフィルタを介して４０ｋＨｚの第一サイン波（図５（Ｂ）参照）へ変換された後、差動出力増幅器により増幅された超音波が検出波送信機３からマットレス面に向けて送信される。
【００４７】
そして、ベッドマットレス２内の布地裏面に反射し、ベッドマットレス内を均等に拡散した超音波は、検出波受信機４により受信される。尚、コイルバネが有るベッドマットレスの場合には、ベッドマットレス内の布地裏面に加えて、レール６に設置された反射板７によっても超音波は反射し、ベッドマットレス内で均等に拡散されて充満する。
【００４８】
検出波受信機４で受信した超音波は増幅器により増幅された波形（図５（Ｃ）参照）と、検出波送信機３の４０ｋＨｚ（図５（Ｂ）参照）とを位相検波回路に入力し、検出波送信機３の４０ｋＨｚとの位相差（時間差（τ））を求める。求めた位相差は、増幅器により増幅された後、マイクロコンピュータに取り込まれ、その位相差から体温の情報を抽出し、格納する。
【００４９】
尚、図５（Ｄ）に示す位相差より体温を検出する場合には、以下の式
体温（℃）＝（（１．６／τ）−３３１）／０．６
より算出することができる。具体的には、
音速〔ｃ〕＝３３１＋０．６ｔ  （ｔ＝摂氏温度）より
ｔ＝（ｃ−３３１）／０．６
と変形できる。ここで、レール（全長１６０．０ｃｍ）を伝わる音の早さは
ｃ＝１．６（ｍ）／τ（ｓ）
であるため、
ｔ＝（（１．６／τ）−３３１）／０．６
の式が導きだせる。尚、τ＝４．５３３８（ｍｓ）の場合には、
体温（℃）＝（（１．６／０．００４５３３８）−３３１）／０．６
＝（３５２．９−３３１）／０．６
＝３６．５
と、体温を測定することができる。
【００５０】
また、検出波受信機４により受信された超音波で増幅器により６０ｄｂ増幅された出力波（図６（Ａ）参照）は、包絡線検波回路により出力波から包絡線（図６（Ｂ）参照）のみを取り出し、それぞれ０．１〜１８Ｈｚのバンドパスフィルタ、１Ｈｚのハイパスフィルタ、０．１〜０．５Ｈｚのバンドパスフィルタへ出力される。
【００５１】
０．１〜１８Ｈｚのバンドパスフィルタにより０．１〜１８Ｈｚ以外の周波数が取り除かれた出力波（図６（Ｂ）参照）は、体動の情報であり、増幅器により増幅された後、体動の情報を抽出して、マイクロコンピュータに格納する。
【００５２】
１Ｈｚのハイパスフィルタにより低周波が取り除かれた出力波（図６（Ｃ）参照）は、増幅器により増幅された後、脈波の情報を抽出して、マイクロコンピュータに格納する。
【００５３】
０．１〜０．５Ｈｚのバンドパスフィルタにより０．１〜０．５Ｈｚ以外の周波数が取り除かれた出力波（図６（Ｄ）参照）は、増幅器により増幅された後、呼吸の情報を抽出して、マイクロコンピュータに格納する。
【００５４】
尚、図示はしないがベッドマットレスの生体情報検出装置により測定された体動、脈波、呼吸の波形の生体情報は、表示部に表示される。
【００５５】
次に、図７乃至図９を参照にして本発明のベッドマットレスの生体情報検出装置で、生体の体動、呼吸、脈波の検出が可能であることを検証する。
【００５６】
図７は、本発明のベッドマットレスの生体情報検出装置による体動波形の測定結果である。
【００５７】
図７に示すごとく、座位、伏臥位、座位の一連動作で記録した体動波形は、座位状態から伏臥位状態へ移行する５秒間においては、動きが大きくなり電圧は大きく変動している。続いて、伏臥位状態においては、安静で動きが小さくなり大きな電圧変動は減少し、微小な周期的な脈波が記録された。続いて、伏臥位状態から座位状態への移行においては、座位状態から伏臥位状態の移行時と同様の体動波形が記録された。
【００５８】
図８は、本発明のベッドマットレスの生体情報検出装置と圧電フィルムセンサによる呼吸波形の測定結果である。図８（Ａ）は本発明のベッドマットレスの生体情報検出装置により検出した呼吸波形であり、図８（Ｂ）は従来のベッドマットレス表面に取り付けた圧電フィルムセンサにより測定した呼吸波形である。
【００５９】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すごとく、本発明のベッドマットレスの生体情報検出装置と圧電フィルムセンサで同時に呼吸波形を記録した結果、両波形は同期していることが分かり、生体情報検出装置が正確に呼吸を検出している。
【００６０】
図９は、本システムのベッドマットレスの生体情報検出装置と心電図による脈波波形の測定結果である。図９（Ａ）は本発明のベッドマットレスの生体情報検出装置により検出した脈波波形であり、図９（Ｂ）は生体に直接取り付けたセンサからの心電計により測定した脈波波形である。
【００６１】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すごとく、本発明のベッドマットレスの生体情報検出装置は心電図より２００ｍｓ遅れで同期していることが分かり、生体情報検出装置が正確に脈波を検出している。
【００６２】
以上の測定結果より、本発明のベッドマットレスの生体情報検出装置により検出された体動、呼吸、脈波が、それぞれベッドマットレス上の生体の体動、呼吸、脈波に対応していることが判断できる。そして、ベッドマットレス内に検出波送信機と検出波受信機を設置するだけで、ベッドマットレス上の生体と非接触の状態で生体情報を検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
ベッドマットレス内に検出波送信機および検出波受信機を設置することによって、ベッドマットレス上の生体に非接触の状態で体温、体動、呼吸、脈波を検出できる。これにより、寝具上に検出装置を着脱する手間の排除や、失禁等の汚れにより検出装置がショートして誤作動することが防止でき、病院や介護施設をはじめ一般家庭においても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるベッドマットレスの生体情報検出装置の構造を説明する図である。
【図２】本発明の第２の実施形態におけるベッドマットレスの生体情報検出装置の構造を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態におけるベッドマットレスの生体情報検出装置の構造を説明する図である。
【図４】本発明の一実施の形態におけるベッドマットレスの生体情報検出装置のブロック図である。
【図５】本発明の一実施の形態におけるベッドマットレスの生体情報検出装置が検出する波形図である。
【図６】本発明の一実施の形態におけるベッドマットレスの生体情報検出装置が検出する波形図である。
【図７】本発明のベッドマットレスの生体情報検出装置による体動波形の測定結果である。
【図８】本発明のベッドマットレスの生体情報検出装置と圧電フィルムセンサによる呼吸波形の測定結果である。
【図９】本システムのベッドマットレスの生体情報検出装置と心電図による脈波波形の測定結果である。
【符号の説明】
【００６５】
１    ベッドマットレスの生体情報検出装置
２    ベッドマットレス
３    検出波送信機
４    検出波受信機
５    コイルバネ
６    レール
７    反射板
７ａ、７ｂ、７ｃ    反射板
【図１】
2009072396.tif 000003
【図２】
2009072396.tif 000004
【図３】
2009072396.tif 000005
【図４】
2009072396.tif 000006
【図５】
2009072396.tif 000007
【図６】
2009072396.tif 000008
【図７】
2009072396.tif 000009
【図８】
2009072396.tif 000010
【図９】
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