94

あいち産業科学技術総合センター 研究報告 2013

研究論文

センサ織物の生体計測分野への応用
島 上 祐 樹 ＊ 1、 堀 場 隆 広 ＊ 1、 田 中 利 幸 ＊ 1、 池 上 大 輔 ＊ 1、 榎 堀
川部優 ＊ 2、 間 瀬 健 二 ＊ 2、勤 ＊ 3、 水 野 寛 隆 ＊ 4、 鈴 木 陽 久 ＊ 4

Development of Bio-sensing Technology Using ClothYuki SHIMAKAMI *1 , Takahiro HORIBA *1 , Takayuki TANAKA *1 ,Daisuke IKEGAMI *1 , Yu ENOKIBORI *2 , Kenji MASE *2 , Tsutomu KAWABE *3 ,Hirotaka MIZUNO *4 and Akihisa SUZUKI *4Owari Textile Research Center *1 Graduate School of Information Science, Nagoya University * 2
Nagoya University Graduate School of Medicine * 3 , Tsuchiya Co., Ltd. * 4
衣類や寝装品など日常生活に使われている布素材に、センシング機能、データ信号伝達機能などを付与して、ウェアラブルな生体情報計測システムを開発することを最終目標とする研究を行った。ここでは、この素材でできたベッドシーツや衣服を作製し、そこから得られるヒトの体圧分布や呼吸に関する情報を取得できるシステムへの展開について報告する。
伸縮量を計測できる布によって、呼吸に伴う胸囲、および胴囲の変化を捉えることができた。また、圧力を検知できる布を用いてベッドシーツを作製し、寝ているヒトの体圧分布を捉えることができた。

１．はじめに生活習慣病では疾患リスクを予知し、さらにそれを疾表１

患の予防につなげることが重要である。従来の病院にお伸縮センサ布の織物規格ける検査入院、あるいは、定期集団検診などは特定日時のポイントデータにすぎない。ヒトの疾患リスクを予知するには、日常生活での健康モニタリングを実現することが必要不可欠である。このためには、日常的にデータ糸取得ができる検査項目を抽出し、これを日常生活の中で検査できる新しいデバイスを開発することが必要である。

経：カバリング糸（芯）導電性繊維（ｻﾝﾀﾞﾛﾝ®）（鞘）非導電性繊維（ポリエステル 150d）
緯：綿 40/1×40/1×40d ポリウレタン（ﾗｲｸﾗ®）
D.F. 3.0

本研究では、圧力や伸縮量を検知できる布 1)2)を衣服やベットシーツに組み込み、呼吸量や体圧分布を計測できるシステムを試作した。

２．呼吸計測のための衣服

密度[本/in]巾 [cm] × 長さ[cm]

2.1 伸縮量を検知できる布
伸縮量を検知できる布（以下、伸縮センサ布）はたて糸に電極を形成する糸、よこ糸にストレッチ糸を用いて平織とした織物である。表１に詳細を示す。たて糸の偶数列、奇数列を各々短絡して電極を形成させた。伸縮センサ布の概念図を図１に示す。

＊＊

1 尾張繊維技術センター 素材開発室 ＊2 名古屋大学大学院情報科学研究科
3 名古屋大学大学院医学系研究科病態解析学講座 ＊4 株式会社 槌屋

たて 50

よこ 30

9×9

95
伸縮方向（織物の巾方向）

剣状突起

電極

たて糸キャパシタンス

図１

へそ

伸縮センサ布の概念図
図３

光学式モーションキャプチャ

図１に示すとおり、巾方向の伸縮によって、タテ糸間の距離が変化する。それに伴い、各キャパシタンスが変化する。
この静電容量の変化を静電容量計で計測することによって、長さの変位を計測することができる。
伸縮センサ布の左右両端を把持して、伸長に伴う静電容量の変化を測定した。その結果を図２に示す。0%から70%までの伸長に伴って 73pF から 65pF まで静電容量が変化した。この結果、静電容量を計測することによって、伸長変形を捉えられることを確認した。
74

静電容量(pF)

72(a)70686664020

図２40
伸長度(%)

6080

伸縮センサ布伸長に伴う静電容量の変化

2.2 呼吸計測のための衣服の開発

伸縮性の素材

光学式モーションキャプチャ（図３）を用いて、呼吸に伴う体表の変形を解析した結果、剣上突起、およびへその位置が大きく変化することがわかった。
そこで、2.1 の伸縮センサ布を前述の位置になるように(b)縫いつけた衣服を作製した。
図４にセンサを取り付けた呼吸計測用衣服を示す。
体表の動きを感度良くセンサに伝えるため、センサ部分以外は伸びない素材を使用した。

図４

呼吸計測用衣服

伸縮センサ布の位置：(a)正面、(b)側面

96

あいち産業科学技術総合センター 研究報告 2013

伸縮センサ布は剣状突起、及びへその周上に中心がくるように配置した。
これらの動作を確認したところ、図４(a)、(b)いずれも呼吸による体表の動きを捉えられた。しかし、(a)につ（a）

いては被験者が女性の場合、うまく捉えられなかった。
これは男女による体形の違いにからくると考えられる。
体表の動きを伸縮センサ布に伝えるためにはできる限りセンサ以外の部分が体表に合って伸びないようにすることが重要である。女性の場合、センサが正面にあるとそれが困難となる。
より高い精度の計測を行うための衣服構造の構築が今(b)後の課題である。
図５に図４(b)を用いて呼吸を計測している様子を示

図６

セル部分の織物断面モデル（a）、および作製した織物の外観（b）

す。
グラフ上が胸部、下が腹部の動きを示している。吸気により肺、及び腹部が膨らんだときに高い値を示すようにプログラムされている。胸腹部共に精度良く呼吸を捉えられていることがわかる。

3.2 ベッドシーツの開発

今後は呼吸以外による動きや汗の影響について検証しこの布を用いて圧力分布を相対値で色表示させるシスていく必要がある。

テムを開発した。図７に圧力分布表示システムの構成を示す。

センサ部：４０×８０マトリックス

電子回路

図５

伸縮センサ布を用いた呼吸計測の様子

３．人の寝姿を検出できるベッドシーツ

データはベッド脇のモニタまたはクラウドへ

図７

圧力分布表示システムの構成

3.1 圧力を検知できる布伸縮センサ布で使用したカバリング糸とポリエステル
紡績糸 20/2 をたてよこに使用してカバリング糸をマトリックス状に配置した。セル部分は平二重織りとした。

センサ部分から出力される静電容量を電子回路にて電図６にセル部分の織物断面モデル、および作製した織物圧値に変換しデータ処理用のパソコンへ送られる。そのの外観写真を示す。圧力を検知するセルは、下面たての出力値を相対値として色表示させる（図８）。図中の赤カバリング糸と上面のよこのそれとで構成される 2 層構みが強い部分が周りに比べて圧力が高い部分を示してい造となっている。セル部分が圧縮されるとたてよこ糸のる。頭からつま先まで精度良く表示されていることが確

導電糸間の距離が変化するため、静電容量がそれに伴い認できる。

変化する。

97
ステムの開発に成功した。
今後は看護学部での臨床実験を進めて、褥瘡予防への展開を図る。

４．結び

伸縮量、および圧力を検知できる布を用いて生体情報を計測するシステムの開発を試みた。その結果、以下の開発に成功した。
(1)伸縮する布センサを衣服に組み込み、人の呼吸を計測するシステム(2)ベッドシーツによる体圧分布計測システム
図８

圧力分布の表示例(上)システム全体、(下)圧力表示画面

いずれのシステムについても、看護学部での臨床実験を進める。

付記

このシステムの仕様は表２のとおりである。

本研究は公益財団法人科学技術交流財団が進める「知表２システムの仕様

ベッドシーツのサイズ
圧力分布を測定する面全
体のサイズ
圧力検知部１カ所あたりのサイズ
圧力検知部の配置間隔
圧力検知部分の数
圧力検出範囲サンプリングレートの拠点あいち」重点研究プロジェクトにおける、平成 24年度「超早期診断技術開発プロジェクト」により行ったシングルベッド用研究である。

160cm×80cm
縦 1cm×横 1cm
縦横ともに 2cm 間隔
縦 80×横 40＝3,200
0～500mmHg
1 秒未満／面

寝ているヒトの体圧分布を相対値で色表示できるシ

文献1）池口，堀場：愛知県産業技術研究所研究報告，6，132(2007)
2）堀場，池口：愛知県産業技術研究所研究報告，7，114(2008)