局所的微気候管理

【課題】圧迫潰瘍のリスクが軽減され、冷気を使用する利点が低体温症となる恐れが伴うことにより相殺されうることのない使用者支持体を提供する。
【解決手段】マットレス２０、検出器５４、ならびに熱伝導経路および制御器６０を備えたエネルギー管理システムを含み、制御器６０は、検出器５４からの情報に応じて1つ以上の選択された経路を起動し、マットレス上の検出したリスク存在領域でのエネルギー移動を調節する構成とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベッドまたは他の使用者支持体の微気候管理に関し、特に、高熱伝導経路を備えた微気候システムの局所的制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
病院用ベッドおよび他の使用者支持体は、フレームやマットレス、または他の使用者用インターフェースを含む。ベッドに長時間拘束されている使用者の、特に、使用者用インターフェースに最も高い圧力をかける使用者の身体の各箇所に、圧迫潰瘍が生じることがある。使用者に圧迫潰瘍が生じる恐れは、微気候、すなわち、使用者のすぐ近くの温度などのパラメーターを制御することにより軽減できる。具体的に、使用者の身体のうち影響を受けやすい部分を冷やすことにより圧迫潰瘍が生じる恐れを軽減できる。
【０００３】
微気候を制御する方法の一つは、マットレス上に載せる外包材である「トッパー」の使用を伴い、このためマットレス自体よりむしろトッパーが使用者用インターフェースとしての役割を果たす。トッパーには、流体注入口および流体排出口がある。動作中は、送風機で、注入口を通じて流体、通常は外気、をトッパーの内部に送り込む。外気は、トッパー内に入って、排出口を通って周囲に放出される。トッパーを通る外気の流れは、トッパーと接触する使用者の身体の各部から対流によって熱を取り除くのに役立ち、これにより圧迫潰瘍のリスクが軽減される。外気の代わりに冷気を使用することで熱対流を促進できる。
【０００４】
上述の微気候管理用トッパーは有効ではあるが、限界がないわけではない。前述のトッパーの熱除去能力は、空間的にほぼ一様である。すなわち、微気候管理用トッパーの、使用者用インターフェースを強く圧迫する使用者の身体の各部からの熱除去能力は、使用者用インターフェースを軽く圧迫する（また、そのためにさほど熱除去する必要がない）使用者の身体の各部からの熱除去能力と同じである。熱除去能力の一様性は、使用者と接触しないトッパー部分まで広がる。さらに、使用者の身体の大部分がトッパーに接触するという事実は、冷気を使用する利点は低体温症となる恐れが伴うことにより相殺されうることを意味する。低体温となる恐れは、トッパーを区画化し、選択した区画または区域のみに空気を送ることで対処できるかも知れないが、こうした方法で対応すると、トッパーの構造が複雑になり、ベッドの重量、費用および複雑さを増す配管や弁が必要となって、ベッドの輸送可能性、市場性および信頼性に悪影響を及ぼす。
【０００５】
必要となるのは、局所化可能な微気候管理機能を有すると同時に上述の欠点の少なくとも一部を回避する使用者支持体である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
使用者支持体は、マットレス、検出器、ならびに熱伝導経路および制御器を備えたエネルギー管理システムを含む。制御器は、検出器からの情報に応じて、選択された経路を1つ以上起動し、マットレス上で検出したリスク存在領域でのエネルギー移動を調節する。
【０００７】
本開示の使用者支持体の種々の実施形態の前述および他の特徴は、下記の詳細な説明および添付の図面からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】マットレス、センサーアレイ、センサーカバー、および一連の熱伝導性ストラップならびに関連する熱流促進器（augmentor）を示す概略的な分解斜視図である。
【図２】図１に示すセンサーカバーの平面図である。
【図３】図１に示すセンサーアレイの平面図である。
【図４】図１に示すマットレスの平面図である。
【図５】熱伝導性ストラップを示す図４の部分拡大図である。
【図６】熱導電性ストラップに関連したセンサーアレイおよびマットレス上のリスク存在領域を示すマットレスの平面図である。
【図７】２つのリスク存在領域を示す図１と同様の図である。
【図８】熱導電性ストラップを斜めに配置して示すマットレスの平面図である。
【図９】長い熱伝導性ストラップを配置して示すベッドの斜視図である。
【図１０】図９のベッドを長軸方向から見た立面図である。
【図１１】図１０の概ね１１−１１で示す方向から見た図である。
【図１２】熱電モジュール、およびこのモジュールを通して外気を吸引する送風機で例示した熱流促進器を示す立面図である。
【図１３】熱導電性横方向ストラップ、送風機および各ダクトに外気を通すダクト構造を有するマットレスの部分概略平面図である。
【図１４】外気を冷やすための冷却器を含む図１３と同様の図である。
【図１５】多層マットレスを示す概略立面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１〜４には、ブラダー被覆２４に包まれた流体充填ブラダー２２を有するマットレス２０を備えた使用者支持体を示す。マットレスは、頭部境界端２６、頭部境界端から長軸方向に離間した足部境界端２８、左側面３２および左側面から横方向に離間した右側面３４を有する。通常、各ブラダーは空気を含むが、水または他の液体を含んでもよい。
【００１０】
エネルギー管理システムは、被覆の横方向にまたがり、左右側面３２，３４に沿って垂直に延在する一連の熱伝導性横方向ストラップ３８と、被覆の縦方向に沿い、頭部および足部境界端２６，２８に沿って垂直に延在する一連の熱伝導性縦方向ストラップ４０を含む。これら横方向および縦方向ストラップは、熱伝導性接合部４２で互いに接触でき、または、さもなければ交差して熱伝導性接合部を形成する位置で互いに断熱することもできる。本明細書内で使用する「接合部」という用語および参照番号４２は、実際の熱伝導性接合部と、縦および横方向ストラップの非伝導性並置の両方を意味する。各ストラップは、熱伝導経路を規定する。図１では、縦横両方向のストラップを使用している場合を示すが、両方向のものを採用する必要がないこともある。
【００１１】
図５に最も明瞭に示す通り、各ストラップ３８，４０は、少なくとも約４ワット毎メートル毎ケルビンの熱伝導率を有する熱伝導性繊維などの熱伝導性材料からできている。このような繊維の例としては、ピッチ系炭素繊維および高伝導性ポリマーがある。
【００１２】
エネルギー管理システムは、熱電モジュール４８などの1つ以上の熱流促進器４６も含む。熱電モジュールは、電気エネルギーを温度勾配に変換する半導体デバイスである。具体的には、電源５２が熱電モジュールの各リード線に電圧を印加すると、熱電モジュールの片側がより冷たくなってこれを低温側と呼び、熱電モジュールの反対側がより温かくなってこれを高温側と呼ぶ。熱電モジュールの低温側は、各横方向ストラップの左右終端と、各縦方向ストラップの頭部と足部の終端に接触する。各熱電モジュールの高温側は、図１においては外気であるヒートシンクと通じている。先の記載では、それぞれのストラップに少なくとも1つの熱電モジュールが対応すると説明しているが、特定のストラップのみに熱電モジュールを装備する構造が有益となると考えられる。図１ではわかりやすさを損なわないように、電源と熱電モジュールのうちの１つとの接続のみを示している。
【００１３】
使用者支持体は、多数の個別の圧力センサー５８および制御器６０を備えた圧力センサーアレイ５６などの検出器５４も含む。センサーカバー６２でセンサーアレイを覆っている。圧力センサーの数は、ストラップ接合部の数と同じであっても異なってもよい。各圧力センサーを、ストラップ接合部の垂直上方に並置する必要はない。図１に図式的に示す通り、制御器はセンサーアレイと通信して、制御コマンドＣを発する。
【００１４】
マットレスの使用中、患者とマットレスは、空間的に不均一な圧力を互いに及ぼしあう。マットレスにかかる圧力が大きい位置は、使用者の身体の圧迫潰瘍が生じやすい部分と対応し、従って、これらがマットレス上のリスク存在領域を規定する。検出器、例えば、圧力センサーアレイは、マットレス上の圧力を検知する。制御器は、センサーアレイから情報（例えば、圧力データ）を受取って、一つのまたは複数のリスク存在領域の位置を決定する。この決定は、圧力の大きさ、圧力変化率（ｄＰ／ｄｔ）、圧力が閾値を越えている間の時間、またはこれらおよび／またはその他の要因の組み合わせによることもある。例えば、ある領域に空気を既知の速度で加え、局所の圧力導関数を監視するというかたちで、圧力導関数を利用できる。高負荷領域では、比較的急な圧力増加がみられるのに対し、軽負荷領域では、比較的ゆるやかな局所的圧力増大が見られる。いったん高リスク存在領域が決定すると、制御アルゴリズムは、一つのまたは複数のリスク存在領域から有意な熱量を除去するために有効な特定の熱電モジュールを識別し、これらのモジュールを起動するためのコマンドＣを発する。図６は、リスク存在領域６６と単一圧力センサー５８Ａの位置とが対応する簡単な例を示す。考えられる１つのアルゴリズムが、リスク存在領域に最も近いストラップ接合部４２’を識別し、モジュール４８Ｆの各端子に電圧を印加するように電源に命令することにより、識別された接合部に最も近い熱電モジュール４８Ｆを起動する。モジュール４８Ｆを起動することで、接合部４８’とモジュール４８Ｆとの間のストラップ３８Ｂの一部を通じた熱除去が増える。考えられるもう一つのアルゴリズムでは、モジュール４８Ｆとその横にある組のモジュール４８Ｖを起動する。考えられる三つ目のアルゴリズムでは、接合部を規定するストラップ４０Ｃ、４２Ｂに接触する４つのモジュール４８Ｆ、４８Ｖ、４８Ｃ、および４８Ｍのすべてを起動する。考えられる四つ目のアルゴリズムでは、接合部から指定した水平距離Ｄ内にあるすべての熱電モジュール、すなわち４８Ｅ、４８Ｆ、４８Ｇおよび４８Ｈを起動する。熱電モジュールを投影すると、これらすべての熱電モジュールを包含する面の半径の長さＤを図６に示す。つまり、長さＤには、マットレス上部から熱電モジュールまでの垂直距離Ｖ（図1）を計上しない。ただし、所望に応じて距離Ｖを計上してもよい。考えられる五つ目のアルゴリズムでは、一部のモジュールを起動し、これらの動作が結果として所望の熱量の除去につながる。「一部」には、その極限では、すべてのモジュールを含むことができることに注意されたい。所望の熱除去量は、エネルギー管理システムの最大熱除去容量と同じであってもなくてもよい。各熱電モジュールに起因する熱伝達量の増大は、それらの各ターミナルに印加している電圧の調節により制御できる。
【００１５】
図７は、それぞれが複数のセンサーに対応する複数のリスク存在領域６６Ａ、６６Ｂを示す。領域６６Ａおよび６６Ｂ（および図６の領域６６）の各境界は、個々の圧力センサー５８の位置と正確に一致しないという事実は、リスク存在領域の境界決定アルゴリズムが、各センサーの正確な位置を超えて補外されるおよび／またはこれらの位置の間で補間される可能性を反映している。制御アルゴリズムは、プラス符号で識別される各ストラップ接合部をリスク存在領域に該当した各接合部として選択しており、ここでストラップ４０Ｂと３８Ｄとに近接した接合部は、領域６６Ａおよび６６Ｂの両方に対応している。熱電モジュール４８Ｈ，４８Ｉ，４８Ｊ，４８Ｒ，４８Ｓ，４８Ｔ，４８Ｕおよび４８Ｖ上に重なっているプラス符合は、二つのリスク存在から熱を移動して除去するべく、アルゴリズムがこれらのモジュールを起動したことを示す。
【００１６】
図８には、各ストラップ７０，７２を縦横方向ではなく、斜めに延在させた別のストラップ配置を示す。
【００１７】
図９に示すさらに別の配置は、高熱伝導率ストラップが、熱除去モジュールを動作させなくても、ベッド使用者の近傍から熱を多少除去するという事実を利用している。図１でのストラップと異なり、図９の配置は、マットレスの垂直下方に延びる細長いストラップを用いている。外気に晒されるストラップ表面積が増えると、熱電モジュールが作動しているか否かにかかわらず、熱の除去量が増える。
【００１８】
図１０および１１には、横方向ストラップがマットレスの左右側面へ延びる代わりにマットレスを垂直に貫通している別のストラップ配置を示す。図９の配置と似てはいるものの、貫通型の配置は、ストラップが損傷を受けやすい、またはベッド使用者およびマットレスの縁近くにいる訪問者やスタッフにとって邪魔になる可能性のあるマットレス側方の縁に晒されないという利点がある。
【００１９】
図１２には、熱伝導をさらに高めるために熱電モジュールの高温側の外気を送る、熱電モジュール専用のファン７４で機能を向上させた例を示す。
【００２０】
図１３には、対流によって熱除去を促進する単一のファン７４’で２つ以上の熱電モジュールの高温側の外気を送ることを可能にしたダクト構造により機能を向上させた例を示す。このダクト構造には、本管７８と複数の分岐管８０が含まれる。制御器６０の制御下にある各弁８２は、少なくとも動作中の熱電モジュールにつながっている各分岐管に空気を送る。共通の排気管８４は、すべての分岐管からの排気を回収するために設けられている。
【００２１】
図１４には、図１３と同様の配置を示すが、作動中の熱電モジュール上に送られる空気を冷却する冷却器８６を使用する。
【００２２】
使用者支持体の特定の機能を説明したことにより、今や他の特徴や変形例のよりよい理解が得られるであろう。センサーアレイは、マットレス上かつセンサーカバーの下にある圧力センサーアレイとして説明してきた。従って、センサーアレイは、インターフェース圧力、すなわち、使用者／カバーまたはカバー／センサーインターフェースでの圧力を検出する。別の方法として、図１５に示すように、マットレスが多層マットレスの場合、センサーアレイを、隣接した層、例えば層Ｌ_２およびＬ_３の間に置いて、対応する層間インターフェースＩ_２−３でのインターフェース圧力を検知することができる。液体充填ブラダーを有するマットレスの場合、各センサーはインターフェース圧力ではなくブラダー内圧力を検出するように、センサーをブラダーの内側に取り付けてもよい。また、圧力検知は、リスク存在領域を求めるために有用な方法であると考えられるものの、温度など他のパラメーターの検知、および／または別の検知技術の使用も、リスク存在領域の特定に十分であることが判明しうる。
【００２３】
マットレス２０はブラダー型のマットレスとして説明してきたが、本開示に記載の新技術は、フォームマットレスなど他の種類のマットレスとも一緒に使用できる。さらに、熱電モジュール４８は、局所的な熱除去を促す適切な装置として描いているが、その他多様な種類の熱交換装置４６を使用してもよい。
【００２４】
本開示では具体的な実施形態に言及しているが、当業者であれば、添付の請求項に記載の主題から逸脱することなく、形態や詳細の種々の変更を行うことができることを理解されるであろう。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
マットレスと、
検出器と、
複数の熱伝導経路、および前記検出器からの情報に応じて選択された経路を起動して前記マットレス上の検出したリスク存在領域でのエネルギー移動を調節する制御器を有するエネルギー管理システムと
を備える使用者支持体。
【請求項２】
前記複数の経路が、少なくとも４ワット毎メートル毎ケルビン（Ｗ／ｍ−Ｋ）の熱伝導率を有する熱伝導性繊維でできたストラップである請求項１に記載の使用者支持体。
【請求項３】
前記エネルギー管理システムが、１つ以上のストラップと関連した少なくとも１つの熱流促進器（augmentor）を備える請求項２に記載の使用者支持体。
【請求項４】
各前記ストラップに関連したちょうど２つの熱流促進器を備える請求項３に記載の使用者支持体。
【請求項５】
前記エネルギー管理システムが前記リスク存在領域から熱を除去する請求項１に記載の使用者支持体。
【請求項６】
前記エネルギー管理システムは前記複数の経路に沿った熱流を促進する１つ以上の熱流促進器を含む請求項１の使用者支持体。
【請求項７】
前記熱流促進器が熱電モジュールである請求項６に記載の使用者支持体。
【請求項８】
前記熱電モジュールは高温側を有し、前記使用者支持体が前記高温側を通る空気流を生じる送風機を含む請求項７に記載の使用者支持体。
【請求項９】
各熱電モジュールにそれぞれ１つの送風機を含む請求項８に記載の使用者支持体。
【請求項１０】
１つの送風機で２つ以上の熱電モジュールの前記高温側を通る前記空気流を生じる請求項８に記載の使用者支持体。
【請求項１１】
冷やした冷却材を生成する冷却器および選択した熱電モジュールの前記高温側に前記冷やした冷却材を通すダクトシステムを含む請求項８に記載の使用者支持体。
【請求項１２】
前記検出器が前記リスク存在領域の特定に使用する圧力を検出する請求項１に記載の使用者支持体。
【請求項１３】
前記検出された圧力がインターフェース圧力である請求項１２に記載の使用者支持体。
【請求項１４】
複数の流体ブラダーを備え、前記検出された圧力はブラダー内圧力である請求項１２に記載の使用者支持体
【請求項１５】
前記リスク存在領域の特定に圧力の時間変化率を使用する請求項１に記載の使用者支持体。
【請求項１６】
前記リスク存在領域の特定に限界圧力を超えている間の時間を使用する請求項１２に記載の使用者支持体。
【請求項１７】
前記検出器がリスク存在領域の特定に使用する温度を検出する請求項１に記載の使用者支持体。
【請求項１８】
請求項１に記載の使用者支持体であって
前記複数の熱伝導経路は、一組の横方向ストラップおよび一組の縦方向ストラップを含み、前記横方向および縦方向ストラップで接合部を規定しており、
前記エネルギー管理システムは、前記ストラップに沿って熱伝達を促すべく、少なくともいくつかの横方向ストラップと関連した少なくとも１つの熱流促進器、および少なくともいくつかの縦方向ストラップと関連した少なくとも１つの熱流促進器を含み、
前記選択された経路は、制御器の熱流促進器の一部を動作させるコマンドの発行によって起動する使用者支持体。
【請求項１９】
前記制御器は前記リスク存在領域に最も近い接合部を特定し、前記特定した接合部に最も近い一つの熱流促進器の動作を命令する請求項１８に記載の使用者支持体。
【請求項２０】
前記制御器がリスク存在領域に最も近い接合部を特定し、前記特定した接合部に最も近い熱流促進器、およびそれと組を成す横方向または縦方向にある熱流促進器の動作を命令する請求項１８に記載の使用者支持体。
【請求項２１】
前記制御器がリスク存在領域に最も近い接合部を特定し、前記特定した接合部を規定する縦横ストラップに接続したすべての熱流促進器の動作を命令する請求項１８に記載の使用者支持体。
【請求項２２】
前記制御器がリスク存在領域に最も近い接合部を特定し、前記特定した接合部から指定距離内にあるすべての熱流促進器の動作を命令する、請求項１８に記載の使用者支持体。
【請求項２３】
前記制御器がリスク存在領域に最も近い接合部を特定し、所望の熱量の除去に有効な熱流促進器の一部の動作を命令する請求項１８に記載の使用者支持体。

【図１】