生体情報を収集し伝達する装置
【課題】被験者の生体異常情報を人体の自由を損なうことなく、かつ、個人差に応じて閾値を定めて誤情報なく収集し伝達する装置を提供すること。
【解決手段】圧力変動等として検出した生体情報が異常かどうかの論理判断回路は、呼吸波形を通過するＢＰＦ回路と、呼吸数演算回路とからなる呼吸情報の検出処理手段と、心拍波形を通過するＢＰＦ回路と、増幅・拡大回路と、心拍数演算回路とからなる心拍情報の検出処理手段と、被験者が離床したかどうかを判断するための最低体動電圧と離床時間を設定する離床等判断手段と、前記３つの手段の少なくともいずれか１つの出力で警報信号を出力する警報回路とからなる。
【解決手段】圧力変動等として検出した生体情報が異常かどうかの論理判断回路は、呼吸波形を通過するＢＰＦ回路と、呼吸数演算回路とからなる呼吸情報の検出処理手段と、心拍波形を通過するＢＰＦ回路と、増幅・拡大回路と、心拍数演算回路とからなる心拍情報の検出処理手段と、被験者が離床したかどうかを判断するための最低体動電圧と離床時間を設定する離床等判断手段と、前記３つの手段の少なくともいずれか１つの出力で警報信号を出力する警報回路とからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横臥中の独居老人、重度の要介護者、歩行不能な病人等、常時監視を必要とする人の心拍、不整脈、異常呼吸、離床行動などの異常な生体情報を非拘束状態でいち早く正確に検知するとともに、突発性重大事故を未然に防ぐために、救急機関、看護士、家族等に知らせるようにした生体情報を収集し伝達する装置に関するものである。
【０００２】
平成２０年の調査では独居老人は４００万人といわれている。独居老人全ての人が介護を必要としているわけではないが、親戚・友人が離れて暮らしている独居老人との連絡が付かないで、死後数日経過して発見される、などの事例も時々発生している。
介護施設や病院などの患者でも朝、介護者が訪問して初めて死亡に気づくことも多い。死亡する前又は直後に気が付けば、治療や後の処置にも役立つはずである。
本発明は、これらの人、例えば、術後者や独居・要介護者など身動き不自由な患者に対し、就寝の不自由さを損なうことの無い圧力センサを備えた空気マットを、布団やマットレス、枕の下に敷設し、空気マットに加わる荷重の変化・移動を圧力信号情報化し,呼吸数と呼吸変動、心拍数と心拍変動を継続的に測定し、患者の不整脈、異常呼吸、離床、心停止などを早期に発見し、看護者や遠隔者に早期に知らせる自動患者監視装置として機能するものであり、少子化と高齢化が進む欧米各国や日本において益々急務となってきている。
さらに呼吸数と呼吸変動、心拍数と心拍変動とそれぞれの標準偏差を組み合わせて分析することで、体温や血圧を間接的に類推することができ、極めて早期に風邪や腹痛・胃痛などの疾患や排泄意などを検知できる可能性がある。
【背景技術】
【０００３】
横臥中の被験者の心拍数、不整脈、呼吸数、異常呼吸、離床行動などの生体情報を非拘束状態で検知する方法又は装置は、次の非特許文献１、特許文献１〜３などに記載されている。
非特許文献１には、横臥している被験者のベッドとマットの間の臀部付近に位置して空気動圧センサを設置し、この空気動圧センサの動圧発生部で被験者の呼吸、心拍、体動（寝返りや手足の動き）等に伴う微細な生体振動や動きを圧変動として捉え、この圧変動を動圧検出部の圧電素子により電圧に変換して出力するようにした横臥中の被験者の生体情報計測方法が記載されている。
【０００４】
特許文献１には、被験者が無拘束の状態で、横臥中における血流を、エアマット、液体封入マット、弾性素材などのマットに心音マイク、歪ゲージ等を複数列配列した生体情報検出手段と、２つの検出手段から抽出された心拍信号のずれ値を測定する手段と、ずれ値から脳波伝播速度を演算する演算手段と、脳波伝播速度、心拍値、心拍波形及び介護記録の表示手段と、これらの印字手段と、脳波伝播速度及び心拍値の異常判断手段と、異常を検出したとき外部に警報を出力する手段とを有する無拘束生体情報検知装置において、ずれ値を測定する手段は複数組のセンサペア毎に心拍信号のずれ値を順次測定し、演算手段は複数組のセンサペアの心音マイク間の距離を心拍信号のずれ値で除して複数組のセンサペア毎に脳波伝播速度を算出するとともに、表示手段は複数組のセンサペア毎に脳波伝播速度と心拍値を３次元的に表示するようにした例が記載されている。
特許文献２には、空気袋又はキャビネットに空気の残留がある状態で、空気袋又はキャビネットに人体が乗った状態における空気圧の変化を無指向性マイクロフォン又は圧力センサにより検出することにより、人体の呼吸、心拍数（心拍周期）、咳や鼾を含む体動等の生体情報を計測する生体情報収集装置が記載されている。
特許文献３には、マットレスに横臥する被験者の生体情報をマットレスの物理量変化に基づいて測定するセンサと、このセンサに接続されたセンサの測定信号に基づくデータを、ネットワークを介して外部に伝送する端末サーバと、端末サーバから伝送されるセンサの測定信号に基づくデータを収集する中央サーバとを含む生体情報測定装置が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】電気学会論文Ｂ，１２２巻１１号、平成１４年「空気動圧センサによる横臥時の呼吸・心拍・体動情報の計測」
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１１７３９７号公報
【特許文献２】特許第３２４２６３１号公報
【特許文献３】特開２００３−１３５４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記先行技術文献には、空気袋等に空気の残留がある状態で、空気袋に人体が乗った状態における空気圧の変化を圧力センサ等により検出することにより、人体の呼吸、心拍数（心拍周期）、咳や鼾を含む体動等の生体情報を計測する生体情報収集装置が記載されている。
しかるに、人体の呼吸由来の体動電圧波形や心拍由来の体動電圧波形が異常かどうかは、一義的に決定できるものではなく、個人差があるので、判断基準となる閾値は、被験者の個人差に応じてより実際的な値に設定されなければならない。また、体動電圧波形から得られた呼吸由来の生体情報や心拍由来の生体情報は、ノイズ処理をしてより正確な信号として取り出さなければならない。さらに、離床状態を把握するにも、被験者の症状によって的確に設定することが要求される。
【０００８】
本発明は、術後者や独居・要介護者など身動き不自由な被験者の呼吸数・呼吸変動、心拍数・心拍変動を含む体動の生体異常情報を人体の自由を損なうことなく計測し、被験者の身体異常を個人差に応じて誤情報なく看護者や遠隔者に情報の伝達を可能にするための生体情報を収集し伝達する装置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】
【０００９】
請求項１記載の発明は、ベッドに、生体情報を検出するためのセンサを有するマットを敷設し、このセンサの検出信号を電気信号に変換して論理判断回路に送り、この論理判断回路で生体情報が異常かどうかを判断して出力するようにした生体情報を収集し伝達する装置において、前記論理判断回路は、呼吸情報を検出して処理する手段と、心拍情報を検出して処理する手段と、被験者の離床等を検出する手段とを具備し、前記呼吸情報を検出して処理する手段は、前記センサで検出された生体情報から呼吸波形を通過するＢＰＦ回路と、呼吸由来体動パルスから呼吸回数を演算する呼吸数演算回路とからなり、心拍情報を検出して処理する手段は、前記センサで検出された生体情報から心拍波形を通過するＢＰＦ回路と、心拍波形を増幅し、時間軸を拡大する増幅・拡大回路と、心拍由来体動パルスから心拍回数を演算する心拍数演算回路とからなり、被験者の離床等を検出する手段は、前記センサで検出された生体情報から被験者が離床したかどうかを判断するための最低体動電圧と離床時間を設定する離床等判断回路と、前記呼吸数演算回路、心拍数演算回路及び離床等判断回路の少なくともいずれか１つの出力で警報信号を出力する警報回路とからなることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、生体情報から呼吸波形を通過するＢＰＦ回路は、呼吸電圧波形に基づき、頂点間のｎ個の時間を取り込む手段と、ｎ個の時間の中から最大値と最小値を切り捨てる手段と、残りｎ−２個の平均値を求める手段と、平均値に基づき平均的な呼吸時間を得る手段とを具備したことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、呼吸数演算回路は、ＢＰＦ回路からの呼吸由来体動電圧を取り込む手段と、呼吸由来体動電圧波形からピーク値を検出する手段と、呼吸由来体動電圧波形からボトム値を検出する手段と、前記ピーク値が所定値以下の値を排除するための閾値を演算する手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上かどうかを判断する手段と、呼吸由来体動電圧が閾値に達していない場合、フラグ＝０を付加して元に戻る手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＮｏの場合、元に戻る手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＹｅｓの場合、フラグ＝１を付加する手段と、呼吸由来体動パルスを出力する手段と、呼吸由来体動パルスの間隔から１次呼吸回数を演算する手段とからなることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、生体情報から心拍波形を通過するＢＰＦ回路は、体動電圧波形出力信号から心拍由来体動電圧波形を得るとともに、心拍由来体動電圧波形に基づき、頂点間の複数個のデータを取り込む手段と、複数個のデータの中から最大値と最小値を切り捨てる手段と、残りから平均値を求める手段と、平均値に基づき平均的な心拍時間を得る手段とからなることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、心拍数演算回路は、増幅・拡大回路からの心拍由来体動電圧を取り込み、増幅し時間軸を拡大する手段と、心拍由来体動電圧波形からピーク値を検出する手段と、心拍由来体動電圧波形からボトム値を検出する手段と、前記ピーク値が所定値以下の値を排除するための閾値を演算する手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上かどうかを判断する手段と、心拍由来体動電圧が閾値に達していない場合、フラグ＝０を付加して元に戻る手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＮｏの場合、元に戻る手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＹｅｓの場合、フラグ＝１を付加する手段と、心拍由来体動パルスを出力する手段と、心拍由来体動パルスの間隔から１次心拍回数を演算する手段とからなることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、離床等判断回路は、 被験者が離床したかどうかを判断するため、体動検出フラグ＝０にリセットする手段と、体動検出フラグ＝１≧閾値を判断する手段と、体動検出フラグ＝１≧閾値の判断がＮｏの場合、体動電圧≧閾値を判断し、体動電圧≧閾値がＮｏである間は、元の工程に戻る手段と、体動電圧≧閾値がＹｅｓになると、体動検出フラグ＝１にセットして元に戻る手段と、前記体動検出フラグ＝１≧閾値がＹｅｓの場合、体動電圧＝０を判断する手段と、この体動電圧＝０がＮｏと判断されると、離床タイマ＝０にリセットし、元に戻る手段と、前記体動電圧＝０がＹｅｓの場合、離床タイマを起動する手段とからなることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、警報回路は、被験者の離床通報処理をするために、体動検出フラグ＝１のとき閾値を超えたかどうかを判断し、超えなければ元に戻って繰り返す手段と、体動検出フラグ＝１のとき閾値を超えたかがＹｅｓになると、体動検出のＬＥＤを点灯する手段と、体動検出のＬＥＤを点灯後、離床タイマが始動し、離床タイマが設定時間を経過したかを判断し、超えなければ元に戻り設定時間経過まで繰り返す手段と、離床タイマが設定時間を経過すると、離床通報のＬＥＤを点灯する手段と、離床通報のブザーを鳴動する手段と、被験者１０が離床したことを子機に通報する手段と、停止スイッチが設定時間を経過するまで離床通報のＬＥＤを点灯し、離床通報ブザーを鳴動し、子機への通報を継続する手段と、停止スイッチが設定時間を経過すると、離床通報のＬＥＤを消灯し、離床通報ブザーを停止し、体動検出のＬＥＤを消灯する手段とからなることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、呼吸数と心拍数に関する最初の６０秒間の最大値、最小値が記録され、さらに６０秒間毎に最大値、最小値、平均値、標準偏差値がファイルに記録保存され、所定件毎に新しいファイルに更新可能なメモリカードを具備し、かつ、このメモリカードに記憶された呼吸数と、心拍数の閾値と標準偏差値の閾値の両方を超えたとき、警報の表示・伝送が行われる警報回路を具備してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、ベッドに、生体情報を検出するためのセンサを有するマットを敷設し、このセンサの検出信号を電気信号に変換して論理判断回路に送り、この論理判断回路で生体情報が異常かどうかを判断して出力するようにした生体情報を収集し伝達する装置において、前記論理判断回路は、呼吸情報を検出して処理する手段と、心拍情報を検出して処理する手段と、被験者の離床等を検出する手段とを具備し、前記呼吸情報を検出して処理する手段は、前記センサで検出された生体情報から呼吸波形を通過するＢＰＦ回路と、呼吸由来体動パルスから呼吸回数を演算する呼吸数演算回路とからなり、心拍情報を検出して処理する手段は、前記センサで検出された生体情報から心拍波形を通過するＢＰＦ回路と、心拍波形を増幅し、時間軸を拡大する増幅・拡大回路と、心拍由来体動パルスから心拍回数を演算する心拍数演算回路とからなり、被験者の離床等を検出する手段は、前記センサで検出された生体情報から被験者が離床したかどうかを判断するための最低体動電圧と離床時間を設定する離床等判断回路と、前記呼吸数演算回路、心拍数演算回路及び離床等判断回路の少なくともいずれか１つの出力で警報信号を出力する警報回路とからなるので、次の効果を有する。
術後者や独居・要介護者など身動き不自由な患者の呼吸数・呼吸変動、心拍数・心拍変動を含む体動の生体異常情報を人体の自由を損なうことなく計測し、患者の身体異常を誤情報なく看護者や遠隔者に情報の伝達を可能にする。また、看護者が患者等の現状を知りたい時に知ることができる。
さらに、人体の呼吸由来の体動電圧波形や心拍由来の体動電圧波形が異常かどうかは、一義的に決定できるものではなく、個人差があるが、判断基準となる閾値を、被験者の個人差に応じてより実際的な値に設定できる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、生体情報から呼吸波形を通過するＢＰＦ回路は、呼吸電圧波形に基づき、頂点間のｎ個の時間を取り込む手段と、ｎ個の時間の中から最大値と最小値を切り捨てる手段と、残りｎ−２個の平均値を求める手段と、平均値に基づき平均的な呼吸時間を得る手段とを具備したので、体動電圧波形から得られた呼吸由来の生体情報や心拍由来の生体情報は、ノイズ処理をしてより正確な信号として取り出すことができる。また、離床状態を把握するにも、被験者の症状によって的確に設定することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、呼吸数演算回路は、ＢＰＦ回路からの呼吸由来体動電圧を取り込む手段と、呼吸由来体動電圧波形からピーク値を検出する手段と、呼吸由来体動電圧波形からボトム値を検出する手段と、前記ピーク値が所定値以下の値を排除するための閾値を演算する手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上かどうかを判断する手段と、呼吸由来体動電圧が閾値に達していない場合、フラグ＝０を付加して元に戻る手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＮｏの場合、元に戻る手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＹｅｓの場合、フラグ＝１を付加する手段と、呼吸由来体動パルスを出力する手段と、呼吸由来体動パルスの間隔から１次呼吸回数を演算する手段とからなるので、呼吸数演算回路により呼吸由来電圧から正確な呼吸パルスを得ることができる。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、生体情報から心拍波形を通過するＢＰＦ回路は、体動電圧波形出力信号から心拍由来体動電圧波形を得るとともに、心拍由来体動電圧波形に基づき、頂点間の複数個のデータを取り込む手段と、複数個のデータの中から最大値と最小値を切り捨てる手段と、残りから平均値を求める手段と、平均値に基づき平均的な心拍時間を得る手段とからなるので、より正確な心拍由来体動電圧波形を得ることができる。
【００２１】
請求項５記載の発明によれば、心拍数演算回路は、増幅・拡大回路からの心拍由来体動電圧を取り込み、増幅し時間軸を拡大する手段と、心拍由来体動電圧波形からピーク値を検出する手段と、心拍由来体動電圧波形からボトム値を検出する手段と、前記ピーク値が所定値以下の値を排除するための閾値を演算する手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上かどうかを判断する手段と、心拍由来体動電圧が閾値に達していない場合、フラグ＝０を付加して元に戻る手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＮｏの場合、元に戻る手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＹｅｓの場合、フラグ＝１を付加する手段と、心拍由来体動パルスを出力する手段と、心拍由来体動パルスの間隔から１次心拍回数を演算する手段とからなるので、ノイズ除去済みの心拍由来体動電圧波形からより正確な心拍パルスを得ることができる。
【００２２】
請求項６記載の発明によれば、離床等判断回路は、 被験者が離床したかどうかを判断するため、体動検出フラグ＝０にリセットする手段と、体動検出フラグ＝１≧閾値を判断する手段と、体動検出フラグ＝１≧閾値の判断がＮｏの場合、体動電圧≧閾値を判断し、体動電圧≧閾値がＮｏである間は、元の工程に戻る手段と、体動電圧≧閾値がＹｅｓになると、体動検出フラグ＝１にセットして元に戻る手段と、前記体動検出フラグ＝１≧閾値がＹｅｓの場合、体動電圧＝０を判断する手段と、この体動電圧＝０がＮｏと判断されると、離床タイマ＝０にリセットし、元に戻る手段と、前記体動電圧＝０がＹｅｓの場合、離床タイマを起動する手段とからなるので、被験者が離床したかどうかを個人差に応じて閾値を定めて正確に判断することができる。
【００２３】
請求項７記載の発明によれば、警報回路は、被験者の離床通報処理をするために、体動検出フラグ＝１のとき閾値を超えたかどうかを判断し、超えなければ元に戻って繰り返す手段と、体動検出フラグ＝１のとき閾値を超えたかがＹｅｓになると、体動検出のＬＥＤを点灯する手段と、体動検出のＬＥＤを点灯後、離床タイマが始動し、離床タイマが設定時間を経過したかを判断し、超えなければ元に戻り設定時間経過まで繰り返す手段と、離床タイマが設定時間を経過すると、離床通報のＬＥＤを点灯する手段と、離床通報のブザーを鳴動する手段と、被験者１０が離床したことを子機に通報する手段と、停止スイッチが設定時間を経過するまで離床通報のＬＥＤを点灯し、離床通報ブザーを鳴動し、子機への通報を継続する手段と、停止スイッチが設定時間を経過すると、離床通報のＬＥＤを消灯し、離床通報ブザーを停止し、体動検出のＬＥＤを消灯する手段とからなるので、被験者が離床したかどうかをより正確に判断して、離床通報処理をすることができる。
【００２４】
請求項８記載の発明によれば、呼吸数と心拍数に関する最初の６０秒間の最大値、最小値が記録され、さらに６０秒間毎に最大値、最小値、平均値、標準偏差値がファイルに記録保存され、所定件毎に新しいファイルに更新可能なメモリカードを具備し、かつ、このメモリカードに記憶された呼吸数と、心拍数の閾値と標準偏差値の閾値の両方を超えたとき、警報の表示・伝送が行われる警報回路を具備してなるので、呼吸、心拍の最大値、最小値、平均値などをメモリカードに記憶し、異常時に通報を発することができる。
さらに呼吸および心拍の数と標準偏差を分析することで、体温や血圧を間接的に類推することができ、極めて早期に風邪や腹痛・胃痛などの疾患や排泄意などの異常を検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による生体情報を収集し伝達する装置の一実施例を示す説明図である。
【図２】本発明の装置に使用されるマット１３の実施例１を示すもので、（ａ）は、圧力センサ１４を空気袋に内蔵した例を示す平面図、（ｂ）は、圧力センサ１４を空気袋に外付けした例を示す平面図である。
【図３】本発明の論理判断回路１７の電気回路の一例を示すブロック図である。
【図４】第１のＢＰＦ回路２２を通過した生体信号波形図である。
【図５】第２のＢＰＦ回路２３を通過した生体信号（呼吸信号）波形図である。
【図６】ノイズ処理回路２５による呼吸数のノイズ処理のフローチャートである。
【図７】呼吸数演算回路２６による生体信号（呼吸信号）の演算処理のフローチャートである。
【図８】第３のＢＰＦ回路２４による心拍数のノイズ処理のフローチャートである。
【図９】第３のＢＰＦ回路２４を通過した生体信号（心拍信号）波形図である。
【図１０】増幅・拡大回路２７で増幅した生体信号（心拍信号）波形図である。
【図１１】増幅・拡大回路２７で時間軸を拡大した生体信号（心拍信号）波形図である。
【図１２】心拍数演算回路２８による生体信号（心拍信号）の演算処理のフローチャートである。
【図１３】心拍数演算回路２８から出力した心拍パルス信号の波形図である。
【図１４】離床等判断回路３１で被験者１０が離床したかどうかを判断するための離床タイマ起動のフローチャートである。
【図１５】離床等警報回路３２で被験者１０が離床したかどうかを判断して離床通報処理をするためのフローチャートである。
【図１６】呼吸、心拍その他の生体情報をメモリに記録するためのフローチャートである。
【図１７】本発明の装置に使用されるマット１３の実施例２を示すもので、（ａ）は、断面図、（ｂ）は、部分的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、ベッドに、生体情報を検出するためのセンサを有するマットを敷設し、このセンサの検出信号を電気信号に変換して論理判断回路に送り、この論理判断回路で生体情報が異常かどうかを判断して出力するようにした生体情報を収集し伝達する装置において、前記論理判断回路は、呼吸情報を検出して処理する手段と、心拍情報を検出して処理する手段と、被験者の離床等を検出する手段とを具備し、前記呼吸情報を検出して処理する手段は、前記センサで検出された生体情報から呼吸波形を通過するＢＰＦ回路と、呼吸由来体動パルスから呼吸回数を演算する呼吸数演算回路とからなり、心拍情報を検出して処理する手段は、前記センサで検出された生体情報から心拍波形を通過するＢＰＦ回路と、心拍波形を増幅し、時間軸を拡大する増幅・拡大回路と、心拍由来体動パルスから心拍回数を演算する心拍数演算回路とからなり、被験者の離床等を検出する手段は、前記センサで検出された生体情報から被験者が離床したかどうかを判断するための最低体動電圧と離床時間を設定する離床等判断回路と、前記呼吸数演算回路、心拍数演算回路及び離床等判断回路の少なくともいずれか１つの出力で警報信号を出力する警報回路とからなることを特徴とする生体情報を収集し伝達する装置である。
【００２７】
請求項９〜１６記載の発明によれば、センサは、
エアマットに圧力センサを設けたもの、
ポリプロピレンシートの内部に無数の小さなバブルを形成させて電荷をチャージさせたセンサエレメントの上下面にシグナル電極とアース電極で挟みつけたシート状の静電容量型圧力センサ、
一対の導電布と誘電体との間に互いに接触する部分と接触しない部分を設け、接触しない部分の大きさが変化することにより静電容量が変動する静電容量型圧力センサ、
弾性的に撓曲可能な敷き板部にケーブル状歪み検出センサを装着した歪検出センサ、
シート状部材に、可撓性を有するケーブル状又はフィルム状圧電センサを感圧手段として配置した圧電センサからなるもの、
フレキシブル基板と、このフレキシブル基板を覆う外装部材とを備え、フレキシブル基板は、機能部が所定の生体情報に関連するパラメータを連続測定するフレキシブル加速度センサ部からなるもの、
シーツ等の平板状体に設けた光ファイバへ光源から光を入射し、生体活動に伴って光ファイバの形状変化により生じた光ファイバ内を伝搬する光の偏波状態の変化を検出し、この偏波変動の検出値から生体情報を検出する光ファイバ式平板状体センサ、
軟質のシリコンゴムからなる芯材の上に高分子圧電フィルムで作られた複数枚の検出片を複数枚並列に敷き並べ、これを２枚のタオルの間にサンドウィッチ状に挟んで重ね合わせた高分子圧電フィルムからなるもの
など、種々のセンサが用いられる。
【実施例１】
【００２８】
以下、本発明の実施例１を図面に基づき説明する。
図１において、ベッド１１の上に、敷布団（又はマットレス）１２ａを敷き、その上に枕１２ｂを置き、被験者１０が横臥しているものとする。前記敷布団１２ａと枕１２ｂとの間には、頭部用マット１３ａが挿入され、また、敷布団１２ａとベッド１１の間であって、被験者１０の胸部に位置して胸部用マット１３ｂが挿入されるとともに、被験者１０の臀部に位置して腰部用マット１３ｃが挿入される。これらの頭部用マット１３ａ、胸部用マット１３ｂ、腰部用マット１３ｃには、生体現象検出用センサとしてのそれぞれ頭部用圧力センサ１４ａ，胸部用圧力センサ１４ｂ，腰部用圧力センサ１４ｃが結合されている。
これらマット１３は、必ずしも３個所ではなく、いずれか１又は２個所であってもよいし、４個所以上でもよい。また、マット１３は、被験者１０の体動を検知しやすい頭部、胸部、臀部の下の寝具１２に挿入したが、人の呼吸、心臓の鼓動などの身体の動きの圧力変化を体動電圧として測定できる場所であれば、上記例に限られず、また、敷布団１２ａや枕１２ｂなどの寝具１２を介在させずに被験者１０に直接接するように設置してもよい。
以下、実施例１では、マット１３は、エアマットを使用し、また、生体情報検出用センサとして人の呼吸、心臓の鼓動などの身体の動きの変化を空気の圧力変化として検出する圧力センサを用いて説明する。しかし、実施例２以下で説明するように必ずしもこれに限定されるものではない。
【００２９】
前記エアマット１３は、公知のものを用いることができる。例えば、図２（ａ）に示すものは、気密な空気袋の内部に圧力センサ１４を取り付け、この圧力センサ１４の動圧発生部で被験者１０の微細な生体振動や動きを圧変動として捉え、この圧変動を動圧検出部の圧電素子により電圧に変換してリード線１６から生体情報信号を出力するものである。また、図２（ｂ）に示すものは、気密な空気袋に外部へ空気を導出するエアチューブ１５を結合し、このエアチューブ１５に圧力センサ１４を結合してリード線１６で生体情報信号を出力するものである。
前記空気袋は、内部の空気室が気密構造に構成され、内部に入れられた弾性のある支持材で形状が保たれており、圧力が加わると凹んで空気を排出するが、上下の隙間が完全に密着することは無く、圧力が開放されると支持材の弾性で膨らみ外部の空気を吸い込み、元の厚さに復元するように構成されている。元の厚さに復元するための弾性のある支持材は、圧搾空気、封入液体、弾性素材などを用いることができる。
【００３０】
前記各圧力センサ１４のリード線１６は、論理判断回路１７に接続され、ネットワーク１８を介して中央サーバ１９に送られ、被験者１０に関わりのある看護士、各家庭、病院、養護施設などの端末装置２０に接続される。
【００３１】
前記論理判断回路１７は、例えば、図３に示すような回路構成とする。
前記エアマット１３は、増幅器２１を介在し、生活振動等のノイズを除去しつつ０．１〜２５Ｈｚの体動信号を通過させる第１のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）回路２２に接続される。この第１のＢＰＦ回路２２には、この第１のＢＰＦ回路２２を通過した体動信号の中、ノイズを除去しつつ０．１〜０．４７Ｈｚの体動信号を通過させる第２のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）回路２３と、ノイズを除去しつつ３〜５Ｈｚの体動信号を通過させる第３のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）回路２４と、離床等を判断する体動信号を判断する離床等判断回路３１に並列接続される。
【００３２】
前記第２のＢＰＦ回路２３には、呼吸数演算回路２６が接続され、この呼吸数演算回路２６は、呼吸数を出力する呼吸数出力端子３３と警報回路２９に接続される。また、前記第３のＢＰＦ回路２４には、増幅・拡大回路２７と心拍数演算回路２８が順次接続され、この心拍数演算回路２８は、心拍数を出力する心拍数出力端子３５と前記警報回路２９に接続される。
前記離床等判断回路３１の入力側には、離床等を判断する閾値を入力する閾値入力端子３０が接続され、出力側には、前記警報回路２９が接続され、この警報回路２９には、警報等を出力する出力端子３６が接続される。
【００３３】
以上のように構成された生体情報を収集し伝達する装置の作用を説明する。
エアマット１３の圧力センサ１４から出力した体動信号を増幅器２１で増幅した後、第１のＢＰＦ回路２２へ送る。この第１のＢＰＦ回路２２は、送られてきた体動信号の中から呼吸数、心拍数、離床行動、不整脈度、異常呼吸などの異常を検知するための可能な限り広範囲の体動信号を取り込むために、０．１〜２５Ｈｚの体動電圧波形信号を通過させ、それ以外はノイズとして除去する。すると、図４に示すような体動電圧波形が得られる。
この図４の体動電圧波形信号を基にして、第２のＢＰＦ回路２３でノイズを除去しつつ０．１５〜０．４７Ｈｚを通過させて図５に示す呼吸由来体動電圧波形を得る。この図５に示す呼吸由来体動電圧波形を図６に示すアルゴリズムにより呼吸数のノイズ処理をする。すなわち、図６において、
（ａ）呼吸数（回／分）ｎ個（例えば、５個）のリングバッファ工程：図５に示す波形に基づき、頂点間の例えば、５個の時間データｘ１，ｘ２，…，ｘ５をリングバッファに貯め込む。
（ｂ）最大・最小を切り捨て工程：５個の時間データｘ１，ｘ２，…，ｘ５の中から最大値と最小値を切り捨てる。
（ｃ）残り３個を平均する工程：残った３個の平均値を求める。
（ｄ）呼吸数工程：３個の平均値に基づき平均的な呼吸時間を得る。
【００３４】
次に、呼吸数演算回路２６により呼吸由来電圧から呼吸パルスを得る。すなわち、図７において、
（ａ）呼吸由来体動電圧を取り込む工程：第２のＢＰＦ回路２３を通った呼吸由来体動電圧を呼吸数演算回路２６に取り込む。
（ｂ）ピーク値を検出する工程：図５に示す呼吸由来体動電圧波形の微分値が正から負に変化する点をピーク値として検出する。
（ｃ）ボトム値を検出する工程：図５に示す呼吸由来体動電圧波形の微分値が負から正に変化する点をボトム値として検出する。
（ｄ）閾値を演算する工程：ピーク値が所定値以下の値を排除するための閾値を演算する。閾値は、正確性を期するために各被験者１０毎に個人差をもたせることが望ましい。
（ｅ）呼吸由来体動電圧と閾値を比較し判断する工程：呼吸由来体動電圧が閾値以上かどうかを判断する。
（ｆ）フラグ＝０を付加する工程：呼吸由来体動電圧が閾値以下で、（ｅ）工程がＮｏの場合、フラグ＝０を付加して（ａ）工程に戻る。
（ｇ）フラグ＝０を判断する工程：呼吸由来体動電圧が閾値以上で、（ｅ）工程がＹｅｓの場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＮｏの場合、（ａ）工程に戻る。
（ｈ）フラグ＝１を付加する工程：（ｇ）工程がＹｅｓの場合、フラグ＝１を付加する。
（ｉ）呼吸由来体動パルスを出力する工程：呼吸由来体動パルスを出力する。
（ｊ）１次呼吸回数（回／分）を演算する工程：呼吸由来体動パルスの間隔から１次呼吸回数（１分間の呼吸回数）を演算する。一般的な呼吸数は、１５〜２２回／分である。この出力は、警報回路２９へ送られるとともに、呼吸数出力端子３３から表示装置へ送られて表示され、かつ、プリンタへ送られて印刷される。
【００３５】
前記第１のＢＰＦ回路２２から得られた図４に示す体動電圧波形出力信号は、第３のＢＰＦ回路２４へ送られ、この第３のＢＰＦ回路２４で３〜５Ｈｚを通過させ、それ以外はノイズとして除去して図９に示す心拍由来体動電圧波形を得る。この図９に示す心拍由来体動電圧波形を図８に示すアルゴリズムにより心拍数のノイズ処理をする。すなわち、図８において、
（ａ）心拍数（回／分）ｎ個（例えば、５個）のリングバッファ工程：図９に示す波形に基づき、頂点間の５個のデータをリングバッファに貯め込む。
（ｂ）最大・最小を切り捨て工程：５個のデータの中から最大値と最小値を切り捨てる。
（ｃ）残り３個を平均する工程：残った３個の平均値を求める。
（ｄ）心拍数を得る工程：３個の平均値に基づき平均的な心拍数を得る。
【００３６】
図８に示すアルゴリズムにより心拍数のノイズ処理をした図９に示す心拍由来体動電圧波形は、増幅・拡大回路２７にて図１０に示す増幅波形を得、さらに、図１１に示す時間軸を拡大した波形を得る。
ノイズ除去済みの図１１に示す心拍由来体動電圧波形から心拍パルスを得るアルゴリズムを図１２に基付き説明する。
（ａ）心拍由来体動電圧を取り込む工程：図１１に示す心拍由来体動電圧波形を取り込む。
（ｂ）ピーク値を検出する工程：この心拍由来体動電圧波形の微分値が正から負に変化する点をピーク値として検出する。
（ｃ）ボトム値を検出する工程：この心拍由来体動電圧波形の微分値が負から正に変化する点をボトム値として検出する。
（ｄ）閾値を演算する工程：ピーク値が所定値以下の値を排除するための閾値を演算する。閾値は、正確性を期するために各被験者１０毎に個人差をもたせることが望ましい。
（ｅ）心拍由来体動電圧と閾値の比較判断工程：心拍由来体動電圧が閾値以上かどうかを判断する。
（ｆ）フラグ＝０を付加する工程：（ｅ）工程がＮｏの場合、フラグ＝０を付加して（ａ）工程に戻る。
（ｇ）フラグ＝０を判断する工程：（ｅ）工程がＹｅｓの場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＮｏの場合、（ａ）工程に戻る。
（ｈ）フラグ＝１を付加する工程：（ｇ）工程がＹｅｓの場合、フラグ＝１を付加する。
（ｉ）心拍由来体動パルス出力工程：心拍由来体動パルスを出力する。
（ｊ）１次心拍回数（回／分）を演算する工程：心拍由来体動パルスの間隔から１次心拍回数（１分間の心拍回数）を演算する。前記図１１に示した心拍由来体動電圧の時間軸を拡大すると、図１３に示すパルス波形が得られる。一般的な心拍数は、６０〜１００回／分である。この出力は、警報回路２９へ送られるとともに、心拍数出力端子３５から表示装置へ送られて表示され、かつ、プリンタへ送られて印刷される。
【００３７】
前記呼吸数演算回路２６からの呼吸数と前記心拍数演算回路２８からの心拍数は、警報回路２９へ送られ、後述する離床行動、不整脈度、異常呼吸などの異常を検知するアルゴリズムと継続的データが保存されたメモリの閾値との比較から異常情報と判断された場合、図１に示す論理判断回路１７は、看護者、遠隔者などの家庭電話、携帯電話、ＰＣなどの端末装置に自動的に知らせるための表示装置、伝送装置からなるプロセッサで構成されている患者自動監視装置として機能する。
【００３８】
図１における圧力センサ１４と論理判断回路１７は、リード線１６という有線で情報を伝達する例を示したが、無線で情報を伝達することもでき、無線の方がベッド回りの移動の障害がなくなるメリットがある。
圧力センサ１４が図２（ａ）のように空気袋の内側に取り付けられている場合には、論理判断回路１７への情報伝達は、ブルーツース、ジグビー、赤外線などの免許不要の超短波短距離無線装置で行うこともできる。
前記論理判断回路１７には、離床行動、不整脈度、呼吸などの被験者１０の異常と判断される閾値は、異常と判断すべき項目により定められたアルゴリズムを有する。このアルゴリズムは、論理判断回路１７内に組み込まれて被験者１０の自動監視装置を構成している。
【００３９】
次に、被験者１０が離床したかどうかを判断するため、図１４のアルゴリズムにより最低体動電圧が設定される。すなわち、
（ａ）体動検出フラグ＝０にセットする工程：電源をオンしたら、体動検出フラグ＝０にリセットする。
（ｂ）体動検出フラグ＝１≧閾値の判断工程：体動検出フラグ＝０にリセットした直後は、体動検出フラグ＝１≧閾値の判断は、Ｎｏとなる。閾値は、正確性を期するために各被験者１０毎に個人差をもたせることが望ましい。
（ｃ）体動電圧≧閾値の判断工程：体動電圧≧閾値がＮｏである間は、前記（ｂ）の工程に戻る。
（ｄ）体動検出フラグ＝１にセットする工程：体動電圧≧閾値がＹｅｓになると、体動検出フラグ＝１にセットして（ｂ）工程に戻る。
（ｅ）体動電圧＝０を判断する工程：前記（ｂ）工程で体動検出フラグ＝１≧閾値がＹｅｓと判断されると、体動電圧＝０が判断される。
（ｆ）離床タイマ＝０にリセットする工程：前記（ｅ）工程で体動電圧＝０がＮｏと判断されると、離床タイマ＝０にリセットし、（ｂ）工程に戻る。
（ｇ）離床タイマが起動する工程：前記（ｅ）工程で体動電圧＝０がＹｅｓと判断されると、離床タイマが起動する。
【００４０】
被験者１０が離床したかどうかを図１５のアルゴリズムにより判断して、離床通報処理をする。すなわち、
（ａ）体動検出フラグ＝１≧閾値の判断工程：体動検出フラグ＝１のとき閾値を超えたかどうかを判断し、超えなければこの（ａ）工程を繰り返す。
（ｂ）体動検出のＬＥＤを点灯する工程：体動検出フラグ＝１のとき閾値を超えたかがＹｅｓになると、体動検出のＬＥＤを点灯する。
（ｃ）離床タイマ＝設定時間（例えば５秒）の判断工程：前記（ｂ）工程で体動検出のＬＥＤを点灯後、離床タイマが始動し、離床タイマ＝５秒を経過したかを判断し、超えなければ（ａ）工程に戻り５秒経過まで繰り返す。
（ｄ）離床通報のＬＥＤを点灯する工程：前記（ｃ）工程で離床タイマ＝５秒を経過すると、離床通報のＬＥＤを点灯する。
（ｅ）離床通報のブザーを鳴動する工程：同時に離床通報のブザーを鳴動する。
（ｆ）離床を子機に通報する工程：さらに被験者１０が離床したことを子機に通報する。
（ｇ）停止スイッチ＝設定時間（例えば５秒）の判断工程：前記（ｄ）（ｅ）（ｆ）のスタートから停止スイッチ＝５秒の判断をし、Ｎｏの場合、５秒経過するまで前記（ｄ）（ｅ）（ｆ）が継続する。
（ｈ）離床通報のＬＥＤを消灯する工程：停止スイッチ＝５秒の判断がＹｅｓになると、離床通報のＬＥＤを消灯する。
（ｉ）離床通報のブザーを停止する工程：同時に離床通報のブザーを停止する。
（ｊ）体動検出のＬＥＤを消灯する工程：さらに、体動検出のＬＥＤを消灯する。
【００４１】
図１６は、呼吸、心拍の最大値、最小値、平均値などをメモリカードに記憶し、異常時に通報を発するアルゴリズムを示している。
（ａ）メモリカードを検出したかの判断工程：メモリカード（例えば、ＳＤカード）を検出したかどうかの判断をする。
（ｂ）ファイルをクローズする工程： 前記（ａ）工程でＮｏの場合、ファイルをクローズする。
（ｃ）記録タイマを停止する工程：前記（ｂ）工程でファイルをクローズした後、記録タイマを停止し、前記（ａ）工程に戻る。
（ｄ）ファイルをすでにオープン＝設定時間（例えば６０秒）の判断工程：前記（ａ）工程でＹｅｓの場合、ファイルをすでにオープン＝６０秒経過したかの判断をする。
（ｅ）ファイルオープン工程：前記（ｄ）工程がＮｏでファイルをオープンしていない場合、ファイルをオープンする。
（ｆ）記録タイマを起動する工程：前記（ｅ）工程でファイルをオープンした後、記録タイマを起動する。
（ｇ）呼吸数最大値を記録する工程：前記（ａ）工程でファイルをすでにオープン＝６０秒経過したＹｅｓの場合又は前記（ｆ）工程で記録タイマを起動した場合に、呼吸数の最大値を記録する。
（ｈ）呼吸数最小値を記録する工程：同時に、呼吸数の最小値を記録する。
（ｉ）呼吸数平均値を記録する工程：同時に、呼吸数の平均値を記録する。この呼吸数の平均値は、図５の数値ｘ１、ｘ２、…に基づき、呼吸数演算回路２６にて次式により求められる。
（ｊ）心拍数最大値を記録する工程：同時に、心拍数の最大値を記録する。
（ｋ）心拍数最小値を記録する工程：同時に、心拍数の最小値を記録する。
（ｌ）心拍数平均値を記録する工程：同時に、心拍数の平均値を記録する。この心拍数の平均値は、図１３の数値ｘ１、ｘ２、…に基づき、心拍数演算回路２８にて次式により求められる。
（ｍ）記録タイマ＝設定時間（例えば６０秒）の判断工程：記録タイマ＝６０秒がＮｏの場合、前記（ａ）〜（ｌ）工程を繰り返す。
（ｎ）分散工程：前記（ｍ）工程でＹｅｓの場合、呼吸数と心拍数の標準偏差値 は、それぞれ呼吸数演算回路２６と心拍数演算回路２８にて次式の平方根として得られる。
（ｏ）記録タイマ＝０にする工程：記録タイマ＝０にリセットする。
（ｐ）心拍数＞閾値の判断工程：心拍数＞閾値の判断をする。
(ｑ）心拍標準ヘンサ＞閾値の判断工程：心拍数＞閾値がＹｅｓの場合、心拍標準ヘンサ＞閾値の判断をする。
（ｒ）心拍通報ブザー・心拍通報・心拍通報ブザー解除の工程：心拍標準偏差＞閾値がＹｅｓの場合、心拍通報ブザーを鳴動し・心拍通報し、所定時間後、心拍通報ブザーを解除する。
（ｓ）呼吸＞閾値の判断工程：心拍数＞閾値がＮｏ、心拍標準偏差＞閾値がＮｏ又は心拍通報ブザーを解除後に、呼吸＞閾値の判断をする。
（ｔ）呼吸標準偏差＞閾値の判断工程：呼吸＞閾値がＹｅｓの場合、呼吸標準偏差＞閾値を判断する。
（ｕ）呼吸通報ブザー・呼吸通報・呼吸通報ブザー解除の工程：呼吸標準偏差＞閾値がＹｅｓの場合、呼吸通報ブザーを鳴動し・呼吸通報し、所定時間後、呼吸通報ブザーを解除する。
（ｖ）呼吸と心拍の最大値と平均値＝０、呼吸と心拍の最小値＝９９９にする工程：呼吸数＞閾値がＮｏ、呼吸標準偏差＞閾値がＮｏ又は呼吸通報ブザーを解除後に、呼吸と心拍の最大値と平均値＝０、呼吸と心拍の最小値＝９９９に設定する。
（ｗ）記録件数＞５０００の判断工程：記録件数が例えば５０００件に達するまで（ａ）〜（ｖ）を繰り返す。
（ｘ）新しいファイルをオープンする工程：記録件数が５０００件に達したら新しいファイルをオープンする。
【００４２】
以上のようにして呼吸数・心拍数に関する最初の６０秒間の最大値、最小値が記録され、さらに６０秒間毎に最大値、最小値、平均値、標準偏差値がファイルに記録保存され、５０００件毎に新しいファイルに更新される。呼吸数、心拍数の通報は、これらの数値の閾値と標準偏差値の閾値の両方を超えたとき、図１５に示した離床の場合と同様にして警報回路２９から警報の表示・伝送が行われる。
【００４３】
前記警報回路２９は、次のような出力の組み合わせにより警報出力端子３６から出力するように構成することができる。組み合わせは、被験者１０の病歴等によって適宜決定することが望ましい。
（１）呼吸数演算回路２６、心拍数演算回路２８、離床等判断回路３１の出力側にオアゲートを介在していずれか１つ以上の出力によって警報が出力する。
（２）呼吸数演算回路２６、心拍数演算回路２８、離床等判断回路３１のいずれか２つの組み合わせの出力側にオアゲートを介在していずれか２以上の出力によって警報が出力する。
（３）呼吸数演算回路２６、心拍数演算回路２８、離床等判断回路３１のすべての出力側にアンドゲートを介在してすべての出力によって警報が出力する。
【実施例２】
【００４４】
前記実施例で用いたマット１３は、気密な空気袋の内部に直接圧力センサ１４を取り付けるか、又はエアチューブ１５を介して外部に圧力センサ１４を取り付け、この圧力センサ１４の動圧発生部で被験者１０の微細な生体振動や動きを圧変動として捉え、この圧変動を動圧検出部の圧電素子により電圧に変換してリード線１６から生体情報信号を出力するものである。
本発明では、これらに限られるものではなく、以下に示すようなセンサを用いることができる。
図１７は、シート状の静電容量型圧力センサ３７を示している。このシート状の静電容量型圧力センサ３７は、ポリプロピレンシート４６の内部に無数の平均直径１μｍ程度のバブル４５を形成させ、このポリプロピレンシート４６に電荷をチャージさせたもので、荷電された厚さ６０〜７０μｍのセンサエレメント４４は、電荷をバブル４５の中に捕獲しており、容易に散逸しないようになっている。このセンサエレメント４４の上下面にシグナル電極４１とアース電極４７で挟みつけ、シグナル電極４１の上には、さらにシールド電極３８が張り合わされている。前記シールド電極３８は、６５μｍ程度のポリエステルフィルムの絶縁シート３９に９μｍ程度のアルミ箔からなるシールド電極層４０を塗布したものである。同様に、前記シグナル電極４１は、６５μｍ程度のポリエステルフィルムの絶縁シート４２に９μｍ程度のアルミ箔からなるシグナル電極層４３を塗布したものであり、前記アース電極４７は、６５μｍ程度のポリエステルフィルムの絶縁シート４８に９μｍ程度のアルミ箔からなるアース電極層４９を塗布したものである。
このシールド状の静電容量型圧力センサ３７は、人間の体重の加重変化に重畳して心拍や呼吸脈のようなｍｇオーダーの変化を同時にとらえることができ、その信号がコネクタ５０からシールドケーブル５１を経て導出される。
【実施例３】
【００４５】
静電容量型圧力センサ
伸縮性および柔軟性を有する一対の導電布の間に、両面に伸縮性および柔軟性を有する誘電体を設けた伸縮性および柔軟性を有する導電布を配備し、前記一対の導電布と前記誘電体との間に前記一対の導電体と前記誘電体が接触する部分と接触しない部分を設け、前記一対の導電布は連結部により互いに電気的に接続されて構成され、前記接触しない部分の位置や大きさが変化することにより静電容量が変動する。
【実施例４】
【００４６】
歪検出センサ
弾性的に撓曲可能な敷き板部にケーブル状歪み検出センサを装着し、敷き板部を被験者の下側に配置して、被験者の生体活動に伴い発生する敷き板部の歪みの変動を、歪み検出センサにより検出する。
【実施例５】
【００４７】
圧電センサ
シート状部材に、可撓性を有するケーブル状圧電センサを感圧手段として配置したもの。
【実施例６】
【００４８】
フレキシブル加速度センサ
フレキシブル基板と、このフレキシブル基板を覆う外装部材とを備え、フレキシブル基板の機能部は、所定の生体情報に関連するパラメータを連続測定するフレキシブル加速度センサ部からなる。
【実施例７】
【００４９】
光ファイバ式平板状体センサ
布から成るシーツ等の平板状体に光ファイバを固定若しくは混入して成る光ファイバ式平板状体センサを敷設するか又は被せると共に、光源から前記光ファイバ内へ光を入射し、人間の動作や生体活動に伴って前記光ファイバ式平板状体センサの形状の変化により生じた光ファイバ内を伝搬する光の偏波状態の変化を偏波変動測定装置により検出し、当該偏波変動の検出値から人間の活動や動静を判別する。
【実施例８】
【００５０】
高分子圧電フィルム
軟質のシリコンゴムで作られた芯剤の上に高分子圧電フィルムで作られた複数枚の検出片を複数枚並列に敷き並べ、これを２枚のタオルの間にサンドウィッチ状に挟んで重ね合わせて検出マットを構成する。
【実施例９】
【００５１】
圧電フィルム又は圧電素子
圧電フィルム又は圧電素子からなるセンサ体によって検出した身体弾性波信号を電気信号からなる検出信号として出力し、この検出信号から生体情報成分を抽出して生体情報信号を生成する。
【符号の説明】
【００５２】
１０…被験者、１１…ベッド、１２…寝具、１３…マット、１４…センサ、１５…エアチューブ、１６…リード線、１７…論理判断回路、１８…ネットワーク、１９…中央サーバ、２０…端末装置、２１…増幅器、２２…第１のＢＰＦ回路、２３…第２のＢＰＦ回路、２４…第３のＢＰＦ回路、２６…呼吸数演算回路、２７…増幅・拡大回路、２８…心拍数演算回路、２９…警報回路、３０…閾値入力端子、３１…離床等判断回路、３３…呼吸数出力端子、３５…心拍数出力端子、３６…警報出力端子、３７…シールド状の静電容量型圧力センサ、３８…シールド電極、３９…絶縁シート、４０…シールド電極層、４１…シグナル電極、４２…絶縁シート、４３…シグナル電極層、４４…センサエレメント、４５…バブル、４６…ポリプロピレンシート、４７…アース電極、４８…絶縁シート、４９…アース電極層、５０…コネクタ、５１…シールドケーブル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横臥中の独居老人、重度の要介護者、歩行不能な病人等、常時監視を必要とする人の心拍、不整脈、異常呼吸、離床行動などの異常な生体情報を非拘束状態でいち早く正確に検知するとともに、突発性重大事故を未然に防ぐために、救急機関、看護士、家族等に知らせるようにした生体情報を収集し伝達する装置に関するものである。
【０００２】
平成２０年の調査では独居老人は４００万人といわれている。独居老人全ての人が介護を必要としているわけではないが、親戚・友人が離れて暮らしている独居老人との連絡が付かないで、死後数日経過して発見される、などの事例も時々発生している。
介護施設や病院などの患者でも朝、介護者が訪問して初めて死亡に気づくことも多い。死亡する前又は直後に気が付けば、治療や後の処置にも役立つはずである。
本発明は、これらの人、例えば、術後者や独居・要介護者など身動き不自由な患者に対し、就寝の不自由さを損なうことの無い圧力センサを備えた空気マットを、布団やマットレス、枕の下に敷設し、空気マットに加わる荷重の変化・移動を圧力信号情報化し,呼吸数と呼吸変動、心拍数と心拍変動を継続的に測定し、患者の不整脈、異常呼吸、離床、心停止などを早期に発見し、看護者や遠隔者に早期に知らせる自動患者監視装置として機能するものであり、少子化と高齢化が進む欧米各国や日本において益々急務となってきている。
さらに呼吸数と呼吸変動、心拍数と心拍変動とそれぞれの標準偏差を組み合わせて分析することで、体温や血圧を間接的に類推することができ、極めて早期に風邪や腹痛・胃痛などの疾患や排泄意などを検知できる可能性がある。
【背景技術】
【０００３】
横臥中の被験者の心拍数、不整脈、呼吸数、異常呼吸、離床行動などの生体情報を非拘束状態で検知する方法又は装置は、次の非特許文献１、特許文献１〜３などに記載されている。
非特許文献１には、横臥している被験者のベッドとマットの間の臀部付近に位置して空気動圧センサを設置し、この空気動圧センサの動圧発生部で被験者の呼吸、心拍、体動（寝返りや手足の動き）等に伴う微細な生体振動や動きを圧変動として捉え、この圧変動を動圧検出部の圧電素子により電圧に変換して出力するようにした横臥中の被験者の生体情報計測方法が記載されている。
【０００４】
特許文献１には、被験者が無拘束の状態で、横臥中における血流を、エアマット、液体封入マット、弾性素材などのマットに心音マイク、歪ゲージ等を複数列配列した生体情報検出手段と、２つの検出手段から抽出された心拍信号のずれ値を測定する手段と、ずれ値から脳波伝播速度を演算する演算手段と、脳波伝播速度、心拍値、心拍波形及び介護記録の表示手段と、これらの印字手段と、脳波伝播速度及び心拍値の異常判断手段と、異常を検出したとき外部に警報を出力する手段とを有する無拘束生体情報検知装置において、ずれ値を測定する手段は複数組のセンサペア毎に心拍信号のずれ値を順次測定し、演算手段は複数組のセンサペアの心音マイク間の距離を心拍信号のずれ値で除して複数組のセンサペア毎に脳波伝播速度を算出するとともに、表示手段は複数組のセンサペア毎に脳波伝播速度と心拍値を３次元的に表示するようにした例が記載されている。
特許文献２には、空気袋又はキャビネットに空気の残留がある状態で、空気袋又はキャビネットに人体が乗った状態における空気圧の変化を無指向性マイクロフォン又は圧力センサにより検出することにより、人体の呼吸、心拍数（心拍周期）、咳や鼾を含む体動等の生体情報を計測する生体情報収集装置が記載されている。
特許文献３には、マットレスに横臥する被験者の生体情報をマットレスの物理量変化に基づいて測定するセンサと、このセンサに接続されたセンサの測定信号に基づくデータを、ネットワークを介して外部に伝送する端末サーバと、端末サーバから伝送されるセンサの測定信号に基づくデータを収集する中央サーバとを含む生体情報測定装置が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】電気学会論文Ｂ，１２２巻１１号、平成１４年「空気動圧センサによる横臥時の呼吸・心拍・体動情報の計測」
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１１７３９７号公報
【特許文献２】特許第３２４２６３１号公報
【特許文献３】特開２００３−１３５４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記先行技術文献には、空気袋等に空気の残留がある状態で、空気袋に人体が乗った状態における空気圧の変化を圧力センサ等により検出することにより、人体の呼吸、心拍数（心拍周期）、咳や鼾を含む体動等の生体情報を計測する生体情報収集装置が記載されている。
しかるに、人体の呼吸由来の体動電圧波形や心拍由来の体動電圧波形が異常かどうかは、一義的に決定できるものではなく、個人差があるので、判断基準となる閾値は、被験者の個人差に応じてより実際的な値に設定されなければならない。また、体動電圧波形から得られた呼吸由来の生体情報や心拍由来の生体情報は、ノイズ処理をしてより正確な信号として取り出さなければならない。さらに、離床状態を把握するにも、被験者の症状によって的確に設定することが要求される。
【０００８】
本発明は、術後者や独居・要介護者など身動き不自由な被験者の呼吸数・呼吸変動、心拍数・心拍変動を含む体動の生体異常情報を人体の自由を損なうことなく計測し、被験者の身体異常を個人差に応じて誤情報なく看護者や遠隔者に情報の伝達を可能にするための生体情報を収集し伝達する装置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】
【０００９】
請求項１記載の発明は、ベッドに、生体情報を検出するためのセンサを有するマットを敷設し、このセンサの検出信号を電気信号に変換して論理判断回路に送り、この論理判断回路で生体情報が異常かどうかを判断して出力するようにした生体情報を収集し伝達する装置において、前記論理判断回路は、呼吸情報を検出して処理する手段と、心拍情報を検出して処理する手段と、被験者の離床等を検出する手段とを具備し、前記呼吸情報を検出して処理する手段は、前記センサで検出された生体情報から呼吸波形を通過するＢＰＦ回路と、呼吸由来体動パルスから呼吸回数を演算する呼吸数演算回路とからなり、心拍情報を検出して処理する手段は、前記センサで検出された生体情報から心拍波形を通過するＢＰＦ回路と、心拍波形を増幅し、時間軸を拡大する増幅・拡大回路と、心拍由来体動パルスから心拍回数を演算する心拍数演算回路とからなり、被験者の離床等を検出する手段は、前記センサで検出された生体情報から被験者が離床したかどうかを判断するための最低体動電圧と離床時間を設定する離床等判断回路と、前記呼吸数演算回路、心拍数演算回路及び離床等判断回路の少なくともいずれか１つの出力で警報信号を出力する警報回路とからなることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、生体情報から呼吸波形を通過するＢＰＦ回路は、呼吸電圧波形に基づき、頂点間のｎ個の時間を取り込む手段と、ｎ個の時間の中から最大値と最小値を切り捨てる手段と、残りｎ−２個の平均値を求める手段と、平均値に基づき平均的な呼吸時間を得る手段とを具備したことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、呼吸数演算回路は、ＢＰＦ回路からの呼吸由来体動電圧を取り込む手段と、呼吸由来体動電圧波形からピーク値を検出する手段と、呼吸由来体動電圧波形からボトム値を検出する手段と、前記ピーク値が所定値以下の値を排除するための閾値を演算する手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上かどうかを判断する手段と、呼吸由来体動電圧が閾値に達していない場合、フラグ＝０を付加して元に戻る手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＮｏの場合、元に戻る手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＹｅｓの場合、フラグ＝１を付加する手段と、呼吸由来体動パルスを出力する手段と、呼吸由来体動パルスの間隔から１次呼吸回数を演算する手段とからなることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、生体情報から心拍波形を通過するＢＰＦ回路は、体動電圧波形出力信号から心拍由来体動電圧波形を得るとともに、心拍由来体動電圧波形に基づき、頂点間の複数個のデータを取り込む手段と、複数個のデータの中から最大値と最小値を切り捨てる手段と、残りから平均値を求める手段と、平均値に基づき平均的な心拍時間を得る手段とからなることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、心拍数演算回路は、増幅・拡大回路からの心拍由来体動電圧を取り込み、増幅し時間軸を拡大する手段と、心拍由来体動電圧波形からピーク値を検出する手段と、心拍由来体動電圧波形からボトム値を検出する手段と、前記ピーク値が所定値以下の値を排除するための閾値を演算する手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上かどうかを判断する手段と、心拍由来体動電圧が閾値に達していない場合、フラグ＝０を付加して元に戻る手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＮｏの場合、元に戻る手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＹｅｓの場合、フラグ＝１を付加する手段と、心拍由来体動パルスを出力する手段と、心拍由来体動パルスの間隔から１次心拍回数を演算する手段とからなることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、離床等判断回路は、 被験者が離床したかどうかを判断するため、体動検出フラグ＝０にリセットする手段と、体動検出フラグ＝１≧閾値を判断する手段と、体動検出フラグ＝１≧閾値の判断がＮｏの場合、体動電圧≧閾値を判断し、体動電圧≧閾値がＮｏである間は、元の工程に戻る手段と、体動電圧≧閾値がＹｅｓになると、体動検出フラグ＝１にセットして元に戻る手段と、前記体動検出フラグ＝１≧閾値がＹｅｓの場合、体動電圧＝０を判断する手段と、この体動電圧＝０がＮｏと判断されると、離床タイマ＝０にリセットし、元に戻る手段と、前記体動電圧＝０がＹｅｓの場合、離床タイマを起動する手段とからなることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、警報回路は、被験者の離床通報処理をするために、体動検出フラグ＝１のとき閾値を超えたかどうかを判断し、超えなければ元に戻って繰り返す手段と、体動検出フラグ＝１のとき閾値を超えたかがＹｅｓになると、体動検出のＬＥＤを点灯する手段と、体動検出のＬＥＤを点灯後、離床タイマが始動し、離床タイマが設定時間を経過したかを判断し、超えなければ元に戻り設定時間経過まで繰り返す手段と、離床タイマが設定時間を経過すると、離床通報のＬＥＤを点灯する手段と、離床通報のブザーを鳴動する手段と、被験者１０が離床したことを子機に通報する手段と、停止スイッチが設定時間を経過するまで離床通報のＬＥＤを点灯し、離床通報ブザーを鳴動し、子機への通報を継続する手段と、停止スイッチが設定時間を経過すると、離床通報のＬＥＤを消灯し、離床通報ブザーを停止し、体動検出のＬＥＤを消灯する手段とからなることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、呼吸数と心拍数に関する最初の６０秒間の最大値、最小値が記録され、さらに６０秒間毎に最大値、最小値、平均値、標準偏差値がファイルに記録保存され、所定件毎に新しいファイルに更新可能なメモリカードを具備し、かつ、このメモリカードに記憶された呼吸数と、心拍数の閾値と標準偏差値の閾値の両方を超えたとき、警報の表示・伝送が行われる警報回路を具備してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、ベッドに、生体情報を検出するためのセンサを有するマットを敷設し、このセンサの検出信号を電気信号に変換して論理判断回路に送り、この論理判断回路で生体情報が異常かどうかを判断して出力するようにした生体情報を収集し伝達する装置において、前記論理判断回路は、呼吸情報を検出して処理する手段と、心拍情報を検出して処理する手段と、被験者の離床等を検出する手段とを具備し、前記呼吸情報を検出して処理する手段は、前記センサで検出された生体情報から呼吸波形を通過するＢＰＦ回路と、呼吸由来体動パルスから呼吸回数を演算する呼吸数演算回路とからなり、心拍情報を検出して処理する手段は、前記センサで検出された生体情報から心拍波形を通過するＢＰＦ回路と、心拍波形を増幅し、時間軸を拡大する増幅・拡大回路と、心拍由来体動パルスから心拍回数を演算する心拍数演算回路とからなり、被験者の離床等を検出する手段は、前記センサで検出された生体情報から被験者が離床したかどうかを判断するための最低体動電圧と離床時間を設定する離床等判断回路と、前記呼吸数演算回路、心拍数演算回路及び離床等判断回路の少なくともいずれか１つの出力で警報信号を出力する警報回路とからなるので、次の効果を有する。
術後者や独居・要介護者など身動き不自由な患者の呼吸数・呼吸変動、心拍数・心拍変動を含む体動の生体異常情報を人体の自由を損なうことなく計測し、患者の身体異常を誤情報なく看護者や遠隔者に情報の伝達を可能にする。また、看護者が患者等の現状を知りたい時に知ることができる。
さらに、人体の呼吸由来の体動電圧波形や心拍由来の体動電圧波形が異常かどうかは、一義的に決定できるものではなく、個人差があるが、判断基準となる閾値を、被験者の個人差に応じてより実際的な値に設定できる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、生体情報から呼吸波形を通過するＢＰＦ回路は、呼吸電圧波形に基づき、頂点間のｎ個の時間を取り込む手段と、ｎ個の時間の中から最大値と最小値を切り捨てる手段と、残りｎ−２個の平均値を求める手段と、平均値に基づき平均的な呼吸時間を得る手段とを具備したので、体動電圧波形から得られた呼吸由来の生体情報や心拍由来の生体情報は、ノイズ処理をしてより正確な信号として取り出すことができる。また、離床状態を把握するにも、被験者の症状によって的確に設定することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、呼吸数演算回路は、ＢＰＦ回路からの呼吸由来体動電圧を取り込む手段と、呼吸由来体動電圧波形からピーク値を検出する手段と、呼吸由来体動電圧波形からボトム値を検出する手段と、前記ピーク値が所定値以下の値を排除するための閾値を演算する手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上かどうかを判断する手段と、呼吸由来体動電圧が閾値に達していない場合、フラグ＝０を付加して元に戻る手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＮｏの場合、元に戻る手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＹｅｓの場合、フラグ＝１を付加する手段と、呼吸由来体動パルスを出力する手段と、呼吸由来体動パルスの間隔から１次呼吸回数を演算する手段とからなるので、呼吸数演算回路により呼吸由来電圧から正確な呼吸パルスを得ることができる。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、生体情報から心拍波形を通過するＢＰＦ回路は、体動電圧波形出力信号から心拍由来体動電圧波形を得るとともに、心拍由来体動電圧波形に基づき、頂点間の複数個のデータを取り込む手段と、複数個のデータの中から最大値と最小値を切り捨てる手段と、残りから平均値を求める手段と、平均値に基づき平均的な心拍時間を得る手段とからなるので、より正確な心拍由来体動電圧波形を得ることができる。
【００２１】
請求項５記載の発明によれば、心拍数演算回路は、増幅・拡大回路からの心拍由来体動電圧を取り込み、増幅し時間軸を拡大する手段と、心拍由来体動電圧波形からピーク値を検出する手段と、心拍由来体動電圧波形からボトム値を検出する手段と、前記ピーク値が所定値以下の値を排除するための閾値を演算する手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上かどうかを判断する手段と、心拍由来体動電圧が閾値に達していない場合、フラグ＝０を付加して元に戻る手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＮｏの場合、元に戻る手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＹｅｓの場合、フラグ＝１を付加する手段と、心拍由来体動パルスを出力する手段と、心拍由来体動パルスの間隔から１次心拍回数を演算する手段とからなるので、ノイズ除去済みの心拍由来体動電圧波形からより正確な心拍パルスを得ることができる。
【００２２】
請求項６記載の発明によれば、離床等判断回路は、 被験者が離床したかどうかを判断するため、体動検出フラグ＝０にリセットする手段と、体動検出フラグ＝１≧閾値を判断する手段と、体動検出フラグ＝１≧閾値の判断がＮｏの場合、体動電圧≧閾値を判断し、体動電圧≧閾値がＮｏである間は、元の工程に戻る手段と、体動電圧≧閾値がＹｅｓになると、体動検出フラグ＝１にセットして元に戻る手段と、前記体動検出フラグ＝１≧閾値がＹｅｓの場合、体動電圧＝０を判断する手段と、この体動電圧＝０がＮｏと判断されると、離床タイマ＝０にリセットし、元に戻る手段と、前記体動電圧＝０がＹｅｓの場合、離床タイマを起動する手段とからなるので、被験者が離床したかどうかを個人差に応じて閾値を定めて正確に判断することができる。
【００２３】
請求項７記載の発明によれば、警報回路は、被験者の離床通報処理をするために、体動検出フラグ＝１のとき閾値を超えたかどうかを判断し、超えなければ元に戻って繰り返す手段と、体動検出フラグ＝１のとき閾値を超えたかがＹｅｓになると、体動検出のＬＥＤを点灯する手段と、体動検出のＬＥＤを点灯後、離床タイマが始動し、離床タイマが設定時間を経過したかを判断し、超えなければ元に戻り設定時間経過まで繰り返す手段と、離床タイマが設定時間を経過すると、離床通報のＬＥＤを点灯する手段と、離床通報のブザーを鳴動する手段と、被験者１０が離床したことを子機に通報する手段と、停止スイッチが設定時間を経過するまで離床通報のＬＥＤを点灯し、離床通報ブザーを鳴動し、子機への通報を継続する手段と、停止スイッチが設定時間を経過すると、離床通報のＬＥＤを消灯し、離床通報ブザーを停止し、体動検出のＬＥＤを消灯する手段とからなるので、被験者が離床したかどうかをより正確に判断して、離床通報処理をすることができる。
【００２４】
請求項８記載の発明によれば、呼吸数と心拍数に関する最初の６０秒間の最大値、最小値が記録され、さらに６０秒間毎に最大値、最小値、平均値、標準偏差値がファイルに記録保存され、所定件毎に新しいファイルに更新可能なメモリカードを具備し、かつ、このメモリカードに記憶された呼吸数と、心拍数の閾値と標準偏差値の閾値の両方を超えたとき、警報の表示・伝送が行われる警報回路を具備してなるので、呼吸、心拍の最大値、最小値、平均値などをメモリカードに記憶し、異常時に通報を発することができる。
さらに呼吸および心拍の数と標準偏差を分析することで、体温や血圧を間接的に類推することができ、極めて早期に風邪や腹痛・胃痛などの疾患や排泄意などの異常を検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による生体情報を収集し伝達する装置の一実施例を示す説明図である。
【図２】本発明の装置に使用されるマット１３の実施例１を示すもので、（ａ）は、圧力センサ１４を空気袋に内蔵した例を示す平面図、（ｂ）は、圧力センサ１４を空気袋に外付けした例を示す平面図である。
【図３】本発明の論理判断回路１７の電気回路の一例を示すブロック図である。
【図４】第１のＢＰＦ回路２２を通過した生体信号波形図である。
【図５】第２のＢＰＦ回路２３を通過した生体信号（呼吸信号）波形図である。
【図６】ノイズ処理回路２５による呼吸数のノイズ処理のフローチャートである。
【図７】呼吸数演算回路２６による生体信号（呼吸信号）の演算処理のフローチャートである。
【図８】第３のＢＰＦ回路２４による心拍数のノイズ処理のフローチャートである。
【図９】第３のＢＰＦ回路２４を通過した生体信号（心拍信号）波形図である。
【図１０】増幅・拡大回路２７で増幅した生体信号（心拍信号）波形図である。
【図１１】増幅・拡大回路２７で時間軸を拡大した生体信号（心拍信号）波形図である。
【図１２】心拍数演算回路２８による生体信号（心拍信号）の演算処理のフローチャートである。
【図１３】心拍数演算回路２８から出力した心拍パルス信号の波形図である。
【図１４】離床等判断回路３１で被験者１０が離床したかどうかを判断するための離床タイマ起動のフローチャートである。
【図１５】離床等警報回路３２で被験者１０が離床したかどうかを判断して離床通報処理をするためのフローチャートである。
【図１６】呼吸、心拍その他の生体情報をメモリに記録するためのフローチャートである。
【図１７】本発明の装置に使用されるマット１３の実施例２を示すもので、（ａ）は、断面図、（ｂ）は、部分的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、ベッドに、生体情報を検出するためのセンサを有するマットを敷設し、このセンサの検出信号を電気信号に変換して論理判断回路に送り、この論理判断回路で生体情報が異常かどうかを判断して出力するようにした生体情報を収集し伝達する装置において、前記論理判断回路は、呼吸情報を検出して処理する手段と、心拍情報を検出して処理する手段と、被験者の離床等を検出する手段とを具備し、前記呼吸情報を検出して処理する手段は、前記センサで検出された生体情報から呼吸波形を通過するＢＰＦ回路と、呼吸由来体動パルスから呼吸回数を演算する呼吸数演算回路とからなり、心拍情報を検出して処理する手段は、前記センサで検出された生体情報から心拍波形を通過するＢＰＦ回路と、心拍波形を増幅し、時間軸を拡大する増幅・拡大回路と、心拍由来体動パルスから心拍回数を演算する心拍数演算回路とからなり、被験者の離床等を検出する手段は、前記センサで検出された生体情報から被験者が離床したかどうかを判断するための最低体動電圧と離床時間を設定する離床等判断回路と、前記呼吸数演算回路、心拍数演算回路及び離床等判断回路の少なくともいずれか１つの出力で警報信号を出力する警報回路とからなることを特徴とする生体情報を収集し伝達する装置である。
【００２７】
請求項９〜１６記載の発明によれば、センサは、
エアマットに圧力センサを設けたもの、
ポリプロピレンシートの内部に無数の小さなバブルを形成させて電荷をチャージさせたセンサエレメントの上下面にシグナル電極とアース電極で挟みつけたシート状の静電容量型圧力センサ、
一対の導電布と誘電体との間に互いに接触する部分と接触しない部分を設け、接触しない部分の大きさが変化することにより静電容量が変動する静電容量型圧力センサ、
弾性的に撓曲可能な敷き板部にケーブル状歪み検出センサを装着した歪検出センサ、
シート状部材に、可撓性を有するケーブル状又はフィルム状圧電センサを感圧手段として配置した圧電センサからなるもの、
フレキシブル基板と、このフレキシブル基板を覆う外装部材とを備え、フレキシブル基板は、機能部が所定の生体情報に関連するパラメータを連続測定するフレキシブル加速度センサ部からなるもの、
シーツ等の平板状体に設けた光ファイバへ光源から光を入射し、生体活動に伴って光ファイバの形状変化により生じた光ファイバ内を伝搬する光の偏波状態の変化を検出し、この偏波変動の検出値から生体情報を検出する光ファイバ式平板状体センサ、
軟質のシリコンゴムからなる芯材の上に高分子圧電フィルムで作られた複数枚の検出片を複数枚並列に敷き並べ、これを２枚のタオルの間にサンドウィッチ状に挟んで重ね合わせた高分子圧電フィルムからなるもの
など、種々のセンサが用いられる。
【実施例１】
【００２８】
以下、本発明の実施例１を図面に基づき説明する。
図１において、ベッド１１の上に、敷布団（又はマットレス）１２ａを敷き、その上に枕１２ｂを置き、被験者１０が横臥しているものとする。前記敷布団１２ａと枕１２ｂとの間には、頭部用マット１３ａが挿入され、また、敷布団１２ａとベッド１１の間であって、被験者１０の胸部に位置して胸部用マット１３ｂが挿入されるとともに、被験者１０の臀部に位置して腰部用マット１３ｃが挿入される。これらの頭部用マット１３ａ、胸部用マット１３ｂ、腰部用マット１３ｃには、生体現象検出用センサとしてのそれぞれ頭部用圧力センサ１４ａ，胸部用圧力センサ１４ｂ，腰部用圧力センサ１４ｃが結合されている。
これらマット１３は、必ずしも３個所ではなく、いずれか１又は２個所であってもよいし、４個所以上でもよい。また、マット１３は、被験者１０の体動を検知しやすい頭部、胸部、臀部の下の寝具１２に挿入したが、人の呼吸、心臓の鼓動などの身体の動きの圧力変化を体動電圧として測定できる場所であれば、上記例に限られず、また、敷布団１２ａや枕１２ｂなどの寝具１２を介在させずに被験者１０に直接接するように設置してもよい。
以下、実施例１では、マット１３は、エアマットを使用し、また、生体情報検出用センサとして人の呼吸、心臓の鼓動などの身体の動きの変化を空気の圧力変化として検出する圧力センサを用いて説明する。しかし、実施例２以下で説明するように必ずしもこれに限定されるものではない。
【００２９】
前記エアマット１３は、公知のものを用いることができる。例えば、図２（ａ）に示すものは、気密な空気袋の内部に圧力センサ１４を取り付け、この圧力センサ１４の動圧発生部で被験者１０の微細な生体振動や動きを圧変動として捉え、この圧変動を動圧検出部の圧電素子により電圧に変換してリード線１６から生体情報信号を出力するものである。また、図２（ｂ）に示すものは、気密な空気袋に外部へ空気を導出するエアチューブ１５を結合し、このエアチューブ１５に圧力センサ１４を結合してリード線１６で生体情報信号を出力するものである。
前記空気袋は、内部の空気室が気密構造に構成され、内部に入れられた弾性のある支持材で形状が保たれており、圧力が加わると凹んで空気を排出するが、上下の隙間が完全に密着することは無く、圧力が開放されると支持材の弾性で膨らみ外部の空気を吸い込み、元の厚さに復元するように構成されている。元の厚さに復元するための弾性のある支持材は、圧搾空気、封入液体、弾性素材などを用いることができる。
【００３０】
前記各圧力センサ１４のリード線１６は、論理判断回路１７に接続され、ネットワーク１８を介して中央サーバ１９に送られ、被験者１０に関わりのある看護士、各家庭、病院、養護施設などの端末装置２０に接続される。
【００３１】
前記論理判断回路１７は、例えば、図３に示すような回路構成とする。
前記エアマット１３は、増幅器２１を介在し、生活振動等のノイズを除去しつつ０．１〜２５Ｈｚの体動信号を通過させる第１のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）回路２２に接続される。この第１のＢＰＦ回路２２には、この第１のＢＰＦ回路２２を通過した体動信号の中、ノイズを除去しつつ０．１〜０．４７Ｈｚの体動信号を通過させる第２のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）回路２３と、ノイズを除去しつつ３〜５Ｈｚの体動信号を通過させる第３のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）回路２４と、離床等を判断する体動信号を判断する離床等判断回路３１に並列接続される。
【００３２】
前記第２のＢＰＦ回路２３には、呼吸数演算回路２６が接続され、この呼吸数演算回路２６は、呼吸数を出力する呼吸数出力端子３３と警報回路２９に接続される。また、前記第３のＢＰＦ回路２４には、増幅・拡大回路２７と心拍数演算回路２８が順次接続され、この心拍数演算回路２８は、心拍数を出力する心拍数出力端子３５と前記警報回路２９に接続される。
前記離床等判断回路３１の入力側には、離床等を判断する閾値を入力する閾値入力端子３０が接続され、出力側には、前記警報回路２９が接続され、この警報回路２９には、警報等を出力する出力端子３６が接続される。
【００３３】
以上のように構成された生体情報を収集し伝達する装置の作用を説明する。
エアマット１３の圧力センサ１４から出力した体動信号を増幅器２１で増幅した後、第１のＢＰＦ回路２２へ送る。この第１のＢＰＦ回路２２は、送られてきた体動信号の中から呼吸数、心拍数、離床行動、不整脈度、異常呼吸などの異常を検知するための可能な限り広範囲の体動信号を取り込むために、０．１〜２５Ｈｚの体動電圧波形信号を通過させ、それ以外はノイズとして除去する。すると、図４に示すような体動電圧波形が得られる。
この図４の体動電圧波形信号を基にして、第２のＢＰＦ回路２３でノイズを除去しつつ０．１５〜０．４７Ｈｚを通過させて図５に示す呼吸由来体動電圧波形を得る。この図５に示す呼吸由来体動電圧波形を図６に示すアルゴリズムにより呼吸数のノイズ処理をする。すなわち、図６において、
（ａ）呼吸数（回／分）ｎ個（例えば、５個）のリングバッファ工程：図５に示す波形に基づき、頂点間の例えば、５個の時間データｘ１，ｘ２，…，ｘ５をリングバッファに貯め込む。
（ｂ）最大・最小を切り捨て工程：５個の時間データｘ１，ｘ２，…，ｘ５の中から最大値と最小値を切り捨てる。
（ｃ）残り３個を平均する工程：残った３個の平均値を求める。
（ｄ）呼吸数工程：３個の平均値に基づき平均的な呼吸時間を得る。
【００３４】
次に、呼吸数演算回路２６により呼吸由来電圧から呼吸パルスを得る。すなわち、図７において、
（ａ）呼吸由来体動電圧を取り込む工程：第２のＢＰＦ回路２３を通った呼吸由来体動電圧を呼吸数演算回路２６に取り込む。
（ｂ）ピーク値を検出する工程：図５に示す呼吸由来体動電圧波形の微分値が正から負に変化する点をピーク値として検出する。
（ｃ）ボトム値を検出する工程：図５に示す呼吸由来体動電圧波形の微分値が負から正に変化する点をボトム値として検出する。
（ｄ）閾値を演算する工程：ピーク値が所定値以下の値を排除するための閾値を演算する。閾値は、正確性を期するために各被験者１０毎に個人差をもたせることが望ましい。
（ｅ）呼吸由来体動電圧と閾値を比較し判断する工程：呼吸由来体動電圧が閾値以上かどうかを判断する。
（ｆ）フラグ＝０を付加する工程：呼吸由来体動電圧が閾値以下で、（ｅ）工程がＮｏの場合、フラグ＝０を付加して（ａ）工程に戻る。
（ｇ）フラグ＝０を判断する工程：呼吸由来体動電圧が閾値以上で、（ｅ）工程がＹｅｓの場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＮｏの場合、（ａ）工程に戻る。
（ｈ）フラグ＝１を付加する工程：（ｇ）工程がＹｅｓの場合、フラグ＝１を付加する。
（ｉ）呼吸由来体動パルスを出力する工程：呼吸由来体動パルスを出力する。
（ｊ）１次呼吸回数（回／分）を演算する工程：呼吸由来体動パルスの間隔から１次呼吸回数（１分間の呼吸回数）を演算する。一般的な呼吸数は、１５〜２２回／分である。この出力は、警報回路２９へ送られるとともに、呼吸数出力端子３３から表示装置へ送られて表示され、かつ、プリンタへ送られて印刷される。
【００３５】
前記第１のＢＰＦ回路２２から得られた図４に示す体動電圧波形出力信号は、第３のＢＰＦ回路２４へ送られ、この第３のＢＰＦ回路２４で３〜５Ｈｚを通過させ、それ以外はノイズとして除去して図９に示す心拍由来体動電圧波形を得る。この図９に示す心拍由来体動電圧波形を図８に示すアルゴリズムにより心拍数のノイズ処理をする。すなわち、図８において、
（ａ）心拍数（回／分）ｎ個（例えば、５個）のリングバッファ工程：図９に示す波形に基づき、頂点間の５個のデータをリングバッファに貯め込む。
（ｂ）最大・最小を切り捨て工程：５個のデータの中から最大値と最小値を切り捨てる。
（ｃ）残り３個を平均する工程：残った３個の平均値を求める。
（ｄ）心拍数を得る工程：３個の平均値に基づき平均的な心拍数を得る。
【００３６】
図８に示すアルゴリズムにより心拍数のノイズ処理をした図９に示す心拍由来体動電圧波形は、増幅・拡大回路２７にて図１０に示す増幅波形を得、さらに、図１１に示す時間軸を拡大した波形を得る。
ノイズ除去済みの図１１に示す心拍由来体動電圧波形から心拍パルスを得るアルゴリズムを図１２に基付き説明する。
（ａ）心拍由来体動電圧を取り込む工程：図１１に示す心拍由来体動電圧波形を取り込む。
（ｂ）ピーク値を検出する工程：この心拍由来体動電圧波形の微分値が正から負に変化する点をピーク値として検出する。
（ｃ）ボトム値を検出する工程：この心拍由来体動電圧波形の微分値が負から正に変化する点をボトム値として検出する。
（ｄ）閾値を演算する工程：ピーク値が所定値以下の値を排除するための閾値を演算する。閾値は、正確性を期するために各被験者１０毎に個人差をもたせることが望ましい。
（ｅ）心拍由来体動電圧と閾値の比較判断工程：心拍由来体動電圧が閾値以上かどうかを判断する。
（ｆ）フラグ＝０を付加する工程：（ｅ）工程がＮｏの場合、フラグ＝０を付加して（ａ）工程に戻る。
（ｇ）フラグ＝０を判断する工程：（ｅ）工程がＹｅｓの場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＮｏの場合、（ａ）工程に戻る。
（ｈ）フラグ＝１を付加する工程：（ｇ）工程がＹｅｓの場合、フラグ＝１を付加する。
（ｉ）心拍由来体動パルス出力工程：心拍由来体動パルスを出力する。
（ｊ）１次心拍回数（回／分）を演算する工程：心拍由来体動パルスの間隔から１次心拍回数（１分間の心拍回数）を演算する。前記図１１に示した心拍由来体動電圧の時間軸を拡大すると、図１３に示すパルス波形が得られる。一般的な心拍数は、６０〜１００回／分である。この出力は、警報回路２９へ送られるとともに、心拍数出力端子３５から表示装置へ送られて表示され、かつ、プリンタへ送られて印刷される。
【００３７】
前記呼吸数演算回路２６からの呼吸数と前記心拍数演算回路２８からの心拍数は、警報回路２９へ送られ、後述する離床行動、不整脈度、異常呼吸などの異常を検知するアルゴリズムと継続的データが保存されたメモリの閾値との比較から異常情報と判断された場合、図１に示す論理判断回路１７は、看護者、遠隔者などの家庭電話、携帯電話、ＰＣなどの端末装置に自動的に知らせるための表示装置、伝送装置からなるプロセッサで構成されている患者自動監視装置として機能する。
【００３８】
図１における圧力センサ１４と論理判断回路１７は、リード線１６という有線で情報を伝達する例を示したが、無線で情報を伝達することもでき、無線の方がベッド回りの移動の障害がなくなるメリットがある。
圧力センサ１４が図２（ａ）のように空気袋の内側に取り付けられている場合には、論理判断回路１７への情報伝達は、ブルーツース、ジグビー、赤外線などの免許不要の超短波短距離無線装置で行うこともできる。
前記論理判断回路１７には、離床行動、不整脈度、呼吸などの被験者１０の異常と判断される閾値は、異常と判断すべき項目により定められたアルゴリズムを有する。このアルゴリズムは、論理判断回路１７内に組み込まれて被験者１０の自動監視装置を構成している。
【００３９】
次に、被験者１０が離床したかどうかを判断するため、図１４のアルゴリズムにより最低体動電圧が設定される。すなわち、
（ａ）体動検出フラグ＝０にセットする工程：電源をオンしたら、体動検出フラグ＝０にリセットする。
（ｂ）体動検出フラグ＝１≧閾値の判断工程：体動検出フラグ＝０にリセットした直後は、体動検出フラグ＝１≧閾値の判断は、Ｎｏとなる。閾値は、正確性を期するために各被験者１０毎に個人差をもたせることが望ましい。
（ｃ）体動電圧≧閾値の判断工程：体動電圧≧閾値がＮｏである間は、前記（ｂ）の工程に戻る。
（ｄ）体動検出フラグ＝１にセットする工程：体動電圧≧閾値がＹｅｓになると、体動検出フラグ＝１にセットして（ｂ）工程に戻る。
（ｅ）体動電圧＝０を判断する工程：前記（ｂ）工程で体動検出フラグ＝１≧閾値がＹｅｓと判断されると、体動電圧＝０が判断される。
（ｆ）離床タイマ＝０にリセットする工程：前記（ｅ）工程で体動電圧＝０がＮｏと判断されると、離床タイマ＝０にリセットし、（ｂ）工程に戻る。
（ｇ）離床タイマが起動する工程：前記（ｅ）工程で体動電圧＝０がＹｅｓと判断されると、離床タイマが起動する。
【００４０】
被験者１０が離床したかどうかを図１５のアルゴリズムにより判断して、離床通報処理をする。すなわち、
（ａ）体動検出フラグ＝１≧閾値の判断工程：体動検出フラグ＝１のとき閾値を超えたかどうかを判断し、超えなければこの（ａ）工程を繰り返す。
（ｂ）体動検出のＬＥＤを点灯する工程：体動検出フラグ＝１のとき閾値を超えたかがＹｅｓになると、体動検出のＬＥＤを点灯する。
（ｃ）離床タイマ＝設定時間（例えば５秒）の判断工程：前記（ｂ）工程で体動検出のＬＥＤを点灯後、離床タイマが始動し、離床タイマ＝５秒を経過したかを判断し、超えなければ（ａ）工程に戻り５秒経過まで繰り返す。
（ｄ）離床通報のＬＥＤを点灯する工程：前記（ｃ）工程で離床タイマ＝５秒を経過すると、離床通報のＬＥＤを点灯する。
（ｅ）離床通報のブザーを鳴動する工程：同時に離床通報のブザーを鳴動する。
（ｆ）離床を子機に通報する工程：さらに被験者１０が離床したことを子機に通報する。
（ｇ）停止スイッチ＝設定時間（例えば５秒）の判断工程：前記（ｄ）（ｅ）（ｆ）のスタートから停止スイッチ＝５秒の判断をし、Ｎｏの場合、５秒経過するまで前記（ｄ）（ｅ）（ｆ）が継続する。
（ｈ）離床通報のＬＥＤを消灯する工程：停止スイッチ＝５秒の判断がＹｅｓになると、離床通報のＬＥＤを消灯する。
（ｉ）離床通報のブザーを停止する工程：同時に離床通報のブザーを停止する。
（ｊ）体動検出のＬＥＤを消灯する工程：さらに、体動検出のＬＥＤを消灯する。
【００４１】
図１６は、呼吸、心拍の最大値、最小値、平均値などをメモリカードに記憶し、異常時に通報を発するアルゴリズムを示している。
（ａ）メモリカードを検出したかの判断工程：メモリカード（例えば、ＳＤカード）を検出したかどうかの判断をする。
（ｂ）ファイルをクローズする工程： 前記（ａ）工程でＮｏの場合、ファイルをクローズする。
（ｃ）記録タイマを停止する工程：前記（ｂ）工程でファイルをクローズした後、記録タイマを停止し、前記（ａ）工程に戻る。
（ｄ）ファイルをすでにオープン＝設定時間（例えば６０秒）の判断工程：前記（ａ）工程でＹｅｓの場合、ファイルをすでにオープン＝６０秒経過したかの判断をする。
（ｅ）ファイルオープン工程：前記（ｄ）工程がＮｏでファイルをオープンしていない場合、ファイルをオープンする。
（ｆ）記録タイマを起動する工程：前記（ｅ）工程でファイルをオープンした後、記録タイマを起動する。
（ｇ）呼吸数最大値を記録する工程：前記（ａ）工程でファイルをすでにオープン＝６０秒経過したＹｅｓの場合又は前記（ｆ）工程で記録タイマを起動した場合に、呼吸数の最大値を記録する。
（ｈ）呼吸数最小値を記録する工程：同時に、呼吸数の最小値を記録する。
（ｉ）呼吸数平均値を記録する工程：同時に、呼吸数の平均値を記録する。この呼吸数の平均値は、図５の数値ｘ１、ｘ２、…に基づき、呼吸数演算回路２６にて次式により求められる。
（ｊ）心拍数最大値を記録する工程：同時に、心拍数の最大値を記録する。
（ｋ）心拍数最小値を記録する工程：同時に、心拍数の最小値を記録する。
（ｌ）心拍数平均値を記録する工程：同時に、心拍数の平均値を記録する。この心拍数の平均値は、図１３の数値ｘ１、ｘ２、…に基づき、心拍数演算回路２８にて次式により求められる。
（ｍ）記録タイマ＝設定時間（例えば６０秒）の判断工程：記録タイマ＝６０秒がＮｏの場合、前記（ａ）〜（ｌ）工程を繰り返す。
（ｎ）分散工程：前記（ｍ）工程でＹｅｓの場合、呼吸数と心拍数の標準偏差値 は、それぞれ呼吸数演算回路２６と心拍数演算回路２８にて次式の平方根として得られる。
（ｏ）記録タイマ＝０にする工程：記録タイマ＝０にリセットする。
（ｐ）心拍数＞閾値の判断工程：心拍数＞閾値の判断をする。
(ｑ）心拍標準ヘンサ＞閾値の判断工程：心拍数＞閾値がＹｅｓの場合、心拍標準ヘンサ＞閾値の判断をする。
（ｒ）心拍通報ブザー・心拍通報・心拍通報ブザー解除の工程：心拍標準偏差＞閾値がＹｅｓの場合、心拍通報ブザーを鳴動し・心拍通報し、所定時間後、心拍通報ブザーを解除する。
（ｓ）呼吸＞閾値の判断工程：心拍数＞閾値がＮｏ、心拍標準偏差＞閾値がＮｏ又は心拍通報ブザーを解除後に、呼吸＞閾値の判断をする。
（ｔ）呼吸標準偏差＞閾値の判断工程：呼吸＞閾値がＹｅｓの場合、呼吸標準偏差＞閾値を判断する。
（ｕ）呼吸通報ブザー・呼吸通報・呼吸通報ブザー解除の工程：呼吸標準偏差＞閾値がＹｅｓの場合、呼吸通報ブザーを鳴動し・呼吸通報し、所定時間後、呼吸通報ブザーを解除する。
（ｖ）呼吸と心拍の最大値と平均値＝０、呼吸と心拍の最小値＝９９９にする工程：呼吸数＞閾値がＮｏ、呼吸標準偏差＞閾値がＮｏ又は呼吸通報ブザーを解除後に、呼吸と心拍の最大値と平均値＝０、呼吸と心拍の最小値＝９９９に設定する。
（ｗ）記録件数＞５０００の判断工程：記録件数が例えば５０００件に達するまで（ａ）〜（ｖ）を繰り返す。
（ｘ）新しいファイルをオープンする工程：記録件数が５０００件に達したら新しいファイルをオープンする。
【００４２】
以上のようにして呼吸数・心拍数に関する最初の６０秒間の最大値、最小値が記録され、さらに６０秒間毎に最大値、最小値、平均値、標準偏差値がファイルに記録保存され、５０００件毎に新しいファイルに更新される。呼吸数、心拍数の通報は、これらの数値の閾値と標準偏差値の閾値の両方を超えたとき、図１５に示した離床の場合と同様にして警報回路２９から警報の表示・伝送が行われる。
【００４３】
前記警報回路２９は、次のような出力の組み合わせにより警報出力端子３６から出力するように構成することができる。組み合わせは、被験者１０の病歴等によって適宜決定することが望ましい。
（１）呼吸数演算回路２６、心拍数演算回路２８、離床等判断回路３１の出力側にオアゲートを介在していずれか１つ以上の出力によって警報が出力する。
（２）呼吸数演算回路２６、心拍数演算回路２８、離床等判断回路３１のいずれか２つの組み合わせの出力側にオアゲートを介在していずれか２以上の出力によって警報が出力する。
（３）呼吸数演算回路２６、心拍数演算回路２８、離床等判断回路３１のすべての出力側にアンドゲートを介在してすべての出力によって警報が出力する。
【実施例２】
【００４４】
前記実施例で用いたマット１３は、気密な空気袋の内部に直接圧力センサ１４を取り付けるか、又はエアチューブ１５を介して外部に圧力センサ１４を取り付け、この圧力センサ１４の動圧発生部で被験者１０の微細な生体振動や動きを圧変動として捉え、この圧変動を動圧検出部の圧電素子により電圧に変換してリード線１６から生体情報信号を出力するものである。
本発明では、これらに限られるものではなく、以下に示すようなセンサを用いることができる。
図１７は、シート状の静電容量型圧力センサ３７を示している。このシート状の静電容量型圧力センサ３７は、ポリプロピレンシート４６の内部に無数の平均直径１μｍ程度のバブル４５を形成させ、このポリプロピレンシート４６に電荷をチャージさせたもので、荷電された厚さ６０〜７０μｍのセンサエレメント４４は、電荷をバブル４５の中に捕獲しており、容易に散逸しないようになっている。このセンサエレメント４４の上下面にシグナル電極４１とアース電極４７で挟みつけ、シグナル電極４１の上には、さらにシールド電極３８が張り合わされている。前記シールド電極３８は、６５μｍ程度のポリエステルフィルムの絶縁シート３９に９μｍ程度のアルミ箔からなるシールド電極層４０を塗布したものである。同様に、前記シグナル電極４１は、６５μｍ程度のポリエステルフィルムの絶縁シート４２に９μｍ程度のアルミ箔からなるシグナル電極層４３を塗布したものであり、前記アース電極４７は、６５μｍ程度のポリエステルフィルムの絶縁シート４８に９μｍ程度のアルミ箔からなるアース電極層４９を塗布したものである。
このシールド状の静電容量型圧力センサ３７は、人間の体重の加重変化に重畳して心拍や呼吸脈のようなｍｇオーダーの変化を同時にとらえることができ、その信号がコネクタ５０からシールドケーブル５１を経て導出される。
【実施例３】
【００４５】
静電容量型圧力センサ
伸縮性および柔軟性を有する一対の導電布の間に、両面に伸縮性および柔軟性を有する誘電体を設けた伸縮性および柔軟性を有する導電布を配備し、前記一対の導電布と前記誘電体との間に前記一対の導電体と前記誘電体が接触する部分と接触しない部分を設け、前記一対の導電布は連結部により互いに電気的に接続されて構成され、前記接触しない部分の位置や大きさが変化することにより静電容量が変動する。
【実施例４】
【００４６】
歪検出センサ
弾性的に撓曲可能な敷き板部にケーブル状歪み検出センサを装着し、敷き板部を被験者の下側に配置して、被験者の生体活動に伴い発生する敷き板部の歪みの変動を、歪み検出センサにより検出する。
【実施例５】
【００４７】
圧電センサ
シート状部材に、可撓性を有するケーブル状圧電センサを感圧手段として配置したもの。
【実施例６】
【００４８】
フレキシブル加速度センサ
フレキシブル基板と、このフレキシブル基板を覆う外装部材とを備え、フレキシブル基板の機能部は、所定の生体情報に関連するパラメータを連続測定するフレキシブル加速度センサ部からなる。
【実施例７】
【００４９】
光ファイバ式平板状体センサ
布から成るシーツ等の平板状体に光ファイバを固定若しくは混入して成る光ファイバ式平板状体センサを敷設するか又は被せると共に、光源から前記光ファイバ内へ光を入射し、人間の動作や生体活動に伴って前記光ファイバ式平板状体センサの形状の変化により生じた光ファイバ内を伝搬する光の偏波状態の変化を偏波変動測定装置により検出し、当該偏波変動の検出値から人間の活動や動静を判別する。
【実施例８】
【００５０】
高分子圧電フィルム
軟質のシリコンゴムで作られた芯剤の上に高分子圧電フィルムで作られた複数枚の検出片を複数枚並列に敷き並べ、これを２枚のタオルの間にサンドウィッチ状に挟んで重ね合わせて検出マットを構成する。
【実施例９】
【００５１】
圧電フィルム又は圧電素子
圧電フィルム又は圧電素子からなるセンサ体によって検出した身体弾性波信号を電気信号からなる検出信号として出力し、この検出信号から生体情報成分を抽出して生体情報信号を生成する。
【符号の説明】
【００５２】
１０…被験者、１１…ベッド、１２…寝具、１３…マット、１４…センサ、１５…エアチューブ、１６…リード線、１７…論理判断回路、１８…ネットワーク、１９…中央サーバ、２０…端末装置、２１…増幅器、２２…第１のＢＰＦ回路、２３…第２のＢＰＦ回路、２４…第３のＢＰＦ回路、２６…呼吸数演算回路、２７…増幅・拡大回路、２８…心拍数演算回路、２９…警報回路、３０…閾値入力端子、３１…離床等判断回路、３３…呼吸数出力端子、３５…心拍数出力端子、３６…警報出力端子、３７…シールド状の静電容量型圧力センサ、３８…シールド電極、３９…絶縁シート、４０…シールド電極層、４１…シグナル電極、４２…絶縁シート、４３…シグナル電極層、４４…センサエレメント、４５…バブル、４６…ポリプロピレンシート、４７…アース電極、４８…絶縁シート、４９…アース電極層、５０…コネクタ、５１…シールドケーブル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッドに、生体情報を検出するためのセンサを有するマットを敷設し、このセンサの検出信号を電気信号に変換して論理判断回路に送り、この論理判断回路で生体情報が異常かどうかを判断して出力するようにした生体情報を収集し伝達する装置において、前記論理判断回路は、呼吸情報を検出して処理する手段と、心拍情報を検出して処理する手段と、被験者の離床等を検出する手段とを具備し、前記呼吸情報を検出して処理する手段は、前記センサで検出された生体情報から呼吸波形を通過するＢＰＦ回路と、呼吸由来体動パルスから呼吸回数を演算する呼吸数演算回路とからなり、心拍情報を検出して処理する手段は、前記センサで検出された生体情報から心拍波形を通過するＢＰＦ回路と、心拍波形を増幅し、時間軸を拡大する増幅・拡大回路と、心拍由来体動パルスから心拍回数を演算する心拍数演算回路とからなり、被験者の離床等を検出する手段は、前記センサで検出された生体情報から被験者が離床したかどうかを判断するための最低体動電圧と離床時間を設定する離床等判断回路と、前記呼吸数演算回路、心拍数演算回路及び離床等判断回路の少なくともいずれか１つの出力で警報信号を出力する警報回路とからなることを特徴とする生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項２】
生体情報から呼吸波形を通過するＢＰＦ回路は、呼吸電圧波形に基づき、頂点間のｎ個の時間を取り込む手段と、ｎ個の時間の中から最大値と最小値を切り捨てる手段と、残りｎ−２個の平均値を求める手段と、平均値に基づき平均的な呼吸時間を得る手段とを具備したことを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項３】
呼吸数演算回路は、ＢＰＦ回路からの呼吸由来体動電圧を取り込む手段と、呼吸由来体動電圧波形からピーク値を検出する手段と、呼吸由来体動電圧波形からボトム値を検出する手段と、前記ピーク値が所定値以下の値を排除するための閾値を演算する手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上かどうかを判断する手段と、呼吸由来体動電圧が閾値に達していない場合、フラグ＝０を付加して元に戻る手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＮｏの場合、元に戻る手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＹｅｓの場合、フラグ＝１を付加する手段と、呼吸由来体動パルスを出力する手段と、呼吸由来体動パルスの間隔から１次呼吸回数を演算する手段とからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項４】
生体情報から心拍波形を通過するＢＰＦ回路は、体動電圧波形出力信号から心拍由来体動電圧波形を得るとともに、心拍由来体動電圧波形に基づき、頂点間の複数個のデータを取り込む手段と、複数個のデータの中から最大値と最小値を切り捨てる手段と、残りから平均値を求める手段と、平均値に基づき平均的な心拍時間を得る手段とからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項５】
心拍数演算回路は、増幅・拡大回路からの心拍由来体動電圧を取り込み、増幅し時間軸を拡大する手段と、心拍由来体動電圧波形からピーク値を検出する手段と、心拍由来体動電圧波形からボトム値を検出する手段と、前記ピーク値が所定値以下の値を排除するための閾値を演算する手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上かどうかを判断する手段と、心拍由来体動電圧が閾値に達していない場合、フラグ＝０を付加して元に戻る手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＮｏの場合、元に戻る手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＹｅｓの場合、フラグ＝１を付加する手段と、心拍由来体動パルスを出力する手段と、心拍由来体動パルスの間隔から１次心拍回数を演算する手段とからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項６】
離床等判断回路は、 被験者が離床したかどうかを判断するため、体動検出フラグ＝０にリセットする手段と、体動検出フラグ＝１≧閾値を判断する手段と、体動検出フラグ＝１≧閾値の判断がＮｏの場合、体動電圧≧閾値を判断し、体動電圧≧閾値がＮｏである間は、元の工程に戻る手段と、体動電圧≧閾値がＹｅｓになると、体動検出フラグ＝１にセットして元に戻る手段と、前記体動検出フラグ＝１≧閾値がＹｅｓの場合、体動電圧＝０を判断する手段と、この体動電圧＝０がＮｏと判断されると、離床タイマ＝０にリセットし、元に戻る手段と、前記体動電圧＝０がＹｅｓの場合、離床タイマを起動する手段とからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項７】
警報回路は、被験者の離床通報処理をするために、体動検出フラグ＝１のとき閾値を超えたかどうかを判断し、超えなければ元に戻って繰り返す手段と、体動検出フラグ＝１のとき閾値を超えたかがＹｅｓになると、体動検出のＬＥＤを点灯する手段と、体動検出のＬＥＤを点灯後、離床タイマが始動し、離床タイマが設定時間を経過したかを判断し、超えなければ元に戻り設定時間経過まで繰り返す手段と、離床タイマが設定時間を経過すると、離床通報のＬＥＤを点灯する手段と、離床通報のブザーを鳴動する手段と、被験者１０が離床したことを子機に通報する手段と、停止スイッチが設定時間を経過するまで離床通報のＬＥＤを点灯し、離床通報ブザーを鳴動し、子機への通報を継続する手段と、停止スイッチが設定時間を経過すると、離床通報のＬＥＤを消灯し、離床通報ブザーを停止し、体動検出のＬＥＤを消灯する手段とからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項８】
呼吸数と心拍数に関する最初の６０秒間の最大値、最小値が記録され、さらに６０秒間毎に最大値、最小値、平均値、標準偏差値がファイルに記録保存され、所定件毎に新しいファイルに更新可能なメモリカードを具備し、かつ、このメモリカードに記憶された呼吸数と、心拍数の閾値と標準偏差値の閾値の両方を超えたとき、警報の表示・伝送が行われる警報回路を具備してなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項９】
マットは、エアを封入したエアマットからなり、このエアマットに、生体情報を圧力変動として検出する圧力センサを設けたものからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項１０】
センサは、ポリプロピレンシートの内部に無数の小さなバブルを形成させ、このポリプロピレンシートに電荷をチャージさせて電荷をバブルの中に捕獲し、このセンサエレメントの上下面にシグナル電極とアース電極で挟みつけたシート状の静電容量型圧力センサからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項１１】
センサは、柔軟性を有する一対の導電布の間に、両面に柔軟性を有する誘電体を設けた導電布を設け、前記一対の導電布と前記誘電体との間に互いに接触する部分と接触しない部分を設け、前記接触しない部分の大きさが変化することにより静電容量が変動する静電容量型圧力センサからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項１２】
センサは、弾性的に撓曲可能な敷き板部にケーブル状歪み検出センサを装着し、被験者の生体活動に伴い発生する敷き板部の歪みの変動を検出する歪検出センサからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項１３】
センサは、シート状部材に、可撓性を有するケーブル状又はフィルム状圧電センサを感圧手段として配置した圧電センサからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項１４】
センサは、フレキシブル基板と、このフレキシブル基板を覆う外装部材とを備え、前記フレキシブル基板は、機能部が所定の生体情報に関連するパラメータを連続測定するフレキシブル加速度センサ部からなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項１５】
センサは、シーツ等の平板状体に設けた光ファイバへ光源から光を入射し、生体活動に伴って前記光ファイバの形状変化により生じた光ファイバ内を伝搬する光の偏波状態の変化を検出し、この偏波変動の検出値から生体情報を検出する光ファイバ式平板状体センサからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項１６】
センサは、軟質のシリコンゴムからなる芯材の上に高分子圧電フィルムで作られた複数枚の検出片を複数枚並列に敷き並べ、これを２枚のタオルの間にサンドウィッチ状に挟んで重ね合わせた高分子圧電フィルムからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項１】
ベッドに、生体情報を検出するためのセンサを有するマットを敷設し、このセンサの検出信号を電気信号に変換して論理判断回路に送り、この論理判断回路で生体情報が異常かどうかを判断して出力するようにした生体情報を収集し伝達する装置において、前記論理判断回路は、呼吸情報を検出して処理する手段と、心拍情報を検出して処理する手段と、被験者の離床等を検出する手段とを具備し、前記呼吸情報を検出して処理する手段は、前記センサで検出された生体情報から呼吸波形を通過するＢＰＦ回路と、呼吸由来体動パルスから呼吸回数を演算する呼吸数演算回路とからなり、心拍情報を検出して処理する手段は、前記センサで検出された生体情報から心拍波形を通過するＢＰＦ回路と、心拍波形を増幅し、時間軸を拡大する増幅・拡大回路と、心拍由来体動パルスから心拍回数を演算する心拍数演算回路とからなり、被験者の離床等を検出する手段は、前記センサで検出された生体情報から被験者が離床したかどうかを判断するための最低体動電圧と離床時間を設定する離床等判断回路と、前記呼吸数演算回路、心拍数演算回路及び離床等判断回路の少なくともいずれか１つの出力で警報信号を出力する警報回路とからなることを特徴とする生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項２】
生体情報から呼吸波形を通過するＢＰＦ回路は、呼吸電圧波形に基づき、頂点間のｎ個の時間を取り込む手段と、ｎ個の時間の中から最大値と最小値を切り捨てる手段と、残りｎ−２個の平均値を求める手段と、平均値に基づき平均的な呼吸時間を得る手段とを具備したことを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項３】
呼吸数演算回路は、ＢＰＦ回路からの呼吸由来体動電圧を取り込む手段と、呼吸由来体動電圧波形からピーク値を検出する手段と、呼吸由来体動電圧波形からボトム値を検出する手段と、前記ピーク値が所定値以下の値を排除するための閾値を演算する手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上かどうかを判断する手段と、呼吸由来体動電圧が閾値に達していない場合、フラグ＝０を付加して元に戻る手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＮｏの場合、元に戻る手段と、呼吸由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＹｅｓの場合、フラグ＝１を付加する手段と、呼吸由来体動パルスを出力する手段と、呼吸由来体動パルスの間隔から１次呼吸回数を演算する手段とからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項４】
生体情報から心拍波形を通過するＢＰＦ回路は、体動電圧波形出力信号から心拍由来体動電圧波形を得るとともに、心拍由来体動電圧波形に基づき、頂点間の複数個のデータを取り込む手段と、複数個のデータの中から最大値と最小値を切り捨てる手段と、残りから平均値を求める手段と、平均値に基づき平均的な心拍時間を得る手段とからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項５】
心拍数演算回路は、増幅・拡大回路からの心拍由来体動電圧を取り込み、増幅し時間軸を拡大する手段と、心拍由来体動電圧波形からピーク値を検出する手段と、心拍由来体動電圧波形からボトム値を検出する手段と、前記ピーク値が所定値以下の値を排除するための閾値を演算する手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上かどうかを判断する手段と、心拍由来体動電圧が閾値に達していない場合、フラグ＝０を付加して元に戻る手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＮｏの場合、元に戻る手段と、心拍由来体動電圧が閾値以上の場合、フラグ＝０かどうかを判断し、フラグ＝０がＹｅｓの場合、フラグ＝１を付加する手段と、心拍由来体動パルスを出力する手段と、心拍由来体動パルスの間隔から１次心拍回数を演算する手段とからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項６】
離床等判断回路は、 被験者が離床したかどうかを判断するため、体動検出フラグ＝０にリセットする手段と、体動検出フラグ＝１≧閾値を判断する手段と、体動検出フラグ＝１≧閾値の判断がＮｏの場合、体動電圧≧閾値を判断し、体動電圧≧閾値がＮｏである間は、元の工程に戻る手段と、体動電圧≧閾値がＹｅｓになると、体動検出フラグ＝１にセットして元に戻る手段と、前記体動検出フラグ＝１≧閾値がＹｅｓの場合、体動電圧＝０を判断する手段と、この体動電圧＝０がＮｏと判断されると、離床タイマ＝０にリセットし、元に戻る手段と、前記体動電圧＝０がＹｅｓの場合、離床タイマを起動する手段とからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項７】
警報回路は、被験者の離床通報処理をするために、体動検出フラグ＝１のとき閾値を超えたかどうかを判断し、超えなければ元に戻って繰り返す手段と、体動検出フラグ＝１のとき閾値を超えたかがＹｅｓになると、体動検出のＬＥＤを点灯する手段と、体動検出のＬＥＤを点灯後、離床タイマが始動し、離床タイマが設定時間を経過したかを判断し、超えなければ元に戻り設定時間経過まで繰り返す手段と、離床タイマが設定時間を経過すると、離床通報のＬＥＤを点灯する手段と、離床通報のブザーを鳴動する手段と、被験者１０が離床したことを子機に通報する手段と、停止スイッチが設定時間を経過するまで離床通報のＬＥＤを点灯し、離床通報ブザーを鳴動し、子機への通報を継続する手段と、停止スイッチが設定時間を経過すると、離床通報のＬＥＤを消灯し、離床通報ブザーを停止し、体動検出のＬＥＤを消灯する手段とからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項８】
呼吸数と心拍数に関する最初の６０秒間の最大値、最小値が記録され、さらに６０秒間毎に最大値、最小値、平均値、標準偏差値がファイルに記録保存され、所定件毎に新しいファイルに更新可能なメモリカードを具備し、かつ、このメモリカードに記憶された呼吸数と、心拍数の閾値と標準偏差値の閾値の両方を超えたとき、警報の表示・伝送が行われる警報回路を具備してなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項９】
マットは、エアを封入したエアマットからなり、このエアマットに、生体情報を圧力変動として検出する圧力センサを設けたものからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項１０】
センサは、ポリプロピレンシートの内部に無数の小さなバブルを形成させ、このポリプロピレンシートに電荷をチャージさせて電荷をバブルの中に捕獲し、このセンサエレメントの上下面にシグナル電極とアース電極で挟みつけたシート状の静電容量型圧力センサからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項１１】
センサは、柔軟性を有する一対の導電布の間に、両面に柔軟性を有する誘電体を設けた導電布を設け、前記一対の導電布と前記誘電体との間に互いに接触する部分と接触しない部分を設け、前記接触しない部分の大きさが変化することにより静電容量が変動する静電容量型圧力センサからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項１２】
センサは、弾性的に撓曲可能な敷き板部にケーブル状歪み検出センサを装着し、被験者の生体活動に伴い発生する敷き板部の歪みの変動を検出する歪検出センサからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項１３】
センサは、シート状部材に、可撓性を有するケーブル状又はフィルム状圧電センサを感圧手段として配置した圧電センサからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項１４】
センサは、フレキシブル基板と、このフレキシブル基板を覆う外装部材とを備え、前記フレキシブル基板は、機能部が所定の生体情報に関連するパラメータを連続測定するフレキシブル加速度センサ部からなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項１５】
センサは、シーツ等の平板状体に設けた光ファイバへ光源から光を入射し、生体活動に伴って前記光ファイバの形状変化により生じた光ファイバ内を伝搬する光の偏波状態の変化を検出し、この偏波変動の検出値から生体情報を検出する光ファイバ式平板状体センサからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【請求項１６】
センサは、軟質のシリコンゴムからなる芯材の上に高分子圧電フィルムで作られた複数枚の検出片を複数枚並列に敷き並べ、これを２枚のタオルの間にサンドウィッチ状に挟んで重ね合わせた高分子圧電フィルムからなることを特徴とする請求項１記載の生体情報を収集し伝達する装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
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【図１０】
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【図１７】
【公開番号】特開２０１０−２８４４９８（Ｐ２０１０−２８４４９８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８８５０５（Ｐ２００９−１８８５０５）
【出願日】平成２１年８月１７日（２００９．８．１７）
【出願人】（５０８１８８４６６）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１７日（２００９．８．１７）
【出願人】（５０８１８８４６６）
【Ｆターム（参考）】
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