Warning: fopen(.htaccess): failed to open stream: No such file or directory in /home/jp321/public_html/header.php on line 47

Warning: filesize(): stat failed for .htaccess in /home/jp321/public_html/header.php on line 48

Warning: fread() expects parameter 1 to be resource, boolean given in /home/jp321/public_html/header.php on line 48

Warning: fclose() expects parameter 1 to be resource, boolean given in /home/jp321/public_html/header.php on line 49

Warning: fopen(.htaccess): failed to open stream: Permission denied in /home/jp321/public_html/header.php on line 54

Warning: flock() expects parameter 1 to be resource, boolean given in /home/jp321/public_html/header.php on line 56

Warning: fclose() expects parameter 1 to be resource, boolean given in /home/jp321/public_html/header.php on line 63
生体感知装置および生体感知方法 - 株式会社東芝
米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 医学 -> 株式会社東芝

発明の名称 生体感知装置および生体感知方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−151661(P2007−151661A)
公開日 平成19年6月21日(2007.6.21)
出願番号 特願2005−347792(P2005−347792)
出願日 平成17年12月1日(2005.12.1)
代理人 【識別番号】100109900
【弁理士】
【氏名又は名称】堀口 浩
発明者 菅原 淳 / 亀山 研一 / 鈴木 琢治
要約 課題

柔らかい掛け布団などの寝具に適用でき、敷布団と掛け布団の間の人体の介在あるいは寝具上の人体の安静時の向きを簡単に検知する装置を提供すること。

解決手段
特許請求の範囲
【請求項1】
寝具に配設された少なくとも1対の電極と、
前記電極に第1周波数の電圧および第2周波数の電圧を交互に印加する印加手段と、
前記第1周波数の電圧を印加時の電極間の静電容量と、前記第2周波数の電圧を印加時の静電容量の変化を検出する検出手段を有する
生体感知装置。
【請求項2】
それぞれが電極を内包する掛け布団および敷布団の1対の寝具を有し、
前期電極に前記第1周波数の電圧および第2周波数の電圧を交互に印加する印加手段と、
前記第1周波数の電圧を印加時の電極間の静電容量と、前記第2周波数の電圧を印加時の静電容量の変化を検出する検出手段を有する
生体感知装置。
【請求項3】
前記第1周波数は水の誘電緩和周波数より小さい周波数から選択され、
前期第2周波数は水の誘電緩和周波数より大きい周波数から選択されることを特徴とした
請求項1、2記載の生体感知装置。
【請求項4】
複数の短冊状の電極が前記寝具の内部に並列に配設され、
選択的に1対の電極に前記第1周波数の電圧および第2周波数の電圧を交互に印加し、
当該電極間の非平行電界成分から与えられる静電容量の変化を検出することにより、
寝具上の人体の向きと位置を検出するようにした
請求項1、3記載の生体感知装置。
【請求項5】
複数の前記短冊状の電極を、前記寝具の内部に格子状に配設された請求項4に記載の生体感知装置。
【請求項6】
前記電極の材料は導電性繊維を布状に紡いだものからなることを特徴とする請求項1〜5に記載の生体感知装置。
【請求項7】
前記導電性繊維の径は100〜200μmである請求項1〜6に記載の生体感知装置。
【請求項8】
前記導電性繊維はポリエステル繊維に、ニッケルメッキや銅メッキを施したものである請求項1〜7記載の生体感知装置。
【請求項9】
寝具に配設された少なくとも1対の電極と、
前記電極に第1周波数の電圧および第2周波数の電圧を交互に印加し、
前記第1周波数の電圧印加時の電極間の静電容量と、前記第2周波数の電圧印加時の静電容量の変化を検出し
寝具中の人体の介在の有無あるいは寝具上の人体の向きを検出するようにした
生体感知方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は寝具等に取り付けた生体感知装置に関するもので、より具体的には、介護施設、病院、養護老人施設などで用いる際に、寝具上の人の所在の確認、寝姿の状況認識をリアルタイムで検出するものである。
【背景技術】
【0002】
介護施設やひとり暮らしの高齢者、子供の健康管理に関して昨今関心が高まっている。とりわけ布団やベッド上の寝姿の状況認識については、所在確認、褥そうの防止、いびきの防止の観点からも様々な手法が考えられている。
【0003】
その一つとして、医療やリハビリテーションの現場で用いられる通報装置があり、離床したベッド使用者がベッド脇のマットを踏むことで圧力が検知され、離床信号として外部表示または通報されるよう構成されている(たとえば特許文献1参照)。この手法は身辺周りの動作を十分に行うことができない患者等が一人で行動しようとして転倒したり、負傷したりする事故を未然に防止しようとするものである。
【0004】
一方、建造物に設けられている電源線を利用し、ベッド上の人体に誘導される商用交流電圧を、敷布に設置した導電性の材料の電極で検出し、生体情報を得る装置も提案されている(たとえば特許文献2参照)。検出された誘導電圧が一定以上の場合は在床、一定以下の場合は離床していると判断し、さらには寝具上に誘導電極を2次元状に配置しておき、一定以上の誘導電圧が検出された誘導電極の分布状態から、ベッド上の人の姿勢、体動などの状況をモニタリングするものである。
【0005】
しかしながら、上記従来の技術の検出システムでは次のような問題点があった。
【0006】
マットなどの圧力検知手段を設置する場合、ベッド使用者が自らマットを踏まなければならず、離床を判別することはできるものの、ベッド上で布団を掛けているかどうか、また、寝具上でどのような状態であるかを客観的に検知することができない。
【0007】
一方、商用電源を用いた方式においては、患者等の寝具上での臥位、座位の姿勢、離床前後の検出はできるものの、この方式においても敷布団と掛け布団の間に人体が介在しているかわからず、また安静状態での体の向きについては検知できず、患者などの在床情報が断片的になりうる。
【特許文献1】特開平10−94525号公報
【特許文献2】特開2004−261542公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、上記従来技術の問題点を鑑みてなされたもので、柔らかい掛け布団などの寝具に適用でき、敷布団と掛け布団の間の人体の介在あるいは寝具上の人体の安静時の向きを簡単に検知する装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明では上記した目的を達成するために、次のような手段を講じている。
【0010】
本発明の一態様では、寝具に配設された少なくとも1対の電極と、電極に第1周波数の電圧および第2周波数の電圧を交互に印加する印加手段と、第1周波数の電圧を印加時の電極間の静電容量と、第2周波数の電圧を印加時の静電容量の変化を検出する検出手段を有する構成とした。具体的には、人体の比誘電率の周波数依存性を利用することで、人体の介在の有無を判別することができる。
【0011】
電極は、敷き布団と掛け布団のような一対の寝具の内部それぞれにシート状に挿入されてもよく、あるいは、ベッドマットレスや敷き布団のように寝具単体に短冊状や格子状に配してもよい。上記電極の材料としては、いわゆる導電性繊維が用いられ、布状に紡がれたものが用いられる。
【0012】
印加する第1周波数、第2周波数としては人体が大部分水分で構成されていることから、水の誘電率変化の激しい周波数帯を用いるべく、水の誘電緩和周波数前後の値が選択されることが好ましい。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、柔らかい掛け布団などの寝具に適用でき、寝具上の掛け布団の状態や人体の向きを簡単に検知することができる。また、電極を配設した寝具はクリーニングが可能で衛生的に清潔に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下に本発明に係る実施形態を図面に従って説明する。
【0015】
本発明の第一の実施形態について説明する。図1(a)は本発明に係る寝具の一態様である1組の掛け布団と敷き布団(以下、1対で寝具という)の中で人体が介在している断面図を示している。破線101は掛け布団、破線103は敷き布団、102および104は電極である。矢印は電圧印加時に電極間に生じる電界の一部を示している。電極は、導電性繊維が布状に紡がれたものが用いられる。導電性繊維の材質は、たとえば、ポリエステル繊維や布にニッケルメッキや銅メッキを施したもの、有機錯体系繊維、炭素系繊維などが採用され、寝具として寝心地を損ねないようにするため、十分に空気や水蒸気を透過できるよう紡がれたものが好ましい。また、導電性繊維の径は100〜200μmが好ましい。100μm以下であると電極として耐久性に乏しく、長い期間使用ができなる虞れがある。また、200μm以上であると、寝具の柔軟性に追従できず、寝具の機能を果さなくなる可能性があり好ましくない。なお、導電性繊維は図1(a)のように寝具内の綿や化学繊維の中に介在していることが好ましいが、掛け布団に乗ったもの、あるいは敷き布団の下に敷いた構成でもよい。導電性繊維を有する寝具は一般の寝具と同様クリーニングが可能で衛生的にも清潔に保つことができる。
【0016】
図1(b)は人体の比誘電率の周波数による変化を示している。人体は主に水分、たんぱく質、カルシウムなどから構成される。そのため、人体に電圧を印加し、人体をコンデンサーとみなした場合の比誘電率を測定すると、図1(b)のように測定周波数によって異なる比誘電率を示す。このように人体の比誘電率は周波数に依存するため、特定の周波数の電圧を電極を内包する寝具に印加し人体の静電容量を測定すると、周波数依存性に基づく静電容量の変化が観測できる。
【0017】
図1(c)は本発明の一態様であり、寝具の中で人体が介在していない場合の断面図を示している。また、図1(d)は人体が介在しない場合の比誘電率の周波数による変化を示している。図1(c)のように寝具の中に人体が介在しないと、図1(d)のように周波数を変化させても、比誘電率の変化は表れず、よって静電容量の変化は観測されない。
【0018】
本発明は、このように比誘電率の変化ならびに比誘電率に基づく静電容量の変化を測定することによって、寝具中の人体の介在の有無を検知するものである。
【0019】
図2は水の比誘電率の周波数依存性を示している。図2に示すように、1GHz以下では水の比誘電率は約78で、100GHz以上では約4.1であることがわかっている。これは、水分子の極性に因るものであり、 印加電圧の周波数によって分子内の電荷の移動頻度が増減するためである。
【0020】
例えば、f1=1GHz、f2=100GHzとすれば水の比誘電率の比は約20倍となり、水を主成分とする人体の場合、先述のように比誘電率に基づく静電容量の差をみることで、人体の介在を容易に判別することができる。なお、上記の周波数に限ったものではなく、水の誘電緩和周波数の20GHz前後でf1、f2を選択しても、同等の効果が得られる。
【0021】
図3は生体感知装置に用いられる静電容量検出回路の一例を示している。f1、f2の周波数の信号源がそれぞれあり、人体と布団の合成静電容量Cxを介して、オペアンプからなるCV変換回路とつながっている。Cxの大きさに従い、CV変換回路から出力される電圧の最大値が変化する。整流回路を通せば直流電圧の値を読むことによりCxの値を知ることができる。Cxの前後には、切り替えスイッチがあり、f1が選ばれたときにはCV変換回路(1)とつながり、f2が選ばれたときにはCV変換回路(2)と接続されるようになっている。CV変換回路(1)、(2)にはそれぞれ、C1,R1、C2、R2が設けてある。Cxに校正用として周波数変化の無いコンデンサーを取り付けたときに、整流回路からの出力電圧V1とV2が等しくなるよう、C1,R1、C2、R2を選んでいる。それゆえ、Cxとして人体などが入ると静電容量の周波数依存性が生じ、V1、V2の差をコンパレーター回路で読んだΔVの値が、人体による静電容量変化であり、布団と人体のオーバーラップ量に対応した値となる。CV変換回路は、ここに挙げた回路だけでなくあらゆる回路が適用可能である。また、CV変換しなくても静電容量を計測できれば、他の方法を使ってもよい。回路で使われる能動素子には、半導体または真空管などが使われる。電圧は、1〜30V程度が通常使われる。
【0022】
図4は、本発明の第一の実施形態のブロック図を概略的に示している。まず周波数f1の電圧を敷き布団の電極に印加し、人体を介して掛け布団内の電極で受け、CV(静電容量−電圧)変換回路を通す。また、周波数f2の電圧を、同様に敷き布団の電極に印加し、人体を経由して掛け布団内の電極で受け、CV(静電容量−電圧)変換回路を通す。周波数f1と周波数f2でそれぞれCV変換回路によって電圧になった値を比較し、その差ΔVがΔCすなわち、静電容量の差に対応するものとなる。
【0023】
なお、上記のような構成を採れば、掛け布団が一部畳まれていたり、めくれあがっていても、人体の有無の判別に影響しないと考えられる。すなわち、f1、f2に相当する特定周波数測定時の寝具の状態が同じであれば、比誘電率の差に掛け布団、敷き布団の電極のオーバーラップ量の依存性はない。換言すれば、静電容量の面積の依存性はないと考えられる。また、掛け布団がめくれ上がっていない状態、めくれた状態の静電容量を予め測定しておけば、人が掛け布団を掛けているかどうかの判別もできる。掛け布団の状態などは、通常カメラなどを用いないと認識が不可能である場合が多いのでプライバシー侵害の問題等を回避する効果もある。
【0024】
本発明の第二の実施の形態について説明する。図5はベッドマットレスあるいは、敷き布団に短冊状の電極を並列に配した本発明に係る寝具の一態様である断面図を示している。501はベッドマットレスあるいは敷き布団、502は短冊状の電極である。図5(a)は人が仰向けあるいはうつ伏せになっている状態、図5(b)は人体が横向けになっている状態を示しており、矢印は電圧印加時に電極間に生じる非平行電界の一部を示している。図5(c)、(d)はそれぞれ(a)と(b)に対応した布団上の静電容量分布と周波数による静電容量の差ΔCの分布である。また、図6は第二の実施形態の一態様であり、本発明のベッドマットレスの上に人が横たわったときの図である。さらに、図7は状態感知装置を用いた観測において実行される処理の流れを示したフローチャートである。
【0025】
本実施形態と第一の実施形態の異なる点は、一対の寝具の片方に短冊状の電極が複数並行に配置されており、電極間の非平行電界成分の静電容量変化を測定する点である。
【0026】
図7のフローチャートを用いて、概念的に観測方法を説明する。まず、制御手段の制御のもと、一対の電極が選択される(ステップ1)。ステップ1で選択される電極は一般的には隣同士の電極であるが、必ずしも隣同士の電極でなくてもよい。次に、第一の実施形態と同様の回路を用いて、f1、f2に相当する周波数の電圧を印加し、それぞれ比誘電率に基づいた静電容量の差(ΔV)の計測を行う(ステップ2、ステップ3)。必要であれば同電極の測定を所定回数繰り返す。
【0027】
次に1対の電極の組み合わせを変えて測定を行なう。すなわち、他の組み合わせの電極間の静電容量の測定が必要か否か(すべての組み合わせを測定完了済みか否か)を判断し(ステップ4)、他の電極間の測定が必要であるならば、ステップ1〜3の処理を繰り返す。一方、他の電極間の静電容量が必要でない場合、あるいは他の電極間の静電容量測定が完了した場合は、各電極間の静電容量の分布、記録を再構成する(ステップ5)。最後に静電容量の変化の大きかった電極の分布状態から、人体の安静時の向きを判定する(ステップ6)。ある電極間で極大を呈していたら、人体が静電容量に変化に関与する電極が相対的に少ないと考えられ、横向きになっていると推測される。また、逆に静電容量の分布が広がっている場合は、人体が静電容量の変化に関与する電極が相対的に多く、仰向けあるいはうつぶせの状態になっていると判断される。
【0028】
図8は本発明の第二の実施形態の回路構成を表したブロック図である。周波数f1の電圧源により、敷き布団内の短冊状の電極Aと電極Bの間に、人体を介して電界がかかり、CV変換回路を通って静電容量値が電圧値となって読み取れる。また、周波数f2の電圧源に切り替えると、同様にして静電容量に対応した電圧値がわかる。これら静電容量の差を走査回路で電極を切り替えながら、布団上の静電容量の分布を検出する。そして、あらかじめ寝姿のデータ(仰向けまたは横向きの時の分布)と比較し、分布の近い方を選び、仰向けか横向きかを判別する。
【0029】
図9は本発明の第二の実施形態の走査回路について示している。短冊状の電極A〜Eを内包した布団801があり、それぞれ末端から配線811〜815が引き伸ばされている。これら配線の先には、各々アナログスイッチの働きをするFETトランジスタTrA1〜TrA3、TrB1〜TrB3、TrC1〜TrC3、TrD1〜TrD3、TrE1〜TrEの入出力端がそれぞれ並列につけられている。アナログスイッチはメカニカルリレーや光電リレーでも好適に用いられる。ここで、FETトランジスタのソース、ドレインを入出力端と呼ぶ。また、FETトランジスタのゲートをON電圧(たとえば15V)にすれば、ソース・ドレインが電気的に低抵抗になるタイプとする。TrA1〜TrE1のもう一方の入出力端は、グランド電位につながっている。TrA2〜TrE2のもう一方の入出力端は、高周波信号源につながっており、SW1により、周波数Freq.1の信号源と周波数Freq.2の信号源とを切り替えることができる。TrA3〜TrE3のもう一方の入出力端は、束ねられCV変換回路とつながっている。TrA1〜TrE1のゲートは、マルチプレクサスイッチのSW4のa〜eにそれぞれつながっていて、TrA2〜TrE2のゲートはマルチプレクサスイッチのSW3のa〜eにそれぞれつながっており、TrA3〜TrE3のゲートはマルチプレクサスイッチのSW2のa〜eにそれぞれつながっている。またどのゲートも数kΩの抵抗でグランド電位またはゲートON電圧(例えば10V)につながっている。SW1〜SW4のスイッチ、マルチプレクサは、シーケンサーや低価格マイコンチップなどで、任意の時系列で切り替え選択制御することができる。なお、SW4は二端子を選択できるマルチプレクサである。
【0030】
表1は図9の回路構成における切り替えの選択制御の組み合わせを示している。
【表1】


【0031】
まず、時刻1で電極Aは周波数Freq.1、電極Bは、CV変換回路へ接続、電極C〜Eはグランド電位に接続する。このようにするために、SW1はFreq.1側へ、SW2はbに、SW3はaに接続する。そしてSW4はaとbに接続する。次に時刻2でSW1のみを切り替え、周波数をFreq.2に変化させる。時刻3では、SW1はFreq.1側へ、SW2はcに、SW3はbに接続。そしてSW4はbとcに接続する。次に時刻4でSW1のみを切り替え、周波数をFreq.2に変化させる。このように順次切り替えていくことにより、一対の電極を選択し、二つの周波数の電界をかけ、静電容量の周波数依存性について布団上の分布を測定し、人体の姿勢を推定することができる。
【0032】
予め、人体の仰向け状態と横向き状態の布団と接する面積がわかっていたならば、図5(c)(d)のように周波数の違いによる静電容量の差の分布が、人体の面積を表すので、仰向き状態と横向き状態を判別することができる。また静電容量の分布およびその差の分布から人体の位置をも検出することができる。
【0033】
この態様の装置、方法をもちいれば、就寝時のいびき解消に役立てられる。一般に仰向け時にいびきをかいていた場合は、体躯を横向きにすればいびきが止むと言われており、この装置、方法によって仰向けを検知し、別途アクチュエーター等を組み合わせて横向きにしてあげるシステムを構築することができる。
【0034】
また、この態様は敷布団あるいはベッドマットレスのみでできるので、夏場で掛布団をかけない場合でも有効に適用することができる。
【0035】
本発明の第三の実施の形態について説明する。図10は本発明に係る寝具の一態様である敷き布団あるいはベッドマットレス内で電極を格子状に配した場合の図である。
【0036】
第二の実施形態では、敷き布団等の長手方向に短冊状の電極であったが、本発明の第三の実施の形態では図10のように、短冊状の電極を2方向から組み合わせ、敷き布団等平面内で格子状に電極を配置している。図6の電極A1−A2間、A2−A3間、B1−B2間、B2−B3間の静電容量を図7のフローチャートのように順次測定して行き、周波数依存性が大きかった電極間の縦横の組み合わせがわかれば、そこに人体が存在する可能性が大きいことがわかる。
【0037】
考えられる利用方法としては子供のように、体が小さく、寝相が悪い場合、このように二次元座標のどの位置に寝ているかを判別できると、エアコンの風向き最適化を図るうえで有効である。また、大人の場合でも、これにより寝姿勢を把握することができる。
【0038】
また、布団ではなく、床の下に電極を敷けば、床の上のどの部分に人体がいるかまで判別できる。例えば、床暖房装置で、人体が存在する部分だけヒータをONし、省エネルギーな装置に仕上げることができる。
【0039】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるのではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態にわたる全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0040】
以上本発明によれば、入院している患者や高齢者、子供などが使用する掛け布団の状態や寝具上の人体の向きを簡単に検知することができ、医療現場や家庭内で幅広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明の第一の実施形態の原理を表す図
【図2】水の比誘電率の周波数依存性
【図3】本発明の静電容量検出回路の一例
【図4】本発明の第一の実施形態の流れを示したブロック図
【図5】本発明の第二の実施形態の原理を表す図
【図6】本発明の第二の実施形態の使用法を表す図
【図7】本発明の第二の実施形態の測定方法の流れを示したフローチャート
【図8】本発明の第二の実施形態の流れを示したブロック図
【図9】本発明の第二の実施形態の走査回路
【図10】本発明の第三の実施形態を表す図
【符号の説明】
【0042】
101…掛け布団
102…電極
103…敷き布団
104…電極
501・・・ベッドマットレス
502・・・短冊状の電極




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013