JP5434623B2

JP5434623B2 - 生体情報検出装置

Info

Publication number: JP5434623B2
Application number: JP2010009850A
Authority: JP
Inventors: 英二藤岡
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2030-01-20
Also published as: JP2011147528A

Description

本発明は、心拍などの生体情報を検出する生体情報検出装置に関する。

歪み検出センサが装着された、弾性的に撓曲可能な敷き板部を被験者の下部に配置し、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生体情報計測用パネルが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−０４３４４５号公報

しかしながら、特許文献１の生体情報計測用パネルでは、歪み検出センサが被験者の下部に配置されるため、寝心地に違和感を与えるおそれがある。歪み検出センサがマットレスの上部に配置された場合は、被験者の動き、状態によるマットレスの大きな変形に伴い、敷き板部の破損や歪み検出センサの変形、破断が起こる場合がある。また、歪み検出センサと信号線との接続部への応力集中のため、接続部の破断が起こる場合がある。歪み検出センサがマットレスの下部に配置された場合は、振動が歪み検出センサへ到達する前にマットレスにより吸収されて減衰してしまい、歪み検出センサの変形が十分に得られず、生体信号をとらえられない場合がある。また、通気性のために孔が設けられたベッドフレームや、金属ワイヤが格子状に配置されたワイヤハンモック状のベッドフレームを備えるベッドには、歪み検出センサが取り付けられない場合がある。仮に歪み検出センサを取り付けられたとしても、孔と対面する部分では歪み検出センサ全体が振動してしまい変形が十分に得られないために、生体信号が検出できない場合がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、生体情報を効率よく検出でき、利用者に違和感を与えずに配置できる生体情報検出装置を提供することを課題とする。

本発明の課題解決手段は、生体の長手方向に沿った振動を検出し前記振動に基づいて信号を出力する振動検出部と、前記振動検出部により出力された前記信号を処理する信号処理部と、前記信号処理部により処理された前記信号に基づいて生体情報を算出する生体情報算出部と、を備え、以下の（１）又は（２）の構成を持つことを特徴とする生体情報検出装置とした。（１）前記振動検出部は、ベッドフレームと前記ベッドフレームの長手方向の片側端部に設けられたボード部材と前記ベッドフレームの上に載置されたマットレスを備えるベッドの前記ボード部材と前記マットレスの間に挟持されて前記マットレスの長手方向に沿った振動を検出する。（２）前記振動検出部は、ベッドフレームと前記ベッドフレームの上に載置されたマットレスを備えるベッドの前記マットレスの長手方向の端部に内蔵されて前記マットレスの長手方向に沿った振動を検出する。

本発明によれば、振動検出部により生体の長手方向に沿った振動が検出されるため、生体の心拍による振動は生体の長手方向に沿う成分の振幅が最も大きいことから、生体の心拍によって生じる振動を効率よく検出することができる。

また、振動検出部は、ベッドのボード部材とマットレスの間に挟持されるため、マットレスの上や、マットレスとベッドフレームの間に配置される場合と比較して、マットレス上に横たわる生体に違和感を与えない。また、通気性のために孔が設けられたベッドフレームや、金属ワイヤが格子状に配置されたワイヤハンモック状のベッドフレームを備えたベッドにも問題なく取り付けられる。

また、振動検出部がマットレスの長手方向の端部に内蔵されるため、ボード部材を備えていないベッドにも問題なく取り付けられる。

実施例に係る生体情報検出装置を配置したベッドを示す説明図である。実施例に係る生体情報検出装置を示す説明図である。横たわった状態の生体（人）の心拍による振動を方向ごとに計測した試験結果を示すグラフである。実施例に係る生体情報検出装置により検出した心拍振動信号を示すグラフである。比較例に係り、生体情報検出装置の振動検出部を、生体の下部かつマットレスの下部に配置して検出した心拍振動信号を示すグラフである。比較例に係り、生体情報検出装置の振動検出部を、生体の下部かつマットレスの下部に配置したところを示す説明図である。

以下に本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、実施例に係る生体情報検出装置２０を配置したベッド１０を示す説明図である。図１（ａ）はベッド１０を上方から見た図、図１（ｂ）はベッド１０を側方から見た図である。ベッド１０は、ベッドフレーム１１、ベッドフレーム１１の長手方向の片側端部に設けられたヘッドボード１２（ボード部材）、ベッドフレーム１１に載置されるマットレス１３を備える。ヘッドボード１２とマットレス１３の間には、実施例に係る生体情報検出装置２０の振動検出部２１が挟持される。

図２は、実施例に係る生体情報検出装置２０を示す説明図である。実施例に係る生体情報検出装置２０は、振動を検出する振動検出部２１と、振動検出部２１により検出された振動信号を処理する信号処理部２３と、信号処理部２３により処理された信号から生体情報を算出する生体情報算出部２４と、を備える。振動検出部２１と信号処理部２３の間は信号線２２により電気的に接続されている。振動検出部２１には、振動検出部２１をヘッドボード１２とマットレス１３の間に挟持された状態で保持する保持部材としての面ファスナー２５が設けられる。振動検出部２１に設けられた面ファスナー２５に対向する面ファスナーは、ヘッドボード１２またはマットレス１３に設けられる。また、面ファスナー２５が振動検出部２１の両面に設けられ、振動検出部２１の面ファスナーに対向する面ファスナーが、ヘッドボード１２およびマットレス１３に設けられてもよい。なお、保持部材は面ファスナーに限られず、マジックテープ、ネジ止め、接着、縫合、スナップフィット等、マットレス１３、ヘッドボード１２および振動検出部２１とが互いに密に接触を保てる構造であればよい。

なお、振動検出部２１に保持部材が設けられていなくても、マットレス１３をヘッドボード１２に押し付けるようにして配置して、マットレス１３とヘッドボード１２の間に振動検出部２１を挟持するようにしてもよい。また、振動検出部２１は、マットレス１３とフットボード（ボード部材）の間に挟持されてもよい。また、振動検出部２１は、マットレス１３の長手方向の端部に内蔵されてもよく、この場合、マットレス１３の本体とカバーとの間に振動検出部２１が挟持されるため、ベッドがヘッドボード１２およびフットボードを備えていない場合でも、振動検出部２１はマットレス１３の振動を検出することができる。

振動検出部２１は、例えば、印加される圧力に応じて電流を生じる圧電センサなどにより構成される。圧電センサの一例としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の有機圧電フィルムセンサが挙げられる。振動検出部２１は、全体がフィルムセンサで構成されても、複数のフィルムセンサが弾性部材により固定されて構成されてもよい。有機圧電フィルムセンサは、フィルム面に対して垂直方向の振動を検知するものが用いられる。振動検出部２１は、ベッド１０のマットレス１３とヘッドボード１２の間に挟持されるため、マットレス１３の長手方向に生じる振動を検出する。振動検出部２１は、印加される圧力に応じて電流を生じることで、振動に応じた信号（出力電圧）を出力する。振動検出部２１からの信号は、信号線２２により信号処理部２３に伝送される。

信号処理部２３は、電子回路、マイクロプロセッサ、コンピュータ等により構成され、取得する生体情報に応じて信号の処理を行う。振動検出部２１により取得可能な生体情報としては、ベッド１０のマットレス１３上の生体（人）の移動（寝返りなど）、呼吸、心拍などが挙げられる。生体の移動を検出するときは、信号処理部２３は、振動検出部２１からの信号をそのまま、または適宜増幅等して出力する。生体の呼吸を検出するときは、信号処理部２３は、ローパスフィルタにより、振動検出部２１からの信号から、呼吸に相当する周波数帯の信号を抽出し、適宜増幅等して出力する。生体の心拍を検出するときは、信号処理部２３は、バンドパスフィルタにより、振動検出部２１からの信号から、心拍に相当する周波数帯の信号を抽出し、適宜増幅等して出力する。

生体情報算出部２４は、電子回路、マイクロプロセッサ、コンピュータ等により構成され、信号処理部２３により処理され出力された信号に基づいて、生体情報を算出する。生体の移動を検出するときは、生体情報算出部２４は、信号処理部２３からの信号があらかじめ設定された所定の閾値を超えるときは生体の移動があると判断する。生体の呼吸を検出するときは、生体情報算出部２４は、信号処理部２３によりローパスフィルタを用いて抽出された、呼吸に相当する周波数帯の信号に基づいて、単位時間あたりの呼吸数などを算出する。生体の心拍を検出するときは、生体情報算出部２４は、信号処理部２３によりバンドパスフィルタを用いて抽出された、心拍に相当する周波数帯の信号に基づいて、単位時間当たりの心拍数などを算出する。

実施例に係る生体情報検出装置２０の動作を以下に説明する。振動検出部２１は、マットレス１３上に横たわる生体の移動、呼吸、心拍などにより生じ、マットレス１３に伝搬する、マットレス１３の長手方向に沿った振動を検出する。振動検出部２１により振動が検出されると、振動に応じた信号が信号線２２を経由して信号処理部２３に伝送される。信号処理部２３は、バンドパスフィルタを用いて、振動検出部２１からの信号から、心拍に相当する周波数帯の信号を抽出し、適宜増幅等して出力する。生体情報算出部２４は、信号処理部２３からの信号に基づいて心拍数などを算出する。

振動検出部２１を、マットレス１３の長手方向に沿った振動を検出するように配置する理由は、試験用荷重変動計測器を用いて横たわった状態の生体（人）の心拍による振動を計測した以下の試験の結果に基づく。図３は、横たわった状態の生体（人）の心拍による振動を方向ごとに計測した試験結果を示すグラフである。生体（人）が荷重変動計測器に横たわって乗った状態で、生体（人）に対して図１のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の荷重変動（振動）を計測し、それぞれをＸ振動、Ｙ振動、Ｚ振動とする。この計測試験により、生体の心拍による振動については、生体の長手方向（頭部から臀部への方向、図１のＹ方向）の振動成分が最も大きいことがわかる。生体の心拍による振動について生体の長手方向の振動成分が最も大きいという結果は、仰向け、うつぶせ、側臥いずれの姿勢でも同様である。生体の心拍による振動について生体の長手方向の振動成分が最も大きいのは、生体の心臓の拍動により、心臓から血液が上方向（頭部方向）へ拍出され、血液が拍出される際に反作用で下方向（臀部方向）に力を受けて心臓が生体の長手方向（頭部から臀部への方向）に沿って振動するためと考えられる。

上記試験結果からわかるように、心拍による生体の長手方向の振動は他の方向成分より大きいため、マットレス１３上に横たわった生体からマットレス１３へは、生体（特に胴体）の長手方向に沿った振動が伝搬する。生体がベッド１０の長手方向に沿って横たわった姿勢である場合、心臓の拍動によってマットレス１３には主に長手方向（図１のＹ方向）に沿った振動が伝搬する。マットレス１３に生じた長手方向の振動は、マットレス１３およびヘッドボード１２に挟持された振動検出部２１により検出される。

実施例に係る生体情報検出装置２０により心拍振動信号を検出した結果を、生体情報検出装置２０を従来のように配置して心拍振動信号を検出した結果と比較して以下に示す。図４は、実施例に係る生体情報検出装置２０により検出した心拍振動信号を示すグラフである。図５は、比較例に係り、生体情報検出装置３０の振動検出部３１を、生体の下部かつマットレス１３の下部に配置して検出した心拍振動信号を示すグラフである。図６は、比較例に係り、生体情報検出装置３０の振動検出部３１を、生体の下部かつマットレス１３の下部に配置したところを示す説明図である。図６（ａ）はベッド１０を上方から見た図、図６（ｂ）はベッド１０を側方から見た図である。

実施例では、図１のように、生体情報検出装置２０の振動検出部２１は、マットレス１３の長手方向に沿った振動を検出するように、マットレス１３とヘッドボード１２の間に挟持されるが、比較例では、図６のように、生体情報検出装置３０の振動検出部３１は、生体の下部かつマットレス１３の下部に配置される。比較例に係る生体情報検出装置３０の振動検出部３１は、実施例と同様に有機圧電フィルムであり、フィルム面に垂直な方向の振動を検出する。比較例では、有機圧電フィルムのフィルム面がマットレス１３の下面に沿うように配置されるため、振動検出部３１はマットレス１３の高さ方向（図６のＺ方向）に沿う振動を検出する。比較例に係る生体情報検出装置３０について、信号線３２、信号処理部３３、生体情報算出部３４の構成および動作は、実施例に係る生体情報検出装置２０の信号線２２、信号処理部２３、生体情報算出部２４とそれぞれ同一である。

図４と図５を比較すると、実施例に係る生体情報検出装置２０による心拍振動信号（図４）は、比較例に係る生体情報検出装置３０による心拍振動信号（図５）より振幅が大きい。これは、実施例に係る生体情報検出装置２０の振動検出部２１が生体の長手方向（マットレス１３の長手方向）に沿った振動を検出するように配置されているためである。

このように、実施例の生体情報検出装置２０によれば、振動検出部２１により生体の長手方向に沿った振動が検出されるため、生体の心拍による振動は生体の長手方向に沿う成分の振幅が最も大きいことから、生体の心拍によって生じる振動を効率よく検出することができる。

また、実施例では、生体から生じる振動は生体の長手方向に沿った振動が効率よく検出されることから、図１のＹ方向の振動を検出するように振動検出部２１を配置したが、図３の試験結果から図１のＸ方向の振動でも生体から生じる振動が検出されることが明らかであるため、Ｘ方向つまり生体の右肩と左肩を結ぶ軸の方向の振動に基づいて信号を出力するように振動検出部２１を配置してもよい。

また、実施例に係る生体情報検出装置２０は、ヘッドボード１２とマットレス１３の間に挟持されるため、マットレス１３の上や、マットレス１３とベッドフレーム１１の間に配置される場合と比較して、マットレス１３上に横たわる生体に違和感を与えない。また、通気性のために孔が設けられたベッドフレームや、金属ワイヤが格子状に配置されたワイヤハンモック状のベッドフレームを備えたベッドにも問題なく取り付けられる。

また、振動検出部２１がヘッドボード１２とマットレス１３の間に挟持されるため、振動検出部２１と信号線２２との接続部に応力が集中するのを避けられる。

実施例に係る生体情報検出装置２０によれば、生体の情報（移動、呼吸、心拍数など）を調べることができ、ベッド１０に配置してベッド１０上に寝ている生体の睡眠状態（長さ、深さなど）を推定することなどに利用できる。

実施例に係る生体情報検出装置２０は、ベッドに限らず椅子や車両用シートなどにも適用可能である。この場合、生体情報検出装置２０は、生体の長手方向（生体の頭部から臀部への方向）の心拍振動を検出するように配置される。

１０ベッド
１１ベッドフレーム
１２ヘッドボード（ボード部材）
１３マットレス
２０生体情報検出装置
２１振動検出部
２２信号線
２３信号処理部
２４生体情報算出部

Claims

生体の長手方向に沿った振動を検出し前記振動に基づいて信号を出力する振動検出部と、
前記振動検出部により出力された前記信号を処理する信号処理部と、
前記信号処理部により処理された前記信号に基づいて生体情報を算出する生体情報算出部と、を備え、以下の（１）又は（２）の構成を持つことを特徴とする生体情報検出装置。
（１）前記振動検出部は、ベッドフレームと前記ベッドフレームの長手方向の片側端部に設けられたボード部材と前記ベッドフレームの上に載置されたマットレスを備えるベッドの前記ボード部材と前記マットレスの間に挟持されて前記マットレスの長手方向に沿った振動を検出する。
（２）前記振動検出部は、ベッドフレームと前記ベッドフレームの上に載置されたマットレスを備えるベッドの前記マットレスの長手方向の端部に内蔵されて前記マットレスの長手方向に沿った振動を検出する。