JP2017205409A - On-bed state monitoring system - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an on-bed state monitoring system capable of more reliably determining whether or not there are chances of a subject falling down.SOLUTION: An on-bed state monitoring system for monitoring an on-bed state of a subject on a bed comprises: a plurality of load detectors provide on the bed or beneath the legs of the bed for detecting a load due to the subject; a center-of-gravity position calculation unit for determining the position of the center of gravity of the subject, based on the load due to the subject; a body axis direction determination unit for determining the direction in which the subject's body axis extends, based on changes in the load due to the subject according to the respiration and/or heart rate of the subject; and an on-bed state determination unit for determining a state of the subject on the bed, based on the position of the center of gravity of the subject and the direction in which the subject's body axis extends.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、荷重検出器を用いてベッド上の被験者の在床状態をモニターする在床状態モニタリングシステムに関する。   The present invention relates to an in-situ state monitoring system that monitors the in-situ state of a subject on a bed using a load detector.

ベッド上の患者や被介護者を遠隔地から管理するためのシステムが、病院や介護施設等で活用されている。例えば病院において患者の在床／離床を検知するシステムを使用すれば、ナースステーションの看護師は、患者が病室のベッド上にいるか否かを病室を訪れることなく確認することができる。また、患者や被介護者がベッドから転落する可能性のある場合に報知がなされれば、転落事故の防止につなげることができる。   A system for managing a patient on a bed and a cared person from a remote location is used in hospitals and nursing care facilities. For example, if a system for detecting the presence / absence of a patient in a hospital is used, the nurse at the nurse station can check whether the patient is on the bed of the patient room without visiting the patient room. Moreover, if a notification is made when there is a possibility that a patient or a cared person will fall from the bed, it can be connected to prevention of a fall accident.

特許文献１は、被験者の重心位置に基づいて被験者の転落の可能性の有無を判定する在床状態判定装置を開示している。特許文献１の在床状態判定装置は、被験者の重心位置がベッドの寝床部の端から所定距離以内である場合に、寝床部上の人が転落等する可能性が高いと判定する。   Patent document 1 is disclosing the presence state determination apparatus which determines the presence or absence of a test subject's possibility of fall based on a test subject's gravity center position. When the subject's center of gravity is within a predetermined distance from the end of the bed portion of the bed, the presence state determination device of Patent Literature 1 determines that the person on the bed portion is highly likely to fall.

特許第５５９３６９２号Japanese Patent No. 5539392

ベッド上の被験者は、寝返り等により、わずかの間に大きく移動することがある。したがって、特許文献１において被験者の転落を確実に防止するためには、注意喚起領域（被験者の重心がこの領域に入ると、転落可能性ありとの判定がなされる領域）をベッド端部沿いの広範囲に設定しなければ、例えば一回の寝返りで被験者の重心が注意喚起領域をまたぎ、転落の危険性を報知する間もなく被験者の転落が生じ得る。一方で、注意喚起領域を広く設定すると、被験者がベッドの中央近傍に安全に位置する場合にも転落可能性ありと誤判定される恐れがある。   The subject on the bed may move greatly in a short time due to turning over. Therefore, in Patent Document 1, in order to reliably prevent the subject from falling down, the alert area (the area where the subject's center of gravity enters the area is determined as the possibility of falling) is located along the bed edge. If it is not set over a wide range, for example, the subject's center of gravity crosses the alert area in one turn and the subject may fall shortly before the danger of falling is notified. On the other hand, if the attention calling area is set wide, it may be erroneously determined that the subject may fall down even when the subject is safely located near the center of the bed.

本発明は、被験者の転落可能性の有無を、より確実に判定することのできる在床状態モニタリングシステムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an in-situ state monitoring system that can more reliably determine whether or not a subject is likely to fall.

本発明の第１の態様に従えば、
ベッド上の被験者の在床状態をモニターする在床状態モニタリングシステムであって、
ベッド又はベッドの脚下に設けられ、被験者による荷重を検出する複数の荷重検出器と、
前記被験者による荷重に基づき被験者の重心の位置を求める重心位置算出部と、
前記被験者による荷重の被験者の呼吸及び／又は心拍に応じた変化に基づいて、被験者の体軸の延びる方向を求める体軸方向決定部と、
前記被験者の重心の位置及び前記被験者の体軸の延びる方向に基づいて、被験者の前記ベッド上での状態を判定する在床状態判定部とを備える在床状態モニタリングシステムが提供される。なお、本発明において「被験者のベッド上での状態」とは、ベッド上における被験者の身体の配置を意味する。 According to the first aspect of the present invention,
An in-bed monitoring system for monitoring the in-bed state of a subject on a bed,
A plurality of load detectors provided under the bed or under the legs of the bed and for detecting a load by the subject;
A center-of-gravity position calculation unit for determining the position of the center of gravity of the subject based on the load by the subject;
A body axis direction determination unit for determining a direction in which the body axis of the subject extends based on a change of the load by the subject according to the breathing and / or heartbeat of the subject;
An in-situ state monitoring system is provided that includes an in-situ state determination unit that determines a state of the subject on the bed based on the position of the center of gravity of the subject and the direction in which the body axis of the subject extends. In the present invention, “the state of the subject on the bed” means an arrangement of the body of the subject on the bed.

第１の態様の在床状態モニタリングシステムは、前記被験者による荷重の被験者の呼吸に応じた変化に基づいて被験者の頭部の配置を決定する頭部配置決定部を更に備えてもよく、前記在床状態判定部は、更に前記被験者の頭部の配置に基づいて被験者の在床状態を判定してもよい。   The occupancy state monitoring system according to the first aspect may further include a head arrangement determining unit that determines an arrangement of the head of the subject based on a change of the load by the subject according to the breathing of the subject. The floor state determination unit may further determine the presence state of the subject based on the arrangement of the subject's head.

第１の態様の在床状態モニタリングシステムは、前記被験者による荷重から被験者の呼吸及び／又は心拍に応じて振動する荷重成分を分離する第１荷重分離部を更に備えてもよく、前記重心位置算出部は、分離された呼吸及び／又は心拍に応じて振動する荷重成分に基づき被験者の重心の位置を求めてもよい。   The occupancy state monitoring system according to the first aspect may further include a first load separation unit that separates a load component that vibrates in accordance with the breathing and / or heartbeat of the subject from the load of the subject, and calculates the position of the center of gravity. The unit may determine the position of the center of gravity of the subject based on the load component that vibrates in accordance with the separated respiration and / or heartbeat.

第１の態様の在床状態モニタリングシステムにおいて前記被験者は複数の被験者であってもよく、第１の態様の在床状態モニタリングシステムは、前記検出された被験者による荷重を、複数の被験者間の呼吸及び／又は心拍の周波数の相違に基づいて複数の被験者の各々の荷重成分に分離する第２荷重分離部を更に備えてもよい。   The subject may be a plurality of subjects in the bed-status monitoring system according to the first aspect, and the bed-status monitoring system according to the first aspect uses the detected load by the subject to breathe between the subjects. In addition, a second load separation unit that separates the load components of each of the plurality of subjects based on the difference in the heartbeat frequency may be further provided.

第１の態様の在床状態モニタリングシステムは、前記在床状態判定部が前記ベッド上の被験者が前記ベッドから転落し得る状態にあると判定したことに基づいて所定の報知を行う報知部を更に備えてもよい。   The in-bed state monitoring system according to the first aspect further includes a notification unit that performs a predetermined notification based on the determination that the in-bed state determination unit is in a state in which the subject on the bed can fall from the bed. You may prepare.

本発明の在床状態モニタリングシステムは、被験者の転落可能性の有無を高い精度で判定することができる。   The occupancy state monitoring system of the present invention can determine the presence or absence of a subject's possibility of falling with high accuracy.

図１は、本発明の実施形態に係る在床状態モニタリングシステムの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a occupancy state monitoring system according to an embodiment of the present invention. 図２は、荷重検出器のベッドに対する配置を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the arrangement of the load detector with respect to the bed. 図３は、本発明の実施形態に係る在床状態モニタリング方法を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a bed-holding state monitoring method according to the embodiment of the present invention. 図４は、ベッド上面に画成される４つの荷重検出領域の配置を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the arrangement of four load detection areas defined on the upper surface of the bed. 図５は、荷重検出器からの荷重信号の一例を示す。FIG. 5 shows an example of a load signal from the load detector. 図６は、被験者の重心軌跡の一例を示す。FIG. 6 shows an example of the subject's center of gravity locus. 図７は、被験者の重心が被験者の呼吸に応じて振動する様子を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state in which the subject's center of gravity vibrates in accordance with the subject's breathing. 図８は、荷重検出器からの出力信号が被験者の呼吸に応じて振動する様子を示すグラフであり、図８（ａ）は被験者の頭側に配置された荷重検出器からの出力信号の振動を示し、図８（ｂ）は被験者の脚側に配置された荷重検出器からの出力信号の振動を示す。FIG. 8 is a graph showing how the output signal from the load detector vibrates according to the breathing of the subject, and FIG. 8A shows the vibration of the output signal from the load detector arranged on the head side of the subject. FIG. 8B shows the vibration of the output signal from the load detector disposed on the leg side of the subject. 図９は、被験者の転落可能性の判定のためにベッド面に画成された複数の領域の配置を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing an arrangement of a plurality of areas defined on the bed surface for determining the possibility of the subject to fall. 図１０は、被験者の体軸の方向を求める方法を説明するための説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a method for obtaining the direction of the body axis of the subject. 図１１は、被験者の体軸の方向を求める他の方法を説明するための説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining another method for obtaining the direction of the body axis of the subject. 図１２は、変形例に係るベッドシステムの全体構成を示すブロック図である。FIG. 12 is a block diagram illustrating an overall configuration of a bed system according to a modification.

＜実施形態＞
図１〜図１１を参照して、本発明の実施形態について説明する。 <Embodiment>
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図１に示す通り、本実施形態の在床状態モニタリングシステム１００は、荷重検出部１、制御部３、記憶部４、表示部５を主に有する。荷重検出部１と制御部３とは、Ａ／Ｄ変換部２を介して接続されている。制御部３には更に、報知部６及び入力部７が接続されている。   As shown in FIG. 1, the occupancy state monitoring system 100 of this embodiment mainly includes a load detection unit 1, a control unit 3, a storage unit 4, and a display unit 5. The load detection unit 1 and the control unit 3 are connected via an A / D conversion unit 2. Further, a notification unit 6 and an input unit 7 are connected to the control unit 3.

荷重検出部１は、４つの荷重検出器１１、１２、１３、１４を備える。荷重検出器１１、１２、１３、１４のそれぞれは、例えばビーム形のロードセルを用いて荷重を検出する荷重検出器である。このような荷重検出器は例えば、特許第４８２９０２０号や特許第４００２９０５号に記載されている。荷重検出器１１、１２、１３、１４はそれぞれ、配線によりＡ／Ｄ変換部２に接続されている。   The load detection unit 1 includes four load detectors 11, 12, 13, and 14. Each of the load detectors 11, 12, 13, and 14 is a load detector that detects a load using, for example, a beam-type load cell. Such a load detector is described in, for example, Japanese Patent No. 4829020 and Japanese Patent No. 4002905. Each of the load detectors 11, 12, 13, and 14 is connected to the A / D converter 2 by wiring.

荷重検出部１の４つの荷重検出器１１、１２、１３、１４は、被験者が使用するベッドの脚の下に配置される。具体的には荷重検出器１１、１２、１３、１４は、図２に示す通り、ベッドＢＤの四隅の脚の下端部に取り付けられたキャスターＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４の下にそれぞれ配置される。 The four load detectors 11, 12, 13, and 14 of the load detection unit 1 are arranged under the legs of the bed used by the subject. Specifically, as shown in FIG. 2, the load detectors 11, 12, 13, and 14 are below casters C ₁ , C ₂ , C ₃ , and C ₄ attached to the lower ends of the legs at the four corners of the bed BD. Each is arranged.

Ａ／Ｄ変換部２は、荷重検出部１からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備え、荷重検出部１と制御部３にそれぞれ配線で接続されている。   The A / D converter 2 includes an A / D converter that converts an analog signal from the load detector 1 into a digital signal, and is connected to the load detector 1 and the controller 3 by wiring.

制御部３は、専用又は汎用のコンピュータであり、内部に重心位置算出部３１、体軸方向決定部３２、頭部配置決定部３３、在床状態判定部３４が構築されている。   The control unit 3 is a dedicated or general-purpose computer, and a center-of-gravity position calculation unit 31, a body axis direction determination unit 32, a head arrangement determination unit 33, and a siding state determination unit 34 are built therein.

記憶部４は、在床状態モニタリングシステム１００において使用されるデータを記憶する記憶装置であり、例えばハードディスク（磁気ディスク）を用いることができる。表示部５は、制御部３から出力される情報を在床状態モニタリングシステム１００の使用者に表示する液晶モニター等のモニターである。   The memory | storage part 4 is a memory | storage device which memorize | stores the data used in the occupancy state monitoring system 100, for example, can use a hard disk (magnetic disk). The display unit 5 is a monitor such as a liquid crystal monitor that displays information output from the control unit 3 to a user of the in-bed state monitoring system 100.

報知部６は、制御部３からの情報に基づいて転落注意報等の所定の報知を視覚的又は聴覚的に行う装置、例えばスピーカを備える。入力部７は、制御部３に対して所定の入力を行うためのインターフェイスであり、キーボード及びマウスにし得る。   The notification unit 6 includes a device, such as a speaker, that visually or audibly performs a predetermined notification such as a fall warning based on information from the control unit 3. The input unit 7 is an interface for performing a predetermined input to the control unit 3 and can be a keyboard and a mouse.

在床状態モニタリングシステム１００を使用した被験者の在床状態のモニターは、図３に示す通り、被験者の荷重を検出する荷重検出工程Ｓ１、検出した荷重に基づいて被験者の重心位置を算出する重心位置算出工程Ｓ２、求めた重心位置に基づいて被験者の体軸が延びる方向を決定する体軸方向決定工程Ｓ３、被験者の頭部が体軸方向のどちら側に位置するかを決定する頭部配置決定工程Ｓ４、ベッドから被験者が転落する可能性があるか否かを判定する在床状態判定工程Ｓ５、在床状態判定工程Ｓ５の判定に基づき所定の報知を行う報知工程Ｓ６を含む。   As shown in FIG. 3, the monitor of the subject's bed state using the bed-state monitoring system 100 is a load detection step S <b> 1 for detecting the subject's load, and the barycentric position for calculating the subject's barycentric position based on the detected load. Calculation step S2, body axis direction determination step S3 for determining the direction in which the subject's body axis extends based on the obtained center of gravity position, and head placement determination for determining on which side of the subject's head the body axis direction is located Step S4 includes a presence state determination step S5 for determining whether or not the subject may fall from the bed, and a notification step S6 for performing predetermined notification based on the determination in the presence state determination step S5.

［荷重検出工程］
荷重検出工程Ｓ１では、荷重検出器１１、１２、１３、１４を用いてベッドＢＤ上の被験者Ｓの荷重を検出する。荷重検出器１１、１２、１３、１４は、上記の通りキャスターＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４の下にそれぞれ配置されているため、ベッドＢＤの上面に加えられる荷重は、４つの荷重検出器１１、１２、１３、１４に分散して検知される。具体的には、図４に示す通りベッドＢＤの矩形状の上面は、縦及び横にそれぞれ２分割されて４つの矩形領域Ｉ〜ＩＶに均等に分割される。 [Load detection process]
In the load detection step S1, the load of the subject S on the bed BD is detected using the load detectors 11, 12, 13, and 14. Since the load detectors 11, 12, 13, and 14 are respectively disposed below the casters C ₁ , C ₂ , C ₃ , and C ₄ as described above, loads applied to the upper surface of the bed BD are four loads. The detectors 11, 12, 13, and 14 are dispersed and detected. Specifically, as shown in FIG. 4, the rectangular upper surface of the bed BD is divided into two vertically and horizontally, and is equally divided into four rectangular regions I to IV.

これにより、ベッドＢＤ上の中央部で仰臥する（仰向けに寝る）被験者Ｓの左下半身が位置する領域Ｉに加えられる荷重は主に荷重検出器１１により検出され、同状態の被験者Ｓの右下半身が位置する領域ＩＩに加えられる荷重は主に荷重検出器１２により検出される。同様に、ベッドＢＤ上の中央部で仰臥する被験者Ｓの右上半身が位置する領域ＩＩＩに加えられる荷重は主に荷重検出器１３により検出され、同状態の被験者Ｓの左上半身が位置する領域ＩＶに加えられる荷重は主に荷重検出器１４により検出される。なお、ベッドＢＤ上に被験者Ｓが乗っていない場合、荷重検出器１１、１２、１３、１４からの出力の合計はベッド単体の重量を表わし、ベッドＢＤ上に被験者Ｓが乗っている場合、荷重検出器１１、１２、１３、１４からの出力の合計はベッド単体の重量と被験者Ｓの体重を表わしているため、予め記憶部４にベッド単体の重量を記憶しておくことにより、被験者Ｓが在床した時に被験者Ｓの体重を測定することが出来る。   As a result, the load applied to the region I where the lower left half of the subject S lying on the bed BD (sleeping on his back) is mainly detected by the load detector 11, and the lower right half of the subject S in the same state is detected. The load applied to the region II where the is located is mainly detected by the load detector 12. Similarly, the load applied to the region III where the upper right half of the subject S lying on the bed BD is located is mainly detected by the load detector 13, and the region IV where the upper left half of the subject S in the same state is located. The load applied to is mainly detected by the load detector 14. When the subject S is not on the bed BD, the total output from the load detectors 11, 12, 13, and 14 represents the weight of the bed alone, and when the subject S is on the bed BD, the load Since the total output from the detectors 11, 12, 13, and 14 represents the weight of the bed alone and the weight of the subject S, the subject S can store the weight of the bed alone in the storage unit 4 in advance. The weight of the subject S can be measured when he is in bed.

荷重検出器１１、１２、１３、１４はそれぞれ、荷重（荷重変化）を検出してアナログ信号としてＡ／Ｄ変換部２に出力する。Ａ／Ｄ変換部２は、サンプリング周期を例えば５ミリ秒として、アナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号（以下「荷重信号」）として制御部３に出力する。   Each of the load detectors 11, 12, 13, and 14 detects a load (load change) and outputs it as an analog signal to the A / D conversion unit 2. The A / D conversion unit 2 converts the analog signal into a digital signal with a sampling period of, for example, 5 milliseconds, and outputs the digital signal to the control unit 3 as a digital signal (hereinafter referred to as “load signal”).

荷重信号の一例を図５に示す。図５は、時刻ｔ_１０〜時刻ｔ_１４までの間に出力された荷重検出器１１、１２、１３、１４からの荷重信号ｓ_１（実線）、ｓ_２（破線）、ｓ_３（一点鎖線）、ｓ_４（二点鎖線）の様子を示している。被検者Ｓは、時刻ｔ_１０〜時刻ｔ_１１までの間（期間Ｐ_１１）には図４に示す通りベッドＢＤの中央部に仰臥しており、時刻ｔ_１１〜時刻ｔ_１２までの間（期間Ｐ_１２）にはベッドＢＤの領域Ｉ、ＩＶ側に移動しており、時刻ｔ_１２〜時刻ｔ_１３までの間（期間Ｐ_１３）には期間Ｐ_１２と比べてややベッドＢＤの中央側に移動しており、時刻ｔ_１３〜時刻ｔ_１４までの間（期間Ｐ_１４）にはベッドＢＤの中央部に仰臥していたことが観察されている。 An example of the load signal is shown in FIG. FIG. 5 shows load signals s ₁ (solid line), s ₂ (dashed line), and s ₃ (dashed line) output from the load detectors 11, 12, 13, and 14 output from time t ₁₀ to time t _14. , S ₄ (two-dot chain line). Subject S is between from time _{t 10} ~ time _{t 11} (time _{P 11)} have been supine in central as bed BD shown in FIG. 4, between times _{t 11} ~ time _{t 12} ( During the period P ₁₂ ), the bed BD is moved to the areas I and IV of the bed BD, and slightly between the time t ₁₂ and the time t ₁₃ (period P ₁₃ ) compared to the period P ₁₂ at the center side of the bed BD. It has been observed that during the period from time t ₁₃ to time t ₁₄ (period P ₁₄ ), the person was lying on the center of the bed BD.

期間Ｐ_１１には、被験者Ｓは図４に示す通りベッドＢＤの中央部に仰臥していたので、この期間Ｐ_１１では、被験者Ｓの頭側に配置された荷重検出器１３、１４からの信号ｓ_３、ｓ_４がほぼ等しく、被験者Ｓの脚側に配置された荷重検出器１１、１２からの信号ｓ_１、ｓ_２がほぼ等しい。 In the period P ₁₁ , the subject S is lying on the center of the bed BD as shown in FIG. 4. Therefore, in this period P ₁₁ , signals from the load detectors 13 and 14 arranged on the head side of the subject S are displayed. s ₃ and s ₄ are substantially equal, and signals s ₁ and s ₂ from the load detectors 11 and 12 arranged on the leg side of the subject S are substantially equal.

期間Ｐ_１２には、被験者ＳはベッドＢＤの領域Ｉ、ＩＶ側に移動していたので、この期間Ｐ_１２では、領域Ｉ、ＩＶに配置された荷重検出器１１、１４からの信号ｓ_１、ｓ_４が期間Ｐ_１１に比べて大きな荷重値を示し、領域ＩＩ、ＩＩＩに配置された荷重検出器１２、１３からの信号ｓ_２、ｓ_３は期間Ｐ_１１に比べて小さな荷重値を示している。 The period _{P 12,} the subject S region of the bed BD I, because it was moved to the IV side, in this period _{P 12,} region I, the signal _s 1 from the load detector 11 and 14 arranged in IV, s ₄ indicates a large load value compared to the period P ₁₁ , and signals s ₂ and s ₃ from the load detectors 12 and 13 arranged in the regions II and III indicate a small load value compared to the period P _11. Yes.

期間Ｐ_１３には、被験者Ｓは、期間Ｐ_１２と比べてややベッドＢＤの中央側に移動していたので、この期間Ｐ_１３では、領域Ｉ、ＩＶに配置された荷重検出器１１、１４からの信号ｓ_１、ｓ_４は期間Ｐ_１２に比べて小さな荷重値を示し、領域ＩＩ、ＩＩＩに配置された荷重検出器１２、１３からの信号ｓ_２、ｓ_３は期間Ｐ_１２に比べて大きな荷重値を示している。 The period _{P 13,} the subject S, so was slightly moves to the center side of the bed BD as compared to the period _{P 12,} in this period _{P 13,} region I, the load detector 11 and 14 arranged in IV The signals s ₁ and s ₄ of FIG. ₄ indicate smaller load values than the period P ₁₂ , and the signals s ₂ and s ₃ from the load detectors 12 and 13 arranged in the regions II and III are larger than the period P _12. The load value is shown.

期間Ｐ_１４には、被験者Ｓは、期間Ｐ_１１と同じくベッドＢＤの中央部に仰臥していたので、この期間Ｐ_１４における信号ｓ_１〜ｓ_４は、期間Ｐ_１１における信号ｓ_１〜ｓ_４と同じである。 The period _{P 14,} the subject S, so was supine in central same bed BD to the period _{P 11,} the signal _s 1 ~s ₄ during this period _{P 14,} the signals _s 1 ~s ₄ during the period _{P 11} Is the same.

［重心位置算出工程］
重心位置算出工程Ｓ２では、重心位置算出部３１が、荷重検出器１１〜１４からの荷重信号ｓ_１〜ｓ_４に基づいてベッドＢＤ上の被験者Ｓの重心Ｇの位置Ｇ（Ｘ、Ｙ）を所定の周期Ｔ（例えば上記のサンプリング周期５ミリ秒に等しい）で算出し、被験者Ｓの重心Ｇの位置、及びその時間的変動（重心軌跡ＧＴ）を求める。ここで、（Ｘ、Ｙ）は、ベッドＢＤの中心部を原点として長手方向にＸを、短手方向にＹを取ったＸＹ座標面上における座標を示す（図６）。 [Center of gravity position calculation process]
In the center-of-gravity position calculation step S2, the center-of-gravity position calculation unit 31 determines the position G (X, Y) of the center of gravity G of the subject S on the bed BD based on the load signals s _{1 to} s ₄ from the load detectors 11 to 14. Calculation is performed at a predetermined period T (for example, equal to the above sampling period of 5 milliseconds), and the position of the center of gravity G of the subject S and its temporal variation (center of gravity locus GT) are obtained. Here, (X, Y) indicates coordinates on the XY coordinate plane, where X is taken in the longitudinal direction and Y is taken in the lateral direction with the center of the bed BD as the origin (FIG. 6).

重心位置算出部３１による重心Ｇの位置Ｇ（Ｘ、Ｙ）の算出は、次の演算により行われる。すなわちＧ（Ｘ、Ｙ）は、荷重検出器１１、１２、１３、１４の座標をそれぞれ（Ｘ_１１、Ｙ_１１）、（Ｘ_１２、Ｙ_１２）、（Ｘ_１３、Ｙ_１３）、（Ｘ_１４、Ｙ_１４）、荷重検出器１１、１２、１３、１４の荷重の検出値をそれぞれＷ_１１、Ｗ_１２、Ｗ_１３、Ｗ_１４として、次式により算出される。

The calculation of the position G (X, Y) of the center of gravity G by the center of gravity position calculation unit 31 is performed by the following calculation. In other words, G (X, Y) represents the coordinates of the load detectors 11, 12, 13, 14 as (X ₁₁ , Y ₁₁ ), (X ₁₂ , Y ₁₂ ), (X ₁₃ , Y ₁₃ ), (X ₁₄ ), respectively. , Y ₁₄ ), and the detected load values of the load detectors ₁₁ , ₁₂ , ₁₃ , and ₁₄ are respectively calculated as W ₁₁ , W ₁₂ , W ₁₃ , and W _{14 according} to the following equations.

重心位置算出部３１は、上記の数式１、数式２に基づいて重心Ｇの位置Ｇ（Ｘ、Ｙ）を所定のサンプリング周期Ｔで算出しながら、重心Ｇの位置Ｇ（Ｘ、Ｙ）の時間的変動、即ち重心軌跡ＧＴを求め、例えば記憶部４に記憶させる。   The center-of-gravity position calculation unit 31 calculates the time G of the position G (X, Y) of the center of gravity G while calculating the position G (X, Y) of the center of gravity G at a predetermined sampling period T based on the above formulas 1 and 2. Change, that is, the center-of-gravity locus GT is obtained and stored in the storage unit 4, for example.

重心位置算出部３１で算出された重心軌跡ＧＴの一例を図６に示す。図６は、図５の期間Ｐ_１１、Ｐ_１２、Ｐ_１３内の任意の時刻ｔ_１１０、ｔ_１２０、ｔ_１３０における、ベッドＢＤ上の被験者Ｓの重心Ｇの位置Ｇ（Ｘ_Ｐ１１、Ｙ_Ｐ１１）、Ｇ（Ｘ_Ｐ１２、Ｙ_Ｐ１２）、Ｇ（Ｘ_Ｐ１３、Ｙ_Ｐ１３）を示しており、これらを繋ぐ一点鎖線の矢印は、位置Ｇ（Ｘ_Ｐ１１、Ｙ_Ｐ１１）からＧ（Ｘ_Ｐ１３、Ｙ_Ｐ１３）まで移動する被験者Ｓの重心Ｇの重心軌跡ＧＴを示している。 An example of the center of gravity locus GT calculated by the center of gravity position calculating unit 31 is shown in FIG. 6 shows the position G (X _P11 , Y _P11 ) of the center of gravity G of the subject S on the bed BD at any time t ₁₁₀ , t ₁₂₀ , t ₁₃₀ within the periods P ₁₁ , P ₁₂ , P _{13 of} FIG. , G (X _P12 , Y _P12 ), G (X _P13 , Y _P13 ), and the dot-and-dash line arrows connecting them represent positions G (X _P11 , Y _P11 ) to G (X _P13 , Y _P13 ). The center-of-gravity locus GT of the center-of-gravity G of the subject S moving up to is shown.

［体軸方向決定工程］
体軸方向決定工程Ｓ３では、体軸方向決定部３２が、重心位置算出工程Ｓ２において算出された重心軌跡ＧＴを使って、被験者Ｓの体軸ＳＡ（図４）の方向を決定する。 [Body axis direction determination process]
In the body axis direction determination step S3, the body axis direction determination unit 32 determines the direction of the body axis SA (FIG. 4) of the subject S using the center of gravity locus GT calculated in the center of gravity position calculation step S2.

人間の呼吸は、胸郭及び横隔膜を移動させて、肺を膨張及び収縮させることにより行われる。ここで吸気時、すなわち肺が膨張する時には横隔膜は下方に下がり、内臓も下方に移動する。一方で呼気時、すなわち肺が収縮する時には横隔膜は上方に上がり、内臓も上方に移動する。本発明の発明者は研究により、この内臓移動に伴って重心Ｇがわずかに移動すること、及び重心Ｇの移動が背骨の延在方向（体軸ＳＡの方向）にほぼ沿った振動であることを見出した。被験者Ｓの呼吸に応じて生じる重心Ｇの体軸ＳＡ方向の振動を、以下、「呼吸振動」と呼ぶ。   Human breathing is performed by moving the thorax and diaphragm to expand and contract the lungs. Here, when inhaling, that is, when the lungs expand, the diaphragm descends downward, and the internal organs also move downward. On the other hand, when exhaling, that is, when the lungs contract, the diaphragm rises upward and the internal organs also move upward. The inventor of the present invention has studied that the center of gravity G slightly moves along with the movement of the internal organs, and that the movement of the center of gravity G is vibration substantially along the extending direction of the spine (the direction of the body axis SA). I found. The vibration in the direction of the body axis SA of the center of gravity G generated in response to the breathing of the subject S is hereinafter referred to as “breathing vibration”.

重心Ｇの呼吸振動の軌跡の一例を図７に示す。なお、呼吸振動は被験者Ｓの体軸ＳＡ沿いに生じるため、呼吸振動の軌跡は実際には略一軸上に現れるが、図７においては、振動の様子を示すため体軸ＳＡに直交する方向に展開して描いている。   An example of the locus of respiratory vibration of the center of gravity G is shown in FIG. Note that since the respiratory vibration occurs along the body axis SA of the subject S, the trajectory of the respiratory vibration actually appears substantially on one axis, but in FIG. 7, in the direction orthogonal to the body axis SA in order to show the state of the vibration. Unfold and draw.

体軸方向決定部３２は、被験者Ｓの重心軌跡ＧＴを記憶部４から取り出し、重心軌跡ＧＴに含まれる呼吸振動の軌跡から、１つの極値点（例えば、図７の点ＥＰ１）と、当該極値点の直前又は直後に現れる他の極値点（例えば、図７の点ＥＰ２）とを特定し、両点を結ぶ軸の方向を被験者Ｓの体軸ＳＡの方向と決定する。   The body axis direction determination unit 32 extracts the center of gravity trajectory GT of the subject S from the storage unit 4, and from the respiratory vibration trajectory included in the center of gravity trajectory GT, one extreme point (for example, the point EP1 in FIG. 7) and the relevant Another extreme value point (for example, point EP2 in FIG. 7) appearing immediately before or after the extreme value point is specified, and the direction of the axis connecting both points is determined as the direction of the body axis SA of the subject S.

［頭部配置決定工程］
頭部配置決定工程Ｓ４では、頭部配置決定部３３が、以下のような原理により、体軸ＳＡ方向のどちら側が頭側であるかを決定する。 [Head placement determination process]
In the head placement determination step S4, the head placement determination unit 33 determines which side in the body axis SA direction is the head side based on the following principle.

本発明の発明者が、ベッドＢＤ上の被験者Ｓの呼吸が荷重検出器からの荷重信号に与える影響について研究したところ、被験者Ｓの頭側に位置する荷重検出器からの荷重信号と、被験者Ｓの脚側に位置する荷重検出器からの荷重信号が、それぞれ図８（ａ）、図８（ｂ）に示す波形を有して変動することがわかった。   When the inventor of the present invention studied the influence of the breathing of the subject S on the bed BD on the load signal from the load detector, the load signal from the load detector located on the head side of the subject S, and the subject S It was found that the load signals from the load detectors located on the leg side of the figure fluctuate with the waveforms shown in FIG. 8 (a) and FIG. 8 (b), respectively.

図８（ａ）は被験者Ｓの頭側に位置する荷重検出器からの荷重信号の波形（以下、「頭側波形ＨＷ」と呼ぶ）を示し、図８（ｂ）は被験者Ｓの脚側に位置する荷重検出器からの荷重信号の波形（以下、「脚側波形ＬＷ」と呼ぶ）を示す。時刻ｔ_２０は被験者Ｓが吸気を開始する時刻、時刻ｔ_２１は被験者Ｓが吸気を終了する時刻、時刻ｔ_２２は被験者Ｓが呼気を開始する時刻、時刻ｔ_２３は被験者Ｓが呼気を終了する時刻、時刻ｔ_２４は被験者Ｓが次の吸気を開始する時刻である。 8A shows a waveform of a load signal from a load detector located on the head side of the subject S (hereinafter referred to as “head side waveform HW”), and FIG. 8B shows the leg side of the subject S. A waveform of a load signal from a load detector located (hereinafter referred to as “leg-side waveform LW”) is shown. Time t ₂₀ is the time when the subject S starts inspiration, time t ₂₁ is the time that the subject S is completed intake, time time t ₂₂ is the subject S starts expiration time t ₂₃ has subject S to exit the exhalation time, time t ₂₄ is the time at which the subject S is the start of the next intake.

図８（ａ）、（ｂ）に示される通り、被験者Ｓが吸気を行っている時刻ｔ_２０から時刻ｔ_２１の間（吸気期間Ｐ_２１）においては、被験者Ｓの頭側に配置された荷重検出器の検出値は徐々に減少し、一方で被験者Ｓの脚側に配置された荷重検出器の検出値は徐々に増加している。これは、吸気時には被験者Ｓの重心Ｇが脚側に向かって移動するためである。 As shown in FIGS. 8A and 8B, the load arranged on the head side of the subject S from the time t ₂₀ when the subject S is inhaling to the time t ₂₁ (inspiration period P ₂₁ ). The detection value of the detector gradually decreases, while the detection value of the load detector arranged on the leg side of the subject S gradually increases. This is because the center of gravity G of the subject S moves toward the leg side during inhalation.

被験者Ｓが呼気を行っている時刻ｔ_２２から時刻ｔ_２３の間（呼気期間Ｐ_２３）においては、被験者Ｓの頭側に配置された荷重検出器の検出値は徐々に増加し、一方で被験者Ｓの脚側に配置された荷重検出器の検出値は徐々に減少している。これは、呼気時には被験者Ｓの重心位置Ｇが頭側に向かって移動するためである。 In between times t ₂₃ from the time t ₂₂ to the subject S is performing the breath (exhalation period P _23), the detected value of the load detector disposed on the head side of the subject S is gradually increased, while the subject The detection value of the load detector arranged on the leg side of S gradually decreases. This is because the center-of-gravity position G of the subject S moves toward the head side during expiration.

発明者の知見によれば、図８（ａ）、（ｂ）に示す頭側波形ＨＷ及び脚側波形ＬＷは次の特徴を有するそれぞれ非対称な波形である。すなわち、頭側波形ＨＷにおいては、立上りが立下りより急峻であり、且つ立上り後に現れる上側ピークの幅が立下り後に現れる下側ピークの幅よりも狭い。反対に、脚側波形ＬＷにおいては、立上りが立下りよりなだらかであり、且つ立上り後に現れる上側ピークの幅が立下り後に現れる下側ピークの幅よりも広い。このような非対称性は、吸気よりも呼気を素早く行う、呼気後はすぐに次の吸気を行うが吸気後は少し間をおいてから呼気を開始するという人間の呼吸の特性による。   According to the inventor's knowledge, the head-side waveform HW and the leg-side waveform LW shown in FIGS. 8A and 8B are asymmetrical waveforms having the following characteristics. That is, in the head-side waveform HW, the rising edge is steeper than the falling edge, and the width of the upper peak appearing after the rising edge is narrower than the width of the lower peak appearing after the falling edge. On the other hand, in the leg-side waveform LW, the rise is gentler than the fall, and the width of the upper peak appearing after the rise is wider than the width of the lower peak appearing after the fall. Such asymmetry is due to the characteristics of human breathing, in which exhalation is performed faster than inspiration, the next inspiration is performed immediately after exhalation, but expiration is started after a short time after inhalation.

頭部位置決定部３３は、このような波形の非対称性に基づいて体軸ＳＡのどちら側が被験者Ｓの頭部側であるかを判定する。具体的には、まず、体軸方向決定工程Ｓ３で決定された体軸方向の任意の一方側を選択して、荷重検出器１１〜１４のうち、選択した側に位置する荷重検出器を特定する。そして、特定した荷重検出器の出力信号をフーリエ解析して、呼吸に相当する周波数（約０．２Ｈｚ〜約０．３３Ｈｚ）の振動成分を取り出す。取り出された振動成分の波形が、頭側波形ＨＷの特徴を有していれば選択した側に頭部があると判定し、取り出された振動成分の波形が脚側波形ＬＷの特徴を有していれば選択した側の反対側に頭部があると判定する。なお、頭部位置が決定されたときは、常に脚部位置も決定される。   The head position determination unit 33 determines which side of the body axis SA is the head side of the subject S based on the waveform asymmetry. Specifically, first, an arbitrary one side in the body axis direction determined in the body axis direction determination step S3 is selected, and the load detector located on the selected side among the load detectors 11 to 14 is specified. To do. And the output signal of the specified load detector is Fourier-analyzed and the vibration component of the frequency (about 0.2 Hz-about 0.33 Hz) equivalent to respiration is taken out. If the extracted vibration component waveform has the characteristics of the head-side waveform HW, it is determined that the head is on the selected side, and the extracted vibration component waveform has the characteristics of the leg-side waveform LW. If so, it is determined that the head is on the opposite side of the selected side. When the head position is determined, the leg position is always determined.

［在床状態判定工程］
在床状態判定工程Ｓ５では、在床状態判定部３４が、重心位置算出工程Ｓ２で求められた被験者Ｓの重心Ｇの位置、体軸方向決定工程Ｓ３で決定された被験者Ｓの体軸ＳＡの方向、及び頭部位置決定工程Ｓ４で決定された被験者Ｓの頭部（及び／又は脚部）の位置に基づいて、被験者ＳがベッドＢＤから転落し得る状態であるか否かを判定する。具体的には例えば、次のように行う。 [In-bed condition determination process]
In the occupancy state determination step S5, the occupancy state determination unit 34 determines the position of the center of gravity G of the subject S obtained in the centroid position calculation step S2 and the body axis SA of the subject S determined in the body axis direction determination step S3. Based on the direction and the position of the head (and / or leg) of the subject S determined in the head position determination step S4, it is determined whether or not the subject S can fall from the bed BD. Specifically, for example, it is performed as follows.

図９に示す通り、在床状態判定部３４は、ベッドＢＤの上面の幅方向中央部に安全領域Ｒ１を設定し、安全領域Ｒ１の幅方向両側に注意領域Ｒ２を設定し、注意領域Ｒ２の幅方向両側に危険領域Ｒ３を設定する。   As shown in FIG. 9, the occupancy state determination unit 34 sets a safety region R1 at the center in the width direction of the upper surface of the bed BD, sets attention regions R2 on both sides in the width direction of the safety region R1, and Danger areas R3 are set on both sides in the width direction.

在床状態判定部３４は、被験者Ｓの重心Ｇが安全領域Ｒ１にある場合には、被験者ＳはベッドＢＤから転落し得る状態にはないと判定する。反対に、被験者Ｓの重心Ｇが危険領域Ｒ３にある場合には、被験者ＳはベッドＢＤから転落し得る状態にあると判定する。   When the center of gravity G of the subject S is in the safety region R1, the presence state determination unit 34 determines that the subject S is not in a state where the subject S can fall from the bed BD. On the other hand, when the center of gravity G of the subject S is in the danger region R3, the subject S is determined to be in a state where the subject S can fall from the bed BD.

在床状態判定部３４は、被験者Ｓの重心Ｇが注意領域Ｒ２にある場合には、次の判断を行う。まず、被験者Ｓの体軸ＳＡがベッドＢＤの長手方向に対して略平行である場合は、被験者Ｓは、ベッドＢＤの端部寄りには位置しているもののベッドＢＤの長手方向に沿った安全な位置におり、ベッドＢＤから転落し得る状態にはないと判定する。   The occupancy state determination unit 34 performs the following determination when the center of gravity G of the subject S is in the attention area R2. First, when the body axis SA of the subject S is substantially parallel to the longitudinal direction of the bed BD, the subject S is positioned along the longitudinal direction of the bed BD although it is located near the end of the bed BD. It is determined that it is not in a state where it can fall from the bed BD.

一方、被験者Ｓの体軸ＳＡがベッドＢＤの長手方向に対して所定の角度（例えば約１０°以上）を有している時は、在床状態判定部３４は、次いで、体軸ＳＡの延在方向において、重心ＧよりもベッドＢＤの端部に近い側に、被験者Ｓの頭部が位置するか、脚部が位置するかを確認する。そして、頭部が位置すると確認された場合（即ち、被験者ＳがベッドＢＤの長手方向に対して傾いて在床しており、頭部がベッドの端部に、脚部がベッドの中央にある場合）には、被験者ＳはベッドＢＤから転落し得る状態にはないと判定する。これは、頭部がベッドの端部からはみ出すと人間は目を覚ますため、頭部から転落する可能性は小さいとの観察結果に基づくものである。   On the other hand, when the body axis SA of the subject S has a predetermined angle (for example, about 10 ° or more) with respect to the longitudinal direction of the bed BD, the occupancy state determination unit 34 then extends the body axis SA. In the present direction, it is confirmed whether the head of the subject S is located or the leg is located closer to the end of the bed BD than the center of gravity G. When it is confirmed that the head is located (that is, the subject S is inclined with respect to the longitudinal direction of the bed BD, the head is at the end of the bed, and the leg is at the center of the bed). In the case), it is determined that the subject S is not in a state of being able to fall from the bed BD. This is based on the observation result that humans wake up when the head protrudes from the end of the bed, so that the possibility of falling from the head is small.

反対に、体軸ＳＡの延在方向において、重心ＧよりもベッドＢＤの端部に近い側に被験者Ｓの脚部が位置すると確認された場合（即ち、被験者ＳがベッドＢＤの長手方向に対して傾いて在床しており、脚部がベッドの端部に、頭部がベッドの中央にある場合）には、被験者ＳはベッドＢＤから転落し得る状態にあると判定する。   On the other hand, when it is confirmed that the leg of the subject S is located closer to the end of the bed BD than the center of gravity G in the extending direction of the body axis SA (that is, the subject S is in the longitudinal direction of the bed BD). The subject S is determined to be in a state of being able to fall from the bed BD (when the leg is at the end of the bed and the head is at the center of the bed).

なお、安全領域Ｒ１、注意領域Ｒ２、危険領域Ｒ３の幅は、被験者Ｓの想定される身長に基づいて適宜設定され得る。又は特定の被験者Ｓの身長を用いて、当該被験者Ｓについてカスタマイズされた設定としてもよい。なお、ここで述べた判定方法は一例にすぎず、在床状態判定部３４は、被験者Ｓの重心Ｇの位置、体軸ＳＡの方向、頭部（及び／又は脚部）の位置を複合的に考慮して、被験者ＳがベッドＢＤから転落し得る状態にあるか否かを判定することができる。他の一例としては、ベッドＢＤ上に危険領域Ｒ３のみを設定し、被験者Ｓの重心Ｇの位置、体軸ＳＡの方向、及び想定される被験者Ｓの身長から、被験者Ｓの頭部又は脚部が危険領域Ｒ３にある場合に被験者ＳはベッドＢＤから転落し得る状態にあると判定することもできる。   Note that the widths of the safety area R1, the attention area R2, and the danger area R3 can be appropriately set based on the assumed height of the subject S. Or it is good also as a setting customized about the said test subject S using the height of the specific test subject S. FIG. Note that the determination method described here is merely an example, and the occupancy state determination unit 34 combines the position of the center of gravity G of the subject S, the direction of the body axis SA, and the position of the head (and / or leg). In view of the above, it can be determined whether or not the subject S is in a state of being able to fall from the bed BD. As another example, only the dangerous region R3 is set on the bed BD, and the head or leg of the subject S is calculated from the position of the center of gravity G of the subject S, the direction of the body axis SA, and the assumed height of the subject S. Can be determined to be in a state where the subject S can fall from the bed BD.

［報知工程］
在床状態判定部３４が、被験者ＳがベッドＢＤから転落し得る状態にあると判定した時は、制御部３は、表示部５に転落注意報を表示し、及び／又は報知部６により転落注意報を発する。 [Notification process]
When the presence state determination unit 34 determines that the subject S is in a state of being able to fall from the bed BD, the control unit 3 displays a fall warning on the display unit 5 and / or falls by the notification unit 6. Issue a warning.

本実施形態の在床状態モニタリングシステム１００は、被験者Ｓの重心Ｇの位置のみでなく、被験者Ｓの体軸ＳＡの方向、及び被験者ＳＡの頭部の位置にも基づいて、被験者ＳがベッドＢＤから転落し得る状態にあるか否かを判定している。したがって、本実施形態の在床状態モニタリングシステム１００によれば、被験者の転落可能性の有無を、より確実に判定することができ、誤報知を減らすことができる。   The bed-holding state monitoring system 100 according to the present embodiment is not limited to the position of the center of gravity G of the subject S, but also based on the direction of the body axis SA of the subject S and the position of the head of the subject SA. It is determined whether or not it is in a state where it can fall from. Therefore, according to the occupancy state monitoring system 100 of the present embodiment, it is possible to more reliably determine the presence or absence of the subject's possibility of falling, and reduce false notifications.

＜変形例＞
上記実施形態の在床状態モニタリングシステム１００においては、荷重検出器１１〜１４からの出力信号ｓ_１〜ｓ_４をそのまま用いて重心位置算出部３１により重心Ｇの位置を算出していたが、これには限られない。例えば、出力信号ｓ_１〜ｓ_４から被験者Ｓの呼吸及び／又は心拍に応じて振動する成分のみを分離し、分離した成分を用いて重心Ｇの位置を算出することもできる。 <Modification>
In the in-floor state monitoring system 100 of the above embodiment, the position of the center of gravity G is calculated by the center of gravity position calculation unit 31 using the output signals s _{1 to} s ₄ from the load detectors 11 to 14 as they are. It is not limited to. For example, only the component that vibrates according to the breathing and / or heartbeat of the subject S can be separated from the output signals s _{1 to} s _4, and the position of the center of gravity G can be calculated using the separated components.

具体的には例えば、制御部３に構築する信号分離部（第１荷重分離部、第２荷重分離部。不図示）により、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４の少なくとも一つについてフーリエ解析を行い、呼吸及び／又は心拍に相当する周波数帯域の周波数スペクトルを求める。この周波数スペクトルにおいては、被験者Ｓの呼吸及び／又は心拍の周波数に対応する位置にピーク周波数が現れ、被験者Ｓの呼吸の周波数ν_Ｓ１及び／又は心拍の周波数ν_Ｓ２が特定される。 Specifically, for example, Fourier analysis is performed on at least one of the load signals s _{1 to} s ₄ by a signal separation unit (first load separation unit, second load separation unit, not shown) constructed in the control unit 3. A frequency spectrum in a frequency band corresponding to respiration and / or heartbeat is obtained. In this frequency spectrum, a peak frequency appears at a position corresponding to the breathing and / or heartbeat frequency of the subject S, and the breathing frequency ν _S1 and / or the heartbeat frequency ν _{S2 of} the subject S is specified.

次いで、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４のそれぞれから、特定した周波数ν_Ｓ１及び／又はν_Ｓ２に対応する荷重成分を分離して取り出す。これらの荷重成分は、例えば、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４の各々に対するバンドパスフィルタ処理によって取り出すことができる。そして、信号分離部は、取り出した４つの荷重成分を重心位置算出部３１に出力する。 Next, a load component corresponding to the specified frequency ν _S1 and / or ν _S2 is separated and extracted from each of the load signals s _{1 to} s ₄ . These load components can be extracted by, for example, bandpass filter processing for each of the load signals s _{1 to} s ₄ . Then, the signal separation unit outputs the extracted four load components to the gravity center position calculation unit 31.

重心位置算出部３１は、信号分離部から入力された４つの荷重成分に基づいて、重心位置及び重心軌跡を、重心軌跡算出工程Ｓ２と同様に算出する。算出される重心位置及び重心軌跡は、周波数ν_Ｓ１及び／又は周波数ν_Ｓ２で変動する荷重成分（すなわち被験者Ｓに由来する荷重成分）のみに基づいているため、被験者Ｓの重心Ｇ及び重心軌跡ＧＴに等しい。 The center-of-gravity position calculation unit 31 calculates the center-of-gravity position and the center-of-gravity locus in the same manner as the center-of-gravity locus calculation step S2 based on the four load components input from the signal separation unit. Since the calculated center-of-gravity position and center-of-gravity locus are based only on the load component that fluctuates at the frequency ν _S1 and / or the frequency ν _S2 (that is, the load component derived from the subject S), be equivalent to.

このようにして求められた重心Ｇは、被験者Ｓの呼吸及び／又は心拍の周波数で振動する荷重成分のみに基づいているため、例えば、被験者Ｓとは異なる周波数の呼吸及び／又は心拍を有する第３者（見舞客等）による荷重や、呼吸や心拍を有さない無生物（カバン等）による荷重がベッドＢＤ上に加えられた場合には移動せず、被験者Ｓが移動した場合にのみ移動する。したがって、これらの重心Ｇを用いれば、被験者Ｓの重心Ｇの位置を、外部要因による誤差を抑制してより正確に特定することができる。   The center of gravity G obtained in this way is based only on the load component that vibrates at the frequency of the breathing and / or heartbeat of the subject S. For example, the center of gravity G having a frequency of breathing and / or heartbeat different from the subject S is used. It does not move when a load by three persons (visitors, etc.) or a load by an inanimate object (such as a bag) that does not breathe or beats is applied on the bed BD, and only moves when the subject S moves. . Therefore, if these centroids G are used, the position of the centroid G of the subject S can be specified more accurately while suppressing errors due to external factors.

また、被験者Ｓの呼吸及び／又は心拍に応じて振動する成分のみを用いて重心Ｇの位置を求める場合には、各被験者Ｓの呼吸の周波数又は心拍の周波数が異なる限り、各被験者Ｓの重心Ｇを、複数同時に求めることができる。具体的には、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４の少なくとも一つについてフーリエ解析を行い、呼吸及び心拍に相当する周波数帯域の周波数スペクトルを求めると、呼吸に相当する周波数帯域の周波数スペクトルに被験者Ｓの数だけピーク周波数が現れ、心拍に相当する周波数帯域の周波数スペクトルにも被験者Ｓの数だけピーク周波数が現れる。 Further, when the position of the center of gravity G is determined using only the component that vibrates according to the breathing and / or heartbeat of the subject S, the center of gravity of each subject S is used as long as the breathing frequency or heartbeat frequency of each subject S is different. A plurality of G can be obtained simultaneously. Specifically, when Fourier analysis is performed on at least one of the load signals s _{1 to} s ₄ and a frequency spectrum in a frequency band corresponding to respiration and heartbeat is obtained, the frequency spectrum of the subject S in the frequency band corresponding to respiration is obtained. The number of peak frequencies appears, and the number of peak frequencies also appears in the frequency spectrum of the frequency band corresponding to the heartbeat.

このように、呼吸に相当する周波数帯域の周波数スペクトルから複数の被験者Ｓの各々の呼吸の周波数を特定でき、心拍に相当する周波数帯域の周波数スペクトルから複数の被験者Ｓの各々の心拍の周波数スペクトルを特定できるため、複数の被験者Ｓの各々について、被験者Ｓが単数の場合と同様に、呼吸及び／又は心拍に応じて振動する荷重成分を用いた重心Ｇの算出を行うことができる。   In this way, the frequency of each of the plurality of subjects S can be identified from the frequency spectrum of the frequency band corresponding to respiration, and the frequency spectrum of each heart rate of the plurality of subjects S can be determined from the frequency spectrum of the frequency band corresponding to the heartbeat. Since each can be identified, the center of gravity G can be calculated for each of the plurality of subjects S using a load component that vibrates according to respiration and / or heartbeat, as in the case of a single subject S.

重心位置算出工程Ｓ２において、複数の被験者Ｓの各々の重心Ｇを並列に求めた場合には、その後の体軸方向決定工程Ｓ３、頭部配置決定工程Ｓ４、在床状態判定工程Ｓ５、報知工程Ｓ６も、複数の被験者Ｓの各々について並列に実行することができる。   In the center-of-gravity position calculation step S2, when the respective center-of-gravity G of a plurality of subjects S is obtained in parallel, the subsequent body axis direction determination step S3, head placement determination step S4, occupancy state determination step S5, notification step S6 can also be executed in parallel for each of the plurality of subjects S.

上記実施形態の在床状態モニタリングシステム１００においては、体軸方向決定部３２は、重心軌跡ＧＴに含まれる呼吸振動の軌跡において、連続する２つの極値点ＥＰ１、ＥＰ２を特定することにより体軸ＳＡの方向を決定していたが、これには限られない。体軸方向決定部３２は、例えば次の方法により体軸ＳＡの方向を決定することもできる。   In the occupancy state monitoring system 100 of the above-described embodiment, the body axis direction determining unit 32 identifies the body axis by specifying two consecutive extreme value points EP1 and EP2 in the trajectory of respiratory vibration included in the barycentric locus GT. Although the direction of SA was determined, it is not restricted to this. The body axis direction determination unit 32 can also determine the direction of the body axis SA by, for example, the following method.

一例として、体軸ＳＡの方向は、あるサンプリング期間に含まれるｎ個の重心位置Ｇ１〜Ｇｎ（図１０）の平均値から平均重心Ｇ０を求め、平均重心Ｇ０（Ｘ０、Ｙ０）とｎ個の重心位置Ｇ１（Ｘ１、Ｙ１）、・・・、Ｇｋ１（Ｘｋ１、Ｙｋ１）、・・・Ｇｋ２（Ｘｋ２、Ｙｋ２）、・・・Ｇｎ（Ｘｎ、Ｙｎ）のそれぞれとを結ぶ線分と、Ｘ軸との間の角度の平均傾き角度ａを、

により求め、平均重心Ｇ０（Ｘ０、Ｙ０）を通り、Ｘ軸に対して角度ａを有して延びる線分が体軸ＳＡの位置を示すとみなす方法によっても求め得る。このようにして求められた体軸ＳＡを図１０に示す。 As an example, the direction of the body axis SA is obtained by calculating an average centroid G0 from an average value of n centroid positions G1 to Gn (FIG. 10) included in a certain sampling period, and the average centroid G0 (X0, Y0) and n Center of gravity positions G1 (X1, Y1), ..., Gk1 (Xk1, Yk1), ... Gk2 (Xk2, Yk2), ... Gn (Xn, Yn) The average inclination angle a of the angle between

It can also be obtained by a method in which a line segment passing through the average center of gravity G0 (X0, Y0) and extending at an angle a with respect to the X axis indicates the position of the body axis SA. The body axis SA thus determined is shown in FIG.

他の例として、平均重心Ｇ０を通り、且つ重心Ｇ１、・・・、Ｇｋ１、・・・、Ｇｋ２、・・・、Ｇｋ３、・・・Ｇｎとの直線距離ｄｈ１、・・・ｄｈｋ１、・・・ｄｈｋ２、・・・、ｄｈｋ３、・・・、ｄｈｎの標準偏差が最小となる線Ｈａが体軸ＳＡの位置を示すとみなす方法を用い得る。線Ｈａの一例を図１１に示す。   As another example, linear distances dh1,... Dhk1,..., Gn passing through the average centroid G0 and with the centroids G1, ..., Gk1, ..., Gk2, ..., Gk3, ... Gn. A method may be used in which it is assumed that the line Ha that minimizes the standard deviation of dhk2, ..., dhk3, ..., dhn indicates the position of the body axis SA. An example of the line Ha is shown in FIG.

本発明の発明者が、荷重検出器１１〜１４からの荷重信号ｓ_１〜ｓ_４のうち、被験者Ｓの心拍に応じて変動する荷重成分のみを用いて求められた重心Ｇ（以下、「心拍成分による重心Ｇ_ｈ」と呼ぶ）の位置を観察したところ、心拍成分による重心Ｇ_ｈが、被験者Ｓの体軸ＳＡを反時計まわりにある程度の角度回転させた方向に沿ってわずかに振動していることが見出された。この振動（以下、「心拍振動」と呼ぶ）は、心臓の鼓動に起因すると考えられる。したがって、心拍成分による重心Ｇ_ｈを求めて心拍振動の方向を特定し、当該方向から被験者Ｓの体軸ＳＡの延びる方向を求めることもできる。また、被験者Ｓの体軸ＳＡの延びる方向と心拍振動の方向とに基づいて、体軸ＳＡのどちら側に被験者Ｓの頭部が位置するかを決定することもできる。 The inventors of the present invention, among the load signal s ₁ ~s ₄ from the load detector 11 through 14, the center of gravity G (hereinafter determined using only load component that varies according to the heartbeat of the subject S, "Heart When the position of the center of gravity G _h by the component is observed, the center of gravity G _h by the heart rate component slightly vibrates along the direction in which the body axis SA of the subject S is rotated by a certain angle counterclockwise. It was found that This vibration (hereinafter referred to as “heartbeat vibration”) is considered to be caused by the heartbeat. Therefore, it is also possible to identify the direction of the heartbeat vibration seeking the center of gravity G _h by cardiac component, determine the direction extending from the direction of the body axis SA of the subject S. Further, based on the direction in which the body axis SA of the subject S extends and the direction of the heartbeat vibration, it is possible to determine on which side of the body axis SA the head of the subject S is located.

上記実施形態の在床状態モニタリングシステム１００においては、在床状態判定部３４は、被験者ＳにベッドＢＤからの転落の可能性があるか否かのみを判定していたが、これには限られない。在床状態判定部３４は、被験者Ｓの重心Ｇの位置、体軸ＳＡの方向、頭部及び脚部の位置に基づいて、ベッドＢＤ上での被験者Ｓの身体の配置を把握し、これに基づき、転落可能性の判定の他、睡眠中の身体移動履歴のモニタリング等を行うことができる。   In the occupancy state monitoring system 100 of the above embodiment, the occupancy state determination unit 34 determines only whether or not the subject S has a possibility of falling from the bed BD, but is not limited thereto. Absent. Based on the position of the center of gravity G of the subject S, the direction of the body axis SA, and the positions of the head and legs, the occupancy state determination unit 34 grasps the placement of the body of the subject S on the bed BD. Based on the possibility of falling, monitoring of the body movement history during sleep can be performed.

上記実施形態の在床状態モニタリングシステム１００においては、被験者ＳがベッドＢＤから転落し得る状態にあるか否かを、重心Ｇの位置と、体軸ＳＡの方向のみに基づいて判定してもよい。   In the bed-holding state monitoring system 100 of the above-described embodiment, whether or not the subject S is in a state of being able to fall from the bed BD may be determined based only on the position of the center of gravity G and the direction of the body axis SA. .

上記の実施形態において、荷重検出器１１、１２、１３、１４は、ビーム形ロードセルを用いた荷重センサに限られず、例えばフォースセンサを使用することもできる。   In the above embodiment, the load detectors 11, 12, 13, and 14 are not limited to load sensors using a beam-type load cell, and for example, force sensors may be used.

なお、上記の実施形態において、荷重検出器は４つに限られない。ベッドＢＤに追加の脚を設けて５つ以上の荷重検出器を使用してもよい。又はベッドＢＤの脚のうち３つのみに荷重検出器を配置してもよい。荷重検出器が３つの場合でも、これを一直線に配置しなければ、ベッドＢＤ面上での被験者Ｓの重心位置Ｇを検出できる。   In the above embodiment, the number of load detectors is not limited to four. Five or more load detectors may be used with additional legs on the bed BD. Or you may arrange | position a load detector only to three of the legs of bed BD. Even when there are three load detectors, if they are not arranged in a straight line, the center-of-gravity position G of the subject S on the bed BD surface can be detected.

なお、上記の実施形態においては、荷重検出器１１、１２、１３、１４は、ベッドＢＤの脚の下端に取り付けられたキャスターＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４の下にそれぞれ配置されていたがこれには限られない。荷重検出器１１、１２、１３、１４はそれぞれ、ベッドＢＤの４本の脚とベッドＢＤの床板との間に設けられてもよいし、ベッドＢＤの４本の脚が上下に分割可能であれば、上部脚と下部脚との間に設けられても良い。また、荷重検出器１１、１２、１３、１４をベッドＢＤと一体型とし、ベッドＢＤと本実施形態の生体情報モニタリングシステム１００とからなるベッドシステムＢＤＳを構成してもよい（図１２）。なお、本明細書において「ベッドに設けられた荷重検出器」とは、上述のようにベッドＢＤの４本の脚とベッドＢＤの床板との間に設けられた荷重検出器や、上部脚と下部脚との間に設けられた荷重検出器を意味する。 In the above embodiment, the load detector 11, 12, 13 and 14 are arranged under the bed casters _C 1 attached to the lower end of the leg of the _{BD, C 2, C 3,} C 4 However, it is not limited to this. Each of the load detectors 11, 12, 13, and 14 may be provided between the four legs of the bed BD and the floor plate of the bed BD, or the four legs of the bed BD can be divided vertically. For example, it may be provided between the upper leg and the lower leg. Further, the load detectors 11, 12, 13, and 14 may be integrated with the bed BD, and a bed system BDS including the bed BD and the biological information monitoring system 100 of the present embodiment may be configured (FIG. 12). In the present specification, “the load detector provided on the bed” means a load detector provided between the four legs of the bed BD and the floor plate of the bed BD as described above, an upper leg, It means a load detector provided between the lower leg.

なお、上記の実施形態において、荷重検出部１とＡ／Ｄ変換部２との間に、荷重検出部１からの荷重信号を増幅する信号増幅部や、荷重信号からノイズを取り除くフィルタリング部を設けても良い。   In the above embodiment, a signal amplification unit that amplifies the load signal from the load detection unit 1 and a filtering unit that removes noise from the load signal are provided between the load detection unit 1 and the A / D conversion unit 2. May be.

なお、上記実施形態の在床状態モニタリングシステム１００において、表示部５は、使用者が視覚的に認識できるようにモニター上に情報を表示するものには限られない。例えば表示部５は、在床状態を印字して出力するプリンタでもよく、又は被験者Ｓの重心Ｇが安全領域Ｒ１にあれば青ランプの点灯、注意領域Ｒ２にあれば黄色ランプの点灯、危険領域Ｒ３にあれば赤ランプの点灯といった簡易な視覚的表現を用いて表示するものであってもよい。または表示部５は、在床状態を音声で伝えるものであってもよい。さらに、在床状態モニタリングシステム１００は表示部５を有さなくてもよく、情報を出力する出力端子を有するのみであってもよい。表示を行うためのモニター（ディスプレイ装置）等は、当該出力端子を介して在床状態モニタリングシステム１００に接続される。   Note that in the bed-floor monitoring system 100 of the above embodiment, the display unit 5 is not limited to displaying information on a monitor so that the user can visually recognize it. For example, the display unit 5 may be a printer that prints out and outputs the floor condition, or the blue lamp is turned on when the center of gravity G of the subject S is in the safety area R1, and the yellow lamp is turned on and the danger area is in the attention area R2. If it exists in R3, you may display using simple visual expressions, such as lighting of a red lamp. Alternatively, the display unit 5 may convey the presence state by voice. Furthermore, the presence-in-room monitoring system 100 does not have to include the display unit 5 and may include only an output terminal that outputs information. A monitor (display device) or the like for performing display is connected to the occupancy state monitoring system 100 via the output terminal.

なお、上記実施形態の報知部６は聴覚的に報知を行っていたが、報知部６は、光の点滅等によって視覚的に報知を行う構成であってもよく、振動により報知を行う構成であってもよい。また、上記実施形態の点滴状態モニタリングシステム１００は、報知部６を有さなくても良い。   In addition, although the alerting | reporting part 6 of the said embodiment performed alerting | reporting auditorily, the alerting | reporting part 6 may be the structure which alert | reports visually by blinking of light etc., and is the structure which alert | reports by vibration. There may be. In addition, the drip state monitoring system 100 of the above embodiment may not have the notification unit 6.

本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。   As long as the characteristics of the present invention are maintained, the present invention is not limited to the above embodiments, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. .

本発明の在床状態モニタリングシステムは、誤報知が抑制されているため、被験者Ｓに転落の可能性が生じた際に対応を求められる看護師や介護士等の負担を軽減することができる。   Since the false alarm is suppressed in the bed-holding state monitoring system of the present invention, it is possible to reduce the burden on nurses and caregivers who are required to respond when the subject S is likely to fall.

１ 荷重検出部
１１、１２、１３、１４ 荷重検出器
２ Ａ／Ｄ変換部
３ 制御部
３１ 重心位置算出部
３２ 体軸方向決定部
３３ 頭部配置決定部
３４ 在床状態判定部
４ 記憶部
５ 表示部
６ 報知部
７ 入力部
１００ 在床状態モニタリングシステム
ＢＤ ベッド
ＢＤＳ ベッドシステム
ＧＴ 重心軌跡
Ｓ 被験者 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Load detection part 11, 12, 13, 14 Load detector 2 A / D conversion part 3 Control part 31 Center-of-gravity position calculation part 32 Body axis direction determination part 33 Head arrangement | positioning determination part 34 Underfloor state determination part 4 Storage part 5 Display unit 6 Notification unit 7 Input unit 100 Bed-status monitoring system BD Bed BDS Bed system GT Center of gravity locus S Subject

Claims (5)

ベッド上の被験者の在床状態をモニターする在床状態モニタリングシステムであって、
ベッド又はベッドの脚下に設けられ、被験者による荷重を検出する複数の荷重検出器と、
前記被験者による荷重に基づき被験者の重心の位置を求める重心位置算出部と、
前記被験者による荷重の被験者の呼吸及び／又は心拍に応じた変化に基づいて、被験者の体軸の延びる方向を求める体軸方向決定部と、
前記被験者の重心の位置及び前記被験者の体軸の延びる方向に基づいて、被験者の前記ベッド上での状態を判定する在床状態判定部とを備える在床状態モニタリングシステム。 An in-bed monitoring system for monitoring the in-bed state of a subject on a bed,
A plurality of load detectors provided under the bed or under the legs of the bed and for detecting a load by the subject;
A center-of-gravity position calculation unit for determining the position of the center of gravity of the subject based on the load by the subject;
A body axis direction determination unit for determining a direction in which the body axis of the subject extends based on a change of the load by the subject according to the breathing and / or heartbeat of the subject;
An in-situ state monitoring system comprising: an in-situ state determination unit that determines a state of the subject on the bed based on a position of the center of gravity of the subject and a direction in which the body axis of the subject extends. 前記被験者による荷重の被験者の呼吸に応じた変化に基づいて被験者の頭部の配置を決定する頭部配置決定部を更に備え、
前記在床状態判定部は、更に前記被験者の頭部の配置に基づいて被験者の在床状態を判定する請求項１に記載の在床状態モニタリングシステム。 A head arrangement determining unit that determines the arrangement of the subject's head based on a change in accordance with the subject's breathing of the load by the subject;
The occupancy state monitoring system according to claim 1, wherein the occupancy state determination unit further determines the occupancy state of the subject based on the arrangement of the head of the subject. 前記被験者による荷重から被験者の呼吸及び／又は心拍に応じて振動する荷重成分を分離する第１荷重分離部を更に備え、
前記重心位置算出部は、分離された呼吸及び／又は心拍に応じて振動する荷重成分に基づき被験者の重心の位置を求める請求項１又は２に記載の在床状態モニタリングシステム。 A first load separation unit that separates a load component that vibrates according to the breathing and / or heartbeat of the subject from the load of the subject;
The occupancy state monitoring system according to claim 1, wherein the center-of-gravity position calculation unit obtains the position of the center of gravity of the subject based on a load component that vibrates according to the separated breath and / or heartbeat. 前記被験者は複数の被験者であり、
前記検出された被験者による荷重を、複数の被験者間の呼吸及び／又は心拍の周波数の相違に基づいて複数の被験者の各々の荷重成分に分離する第２荷重分離部を更に備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の在床状態モニタリングシステム。 The subject is a plurality of subjects;
The said load by the test subject is further provided with the 2nd load separation part which isolate | separates into the load component of each of a some subject based on the difference in the frequency of the respiration and / or heartbeat between some subjects. The in-bed state monitoring system according to any one of the above. 前記在床状態判定部が前記ベッド上の被験者が前記ベッドから転落し得る状態にあると判定したことに基づいて所定の報知を行う報知部を更に備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の在床状態モニタリングシステム。
5. The notification unit according to claim 1, further comprising a notification unit that performs predetermined notification based on the determination that the subject on the bed is in a state where the subject on the bed can fall from the bed. The in-bed condition monitoring system described.

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