JP5480846B2

JP5480846B2 - 非察知式活動検知装置

Info

Publication number: JP5480846B2
Application number: JP2011129186A
Authority: JP
Inventors: 業良徐; 育▲うぇい▼ 劉; 科▲いゅあん▼ ▲呉▼
Original assignee: 元智大學
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2031-06-09
Also published as: JP2012254210A

Description

本発明は、活動センサーに関し、特に、被験者に察知されることなしに被験者の生体等を検知可能な非察知式活動検知装置及びその方法に関する。

介護サービスの発展に伴い、在宅環境における活動監視技術が発展してきた。従来の非侵襲と無拘束のセンシング材料を使用する検知装置は、力の検知が最も一般的な技術である。例えば、ロードセル或いは感圧センサーを用いて被験者の呼吸、活動信号、身体姿勢等の信号を監視する。その他、同時に力センサーを温度センサーに組み込む設計にすることで、被験者の身体重心位置と姿勢とを観察すると共に覚醒度を評価することができる。しかしながら、上述の公知技術は、大量のセンサーからなり、且つセンサーの設置位置が一定の制限を受けるため、比較的高いコストが掛かる以外に、利便性が低下する。

活動監視システムに応用されているもう１つの従来技術において、静電荷感知ベッド（ＳｔａｔｉｃＣｈａｒｇｅＳｅｎｓｉｔｉｖｅＢｅｄ、ＳＣＳＢ）及び空気圧式検知マットがよく使われる。静電荷感知ベッドは、２枚の平行金属片と木質系のサンドイッチ層で架設され、静電容量に類似した効果を形成し、使用時、ベッドの上或いはマットレスの下に置かれ、静電容量の変化を通じて被験者の活動状況を監視する。空気圧式検知マットは、被験者の臥床活動と離床活動の場所に置かれ、薄型空気圧式検知マットの圧力変化を通じて、被験者の活動を監視する。しかしながら、その材質の構成を鑑みると、被験者の活動時における快適性が大きく阻害されていた。

近年、光ファイバと導電性繊維等の材料技術が臥床の活動監視に応用され始めている。公知の光ファイバ技術は、光ファイバ３本を被測定表面に配置すると共に光ファイバ３本が圧力を受けた時の圧力変化を測定することで被験者の活動変化を反映できる。その他、例えば他の公知の導電性繊維技術では、軟質材料を組み込むと共に構成を組み合わせて形成した立体サンドイッチ層になったスティック状センサーをベッドに交差配置することで、被験者の身体姿勢、呼吸と心拍等の生体信号を監視することができる。しかしながら、光ファイバ及び上記導電性繊維の構成は複雑すぎるため、製造コストが高くなってしまう。
なお、非察知式活動検知装置及びその方法は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００１−０８７２４７号公報

そこで、本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑み、一般的な在宅環境において活動状況（例えば臥床と離床、睡眠状態、行動状況及び座位と立ち状況等）を検知することに適し、また検知装置の使用上の利便性を向上させ、使用時の快適性をアップさせ、利用者のテストに対する抵抗感を軽減させ、検知装置構成の複雑性と製造コストを引き下げることが可能な非察知式活動検知装置及びその方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による非察知式活動検知装置は、第１弾性体と、第１弾性体とともに弾性装置を構成する第２弾性体と、第１導電性繊維と、第１導電性繊維とともに検知装置を構成する第２導電性繊維と、導電性織物とを備える。本発明による非察知式活動検知方法において、第１導電性繊維及び第２導電性繊維により第１弾性体及び第２弾性体から凸起する複数の弾性支点を覆い、導電性織物は複数の弾性支点を覆い、第１導電性繊維及び第２導電性繊維は、外力により加圧されて導電性織物に接触すると共に複数の接触点及び複数の検出抵抗を形成する。本発明による非察知式活動検知装置及びその方法は、検出抵抗値及びその動作電圧と加わった圧力、受圧面積及び接触点の数量との関係を利用して信号を分析処理して活動状況を検知する。

これにより、本発明の非察知式活動検知装置及びその方法は、一般的に市販されている導電性繊維材料を一般的な在宅環境で良く見られる様々な製品（例えばマットレス、チェアマット、足マット或いは衣服等）との応用や融合を通じて検知することができる。非察知式活動検知装置は、市販されている導電性繊維材料を利用し、特殊な検知素子を利用する必要がなく、一般的な家庭用品に内蔵され、被験者が察知していない状態で活動検知を行うことができるため、被験者のテストに対する抵抗感を大幅に軽減させることができる。且つ、構成が簡単であり、製造コストが低く、高い利便性及び使用上の高い快適性を兼ね備え、世間から極めて容易に受け入れられる。

本発明の第１実施例による非察知式活動検知装置の断面図である。本発明の第１実施例による非察知式活動検知装置のオープンサーキット回路図である。本発明の第１実施例による非察知式活動検知装置のクローズドサーキット回路図である。本発明による非察知式活動検知装置の圧力及び抵抗相関図である。本発明による非察知式活動検知装置の受圧面積及び抵抗相関図である。本発明の第１実施例による非察知式活動検知装置の使用状態を示す図である。本発明による非察知式活動検知方法のフローチャートである。本発明の第２実施例による非察知式活動検知装置の使用状態を示す図である。本発明の第３実施例による非察知式活動検知装置の使用状態を示す図である。

以下、本発明による非察知式活動検知装置を図面に基づいて説明する。しかし、添付図面は参考と説明のためのみに提供され、本発明を限定するものではない。
（第１実施例）
図１に示すように、非察知式活動検知装置１は、弾性装置１０と、検知装置１４と、導電性織物１２とを備える。弾性装置１０は、第１弾性体１０１と、第２弾性体１０３と、第１弾性支点１０５と、第２弾性支点１０７とを備える。検知装置１４は、第１導電性繊維１４１と、第２導電性繊維１４３と、第１接触点１４５と、第２接触点１４７とを備える。

第１弾性体１０１と第２弾性体１０３とは、弾性を有する非導電物からなり、例えば弾性生地からなる。第１弾性体１０１と第１導電性繊維１４１との間に複数の第１弾性支点１０５を有し、第２弾性体１０３と第２導電性繊維１４３との間に複数の第２弾性支点１０７を有する。複数の第１弾性支点１０５及び第２弾性支点１０７の素材は非導電材質であり、弾性装置１０を構成する非導電物材質と同じ又は異なる。

第１導電性繊維１４１と第２導電性繊維１４３とは、それぞれ第１弾性体１０１と第２弾性体１０３との対向面の一方から他方、および他方から一方へ交互に交差して設置され、複数の第１弾性支点１０５及び第２弾性支点１０７を覆う。導電性織物１２は第１の弾性体１０１と第２の弾性体１０３との間に設置され、複数の第１弾性支点１０５にある第１導電性繊維１４１と複数の第２弾性支点１０７にある第２導電性繊維１４３とを覆う。第１導電性繊維１４１と第２導電性繊維１４３とは、導電性織物１２の接触を通じて、電気的な接続関係を形成する。検知装置１４が圧力を受けた時、第１弾性支点１０５は、第１導電性繊維１４１と導電性織物１２との接触により複数の第１接触点１４５を形成し、第２弾性支点１０７は、第２導電性繊維１４３と導電性織物１２との接触により複数の第２接触点１４７を形成する。

非察知式活動検知装置１は、検知装置１４内の導電性繊維と弾性装置１０とを利用し、導電性繊維の電気特性の変化によって利用者の活動状態を判断する。本実施例の回路状態について、図２Ａ、図２Ｂ及び図１を参照しながら説明する。図２Ａは、本実施例による非察知式活動検知装置１が使用されていない時（つまり外力作用がない状態）のオープンサーキット回路図である。第１導電性繊維１４１及び第２導電性繊維１４３は、導電性織物１２と非接触状態を形成し、つまりオープンサーキット状態である。オープンサーキット状態において、第１導電性繊維１４１と第２導電性繊維１４３との総検出抵抗Ｒａは、ほぼ無限大である。

図２Ｂは、本実施例による非察知式活動検知装置１を使用している状態において、外力Ｆが検知装置１に加わったクローズドサーキット回路図である。第１導電性繊維１４１と第２導電性繊維１４３とは、外力Ｆの圧迫を受けて導電性織物１２と接触して複数の第１接触点１４５と第２接触点１４７とを形成する。隣接する第１接触点１４５の間の第１導電性繊維１４１は第１検出抵抗Ｒ１を有し、且つ隣接する第２接触点１４７の間の第２導電性繊維１４３は第２検出抵抗Ｒ２を有する。これにより、第１導電性繊維１４１と第２導電性繊維１４３とは接触してクローズドサーキット状態を形成する。第１検出抵抗Ｒ１と第２検出抵抗Ｒ２とは、導電性織物１２を通じて複数の検出抵抗Ｒと直列接続や並列接続され、総検出抵抗Ｒａを形成する。

図３に示すように、一定の受圧面積（例えば５１．２ｃｍ²）において、加わる外力Ｆを増加させ、圧力と抵抗とが負の傾きがある。加わる外力Ｆは被験者の重量である。図３に示すように、被験者の単位面積当たりの重量が最も軽い４００ｇの時、総検出抵抗Ｒａは最大平均値の１９．２４Ωである。被験者の単位面積当たりの重量が最も重い２６００ｇの時、総検出抵抗Ｒａは最小平均値の６．４６Ωであり、その抵抗変化量は１３Ωに近い。上述の結果から本実施例による非察知式活動検知装置１で生じる総検出抵抗Ｒａと正方向の圧力（加わる外力Ｆ／面積）とが負の傾きがあると実証された。

図４に示すように、単位面積に一定の力を受ける条件において、測定した総検出抵抗Ｒａは受圧面積の増加に伴い下がり、両者の間が負の傾きがある。受圧面積の最小が６．４ｃｍ²の時、総検出抵抗Ｒａは最大平均値の２２．４Ωである。受圧面積の最大が４４．８ｃｍ²の時、総検出抵抗Ｒａは最小平均値の８．８６Ωであり、その抵抗変化量は１３Ωに近い。上述の結果から本実施例による非察知式活動検知装置１で生じる総検出抵抗Ｒａと受圧面積とが負の傾きがあると実証された。上記の関係以外に、総検出抵抗Ｒａが長時間の圧力を受ける条件において、生じた抵抗値が全て十分安定している。

上記の実測結果をまとめ、総検出抵抗Ｒａの変化は、加わった外力Ｆ、受圧面積の大きさ、および接触点数量の影響を受ける。総検出抵抗Ｒａの線形抵抗変化の監視により、データの分析と信号処理を通じて利用者の活動状態を監視することができる。図５と図１に示すように、非察知式活動検知装置１はマットレス１８内に収容され、第１導電性繊維１４１と第２導電性繊維１４３との一端に各々端点１６が設置され、テスト信号は端点１６を通じて第１導電性繊維１４１と第２導電性繊維１４３とに伝達される。且つ第１導電性繊維１４１と第２導電性繊維１４３との端点１６は、導電ボタン或いは導体である。両端の導電ボタンは、電極として使用される以外に、非察知式活動検知装置１を組み立て、伸ばすことができる。利用者の活動と重圧により圧力変化が起き、導電性繊維は導電性織物１２に接触して複数の第１接触点１４５、第２接触点１４７、および検出抵抗Ｒを形成する。次に検知方法により、圧力、受圧面積および総検出抵抗Ｒａの関係の変化を測定し、利用者の臥床と離床或いは寝返りや背中のマッサージ等の活動状態を判断する。非察知式活動検知装置１の取付位置と組み合わせる日常生活用品は、例のみとして説明しているため、これに限らない。

図６に示すフローチャートのように、非察知式活動検知方法は、第１導電性繊維１４１を介して導電性織物１２に接触することで複数の第１接触点１４５を形成し、且つ第２導電性繊維１４３を介して導電性織物１２に接触することで複数の第２接触点１４７を形成するステップＳ１０１と、第１検出抵抗Ｒ１、および第２検出抵抗Ｒ２を検出するステップＳ１０３とを含む。

非察知式活動検知方法は、端点１６を第１導電性繊維１４１と第２導電性繊維１４３との一端に各々設置するステップＳ１０５と、直列接続または並列接続される複数の第１検出抵抗Ｒ１および第２検出抵抗Ｒ２からなる総検出抵抗Ｒａ或いは総検出抵抗が分圧した動作電圧を測定し、分析処理して動き状態を判断するステップＳ１０７とを更に含む。テスト信号は、端点１６を通じて第１導電性繊維１４１と第２導電性繊維１４３とに伝達される。総検出抵抗Ｒａは、加わった圧力、受圧面積および接触点の数量の影響を受ける。

よって、非察知式活動検知装置とその方法は、臥床と離床の活動検知に応用される以外に、別の日常用品に応用されて活動を監視することができる。

（第２実施例）
図７に示す非察知式活動検知装置１の各エレメントの接続関係は図１と同じである。非察知式活動検知装置１をチェアマット２０或いは足マット２２内に設置する。利用者がチェアマット２０に座った時、非察知式活動検知装置１は利用者体重の重圧を受け、導電性繊維は導電性織物１２に接触して複数の第１接触点１４５、第２接触点１４７、および検出抵抗Ｒを形成する。次に検知方法により、圧力と受圧面積と総検出抵抗Ｒａとの負の傾きの変化を測定し、利用者がチェアマット２０の上に座っているかどうかを判断する。利用者がチェアマット２０から離れた時、導電性繊維は導電性織物１２から離れ、接触点がなくなり、非察知式活動検知装置１はオープンサーキット状態となる。検知方法により利用者がチェアマット２０から離れたことを判断する。非察知式活動検知装置１を足マット２２内に設置した時、検知方法による利用者が立ち上がる、座る或いは離れたことの判断は、上記の実施例と同じである。

（第３実施例）
図８に示す非察知式活動検知装置１の各エレメントの接続関係は全て図１と同じである。非察知式活動検知装置１を衣服２４内に設置し、人体の各加圧点の活動時の圧力変化によって起きる総検出抵抗Ｒａの線形関係の変化を検出し、データ資料の処理により、利用者の活動を分析する。上記をまとめ、非察知式活動検知装置１の取付位置と組み合わせる日常生活用品は例のみとして説明するものであり、これに限らない。

上記をまとめ、本発明が提供する非察知式活動検知装置とその方法は、弾性を有する導電性繊維が圧力を受ける時、抵抗、外力、および受圧面積の負の傾きの変化関係を通じ、日常生活環境に要する各種製品を組み合わせ、在宅環境に適した活動（例えば、臥床と離床、寝返りや背中のマッサージ、行動状況と座りと立ち状況等）監視機器を設計する。本発明は、構成が簡単であり、製造コストが低く、高い利便性と使用上の高い快適性などの特長を兼ね備える。例えば、マットレス、チェアマット、足マット或いは衣服等の各種製品に本発明の非察知式活動検知装置を組み合わせると、同時に原製品の機能を拡張でき、また世間からも極めて容易に受け入れられる。本発明の活動検知は、被験者が察知していない状態で行うことができるため、被験者のテストに対する抵抗感を大幅に軽減させ、これにより、例えば脳中卒の患者或いはパーキンソン病の患者等の身体不自由者の介護と高齢者に更に良好な在宅健康管理とケアサービスの提供することができる。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１・・・非察知式活動検知装置
１０・・・弾性装置
１０１・・・第１弾性体
１０３・・・第２弾性体
１０５・・・第１弾性支点
１０７・・・第２弾性支点
１２・・・導電性織物
１４・・・検知装置
１４１・・・第１導電性繊維
１４３・・・第２導電性繊維
１４５・・・第１接触点
１４７・・・第２接触点
１６・・・端点
１８・・・マットレス
２０・・・チェアマット
２２・・・足マット
２４・・・衣服
Ｒ・・・検出抵抗
Ｒ１・・・第１検出抵抗
Ｒ２・・・第２検出抵抗
Ｒａ・・・総検出抵抗
Ｆ・・・外力

Claims

弾性を有する非導電物からなる第１弾性体（１０１）と、
前記第１弾性体と対向して設けられ、弾性を有する非導電物からなり、前記第１弾性体とともに弾性装置を構成する第２弾性体（１０３）と、
前記第１弾性体の対向面の一方から他方、および他方から一方へ交互に交差して設置される第１導電性繊維（１４１）と、
前記第２弾性体の対向面の一方から他方、および他方から一方へ交互に交差して設置さ
れ、前記第１導電性繊維とともに検知装置を構成する第２導電性繊維（１４３）と、
前記第１弾性体と前記第２弾性体との間に設置される導電性織物（１２）とを備え、
前記第１弾性体と前記第１導電性繊維との間には、複数の第１弾性支点（１０５）を有し、前記第１弾性支点は、前記第１弾性体と前記導電性織物との間に位置し、
前記第２弾性体と前記第２導電性繊維との間には、複数の第２弾性支点（１０７）を有し、前記第２弾性支点は、前記第２弾性体と前記導電性織物との間に位置し、
前記第１弾性支点と前記第２弾性支点とは非導電材質からなることを特徴とする非察知式活動検知装置。
前記検知装置が圧力を受ける時、
前記第１弾性支点は、前記第１導電性繊維を介して前記導電性織物と接触して複数の第１接触点（１４５）を形成し、
前記第２弾性支点は、前記第２導電性繊維を介して前記導電性織物と接触して複数の第２接触点（１４７）を形成することを特徴とする請求項１に記載の非察知式活動検知装置。
隣接する前記第１接触点の間の前記第１導電性繊維は、第１検出抵抗を有し、
隣接する前記第２接触点の間の前記第２導電性繊維は、第２検出抵抗を有することを特徴とする請求項２に記載の非察知式活動検知装置。