JP7202999B2 - 身体状態モニタリングシステム、及びベッドシステム - Google Patents

Description

本発明は、身体状態モニタリングシステム、及びベッドシステムに関する。

病院の入院患者の看護や、介護施設の入所者の介護においては、患者や要介護者がおむつを着用している場合もある。また、おむつの中に***があったことを検知して適切なタイミングでおむつ交換を行うことを可能とすべく、特許文献１や特許文献２に記載のシステムが提案されている。

特許文献１には、被験者の***の有無を、ベッドに加えられる荷重に基づいて求めた全体重心の位置と、ベッドに加えられる荷重から分離した呼吸成分（被験者の呼吸に応じて振動する成分）に基づいて求めた呼吸重心の位置との比較に基づいて判定する身体状態モニタリングシステムが記載されている。

特許文献２には、被介護者等が載置される載置台からガス経路を介して吸引されたガスの湿度変化に基づいて、被介護者等の***を検知する***検知システムが記載されている。

特開２０１８－１９７６３号 特開２０１３－７８５６６号

患者や被介護者等に***があった場合にこれを適切に検知できなければ、患者や被介護者等は、例えばおむつが汚れた状態のまま放置されてしまう恐れがある。反対に、患者や被介護者等に***がない場合に***があったとの誤検知がなされれば、患者や被介護者等への不要なアクセスが増え、患者や被介護者等にとって煩わしいばかりでなく、医療従事者、介護従事者等に不要な負担をかけることになる。

したがって、患者や被介護者等に***があったことの適切な検知を可能として、必要な処置、例えばおむつ交換等を適切なタイミングで行うことを可能とすることが望まれている。これにより、患者や被介護者等のＱＯＬ（クオリティ・オブ・ライフ）を向上させることができ、同時に医療従事者、介護従事者等の負担も軽減できる。

上記に鑑み、本発明は、被験者に***があったことをより高い精度で検知することのできる身体状態モニタリングシステム、及びベッドシステムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、
ベッド上の被験者の身体状態をモニタする身体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て前記被験者の荷重を検出する複数の荷重検出器と、
前記検出された荷重に基づいて前記被験者の重心位置の時間的変動を求める重心位置算出部と、
所定時間内に移動する前記重心位置の移動距離に基づいて、前記重心位置の時間的変動から前記被験者の呼吸とは異なる大きな体動に応じて変動する大きな体動成分を決定し、前記重心位置の時間的変動から該大きな体動成分を除去する大きな体動成分除去部と、
前記重心位置の移動方向に基づいて、前記重心位置の時間的変動から前記被験者の呼吸とは異なる小さな体動に応じて変動する小さな体動成分を決定し、前記重心位置の時間的変動から該小さな体動成分を除去する小さな体動成分除去部と、
前記大きな体動成分と前記小さな体動成分とが除去された前記重心位置の時間的変動に基づいて前記被験者による***の有無を判定する***判定部とを備える身体状態モニタリングシステムが提供される。

第１の態様の身体状態モニタリングシステムは、前記重心位置の移動距離に基づいて、前記大きな体動成分と前記小さな体動成分とが除去された前記重心位置の時間的変動から前記被験者の***に応じて変動する***成分を特定する***成分特定部を更に備えてもよい。

第１の態様の身体状態モニタリングシステムは、前記検出された荷重の時間的変動の周波数に基づいて、前記大きな体動成分と前記小さな体動成分とが除去された前記重心位置の時間的変動から前記被験者の***に応じて変動する***成分を特定する***成分特定部を更に備えてもよい。

第１の態様の身体状態モニタリングシステムは、前記ベッドに設けられて前記ベッド上の湿度を検出する湿度センサを更に備えてもよく、前記***判定部は、前記大きな体動成分と前記小さな体動成分とが除去された前記重心位置の時間的変動と、前記湿度センサの検出値とに基づいて前記被験者による***の有無を判定してもよい。

第１の態様の身体状態モニタリングシステムにおいて、前記***判定部は、前記被験者の***により前記重心位置が変動した後、所定の期間内に前記湿度センサの検出値が上昇した場合に、前記被験者による***があったと判定してもよい。

本発明の第２の態様に従えば、
ベッド上の被験者の身体状態をモニタする身体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て前記被験者の荷重を検出する複数の荷重検出器と、
前記検出された荷重に基づいて前記被験者の重心位置の時間的変動を求める重心位置算出部と、
前記被験者の重心位置の時間的変動に基づいて前記被験者の体幹の移動を伴う大きな体動の有無を判定する体動判定部と、
前記ベッドに設けられて前記ベッド上の湿度を検出する湿度検出器と、
前記体動判定部の判定結果と前記湿度検出器の検出値とに基づいて前記被験者における***の有無を判定する***判定部とを備える身体状態モニタリングシステムが提供される。

第２の態様の身体状態モニタリングシステムにおいて、前記***判定部は、前記湿度センサの検出値が上昇し、且つ該検出値の上昇が生じた時点から遡った所定の期間内に前記被験者に大きな体動が生じていない場合に、前記被験者による***があったと判定してもよい。

第１又は第２の態様の身体状態モニタリングシステムにおいて、前記複数の荷重検出器は、前記ベッドの四隅に設けられた四つの脚部の下にそれぞれが設置される４つの荷重検出器であってもよい。

本発明の第３の態様に従えば、
ベッドと、
第1の態様又は第２の態様の身体状態モニタリングシステムとを備えるベッドシステムが提供される。

本発明の身体状態モニタリングシステム及びベッドシステムによれば、被験者に***があったことをより高い精度で検知することができる。

図１は、本発明の第１、第２実施形態に係る身体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。 図２は、荷重検出器及び湿度検出器のベッドに対する配置を示す説明図である。 図３は、身体状態モニタリングシステムを用いた身体状態のモニタリング方法の手順を示すフローチャートである。 図４は、湿度センサによる検出結果の一例を示すグラフである。 図５は、本発明の第１実施形態に係る身体状態モニタリングシステムが備える***判定部の構成を示すブロック図である。 図６は、本発明の第１実施形態に係る身体状態モニタリングシステムが行う***判定工程の手順を示すフローチャートである。 図７（ａ）は被験者の重心軌跡の一例を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す重心軌跡を低いサンプリング周波数に変換することにより得られる重心軌跡を示す。 図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）は、図７（ａ）に示すベッド上での被験者の重心軌跡から、大きな体動軌跡を取り除いた軌跡を示す。 図９は動きベクトルの解析により小さな体動軌跡を特定する方法を説明する説明図である。 図１０は、本発明の第２実施形態に係る身体状態モニタリングシステムが備える***判定部の構成を示すブロック図である。 図１１は、本発明の第２実施形態に係る身体状態モニタリングシステムが行う***判定工程の手順を示すフローチャートである。 図１２は、動きベクトルの移動方向を判断する方法を説明する説明図である。 図１３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。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態の身体状態モニタリングシステム１００（図１）について、これをベッドＢＤ（図２）と共に使用して、ベッドＢＤ上の被験者Ｓの身体状態、主に***の有無をモニタする場合を例として説明する。

図１に示す通り、第１実施形態の身体状態モニタリングシステム１００は、荷重検出部１、湿度検出部２、制御部４、記憶部５を主に有する。荷重検出部１及び湿度検出部２と制御部４とは、Ａ／Ｄ変換部３を介して接続されている。制御部４には更に表示部６、報知部７、入力部８が接続されている。

荷重検出部１は、４つの荷重検出器１１、１２、１３、１４を備える（図２）。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、配線又は無線によりＡ／Ｄ変換部３に接続されている。

図２に示す通り、荷重検出部１の４つの荷重検出器１１～１４は、被験者Ｓが使用するベッドＢＤの四隅の脚ＢＬ_１、ＢＬ_２、ＢＬ_３、ＢＬ_４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。

湿度検出部２は、６つの湿度センサ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆを備える（図２）。６つの湿度センサ２ａ～２ｆの各々は、電気抵抗式、静電容量式などのセンサチップとし得る。

６つの湿度センサ２ａ～２ｆは、ベッドＢＤの長さ方向（Ｘ方向）の中央部の一方側且つ幅方向（Ｙ方向）の中央部、即ち、長さ方向に沿ってベッドＢＤ上に横たわる被験者の臀部近傍の領域に、マトリックス状に配置されている。長さ方向に隣接する２つの湿度センサの間の距離、及び幅方向に隣接する２つの湿度センサの間の距離は、一例として３０～１００ｍｍ程度とし得る。

本実施形態では６つの湿度センサ２ａ～２ｆが、長さ方向に２行、幅方向に３列の２×３のマトリックス状に配置されているが、湿度検出部２が備える湿度センサの数及び配置は任意であり、湿度検出（詳細後述）に適した任意の数及び配置とし得る。

６つの湿度センサ２ａ～２ｆはそれぞれ、被験者Ｓが着用したおむつから放出される水分による湿度変化を検出できるように配置されており、具体的には例えばシーツの下側に配置されている。６つの湿度センサ２ａ～２ｆの各々は、配線又は無線によりＡ／Ｄ変換部３に接続されている。６つの湿度センサ２ａ～２ｆをシート状のベースの上に一体に配置した湿度検出シートを湿度検出部２として用いて、これをシーツの下に引いてもよい。

Ａ／Ｄ変換部３は、荷重検出部１及び湿度検出部２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、湿度検出部２、及び制御部４にそれぞれ配線又は無線で接続されている。

制御部４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４１、及び***判定部４２が構築されている。

記憶部５は、身体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６は、制御部４から出力される情報を身体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等の画像表示装置である。

報知部７は、制御部４からの情報に基づいて所定の報知を聴覚的に行う装置、例えばスピーカを備える。

入力部８は、制御部４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。

このような身体状態モニタリングシステム１００を使用して、ベッド上の被験者の身体状態（主に***の有無）をモニタする動作について説明する。

身体状態モニタリングシステム１００を使用した被験者の身体状態のモニタは、図３のフローチャートに示す通り、被験者の荷重を検出する荷重検出工程Ｓ１と、検出した荷重（荷重値）に基づいて被験者の重心位置、及び該重心位置の時間的変動の軌跡（重心軌跡）を算出する重心軌跡算出工程Ｓ２と、ベッド上の湿度を検出する湿度検出工程Ｓ３と、重心軌跡算出工程Ｓ２において算出した被験者の重心軌跡と湿度検出工程Ｓ３において検出したベッド上の湿度とに基づいて被験者に***があったか否かを判定する***判定工程Ｓ４と、***判定工程Ｓ４の判定結果を表示する表示工程Ｓ５とを含む。

［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。ベッドＢＤ上の被験者Ｓの荷重は、ベッドＢＤの四隅の脚ＢＬ_１～ＢＬ_４の下に配置された荷重検出器１１～１４に分散して付与され、これらによって分散して検出される。なお、ここでは、ベッドＢＤの重量は風袋引きされているものとするが、風袋引きは必須ではない。

荷重検出器１１～１４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３に出力する。Ａ／Ｄ変換部３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４に出力する。以下では、荷重検出器１１、１２、１３、１４から出力されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換部３においてデジタル変換して得られる荷重信号を、それぞれ荷重信号ｓ_１、ｓ_２、ｓ_３、ｓ_４と呼ぶ。

[重心軌跡算出工程]
重心軌跡算出工程Ｓ２では、重心位置算出部４１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である５ミリ秒に等しい）で算出し、被験者Ｓの重心Ｇの位置の時間的変動（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Ｏとして長さ方向にＸを、幅方向にＹを取ったＸＹ座標面上における座標を示す（図２）。

重心位置算出部４１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。

重心位置算出部４１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５に記憶させる。

[湿度検出工程]
湿度検出工程Ｓ３では、湿度検出部２の６つの湿度センサ２ａ～２ｆを用いて、ベッドＢＤ上の湿度を検出する。６つの湿度センサ２ａ～２ｆの各々は、湿度（湿度変化）を検出してアナログ信号としてＡ／Ｄ変換部３に出力する。Ａ／Ｄ変換部３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「湿度信号」）として制御部４に出力する。以下では、湿度センサ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆから出力されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換部３においてデジタル変換して得られる湿度信号を、それぞれ湿度信号ｓａ、ｓｂ、ｓｃ、ｓｄ、ｓｅ、ｓｆと呼ぶ。制御部４は受け取った湿度信号ｓａ～ｓｆを記憶部５に記憶させる。

図２に示す状態において、おむつを着用した被験者Ｓが時刻ｔ_１（図４）に排尿を行った場合、被験者Ｓの尿を吸収したおむつは周囲に水分を放出する。これにより、時刻ｔ_１よりも少し遅れた（一例として６０秒程度遅れた）時刻ｔ_２から、被験者Ｓの股間近くに配置された湿度センサ２ｂ、２ｅからの湿度信号ｓｂ、ｓｅが上昇を始める。一方で、被験者Ｓの股間から離れた位置に配置された湿度センサ２ａ、２ｃ、２ｄ、２ｆからの湿度信号ｓａ、ｓｃ、ｓｄ、ｓｆには大きな変化は見られない。

[***判定工程]
***判定工程Ｓ４では、***判定部４２が、重心軌跡算出工程Ｓ２において算出した重心軌跡ＧＴと、湿度検出工程Ｓ３において検出したベッド上の湿度とに基づいて、被験者Ｓによる***の有無、即ち被験者Ｓが***行為を行ったか否かを判定する。

***判定部４２における被験者による***の有無の判定は、次の原理に基づいて行われる。

特開２０１８－１２６４２３号に記載の通り、被験者Ｓの生体活動は「大きな体動」、「小さな体動」、及び「呼吸」に分類することができる。大きな体動に応じた重心Ｇの位置の時間的変動の軌跡（以下「大きな体動軌跡」と呼ぶ）、小さな体動に応じた重心Ｇの位置の時間的変動の軌跡（以下「小さな体動軌跡」と呼ぶ）、及び呼吸に応じた重心Ｇの位置の時間的変動の軌跡（以下「呼吸振動軌跡」と呼ぶ）はそれぞれ異なる特徴を示す。

本明細書及び本発明において、「大きな体動」とは、被験者の体動のうち胴体部（体幹）の移動を伴う比較的大きなものを意味し、具体的には例えば、寝返りや起き上がり等である。被験者に大きな体動が生じた時には、一般的に、被験者の体軸の向き（被験者の背骨の延びる向き）が変化する。

大きな体動を重心Ｇの位置の時間的変動の様子という観点でとらえると、一般的に大きな体動は、所定期間内に生じる所定距離以上の比較的長い距離の重心Ｇの移動、例えば重心Ｇの比較的高速度での移動を生じる体動である。そのため例えば、所定期間ＰＰに所定距離ＰＤ１を越える重心移動を生じる体動、及び／又は所定値Ｖ１を越える速度での重心移動を生じる体動を大きな体動と定義することができる。あるいは、小さな体動により生じる重心Ｇの位置の時間的変動との相違に基づき、例えば、単位時間内に、小さな体動による重心Ｇの移動距離と比較して、所定倍程度よりも大きく重心Ｇを移動させる体動を大きな体動と定義することもできる。大きな体動軌跡は、このような重心Ｇの移動の軌跡である。

本明細書及び本発明において、「小さな体動」とは、被験者の体動のうち胴体部（体幹）の移動を伴わない比較的小さいものを意味し、具体的には例えば、手足や頭部のみの運動等である。

小さな体動を重心Ｇの位置の時間的変動の様子という観点でとらえると、一般的に小さな体動は、単位時間内の比較的短い距離の重心Ｇの移動、例えば重心Ｇの比較的低速度での移動を生じる体動である。そのため例えば、所定期間ＰＰに所定距離ＰＤ２（＜ＰＤ１）程度の重心移動を生じる体動及び／又は、移動速度が所定値Ｖ２（＜Ｖ１）程度の重心移動を生じる体動を小さな体動と定義することができる。

また、小さな体動を、所定期間ＰＰに所定距離ＰＤ２程度の重心移動を生じ又は移動速度が所定値Ｖ２程度であり、且つ周期性を有さず、被験者Ｓの体軸方向とは異なる方向に向かう重心移動を生じる体動を小さな体動と定義してもよい。小さな体動軌跡は、このような重心Ｇの移動の軌跡である。

呼吸に応じた重心Ｇの位置の時間的変動の様子は次の通りである。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。本出願人に発行された特許第６,１０５,７０３号に記載の通り、呼吸はこの内臓の上下移動に伴うために、呼吸により重心Ｇが被験者の上下方向（背骨の方向）即ち体軸方向にほぼ沿って振動する。したがって、体軸方向の重心の振動として現れる呼吸と、体軸方向とは異なる方向の重心の移動として現れる小さな体動とは区別できる。

本発明の発明者は、ベッド上における被験者の重心移動を更に詳細に検討し、被験者の体動及び呼吸に応じた上記の重心移動のほか、被験者が排尿行為を行った場合にも特徴的な重心移動が観察できることを見出した。

具体的には、ベッドの長手方向に体軸を一致させた状態でベッド上に横たわっている被験者がおむつへと排尿を行うと、排尿に合わせて、被験者の重心が、被験者の体軸方向に沿って比較的低い速度Ｖ３（＜Ｖ２）で、被験者の足側へと移動する。これは、所定の重量を有する被験者の尿が、排尿により、被験者の足側に移動するためである。また、被験者が排便を行った場合も同様に、被験者の重心が、被験者の体軸方向に沿って比較的低い速度Ｖ４（＜Ｖ２）で、被験者の足側へと移動する。本発明及び本明細書では、このような重心Ｇの移動の軌跡を、「***軌跡」と呼ぶ。

ここで、第１実施形態の身体状態モニタリングシステム１００は、被験者Ｓの重心の位置を、被験者の衣服やおむつも含めた重量の重心の位置として算出している。したがって、おむつ内に***された尿や便（即ち、被験者Ｓの体外に排出された尿や便）も、被験者Ｓの体内に存在していた場合と同様に、被験者Ｓの重心位置の算出に影響を及ぼす。

第１実施形態の***判定部４２は、大きな体動軌跡、小さな体動軌跡、呼吸振動軌跡が、上記の通り異なる特徴を有することに基づき、被験者の重心軌跡中の大きな体動軌跡、小さな体動軌跡、及び呼吸振動軌跡を特定し、***軌跡を特定する。その後、ベッド上の湿度上昇の有無を確認し、湿度上昇の存在が確認された場合に被験者に***があったと判定する。

***判定部４２が、上記の原理に基づいて被験者Ｓによる***の有無を判定する方法の具体例は次の通りである。

***判定部４２は、図５に示す通り、記憶部５から被験者Ｓの重心軌跡を取り出す重心軌跡取得部４２０と、取り出した重心軌跡に含まれる被験者Ｓの大きな体動軌跡を特定して除去する大きな体動軌跡決定部（大きな体動成分除去部、体動判定部）４２１と、取り出した重心軌跡ＧＴに含まれる被験者Ｓの小さな体動軌跡を特定して除去する小さな体動軌跡決定部（小さな体動成分除去部）４２２と、大きな体動軌跡及び小さな体動軌跡が除去された重心軌跡ＧＴを呼吸振動軌跡と***軌跡とに区別する呼吸振動軌跡／***軌跡決定部（***成分特定部）４２３と、記憶部５からベッド上の湿度情報を取り出す湿度情報取得部４２４と、湿度情報と重心軌跡ＧＴに含まれる被験者Ｓの***軌跡とに基づいて被験者による***の有無を判定する判定部４２５とを備える。

***判定部４２が実行する***判定工程Ｓ４は、図６に示す通り、大きな体動決定工程Ｓ４１と、小さな体動決定工程Ｓ４２と、呼吸振動軌跡／***軌跡決定工程Ｓ４３と、判定工程Ｓ４４とを含む。

[大きな体動決定工程]
大きな体動決定工程Ｓ４１においては、まず、重心軌跡取得部４２０を用いて所定期間における被験者Ｓの重心軌跡ＧＴを記憶部５から取り出す。取り出される重心軌跡ＧＴの一例は図７（ａ）に示す通りである。

図７（ａ）に示す重心軌跡ＧＴは、被験者Ｓが大きな体動（寝返り等）によりベッド上を左右方向に一往復していることを示している。また、大きな体動が生じていない期間（以下、「安定***期間」と呼ぶ）において、被験者Ｓの重心Ｇが、領域Ａ、Ｂ、Ｃ内でそれぞれ移動する様子を示している。領域Ａ、Ｂ、Ｃ内での重心Ｇの移動は、被験者Ｓの小さな体動、呼吸、及び***に起因して生じている。

***判定部４２は、次いで、大きな体動軌跡決定部４２１を用いて、重心軌跡ＧＴから被験者Ｓの大きな体動軌跡を特定する。大きな体動軌跡決定部４２１は、各サンプリング時刻における重心Ｇの位置を解析し、「大きな体動」の定義に基づき適宜大きな体動に応じた重心Ｇの移動の軌跡（大きな体動軌跡）を特定することができる。具体的には例えば、重心Ｇが、所定時間内に所定距離を越えて移動している場合に、この移動の軌跡が大きな体動軌跡であると特定する。

大きな体動軌跡決定部４２１は、重心Ｇが所定時間内に所定距離を越えて移動したか否かを、次の方法を用いて判断する。まず、図７（ａ）に示す重心軌跡ＧＴを、より低いサンプリング周波数に変換した重心軌跡ＧＴ１に変換する（図７（ｂ））。より低いサンプリング周波数への変換は、サンプリング周期５ミリ秒で取得されている重心位置Ｇのデータを間引いたり、移動平均処理を施すことによって行うことができる。又は重心軌跡ＧＴを周波数分解してローパスフィルタにより所定の低周波数成分を取り出すことによっても行うことができる。

なお、低いサンプリング周波数は、大きい体動を抽出するのに十分な程度に短い周期（大きい周波数）であり、且つ小さな体動や呼吸等の他の要因による重心の変動の影響を受けない程度に長い周期（小さい周波数）とすることが望ましい。

図７（ｂ）において、点Ａ１と点Ｂ１との間の軌跡は、例えば、右方向に、所定時間内に所定距離を越えて移動している。従って大きな体動軌跡決定部４２１は、この区間における軌跡を大きな体動軌跡であると特定する。同様に、点Ｂ２と点Ｃ１との間の軌跡も、例えば、左方向に、所定時間内に所定距離を越えて移動している。従って大きな体動軌跡決定部４２１は、この区間における軌跡を大きな体動軌跡であると特定する。

大きな体動軌跡決定部４２１は、大きな体動軌跡を特定した後、重心軌跡ＧＴから大きな体動軌跡を除去し、大きな体動軌跡が除去された重心軌跡ＧＴを小さな体動軌跡決定部４２２に送る。図７（ａ）に示す重心軌跡ＧＴから、大きな体動軌跡を除去したものを図８（ａ）～図８（ｃ）に示す。図８（ａ）は図７（ａ）の領域Ａにおける重心軌跡ＧＴ、図８（ｂ）は図７（ａ）の領域Ｂにおける重心軌跡ＧＴ、図８（ｃ）は図７（ａ）の領域Ｃにおける重心軌跡ＧＴである。これらはそれぞれ、安定***期間における重心軌跡ＧＴに相当する。

[小さな体動決定工程]
続く小さな体動決定工程Ｓ４２において、***判定部４２は、小さな体動軌跡決定部４２２を用いて、大きな体動軌跡が除去された重心軌跡ＧＴに含まれる小さな体動軌跡を特定する。具体的な工程を、領域Ｃの重心軌跡ＧＴ（図８（ｃ））を小さな体動軌跡と呼吸振動軌跡とに分離する工程を例に説明する。

図８（ｃ）において、重心軌跡ＧＴは、呼吸による重心Ｇの振動を表す部分ｇｔ１、ｇｔ３、ｇｔ５と、小さな体動による重心Ｇの移動を表す部分ｇｔ２と、排尿による重心Ｇの移動を表す部分ｇｔ４とを含んでいる。呼吸による重心Ｇの移動を表す部分ｇｔ１、ｇｔ３、ｇｔ５は周期的な振動を示している。なお、部分ｇｔ１、ｇｔ３、ｇｔ５の振動軌跡は、実際には振動方向に沿った一軸上に重複して現れているが、図８（ｃ）においては、説明のため、体軸方向に直交する方向にずらして描いている。図８（ａ）、図８（ｂ）、図９においても同様である。

小さな体動による重心Ｇの移動を表す部分ｇｔ２は、体軸方向とは異なる方向に延びる軌跡であり、排尿による重心Ｇの移動を表す部分ｇｔ４は体軸方向に延びる軌跡である。

したがって、小さな体動軌跡決定部４２２は、一例として、外れ値除去の方法により被験者Ｓの小さな体動軌跡を特定することができる。

具体的には、図８（ｃ）に示す重心軌跡が、図９のように、ｖ_１～ｖ_４８までの４８個の動きベクトルを含んでいるものとする。小さな体動軌跡決定部４２２はまず、これらの４８個の動きベクトルから最頻値ベクトルｖ_ｆの向きを求める。動きベクトルｖ_１～ｖ_４８はそれぞれ向きを有するが、図９に示されるように、動きベクトルｖ_１～ｖ_４８の多くは、それぞれ互いに同一の向きを有している。最頻値ベクトルｖ_ｆの向きは、動きベクトルｖ_１～ｖ_４８の向きのうち、最も多く表れる向きに等しく、図９から明らかなように動きベクトルｖ_１～ｖ_１１、ｖ_１５～ｖ_４８のいずれかの向きに等しい（上述の通り、これらの動きベクトルは、図示の都合上互いに対して傾いているが、実際はいずれもがほぼ体軸方向に沿っている）。

次に、小さな体動軌跡決定部４２２は、動きベクトルｖ_１～ｖ_４８の内、自らの向きと最頻値ベクトルｖ_ｆの向き（又は最頻値ベクトルｖ_ｆに対して１８０°の角度を有する向き）との間の相違が一定の閾値以下の動きベクトルを多数派ベクトルとみなし、自らの向きと最頻値ベクトルｖ_ｆの向き（及び最頻値ベクトルｖ_ｆに対して１８０°の角度を有する向き）との間の相違が一定の閾値よりも大きい動きベクトルを少数派ベクトルとみなす。具体的には、被験者Ｓの体軸方向にほぼ沿った向きを有する動きベクトルｖ_１～ｖ_１１、ｖ_１５～ｖ_４８を多数派ベクトルとみなし、その他の動きベクトルｖ_１２～ｖ_１４を少数派ベクトルとみなし、抽出する。このように抽出された少数派ベクトルにより表される軌跡が、小さな体動軌跡に相当する。

小さな体動軌跡決定部４２２は、小さな体動軌跡を決定した後、重心軌跡ＧＴから小さな体動軌跡を除去し、小さな体動軌跡が除去された重心軌跡ＧＴを呼吸振動軌跡／***軌跡決定部４２３に送る。

[呼吸振動軌跡／***軌跡決定工程]
続く呼吸振動軌跡／***軌跡決定工程Ｓ４３において、呼吸振動軌跡／***軌跡決定部４２３は、大きな体動軌跡及び小さな体動軌跡が取り除かれた重心軌跡ＧＴを、呼吸振動軌跡と***軌跡とに区別する。呼吸振動軌跡と***軌跡との区別は、具体的には例えば、重心Ｇの、同一方向又は略同一方向に沿った所定距離以上の直線移動を特定することにより行う。

具体的には以下の手順による。呼吸振動軌跡／***軌跡決定部４２３は、小さな体動軌跡決定部４２２より、小さな体動軌跡が除去された重心軌跡ＧＴを受け取る。受け取られる重心軌跡ＧＴは例えば、図９の重心軌跡ＧＴにおいて、動きベクトルｖ_１２～ｖ_１４が除去された軌跡である。

呼吸振動軌跡／***軌跡決定部４２３は、受け取った重心軌跡ＧＴを解析して、重心Ｇが、同一方向又は略同一方向に沿って所定距離以上の直線移動を行う領域を特定する。この特定は例えば、向きが同一又は略同一の動きベクトルが、所定数を超えて連続して生じる領域を特定することにより行う。或いは、大きな体動軌跡決定部４２１と同様に、各サンプリング時刻における重心Ｇの位置を参照して、重心Ｇが、同一方向又は略同一方向に沿って所定距離以上の直線移動を行う領域を特定してもよい。

呼吸振動軌跡／***軌跡決定部４２３は、重心Ｇが同一方向又は略同一方向に沿って所定距離以上の直線移動を行う領域を特定した後、当該領域における重心Ｇの移動の軌跡を***軌跡であると決定し、その他の領域を呼吸振動軌跡であると決定する。

判定工程Ｓ４４においては、判定部４２５が次の手順により被験者Ｓによる***の有無を判定する。

判定部４２５は、まず、呼吸振動軌跡／***軌跡決定部４２３が***軌跡を特定した場合に、***軌跡フラグを立てる。次いで、湿度情報取得部４２４を介して記憶部５から取得する湿度信号ｓａ～ｓｆを参照し、***軌跡フラグを立てた後の所定の期間（一例として６０秒程度）の内に湿度信号ｓａ～ｓｆの少なくとも１つが所定値を超えて上昇した場合に、被験者Ｓに***があったと判定する。

一方で判定部４２５は、***軌跡フラグを立てた後の所定期間内に、湿度信号ｓａ～ｓｆのいずれにおいても所定値を超える上昇が生じない場合は、被験者Ｓに***があったとの判定は行わない。そして所定期間経過後に***軌跡フラグを下げる。

このように、判定部４２５は、***軌跡が特定されたことに基づいて被験者Ｓによる***があったと推定し、推定後の所定期間内に、***に伴う湿度上昇が確認された場合にのみ、被験者Ｓによる***があったと判定する。一方で、***軌跡の特定に基づいて被験者Ｓによる***があったと推定した場合も、推定後の所定期間内に***に伴う湿度上昇が確認されない場合には、被験者Ｓによる***があったとの判定は行わない。

＜表示工程＞
表示工程Ｓ５では、***判定部４２が判定した被験者Ｓによる***の有無をモニタに表示する。使用者は、モニタを目視することで、被験者Ｓに***があったか否か、換言すれば被験者Ｓのおむつ交換が必要であるか否かを容易に確認することができる。

身体状態モニタリングシステム１００の使用者は、被験者Ｓによる***があった場合に報知部７により報知がなされるよう設定することもできる。

第１実施形態の身体状態モニタリングシステム１００の効果を以下にまとめる。

第１実施形態の身体状態モニタリングシステム１００は、***に応じて生じる重心位置の特徴的な移動が特定されたことと、***に応じた湿度上昇が生じたこととの両方に基づいて、被験者Ｓによる***の有無を判定しているため、被験者による***の有無の判定を、非常に高い精度で行うことができる。

＜第１実施形態の変形例＞
第１実施形態の身体情報モニタリングシステム１００において、次の変形態様を採用することもできる。

第１実施形態の身体状態モニタリングシステム１００においては、***軌跡が特定され且つ、その後の所定期間内に湿度上昇が検知された場合に、被験者Ｓに***があったと判定している。しかしながらこれには限られず、湿度上昇の有無を考慮することなく、被験者Ｓの***軌跡が特定されたことのみに基づいて被験者Ｓに***があったと判定してもよい。このような判定を行うシステムにおいては、湿度検出部２等の、湿度検出に関連する構成は省略してもよい。

ベッド上の被験者の体動や呼吸により、***軌跡のような、被験者の体軸方向に沿った重心Ｇの移動が生じる可能性は、ゼロではないまでも高くはない。したがって、***軌跡の特定のみに基づいて被験者による***の有無を判定する態様であっても、判定の精度は十分に高い。

第１実施形態の身体状態モニタリングシステム１００においては、***判定部４２が呼吸振動軌跡／***軌跡決定部４２３を備え、***軌跡を明示的に特定した上で被験者Ｓの***の有無を判定しているがこれには限られない。判定部４２５は、大きな体動軌跡及び小さな体動軌跡が除去された重心軌跡に基づいて、具体的には例えば当該軌跡が軸方向に所定値を越える広がりを有していること（即ち、当該軌跡が***軌跡を含むことを示す）に基づいて、明示的に***軌跡を特定することなく***フラグを立ててもよい。

第１実施形態の身体状態モニタリングシステム１００において、小さな体動軌跡決定部４２２や呼吸振動軌跡／***軌跡決定部４２３を、被験者Ｓの呼吸振動軌跡の振動方向（例えば最頻値ベクトルｖ_ｆの方向）に基づいて、当該方向を被験者Ｓの体軸の延びる方向であると決定する体軸方向決定部として機能させてもよい。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態の身体状態モニタリングシステム２００（図１）について、第１実施形態の身体状態モニタリングシステム１００との相違点を中心に説明する。

第２実施形態の身体状態モニタリングシステム２００は、***判定部４２の内部構成、及び***判定部４２により実行される***判定工程Ｓ４の内容が第１実施形態とは異なる点を除いては、第１実施形態の身体状態モニタリングシステム１００と同一である。

第２実施形態の身体状態モニタリングシステム２００の***判定部４２は、図１０に示す通り、湿度情報取得部４２６、重心軌跡取得部４２７、大きな体動軌跡決定部４２８、判定部４２９を備える。

第２実施形態の身体状態モニタリングシステム２００の***判定部４２により実行される***判定工程Ｓ４は、図１１に示す通り、湿度情報取得工程Ｓ４６、大きな体動決定工程Ｓ４７、判定工程Ｓ４８を含む。

[湿度情報取得工程Ｓ４６]
湿度情報取得工程Ｓ４６においては、判定部４２９が、湿度情報取得部４２６を介して記憶部５から湿度信号ｓａ～ｓｆを常時取得する。判定部４２９は、湿度信号ｓａ～ｓｆの少なくとも一つに所定値を越える上昇があった場合に、湿度フラグを立てる。

[大きな体動決定工程Ｓ４７]
大きな体動決定工程Ｓ４７においては、大きな体動軌跡決定部４２８が、重心軌跡取得部４２７を介して記憶部５から取得される被験者Ｓの重心軌跡に含まれる大きな体動軌跡を特定する。大きな体動軌跡の特定は例えば、第１実施形態と同様の手順で特定される。大きな体動軌跡の特定は常時行われてもよく、後述する湿度フラグが立てられた場合にのみ行われてもよい。

[判定工程Ｓ４８]
判定工程Ｓ４８は、湿度情報取得工程Ｓ４６において、湿度フラグが立てられた場合に行われる。この場合、判定部４２９は、湿度フラグが立てられた時刻から遡った所定期間の内に、大きな体動軌跡の特定がなされていたか否かを確認する。

判定部４２９は、湿度フラグを立てた時刻から遡った所定期間（一例として６０秒程度の期間）の内に大きな体動軌跡の特定がなされていない場合には、被験者Ｓによる***があったと判定する。一方で判定部４２９は、湿度フラグを立てた時刻から遡った所定期間内に大きな体動軌跡の特定がなされていた場合は、被験者Ｓに***があったとの判定は行わなず、湿度フラグを下げる。

このように、判定部４２９は、湿度上昇が生じたことに基づいて被験者Ｓによる***があったと推定し、湿度上昇に先立って被験者Ｓに大きな体動が生じていないことが確認された時点で、被験者Ｓによる***があったと判定する。一方で、湿度上昇に基づいて被験者Ｓに***があったと推定した場合も、湿度上昇に先立って被験者Ｓに大きな体動が生じていた場合には、被験者Ｓによる***があったとの判定は行わない。このような場合の湿度上昇は、被験者Ｓと寝具（マットレス等）との間に閉じ込められていた、発汗等により生じた***とは無関係な水分が、被験者Ｓの大きな体動に伴って放出されたことに起因する湿度上昇であると考えられるためである。

このように、第２実施形態の身体状態モニタリングシステム１００は、湿度上昇が生じたことと、湿度上昇を引き起こし得る***以外の要因である大きな体動が生じていないこととの両方に基づいて、被験者Ｓによる***の有無を判定しているため、非常に精度の高い判定を行うことができる。

＜第１、第２実施形態の変形例＞
第１、第２実施形態の身体状態モニタリングシステム１００、２００において、次の変形態様を採用することもできる。

第１、第２実施形態の身体状態モニタリングシステム１００、２００において、大きな体動軌跡決定部４２１、４２８は、被験者Ｓの重心Ｇが略一方向に所定時間内に所定距離を超えて移動した場合に大きな体動が生じたと判断し、この期間の重心軌跡ＧＴが大きな体動軌跡であると特定してもよい。重心Ｇが略一方向に移動しているか否かは、一例として、所定のサンプリング期間における重心Ｇの動きベクトルと、次のサンプリング期間における重心Ｇの動きベクトルとの間の角度が所定の角度以下であるか否かに基づいて判断することができる。

具体的には例えば、図１２に示すように、重心Ｇの動きベクトルｖ_５２～ｖ_５４は、その直前のサンプリング期間における動きベクトルに対して、約５°以下の角度を有しているが、動きベクトルｖ_５５は、その直前のサンプリング期間における動きベクトルｖ_５４に対して５°以上の角度を有している。このような場合、重心Ｇは、動きベクトルｖ_５１～ｖ_５４に対応するサンプリング期間においては略一定方向に移動し、動きベクトルｖ_５５に対応するサンプリング期間においては移動方向が変更されたとみなすことができる。

大きな体動軌跡決定部４２１、４２８は、移動方向が変更されたとみなした場合には、移動方向の変更があった時点の前の動きベクトル（ここでは動きベクトルｖ_５１～ｖ_５４）に基づき、所定時間内に所定距離を越える移動が生じていたか否かを判定する。そして、所定時間内に所定距離を越える移動が生じていた場合は、これらの動きベクトルにより表される軌跡は大きな体動軌跡であると特定する。

なお、動きベクトルを用いた大きな体動軌跡の特定を行う前に、重心軌跡ＧＴをローパスフィルタでフィルタリングしてもよい。これにより高周波成分（ノイズ）が除去され、特定の精度を向上させることができる。

第１実施形態の身体状態モニタリングシステム１００においては、呼吸振動軌跡／***軌跡決定部４２３は、重心Ｇの位置の直線的な移動の量に基づいて呼吸振動軌跡と***軌跡とを分離していたが、これには限られない。呼吸振動軌跡／***軌跡決定部４２３は、小さな体動軌跡決定部４２２から受け取った重心軌跡ＧＴに対応する荷重信号にフィルタリングを適用して高周波成分を除去し、残った荷重成分に基づく重心軌跡を***軌跡と特定してもよい。

このように、周波数フィルタリングを適用して、呼吸振動軌跡と***軌跡との特定を行うこともできる。

第１実施形態、第２実施形態においては、被験者Ｓがおむつを装着している場合を例として説明したが、被験者がおむつを装着していない場合も、第１、第２実施形態の身体状態モニタリングシステム１００、２００を用いて、第１、第２実施形態と同様の原理で、被験者の***検知を行うことができる。

第１、第２実施形態の身体状態モニタリングシステム１００、２００は、必ずしも荷重検出器１１～１４の全てを備える必要はなく、このいずれか一つを備えるのみでもよい。また、荷重検出器は、必ずしもベッドの四隅に配置される必要はなく、ベッド上の被験者の荷重及びその変動を検出しうるように、任意の位置に配置し得る。また、荷重検出器１１～１４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。

第１、第２実施形態の身体状態モニタリングシステム１００、２００においては、荷重検出器１１～１４の各々は、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_４の下に配置されていたがこれには限られない。荷重検出器１１～１４の各々は、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。

第１、第２実施形態の身体状態モニタリングシステム１００、２００においては、ベッド上に横たわる被験者の下方、一例としてシーツの下にマトリックス状に配置された多数の感圧センサ（圧力センサ）により荷重検出部１を構成することもできる。この態様においては、多数の感圧センサの出力に基づいて、被験者の重心の位置を求めることができる。また、荷重検出部１を構成する多数の感圧センサと、湿度検出部２を構成する複数の湿度センサとを同一のシート上に設け、荷重検出部１と湿度検出部２とを単一のシート状構造としてもよい。

荷重検出部１とベッドＢＤと一体に又は着脱可能に組み合わせて、ベッドＢＤと第１実施形態の身体状態モニタリングシステム１００又は第２実施形態の身体状態モニタリングシステム２００とからなるベッドシステムＢＤＳを構成してもよい（図１３）。

第１、第２実施形態の身体状態モニタリングシステム１００、２００において、荷重検出部１及び／又は湿度検出部２とＡ／Ｄ変換部３との間に、荷重検出部１及び／又は湿度検出部２からの信号を増幅する信号増幅部や、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。

第１、第２実施形態の身体状態モニタリングシステム１００、２００において、表示部６は、モニタに代えて、又はこれに加えて、身体状態を表わす情報を印字して出力するプリンタや、身体状態を表示するランプ等の簡易な視覚表示手段を備えてもよい。報知部７はスピーカに代えて、又はこれに加えて、振動により報知を行う振動発生部を備えてもよい。

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。

本発明の身体状態モニタリングシステムによれば、被験者による***があったことを高い精度で検知して、医療、介護等の質の向上に資することができる。

１ 荷重検出部、１１，１２，１３，１４ 荷重検出器、２ 湿度検出部、３ Ａ／Ｄ変換部、４ 制御部、４１ 重心位置算出部、４２ ***判定部、５ 記憶部、６ 表示部、７ 報知部、８ 入力部、１００、２００ 身体状態モニタリングシステム、ＢＤ ベッド、ＢＤＳ ベッドシステム、Ｓ 被験者

Claims (8)

1. ベッド上の被験者の身体状態をモニタする身体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て前記被験者の荷重を検出する複数の荷重検出器と、
   前記検出された荷重に基づいて前記被験者の重心位置の時間的変動を求める重心位置算出部と、
   所定時間内に移動する前記重心位置の移動距離に基づいて、前記重心位置の時間的変動から前記被験者の呼吸とは異なる大きな体動に応じて変動する大きな体動成分を決定し、前記重心位置の時間的変動から該大きな体動成分を除去する大きな体動成分除去部と、
   前記重心位置の移動方向に基づいて、前記重心位置の時間的変動から前記被験者の呼吸とは異なる小さな体動に応じて変動する小さな体動成分を決定し、前記重心位置の時間的変動から該小さな体動成分を除去する小さな体動成分除去部と、
   前記大きな体動成分と前記小さな体動成分とが除去された前記重心位置の時間的変動に基づいて前記被験者による***の有無を判定する***判定部とを備える身体状態モニタリングシステム。
2. 前記重心位置の移動距離に基づいて、前記大きな体動成分と前記小さな体動成分とが除去された前記重心位置の時間的変動から前記被験者の***に応じて変動する***成分を特定する***成分特定部を更に備える請求項１に記載の身体状態モニタリングシステム。
3. 前記検出された荷重の時間的変動の周波数に基づいて、前記大きな体動成分と前記小さな体動成分とが除去された前記重心位置の時間的変動から前記被験者の***に応じて変動する***成分を特定する***成分特定部を更に備える請求項１に記載の身体状態モニタリングシステム。
4. 前記ベッドに設けられて前記ベッド上の湿度を検出する湿度センサを更に備え、
   前記***判定部は、前記大きな体動成分と前記小さな体動成分とが除去された前記重心位置の時間的変動と、前記湿度センサの検出値とに基づいて前記被験者による***の有無を判定する請求項１～３のいずれか一項に記載の身体状態モニタリングシステム。
5. 前記***判定部は、前記被験者の***により前記重心位置が変動した後、所定の期間内に前記湿度センサの検出値が上昇した場合に、前記被験者による***があったと判定する請求項４に記載の身体状態モニタリングシステム。
6. ベッド上の被験者の身体状態をモニタする身体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て前記被験者の荷重を検出する複数の荷重検出器と、
   前記検出された荷重に基づいて前記被験者の重心位置の時間的変動を求める重心位置算出部と、
   前記被験者の重心位置の時間的変動に基づいて前記被験者の体幹の移動を伴う大きな体動の有無を判定する体動判定部と、
   前記ベッドに設けられて前記ベッド上の湿度を検出する湿度検出器と、
   前記体動判定部の判定結果と前記湿度検出器の検出値とに基づいて前記被験者における***の有無を判定する***判定部とを備え、
   前記***判定部は、前記湿度センサの検出値が上昇し、且つ該検出値の上昇が生じた時点から遡った所定の期間内に前記被験者に大きな体動が生じていない場合に、前記被験者による***があったと判定する身体状態モニタリングシステム。
7. 前記複数の荷重検出器は、前記ベッドの四隅に設けられた四つの脚部の下にそれぞれが設置される４つの荷重検出器である請求項１～６のいずれか一項に記載の身体状態モニタリングシステム。
8. ベッドと、
   請求項１～７のいずれか一項に記載の身体状態モニタリングシステムとを備えるベッドシステム。

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