JP4925313B2

JP4925313B2 - 生体信号検出装置

Info

Publication number: JP4925313B2
Application number: JP2007132045A
Authority: JP
Inventors: 章寺澤; 和喜男山田; 芳博前田; 光徳米田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2027-05-17
Also published as: JP2008284164A

Description

本発明は、心拍、呼吸、体動等の生体信号を検出する生体信号検出装置に関する。

近年、ベッド台とマットレスの間に配設し、マットレスに横たわる人に装置を直接接触させることなく生体信号を検出する非接触型の生体信号検出装置の開発が進められている。特に、就寝中における人体の各種状態、例えば心拍、呼吸、体動等の状態を検出する装置が開発されており、例えば素子に加わる荷重に比例して素子の電気抵抗値が低下する感圧素子を等間隔に多数配置して成るセンサシートをベッド台の全面に亘って配設し、感圧素子が出力する複数の荷重信号に基づいて就寝中の人の体調管理を行う生体モニタ装置が特許文献１に開示されている。また、圧電素子からテープ状に形成された感圧素子をマットレスの上に載置されるベッドパッドの中に設け、就寝中の人の心拍／呼吸等による体動信号を検出する就寝装置が特許文献２に開示されている。
特開２００１−７０２５６号公報特許第２８６７８９５号公報

しかしながら、上記従来例の感圧素子では、生体信号の検出に必要とされる検出範囲を得るためには、ベッド台の全面若しくは半面相当の寸法の大きい感圧素子を設置したり、短ピッチで感圧素子を設置する必要があり、結果としてコストが増大するという問題があった。仮にコストを低減するために感圧素子のサイズを小さくしたり、感圧素子の個数を減らすと、感圧素子の検出範囲が狭くなってしまうという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、検出範囲を狭めることなくコストを削減することのできる生体信号検出装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、ベッド台とベッド台に載置されるマットレスとの間に配設されてマットレスに横たわる人の活動に応じて発生する生体信号を検出する生体信号検出装置であって、硬質性を有する材料から成りベッド台に載置されるベース部と、ベース部に載置されてマットレスに横たわる人に起因する圧力を電気信号に変換する複数のセンサ素子と、各センサ素子の出力端子同士を電気的に接続する接続導体と、マットレスに横たわる人に起因する圧力をセンサ素子に伝達する軟質性を有する材料から成る圧力伝達部と、圧力伝達部を覆うとともに周縁がベース部に固着されるカバー部とを備え、センサ素子は、所定の間隔を空けて並設され、圧力伝達部は、各センサ素子及び接続導体全体と、各センサ素子の間の領域とを一体に覆うように配設されることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、センサ素子は、長尺平板状に形成され、その幅方向がベッド台の幅方向と一致するようにベッド台の幅方向に沿って並設されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、圧力伝達部は、袋状の容器に空気又は水等の流体を充填して成ることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１又は２の発明において、圧力伝達部は、各センサ素子及び接続導体全体を気密的に覆い、カバー部は、圧力伝達部全体を気密的に覆うとともに周縁がベース部に気密的に固着されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、複数のセンサ素子を並設するとともに各センサ素子の出力端子同士を接続導体によって電気的に接続し、マットレスに横たわる人に起因する圧力をセンサ素子に伝達する圧力伝達部を設け、圧力伝達部を、各センサ素子及び接続導体全体と、各センサ素子の間の領域とを一体に覆うように配設したので、センサ素子の個数を増やす場合、及びベッド台のサイズに応じた面積の大きいセンサ素子を用いる場合と比較して、検出範囲を狭めることなくコストを削減することができる。

請求項２の発明によれば、ベッド台の幅方向に沿ってセンサ素子が並設されるので、センサ素子による圧力の検出範囲をベッド台の幅方向に広げることができ、したがってマットレスに横たわる人が寝返りをうつことによってベッド台の幅方向に移動する場合にも生体信号を検出することができる。

請求項３の発明によれば、マットレスに横たわる人に起因する圧力をセンサ素子に伝達し易くなり、したがってセンサ素子を更に小型化することができてコストを削減することができる。

請求項４の発明によれば、センサ素子や圧力伝達部が外部から遮断されるので、経年劣化や使用環境による劣化の影響を低減することができ、耐久性を向上することができる。したがって、センサ素子の劣化及び故障による交換回数を低減することができ、コストを削減することができる。

以下、本発明に係る生体信号検出装置の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は、ベッド台Ａとベッド台Ａに載置されるマットレスＢとの間に配設されるものであって（図４参照）、図１に示すように、ベッド台Ａに載置されるベース部２と、ベース部２に載置されてマットレスＢに横たわる人に起因する圧力を電気信号に変換する複数（本実施形態では３つ）のセンサ素子１Ａ〜１Ｃと、各センサ素子１Ａ〜１Ｃの出力端子同士を電気的に接続する接続導体５と、各センサ素子１Ａ〜１Ｃ及び接続導体５全体を一体に覆うように配設されてマットレスＢに横たわる人に起因する圧力をセンサ素子１Ａ〜１Ｃに伝達する圧力伝達部３と、圧力伝達部３を覆うとともに周縁がベース部２に固着されるカバー部４とを備えて成る。

ベース部２は、幅寸法が１００〜２００ｍｍ程度、厚み寸法が６〜１０ｍｍ程度の略平板状に形成されている。ベース部２の長手方向の寸法はベッド台Ａの幅寸法に応じて決定されるのが良く、例えばベッド台Ａが幅寸法１０００ｍｍのシングルサイズの場合は、ベース部２の長手方向の寸法は６００〜８００ｍｍ程度が望ましい。また、ベッド台Ａが幅寸法１２００ｍｍのセミダブルサイズの場合は、ベース部２の長手方向の寸法は８００〜１０００ｍｍ程度、ベッド台Ａが幅寸法１６００ｍｍのダブルサイズの場合は、ベース部２の長手方向の寸法は１２００〜１４００ｍｍ程度が望ましい。

ベース部２は、硬質プラスチックやアクリル、木材等の硬質性を有する材料から形成され、人がマットレスＢに横たわった際に撓まない程度の硬さとなっている。而して、後述するセンサ素子１Ａ〜１Ｃの裏面がベース部２に固定されるため、圧力伝達部３を介して伝わる振動を減衰させることなくセンサ素子１Ａ〜１Ｃに伝達することができる。また、ベース部２を硬質性を有する材料で形成することで、ベース部２が載置されるベッド台Ａの種類に依存すること無く検出特性を一定に保つことができる。

尚、ベース部２をベッド台Ａに取り付ける際には、専用の取付台（図示せず）をベッド台Ａに設けても構わないが、ベース部２にバンド（図示せず）を挿通させるための挿通孔（図示せず）を貫設し、該挿通孔にバンドを通してベッド台Ａに取り付けるようにしても構わない。この場合、専用の取付台を必要としないためにコストを削減することができる。

センサ素子１Ａ〜１Ｃは、厚み寸法が０．０５〜０．２ｍｍ程度の長尺平板状に形成され、その幅方向がベース部２の長手方向と一致するようにベース部２の長手方向に沿って所定の間隔を空けて並設される（図２参照）。尚、本実施形態で用いられるセンサ素子１Ａ〜１Ｃは、素子に加わる圧力に時間的変化が生じると電気信号を発生するものを想定しており、例えばＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の高分子圧電材料から成る圧電型素子が適用される。また、圧電型素子の他にも、静電容量型素子からセンサ素子１Ａ〜１Ｃを構成しても構わない。尚、センサ素子１Ａ〜１Ｃは、圧電型及び静電容量型の何れの素子であっても柔軟性を有する。

接続導体５は、センサ素子１Ａ〜１Ｃのプラス極同士を電気的に接続するプラス導体５ａと、センサ素子１Ａ〜１Ｃのマイナス極同士を電気的に接続するマイナス導体５ｂとから成り、何れも導電性材料から厚み寸法が１ｍｍ程度の長尺平板状に形成されている。プラス導体５ａ及びマイナス導体５ｂは、図２に示すように、各導体の長手方向がセンサ素子１Ａ〜１Ｃの長手方向と直交する方向と一致するように配置される。また、プラス導体５ａがセンサ素子１Ａ〜１Ｃの表側に、マイナス導体５ｂがセンサ素子１Ａ〜１Ｃの裏側に配置され、センサ素子１Ａ〜１Ｃの長手方向における一端部を挟持するようになっている。尚、センサ素子１Ａ〜１Ｃは、前述のように柔軟性を有しているので、プラス導体５ａ及びマイナス導体５ｂで挟持されていない部位は、重力方向に撓んでベース部２に密着する。

プラス導体５ａ及びマイナス導体５ｂの長手方向における一端部には、ケーブル６の一端に接続されたコネクタ６ａが接続され、該ケーブル６の他端には、外部機器（図示せず）と接続するための外部コネクタ６ｂが接続されている。而して、外部コネクタ６ｂを外部機器に接続することで、センサ素子１Ａ〜１Ｃで発生した電気信号をプラス導体５ａ及びマイナス導体５ｂ、並びにケーブル６を介して外部機器に伝送できるようになっている。尚、プラス導体５ａ及びマイナス導体５ｂは、センサ素子１Ａ〜１Ｃで発生した電気信号を伝送できるものであればよいので、センサ素子１Ａ〜１Ｃと同じ材料から構成されてもよく、更にリード線で構成されても構わない。

圧力伝達部３は、図３に示すように、軟質プラスチックやゴム、ウレタン等の軟質性を有する材料から厚み寸法が１．５〜４ｍｍ程度のシート状に形成され、センサ素子１Ａ〜１Ｃ及びプラス導体５ａ及びマイナス導体５ｂ全体を一体に覆うように配設されている。而して、マットレスＢに横たわる人からの振動を減衰させることなくセンサ素子１Ａ〜１Ｃに伝達することができる。

カバー部４は、シート状に形成され、図１に示すように、圧力伝達部３を覆うように密着して配設され、また、ベース部２に固着されている。而して、カバー部４によってセンサ素子１Ａ〜１Ｃ及びプラス導体５ａ及びマイナス導体５ｂが保護される。尚、カバー部４の表面からベース部２の表面までの寸法は２〜５ｍｍ程度が望ましく、この厚み寸法であれば、本実施形態をマットレスＢの下に設置してもマットレスＢに横たわる人は本実施形態の存在を気にすることがない。また、マットレスＢに横たわる人からの振動はカバー部４を介して圧力伝達部３に伝達されるので、カバー部４は振動を減衰させない材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂から成る高分子フィルムで構成されるのが望ましい。

以下、本実施形態の使用方法について説明する。本実施形態は、図４に示すように、枕（図示せず）の設置位置や使用者（本実施形態では大人を対象とする）の体格を考慮して、ベッド台Ａの長手方向において頭部側の一端から４００±３０ｍｍ程度離れた位置に設置される。また、本実施形態は、ベッド台Ａの幅方向における略中央を通る直線と、ベース部２の長手方向における略中央を通る直線が一致するように設置される。而して、センサ素子１Ａ〜１Ｃ及び圧力伝達部３は、マットレスＢに横たわる人の肩から胸の真下に位置するとともに、センサ素子１Ａ〜１Ｃは、その幅方向がベッド台Ａの幅方向と一致するようにベッド台Ａの幅方向に沿って所定の間隔を空けて並設されることとなる。

就寝中の人からは、心拍や呼吸、寝返り等に応じた振動が常時発生しており、該振動が圧力伝達部３を介してセンサ素子１Ａ〜１Ｃに伝達され、センサ素子１Ａ〜１Ｃは振動の大小に応じて電気信号を発生する。発生した電気信号は、接続導体５及びケーブル６を介して外部機器に伝送され、外部機器において電気信号を解析して心拍数や心拍間隔の揺らぎ、体動の有無等の分析を行うことで、就寝中の人の睡眠状態、及び交感神経や副交感神経等の自律神経系の活動の時間的変化の推定に利用したり、健康管理に役立てることができる。

上述のように、センサ素子１Ａ〜１Ｃを所定の間隔を空けて並設するとともに各センサ素子１Ａ〜１Ｃをプラス導体５ａ及びマイナス導体５ｂで電気的に接続し、これらセンサ素子１Ａ〜１Ｃ及びプラス導体５ａ及びマイナス導体５ｂ全体を圧力伝達部３で一体に覆ったので、圧力伝達部３を介してセンサ素子１Ａ〜１Ｃに振動を伝達することができ、したがって、センサ素子の個数を増やす場合、及びベッド台Ａのサイズに応じた面積の大きいセンサ素子を用いる場合と比較して、検出範囲を狭めることなくコストを削減することができる。また、センサ素子１Ａ〜１Ｃは長尺平板状に形成され、その幅方向がベッド台Ａの幅方向と一致するようにベッド台Ａの幅方向に沿って並設されるので、検出範囲をベッド台Ａの幅方向に広げることができ、したがってマットレスＢに横たわる人が寝返りをうつことによってベッド台Ａの幅方向に移動する場合にも生体信号を検出することができる。

ところで、図５に示すように、圧力伝達部３の構成を上記実施形態と異なる構成に変更しても構わない。図５における圧力伝達部３は、３つの袋状の容器３Ａ〜３Ｃを連続一体に繋げて構成され、該容器３Ａ〜３Ｃ内に空気又は水等の流体７が充填されている。このような構成の場合、圧力伝達部３は前述の軟質性を有する材料のみから構成される場合と比べてセンサ素子１Ａ〜１ＣにマットレスＢに横たわる人からの振動を伝え易くなる。而して、センサ素子１Ａ〜１Ｃを更に小型化することができ、コストを削減することが可能となる。

また、センサ素子１Ａ〜１Ｃ及びプラス導体５ａ及びマイナス導体５ｂを圧力伝達部３内に気密的に収納するとともに、該圧力伝達部３をカバー部４内に気密的に収納するように構成しても構わない。具体的には、図６に示すように、圧力伝達部３にセンサ素子１Ａ〜１Ｃ及びプラス導体５ａ及びマイナス導体５ｂをインサート成形した後に、該圧力伝達部３をカバー部４にインサート成形し、カバー部４をベース部２に固着することで構成される。このような構成の場合、センサ素子１Ａ〜１Ｃ及びプラス導体５ａ及びマイナス導体５ｂが外気から完全に遮断されるので、これらの部位が経年劣化や使用環境による劣化の影響を受け難くすることができる。したがって、センサ素子１Ａ〜１Ｃの劣化及び故障による交換回数を低減することができ、コストを削減することができる。

本発明の生体信号検出装置の実施形態を示す全体斜視図である。同上の圧力伝達部及びカバー部を外した場合を示す全体斜視図である。同上のカバー部を外した場合を示す全体斜視図である。同上の配置状態を示す概略図である。同上の他の構成を示す全体斜視図である。同上の更に他の構成を示す全体斜視図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｃセンサ素子
２ベース部
３圧力伝達部
４カバー部
５接続導体
５ａプラス導体
５ｂマイナス導体
Ａベッド台
Ｂマットレス

Claims

ベッド台とベッド台に載置されるマットレスとの間に配設されてマットレスに横たわる人の活動に応じて発生する生体信号を検出する生体信号検出装置であって、硬質性を有する材料から成りベッド台に載置されるベース部と、ベース部に載置されてマットレスに横たわる人に起因する圧力を電気信号に変換する複数のセンサ素子と、各センサ素子の出力端子同士を電気的に接続する接続導体と、マットレスに横たわる人に起因する圧力をセンサ素子に伝達する軟質性を有する材料から成る圧力伝達部と、圧力伝達部を覆うとともに周縁がベース部に固着されるカバー部とを備え、センサ素子は、所定の間隔を空けて並設され、圧力伝達部は、各センサ素子及び接続導体全体と、各センサ素子の間の領域とを一体に覆うように配設されることを特徴とする生体信号検出装置。
前記センサ素子は、長尺平板状に形成され、その幅方向がベッド台の幅方向と一致するようにベッド台の幅方向に沿って並設されることを特徴とする請求項１記載の生体信号検出装置。
前記圧力伝達部は、袋状の容器に空気又は水等の流体を充填して成ることを特徴とする請求項１又は２記載の生体信号検出装置。
前記圧力伝達部は、各センサ素子及び接続導体全体を気密的に覆い、カバー部は、圧力伝達部全体を気密的に覆うとともに周縁がベース部に気密的に固着されることを特徴とする請求項１又は２記載の生体信号検出装置。