JP5510725B2

JP5510725B2 - 在床姿勢判定装置

Info

Publication number: JP5510725B2
Application number: JP2010126139A
Authority: JP
Inventors: 恵久末次; 充宏安藤
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-06-01
Also published as: JP2011250950A

Description

本発明は、ベッド上に在床する人の姿勢を判定する在床姿勢判定技術に関する。

病院や高齢者施設等では、患者や入居者等の安全管理のために、これらの人がベッド上どのような姿勢をとっているかを確認したいという要望がある。しかしながら、職員等による見回りでは常に確認することは困難である。また、監視カメラ等を用いた場合には患者や入居者等のプライバシーの問題や監視負担の増大の問題が生じる。

このような問題を解決するために、寝床部の荷重を検出して荷重信号を生成する荷重計測手段と、前記荷重信号に基づいて前記利用者の重心位置を演算する重心位置演算手段と、前記重心位置の演算結果から重心位置の移動量を演算する重心移動量演算手段と、前記重心位置移動量が第１の閾値以上となったか否かを判定する第１の判定手段と、前記第１の判定手段が前記重心位置移動量が第１の閾値以上となった時点より第１の時間前の時点を基準時点として、前記基準時点から前記第１の時間より長い第２の時間内に前記重心位置移動量が前記第１の閾値より長い第２の閾値以上となったか否かを判定する第２の判定手段と、前記第１の判定手段が前記重心位置移動量が第１の閾値以上となったと判定したときに監視モードに入りこの監視モードにおいて前記第２の判定手段が前記重心位置移動量が前記第１の閾値より長い第２の閾値以上となったと判定したときに前記利用者の起き上がりを検知する検知手段と、を備えた寝台装置がある（特許文献１参照）。

この特許文献１の寝台装置では、利用者の重心移動に基づいて監視モードに移行し、その後利用者の重心が所定値以上移動した際に利用者の起き上がり動作を判定している。

特開２００９−３９４５３号公報

しかしながら、特許文献１の寝台装置では、単に重心の移動量に基づいて起き上がり動作を判定しているため、例えば、利用者が横臥位にある状態でベッドの長辺方向に移動すると起き上がり動作であると誤判定されるおそれがある。また、利用者の体が小さい場合には、重心の移動量が小さくなるため、起き上がり動作を正しく判定できない可能性もある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ベッド上に在床している人の在床姿勢を的確に判定することができる在床姿勢判定装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の在床姿勢判定装置は、ベッドが設置面に加える時々刻々の荷重を分散して計測するように配置された複数の荷重計と、前記複数の荷重計により測定された複数の計測値に基づいて、当該複数の荷重計に対する前記ベッドに在床する人の荷重である人荷重を算出する荷重算出部と、前記人荷重に基づいて、少なくとも前記ベッドの長辺に沿う方向の重心である長辺重心を算出する重心算出部と、所定時点における前記長辺重心と、当該所定時点から所定時間過去の各々の時点における前記長辺重心との偏差の和を、少なくとも前記所定時間内における前記長辺重心の変動量である長辺重心変動量として算出する重心変動量算出部と、前記長辺重心変動量に基づいて前記人の在床姿勢を判定する姿勢判定部と、を備えている。

この構成では、ベッド上に在床する人の重心位置のうちベッドの長辺に沿う方向の重心である長辺重心が算出され、所定時間内におけるこの長辺重心の変動量に基づいて人の在床姿勢を判定している。これにより、簡易な構成でベッド上に在床している人の姿勢を判定することができる。また、本構成では、所定時点における長辺重心とその所定時点から所定時間過去の各々の時点における長辺重心との偏差の和を長辺重心変動量として算出している。これにより、簡易な演算により長辺重心変動量を算出することができる。

一般的に、重心の変動量は人の体の大きさに依存していると考えられる。そのため、長辺重心変動量と固定的な閾値とを比較すると、判定される人の体の大きさに対応していない閾値を用いた場合には誤判定の可能性がある。また、人の体の大きさに応じて閾値を変更することも可能であるが、オペレータ等の負担を増加させてしまう。

このような問題に鑑み、本発明の在床姿勢判定装置の好適な実施形態の一つでは、前記重心算出部はさらに前記ベッドの短辺に沿う重心である短辺重心を算出し、前記重心変動量算出部はさらに前記所定時間内における前記短辺重心の変動量である短辺重心変動量を算出し、前記姿勢判定部は、前記長辺重心変動量と前記短辺重心変動量とを比較することにより前記在床姿勢を判定している。

この構成では、さらに、ベッド上に在床する人の重心位置のうちベッドの短辺に沿う方向の重心である短辺重心、および、所定時間内におけるこの短辺重心の変動量が算出され、長辺重心変動量と短辺重心変動量とを比較することにより在床姿勢を判定している。すなわち、この構成では、短辺重心変動量を閾値として用いている。これにより、オペレータ等の負担を増加させることなく、人の体の大きさに起因する誤判定を低減させることができる。

本発明の在床姿勢判定装置の好適な実施形態の一つでは、前記短辺重心変動量を算出する際には所定時点における前記短辺重心と、当該所定時点から前記所定時間過去の各々の時点における前記短辺重心との偏差の和を前記短辺重心変動量として算出している。

この構成では、所定時点における短辺重心とその所定時点から所定時間過去の各々の時点における短辺重心との偏差の和を短辺重心変動量として算出している。これにより、簡易な演算により短辺重心変動量を算出することができる。

ベッド上に在床している人がヘッドボード等に寄りかかっていたり、ベッドサイドに座っていたりする場合には、人の重心はベッドの中心から偏った位置にあると考えられる。そのため、本発明の在床姿勢判定装置の好適な実施形態の一つでは、ベッドが設置面に加える時々刻々の荷重を分散して計測するように配置された複数の荷重計と、前記複数の荷重計により測定された複数の計測値に基づいて、当該複数の荷重計に対する前記ベッドに在床する人の荷重である人荷重を算出する荷重算出部と、前記人荷重に基づいて、少なくとも前記ベッドの長辺に沿う方向の重心である長辺重心を算出する重心算出部と、少なくとも所定時間内における前記長辺重心の変動量である長辺重心変動量を算出する重心変動量算出部と、前記長辺重心に基づいて規定される補正係数を前記長辺重心変動量に乗じた値により前記人の在床姿勢を判定する姿勢判定部と、を備えている。

この構成では、長辺重心の位置に応じて長辺重心変動量が補正される。例えば、重心がベッドの中心からヘッドボード側に偏っている場合には、人はヘッドボード等に寄りかかっている可能性が高い。そのため、そのような重心位置が求められた場合には、状態起立であると判定され易くなるように長辺重心変動量を補正する。このように、長辺重心変動量を補正することにより、姿勢判定部を上述した在床姿勢判定装置と共通化することができる。

在床姿勢判定装置の構成図である。在床姿勢判定処理の流れを表すフローチャートである。荷重センサの配置を示す図である。横臥位状態における長辺重心変動量と短辺重心変動量とを示す図である。状態起立状態における長辺重心変動量と短辺重心変動量とを示す図である。長辺重心変動量に乗じる補正係数の例である。

以下に、図面を用いて本発明の在床姿勢判定装置の実施例を説明する。図１は本発明による在床姿勢判定装置Ａの構成図である。図に示すように、本実施形態の在床姿勢判定装置Ａは、複数の荷重センサＳ（本発明の荷重計の例）と、汎用コンピュータからなる制御装置Ｃと、から構成されている。

また、図に示すように、複数の荷重センサＳはベッドＢの脚部ＬとベッドＢの載置面（床等）との間に配置されている。本実施形態では、ベッドＢは４つの脚部Ｌを有しており、それぞれの脚部Ｌに対応して４つの荷重センサＳが配置されている（図３参照）。したがって、ベッドＢがその載置面に対して加える荷重は４つの荷重センサＳにより分散して計測される。すなわち、４つの荷重センサＳの計測値の総和が、ベッドＢが載置面に加える荷重となる。この荷重センサＳは、時々刻々の荷重を計測し、その計測値を制御装置Ｃに送信している。なお、各々荷重センサＳを区別する必要がない場合にはそれらを総称して荷重センサＳまたは荷重センサＳｉ（ｉ＝１〜４）と表記するが、区別する必要がある際には荷重センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３およびＳ４と表記する。

一方、制御装置Ｃは、各種制御を行う制御部１、基準荷重を記憶する荷重記憶部２、荷重の重心を算出する重心算出部３、重心算出部３により算出された重心の変動量を算出する重心変動量算出部４、重心変動量算出部４により算出された重心変動量に基づいてベッドＢ上の人の姿勢を判定する姿勢判定部５を備えている。

本実施形態では、制御部１、重心算出部３、重心変動量算出部４および姿勢判定部５はソフトウェアにより構成されているが、ハードウェアまたはソフトウェアとハードウェアとが協働する構成としても構わない。一方、荷重記憶部２はＲＡＭ（Random Access Memory）により構成されているが、フラッシュメモリ等の不揮発性記憶媒体により構成しても構わない。

制御部１は、所定の時間間隔で荷重センサＳからの測定値を取得したり、各機能部に対して指示を与えたりする機能を有している。以下の説明では、荷重センサＳｉの計測値をＷ_Fiと表記する。

荷重記憶部２は、荷重センサＳｉ（ｉ＝１〜４）毎の基準荷重Ｗ_Siを記憶している。基準荷重Ｗ_Siとは、各荷重センサＳｉに対するベッドＢ上の人の体重を除いた荷重である。すなわち、基準荷重Ｗ_SiはベッドＢ上に人が在床していない状態での荷重センサＳｉの計測値Ｗ_Fiである。

重心算出部３は、荷重センサＳｉの計測値Ｗ_Fiに基づいて、ベッドＢ上に在床する人の重量が各荷重センサＳｉに作用する荷重（以下、人荷重と称する）を算出し、人荷重から重心を算出する機能を有している。

重心変動量算出部４は、重心算出部３により算出された重心に基づいて重心変動量を算出する機能を有している。

姿勢判定部５は、重心変動量算出部４により算出された重心変動量に基づいてベッドＢ上の人の姿勢を判定する機能を有している。

図２は本発明の在床姿勢判定装置Ａの処理の流れを表すフローチャートである。まず、在床姿勢判定装置Ａの初期化を行う（＃０１）。具体的には、メモリ（図示せず）に記憶されている各時刻の重心および基準荷重Ｗ_Siのリセットを行う。上述したように、基準荷重Ｗ_SiはベッドＢ上に人が在床していない状態での荷重センサＳｉの計測値Ｗ_Fiである。そのため、基準荷重Ｗ_Siの初期化はベッドＢ上に人が在床していない状態で、荷重センサＳｉの計測値Ｗ_Fiを得る必要がある。例えば、ベッドＢ上に人が在床していない状態で、在床姿勢判定装置Ａを起動する、オペレータが在床姿勢判定装置Ａに対して初期化命令を与える等により、確実に基準荷重Ｗ_Siの初期化を行うことができる。

このようにして、制御部１は初期化として、各時刻における重心変動量をリセットするとともに、４つの荷重センサＳｉからの計測値Ｗ_Fiを取得し、荷重記憶部２に対して基準荷重Ｗ_Siとして記憶させる。

初期化が完了すると、制御部１は所定のサンプリング間隔で荷重センサＳの計測値を取得し、以下の処理を繰り返し実行する。なお、本実施例では、サンプリング間隔は人の心臓の拍動間隔の１／２程度に設定している。

制御部１が各荷重センサＳの計測値Ｗ_Fi（ｔ）（ｉ＝１〜４）を取得すると（＃０２）、それらの計測値Ｗ_Fi（ｔ）は重心算出部３に送られる。なお、ｔは計測値Ｗ_Fiを取得した時刻を表している。重心算出部３は、４つの計測値Ｗ_Fi（ｔ）を取得すると、まずこれらに基づいて人荷重Ｗ_Hi（ｔ）を算出する（＃０３）。このため、本実施形態における重心算出部３は荷重算出部としても機能している。上述したように、基準荷重Ｗ_Siは人の体重を除いた荷重であるため、計測値Ｗ_Fi（ｔ）から基準荷重Ｗ_Siを減じると人荷重Ｗ_Hi（ｔ）となる。すなわち、Ｗ_Hi（ｔ）＝Ｗ_Fi（ｔ）−Ｗ_Siである。

次に、重心算出部３は、人荷重Ｗ_Hiの重心を算出する（＃０４）。図３は、荷重センサＳの配置を表す図である。図に示すように、ベッドＢを上面から見て、頭部側右側に荷重センサＳ１、頭部側左側に荷重センサＳ２、足部側左側に荷重センサＳ３、足部側右側に荷重センサＳ４を配置している。また、図に示すように、ベッドＢの長辺に沿ってＸ軸、ベッドＢの短辺に沿ってＹ軸を設定し、頭部側を原点に設定している。したがって、重心ｇ（ｔ）は以下の式（１）により求めることができる。なお、Ｌ_XおよびＬ_YはそれぞれベッドＢの長辺および短辺の長さである。なお、長辺および短辺は便宜上の呼称であり、例えば、ベッドＢが正方の場合には、人が横臥すべき方向に沿った側の辺を長辺とする。

このようにして算出された各時刻における重心ｇ（ｔ）は時刻順にメモリに一次記憶される。なお、重心ｇは所定個数のみを記憶し、重心ｇの数が所定個数を超えた際には、ＦＩＦＯ（First In First Out）形式で管理される。すなわち、最も過去の重心ｇが破棄され、最も新しい重心ｇが記憶される。なお、本実施例では、所定個数を１１に設定している。

重心算出部３は、重心ｇの算出が完了すると重心変動量算出部４に対してその旨を通知する。重心算出部３からの通知を受けた重心変動量算出部４は、メモリに所定時間分の重心ｇが記憶されているか否かをチェックする（＃０５）。本実施例では、所定時間間隔とは１１サンプリング間隔としている。すなわち、メモリには現時点および、過去１０時刻における重心ｇが記憶されている。上述の重心ｇの一次記憶数は、重心変動量算出部４において必要な重心の数と等しくなっている。なお、重心変動量の算出に用いる期間の長さは適宜設定可能である。

メモリに必要数（この例では１１）の重心ｇが記憶されていなければ（＃０５のＮｏ分岐）、処理は＃０２に移行し、上述の処理が繰り返される。一方、メモリに必要数の重心ｇが記憶されていれば（＃０５のＹｅｓ分岐）、以下の式（２）により、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにおける重心の変動量を算出する（＃０６）。なお、以下の説明では、Ｘ軸方向の重心（以下、長辺重心ｇ_X（ｔ）と称する）の変動量を長辺重心変動量Ｖ_X、Ｙ軸方向の重心（以下、短辺重心ｇ_Y（ｔ）と称する）の変動量を短辺重心変動量Ｖ_Yと称する。本実施形態では、長辺重心変動量Ｖ_Xおよび短辺重心変動量Ｖ_Yは、現時点ｔでの重心（長辺重心ｇ_X（ｔ）または短辺重心ｇ_Y（ｔ））と現時点から所定期間過去の各時刻における重心（長辺重心ｇ_X（ｔ）または短辺重心ｇ_Y（ｔ））との偏差の和として算出している。

算出された長辺重心変動量Ｖ_Xおよび短辺重心変動量Ｖ_Yは姿勢判定部５に送られる。長辺重心変動量Ｖ_Xおよび短辺重心変動量Ｖ_Yを取得した姿勢判定部５は長辺重心変動量Ｖ_Xと短辺重心変動量Ｖ_Yとを比較することによりベッドＢ上の人の姿勢を判定する。具体的には、長辺重心変動量Ｖ_Xが短辺重心変動量Ｖ_Yよりも大きければ（＃０７のＹｅｓ分岐）横臥位（＃０８）、長辺重心変動量Ｖ_Xが短辺重心変動量Ｖ_Y以下であれば（＃０７のＮｏ分岐）上体起立（＃０９）と判定する。この判定結果は制御部１に返される。

図４は、横臥位状態の人の長辺重心変動量Ｖ_Xと短辺重心変動量Ｖ_Yであり、図５は上体起立状態の人の長辺重心変動量Ｖ_Xと短辺重心変動量Ｖ_Yである。図中では、長辺重心変動量Ｖ_Xを実線、短辺重心変動量Ｖ_Yを点線で表している。図から明らかなように、横臥位状態では長辺重心変動量Ｖ_Xは短辺重心変動量Ｖ_Yよりも全般的に大きくなっている。一方、上体起立状態では全般的に長辺重心変動量Ｖ_Xは短辺重心変動量Ｖ_Y以下となっている。したがって、長辺重心変動量Ｖ_Xと短辺重心変動量Ｖ_Yとを比較することによりベッドＢ上の人が横臥位状態であるか上体起立状態であるかを判定することができる。なお、長辺重心変動量Ｖ_Xと短辺重心変動量Ｖ_Yとの関係は、常に上記の関係にある訳ではなく、一時的に関係が逆転する場合がある（図４参照）。このような場合には、正確に姿勢を判定することができなくなるため、移動平均等を施した長辺重心変動量Ｖ_Xと短辺重心変動量Ｖ_Yとに基づいて姿勢の判定を行うことが望ましい。

〔別実施形態〕
（１）上述の実施形態では、長辺重心変動量Ｖ_Xを短辺重心変動量Ｖ_Yと比較したが、所定の閾値と比較することにより姿勢判定を行っても構わない。この場合には、重心算出部３は長辺重心ｇ_X（ｔ）のみを算出し、重心変動量算出部４は長辺重心変動量Ｖ_Xのみを算出すればよい。

（２）上述の実施形態では、ベッドＢに対する実座標系で求めた重心を用いたが、正規化座標系で求めた重心を用いても構わない。

（３）上述の実施形態では、人荷重Ｗ_Hiの重心ｇ（ｔ）を算出したが、計測値Ｗ_Fiの重心を用いても構わない。

（４）上述の実施形態では、ベッドＢの脚部Ｌの下に設置した荷重センサＳを用いたが、ベッドＢ上にグリッド上に配置された荷重センサ等を用いても構わない。この構成では、ベッドＢの重量が除かれた荷重を得ることができるため、荷重センサの計測値を人荷重とみなすことができ、人荷重の演算を行う必要がなくなる。

（５）上述の実施形態では、重心変動量算出部４により算出された長辺重心変動量Ｖ_Xに基づいて姿勢を判定したが、算出された長辺重心変動量Ｖ_Xに所定の補正係数を乗じた値に基づいて姿勢を判定しても構わない。例えば、ベッドＢ上に在床する人がベッドＢのヘッドボードにもたれている場合には、長辺重心は原点側に偏っている。このような場合には、荷重センサＳに対して人の体重の一部しか作用せず、適切な長辺重心変動量Ｖ_Xが求められない可能性がある。そのため、長辺重心が原点側に偏っている場合には、長辺重心変動量Ｖ_Xに１よりも小さな補正係数を乗じた値に基づいて姿勢を判定することが望ましい。同様に、長辺重心が正方向側に偏っている場合には、人がベッドＢの端部に座り、脚が床についている可能性がある。このような場合にも、長辺重心変動量Ｖ_Xに１よりも小さな補正係数を乗じた値に基づいて姿勢を判定することが望ましい。このように、長辺重心の位置に基づいて長辺重心変動量Ｖ_Xを補正することにより、姿勢判定部５の構成を変更することなく適切な姿勢判定を行うことができる。なお、補正係数は適宜設定可能であり、例えば、図６に示すような台形型の関数を用いることができる。

本発明は、ベッド上に在床する人の姿勢判定技術に適用することができる。

Ａ：在床姿勢判定装置
Ｂ：ベッド
Ｃ：制御装置
Ｌ：脚部
Ｓ：荷重センサ
Ｗ_S：基準荷重
Ｗ_F：計測値
Ｗ_H：人荷重
ｇ：重心
ｇ_X：長辺重心
ｇ_Y：短辺重心
Ｖ_X：長辺重心変動量
Ｖ_Y：短辺重心変動量
１：制御部
２：荷重記憶部
３：重心算出部
４：重心変動量算出部
５：姿勢判定部

Claims

ベッドが設置面に加える時々刻々の荷重を分散して計測するように配置された複数の荷重計と、
前記複数の荷重計により測定された複数の計測値に基づいて、当該複数の荷重計に対する前記ベッドに在床する人の荷重である人荷重を算出する荷重算出部と、
前記人荷重に基づいて、少なくとも前記ベッドの長辺に沿う方向の重心である長辺重心を算出する重心算出部と、
所定時点における前記長辺重心と、当該所定時点から所定時間過去の各々の時点における前記長辺重心との偏差の和を、少なくとも前記所定時間内における前記長辺重心の変動量である長辺重心変動量として算出する重心変動量算出部と、
前記長辺重心変動量に基づいて前記人の在床姿勢を判定する姿勢判定部と、を備えた在床姿勢判定装置。
前記重心算出部はさらに前記ベッドの短辺に沿う重心である短辺重心を算出し、
前記重心変動量算出部はさらに前記所定時間内における前記短辺重心の変動量である短辺重心変動量を算出し、
前記姿勢判定部は、前記長辺重心変動量と前記短辺重心変動量とを比較することにより前記在床姿勢を判定する請求項１記載の在床姿勢判定装置。
前記重心変動量算出部は、所定時点における前記短辺重心と、当該所定時点から前記所定時間過去の各々の時点における前記短辺重心との偏差の和を前記短辺重心変動量として算出する請求項２記載の在床姿勢判定装置。
ベッドが設置面に加える時々刻々の荷重を分散して計測するように配置された複数の荷重計と、
前記複数の荷重計により測定された複数の計測値に基づいて、当該複数の荷重計に対する前記ベッドに在床する人の荷重である人荷重を算出する荷重算出部と、
前記人荷重に基づいて、少なくとも前記ベッドの長辺に沿う方向の重心である長辺重心を算出する重心算出部と、
少なくとも所定時間内における前記長辺重心の変動量である長辺重心変動量を算出する重心変動量算出部と、
前記長辺重心に基づいて規定される補正係数を前記長辺重心変動量に乗じた値により前記人の在床姿勢を判定する姿勢判定部と、を備えた在床姿勢判定装置。