特許 7409986 生体状態モニタリングシステム、これを備えるベッドシステム、及び生体状態モニタリング方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-25

(45)【発行日】2024-01-09

(54)【発明の名称】生体状態モニタリングシステム、これを備えるベッドシステム、及び生体状態モニタリング方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/11 20060101AFI20231226BHJP

   A61B 5/00 20060101ALI20231226BHJP

【ＦＩ】

A61B5/11 100

A61B5/00 101R

A61B5/00 102A

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020125622

(22)【出願日】2020-07-22

(65)【公開番号】P2022021806

(43)【公開日】2022-02-03

【審査請求日】2023-07-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099793

【弁理士】

【氏名又は名称】川北 喜十郎

(74)【代理人】

【識別番号】100154586

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 正広

(74)【代理人】

【識別番号】100179280

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 育郎

(72)【発明者】

【氏名】轟 真佑

(72)【発明者】

【氏名】飯田 徳仁

(72)【発明者】

【氏名】増田 重巳

(72)【発明者】

【氏名】八田 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】長坂 峰宜

(72)【発明者】

【氏名】和田 悟

(72)【発明者】

【氏名】高田 雄二

【審査官】遠藤 直恵

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０１５２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１４７５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６４３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６４５０９５７（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／００－５／０１，５／０６－５／２２

Ａ６１Ｇ ７／００－７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベッド上の被験者の生体状態をモニタする生体状態モニタリングシステムであって、
ベッドの幅方向の一方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられ、且つ前記被験者による荷重であって、該被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出する第１荷重検出器と、
ベッドの幅方向の他方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられ、且つ前記被験者による荷重であって、該被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出する第２荷重検出器と、
第１荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重との差分を求めて、該差分から前記被験者の心拍状態を決定する心拍状態決定部とを備える生体状態モニタリングシステム。

【請求項2】

第１荷重検出器と第２荷重検出器とは、ベッドの幅方向中央でベッドの長さ方向に延びる軸に関して対称に配置される請求項１に記載の生体状態モニタリングシステム。

【請求項3】

第２荷重検出器はベッドの長さ方向の一方側に設けられており、
第２荷重検出器により検出される前記被験者による荷重は該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含み、
更に、ベッドの長さ方向の他方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられ、且つ前記被験者による荷重であって、該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出する第３荷重検出器と、
第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第３荷重検出器により検出された前記被験者による荷重との差分を求めて、該差分から前記被験者の呼吸状態を決定する呼吸状態決定部とを備える請求項１又は２に記載の生体状態モニタリングシステム。

【請求項4】

第１荷重検出器はベッドの長さ方向の一方側に設けられており、
第１荷重検出器により検出される前記被験者による荷重は該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含み、
第３荷重検出器はベッドの幅方向の他方側に設けられており、
第３荷重検出器により検出される前記被験者による荷重は該被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を含み、
更に、ベッドの幅方向の一方側且つベッドの長さ方向の他方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられ、且つ前記被験者による荷重であって、該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分と該被験者の心拍に応じて振動する荷重成分とを含む荷重を検出する第４荷重検出器を備え、
前記心拍状態決定部は、第１荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第４荷重検出器により検出された前記被験者による荷重の和と、第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第３荷重検出器により検出された前記被験者による荷重の和との差分を求めて、該差分から前記被験者の心拍状態を決定し、
前記呼吸状態決定部は、第１荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重の和と、第３荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第４荷重検出器により検出された前記被験者による荷重の和との差分を求めて、該差分から前記被験者の呼吸状態を決定する請求項３に記載の生体状態モニタリングシステム。

【請求項5】

ベッド上の被験者の呼吸状態をモニタする生体状態モニタリングシステムであって、
ベッドの長さ方向の一方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられ、且つ前記被験者による荷重であって、該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出する第１荷重検出器と、
ベッドの長さ方向の他方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられ、且つ前記被験者による荷重であって、該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出する第２荷重検出器と、
第１荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重との差分を求めて、該差分から前記被験者の呼吸状態を決定する呼吸状態決定部とを備える生体状態モニタリングシステム。

【請求項6】

ベッドと、
請求項１～５のいずれか一項に記載の生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。

【請求項7】

ベッド上の被験者の生体状態をモニタする生体状態モニタリング方法であって、
ベッドの幅方向の一方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられた第１荷重検出器により、前記被験者による荷重であって、該被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出することと、
ベッドの幅方向の他方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられた第２荷重検出器により、前記被験者による荷重であって、該被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出することと、
第１荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重との差分を求めて、該差分から前記被験者の心拍状態を決定することを含む方法

【請求項8】

第１荷重検出器と第２荷重検出器とは、ベッドの幅方向中央でベッドの長さ方向に延びる軸に関して対称に配置される請求項７に記載の生体状態モニタリング方法

【請求項9】

第２荷重検出器はベッドの長さ方向の一方側に設けられており、
第２荷重検出器により検出される前記被験者による荷重は該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含み、
ベッドの長さ方向の他方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられた第３荷重検出器により、前記被験者による荷重であって、該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出することと、
第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第３荷重検出器により検出された前記被験者による荷重との差分を求めて、該差分から前記被験者の呼吸状態を決定することを含む請求項７又は８に記載の生体状態モニタリング方法。

【請求項10】

第１荷重検出器はベッドの長さ方向の一方側に設けられており、
第１荷重検出器により検出される前記被験者による荷重は該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含み、
第３荷重検出器はベッドの幅方向の他方側に設けられており、
第３荷重検出器により検出される前記被験者による荷重は該被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を含み、
更に、ベッドの幅方向の一方側且つベッドの長さ方向の他方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられた第４荷重検出器により、前記被験者による荷重であって、該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分と該被験者の心拍に応じて振動する荷重成分とを含む荷重を検出することを含み、
前記被験者の心拍状態を決定することは、第１荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第４荷重検出器により検出された前記被験者による荷重の和と、第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第３荷重検出器により検出された前記被験者による荷重の和との差分を求めて、該差分から前記被験者の心拍状態を決定することであり、
前記被験者の呼吸状態を決定することは、第１荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重の和と、第３荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第４荷重検出器により検出された前記被験者による荷重の和との差分を求めて、該差分から前記被験者の呼吸状態を決定することである請求項９に記載の生体状態モニタリング方法。

【請求項11】

ベッド上の被験者の呼吸状態をモニタする生体状態モニタリング方法であって、
ベッドの長さ方向の一方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられた第１荷重検出器により、前記被験者による荷重であって、該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出することと、
ベッドの長さ方向の他方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられた第２荷重検出器により、前記被験者による荷重であって、該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出することと、
第１荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重との差分を求めて、該差分から前記被験者の呼吸状態を決定することを含む生体状態モニタリング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の荷重検出器を備える生体状態モニタリングシステム、当該システムを備えるベッドシステム、及び複数の荷重検出器を用いる生体状態モニタリング方法に関する。

【背景技術】

【0002】

医療や介護の分野において、荷重検出器を介してベッド上の被験者の荷重を検出し、検出した荷重に基づいて被験者の状態を判定することが提案されている。具体的には例えば、検出した荷重に基づいて被験者の呼吸数や心拍数の推定を行うことが提案されている。

【0003】

特許文献１は、濾波器を備え、被検生体の重心位置の変動出力の高い周波数成分から被検生体の心臓運動を検出し、被検生体の重心位置の変動出力の低い周波数成分から被検生体の呼吸運動を検出する、呼吸及び心臓運動測定装置を開示している。特許文献２は、就寝面上の利用者の重心位置の変化を高速フーリエ変換等によって処理することにより呼吸の変化周期を抽出して呼吸周波数として出力することのできる動作検出装置を開示している。また、本出願人に発行された特許文献３は、ベッド上の被験者の重心位置の時間的変動及び体動に関する情報を用いて、当該被験者の呼吸数を高精度に求める方法を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特公昭６１－２４０１０号公報

【文献】特開２０１４－１８０４３２号公報

【文献】特許第６１０５７０３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、荷重検出器を用いて被験者の生体状態をモニタするための代替的なシステム及び方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様に従えば、
ベッド上の被験者の生体状態をモニタする生体状態モニタリングシステムであって、
ベッドの幅方向の一方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられ、且つ前記被験者による荷重であって、該被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出する第１荷重検出器と、
ベッドの幅方向の他方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられ、且つ前記被験者による荷重であって、該被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出する第２荷重検出器と、
第１荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重との差分を求めて、該差分から前記被験者の心拍状態を決定する心拍状態決定部とを備える生体状態モニタリングシステムが提供される。

【0007】

第１の態様の生体状態モニタリングシステムにおいて、第１荷重検出器と第２荷重検出器とは、ベッドの幅方向中央でベッドの長さ方向に延びる軸に関して対称に配置されてもよい。

【0008】

第１の態様の生体状態モニタリングシステムにおいて、第２荷重検出器はベッドの長さ方向の一方側に設けられていてもよく、第２荷重検出器により検出される前記被験者による荷重は該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含んでもよい。また第１の態様の生体状態モニタリングシステムは、更に、ベッドの長さ方向の他方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられ、且つ前記被験者による荷重であって、該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出する第３荷重検出器を含んでも良く、第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第３荷重検出器により検出された前記被験者による荷重との差分を求めて、該差分から前記被験者の呼吸状態を決定する呼吸状態決定部を備えてもよい。

【0009】

第１の態様の生体状態モニタリングシステムにおいて、第１荷重検出器はベッドの長さ方向の一方側に設けられていてもよく、第１荷重検出器により検出される前記被験者による荷重は該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含んでもよく、第３荷重検出器はベッドの幅方向の他方側に設けられていてもよく、第３荷重検出器により検出される前記被験者による荷重は該被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を含んでもよい。また第１の態様の生体状態モニタリングシステムは、更に、ベッドの幅方向の一方側且つベッドの長さ方向の他方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられ、且つ前記被験者による荷重であって、該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分と該被験者の心拍に応じて振動する荷重成分とを含む荷重を検出する第４荷重検出器を備えてもよく、前記心拍状態決定部は、第１荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第４荷重検出器により検出された前記被験者による荷重の和と、第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第３荷重検出器により検出された前記被験者による荷重の和との差分を求めて、該差分から前記被験者の心拍状態を決定してもよく、前記呼吸状態決定部は、第１荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重の和と、第３荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第４荷重検出器により検出された前記被験者による荷重の和との差分を求めて、該差分から前記被験者の呼吸状態を決定してもよい。

【0010】

本発明の第２の態様に従えば、
ベッド上の被験者の呼吸状態をモニタする生体状態モニタリングシステムであって、
ベッドの長さ方向の一方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられ、且つ前記被験者による荷重であって、該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出する第１荷重検出器と、
ベッドの長さ方向の他方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられ、且つ前記被験者による荷重であって、該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出する第２荷重検出器と、
第１荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重との差分を求めて、該差分から前記被験者の呼吸状態を決定する呼吸状態決定部とを備える生体状態モニタリングシステムが提供される。

【0011】

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の態様の生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。

【0012】

本発明の第４の態様に従えば、
ベッド上の被験者の生体状態をモニタする生体状態モニタリング方法であって、
ベッドの幅方向の一方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられた第１荷重検出器により、前記被験者による荷重であって、該被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出することと、
ベッドの幅方向の他方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられた第２荷重検出器により、前記被験者による荷重であって、該被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出することと、
第１荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重との差分を求めて、該差分から前記被験者の心拍状態を決定することを含む方法が提供される。

【0013】

第４の態様の生体状態モニタリング方法において、第１荷重検出器と第２荷重検出器とは、ベッドの幅方向中央でベッドの長さ方向に延びる軸に関して対称に配置されていてもよい。

【0014】

第４の態様の生体状態モニタリング方法において、第２荷重検出器はベッドの長さ方向の一方側に設けられていてもよく、第２荷重検出器により検出される前記被験者による荷重は該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含んでもよい。また第４の態様の生体状態モニタリング方法は、ベッドの長さ方向の他方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられた第３荷重検出器により、前記被験者による荷重であって、該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出することを更に含んでも良く、第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第３荷重検出器により検出された前記被験者による荷重との差分を求めて、該差分から前記被験者の呼吸状態を決定することを含んでもよい。

【0015】

第４の態様の生体状態モニタリング方法において、第１荷重検出器はベッドの長さ方向の一方側に設けられていてもよく、第１荷重検出器により検出される前記被験者による荷重は該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含んでもよく、第３荷重検出器はベッドの幅方向の他方側に設けられていてもよく、第３荷重検出器により検出される前記被験者による荷重は該被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を含んでもよい。また第４の態様の生体状態モニタリング方法は、更に、ベッドの幅方向の一方側且つベッドの長さ方向の他方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられた第４荷重検出器により、前記被験者による荷重であって、該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分と該被験者の心拍に応じて振動する荷重成分とを含む荷重を検出することを含んでも良く、前記被験者の心拍状態を決定することは、第１荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第４荷重検出器により検出された前記被験者による荷重の和と、第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第３荷重検出器により検出された前記被験者による荷重の和との差分を求めて、該差分から前記被験者の心拍状態を決定することであってもよく、前記被験者の呼吸状態を決定することは、第１荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重の和と、第３荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第４荷重検出器により検出された前記被験者による荷重の和との差分を求めて、該差分から前記被験者の呼吸状態を決定することであってもよい。

【0016】

本発明の第５の態様に従えば、
ベッド上の被験者の呼吸状態をモニタする生体状態モニタリング方法であって、
ベッドの長さ方向の一方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられた第１荷重検出器により、前記被験者による荷重であって、該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出することと、
ベッドの長さ方向の他方側においてベッド又はベッドの脚下に設けられた第２荷重検出器により、前記被験者による荷重であって、該被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を含む荷重を検出することと、
第１荷重検出器により検出された前記被験者による荷重と第２荷重検出器により検出された前記被験者による荷重との差分を求めて、該差分から前記被験者の呼吸状態を決定することを含む生体状態モニタリング方法が提供される。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、荷重検出器を用いて被験者の生体状態をモニタするための代替的なシステム及び方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る生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】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。

【図3】図３は、生体状態モニタリングシステムを用いた生体状態モニタリング方法を示すフローチャートである。

【図4】図４は、ベッドの四隅に配置された荷重検出器の各々からの荷重信号の様子を説明するための説明図である。中央の図は、ベッド、当該ベッド上に仰臥する被験者、及びベッドの四隅に配置された荷重検出器の位置関係を示す概略的な平面図である。右下、左下、左上、右上のグラフは、それぞれ、ベッドの右下、左下、左上、右上の隅部に配置された荷重検出器からの荷重信号の波形を示すグラフである。各グラフ中の波形は、被験者の呼吸に応じて振動する荷重成分を示す波形と、被験者の心拍に応じて振動する荷重成分を示す波形とに分離して示されている。

【図5】図５は、被験者の脚側に配置された荷重検出器からの荷重信号と、被験者の頭側に配置された荷重検出器からの荷重信号との差分である呼吸信号の一例を示すグラフである。

【図6】図６は、被験者の右側に配置された荷重検出器からの荷重信号と、被験者の左側に配置された荷重検出器からの荷重信号との差分である心拍信号の一例を示すグラフである。

【図7】図７（ａ）～図７（ｄ）は、実施形態の生体状態モニタリングシステムの荷重検出部により検出された被験者の荷重信号の一例である。図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図７（ｄ）はそれぞれ、被験者の右下、左下、左上、右上に配置された荷重検出器により検出された荷重信号の一例を示すグラフである。

【図8】図８は、図７（ａ）～図７（ｄ）に示す荷重信号の差分である呼吸信号を示すグラフである。

【図9】図９は、図７（ａ）～図７（ｄ）に示す荷重信号が検出された期間と同一の期間に、図７（ａ）～図７（ｄ）に示す荷重信号の検出が行われた被験者と同一の被験者について行った、呼吸流量計を用いた計測の結果を示すグラフである。

【図10】図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）、図１０（ｄ）はそれぞれ、図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図７（ｄ）に示すグラフの一部を拡大したグラフである。

【図11】図１１は、図１０（ａ）～図１０（ｄ）に示す荷重信号の差分である心拍信号を示すグラフである。

【図12】図１２は、図１０（ａ）～図１０（ｄ）に示す荷重信号が検出された期間と同一の期間に、図１０（ａ）～図１０（ｄ）に示す荷重信号の検出が行われた被験者と同一の被験者について行った、指先血圧計を用いた計測の結果を示すグラフである。

【図13】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。

【発明を実施するための形態】

【0019】

＜実施形態＞
本発明の実施形態について、図１に示す構成を有する生体状態モニタリングシステム１００を、図２に示すベッドＢＤとともに使用して、被験者の呼吸状態及び心拍状態をモニタする場合を例として説明する。

【0020】

以下の説明においては、直方形のベッドＢＤの中心を中心Ｏとして、中心Ｏを通りベッドＢＤの短手（幅方向）に延びる軸をベッドＢＤのＸ軸とし、中心Ｏを通りベッドＢＤの長手（長さ方向、上下方向）に延びる軸をベッドＢＤのＹ軸とする。ベッドＢＤの平面視において、ベッドＢＤの中心Ｏの右側をＸ軸の正側、左側をＸ軸の負側とし、ベッドＢＤの中心Ｏの下側をＹ軸の正側、上側をＹ軸の負側とする。被験者ＳがベッドＢＤ上に横たわる場合は、一般にＹ軸に沿って横たわり、Ｙ軸方向の負側に頭部を置き、正側に脚部を置く。

【0021】

図１に示す通り、本実施形態の生体状態モニタリングシステム１００は、荷重検出部１及び生体状態決定部３を主に有する。荷重検出部１と生体状態決定部３とは、Ａ／Ｄ変換部２を介して接続されている。生体状態決定部３には更に記憶部４、表示部５、報知部６、及び入力部７が接続されている。

【0022】

荷重検出部１は、４つの荷重検出器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ（第１荷重検出器、第２荷重検出器、第３荷重検出器、第４荷重検出器）を備える。荷重検出器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ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１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄはそれぞれ、配線によりＡ／Ｄ変換部２に接続されている。

【0023】

荷重検出部１の４つの荷重検出器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、被験者が使用するベッドの脚の下に配置される。具体的には例えば、荷重検出器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ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の下にそれぞれ配置される。本実施形態では、荷重検出器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄはそれぞれ、ベッドＢＤの、Ｘ軸方向正側且つＹ軸方向正側、Ｘ軸方向負側且つＹ軸方向正側、Ｘ軸方向負側且つＹ軸方向負側、Ｘ軸方向正側且つＹ軸方向負側においてキャスターＣの下に配置されている。

【0024】

荷重検出器１ａ、１ｂは、Ｙ軸に対して軸対称な位置に設置され、即ちＹ軸から等距離に設置されている。荷重検出器１ｃ、１ｄも同様にＹ軸に対して軸対称な位置に設置され、即ちＹ軸から等距離に設置されている。また、荷重検出器１ａ、１ｄは、Ｘ軸に対して軸対称な位置に設置され、即ちＸ軸から等距離に設置されている。荷重検出器１ｂ、１ｃも同様にＸ軸に対して軸対称な位置に設置され、即ちＸ軸から等距離に設置されている。

【0025】

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と生体状態決定部３にそれぞれ配線で接続されている。

【0026】

生体状態決定部（制御部）３は、荷重検出部１からの荷重信号に基づいて、被験者の生体状態、例えば呼吸状態や心拍状態を決定する。本実施形態では、生体状態決定部３は、呼吸状態を決定する呼吸状態決定部３１と、心拍状態を決定する心拍状態決定部３２とを備える。生体状態決定部（制御部）３は、専用又は汎用のコンピュータであってよい。生体状態決定部３における被験者の生体状態の決定について、詳細は後述する。

【0027】

記憶部４は、生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。

【0028】

表示部５は、生体状態決定部３から出力される被験者の生体状態等を生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ー等のモニターである。報知部６は、生体状態決定部３からの出力（生体状態に関する情報等）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７は、生体状態モニタリングシステム１００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。

【0029】

このような生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生体状態をモニタする方法について説明する。ここで、被験者の生体状態とは、具体的には例えば、被験者の呼吸状態及び／又は心拍状態である。

【0030】

生体状態モニタリングシステム１００を使用した被験者の生体状態の決定は、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、検出された被験者の荷重の変動に基づいて被験者の呼吸状態を決定する呼吸状態決定工程Ｓ２と、検出された被験者の荷重の変動に基づいて被験者の心拍状態を決定する心拍状態決定工程Ｓ３と、決定した呼吸状態及び心拍状態を表示する表示工程Ｓ４とを主に含む。

【0031】

［荷重検出工程］
荷重検出工程Ｓ１では、荷重検出器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ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１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの各々は、ベッドＢＤの各脚の下に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１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに分散して検知される。特に、荷重の中心（重心）がベッドＢＤの中心Ｏに存在していれば、４つの荷重検出器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに均一に分散して検知される。

【0032】

荷重検出器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ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」）として生体状態決定部３に出力する。以下では、荷重検出器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄから出力され、Ａ／Ｄ変換部２においてデジタル変換された荷重信号を、それぞれ荷重信号ｓａ、ｓｂ、ｓｃ、ｓｄと呼ぶ。

【0033】

［呼吸状態決定工程、心拍状態決定工程］
呼吸状態決定工程Ｓ２及び心拍状態決定工程Ｓ３（両者をまとめて「生体状態決定工程」と呼ぶ）では、生体状態決定部３の呼吸状態決定部３１及び心拍状態決定部３２が、荷重信号ｓａ～ｓｄに基づいて、被験者Ｓの呼吸状態及び心拍状態を決定する。

【0034】

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、呼吸に関する研究により、被験者の重心が、呼吸に応じた内臓の上下移動により、被験者の上下方向（背骨の方向）、即ち被験者の体軸の延びる方向にほぼ沿って振動することを見出した。

【0035】

以下では、被験者の重心の、被験者の呼吸に応じた、被験者の体軸方向に沿った振動を「呼吸振動」と呼ぶ。図４に両矢印ｂで示す通り、被験者Ｓの重心Ｇは、呼吸振動により、被験者Ｓの体軸ＳＡの方向に沿って振動している。なお、両矢印ｂにより示される呼吸振動の振動量（振幅）は、説明上、誇張して表わされている。

【0036】

また、本発明の発明者は、被験者の重心が被験者の体軸に直交する方向にもわずかに振動していることを見出し、この振動が、被験者の心拍に応じた振動であることを見出した。

【0037】

すなわち、本発明の発明者の知見によれば、被験者の重心は、被験者の心拍（心臓の拍動、即ち心臓の収縮と膨張）に伴って被験者の体軸方向とは異なる一軸方向に振動している。そのため、心拍は被験者の体軸方向と直交する方向の振動成分を有し、被験者の重心もまた、被験者の体軸に直交する方向にわずかに振動する成分を有する。

【0038】

以下では、被験者の重心の、被験者の心拍に応じた、被験者の体軸方向とは異なる一軸方向に沿った振動を「心拍振動」と呼ぶ。また、心拍振動に含まれる、被験者の体軸方向と直交する方向に振動する成分を心拍振動成分と呼ぶ。被験者Ｓの心拍振動成分を、図４において両矢印ｈで示す。なお、両矢印ｈにより示される心拍振動成分の振動量（振幅）も、説明上、誇張して表わされている。

【0039】

本発明の発明者は、ベッド上の被験者からの荷重を検出するように配置した複数の荷重検出器からの複数の荷重信号の各々が、被験者の呼吸振動及び心拍振動に応じて特定の位相関係で変化していることに着目し、下記の原理により、複数の荷重信号間の差分を求めるだけで、被験者の重心位置を算出することなく、被験者の呼吸状態及び／又は心拍状態を決定できることを見出した。

【0040】

図４は、被験者Ｓが、ベッドＢＤ上で、体軸ＳＡがＹ軸と一致し、且つ呼吸振動の振動原点がベッドＢＤの中心Ｏに一致した状態で仰臥している場合の、荷重信号ｓａ～ｓｄの各々の、所定の５秒間における変化の様子を示す。なお、この５秒間において被験者Ｓに呼吸、心拍以外の体動は生じていない。

【0041】

荷重信号ｓａ～ｓｄの各々は、被験者の呼吸（呼吸振動）に応じて変化する荷重成分（以下、「呼吸成分」と呼ぶ）と、被験者の心拍（心拍振動。より具体的には心拍振動成分）に応じて振動する荷重成分（以下、「心拍成分」と呼ぶ）とを含む。図４においては、説明の便宜上、荷重信号ｓａ～ｓｄの各々を呼吸成分と心拍成分とに周波数分離した状態で示している。

【0042】

図４の右下のグラフは、荷重検出器１ａから出力された荷重信号ｓａに含まれる呼吸成分ｓａ_ｂと心拍成分ｓａ_ｈとを示す。同様に、図４の左下のグラフは荷重検出器１ｂから出力された荷重信号ｓｂに含まれる呼吸成分ｓｂ_ｂと心拍成分ｓｂ_ｈとを示し、図４の左上のグラフは荷重検出器１ｃから出力された荷重信号ｓｃに含まれる呼吸成分ｓｃ_ｂと心拍成分ｓｃ_ｈとを示し、図４の右上のグラフは荷重検出器１ｄから出力された荷重信号ｓｄに含まれる呼吸成分ｓｄ_ｂと心拍成分ｓｄ_ｈとを示す。

【0043】

各信号の変動の様子（信号波形の形状）は、具体的には次の通りである。

【0044】

呼吸成分ｓａ_ｂ～ｓｄ_ｂは、いずれも被験者Ｓの呼吸振動に応じて振動（変動）しているため、振動の周期は互いに等しく、被験者Ｓの呼吸の周期を表わしている。

【0045】

被験者Ｓの脚側（Ｙ軸方向の正側）に配置された荷重検出器１ａからの荷重信号ｓａに含まれる呼吸成分ｓａ_ｂと、被験者Ｓの脚側に配置された荷重検出器１ｂからの荷重信号ｓｂに含まれる呼吸成分ｓｂ_ｂとは同位相である。これは、前述のように被験者Ｓの呼吸による重心Ｇの移動方向が被験者Ｓの体軸ＳＡの方向、即ちＹ軸方向にあり、Ｙ軸方向において、荷重検出器１ａと荷重検出器１ｂとが被験者Ｓの重心Ｇの位置に関して同じ側に位置しているためである。なお、呼吸成分ｓａ_ｂと呼吸成分ｓｂ_ｂとが同位相となることは後述の実験例から実証されている（図７（ａ）～図７（ｄ）参照。図７（ａ）～図７（ｄ）は呼吸成分と心拍成分とを含む波形であるが、後述する通り、呼吸成分の振幅は心拍成分の振幅に比較して大きいため、図７（ａ）～図７（ｄ）からは各呼吸成分同士の位相関係を読み取ることができる）。

【0046】

同様の理由により、被験者Ｓの頭側（Ｙ軸方向の負側）に配置された荷重検出器１ｃからの荷重信号ｓｃに含まれる呼吸成分ｓｃ_ｂと、被験者Ｓの頭側に配置された荷重検出器１ｄからの荷重信号ｓｄに含まれる呼吸成分ｓｄ_ｂとは同位相である。

【0047】

被験者Ｓの脚側（Ｙ軸方向の正側）に配置された荷重検出器１ａ、１ｂからの荷重信号ｓａ、ｓｂに含まれる呼吸成分ｓａ_ｂ、ｓｂ_ｂと、被験者Ｓの頭側（Ｙ軸方向の負側）に配置された荷重検出器１ｃ、１ｄからの荷重信号ｓｃ、ｓｄに含まれる呼吸成分ｓｃ_ｂ、ｓｄ_ｂとは、位相が互いに反転している。これは、被験者Ｓの呼吸による重心Ｇの移動方向が被験者Ｓの体軸ＳＡの方向、即ちＹ軸方向にあり、Ｙ軸方向において、荷重検出器１ａ、１ｂと荷重検出器１ｃ、１ｄとが被験者Ｓの重心Ｇの位置に関して反対側に位置しているためである。なお、呼吸成分ｓａ_ｂ、ｓｂ_ｂと呼吸成分ｓｂ_ｃ、ｓｃ_ｃとが逆位相となることは後述の実験例から実証されている（図７（ａ）～図７（ｄ）参照）。

【0048】

心拍成分ｓａ_ｈ～ｓｄ_ｈは、いずれも被験者Ｓの心拍振動成分に応じて振動（変動）しているため、振動の周期は互いに等しく、被験者Ｓの心拍の周期を表わす。

【0049】

被験者Ｓの右側（Ｘ軸方向の正側）に配置された荷重検出器１ａからの荷重信号ｓａに含まれる心拍成分ｓａ_ｈと、被験者Ｓの右側に配置された荷重検出器１ｄからの荷重信号ｓｄに含まれる心拍成分ｓｄ_ｈとは同位相である。これは、前述のように、被験者Ｓの心拍による重心Ｇの移動の成分（心拍振動成分）が被験者の体軸と直交する方向、即ちＸ軸方向にあり、Ｘ軸方向において、荷重検出器１ａ、１ｄが、被験者Ｓの重心Ｇに関して同じ側に位置しているためである。

【0050】

同様の理由により、被験者Ｓの左側（Ｘ軸方向の負側）に配置された荷重検出器１ｂからの荷重信号ｓｂに含まれる心拍成分ｓｂ_ｈと、被験者Ｓの左側に配置された荷重検出器１ｃからの荷重信号ｓｃに含まれる心拍成分ｓｃ_ｈとは同位相である。

【0051】

被験者Ｓの右側（Ｘ軸方向の正側）に配置された荷重検出器１ａ、１ｄからの荷重信号ｓａ、ｓｄに含まれる心拍成分ｓａ_ｈ、ｓｄ_ｈと、被験者Ｓの左側（Ｘ軸方向の負側）に配置された荷重検出器１ｂ、１ｃからの荷重信号ｓｂ、ｓｃに含まれる呼吸成分ｓｂ_ｈ、ｓｃ_ｈとは、位相が互いに反転している。これは、被験者Ｓの心拍による重心Ｇの移動の成分（心拍振動成分）が被験者の体軸と直交する方向、即ちＸ軸方向にあり、Ｘ軸方向において、荷重検出器１ａ、１ｄと荷重検出器１ｂ、１ｃとが被験者Ｓの重心Ｇの位置に関して反対側に位置しているためである。

【0052】

呼吸成分ｓａ_ｂ～ｓｄ_ｂと、心拍成分ｓａ_ｈ～ｓｄ_ｈとを比較すると、呼吸成分ｓａ_ｂ～ｓｄ_ｂの周期が心拍成分ｓａ_ｈ～ｓｄ_ｈの周期よりも長い。これは、人間の呼吸の回数は毎分１２～２０回程度であり、周期は約３～５秒（周波数は約０．２～０．３３Ｈｚ）であるのに対し、人間の心拍の回数、即ち心拍数は毎分３０～２００回程度であり、周期は約０．３～２秒（周波数は約０．５～３．３Ｈｚ）であることに対応する。

【0053】

また、一般に、呼吸振動による重心の移動量は心拍振動による重心の移動量より大きい。したがって、呼吸成分の振幅は、心拍成分の振幅よりも大きい。

【0054】

荷重信号ｓａ～ｓｄの各々がこのような呼吸成分と心拍成分を含むことに基づき、荷重信号間の差分を求めることにより、被験者の呼吸状態と心拍状態を決定することができる。

【0055】

呼吸状態は、Ｙ軸方向の一方側に配置された荷重検出器からの荷重信号と、Ｙ軸方向の他方側に配置された荷重検出器からの荷重信号との差分を求めて、当該差分から決定することができる。具体的には例えば、Ｙ方向正側の荷重検出器１ａ、１ｂからの荷重信号ｓａ、ｓｂの和と、Ｙ方向負側の荷重検出器１ｃ、１ｄからの荷重信号ｓｃ、ｓｄの和との差分を求めることにより、被験者Ｓの呼吸状態（呼吸信号ＳＢ）が決定される。これを式で表わすとＳＢ＝ｓａ＋ｓｂ－ｓｃ－ｓｄ（式１）である。

【0056】

荷重信号ｓａと荷重信号ｓｂの和においては、呼吸成分ｓａ_ｂと呼吸成分ｓｂ_ｂとは同位相であるため強めあい、心拍成分ｓａ_ｈと心拍成分ｓｂ_ｈとは逆位相であるため打消し合う。同様に、荷重信号ｓｃと荷重信号ｓｄの和においては、呼吸成分ｓｃ_ｂと呼吸成分ｓｄ_ｂとは同位相であるため強めあい、心拍成分ｓｃ_ｈと心拍成分ｓｄ_ｈとは逆位相であるため打消し合う。荷重信号ｓａと荷重信号ｓｂの和と荷重信号ｓｃと荷重信号ｓｄの和との差分においては、呼吸成分ｓａ_ｂ、ｓｂ_ｂと呼吸成分ｓｃ_ｂ、ｓｄ_ｂとは逆位相であるため強め合う。

【0057】

呼吸信号ＳＢ（＝ｓａ＋ｓｂ－ｓｃ－ｓｄ）を図５に示す。呼吸信号ＳＢの振動の周期は、荷重信号ｓａ～ｓｄの呼吸成分ｓａ_ｂ～ｓｄ_ｂの周期に等しく、振幅は式１からすると、呼吸成分ｓａ_ｂ～ｓｄ_ｂの振幅の絶対値の和である。なお、図５においては、呼吸信号ＳＢの振幅は、図４に示す呼吸成分ｓａ_ｂ～ｓｄ_ｂの振幅の絶対値の和に比較して圧縮して描かれている。

【0058】

呼吸信号ＳＢの周期に基づいて、被験者Ｓの呼吸数等を算出することができる。具体的には、呼吸信号ＳＢの１周期が被験者Ｓの呼吸１回に相当する。即ち、呼吸信号ＳＢ自体が被験者Ｓの呼吸状態を表わし、且つ呼吸信号ＳＢに基づいてより詳細な呼吸状態を決定することもできる。

【0059】

心拍状態は、Ｘ軸方向の一方側に配置された荷重検出器からの荷重信号と、Ｘ軸方向の他方側に配置された荷重検出器からの荷重信号との差分を求めて、当該差分から決定することができる。具体的には例えば、Ｘ方向正側の荷重検出器１ａ、１ｄからの荷重信号ｓａ、ｓｄの和と、Ｘ方向負側の荷重検出器１ｂ、１ｃからの荷重信号ｓｂ、ｓｃの和との差分を求めることにより、被験者Ｓの心拍状態（心拍信号ＳＨ）が決定される。これを式で表わすとＳＨ＝ｓａ－ｓｂ－ｓｃ＋ｓｄ（式２）である。

【0060】

荷重信号ｓａと荷重信号ｓｄの和においては、心拍成分ｓａ_ｈと心拍成分ｓｄ_ｈとは同位相であるため強めあい、呼吸成分ｓａ_ｂと呼吸成分ｓｄ_ｂとは逆位相であるため打消し合う。同様に、荷重信号ｓｂと荷重信号ｓｃの和においては、心拍成分ｓｂ_ｈと心拍成分ｓｃ_ｈとは同位相であるため強めあい、呼吸成分ｓｂ_ｂと呼吸成分ｓｃ_ｂとは逆位相であるため打消し合う。荷重信号ｓａと荷重信号ｓｄの和と、荷重信号ｓｂと荷重信号ｓｃの和との差分においては、心拍成分ｓａ_ｈ、ｓｄ_ｈと心拍成分ｓｂ_ｈ、ｓｃ_ｈとは逆位相であるため強め合う。

【0061】

心拍信号ＳＨ（＝ｓａ－ｓｂ－ｓｃ＋ｓｄ）を図６に示す。心拍信号ＳＨの振動の周期は、荷重信号ｓａ～ｓｄの心拍成分ｓａ_ｈ～ｓｄ_ｈの周期に等しく、振幅は、式２からすると、心拍成分ｓａ_ｈ～ｓｄ_ｈの振幅の絶対値の和である。なお、図６においては、心拍信号ＳＨの振幅は、図４に示す心拍成分ｓａ_ｈ～ｓｄ_ｈの振幅の絶対値の和に比較して圧縮して描かれている。

【0062】

心拍信号ＳＨの周期から、被験者Ｓの心拍数等を算出することができる。具体的には、心拍信号ＳＨの１周期が被験者Ｓの心拍１回に相当する。即ち、心拍信号ＳＨ自体が被験者Ｓの心拍状態を表わし、且つ心拍信号ＳＨに基づいてより詳細な心拍状態を決定することもできる。

【0063】

なお、上記においては、生体状態決定部３が被験者Ｓの呼吸状態及び心拍状態を決定する原理について、被験者Ｓが、その体軸ＳＡをベッドＢＤの中心Ｏ上でベッドＢＤのＹ軸と一致させた状態で仰臥している場合を例として説明した。しかしながら、上記の原理に基づく被験者Ｓの呼吸状態及び心拍状態の決定は、被験者Ｓの位置等が変化しても行うことができる。上記の原理に基づく被験者Ｓの呼吸状態及び心拍状態の決定は、被験者Ｓの体軸ＳＡの方向がベッドＢＤのＹ軸方向（長手方向）に略一致した状態であれば、実行可能である。

【0064】

また、被験者Ｓの呼吸状態の決定は、被験者Ｓの体軸ＳＡが、ベッドＢＤのＹ軸方向に対してある程度傾いている場合にも行うことができる。なぜなら、心拍振動の振幅は呼吸振動の振幅に比較して小さく、体軸ＳＡの方向、即ち呼吸振動の振動方向がＹ軸に対してある程度傾いていても、呼吸振動のＹ軸方向成分を有意な大きさで検出することができるからである。

【0065】

図７（ａ）～図７（ｄ）に、本実施形態の生体状態モニタリングシステム１００の荷重検出部１により、ある期間（０ｓ～６０ｓ）に検出された荷重信号ｓａ～ｓｄを示す。呼吸状態決定部３１は、このような荷重信号ｓａ～ｓｄを荷重検出部１より受け取り、これらに基づいて呼吸状態を決定する。

【0066】

呼吸状態決定部３１はまず、荷重信号ｓａと荷重信号ｓｂの和と、荷重信号ｓｃと荷重信号ｓｄの和との差分（ｓａ＋ｓｂ－ｓｃ－ｓｄ）を求めて呼吸信号ＳＢを算出（取得）する。算出された呼吸信号ＳＢを図８に示す。

【0067】

ここで、図７（ａ）～図７（ｄ）に示す荷重信号ｓａ～ｓｄが検出されたある期間（０ｓ～６０ｓ）と同一の期間に、同一の被験者Ｓに対して行った、呼吸流量計を用いた計測の結果（呼吸流量波形）を図９に示す。呼吸流量計は、日本光電工業株式会社製の差圧トランスデューサＴＰ－６０２Ｔを用いた。

【0068】

図８の呼吸信号ＳＢと、図９の呼吸流量波形との比較に基づき、次のことが言える。
（１）呼吸信号ＳＢの周期は、呼吸流量波形の周期に略等しい。
（２）呼吸信号ＳＢの振幅と、呼吸流量波形の振幅との間に相関関係が存在する。具体的には、０～２０秒あたりの、呼吸流量波形が略同一の振幅で振動している期間では、呼吸信号ＳＢも略同一の振幅で振動している。３５秒、５０秒あたりの、呼吸流量波形の振幅が大きくなっている時刻では、呼吸信号ＳＢの振幅も大きくなっている。３０秒、４５秒あたりの呼吸流量波形の振幅が小さくなっている時刻では、呼吸信号ＳＢの振幅も小さくなっている。

【0069】

呼吸信号ＳＢと呼吸流量波形とのこのような対応関係より、呼吸信号ＳＢは少なくとも呼吸流量波形と同程度に被験者Ｓの呼吸状態を反映している（呼吸に関する情報を含んでいる）ことがわかる。そのため、呼吸信号ＳＢに基づく呼吸数等の算出は、呼吸流量波形に基づく呼吸数等の算出と同程度又はそれ以上の精度で行うことができる

【0070】

また、図９に示す呼吸流量波形の面積に基づいて被験者の呼吸換気量（一回換気量）を求めることができるが、呼吸信号ＳＢは呼吸流量波形と上述の対応関係を有するため、呼吸信号ＳＢの波形の面積に基づいて被験者の呼吸換気量を算出することも可能である。

【0071】

図１０（ａ）～図１０（ｄ）に、本実施形態の生体状態モニタリングシステム１００の荷重検出部１により、ある期間（２０ｓ～３０ｓ）に検出された荷重信号ｓａ～ｓｄを示す。心拍状態決定部３２は、このような荷重信号ｓａ～ｓｄを荷重検出部１より受け取り、これらに基づいて心拍状態を決定する。

【0072】

心拍状態決定部３２はまず、荷重信号ｓａと荷重信号ｓｄの和と、荷重信号ｓｂと荷重信号ｓｃの和との差分（ｓａ－ｓｂ－ｓｃ＋ｓｄ）を求めて、心拍信号ＳＨを算出（取得）する。算出された心拍信号ＳＨを図１１に示す。

【0073】

ここで、図１０（ａ）～図１０（ｄ）に示す荷重信号ｓａ～ｓｄが検出されたある期間（２０ｓ～３０ｓ）と同一の期間に、同一の被験者Ｓに対して行った、指先血圧計（ＮＩＢＰ）を用いた計測の結果（指先血圧波形）を図１２に示す。指先血圧計は、バイオリサーチセンター株式会社製のヒト用ＮＩＢＰシステム（型式ＭＬ２８２‐ＳＳ）を用いた。

【0074】

図１１の心拍信号ＳＨと、図１２の指先血圧波形との比較に基づき、次のことが言える。
（１）心拍信号ＳＨの周期は、指先血圧波形の周期に略等しい。
（２）心拍信号ＳＨの振幅と、指先血圧波形の振幅との間に相関関係が存在する。具体的には、指先血圧波形の振幅も心拍信号ＳＨの振幅も、時間的にほとんど同一である。

【0075】

心拍信号ＳＨと指先血圧波形とのこのような対応関係より、心拍信号ＳＨは少なくとも指先血圧波形と同程度に被験者Ｓの心拍状態を反映している（心拍に関する情報を含んでいる）ことがわかる。そのため、心拍信号ＳＨに基づく心拍数等の算出は、指先血圧波形に基づく心拍数等の算出と同程度又はそれ以上の精度で行うことができる。

【0076】

また、図１２に示す指先血圧波形に基づいて被験者の心拍出量を求めることができるが、心拍信号ＳＨは指先血圧波形と上述の対応関係を有するため、心拍信号ＳＨの波形に基づいて被験者の心拍出量を算出することも可能である。

【0077】

［表示工程］
表示工程Ｓ４においては、生体状態決定部３が、呼吸状態決定工程Ｓ２で決定した呼吸状態、及び心拍状態決定工程Ｓ３で決定した心拍状態を、一例として液晶モニターである表示部５に表示する。表示部５に表示される被験者Ｓの呼吸状態及び心拍状態は、呼吸信号ＳＢ及び心拍信号ＳＨの波形であってもよく、これらに基づいて導出された呼吸数、呼吸換気量、心拍数、心拍出量等であってもよい。

【0078】

本実施形態の生体状態モニタリングシステム１００及び生体状態モニタリング方法の効果を次にまとめる。

【0079】

本実施形態の生体状態モニタリングシステム１００は、従来技術で行われてきたような被験者Ｓの重心位置の算出を行うことなく、複数の荷重検出器からの複数の荷重信号の差分を求めることで、被験者Ｓの呼吸状態及び心拍状態を決定することができる。したがって、システムの構成を簡易とすることができる。

【0080】

本実施形態の生体状態モニタリングシステム１００及び生体状態モニタリング方法は、被験者Ｓの重心位置を算出することなく被験者Ｓの呼吸状態及び心拍状態を決定するため、演算処理の負担が少ない。

【0081】

本実施形態の生体状態モニタリングシステム１００及び生体状態モニタリング方法は、複数の荷重検出器からの複数の荷重信号の差分を取り、複数の荷重信号の各々に含まれる呼吸成分を強めあうことにより呼吸信号を求めている。また、複数の荷重検出器からの複数の荷重信号の差分を取り、複数の荷重信号の各々に含まれる心拍成分を強めあうことにより心拍信号を求めている。したがって、被験者ＳがベッドＢＤ上の偏った位置におり、ある荷重検出器から出力される荷重信号の強度が十分でない場合であっても、十分な強度を有する呼吸信号（呼吸状態を表わす信号）及び心拍信号（心拍状態を表わす信号）を算出（取得）することができる。

【0082】

本実施形態の生体状態モニタリングシステム１００及び生体状態モニタリング方法は、体軸ＳＡがＹ軸に対してある程度傾いていても、良好に呼吸状態を決定することができる。

【0083】

上記実施形態の生体状態モニタリングシステム１００、及び生体状態モニタリング方法において、次の変形態様を使用することもできる。

【0084】

上記実施形態の生体状態モニタリングシステム１００及び生体状態モニタリング方法においては、生体状態決定部３が実行する呼吸状態決定工程Ｓ２において、荷重検出器１ａからの荷重信号ｓａと荷重検出器１ｂからの荷重信号ｓｂの和と、荷重検出器１ｃからの荷重信号ｓｃと荷重検出器１ｄからの荷重信号ｓｄの和との差分を求めて、呼吸信号ＳＢを得ていた。しかしながら、これには限られず、荷重信号ｓａと荷重信号ｓｂの一方と、荷重信号ｓｃと荷重信号ｓｄの一方との差分を求めて、呼吸信号ＳＢを得ることもできる。この場合も、差分を求めることにより、互いに逆位相である呼吸成分同士の強めあいが生じる。

【0085】

同様に、荷重信号ｓａと荷重信号ｓｄの一方と、荷重信号ｓｂと荷重信号ｓｃの一方との差分を求めて、心拍信号ＳＨを得ることもできる。この場合も、差分を求めることにより、互いに逆位相である心拍成分同士の強めあいが生じる。なおこの場合は、差分を求めることにより同位相である呼吸成分同士の打ち消し合いが生じるように、荷重信号ｓａと荷重信号ｓｂの差分、又は荷重信号ｓｄと荷重信号ｓｃの差分を用いることが望ましい。

【0086】

上記実施形態の生体状態モニタリングシステム１００の生体状態決定部３は、呼吸状態決定部３１が被験者Ｓの呼吸状態を決定した後に、心拍状態決定部３２が被験者Ｓの心拍状態を決定しているがこれには限られない。心拍状態決定部３２が被験者Ｓの心拍状態を先に決定してもよく、或いは呼吸状態決定部３１による被験者Ｓの呼吸状態の決定と心拍状態決定部３２による被験者Ｓの心拍状態の決定とを同時に（並行に）行ってもよい。

【0087】

上記実施形態の生体状態モニタリングシステム１００の生体状態決定部３は、呼吸状態決定部３１と心拍状態決定部３２を両方備えているがこれには限られない。生体状態決定部３は、呼吸状態決定部３１と心拍状態決定部３２のいずれか一方を有するのみでもよい。

【0088】

上記実施形態の生体状態モニタリングシステム１００において、荷重検出部１は４つの荷重検出器１ａ～１ｄを備えていたが、これには限られない。荷重検出部１は、少なくとも２つの荷重検出器を備えていればよい。

【0089】

荷重検出器が２つである場合は、例えば、Ｘ軸方向の正側に第１荷重検出器を設け、Ｘ軸方向の負側に第２荷重検出器を設ける。これにより、第１荷重検出器からの荷重信号と、第２荷重検出器からの荷重信号の差分を求めて、当該差分からベッドＢＤ上の被験者Ｓの心拍状態を決定することができる。なお、第１荷重検出器と第２荷重検出器のＹ軸方向における位置は略同一とすることが望ましい。このような配置とすれば、第１荷重検出器と第２荷重検出器との中間位置に被験者Ｓが存在する場合には、両荷重検出器からの荷重信号の差分において、呼吸成分が良好にキャンセルされる。また、第１荷重検出器と第２荷重検出器とを、Ｙ軸に関して対称に配置することがより望ましい。このような配置とすれば、被験者Ｓの体軸がＹ軸に一致している場合に、両荷重検出器からの荷重信号の差分において、呼吸成分が良好にキャンセルされる。

【0090】

あるいは、Ｙ軸方向の正側に第１荷重検出器を設け、Ｙ軸方向の負側に第２荷重検出器を設けてもよい。これにより、第１荷重検出器からの荷重信号と、第２荷重検出器からの荷重信号の差分を求めて、当該差分からベッドＢＤ上の被験者Ｓの呼吸状態を決定することができる。

【0091】

荷重検出器が３つである場合は、例えば、上記実施形態の生体状態モニタリングシステム１００において、荷重検出器１ｄを除いた構成とすることができる。この場合は例えば、荷重検出器１ａからの荷重信号ｓａと荷重検出器１ｂからの荷重信号ｓｂとの差分を求めて、当該差分から被験者Ｓの心拍状態を決定し、荷重検出器１ｂからの荷重信号ｓｂと荷重検出器１ｃからの荷重信号ｓｃとの差分を求めて、当該差分から被験者Ｓの呼吸状態を決定することができる。

【0092】

上記実施形態の生体状態モニタリングシステム１００において、荷重検出器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ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。

【0093】

上記実施形態の生体状態モニタリングシステム１００においては、荷重検出器１ａ～１ｄ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１ａ～１ｄ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。また、荷重検出器１ａ～１ｄをベッドＢＤと一体に又は着脱可能に組み合わせて、ベッドＢＤと本実施形態の生体状態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１３）。なお、本明細書及び本発明において「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。

【0094】

上記実施形態の生体状態モニタリングシステム１００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。

【0095】

上記実施形態の生体状態モニタリングシステム１００において、表示部５は、モニターに代えて、又はこれに加えて、生体状態を表わす情報を印字して出力するプリンタや、生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６はスピーカーに代えて、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。

【0096】

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。

【産業上の利用可能性】

【0097】

本発明の生体状態モニタリングシステムによれば、構成が簡易で、処理負担の小さいシステムを用いて、呼吸状態や心拍状態等の被験者の生体状態を決定することができる。したがって、入院患者や入所者等の状態を、より安価且つ迅速に求めることのできるシステムを、病院や介護施設に提供することができる。

【符号の説明】

【0098】

１ 荷重検出部、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 荷重検出器、２ Ａ／Ｄ変換部、３ 生体状態決定部、３１ 呼吸状態決定部、３２ 心拍状態決定部、４ 記憶部、５ 表示部、６ 報知部、７ 入力部、１００ 生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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】