特表 2024-545578 非接触式生命徴候監視システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-10

(54)【発明の名称】非接触式生命徴候監視システム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/11 20060101AFI20241203BHJP

   A61B 5/08 20060101ALI20241203BHJP

【ＦＩ】

A61B5/11 100

A61B5/08

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024527451

(86)(22)【出願日】2022-09-28

(85)【翻訳文提出日】2024-05-09

(86)【国際出願番号】 CN2022116857

(87)【国際公開番号】W WO2023206902

(87)【国際公開日】2023-11-02

(31)【優先権主張番号】202210469714.1

(32)【優先日】2022-04-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ブルートゥース

(71)【出願人】

【識別番号】523160748

【氏名又は名称】杭州師範大学

(74)【代理人】

【識別番号】100205936

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 海龍

(74)【代理人】

【識別番号】100132805

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 貴之

(72)【発明者】

【氏名】曹 世華

(72)【発明者】

【氏名】楽 宇超

(72)【発明者】

【氏名】陳 正

(72)【発明者】

【氏名】何 丹▲じ▼

(72)【発明者】

【氏名】陳 彦飛

(72)【発明者】

【氏名】銭 倍頴

【テーマコード（参考）】

4C038

【Ｆターム（参考）】

4C038SS09

4C038SV05

4C038VA05

4C038VB33

(57)【要約】

本発明は非接触式生命徴候監視システムを開示する。当該システムはマットレスに取り付けられ、非接触式生命徴候信号収集処理システムを含む。非接触式生命徴候信号収集処理システムはＢＣＧ信号収集モジュール、人体圧力収集モジュール及び制御モジュールを含む。本発明は、マットレスに圧電セラミックシートアレイをＢＣＧ信号収集モジュールとして配置し、インピーダンス圧力帯を人体圧力収集モジュールとして配置し、スマート動的ピーク追跡アルゴリズムに合わせて、使用者の睡眠中の心拍数データ、呼吸データ、体動データ、在／離床状況、異常音データを抽出することができ、それにより、使用者の睡眠状況を総合的に分析することができる。また、本発明は、スマート超微小電力動作制御モードで動作し、人体圧力収集モジュールにより測定された圧力データは使用者がベッドにいないことを示す場合、非接触式生命徴候監視システムは大部分の電気素子を閉じ、それによりエネルギー消費を大幅に低減させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マットレスに取り付けられ、非接触式生命徴候信号収集処理システムを含む非接触式生命徴候監視システムであって、前記非接触式生命徴候信号収集処理システムはＢＣＧ信号収集モジュール、人体圧力収集モジュール及び制御モジュールを含み、
前記ＢＣＧ信号収集モジュールは圧電セラミックシートアレイを採用し、前記圧電セラミックシートアレイは、マットレスの長手方向に沿って配列されているいくつかの圧電セラミックシートキューを含み、単一の圧電セラミックシートキューは、マットレスの幅方向に沿って順に配列されているいくつかの圧電セラミックシートを含み、人体圧力収集モジュールはＢＣＧ信号収集モジュールのマットレスのヘッド端から離れた一側に設けられ、自身の上方の圧力を検出することができ、
前記制御モジュールは、ＢＣＧ信号収集モジュールから出力されたＢＣＧ信号に基づいて、使用者の休憩中の心拍数データ、呼吸データ及び異常音を抽出し、抽出プロセスは以下のとおりであり、まず、ＢＣＧ信号に対してデジタルフィルタを行い、周波数が０．０８～０．５Ｈｚの間、０．６６Ｈｚ～３．３Ｈｚの間、２０～２００００Ｈｚの間の信号を抽出し、周波数が０．６６Ｈｚ～３．３Ｈｚの間のＢＣＧ信号と予め設定された正常心電図信号のピーク規則とを照合し、心電図信号モデルに合致する特徴の一部を心拍数データとして抽出し、周波数が０．０８～０．５Ｈｚの間のＢＣＧ信号と予め設定された正常呼吸信号のピーク規則とを照合し、呼吸信号モデルに合致する特徴の一部を呼吸データとして抽出し、周波数が２０～２００００ＨｚのＢＣＧ信号から環境騒音信号、及び使用者の睡眠中のいびき音声信号、咳声信号、救難音声信号を含む異常音信号を抽出し、
前記制御モジュールは、人体圧力収集モジュールにより測定された圧力信号に基づいて、マットレスに使用者がいるか否かを判断し、判断プロセスは以下のとおりであり、圧力信号が予め設定された値以上である場合、使用者がマットレスにいると判定し、圧力信号が予め設定された値よりも小さい場合、使用者がマットレスから離れたと判定し、
当該非接触式生命徴候監視システムがスマート超微小消費電力の動作制御モードで動作し、マットレスに人がいないと検出する場合、制御モジュールは、当該非接触式生命徴候監視システムにおける人体圧力収集モジュール以外の残りの構成部分をスリープ又はシャットダウンに制御し、マットレスに人がいると検出する場合、制御モジュールは、当該非接触式生命徴候監視システムにおける全ての構成部分を通常に動作するように制御する、ことを特徴とする非接触式生命徴候監視システム。

【請求項2】

前記圧電セラミックシートアレイは２つの圧電セラミックシートキューを含み、第１の圧電セラミックシートキューの中央位置とマットレスのヘッド端端部との間の距離はｈ１＝２０ｃｍであり、２つの圧電セラミックシートキューの中心距離はｈ２＝４０ｃｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式生命徴候監視システム。

【請求項3】

前記人体圧力収集モジュールはマットレス内に埋め込まれ、且つマットレスの幅方向に沿ってインピーダンス圧力帯が配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式生命徴候監視システム。

【請求項4】

前記ＢＣＧ信号収集モジュール、人体圧力収集モジュールから出力された信号は信号フィルタ増幅モジュールを介してフィルタ増幅されて制御モジュールに伝送され、前記信号フィルタ増幅モジュールは４Ｔ商用周波数ノッチフィルタ増幅回路を採用する、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式生命徴候監視システム。

【請求項5】

制御モジュールは、ベッド上での人体の寝返りによるＢＣＧ信号のピークの特徴に基づいて、ＢＣＧ信号におけるピークを有する信号を人体動信号として抽出する、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式生命徴候監視システム。

【請求項6】

前記いびき音声信号は、使用者が無呼吸になったか否かの判断を行うために用いられ、前記環境騒音レベルは、睡眠環境の快適性を評価するために用いられる、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式生命徴候監視システム。

【請求項7】

前記制御モジュールは信号送信モジュールを介してクラウドサービス側と通信し、クラウドサービス側は監視コンピュータ及び移動端末と通信する、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式生命徴候監視システム。

【請求項8】

前記非接触式生命徴候信号収集処理システムは温湿度収集モジュールをさらに含み、前記温湿度収集モジュールは、ＳＨＴ２０集積デジタルセンサ回路を採用し、使用者の睡眠中の温度値及び湿度値を検出するために用いられる、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式生命徴候監視システム。

【請求項9】

さらに環境緑色電源システムを含み、前記環境緑色電源システムは環境におけるエネルギーを電気エネルギーに変換するために用いられ、室内光エネルギー収集モジュール、室内電磁波収集モジュール、人体圧力電気エネルギー収集モジュール、電源管理モジュール及び蓄電モジュールを含み、室内光エネルギー収集モジュールは高効率多結晶太陽電池セル行列を採用し、ベッドヘッドに取り付けられ、室内の自然光とランプ光を収集して電気エネルギーを生成するために用いられ、室内電磁波収集モジュールはフェライトバーアンテナ及び２．４Ｇパッチアンテナを含み、環境電磁波信号を収集して電気エネルギーを生成するために用いられ、人体圧力電気エネルギー収集モジュールはマットレス頂面に取り付けられた圧電フィルムを採用し、人体の寝返り時にマットレスに対する圧力変化によって電気エネルギーを生成し、室内光エネルギー収集モジュール、室内電磁波収集モジュール及び人体圧力電気エネルギー収集モジュールの出力インタフェースはいずれも電源管理モジュールを介して蓄電モジュール及び非接触式生命徴候信号収集処理システムに接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式生命徴候監視システム。

【請求項10】

さらに夜間起床自動照明システムを含み、夜間起床自動照明システムは環境光検出モジュール、夜間起床識別モジュール、夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュール及び夜間ランプを含み、夜間起床識別モジュール及び環境光検出モジュールはいずれも夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュールに接続され、夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュールは夜間ランプのフェードイン又はフェードアウトを制御し、人体圧力収集モジュールにより測定された圧力信号は使用者がベッドから離れたことを示し、且つ環境光検出モジュールは環境光強度が予め設定された値よりも低いと検出した場合、夜間起床識別モジュールは夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュールによって夜間ランプを徐々に明るくするように制御し、人体圧力収集モジュールにより測定された圧力信号は使用者が入床することを示す場合、夜間起床識別モジュールは夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュールによって夜間ランプを徐々に消灯させるように制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式生命徴候監視システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は医療機器技術分野に属し、具体的には非接触式生命徴候監視システムに関する。

【背景技術】

【0002】

社会経済技術の発展と人間の生活の質に対する要求の高まりに伴い、アップグレード機器の簡素化は時代の発展の必然的な要求となっており、非接触式生命徴候監視技術の広汎な応用は、その発展の重要な表現の１つとなっている。長期に亘る連続的な生命徴候監視は、監視対象者の健康状態をリアルタイムで監視及び把握することができるが、従来の接触式監視システムはウェアラブルデバイスを使用し、ユーザ体験が悪く、監視時に監視対象者の生活を妨害するだけでなく、その監視効果の正確性も監視対象者の生活及び行動に対する妨害に制限され、監視対象者に緊張不安感情を発生させやすいため、非接触式生命徴候監視技術が現れ、監視対象者が日常生活を妨害せずに検診を完了させ、生命徴候データを収集及び分析することによりアドバイスを与え、劣悪な生活習慣を回避し、慢性疾患を予防する。この他、非接触式生命徴候監視技術は、医療、介護、慢性疾患管理、及び健康監視などの生活の様々な分野で応用できる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は非接触式生命徴候監視システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の非接触式生命徴候監視システムは、マットレスに取り付けられ、非接触式生命徴候信号収集処理システムを含む。非接触式生命徴候信号収集処理システムはＢＣＧ信号収集モジュール、人体圧力収集モジュール及び制御モジュールを含む。

【0005】

前記ＢＣＧ信号収集モジュールは圧電セラミックシートアレイを採用する。前記圧電セラミックシートアレイはマットレスの長手方向に沿って配列されているいくつかの圧電セラミックシートキューを含み、単一の圧電セラミックシートキューはマットレスの幅方向に沿って順に配列されているいくつかの圧電セラミックシートを含む。人体圧力収集モジュールはＢＣＧ信号収集モジュールのマットレスのヘッド端から離れた一側に設けられ、自身の上方の圧力を検出することができる。

【0006】

前記制御モジュールは、ＢＣＧ信号収集モジュールから出力されたＢＣＧ信号に基づいて、使用者の休憩中の心拍数データ、呼吸データ及び異常音を抽出する。抽出プロセスは以下のとおりであり、まず、ＢＣＧ信号に対してデジタルフィルタを行い、周波数が０．０８～０．５Ｈｚの間、０．６６Ｈｚ～３．３Ｈｚの間、２０～２００００Ｈｚの間の信号を抽出し、周波数が０．６６Ｈｚ～３．３Ｈｚの間のＢＣＧ信号と予め設定された正常心電図信号のピーク規則とを照合し、心電図信号モデルに合致する特徴の一部を心拍数データとして抽出する。周波数が０．０８～０．５Ｈｚの間のＢＣＧ信号と予め設定された正常呼吸信号のピーク規則とを照合し、呼吸信号モデルに合致する特徴の一部を呼吸データとして抽出する。周波数が２０～２００００ＨｚのＢＣＧ信号から環境騒音信号、及び使用者の睡眠中のいびき音声信号、咳声信号、救難音声信号を含む異常音信号を抽出する。

【0007】

前記制御モジュールは、人体圧力収集モジュールにより測定された圧力信号に基づいて、マットレスに使用者がいるか否かを判断する。判断プロセスは以下のとおりであり、圧力信号が予め設定された値以上である場合、使用者がマットレスにいると判定し、圧力信号が予め設定された値よりも小さい場合、使用者がマットレスから離れたと判定する。

【0008】

当該非接触式生命徴候監視システムがスマート超微小消費電力の動作制御モードで動作し、マットレスに人がいないと検出する場合、制御モジュールは、当該非接触式生命徴候監視システムにおける人体圧力収集モジュール以外の残りの構成部分をスリープ又はシャットダウンに制御する。マットレスに人がいると検出する場合、制御モジュールは、当該非接触式生命徴候監視システムにおける全ての構成部分を通常に動作するように制御する。

【0009】

好ましくは、前記圧電セラミックシートアレイは２つの圧電セラミックシートキューを含み、第１の圧電セラミックシートキューの中央位置とマットレスのヘッド端端部との間の距離はｈ１＝２０ｃｍであり、２つの圧電セラミックシートアレイの中心距離はｈ２＝４０ｃｍである。

【0010】

好ましくは、前記人体圧力収集モジュールはマットレス内に埋め込まれ、且つマットレスの幅方向に沿ってインピーダンス圧力帯が配置される。

【0011】

好ましくは、前記ＢＣＧ信号収集モジュール、人体圧力収集モジュールから出力された信号は信号フィルタ増幅モジュールを介してフィルタ増幅されて制御モジュールに伝送され、前記信号フィルタ増幅モジュールは４Ｔ商用周波数ノッチフィルタ増幅回路を採用する。

【0012】

好ましくは、制御モジュールは、ベッド上での人体の寝返りによるＢＣＧ信号のピークの特徴に基づいて、ＢＣＧ信号におけるピークを有する信号を人体動信号として抽出する。

【0013】

好ましくは、前記いびき音声信号は、使用者が無呼吸になったか否かの判断を行うために用いられ、前記環境騒音レベルは、睡眠環境の快適性を評価するために用いられる。

【0014】

好ましくは、前記制御モジュールは信号送信モジュールを介してクラウドサービス側と通信し、クラウドサービス側は監視コンピュータ及び移動端末と通信する。

【0015】

好ましくは、前記非接触式生命徴候信号収集処理システムは温湿度収集モジュールをさらに含む。前記温湿度収集モジュールは、ＳＨＴ２０集積デジタルセンサ回路を採用し、使用者の睡眠中の温度値及び湿度値を検出するために用いられる。

【0016】

好ましくは、当該非接触式生命徴候監視システムはさらに環境緑色電源システムを含む。前記環境緑色電源システムは環境におけるエネルギーを電気エネルギーに変換するために用いられ、室内光エネルギー収集モジュール、室内電磁波収集モジュール、人体圧力電気エネルギー収集モジュール、電源管理モジュール及び蓄電モジュールを含む。室内光エネルギー収集モジュールは高効率多結晶太陽電池セル行列を採用し、ベッドヘッドに取り付けられ、室内の自然光とランプ光を収集して電気エネルギーを生成するために用いられる。室内電磁波収集モジュールはフェライトバーアンテナ及び２．４Ｇパッチアンテナを含み、環境電磁波信号を収集して電気エネルギーを生成するために用いられる。人体圧力電気エネルギー収集モジュールはマットレス頂面に取り付けられた圧電フィルムを採用し、人体の寝返り時にマットレスに対する圧力変化によって電気エネルギーを生成する。室内光エネルギー収集モジュール、室内電磁波収集モジュール及び人体圧力電気エネルギー収集モジュールの出力インタフェースはいずれも電源管理モジュールを介して蓄電モジュール及び非接触式生命徴候信号収集処理システムに接続される。

【0017】

好ましくは、当該非接触式生命徴候監視システムはさらに夜間起床自動照明システムを含む。夜間起床自動照明システムは環境光検出モジュール、夜間起床識別モジュール、夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュール及び夜間ランプを含む。夜間起床識別モジュール及び環境光検出モジュールはいずれも夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュールに接続される。夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュールは夜間ランプのフェードイン又はフェードアウトを制御し、人体圧力収集モジュールにより測定された圧力信号は使用者がベッドから離れたことを示し、且つ環境光検出モジュールは環境光強度が予め設定された値よりも低いと検出した場合、夜間起床識別モジュールは夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュールを介して夜間ランプを徐々に明るくするように制御する。人体圧力収集モジュールにより測定された圧力信号は使用者が入床することを示す場合、夜間起床識別モジュールは夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュールにより夜間ランプを徐々に消灯させるように制御する。

【発明の効果】

【0018】

本発明の有する有益な効果は以下のとおりであり、
１．本発明は、マットレスに圧電セラミックシートアレイをＢＣＧ信号収集モジュールとして配置し、インピーダンス圧力帯を人体圧力収集モジュールとして配置し、スマート動的ピーク追跡アルゴリズムに合わせて、使用者の睡眠中の心拍数データ、呼吸データ、体動データ、在／離床状況、異常音データを抽出し、それにより、使用者の睡眠状況を総合的に分析することができる。
２．本発明は、スマート超微小電力動作制御モードで動作し、人体圧力収集モジュールにより測定された圧力データは使用者がベッドにいないことを示す場合、非接触式生命徴候監視システムは大部分の電気素子を閉じ、それによりエネルギー消費を大幅に低減させる。
３．本発明は複数種類の電気エネルギー収集モジュールを組み合わせることにより、外接電源を必要としない状況で、非接触式生命徴候監視システムの継続的な安定動作を実現する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明のシステムのブロック図である。

【図2】本発明におけるＢＣＧ信号収集モジュール、人体圧力収集モジュールがマットレスに取り付けられた概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下では図面を参照しながら本発明についてさらに説明する。

【0021】

図１に示すように、非接触式生命徴候監視システムであって、マットレスに取り付けられ、それは非接触式生命徴候信号収集処理システム、環境緑色電源システム及び夜間起床自動照明システムを含む。非接触式生命徴候信号収集処理システムはＢＣＧ信号収集モジュール、人体圧力収集モジュール、信号フィルタ増幅モジュール、温湿度収集モジュール、制御モジュール及び信号送信モジュールを含む。

【0022】

図１及び２に示すように、ＢＣＧ信号収集モジュールは高感度圧電セラミックプレートアレイを含む。圧電セラミックシートアレイはマットレスの長手方向に沿って配列されているいくつかの圧電セラミックシートキューを含み、単一の圧電セラミックシートキューはマットレスの幅方向に沿って順に配列されているいくつかの圧電セラミックシートを含む。技術的効果をさらに向上させる代替の技術案として、圧電セラミックシートアレイは長さ２００ｃｍ幅９０ｃｍのマットレスに配置され、圧電セラミックシートアレイは２つの圧電セラミックシートキューを含み、第１の圧電セラミックシートキュー（マットレスのヘッド端に近いキュー）の中央位置とマットレスのヘッド端端部との間の距離はｈ１＝２０ｃｍであり、２つの圧電セラミックシートキューの中心距離はｈ２＝４０ｃｍであり、具体的には図１に示すとおりである。第１の个圧電セラミックシートキューは、使用者のヘッド部位置でのＢＣＧ信号（ｂａｌｌｉｓｔｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ、心弾図信号）を検出するために用いられ、第２の圧電セラミックシートキューは使用者の胸の位置でのＢＣＧ信号を検出するために用いられる。

【0023】

人体圧力収集モジュールはＢＣＧ信号収集モジュールのヘッド端から離れた一側に設けられる。人体圧力収集モジュールは具体的には１本のインピーダンス圧力帯を採用し、インピーダンス圧力帯はマットレス内に埋め込まれ、且つマットレスの幅方向に沿って配置される。インピーダンス圧力帯は、圧力を受けると一定の圧力電圧値を出力し、それによりマットレスに人がいるか否かを判断することができ、具体的には図１に示すとおりである。

【0024】

温湿度収集モジュールはＳＨＴ２０集積デジタルセンサ回路を採用し、マットレス環境の温度及び湿度データを収集してデジタル信号の方式で出力することができる。温湿度信号モジュールは、人体睡眠の適切な温度範囲（最適２４℃～２６℃）と湿度範囲（最適５５℃～６５％）に応じて、環境温湿度が最適睡眠条件にあるか否かを評価する。心拍数や呼吸数などと合わせて環境温度値を出力して睡眠評価を行うことができる。

【0025】

信号フィルタ増幅モジュールは４Ｔ商用周波数ノッチフィルタ増幅回路を採用し、それは従来のデュアルＴ商用周波数トラップよりも優れた騒音除去効果を有する、オペアンプ集積回路チップから構成される。ＢＣＧ信号中の干渉信号を良好にフィルタリングすることができる。

【0026】

制御モジュールのコントローラは、信号フィルタ増幅モジュールによって処理されたＢＣＧ信号、圧力信号、温湿度信号を受信し、心拍数信号抽出アルゴリズム、呼吸信号抽出アルゴリズム、体動信号抽出アルゴリズム、在／離床信号抽出アルゴリズム、異常音信号抽出アルゴリズム、温湿度信号抽出アルゴリズムに基づいて、それぞれ使用者の休憩中の心拍数データ、呼吸データ、体動データ、在／離床状況、異常音、温湿度データを生命徴候信号セットとして抽出するＳＴＭ３２ワンチップマイクロコンピュータを採用する。

【0027】

心拍数信号抽出アルゴリズムの具体的なプロセスは以下のとおりであり、まず、ＢＣＧ信号をデジタルフィルタリングして、ＢＣＧ信号中の周波数が０．６６～３．３Ｈｚの間の信号を抽出し、次に、スマート動的ピーク追跡アルゴリズムを用いて洞調律信号を識別し、スマート動的ピーク追跡アルゴリズムは、予め記憶されている正常な心電図信号から、ピークモデル規則を抽出して心電図信号モデルを得、次に、収集されたＢＣＧ信号と記憶されている心電図信号モデルとを比較し、心電図信号モデルに合致するＢＣＧ信号中の特徴の一部を抽出して心拍数信号を識別し、異なる信号振幅の大きさのＢＣＧ信号を正確に識別することができ、従来のピーク抽出アルゴリズムの欠点を克服する。

【0028】

呼吸信号抽出アルゴリズムの具体的なプロセスは以下のとおりであり、まず、ＢＣＧ信号をデジタルフィルタリングして、ＢＣＧ信号における周波数が０．０８～０．５Ｈｚの間の信号を抽出し、次に、スマート動的ピーク追跡アルゴリズムを用いてパルス式呼吸信号を識別し、スマート動的ピーク追跡アルゴリズムは、予め記憶されている正常な呼吸信号から、ピークモデル規則を抽出して呼吸信号モデルを得、次に、収集されたＢＣＧ信号と記憶されている呼吸信号モデルとを比較し、呼吸信号モデルに合致するＢＣＧ信号中の特徴の一部を抽出して呼吸信号を識別し、異なる信号振幅の大きさのＢＣＧ信号を正確に識別することができ、従来のピークアルゴリズムの欠点を克服する。

【0029】

体動信号抽出アルゴリズムは、具体的には、ベッド上での人体の寝返りによりＢＣＧ信号のピークが発生するという特徴に基づいて、いずれのピークを有する信号も人体の体動信号として抽出するものである。

【0030】

在／離床信号抽出アルゴリズムは具体的には以下のとおりであり、マットレス上の人体が人体圧力収集モジュールに対して圧力を発生するという特徴に基づいて、人体圧力収集モジュールが受ける圧力値に基づいて、使用者がベッドにいるか、ベッドから離れたかを判断する。人体がベッドにいるとき、圧力帯は圧力を感知して圧力値信号（通常、圧力値に対応する重量は１０ｋｇ～３０ｋｇの間である）を生成し、人体がベッドから離れると、圧力帯信号は消え、圧力値は０になる。

【0031】

異常音信号抽出アルゴリズムの具体的なプロセスは以下のとおりであり、まず、ＢＣＧ信号におけるデジタルフィルタにより設定された音周波数の範囲は２０～２００００Ｈｚであり、環境騒音レベルと、使用者が眠っているときのいびき音声信号、咳声信号、救難音声信号を含む異常音信号を抽出する。ここで、いびき音声信号は、システムによる無呼吸の判断に用いられ、無呼吸のアラームや睡眠評価に用いられる。環境騒音レベルは、睡眠環境の快適度を評価し、睡眠に対するバックグラウンド騒音の影響を評価するために用いられる。咳声信号、救難音声信号を含むその他の異常音信号は、アラームや健康評価に用いられる。

【0032】

制御モジュールは生命徴候信号セットを予め設定された信号符号化フォーマットで送信し、信号符号化フォーマットはデータヘッダ、マットレスアドレス、心拍数データ、呼吸データ、在／離床データ、体動データ、異常音データ、温湿度データ、チェックビット及びデータテールで構成され、表１に示すとおりである。

【0033】

【表1】

【0034】

表１において、１番目のデータはデータ開始フラグが８ビットのデータであり、固定値ＤＤが用いられ、１０番目のデータはデータ終了フラグであり、固定値ＥＥが用いられる。残りのデータは異なるマットレス及び異なる信号に基づいて生成された異なるデータである。

【0035】

制御モジュールは信号送信モジュールを介してクラウドサービス側と通信し、信号送信モジュールは具体的にはＷＩＦ、ブルートゥース、４Ｇ、５Ｇ及びイーサネットの５種類の接続方式を用いて制御モジュールとクラウドサービス側との間のデータ伝送を実現する。

【0036】

クラウドサービス側はクラウドサーバを採用し、クラウドサーバに生命徴候監視受信及び管理サービスプログラムをインストールし、且つ監視データ結果をサーバに記憶し、問い合わせ及び統計サービスを提供する。

【0037】

監視コンピュータは一般的なデスクトップコンピュータを採用し、ブラウザの方式で生命徴候監視クラウドサービスプログラムにアクセスし、移動端末はａｐｐ又はウィーチャットウィジェットの方式で生命徴候監視クラウドサービスプログラムにアクセスする。

【0038】

夜間起床自動照明システムは環境光検出モジュール、夜間起床識別モジュール、夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュール及び夜間ランプを含む。夜間起床識別モジュールはインピーダンス圧力帯の圧力変化を監視することにより、使用者が起きているか否かを判断し、夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュールは時間回路コントローラを含み、夜間ランプの明るい遷移時間が１秒で、暗い遷移時間が３～５秒であるように設定し、夜間の人の目の生理反応に適応する。夜間ランプは低消費電力のＬＥＤを含む。夜間起床識別モジュールは人体がベッドから離れることを検出し、且つ環境光検出モジュールは環境光の強度が予め設定された値よりも低いことを検出した場合、夜間ランプが明るくなる。夜間起床識別モジュールは人体の入床を検出すると、夜間ランプが暗くなる。夜間起床自動照明システムは夜間に起床した使用者が周囲を見失うことによる転倒などの被害を効果的に途絶することができる。

【0039】

環境緑色電源システムは環境におけるエネルギーを電気エネルギーに変換するために用いられ、当該非接触式生命徴候監視システムに電力を供給するために用いられる。環境緑色電源システムは室内光エネルギー収集モジュール、室内電磁波収集モジュール、人体圧力電気エネルギー収集モジュール、電源管理モジュール及び蓄電モジュールを含む。室内光エネルギー収集モジュールは高効率多結晶太陽電池セル行列を採用し、ベッドヘッドに取り付けられ、室内の自然光とランプを収集して電気エネルギーを生成する。室内電磁波収集モジュールはフェライトバーアンテナ及び２．４Ｇパッチアンテナを含み、放送局及び室内ＷＩＦＩが生成した電磁波信号を収集して電気エネルギーを生成するために用いられる。人体圧力電気エネルギー収集モジュールはマットレス頂面に取り付けられた圧電フィルムを採用し、人体の寝返り時にマットレスに対する圧力変化によって電気エネルギーを生成する。電源管理モジュールは室内光エネルギー収集モジュール、室内電磁波収集モジュール及び人体圧力電気エネルギー収集モジュールに接続され、以上の当該３つの収集モジュールが生成した電気エネルギーに対してインピーダンス及び電力マッチング及び統一的な配合管理を行い、それにより各収集モジュールの最高効率を発揮する。電源管理モジュールが出力した電力を非接触式生命徴候監視システムに供給して動作し、同時に余分な電気エネルギーを蓄電モジュールに記憶し、夜間又は人体に圧力がなく又は室内電磁波がない時に電源を供給する。環境緑色電源システムは商用電源を採用することによる電気安全及び火災問題を効果的に克服することができ、環境に優しい。

【0040】

当該非接触式生命徴候監視システムは動作中にスマート超微小消費電力動作制御モードを実行し、スマート超微小消費電力動作制御モードは抵抗圧力帯からのマットレス圧力感知信号に基づくものであり、マットレスに人がいない（即ちマットレス圧力感知信号が０である）と検出した場合、制御モジュールは当該非接触式生命徴候監視システムにおける制御モジュール、人体圧力収集モジュール及び環境緑色電源システム以外の他の構成部分をスリープ又はシャットダウンに制御し、システムの消費電力を低減させる。マットレス上に人がいる（即ちマットレス圧力感知信号が０ではない）と検出した場合、制御モジュールは当該非接触式生命徴候監視システムにおける全ての構成部分を正常に動作させるように制御する。実際のテストから分かるように、人は毎日の２／３時間を超えてベッドにいないため、スマート超微小消費電力動作制御モードは非接触式生命徴候監視システムに２／３の消費電力を節約させ、このようなスマート微小消費電力制御方式は非接触式生命徴候監視システム又はスマートマットレス又はスマート監視マット製品において唯一無二である。

【図1】

【図2】

【手続補正書】

【提出日】2024-10-01

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マットレスに取り付けられ、非接触式生命徴候信号収集処理システムを含む非接触式生命徴候監視システムであって、
前記非接触式生命徴候監視システムは、環境緑色電源システムをさらに含み、
前記非接触式生命徴候信号収集処理システムは、ＢＣＧ信号収集モジュール、人体圧力収集モジュール及び制御モジュールを含み、
前記ＢＣＧ信号収集モジュールは、圧電セラミックシートアレイを採用し、前記圧電セラミックシートアレイは、マットレスの長手方向に沿って配列されているいくつかの圧電セラミックシートキューを含み、単一の圧電セラミックシートキューは、マットレスの幅方向に沿って順に配列されているいくつかの圧電セラミックシートを含み、
前記人体圧力収集モジュールは、ＢＣＧ信号収集モジュールのマットレスのヘッド端から離れた一側に設けられ、それ自身の上方の圧力を検出することができ、
前記圧電セラミックシートアレイは、２つの圧電セラミックシートキューを含み、第１の圧電セラミックシートキューの中心位置とマットレスのヘッド端端部との距離をｈ１＝２０ｃｍとし、２つの圧電セラミックシートキューの中心距離をｈ２＝４０ｃｍとし、
前記人体圧力収集モジュールは、マットレス内に埋め込まれ、且つマットレスの幅方向に沿ってインピーダンス圧力帯が配置され、
前記制御モジュールは、ＢＣＧ信号収集モジュールから出力されたＢＣＧ信号に基づいて、使用者の休憩中の心拍数データ、呼吸データ及び異常音を抽出し、抽出プロセスは以下のとおりであり、
まず、ＢＣＧ信号に対してデジタルフィルタを行い、周波数が０．０８～０．５Ｈｚの間、０．６６Ｈｚ～３．３Ｈｚの間、２０～２００００Ｈｚの間の信号を抽出し、周波数が０．６６Ｈｚ～３．３Ｈｚの間のＢＣＧ信号と予め設定された正常心電図信号のピーク規則とを照合し、心電図信号モデルに合致する一部の特徴を心拍数データとして抽出し、周波数が０．０８～０．５Ｈｚの間のＢＣＧ信号と予め設定された正常呼吸信号のピーク規則とを照合し、呼吸信号モデルに合致する一部の特徴を呼吸データとして抽出し、周波数が２０～２００００ＨｚのＢＣＧ信号の中から環境騒音信号、及び使用者の睡眠中のいびき音声信号、咳声信号や救難音声信号を含む異常音信号を抽出し、
前記環境緑色電源システムは、環境におけるエネルギーを電気エネルギーに変換するために用いられ、室内光エネルギー収集モジュール、室内電磁波収集モジュール、人体圧力電気エネルギー収集モジュール、電源管理モジュール及び蓄電モジュールを含み、
前記室内光エネルギー収集モジュールは、高効率多結晶太陽電池セル行列を採用し、ベッドヘッドに取り付けられ、室内の自然光とランプ光を収集して電気エネルギーを生成するために用いられ、
前記室内電磁波収集モジュールは、フェライトバーアンテナと２．４Ｇパッチアンテナとを含み、環境電磁波信号を収集して電気エネルギーを生成するために用いられ、
前記人体圧力電気エネルギー収集モジュールは、マットレスの上面に取り付けられた圧電フィルムを採用し、人体の寝返り時にマットレスに対する圧力変化によって電気エネルギーを生成し、
前記室内光エネルギー収集モジュール、前記室内電磁波収集モジュール及び前記人体圧力電気エネルギー収集モジュールの出力インタフェースは、いずれも電源管理モジュールを介して前記蓄電モジュールと前記非接触式生命徴候信号収集処理システムに接続され、
前記制御モジュールは、人体圧力収集モジュールにより測定された圧力信号に基づいて、マットレスに使用者がいるか否かを判断し、判断プロセスについては、圧力信号が予め設定された値以上である場合、使用者がマットレスにいると判定し、圧力信号が予め設定された値よりも小さい場合、使用者がマットレスから離れたと判定するとなっており、
当該非接触式生命徴候監視システムがスマート超微小消費電力の動作制御モードで動作し、マットレスに人がいないと検出する場合、前記制御モジュールは当該非接触式生命徴候監視システムにおける人体圧力収集モジュール以外の残りの構成部分がスリープ又はシャットダウンになるように制御し、マットレスに人がいると検出する場合、前記制御モジュールは当該非接触式生命徴候監視システムにおける全ての構成部分が正常に動作するように制御する、ことを特徴とする非接触式生命徴候監視システム。

【請求項2】

前記ＢＣＧ信号収集モジュールと前記人体圧力収集モジュールが出力した信号は、信号フィルタ増幅モジュールを介してフィルタ増幅された後に前記制御モジュールに伝送され、前記信号フィルタ増幅モジュールは、４Ｔ商用周波数ノッチフィルタ増幅回路を採用する、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式生命徴候監視システム。

【請求項3】

前記制御モジュールは、ベッド上での人体の寝返りによりＢＣＧ信号のピークが発生するという特徴に基づいて、ＢＣＧ信号におけるピークを持つ信号をすべて人体体動信号として抽出する、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式生命徴候監視システム。

【請求項4】

前記いびき音声信号は、使用者に一時呼吸停止が発生したか否かの判断を行うために用いられ、
前記環境騒音信号のレベルは、睡眠環境の快適さを評価するために使用される、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式生命徴候監視システム。

【請求項5】

前記制御モジュールは、信号送信モジュールを介してクラウドサービス側と通信し、
前記クラウドサービス側は、監視コンピュータ及び移動端末と通信する、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式生命徴候監視システム。

【請求項6】

前記非接触式生命徴候信号収集処理システムは、温湿度収集モジュールをさらに含み、
前記温湿度収集モジュールは、ＳＨＴ２０集積デジタルセンサ回路を採用して、使用者の睡眠中の温度値と湿度値を検出することに用いられる、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式生命徴候監視システム。

【請求項7】

前記非接触式生命徴候監視システムは、夜間起床自動照明システムをさらに含み、
前記夜間起床自動照明システムは、環境光検出モジュール、夜間起床識別モジュール、夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュール及び夜間ランプを含み、
前記夜間起床識別モジュールと前記環境光検出モジュールは、いずれも前記夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュールに接続され、
前記夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュールは、前記夜間ランプのフェードイン又はフェードアウトを制御し、
前記人体圧力収集モジュールにより測定された圧力信号は使用者がベッドから離れたことを示し、且つ前記環境光検出モジュールは環境光の強度が予め設定された値よりも低いと検出した場合、前記夜間起床識別モジュールは前記夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュールによって前記夜間ランプを徐々に明るくするように制御し、
前記人体圧力収集モジュールにより測定された圧力信号は使用者が入床することを示す場合、前記夜間起床識別モジュールは前記夜間ランプのフェードイン・フェードアウトモジュールによって前記夜間ランプを徐々に消灯させるように制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式生命徴候監視システム。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0006】

前記制御モジュールは、ＢＣＧ信号収集モジュールから出力されたＢＣＧ信号に基づいて、使用者の休憩中の心拍数データ、呼吸データ及び異常音を抽出する。抽出プロセスは以下のとおりであり、まず、ＢＣＧ信号に対してデジタルフィルタを行い、周波数が０．０８～０．５Ｈｚの間、０．６６Ｈｚ～３．３Ｈｚの間、２０～２００００Ｈｚの間の信号を抽出し、周波数が０．６６Ｈｚ～３．３Ｈｚの間のＢＣＧ信号と予め設定された正常心電図信号のピーク規則とを照合し、心電図信号モデルに合致する一部の特徴を心拍数データとして抽出する。周波数が０．０８～０．５Ｈｚの間のＢＣＧ信号と予め設定された正常呼吸信号のピーク規則とを照合し、呼吸信号モデルに合致する一部の特徴を呼吸データとして抽出する。周波数が２０～２００００ＨｚのＢＣＧ信号から環境騒音信号、及び使用者の睡眠中のいびき音声信号、咳声信号、救難音声信号を含む異常音信号を抽出する。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0013】

好ましくは、前記いびき音声信号は、使用者に一時呼吸停止が発生したか否かの判断を行うために用いられ、前記環境騒音レベルは、睡眠環境の快適性を評価するために用いられる。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0027】

心拍数信号抽出アルゴリズムの具体的なプロセスは以下のとおりであり、まず、ＢＣＧ信号をデジタルフィルタリングして、ＢＣＧ信号中の周波数が０．６６～３．３Ｈｚの間の信号を抽出し、次に、スマート動的ピーク追跡アルゴリズムを用いて洞調律信号を識別し、スマート動的ピーク追跡アルゴリズムは、予め記憶されている正常な心電図信号から、ピークモデル規則を抽出して心電図信号モデルを得、次に、収集されたＢＣＧ信号と記憶されている心電図信号モデルとを比較し、心電図信号モデルに合致するＢＣＧ信号中の一部の特徴を抽出して心拍数信号を識別し、異なる信号振幅の大きさのＢＣＧ信号を正確に識別することができ、従来のピーク抽出アルゴリズムの欠点を克服する。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0028】

呼吸信号抽出アルゴリズムの具体的なプロセスは以下のとおりであり、まず、ＢＣＧ信号をデジタルフィルタリングして、ＢＣＧ信号における周波数が０．０８～０．５Ｈｚの間の信号を抽出し、次に、スマート動的ピーク追跡アルゴリズムを用いてパルス式呼吸信号を識別し、スマート動的ピーク追跡アルゴリズムは、予め記憶されている正常な呼吸信号から、ピークモデル規則を抽出して呼吸信号モデルを得、次に、収集されたＢＣＧ信号と記憶されている呼吸信号モデルとを比較し、呼吸信号モデルに合致するＢＣＧ信号中の一部の特徴を抽出して呼吸信号を識別し、異なる信号振幅の大きさのＢＣＧ信号を正確に識別することができ、従来のピークアルゴリズムの欠点を克服する。

【国際調査報告】