人体に対する力の集中を最小にするための適応緩衝方法及び適応緩衝装置

专利摘要:
椅子又はベッド上の人の身体の部分に対する力を最小にするための適応緩衝方法及び適応緩衝装置２０が、その上に新規の伸縮可能なピエゾ抵抗力センサー３３をそれぞれ有する複数の個々の空気袋セル２２を有する上敷き緩衝物２１と、個々のセルを、変換器４４によって測定される圧力まで膨張及び収縮させるための電空制御システム２０Ａとを備える。力センサーによって感知される力の集中は、新規のアルゴリズムを使用して、第１のセル内の膨張圧力を変動させ、一方で全てのセルに対して加えられる力の和を測定し、第１のセルを最小の総力が得られる圧力まで再圧縮し、残りのセルのそれぞれについて、圧力の周期的変動、及び最小の力が得られる圧力までの再膨張を反復し、力の変動が所定の閾値未満を下回って最小にされるまで全てのセルに関してシーケンスを反復することによって、最小にされる。
公开号:JP2011514230A
申请号:JP2011500792
申请日:2009-03-13
公开日:2011-05-06
发明作者:テイラー、ジェフリー・エル
申请人:ストライカー コーポレイションＳｔｒｙｋｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ；
IPC主号:A47C27-10

专利说明:

[0001] 本発明は、座位又は側臥位の人体(seated or recumbent human body)を快適に支持するための方法、製品、及び装置に関する。より詳細には、本発明は、空気袋セルのマトリクスを有する適応緩衝物を使用して、支持される身体の部分に対する力の集中を最小にするための方法及び装置に関する。空気袋セルは、該セルの上に重なるセンサーに対して加えられる体積力の測定に応じて動的に加圧される。]
背景技術

[0002] 人体が椅子又はベッドのような物体によって支持されるときはいつでも、個人の重量に応じて生成される法線力(normal force)及びせん断力(shear force)が支持面から、皮膚、脂肪組織、筋肉等を通じて骨格に伝達される。
支持面によって身体の部分に対して加えられる力は、体重の力と等しく且つ逆向きであり、時には細胞に害を与え得る。身体の部分に対する力は、内部の血管を圧迫し、組織からの栄養素を閉塞させる可能性があり、これらの力の大きさ及び期間の積によって、組織の損傷又は病的状態が発生するか否かが決まる。
通常、高圧のみでは組織に有害な影響を与えるのに十分でない。たとえば深海ダイバーは、高いが均等に分散された法線力を受けるが、組織の損傷を被らない。
しかしながら、たとえば高圧エリアに隣接する低圧エリアに起因して、身体の部分に対する十分大きな外部圧力勾配が存在する場合、体内の体液はより低圧のエリアに移動する可能性がある。身体の部分に対して外部から加えられる接線分力(tangential force)又はせん断力は、体内の毛細血管及び血管を長手方向軸に沿って歪ませることによって、それら毛細血管及び血管を破壊する可能性もある。
したがって、組織に対して加えられる、表面力勾配(surface force gradient)（圧力勾配）及び外部から加えられるせん断力の双方を知ることが非常に重要である。これは、組織変形、及びそれに続く組織死をもたらすのが、これらの要因の組み合わせであるためである。
このため、比較的小さな外部のせん断力及び法線力（互いに独立している場合もある）であっても、結合して、体内組織に対し損傷を起こす程大きなせん断応力を生成する可能性がある。褥瘡（床ずれ）のような組織損傷が発現する危険が最も高い人体のエリアは、かかと、坐骨結節部、大転子部、後頭部、及び仙骨部である。]
[0003] 人体組織に対して加えられる法線力及びせん断力を測定するのに使用することができる、利用可能な様々な圧力／力センサー、せん断センサー、及びセンサーアレイが存在する。
たとえば、１９９６年１１月５日付けの本発明者の特許文献１「Multi-Directional Piezoresistive Shear And Normal Force Sensors For Hospital Mattresses And Seat Cushions」は、側臥位又は座位の患者の身体に対する、マットレス又は椅子のパッドによって加えられる反力を測定するための薄型の平面センサーを開示している。
特許文献１の明細書に開示される本発明の１つの実施の形態は、分離した複数のセンサー素子パッドの２次元アレイから成るセンサーを備える。各センサー素子パッドは、導電性の粒子で満たされた非導電性の弾性ポリマーマトリクスから形成された薄型の平坦な層から構成されている。各センサーパッドの上側及び下側に電気的に接触した上下の導電素子のマトリクスによって、各パッドの電気抵抗を別個に測定することが可能となる。例えば人体によってセンサーマトリクスに対して加えられる法線力等に応じて各パッドに対して加えられる圧力は、センサーパッドの厚みを低減させる。これにより、各センサーパッドの電気抵抗は、バルクピエゾ抵抗効果又は容積ピエゾ抵抗効果によって低減される。]
[0004] 本発明者は、２００１年４月１７日付けの特許文献２「Piezoresistive Foot Pressure Measurement」において、人間の足又は馬の蹄に対して加えられる測定圧力のための新規の方法及び装置も開示した。
特許文献２において開示された新規の装置は、薄い、可撓性のポリマーパッケージ内に封入されたピエゾ抵抗力センサー素子の矩形アレイを備える。各センサー素子は、シリコーンゴムのようなエラストマーマトリクスにおいて懸濁される(suspended)導電性粒子を含浸されたポリマー繊維メッシュを備える。
ピエゾ抵抗メッシュ層は、行導体ストリップ及び列導体ストリップの積層から成るアレイ間に挟まれる。行導体ストリップ及び列導体ストリップは、好ましくはプリント金属経路を含浸されたナイロンメッシュから作製される。
行導体と列導体との間に挟まれるピエゾ抵抗物質の各領域は、センサーの矩形アレイにおいて個々にアドレス指定可能な法線力又は圧力センサーを備える。該センサーの抵抗は、該センサーに対して加えられる圧力の関数として所定の形で逆比例に変動し、したがって、アレイに接触している物体によって加えられる力又は圧力の分布のマッピングを可能とする。]
[0005] ２００３年４月８日付けの特許文献３「Pressure Measurement Sensor With Piezoresistive Thread Lattice」では、本発明者は、表面に対して加えられる力又は圧力を測定するための変換器センサーアレイを開示した。アレイは、個々の力又は圧力センサー変換器素子の繊維状の二次元格子を備え、該格子は、それぞれが物質に対して加えられる圧力と反比例して変動する電気抵抗性を有するピエゾ抵抗物質の層によって覆われる中央導電性の心線から成る、細長い可撓性の繊維の対が交差する領域を含む。]
[0006] ２００７年４月１０日付けの特許文献４「Normal Force Gradient/Shear Force Sensors And Method Of Measuring Internal Biological Tissue Stress」では、本発明者は、椅子又はベッドによって支持される人の組織における内部応力を測定するための法線力勾配／せん断力センサー装置及び測定方法を開示した。
この装置は、中央のせん断力センサーから半径方向に離間された周辺法線力センサーから成る平面マトリクスアレイを備える。せん断力センサーはそれぞれ、円周上に離隔された電極によって縁どられる円形開口内に位置する導電性ディスクを備える。ディスク及び電極は、ポリウレタンのような伸縮性物質から作製される上下のカバーシート間に位置する。一方のカバーシートはディスクに接着され、他方のシートは電極のための支持シートに接着される。
アレイに対して加えられるせん断力に応じたカバーシート間の動きによって、電極に対するディスクの圧迫が増減され、それによってディスクと電極との間の伝導性が、せん断力の大きさ及び方向に比例して変動される。
各法線力センサーは、行導体と列導体との間で圧迫される導電性膜を備える。センサー対のコンダクタンス測定値は、センサーに対して加えられる法線力に比例して変動し、身体の部分によってセンサーアレイに対して加えられる法線力の勾配ベクトルを計算するのに使用される。この勾配ベクトルは、アルゴリズムにおいてせん断力ベクトルと結合され、たとえば骨ばった隆起に近い肉に対する、内部反応せん断力が計算される。]
[0007] 上記で特定した本発明者の特許の第１の群は、椅子又はベッドの支持面のような物体によって、人体の部分のような表面上の離散点において加えられる法線力及びせん断力のマップを作製するのに有用な、せん断力及び法線力のセンサー及びアレイを開示した。上記で特定した本発明者の特許の最後のものは、皮膚の表面より或る距離だけ下に位置する人体組織に対するせん断力及びせん断応力を測定するための効果的な手段を提供した。]
[0008] 特許文献５「Force Optimization Surface Apparatus And Method」では、本発明者及び共同発明者は、それぞれがその上に個々の力センサーを有する、横方向に配置された管状のソーセージ形状の複数の空気袋を備えたマットレスを備える装置を開示した。装置は、空気袋のそれぞれを個々に膨張させ、人がマットレス上に横になっている間、各個々の袋内の圧力をモニタリングし、その特定の袋に対して加わる力をモニタリングし、その特定の袋によって人体に対して加えられる力を最小にする目的でその個々の袋の圧力を調整し、上記のステップを袋セル毎に順番に反復するためのメカニズムを備えていた。]
[0009] 単一の個々の空気袋セルに対して人体によって加えられる力を測定し、一方で該セル内の膨張圧を調整する、特許文献５に開示される方法は、単一空気袋システム、及び支持される患者の身体が支持面に自由に適合する状況に適している場合がある。
しかしながら、患者の身体の部分が隣接する空気袋セルにまたがって支持されているという、より頻繁に遭遇するケースでは、空気圧が調整されている特定の袋上で測定される力が、特定の膨張圧に関して最小である場合がある。
しかし、特定の空気袋セルに対して加えられる力を最小にすることができる圧力は、通常、人の身体に対する力の集中の最小の総計のために最適な圧力ではない。これは、特定の空気袋セルに対して加えられる力を最小にすることができても、圧力が変動している空気袋セルに隣接する空気袋セルに対して加えられる力は、負荷重量が隣接セルにシフトすることに起因して実質的に増大するためである。]
[0010] 従来技術の方法及び装置と同様の制限は、患者の身体の一部分が１つ又は複数の隣接する空気袋セルからカンチレバー方式で支持され、一方で圧力が特定の空気袋セル内で変動するときに発生する。そのケースにおいてもまた、負荷力が隣接する空気袋セルに移る。
したがって、任意の個々のセルにおいて圧力を変動させながら、全ての空気袋セルに対して加えられる全ての力を計上する(account)方法及び装置を提供することが望ましいであろう。
本発明は、椅子又はベッド緩衝物によって支持される人体の部分に対する体積力の集中を最小にするための方法及び装置を提供するように着想されており、身体の部分に対して加えられる力を測定することを含む。]
先行技術

[0011] 米国特許第５，７（５１），９７３号
米国特許第６，２１６，５（４５）号
米国特許第６，５４３，２９９号
米国特許第７，２０１，０６３号
米国特許第６，７２１，９（８０）号]
発明が解決しようとする課題

[0012] 本発明の目的は、ベッド、椅子、又は他のそのような物体によって、該物体上に横になっているか又は座っている人の身体の部分に対して加えられる反力を最小にするための適応緩衝方法及び適応緩衝装置を提供することである。]
[0013] 本発明の別の目的は、
個々に圧縮可能な空気袋セルのマトリクスを有し、ベッドマットレス又は椅子上に設置するための上敷き緩衝物と、
各空気袋セルと垂直に位置合わせされた個々のセンサーを有する表面力センサー変換器のアレイと、
力センサー信号を受信し、個々の空気袋セルにかかる膨張圧を動的に変動させて、個々のセルを、緩衝物によって支持される体の部分に対する力の集中を最小にするための制御システムアルゴリズムによって計算される圧力まで膨張又は収縮させるための電子制御システムと
を含む適応緩衝方法及び適応緩衝装置を提供することである。]
[0014] 本発明の別の目的は、人体の隆起に適合可能な伸縮可能な表面力変換器を提供することである。]
[0015] 本発明の別の目的は、非対称で、ダイオードのような電流対電圧伝達関数を有する伸縮可能な表面力センサーを提供することである。]
[0016] 本発明の別の目的は、非対称電流対電圧伝達関数を有し、したがってアレイに対して加えられる力をマッピングするために個々のセンサーをＸ−Ｙアドレス指定する間に発生するクロストークによる不明瞭性を最小にする、伸縮可能な表面力センサー変換器のマトリクスアレイを提供することである。]
[0017] 当業者であれば、添付の詳細な説明、図面、及び特許請求の範囲を読むことにより、本発明の様々な他の目的及び利点、並びにその最も新規な特徴が明らかとなるであろう。]
[0018] 本明細書において開示される本発明は、目的を達成し、記載される利点を提供することが完全に可能であるが、本明細書において記載される本発明の特徴は、単に好ましい実施の形態を例示するものであることを理解されたい。したがって、本発明における本発明者の独占権及び特権の範囲は、記載される実施の形態の詳細に限定されることを意図されない。本明細書に含まれる記載から合理的に推論可能な本発明の均等物、適用形態、及び変更形態は、添付の特許請求の範囲に定義されるような本発明の範囲内に含まれることが意図される。]
課題を解決するための手段

[0019] 簡潔に述べると、本発明は、椅子、ベッド、又は他のそのような物体によって、該物体上に座っているか又は横になっている人の身体の突出した部分に対して加えられる高度に集中した反力を最小にするための方法及び装置を包含する。
本発明による体積力最小化装置は、マットレス又は椅子上に設置するための適応緩衝物を備える。該緩衝物は、空気圧縮機及び弁によって様々な圧力に個々に圧縮可能な空気袋セルのマトリクスを有する。]
[0020] ベッド上での使用に適した適応緩衝物の一般的な実施の形態では、空気袋セルは、６×２のＸ−Ｙ矩形格子に配置することができ、これによって緩衝物を、ベッドの長手の頭−足方向に延びる、６つの長手方向に離隔されたゾーンをそれぞれ有する左列及び右列に分割する。]
[0021] 本発明による適応緩衝装置は、新規な構造の力センサー変換器の可撓性で伸縮可能な平面アレイも備える。該アレイは好ましくは緩衝物の上面に位置決めされる。該アレイは緩衝物の各空気袋セルと垂直位置合わせされた少なくとも１つのセンサーを有する。]
[0022] 本発明によるセンサーアレイは、伸縮可能な繊維の行導体及び列導体を備え、それらの内部に面した導電性表面の間には、ピエゾ抵抗物質をコーティングされた伸縮可能な繊維シートが挟まれる。
平面センサーアレイは、このように構築され、空気袋セルの上に重なるセンサーアレイの上面において支持される人体の重量によってアレイに対して加えられる力に応じて弾性的に変形可能である。
好ましくは、センサーアレイは空気袋セルの上面に置かれ、形状に合った、耐水性の外形シートによってその位置に維持される。
行導体及び列導体の双方のための織物マトリクス、並びに中央ピエゾ抵抗層は、全てが、物質の平面内の任意の平行に弾性的に変形可能な物質から作製される。
好ましい実施の形態では、織物マトリクス又は行導体シート及び列導体シートは、銅ベースコート及びニッケルカバーコートを用いてめっきを施される。
中央ピエゾ抵抗シートはピエゾ抵抗コーティングでコーティングされた合成織物マトリクスから成る。
センサーアレイは、２方向伸縮特性を有する、すなわち直交方向に弾性的に伸縮可能であるＬｙｃｒａのような織物から作製される上側カバーシートも有する。]
[0023] 本発明による適応緩衝装置は、該空気袋セルに位置合わせされた個々のセンサーに対して人体によって加えられる力に応じて、個々の空気袋セルを制御圧力まで交互に加圧及び開放(vent)するのに効率的である電空制御器を備える。
電空制御器は、各力センサーに個々に電圧又は電流を印加し、結果としての電流又は電圧を測定し、それによってセンサーの電気抵抗を求めるための電子制御システムを備える。センサーの電気抵抗は、たとえばセンサーアレイによって覆われる緩衝物上に座っているか又は横になっている人によってセンサーに対して加えられる力又は圧力に反比例する。]
[0024] 電子制御システムは、個々のセンサーから該センサーの抵抗を表す電気信号、及びしたがって各センサーの上面に対して加えられる力又は圧力を入力として受信するコンピュータも備える。]
[0025] 本発明による体積力最小化装置は、加圧空気を、マニフォールド及び個々に制御可能な吸気切り替え弁を通じて各個々の空気袋セルに投入するための、圧縮機のような加圧空気源を有する空気圧システム(pneumatic system)も備える。装置は、選択されたセル内の空気圧をモニタリングし、測定した圧力を表す電気信号をコンピュータに出力するための空気圧変換器も備える。]
[0026] 各空気袋セル吸気弁は、電気的に操作可能であるとともに、第１の開位置と第２の閉位置とを有する。第１の開位置は、マニフォールドの排気ポートからの空気が選択された空気袋セルに導かれ、該空気袋セルを所望の設定圧力に膨張させる位置である。第２の閉位置は、セル内の所望の設定圧力を維持するのに効果的な位置である。]
[0027] 空気圧システムは、マニフォールドの吸気ポートに結合されたベント弁も備える。ベント弁及び選択された空気袋セル値が第２の開位置にある場合、選択された空気袋セルからの加圧空気は、ベント弁の排出ポートを通じて大気に放出され、個々の空気袋セル内の圧力がより低い制御可能な値まで低減される。各弁は、コンピュータの出力制御ポートに電気的に接続され、出力制御ポートにおいて信号によって動作可能に制御することができる。]
[0028] 本発明は、体積力最小化装置の動作を電気的に制御するための方法も含む。方法は、制御システムコンピュータにおいて実施されるアルゴリズムを含む。そのアルゴリズムは、個々の空気袋セルからの力測定値を入力として受信し、緩衝物によって支持されている身体の部分に対する力の集中を最小にするのに効果的である値に各空気袋セル内の空気圧を個々に調整するコマンド信号を出力する。]
[0029] アルゴリズムによれば、空気袋セルのそれぞれは、人が緩衝物の上に横たわるか又は座る前に、所定の上限設定圧力まで膨張される。該上限設定圧力は、異なるセルについて同じであってもよく、又は異なってもよい。
次に、人が緩衝物の上に位置決めされる一方で、人の身体によって各センサーに対して加えられる力が、各力センサーの電気抵抗のコンピュータによって制御された測定によって初期モニタリングされる。
次に、第１の「ゾーン１」空気袋セルがコンピュータ制御下で所定の下限設定圧力まで収縮される。ゾーン１は、ベッド上で使用するための６行×２列の空気セルにおける左上側角のセル値のような、任意の個々の空気袋セルに対応する場合があるが、好ましい動作モードは、初期モニタリングプロセスの間、最も高い体積力が測定されたセルをゾーン１として選択することである。]
[0030] 低速に変動する傾斜付け（ramped）形式で行われる第１のゾーン１空気袋セルを収縮するステップの間、ゾーン１セルを含むセルのそれぞれに対して加えられる力が測定され、これらの力の和及びオプションで平均がコンピュータによって計算される。
下方向に傾斜付けられた収縮ステップの最後において、全ての力センサー読み値の最も低い和及び平均に対応する空気圧が記録される。
次に、ゾーン１セルは力センサー読み値の最も低い和及び平均に対応する圧力まで再膨張され、ゾーン１のためのサイクルが完了する。]
[0031] 第１のゾーン、すなわちゾーン１に関して上述された圧力傾斜付けサイクルは、次に、空気袋セル緩衝物の残りのゾーン毎に反復される。好ましくは、ゾーン収縮、再膨張圧力傾斜付けサイクルのシーケンスは、力の集中が連続的に小さくなることに対応する。換言すれば、ゾーン１は、最も高い表面体積力が測定されたゾーンとして選択され、ゾーン２は、２番目に高い体積力測定値を有するゾーンに対応する等である。]
[0032] 圧力傾斜付けサイクルが適応緩衝物のゾーンのそれぞれに対して完了した後、これらのステップは全てのゾーンに対して反復されるが、低減された範囲の圧力、すなわちより低い上限設定圧力及びより高い下限設定圧力を使用する。次に、力測定値における連続的に小さくした調整が所定の閾値レベルを下回る（この時、システムの周期的動作が受動状態に戻る）までシーケンスを反復する。]
[0033] 受動状態において、コンピュータは力センサー出力のそれぞれをモニタリングする。アクティブ周期動作への制御システムの復元は、たとえば患者の動きに応じた所定の閾値を超えた任意の力測定値の大幅な変化によって始動する。]
図面の簡単な説明

[0034] 本発明による適応体積力集中最小化を用いた身体支持緩衝装置の一部概略的な斜視図である。
図１の装置の断片的な上側斜視図であって、装置のマットレス上敷き緩衝物から装置のセンサーアレイジャケットが取り外されたものを示し、それによってマットレスの個々の空気袋セルが見えるようにする図である。
図２Ａのマットレス上敷きの断片的な図であって、マットレス上敷きの個々の空気セルを示す図である。
図１及び図２の装置の概略的な側面図であって、マットレス上敷きによって支持される人体の部分に対して加えられる支持力を低減するように収縮された、装置の特定の袋セルを示す図である。
線４−４の方向から得られた図２のマットレスの垂直断面図である。
図１のマットレスの断片的な分解斜視図であって、マットレスの力センサー素子配置を示す図である。
隣接する空気袋セルの寸法と、セル上のセンサーの導体間の絶縁ストリップの幅との好ましい関係を示す概略図である。
図５のセンサーに関する電気抵抗対法線力のグラフである。
ダイオード接合点を備える、図１のアレイのセンサー素子の好ましい変更形態の部分概略図である。
図８のセンサー素子に関する電流対電圧（Ｉ−Ｖ）のグラフである。
図５のセンサーの６行×２列のマトリクスを示す概略図である。
図１０Ａの図に類似しているが、ダイオード接合点を含むように変更されたセンサーを示す図である。
図１の装置の電空制御器素子(electro-pneumatic controller elements)のブロック図である。
図１１の電空制御器の単純化された斜視図である。
図１の装置の動作を示すフローチャートである。] 図１ 図１０Ａ 図１１ 図２Ａ 図５ 図８
実施例

[0035] 図１〜図１３は、本発明による、適応緩衝物を使用して人体に対する体積力の集中を最小にするための方法及び装置の様々な態様を示している。図１及び図３に描かれる本発明の実施形態例は、標準的なシングルベッド又は病院ベッド上で使用するのに適切なサイズ及び形状の適応緩衝物を含む。しかしながら、その実施形態例の以下の説明から明らかになるように、適応緩衝物のサイズ及び形状は、固定された椅子又は車椅子上での使用のような様々な用途に適合するように変化させることができる。] 図１ 図１０Ａ 図１０Ｂ 図１１ 図１２ 図１３ 図２Ａ 図２Ｂ 図３ 図４
[0036] 最初に図１及び図２Ａを参照すると、ベッドの上に横になっている人の身体に対する最小の体積力集中のための適応緩衝装置２０が、長手方向に伸長した矩形の緩衝上敷き２１を含むことを見てとることができる。緩衝物２１は、標準サイズの病院ベッドの上に共形に(conformally)適合する適切なサイズ及び形状を有する。このため、緩衝物２１の実施形態例は、長さ約６フィート、幅約３フィート、及び厚さ約４インチの、横方向に伸長した矩形形状を有した。] 図１ 図２Ａ
[0037] 図１及び図２Ａに示すように、マットレス上敷き緩衝物２１は、１２個の個々の膨張式空気袋セル２２から成る矩形の２列×６行のアレイとして構築される。各空気袋セル２２は、長さ約１８インチ、奥行き約１７インチ、及び厚さ約４インチを有する、横方向に伸長した矩形形状を有する。図１及び図２に示すように、袋２２は、長手方向に離隔され、横方向に並べられ、横方向に伸長された６つの袋をそれぞれ有する左列及び右列に配置される。
図２Ｂ及び図４に示すように、各空気袋セルは、フラットベースパネル２３と、左端パネル２４及び右端パネル２５と、頭部パネル又は前部パネル２６及び足先部パネル又は後部パネル２７と、上側パネル２８とを有する。袋２２は、合成ゴム又はポリウレタンのような可撓性の、好ましくはエラストマー材料から成る、約．０１４インチの厚さを有する薄いシートから作製されることが好ましい。各空気袋セル２２の６つのパネルは、その端部においてシーリング（封止）により接合され、中空内部空間２２Ａを有する密封された本体を形成する。
オプションで、各空気袋セル２２は管状の予備成形物から製造されてもよく、該予備成形物において、該管状の予備成形物の対向する横断端(transverse ends)に各端パネルがシーリングにより接合される。
いずれの実施形態においても、個々の空気袋セルの隣接するパネルは、超音波ボンディング、ＲＦ溶着、又は接着のような適切な方法によってシーリングにより接合される。] 図１ 図２Ａ 図２Ｂ 図４
[0038] マットレス緩衝上敷き２１の空気袋セル２２の数、サイズ、形状、相対的な位置決め、及び間隔は、決定的なものであるとは考えられていない。
しかしながら、一般的な人体の長手方向に並んだ中間部分の主要な湾曲に対応する、少なくとも５つ、好ましくは６つの長手方向ゾーンをそれぞれ有する対称形状の左列及び右列にマットレス上敷き２１を配置するのが好ましいと考えられている。このため、図１、図２Ａ、及び図３に示すように、マットレス上敷き緩衝物２１は、６つの空気袋セル２２Ｌ１〜２２Ｌ６から成る左側列と、６つのセル２１Ｒ１〜２１Ｒ６から成る右側列とを有する。] 図１ 図２Ａ 図３
[0039] 図１及び図４に示すように、袋２２は、最小の長手方向間隔２９及び最小の横方向間隔３０を有して、前後方向及び横並び方向の双方において共に密に積み重ねられる。長手方向間隔２９及び横方向間隔３０は、隣接する袋セルが物理的に互いに接触するように、好ましくは無視できるほどに小さい。] 図１ 図４
[0040] 図１、図２Ａ、及び図２Ｂに示すように、各袋セル２２には、管状の空気吸気ポート３１を設けられる。空気吸気ポート３１は、側壁、たとえば左側壁２４又は右側壁２５を通じて突出するとともに、袋内の中空内部空間２２Ａとつながっている。空気袋セル２２のポート３１を通じて中空内部空間２２Ａに入るか又は中空内部空間２２Ａから排出される空気によって、セルが選択された圧力まで膨張又は収縮することが可能になる。] 図１ 図２Ａ 図２Ｂ
[0041] 図１及び図２に示す緩衝物２１の各空気袋セル２２の形状は、矩形ブロックの形状又は平行６面体であるが、空気袋セルは、オプションで、緩衝物の基部から上方向に突出する凸半球のような異なる形状を有してもよい。また、緩衝物２１の空気袋セル２２のアレイは、共通ベースパネル２３を有する単一構造の部分とすることができ、該共通ベースパネルは、個々の矩形ブロック形状の膨張式ボディ、半球形の膨張式ボディ、又は共通の単一ベースパネルから上方向に突出する他の形状の中空の膨張式ボディを有する。] 図１
[0042] 個々の空気袋セル２２が、別個のボディであろうと、共通基部から上方向に突出する上方膨張式のシェル状部分であろうと、各空気袋セル２２又は選択された空気袋セル２２の空気吸気／排出ポート管３１は、図１及び図２Ａに示すように側壁内に位置し横方向に外側に突出するのではなく、セルのベースパネル２３内に位置し、セルから下方向に突出することができる。] 図１ 図２Ａ
[0043] 図１、図４、及び図５に示すように、体積力最小化装置２０は、力センサーアレイ３２を備える。力センサーアレイ３２は、少なくとも１つのセンサーが各空気袋セル２２の上面２８上に位置決めされた個々の力センサー３３のマトリクスを有している。
下記で詳細に説明されるように、各力センサー３３は、力感知変換器を備える。力感知変換器は、上敷き緩衝物２１によって支持される人の身体のような物体によってセンサーに対して加えられる法線力、すなわち垂直力の大きさに反比例して変動する電気抵抗を有している。
好ましい実施形態では、力センサーアレイ３２は、図３に示すように、緩衝物２１の上に密に且つ取り外し可能に適合する、耐水性の、形状に合った外形織物シート２１Ａによって、空気袋セル２２の上面の位置に維持される。] 図１ 図３ 図４ 図５
[0044] 図１を参照すると、体積力最小化装置２０が電子制御モジュール３５を備えることが見て取れる。下記で詳細に説明するように、電子制御モジュール３５は、センサー３３に対する電気相互接続のためのセンサーインタフェース回路３６を備える。
電子制御モジュール３５は、センサーインタフェース回路３６と相互接続されるコンピュータ３７も備える。コンピュータ３７は、センサーインタフェース回路３６からの入力信号を受信し、個々のセンサー３３の抵抗を測定し、それらに基づいて各センサーに対して加えられる力の大きさを計算し、力測定値に基づいて計算を行い、セルに対する力の集中を最小にするためのアルゴリズムを使用して計算された個々の空気袋セル２２内の圧力を制御するコマンド信号を発行するようにプログラムされる。] 図１
[0045] 装置２０の好ましい実施形態では、各センサー３３の抵抗の測定は、センサーを行及び列から成るマトリクスアレイに配置することによって容易にされる。この配置を用いて、６×２アレイ３２のセンサー３３の個々の抵抗値を、図１に示すように６つの行インタフェース導体５０及び２つ列インタフェース導体５１を使用して測定することができる。] 図１
[0046] 個々のセンサー３３の測定間のクロストークを回避するために、上述した行−列アドレス指定配置は、各センサーが、双方向性でない(non-bilateral)非対称の電流対電圧特性、たとえばダイオードのようなインピーダンス特性を有することが必要とされる。下記で詳細に説明するように、本発明は、要求されるダイオードのような特性を有する新規のセンサーを含む。代替的に、ダイオードのような特性を有しない力センサー３３を使用して、力センサーアレイ３２を、それぞれが互いに電気的に分離しており、インタフェース導体の別個のペアが各センサーの上側電極及び下側電極に接続している１２個の別個の矩形センサー３３に分割することができる。]
[0047] 図１に示すように、体積力最小化装置２０は、切替弁マニフォールド４１の入力ポート４２に加圧空気を提供するための空気ポンプ又は圧縮機４０を備える。切替弁マニフォールド４１は、それぞれが弁４３を通じて別個の空気袋セル吸気ポート３１に接続される１２個の排気ポート４３Ａを有する。下記で詳細に説明するように、圧縮機４０、切替弁マニフォールド４１、及び弁４３は、コンピュータ３７及び空気圧測定変換器４４に動作可能に相互接続される。圧力変換器４４は、圧力に比例する電気信号を出力する。この出力は、コンピュータ３７への入力となる。この配置によって、各空気袋セル２２の膨張圧力をコンピュータ３７の制御下で個々に測定し変動させることが可能になる。] 図１
[0048] 図２Ａ、図４、及び図５は、力センサーアレイ３２の構造の詳細を示している。これらの図に示すように、センサーアレイ３２は、薄い可撓性で弾性的に伸縮可能な物質から作製される上側カバーシート４５を備える。本発明者によって製造されるセンサーアレイ３２の実施形態例では、カバーシート４５は、厚さ約０．０１０インチ、スレッドカウントが１インチ当たり約８８スレッドの、「２方向伸縮」のＬｙｃｒａのような物質から作製された。その物質は、商標Ｍｉｌｌｇｌａｓｓ Ｐｌａｔｉｎｕｍ、型番（２４）７５７９を有し、Milliken & Company, P.O. Box 1926, Spartanburg, SC 29304から得られた。] 図２Ａ 図４ 図５
[0049] 図４及び図５を参照すると、センサーアレイ３２は、上側の列導体シート４６を備える。この上側の列導体シート４６は、３Ｍの転写テープ９５０から作製される可撓性接着ストリップ、又はＬｅｐａｇｅのラテックスコンタクト接着剤のような可撓性接着剤によって、上側可撓性カバーシート４５の下側表面に固定されている。
列導体シート４６は、９２％のナイロン及び８％のＤｏｒｌａｓｔａｎ繊維から構成される織布マトリクスシートから作製される。これによって、シートに可撓性の２方向伸縮弾性がもたらされる。導体シート４６の織物マトリクスシートは、銅のベースコーティング、それに続くニッケルの外側コーティングを用いて無電解めっきを施される。
金属コーティングは、メッシュ織物の空隙に隣接する繊維の表面、及び導体シート４６の上面４７及び下面４８に完全に含浸し、それによって上面４７と下面４８との間に導電性の経路を形成する。
導体シートに適した導電性織物は、Lessemb社（809 Madison Avenue, Albany, NY 12208, USA）から入手可能なＷｏｖｅｎ Ｓｉｌｖｅｒブランドの、カタログ＃Ａ２５１であることがわかっている。] 図４ 図５
[0050] センサーアレイ３２の実施形態例では、上側導電性シート４６は、上述したＷｏｖｅｎ Ｓｉｌｖｅｒカタログ＃Ａ２５１から製造された。この物質の上面４７及び下面４８の表面抵抗率は、約１オーム／スクエア以下であり、上面４７と下面４８との間の層間抵抗は、約５０オーム／スクエアである。]
[0051] 本発明によるセンサーアレイ３２の好ましい実施形態では、個々の導電性パッド又は導体の行若しくは列は、導電性上面４７の最上部から、導電性下面４８の底部に至るまで、導体シート４６を貫通して(through)垂直に無金属チャネル(metal-free channels)をエッチングすることによって形成される。このため、図５に示すように、長手方向に配置された細い直線チャネル４９が上側列導体シート４６を貫通してエッチングされる。この構造によって、結果として、２つの隣接した、相対的に広い、長手方向に伸長する左平面列電極５０及び右平面列電極５１が形成される。隣接する左列電極及び右列電極は、相対的に薄いチャネル４９によって離隔され、このため隣接する列電極が互いに電気的に分離される。] 図５
[0052] 本発明によれば、絶縁チャネル４９は、以下の新規なプロセスによって、列電極５０及び５１を形成するために、上側導体シート４６を貫通してエッチングされる。]
[0053] 第１に、毛管現象による浸透（capillary wicking）、及びその結果、続いて適用されるエッチング溶液が織物導体シート４６に浸潤することを阻止するために、シートは、ＰＴＦＥのような疎水性物質によって処理されることによって前処理される。処理は、好ましくは、ＰＴＦＥのような疎水性物質を含むエアロゾルを導体織物シート４６に散布することによって行われる。適切なエアロゾル散布液は、３Ｍ社（St. Paul, Minnesota）による、商標Ｓｃｏｔｃｈ Ｇｕａｒｄの下で市販される。好ましくは、その内部に絶縁チャネル４９が形成されることになる織物導体シート４６のエリアは、シートに疎水性物質を施す前に、チャネルの形状を有するマスキングテープのストリップをシートに接着することによって、疎水処理からマスキングされる。]
[0054] 導体シート４６を前処理して疎水性にした後、マスキングテープのシートが、導体シートの上面４７及び下面４８の双方に密に接着される。これにはローラー又はプレス機が使用され、マスキングテープと表面との間に空隙がないことが確実にされる。これによって、エッチング溶液が導電性表面と接触することが可能になる。次に、絶縁チャネル４９の形状を有するマスキングテープのストリップが導体シートから除去される。オプションで、除去されるマスキングテープのストリップは、マスキングテープのより大きなシートを部分的に型抜きすることによって予備成形される。]
[0055] チャネル４９に対応するマスキングテープのストリップが導体シート４６から剥離された後、チャネルと位置合わせされた織物シートの導電性金属コーティングが化学的にエッチング除去される。化学エッチングを実施する好ましい方法は、３０ｍｌの水内に１０ｍｇのリン酸アンモニウムを有する濃縮液を使用する。リン酸アンモニウム溶液は、ゲルコンシステンシーが得られるまで、メチルセルロース固体粉末（濃度１０％のメチルセルロース粉末）と混合される。このように形成されたエッチャントゲル(etchant gel)は、その後、導体シート４６の上面４７及び下面４８のエリア上にチャネル４９を越えて(over)伸び広げられる（rollered）。エッチャントゲルは、室温において約１時間、チャネル４９上に滞留させられ、その時間の間に、チャネル４９に垂直位置合わせされた導体シート４６の織物マトリクスのニッケル及び銅めっきが完全に除去され、それによってチャネルが電気的に絶縁される。このプロセスによって、導体シートがそれぞれ左列電極５０及び右列電極５１に離隔される。]
[0056] 絶縁チャネル４９を形成するエッチングプロセスは、導体シート４６の上面４７及び下面４８からエッチャントゲルを洗い落とし、その後上面及び下面からマスキングテープを除去することによって完了する。]
[0057] 図５をさらに参照すると、センサーアレイ３２が、左列電極５０及び右列電極５１の下面と密接に接触する上面５３を有する薄いピエゾ抵抗シート５２を備えることが見て取れる。ピエゾ抵抗シート５２は、下側行導体シート５６上の行電極の上面に密接に電気的に接触する下面５４も有する。下側行導体シート５６は、上側列導体シート４６の構成と全く同様の構成を有する。このため、下側行導体シート５６は、導電性上面５７及び導電性下面５８と、横方向に並べられた細い絶縁チャネル５９とを有する。絶縁チャネル５９は、行電極６１、６２、６３、６４、６５、６６間に位置決めされ、それら行電極６１、６２、６３、６４、６５、６６を区画する。] 図５
[0058] センサーアレイ３２のピエゾ抵抗シート５２の機能は、列電極及び行電極間、たとえば左側列電極５０及び背後の行電極６１間に、導電性経路を形成することであり、該経路の抵抗は、センサーアレイに対して加えられる法線力の関数として所定の形式で変動する。]
[0059] センサーアレイ３２の実施形態例では、ピエゾ抵抗シート５２は、伸縮可能な薄いＬｙｃｒａのような織物シートをピエゾ抵抗物質でコーティングすることによって製造された。ピエゾ抵抗物質を支持するためのマトリクスを形成する適切な織物シートは、製造者Milliken & Company（Spartenburg, South Carolina, USA）から入手可能な商標Ｐｌａｔｉｎｕｍ，Ｍｉｌｌｉｋｅｎ、型番＃２４７５７９によって知られる織物である。その織物は、６９％のナイロン及び３１％のスパンテックスから成る繊維含量、１インチ当たり約８８スレッドのスレッドカウント、及び０．０１０インチの厚みを有した。織物マトリクスをコーティングするのに使用されるピエゾ抵抗物質は、以下のように作製される。]
[0060] 黒鉛、炭素粉末、ニッケル粉末、及びアクリル接着剤の溶液が、所望の抵抗及びピエゾ抵抗特性を得られるのに要求される比率で混合される。銀コーティングされたニッケル片は、０ｐｓｉ〜１ｐｓｉの低い力範囲において力応答を達成するために使用され、黒鉛は１ｐｓｉ〜５ｐｓｉの中間範囲のために使用され、チャコールランプブラック(Charcoal Lamp Black)は、５ｐｓｉ〜１０００ｐｓｉの高い力範囲のために使用される。以下は、ピエゾ抵抗物質の構成成分である物質の説明である：
銀コーティングされたニッケル片：
ほぼ厚さ１ミクロン且つ直径５ミクロンの小板(platelets)
ふるい分析（−３２５メッシュ）９５％
見かけ密度２．８
マイクロトラック(Microtrac) ｄ５０／ミクロン １２−１７
Novamet Specialty Products社（681 Lawlins Road, Wyckoff, NJ 07481）から入手可能
黒鉛粉末：
合成黒鉛、ＡＣ−４７２２Ｔ
Anachemia Science（4-214 DeBaets Street Winnipeg, MB R2J 3W6）から入手可能
チャコールランプブラック粉末：
Ａｎａｃｈｅｍｉａ製品番号ＡＣ−２１５５
Anachemia Science（4-214 DeBaets Street Winnipeg, MB R2J 3W6）から入手可能
アクリル接着剤：
Ｓｔａｔｉｃｉｄｅ Ａｃｒｙｌｉｃ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｆｌｏｏｒ Ｆｉｎｉｓｈ
Ｐ／Ｎ４０００−１ Ｐｈ８．４〜９．０
Static Specialties Co. Ltd（1371-4 Church Street Bohemia, New York 11716）から入手可能]
[0061] 以下は、異なる感度を有するピエゾ抵抗物質を作製するのに使用される混合物の例である：
０ｐｓｉ〜３０ｐｓｉの範囲内の力のための例Ｉ
・２００ｍｌのアクリル接着剤
・１０ｍｌのニッケル片粉末(flake powder)
・１０ｍｌの黒鉛粉末
・２０ｍｌのカーボンブラック
０ｐｓｉ〜１００ｐｓｉの範囲内の力のための例ＩＩ
・２００ｍｌのアクリル接着剤
・５ｍｌのニッケル片粉末
・５ｍｌの黒鉛粉末
・３０ｍｌのカーボンブラック
０ｐｓｉ〜１０００ｐｓｉの範囲内の力のための例ＩＩＩ
・２００ｍｌのアクリル接着剤
・１ｍｌのニッケル片状粉末
・１ｍｌの黒鉛粉末
・４０ｍｌのカーボンブラック]
[0062] ピエゾ抵抗シート５２のための織物マトリクスは、ピエゾ抵抗コーティング混合物内に浸される。余分な物質はロールオフされ、シートは吊るされ空気乾燥される。]
[0063] 図６は、隣接する空気袋セル２２間の最小間隔Ｓ、及びセンサーアレイ３２の隣接する導体間の非導電性ストリップ４９の最小幅の計算を示している。] 図６
[0064] 図６を参照すると、患者が収縮している袋２２に沈み込むと、上側力センサー層３３が、該層が初期状態においてその上に位置していた袋から引き下ろされ、引き離されることを理解することができる。
非導電性ストリップ４９が細すぎる場合、収縮している袋の上に重なっている列導体５０のような導体が隣接する導体５１と接触し、このため列導体が最初にその上に位置していた袋に対する力を表すものではない力が記録される可能性がある。したがって、非導電性ストリップ４９を、このことが起こるのを阻止するのに十分な幅にすることが必要である。
空気袋セルがセルの中央まで収縮する単純な状況を想定する場合、力感知層は、図６に示すような対角線（Ｃ１及びＣ２）に等しい距離引き下ろされ、非導電性ストリップ４９の幅Ｓを、（Ｃ１＋Ｃ２、すなわち袋の幅）以上にして、力が近隣セルから到来するときに誤って読み取られるのを阻止しなくてはならない。] 図６
[0065] 図７は、図１及び図２に示すセンサーアレイ３２の例に関して列挙した配合を有し且つ上述したように製造されたピエゾ抵抗シート３７を使用する１インチ四方のピエゾ抵抗力センサー素子４８の電気抵抗を、センサーアレイ３２の上側基板シート３３の上面４７に対して加えられる法線力又は圧力の関数として示している。図７に示すように、抵抗は、法線力の関数として逆比例で変動する。] 図１ 図７
[0066] 図１に示すように、列電極３２ｌ〜３２ｎと垂直位置合わせされた行電極３１−ｌ〜３１−ｍは、列電極と行電極との間のピエゾ抵抗層シート３７と共に、ｍ×ｎの力素子４８から成るｍ×ｎの矩形マトリクスアレイを形成する。センサー素子４８毎の上側電極及び下側電極が電気的に分離している場合、１２個のセンサーのそれぞれについて別個のリードアウト導体対、すなわち合計２４個のリードが存在する。] 図１
[0067] 好ましくは、図１及び図５に示すように、センサーアレイは行及び列に配置され、これによって８つのみのリードアウト導体を必要とする。しかしながら、図１０Ａに示すように、センサーアレイ３２のマトリクスアドレス指定を使用して個々のセンサー３３の抵抗を測定し、それによってセンサーに対して加えられる法線力を求める場合、アドレス指定されていないセンサーへの並列電流に起因して、アドレス指定されたセンサー３３及び選択されていないセンサーに対する抵抗間で実質的なクロストークが存在する。
このクロストーク問題を克服するために、本発明者は、センサー３３を変更してダイオードのような特性を与えるための方法を開発した。図１０Ｂを参照することによって確認され得るように、両方向性でない、極性を感知する伝達関数を有するセンサー３３間のクロストークによって、図１０Ａに示す対称導電性センサー３３のマトリクスにおいて存在するクロストーク問題が軽減される。] 図１ 図１０Ａ 図１０Ｂ 図５
[0068] センサー３３を、以下のようにピエゾ抵抗層シート５２の製法(preparation)を変更することによってダイオードのような特性を有するように変更する。最初に、ピエゾ抵抗層シート５２を、上述したプロセスによって準備する。次に、ピエゾ抵抗シート５２のピエゾ抵抗コーティング６７の上面６９又は下面７０を変更して、その上にＰ−Ｎ半導体型接合点を形成する。]
[0069] ピエゾ抵抗コーティング６７を変更してＰ−Ｎ接合点を形成することは、最初にスラリーを準備することによって実施される。スラリーは、上述した３つの混合物例のうちの１つの組成物を有するが、５０ミクロンサイズの粒子の微粉の形態で酸化銅ＣｕＯをそれぞれ５ｍｌ加え、５０ミクロンサイズの粒子の微粉の形態で５ｍｌの亜酸化銅Ｃｕ2Ｏを加え、上記の成分を十分にかき混ぜることによって変更される。
結果としての溶液を、次に、テトラヒドロホウ酸ナトリウム（ＮａＢＨ4）又はリン酸アンモニウムとしても知られる水素化ホウ素ナトリウムの溶液約３０ｍｇを使用して希釈し、約５．５のｐＨを有する溶液を形成する。
次に、溶液をピエゾ抵抗シート５２上のピエゾ抵抗コーティング６８の上面６９又は下面７０上にコーティングする。このコーティングプロセスは、ローラーコーティングプロセスを使用して実施される。このプロセスの結果、一平方センチメートル当たり約０．５ｍｌの溶液が加えられる。
表面コーティングは次に、室温で、２０％未満の相対湿度で４時間空気乾燥される。コーティングされた表面が乾くと、これはＰ型半導体として機能し、一方コーティング６８のコーティングされていない側は、Ｐ−Ｎ接合ダイオードのＮ型半導体として機能する。]
[0070] 図８は、上述したように、センサーにダイオードのような特性を与えるように準備されたセンサー３３と、センサーのＩ−Ｖ（電流対電圧）伝達関数を得るための回路とを示している。図９は、図８のセンサー３３の場合の典型的なＩ−Ｖ曲線を示している。] 図８ 図９
[0071] 上述したように、ダイオードのように動作する半導電性層を付加することによってセンサー３３を変更することの利点は、これによってセンサー間のクロストークが低減することである。
図１０Ａに示すように、このクロストークは、いわゆる「平方完成(completing the square)」現象に起因して発生する。この現象において、正方形の３つの角を形成する３つのアドレス指定されていないレジスタの平方マトリクスアレイにおいて３つの接続が作製される。このため、垂直列内の任意の２つの接続及び同じ行内の第３の接続が、導体のＸ−Ｙアレイ内のいずれかの接続として機能する。
正方形の第４の角にあるレジスタは、アドレス指定されたレジスタと並列の重信（ファントム：phantom）として現れる。これは、このレジスタを通じて電流が逆方向に進むと共に、他のレジスタを通じて順方向に進むことができるためである。この重信による寄与を排除するためには、電子機器において配慮し、さらなる支出を行わなくてはならない。
たとえば、図１０Ａに示すように、電位Ｖが行導体Ｘ1と列導体Ｙ1との間に印加され、それによってピエゾ抵抗センサー抵抗Ｒ11の抵抗値を求める場合、「重信」レジスタＲ(22)を通じて流れる逆電流によって、抵抗値の和Ｒ12＋Ｒ(22)＋Ｒ22が分路し（Ｒ11）、その結果、図１０Ａにおいて矢印によって示される並列電流経路が生じる。これは結果として、以下の誤った抵抗値となる：
Ｒx1ｙ1＝Ｒ11／／（Ｒ12＋［Ｒ22］＋Ｒ21）、Ｒx1ｙ1＝Ｒ11（Ｒ12＋［Ｒ22］＋Ｒ21）／（Ｒ11＋Ｒ12＋［Ｒ22］＋Ｒ21）
ここで、抵抗値を囲む括弧(brackets)は、そのレジスタを通じた、時計回り、すなわち左方向に対角線を下るのではなく、反時計回りの電流を示している。このため、たとえば、上記で列挙した４つの抵抗のうちのそれぞれが１０オームの値を有していた場合、Ｒ11の測定値は、
Ｒ11＝１０（１０＋１０＋１０）／（１０＋１０＋１０＋１０）＝３００／４０＝７．５オーム
となり、すなわちＲ11の実際の値１０オームを２５％下回る。３つのアドレス指定されていないピエゾ抵抗センサー３３の抵抗値Ｒ12、Ｒ22及びＲ21が、これらのセンサー３３に対して集中するより大きな力に起因してそれぞれより低い、たとえば１オームである場合、Ｒ11の測定値は、
Ｒ11＝１０（１＋１＋１）／（１０＋１＋１＋１）＝３０／１３＝２．３１オーム
となり、すなわちＲ11の実際の値を約７７％下回る値である。] 図１０Ａ
[0072] 他方で、図１０Ｂに示すように、ダイオードを各ピエゾ抵抗センサー素子３３と直列に置くことによって、センサー素子、たとえばＲ22を通じた試験電流の逆方向の反時計回り方向において測定される素子の電気抵抗は、実際上任意の大きさであるか、又は図１０Ａ及び図１０Ｂに示す他の抵抗を通じた電流の時計周りの順方向の経路と比較して無限大である。このケースでは、それぞれが１０オームの値を有する２×２のマトリクスの４つの抵抗の場合に測定される抵抗値は、
Ｒx1y1＝１０（１＋∞＋１）／（１０＋１＋∞＋１）＝１０オーム
となり、すなわち正しい値となる。
このため、各センサー素子３３をｐ−ｎ接合点を含むように変更し、それによって該センサー素子にダイオードのような特性を与えることによって、各センサー素子３３を通じて流れる逆電流を電気的に分離する（すなわち逆電流を阻止する）。これによって、各センサー素子３３の電気抵抗の正しい値Ｒxy、及びしたがってそこに対して加えられる力を、センサー素子毎に別個の導体対を必要とするのではなく、行及び列マトリクスアドレス指定を使用して正確に測定することが可能になる。] 図１０Ａ 図１０Ｂ
[0073] 本発明による力最小化装置２０の上述した構成要素は、相互接続されて閉ループサーボ制御システムを形成する。このシステムは、本発明の方法によるアルゴリズムを使用して体積力の集中を低減するのに効果的である。この方法及び装置の理解は、図１に示す装置の線図、及び図５に示す斜視図と合わせて図１１を参照することによって容易になり得る。図１１は、装置２０の電空制御器システム構成要素２０Ａのブロック図である。] 図１ 図１１ 図５
[0074] 図１１を参照すると、電空制御装置２０Ａ(electro-pneumatic controller apparatus)が、力センサーインタフェースモジュール３６を通じて力センサーアレイ３２に双方向に結合されたコンピュータ３７を備えることが見て取れる。センサーインタフェースモジュール３６は、コンピュータ３７からの制御信号に応答して、マトリクスアドレス指定された個々の力センサー３３に向けられる試験電圧又は電流を生成するためのデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）７１を備える。] 図１１
[0075] 個々の力センサー３３は、ＤＡＣ７１によって制御される電流又は電圧源の一方の端子を、Ｘマルチプレクサ７２によってＸ行導体１〜６のうちの選択された１つに接続し、電流又は電圧源の他方の端子をＹマルチプレクサ７３によってＹ列導体１又は２のうちの選択された１つに接続することによってアドレス指定される。
センサーインタフェースモジュール３７は、試験電流又は電圧の印加の結果としての、センサー３３を通じた電圧降下又は電流を測定し、測定値をコンピュータ３７に入力するアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）７４も備えた。
所定のスケール係数を使用して、コンピュータ３７は選択されたアドレス指定されたセンサー３３の電気抵抗の瞬時値を計算し、その抵抗値から、そのアドレス指定されたセンサーに対して瞬時に加えられる対応する法線力を計算する。]
[0076] コンピュータ３７によって周期的に発行される制御信号に応答して、Ｘマルチプレクサ７２及びＹマルチプレクサ７３を使用してたとえば１秒当たり３０００サンプルの比較的高速なレートで各力センサー素子３３の抵抗を周期的に測定し、そのサンプリングレートでコンピュータ３７が各力センサー３３に対して加えられる力を計算することを可能にする。]
[0077] さらに図１１を参照すると、装置２０は、センサーアレイ３２によって測定された力の値、及びコンピュータにおいてプログラムされたアルゴリズムに基づいて、コンピュータ３７によって発行されたコマンド信号に応答して、各個々の空気袋セル２２内の空気圧を動的に制御するための圧力制御モジュール７５を備える。
図１１に示すように、排気ポートにおける空気をコンピュータ３７によって制御可能な値まで加圧するために、圧力制御モジュール７５が、空気圧縮機４０及び該圧縮機の出力ポート７６における空気圧変換器４４に動作可能に相互接続される。] 図１１
[0078] 圧縮機４０の排気ポート７６は、１２排気ポートマニフォールド４１の吸気ポート４２に結合される。コンピュータ３７によって発行されるとともに圧力制御モジュール７５を通じてルーティングされる電気制御信号に応答して、マニフォールド４１の別個の排気ポート４３Ａに接続された１２個の個々の空気袋セル吸気切替弁４３のそれぞれが、個々に制御可能である。]
[0079] 切替弁４３の第１の開位置において、選択された空気袋セル２２の空気吸気ポート３１は、圧縮機４０をオンにし、それによってセルを所望の圧力まで膨張させることによって、変換器４４によって所定の値に対して測定された圧力まで加圧される。代替的に、圧縮機４０がオフモードである場合、マニフォールド４１の入力ポート４２に結合されたベント弁７７を開いて、大気中に空気を排出することによってより低い圧力値まで空気袋セル２２を収縮することができる。]
[0080] コンピュータ３７からのコマンド信号に応答して、選択された空気袋セル２２を所定の圧力まで膨張させるのに十分な期間、１２個の切替弁４３のうちの選択された１つが開放された後、圧力変換器４４によって出力されコンピュータ３７に入力される、セル内の圧力に比例する電気信号によって、結果としてコンピュータが、閉鎖コマンド信号を弁に出力するとともに、シャットオフコマンド信号を圧縮機４０に出力する。]
[0081] 選択された空気袋セル２２をより低い所定の圧力まで収縮させるためのコンピュータ３７からのコマンド信号に応答して、ベント弁７７及び選択された切り替え弁４３が開放されると、コンピュータ３７に入力される圧力変換器４４からの電気信号によって、結果としてコンピュータから電気閉鎖コマンド信号が出力される。
このコマンド信号によってベント弁７７が閉鎖し、それによって、開放されている切替弁４３が、選択された空気袋セル内で、選択されたより低い圧力を維持する。
全く類似した形式で、各他の空気袋セル２２内の空気圧は、切替弁４３を開放するための該弁へのコマンド信号を送信し、圧縮機４０及び／またはベント弁７７を、空気袋セルを所定の圧力まで膨張又は収縮させるように操作することによって、順次調整可能である。]
[0082] 図１２は、図１１に示し上述した電空装置２０Ａのためのハウジングの好ましい実施形態の単純化された斜視図である。図１１及び図１２に示すように、電空制御器２０Ａは、オペレータインタフェースモジュール７８を備える。
オペレータインタフェースモジュール７８は、多機能のオン／オフのモード制御スイッチ及びボタン７９と、上下のデータエントリースルーイングボタン８０、８１(data entry slewing buttons)と、デジタルディスプレイ８２とを含む、手動制御装置を備える。
ディスプレイ８２は、内部空気圧及び選択可能な空気袋セル２２に対する力、並びにセンサー３３に対して加えられる全ての力の和及び平均を選択的に表示するためのスイッチ７９によって制御可能である。] 図１１ 図１２
[0083] 図１２に示すように、電空制御器２０Ａは、ベッドのサイドボード又はエンドボードからハウジングを懸架するためのＬブラケットがその後面パネル８４から突出している箱状ハウジング８３内に含まれることが好ましい。
電空制御器２０Ａのハウジング８３は、空気ホース８７を空気袋セル２２と接続するための管状の部材８６、センサーアレイ３２のセンサー３３に対する行導体８８及び列導体８９、並びに装置２０Ａの構成要素に電源供給するための電源に対する電源コード９０も備える。] 図１２
[0084] 力最小化アルゴリズム
上述した適応緩衝力最小化装置２０は、多様な空気袋セル２２を有する緩衝物２１を備える。各個々のセル２２は、その上面に、力センサーのアレイ３２の個々の力センサー３３を有する。空気圧測定変換器４４は、各セル２２内の空気圧を測定するために設けられる。各力センサー３３は、緩衝物２１上に横たわっている人と空気袋セル２２との間の電位接触領域内に位置決めされる。各ピエゾ抵抗力センサー３３は、力感知センサーとして機能し、該センサーは空気袋セル２２上の人の身体によって加えられる最大力に反比例する電気抵抗を有する。該最大力は、各センサーの任意の部分にわたる、抵抗が最も低い経路に対応する。]
[0085] 図１及び図３に示す本発明による適応緩衝装置２０の一実施形態では、緩衝物は、長手方向に並べられた左列及び右列の対に分割される。次に、それらの列は、頭部、臀部、及び踵部のような、人の異なる長手方向ゾーンを支持する左空気袋セル及び右空気袋セルの対をそれぞれ有する６つの長手方向ゾーンに分割される。このため、図３に示すように、左側列セル２２Ｌ１〜２２Ｌ６のように各列内に６つの空気セル２２が存在する。
１２個のセル２２Ｌ１〜２２Ｌ６、２２Ｒ１〜２２Ｒ６のそれぞれにおける空気圧は、力センサー３３を使用して行われた力測定に応答して圧縮機器４０及び切替弁４３によって個々に制御される。各個々の空気セル２２内の空気圧の個々の制御は、これより説明されるコンピュータ３７で実施される新規なアルゴリズムを使用して、電空制御器システム２０Ａによって行われる。] 図１ 図３
[0086] 最小で１つの空気袋セル２２を使用する１つのゾーン、及び最大でｎ個の空気袋セルを使用するＮ個のゾーンが存在し得る。ここで、各ゾーンはその空気袋セルに対する最大力を測定するための力センサー３３を有し、圧力変換器４４を使用してその空気袋セル内の空気圧が測定される。
制御アルゴリズムは連続的反復の１つであり、その中では、力センサー３３が患者の身体に対するピーク力を求め、圧力変換器４４がピーク体積力で発生する空気圧を測定する。全てのセンサーに対する力をサンプリングする周期の終了時に、各個々の袋セル２２内の空気圧が、全てのゾーンに関して力が最小化された圧力に回復される。このプロセスは継続し、装置は、上敷き緩衝物２１によって支持される人に対するピーク力を最小にする、個々のセル毎の最適な袋圧力を常に見つけようとする。]
[0087] アルゴリズム記述
前提：
それぞれが１つの空気袋セル２２を含み、１〜ＮをナンバリングされるＮ個のゾーン
各ゾーンの空気袋セルは、Ｐ＃を測定するために空気圧変換器４４に選択可能に接続することができる
各空気袋セル２２は、各セルの表面に対して加えられる最大力Ｆ＃を測定することが可能な個々の力センサー３３を取り付けられる。
圧縮機４０は、ゾーンの選択された個々の空気袋セル２２に最大５ｐｓｉの圧力で空気を供給する。ベント弁を通じて大気中に空気を排出することによって、選択された空気袋セル２２を収縮するための、通常閉鎖されたベント弁７７が存在する。
いずれの空気袋２２が空気で膨張されているか、又はベント弁７９を通じて大気中に空気を排出することによって収縮されているかを選択する複数の切替弁４３が存在する。]
[0088] アルゴリズムステップ
１．Ｐｓｅｔ：：：：ベント弁７７をＰｓｅｔ、開始、閉鎖する
２．切替弁４３−１を開放することによってゾーンｉ＝１を選択する
３．圧縮機４０をオンにする。
４．ゾーン１内の空気袋セル２２内の空気圧を測定する
５．ゾーン１空気袋セル２２を所定の上限設定圧力まで加圧し、切替弁（４３−１）値Ｐｓｅｔを閉鎖する。
６．ｉ＋１＝Ｎとなるまでｉ＋１について反復する
７．ゾーンｉ＝１を選択する
８．全てのゾーンに関して力センサー（３３）読み値を得る。
９．ベント弁７７を開放する
１０．ゾーン１空気袋セル２２を所定の最小圧力まで収縮し、全ての空気袋セル２２に関する力センサー３３読み値をモニタリングする。全ての他の空気袋セル２２内の袋圧力を、それらの上限設定圧力に維持する。
１１．単一のゾーン１空気袋が収縮されているときの全ての空気袋セル２２に対する力を測定し、全ての力センサー（３３）読み値の和を計算するとともに、オプションで、全ての力センサー（３３）読み値の平均を計算する。
１２．コンピュータ３７のメモリ内に、全ての力センサー３３読み値の最小の和で発生するゾーン１空気袋セル２２の圧力読み値を格納し、オプションで、全ての力センサー３３読み値の平均値で発生するゾーン１空気袋セル２２の圧力読み値を格納する。
１３．ゾーン１空気袋セル２２−１内の圧力を、全ての力センサーに関して最小の和及び平均となる力センサー読み値が得られた値までゾーン１空気袋セル２２−１内の圧力を回復する。
１４．ゾーン１切り替え弁４３−１を閉鎖する。ゾーン１内の圧力を維持する
１５．セット：カウント＝ｉ＋１
１６．カウント＝ｉ＋１＝Ｎとなるまでステップ２〜１５を反復する
１７．セット：Ｐｓｅｔ＝Ｐｓｅｔ，開始−（カウント*２０％＿（すなわち、ゾーン１袋２２−１内の初期圧力を低減する）
１８．ステップ２〜１６を反復する（すなわち、低減された初期圧力を用いる）
特許権保護願い（Caveat）
１９．全ての力センサー３３を常時モニタリングし、大幅な変化（ΔＦ＞０．２*Ｆ＃）が検出される（患者が移動する）場合、ステップ１から再度開始する。]
[0089] 図１３は、上述したアルゴリズムを利用する装置２０の動作を示すフローチャートである。表１は、袋２２に関する適切な下限初期設定圧力及び上限初期設定圧力を、装置の上敷き緩衝物２１によって支持される患者又は他の人の重量の関数として列挙している。] 図１３
[0090] ]
[0091] 本発明による上述した方法及び装置の一変形形態において、各空気袋セル２２内の圧力が最小力集中に関して最適化された後、吸気管３１を完全にシーリングして、適応緩衝物２１を永続的に圧力制御モジュール７５から取り外してもよい。この変形形態は、椅子の緩衝物をカスタマイズして特定の個人に対して集中する力を最小限にするために、空気袋セル２２を使用して緩衝物２１をカスタマイズ製造することも可能にする。同様に、本発明による方法及び装置の変形形態を使用して、サドル緩衝物又は自動車のシートをカスタマイズすることができる。]

权利要求:

請求項1
支持物体との接触に応じて人体の部分に対して加えられる反力集中の大きさを低減するための適応緩衝装置であって、該装置は、ａ．薄い可撓性の空気不透過性物質からそれぞれ作製される少なくとも第１の密封可能な空気袋セル及び第２の密封可能な空気袋セルを有し、支持物体と人体との間に配置するための緩衝物と、ｂ．前記人体によって前記空気袋セルに対して加えられる力と共に所定の形で変動する電気特性をそれぞれ有し、前記第１の空気袋セル及び前記第２の空気袋セルにそれぞれ関連付けられる少なくとも第１の力感知センサー及び第２の力感知センサーと、ｃ．前記空気袋セルのそれぞれの中空内部空間を、個々に制御可能な圧力まで加圧するための加圧装置と、ｄ．前記空気袋セルのそれぞれに動作可能に結合することができ、それによって前記空気袋セルのそれぞれの前記中空内部空間内の気体圧力を測定する少なくとも１つの圧力変換器と、ｅ．前記力センサーからの信号を受信するための力センサーインタフェースポートと、前記圧力変換器からの信号を受信するための圧力変換器ポートと、前記加圧装置に制御信号を提供し、それによって、前記力センサーによって感知される力の和を最小にする個々に制御可能な値まで前記空気袋セル内の空気を加圧するための出力ポートとを有する制御装置と、を備える、装置。
請求項2
前記力センサーのそれぞれは、前記空気袋セルの上壁及び下壁のうちの少なくとも一方の上に位置する可撓性平面エンベロープを備えるものとしてさらに定義され、該エンベロープは、上側センサー導体を備える可撓性の上側導電性シートと、下側センサー導体を備える可撓性の下側導電性のシートと、該上側導電性シートと該下側導電性シートとの間に位置する可撓性ピエゾ抵抗層とを備える、請求項１に記載の装置。
請求項3
前記センサーの前記エンベロープは、少なくとも部分的に、弾性的に伸縮可能な物質から作製されるものとしてさらに定義される、請求項２に記載の装置。
請求項4
前記弾性的に伸縮可能な物質は、伸縮可能な弾性織物であるとしてさらに定義される、請求項３に記載の装置。
請求項5
前記第１の空気袋セル及び前記第２の空気袋セルに加えて、さらなるｐ−２個の空気袋セルをさらに備え、ここでｐは整数である、請求項１に記載の装置。
請求項6
さらなるｐ−２個の力センサーをさらに備え、該力センサーのそれぞれが前記さらなるｐ−２個の空気袋セルのうちの１つに関連付けられる、請求項５に記載の装置。
請求項7
前記ｐ個の空気袋セルは、ｍ個の行及びｎ個の列から成るマトリクス内に配置されるものとしてさらに定義される、請求項５に記載の装置。
請求項8
さらなるｐ−２個の力センサーをさらに備え、合計ｐ個の前記力センサーは、前記空気袋セルの前記ｍ個の行及び前記ｎ個の列と位置合わせされる、ｍ個の行及びｎ個の列から成るマトリクスアレイ内に配置される、請求項７に記載の装置。
請求項9
前記力センサーインタフェースポートは、インタフェース導電体によって、少なくとも部分的に前記ｐ個の力センサーに結合される、請求項８に記載の装置。
請求項10
前記力センサーのうちの少なくとも１つは、双方向性でない電流対電圧インピーダンス特性を有するものとしてさらに定義される、請求項９に記載の装置。
請求項11
前記力センサーインタフェースポートを前記センサーアレイに接合する前記インタフェース導電体は、前記力センサーアレイの、ｍ個の行センサー導体に接続されたｍ個のインタフェース導体と、ｎ個の列センサー導体に接続されたｎ個のインタフェース導体とを備えるものとしてさらに定義される、請求項１０に記載の装置。
請求項12
前記加圧装置は、前記制御装置によって放出されたコマンド信号に応答し、それによって、前記変換器によって測定可能であり、前記制御装置内で実施されるアルゴリズムに従って前記緩衝物に対する力の集中を最小にするのに有効な値に調整される制御可能な圧力まで、個々の前記空気袋セルを交互に膨張及び収縮させるものとしてさらに定義される、請求項８に記載の装置。
請求項13
前記アルゴリズムは、第１の個々の空気袋セル内の空気圧を周期的に変動させるステップと、各センサーの物理特性をモニタリングし、それによって前記空気袋セルのそれぞれに対して加えられる力の値を測定する、モニタリングするステップと、前記測定された値を合算するステップと、全ての前記力センサーからの力の測定値の前記和が結果として最小になる値まで、前記第１のセル内の前記空気圧を回復するステップと、第２から第ｐまでの前記袋セルのそれぞれについて上述したステップを反復するステップとを含むようにさらに定義される、請求項１２に記載の装置。
請求項14
前記アルゴリズムは、各前記空気袋セルを所定の初期上限設定圧力まで膨張させる第１の初期化ステップを含むものとしてさらに定義される、請求項１３に記載の装置。
請求項15
前記空気袋セル内の空気圧を周期的に変動させる前記ステップは、前記空気袋セルを、所定の上限設定圧力から所定の下限圧力まで収縮させる初期ステップを含むものとしてさらに定義される、請求項１４に記載の装置。
請求項16
支持物体との接触に応じて人体の部分に対して加えられる反力の集中の大きさを低減するための方法であって、該方法は、請求項１に記載の装置を使用し、ａ．薄い可撓性の空気不透過性物質からそれぞれ作製される少なくとも第１の密封可能な空気袋セル及び第２の密封可能な空気袋セルを有し、支持物体と人体との間に配置するための緩衝物を設けるステップと、ｂ．前記人体によって前記空気袋セルに対して加えられる力と共に所定の形で変動する電気特性をそれぞれ有し、前記第１の空気袋セル及び前記第２の空気袋セルにそれぞれ関連付けられる少なくとも第１の力感知センサー及び第２の力感知センサーを設けるステップと、ｃ．各前記空気袋セルの中空内部空間を、個々に制御可能な圧力まで加圧するための加圧気体源を設けるステップと、ｄ．前記空気袋セルのそれぞれに動作可能に結合することができ、それによって各前記空気袋セルの前記中空内部空間内の気体圧力を測定する少なくとも１つの圧力感受性変換器を設けるステップと、ｅ．前記力センサー及び前記圧力変換器からの信号を受信し、前記加圧装置に制御信号を提供し、それによって前記力センサーによって感知される力の和を最小にする値まで前記空気袋セル内の空気を加圧するための制御装置を設けるステップと、ｆ．前記空気袋セルの前記中空内部空間内の前記気体圧力を表す、前記圧力変換器からの信号を前記制御装置に入力するステップと、ｇ．全ての前記空気袋セルに対して加えられる力を表す、前記力センサーからの信号を前記制御装置に入力するステップと、ｈ．前記制御装置から前記加圧気体源に制御信号を提供するステップであって、それによって、全ての前記空気袋セルに関連付けられる前記力センサーによって感知される力の和を最小にする値まで前記空気袋セルの前記中空内部空間を加圧する、提供するステップと、ｉ．前記空気袋セルに対する力の集中の和を最小にする結果となる前記空気袋セルの前記中空内部空間のための適切な加圧値を、前記制御装置によって前記変換器信号及び前記力センサー信号から計算するステップと、ｊ．前記制御装置から前記加圧空気源に発行するために、前記計算された力を最小にする圧力値まで前記空気袋セルを加圧するのに効果的な制御信号を提供するステップと、を含む、方法。
請求項17
前記緩衝物は、前記第１の空気袋セル及び前記第２の空気袋セルに加えて、さらなるｐ−２個の空気袋セルを備えるようにさらに定義され、ここでｐは整数である、請求項１６に記載の方法。
請求項18
さらなるｐ−２個の力センサーをさらに備え、該力センサーのそれぞれが前記さらなるｐ−２個の空気袋セルのうちの１つに関連付けられる、請求項１７に記載の方法。
請求項19
前記力を最小にする空気袋セル加圧計算は、第１の個々の空気袋セル内の空気圧を周期的に変動させるステップと、各力センサーの物理特性をモニタリングし、それによって前記空気袋セルのそれぞれに対して加えられる力の値を測定する、モニタリングするステップと、前記測定された力の値を合算するステップと、全ての前記力センサーからの力の測定値の前記和が結果として最小になる値まで、前記第１のセル内の前記空気圧を回復するステップと、第２から第ｐまでの前記袋セルのそれぞれについて上述したステップを反復するステップとを含むようにさらに定義される、請求項１８に記載の方法。
請求項20
各前記空気袋セルを所定の初期設定圧力まで膨張させる第１の初期化ステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
請求項21
前記空気袋セル内の空気圧を周期的に変動させる前記ステップは、前記空気袋セルを、所定の上限設定圧力から所定の下限圧力まで収縮させる初期ステップを含むものとしてさらに定義される、請求項１９に記載の方法。
請求項22
前記ステップのシーケンスは、力の測定値の前記和が、所定の閾値未満まで低減されるまで反復される、請求項１９に記載の方法。
請求項23
前記ステップのシーケンスは、前記力の測定値の前記和が、所定の閾値を超える場合に再度開始される、請求項２２に記載の方法。
請求項24
前記ステップのシーケンスは、全てより少ない数の前記セルの力測定値が所定の閾値を超える場合に再度開始される、請求項２２に記載の方法。
請求項25
表面に対して加えられる法線力を測定するための前記表面力センサーは、ａ．導電性の接触領域を有する上側センサー導体を含む薄い可撓性上側導体シートを備える、少なくとも第１の平面センサー素子、ｂ．それに対して加えられる法線力と共に変動する電気インピーダンス特性を有するアクティブセンサー領域を有する、薄い可撓性中間シートであって、該アクティブセンサー領域は、上側導電性シートの前記接触エリアと導電的に接触する上面を有する、薄い可撓性中間シートと、ｃ．前記アクティブセンサー領域の下面と導電的に接触する導電性接触エリアを有する下側センサー導体を備える下側導体シートと、を備える、請求項１又は１６に記載の装置。
請求項26
少なくとも第２の平面センサー素子をさらに備える、請求項２５に記載のセンサー。
請求項27
前記第１のセンサー素子の前記上側の導電性接触エリア及び前記下側の導電性接触エリアのうちの少なくとも一方が、前記第２のセンサー素子の前記上側導電性接触エリア及び前記下側の導電性接触エリアのうちの対応する一方と導電的に連続している、請求項２６に記載のセンサー。
請求項28
少なくとも第３の平面センサー素子及び第４の平面センサー素子をさらに備え、それによって前記センサーはｍ個の行及びｎ個の列から成るアレイに配置されるｐ個の要素を有する、請求項２６に記載のセンサー。
請求項29
前記センサーの前記上側接触エリアは、前記複数のｍ個の行及びｎ個の列のうちの一方に対応する電気的に連続した導体ストリップを有し、前記ｐ個のセンサーの前記下側接触領域は、前記ｍ個の行及びｎ個の列のうちの他方に対応する電気的に連続した導体ストリップを有する、請求項２８に記載のセンサー。
請求項30
前記センサー素子のうちの少なくとも１つは、双方向性でない電気インピーダンス特性を有するものとしてさらに定義される、請求項２９に記載のセンサー。
請求項31
前記双方向性でない電気インピーダンス特性は、ダイオードのような特性としてさらに定義される、請求項３０に記載のセンサー。
請求項32
前記アクティブセンサー領域は、ピエゾ抵抗物質から構成される層を含むものとしてさらに定義される、請求項３１に記載のセンサー。
請求項33
前記前記ピエゾ抵抗物質は、ポリマーマトリクス内に懸濁される導電性粒子を含むものとしてさらに定義される、請求項３２に記載のセンサー。
請求項34
前記ピエゾ抵抗層の外面は、少なくとも１つの金属酸化物を含み、それによって前記層と共に半導体のＰＮ接合点を形成するためのコーティングがその上に堆積されるものとしてさらに定義される、請求項３３に記載のセンサー。
請求項35
前記金属酸化物は、少なくとも１つの酸化銅を含むものとしてさらに定義される、請求項３４に記載のセンサー。