(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの転倒リスクを決定する方法であって、前記方法は、
前記ユーザの動きの測定結果を収集するステップと、
前記測定結果から前記ユーザの歩行に関するパラメータに対する値を推定するステップと、
前記ユーザが通常の転倒リスクにある場合の前記ユーザの動きから決定されるパラメータに対する通常値と前記推定値の比較から、前記ユーザの転倒リスクを決定するステップとを有し、
前記推定するステップは、
（ｉ）前記測定結果の各々の大きさが閾値を超える、前記収集された測定結果における連続する測定結果のクラスタを識別する、
（ｉｉ）前記測定結果の各々の大きさが閾値を超える、前記収集された測定結果における連続する測定結果のクラスタを、その大きさが前記閾値未満である前記測定結果のサブセットを除いて、識別し、ただし前記サブセットは時間閾値未満の期間に及ぶことを条件とする、又は
（ｉｉｉ）前記収集された測定結果における連続する測定結果のクラスタを識別し、その大きさが第１の閾値を超える前記収集された測定結果内の第１の収集された測定結果は、クラスタ内の第１の測定結果をあらわし、その大きさが第２の閾値を下回る前記クラスタ内の第１の測定結果後の最初の収集された測定結果は、前記クラスタ内の最後の測定結果をあらわし、ただし前記最後の測定結果は前記第１の測定結果後の最短期間を上回ることを条件とする、
ことにより前記収集された測定結果においてステップ境界を識別するステップを有する、
方法。
【請求項２】
転倒リスクを決定するステップが、前記通常値の標準偏差に従って前記推定値と前記通常値の比較を重み付けするステップを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記推定値が、前記通常値が決定される期間よりも短い期間にわたる前記ユーザの動きから決定される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記識別するステップが、２つの連続する識別されたクラスタの間の最小値として前記ステップ境界を識別するステップを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ステップ境界を識別するステップが、最大の大きさを持つ各クラスタ内の測定結果として前記ステップ境界を識別するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ユーザの歩行に関する前記パラメータがステップサイズを有し、前記パラメータに対する値を推定するステップは前記収集された測定結果の水平成分を積分するステップを有し、積分境界は連続する識別されたステップ境界によって与えられる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記パラメータに対する値を推定するステップが、加速度に関する前記収集された測定結果の前記水平成分の時間に関する二重積分を計算するステップを有し、積分定数がステップの始まりにおいてゼロに設定される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ユーザの歩行に関するパラメータが前方ステップサイズを有する、又はさらに有し、前記パラメータに対する値を推定するステップが、
ステップに対する開始及び終了位置を与えるために、連続する識別されたステップ境界によって積分境界が与えられる、前記収集された測定結果の水平成分を積分するステップと、
前記開始及び終了位置を接続するベクトルのノルムとして前記前方ステップサイズを決定するステップとを有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ユーザの歩行に関するパラメータが横ステップサイズをさらに有し、前記パラメータに対する値を推定するステップが、
前記開始及び終了位置の間に直線を規定するステップと、
ステップ中の一連の位置を与えるためにステップ中にあらわれる収集された測定結果を積分するステップと、
各位置と前記直線との間の距離を決定するステップと、
この一連における最大距離として前記横ステップサイズを決定するステップとをさらに有する、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ユーザが通常の転倒リスクにあるときの前記ユーザの動きの測定結果を収集するステップと、
前記収集された測定結果から前記ユーザの歩行に関するパラメータに対する前記通常値を推定するステップとを含む較正ステップをさらに有する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
転倒防止装置であって、前記装置は、
前記装置のユーザの動きの測定結果を収集するための少なくとも１つのセンサと、
前記測定結果から前記ユーザの歩行に関するパラメータに対する値を推定するため、及び、前記ユーザが通常の転倒リスクにある場合の前記ユーザの動きから決定されるパラメータの値と前記推定値の比較から前記ユーザの転倒リスクを決定するための、プロセッサとを有し、
前記プロセッサは、
（ｉ）前記測定結果の各々の大きさが閾値を超える、前記収集された測定結果における連続する測定結果のクラスタを識別する、
（ｉｉ）前記測定結果の各々の大きさが閾値を超える、前記収集された測定結果における連続する測定結果のクラスタを、その大きさが前記閾値未満である前記測定結果のサブセットを除いて、識別し、ただし前記サブセットは時間閾値未満の期間に及ぶことを条件とする、又は
（ｉｉｉ）前記収集された測定結果における連続する測定結果のクラスタを識別し、その大きさが第１の閾値を超える前記収集された測定結果内の第１の収集された測定結果は、クラスタ内の第１の測定結果をあらわし、その大きさが第２の閾値を下回る前記クラスタ内の第１の測定結果後の最初の収集された測定結果は、前記クラスタ内の最後の測定結果をあらわし、ただし前記最後の測定結果は前記第１の測定結果後の最短期間を上回ることを条件とする、
ことにより前記収集された測定結果においてステップ境界を識別することにより前記ユーザの歩行に関するパラメータに対する前記値を推定する、
転倒防止装置。
【請求項１２】
適切なコンピュータ若しくはプロセッサ上で実行されるときに、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法におけるステップを前記コンピュータ若しくはプロセッサに実行させるように構成される、コンピュータ可読コードを有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はユーザの動きを監視するための方法及び装置、特にユーザの転倒リスクを決定するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転倒は毎年何百万人もの人を襲い、特に高齢者において重篤な傷害をもたらす。実際、転倒は高齢者における死因の上位３位のうちの１つであると推定されている。
【０００３】
転倒は、突然で、無制御で、偶発的な地面への身体の下方移動と定義される。現在、こうした転倒を検出し、転倒が起こる場合ユーザが手動で若しくは自動的に援助を得ることを可能にするいくつかの転倒検出システムが利用可能である。例示的な転倒検出器は、パーソナルヘルプボタン（ＰＨＢ）、又は装着式及び／又は環境ベースの自動検出器を有することができる。
【０００４】
自動転倒検出器は、ユーザの運動を測定する１つ又は１セットのセンサと、転倒を検出するために測定された若しくは処理された信号を所定閾値と比較するプロセッサとを有する。特に、自動転倒検出器は所定閾値のセット及び／又はパラメータセットを保存する。検出器が駆動されると、センサ（例えば加速度計など）から得られる運動データが連続的に変換及び処理され、そして転倒イベントが起こるかどうかを決定するためにこれらのパラメータセットと比較される。
【０００５】
これらの転倒検出器は有用であるが、これらは実際に転倒を防止せず、ユーザが既に転倒してしまった場合に警告若しくは警報を与えるに過ぎない。
【０００６】
しかしながら、例えば転倒の恐れによって、筋肉の疲労によって、頻繁な並行作業（すなわち歩いているとき、孫に話しているときに物を運んでいるなど、又は、薄暗い照明、濡れた若しくはでこぼこな地面、例えば緩んだ絨毯、電線、玩具、工具、及び他の危険などがある場所での移動）によって生じる若しくは増強される、歩行中に不安定なユーザ、或いは、バランス若しくは集中に影響し得る薬物治療中のユーザは、実際の転倒リスクを軽減する、又は少なくとも特定時間において高い転倒リスクにあることをユーザに警告し、より安全を感じさせる転倒防止用装置によって支援されることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従ってユーザの瞬間転倒リスクを決定することができる方法及び装置が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、ユーザの転倒リスクを決定する方法が提供され、方法は、ユーザの動きの測定結果を収集するステップと、測定結果からユーザの歩行に関するパラメータに対する値を推定するステップと、ユーザが通常の転倒リスクにある場合のユーザの動きから決定されるパラメータに対する通常値と推定値の比較から、ユーザの転倒リスクを決定するステップとを有する。
【０００９】
好適な実施形態において、転倒リスクを決定するステップは、通常値の標準偏差に従って推定値と通常値の比較を重み付けするステップを有する。
【００１０】
好適には、推定値は、通常値が決定される期間よりも短い期間にわたるユーザの動きから決定される。
【００１１】
好適な実施形態において、推定するステップは収集された測定結果においてステップ境界（ｓｔｅｐ  ｂｏｕｎｄａｒｙ）を識別するステップを有する。
【００１２】
一実施形態において、ステップ境界を識別するステップは、測定結果の各々の大きさが閾値を超える、収集された測定結果における連続する測定結果のクラスタを識別するステップを有する。
【００１３】
代替的な実施形態において、ステップ境界を識別するステップは、その大きさが閾値未満である測定結果のサブセットを除いて、測定結果の各々の大きさが閾値を超える、収集された測定結果における連続する測定結果のクラスタを識別するステップを有し、ただしサブセットは時間閾値未満の期間に及ぶことを条件とする。
【００１４】
別の代替的な実施形態において、ステップ境界を識別するステップは、収集された測定結果における連続する測定結果のクラスタを識別するステップを有し、その大きさが第１の閾値を超える、収集された測定結果における第１の収集された測定結果は、クラスタ内の第１の測定結果をあらわし、その大きさが第２の閾値を下回る、クラスタ内の第１の測定結果後の最初の収集された測定結果は、クラスタ内の最後の測定結果をあらわし、ただし最後の測定結果は第１の測定結果後の最短期間を上回ることを条件とする。
【００１５】
これらの代替的な実施形態のいずれにおいても、ステップ境界を識別するステップは、最大の大きさを持つ各クラスタ内の測定結果としてステップ境界を識別するステップをさらに有することができる。
【００１６】
好適な実施形態において、ユーザの歩行に関するパラメータはステップサイズを有し、パラメータに対する値を推定するステップは、収集された測定結果の水平成分を積分するステップを有し、積分境界は連続する識別されたステップ境界によって与えられる。
【００１７】
好適な実施形態において、パラメータに対する値を推定するステップは、ステップサイズが速度の変化に基づいて決定されるように積分からユーザの平均速度を除くステップを有する。
【００１８】
一実施形態において、ユーザの歩行に関するパラメータは前方ステップサイズを有する、又はさらに有し、パラメータに対する値を推定するステップは、ステップに対する開始及び終了位置を与えるために、連続する識別されたステップ境界によって積分境界が与えられる、収集された測定結果の水平成分を積分するステップと、開始及び終了位置を接続するベクトルのノルムとして前方ステップサイズを決定するステップとを有する。
【００１９】
好適には、ユーザの歩行に関するパラメータは横ステップサイズをさらに有し、パラメータに対する値を推定するステップは、開始及び終了位置の間に直線を規定するステップと、ステップ中の一連の位置を与えるためにステップ中にあらわれる収集された測定結果を積分するステップと、各位置と直線との間の距離を決定するステップと、この一連における最大距離として横ステップサイズを決定するステップとをさらに有する。
【００２０】
好適な実施形態において、方法は、ユーザが通常の転倒リスクにあるときのユーザの動きの測定結果を収集するステップと、収集された測定結果からユーザの歩行に関するパラメータに対する通常値を推定するステップとを含む較正ステップをさらに有する。
【００２１】
好適には、推定するステップは、測定結果からユーザの歩行に関する複数のパラメータに対する値を推定するステップを有し、転倒リスクを決定するステップは、ユーザが低い転倒リスクにある場合のユーザの動きから決定されるパラメータの値と推定値を比較するステップを有する。
【００２２】
好適には、ユーザの歩行に関する１つ若しくは複数のパラメータは、ステップサイズ、ステップ幅、ステップ時間、両脚支持時間、歩行速度、歩調、平均ステップサイズ、平均ステップ時間、平均両脚支持時間、平均歩行速度、及び平均歩調から選択される。
【００２３】
本発明の第２の態様によれば、装置のユーザの動きの測定結果を収集するための少なくとも１つのセンサと、測定結果からユーザの歩行に関するパラメータに対する値を推定するため、及び、ユーザが通常の転倒リスクにある場合のユーザの動きから決定されるパラメータの値と推定値の比較からユーザの転倒リスクを決定するためのプロセッサとを有する、転倒防止装置が提供される。
【００２４】
本発明の第３の態様によれば、適切なコンピュータ若しくはプロセッサ上で実行されるときに、上記方法におけるステップをコンピュータ若しくはプロセッサに実行させるように構成されるコンピュータ可読コードを有するコンピュータプログラムが提供される。
【００２５】
本発明の代替的な態様によれば、上記及び以下の詳細な説明に記載のステップ境界、ステップサイズ、前方ステップサイズ及び／又は横ステップサイズを含む、歩行パラメータを決定するための方法が提供される。
【００２６】
本発明の実施形態はほんの一例として以下の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ユーザによって装着されている本発明にかかる転倒防止装置を示す。
【図２】図１の転倒防止装置をより詳細に示す。
【図３】本発明にかかる方法におけるステップを図示するフローチャートである。
【図４】ユーザの首の周りに装着されるペンダントの中にある加速度計からの測定結果を図示するプロットである。
【図５】ユーザの足首に装着される加速度計からの測定結果を図示するプロットである。
【図６】ユーザの足首に装着される加速度計からの測定結果の導関数を図示するプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は転倒防止のために使用される方法及び装置に関して記載されるが、当然のことながら方法及び装置は、装置が転倒検出器としても使用されることができるように追加機能を与えられることができる。
【００２９】
本発明の好適な実施形態において、転倒防止装置はユーザによって装着される単一ユニットを有する。
【００３０】
図１はユーザ４の首の周りに装着されているペンダントの形で転倒防止装置２を示し、図２は転倒防止装置２をより詳細に示す。
【００３１】
転倒防止装置２は３つのセンサ、加速度計６、磁力計８、及びジャイロスコープ１０を有し、これらはプロセッサ１２に接続される。プロセッサ１２はセンサ６，８，１０から測定結果を受信し、測定結果を処理して、転倒防止装置２のユーザ４が高い転倒リスクにあるかどうかを決定する。
【００３２】
特に、プロセッサ１２は加速度計６、磁力計８、及びジャイロスコープ１０からの測定結果を処理して転倒防止装置２の方向を決定し、加速度計６からの測定結果を処理して（決定された方向を用いて）ユーザ２の動き（及び特に歩行）に関するパラメータを決定する。
【００３３】
３つのセンサはほんの一例として含まれることが理解されるべきである。当業者に周知の通り、センサフュージョンを用いて、３つのセンサの測定結果は方向の最適推定値のために互いに補完することができる。他のセンサ、例えば気圧計及びＧＰＳ受信機が、装置２によって推定されるパラメータの精度をさらに改良するために加えられることができる。さらに当然のことながら、装置２の消費電力とコストを減らすためにセンサは省略されることができ、例えば最小装置２においては加速度計６しか存在せず、この場合装置２の傾斜を推定することしかできない。
【００３４】
転倒防止装置２はアラーム１４も有し、これはユーザ４に転倒リスクが高いことを警告若しくは通知するためにプロセッサ１２によって駆動されることができる。アラーム１４はまた、たとえユーザが現在高い転倒リスクになくても、現在の転倒リスクの指標をユーザ４に与える何らかの手段も有する（又はそれに置き換えられる）ことができる。例えば転倒防止装置２は、振動触覚若しくは聴覚フィードバックを与えるための手段、又は現在の転倒リスクを示すために照射されることができる（例えばユーザ４の転倒リスクが低い、中間、及び高いことに関連する光があり得る）一連の光（若しくは異なる色を示すことができる光）を与えられることができる。
【００３５】
転倒防止装置２は送信回路１６も有し、これは転倒防止装置２が転倒防止装置２に関連する基地局へ警報若しくは警告信号を送信することを可能にする（そしてこれは警報を発するか又は医療機関若しくは救急サービスからの助けを呼ぶことができる）。基地局はセンサ測定結果のさらなる処理を実行するか、及び／又はセンサ測定結果を後で解析するために保存することもできる。代替的な実施形態において、転倒防止装置２が警報を発するか又は医療機関からの助けを呼ぶために基地局に連絡する必要がない場合（例えば転倒防止装置２が音を用いることによって医療機関に連絡することができる場合）、送信回路１６は省略され得る。
【００３６】
本発明の一部の実施形態において（図２に示した装置２によってあらわされない）、転倒防止装置２は後で解析するためにセンサ測定結果を保存するためのメモリユニットを含むことができる。
【００３７】
歩行パラメータ（すなわちユーザの歩行に関連するパラメータ）における大きな分散は高い転倒リスクに対応することが知られている。しかしこれは静的関係である。分散は一般的歩行中に得られる平均であり、平均転倒リスクに関連し、これは必ずしもユーザ４の現在の転倒リスクについての情報を与えない。歩行パラメータは、ステップサイズ、ステップ幅、ステップ時間、両脚支持時間（すなわち両足が地面に接している時間）、歩行速度、及び歩調などの尺度を含むことができる。歩行パラメータは数ステップにわたる上記尺度の平均、つまり例えば平均ステップサイズ、平均ステップ幅、平均ステップ時間、平均両脚支持時間、平均歩行速度、及び平均歩調も含むことができる。
【００３８】
本発明によれば、転倒防止装置２は短期間に及ぶセンサ測定結果から歩行パラメータに対する値を決定し、これらの値をユーザ４の通常値（すなわちユーザ４が通常の（すなわち好適には低い若しくは最小の）転倒リスクにあるときに得られる値）と比較する。特に、転倒防止装置２は例えば１２ステップ（つまり６ストライド）に及ぶセンサ測定結果から様々な歩行パラメータを決定することができる。ユーザ４に対する通常値は、ユーザ４がある期間（例えば１分）若しくは所定ステップ数（例えば４０ステップ）にわたって着実に歩いている間に測定結果を収集することによって得られる。
【００３９】
本発明にかかる動的転倒リスクを決定する方法が図３に示される。ステップ１０１において、センサ６，８，１０がユーザ４の動きの測定結果をとり、ステップ１０３においてプロセッサ１２が測定結果から必要な歩行パラメータに対する値を推定する。そしてステップ１０５において、プロセッサ１２がこれらの推定値をユーザ４に対するこれらの歩行パラメータの通常値と比較し、ユーザの動的転倒リスクを決定する。上記の通り、通常値はユーザ４が通常の（すなわち好適には最小若しくは低い）転倒リスクにあるときに観察される値に対応する。
【００４０】
歩行パラメータに対する正常若しくは通常値は、転倒防止装置２が使用される前の較正セッション中に得られる（例えばユーザ４は転倒防止装置２を較正モードである間に装着することができ、転倒防止装置２はユーザ４が正常に歩いている間に各歩行パラメータに対する値を決定することができる）。
【００４１】
本発明の好適な実施形態において、推定値と通常値の比較は通常歩行パラメータ値の標準偏差に従って重み付けされる。
【００４２】
例えば、μが較正平均（すなわち特定パラメータに対する通常値の平均）をあらわし、σがその較正平均における標準偏差をあらわし、ａが現在観察されているパラメータ値をあらわす場合、
【数１】
0005647240.tif 000002
が閾値を超える場合に偏差が信号で示される。
【００４３】
例えば、
【数２】
0005647240.tif 000003
は０から１の値にマップし、１は通常歩行（そのユーザにとって）を示し、通常歩行からの偏差は、結果が閾値を下回る（例えば０．７）場合に信号で示される（すなわちユーザが高い転倒リスクにある）。
【００４４】
当然のことながらμ及びσに対する値は通常はユーザに依存し、各ユーザ毎に独立して設定される必要がある。
【００４５】
本発明の一実施形態において、プロセッサ１２は平均ステップサイズと平均ステップ幅に対する値を推定する。しかしながら、本発明の他の実施形態において、歩行パラメータの他の組み合わせが使用されることができる。
【００４６】
特定歩行パラメータに対する推定値を決定する際のプロセッサ１２の動作は以下にさらに記載される。示される通り、転倒防止装置２がユーザ４の首の周りにあるペンダントである実施形態において、平均ａ及びμが計算される方法は、以下にさらに説明される通り、それらを平均ではなくステップサイズにおける分散に関連付ける。従って、本発明は現在及び通常の分散を効果的に比較する。ａは通常μよりも短い期間平均されることが留意されるべきである。
【００４７】
加えて、本発明の好適な実施形態において転倒防止装置２はユーザ４の首のまわりに装着されるペンダントの形であるが、当然のことながら本発明はユーザ４の腰若しくは足首など、ユーザ４の身体の異なる部位に装着される代替形態で実施されることができる。以下にさらに記載される通り、これらの実施形態において、センサ測定結果から歩行パラメータを決定するために使用される処理を修正する必要がある。
【００４８】
さらに、プロセッサ１２がセンサ測定結果から決定する特定歩行パラメータに依存して（及びユーザ４の動きが転倒防止装置２の高速回転を生じない場合）、ジャイロスコープ１０、磁力計８、若しくは磁力計８とジャイロスコープ１０の両方が装置２から省略されることができる。転倒防止装置２がペンダントである実施形態において、歩行変分推定はジャイロスコープ１０なしでは感度が低いことがわかっているが、それでも通常歩行からの偏差を検出することができる。
【００４９】
ステップサイズの推定
ステップサイズの推定値を得るために、複数の処理段階が必要とされる。特に、ステップ若しくはストライドサイズを推定するために（加速度計測定結果が地球座標に変換されることができるように）ステップ境界と加速度計の方向を推定する必要がある。
【００５０】
ステップ境界を推定する‐境界がないとａに有意な偏差を生じ、従って警報につながるため、ステップ境界を正確に推定することが重要である（これは踵接地（ｈｅｅｌ  ｓｔｒｉｋｅ：ＨＳ）の瞬間、すなわち遊脚が再び地面に着き、立脚期を開始するときと定義される）。
【００５１】
ステップ境界は別の歩行パラメータであるステッピング時間を推定するために使用されることもでき、ステップサイズと組み合わされるとき、歩行速度の推定値が決定されることを可能にする。
【００５２】
ユーザの上半身に堅く取り付けられた加速度計の場合、ステップ境界は通常、垂直加速度の'ゼロ'交差を観察することによって見つけられる。勿論、当然のことながら重力が常にユーザに作用しているので実際の"交差"は１ｇ（９．８１ｍｓ−２）を通る。垂直加速度は加速度計の方向が決定された後にわかるが、堅く取り付けられた加速度計の場合、垂直に対応する座標軸に沿った加速度計測定値が通常は十分な近似値を与える。
【００５３】
しかしながら、転倒防止装置２がペンダントの形である本発明の好適な実施形態において、転倒防止装置２（及び従って加速度計６）はユーザ４に対して自由に動き、これは加速度計座標系もユーザ４に対して動くことを意味する。
【００５４】
従って、以下の通りステップ境界（すなわち踵接地）の検出を修正することが好ましい。まず、加速度計６からの信号のノルムが計算される。そしてこの信号におけるピークが各ステップに対する境界マーカとなり、これは図４に示す通り踵接地（ＨＳ）に密接に関連する。
【００５５】
ピークは２段階手順を用いて見つけられる。第１に、いわゆるクラスタが識別される。第２に、各クラスタにおける最大値がステップ境界として識別される。クラスタは所定閾値（典型的には重力より２ｍｓ−２上、すなわち〜１２ｍｓ−２）を上回る標本の範囲として見つけられ、その閾値を超えていない標本の小さな隙間は許容される（典型的には、典型的なステップ時間（約０．５秒である）の０．３倍、すなわち０．１５秒）。
【００５６】
このアルゴリズムはユーザ４の上半身に取り付けられる加速度計６に有効である。加速度計がユーザ４の下半身（例えば足首）に取り付けられる場合、図５に示す通り通常はステップ当たり若しくは実際にはストライド当たり２つのクラスタがあらわれる。加速度計信号は足首において観察されるので、ストライドの期間（すなわち左足と右足の両方を伴うステップ）が見られる。
【００５７】
１つのクラスタは足の挙上に対応し、もう１つは踵接地に対応する。２つのうちどちらが踵接地であるかを決定することは困難であり得る。しかしながら、ステップ当たり単一の最小値があらわれることも観察でき、これがステップ境界を検出するために代わりに使用されることができる。
【００５８】
図５はクラスタを識別する別の方法も示す。単一の閾値（小さな隙間は許容される）の代わりに２つの閾値が使用される。それらはヒステリシスを導入する‐１つの閾値を上回ることがクラスタの始まりを示し、第２の閾値を下回ることがクラスタの終わりを示す、ただし測定結果はクラスタにおいて第１の測定結果から最短期間後に第２の閾値を下回ることを条件とする。好適には、最短期間は上記の通りステップ時間から導出される。
【００５９】
図５において各ストライド毎に示される固有最小値は遊脚期に対応し、これをステップ境界として用いることはあまり好ましくない。代わりに、いくつかの理由で踵接地をステップ境界として使用することが望ましい。第１に、これは明確に定義されたイベントである。第２に、足若しくは足首で測定するとき、踵接地において地面に対する速度はゼロであり、これは動きを推定するのに使用されることができる。第３に、踵接地において、水平方向における加速度は低く、これはステップサイズを推定するために加速度を（二重）積分するときに低い誤差につながる。積分の始まりにおける標本値は結果に対し大きな影響を持つので、大きな値は全体の結果にバイアスを生じ得る。
【００６０】
加速度計６がユーザ４の下半身にあるときにステップ境界を検出するためのよりよいアルゴリズムは、図６に示す通り加速度の導関数を観察することによって見つけられる。境界はより明らかであり、踵接地イベントと関連する。
【００６１】
当然のことながら、ユーザの身体上の異なる転倒防止装置２の位置に対して異なるアルゴリズムが使用され得るので、転倒防止装置２内のプロセッサ１２は使用される位置を知る必要がある。ユーザ４はプロセッサ１２によって提供される位置のリストから適切な位置を選択することができるか、又は代替的に、プロセッサ１２が加速度計６の測定結果における特定パターンに基づいて位置を検出する分類アルゴリズム（及び従ってステップ境界を検出するために使用するアルゴリズム）を実行することができる。
【００６２】
加速度計方向を推定する‐加速度計６（及び従って転倒防止装置２）の方向は加速度計座標系に重力があらわれる方向から推定されることができる。加速度計６が傾いていないときに垂直軸に対応するようにｚ軸を規定することによって、方向は測定された重力方向とｚ軸のベクトル内積を通して、すなわち測定された重力のｚ成分を通して生じる（周知の通り、正規化値を使用するとき、内積は内角の余弦に等しい）。
【００６３】
加速度計６は重力加速度と運動加速度の両方に対して感受性があるため、どの成分が重力によるものかを推定するためにフィルタが必要である。通常、ジャイロスコープ１０は角回転速度を測定するために、及び測定された加速度をそれに応じて修正するために加えられる。しかしながら、ユーザ４の動きが転倒防止装置２の高速回転を生じない場合、ジャイロスコープ１０は省略されることができる。
【００６４】
高速回転がなければ、重力成分は加速度計６からの信号の低域フィルタされた成分として見つけられる。フィルタ設計における因果関係制約が遅延を導入するため、フィルタされた加速度信号はこの遅延に対して補正される必要がある。
【００６５】
測定された重力の方向から、転倒防止装置２の傾斜若しくは方向が推定されることができる。しかしながら、この傾斜若しくは方向は装置２の水平方向（すなわち装置２がどちらを向いているか）についての情報を与えないので、磁力計８が装置２の水平方向を決定するために使用されることができる。ジャイロスコープも水平方向の推定において使用されることができる。
【００６６】
方向は異なる方法で表現されることができ、その中でもオイラー角とオイラーパラメータが最も一般に使用される。それらは通常、行列若しくは四元数を通して実施される。代数は同型であり、加速度計の局所座標系においてあらわされる測定値（加速度など）を大域（地球）座標系に変換する方法を提供する。
【００６７】
ステップ若しくはストライドサイズを推定する‐一旦加速度信号が地球座標系に変換されると、ステップサイズはこれらの変換された信号の水平成分を（時間に対して）二重積分することによって計算されることができる。積分に対する境界は推定されたステップ境界によって与えられる。ステップの始まりにおける積分定数、速度及び位置は両方ともゼロに設定される。
【００６８】
終了及び開始位置の差であるステップサイズが必要であるため、位置にとってはこれでよい。
【００６９】
踵接地時に地球に対する速度はゼロであるため、速度にとっては、これは装置２がユーザ４の足にある場合には正しい。しかしながら、装置２がユーザ４の上半身にあるとき、例えば装置２がペンダントであるときは、ほぼ一定の速度になる。従って、一定速度は大きなステップサイズ推定値をもたらすため、各ステップ境界において速度をゼロに設定することは誤差を導入することになる。しかしながら、観察期間中、すなわち平均化期間中（典型的にはａを決定するために約１０‐１２ステップ、及びμを決定するために約３０‐６０秒）速度が一定であると仮定する場合、一定速度成分は省略されることができる。これはステップサイズが速度の変化に基づいて計算されることができることを意味し、装置２（及び推定転倒リスク）が現在の歩行速度から独立すること、偏差のみが観察されることを意味する。
【００７０】
ステップサイズｐはステップ時間にわたる速度ｖの積分となり、
【数３】
0005647240.tif 000004
ＨＳ０及びＨＳ１は後続する踵接地（ＨＳ）の時間であり、
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及びΔｖは平均速度とその偏差をそれぞれあらわす。
【００７１】
ステップ時間
0005647240.tif 000006
を定義するとステップサイズにおける偏差は次式となる。
【数４】
0005647240.tif 000007
【００７２】
定義により、（Δｐ）２の平均はｐの分散に等しいことに留意すべきである。速度偏差Δｖは
【数５】
0005647240.tif 000008
を通して測定された加速度から計算されることができる。一定歩行速度において、
【数６】
0005647240.tif 000009
であり、Δｖ（ＨＳ０）は各ステップにおいておおよそ同じであると仮定することが妥当である。そして上記式（４）における第１項を無視することによって、Δｐが次式の通り近似される。
【数７】
0005647240.tif 000010
【００７３】
第２項Δｓはゼロ積分定数を用いるときの加速度の二重積分の結果である。定義によりＥ［Δｐ］＝０であるため、これは次式となる。
【数８】
0005647240.tif 000011
【００７４】
よってμの一次近似は、安定歩行条件下での（水平）加速度を観察すること、及び二重積分した加速度の平均を計算することによって得られる。この過程は標準偏差ももたらす。
【数９】
0005647240.tif 000012
【数１０】
0005647240.tif 000013
ゆえに、μ０は−μを推定し、ｐの分散は次式の通りである。
【数１１】
0005647240.tif 000014
【００７５】
典型例において、σ０２＜＜μ０２及びｖａｒ（ｐ）≒２μ２である。動作中、走行推定値ａ＝Ｅ［Δｓ］が数ステップにわたって作られ、σ０に対するμ０と比較される（式（１）参照）。よって、平均値が比較されるが、それらは基本的にステップサイズにおける分散を反映する。
【００７６】
値μ０とσ０はユーザ依存であり、較正段階中に各ユーザ毎に設定される必要がある。しかしながら、平均速度
0005647240.tif 000015
は計算において説明されないので、この方法はユーザ４の実際の歩行速度に対して感度が低いことに留意されたい。
【００７７】
上記Δｐに対する式における第１項
0005647240.tif 000016
は無視されており、誤差を導入する。これは平均速度とステップ時間における偏差に比例する。改善として、これはΔｐの推定値に含まれることができる。
【００７８】
方向推定値は誤差を含むので、常に何らかの形で水平加速度への重力の漏出があり（すなわち水平加速度が重力による何らかの成分を含むことになる）、二重積分は推定ステップサイズに大きな誤差を含み得る。この漏出を抑制する１つの方法は加速度計６からの信号を帯域フィルタリング（若しくは高域フィルタリング）することによるものであり、好適には信号の波形が保存されるように線形位相フィルタを使用する。典型的な遮断周波数は０．１Ｈｚ及び２０‐４０Ｈｚである（上限遮断周波数の実際の適用は使用されたサンプリング周波数にも依存する）。この帯域フィルタリングは必須ではない。
【００７９】
特に有効であるとわかっている方法は、加速度の積分間隔（ステップ若しくはストライド）当たりのトレンド除去（ｄｅ‐ｔｒｅｎｄｉｎｇ）である。これは平均加速度（開始踵接地から終了踵接地まで）がゼロであることを要することを意味する。言い換えれば、積分後の速度は積分の始まりにおける速度（ゼロである）に等しい。トレンド除去された加速度は、ステップ期間で割った積分された加速度を、測定された加速度から引くことによって得られる。トレンド除去された加速度は上記の通りステップサイズを計算するために使用される。
【００８０】
座標系変換において誤差がないと仮定すれば、例えば地球磁場の方向とサイズにおける不均一性のために、この積分は南北及び東西に関してステップの方向をもたらす。しかしながら、歩行安定性のために前及び横方向における動きを調べる必要がある。これは以下の方法で解かれる。
【００８１】
開始位置（定義により、これが原点である）及び終了位置が上記の通り計算される。それらの差は水平面における２Ｄベクトルに及ぶ。そして、前方ステップサイズがこの２Ｄベクトルのノルムとして、すなわち開始位置からの終了位置の距離として定義される（結果として、上記Δｐは常に正数であることに留意すべきである）。その後、直線が開始位置と終了位置の間に規定され、距離がこの線とステップ中の加速度計測定結果の二重積分からの各点との間で決定される。この一連における最大距離が横ステップサイズとなる。
【００８２】
ステップ時間は推定されたステップ境界間の期間となり、速度はステップサイズとステップ時間の比率となる（装置２がユーザ４の足にある場合）。
【００８３】
ストライドサイズは装置２がユーザ４の下半身にあるときに計算されるが、ステップサイズは装置２がユーザ４の上半身にあるときに計算されることができ、２倍速い平均をもたらす。
【００８４】
当業者に当然のことながら、水平加速度測定結果の二重積分を必要としない、ステップサイズを決定するための代替方法が使用されることができる。これらの方法は倒立振子モデル［Ｚｉｊｌｓｔｒａ＆Ｈｏｆ，Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｐｅｌｖｉｓ  ｄｕｒｉｎｇ  ｈｕｍａｎ  ｗａｌｋｉｎｇ，Ｇａｉｔ  ａｎｄ  Ｐｏｓｔｕｒｅ  ６，１９９７，２４９‐２６７］及び最大及び最小垂直加速度間の差の４乗根［Ｗｅｉｎｂｅｒｇ，Ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  ＡＤＸＬ２０２  ｉｎ  Ｐｅｄｏｍｅｔｅｒ  ａｎｄ  Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏｔｅ  ＡＮ‐６０２，Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，２００２］を含む。
【００８５】
本発明はユーザ４の首の周りに装着されるペンダントに関して記載されているが、当然のことながら本発明はユーザ４の身体の異なる部位に装着される代替形態で実施されることができる。勿論、これらの実施形態において、センサ測定結果から歩行パラメータを決定するために使用される処理を修正する必要があるが、これらの修正は上記に基づいて当業者に容易に明らかとなるだろう。
【００８６】
図２を参照して記載した実施形態において、センサ測定結果の収集及び処理は単一ユニットにおいて実行される。しかしながら、代替的な実施形態において、測定結果の処理がセンサから離れたユニットにおいて実行されることができ、この場合転倒防止装置２は、遠隔ユニットにセンサ測定結果を送信する、ユーザ４によって装着されるセンサユニットを有する。この実施形態において、センサユニットが専用プロセッサを含む必要はない。
【００８７】
従ってユーザの瞬間転倒リスクを決定することができる方法及び装置が提供される。
【００８８】
当然のことながら、様々な歩行パラメータを決定するために使用される上記アルゴリズムは転倒防止以外の用途で使用されることができる。例えば、それらは持久力指導など（例えばジョギング中の歩調の維持をサポートするため）、活動モニタリング及びフィットネス用途において使用されることができる。アルゴリズムは例えばジョギング中の外傷防止をサポートするステップカウンタ若しくは装置において使用され得る。さらにアルゴリズムは個人を識別するためのバイオメトリックとして歩行パラメータを使用する装置若しくはシステムにおいて使用され得る。
【００８９】
本発明は図面及び前記説明において詳細に図示され記載されているが、かかる図示と記載は説明若しくは例示であって限定とはみなされないものとする。本発明は開示された実施形態に限定されない。
【００９０】
開示された実施形態への変更は、図面、開示、及び添付のクレームの考察から、請求された発明を実践するうえで当業者によって理解されもたらされることができる。クレーム中、"有する"という語は他の要素若しくはステップを除外せず、不定冠詞"ａ"若しくは"ａｎ"は複数を除外しない。単一のプロセッサ若しくは他のユニットがクレームに列挙された複数の項目の機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属クレームに列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに若しくはその一部として供給される光学記憶媒体若しくは固体媒体などの適切な媒体上に保存／配布され得るが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムなどを介して他の形式でも配布され得る。クレーム中の任意の参照符号は範囲を限定するものと解釈されてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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