(57)【要約】【課題】  転倒の判定精度を向上させる転倒判定装置の提供【解決手段】  本発明に係る転倒判定方法は、被験者の体幹に取り付けたセンサで検知された加速度及び角速度に基づいて被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏを算出し、被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏに基づいて被験者の体幹の鉛直変位ΔＺを算出する。次に、被験者の体幹の鉛直変位ΔＺが、転倒の疑いがある時刻直前の所定時間で、被験者の体幹の鉛直変位に合うように被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏを補正し、鉛直加速度Ａｏの補正値Ａｏ１に基づいて被験者の体幹の鉛直変位ΔＺを修正する。そして、この鉛直変位ΔＺの修正値ΔＺ１に基づいて被験者の転倒を判定する。【選択図】  図１
2006227752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の体幹に取り付けたセンサで検知された加速度及び角速度に基づいて、被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏを算出する鉛直加速度算出工程と、
前記被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏに基づいて、被験者の体幹の鉛直変位ΔＺを算出する鉛直変位算出工程と、
前記被験者の体幹の鉛直変位ΔＺが、転倒の疑いがある時刻直前の所定時間で、被験者の体幹の鉛直変位に合うように、前記被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏを補正する鉛直加速度補正工程と、
前記鉛直加速度補正工程で補正した鉛直加速度Ａｏの補正値Ａｏ１に基づいて被験者の体幹の鉛直変位ΔＺを修正する鉛直変位修正工程と、
前記鉛直変位修正工程で修正した鉛直変位ΔＺの修正値ΔＺ１に基づいて被験者の転倒を判定する転倒判定工程とを備えたこと特徴とする転倒判定方法。
【請求項２】
前記鉛直加速度補正工程は、転倒の疑いがある時刻直前の所定時間について前記鉛直変位算出工程で求めた鉛直変位を最小二乗法で直線近似し、この近似直線の傾きが０に近づくように鉛直加速度Ａｏの補正値Ａｏ１を算出することを特徴とする請求項１に記載の転倒判定装置。
【請求項３】
被験者の体幹に取り付けたセンサと、
前記センサで検知された加速度に基づいて、被験者の転倒の疑いがある時刻を判定する転倒疑い判定部と、
前記センサで検知された加速度及び角速度に基づいて、被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏを算出する鉛直加速度算出部と、
前記被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏに基づいて、被験者の体幹の鉛直変位ΔＺを算出する鉛直変位算出部と、
前記被験者の体幹の鉛直変位ΔＺが、転倒疑い判定部で特定された転倒の疑いがある時刻の直前の所定時間で、被験者の体幹の鉛直変位に合うように、前記被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏを補正する鉛直加速度補正部と、
前記鉛直加速度補正部で補正した鉛直加速度Ａｏの補正値Ａｏ１に基づいて被験者の体幹の鉛直変位ΔＺを修正する鉛直変位修正部と、
前記鉛直変位修正部で修正した鉛直変位ΔＺの修正値ΔＺ１に基づいて被験者の転倒を判定する転倒判定部とを備えたこと特徴とする転倒判定装置。
【請求項４】
前記鉛直加速度補正部は、転倒の疑いがある時刻直前の所定時間について前記鉛直変位算出部で求めた鉛直変位を最小二乗法で直線近似し、この近似直線の傾きが０に近づくように鉛直加速度Ａｏの補正値Ａｏ１を算出することを特徴とする請求項３に記載の転倒判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転倒を判定する転倒判定方法および転倒判定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、一人暮らしや老人福祉施設で暮らす高齢者は年々増加する傾向にある。高齢者の転倒は、放置されると命にかかわることであり、早期発見と緊急連絡が必要である。このため、高齢者の転倒を確実に検出し、通報するシステムが求められている。このようなシステムとしては、傾き、振動および衝撃の少なくともいずれか一つを検出する検出手段と、検出手段の検出出力に基づいて、予め定めたレベル以上の傾き、振動および衝撃の少なくともいずれか一つが検出されたときに、転倒を判定するものが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−３０５８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
転倒を判定する場合、傾き、振動および衝撃のみを指標として検出する場合には、例えば、転倒時に手をついたり、しりもちをついたりして衝撃が緩和された場合や、高齢者が起き上がったり、寝転んだりした場合などに、誤った判定がなされる場合が多い。また、判定に用いるしきい値を高く設定すると転倒を判定できない場合が生じてしまい、しきい値を低く設定すると転倒している場合でも検知できない場合が生じる。
【０００４】
本発明者らは、上記の手法に代わる方法として、被験者の体幹に取り付けた互いに直交する３軸方向の加速度、及び、３軸周りの角速度を検知するセンサに基づいて、被験者の体幹の鉛直変位を算出し、算出した被験者の体幹の鉛直変位に基づいて被験者の転倒を判定する新たな方法を検討している。３軸方向の加速度、及び、３軸周りの角速度を検知するセンサに基づいて、被験者の体幹の鉛直変位を算出する際は、体幹の鉛直加速度を求め、これを２回時間積分する方法を用いることができる。
【０００５】
この方法によれば、理論的には、被験者の鉛直方向の絶対的な変位を算出することができるので、これに基づいて転倒を判定するので、転倒時に手をついたり、しりもちをついたりして衝撃が緩和された場合や、高齢者が起き上がったり、寝転んだりした場合などでも、誤った判定を少なくできることが期待できる。
【０００６】
しかし、実験を進めたところ、３軸方向の加速度、及び、３軸周りの角速度を検知するセンサに基づいて、被験者の体幹の鉛直変位を算出した結果は、被験者にセンサを取り付けた位置の鉛直変位に比べると、誤差が生じる場合があった。
【０００７】
本発明は、斯かる本発明者らが提案する転倒判定方法に関して、転倒の判定精度を向上させる転倒判定方法及び転倒判定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る転倒判定方法は、被験者の体幹に取り付けたセンサで検知された加速度及び角速度に基づいて、被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏを算出する鉛直加速度算出工程と、被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏに基づいて、被験者の体幹の鉛直変位ΔＺを算出する鉛直変位算出工程と、被験者の体幹の鉛直変位ΔＺが、転倒の疑いがある時刻直前の所定時間で、被験者の体幹の鉛直変位に合うように、被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏを補正する鉛直加速度補正工程と、鉛直加速度補正工程で補正した鉛直加速度Ａｏの補正値Ａｏ１に基づいて被験者の体幹の鉛直変位ΔＺを修正する鉛直変位修正工程と、鉛直変位修正工程で修正した鉛直変位ΔＺの修正値ΔＺ１に基づいて被験者の転倒を判定する転倒判定工程とを備えたこと特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る転倒判定方法によれば、被験者の体幹の鉛直変位ΔＺの修正値ΔＺ１は、実際の被験者の体幹の鉛直変位との誤差が少ないので、この修正値ΔＺ１に基づいて転倒を判定することにより、転倒判定の精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る転倒判定方法及び斯かる転倒判定方法を具現化した転倒判定装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
この実施形態に係る転倒判定装置１は、図１に示すように、被験者の身体に取り付ける携帯装置２と、携帯装置２から加速度、角速度などのデータを受信し、鉛直変位を演算して、被験者の転倒を判定する据置装置３とを備えている。
【００１２】
携帯装置２は、図１に示すように、加速度センサ１１と、角速度センサ１２と、Ａ/Ｄ変換部１３（アンプ）と、内部クロック１４と、ＣＰＵ１５（演算部）と、転倒疑い判定部１６と、メモリ１７（記憶部）と、データ送受信部１８と、電源１９（充電池）を備えている。
【００１３】
加速度センサ１１は、互いに直交する３軸方向の加速度を検知するセンサで構成されており、図２に示すように、被験者の正面（ｚ）、被験者の体軸（ｙ）、被験者の左右（ｘ）のそれぞれの軸方向で加速度を検知している。角速度センサ１２は、加速度センサ１１と同軸周りの角速度を検知している。この実施形態では、加速度センサ１１と、角速度センサ１２は、それぞれ電気信号で加速度と角速度を検知し、検知した電気信号をＡ/Ｄ変換部１３で加速度、角速度に変換して、メモリ１７に記憶させている。
【００１４】
加速度センサ１１には、例えば、日立金属株式会社製  Ｈ４８Ａを用い、角速度センサ１２には、例えば、株式会社村田製作所製  ＥＮＣ−０３Ｍを用いるとよい。なお、加速度センサ１１と角速度センサ１２はこれに限定されない。また、加速度センサ１１は重力加速度を検知するものがあり、この場合には、体幹の各軸方向の加速度を得るためには、加速度センサ１１で得られた検知量から、重力加速度を割り引いて加速度を求めるとよい。
【００１５】
また、加速度センサ１１と角速度センサ１２は、それぞれ個別のセンサを組み合わせた構成にしても良いが、加速度センサ１１と角速度センサ１２を一体的に構成した、所謂、直交３軸加速度／角速度センサを用いても良い。
【００１６】
携帯装置２は、互いに直交する３軸のセンサが、それぞれ被験者の正面（ｚ）、被験者の体軸（ｙ）、被験者の左右（ｘ）に向くように、例えば、被験者の体幹（例えば、胸部、腹部、腰）に取り付けるとよい。なお、転倒時の鉛直変位を算出するので、被験者が立っている状態から転倒すると仮定すると、センサを取り付けた位置により、胸部＞腹部＞腰の順でより大きな変位が得られる。
【００１７】
内部クロック１４は携帯装置２に備え付けられた時計である。
【００１８】
メモリ１７は、携帯装置２の各種情報を記憶する機能を備えている。特に重要な機能として、メモリ１７は常時、加速度センサ１１により測定された加速度、角速度センサ１２により測定された角速度、内部クロック１４の時刻を関連付けて記憶している。なお、この実施形態では、メモリ１７は、これらのデータを所定時間（例えば、１分間）、随時上書きしながら記録するものを用いている。これにより必要なメモリ容量を小さくすることができる。
【００１９】
ＣＰＵ１５は、メモリ１７へのデータの書き込みデータ処理や据置装置３とのデータ送受信など、所定のプログラムに従って携帯装置２の種々の演算を行う機能を備えている。
【００２０】
転倒疑い判定部１６は、しきい値設定部１６ａと判定部１６ｂとを備えている。
【００２１】
しきい値設定部１６ａは、加速度センサ１１で検知された加速度に対して、転倒の疑いがある加速度の変化を判定するしきい値ｐ（図３参照）を設定するものである。このしきい値は任意に設定できる。このしきい値ｐは、転倒を判定するものではなく、転倒の可能性があるような異常を検出するものである。このため、例えば、通常の歩行などによる比較的軽微の衝撃では反応しないようにし、転倒が疑われる比較的大きな衝撃を広く検出するように設定すれば良い。
【００２２】
また判定部１６ｂは、加速度センサ１１で検知された加速度が、しきい値設定部１６ａに設定されたしきい値ｐを越えたか否かを判定するものであり、所定の判定プログラムで構成されている。なお、転倒疑い判定部１６の演算はＣＰＵ１５で演算されるようになっている。
【００２３】
データ送受信部１８は据置装置３との通信機能を備えている。この実施形態では、データ送受信部１８は、転倒疑い判定部１６において、加速度センサ１１で検知された加速度が、転倒疑い判定部１６のしきい値設定部１６ａに設定されたしきい値を越えたとの判定が行われた場合に起動している。例えば、図３に示すように、加速度センサ１１で検知した体軸ｙ方向の加速度Ａｙが、転倒疑い判定部１６で設定されたしきい値ｐを越えたことを検知したときに起動するようにするとよい。なお、実際には、転倒疑い判定部１６は、他の加速度センサ及び角速度センサを含めて総合的に、転倒の疑いを判定するとよい。具体的には、つまずいて転倒する人体の重心位置の運動を観察すると、その絶対座標における加速度の鉛直方向成分は単調に減少するため、加速度変化の大きさに関するしきい値を設けることで検出が可能である。また、貧血や失神などに起因する転倒の場合でも、体が地面に衝突したときに大きな衝撃力が人体と加速度センサに作用する。ゆえに、いずれの場合においても加速度の変化の大きさに関して適当なしきい値を設定して観測することにより、転倒の疑いがある運動を検出することが可能である。
【００２４】
そして、転倒疑い判定部１６が起動した前後の所定時間にメモリ１７に記録された加速度、角速度、時刻などのデータを据置装置３に送信する。メモリ１７に記録されたデータの送信は、例えば、転倒疑い判定部１６で加速度Ａｙがしきい値ｐを越えたとの判定が行われた時刻の前後１〜２秒分程度でもよい。前後何秒間のデータを送信するかは、後述する転倒判定処理に必要な時間を割り出して、任意に設定するとよい。
【００２５】
このように、データ送受信部１８の起動時間及びデータ送信量を、転倒判定に必要な最低量に抑えることにより、携帯装置２の消費電力を少なくすることができ、携帯装置２の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００２６】
なお、データ送受信部１８には、上述した加速度と角速度のデータ送信の他、据置装置３やその他の装置との通信機能を備えておくとよい。
【００２７】
次に、据置装置３を説明する。
【００２８】
据置装置３は、図１に示すように、データ送受信部２１と、内部クロック２２と、メモリ２３（記憶部）と、ＣＰＵ２４と、鉛直加速度算出部２５と、鉛直変位算出部２６と、鉛直加速度補正部２７と、鉛直変位修正部２８と、転倒判定部２９と、表示部３０と、通信部３１と、電源３２（ＡＣ電源）を備えている。
【００２９】
据置装置３のデータ送受信部２１は、携帯装置２のデータ送受信部２１と各種データを送受信する機能を備えている。なお、携帯装置２とのデータの送受信は、無線やＰＨＳなどの各種通信方式を採用することができるが、携帯装置２の消費電力を抑える方式を選択することが好ましい。
【００３０】
内部クロック２２は時計の機能を備えている。
【００３１】
メモリ２３は、据置装置３の各種情報を記憶する機能を備えている。特に重要な機能として、メモリ２３は、常時、データ送受信部２１に被験者の携帯装置２から加速度等のデータが送られたときには、このデータを記憶する。また、メモリ２３は、被験者が転倒したと判断した場合に連絡する連絡先（例えば、被験者を担当する看護士の携帯電話の番号、被験者の保護者の携帯電話の番号など）を記憶している。
【００３２】
ＣＰＵ２４は、加速度等のデータに基づく転倒判定処理、メモリへのデータの書き込みデータ処理、被験者や保護者への通信処理など、それぞれ所定のプログラムに従って据置装置３の種々の演算を行う機能を備えている。
【００３３】
鉛直加速度算出部２５は、被験者の体幹に取り付けたセンサで検知された加速度及び角速度に基づいて、被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏを算出する鉛直加速度算出工程を行うものであり、この実施形態では、被験者に装着された携帯装置２から受信した３軸方向（ｘ、ｙ、ｚ）の加速度（Ａｘ、Ａｙ、Ａｚ）及び角速度（ｄθ/ｄｔ、ｄψ/ｄｔ、ｄφ/ｄｔ）のデータに基づいて、被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏを算出する。
【００３４】
鉛直加速度の演算は、まず携帯装置２から送られてきた加速度のデータから、転倒と疑われる動作の始めと終わりの時間を割り出す。転倒と疑われる動作の始めの時刻は、例えば、被験者の体幹に取り付けた携帯装置２の各加速度センサが、転倒と疑われる変化をし始めた時刻とする。転倒と疑われる動作の終わりの時刻ｔｂは、図３に示す被験者の体幹に取り付けた携帯装置２の各加速度センサから、被験者が転倒の衝撃を受けた時刻を割り出すことにより求めることができる。また、転倒した場合、加速度センサは転倒の終わりに比較的大きな変化があり、転倒の始めよりも転倒の終わりを検知することの方が容易である。そこで、転倒と疑われる動作の終わりの時刻ｔｂから経験測的に転倒に要する時間（例えば２秒程度）を遡って、転倒が始まったと仮定される時刻を設定してもよい。この場合、携帯装置２のメモリから送信されるデータ量を調整し、転倒と疑われる動作の前後それぞれ数秒間の時間帯の加速度及び角速度のデータを、据置装置３に送り、演算に用いるデータとしてメモリ２３に記憶するとよい。
【００３５】
以下に、鉛直加速度Ａｏを求める演算例を説明する。
【００３６】
なお、図２中、Ｘ，Ｙ，Ｚは絶対座標系であり、ｚは被験者の正面、ｙは被験者の体軸、ｘは被験者の左右のそれぞれの軸方向を示している。絶対座標系Ｏ−ＸＹＺは、図２のように、ｔ＝０における人間の進行方向がＸ軸の正方向となるように設定する。また、図２中、θはｘ軸周りの変位角（ピッチ角）を、ψはｙ軸周りの変位角（ヨー角）を、φはｚ軸周りの変位角（ロール角）をそれぞれ示している。θ、ψ、φは、それぞれｘ軸、ｙ軸、ｚ軸周りの角速度を時間積分することにより求めることができる。
【００３７】
また、ここでは、メモリ２３には、転倒と疑わしき運動について、所定時間のセンサ出力履歴を、所定間隔Ｔでサンプリングして記録している。例えば、転倒と疑わしき運動について、７秒間のセンサ出力履歴を、１０ｍｓの間隔ごとにサンプリングした場合、メモリ２３には１回の転倒と疑わしき運動について、それぞれ７秒間を７００分割したデータ構造で記録されており、時刻はｔ＝ｋＴ（ｋ＝０，１，・・・，Ｎ＝６９９）で規定することができる。メモリに記録された最初の時刻はｔ＝０（ｋ＝０）で表される。
【００３８】
ｘｙｚ座標軸で時刻ｔ＝ｋＴ（ｋ＝０，１，・・・，Ｎ＝６９９）に観測された加速度は順に、Ａｘ[ｋ]，Ａｙ[ｋ]，Ａｚ[ｋ]で表される。Ａｘはｘ軸方向の加速度を、Ａｙはｙ軸方向の加速度を、Ａｚはｚ軸方向の加速度をそれぞれ示している。また、各軸周りの角速度は同様にｄθ/ｄｔ[ｋ]，ｄψ/ｄｔ[ｋ]，ｄφ/ｄｔ[ｋ]で記述される。
【００３９】
また、絶対座標系の各座標軸を軸として正方向回転して得られる新座標軸上で表現されたベクトルを絶対座標で表現するために必要な回転変換行列はそれぞれ回転変換行列はそれぞれ数１で与えられる。
【数１】
2006227752.tif 000003
また、時刻ｋＴにおけるセンサ座標系のベクトルを絶対座標系で表現するための座標変換行列は数２の漸化式で与えられる。
【数２】
2006227752.tif 000004
時刻ｋＴにおけるセンサ座標での加速度ベクトルをＡｓ[ｋ]＝[Ａｘ[ｋ]，Ａｙ[ｋ]，Ａｚ[ｋ]]T，Ａｓ[ｋ]を絶対座標において表現したベクトルをＡ[ｋ]＝[Ａｘ[ｋ]，Ａｙ[ｋ]，Ａｚ[ｋ]]Tと記述すれば、数３となる。この数３から鉛直方向加速度Ａｚ[ｋ]を算出することができるので、数値積分により鉛直方向変位を算出することが可能となる。
【数３】
2006227752.tif 000005
【００４０】
なお、利用するセンサが加速度のＤＣ成分を検出可能である場合、数３により得られた鉛直方向加速度には運動に寄与しない重力加速度が重畳するため、数４により補正を行う必要がある。
【数４】
2006227752.tif 000006
【００４１】
次に、鉛直変位算出部２６を説明する。鉛直変位算出部２６は、鉛直加速度算出部２５で算出した被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏに基づいて被験者の体幹の鉛直変位ΔＺを算出する鉛直変位算出工程を行うものである。被験者の体幹の鉛直変位ΔＺは、理論的には被験者の体幹の鉛直加速度を２回時間積分することにより求めることができ、ΔＺ＝∫∫（Ａｏ）ｄｔをｔ＝０〜ｔｂで２回時間積分することにより求めることができる。
【００４２】
転倒時の鉛直変位Ｚ（ｔ）は、図４に示すグラフのようなパターンになると想定される。この実施形態では、鉛直変位算出部２６は、鉛直変位ΔＺを、例えば、鉛直変位ΔＺ＝∫（鉛直速度）ｄｔ＝∫（∫（鉛直加速度）ｄｔ）ｄｔの式で求めている。なお、鉛直変位ΔＺの計算を容易にするために、時間軸を逆転させた時間軸τ（τ＝ｔｂ−ｔ）をとり、Ａｏ（τ）を２回、時間積分して算出してもよい。時間軸τでは、転倒時の鉛直加速度Ａｏ（τ）は、図５に示すグラフのようなパターンになる。
【００４３】
なお、理論的には、斯かる鉛直変位算出部２６により、被験者の体幹の鉛直変位を算出することができる。しかし、加速度センサ１１及び角速度センサ１２にはそれぞれ固有の誤差があり、斯かる加速度センサ１１及び角速度センサ１２を基に、被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏを算出すると誤差が増幅する場合があり、さらに、この鉛直加速度Ａｏを２回時間積分して、鉛直変位ΔＺを求めると、誤差がさらに大きく増幅する場合がある。
【００４４】
本発明者らは、実際に被験者の体幹に携帯装置２を付けて擬似転倒させ、これを固定したビデオカメラで撮影し、ビデオ画像により、携帯装置２の変位、体軸の傾き、転倒の始点と終点などを調べ、鉛直変位算出部２６で算出した鉛直変位ΔＺの誤差の傾向を調べた。その結果、被験者が水平な床の上を歩いている状態から擬似転倒させた場合、図６に示すように、携帯装置２から得られるセンサのデータに基づく上記の演算結果（Ａ）は誤差が増幅し、ビデオ画像の解析結果（Ｂ）と大きな差が生じる場合があった。
【００４５】
このような場合において、加速度センサ１１及び角速度センサ１２を基に、演算で求められる被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏに一定量の誤差があると仮定し、鉛直加速度Ａｏから一定量を差し引いて、鉛直変位ΔＺを算出すると、図７に（Ｄ）で示すように、ビデオ画像の解析結果（Ｂ）と傾向が一致することが分った。
【００４６】
本発明者らは、実験を繰り返した結果、鉛直加速度Ａｏに基づいて算出した鉛直変位ΔＺが、被験者が転倒する直前の時間帯で、実際の被験者の体幹の鉛直変位に合うように、鉛直加速度Ａｏを補正し、鉛直加速度Ａｏの補正値Ａｏ１に基づいて、鉛直変位ΔＺを修正することにより、鉛直変位ΔＺを実際の被験者の体幹の鉛直変位に近づけることができるとの知見を得た。
【００４７】
鉛直加速度補正部２７は、本発明者らの斯かる知見に基づき、鉛直加速度算出部２５で算出した鉛直加速度Ａｏを補正する。鉛直加速度Ａｏを補正する手法は、例えば、被験者が転倒する直前の時間帯において鉛直加速度Ａｏの補正なしで算出した鉛直変位ΔＺを、最小二乗法で直線近似し、この近似直線（Ｃ）が、被験者の体幹の鉛直変位に近づくように、鉛直加速度Ａｏの補正値Ａｏ１を求めるとよい。
【００４８】
例えば、被験者が歩いている状態から転倒する場合、ビデオ画像を解析したところ、転倒直前の歩いている状態では、図６に（Ｂ）で示すように、被験者の体幹の鉛直位置は一定の歩行リズムで上下に動く波形を描きながら、略水平に推移する。ビデオ画像を解析し、被験者の体幹の鉛直位置の変位を転倒直前の時間帯において最小二乗法で直線近似すると、この近似直線の傾きは０になることが予測される。
【００４９】
そこで、鉛直加速度Ａｏを補正せずに鉛直変位ΔＺを算出し、転倒直前の時間帯においてΔＺの履歴曲線（Ａ）を最小二乗法で直線近似し、この近似直線（Ｃ）の傾きが０になるように、鉛直変位ΔＺの基データとなる鉛直加速度Ａｏの補正値Ａｏ１を求めた。なお、鉛直加速度Ａｏの補正値Ａｏ１は、例えば、表計算ソフトに組み込まれているゴールシーク機能（目標値に一致するように、指定したセルの値を最適化するツール）を用いて算出することができる。
【００５０】
次に、鉛直変位修正部２８は、鉛直加速度Ａｏの補正値Ａｏ１に基づいて、被験者の体幹の鉛直変位ΔＺを修正する。すなわち、鉛直変位修正部２８は、鉛直変位＝∫∫（鉛直加速度）ｄｔ2の式により、Ａｏ１を２回時間積分して、鉛直変位ΔＺの修正値ΔＺ１を算出する。算出された鉛直変位ΔＺの修正値ΔＺ１の履歴曲線（Ｄ）は図７に示すようにビデオ解析の結果に略一致する。
【００５１】
被験者の体幹の鉛直変位は、転倒の状況に依存せず、また被験者の身長や携帯装置の取り付け部位などにもよるが７０ｃｍ〜１１０ｃｍ程度の確実な変位が正確に得られる。転倒判定部２９は、鉛直変位修正部２８で求めた鉛直変位ΔＺの修正値ΔＺ１を転倒判定の最も重要な指標として被験者の転倒を判定する。
【００５２】
転倒判定部２９の転倒判定は、鉛直変位修正部２８で修正された鉛直変位ΔＺの修正値ΔＺ１に対してしきい値を設定し、鉛直変位ΔＺが所定のしきい値よりも大きいか否かを判定して行う。なお、しきい値は、被験者の身長や、センサを取り付ける被験者の体幹の位置（例えば、胸部、腹部、腰）などを考慮して適切な値に設定するとよい。
【００５３】
この転倒判定装置１は、被験者の体幹の鉛直変位に基づいて、被験者の転倒を判定するので、転倒時に手をついたり、しりもちをついたりして衝撃が緩和された場合でも転倒の疑いがある場合を確実に検知することができる。また、高齢者が起き上がったり、寝転んだりして加速度センサが反応した場合でも、それが転倒によるものか否かを精度よく判定することができる。これにより、誤判定を減少させ、より正確な判定が可能になる。
【００５４】
なお、転倒判定部２９は、鉛直変位ΔＺの修正値ΔＺ１のみで転倒の有無を判定してもよいが、鉛直変位ΔＺの修正値ΔＺ１での判定と、他の指標による判定を総合的に判断して判定してもよい。例えば、体幹の鉛直変位ΔＺの修正値ΔＺ１で「転倒有り」と判定するだけでなく、さらに転倒の前後における体幹に対する重力加速度の向きの変化や、ピッチ角やヨー角の変位や、転倒の始めから転倒の終わりまでの時間（ｔｂ）などの他の指標も考慮して被験者の転倒を判定することにより、転倒判定の確実性をさらに向上させることができる。
【００５５】
転倒の前後において体幹に対する重力加速度の向きの変化は、携帯装置２に重力加速度の方向を検知できる機能を備えたセンサを装備して検知すればよい。例えば、加速度センサは、重力加速度を検知することができるので、携帯装置２に取り付けた３軸加速度センサを総合的に勘案すれば、重力加速度を算出することができる。転倒の前後での重力加速度の向きに変化があるか否かを判定することにより、転倒判定の確実性を補うことができる。具体的には、ｔ＝０のときと、ｔ＝ｔｂのときで重力加速度を検知する軸に、一定以上の変化があるか否かを判定するとよい。これにより、例えば、転倒後にうつぶせや仰向けの姿勢になっていれば、体幹に対する重力加速度の向きが変化するので、これを利用して、転倒判定の確実性を補うことができる。
【００５６】
また、角速度センサを時間積分して、ｔ＝０〜ｔｂの時間のピッチ角やヨー角の変位を見ることにより、判定の確実性を補うようにしてもよい。また、転倒の始めから転倒の終わりまでの時間（ｔｂ）が小さければ小さいほど、短時間で鉛直変位が生じたことになるので、被験者が転倒したのか被験者が意図的に姿勢を変えたのかを判定する指標になる。
【００５７】
ピッチ角θやヨー角φの変位、転倒の始めから転倒の終わりまでの時間（ｔｂ）の判定は、これらに対してしきい値を設定して、これらの指標を合わせて被験者の転倒の判定に用いてもよい。
【００５８】
また、転倒と判定された後の加速度センサのデータや、ピッチ角やヨー角の変位を考慮すれば、転倒後の被験者の姿勢や、体動可能な状態であるかなど、被験者の怪我の状況などを把握する判断材料を得ることができる。
【００５９】
この転倒判定装置１は、上述の転倒判定処理により、被験者が転倒したと判定した場合には、据置装置３の表示部３０に被験者の転倒を表示させ、オペレータに被験者の転倒を知らせるものである。また据置装置３の通信部３１は、被験者が転倒したと判断した場合に連絡するメモリに記憶された所定の連絡先に、被験者が転倒したと判定された旨を連絡するものである。
【００６０】
表示部３０は、オペレータに被験者の転倒を知らせるものであればよく。例えば、ディスプレイへの表示や、警告音を鳴らすことなどで行うとよい。また、通信部３１は、無線、電話回線、インターネットなどの通信網を利用して、所定の連絡先（携帯電話やＰＨＳ）などに被験者が転倒したと判定した旨を連絡するようにするとよい。
【００６１】
以上、本発明の転倒判定装置の一実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明の転倒判定装置は上記の実施形態に限定されない。
【００６２】
例えば、上記の実施形態では、転倒判定装置１は、携帯装置２と据置装置３で構成して、積分演算など大型の演算処理が必要なもの処理を据置装置３で行うようにしている。これは被験者が身に付ける携帯装置２の小型、軽量化を図るためである。しかし、将来、より小型で大容量の演算装置が開発された場合に転倒判定装置１の全ての機能を携帯装置２に持たせることが可能であれば、転倒判定装置１は携帯型の装置にすることができる。
【００６３】
また、上記実施形態において、据置装置３は、複数の被験者の携帯装置２から送信されたデータを一括して処理し、複数の人の転倒判定を一括して行うようにすることも可能である。
【００６４】
また、転倒判定装置１の加速度センサや角速度センサは、例えば、ベルトのバッグルなどに装備させることも可能である。
【００６５】
また、本発明に係る転倒判定装置は、人型のロボットなどの転倒判定にも適用することができ、被験者には、人間だけでなく、人型のロボットが含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係る転倒判定装置の構成例を示す図。
【図２】加速度センサを取り付ける軸方向を示す図。
【図３】体軸方向の加速度Ａｙと時間軸ｔとの関係を示す図。
【図４】鉛直変位ΔＺと時間軸ｔとの関係を示す図。
【図５】被験者の体幹の鉛直加速度Ａｏと時間軸τとの関係を示す図。
【図６】演算による鉛直変位ΔＺに誤差が生じた場合を示す図。
【図７】鉛直変位ΔＺの修正値ΔＺ１の履歴を示す図。
【符号の説明】
【００６７】
１     転倒判定装置
２     携帯装置
３     据置装置
１１   加速度センサ
１２   角速度センサ
１３   Ａ/Ｄ変換部
１４   内部クロック
１５   ＣＰＵ
１６   転倒疑い判定部
１７   メモリ
１８   データ送受信部
１９   電源
２１   データ送受信部
２２   内部クロック
２３   メモリ
２５   鉛直加速度算出部
２６   鉛直変位算出部
２７   鉛直加速度補正部
２８   鉛直変位修正部
２９   転倒判定部
３０   表示部
３１   通信部
３２   電源
【図１】
2006227752.tif 000007
【図２】
2006227752.tif 000008
【図３】
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【図４】
2006227752.tif 000010
【図５】
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【図６】
2006227752.tif 000012
【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年10月13日(2005.10.13)
【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】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記鉛直加速度補正工程は、転倒の疑いがある時刻直前の所定時間について前記鉛直変位算出工程で求めた鉛直変位を最小二乗法で直線近似し、この近似直線の傾きが０に近づくように鉛直加速度Ａｏの補正値Ａｏ１を算出することを特徴とする請求項１に記載の転倒判定方法。