(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記３軸周りの角速度を検知するセンサから得られる３軸方向の加速度のデータから躍度を算出する躍度算出工程と、
前記躍度算出工程で算出した躍度に基づいて、転倒の疑いがある事象か否かを判定する転倒疑い判定工程と、
前記転倒疑い判定工程で転倒の疑いがあると判定した事象について、前記センサから得られる加速度及び角速度のデータに基づいて、被験者の体幹の鉛直方向の変位を算出する鉛直変位算出工程と、
前記鉛直変位算出工程で算出した被験者の体幹の鉛直方向の変位に基づいて被験者が転倒したか否かを判定する転倒判定工程とを備えたことを特徴とする転倒判定方法。
【請求項２】
前記転倒疑い判定工程は、躍度算出工程で算出した躍度が予め設定した閾値を超えた時点から、予め定めた最大躍度探索時間内で、最大の躍度が記録された最大躍度時点を探索する最大躍度探索工程を備え、
前記鉛直変位算出工程は、前記最大躍度探索工程で探索された最大躍度時点を基準に、被験者の体幹の鉛直方向の変位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。
【請求項３】
前記鉛直変位算出工程は、前記最大躍度探索工程で探索された最大躍度時点から、予め定めた転倒所要時間を遡った時間について、前記センサから得られる加速度及び角速度のデータに基づいて、被験者の体幹の鉛直方向の加速度を算出し、かつ、算出した被験者の体幹の鉛直方向の加速度を、前記最大躍度時点から転倒所要時間を遡った時間で２回積分することにより被験者の体幹の鉛直方向の変位を算出するものであることを特徴とする請求項２に記載の転倒判定方法。
【請求項４】
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、前記３軸周りの角速度を検知するセンサと、
前記センサから得られる３軸方向の加速度のデータから躍度を算出する躍度算出部と、
前記躍度算出部で算出した躍度に基づいて、転倒の疑いがある事象か否かを判定する転倒疑い判定部と、
前記センサから得られる加速度及び角速度のデータに基づいて、被験者の体幹の鉛直方向の変位を算出する鉛直変位算出部と、
前記鉛直変位算出部で算出した被験者の体幹の鉛直方向の変位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、
前記転倒疑い判定部で転倒の疑いがあると判定した事象について、前記鉛直変位算出部で被験者の体幹の鉛直方向の変位を算出し、前記転倒判定部で被験者が転倒したか否かを判定することを特徴とする転倒判定装置。
【請求項５】
前記転倒疑い判定部は、躍度算出部で算出した躍度に対して、転倒の疑いを判定するのに適切な閾値を設定する閾値設定部を備えていることを特徴とする請求項４に記載の転倒判定装置。
【請求項６】
前記転倒疑い判定部は、躍度算出部で算出した躍度が、前記閾値設定部で設定した閾値を超えた時点から、予め定めた最大躍度探索時間内で、最大の躍度が記録された最大躍度時点を探索する最大躍度探索部を備え、
前記鉛直変位算出部は、最大躍度探索部で探索された最大躍度時点を基準に、被験者の体幹の鉛直方向の変位を算出することを特徴とする請求項５に記載の転倒判定装置。
【請求項７】
前記鉛直変位算出部は、前記最大躍度探索部で探索された最大躍度時点から、予め定めた転倒所要時間を遡った時間について、前記センサから得られる加速度及び角速度のデータに基づいて、被験者の体幹の鉛直方向の加速度を算出し、かつ、算出した被験者の体幹の鉛直方向の加速度を、前記最大躍度時点から転倒所要時間を遡った時間で２回積分することにより被験者の体幹の鉛直方向の変位を算出するものであることを特徴とする請求項６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及びその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）。
【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、判定に用いる閾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、閾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】
上記の手法に代わる方法として、本発明者らは、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（例えば、特開２００５−２３７５７６号公報）。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、例えば、体幹の鉛直加速度を求め、これを２回時間積分することにより、被験者の体幹の鉛直変位を算出することができる。
【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、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。
【特許文献１】特開平９−３０５８７５号公報
【特許文献２】特開２００５−２３７５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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、被験者に生じた転倒事象のうち、転倒の仕方によっては、実際の転倒事象から乖離した結果が出る場合もあった。例えば、被験者が躓いてから数歩足をもつれさせながら転倒するような場合、最初に躓いたときの衝撃や数歩足をもつれさせているときの衝撃を捕らえて、鉛直変位を算出する演算が重畳的に起動することがある。このような場合、算出される鉛直変位は実際の値に比べて小さい値が算出される場合があり、実際に被験者が転倒した場合でも転倒と判定されない場合が生じ得る。従って、転倒判定の精度を向上させるため、転倒事象をどのように捕らえ、どのように鉛直変位を算出するかについて、改良の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、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から得られる３軸方向の加速度のデータから躍度を算出する躍度算出工程と、躍度算出工程で算出した躍度に基づいて、転倒の疑いがある事象か否かを判定する転倒疑い判定工程と、転倒疑い判定工程で転倒の疑いがあると判定した事象について、センサから得られる加速度及び角速度のデータに基づいて、被験者の体幹の鉛直方向の変位を算出する鉛直変位算出工程と、鉛直変位算出工程で算出した被験者の体幹の鉛直方向の変位に基づいて被験者が転倒したか否かを判定する転倒判定工程とを備えている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る転倒判定方法によれば、センサから得られる３軸方向の加速度のデータから算出した躍度に基づいて、転倒の疑いがある事象か否かを判定するようにした。躍度は、歩行や転倒に至らない程度の躓きなどの軽微な衝撃に対しては大きな変化がないが、転倒時に尻餅をついたり、手を付いたりした場合の衝撃に対しては大きな変化が生じる。このため、転倒の疑いがある事象か否かを判定する物理量として躍度を用いることにより、転倒事象をより適切に捕らえることができ、鉛直変位の算出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】
【０００９】
以下、本発明に係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。
【００１０】
転倒判定装置１０は、被験者の転倒を判定する装置であり、この実施形態では、図１に示すように、被験者の身体に取り付ける携帯装置１１で構成しており、転倒の疑いが判定された場合に、その情報が携帯電話網やインターネットなどの通信ネットワーク５０を介して所定の連絡先に連絡されるように構成している。
【００１１】
携帯装置１１は、図１に示すように、加速度センサ２１と、角速度センサ２２と、Ａ/Ｄ変換部２３（アンプ）と、内部クロック２４と、ＣＰＵ２５（演算部）と、メモリ２６（記憶部）と、電源２７（充電池）と、躍度算出部２８と、転倒疑い判定部２９と、鉛直変位算出部３０と、転倒判定部３１を備えている。
【００１２】
加速度センサ２１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している。角速度センサ２２は、加速度センサ２１と同じ３軸に対し、軸周りの角速度を検知するセンサで構成している。この実施形態では、加速度センサ２１と、角速度センサ２２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２３で、加速度、角速度を示す信号に変換して、メモリ２６に記憶させている。
【００１３】
加速度センサ２１には、例えば、日立金属株式会社製  Ｈ４８Ａを用い、角速度センサ２２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２１と角速度センサ２２は、これに限定されない。また、加速度センサ２１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２１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。
【００１４】
また、この実施形態では、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を、上述した加速度センサ２１と角速度センサ２２で構成し、被験者の体幹に取り付ける携帯装置に内蔵させている。
【００１５】
加速度センサ２１と角速度センサ２２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２１と角速度センサ２２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１１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。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ことが期待できる。
【００１７】
内部クロック２４は携帯装置１１に備え付けられた時計である。メモリ２６は、携帯装置１１の各種情報を記憶する記憶部として機能するものである。特に重要な機能として、メモリ２６は常時、加速度センサ２１により測定された加速度、角速度センサ２２により測定された角速度、内部クロック２４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２６には、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。ＣＰＵ２５は、演算手段として機能するものであり、メモリ２６へのデータの書き込みデータ処理やデータ送受信など、所定のプログラムに従って携帯装置１１の種々の演算処理を行う。また、躍度算出部２８、転倒疑い判定部２９、鉛直変位算出部３０及び転倒判定部３１は、それぞれ所定のプログラムに従って、ＣＰＵ２５やメモリ２６を機能させ、それぞれの機能を実現させるものである。
【００１８】
躍度算出部２８は、躍度算出工程を実行するものであり、加速度センサ２１から得られる３軸方向の加速度のデータから、躍度をそれぞれ算出するとよい。躍度は、加速度を時間で微分したものであり、例えば、加速度センサ２１から得られる３軸方向の加速度のデータから、それぞれ加速度を時間で微分することにより、各軸方向の躍度をそれぞれ算出するとよい。
【００１９】
躍度は加速度を時間微分したものであり、被験者に生じた加速度の変化の度合いを知ることができる。躍度は、加速度の変化の度合いであるから、図２に示すように、歩行時や歩行時の軽微な躓きに対しては比較的変化が小さく、これらの事象に比べて、被験者が転倒した際には顕著な変化が生じる。従って、躍度に対して適切な閾値を設定することにより、転倒の疑いがある事象を、より的確に捕らえ易い。躍度算出部２８で算出された躍度は、メモリ２６に記憶される。
【００２０】
転倒疑い判定部２９は、転倒疑い判定工程を実行するものであり、躍度算出部２８で算出した躍度に基づいて、転倒の疑いがある事象か否かを判定する。この実施形態では、転倒疑いを判定するための閾値を設定する閾値設定部２９ａを備えている。
【００２１】
閾値設定部２９ａは、図２に示すように、躍度算出部２８で算出した躍度に対して、転倒の疑いを判定するのに適切な閾値ｑを設定するものである。これにより、躍度算出部２８で算出された躍度が閾値設定部２９ａで設定した閾値ｑを超えたときに、転倒の疑いありと判定することができる。
【００２２】
このように、躍度に基づいて転倒の疑いがある事象か否かを判定し、転倒の疑いがあると判定した事象について、被験者の体幹の鉛直方向の変位を算出するようにすることにより、加速度に基づいて転倒の疑いがある事象か否かを判定する場合に比べて、鉛直変位算出部の起動回数を少なくすることができ、演算負荷を軽減することができる。
【００２３】
なお、閾値設定部２９ａに設定した閾値を高くし過ぎると、転倒が生じた事象において、躍度が閾値ｑを超えない場合が生じる。従って、閾値設定部２９ａに設定する閾値ｑは、転倒が生じた事象については、これを検知できるように高くし過ぎない程度に設定するとよい。
【００２４】
次に、鉛直変位算出部３０は、鉛直変位算出工程を実行するものであり、センサから得られる加速度及び角速度のデータに基づいて、被験者の体幹の鉛直方向の変位を算出する。この実施形態では、転倒疑い判定部２９で転倒の疑いがあると判定した場合に起動し、斯かる事象について、被験者の体幹の鉛直方向の変位を算出するようになっている。鉛直変位の算出は、例えば、加速度センサおよび角速度センサから得られる加速度及び角速度のデータに基づいて、被験者の体幹の鉛直方向の加速度を算出し、かつ、時間で２回積分するとよい。
【００２５】
この実施形態では、鉛直変位算出部３０は、最大躍度探索部３０ａと、最大躍度探索時間設定部３０ｂと、最大躍度時点記憶部３０ｃと、鉛直加速度算出部３０ｄと、転倒所要時間設定部３０ｅと、重積分演算部３０ｆを備えている。
【００２６】
最大躍度探索部３０ａは、図２に示すように、最大躍度探索工程を実行するものであり、躍度算出部２８で算出した躍度が、転倒疑い判定部２９の閾値設定部２９ａに設定された閾値ｑを超えた時点から、予め定めた最大躍度探索時間ｔａ内で、最大の躍度が記録された最大躍度時点ｔｂを探索するものである。最大躍度時点ｔｂを探索する最大躍度探索時間ｔａは最大躍度探索時間設定部３０ｂで設定する。最大躍度時点ｔｂは、転倒の終了時と仮定される時点であり、以下、斯かる最大躍度時点を説明する。
【００２７】
１回の転倒疑い事象の中では、複数回閾値ｑを越えるような躍度の変化が観測される場合がある。このような場合に躍度が閾値ｑを超える度に、転倒の疑いとして判定してもよいが、このようにすると演算が煩雑になる場合があるし、また、その都度、鉛直方向の変位を算出するのは、演算量が多くなる。
【００２８】
本発明者らが実験から得た知見によれば、様々なパターンの転倒事象について躍度の変化を検討したところ、１回の転倒事象の中では、被験者が尻餅をついたり、手を付いたり、受身を取ったりする際に、最も躍度が大きくなることが分かった。例えば、被験者が、転倒のきっかけとなる躓きを生じ、その後、足をもつらせながら数歩進んで転倒した場合には、図２に示すように、最初の躓き後、数回、躍度が顕著に変化するが、被験者が手を付いたり、尻餅をついたりしたときに最も大きな躍度の変化が現れる。このように、他の転倒事象においても、被験者が手を付いたり、尻餅をついたりしたときに最も大きな躍度の変化が現れる。最も大きな躍度が観測された時点（最大躍度時点）は、被験者が転倒した際に、手を付いたり、尻餅をついたりした時点であり、被験者の体幹の鉛直方向の変位に基づいて被験者の転倒を判定する本転倒判定装置１０によれば、転倒の終点と仮定することができる。
【００２９】
最大躍度探索時間設定部３０ｂに設定される最大躍度探索時間ｔａは、転倒に必要な時間を想定して設定するとよい。例えば、通常の転倒では、転倒のきっかけとなる躓きを生じてから手を付いたり、尻餅をついたりするまでは、１秒以内の時間で起こるので、本発明者らの知見では、最大躍度探索時間ｔａは０．７秒程度に設定してもよい。ただし、被験者が、転倒のきっかけとなる躓きを生じ、その後、足をもつらせながら数歩進んで転倒するような場合では、転倒のきっかけとなる躓きで、躍度が閾値設定部２９ａで設定した閾値ｑを超えた場合には、最大躍度探索時間ｔａを０．７秒程度にすると不十分な場合がある。そこで、斯かる場合を想定して、最大躍度探索時間ｔａを少し長めに設定してもよい。
【００３０】
最大躍度探索部３０ａは、躍度が転倒疑い判定部２９の閾値設定部２９ａで設定した閾値ｑを超えたときに起動し、起動してから最大躍度探索時間設定部３０ｂに設定された最大躍度探索時間ｔａ内に記録された躍度のうち、最も大きな躍度（最大躍度）が観測された時点ｔｂを探索する。最大躍度時点記憶部３０ｃは、斯かる最大躍度時点ｔｂを記録する。この実施形態では、上述したように、斯かる最大躍度時点ｔｂを転倒と疑われる動作の終了時刻と仮定する。
【００３１】
次に、鉛直変位算出部３０は、鉛直加速度算出部３０ｄにおいて、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。
【００３２】
鉛直加速度算出部３０ｄは、鉛直加速度算出工程を実行するものであり、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１１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。
【００３３】
以下に、鉛直加速度Ａｏを求める演算例を説明する。
【００３４】
なお、図３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３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３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。
【００３５】
なお、メモリ２６には、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するとよい。例えば、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するとよい。時刻はｔ＝ｋＴ（ｋ＝０，１，・・・，Ｎ＝６９９）で規定することができる。メモリ２３から抽出された最初の時刻はｔ＝０（ｋ＝０）で表される。例えば、上述した最大躍度時点を中心として、その前３秒、および、その後１秒程度の時間をメモリ２３から抽出するとよい。
【００３６】
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。
【００３７】
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数１で与えられる。
【数１】
0004663503.tif 000002
【００３８】
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】
0004663503.tif 000003
【００３９】
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】
0004663503.tif 000004
【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】
0004663503.tif 000005
【００４１】
この実施形態では、上述した最大躍度時点を、転倒と疑われる動作の終了時刻ｔｂと仮定するので、鉛直加速度の演算は、斯かる最大躍度時点ｔｂ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用いて、被験者の鉛直方向の加速度を演算するとよい。
【００４２】
次に、鉛直変位算出部３０は、最大躍度探索部３０ａで探索された最大躍度時点ｔｂから、予め定めた転倒所要時間ｔｃを遡った時間について、算出した被験者の体幹の鉛直方向の加速度を、最大躍度時点ｔｂから転倒所要時間ｔｃを遡った時間で２回積分することにより被験者の体幹の鉛直方向の変位を算出する。
【００４３】
転倒所要時間設定部３０ｅは、斯かる転倒所要時間ｔｃを設定するものであり、重積分演算部３０ｆは、算出した被験者の体幹の鉛直方向の加速度を、最大躍度時点ｔｂから転倒所要時間ｔｃを遡った時間で２回積分するものである。
【００４４】
すなわち、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。すなわち、鉛直変位ΔＺは、例えば、鉛直変位ΔＺ＝∫（鉛直速度）ｄｔ＝∫（∫（鉛直加速度）ｄｔ）ｄｔの式で求めることができる。
【００４５】
この実施形態では、最大躍度探索部３０ａで探索された最大躍度時点ｔｂを転倒終了時刻ｔｂと仮定し、斯かる転倒終了時刻ｔｂから、転倒所要時間設定部３０ｅに予め設定した転倒所要時間ｔｃを遡った時間について、算出した被験者の体幹の鉛直方向の加速度を、最大躍度時点ｔｂから転倒所要時間ｔｃを遡った時間で２回積分することにより被験者の体幹の鉛直方向の変位を算出する。
【００４６】
なお、転倒時の被験者の鉛直変位ΔＺ（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ている。この際、鉛直変位ΔＺの計算を容易にするために、図５に示すように、鉛直加速度Ａｏ（ｔ）について時間軸を逆転させた時間軸τ（τ＝ｔｃ−ｔ）をとり、Ａｏ（τ）を２回、時間積分して算出してもよい。
【００４７】
転倒判定部３１は、転倒判定工程を実行するものであり、鉛直変位算出部３０で算出した被験者の体幹の鉛直方向の変位に基づいて被験者の転倒を判定する。この実施形態では、図１に示すように、閾値設定部３１ａを設け、図６に示すように、予め鉛直変位ΔＺに対して閾値ｒを設定し、鉛直変位ΔＺが所定の閾値ｒよりも大きいか否かを判定して行う。なお、閾値ｒ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。
【００４８】
この転倒判定装置１０は、被験者の体幹の鉛直変位ΔＺ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、躍度に基づいて、鉛直変位算出部３０が起動するようになっているので、転倒を伴わないような躍度が小さい動作では軌道せず、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。
【００４９】
なお、転倒判定部３１は、体幹の鉛直変位ΔＺで被験者の転倒を判定するだけでなく、例えば、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）などの他の指標も併せて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。
【００５０】
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１１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２１は、重力加速度を検知することができるので、携帯装置１１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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、これらに対して閾値を設定して、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。
【００５３】
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。
【００５４】
この転倒判定装置１０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、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ようになっている。
【００５５】
この実施形態では、斯かる通信手段として、ＧＰＳモジュール４１と、位置検出部４２と、変復調回路４３と、微弱無線モジュール４４と、通信部４５とを備えている。また、
【００５６】
ＧＰＳモジュール４１は、ＧＰＳ衛星から受信した信号に基づいて現在位置の測位を行う衛星測位装置である。位置検出部４２は、ＧＰＳモジュール４１で受けた衛星測位信号に基づいて、携帯装置１１の位置を検出するものである。変復調回路４３は、電波信号を増幅させるものである。
【００５７】
微弱無線モジュール４４は、所定の微弱電波を受信するものである。この実施形態では、斯かる微弱無線モジュール４４により、所定の微弱電波を受信しているときは、ＧＰＳモジュール４１が起動しないようにしている。すなわち、ＧＰＳモジュール４１は、電力消費が大きいため、常時、ＧＰＳモジュール４１が起動するようにすると、携帯装置１１の連続使用時間が短くなる。また、被験者が、自宅などの所定の場所にいる間は、ＧＰＳモジュール４１を起動させる必要もない。従って、例えば、自宅などの所定の場所に微弱電波発信機を設置し、斯かる微弱無線モジュール４４で微弱電波発信機が発する電波を受信している間は、ＧＰＳモジュール４１の起動を制限するとよい。これにより、ＧＰＳモジュール４１の起動時間を必要な時間だけに短縮できるから、携帯装置１１の連続使用時間を向上させることができる。また、自宅などに設置する微弱電波発信機としては、専用の発信機を設置してもよいし、例えば、家庭用の電話機に付属した、無線装置の電波を利用してもよい。
【００５８】
通信部４５は、通信を行う機能を奏する部位であり、例えば、携帯電話通信網を利用して通信を行うものを用いるとよい。斯かる通信装置を用いることにより、携帯電話通信網やインターネット等のネットワーク５０を介して、所定の連絡先の携帯電話５１に所要の情報を発信したり、所定のサーバーコンピュータ５２に所要の情報を発信したり、さらに、斯かるサーバーコンピュータ５２から所定の連絡先コンピュータ５３に所定のメールを送信したりすることができる。発信される情報には、転倒判定の結果およびＧＰＳモジュール４１および位置検出部４２で検出した位置情報を付加すると良い。
【００５９】
この転倒判定装置１０によれば、転倒疑い判定部２９が、センサから得られる３軸方向の加速度のデータから算出した各軸方向の躍度に基づいて、転倒の疑いがある事象か否かを判定するようにした。躍度は、歩行や転倒に至らない程度の躓きなどの軽微な衝撃に対しては大きな変化がないが、転倒時に尻餅をついたり、手を付いたりした場合の衝撃に対しては大きな変化が生じる。このため、転倒の疑いがある事象か否かを判定する物理量として躍度を用いることにより、転倒事象をより適切に捕らえることができる。そして、加速度を用いて転倒の疑いを判定する場合に比べて、鉛直変位算出部３０の起動回数が少なくなり、演算負荷を小さく抑えることができる。
【００６０】
またこの実施形態では、転倒疑い判定部２９は、躍度算出部２８で算出した躍度が、閾値設定部２９ａで設定した閾値ｑを超えた時点から、予め定めた最大躍度探索時間ｔａ内で、最大の躍度が記録された最大躍度時点ｔｂを探索する最大躍度探索部３０ａを備えている。そして、鉛直変位算出部３０は、最大躍度探索部３０ａで探索された最大躍度時点ｔｂを基準に、被験者の体幹の鉛直方向の変位ΔＺを算出するようにした。さらにこの実施形態では、鉛直変位算出部３０は、最大躍度探索部３０ａで探索された最大躍度時点ｔｂから、予め定めた転倒所要時間ｔｃを遡った時間について、センサから得られる加速度及び角速度のデータに基づいて、被験者の体幹の鉛直方向の加速度を算出し、かつ、算出した被験者の体幹の鉛直方向の加速度を、最大躍度時点ｔｂから転倒所要時間ｔｃを遡った時間で２回積分することにより被験者の体幹の鉛直方向の変位を算出するようにしたので、被験者の体幹の鉛直方向の変位ΔＺをより精度良く算出することができ、より精度のよい判定が行える。
【００６１】
以上、本発明の一実施形態に係る転倒判定装置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、転倒判定装置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。
【００６３】
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】
【００６４】
【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】躍度の時間変化の一例を示す図である。
【図３】加速度センサを取り付ける軸方向を示す図。
【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】鉛直変位ΔＺに基づく転倒判定処理を示す図。
【符号の説明】
【００６５】
１０   転倒判定装置
１１   携帯装置
２１   加速度センサ
２２   角速度センサ
２３   メモリ
２３   変換部
２４   内部クロック
２６   メモリ
２７   電源
２８   躍度算出部
２９   判定部
２９ａ 閾値設定部
３０ａ 最大躍度探索部
３０ｃ 最大躍度時点記憶部
３０ｂ 最大躍度探索時間設定部
３０ｅ 転倒所要時間設定部
３０ｆ 重積分演算部
３０ｄ 鉛直加速度算出部
３０   鉛直変位算出部
３１   転倒判定部
３１ａ 閾値設定部
４１   モジュール
４２   位置検出部
４３   変復調回路
４４   微弱無線モジュール
４５   通信部
５０   ネットワーク
５１   携帯電話
５２   サーバーコンピュータ
５３   連絡先コンピュータ
ｔａ   最大躍度探索時間
ｔｂ   最大躍度時点（転倒終了時刻）
ｔｃ   転倒所要時間
【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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