(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】  転倒判定装置は、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方向の変位を算出し、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。被験者の体幹の鉛直方向の変位は、転倒の仕方によらず、確実な変位が得られ、転倒を検知することができ被験者の転倒の誤判定を減少させることができ、より正確な判定が可能になる。【選択図】  図１
2005237576.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に基づいて、被験者の体幹の鉛直方向の変位を算出し、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装置。
【請求項２】
被験者の体幹に取り付けた、被験者の前後ｚ、体軸ｙ、左右ｘの直交する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、
前記センサで検知された加速度及び角速度に基づいて、数式１で算出される被験者の体幹の鉛直方向の加速度Ａｏを２回時間積分することにより、被験者の体幹の鉛直方向の変位ΔＺを算出する演算部と、
前記演算部で算出された被験者の体幹の鉛直方向の変位ΔＺに基づいて、被験者の転倒を判定する判定部とを備えていることを特徴とする転倒判定装置。
【数１】
2005237576.tif 000005
【請求項３】
前記判定部により、被験者が転倒したと判定されたときに、予め設定された連絡先に被験者の転倒を連絡する連絡部を備えていることを特徴とする請求項２に記載の転倒判定装置。
【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方向変位算出工程と、鉛直方向変位算出工程において算出され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工程とを備えた転倒判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
転倒を判定する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、判定の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、また判定の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。本発明は、転倒の判定精度を向上させる転倒判定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る転倒判定装置は、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方向の変位を算出し、算出した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ものである。なお、本発明に係る転倒判定装置はコンピュータにより実現されるものであれば良く。本発明に係る転倒判定装置の各種機能は、コンピュータに実現させるプログラム、斯かるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、及び、斯かるプログラムが組み込まれたコンピュータなどにより実現されるように構成するとよい。
【０００５】
鉛直方向変位の算出は、例えば、鉛直方向変位ΔＺ＝∫（鉛直方向の速度）ｄｔ＝∫（∫（鉛直方向の加速度）ｄｔ）ｄｔの式で求めることができる。また、鉛直方向の加速度Ａｏは、例えば、数式１で求めることができ、鉛直方向変位ΔＺは、Ａｏを２回、時間積分することにより求めることができる。
【数１】
2005237576.tif 000003
【０００６】
この数式１中、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。また、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おり、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。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る転倒判定装置は、被験者の体幹の鉛直方向の変位は、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など、転倒の仕方によらず、確実な変位が得られ、転倒を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判定することができる。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とにより、誤判定を減少させることができ、より正確な判定が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に係る転倒判定装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
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、鉛直方向の変位を演算して、被験者の転倒を判定する据置装置３とを備えている。
【００１０】
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、転倒疑い判定処理部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。
【００１１】
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するようになっている。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するようになっている。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に記憶させるようになっている。
【００１２】
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と加速度センサ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。
【００１３】
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て構成しても良いが、加速度センサ１１と角速度センサ１２が一体的に構成された、所謂、直交３軸加速度／角速度センサを用いても良い。
【００１４】
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、転倒時の鉛直方向の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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
転倒疑い判定処理部１６は、しきい値設定部１６ａと、判定部１６ｂとを備えている。
【００１９】
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、通常の歩行による軽微の振動では反応しないようにし、転倒が疑われる比較的大きな振動を広く検出するように設定すれば良い。
【００２０】
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、転倒疑い判定処理部１６の演算はＣＰＵ１５で演算されるようになっている。
【００２１】
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、転倒疑い判定処理部１６にて加速度センサ１１で検知された加速度が、転倒疑い判定処理部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するようになっている。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、転倒疑い判定処理部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、転倒疑い判定処理部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閾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は、重力のみにより落下するため、転倒中の加速度変化は小さいが、この場合でも体が地面に衝突する場合には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。
【００２２】
そして、転倒疑い判定処理部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、転倒疑い判定処理部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秒分程度でよい。前後何秒間のデータを送信するかは、任意に設定することができる。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
次に、据置装置３を説明する。
【００２６】
据置装置３は、データ送受信部２１、メモリ２２（記憶部）、ＣＰＵ２３、転倒判定処理部２４、鉛直変位演算部２５、内部クロック２６、表示部２７、通信部２８、電源２９（ＡＣ電源）を備えている。
【００２７】
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。
【００２８】
内部クロック２６は時計の機能を備えている。
【００２９】
メモリ２２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２２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２２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番号、被験者の保護者の携帯電話番号など）を記憶している。
【００３０】
ＣＰＵ２３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。
【００３１】
鉛直変位演算部２５は、被験者に装着された携帯装置２から送られた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、鉛直方向の変位Ｚを算出する。
【００３２】
鉛直変位演算部２５は、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。
【００３３】
この実施形態では、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を転倒と疑われる動作の始めの時刻とする。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、加速度データのうち、通常の歩行時における足の着地などの「確実に転倒していない」と判定できる時間帯を除去する。「確実に転倒していない」と判定できる時間帯を除去すると、転倒時の鉛直方向の変位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。
【００３４】
転倒による鉛直方向変位の算出は、例えば、鉛直方向変位ΔＺ＝∫（鉛直方向の速度）ｄｔ＝∫（∫（鉛直方向の加速度）ｄｔ）ｄｔの式で求めることができる。鉛直方向の加速度Ａｏは、数式１で求めることができ、鉛直方向の変位ΔＺは、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。
【数１】
2005237576.tif 000004
【００３５】
なお、鉛直方向の変位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。なお、時間軸τでは、転倒時の鉛直方向の加速度Ａｏ（τ）は、図５に示すグラフのようなパターンになる。
【００３６】
鉛直方向の変位ΔＺは、こけ方に依存せず、７０ｃｍ〜１１０ｃｍ程度の確実な変位が得られるので、転倒判定処理部２４は、鉛直変位演算部２５で求めたΔＺ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。
【００３７】
転倒判定処理部２４の転倒判定は、鉛直変位演算部２５で算出される鉛直方向の変位ΔＺに対してしきい値を設定し、鉛直変位演算部２５で算出された鉛直方向の変位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。
【００３８】
この転倒判定装置１は、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。
【００３９】
なお、転倒判定処理部２４は、鉛直方向の変位ΔＺのみで転倒の有無を判定してもよいが、鉛直方向の変位ΔＺでの判定と、他の指標の判定を考慮して総合的に判定してもよい。例えば、体幹の鉛直方向の変位ΔＺの判定で「転倒有り」と判定だけでなく、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、短時間で鉛直方向の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。
【００４２】
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、これらの指標を被験者の転倒の判定に用いるとよい。
【００４３】
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２７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２８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。
【００４４】
表示部２７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２８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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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】
【００５０】
【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】鉛直方向の変位ΔＺと時間軸ｔとの関係を示す図。
【図５】被験者の鉛直方向の加速度Ａｏと時間軸τとの関係を示す図。
【符号の説明】
【００５１】
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   変換部
１４   内部クロック
１６   判定処理部
１６ａ しきい値設定部
１６ｂ 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   メモリ
２４   転倒判定処理部
２５   鉛直変位演算部
２６   内部クロック
２７   表示部
２８   通信部
２９   電源
【図１】
2005237576.tif 000006
【図２】
2005237576.tif 000007
【図３】
2005237576.tif 000008
【図４】
2005237576.tif 000009
【図５】
2005237576.tif 000010