(57)【要約】【課題】被検体の姿勢を、別手段の使用、累積誤差の増大等の可能性のある初期値情報入手を必要とせず、加速度センサの計測値から直接的且つ高精度で検出する。【解決手段】本発明は、被検体に装着したセンサユニット１とセンタ装置２とが通信自在に構成され、当該被検体に係る行動を監視する行動監視システムであって、加速度センサと、当該加速度センサにより計測された加速度データをセンシング信号として上記センタ装置に送信する通信手段とを有するセンサユニット１と、上記通信手段より送られたセンシング信号を時系列に受け、このセンシング信号に含まれる時系列の加速度データの周期・振幅解析を行う周期・振幅解析部２４ｂと、この解析により得た加速度データ周期と加速度データ振幅とに基づいて被検体の行動状態を判定する行動状態判定部２４ｃとを有するセンタ装置２と、を具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に装着したセンサユニットとセンタ装置とが通信自在に構成され、当該被検体に係る行動を監視する行動監視システムであって、
加速度センサと、当該加速度センサにより計測された加速度データをセンシング信号として上記センタ装置に送信する通信手段とを有するセンサユニットと、
上記通信手段より送られたセンシング信号を時系列に受け、このセンシング信号に含まれる時系列の加速度データの周期・振幅の解析を行う周期・振幅解析部と、この解析により得た加速度データ周期と加速度データ振幅とに基づいて被検体の行動状態を判定する行動状態判定部とを有するセンタ装置と、
を具備することを特徴とする行動監視システム。
【請求項２】
被検体に装着したセンサユニットとセンタ装置とが通信自在に構成され、当該被検体に係る行動を監視する行動監視システムであって、
加速度センサと、当該加速度センサにより計測された加速度データを記憶する記憶部とを有するセンサユニットと、
上記記憶部より加速度データを時系列に読み出し、この時系列の加速度データの周期・振幅の解析を行う周期・振幅解析部と、この解析により得た加速度データ周期と加速度データ振幅とに基づいて被検体の行動状態を判定する行動状態判定部とを有するセンタ装置と、
を具備することを特徴とする行動監視システム。
【請求項３】
上記行動状態判定部は、所定の領域を定義するテーブルを参照し、上記変換後のデータが属する領域に基づいて、行動状態を判定する、ことを更に特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の行動監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば加速度センサの出力データを用いて被検体の行動を監視するシステムに係り、特に、歩く、ゆっくり走る、走る等といった種々の行動を加速度センサの出力に基づいて監視する行動監視システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、病院や老人ホーム等でリハビリを行っている患者の行動を把握するために、患者の体表面の所定の箇所にセンサを装着し、このセンサからの出力信号について所定の演算を行って、その演算結果に基づいて被検体の姿勢を判定する装置が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１では、３軸の加速度センサを被検者の胸や腕、足にそれぞれ装着し、これら装着された加速度センサの位置を計測することにより、被検者の姿勢、例えば起立状態、座位状態、歩行状態、横臥状態等の各状態を検出する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−５０２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、通常、加速度センサが装着されている位置は、当該加速度センサの計測値の時間に関する２重積分を行えば求められるものの、この場合、速度の初期値と位置の初期値が必要となるため、初期値情報を入手するか、計測開始時から求めていた位置情報や速度情報を初期値情報として記憶して使用する必要が生じる。前者の場合には初期値を入手する別手段が必要となり更に位置情報の検出が複雑になり、後者の場合には計測時間が長くなると累積誤差が増加し正確な位置情報の検出が困難になる。
【０００５】
本発明の目的とするところは、被検体の姿勢を、別手段の使用、累積誤差の増大等の可能性のある初期値情報入手を必要とせず、加速度センサの計測値から直接的且つ高精度で検出することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様では、被検体に装着したセンサユニットとセンタ装置とが通信自在に構成され、当該被検体に係る行動を監視する行動監視システムであって、加速度センサと、当該加速度センサにより計測された加速度データをセンシング信号として上記センタ装置に送信する通信手段とを有するセンサユニットと、上記通信手段より送られたセンシング信号を時系列に受け、このセンシング信号に含まれる時系列の加速度データの周期・振幅の解析を行う周期・振幅解析部と、この解析により得た加速度データ周期と加速度データ振幅とに基づいて被検体の行動状態を判定する行動状態判定部とを有するセンタ装置と、を具備することを特徴とする行動監視システムが提供される。
【０００７】
本発明の第２の態様では、被検体に装着したセンサユニットとセンタ装置とが通信自在に構成され、当該被検体に係る行動を監視する行動監視システムであって、加速度センサと、当該加速度センサにより計測された加速度データを記憶する記憶部とを有するセンサユニットと、上記記憶部より加速度データを時系列に読み出し、この時系列の加速度データの周期・振幅の解析を行う周期・振幅解析部と、この解析により得た加速度データ周期と加速度データ振幅とに基づいて被検体の行動状態を判定する行動状態判定部とを有するセンタ装置と、を具備することを特徴とする行動監視システムが提供される。
【０００８】
本発明の第３の態様では、上記第１又は第２の態様において、上記行動状態判定部は、所定の領域を定義するテーブルを参照し、上記変換後のデータが属する領域に基づいて、行動状態を判定する、ことを更に特徴とする行動監視システムが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、被検体の姿勢を、別手段の使用、累積誤差の増大等の可能性のある初期値情報入手を必要とせず、加速度センサの計測値から直接的且つ高精度で検出する行動監視システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態について説明する。
【００１１】
図１には本発明の一実施の形態に係る行動監視システムの概念図を示し説明する。
【００１２】
この一実施の形態に係る行動監視システムでは、監視する対象である被検体の胸部等に装着されるセンサユニット１とセンタ装置２とが、例えば無線ネットワークを介して通信自在に接続され、構成されている。尚、センサユニット１とセンタ装置２とが不図示の中継器を介して通信を行うように構成してもよいことは勿論である。
【００１３】
この図１のセンタ装置２は、アンテナ部２１と、信号分配部２２、受信部２３、センサデータ収集処理部２４、センサ制御部２５、送信部２６とで構成されている。
【００１４】
そして、このセンサデータ収集処理部２４は、加速度データ記憶部２４ａと、加速度データの周期・振幅解析部（以下、単に「周期・振幅解析部」と称する）２４ｂ、行動状態判定部２４ｃからなる。
【００１５】
このような構成において、アンテナ部２１は、センサ制御部２５からの制御信号を送信する送信アンテナ機能とセンサユニット１からのセンシング信号を受信する受信アンテナ機能とを有する。この両機能の切り換えはアンテナ部２１に接続されたサーキュレータ等からなる信号分配部２２が行う。受信部２３は、センサユニット１から無線ネットワークやアンテナ部２１を介して送信された無線信号を受信した後、当該無線信号を復調し、この復調により得られるセンシング信号をセンサデータ収集処理部２４へ出力する。
【００１６】
送信部２６は、センサ制御部２５から出力された制御信号を変調した後、無線信号に変換し、この無線信号をアンテナ部２１から無線ネットワークを介してセンサユニット１に向けて送信する。このセンサ制御部２５は、例えばＣＰＵ(Central Processing Unit)やＤＳＰ(Digital Signal Processor)を備えたものであり、センサユニット１によるセンシング開始やセンシング周期に関する指令を含む制御信号を出力する。
【００１７】
センサデータ収集処理部２４は、受信したセンシング信号から被検体の行動、つまり状態を判定する部分である。本実施の形態では、被検体の状態を検出することで行動を監視することが目的であるので、センタ装置２は、センサユニット１からのセンシング信号を継続して受信する。受信部２３から加速度データとしてのセンシング信号を受信するとセンサデータ収集処理部２４内では当該加速度データを加速度データ記憶部２４ａに一時記憶する。次に、記憶されている加速度データを適宜読み出し、周期・振幅解析部２４ｂが周期・振幅解析を実施する。この解析結果に基づいて、行動状態判定部２４ｃが詳細は後述するようにして、被検体の行動状態を判定する。
【００１８】
一方、図１に示されるように、対象物に装着されるセンサユニット１は、加速度センサを含むセンサ部１１と、センサ駆動制御部１２、センシング信号送信部１３、アンテナ部１４、センサ駆動信号受信部１５、バッテリ１６を備えている。
【００１９】
ここで、図２に示されるように、図１に示した構成からセンサ駆動信号受信部１５を削除し自立的に駆動するセンサユニット３の如き構成としてもよい。この場合、センサユニット３は、センサ部３１、センサ駆動制御部３２、センシング信号送信部３３、アンテナ部３４、バッテリ３６で構成されることになる。センシング開始やセンシング周期に関する指令を含む制御信号は、センサ駆動制御部３２に記憶されている。
【００２０】
更に、図３に示されるように、図１に示した構成からセンシング信号送信部１３、アンテナ部１４、センサ駆動信号受信部１５を削除し、センタ装置２と通信することなくセンサユニット２が単独で動作するようにしてもよい。この場合には、センサユニット４は、センサ部４１、センサ駆動制御部４２、センシング信号蓄積部４３、バッテリ４４で構成されることになる。
【００２１】
以下、この一実施の形態では、先に図１に示されるような構成のセンサユニット１を採用することを前提に更なる説明を進める。
【００２２】
図４にはセンサユニット１１の構成要素であるセンサ駆動制御部１２とセンサ部１１との詳細な構成を示し説明する。センサ部１１は、加速度センサ１１ａを有する。センサ駆動制御部１２は、ＣＰＵ（中央制御部）１２ａとＡＤ変換部１２ｂ、記憶部１２ｃ、サーバ・プログラミング・インターフェース（SPI；Server Programming Interface）１２ｄ、クロック信号発生部１２ｅとで構成されている。
【００２３】
このような構成において、クロック信号発生部１２ｅは、ＣＰＵ１２ａのクロック制御信号に基づいて所定周期のクロック信号を発生する。記憶部１２ｃは、ＣＰＵ１２ａにより実行されるプログラムや設定データ等を記憶している。ＣＰＵ１２ａは、センサ部１１の加速度センサ１１ａを始めとして、センシング信号送信部１３、センサ駆動信号受信部１５を駆動制御するもので、上述したセンタ装置２から送られてくるセンシング開始及び終了、センシング周期等の指令の内容を不図示のメモリに記憶する。
【００２４】
ＣＰＵ１２ａは、この保存された指令と記憶部１２ｃに記憶された設定データとに基づいてクロック制御信号を生成してクロック信号発生部１２ｅに出力する。更にＣＰＵ１２ａは、クロック信号発生部１２ｅより発生されるクロック信号により、駆動信号としてセンシング開始及び終了、センシング周期に関する信号を生成する。また、ＡＤ変換部１２ｂは、ＣＰＵ１２ａからの制御信号により駆動される加速度センサ１１ａからの加速度データをデジタル信号に変換するもので、ＣＰＵ１２ａよりＳＰＩ１２ｄを介してセンシング信号として出力する。ＣＰＵ１２ａから加速度センサ１１ａに供給する駆動信号としてはスタンバイ信号が用いられる。加速度センサ１１ａは、スタンバイ信号が“Ｈ”レベルになるとセンシングを行う動作状態となり、”Ｌ“レベルになると非動作状態、つまり電力消費量の少ないスタンバイ状態となる。バッテリ１６は、例えばボタン型リチウム電池からなり、ＤＣ電圧を、センサ部１１、センサ駆動制御部１２、センシング信号送信部１３及びセンサ駆動信号受信部１５に駆動電源として供給する。
【００２５】
図５にはセンサユニット１の構成要素であるセンシング信号送信部１３とセンサ駆動信号受信部１５の詳細な構成を示し説明する。センシング信号送信部１３は、ＳＰＩ１３ａとデジタル信号制御部１３ｂ、信号変調部１３ｃ、混合部１３ｄ、電力増幅部１３ｅ、送受信信号分配部１３ｆとを備えている。また、センサ駆動信号受信部１５は、ＳＰＩ１５ａ、水晶発振器１５ｂ、位相安定化回路１５ｃ、電圧制御型発振器１５ｄ、低雑音増幅部１５ｅ、混合部１５ｆ、信号復調部１５ｇ、デジタル信号制御部１５ｈを備えている。
【００２６】
このような構成において、センシング信号送信部１３は、センサ駆動制御部１２からのセンシング信号をＳＰＩ１３ａを介してデジタル信号制御部１３ｂに取り込み、信号変調部１３ｃでデジタル変調、例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調し、混合部１３ｄにて電圧制御型発信器１５ｄの出力と混合した所定周波数に変換してセンシングデータを作成し、当該センシングデータを電力増幅部１３ｅで電力増幅し、送受信信号分配部１３ｆよりアンテナ部１４を介して、センタ装置２に向け送信させる。
【００２７】
一方、センサ駆動信号受信部１５は、センタ装置２から送られた無線信号をアンテナ部１４で受信すると、送受信信号分配部１３ｆで分配し、低雑音増幅部１５ｅでフィルタリングした後、混合部１５ｆに取り込む。そして、当該混合部１５ｆにて、無線信号を電圧制御型発振器１５ｄの出力と混合した所定周波数に変換した後、信号復調部１５ｇでデジタル復調し、このデジタル復調により得られた制御信号をデジタル信号制御部１５ｈよりＳＰＩ１５ａを介してセンサ駆動制御部１２に供給する。
【００２８】
以下、本発明の一実施の形態に係る行動監視システムの特徴部分を説明する。
【００２９】
本発明の一実施の形態に係る行動監視システムでは、左右センサである加速度センサ１１ａを含むセンサユニット１を被検体の体表面（例えば、胸部）に装着し、当該被検体の歩き方による身体重心の移動の上下の動きの周期と振幅から各状態を判別することを特徴としている。ここで、「振幅」とは加速度の時間変化データの振幅であり、「周期」とは加速度の時間変化データの周波数である。
【００３０】
例えば、図６（ａ）に示されるように、被検体が“静かに立っている”状態にある場合には、左右センサの周期は略ゼロとなり、振幅も略ゼロとなる。そして、図６（ｂ）に示されるように、被検体が“歩く”状態にある場合には、左右センサの周期は歩く歩幅で定まり、周期には歩き方により幅が生じる。この場合、左右センサの振幅は後述する“ゆっくり走る”、“走る”状態に比して小さい。更に図６（ｃ）に示されるように、被検体が“ゆっくり走る”状態にある場合には、左右センサの周期は走る歩幅で定まり、周期は略一定となる。この場合、左右センサの振幅は“歩く”状態に比して若干大きくなる。また、図６（ｄ）に示されるように、被検体が“走る”状態にある場合には、左右センサの周期は走る歩幅で定まり、周期は略一定となる。この場合、左右センサの振幅は“歩く”状態や“ゆっくり歩く”状態に比して、かなり大きくなる。
【００３１】
尚、図７は、“静かに立つ”、“歩く”、“ゆっくり走る”、“走る”の各状態について、時間変化により加速度の時間変化データの振幅がどのように変化するかを示した図である。前述したとおり、各状態について振幅の大きさに相違が生まれることは、図７からも明らかである。図８には、各状態についての測定値、即ち加速度データの時間変化データの周期（以下、「加速データ周期」と称する）と加速度データの時間変化データの振幅（以下、「加速度データ振幅」と称する）の関係を示した図である。
【００３２】
図８に示されるように、“静かに立つ”、“歩く”、“ゆっくり走る”、“走る”の各状態に応じて、所定の領域が定義されることが実験により明らかになった。即ち、“静かに立つ”はＰ領域、“歩く”はＱ領域、“ゆっくり走る”はＲ領域、“走る”はＳ領域に入ることが明らかになった。そこで、この実施の形態では、図９に示されるように、Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓの各領域を規定し、このいずれかの領域に入ればその該当の状態であるものと判定することとした。尚、横軸及び縦軸の値は、相対値であり任意目盛となっている。
【００３３】
ここで、図９の上記各領域Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓについて更に補足する。領域Ｐは、原点付近の領域に集まる。領域Ｑは、加速度データの振幅は小さいが、加速度データ周期はばらつく。領域Ｒは、加速度データの振幅は領域Ｑに比して大きくなるが、加速度データ周期は領域Ｑと同程度にばらつく。領域Ｓは、加速度データの振幅が最も大きくなるが、加速度データ周期は領域Ｑと同程度にばらつく。
【００３４】
以下、図１０のフローチャートを参照して、本発明の一実施の形態に係る行動監視システムによる動作を詳細に説明する。
【００３５】
動作を開始すると、センタ装置２は、変数Ｉをイニシャライズ（Ｉ＝０）した後（ステップＳ１）、センサユニット１と無線通信を行った結果、センサデータ収集処理部２４の加速度データ記憶部２４ａに記憶した加速度データＡ（Ｉ）とＡ（Ｉ＋１）とを読み出す（ステップＳ２）。続いて、周期・振幅解析部２４ｂが、加速度データＡ（Ｉ）とＡ（Ｉ＋１）とから加速度データＡ（Ｉ）の振幅が極大・極小か否かを判定する（ステップＳ３）。
【００３６】
このステップＳ３にて、加速度データＡ（Ｉ）の振幅が極大・極小でないと判断した場合は、変数Ｉをインクリメント（Ｉ＝Ｉ＋１）した後（ステップＳ４）、変数Ｉがサンプリング単位数であるＮに至ったか否かを判断し（ステップＳ５）、Ｉ＝Ｎである場合には、動作を終了し、Ｉ＝Ｎでない場合には上記ステップＳ２に戻り、上記動作を繰り返す。
【００３７】
一方、上記ステップＳ３にて、加速度データＡ（Ｉ）の振幅が極大・極小であると判断した場合は、続いて加速度データＡ（Ｉ）の振幅が極大か、極小かを判定する（ステップＳ６）。ここで、加速度データＡ（Ｉ）の振幅が極小であると判断した場合には極小のときの振幅をＰｍｉｎ（Ｉ）、時刻をＴｍｉｎ（Ｉ）とし（ステップＳ７）、その一方、極大であると判断した場合には極大のときの振幅をＰｍａｘ（Ｉ）、時刻をＴｍａｘ（Ｉ）とし（ステップＳ８）、極大、極小のデータが揃うか、揃っている場合にはいずれか一方が更新されるかを判断する（ステップＳ９）。ここで、極大、極小のデータが揃っていない、或いは一方が更新されていないと判断した場合には、変数Ｉをインクリメント（Ｉ＝Ｉ＋１）した後（ステップＳ１０）、ステップＳ５に進み上記処理を行なう。一方、極大、極小のデータが揃ったか、或いは一方が更新されたと判断した場合には、これらの値に基いて、周期Ｔｍａｘ（Ｉ）−Ｔｍｉｎ（Ｉ）、振幅差Ｐｍａｘ（Ｉ）−Ｐｍｉｎ（Ｉ）を算出する（ステップＳ１１）。
【００３８】
続いて、行動判定部２４ｃは、加速度データ周期と加速度データ振幅が先に図９に示した加速度データ周期−加速度データ振幅のグラフの中の領域Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓのいずれに入るかを判定し、その判定結果より被検体の行動状態を判定する（ステップＳ１２乃至Ｓ１９）。より詳細に説明すると、行動状態判定部２４ｃは、変換後のデータが領域Ｐに含まれる場合には“静かに立つ”状態にあるものと判定し（ステップＳ１２，１３）、領域Ｑに含まれる場合には“歩く”状態にあるものと判定し（ステップＳ１４，１５）、領域Ｒに含まれる場合には“ゆっくり走る”状態にあるものと判定し（ステップＳ１６，１７）、領域Ｓに含まれる場合には“走る”状態にあるものと判定し（ステップＳ１８，１９）、変数Ｉをインクリメントし（Ｉ＝Ｉ＋１）、上記ステップＳ５に戻り、上記動作を繰り返す。
【００３９】
以上詳述したように、本発明の一実施の形態によれば、別手段の使用、累積誤差の増大等の可能性のある初期値情報入手を必要とせず、加速度センサの計測値から直接的且つ高精度で被検体の姿勢を検出することができる。
【００４０】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変更が可能であることは勿論である。例えば、２軸、３軸の加速度センサを採用し、当該２軸、３軸の加速度センサの出力を処理し、行動監視可能なように構成することは可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る行動監視システムの構成図である。
【図２】センサユニット３の構成例を示す図である。
【図３】センサユニット４の構成例を示す図である。
【図４】センサユニット１の構成要素であるセンサ駆動制御部１２とセンサ部１１との詳細な構成を示す図である。
【図５】センサユニット１の構成要素であるセンシング信号送信部１３とセンサ駆動信号受信部１５の詳細な構成を示す図である。
【図６】（ａ）乃至（ｄ）は、この一実施の形態に係る行動監視システムが採用するセンサユニット１を装着した被検体の行動の変化を示す図である。
【図７】“静かに立つ”、“歩く”、“ゆっくり走る”、“走る”の各状態について、時間変化により加速度の時間変化データの振幅がどのように変化するかを示した図である。
【図８】各状態での加速度データ周期と加速度データ振幅の関係を示す図である。
【図９】行動を判定するための領域Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓを定義した図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る行動監視システムによる動作を詳細に説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１，３，４…センサユニット、２…センタ装置、１１…センサ、１２…センサ駆動制御部、１３…センシング信号送信部、１４…アンテナ部、１５…センサ駆動信号受信部、１６…バッテリ、２１…アンテナ部、２２…信号分配部、２３…受信部、２４…センサデータ収集処理部、２５…センサ制御部、２６…送信部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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