第一工業大学研究報告第33号（2021）pp.93-96

非拘束生体センサを用いた高齢者見守りシステム構想の検討
上野
第一工業大学 東京上野キャンパス

仁〒 1 10 -00 05 東 京 都 台 東 区 上 野 ７ － ７ － ４h.ueno@ueno. daiich i -k oudai. ac. jp

A Study of the Elderly Watching System
Concept Using an Unrestrained Biosensor
Hitoshi Ueno
Tok y o-Ue no C ampus, D ai ic hi Insti tut e of Tec h no lo gy, 7 - 7- 4, Ue no, Tai to -k u, Tok yo, 11 0- 00 05

h.ueno@ueno. daiich i -k oudai. ac. jp
Abstrac t: We are r esearch ing an IoT sy stem th at w atches ov er elder ly people living
alon e, an d it u ses a PVD F (Poly Viny lidene DiFlu or ide) piezoelec tr ic sen sor. In this paper,
we report on th e issues an d r esearch statu s in th e ov erv iew of the w atch ing sy stem. InJapan, th e lonely death of the elderly h as bec ome a soc ial pr oblem, so ther e areinfor mation sy stem pro duc ts th at w atch ov er the elder ly, bu t ther e is n o mon itorin g
sy stem th at is un restr ained and c an ac qu ir e biolog ic al sign als. We propose a mon itor ing
sy stem th at c an ac qu ire the biolog ic al signal of the subjec t even th ough it is an"unr estrain ed" sen sor th at does n ot requ ir e the sen sor to be attac hed to th e body of th esu bjec t' s elder ly. Sinc e it does not mak e th e elder ly feel th e h assle and trou ble of w ear ing
the sen sor at all times, it is possible to con stan tly c ollec t biolog ic al sign als in situ ations
where th e per son is n ot aware of it. Th e issu es to r ealize these are described.
Keywor ds: P iezoelectric
Unrestr ained.
1.

Sen sor s,

P VD F,

はじめに
近年，コンピュータの小型化，インターネット機器

Watch ing

Sy stem,

Elder ly

People,以上のような社会情勢から一人暮らしの高齢者を見守る情報システムの必要性が広く認識されており，の普及に伴いＩｏＴ技術が大きく発展してきている． 既に多くの見守り製品が実現されている．技術的に我 々 の 研 究 室 で は Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ （ PolyVinylidene

は大きく分けて環境監視センサ型，拘束センサ型，画DiFluoride）圧電センサを用いたＩｏＴシステムと像型があるが，非拘束でかつ生体信号で健康状態まして一人暮らしの高齢者を見守るシステムの研究をで判定可能なセンサ技術はあまりない．[3][4]

継続している[1]が，本論文では見守りシステムの全体像における課題と研究状況について報告する．

本研究で目標とする高齢者見守りシステムでは対象の高齢者の体にセンサを取り付ける必要がない

日本では６５才以上の高齢者が占める人口割合は「非拘束」センサであるにも関わらず常時対象者の２８％に達しており[2]一人暮らし，または二人暮ら生体信号を取得することを可能とする．高齢者に対しの高齢者が多い．このような高齢者が体調異常をして常にセンサを装着する煩わしさや面倒さを感じきたした場合，自分自身では緊急連絡先に連絡がでさせないので，本人が意識しない状況で常時生体信きない場合があり，それは孤独死となる可能性があ号を採取することができるのである．

る．現実に，高齢者とは限らないが東京２３区内だけ

2.

でも孤独死となって発見される事例は年間 3000 件近くに上る．

高齢者見守りシステムの全体構成
本研究における高齢者見守りシステムの構成を示す（図１）．見守り対象となる高齢者宅のフロアやベ第一工業大学研究報告 第33号 （2021）

図１ 高齢者見守りステムの全体構成

ッド，椅子などにＰＶＤＦ圧電センサ（サイズ 30cm者に通報する．

×30cm）を予め配置しておく．センサは高感度なので3.

カーペットの下やマットレスの下など目立たない場所に配置することができる．

見守りシステムの研究課題
本研究で提案する見守りシステムを実現するためには多くの課題を解決しなければならないが，それセンサは数 100 枚単位で配置されることになるが， らを三階層に分類して検討する（図２）．まず物理的各センサの信号線は１台の宅内制御装置に接続するな課題としてセンサや制御装置など設備層に関する必要がある．多数のセンサのうち，見守り対象者がいものがある．つぎにセンサから得られた信号を計算る場所のセンサ信号を取得してインターネットを介する方法に関して信号処理ソフト層に関するものがして集中監視センタに送信する必要があるからであある．さらには見守りビジネスとして成立させるた

る．

めのサービスモデルの構築に関する課題がある．

本研究ではセンサ信号のサンプリング周波数 100Hz でデータを収集しているが，これをそのままインそれぞれの層における具体的な課題と検討状況を表１に示す．

ターネットに送出することはトラフィックの観点か設備については圧電センサの配置方式，センサ信ら非現実的である．したがって宅内制御装置は心拍号線の集線方式，圧電センサのコスト低減が課題で数と呼吸数またはその他の情報に要約した値を生成ある．ＰＶＤＦ圧電センサは比較的高価であり高齢し集中監視センタに送信しなければならないので要者宅の床全面に敷き詰めるのは現在のところコスト約値を算出する機能を持つ必要がある．

的に現実的でない．床材やカーペット類と同等のコ

集中監視センタは数 100 から数 1000 といった多数ストにするためには現在の価格の 100 分の 1 で購入の高齢者宅からデータを受信し，個人ごとの測定デできるようにする必要がある．しかし，圧電センサのータを蓄積する．得られた測定データに以前から蓄構造は比較的単純なので一般の住宅で広く使われる積されているデータの特徴と異なる特徴が現れたらようになり大量生産されるようになればこの低価格異常が起きている可能性があるので詳細に分析する． 化は実現可能なレベルであると考える．
異常を検出した場合，その情報は通報制御装置に一定のレベルで低コスト化が実現できたとしても，送られ，そこから親戚や地域ケア組織などの見守り
３．見守りサービス層（監視サービス内容，価格など）

２．信号処理ソフト層（生体信号抽出，個人識別など）

１．設備層（センサ，制御装置など）

図２ 見守りシステム研究課題の階層(a) 整列配置(b) 市松模様配置

図３ 圧電センサ配置方式

上野：非拘束生体センサを用いた高齢者見守りシステム構想の検討

表１ 見守りシステム研究課題の検討状況
層１
設備研究課題
圧電センサ配置概要

着手状況

人間がどんな倒れ方をしても生体信号が採れ，かつセンサの敷き詰め枚数 数方式研究中が少なくなるセンサ配置方法の研究．
多数のセンサを宅内制御装置に接続する方法の研究．人間が載っているセンサの信号だけを制御装置が取得する．

センサ信号線集線

未着手

圧電センサコスト改善 PVDF圧電センサは高コスト．本研究の製品化にはコストを１００分の１にす 未着手

る必要がある．住宅床材として使用することによる大量生産でコストダウンを目指す．
PVDF圧電センサで得られる人体の振動信号から心拍数・呼吸数を計算す ほぼ完成．ノイズ対る信号処理方法の研究．
策など要．

心拍数・呼吸数検出２
個人識別信号処理
ソフト
血圧脈波検出

人体の振動信号は人によって異なる特徴を持つことが分かってきた．精度の良い特徴抽出信号処理方式を研究．

研究中．精度向上が課題．

人体の振動信号は動脈の振動由来なので元となる血圧脈波を計算できる 着手し初期解析中．
可能性がある．血圧脈波を正確に再現することにより心血管系の疾患の可能性が指摘可能となる．
宅内制御装置と監視 100Hzサンプリングで得た信号をすべて監視センタに送信することは監視セ 未着手
ンタにおける信号処理計算能力の観点から不可能．
センタの処理分担
毎分の心拍数，呼吸数などの形で集約する必要があるが適切な集約方法の検討が必要．
監視センタにおける異 監視対象ごとに健康異常を検出する方式の研究．常時多人数の監視を行 未着手
３う効率的な異常検出方法の研究．
サービス 常検出
監視センタからケア担 報告対象が地域のケア担当者か，見守り対象者の親族等であるのか，あ 未着手
るいは遠隔地の在住者かなどに依存して，異常報告のタイミング，異常時当への異常通報の推奨対応内容，異常検出の基準などが異なる可能性があり検討が必要である．

信号線集線の問題もあるのでできるだけセンサ枚数して考えられる接続方式を図４に示す．もっとも単は少ない方が良い．そこで，圧電センサの配置方式に純な全接続方式(a)は配線量が多すぎるので実現性工夫が必要になる．例えば，図３において 30cm 四方が低く，無線接続方式(b)は全シートにバッテリーをの圧電センサを密着させた形で整列配置する場合搭載する必要があり，これも実現性が低い．多数のセ(a)と市松模様状に配置する場合(b)を比較すると，ンサがあっても，有効な信号は監視対象者がその上一定の面積を覆うためのセンサ枚数は後者の方が半に載っているセンサの信号のみであることを利用し分で済むことになり効率が良い．しかし，さらに隙間て，マトリックス接続方式(c)のような接続が考えらを空けるように配置すると見守り対象の高齢者が倒れる．一時には１枚のセンサ信号しか取得できないれた場合に，大きな隙間に入ってしまって生体信号が１枚ずつ順にスキャンし，有効な信号が発生してを取得できなくなる可能性がある．すなわち，人間がいるセンサシートからだけ信号を受信する方式であ

倒れたときに体のどこかが必ずセンサの上に載るとる．

いう条件を満たす形で，できるだけセンサ間の隙間面積を大きくする配置方式を考える必要がある．

圧電センサの信号から心拍数と呼吸数を計算する
方法は静かな環境にいる場合には実用性が確保可能

センサ信号集線方式はつぎに大きな課題である．

なレベルになっているが[5]，監視対象者がいろいろ１台の宅内制御ボックスに数 100 枚のセンサシートな姿勢で倒れた場合の信号や環境にノイズ振動が多から信号を取得可能にしなければならない．概念とい場合に関してさらに研究が必要である．
センサ信号から個人を識別する方法とは，生体か

有線

有線
無線

ら得られた振動信号をフーリエ変換し周波数スペク
トルの形状の特徴から個人を特定する手法である．
これについては一定の識別成果を得たが[6]実用的(a) 全接続(b) 無線接続(c) マトリックス接続

図４ 信号線集線方式

なレベルではないので今後も継続して研究する．これが可能になると，一人暮らしの高齢者だけでなく，

第一工業大学研究報告 第33号 （2021）

家族数人で暮らしている家庭の健康状況を一人ずつ参考文献個別に監視することが可能になる．

1)

血圧脈波検出の課題とは圧電センサで得た振動信り支援システムの提案と部分試作 ," 信学技報,MICT2015-39

号からリアルタイム血圧脈波の形状を推定する計算方法を見つけることである．センサから得た振動信上野仁,鐘ヶ江正巳 ,"ウェアフリーセンサによる高齢者見守(2016)
2)

内閣府，”令和２年版高齢社会白書（全体版） ,”号は動脈血管の振動から来ているが，センサはそのhttps://www8.cao.go.jp/kourei/whitepaper/w -振動信号を微分した形で検出している．したがって

2020/html/zenbun/index.html (2021)

センサ信号を積分してやれば血管の振動と相似形の3)信号形状が得られるはずである．血圧脈波を正確に検出することができれば心血管系の病気の予兆を見

ティー・エス (2017)4)つけられる可能性がある[7]ので，見守りシステムの拡張機能として有効である．
4.

板生清監修，”クラウド時代のヘルスケアモニタリングシス
テム構築と応用 ,”(株)シーエムシー出版 (2012)

5)

おわりに

Hitoshi Ueno, "An Analysis for Characteristics of Biosignal Abstracted from Piezoelectric Sensor," Proceedings

報告者が研究中のＰＶＤＦ圧電センサを用いた高of IEEE TENCON 2018 (Jeju, Korea, 28-31 Oct. 2018)

齢者見守りシステムの概要と研究課題について整理した．本研究は非拘束であるにも関わらず生体信号

板生清，他 36 名，”ひと見守りテクノロジー ,”(株)エヌ・pp.436-440
6)Hitoshi Ueno, "A Piezoelectric Sensor Signal Analysisを取得でき監視対象者にまったく負担を与えない点

Method for Identifying Persons Groups," Sensors 2019,が大きな特長であり，実現すれば大きく広まる技術

19, 733.

である．しかし，解決すべき諸課題が多いので，関連技術の進展も見つつ，独自の技術を研究していく．

7)

村松準,澤田海彦編 ,"内科学エッセンス２
朝倉書店（ 2006）

循環系／血液 ,"