具体实施方式
参照以下附图,说明安否监视装置。但是应理解为本发明不限于附图以及以下记载的实施方式。
图1是本发明的包含安否监视装置20的安否监视系统1的概略结构框图。
安否监视系统1构成为包含:安否监视装置20、无线接收部70、LAN、互联网等网络80、安否服务器90、报知终端110以及通信终端120等。
安否监视装置20构成为包含:对被检者10照射微波M且接收反射波的微波多普勒传感器30、处理来自微波多普勒传感器30的信号的信号处理部40、根据来自信号处理部40的输出进行体动数探测及呼吸数探测的检测部50、用于发送与检测部50检测的体动数及呼吸数有关的数据的无线发送部60、存储检测部50检测到的体动数及呼吸数的第1存储部21、计时部22以及电池(未图示)等。
此外,安否监视装置20构成为例如作为安装于屋顶附近的盒子形状的小型部件,基于内置的电池而工作,如后所述利用无线LAN就能进行通信,所以没必要接线,很容易设置。
计时部22利用晶振分频所生成的预定的频率的时钟信号,生成用于向信号处理部40输出的第1计时信号T1(10m秒周期的脉冲信号)、用于向检测部50输出的第2计时信号T2(30m秒周期的脉冲信号)及用于向无线发送部60的第3计时信号T3(3分周期的脉冲信号)。另外,第1计时信号T1、第2计时信号T2及第3计时信号T3的值是一例,也能够使用其它值。
微波多普勒传感器30构成为包含:将微波M向被检者10发信的微波发信器31、接收来自被检者10的反射波的微波接收器32、根据发送的微波及接收的微波而输出微波多普勒频移信号Ma的微波解调器33、及使用频率切换部34。
微波接收器32由于背板而具有±60°的锥角的探测指向性。使用频率切换部34根据来自无线信息取得部61的频率CN信息进行控制,将从微波发信器31发信的微波的频率在2.403GHz(第1频率)和2.475GHz(第2频率)之间进行切换。微波接收器32内置有与上述的两个对应的两个发信子,使用频率切换部34通过选择要利用的发信子来切换频率。
信息处理部40构成为包含:带限电路41、A/D变换电路42以及数字滤波器43。
带限电路41构成为包含用于去除从微波解调器33输出的微波多普勒频移信号Ma内不必要的频带成分的带通滤波器,并输出微波带域限制信号Ms。A/D变换电路42利用来自计时部22的第1计时信号T1(10m秒周期的脉冲信号)进行采样,将微波带域限制信号Ms变换为数字信号即微波数字数据Md并输出。
数字滤波器43具有以下功能:从无线信息取得部61取得转送速率的信息并去除以该频率为中心的预定频带的信号。由于与无线发送部60进行无线发送时的转送速率相当的频率上多伴随有噪声,所以数字滤波器43具有将这样的噪声从微波数字数据Md中去除的功能。另外,在转送速率引起的噪声小的情况下,不需要数字滤波器43。
检测部50具有:用于根据微波数字数据Md检测体动数的体动数检测部51、以及用于根据微波数字数据Md检测呼吸数的呼吸数检测部52。
体动数检测部51构成为包含:将微波数字数据Md进行时间微分而生成微波时间变化率数据Dd的时间微分电路511、比较微波时间变化率数据Dd与预定的阈值而输出有效体动信号Cd的阈值比较电路512、利用有效体动信号Cd及来自计时部22的第2计时信号T2(30秒周期的脉冲信号)而计数与被检者10在单位时间(30秒)内体动的次数对应的体动数Td并输出的体动计数电路513。关于详细体动数Td的检测方法在后文叙述。
呼吸数检测部52构成为包含:对于微波数字数据Md进行FFT处理并输出频率分布数据Fs的FFT电路521、根据频率分布数据Fs检测基本波数据Rf的基本波检测电路522、根据检测到的基本波数据Rf检测每1分钟内的呼吸数Rr的呼吸计数电路523。关于呼吸数Rr的检测方法在后文叙述。
无线发送部60将第1存储部21中存储的体动数Td及呼吸数Rr作为无线信号数据而向无线接收部70发送。此外,无线发送部60具有无线信息取得部61。无线信息取得部61取得发送接收中使用的频率CH及转送速率的信息,将取得的频率CH及转送速率的信息向微波多普勒传感器30及信号处理部40转送。
无线发送部60及无线接收部70构成基于IEEE802.11b/g的、利用2.4GHz附近的电波频带的无线LAN系统。无线接收部70包含对网络80的网络接口71等,作为与对于无线发送部60的无线中继器相当的接入点而实现功能。无线接收部70将与从无线发送部60接收到的体动数Td及呼吸数Rf有关的数据,利用网络接口71经由网络80向安否服务器90发送。
安否服务器90构成为包含:经由网络80接收与体动数Td及呼吸数Rr有关的数据的数据发送接收部91、根据与体动数Td及呼吸数Rr有关的数据进行安否判定的安否判定部92、以及报知安否判定的结果的报知部100等。另外,在安否监视系统1中,一个安否服务器90也可以与多个安否监视装置20进行通信。
安否判定部92根据与从安否监视装置20接收的体动数Td及呼吸数Rr的数据,生成安否模式As并输出。关于安否模式As在后文详述。
报知部100构成为包含:存储安否判定部92输出的安否模式As的第2存储部101、根据第2存储部101中存储的安否模式As进行是否通报的判断的通报判断部102、以及在通报判断部102判断为进行通报的情况下对于报知终端110进行通报的通信部103等。
图2是示出安否监视系统1中的整体处理流程的一例的图。
图2所示的处理流程示出由未图示的开关启动安否监视装置20后的处理流程。首先,停止来自微波多普勒传感器30的微波M的照射(S10)。
接下来,无线发送部60搜索具有预先确定的SSID的无线接收部70(接入点)(S11)。SSID能够根据从无线接收部70输出的指向标而取得。另外,在安否监视装置20侧,到收取到指向标信息为止,在无线接收部70(接入点)侧使用的频率CH不明。
接下来,无线信息取得部61根据从具有预先确定的SSID的无线接收部70输出的指向标来取得发送接收中使用的频率CH信息及转送速率信息(S12)。此外,以通过取得的频率CH信息及转送速率信息进行无线通信的方式进行无线发送部60的设定。进而,无线信息取得部61将取得的频率CH信息及转送速率信息向微波多普勒传感器30及信号处理部40转送。
接下来,使用频率切换部34根据从无线信息取得部61转送的频率CH信息选择要使用的微波M的频率,以使不与无线发送部60使用的无线LAN用的电波发生相干(S13)。关于要使用的微波M的频率的选择在后文详述。
接下来,数字滤波器43根据从无线信息取得部61转送的转送速率设定用于噪声去除的频带(S14)。信号处理部40根据设定的数字滤波器,进行设定以从微波数字数据Md中去除噪声。
接下来,微波多普勒传感器30开始基于所选择的频率的微波M的照射(S15),利用照射的微波M及接收的反射波而生成微波多普勒频移信号Ma,并向信号处理部40。
接下来,体动探测部51根据从信号处理部40输出的微波数字数据Md检测体动数Td(S16),呼吸数探测部52根据从信号处理部40输出的微波数字数据Md检测呼吸数Rr(S17)。另外,体动数Td和呼吸数Rr的检测顺序可以是相反的,也可以并行地求出。体动数检测部51进行的体动数Td的检测使用图6在后文详述。此外,呼吸数检测部52进行的呼吸数Rr的检测使用图7在后文详述。
接下来,将体动数检测部51检测到的体动数Td及呼吸数检测部52检测到的呼吸数Rr存储于第1存储部21(S18)。
接下来,无线发送部60按照每一定间隔(每3分)整合存储于第1存储部21中存储的每一定间隔的体动数Td及呼吸数Rr,向无线接收部70而作为无线信号数据来发送(S19),结束安否监视装置20的一连串动作。如后文所述地,按每30秒检测体动数Td,按每1分检测呼吸数Rr。但是,在无线发送部60中,利用来自计时部22的第3计时信号T3(3分周期的脉冲信号)而进行控制,以整合第1存储部21中存储的按每一定间隔(每3分)的体动数Td及呼吸数Rr,一次地向安否服务器40发送。
此外,在安否监视装置20中,进行控制,以重复执行S10~S19,按每一定间隔(每3分)向安否服务器40发送一定间隔量的体动数Td及呼吸数Rr。即,关于在安否监视装置20和无线接收部70之间所利用的电波的频道也适宜确认,根据需要进行再设定以使相干不发生。这是因为有时在无线接收部70(接入点)侧根据周围的状况改变所使用的频道。
接下来,安否服务器90经由网络80从安否监视装置20接收体动数Td及呼吸数Rr(S20)。
接下来,安否判定部92根据接收的体动数Td及呼吸数Rr生成安否模式数据As并输出(S21)。
接下来,通报判定部102根据安否模式数据As进行是否需要通报的判断(S22)。在判断为需要通报的情况下,由通信部103向报知终端110进行通报(S23),安否服务器90中的一连串处理结束。另外,在通报判断部102判断为进行通报的情况下,数据发送接收部91也可以利用电子邮件等经由网络80对通信终端120进行通报。在安否服务器90中,在从安否监视装置20接收到体动数Td及呼吸数Rr的定时,重复执行S20~S23。
图3是用于说明单元住宅中的电波相干的图。
图3的例子中,在单元住宅2的住宅1设置图1所示的安否监视装置20及无线接收部70,在住宅4设置与图1所示的安否监视装置20相同的其它安否监视装置20’及其它无线接收部70’。
在来自安否监视装置20的微波M及安否监视装置20的无线发送部60之间的无线LAN中所用的电波O能够到达无线接收部70,在基于微波M和无线LAN的电波O位于相同频带的情况下,有可能发生电波相干。
与在微波多普勒传感器30中利用的微波M及在无线发送部60中利用的电波O一起,空中线电路具有10mW/MHz左右的输出。即,在情况乐观的状况下是能得到10m左右通信距离的输出。在安否监视装置20中,微波多普勒传感器30及无线发送部60接近数十cm左右,所以产生电波相干的可能性很高。
此外,构成其它无线LAN系统的其它安否监视装置20’和无线接收部70’中所用的电波O’有可能到达无线接收部70,也可能产生电波O和电波O’间的电波相干。
图4是示出2.4GHz带中的频道分布等图。
在2.4GHz带中,基于IEEE802.11b/g的无线LAN中能够使用的CH是CH1~CH13的13的频道,各CH的中心频率以5MHz间隔进行设定。例如,CH1的中心频率是2.412GHz,CH13的中心频率是2.472GHz。此外,一个频道中利用的频带是22MHz。因此,在三个不同的频道中能够不产生电波相干地进行利用。例如,如图4所示,能够使CH1、CH6及CH11这三个不进行相干地同时利用于通信。
因此,图3的住宅1的无线接收部70中的、电波O与电波O’间的相干,通过改变各自利用的频道而能够防止。例如,在安否监视装置20和无线接收部70之间利用的电波O利用CH1的频率,在安否监视装置20’和无线接收部70’之间利用的电波O’利用CH11的频率。
基于上述的理由,为了防止电波相干,在安否监视装置20和无线接收部70之间利用的电波O的频道在CH1~CH13之间能够改变。所以,以使电波O和微波M不相干的方式,使从微波发信器31发信的微波的频率能在2.403GHz(第1频率)和2.475GHz(第2频率)之间进行切换。具体而言,在安否监视装置20与无线接收部70之间利用的电波O的频道为CH7~CH13的情况下,利用2.403GHz(第1频率),在频道为CH1~CH6的情况下,利用2.475GHz(第2频率)。如前所述,使用频率切换部34根据来自无线信息取得部61的频率CN信息选择微波M的使用频率(参照图2的S13)。
图5是示出微波多普勒频移信号Ma的一例的图。
微波M很容易串过墙壁、屋顶等,但在被检者10处发生反射。此外,由被检者10反射的微波M中产生与被检者的体动和伴随呼吸的肌肉(呼吸肌)的动作对应的多普勒频移,所以能够使用微波多普勒频移信号Ma来检测被检体10的体动数和呼吸数。呼吸肌是指进行呼吸时进行胸廓的扩大、缩小的肌肉的总称,例如包含:横膈膜、内肋间肌、外肋间肌、胸锁乳突肌、前斜角肌、中斜角肌、后斜角肌、腹直肌、内腹斜肌、外腹斜肌、腹横肌等。
图5(a)示出了微波多普勒传感器30与被检者的距离为2m的情况(近距离),图5(b)示出了微波多普勒传感器30与被检者10的距离为5m的情况(远距离)。与图5(a)相比,图5(b)中的振幅强度变低,但波形变化的倾向没有不同。
图5所示的区间A~E示出被检者10的呼吸的状态。区间A示出了被检者10进行安静呼吸的状态。因此,在区间A中观测了低周期的微波多普勒频移信号Ma。区间B示出被检体10进行快呼吸的状态。因此,在区间B中对区间A的信号观测快周期的微波多普勒频移信号Ma。区间C示出被检体10停止呼吸的状态。因此,在区间C中观测了平坦的微波多普勒频移信号Ma。区间D示出被检者10从停止呼吸的状态再次开始呼吸之后回到安静呼吸的状态。因此,在区间D中,与区间A相同地,观测量低周期的微波多普勒频移信号Ma。区间E示出呼吸中加入了体动的状态。因此,在区间E中,观测了向低周期成分加入随机成分的微波多普勒频移信号Ma。
在图5所示的例子中,示意性地示出了从安静呼吸的状态到呼吸变快、呼吸暂时停止,然后呼吸再次开始,身体活动的情况。这样,能够使用微波多普勒频移信号Ma检测体动数及呼吸数,而进行被检者10的安否监视。
图6是用于说明体动数检测部51的动作的图。
图6(a)示出了向时间微分电路511输入的微波数字数据Md的一例、和向阈值比较电路512输入的微波时间变化率数据Dd的一例。此外,图6(b)示出从阈值比较电路512输出的有效体动信号Cd的一例。
如图6(a)所示地,在时间微分电路511中以采样间隔10msec对微波数字数据Md进行微分,则出现信号的变化率。因此,以时间对微波数字数据Md进行微分的微波时间变化率数据Dd,是以0(零)为中心来增减一定振幅范围的波形。
阈值比较电路512中,设定图6(a)所示的“﹢阈值”及“﹣阈值”,并设定为在微波时间变化率数据Dd超过“﹢阈值”及“﹣阈值”中的某个的情况下,输出有效体动信号Cd。“﹢阈值”及“﹣阈值”的值,根据实验结果而预先确定,如果发生了阈值以上的变化率那样的移动,则判断为有体动。
接下来,体动计数电路513根据图6(b)所示的有效体动信号Cd和来自计时部22的第2计时信号T2(30秒周期的脉冲信号)来计数每单位时间(每30秒)的体动数,作为体动数Td而输出(参照图2的S16)。
图7是用于说明呼吸数检测部52的动作的图。
图7(a)示出在被检者10没有体动的情况下的、微波数字数据Md1和用FFT电路512处理微波数字数据Md1而得到的频率分布数据Fs1。此外,图7(b)示出在被检者10有体动的情况下的、微波数字数据Md2和用FFT电路512处理微波数字数据Md2而得到的频率分布数据Fs2。进而,图7(c)是示出从基本波检测电路522输出的基本波数据Rf的一例的图。
呼吸波形如果不是单纯的正弦波,而是含有个人固有的高频波,进而含有体动,则每个波形的检测变得更困难。因此,在呼吸数检测部52中,采用了按每一定期间收集实波形而进行FFT处理,分解为每个频率的傅里叶频谱而检测呼吸数的方式。
基本波检测电路522选择频率分布数据Fs中的、与呼吸有关的预定的范围的频率分布,从其中将包含强度最高(峰值)的频率P的频率分布作为基本波数据Rf。在图7(a)中,将频率分布数据Fs1中作为区间R而示出的频率分布作为基本波数据Rf。确定该区间的两个频率中,R1是0.2Hz,R1是0.5Hz。另外,R1及R2不限定于上述的值,而是能够使用适宜优选的值。另外,在图7(a)的情况下,由于不存在后述的区间T中的频率成分,所以将频率分布数据Fs1直接不变地作为基本波数据Rf,而向呼吸计数电路523输出。
生物体反应具有正态分布性,所以如果能从区间R中的频率R1侧顺序读出成分,并选择最高峰值的频率P,则能以高概率预测出其是呼吸的基本波。因此,如果不是将单个最高峰值的频率作为频率P,而是满足将处于连续两次上升倾向且为了与噪声区别而在预定的阈值以上这样的条件的,作为频率P,则能以更高的精度选择基本波数据Rf。
此外,在基本波检测电路522中,如图7(b)所示地,将算出的频率分布数据Fs2中、去除了区间T中的频率分布的数据(图7(c)所示的数据)作为基本波数据Rf而向呼吸计数电路523输出。图7(b)所示的区间T的去除,是因为该区间的频率成分是与体动有关的成分。确定区间T的R3是0.5Hz,R4是5.0Hz。R3及R4是根据实验结果导出的,但不限定于上述的值,而能够使用适宜优选的值。
通常,与体动有关的频率分布比与呼吸有关的频率分布大。因此,R3有必要比R2大。此外,由于体动没有明确的周期性,所以FFT处理后的频率分布数据Fs中,体动不作为明确的频率成分而表现。因此,在基本波检测电路522中,通过作为区间T而规定体动的频率范围,而从呼吸成分中去除体动成分。
呼吸计数电路523,通过将基本波检测电路522检测的基本波数据Rf的峰值频率P设为60倍,而算出单位时间(1分钟内)的呼吸数Rr(参照图2的S17)。例如,峰值频率P是1Hz,每1分钟内的呼吸数Rr成为60次。
图8是用于说明在安否判定部92中生成的安否模式As等的图。
图8(a)是示出在安否判定部92中生成的安否模式As的一例的图。图8(b)是示出报知部100根据图8(a)所示的安否模式As进行通报的目标的图。
每次判定安否模式As时,体动数Td的判断基准的一例如以下所示。
体动数Td<=10时: “无体动”
500=>体动数Td>10时: “有体动”
体动数>500时: “体动异常”
同样地,呼吸数Rr的判断基准的一例如以下所示。
30=>呼吸数Rr>0: “有呼吸”
呼吸数Rr>30: “呼吸异常”
呼吸数=0: “未检测到呼吸”
以下,示出安否模式As所包含的安否模式“A”~“E”。上述的体动数Td的判断基准、呼吸数Rr的判断基准以及安否模式“A”~“E”的符合基准,包含次数和预定时间的设定,都是一例,不是限于它们。
安否模式“A”:符合白天(AM6~PM9)、“体动异常”连续在10分钟以上的情况。另外,符合就寝时间带(PM9~AM6)、“体动异常”连续在5分钟以上的情况。安否模式“A”是高龄者等、通常将在室内持续一定时间的激烈运动判断为异常的模式。
安否模式“B”:符合白天(AM6~PM9)、“呼吸异常”连续在10分钟以上的情况。另外,符合就寝时间带(PM9~AM6)、“呼吸异常”连续在3分钟以上的情况。安否模式“B”是高龄者等、通常将在室内持续一定时间的较快呼吸判断为异常的模式。
安否模式“C”:符合白天(AM6~PM9)、“有体动”连续在60分钟以上的情况。另外,符合就寝时间带(PM9~AM6)、有“体动”连续在10分钟以上的情况。安否模式“C”是高龄者等、通常将在室内一定时间的体动持续判断为异常的模式。
安否模式“D”:符合白天(AM6~PM9)、从“无体动”且“有呼吸”或“呼吸异常”连续在5分钟以上的状态,到“无体动”且“未检测到呼吸”连续在5分钟以上的情况。另外,符合就寝时间带(PM9~AM6)、从“无体动”且“有呼吸”或“呼吸异常”连续在3分钟以上的状态,到“无体动”且“未检测到呼吸”连续在3分钟以上的情况。安否模式“D”是不与被检者10向室外移动的情况混同,判断被检者10的异常(突然的呼吸停止)的模式。上述的判断,是基于在被检者10向室外移动而变为“未检测到呼吸”的情况下,一定应该探测到“有体动”或“体动异常”这样的认识。
安否模式“E”:符合白天(AM6~PM9)、“有体动”或“体动异常”之后,从两分钟以内,连续60分钟地,变为“无体动”以及“未检测到呼吸”的情况。另外,符合就寝时间带(PM9~AM6)、“有体动”或“体动异常”之后,从两分钟以内,连续20分钟地,变为“无体动”以及“未检测到呼吸”的情况。安否模式“E”是被检者10移动到室外之后,在预定时间以内未返回室内的情况下判断为异常的模式。
报知部100的通报判断部102,如图8(a)所示,对各安否模式“A”~“E”设定安否得分,根据图8(b)所示的得分的累计,设定安否级别,进行报知动作以使管理者进行与各安否级别(低~高)相应的应对。
在安否级别为“低”的情况下,例如,如图9所示地,在报知终端110的画面上显示预定的消息,促进被检者10自身进行确认。在安否级别为“中”的情况下,例如,向管理者所持的通信终端120发送电子邮件,用电话直接催促被检者10进行会话确认。在安否级别为“高”的情况下,向管理者所持的通信终端120发送电子邮件,例如直接访问被检者而促进进行确认。
图9是示出报知终端110的一例的外观图。
报知终端110构成为:具有显示部111、扬声器112、操作开关113及114,能够接受来自安否服务器90的通报,报知通报内容。
例如,在图8(b)中,在安否服务器90的通报判断部102判断为安否级别为“低”的情况下,报知终端110接受来自通信部103的通报,能够进行控制以使在显示部111上进行图9所示的显示。
进而,对于“是否有异常?”的疑问,在被检者10在预定时间以内未操作操作开关113或114的情况下,也能够向安否监视系统1的管理者具有的通信终端120发送预定的电子邮件,促使管理者注意。
以上所述的包含安否监视装置20的安否监视系统1,不使属于相同频带的无线LAN和微波发生相干就能进行利用,所以也不用选择包含微波多普勒传感器30的安否监视装置20的设置场所,能够使安否监视的自由度增加。
此外,在上述的说明中,以利用2.4GHz的通信带域的例子进行了记载,但通信带域不限定于此,也能够在其它通信带域应用本发明。重点在于:存在于相同通信频带的无线LAN用的电波、和用于检测被检者的体动和/或呼吸数的微波不发生相干这一点。
此外,在上述的安否监视系统1中,安否监视装置20检测作为安否信息的体动数及呼吸数而向安否服务器90发送,在安否服务器90侧判断怎样进行通报。但是,在安否监视装置20侧,判断是怎样通信,可以仅将指示通报的信息向安否服务器90发送,也可以直接向报知终端110或通信终端120通报。进而,在安否监视装置20中,也可以不进行体动数及呼吸数的检测,而作为安否信息仅将微波多普勒频移信号Ma向安否服务器90发送,在安否服务器90侧检测体动数及呼吸数的基础之上,判断怎样进行通报。