JP2001198110A - 身体動作センシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実質的に自然な状態での身体の所定の部位の
動作を検出し、それに基づいて健康上、あるいは医療的
に有用で意味のある情報を得る装置を提供すること。 【解決手段】 身体の所定の部位に装着した振動ジャイ
ロや加速度センサを含む運動センシングモジュールによ
って角速度や加速度の計測結果である運動情報信号を得
て指示信号選択手段に送信し、指示信号手段は得られた
運動情報信号に基づいて、あらかじめ定めた複数の信号
情報の一つを選択し出力するように身体動作センシング
装置を構成したこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は身体の所定の部位の
運動状態を検出してその情報の意味を表す信号を出力す
る装置に関する。更に詳しくは、センサ振動体と駆動・
検出回路等をコンパクトに一体化し、身体の特定の動作
を判別してそれに対応する表示信号として出力する機能
を有するモジュール（以下、運動センシングモジュール
と記載する）を身体の所定の部位に装着することによっ
て運動情報を精度良く検出する身体動作センシング装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、身体の運動を精度良く検出する装
置としては表面筋電図測定装置があるが、表面筋電図測
定装置は固定または人が床上を押して運ぶ程度の大きさ
と重量を有し、人の体と多数の電気コードでつなぐ必要
があり非常に大掛かりな装置になってしまう。また、電
気コードでつながずに身体の運動を解析できる装置とし
てはビデオ連動式運動機能解析装置があるが、ビデオカ
メラに写すことができる範囲内の行動についてのみ解析
が可能であるため、極限られた範囲内での運動に制限さ
れてしまう。

【０００３】リハビリテーションの分野においては、例
えば事故等によって切断したを腱を手術によって縫合し
た場合は、手術後腱がつながるまで１〜２ヶ月固定した
まま動かさずにいると、腱の縫合部位が皮膚組織と癒着
してしまい動かなくなってしまうため、縫合部位が切れ
ない程度に動かしている必要がある。しかしながら、運
動の量が数値化されていないため、過去の臨床実験や経
験を元にして、この程度の運動なら大丈夫だろうという
医師の勘だけを頼りに行われているのが現状である。

【０００４】病院内においては、医師または看護婦が入
院患者に異常が起きていないか様子を確かめるには病院
中の患者の見回りをしなければ分からなかった。また、
ベッドから動けない患者等が深夜等看護婦が近くに居な
いときに看護婦へ意思を伝達するためには、ナースコー
ルのボタンを押して看護婦を呼んでから口頭で伝えなけ
ればならない。更に喉頭障害患者においては声を発する
ことができないため、看護婦が近くに来たとしても意思
の伝達が困難なのが現状である。

【０００５】また、急速な高齢化と家族構造の変化等に
より、在宅介護の形態が大きく変革しており、訪問介護
等が増加する中で緊急通報装置の必要性が増している。
従来の緊急通報装置は、緊急時連絡用のスイッチ付加し
た電話機を自宅内に設置したり、携帯用の緊急時連絡用
のスイッチを被介護者が携帯して、緊急時に被介護者が
自分の意思でスイッチを押さなければならない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】表面筋電図測定装置や
ビデオ連動式運動機能解析装置においては、身体の運動
を精度良く検出することは可能だが体と多数の電気コー
ドでつなぐ必要や、カメラの撮影範囲の制限があるた
め、日常と同じ状態で運動することが困難で結局日常の
運動の様子を検出することが難しい。

【０００７】リハビリテーションの分野において、運動
の状態を数値化することができていないことから、医師
から患者に伝えられる運動の限度が曖昧な表現になって
しまうため、患者は本来運動しても良い限度に対しては
っきりとした目安がない状態で運動を行わなければなら
ず、本来動かしても良い限度に対してかなり余裕をみた
状態で運動している。そのため、回復の状態に合わせた
効率の良いリハビリテーションを行うことができず、必
然的に回復に要する期間が長くなってしまっている。

【０００８】病院内において、ナースコールを使用した
患者と看護婦の意思の伝達において通常の患者の場合、
口頭で要求内容を伝えることができるが、喉頭障害患者
の手術後等体の不自由な状態においては、言葉が発せら
れないのはもちろんのこと体を動かすことが難しいた
め、意思の伝達が極めて難しく看護婦側においては本人
の所まで行って確認しない限り状況を把握できない。そ
のため、緊急を要する場合などにおいて対応が遅れる場
合がある。

【０００９】在宅介護等に使用される緊急通報装置にお
いて従来の装置の場合、意識のある状態においては異常
時にある程度対応することは可能だが、例えば睡眠中に
異常が起きた場合等には、自らスイッチを押すことがで
きないといった問題があった。また、緊急時の連絡がな
い限り被介護者の状態が分からないため、普段の行動状
態や生存の有無をモニタリングする手段としては、本人
に電話を掛けて様子を聞くか自宅に訪問等するしかなか
った。

【００１０】本発明の目的は、身体の所定の部位のほと
んど自然な状態での動作を検出し、それに基づいて健康
上、あるいは医療的に意味のある情報を得る装置を提供
することである。また、この装置を応用して患者や被介
護者と医療や介護側とのコミュニケーションを容易にす
ること、あるいは動作によるコミュニケーションの範囲
を拡大することを更なる目的とする。

【００１１】

【課題を解決する為の手段】上記目的を達成するため、
本発明の身体動作センシングモジュールにおいては、下
記の特徴のいずれかを有する。

【００１２】（１）身体の所定の部位に装着されること
によって、該部位の所定の方向の角速度または所定の方
向の直線加速度を含む複数の運動情報を計測し、その計
測結果を複数の運動情報信号として出力する運動センシ
ングモジュールと、前記複数の運動情報信号を入力し、
該運動情報信号に基づいてあらかじめ定めた複数の信号
情報のうち少なくとも１つを選択して出力する指示信号
を選択回路手段とを備えたこと。

【００１３】また本発明の身体動作センシング装置は、
更に下記の特徴のいずれかを更に備えることがある。 （２）前記指示信号選択回路手段は、前記身体部位、運
動情報の種類、設定した強度レベル、所定時間内の発生
回数等で前記運動情報信号を分類し、あるいは既に記憶
されているデータとの比較、あるいは相互に組み合わせ
を行うこと等の少なくともいずれか１つによって、前記
指示信号の選択を行うこと。

【００１４】（３）前記指示信号はリハビリテーション
の評価情報信号であること。

【００１５】（４）前記指示信号は所定の看護あるいは
介護を要求する信号であること。

【００１６】（５）前記指示信号は所定の音声信号であ
ること。

【００１７】（６）前記運動センシングモジュールある
いは前記指示信号選択回路手段は、前記設定した強度レ
ベルあるいは前記所定時間内の発生回数の閾値を変更で
きる閾値設定手段を備えていること。 （７）前記運動センシングモジュールと前記指示信号選
択回路手段は、近距離の無線通信手段を備えているこ
と。

【００１８】（８）前記運動センシングモジュールは、
運動データの表示手段を備えていること。

【００１９】（９）前記運動センシングモジュールは携
帯電話あるいは携帯腕時計と結合していること。

【００２０】（１０）前記携帯電話に結合された前記運
動センシングモジュールは加速度センサを備え、該加速
度センサが連続した衝撃かあるいは連続した激しい腕振
りに該当する運動を感知すると、運動情報を出力する動
作に代えて、前記携帯電話あるいは前記センシングモジ
ュール自身の動作状態を切り替える信号を発生する機能
を有すること。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
き詳細に説明する。図１は本発明の身体動作センシング
装置の実施の形態の一例の機能ブロック図である。本装
置は身体各部位の動作状態をセンスし、その信号から身
体の動作部位や動作の状況を分類し、その結果を用いて
あらかじめ用意した多数の信号の中から適切なものを選
択してそれを必要な場所に指示したり、その信号によっ
て更に他の装置を動作させたりするものである。身体動
作センシング装置は運動センシングモジュール９と指示
信号選択装置２１および付属の装置より成る。運動セン
シングモジュール９は、レベル設定手段１と運動センサ
３と送信手段と表示手段と図示しない電源電池等を含ん
でおり、運動を妨げない程度に小型軽量で、身体の適切
な部分に装着される。

【００２２】レベル設定手段１は異なる指示信号を選択
する閾値となる動作の回数やその強度の程度を、装置の
使用目的や患者の体調、個人差等に合わせて設定したり
変更することを可能にするスイッチやボリューム等の調
節器付きの回路手段である。また運動センサ３は振動ジ
ャイロや圧電加速度計などを応用し、駆動・検出回路を
伴って、所定の回転軸回りの角速度や所定の方向の直線
的加速度を検出する。なるべく１個のセンサで複数の角
速度、加速度等が測定できることが望ましい。また、表
示手段７は測定結果を表示する。送信手段５は測定結果
を、指示信号選択装置２１へ向けて無線で送信する。
（その場合、複数の運動センサからの計測結果をまとめ
て送信する中継器があっても良い）

【００２３】指示信号選択装置２１は受信手段１３、指
示信号回路手段１５、メモリ１７、他の機能１９を含
む。受信手段１３は運動センシングモジュール９からの
無線信号を受信する。メモリ１７は身体各部の標準的な
運動程度や、担当患者の過去の運動程度のデータを入力
され保持している。また他の機能１９は受信された運動
データから例えば消費カロリーや歩数や歩行距離等を求
められる情報の計算等を行う回路手段である。そして指
示信号選択回路手段１５はそれら受信され、記憶され、
あるいは計算された情報、あるいはそれらを組み合わせ
た情報に基づいて、多数の中から適切な１つまたは複数
の指示信号を、所定のプログラムによって抽出する。

【００２４】この指示信号選択装置２１には、医師の確
認用のモニタ２３や音声出力手段２５の指示信号の出力
手段を備えており、これにより医師や看護人は文字や記
号等の視覚による確認や音声による聴覚での確認など異
なった感覚器官による確認が可能である。例えば看護人
がモニタを見ていない状態でも患者は看護人に対して音
声による呼びかけが可能であるため、看護人は患者の意
思表示を見逃すことが少なくなる。また、患者へのフィ
ードバック手段２７によって運動モジュールの被装着者
は現在の運動（リハビリテーション等）の強度に対する
指示信号選択回路手段１５で判別された結果を確認する
ことができる。

【００２５】またこの指示信号選択装置２１は、通信手
段１１によって介護支援センタ２９と接続されている。
通信手段としては無線やインターネット等を用いる。本
身体動作センシング装置を在宅介護者等に用いて、定期
的に被装着者の日常の動作情報を支援センタ２９に送信
することによって、支援センタ２９では被介護者健康状
態や生存等の情報をモニタなどで確認することができ
る。また、指示信号選択回路手段１５において過大警告
信号や異常注意信号と判断された場合等に通信手段１１
によって介護支援センタ２９に自動的に通報が届くなど
のように設定する。

【００２６】図２は、本発明の実施の形態である運動セ
ンシングモジュールを人体に装着した一例の概略図であ
る。ここでは説明の便宜上、人体４３に対して、前後方
向と平行な方向にＸ軸、左右方向と平行な方向にＹ軸、
上下方向と平行な方向にＺ軸をとったＸＹＺの三次元座
標系を考えることにする。また、Ｘ軸方向に働く加速度
をＧｘ、Ｙ軸方向に働く加速度をＧｙ、Ｚ軸方向に働く
加速度をＧｚ、更にＸ軸回りの回転による角速度をΩ
ｘ、Ｙ軸回りの回転による角速度をΩｙ、Ｚ軸回りの回
転による角速度をΩｚと定義する。

【００２７】表は身体の所定の部位の運動に対する、本
装置における出力信号の割り当てと運動の判別基準をマ
トリクス的に表したものである。この表はあくまでも例
であり、動作の意味および動作の目安となる時間内の回
数や判別結果を切り替える検出強度レベルの閾値の設定
は、自由に変更することが可能である。

【００２８】

【表１】

【００２９】表内の出力信号について、幾つかを例示し
て説明する。第一に、図２の様に本発明の運動センサモ
ジュールを身体の所定の部位に装着した状態において、
頭を縦に１回振った場合は、頭部モジュール３１におい
てΩｙ方向の角速度運動を検出することができる。この
とき得られた運動情報の検出強度レベルが１または２で
あれば表のＯＫの合図に相当するため、指示信号選択回
路手段１５において、この運動は準備完了あるいは医師
のによる事前の指示に対する承諾を意味するＯＫの合図
と判断され、医師用モニタ２３には、文字や記号の表示
を、また音声出力手段２５には音声出力による医師に対
する返答や種々の指示を伝える出力を行う。

【００３０】また、前記動作と同様の頭が縦に１回振ら
れた動作であっても運動強度レベルが３の場合は、異常
注意信号として出力される。これは運動強度レベル３は
指示信号選択回路手段１５によって、あらかじめ通常人
間が自力で動かすことのできない運度強度レベルに設定
しているため、何らかの外力により強制的に頭を振られ
た可能性があるためである。ちなみに、この運動強度レ
ベル３が頭部に対して単位時間内に２回働いた場合は、
人命に関わる可能性も出てくるため、過大警告信号を出
力する様に設定されている。

【００３１】第二に、利き腕を横に２回振った場合、腕
部モジュール３５によってＧｙ方向の直線加速を検出す
ることができる。この動作を、表に当てはめてみると要
求Ｄまたは要求Ｅあるいは異常警告信号のいずれかの場
合がある。運動強度レベル１に相当するように利き腕を
軽く横に２回振ると要求Ｄとなり、運動強度レベル２に
相当するように強く横に２回振ると要求Ｅとなるため、
このときにあらかじめ要求Ｄに水が飲みたい、要求Ｅに
トイレに行きたいという意味を割り当てておけば、被装
着者は水が飲みたいときには利き腕を軽く横に２回、ト
イレに行きたいときは利き腕を強く横に２回振ること
で、意思を伝えることが可能である。

【００３２】次に、運動センシングモジュールを装着し
た所定の部位のセンス情報の組み合わせによって、前記
表の判別方法よりも精度良く運動を計測する例を挙げ
る。第一に、左右の大腿部モジュール３７ａ、３７ｂよ
り得られる、大腿部縦振りの角速度Ωｙ運動を検出し、
右大腿縦振りと左大腿縦振りの運動方向が逆方向（位相
が１８０°ズレた状態）ならば歩行中とみなし、更に左
右の足首部モジュール３９ａ、３９ｂにより得られる足
首部の縦方向角速度Ωｙと縦方向加速度Ｇｙの運動情報
も加えて歩行距離を演算し表示する。また更に胴部モジ
ュール３３により得られる胴部の上下方向の加速度Ｇｚ
により、胴の上下動の情報を加えて消費カロリーを演算
し表示する。

【００３３】第二に、被測定者が自転車に乗っている場
合、ペダルを漕ぐ動作によって大腿縦振りにより得られ
る大腿部回転運動の角速度Ωｙと足首縦振りにより得ら
れる足首部回転運動の角速度Ωｙとの時間的変化から被
測定者が自転車に乗っていることを判別する。

【００３４】現在のリハビリテーション情報あるいはリ
ハビリテーション前の情報とを比較して、改善の有無や
程度を表示し、対応策（アドバイスや次の指示等）を指
示する。

【００３５】以上本発明の実施の形態の一例について述
べたが、本発明においては概述の例に留まらず、種々の
機能追加、変形が可能である。例えば、レベル設定手段
１は指示信号選択装置２１側の指示信号選択回路手段１
５の一部として設けることもできる。なお身体は人間の
ものとは限らない。また運動センシングモジュールと指
示信号選択装置とを一体化しても良い。例えば図３に示
すが如く患者または医師等が嵌めている腕時計４５は運
動センシングモジュールと指示信号選択装置を内蔵して
いると共に、その表示面に運動計測結果や選択された指
示信号を表示させることができる。また運動センサは１
個で角速度と直線加速度、あるいは２方向以上の角速度
または直線加速度を検出することができるものを使用す
れば、更に有用性が高まる。

【００３６】前記腕時計型の運動センシングモジュール
の使用例の１つとしては、パーキンソン病等の脳疾患患
者におけるリハビリテーションがある。前記脳疾患患者
は手など体に震えが起こる。このときのリハビリテーシ
ョンの１つとして前述の手の震えを自力で抑えるものが
ある。前記腕時計型の運動センシングモジュールを腕に
嵌めることにより腕の震えによる角速度ΩｙとΩｚを検
出して震えのレベルを文字や記号あるいは数値やグラフ
等で表示する。被装着者は表示を見ながら、震えのレベ
ルを小さく抑えようとすることで、目標を持ってリハビ
リテーションを行うことができる。

【００３７】また図４の携帯電話４９は運動センシング
モジュールと指示信号選択装置を内蔵し、胸ポケット等
に入れて胴の上下運動を感知し、計算された消費カロリ
ーを表示面５１に表示する。また内臓の運動センシング
モジュールによって携帯電話を軽く連続して叩いたり、
何回か強めに振ったりすると、その信号を通常の運動の
信号と区別して制御信号であると判断し、機器の機能を
素早く切り替えたり電源をオンオフしたりさせることが
容易な動作でできることになる。また図５は運動センシ
ングモジュール５３（指示信号選択装置を更に含んでも
良い）を携帯電話５５の外装に内蔵せずにオプションと
して装着可能にしたもので、他の機能モジュールとも交
換でき、ますます進化する携帯電話の多機能化を更に拡
大し且つ進歩させる構成である。

【００３８】

【発明の効果】１．本発明によって、実質的に自然な状
態での身体の複数の運動情報信号を得て、詳しい身体の
状況や運動の程度が知られ、またその情報信号に基づい
て有用性の高い指示信号が得られる基本的な効果があ
る。 ２．あるいは更に、数値データ化された信頼度の高いリ
ハビリ情報が得られる。 ３．あるいは更に、看護、介護要求や諸々の合図が遅滞
なく伝わり、患者などにも便利で看護婦等の労力も軽減
できる。 ４．あるいは更に、被介護者からの緊急を要する医療や
生活情報の発信装置として役立つ。 ５．あるいは更に、視覚障害や喉頭障害または運動機能
障害を持つ人々にとってのコミュニケーション装置とし
て役立つ。 ６．あるいは更に、携帯電子機器の機能と有用性を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、身体動作センシング装置の実施の形
態の一例の機能ブロック図である。

【図２】運動センシングモジュールを人体の所定の部位
に装着した一例を示す概略図である。

【図３】運動センシングモジュールを内蔵させた腕時計
の一例の正面図である。

【図４】運動センシングモジュールを内蔵させた携帯電
話の一例の正面図である。

【図５】運動センシングモジュールを外部から装着して
用いる携帯電話の一例の斜視図である。

【符号の説明】

１ レベル設定手段 ３ 運動センサ ５ 送信手段 ７ 表示手段 ９ 運動センシングモジュール １１ 通信手段 １３ 受信手段 １５ 指示信号選択回路手段 １７ メモリ １９ 他の機能 ２１ 指示信号選択装置 ２３ 医師用モニタ ２５ 音声出力手段 ２７ 患者へのフィードバック手段 ２９ 支援センタ ３１ 頭部モジュール ３３ 胴部モジュール ３５ 腕部モジュール ３７ａ、３７ｂ 大腿部モジュール ３９ａ、３９ｂ 足首部モジュール ４１ 利き腕 ４３ 人体 ４５ 腕時計型センシング装置 ４７ 表示手段 ４９ 携帯電話型センシング装置 ５１ 表示手段 ５３ 携帯電話接続型センシング装置 ５５ 携帯電話

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C038 VA04 VA13 VA16 VA18 VB02 VB11 VB14 VB31 VC20

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】身体の所定の部位に装着されることによっ
   て、該部位の所定の方向の角速度または所定の方向の直
   線加速度を含む複数の運動情報を計測し、その計測結果
   を複数の運動情報信号として出力する運動センシングモ
   ジュールと、前記複数の運動情報信号を入力し、該運動
   情報信号に基づいてあらかじめ定めた複数の信号情報の
   うち少なくとも１つを選択して出力する指示信号選択回
   路手段とを備えたことを特徴とする身体動作センシング
   装置。
2. 【請求項２】前記指示信号選択回路手段は、前記身体部
   位、運動情報の種類、設定した強度レベル、所定時間内
   の発生回数等で前記運動情報信号を分類し、あるいは既
   に記憶されているデータとの比較、あるいは相互に組み
   合わせを行うこと等の少なくともいずれか１つによっ
   て、前記指示信号の選択を行うことを特徴とする請求項
   １の身体動作センシング装置。
3. 【請求項３】前記指示信号はリハビリテーションの評価
   情報信号であることを特徴とする請求項１あるいは請求
   項２の身体動作センシング装置。
4. 【請求項４】前記指示信号は所定の看護あるいは介護を
   要求する信号であることを特徴とする請求項１あるいは
   請求項２の身体動作センシング装置。
5. 【請求項５】前記指示信号は所定の音声信号であること
   を特徴とする請求項１ないし４のいずれかの身体動作セ
   ンシング装置。
6. 【請求項６】前記運動センシングモジュールあるいは前
   記指示信号選択回路手段は、前記設定した強度レベルあ
   るいは前記所定時間内の発生回数の閾値を変更でき閾値
   設定手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし
   ５のいずれかの身体動作センシング装置。
7. 【請求項７】前記運動センシングモジュールと前記指示
   信号選択回路手段は、近距離の無線通信手段を備えてい
   ることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの身体
   動作センシング装置。
8. 【請求項８】前記運動センシングモジュールは、運動デ
   ータの表示手段を備えていることを特徴とする請求項１
   ないし７のいずれかの身体動作センシング装置。
9. 【請求項９】前記運動センシングモジュールは携帯電話
   あるいは携帯腕時計と結合していることを特徴とする身
   体動作センシング装置。
10. 【請求項１０】前記携帯電話に結合された前記運動セン
    シングモジュールは加速度センサを備え、該加速度セン
    サが連続した衝撃かあるいは連続した激しい腕振りに該
    当する運動を感知すると、運動情報を出力する動作に代
    えて、前記携帯電話あるいは前記センシングモジュール
    自身の動作状態を切り替える信号を発生する機能を有す
    ることを特徴とする請求項９の身体動作センシング装
    置。