JP2006341099A - 人の転倒を検出するための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】人が転倒する場合を検出するための方法及びシステムを提供する。
【解決手段】 被監視人は、その人自身の垂直方向に配向された少なくとも一つの加速度計３１と磁力計４１とを有するセンサを身に付けている。加速度信号の大きい且つ高速の振動が、周囲磁場における二つのレベルの間（ｔ＝４０００とｔ＝５０００との間）のシフトと一致する場合、転倒イベントは検出される。磁力計４１を更に利用した追加的な判断基準は、診断を行うことを可能とし、該磁力計４１を利用した追加的な判断基準では、加速度計３１のみの場合よりも前記診断を容易且つ安全に行うことを可能とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、人が転倒する場合を検出するための方法及びシステムに関する。本発明は、年寄りを介護する医学機関において特に役に立つ。

人の行動をモニターし、また介入が必要である危機的な状態をも検出する広範囲のシステム及び方法がすでに存在している(参考文献１〜５を参照)。一般的に、一個あるいは二個以上のセンサが人に取り付けられ、これらのセンサがその人の物理的な行動に関する信号を継続的に伝送する。このような信号は典型的に、一つあるいは二つ以上の方向における加速度を測定する。従って、転倒は、急な変化として現れ、一般に複数の加速度信号のうち少なくとも一つの加速度信号において短期間の一連の振動を含む。これの例は特許US-B2-6 703 939である(参考文献６を参照)。
（参考文献１） EP 1 493 385 A
（参考文献２） US 2002/103610 A1
（参考文献３） 「体位は、小型加速度計及び地磁界センサを用いてモニターできる。」(ELECTRONCEPHA. CLINICAL NEUROPHYSIOLOGY, vol. 109, decembre 1998 (1998-12),484-488頁)
（参考文献４） FR 2 829 862 A
（参考文献５） US 2002/008630 A1
（参考文献６） US-B2-6 703 939

この種類のシステムが頻繁にぶつかる一つの落とし穴は、センサを身につけている人にどんな種類のことに起こったかを、センサが伝送する信号から確定することが難しいことである。転倒が、垂直方向における加速度により特徴付けられる場合、屈曲あるいは座ることにかかわる行動は、同様なリスポンスを生じさせる。横になるとき、着用者は当然転倒と似ている動作を再現する。偶発的な転倒と通常の行動を区別する一定の判断基準はすでに確認されているが、それらは不十分である。従って、専門家は改良を待望している。

この発明はこのような改良を提供する。転倒を検出する方法において、加速度信号の測定値は、異なる種類の信号を測定することにより補完され、前記信号の組合せはより信頼できる転倒の指摘となる。

この発明は、人によって身につけられたセンサに、加速度計に加え、少なくとも一つの磁力計を利用することを含む。該磁力計は周囲磁場を測定し、よって、着用者の行動を記録する加速度計の示度と完全に異なる示度を示す。

磁力計によりえられた測定値は、センサによって経験された加速度により影響を受けず、方位における変化だけに影響を受ける。磁力計によりえられた測定値は、空間におけるセンサの方位に依存し、例えば、磁気擾乱がない場合、例えば人の付近に強磁性体が存在しない場合、センサにより記録された各軸における地磁界の突出が測定される。特に、すでに留意されたように、人間の転倒といくつかの通常の行動とを特徴付ける加速度信号の不安定期間中、磁場信号のある成分の測定値は、転倒が実際発生した場合、不安定期間の前後で安定した、磁場測定値の二つの異なるレベル間で漸次変化を示す。また不安定期間の前後での加速度信号の測定と磁場測定値の差とが一緒になって、通常転倒と混同される多くのイベントを排除することにより、転倒を正確に示す十分な可能性を提供した。

この発明は様々な形で適用できる。特に、更なる判断基準は、評価転倒イベントを補完するため追加でき、従って更に信頼できる指示を生じさせる。

連続的に測定され且つモニターされる信号に対し、特定時間において、例えば、信号強度あるいはエネルギーに関して、信号の変化が閾値を超える場合、一般にこれらの判断基準は役に立つ可能性がある。

有効に測定できる信号は、加速度の垂直方向の成分と周囲磁場の垂直方向の成分であり、これらの成分は地球に対して測定されるではなく、人の頭部から脚までに関連するフレームにて測定される。直立姿勢から転倒するのはいつもこのような垂直加速度に伴われ、周囲磁場の垂直方向の成分の測定値は、立ち姿勢の安定な値から転倒後の通常異なる値まで変化し、よって、人に関連する垂直方向の成分が水平接地示度の一部になる。

理解されたように、上記の及び他の判断基準が信頼できるものとするには、加速度信号の不安定期間の後に、十分な持続時間安定な信号が続かなければならない。それが意識消失を意味する可能性がある。そうでなければ、不安定性に関連するイベントは、本質が何であったとしても、方法によって深刻であると考慮されず、方法では無視される。

転倒を検出するためのほかの判断基準は、例えば、重力による加速度が人の垂直方向において事実上ゼロである測定されることにより、加速度信号が安定であるとき水平位置を検出することを含んでもよい。

また、この判断基準は、転倒と混同される可能性のある一定の通常のイベントの認識を含んでもよい。このタイプが一般的に発生するのは人が就寝するときである。この場合と他の場合において、認識判断基準は、人の方位角、すなわち、水平面における人の方位を測定することを含むことができる。本発明が通常に使用される状況において、着用者は、横たわる場所の数は少ししかない、これらは予め容易に位置決めできる。転倒は、人の方位が既知の方位角によって特徴付けられる通常の横臥と違って、いかなる任意の方位をも生じさせる。

例えば就寝などのイベントは、電子キャラクタ、即ち電子署名を信号へ付与する通常の行動を伴うため、最終的な状態を測定するだけではなく、信号の大部分も調べることにより、通常なイベントかどうかを識別することが達成できる。

一般論として、転倒は、展開させた判断基準により加重させた数値の組み合わせによって、指示することもできる。数値的な閾値がこの組合せにより超えられる場合、転倒が示され、且つ警報が与えられる。

従って、この発明は、より信頼が高く人の転倒を指示することができ、また様々な形で適用できる。本発明は年寄りを介護する医学機関などにおいて特に役に立つ。

以下、添付図面に基づいて、本発明を実施するための最適形態を説明する。

この発明は、図１から５に示す方法を実行できる他のシステムを含む。

図１は、この方法により監視される人１を示す。該人１は、人間の頭部から脚まで延伸する縦軸ＶＴと、前方へ突き出す前後方向軸ＡＰと、側方へ突き出す横方向（medio-lateral）軸ＭＬとからなるフレームによりマークされる。軸の原点は、人１の人体上にあると推定され、例えばセンサ２が取り付けられる胸部あるいは腰部上である。その配置は図２においてより詳細に示されている。

センサ２は三つの加速度計３１、３２及び３３と、三つの磁力計４１、４２及び４３とを備える。この三つの加速度計３１、３２及び３３は、フレームの三つの直交軸に沿って、重力を含み、それらが受ける加速度を測定する。この三つの磁力計４１、４２及び４３は、フレームの三つの直交軸に沿って、周囲磁場の成分、本質的に地球の自然磁場を測定する。センサ２を人１に正しく取り付けることが重要であり、従って、加速度計３１、３２及び３３と磁力計４１，４２及び４３との測定軸は、人１のフレームにおける方向と一致する。

また、センサ２は任意の方向で配置できるが、校正方法（人１を地面に対して固定した位置に位置させ、且つこの位置でセンサ２の測定値を利用することによる方法）を使用することにより測定されるべきであり、そして次に、センサの示度は、フレームの三つの軸と一致するように調整されるであろう。加速度計３１、３２及び３３と磁力計４１，４２及び４３の調整されたあるいは調整されていない示度は、トランシーバにより検査ステーション７に転送される。該検査ステーション７は、特別の転倒検出処理装置８を有しており、該転倒検出処理装置８の動作は以下で説明される。

最初、転倒が検出されるとき、警報を発生するために、それはローカルディスプレイ装置９に転送され、またライト１１とサイレンなどとボタン１２とを有することが可能である警報装置１０に転送される。警報装置１０は、人１が見える位置に設置され、人１がボタン１２を押すことにより誤った警報をキャンセルする選択の自由を有する。この基本形式において、警報は遠隔医療支援部署にリンクされ、該医療支援部署が人１の救助を始動できる。より先進的また実用的なバージョンにおいて、処理は、警報コントロール装置は患者の体上に位置されることによって行う。

加速度計、特に垂直加速度計により測定された持続期間かそれとも周波数の振幅における強い変化は、センサに衝撃を与える動き(転倒、歩み、跳躍など)に関連する。センサの軸に沿う磁場突起の値の変化は、人の方位の変化、例えば転倒、就寝、あるいは屈曲動作などに関連する。

数秒単位の短期間、例えば２秒において、二つのイベントの発生は転倒の強力な印である。

センサの測定値は図３に示されている。図３において、ダイアグラム（Ａ）は、縦軸ＶＴにおける加速度計３１と磁力計４１の示度を示しており、ダイアグラム（Ｂ）は、横方向軸ＭＬにおける加速度計３２と磁力計４２の示度を示しており、ダイアグラム（Ｃ）は、前後方向軸ＡＰにおける加速度計３３と磁力計４３の示度を示している。センサの測定値の範囲は、加速度計について約±５ｇであり、磁力計について約５０マイクロテスラである。

市販の検出器が特別な困難なしで使用できる。例としてＳＴマイクロエレクトロニクスの三軸のＬＩＳ３Ｌ０２ＡＱ加速度計を挙げる。この例において、加速度計の示度は、より短い不安定期で中断される安定期を主に示す。不安定期において、加速度が短いしかしその一方では大きな振動を引き起こす。ここに、これらの不安定期の数は２で、二つの異なるイベントに対応する。すなわち、約時間ｔ＝１０００で記録された第一イベントは、人１による跳躍である。他の約ｔ＝４０００とｔ＝５０００の間に記録されたのは転倒である。これらの二つのイベントは、特に正確に最も容易に転倒を特定する縦軸ＶＴにおいて、加速度示度についてかなり不明瞭である。しかし、磁力計４１、４２と４３からの示度は、ほぼ跳躍を無視するが、一方、転倒の場合において大きな変化を示すことに留意する。転倒が図３のダイアグラム（Ａ）の垂直成分において特に明らかである。もっと正確に言えば、縦軸ＶＴの磁力計４１からの示度は、転倒前後の異なるレベルでの二つの台形面を示し、またこれは加速度計信号の不安定示度における漸次のしかもほぼ規則的な変化に関連付けられる。

図３のダイアグラム（Ｂ）と（Ｃ）は、縦軸ＶＴ以外の軸に沿って設置された磁力計４２と４３を使用することにより、転倒の発生に関する同様の結論に、同様の方法で一般に達することができることを明らかにする。しかし、転倒には縦軸と周囲磁場の方向により構成された角度の変化を伴わない時、例外が現れる。このことは、より大きい信頼度を得るためには、異なる方向に配置される少なくとも二つの磁力計を用いて磁場を測定することを意味することもある。横方向軸ＭＬの磁力計４２による測定値の強度の変化が左程大きくはないことに留意することが可能であるが、このことは、この横方向軸ＭＬに関連する測定値のみが考慮される場合、転倒に気付かずに済ましてしまうことを意味するかもしれない。

転送信号で偶然の転倒と、転倒と似ている他のイベントとの間の区別をするための努力が行われている。この点で展開するのに興味深い追加の判断基準は、人１が転倒の後に横になっていることを確かめることである。通常これには２〜３の例外のみがある状態である。

転倒と仮定されるイベントの後に、縦軸ＶＴの加速度計３１が事実上のゼロ示度を示す場合、水平位置は確認できるが、これは重力の方向に垂直であることを意味する。ここで約時間ｔ＝５０００以降この確認がされている。

横になる、特に寝るときの人１の下方への運動を識別するための努力を行うことができる。人１が通常寝ている時、人１の方位角あるいは地面に対する人１の水平方向の向きが数度内で一定になるため、ここに磁気測定による測定値も有用である。縦軸ＶＴと横方向軸ＭＴに沿って設置された磁力計４１と４２からの結果の示度は、約ｔ＝５０００である同一の時間でとられて、人１の方位角を推定する。人が通常寝ているときの方位角と異なる場合、転倒と推測してもよい。

最終の方位角からの示度が欠けている場合、ほぼ同じくらい興味深い判断基準が、最初と最終位置の間の方位角における変化を比較することにより得ることが可能である。

センサ２を使用して通常の就寝が行われたことを認識することも可能である。図４のダイアグラム（Ａ）、（Ｂ）と（Ｃ）は、人１が就寝するときの一連の段階に対する、縦軸ＶＴ、横方向軸ＭＬと前後方向軸ＡＰに沿う磁力計４１、４２と４３からの結果をそれぞれ示す。

人１が常にほぼ同じ動きを実行するため、同一の行動について異なる時間で記録された信号は、非常に類似であり、また動作に関する電子信号を得る可能性があることに留意する。時間ｔ＝０と約ｔ＝７００(図４のダイアグラム（Ａ）)の間人が座わり、ｔ＝１７００(図４のダイアグラム（Ａ）と（Ｃ）)までに向きを再び変える前に、向きを変え（図４のダイアグラム（Ｂ））と前かがみになる(図４のダイアグラム（Ｃ）において、約ｔ＝５００)工程を検出することが可能である。事前の校正により記録された署名は、上述のイベントの二つの部分とも含んでも良いし、あるいはより特徴的な第二部分のみを含んでも良い。これらの信号は、その後、同一の環境において同一の検出器を用いて同様に得られた同等の信号のうちの興味深い部分と、信号を関連付けるための伝統的な技術を利用することにより、比較できる。

図５は該方法がどのように作動するかを示す。工程５０における初期設定の後、テスト５１は定期的に行われてセンサ２が正しく身に付けられたか否かをチェックする。正しくつけられたのであれば、センサ２からの示度を工程５２に移す。結果が処理装置８の循環メモリーに約５分間保存される。次の工程５３にイベントが記録されない場合、システムは工程５１に戻り且つループ状に実施される。しかし工程５３においてイベントが記録されるとき、例えば加速度計の信号のシャープな変化、磁力計あるいは水平姿勢の検出からの信号の大きい変化などが記録されるとき、以前に示された判断基準あるいはそれらのいくつかに基づいて循環メモリーにより分析５４が行われる。本事例において、これらの判断基準は、工程５５において算出された四つのデジタル判断基準Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３とＣ４に低減され、且つそれらが欠如しているあるいは存在していると見なされるか否かにより値０あるいは１をとる。ファジー理論分析に対応する中間値は、不確かなケースにおいて示唆される可能性がある。

使用された判断基準の数は、望ましい結果の信頼性と、処理品質及び能力に依存する。判断基準が多ければ多いほど、信頼性がより高い。

判断基準Ｃ１は、垂直加速度信号を検査することにより、人が横になっているか否かを検出する。横になっているか否かが定められた期間で確認された場合、Ｃ１は１に設定される。水平姿勢がすでに確認された場合、この判断基準は、この状態を得た期間がどれくらいか関係なく、有効にされなければならない。

判断基準Ｃ２は、人１により行われた精力的な活動が弱い活動状態に変化する期間に対応する。これは信号における振動あるいは大きい変化に変換される。弱い活動が特定の期間にわたって維持される場合、この判断基準は１に設定される。縦軸ＶＴの加速度信号が使用されている。他の信号も使用できる。

判断基準Ｃ３は、イベント後の人の方位角と通常の横臥位置の方位角との比較に対応する。これらの方位角が許容範囲の一定度数を超えて異なる場合、判断基準は１に設定される。磁力計４１と４２が使用されていることが見て取られよう。

最後に、図４に示されている説明によれば、判断基準Ｃ４は、イベントにおけて固有の動きと一定の典型的なしかも通常の動きにおいてすでに記録された署名との比較に対応する。これらの動きが一定の閾値を超えて異なる場合、判断基準は１に設定される。

次の工程５６は、式 Ｓ＝ｗ１Ｃ１ + ｗ２Ｃ２ + ｗ２Ｃ２ + ｗ３Ｃ３ ＝ｗ３Ｃ３ + ｗ４Ｃ４によれば、判断基準Ｃ１からＣ４の加重和である。ここに重み係数ｗ１からｗ４までの和が１に等しい。和Ｓが一定の閾値と比べより大きい場合、これを０.５にすることができるが、人１の必要とされる感度と監視度により選択されても良い。転倒検出工程５７の後、警報が鳴らされ始める。システムは工程５１に戻り、どのような診断をする場合にも、示度をとり続ける。

はセンサの使用を示す。 はシステムの概要である。 はダイアグラム（Ａ）、（Ｂ）と（Ｃ）を含んでおり、検出の基本例を示す。 はダイアグラム（Ａ）、（Ｂ）と（Ｃ）を含んでおり、方法における検出の特定の例を示す。 は方法を要約するダイアグラムである。

符号の説明

２ センサ
３１ 加速度計
４１ 磁力計
ＶＴ 縦軸
ＭＬ 横方向軸
ＡＰ 前後方向軸

Claims (10)

1. ・ 人（１）に少なくとも一つの加速度計と少なくとも一つの磁力計を有するセンサ（２）を取り付け、
   ・ センサにより提供された加速度信号と周囲磁場信号を連続的にモニターし、且つそれらの変化を分析し、
   ・ 多くの判断基準がすでに満たされた場合に、転倒したことを示す工程からなる人の転倒を検出するための方法であって、該多くの判断基準は
   ａ）その後に加速度信号が安定となる加速度信号が不安定な期間、と
   ｂ）加速度信号の不安定期間中に、加速度信号の不安定期間の前後に測定された周囲磁場信号の二つの異なるレベル間で、周囲磁場信号が漸次変化しているかどうかを含むことを特徴とする人の転倒を検出するための方法。
2. 前記加速度信号が人に関連する垂直方向（ＶＴ）に沿う少なくとも一つの垂直加速度成分からなることを特徴とする請求項１に記載の人の転倒を検出するための方法。
3. 前記周囲磁場信号は人に関連する垂直方向（ＶＴ）に沿う周囲磁場の垂直方向の成分を含むことを特徴とする請求項１に記載の人の転倒を検出するための方法。
4. 前記判断基準は、ｃ）人に関連する垂直軸（ＶＴ）に沿う測定値が事実上ゼロであることにより加速度信号が安定している場合に横臥位置にあることを検出することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の人の転倒を検出するための方法。
5. 前記判断基準は、ｄ）転倒と混同される可能性のある通常のイベントを識別することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の人の転倒を検出するための方法。
6. 前記識別は人の方位角を測定することを含むことを特徴とする請求項５に記載の人の転倒を検出するための方法。
7. 前記識別は、加速度信号の不安定期間の間に、少なくとも一つの信号と事前に記録され通常のイベントの一つと対応する同等の信号との間で比較することを含むことを特徴とする請求項５に記載の人の転倒を検出するための方法。
8. 通常のイベントは就寝することを含むことを特徴とする請求項４に記載の人の転倒を検出するための方法。
9. 閾値（Ｓ）を判断基準の加重数値の組合せが超えた後、転倒したことが示されることを特徴とする請求項１に記載の人の転倒を検出するための方法。
10. センサ（２）の方位に基づいて示度が変換されて、縦軸と前後方向軸と横方向軸からなる人に関連する軸のフレームにおいて示度を表し、且つ
    前記方位を確定するため前記センサの校正を含むことを特徴とする請求項１に記載の人の転倒を検出するための方法。

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