JP2007530966A - 人の動作を決定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

人によって装着されたセンサが人の動作を測定する。本発明によれば、向きの動作は、静止基準点からセンサに関連付けられた基準点に導く回転によって表現されず、静止基準点の軸又は平面と装着者に関連付けられた軸とを分離する角度によって表現され、それによって、彼／彼女の動作及び彼／彼女の活動をより良好に特定することを可能にする。本発明を患者のモニタリングに適用し得る。

Description

本発明の主題は、人の動作を決定する方法及び装置である。

行動モニタリング又はサーベイランスの目的のために、そのような方法の数多くの使用がある。本発明にとって重要であるそれらの１つは、非限定的に、患者のサーベイランスである。危険状態を検出することを助け、且つ、効果のなさのより低いリスクで介入するよう、人の空間における状況のみならず、彼／彼女の姿勢、さらには、彼／彼女の活動又は生理学的状態に関する表示も提供することが重要である。

サーベイランスは、しばしば胸に留められる、人（この文書では「装着者」とも呼ぶ）に関連付けられたセンサによって遂行される。それはしばしば加速検出器を含み、加速検出器では、信号の統合が、人の位置、又は、呼吸若しくは心拍のような生理学的表示をもたらす。センサに連絡される連続的な傾斜に従って、位置並びに向きで人の動作を知り得る。

フランス国特許第２８３８１８５号は、静止基準点から測定される所謂縦揺れ角、横揺れ角、及び、偏揺れ角によって推定される、固体、具体的には、人の上に配置し得るセンサの向きを決定するための方法を記載している。センサは、磁力計及び加速度計を含む。この場合には、局所的磁北の方向に向けられた軸、磁東の方向に向けられた軸、及び、地面の方向に向けられた第三軸を含む静止基準点を使用することが自然である。センサの向きを推定する方法は、測定される向きに向かって収束する最大最適化を含む。センサに関連付けられた可動な基準点が導入される。各瞬間に、センサは、可動な基準点における磁場及び重力場の測定値をもたらす。次に、静止基準点において表わされる磁場の値に従って、この測定値を与える回転が探し求められる。センサの測定値を得るために、この回転は、横揺れ角、縦揺れ角、及び、偏揺れ角のようなオイラー角の３つの基本回転の合成で表現され得る。この方法は、短い時間間隔で継続的に反復される。

そのような方法の不利点は、センサの装着者の挙動を演繹するために、結果を解釈することが容易ではないことである。その上、センサは、それを装着する人によって、所望の向きについての不確実性を伴って装着されるのが一般的であり、結果を解釈するのをより一層困難にする。最後に、現実の動作がセンサの複数のオイラー角における変化を同時に一般的且つ迅速に引き起こすという点で、現実の動作は複雑且つ敏速である。その場合には、収束は困難になり得る。実際には、かなりの不安定性が一般的である。

センサの装着者の動作を解釈することの困難性の一例は、以下の通りであり得る。装着者が、直立位置で垂直線について回転するとき、センサは、３つのオイラー角における変化、一般的な場合に縦揺れ角及び横揺れ角における変化によって満たされる、装着者のこの動作を表現すると推測される偏揺れ角の変化を記録する。実際には、装着者の全ての動作は、簡単なものでさえ、オイラー角の全てにおいて、簡単なものでさえ、変化の組み合わせによって表現される。

従って、人の向きの表示と取り組むのをより容易にするために、従来技術の方法を改良することが探求される。本発明は、装着者の自然軸に対するセンサの主軸の向きの差が結果の解釈における困難性の本質的な原因であると共に、そのような差は全ての実際的な目的のために不可避的であるという観察に基づいている。

センサのもたらす新しい角度は、センサ自体の向きというよりもむしろ、装着者の物理的な姿勢に関連付けられる。それらは人の横方向傾斜、彼／彼女の縦方向傾斜、及び、人が回転される方向を表現する。

よって、装着者の活動の種類を決定するのがより容易である。

本発明の１つの特徴は、たとえセンサが当初は不適当に位置付けられていたとしても、センサの位置を較正する、ことから構成される。装着者が、彼／彼女がとるように指示される従来的な姿勢をとるときに、第一測定値を取ることが単に必要である。センサによって与えられる当初の表示は、この従来的な姿勢に対応する。装着者の向きを与えるよう、センサの向きは、較正のこれらの結果に従って継続的に再計算され、その変化は、彼／彼女が行っている動作をより一層容易に解釈することを可能にし、回転角度の間のカップリングは、人に関連付けられる基準点においてそれほど重要ではない。

本発明の他の特徴を図面と関連して記載する。

図１は、参照番号２で指し示されるセンサが、装着者１の胸の上に配置されているのを示している。腹部又は他の場所にもセンサを配置し得る。センサ２は小型であり、センサが快適に装着されるのを可能にしている。軸Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０が静止基準点Ｒ_０を定め、磁北、磁東、及び、地面に向けられている。Ｘ_０及びＹ_０は、定義上、水平であり、Ｚ_０は垂直である。他の基準点Ｒ_２が、センサ２に関連付けられ、軸Ｘ２は装着者の前方に向けられ、軸Ｚ_２は足に向けられ、軸Ｙ_２は彼／彼女の右手側に向けられている。既知の方法は、偏揺れ角を有する軸Ｚ_０についての回転によって、次に、縦揺れ角による（偏揺れ回転によって移動される）軸Ｙ_０についての回転によって、次に、横揺れ角による（同様に移動される）軸Ｘ_０についての回転によって、センサＲ_２に関連付けられる基準点に静止基準点Ｒ_０をもたらす角度を測定することを含む。

図２によれば、センサ２は、全て参照番号４によって指し示される３つの加速度計と、全て参照番号５にょって指し示される３つの磁力計と、加速度計４及び磁力計５がワイヤによって接続される処理システム６とを含むケーシング３から構成されることで、処理システムに加速度計及び磁力計の信号を提供し得る。加速度計４は、それぞれ重力の方向に従って、軸Ｘ_２，Ｙ_２，Ｚ_２の１つにおいて、装着者の胸１の動作の加速成分をそれぞれ測定する。磁力計５は、地球の磁場の方向に従って同様のことを行う。センサ２は、接着剤、ステッチ、締結帯、又は、任意の他の適切な手段で、装着者１の皮膚又は衣料品に対して一定の向きに保持される。図３は、加速度計４又は磁力計５からの信号がそれぞれ標準化モジュールを通過し、従来技術に従って、基準点Ｒ_０（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０）とＲ_２（Ｘ_２，Ｙ_２，Ｚ_２）との間の回転を表現する縦揺れ角、横揺れ角、及び、偏揺れ角を計算する第一計算モジュールに伝達されることを示している。

我々は今や本発明のより特徴的側面を議論する。装着者１に関連付けられた他の基準点Ｒ_１の軸Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１の位置を表現するために、第二計算モジュールが上記された計算を完了し、それは図４に現れている。軸Ｘ_１は、胸の外側方向（前方）に向けられ、軸Ｙ_１は肩と整列され且つ右に向けられ、軸Ｚ_１は胴体に沿って走り且つ下方に向けられている。もしセンサ２が正しく位置付けられるならば、基準点Ｒ_１及びＲ_２の軸はそれぞれ平行であることが留意されるべきである。この条件が満足されないとしても、本発明は十分に有用である。

次に、装着者１の姿勢を特徴付けるために、３つの新しい角度が定められる。それらの場所は、図４及び５に示されている。角度θが、垂直軸と前方に向けられた軸Ｘ_１との間に定められ、９０°近くで装着者１の傾斜を表現し、それは直立位置で０°に近く、腹に沿って＋９０°であり、背に沿って−９０°である。

傾斜の外側角又はねじり角Ψは、外側角Ｙ_１と９０°近くの水平線との間の角度として定められる。もし装着者が直立するならば、或いは、例えば、もし彼／彼女が前方に寄りかかるならば、それは９０°と等しく、人が右方向に寄りかかるならば、９０°未満であり、もし彼／彼女が左方向に寄りかかるならば、９０°よりも大きい。その値は０°と１８０°との間の範囲であり得る。この角度は、人が横たわるとき、人が彼／彼女の右側、左側、後側、又は、前側にいるかどうかを指し示し得る。

人の向きの第三の角度は、彼／彼女が回転される方向を表現する。それは、水平面において前方に向けられた軸Ｘ_１及び磁北を指す軸Ｘ_０の投影によって形成される方位角ψである。

図６の構成図は、本発明に従った処理システム６で遂行される計算を示している。第一計算モジュール８は、磁力計及び加速度計の測定値を一緒に組み合わせるプロセッサ１０を用いて、静止基準点に対するセンサ２の垂直な姿勢方位角を与える。装着者の動作を監視するために、これらの計算は規則的に再遂行される。より独創的な方法において、結果は、第二プロセッサ１２と較正メモリ１１とを含む第二計算モジュール９に伝達される。この第二計算モジュール９は、センサＲ_２に関連付けられた基準点Ｒ_２から装着者に関連付けられた基準点Ｒ_１へ行くことを可能にし、これらの基準点を分離する角度の推定を行う。もしセンサの主軸が人の主軸と極めて異なる状態で、センサが人に取り付けられるならば、それは特に重要である。装着者はセンサ２を彼／彼女の胸に取り付けること、その場合には、センサ２はもはや移動しないので、基準点Ｒ_１及びＲ_２は、比較的一定な位置にあることが推定される。人１は、例えば壁に対して、１又は２秒の間直立し、或いは、場合によっては、地面上で既知の方向に横たわることが求められる。その場合には、人に関連付けられた基準点Ｒ_１の静止基準点Ｒ_０に対する向きは、精密に知られ、センサ２を用いて遂行される予備的測定は、静止基準点Ｒ_０（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０）においてセンサに関連付けられた基準点Ｒ_２（Ｘ_２，Ｙ_２，Ｚ_２）の向きを与える。その場合には、人Ｒ_１（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１）と関連付けられた基準点のセンサＲ_２に関連付けられた基準点に対する向きを演繹するのが容易である。何故ならば、静止基準点Ｒ_０と人Ｒ_１に関連付けられた基準点との相互位置は既知であるからである。上述のＲ_０とＲ_１との間のような、連続的に加えられる（３つの角度の形態で表現し得る）回転の向きにおけるこの差は、全ての後続の測定値のための矯正作用として用いられる。更生中に較正メモリに登録された後、それは較正メモリ１１中に記憶される。

従って、センサに関連付けられた基準点Ｒ_２から人に関連付けられた基準点Ｒ_１へ行くことを可能にする方程式は、

であり、ここで、Ｐは、回転行列であり、

は、較正中の基準状態におけるセンサの測定された向きを表現し、

は、較正中の静止基準地点における人の既知の向きを表現している。

如何なる構造の時間において、第二プロセッサ１２は、以下の方程式を適用する。

次に、結果は、図示されないセンサ外部のモニタリングステーションに伝達される。

装置を較正する他の方法は、先のものと同一であるが、静止基準点Ｒ_０における向きを与えるために用いられる、第二配向センサを使用することで構成される。第二配向センサは、直線縁部のような部分、好ましくは、直線縁部の方向にある主測定軸と関連付けられる。装着者１は安定した、例えば座した姿勢にあるが、このときには静止基準点Ｒ_０にある人と関連付けられた基準点Ｒ_１の解剖学的な軸の位置を演繹するために、直線縁部は、本体の特定の選択された部分の上に配置される。直線縁部が配置されるこれらの部分は、脊柱の頂端（直線縁部が垂直位置にある状態）及び肩の頂端（直線縁部が水平位置にある状態）であり得る。もしこのときのセンサ２の測定値とその測定及び他のセンサの測定値の比較値とが既知であるならば、センサを装着する１に対するセンサ２の向きを演繹し得る。この較正方法は、先のものよりも良好な結果を与え得る。

本発明を、磁力計、加速度計、ジャイロ計、又は、他の手段の多様な組み合わせを含む全ての種類の既知のセンサと共に用い得る。それは、センサの向きが、オイラー角によってよりも、むしろ当業者に既知の四元数によって表現される方法を補完し得る。

臨床試験は、本発明に従った方法が、患者の日常的な動作を便利に解釈することを可能にし、直立、座位、及び、横臥位置の間で姿勢を変えることを示した。

本発明の注目すべき用途は、おそらく平衡解析であろう。試験は、それが、姿勢又は外部要素に起因して、安定した条件及び擾乱された条件の下で敏感な結果を提供すること、並びに、従って、それがこれらの擾乱の一部を認識し或いは区別することさえも可能にすることを示した。その上、平衡を回復するための動作を精密に測定し且つ分析し得る。

装着者上のセンサの場所を示す概略図である。 センサの全体を示す概略図である。 処理システムを示す概略図である。 ２つの動作地点間の関係を示す概略図である。 ２つの動作地点間の関係を示す概略図である。 構成を示すフロー図である。

Claims (7)

1. 人に関連付けられたセンサの向きの測定を含み、静止基準点に対する前記センサの３つの姿勢方位角を与える、人の動作を決定する方法であって、
   前記センサと人との間の予備的な較正に従って、人の横方向傾斜、人の縦方向傾斜、及び、人が回転される方向を表現する姿勢の３つの角度を与えるよう、患者に対して加えられる、静止基準に対して決定される、従来的な姿勢のための前記姿勢角度の値と、前記センサの前記姿勢方位角との比較によって、前記角度の較正を行うことを特徴とする方法。
2. 前記センサの姿勢方位角と、静止基準に従って測定される、人の体の上の所定位置に配置される部分と関連付けられた配向センサの姿勢方位角との比較による、前記センサと人との間の事前較正を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記センサは、加速度計及び磁力計を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記センサは、ジャイロ計を含むことを特徴とする、請求項１乃至３に記載の方法。
5. 前記センサの前記姿勢方位角は、オイラー角であることを特徴とする、請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の方法。
6. 前記センサの前記姿勢方位角は、四元数によって表現されることを特徴とする、請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の方法。
7. 前記静止基準に対する前記センサの前記姿勢方位角を与える第一計算モジュールと、前記静止基準に対する人の姿勢方位角を与える第二計算モジュールと、前記センサに対する人の３つの姿勢方位角を記憶し、且つ、前記較正中に登録される較正メモリとを含む、上記請求項のうちいずれか１項に記載の方法を適用するための装置。

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