JP3314917B2 - 体動検出方法及びその装置 - Google Patents
体動検出方法及びその装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は体動検出方法及びその装
置、例えば万歩計の消費カロリー計算の指標とする体振
動の検出、あるいは心臓ペースメーカーの心臓刺激頻度
の制御や人工心臓の拍出量の制御の指標とする体振動の
検出において利用される体動検出方法及びその装置に関
するものである。
置、例えば万歩計の消費カロリー計算の指標とする体振
動の検出、あるいは心臓ペースメーカーの心臓刺激頻度
の制御や人工心臓の拍出量の制御の指標とする体振動の
検出において利用される体動検出方法及びその装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、運動時における代謝量（ある
いは消費カロリー）の簡便な測定手段として、運動に伴
う体振動が用いられてきた。体振動からは、下肢の運動
に伴う、足が地面を蹴りそして着地するといった動作が
検出され、この検出された回数が運動時における歩数と
して、代謝量（あるいは消費カロリー）を示す指標とさ
れてきた。また体振動を一定時間積分した量が、同様に
代謝量（あるいは消費カロリー）を示す指標とされてき
た。
いは消費カロリー）の簡便な測定手段として、運動に伴
う体振動が用いられてきた。体振動からは、下肢の運動
に伴う、足が地面を蹴りそして着地するといった動作が
検出され、この検出された回数が運動時における歩数と
して、代謝量（あるいは消費カロリー）を示す指標とさ
れてきた。また体振動を一定時間積分した量が、同様に
代謝量（あるいは消費カロリー）を示す指標とされてき
た。
【０００３】体振動を検出するセンサーとしては、体振
動に伴って、重りがある空間を往復運動することによっ
て起こる、重りに接続された機械的スイッチの動作を検
出するもの、磁石がある空間を往復運動することによっ
て生ずる磁界変化を検出するもの、 電気的接点が配置さ
れた容器内に封入された水銀が移動することによって、
その接触を検出するもの、 圧電素子の変形による電圧変
化を検出するもの、 ピエゾ抵抗素子の変形による抵抗変
化を検出するもの、等が一般的である。これらの体動検
出センサーを利用したものとして、 例えば、万歩計と心
臓ペースメーカーとが挙げられる。
動に伴って、重りがある空間を往復運動することによっ
て起こる、重りに接続された機械的スイッチの動作を検
出するもの、磁石がある空間を往復運動することによっ
て生ずる磁界変化を検出するもの、 電気的接点が配置さ
れた容器内に封入された水銀が移動することによって、
その接触を検出するもの、 圧電素子の変形による電圧変
化を検出するもの、 ピエゾ抵抗素子の変形による抵抗変
化を検出するもの、等が一般的である。これらの体動検
出センサーを利用したものとして、 例えば、万歩計と心
臓ペースメーカーとが挙げられる。
【０００４】万歩計は、運動管理やカロリー管理に用い
られ、歩数をカウントし、この歩数に基づいて予め定め
られた計算式に従って代謝量（あるいは消費カロリー）
が計算される。万歩計では上下方向の振動をセンサーに
よって検出し、 その検出回数を歩数としてカウントする
構造のものが一般的である。心臓ペースメーカーは、心
臓の機能不全や刺激伝導系障害を有する患者に用いら
れ、 一定時間心臓活動が起こらない場合に、心臓に電気
刺激を行って心臓活動を補うものである。過去において
は、電気刺激を行う頻度が一定に固定されていたため
に、患者の運動が制限される場合があった。これに対し
て昨今は、患者の代謝要求をセンサーによって検出し、
自動的に刺激頻度を調整するペースメーカーが開発され
ており、この種のペースメーカーにおいては、体振動を
代謝要求の指標として利用したものが最も多い。
られ、歩数をカウントし、この歩数に基づいて予め定め
られた計算式に従って代謝量（あるいは消費カロリー）
が計算される。万歩計では上下方向の振動をセンサーに
よって検出し、 その検出回数を歩数としてカウントする
構造のものが一般的である。心臓ペースメーカーは、心
臓の機能不全や刺激伝導系障害を有する患者に用いら
れ、 一定時間心臓活動が起こらない場合に、心臓に電気
刺激を行って心臓活動を補うものである。過去において
は、電気刺激を行う頻度が一定に固定されていたため
に、患者の運動が制限される場合があった。これに対し
て昨今は、患者の代謝要求をセンサーによって検出し、
自動的に刺激頻度を調整するペースメーカーが開発され
ており、この種のペースメーカーにおいては、体振動を
代謝要求の指標として利用したものが最も多い。
【０００５】体振動として歩数を利用したものでは、 患
者の前後方向、あるいは上下方向のどちらか一方の振動
をセンサーによって検出し、 そのセンサー信号をフィル
タ処理した後にある閾値と比較し、 その閾値を越えた回
数を一定時間カウントすることによって、一種の歩行速
度を求め、 これによって刺激頻度を調節するものがあ
る。また、体振動として一定時間の積分量を利用したも
のでは、 前後方向、あるいは上下方向のどちらか一方の
振動をセンサーによって検出し、 そのセンサー信号をフ
ィルタ処理した後に、積分を行うものである。
者の前後方向、あるいは上下方向のどちらか一方の振動
をセンサーによって検出し、 そのセンサー信号をフィル
タ処理した後にある閾値と比較し、 その閾値を越えた回
数を一定時間カウントすることによって、一種の歩行速
度を求め、 これによって刺激頻度を調節するものがあ
る。また、体振動として一定時間の積分量を利用したも
のでは、 前後方向、あるいは上下方向のどちらか一方の
振動をセンサーによって検出し、 そのセンサー信号をフ
ィルタ処理した後に、積分を行うものである。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、体振
動として歩数を利用した際には、 同じ歩行速度ならば、
平地，階段昇り，階段降り，坂道昇り，坂道下りといっ
たように歩行の状態が異なっている場合においてもその
区別はできず、全て同レベルの運動として認識されるこ
とになる。従って、例えば平地と階段昇りを比較した場
合には明らかに階段昇りの方が代謝量（あるいは消費カ
ロリー）は大きく、 歩数のみの判断では運動の状態に合
った代謝量（あるいは消費カロリー）の指標とはなり得
ない。
動として歩数を利用した際には、 同じ歩行速度ならば、
平地，階段昇り，階段降り，坂道昇り，坂道下りといっ
たように歩行の状態が異なっている場合においてもその
区別はできず、全て同レベルの運動として認識されるこ
とになる。従って、例えば平地と階段昇りを比較した場
合には明らかに階段昇りの方が代謝量（あるいは消費カ
ロリー）は大きく、 歩数のみの判断では運動の状態に合
った代謝量（あるいは消費カロリー）の指標とはなり得
ない。
【０００７】又、体振動として一定時間の積分量を利用
した際には、 同じ歩行速度であっても階段昇降時の前後
方向の体振動は水平歩行時のそれと比較して小さく、 ま
た階段昇降時の上下方向の体振動は水平方向のそれと比
較して大きい。従って、体振動の一定時間積分量は、前
後方向において水平歩行に比較して階段昇降時が小さ
い。また、上下方向では水平歩行に比較して階段昇降時
が大きくなるが、階段昇降では階段降りの方が階段昇り
よりも大きくなってしまい、実際の代謝レベルの応答と
は異なって、 やはり体振動の一軸方向の一定時間積分量
のみの判断では、運動の状態に合った代謝量（あるいは
消費カロリー）の指標とはなり得ない。
した際には、 同じ歩行速度であっても階段昇降時の前後
方向の体振動は水平歩行時のそれと比較して小さく、 ま
た階段昇降時の上下方向の体振動は水平方向のそれと比
較して大きい。従って、体振動の一定時間積分量は、前
後方向において水平歩行に比較して階段昇降時が小さ
い。また、上下方向では水平歩行に比較して階段昇降時
が大きくなるが、階段昇降では階段降りの方が階段昇り
よりも大きくなってしまい、実際の代謝レベルの応答と
は異なって、 やはり体振動の一軸方向の一定時間積分量
のみの判断では、運動の状態に合った代謝量（あるいは
消費カロリー）の指標とはなり得ない。
【０００８】歩数や一軸方向の一定時間積分量を刺激頻
度調整の指標として採用しているペースメーカーにおい
ては、階段上昇時に十分な刺激頻度の増加が得られなか
ったとの報告がある。又、運動時の代謝量（あるいは消
費カロリー）の指標として体振動を利用する際には、運
動に起因した振動と、バス，自動車，電車等に乗車する
ことによって生じた振動、即ち外来振動とを区別し、外
来振動の影響を除去する必要がある。外来振動の影響を
除去するために、 体振動として歩数を利用したものでは
センサーの閾値を高く設定し、 体振動として一定時間の
積分量を利用したものではある閾値を設定してそれ以上
の成分のみの積分を行うことが一般的である。しかしな
がら、いずれの場合も外来振動が設定した閾値を越える
ことが多く、 外来振動の影響を除去することは難しい。
また特に、体振動の一定時間積分を利用する際に、外来
振動除去を目的として閾値を高く設定することは、運動
時において指標とする代謝量（あるいは消費カロリー）
を小さく見積もってしまう可能性がある。これらの手法
を採用しているペースメーカーにおいては、バス，自動
車といった交通手段の利用によって運動とは無関係なペ
ースメーカーの刺激頻度の増加が報告されている。
度調整の指標として採用しているペースメーカーにおい
ては、階段上昇時に十分な刺激頻度の増加が得られなか
ったとの報告がある。又、運動時の代謝量（あるいは消
費カロリー）の指標として体振動を利用する際には、運
動に起因した振動と、バス，自動車，電車等に乗車する
ことによって生じた振動、即ち外来振動とを区別し、外
来振動の影響を除去する必要がある。外来振動の影響を
除去するために、 体振動として歩数を利用したものでは
センサーの閾値を高く設定し、 体振動として一定時間の
積分量を利用したものではある閾値を設定してそれ以上
の成分のみの積分を行うことが一般的である。しかしな
がら、いずれの場合も外来振動が設定した閾値を越える
ことが多く、 外来振動の影響を除去することは難しい。
また特に、体振動の一定時間積分を利用する際に、外来
振動除去を目的として閾値を高く設定することは、運動
時において指標とする代謝量（あるいは消費カロリー）
を小さく見積もってしまう可能性がある。これらの手法
を採用しているペースメーカーにおいては、バス，自動
車といった交通手段の利用によって運動とは無関係なペ
ースメーカーの刺激頻度の増加が報告されている。
【０００９】又、万歩計における上下方向の振動検出に
よる歩数測定では、平地をゆっくりと歩行した場合に上
下方向の振動が小さく、検出精度が劣る。ペースメーカ
ーにおける前後方向の振動検出による歩数測定では、階
段上昇や階段下降時のように進行方向の振動が小さい場
合に、検出精度が劣る。すなわち、平地歩行，平地走
行，階段上昇，階段下降等は運動形態も異なり、同じ歩
行速度であっても代謝量（あるいは消費カロリー）が異
なる。よって、体振動（歩数，体動信号の積分値等）と
代謝量（あるいは消費カロリー）との相関性を平地歩行
に合わせた場合、平地走行，階段上昇，階段下降時には
相関しない。また、バス，自動車，電車等の乗り物に乗
車した場合の外来振動による体振動を、運動に起因した
体振動と誤認識してしまう。更に、進行方向の振動で歩
数を測定する場合、階段上昇，階段下降時に精度良く歩
数を測定することができず、また上下方向の振動で歩数
を測定する場合、ゆっくりした平地歩行時に精度良く歩
数を測定することができない。
よる歩数測定では、平地をゆっくりと歩行した場合に上
下方向の振動が小さく、検出精度が劣る。ペースメーカ
ーにおける前後方向の振動検出による歩数測定では、階
段上昇や階段下降時のように進行方向の振動が小さい場
合に、検出精度が劣る。すなわち、平地歩行，平地走
行，階段上昇，階段下降等は運動形態も異なり、同じ歩
行速度であっても代謝量（あるいは消費カロリー）が異
なる。よって、体振動（歩数，体動信号の積分値等）と
代謝量（あるいは消費カロリー）との相関性を平地歩行
に合わせた場合、平地走行，階段上昇，階段下降時には
相関しない。また、バス，自動車，電車等の乗り物に乗
車した場合の外来振動による体振動を、運動に起因した
体振動と誤認識してしまう。更に、進行方向の振動で歩
数を測定する場合、階段上昇，階段下降時に精度良く歩
数を測定することができず、また上下方向の振動で歩数
を測定する場合、ゆっくりした平地歩行時に精度良く歩
数を測定することができない。
【００１０】本発明は、上記課題を解決するために、
（１）平地歩行，平地走行，階段上昇，階段下降等の運
動形態を判別でき、（２）運動に起因した体振動か、外
来振動に起因した体振動かを識別でき、（３）平地歩
行，平地走行，階段上昇，階段下降等の運動形態の区別
なく、安定して歩数の測定を行える体動検出方法及びそ
の装置を提供することを目的とする。
（１）平地歩行，平地走行，階段上昇，階段下降等の運
動形態を判別でき、（２）運動に起因した体振動か、外
来振動に起因した体振動かを識別でき、（３）平地歩
行，平地走行，階段上昇，階段下降等の運動形態の区別
なく、安定して歩数の測定を行える体動検出方法及びそ
の装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明においては、互い
に直交する２軸もしくは３軸の加速度から、水平面に平
行な人体の前後方向乃至は水平面に平行な人体の前後方
向より10度前後上向きの方向である進行方向加速度の強
度（XACT）と重力方向と概ね平行な上下方向加速度の強
度（ZACT）とを算出し、XACTおよびZACTより加速度強度
比率を算出し、XACTとZACTもしくは加速度強度比率の分
布から平地歩行，平地走行，階段上昇，階段下降等の運
動形態を判別する。また、XACTとZACTの分布から運動に
起因した体振動か、外来振動に起因した体振動かを識別
する。更に、進行方向加速度と上下方向加速度で独立に
歩数（ある一定時間内の歩数、あるいは単位時間あたり
の歩数、あるいはその両方）を測定し、運動形態が平地
歩行か平地歩行以外かにより、平地歩行時は進行方向加
速度による歩数を、平地歩行以外は上下方向加速度によ
る歩数を選択する。
に直交する２軸もしくは３軸の加速度から、水平面に平
行な人体の前後方向乃至は水平面に平行な人体の前後方
向より10度前後上向きの方向である進行方向加速度の強
度（XACT）と重力方向と概ね平行な上下方向加速度の強
度（ZACT）とを算出し、XACTおよびZACTより加速度強度
比率を算出し、XACTとZACTもしくは加速度強度比率の分
布から平地歩行，平地走行，階段上昇，階段下降等の運
動形態を判別する。また、XACTとZACTの分布から運動に
起因した体振動か、外来振動に起因した体振動かを識別
する。更に、進行方向加速度と上下方向加速度で独立に
歩数（ある一定時間内の歩数、あるいは単位時間あたり
の歩数、あるいはその両方）を測定し、運動形態が平地
歩行か平地歩行以外かにより、平地歩行時は進行方向加
速度による歩数を、平地歩行以外は上下方向加速度によ
る歩数を選択する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、ペースメーカーの刺激頻
度の制御指標として体振動を用いた場合の例に従って、
体動検出装置の実施の形態を詳細に説明する。尚、本発
明の体動検出方法及びその装置はペースメーカーへの適
用に限定されず、特に人体の振動を利用するあらゆる機
器に適用され、同様の効果を奏するものである。
度の制御指標として体振動を用いた場合の例に従って、
体動検出装置の実施の形態を詳細に説明する。尚、本発
明の体動検出方法及びその装置はペースメーカーへの適
用に限定されず、特に人体の振動を利用するあらゆる機
器に適用され、同様の効果を奏するものである。
【００１３】図１は、本実施の形態の体動検出装置の構
成例である。本実施の形態の体動検出装置は複数の加速
度センサーを有する加速度センシング部（１）と、加速
度センシング部（１）より出力される加速度情報から、
進行方向加速度と上下方向加速度とを算出する座標変換
部（４９）と、座標変換部（４９）より出力される進行
方向加速度と上下方向加速度とから進行方向加速度の強
度と上下方向加速度の強度とを算出する加速度強度算出
部（２）と、座標変換部（４９）より出力される進行方
向加速度と上下方向加速度とから、歩数を測定する歩数
測定部（３）と、加速度強度算出部（２）より出力され
る加速度強度から運動形態を判別する運動形態判別部
（４６）と、加速度強度算出部（２）より出力される加
速度強度から運動に起因する体動か外来振動に起因する
体動かを識別する外来振動識別部（４７）と、運動形態
判別部（４６）より出力される運動形態（平地歩行、平
地歩行以外）と歩数測定部（３）より出力されるいくつ
かの歩数とから、適切な歩数を選択する歩数情報選択部
（４５）と、加速度センシング部（１）より出力される
加速度波形を処理し、角度補正係数を算出する角度補正
係数算出部（４８）とを有している。特に、座標変換部
（４９）と加速度強度算出部（２）と歩数測定部（３）
には動作アルゴリズムが図示されている。尚、これら動
作アルゴリズム、及び運動形態判別部（４６）、及び外
来振動識別部（４７）、及び歩数情報選択部（４５）、
及び角度補正係数算出部（４８）の処理は、ハードウエ
アで構成されても、ソフトウエアによりマイクロプロセ
ッサで実行されても、ハードウエアとソフトウエアとを
組み合わせた構成を取っても良い。一般的に、ハードウ
エアは変更の少ない高速処理部分で使用され、ソフトウ
エアは融通性が必要な処理部分で使用される。又、加速
度センシング部（１）以外は共通のマイクロプロセッサ
で処理されてもよいし、平行処理が必要な場合には複数
のマイクロプロセッサの平行処理で実現してもよい。更
に、上記マイクロプロセッサはペースメーカーの動作を
制御するマイクロプロセッサを共用するものでもよい。
成例である。本実施の形態の体動検出装置は複数の加速
度センサーを有する加速度センシング部（１）と、加速
度センシング部（１）より出力される加速度情報から、
進行方向加速度と上下方向加速度とを算出する座標変換
部（４９）と、座標変換部（４９）より出力される進行
方向加速度と上下方向加速度とから進行方向加速度の強
度と上下方向加速度の強度とを算出する加速度強度算出
部（２）と、座標変換部（４９）より出力される進行方
向加速度と上下方向加速度とから、歩数を測定する歩数
測定部（３）と、加速度強度算出部（２）より出力され
る加速度強度から運動形態を判別する運動形態判別部
（４６）と、加速度強度算出部（２）より出力される加
速度強度から運動に起因する体動か外来振動に起因する
体動かを識別する外来振動識別部（４７）と、運動形態
判別部（４６）より出力される運動形態（平地歩行、平
地歩行以外）と歩数測定部（３）より出力されるいくつ
かの歩数とから、適切な歩数を選択する歩数情報選択部
（４５）と、加速度センシング部（１）より出力される
加速度波形を処理し、角度補正係数を算出する角度補正
係数算出部（４８）とを有している。特に、座標変換部
（４９）と加速度強度算出部（２）と歩数測定部（３）
には動作アルゴリズムが図示されている。尚、これら動
作アルゴリズム、及び運動形態判別部（４６）、及び外
来振動識別部（４７）、及び歩数情報選択部（４５）、
及び角度補正係数算出部（４８）の処理は、ハードウエ
アで構成されても、ソフトウエアによりマイクロプロセ
ッサで実行されても、ハードウエアとソフトウエアとを
組み合わせた構成を取っても良い。一般的に、ハードウ
エアは変更の少ない高速処理部分で使用され、ソフトウ
エアは融通性が必要な処理部分で使用される。又、加速
度センシング部（１）以外は共通のマイクロプロセッサ
で処理されてもよいし、平行処理が必要な場合には複数
のマイクロプロセッサの平行処理で実現してもよい。更
に、上記マイクロプロセッサはペースメーカーの動作を
制御するマイクロプロセッサを共用するものでもよい。
【００１４】加速度センサーを含む加速度センシング部
（１）では３軸の加速度を測定し、直流成分を含んだ値
を座標変換部（４９）に入力する。加速度センサーはペ
ースメーカー内部に固定されており、この時のセンサー
Ｘ軸はペースメーカーケース平面と垂直な向き、すなわ
ち植え込み時に身体の前後方向を向くように設定する。
入力レンジは任意であるが、本実施の形態ではＸ軸が±
1.5G、Ｙ，Ｚ軸が±3Gとした。発明者によるデータの分
析によれば、進行方向の加速度と上下方向の加速度との
交流成分の振幅の絶対値の比は、平地歩行，階段上昇，
下降時において概ね約１対２であった。従って、Ｘ軸の
レンジをＹ，Ｚ軸のレンジの１／２とし、Ｘ軸加速度の
精度を向上させた。
（１）では３軸の加速度を測定し、直流成分を含んだ値
を座標変換部（４９）に入力する。加速度センサーはペ
ースメーカー内部に固定されており、この時のセンサー
Ｘ軸はペースメーカーケース平面と垂直な向き、すなわ
ち植え込み時に身体の前後方向を向くように設定する。
入力レンジは任意であるが、本実施の形態ではＸ軸が±
1.5G、Ｙ，Ｚ軸が±3Gとした。発明者によるデータの分
析によれば、進行方向の加速度と上下方向の加速度との
交流成分の振幅の絶対値の比は、平地歩行，階段上昇，
下降時において概ね約１対２であった。従って、Ｘ軸の
レンジをＹ，Ｚ軸のレンジの１／２とし、Ｘ軸加速度の
精度を向上させた。
【００１５】次にバンドパスフィルタ（４，５，６）
で、重力加速度と高周波振動とを除去する。バンドパス
フィルタの帯域は、重力加速度と高周波振動とを除去す
るという目的が達成されれば任意である。しかし、発明
者によるデータの分析によれば、運動による体動の周波
数は歩行，走行周期の逆数の２倍として現れ、速い走行
時は6Hz 以上の周波数帯域を持つことがわかっている。
従って、運動による体動の高周波成分を除去しないよう
に、高周波のカットオフ周波数は10Hzとした。低周波の
カットオフ周波数は重力加速度を除去することと、60歩
/ 分程度の遅い歩行の体動を除去しないことを考慮し0.
5Hz とした。バンドパスフィルタ（４，５，６）を通っ
たＸ，Ｙ，Ｚ軸の加速度をAx,Ay,Azとする。
で、重力加速度と高周波振動とを除去する。バンドパス
フィルタの帯域は、重力加速度と高周波振動とを除去す
るという目的が達成されれば任意である。しかし、発明
者によるデータの分析によれば、運動による体動の周波
数は歩行，走行周期の逆数の２倍として現れ、速い走行
時は6Hz 以上の周波数帯域を持つことがわかっている。
従って、運動による体動の高周波成分を除去しないよう
に、高周波のカットオフ周波数は10Hzとした。低周波の
カットオフ周波数は重力加速度を除去することと、60歩
/ 分程度の遅い歩行の体動を除去しないことを考慮し0.
5Hz とした。バンドパスフィルタ（４，５，６）を通っ
たＸ，Ｙ，Ｚ軸の加速度をAx,Ay,Azとする。
【００１６】万歩計で用いられる体動検出装置のよう
に、体表に装着することが可能な場合は直交する２方向
の加速度の測定が可能な加速度センシング部を用い、こ
れら２軸を水平面に平行な人体の前後方向乃至は水平面
に平行な人体の前後方向より10度前後上向きの方向と重
力方向と概ね平行な方向とに設定することで、進行方向
加速度の強度（XACT）と上下方向加速度の強度（ZACT）
とが測定可能である。しかし、ペースメーカーで用いら
れる体動検出装置のように人体に植え込まれる場合は、
加速度の検出方向が進行方向，上下方向と一致しないた
め、そのずれを補正する座標変換機能が必要である。
に、体表に装着することが可能な場合は直交する２方向
の加速度の測定が可能な加速度センシング部を用い、こ
れら２軸を水平面に平行な人体の前後方向乃至は水平面
に平行な人体の前後方向より10度前後上向きの方向と重
力方向と概ね平行な方向とに設定することで、進行方向
加速度の強度（XACT）と上下方向加速度の強度（ZACT）
とが測定可能である。しかし、ペースメーカーで用いら
れる体動検出装置のように人体に植え込まれる場合は、
加速度の検出方向が進行方向，上下方向と一致しないた
め、そのずれを補正する座標変換機能が必要である。
【００１７】座標変換部（４９）における進行方向加速
度と上下方向加速度の算出は、以下の(1式) ，(2式) に
示すように、３軸の加速度のそれぞれに角度補正係数K
x1 （７），Ky1（８），Kz1（９），Kx2(10），Ky2(1
1），Kz2(12）を乗算器（13，14，15，16，17，18）で
乗算して、３軸の加速度のそれぞれの進行方向成分と上
下方向成分とを算出し、加算器（19，20）で３軸の成分
を加算することで行う。
度と上下方向加速度の算出は、以下の(1式) ，(2式) に
示すように、３軸の加速度のそれぞれに角度補正係数K
x1 （７），Ky1（８），Kz1（９），Kx2(10），Ky2(1
1），Kz2(12）を乗算器（13，14，15，16，17，18）で
乗算して、３軸の加速度のそれぞれの進行方向成分と上
下方向成分とを算出し、加算器（19，20）で３軸の成分
を加算することで行う。
【００１８】 進行方向加速度： AxＸ＝Kx1 ×Ax + Ky1×Ay + Kz1×Az (1式) 上下方向加速度： AzＺ＝Kx2 ×Ax + Ky2×Ay + Kz2×Az (2式) 角度補正係数Kx1 〜Kz2 の算出は角度補正係数算出部
（４８）で行う。まず、Kx1 〜Kz2 の算出に必要なペー
スメーカーの仰角とずれ角は、定期検診時に、Ｘ，Ｙ，
Ｚ軸のそれぞれのフィルタ処理を行う前の加速度信号を
テレメトリでペースメーカー内より読み出し、外部でそ
の直流成分を測定するか、もしくは所定の時間毎にＸ，
Ｙ，Ｚ軸のそれぞれのフィルタ処理を行う前の加速度信
号の直流成分を測定することで、以下の(3式) ，(4式)
，(5式) に従って算出する。ここで、ペースメーカー
の仰角とずれ角を説明するために、軸を図１０に示すよ
うに定義する。（水平面に平行な人体の前後方向をＸｏ
軸、水平面に平行な人体の横方向をＹｏ軸、重力方向を
Ｚｏ軸、加速度センサのＸ，Ｙ，Ｚ軸をそれぞれＸｓ，
Ｙｓ，Ｚｓとする。）まずペースメーカーの仰角とは、
ペースメーカーの一般的な植え込み部である鎖骨下の体
表面と重力方向との間の角度であり、言い換えればＸｓ
軸とＸｏ軸との間の角度である。また、ペースメーカー
のずれ角とは、Ｙｓ軸とＹｏ軸との間の角度であり、Ｚ
ｓ軸とＺｏ軸との間の角度である。その角度を使用し、
Kx1 〜Kz2 は、定期検診時に、もしくは所定の時間毎
に、(6式) ，(7式) ，(8式) ，(9式) ，(10 式) ，(11
式) のように算出する。この時ペースメーカーの仰角φ
は、測定値乃至は測定値より10度前後小さな値とするこ
とで、進行方向加速度は水平面に平行な人体の前後方向
乃至は水平面に平行な人体の前後方向より10度前後上向
きの方向となる。なおＸｏ−Ｙｏ平面におけるＸｏ軸と
Ｘｓ軸の間の角度（Ｙｓ軸とＹｏ軸との間の角度）の影
響はペースメーカーを腋下に植え込むようなことがない
限り小さいので、本実施の形態では無視した。ただしＸ
ｏ−Ｙｏ平面におけるＸｏ軸とＸｓ軸の間の角度のずれ
も考慮した進行方向加速度と上下方向加速度の算出も可
能である。
（４８）で行う。まず、Kx1 〜Kz2 の算出に必要なペー
スメーカーの仰角とずれ角は、定期検診時に、Ｘ，Ｙ，
Ｚ軸のそれぞれのフィルタ処理を行う前の加速度信号を
テレメトリでペースメーカー内より読み出し、外部でそ
の直流成分を測定するか、もしくは所定の時間毎にＸ，
Ｙ，Ｚ軸のそれぞれのフィルタ処理を行う前の加速度信
号の直流成分を測定することで、以下の(3式) ，(4式)
，(5式) に従って算出する。ここで、ペースメーカー
の仰角とずれ角を説明するために、軸を図１０に示すよ
うに定義する。（水平面に平行な人体の前後方向をＸｏ
軸、水平面に平行な人体の横方向をＹｏ軸、重力方向を
Ｚｏ軸、加速度センサのＸ，Ｙ，Ｚ軸をそれぞれＸｓ，
Ｙｓ，Ｚｓとする。）まずペースメーカーの仰角とは、
ペースメーカーの一般的な植え込み部である鎖骨下の体
表面と重力方向との間の角度であり、言い換えればＸｓ
軸とＸｏ軸との間の角度である。また、ペースメーカー
のずれ角とは、Ｙｓ軸とＹｏ軸との間の角度であり、Ｚ
ｓ軸とＺｏ軸との間の角度である。その角度を使用し、
Kx1 〜Kz2 は、定期検診時に、もしくは所定の時間毎
に、(6式) ，(7式) ，(8式) ，(9式) ，(10 式) ，(11
式) のように算出する。この時ペースメーカーの仰角φ
は、測定値乃至は測定値より10度前後小さな値とするこ
とで、進行方向加速度は水平面に平行な人体の前後方向
乃至は水平面に平行な人体の前後方向より10度前後上向
きの方向となる。なおＸｏ−Ｙｏ平面におけるＸｏ軸と
Ｘｓ軸の間の角度（Ｙｓ軸とＹｏ軸との間の角度）の影
響はペースメーカーを腋下に植え込むようなことがない
限り小さいので、本実施の形態では無視した。ただしＸ
ｏ−Ｙｏ平面におけるＸｏ軸とＸｓ軸の間の角度のずれ
も考慮した進行方向加速度と上下方向加速度の算出も可
能である。
【００１９】 ペースメーカーの仰角：φ=sin-1｛ センサーX軸加速度の直流成分／重力加速度｝ (3式) ペースメーカーのずれ角：θ=sin-1｛センサーY 軸加速度の直流成分／( 重力加速 度×cos φ）｝ (4式) θ=cos-1｛センサーＺ軸加速度の直流成分／( 重力加速度×cos φ）｝ (5式) 角度補正係数： Kx1 ＝ K/2 ×cos φ (6式) Ky1 ＝ −K ×sin φ×sin θ (7式) Kz1 ＝ −K ×sin φ×cos θ (8式) Kx2 ＝ K/4 ×sin φ (9式) Ky2 ＝ K/2 ×cos φ×sin θ (10 式) Kz2 ＝ K/2 ×cos φ×cos θ (11 式) 加速度センシング部のＸ軸とＹ，Ｚ軸の入力ダイナミッ
クレンジの違いを考慮し、角度補正係数Kx1 ，Kx2 は1
／２した。また、進行方向加速度と上下方向加速度とで
は加速度強度を算出した時に、同じ振幅でも進行方向よ
り上下方向の方が加速度強度が大きいという性質を考慮
し、角度補正係数Kx2 ，Ky2 ，Kz2 は１／２した。従っ
て、角度補正係数Kx2 は１／４となっている。角度補正
係数Kx1〜Kz2 内の係数Ｋは加速度強度の最大値を調整
するための任意の係数で、患者の体格や活動状況に応じ
て調整されるものである。次に、進行方向加速度と上下
方向加速度を２乗（あるいは絶対値化、あるいは検波）
して、その処理出力の一定時間の平均値（あるいは積分
値、あるいは加算値）を算出して、加速度強度とする。
本実施の形態では、進行方向加速度と上下方向加速度と
を乗算器（21，22）で２乗し、ローパスフィルタ（23，
24）で過去４秒間の平均値を算出する。更に、クリップ
器（25，26）によりクリップし、走行時等の大きな加速
度を処理した場合のオーバーフローを防止し、進行方向
加速度強度（XACT），上下方向加速度強度（ZACT）を算
出する。
クレンジの違いを考慮し、角度補正係数Kx1 ，Kx2 は1
／２した。また、進行方向加速度と上下方向加速度とで
は加速度強度を算出した時に、同じ振幅でも進行方向よ
り上下方向の方が加速度強度が大きいという性質を考慮
し、角度補正係数Kx2 ，Ky2 ，Kz2 は１／２した。従っ
て、角度補正係数Kx2 は１／４となっている。角度補正
係数Kx1〜Kz2 内の係数Ｋは加速度強度の最大値を調整
するための任意の係数で、患者の体格や活動状況に応じ
て調整されるものである。次に、進行方向加速度と上下
方向加速度を２乗（あるいは絶対値化、あるいは検波）
して、その処理出力の一定時間の平均値（あるいは積分
値、あるいは加算値）を算出して、加速度強度とする。
本実施の形態では、進行方向加速度と上下方向加速度と
を乗算器（21，22）で２乗し、ローパスフィルタ（23，
24）で過去４秒間の平均値を算出する。更に、クリップ
器（25，26）によりクリップし、走行時等の大きな加速
度を処理した場合のオーバーフローを防止し、進行方向
加速度強度（XACT），上下方向加速度強度（ZACT）を算
出する。
【００２０】次に、歩数測定部（３）のアルゴリズムを
説明する。歩数は進行方向加速度と上下方向加速度とで
それぞれ独立に測定する。上下方向加速度においては、
上方向加速度成分あるいは下方向加速度成分のいずれの
成分からも歩数の測定が可能なように、加算器（20）の
出力である上下方向加速度にKneg（27）、値は１か−
１、を乗算器（28）で乗算し、正負反転可能とする。以
下の説明では、図２の歩数測定の様子を参照されたい。
説明する。歩数は進行方向加速度と上下方向加速度とで
それぞれ独立に測定する。上下方向加速度においては、
上方向加速度成分あるいは下方向加速度成分のいずれの
成分からも歩数の測定が可能なように、加算器（20）の
出力である上下方向加速度にKneg（27）、値は１か−
１、を乗算器（28）で乗算し、正負反転可能とする。以
下の説明では、図２の歩数測定の様子を参照されたい。
【００２１】まず、進行方向と上下方向の加速度信号と
閾値 sthX ，sthZ（29，30）をコンパレータ（31，32）
で比較し、加速度信号が閾値よりも大となった時に信号
を発生する。そのコンパレータ信号に同期してパルス発
生器（33，34）にて300ms 幅のノントリガーのパルスを
発生する。ノントリガー機能は、300ms 以内に再度コン
パレータ信号が来てもパルスを発生せず、一歩あたり２
つのピークが現れる歩行に対処するために付加した。
尚、300ms 幅のノントリガーのパルスを発生する手段
は、コンパレータ信号を検出後、経過時間を測定する手
段を設け、経過時間が300ms 以内に再度コンパレータ信
号を検出してもコンパレータ信号を検出しないようなソ
フト的な手段に置き換え可能である。
閾値 sthX ，sthZ（29，30）をコンパレータ（31，32）
で比較し、加速度信号が閾値よりも大となった時に信号
を発生する。そのコンパレータ信号に同期してパルス発
生器（33，34）にて300ms 幅のノントリガーのパルスを
発生する。ノントリガー機能は、300ms 以内に再度コン
パレータ信号が来てもパルスを発生せず、一歩あたり２
つのピークが現れる歩行に対処するために付加した。
尚、300ms 幅のノントリガーのパルスを発生する手段
は、コンパレータ信号を検出後、経過時間を測定する手
段を設け、経過時間が300ms 以内に再度コンパレータ信
号を検出してもコンパレータ信号を検出しないようなソ
フト的な手段に置き換え可能である。
【００２２】次に、所定時間（本実施の形態では４秒
間）毎に現れたパルスの数をカウンタ（35，36）でカウ
ントしXWS ，ZWS （一定時間あたりの歩数）とする。ま
た、所定時間の最初のパルスの立ち上がりから次のパル
スの立ち上がりまでの時間をカウンタ（37，38）でカウ
ントし、加算器（39，40）で加算しながらレジスタ（4
1，42）に記録し、更に次のパルスまでの時間をカウン
トしてレジスタ（41，42）に加算し、最終的には４秒間
内の最後のパルスまでの時間を加算し、レジスタ（41，
42）の値をXWTM，ZWTM（歩行時間）とし、レジスタ（4
1，42）、カウンタ（37，38）の値をリセットする。最
後に除算器（43，44）で｛XWS （一定時間あたりの歩
数）−１｝／XWTM（歩行時間）、｛ZWS （一定時間あた
りの歩数）−１｝／ZWTM（歩行時間）を算出し、単位時
間当たりの歩数とする。図２では、４秒あたりの歩数が
５、歩行時間がｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４、単位時間あた
りのは歩数は｛４／（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４）｝とな
る。尚、以上の手段はハード的に構築した場合である
が、ソフト的な手段に置き換え可能である。
間）毎に現れたパルスの数をカウンタ（35，36）でカウ
ントしXWS ，ZWS （一定時間あたりの歩数）とする。ま
た、所定時間の最初のパルスの立ち上がりから次のパル
スの立ち上がりまでの時間をカウンタ（37，38）でカウ
ントし、加算器（39，40）で加算しながらレジスタ（4
1，42）に記録し、更に次のパルスまでの時間をカウン
トしてレジスタ（41，42）に加算し、最終的には４秒間
内の最後のパルスまでの時間を加算し、レジスタ（41，
42）の値をXWTM，ZWTM（歩行時間）とし、レジスタ（4
1，42）、カウンタ（37，38）の値をリセットする。最
後に除算器（43，44）で｛XWS （一定時間あたりの歩
数）−１｝／XWTM（歩行時間）、｛ZWS （一定時間あた
りの歩数）−１｝／ZWTM（歩行時間）を算出し、単位時
間当たりの歩数とする。図２では、４秒あたりの歩数が
５、歩行時間がｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４、単位時間あた
りのは歩数は｛４／（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４）｝とな
る。尚、以上の手段はハード的に構築した場合である
が、ソフト的な手段に置き換え可能である。
【００２３】表１に発明者が収集した歩行の速さを変え
た平地歩行，平地走行，階段上昇，階段下降時のXACT，
ZACT，ZACT／XACTの平均値，最大値，最小値を表す。
た平地歩行，平地走行，階段上昇，階段下降時のXACT，
ZACT，ZACT／XACTの平均値，最大値，最小値を表す。
【００２４】
【表１】
【００２５】この表をグラフ化したものが図３である。
図３を基に構築した運動形態判別部（４６）での運動形
態判別のアルゴリズムを図４に示す。尚、図４のアルゴ
リズムはハードウエアによっても実現可能である。
図３を基に構築した運動形態判別部（４６）での運動形
態判別のアルゴリズムを図４に示す。尚、図４のアルゴ
リズムはハードウエアによっても実現可能である。
【００２６】運動形態判別では、XACT（単位は1.07×10
-4G2），ZACT（単位は8.５×10-4G2）を入力し(S45) 、
ZACT／XACTを算出して加速度強度比率とする(S46) 。最
初に、XACTが100 以下かどうかを判断する(S47) 。もし
真なら、次にZACT／XACTが５以下かどうかを判断し(S4
8) 、真なら運動形態は平地歩行とする(S49) 。偽なら
運動形態は平地歩行以外であり、更にZACT／XACTが20以
上かどうかを判断し(S50) 、真なら運動形態は階段下降
とし(S51) 、偽なら階段上昇とする(S52) 。
-4G2），ZACT（単位は8.５×10-4G2）を入力し(S45) 、
ZACT／XACTを算出して加速度強度比率とする(S46) 。最
初に、XACTが100 以下かどうかを判断する(S47) 。もし
真なら、次にZACT／XACTが５以下かどうかを判断し(S4
8) 、真なら運動形態は平地歩行とする(S49) 。偽なら
運動形態は平地歩行以外であり、更にZACT／XACTが20以
上かどうかを判断し(S50) 、真なら運動形態は階段下降
とし(S51) 、偽なら階段上昇とする(S52) 。
【００２７】前記比較(S47) でXACTが100 以下かどうか
を判断した結果が偽なら、ZACTが200 以下かどうかを判
断し(S53) 、真なら運動形態は平地歩行とし(S54) 、偽
なら平地歩行外の平地走行とする(S55) 。また、表２に
発明者が収集したバス，自動車，電車乗車時のXACT，ZA
CTの平均値，最大値を表す。
を判断した結果が偽なら、ZACTが200 以下かどうかを判
断し(S53) 、真なら運動形態は平地歩行とし(S54) 、偽
なら平地歩行外の平地走行とする(S55) 。また、表２に
発明者が収集したバス，自動車，電車乗車時のXACT，ZA
CTの平均値，最大値を表す。
【００２８】
【表２】
【００２９】表１と表２をグラフ化したものが図５であ
る。図５を基に構築した外来振動識別部（４７）での外
来振動識別のアルゴリズムを図６に示す。尚、図６のア
ルゴリズムはハードウエアによっても実現可能である。
る。図５を基に構築した外来振動識別部（４７）での外
来振動識別のアルゴリズムを図６に示す。尚、図６のア
ルゴリズムはハードウエアによっても実現可能である。
【００３０】まず、XACT（単位は1.07×10-4G2）とZACT
（単位は8.５×10-4G2）を入力し(S61) 、XACTが30以下
かどうかを判断する(S62) 。偽なら運動による体動とす
る(S63) 。もし真なら、更にZACTが15以下かどうかを判
断し(S64) 、真なら外来振動による体動とし(S65) 、偽
なら運動による体動とする(S66) 。図７に、歩数情報選
択部（４５）での運動形態による歩数情報選択のアルゴ
リズムを示す。尚、図７のアルゴリズムはハードウエア
によっても実現可能である。
（単位は8.５×10-4G2）を入力し(S61) 、XACTが30以下
かどうかを判断する(S62) 。偽なら運動による体動とす
る(S63) 。もし真なら、更にZACTが15以下かどうかを判
断し(S64) 、真なら外来振動による体動とし(S65) 、偽
なら運動による体動とする(S66) 。図７に、歩数情報選
択部（４５）での運動形態による歩数情報選択のアルゴ
リズムを示す。尚、図７のアルゴリズムはハードウエア
によっても実現可能である。
【００３１】運動形態と歩数情報とを入力し(S71) 、運
動形態が平地歩行か平地歩行以外かを判断する(S72) 。
もし平地歩行なら進行方向加速度による歩数を選択する
(S73) 。平地歩行以外なら上下方向加速度による歩数を
選択する(S74) 。尚、ここで入力される運動形態は、前
記図４のステップＳ４８及びＳ５３でのＹＥＳ／ＮＯに
対応した情報の使用が考えられるが、これに限定されず
他の平地歩行か平地歩行以外かの判別結果であってもよ
い。図８は、本実施の形態の体動検出手順を組み込んだ
ペースメーカーの構成例を示す図である。図８には、体
動検出手順をソフトウエアで組み込んだ例を示すが、一
部及び全体をハードウエアで構成しても良いことは先に
示した通りである。又、図８の多くの部分は集積された
ＩＣチップでの実現が可能である。
動形態が平地歩行か平地歩行以外かを判断する(S72) 。
もし平地歩行なら進行方向加速度による歩数を選択する
(S73) 。平地歩行以外なら上下方向加速度による歩数を
選択する(S74) 。尚、ここで入力される運動形態は、前
記図４のステップＳ４８及びＳ５３でのＹＥＳ／ＮＯに
対応した情報の使用が考えられるが、これに限定されず
他の平地歩行か平地歩行以外かの判別結果であってもよ
い。図８は、本実施の形態の体動検出手順を組み込んだ
ペースメーカーの構成例を示す図である。図８には、体
動検出手順をソフトウエアで組み込んだ例を示すが、一
部及び全体をハードウエアで構成しても良いことは先に
示した通りである。又、図８の多くの部分は集積された
ＩＣチップでの実現が可能である。
【００３２】８１はペースメーカー全体の動作を制御す
るＣＰＵ、８２はＣＰＵ８１の処理手順を格納するＲＯ
Ｍであり、処理手順としては体動検出プログラム８２ａ
やペースメーカーの駆動制御プログラム８２ｂが格納さ
れている。８３は補助記憶用のＲＡＭであり、体動検出
プログラム８２ａの実行で検出された運動形態情報８３
ａや歩数情報８３ｂ及び角度補正係数等の定数が記憶さ
れて、ペースメーカーの駆動制御に利用される。８４は
種々の外部情報を入力する入力インタフェースであり、
例えば利用者の心拍等を検出するパルス検知部８４ａや
加速度検出部８４ｂからの情報をインタフェースする。
８５は種々の情報を外部出力する出力インタフェースで
あり、例えば心臓への駆動パルスを出力するパルス発生
部８５ａが接続される。８６は電源である。
るＣＰＵ、８２はＣＰＵ８１の処理手順を格納するＲＯ
Ｍであり、処理手順としては体動検出プログラム８２ａ
やペースメーカーの駆動制御プログラム８２ｂが格納さ
れている。８３は補助記憶用のＲＡＭであり、体動検出
プログラム８２ａの実行で検出された運動形態情報８３
ａや歩数情報８３ｂ及び角度補正係数等の定数が記憶さ
れて、ペースメーカーの駆動制御に利用される。８４は
種々の外部情報を入力する入力インタフェースであり、
例えば利用者の心拍等を検出するパルス検知部８４ａや
加速度検出部８４ｂからの情報をインタフェースする。
８５は種々の情報を外部出力する出力インタフェースで
あり、例えば心臓への駆動パルスを出力するパルス発生
部８５ａが接続される。８６は電源である。
【００３３】図９に図８のペースメーカーの概略動作手
順を示す。ここでは、ペースメーカー自体の詳細な制御
手順は省かれている。図９の動作手順では、ペースメー
カーが本実施の形態で開示した全ての機能を有した例を
記載しているが、１つの独立した機能を有するもので
も、いずれかの複数の機能を組み合わせたものでも、本
願発明の目的を達成し得るものである。加速度検出部８
４ｂ等から外部情報を入力し(S91) 、外部からの加速度
情報を基に利用者の運動か外来振動かを判定する(S92；
図６参照）。外来振動の場合はペースメーカーの出力は
変化させない(S93) 。運動の場合は、進行方向加速度の
強度及び上下方向加速度の強度を算出し(S94)、運動形
態を判定し(S95；図４参照）、歩数出力を選択し(S96；
図７を参照) 、運動形態と進行方向加速度の強度と歩数
の情報とに基づいてペースメーカーの出力制御を行う(S
97) 。
順を示す。ここでは、ペースメーカー自体の詳細な制御
手順は省かれている。図９の動作手順では、ペースメー
カーが本実施の形態で開示した全ての機能を有した例を
記載しているが、１つの独立した機能を有するもので
も、いずれかの複数の機能を組み合わせたものでも、本
願発明の目的を達成し得るものである。加速度検出部８
４ｂ等から外部情報を入力し(S91) 、外部からの加速度
情報を基に利用者の運動か外来振動かを判定する(S92；
図６参照）。外来振動の場合はペースメーカーの出力は
変化させない(S93) 。運動の場合は、進行方向加速度の
強度及び上下方向加速度の強度を算出し(S94)、運動形
態を判定し(S95；図４参照）、歩数出力を選択し(S96；
図７を参照) 、運動形態と進行方向加速度の強度と歩数
の情報とに基づいてペースメーカーの出力制御を行う(S
97) 。
【００３４】
【実施例】表３に平地歩行時の進行方向加速度による歩
数測定結果を、表４に平地走行，階段上昇，階段下降時
の上下方向加速度による歩数測定結果を示す。最大標準
偏差±2.３歩/ 分で歩数の測定が可能であった。
数測定結果を、表４に平地走行，階段上昇，階段下降時
の上下方向加速度による歩数測定結果を示す。最大標準
偏差±2.３歩/ 分で歩数の測定が可能であった。
【００３５】
【表３】
【００３６】
【表４】
【００３７】前出の表２に併せて外来振動の誤検出結果
が示されている。自動車，電車に乗車時は誤検出率０
％、バス乗車時は誤検出率０．７％であった。この結果
より明らかなように、本実施の形態の外来振動除去法を
使用すれば、自動車，電車に乗車しても外来振動の影響
は受けず、バスに乗車しても外来振動の影響は10分間に
１回程度まで抑えられる。
が示されている。自動車，電車に乗車時は誤検出率０
％、バス乗車時は誤検出率０．７％であった。この結果
より明らかなように、本実施の形態の外来振動除去法を
使用すれば、自動車，電車に乗車しても外来振動の影響
は受けず、バスに乗車しても外来振動の影響は10分間に
１回程度まで抑えられる。
【００３８】尚、本発明の体動検出方法及びその装置は
ペースメーカーへの適用に限定されず、特に人体の振動
を利用するあらゆる機器に適用され、同様の効果を奏す
ることは明らかである。
ペースメーカーへの適用に限定されず、特に人体の振動
を利用するあらゆる機器に適用され、同様の効果を奏す
ることは明らかである。
【００３９】
【発明の効果】本発明により、（１）平地歩行，平地走
行，階段上昇，階段下降等の運動形態を判別でき、
（２）運動に起因した体振動か、外来振動に起因した体
振動かを識別でき、（３）平地歩行，平地走行，階段上
昇，階段下降等の運動形態の区別なく、安定して歩数の
測定を行える体動検出方法及びその装置を提供できる。
行，階段上昇，階段下降等の運動形態を判別でき、
（２）運動に起因した体振動か、外来振動に起因した体
振動かを識別でき、（３）平地歩行，平地走行，階段上
昇，階段下降等の運動形態の区別なく、安定して歩数の
測定を行える体動検出方法及びその装置を提供できる。
【００４０】すなわち、進行方向加速度の強度と上下方
向加速度の強度もしくは加速度強度比率の分布から、平
地歩行，平地走行，階段上昇，階段下降等の運動形態を
判別することにより、平地歩行，平地走行，階段上昇，
階段下降等の運動形態別に、代謝量（あるいは消費カロ
リー）を示す指標を算出することが可能となる。また、
進行方向加速度の強度と上下方向加速度の強度の分布で
運動に起因した体振動か、外来振動に起因した体振動か
を判断する。すなわち、バス，自動車，電車等の乗り物
に乗車し、その外来振動により体振動（歩数や体動信号
の積分値等）を誤検出してしまっても、外来振動と判断
すれば体振動（歩数や体動信号の積分値等）を０と見な
すことができ、外来振動の影響を除去できる。
向加速度の強度もしくは加速度強度比率の分布から、平
地歩行，平地走行，階段上昇，階段下降等の運動形態を
判別することにより、平地歩行，平地走行，階段上昇，
階段下降等の運動形態別に、代謝量（あるいは消費カロ
リー）を示す指標を算出することが可能となる。また、
進行方向加速度の強度と上下方向加速度の強度の分布で
運動に起因した体振動か、外来振動に起因した体振動か
を判断する。すなわち、バス，自動車，電車等の乗り物
に乗車し、その外来振動により体振動（歩数や体動信号
の積分値等）を誤検出してしまっても、外来振動と判断
すれば体振動（歩数や体動信号の積分値等）を０と見な
すことができ、外来振動の影響を除去できる。
【００４１】更に、進行方向加速度の強度と上下方向加
速度の強度もしくは加速度強度比率の分布から、運動形
態を平地歩行か、平地歩行以外かを判断する。そして、
運動形態が平地歩行と判断されれば、進行方向加速度に
よる歩数を選択し、平地歩行以外と判断されれば、上下
方向加速度による歩数を選択する。この方法により、平
地歩行，平地走行，階段上昇，階段下降等の区別なく安
定して歩数が測定できる。
速度の強度もしくは加速度強度比率の分布から、運動形
態を平地歩行か、平地歩行以外かを判断する。そして、
運動形態が平地歩行と判断されれば、進行方向加速度に
よる歩数を選択し、平地歩行以外と判断されれば、上下
方向加速度による歩数を選択する。この方法により、平
地歩行，平地走行，階段上昇，階段下降等の区別なく安
定して歩数が測定できる。
【図１】本実施の形態の体動検出装置の構成例を示す図
である。
である。
【図２】本実施の形態の歩数測定アルゴリズムにより歩
数を測定する様子を示した図である。
数を測定する様子を示した図である。
【図３】歩行の速さを変えた平地歩行，平地走行，階段
上昇，階段下降時の進行方向加速度強度（XACT），加速
度強度比率（ZACT／XACT）の測定値の分布を示した図で
ある。
上昇，階段下降時の進行方向加速度強度（XACT），加速
度強度比率（ZACT／XACT）の測定値の分布を示した図で
ある。
【図４】本実施の形態の運動形態判別アルゴリズムを示
した図である。
した図である。
【図５】歩行の速さを変えた平地歩行，平地走行，階段
上昇，階段下降時およびバス，自動車，電車乗車時の進
行方向加速度強度（XACT），上下方向加速度強度（ZAC
T）の測定値の分布を示した図である。
上昇，階段下降時およびバス，自動車，電車乗車時の進
行方向加速度強度（XACT），上下方向加速度強度（ZAC
T）の測定値の分布を示した図である。
【図６】本実施の形態の運動による体振動と外来振動に
よる体振動の識別アルゴリズムを示した図である。
よる体振動の識別アルゴリズムを示した図である。
【図７】本実施の形態の運動形態による歩数選択アルゴ
リズムを示した図である。
リズムを示した図である。
【図８】本実施の形態の体動検出方法が使用されるペー
スメーカーの構成例を示す図である。
スメーカーの構成例を示す図である。
【図９】本実施の形態の体動検出方法が使用されるペー
スメーカーの動作アルゴリズムを示した図である。
スメーカーの動作アルゴリズムを示した図である。
【図１０】本実施の形態の軸の定義を示す図である。
１ 加速度センシング部 ２ 加速度強度算出部 ３ 歩数測定部 ４，５，６ バンドパスフィルタ ７，８，９，10，11，12 角度補正係数 13，14，15，16，17，18，21，22，28 乗算器 19，20，39，40 加算器 23，24 ローパスフィルタ 25，26 クリップ器 27 反転用係数 29，30 歩数測定用閾値 31，32 コンパレータ 33，34 パルス発生器 35，36 パルス数カウンタ 37，38 パルス間隔カウンタ 41，42 レジスタ 43，44 除算器 45 歩数情報選択部 46 運動形態判別部 47 外来振動識別部 48 角度補正係数算出部 49 座標変換部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 5/11
Claims (25)
- 【請求項１】 人体に装着、あるいは植え込まれた互い
に直交する２軸もしくは３軸の加速度を独立に検出可能
な加速度センシング手段と、前記加速度センシング手段の出力を人体の進行方向加速
度及び上下方向加速度に変換するための変換係数を書換
可能に記憶する変換係数記憶手段と、 前記変換係数記憶手段に記憶された変換係数に基づい
て、 前記加速度センシング手段の出力を人体の進行方向
加速度及び上下方向加速度に変換する座標変換手段と、 前記座標変換手段の出力から前記人体の進行方向加速度
の強度と上下方向加速度の強度とを算出する加速度強度
算出手段と、 前記２方向の加速度の強度から前記人体の運動形態を判
別する運動形態判別手段とを備えることを特徴とする体
動検出装置。 - 【請求項２】 前記加速度センシング手段の出力に基づ
いて、前記加速度センシング手段の出力を人体の進行方
向加速度及び上下方向加速度に変換する変換係数を算出
する変換係数算出手段を更に備えることを特徴とする請
求項１に記載の体動検出装置 。 - 【請求項３】 前記運動形態判別手段は、前記進行方向
加速度の強度と上下方向加速度の強度とから加速度強度
比率を算出する手段と、前記進行方向加速度の強度と上
下方向加速度の強度と前記加速度強度比率とから運動の
形態を判別する手段とを備えることを特徴とする請求項
１または２に記載の体動検出装置。 - 【請求項４】 前記運動の形態を判別する手段は、平地
歩行と平地歩行以外とを判別する第１処理手段と、平地
歩行以外を更に平地走行、階段上昇、階段下降に判別す
る第２処理手段とを備えることを特徴とする請求項３に
記載の体動検出装置。 - 【請求項５】 前記座標変換手段の出力から前記人体の
進行方向加速度と上下方向加速度とで独立に歩数を算出
する歩数算出手段と、前記第１処理手段の判別結果に基
づいて、前記歩数算出手段の２つの歩数のどちらか一方
を選択する歩数選択手段とを更に備えることを特徴とす
る請求項４に記載の体動検出装置。 - 【請求項６】 前記２方向の加速度の強度から運動によ
る体動か外来振動による体動かを判断する外来振動識別
手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２ま
たは５に記載の体動検出装置。 - 【請求項７】 人体に装着、あるいは植え込まれた互い
に直交する２軸もしくは３軸の加速度を独立に検出可能
な加速度センシング手段と、 前記加速度センシング手段の出力を人体の進行方向加速
度及び上下方向加速度に変換する座標変換手段と、 前記座標変換手段の出力から前記人体の進行方向加速度
の強度と上下方向加速度の強度とを算出する加速度強度
算出手段と、 前記２方向の加速度の強度から運動による体動か外来振
動による体動かを判断する外来振動識別手段とを備える
ことを特徴とする体動検出装置。 - 【請求項８】 前記２方向の加速度の強度から前記人体
の運動形態が平地歩行か平地歩行以外かを判別する運動
形態判別手段と、 前記座標変換手段の出力から前記人体の進行方向加速度
と上下方向加速度とで独立に歩数を算出する歩数算出手
段と、 前記運動形態判別手段の判別結果に基づいて、前記歩数
算出手段の２つの歩数のどちらか一方を選択する歩数選
択手段とを更に備えることを特徴とする請求項７に記載
の体動検出装置。 - 【請求項９】 人体に装着、あるいは植え込まれた互い
に直交する２軸もしくは３軸の加速度を独立に検出可能
な加速度センシング手段と、 前記加速度センシング手段の出力を人体の進行方向加速
度及び上下方向加速度に変換する座標変換手段と、 前記座標変換手段の出力から前記人体の進行方向加速度
の強度と上下方向加速度の強度とを算出する加速度強度
算出手段と、 前記２方向の加速度の強度から前記人体の運動形態を判
別する運動形態判別手段と、 前記座標変換手段の出力から前記人体の進行方向加速度
と上下方向加速度とで独立に歩数を算出する歩数算出手
段と、 前記運動形態判別手段の判別結果に基づいて、前記歩数
算出手段の２つの歩数のどちらか一方を選択する歩数選
択手段とを備えることを特徴とする体動検出装置。 - 【請求項１０】 前記運動形態判別手段は、前記進行方
向加速度の強度と上下方向加速度の強度とから加速度強
度比率を算出する手段と、前記進行方向加速度の強度と
上下方向加速度の強度と前記加速度強度比率とから運動
の形態が平地歩行か平地歩行以外かを判別する手段とを
備えることを特徴とする請求項９に記載の体動検出装
置。 - 【請求項１１】 前記歩数選択手段は、運動の形態が平
地歩行であると判別されたならば進行方向加速度を用い
た歩数算出手段で測定される歩数を選択し、運動の形態
が平地歩行以外であると判別されたならば上下方向加速
度を用いた歩数算出手段で測定される歩数を選択するこ
とを特徴とする請求項５または８または９に記載の体動
検出装置。 - 【請求項１２】 前記歩数算出手段は、ある一定時間あ
たりの歩数を測定する手段と単位時間あたりの歩数を算
出する手段とのいずれか、又はその両方を備えることを
特徴とする請求項５または８または９に記載の体動検出
装置。 - 【請求項１３】 前記一定時間あたりの歩数を測定する
手段は、加速度の強弱から歩行が行われたかどうかを判
断する歩行判断手段と、ある一定時間内の歩数を測定す
る歩数計数手段とを備えることを特徴とする請求項１２
に記載の体動検出装置。 - 【請求項１４】 前記単位時間あたりの歩数を算出する
手段は、前記一定時間あたりの歩数を測定する手段と、
一定時間内の最初の歩行検出と最後の歩行検出の間の時
間間隔を測定する歩行時間測定手段と、｛（一定時間あ
たりの歩数）−１）｝／（最初の歩行検出と最後の歩行
検出の間の時間間隔）を算出する単位時間あたり歩数換
算手段とを備えることを特徴とする請求項１２に記載の
体動検出装置。 - 【請求項１５】 前記歩行判断手段は、歩行を検出した
後の所定時間内に再度歩行が検出されても、歩数に含め
ない機能を有することを特徴とする請求項１３に記載の
体動検出装置。 - 【請求項１６】 前記進行方向加速度は水平面に平行な
人体の前後方向乃至は水平面に平行な人体の前後方向よ
り１０度前後上向きの加速度であることを特徴とする請
求項１または２または７または９に記載の体動検出装
置。 - 【請求項１７】 前記加速度強度算出手段は、加速度を
検波、あるいは絶対値化、あるいは２乗する第１処理手
段と、その処理出力の一定時間の平均値、あるいは積分
値、あるいは加算値を算出する第２処理手段とからなる
ことを特徴とする請求項１または２または７または９に
記載の体動検出装置。 - 【請求項１８】 人体に装着、あるいは植え込まれた加
速度センサにより、互いに直交する２軸もしくは３軸の
加速度を独立に検出し、前記検出された加速度に基づいて、前記加速度を人体の
進行方向加速度及び上下方向加速度に変換する変換係数
を算出し、 前記算出された変換係数に基づいて、 前記検出された加
速度を人体の進行方向加速度及び上下方向加速度に変換
し、 前記人体の進行方向加速度と上下方向加速度から人体の
進行方向加速度の強度と上下方向加速度の強度とを算出
し、 前記２方向の加速度の強度の分布から前記人体の運動形
態を判別することを特徴とする体動検出方法。 - 【請求項１９】 前記２方向の加速度の強度の分布から
運動による体動か外来振動による体動かを判断する行程
を更に備えることを特徴とする請求項１８に記載の体動
検出方法。 - 【請求項２０】 前記運動形態判別結果により、前記人
体の進行方向加速度と上下方向加速度とで独立に算出さ
れた２つの歩数のどちらか一方を選択する工程を更に備
えることを特徴とする請求項１８または１９に記載の体
動検出方法。 - 【請求項２１】 人体に装着、あるいは植え込まれた体
動検出機能を果す手段を有する装置であって、 前記体動検出機能を果す手段が、 互いに直交する２軸もしくは３軸の加速度を独立に検出
可能な加速度センシング手段と、前記加速度センシング手段の出力を人体の進行方向加速
度及び上下方向加速度に変換するための変換係数を書換
可能に記憶する変換係数記憶手段と、 前記変換係数記憶手段に記憶された変換係数に基づい
て、 前記加速度センシング手段の出力を人体の進行方向
加速度及び上下方向加速度に変換する座標変換手段と、 前記座標変換手段の出力から前記人体の進行方向加速度
の強度と上下方向加速度の強度とを算出する加速度強度
算出手段と、 前記２方向の加速度の強度から前記人体の運動形態を判
別する運動形態判別手段とを備えることを特徴とする装
置。 - 【請求項２２】 前記加速度センシング手段の出力に基
づいて、前記加速度センシング手段の出力を人体の進行
方向加速度及び上下方向加速度に変換する変換係数を算
出する変換係数算出手段を更に備えることを特徴とする
請求項２１に記載の装置 。 - 【請求項２３】 前記体動検出機能を果す手段が、前記
２方向の加速度の強度から運動による体動か外来振動に
よる体動かを判断する外来振動識別手段を更に備えるこ
とを特徴とする請求項２１または２２に記載の装置。 - 【請求項２４】 前記体動検出機能を果す手段が、前記
座標変換手段の出力から前記人体の進行方向加速度と上
下方向加速度とで独立に歩数を算出する歩数算出手段
と、前記運動形態判別手段の判別結果に基づいて、前記
歩数算出手段の２つの歩数のどちらか一方を選択する歩
数選択手段とを更に備えることを特徴とする請求項２１
または２２または２３に記載の装置。 - 【請求項２５】 前記装置は、代謝量（あるいは消費カ
ロリー）が計算可能な万歩計、心臓刺激頻度の制御が可
能な心臓ペースメーカー、あるいは拍出量の制御が可能
な人工心臓を含むことを特徴とする請求項２１または２
２または２３または２４に記載の装置。
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|---|---|---|---|
| JP10030697A JP3314917B2 (ja) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | 体動検出方法及びその装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10030697A JP3314917B2 (ja) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | 体動検出方法及びその装置 |
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