JP4116004B2 - Fall determination method and fall determination device - Google Patents
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Description
本発明は転倒を判定する転倒判定方法および転倒判定装置に関するものである。 The present invention relates to a fall judging method and a fall judging device for judging fall.
近年、一人暮らしや老人福祉施設で暮らす高齢者は年々増加する傾向にある。高齢者の転倒は、放置されると命にかかわることであり、早期発見と緊急連絡が必要である。このため、高齢者の転倒を確実に検出し、通報するシステムが求められている。このようなシステムとしては、傾き、振動および衝撃の少なくともいずれか一つを検出する検出手段と、検出手段の検出出力に基づいて、予め定めたレベル以上の傾き、振動および衝撃の少なくともいずれか一つが検出されたときに、転倒を判定するものが知られている(特許文献1)。
転倒を判定する場合、傾き、振動および衝撃のみを指標として検出する場合には、例えば、転倒時に手をついたり、しりもちをついたりして衝撃が緩和された場合や、高齢者が起き上がったり、寝転んだりした場合などに、誤った判定がなされる場合が多い。また、判定に用いるしきい値を高く設定すると転倒を判定できない場合が生じてしまい、しきい値を低く設定すると転倒している場合でも検知できない場合が生じる。 When judging fall, when detecting only tilt, vibration, and shock as an index, for example, when a hand is touched or falls and the shock is alleviated, or an elderly person gets up In many cases, an erroneous determination is made when lying down. Further, if the threshold value used for the determination is set high, a fall may not be determined, and if the threshold value is set low, a case where the fall is not detected may occur.
本発明者らは、上記の手法に代わる方法として、被験者の体幹に取り付けた互いに直交する3軸方向の加速度、及び、3軸周りの角速度を検知するセンサに基づいて、被験者の体幹の鉛直変位を算出し、算出した被験者の体幹の鉛直変位に基づいて被験者の転倒を判定する新たな方法を検討している。3軸方向の加速度、及び、3軸周りの角速度を検知するセンサに基づいて、被験者の体幹の鉛直変位を算出する際は、体幹の鉛直加速度を求め、これを2回時間積分する方法を用いることができる。 As an alternative to the above-described method, the inventors of the present invention are based on a sensor that detects acceleration in three axial directions orthogonal to each other and an angular velocity around three axes attached to the subject's trunk. We are investigating a new method for calculating the vertical displacement and determining the subject's fall based on the calculated vertical displacement of the trunk of the subject. When calculating the vertical displacement of the trunk of the subject based on the sensor that detects the acceleration in the three-axis direction and the angular velocity around the three axes, a method of obtaining the vertical acceleration of the trunk and integrating it twice over time Can be used.
この方法によれば、理論的には、被験者の鉛直方向の絶対的な変位を算出することができるので、これに基づいて転倒を判定するので、転倒時に手をついたり、しりもちをついたりして衝撃が緩和された場合や、高齢者が起き上がったり、寝転んだりした場合などでも、誤った判定を少なくできることが期待できる。 According to this method, the absolute displacement of the subject in the vertical direction can be calculated theoretically, and the fall is determined based on this. Thus, it can be expected that erroneous determination can be reduced even when the impact is alleviated, or when an elderly person gets up or lies down.
しかし、実験を進めたところ、3軸方向の加速度、及び、3軸周りの角速度を検知するセンサに基づいて、被験者の体幹の鉛直変位を算出した結果は、被験者にセンサを取り付けた位置の鉛直変位に比べると、誤差が生じる場合があった。 However, when the experiment was advanced, the vertical displacement of the subject's trunk was calculated based on the sensor detecting the acceleration in the three axis directions and the angular velocity around the three axes. There were cases where errors occurred compared to the vertical displacement.
本発明は、斯かる本発明者らが提案する転倒判定方法に関して、転倒の判定精度を向上させる転倒判定方法及び転倒判定装置を提供するものである。 The present invention provides a fall determination method and a fall determination device that improve the fall determination accuracy with respect to the fall determination method proposed by the present inventors.
本発明に係る転倒判定方法は、転倒判定部が、被検出者が歩いている状態から転倒したか否かの判別を行う転倒判定方法であって、鉛直加速度算出部が、加速度が予め設定したしきい値を越えた場合に、被験者の体幹に取り付けたセンサで検知された加速度及び角速度に基づいて、被験者の体幹の鉛直加速度Aoを算出する鉛直加速度算出工程と、鉛直変位算出部が、前記被験者の体幹の鉛直加速度Aoに基づいて、被験者の体幹の鉛直変位ΔZを算出する鉛直変位算出工程と、鉛直加速度補正部が、転倒の疑いがある時刻直前の所定時間で、前記被験者の体幹の鉛直変位ΔZを最小二乗法で直線近似し、この近似直線の傾きが0に近づくように鉛直加速度Aoの補正値Ao1を算出することにより、前記被験者の体幹の鉛直加速度Aoを補正する鉛直加速度補正工程と、鉛直変位修正部が、前記鉛直加速度補正工程で補正した鉛直加速度Aoの補正値Ao1に基づいて被験者の体幹の鉛直変位ΔZを修正して修正値ΔZ1を算出する鉛直変位修正工程と、転倒判定部が、前記修正値ΔZ1に基づいて被験者の転倒を判定する転倒判定工程とを備えたこと特徴としている。 The fall determination method according to the present invention is a fall determination method in which the fall determination unit determines whether or not the person to be detected has fallen from the walking state, and the vertical acceleration calculation unit sets the acceleration in advance. A vertical acceleration calculating step of calculating a vertical acceleration Ao of the subject's trunk based on the acceleration and angular velocity detected by a sensor attached to the subject's trunk when the threshold is exceeded, and a vertical displacement calculating unit The vertical displacement calculating step for calculating the vertical displacement ΔZ of the subject's trunk based on the vertical acceleration Ao of the subject's trunk, and the vertical acceleration correction unit at a predetermined time immediately before the time when the fall is suspected, The vertical displacement ΔZ of the subject's trunk is linearly approximated by the method of least squares, and the correction value Ao1 of the vertical acceleration Ao is calculated so that the inclination of the approximate line approaches 0, whereby the vertical acceleration Ao of the subject's trunk is calculated. Correct The vertical acceleration correcting step and the vertical displacement correcting unit correct the vertical displacement ΔZ of the subject's trunk based on the correction value Ao1 of the vertical acceleration Ao corrected in the vertical acceleration correcting step, and calculate the corrected value ΔZ1 The displacement correction step and the fall determination unit include a fall determination step for determining a subject's fall based on the correction value ΔZ1.
本発明に係る転倒判定方法によれば、被験者の体幹の鉛直変位ΔZの修正値ΔZ1は、実際の被験者の体幹の鉛直変位との誤差が少ないので、この修正値ΔZ1に基づいて転倒を判定することにより、転倒判定の精度を向上させることができる。 According to the fall determination method according to the present invention, the correction value ΔZ1 of the vertical displacement ΔZ of the subject's trunk has little error from the actual vertical displacement of the trunk of the subject, and therefore the fall is performed based on the correction value ΔZ1. By determining, the accuracy of the fall determination can be improved.
以下、本発明に係る転倒判定方法及び斯かる転倒判定方法を具現化した転倒判定装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a fall determination method according to the present invention and a fall determination apparatus embodying such a fall determination method will be described with reference to the drawings.
この実施形態に係る転倒判定装置1は、図1に示すように、被験者の身体に取り付ける携帯装置2と、携帯装置2から加速度、角速度などのデータを受信し、鉛直変位を演算して、被験者の転倒を判定する据置装置3とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
携帯装置2は、図1に示すように、加速度センサ11と、角速度センサ12と、A/D変換部13(アンプ)と、内部クロック14と、CPU15(演算部)と、転倒疑い判定部16と、メモリ17(記憶部)と、データ送受信部18と、電源19(充電池)を備えている。
As shown in FIG. 1, the
加速度センサ11は、互いに直交する3軸方向の加速度を検知するセンサで構成されており、図2に示すように、被験者の正面(z)、被験者の体軸(y)、被験者の左右(x)のそれぞれの軸方向で加速度を検知している。角速度センサ12は、加速度センサ11と同軸周りの角速度を検知している。この実施形態では、加速度センサ11と、角速度センサ12は、それぞれ電気信号で加速度と角速度を検知し、検知した電気信号をA/D変換部13で加速度、角速度に変換して、メモリ17に記憶させている。
The
加速度センサ11には、例えば、日立金属株式会社製 H48Aを用い、角速度センサ12には、例えば、株式会社村田製作所製 ENC−03Mを用いるとよい。なお、加速度センサ11と角速度センサ12はこれに限定されない。また、加速度センサ11は重力加速度を検知するものがあり、この場合には、体幹の各軸方向の加速度を得るためには、加速度センサ11で得られた検知量から、重力加速度を割り引いて加速度を求めるとよい。
For example, H48A manufactured by Hitachi Metals, Ltd. may be used for the
また、加速度センサ11と角速度センサ12は、それぞれ個別のセンサを組み合わせた構成にしても良いが、加速度センサ11と角速度センサ12を一体的に構成した、所謂、直交3軸加速度/角速度センサを用いても良い。
The
携帯装置2は、互いに直交する3軸のセンサが、それぞれ被験者の正面(z)、被験者の体軸(y)、被験者の左右(x)に向くように、例えば、被験者の体幹(例えば、胸部、腹部、腰)に取り付けるとよい。なお、転倒時の鉛直変位を算出するので、被験者が立っている状態から転倒すると仮定すると、センサを取り付けた位置により、胸部>腹部>腰の順でより大きな変位が得られる。
The
内部クロック14は携帯装置2に備え付けられた時計である。
The
メモリ17は、携帯装置2の各種情報を記憶する機能を備えている。特に重要な機能として、メモリ17は常時、加速度センサ11により測定された加速度、角速度センサ12により測定された角速度、内部クロック14の時刻を関連付けて記憶している。なお、この実施形態では、メモリ17は、これらのデータを所定時間(例えば、1分間)、随時上書きしながら記録するものを用いている。これにより必要なメモリ容量を小さくすることができる。
The
CPU15は、メモリ17へのデータの書き込みデータ処理や据置装置3とのデータ送受信など、所定のプログラムに従って携帯装置2の種々の演算を行う機能を備えている。
The
転倒疑い判定部16は、しきい値設定部16aと判定部16bとを備えている。
The fall
しきい値設定部16aは、加速度センサ11で検知された加速度に対して、転倒の疑いがある加速度の変化を判定するしきい値p(図3参照)を設定するものである。このしきい値は任意に設定できる。このしきい値pは、転倒を判定するものではなく、転倒の可能性があるような異常を検出するものである。このため、例えば、通常の歩行などによる比較的軽微の衝撃では反応しないようにし、転倒が疑われる比較的大きな衝撃を広く検出するように設定すれば良い。
The threshold
また判定部16bは、加速度センサ11で検知された加速度が、しきい値設定部16aに設定されたしきい値pを越えたか否かを判定するものであり、所定の判定プログラムで構成されている。なお、転倒疑い判定部16の演算はCPU15で演算されるようになっている。
The
データ送受信部18は据置装置3との通信機能を備えている。この実施形態では、データ送受信部18は、転倒疑い判定部16において、加速度センサ11で検知された加速度が、転倒疑い判定部16のしきい値設定部16aに設定されたしきい値を越えたとの判定が行われた場合に起動している。例えば、図3に示すように、加速度センサ11で検知した体軸y方向の加速度Ayが、転倒疑い判定部16で設定されたしきい値pを越えたことを検知したときに起動するようにするとよい。なお、実際には、転倒疑い判定部16は、他の加速度センサ及び角速度センサを含めて総合的に、転倒の疑いを判定するとよい。具体的には、つまずいて転倒する人体の重心位置の運動を観察すると、その絶対座標における加速度の鉛直方向成分は単調に減少するため、加速度変化の大きさに関するしきい値を設けることで検出が可能である。また、貧血や失神などに起因する転倒の場合でも、体が地面に衝突したときに大きな衝撃力が人体と加速度センサに作用する。ゆえに、いずれの場合においても加速度の変化の大きさに関して適当なしきい値を設定して観測することにより、転倒の疑いがある運動を検出することが可能である。
The data transmitter /
そして、転倒疑い判定部16が起動した前後の所定時間にメモリ17に記録された加速度、角速度、時刻などのデータを据置装置3に送信する。メモリ17に記録されたデータの送信は、例えば、転倒疑い判定部16で加速度Ayがしきい値pを越えたとの判定が行われた時刻の前後1〜2秒分程度でもよい。前後何秒間のデータを送信するかは、後述する転倒判定処理に必要な時間を割り出して、任意に設定するとよい。
Then, data such as acceleration, angular velocity, and time recorded in the
このように、データ送受信部18の起動時間及びデータ送信量を、転倒判定に必要な最低量に抑えることにより、携帯装置2の消費電力を少なくすることができ、携帯装置2の小型化及び軽量化を図ることができる。
As described above, by suppressing the activation time and the data transmission amount of the data transmission /
なお、データ送受信部18には、上述した加速度と角速度のデータ送信の他、据置装置3やその他の装置との通信機能を備えておくとよい。
In addition to the above-described data transmission of acceleration and angular velocity, the data transmission /
次に、据置装置3を説明する。
Next, the
据置装置3は、図1に示すように、データ送受信部21と、内部クロック22と、メモリ23(記憶部)と、CPU24と、鉛直加速度算出部25と、鉛直変位算出部26と、鉛直加速度補正部27と、鉛直変位修正部28と、転倒判定部29と、表示部30と、通信部31と、電源32(AC電源)を備えている。
As shown in FIG. 1, the
据置装置3のデータ送受信部21は、携帯装置2のデータ送受信部21と各種データを送受信する機能を備えている。なお、携帯装置2とのデータの送受信は、無線やPHSなどの各種通信方式を採用することができるが、携帯装置2の消費電力を抑える方式を選択することが好ましい。
The data transmission /
内部クロック22は時計の機能を備えている。
The
メモリ23は、据置装置3の各種情報を記憶する機能を備えている。特に重要な機能として、メモリ23は、常時、データ送受信部21に被験者の携帯装置2から加速度等のデータが送られたときには、このデータを記憶する。また、メモリ23は、被験者が転倒したと判断した場合に連絡する連絡先(例えば、被験者を担当する看護士の携帯電話の番号、被験者の保護者の携帯電話の番号など)を記憶している。
The
CPU24は、加速度等のデータに基づく転倒判定処理、メモリへのデータの書き込みデータ処理、被験者や保護者への通信処理など、それぞれ所定のプログラムに従って据置装置3の種々の演算を行う機能を備えている。
The
鉛直加速度算出部25は、被験者の体幹に取り付けたセンサで検知された加速度及び角速度に基づいて、被験者の体幹の鉛直加速度Aoを算出する鉛直加速度算出工程を行うものであり、この実施形態では、被験者に装着された携帯装置2から受信した3軸方向(x、y、z)の加速度(Ax、Ay、Az)及び角速度(dθ/dt、dψ/dt、dφ/dt)のデータに基づいて、被験者の体幹の鉛直加速度Aoを算出する。
The vertical
鉛直加速度の演算は、まず携帯装置2から送られてきた加速度のデータから、転倒と疑われる動作の始めと終わりの時間を割り出す。転倒と疑われる動作の始めの時刻は、例えば、被験者の体幹に取り付けた携帯装置2の各加速度センサが、転倒と疑われる変化をし始めた時刻とする。転倒と疑われる動作の終わりの時刻tbは、図3に示す被験者の体幹に取り付けた携帯装置2の各加速度センサから、被験者が転倒の衝撃を受けた時刻を割り出すことにより求めることができる。また、転倒した場合、加速度センサは転倒の終わりに比較的大きな変化があり、転倒の始めよりも転倒の終わりを検知することの方が容易である。そこで、転倒と疑われる動作の終わりの時刻tbから経験測的に転倒に要する時間(例えば2秒程度)を遡って、転倒が始まったと仮定される時刻を設定してもよい。この場合、携帯装置2のメモリから送信されるデータ量を調整し、転倒と疑われる動作の前後それぞれ数秒間の時間帯の加速度及び角速度のデータを、据置装置3に送り、演算に用いるデータとしてメモリ23に記憶するとよい。
In the calculation of the vertical acceleration, first, the start and end times of the operation suspected of falling are determined from the acceleration data sent from the
以下に、鉛直加速度Aoを求める演算例を説明する。 Below, the example of a calculation which calculates | requires the vertical acceleration Ao is demonstrated.
なお、図2中、X,Y,Zは絶対座標系であり、zは被験者の正面、yは被験者の体軸、xは被験者の左右のそれぞれの軸方向を示している。絶対座標系O−XYZは、図2のように、t=0における人間の進行方向がX軸の正方向となるように設定する。また、図2中、θはx軸周りの変位角(ピッチ角)を、ψはy軸周りの変位角(ヨー角)を、φはz軸周りの変位角(ロール角)をそれぞれ示している。θ、ψ、φは、それぞれx軸、y軸、z軸周りの角速度を時間積分することにより求めることができる。 In FIG. 2, X, Y, and Z are absolute coordinate systems, z is the front of the subject, y is the body axis of the subject, and x is the left and right axial directions of the subject. As shown in FIG. 2, the absolute coordinate system O-XYZ is set so that the human traveling direction at t = 0 is the positive direction of the X axis. In FIG. 2, θ represents a displacement angle (pitch angle) around the x axis, ψ represents a displacement angle (yaw angle) around the y axis, and φ represents a displacement angle (roll angle) around the z axis. Yes. θ, ψ, and φ can be obtained by time-integrating angular velocities around the x-axis, y-axis, and z-axis, respectively.
また、ここでは、メモリ23には、転倒と疑わしき運動について、所定時間のセンサ出力履歴を、所定間隔Tでサンプリングして記録している。例えば、転倒と疑わしき運動について、7秒間のセンサ出力履歴を、10msの間隔ごとにサンプリングした場合、メモリ23には1回の転倒と疑わしき運動について、それぞれ7秒間を700分割したデータ構造で記録されており、時刻はt=kT(k=0,1,・・・,N=699)で規定することができる。メモリに記録された最初の時刻はt=0(k=0)で表される。
Also, here, the
xyz座標軸で時刻t=kT(k=0,1,・・・,N=699)に観測された加速度は順に、Ax[k],Ay[k],Az[k]で表される。Axはx軸方向の加速度を、Ayはy軸方向の加速度を、Azはz軸方向の加速度をそれぞれ示している。また、各軸周りの角速度は同様にdθ/dt[k],dψ/dt[k],dφ/dt[k]で記述される。 The accelerations observed at the time t = kT (k = 0, 1,..., N = 699) on the xyz coordinate axes are sequentially expressed as Ax [k], Ay [k], and Az [k]. Ax represents the acceleration in the x-axis direction, Ay represents the acceleration in the y-axis direction, and Az represents the acceleration in the z-axis direction. Similarly, the angular velocities around each axis are described by dθ / dt [k], dψ / dt [k], dφ / dt [k].
また、絶対座標系の各座標軸を軸として正方向回転して得られる新座標軸上で表現されたベクトルを絶対座標で表現するために必要な回転変換行列はそれぞれ回転変換行列はそれぞれ数1で与えられる。
なお、利用するセンサが加速度のDC成分を検出可能である場合、数3により得られた鉛直方向加速度には運動に寄与しない重力加速度が重畳するため、数4により補正を行う必要がある。
次に、鉛直変位算出部26を説明する。鉛直変位算出部26は、鉛直加速度算出部25で算出した被験者の体幹の鉛直加速度Aoに基づいて被験者の体幹の鉛直変位ΔZを算出する鉛直変位算出工程を行うものである。被験者の体幹の鉛直変位ΔZは、理論的には被験者の体幹の鉛直加速度を2回時間積分することにより求めることができ、ΔZ=∫∫(Ao)dtをt=0〜tbで2回時間積分することにより求めることができる。
Next, the vertical
転倒時の鉛直変位Z(t)は、図4に示すグラフのようなパターンになると想定される。この実施形態では、鉛直変位算出部26は、鉛直変位ΔZを、例えば、鉛直変位ΔZ=∫(鉛直速度)dt=∫(∫(鉛直加速度)dt)dtの式で求めている。なお、鉛直変位ΔZの計算を容易にするために、時間軸を逆転させた時間軸τ(τ=tb−t)をとり、Ao(τ)を2回、時間積分して算出してもよい。時間軸τでは、転倒時の鉛直加速度Ao(τ)は、図5に示すグラフのようなパターンになる。
The vertical displacement Z (t) at the time of the fall is assumed to be a pattern like the graph shown in FIG. In this embodiment, the vertical
なお、理論的には、斯かる鉛直変位算出部26により、被験者の体幹の鉛直変位を算出することができる。しかし、加速度センサ11及び角速度センサ12にはそれぞれ固有の誤差があり、斯かる加速度センサ11及び角速度センサ12を基に、被験者の体幹の鉛直加速度Aoを算出すると誤差が増幅する場合があり、さらに、この鉛直加速度Aoを2回時間積分して、鉛直変位ΔZを求めると、誤差がさらに大きく増幅する場合がある。
Theoretically, the vertical displacement of the subject's trunk can be calculated by the
本発明者らは、実際に被験者の体幹に携帯装置2を付けて擬似転倒させ、これを固定したビデオカメラで撮影し、ビデオ画像により、携帯装置2の変位、体軸の傾き、転倒の始点と終点などを調べ、鉛直変位算出部26で算出した鉛直変位ΔZの誤差の傾向を調べた。その結果、被験者が水平な床の上を歩いている状態から擬似転倒させた場合、図6に示すように、携帯装置2から得られるセンサのデータに基づく上記の演算結果(A)は誤差が増幅し、ビデオ画像の解析結果(B)と大きな差が生じる場合があった。
The present inventors actually attached the
このような場合において、加速度センサ11及び角速度センサ12を基に、演算で求められる被験者の体幹の鉛直加速度Aoに一定量の誤差があると仮定し、鉛直加速度Aoから一定量を差し引いて、鉛直変位ΔZを算出すると、図7に(D)で示すように、ビデオ画像の解析結果(B)と傾向が一致することが分った。
In such a case, based on the
本発明者らは、実験を繰り返した結果、鉛直加速度Aoに基づいて算出した鉛直変位ΔZが、被験者が転倒する直前の時間帯で、実際の被験者の体幹の鉛直変位に合うように、鉛直加速度Aoを補正し、鉛直加速度Aoの補正値Ao1に基づいて、鉛直変位ΔZを修正することにより、鉛直変位ΔZを実際の被験者の体幹の鉛直変位に近づけることができるとの知見を得た。 As a result of repeating the experiment, the present inventors have determined that the vertical displacement ΔZ calculated based on the vertical acceleration Ao matches the actual subject's vertical displacement in the time zone immediately before the subject falls. We obtained knowledge that the vertical displacement ΔZ can be brought close to the vertical displacement of the trunk of the actual subject by correcting the acceleration Ao and correcting the vertical displacement ΔZ based on the correction value Ao1 of the vertical acceleration Ao. .
鉛直加速度補正部27は、本発明者らの斯かる知見に基づき、鉛直加速度算出部25で算出した鉛直加速度Aoを補正する。鉛直加速度Aoを補正する手法は、例えば、被験者が転倒する直前の時間帯において鉛直加速度Aoの補正なしで算出した鉛直変位ΔZを、最小二乗法で直線近似し、この近似直線(C)が、被験者の体幹の鉛直変位に近づくように、鉛直加速度Aoの補正値Ao1を求めるとよい。
The vertical
例えば、被験者が歩いている状態から転倒する場合、ビデオ画像を解析したところ、転倒直前の歩いている状態では、図6に(B)で示すように、被験者の体幹の鉛直位置は一定の歩行リズムで上下に動く波形を描きながら、略水平に推移する。ビデオ画像を解析し、被験者の体幹の鉛直位置の変位を転倒直前の時間帯において最小二乗法で直線近似すると、この近似直線の傾きは0になることが予測される。 For example, when the subject falls from a walking state, the video image is analyzed. In the walking state immediately before the fall, the vertical position of the subject's trunk is constant as shown in FIG. It moves almost horizontally while drawing a waveform that moves up and down with a walking rhythm. When the video image is analyzed and the displacement of the vertical position of the subject's trunk is linearly approximated by the least square method in the time zone immediately before the fall, the slope of the approximate line is predicted to be zero.
そこで、鉛直加速度Aoを補正せずに鉛直変位ΔZを算出し、転倒直前の時間帯においてΔZの履歴曲線(A)を最小二乗法で直線近似し、この近似直線(C)の傾きが0になるように、鉛直変位ΔZの基データとなる鉛直加速度Aoの補正値Ao1を求めた。なお、鉛直加速度Aoの補正値Ao1は、例えば、表計算ソフトに組み込まれているゴールシーク機能(目標値に一致するように、指定したセルの値を最適化するツール)を用いて算出することができる。 Therefore, the vertical displacement ΔZ is calculated without correcting the vertical acceleration Ao, and the hysteresis curve (A) of ΔZ is linearly approximated by the least square method in the time zone immediately before the fall, and the slope of the approximate straight line (C) becomes zero. Thus, the correction value Ao1 of the vertical acceleration Ao serving as the basic data of the vertical displacement ΔZ was obtained. The correction value Ao1 of the vertical acceleration Ao is calculated using, for example, a goal seek function (a tool that optimizes the value of a specified cell so as to match the target value) incorporated in the spreadsheet software. Can do.
次に、鉛直変位修正部28は、鉛直加速度Aoの補正値Ao1に基づいて、被験者の体幹の鉛直変位ΔZを修正する。すなわち、鉛直変位修正部28は、鉛直変位=∫∫(鉛直加速度)dt2の式により、Ao1を2回時間積分して、鉛直変位ΔZの修正値ΔZ1を算出する。算出された鉛直変位ΔZの修正値ΔZ1の履歴曲線(D)は図7に示すようにビデオ解析の結果に略一致する。
Next, the vertical
被験者の体幹の鉛直変位は、転倒の状況に依存せず、また被験者の身長や携帯装置の取り付け部位などにもよるが70cm〜110cm程度の確実な変位が正確に得られる。転倒判定部29は、鉛直変位修正部28で求めた鉛直変位ΔZの修正値ΔZ1を転倒判定の最も重要な指標として被験者の転倒を判定する。
The vertical displacement of the subject's trunk does not depend on the situation of the fall, and a reliable displacement of about 70 cm to 110 cm can be accurately obtained although it depends on the height of the subject and the site where the portable device is attached. The
転倒判定部29の転倒判定は、鉛直変位修正部28で修正された鉛直変位ΔZの修正値ΔZ1に対してしきい値を設定し、鉛直変位ΔZが所定のしきい値よりも大きいか否かを判定して行う。なお、しきい値は、被験者の身長や、センサを取り付ける被験者の体幹の位置(例えば、胸部、腹部、腰)などを考慮して適切な値に設定するとよい。
In the fall determination of the
この転倒判定装置1は、被験者の体幹の鉛直変位に基づいて、被験者の転倒を判定するので、転倒時に手をついたり、しりもちをついたりして衝撃が緩和された場合でも転倒の疑いがある場合を確実に検知することができる。また、高齢者が起き上がったり、寝転んだりして加速度センサが反応した場合でも、それが転倒によるものか否かを精度よく判定することができる。これにより、誤判定を減少させ、より正確な判定が可能になる。
Since the
なお、転倒判定部29は、鉛直変位ΔZの修正値ΔZ1のみで転倒の有無を判定してもよいが、鉛直変位ΔZの修正値ΔZ1での判定と、他の指標による判定を総合的に判断して判定してもよい。例えば、体幹の鉛直変位ΔZの修正値ΔZ1で「転倒有り」と判定するだけでなく、さらに転倒の前後における体幹に対する重力加速度の向きの変化や、ピッチ角やヨー角の変位や、転倒の始めから転倒の終わりまでの時間(tb)などの他の指標も考慮して被験者の転倒を判定することにより、転倒判定の確実性をさらに向上させることができる。
The
転倒の前後において体幹に対する重力加速度の向きの変化は、携帯装置2に重力加速度の方向を検知できる機能を備えたセンサを装備して検知すればよい。例えば、加速度センサは、重力加速度を検知することができるので、携帯装置2に取り付けた3軸加速度センサを総合的に勘案すれば、重力加速度を算出することができる。転倒の前後での重力加速度の向きに変化があるか否かを判定することにより、転倒判定の確実性を補うことができる。具体的には、t=0のときと、t=tbのときで重力加速度を検知する軸に、一定以上の変化があるか否かを判定するとよい。これにより、例えば、転倒後にうつぶせや仰向けの姿勢になっていれば、体幹に対する重力加速度の向きが変化するので、これを利用して、転倒判定の確実性を補うことができる。
The change in the direction of the gravitational acceleration relative to the trunk before and after the fall may be detected by equipping the
また、角速度センサを時間積分して、t=0〜tbの時間のピッチ角やヨー角の変位を見ることにより、判定の確実性を補うようにしてもよい。また、転倒の始めから転倒の終わりまでの時間(tb)が小さければ小さいほど、短時間で鉛直変位が生じたことになるので、被験者が転倒したのか被験者が意図的に姿勢を変えたのかを判定する指標になる。 Alternatively, the angular velocity sensor may be integrated over time to observe the pitch angle or yaw angle displacement during the time t = 0 to tb, thereby supplementing the certainty of determination. Also, the smaller the time (tb) from the start of the fall to the end of the fall, the shorter the vertical displacement occurred, so whether the subject fell or the subject intentionally changed their posture. It becomes an index to judge.
ピッチ角θやヨー角φの変位、転倒の始めから転倒の終わりまでの時間(tb)の判定は、これらに対してしきい値を設定して、これらの指標を合わせて被験者の転倒の判定に用いてもよい。 To determine the displacement of the pitch angle θ and the yaw angle φ and the time (tb) from the beginning of the fall to the end of the fall (tb), a threshold value is set for them, and these indicators are combined to determine the fall of the subject. You may use for.
また、転倒と判定された後の加速度センサのデータや、ピッチ角やヨー角の変位を考慮すれば、転倒後の被験者の姿勢や、体動可能な状態であるかなど、被験者の怪我の状況などを把握する判断材料を得ることができる。 In addition, taking into account the acceleration sensor data after it was determined to fall and the displacement of the pitch angle and yaw angle, the subject's injury status, such as the posture of the subject after the fall and whether the body is movable It is possible to obtain judgment materials for grasping the above.
この転倒判定装置1は、上述の転倒判定処理により、被験者が転倒したと判定した場合には、据置装置3の表示部30に被験者の転倒を表示させ、オペレータに被験者の転倒を知らせるものである。また据置装置3の通信部31は、被験者が転倒したと判断した場合に連絡するメモリに記憶された所定の連絡先に、被験者が転倒したと判定された旨を連絡するものである。
When the
表示部30は、オペレータに被験者の転倒を知らせるものであればよく。例えば、ディスプレイへの表示や、警告音を鳴らすことなどで行うとよい。また、通信部31は、無線、電話回線、インターネットなどの通信網を利用して、所定の連絡先(携帯電話やPHS)などに被験者が転倒したと判定した旨を連絡するようにするとよい。
The
以上、本発明の転倒判定装置の一実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明の転倒判定装置は上記の実施形態に限定されない。 As mentioned above, although one Embodiment of the fall determination apparatus of this invention was described based on drawing, the fall determination apparatus of this invention is not limited to said embodiment.
例えば、上記の実施形態では、転倒判定装置1は、携帯装置2と据置装置3で構成して、積分演算など大型の演算処理が必要なもの処理を据置装置3で行うようにしている。これは被験者が身に付ける携帯装置2の小型、軽量化を図るためである。しかし、将来、より小型で大容量の演算装置が開発された場合に転倒判定装置1の全ての機能を携帯装置2に持たせることが可能であれば、転倒判定装置1は携帯型の装置にすることができる。
For example, in the above-described embodiment, the
また、上記実施形態において、据置装置3は、複数の被験者の携帯装置2から送信されたデータを一括して処理し、複数の人の転倒判定を一括して行うようにすることも可能である。
Moreover, in the said embodiment, the
また、転倒判定装置1の加速度センサや角速度センサは、例えば、ベルトのバッグルなどに装備させることも可能である。
Further, the acceleration sensor and the angular velocity sensor of the
また、本発明に係る転倒判定装置は、人型のロボットなどの転倒判定にも適用することができ、被験者には、人間だけでなく、人型のロボットが含まれる。 In addition, the fall determination device according to the present invention can be applied to fall detection of a humanoid robot or the like, and subjects include not only humans but also humanoid robots.
1 転倒判定装置
2 携帯装置
3 据置装置
11 加速度センサ
12 角速度センサ
13 A/D変換部
14 内部クロック
15 CPU
16 転倒疑い判定部
17 メモリ
18 データ送受信部
19 電源
21 データ送受信部
22 内部クロック
23 メモリ
25 鉛直加速度算出部
26 鉛直変位算出部
27 鉛直加速度補正部
28 鉛直変位修正部
29 転倒判定部
30 表示部
31 通信部
32 電源
DESCRIPTION OF
16 Falling suspect
Claims (2)
鉛直加速度算出部が、加速度が予め設定したしきい値を越えた場合に、被験者の体幹に取り付けたセンサで検知された加速度及び角速度に基づいて、被験者の体幹の鉛直加速度Aoを算出する鉛直加速度算出工程と、
鉛直変位算出部が、前記被験者の体幹の鉛直加速度Aoに基づいて、被験者の体幹の鉛直変位ΔZを算出する鉛直変位算出工程と、
鉛直加速度補正部が、転倒の疑いがある時刻直前の所定時間で、前記被験者の体幹の鉛直変位ΔZを最小二乗法で直線近似し、この近似直線の傾きが0に近づくように鉛直加速度Aoの補正値Ao1を算出することにより、前記被験者の体幹の鉛直加速度Aoを補正する鉛直加速度補正工程と、
鉛直変位修正部が、前記鉛直加速度補正工程で補正した鉛直加速度Aoの補正値Ao1に基づいて被験者の体幹の鉛直変位ΔZを修正して修正値ΔZ1を算出する鉛直変位修正工程と、
転倒判定部が、前記修正値ΔZ1に基づいて被験者の転倒を判定する転倒判定工程とを備えたこと特徴とする転倒判定方法。 The fall determination unit is a fall determination method for determining whether or not the detected person has fallen from the walking state,
The vertical acceleration calculation unit calculates the vertical acceleration Ao of the subject's trunk based on the acceleration and the angular velocity detected by the sensor attached to the subject's trunk when the acceleration exceeds a preset threshold value. A vertical acceleration calculation step;
Vertical displacement calculation unit, based on said vertical acceleration Ao of the subject's torso, and the vertical displacement calculating step of calculating a vertical displacement ΔZ of the subject's torso,
The vertical acceleration correction unit linearly approximates the subject's trunk vertical displacement ΔZ by the least square method at a predetermined time immediately before the time when the fall is suspected, and the vertical acceleration Ao so that the inclination of the approximate line approaches 0 A vertical acceleration correction step of correcting the vertical acceleration Ao of the trunk of the subject by calculating the correction value Ao1 of
A vertical displacement correction step in which a vertical displacement correction unit corrects the vertical displacement ΔZ of the subject's trunk based on the correction value Ao1 of the vertical acceleration Ao corrected in the vertical acceleration correction step, and calculates a correction value ΔZ1 ;
A fall determination method comprising: a fall determination unit including a fall determination step of determining a subject's fall based on the correction value ΔZ1.
被験者の体幹に取り付けたセンサと、
前記センサで検知された加速度に基づいて、被験者の転倒の疑いがある時刻を判定する転倒疑い判定部と、
加速度が予め設定したしきい値を越えた場合に、前記センサで検知された加速度及び角速度に基づいて、被験者の体幹の鉛直加速度Aoを算出する鉛直加速度算出部と、
前記被験者の体幹の鉛直加速度Aoに基づいて、被験者の体幹の鉛直変位ΔZを算出する鉛直変位算出部と、
転倒の疑いがある時刻直前の所定時間で、前記被験者の体幹の鉛直変位ΔZを最小二乗法で直線近似し、この近似直線の傾きが0に近づくように鉛直加速度Aoの補正値Ao1を算出することにより、前記被験者の体幹の鉛直加速度Aoを補正する鉛直加速度補正部と、
前記鉛直加速度補正部で補正した鉛直加速度Aoの補正値Ao1に基づいて被験者の体幹の鉛直変位ΔZを修正して修正値ΔZ1を算出する鉛直変位修正部と、
前記修正値ΔZ1に基づいて被験者の転倒を判定する転倒判定部とを備えたこと特徴とする転倒判定装置。 A fall determination device that determines whether or not the detected person has fallen from the walking state,
A sensor attached to the trunk of the subject;
Based on the acceleration detected by the sensor, a fall suspect determination unit that determines a time when the subject is suspected of falling, and
A vertical acceleration calculation unit that calculates the vertical acceleration Ao of the subject's trunk based on the acceleration and angular velocity detected by the sensor when the acceleration exceeds a preset threshold;
A vertical displacement calculation unit that calculates a vertical displacement ΔZ of the subject's trunk based on the vertical acceleration Ao of the subject's trunk;
The vertical displacement ΔZ of the subject's trunk is linearly approximated by the least square method at a predetermined time immediately before the time when there is a suspicion of falling, and the correction value Ao1 of the vertical acceleration Ao is calculated so that the inclination of the approximate line approaches 0 A vertical acceleration correction unit that corrects the vertical acceleration Ao of the subject's trunk,
A vertical displacement correction unit that corrects the vertical displacement ΔZ of the subject's trunk based on the correction value Ao1 of the vertical acceleration Ao corrected by the vertical acceleration correction unit, and calculates a correction value ΔZ1 ;
A fall determination device, comprising: a fall determination unit that determines a fall of a subject based on the correction value ΔZ1.
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