JPH09276256A

JPH09276256A - 身体活動量計測システム

Info

Publication number: JPH09276256A
Application number: JP8095047A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Maki; 秀之牧
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-04-17
Filing date: 1996-04-17
Publication date: 1997-10-28
Anticipated expiration: 2016-04-17
Also published as: JP2773734B2

Abstract

(57)【要約】【課題】踵にかかる荷重を基に、被測定者の体重に対
するその荷重の割合と荷重パターンから、姿勢や行動を
判定して身体活動量を求める。【解決手段】踵に装着して荷重を計測する圧力センサ
１と、被測定者の体重に対する荷重の割合と荷重の時系
列的変化（荷重パターン）から姿勢と行動の判定を行う
信号処理部３とから構成され、身体活動量の計測を実現
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、身体活動量計測シ
ステムに関し、特に生体計測の身体活動量計測システム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の身体活動量計測システム
は、例えば特開平５−２８５１２６号公報に示されるよ
うに、良質な睡眠を得るのに必要な運動量を確保する為
に、一日の活動量を計測することを目的として用いられ
ている。図８は従来の身体活動量計測システムの一例を
示す全体概要図と、図９（ａ），（ｂ）は計測部１００
の構成を示す斜視図である。図８において、計測部１０
０は、身体の活動量を所定の時間毎に又は連続的に計測
した結果を出力する。記憶部１０１は計測部１００から
出力される計測値を記憶する。演算部１０２は計測開始
時からの全ての計測値を積算した結果を出力する。比較
部１０３は良質な睡眠を得る為に必要な活動量を前記計
測値の積算値と比較する。表示部１０４は比較部１０３
にて比較を行い、前記積算値が良質な睡眠を得る為に必
要な活動量よりも小さいときにその差を表示する。この
技術において身体活動量計測そのものに関係しているの
は、計測部１００のみである。

【０００３】次に身体活動量計測までの動作を説明す
る。図９（ａ），（ｂ）のように圧電素子で構成された
円筒状の容器１２０内に球１３０を封入し、容器１２０
を人の手首に装着する。容器１２０に電極を配しておく
と、腕の動きに伴い球１３０が容器１２０に衝突する
為、活動量に応じた振幅と周波数を有する電圧信号を取
り出すことができる。この電圧信号に基づいて所定の時
間毎の活動量又は瞬時の活動量を計測することができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】第１の問題点は、身体
の活動量に大きく関与する姿勢に関する情報が入手でき
ないということである。その理由は、腕の動きのみの計
測では、腕の動きを伴う周期的な運動以外、例えば立位
・座位・仰臥位等の姿勢の分類を行うことが困難なこと
にある。

【０００５】第２の問題点は、活動量に大きな影響を及
ぼす体重移動を伴う運動、即ち足の動きを伴った行動を
計測することができないということである。その理由
は、腕の動きのみの計測では机上の作業と歩行等の行動
との区別ができないばかりか、階段歩行等を含む足の動
きを伴う行動の分類もできないことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の身体活動量計測
システムは、踵に装着して荷重を計測する圧力センサ
（図１の１）と、被測定者の体重に対する荷重の割合と
荷重の時系列的変化（荷重パターン）から姿勢と行動の
判定を行い外部に結果を出力する信号処理部（図１の
３）とを有する。

【０００７】身体の活動即ち姿勢や行動のほとんどが重
心移動を伴っていることから、踵にかかる荷重と姿勢、
及び荷重の時間的変化と行動との間には高い相関があ
る。このため、踵に配置した圧力センサで計測した荷重
信号を用いて、信号処理部に於いて被測定者の体重に対
する荷重の割合及び荷重の時間的変化の特徴を判別する
ことにより、姿勢及び行動の分類が可能となり、身体活
動量を計測することができる。

【０００８】具体的に、本発明による信号処理部は、被
測定者の体重に対する前記圧力センサにかかる荷重の割
合であるパラメータＫを演算する手段と、パラメータＫ
に時間的変化が生じるか否かを検出し、時間的変化が検
出されると、変化有り検出信号を発生し、時間的変化が
生じないとき、変化無し検出信号を発生する変化検出手
段と、変化無し検出信号が発生するとき、前記演算手段
からのパラメータＫから立位、座位、仰臥位を判定し、
判定結果を発生する第１の判定手段と、変化有り検出信
号が発生するとき、前記演算手段からのパラメータＫか
ら歩行、階段昇り、階段降りを判定し、判定結果を発生
する第２の判定手段とを有する。これにより、静止状態
の姿勢は第１の判定手段で判定され、移動状態すなわち
踵への荷重が時間的に変化するときの運動状態が第２の
判定手段で判定される。

【０００９】第１の判定手段は、立位、座位、仰臥位を
それぞれ判別するためのしきい値を発生するしきい値発
生回路と、しきい値とパラメータＫを比較することで、
立位、座位、仰臥位を判定する判定回路とを有すること
で、回路の構成が簡単になり、ディジタル化が容易にな
る。

【００１０】第２の判定手段は、歩行、階段昇り、階段
降りをそれぞれ判別するためのしきい値を発生するしき
い値発生回路と、しきい値と前記パラメータＫのピーク
値を比較することで、歩行、階段昇り、階段降りを判定
する判定回路とを有することで、回路の構成が簡単にな
り、ディジタル化が容易になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の
形態の身体活動量計測システムを示すブロック図、図２
はその使用方法を示す外観図である。図において、踵に
装着された圧力センサ１は、信号線２を介して足首に装
着する信号処理部３に接続され圧力信号を供給する。信
号処理部３は、圧力信号を基に信号処理し、結果を信号
線６を介して外部装置７に出力する。

【００１２】次に、図１の計測システムの動作について
説明する。図１において、圧力センサ１で計測された荷
重は、信号処理部３で次のようなアルゴリズムにより被
測定者の姿勢及び行動を判定する。

【００１３】姿勢は立位、座位、仰臥位のいずれかに分
類するものとして、その具体的な分類基準を図３（Ａ）
〜（Ｃ）に示す。パラメータＫを被測定者の体重に対す
る荷重Ｆの割合とすると、図３（Ａ）に示す立位でパラ
メータＫの検出範囲は好ましく５０％〜１００％（但
し、１００％は含まない）である。図２に示す計測する
側の足４と、計測しない側の足５に均等に体重が配分さ
れたときが５０％であり、片足立ちか歩行が１００％で
あるとした為、この範囲とする。なお、荷重Ｆは圧力セ
ンサ１から検出され、パラメータＫは信号処理部３で算
出され、検出範囲５０〜１００％にあるかが検知され
る。

【００１４】図３（Ｂ）に示す座位ではパラメータＫの
検出範囲は好ましく０％〜５０％（但し、０％及び５０
％は含まない）である。座位では図２の足４が地面に着
き、踵に多少なりとも荷重がかかることから０％を含ま
ないものとする。また、座位では体重が主に座面で支え
られる為に、図２の足４の踵にかかる荷重は軽減される
が、ここでは立位との分類の関係上、便宜的に５０％と
する。

【００１５】図３（Ｃ）に示す仰臥位ではパラメータＫ
の検出範囲は好ましく０％である。これは、寝ている状
態では図２の足４の踵にかかる荷重は無いと考えられる
為である。以上のような基準により被測定者の体重に対
する荷重の割合を演算することで、立位、座位、仰臥位
の姿勢が判定できる。

【００１６】また、図１の計測システムの信号処理部３
では、被測定者の体重に対する荷重の割合と、荷重の時
系列的変化（荷重パターン）から、歩行、階段昇り、階
段降りの行動を判定することができる。その具体的な分
類基準は図４（Ａ）〜（Ｃ）に、パラメータＫ（被測定
者の体重に対する荷重Ｆの割合）のパターンを図５
（Ａ）〜（Ｃ）に示す。

【００１７】図４（Ａ）に示す歩行では、パラメータＫ
の検出範囲は好ましく０％〜１００％である。図２の足
５に体重がかかり、足４が離れた時点で踵にかかる荷重
はなくなる為に０％とする。逆に、図２の足４が地面に
着地して、足５が地面を離れると、自分の全体重を足４
で支えることになる為に１００％とする。以上より、歩
行時のパラメータＫのパターンは、設定された検出範囲
で図５（Ａ）のように周期的変動を繰り返す。

【００１８】図４（Ｂ）に示すように階段を昇る場合に
は、パラメータＫの検出範囲は好ましく０％〜５０％で
ある。図２の足５が階段に着地していて、階段を昇る為
に足４を踏み出しているとき、踵にかかる荷重はない為
に０％とする。足４が階段に着地し、足５が階段を離れ
るときには足４は全体重を支えることになる。ここで、
階段昇行時の体重は主に爪先周辺で支える為、歩行時と
比較すると踵にかかる負担は少なくなることから、便宜
的に５０％とする。パラメータＫのパターンは設定した
検出範囲で図５（Ｂ）に示すように周期的変動を繰り返
す。

【００１９】図４（Ｃ）に示すように階段を降りる場合
には、パラメータＫの検出範囲は好ましく０％〜２００
％である。図２の足４が階段から離れて次の階段に着地
するまでは踵にかかる荷重はない為に０％と設定する。
足４が階段に着地するときには体重以上の荷重がかかる
為、ここでは便宜的に２００％とする。パラメータＫの
パターンは設定した検出範囲で図５（Ｃ）に示すように
周期的変動を繰り返す。

【００２０】以上のようなアルゴリズムによって、信号
処理部３は、被測定者の体重に対する荷重の割合及びそ
の時系列的変化パターンより姿勢及び行動を判定する。
また、判定した結果は信号線６を介して外部装置７に送
出され、表示することができる。但し、上述した検出範
囲は個人差に応じて任意に設定可能とする。

【００２１】図６は信号処理部３の回路図である。図に
おいて、増幅器３０は、圧力センサ１の出力を増幅す
る。Ａ／Ｄ変換器３１は、増幅された圧力センサ出力を
ディジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器以降の回路は
ディジタル回路で構成される。パラメータＫ演算回路３
２は、被測定者の体重に対する圧力センサ１にかかる荷
重Ｆの割合であるパラメータＫを演算する。パラメータ
Ｋが１００％であるときは、被測定者が片足立ちをして
静止している状態である。パラメータＫは、片足立ちし
たときの圧力センサ１の出力を基準として割合として演
算される。

【００２２】変化検出回路３３は、パラメータＫに図５
（Ａ）から（Ｃ）に示す時間的変化が生じるかを検出す
る。時間的変化が検出されると、変化有り検出信号Ｓ１
を出力する。図３（Ａ）から（Ｃ）に示すように被測定
者が静止した状態では、時間的変化は生じないので、こ
の場合は、変化無し検出信号Ｓ２を出力する。

【００２３】しきい値発生回路３４は、立位、座位、仰
臥位をそれぞれ判別するためのパラメータＫのしきい値
を第１の判定回路３５に出力し、歩行、階段昇り、階段
降りをそれぞれ判別するためのパラメータＫのしきい値
を第２の判定回路３６に出力する。第１の判定回路３５
は、変化無し検出信号Ｓ２が発生するとき、パラメータ
Ｋ演算回路３２からのパラメータＫから立位、座位、仰
臥位を判定し、判定結果Ｓ３を発生する。第２の判定回
路３６は、変化有り検出信号Ｓ２が発生するとき、パラ
メータＫ演算回路３２からのパラメータＫから歩行、階
段昇り、階段降りを判定し、判定結果Ｓ４を発生する。
このように、変化検出回路３３の出力によってどちらか
一方の判定回路３５または３６が動作する。

【００２４】しきい値発生回路３５で発生する立位、座
位、仰臥位の判別のためのしきい値は、０、５０％、１
００％を示すパラメータＫのディジタル値である。ま
た、歩行、階段昇り、階段降りの判別のためのしきい値
は、５０％、１００％を示すパラメータＫのディジタル
値である。

【００２５】第１の判定回路３５は、変化無し検出信号
Ｓ１が発生するときに演算されたパラメータＫをしきい
値発生回路３４からのしきい値と比較し、０のパラメー
タに対応するとき立位と判定し、演算されたパラメータ
Ｋが、０％＜Ｋ＜５０％のとき、座位を、また、演算さ
れたパラメータＫが、５０％≦Ｋ＜１００％のとき、仰
臥位を判定する。

【００２６】第２の判定回路は、変化有り検出信号Ｓ２
が発生するときパラメータＫのピーク値を検出してその
ピーク値をしきい値発生回路３４からのしきい値と比較
し、そのピーク値が５０％以内で有れば、階段昇りと判
定し、ピーク値が５０％以上１００％以内では、歩行と
判定し、ピーク値が、１００％以上であれば、階段降り
と判定する。

【００２７】第１、第２の判定回路３５、３６の判定結
果は、外部装置７に出力され、外部装置７は、判定結果
に応じて、所定の処理を実行する。

【００２８】図７は本発明の第２の実施の形態を示す外
観図である。図７において、身体活動計測システムは、
踵に装着された圧力センサ１と、信号増幅・送信部９
と、それらを接続する信号線２と、送信用アンテナ８
と、受信部１１と、受信用アンテナ１０と、図１と同じ
信号処理部３と、信号線６と、外部装置７とから構成さ
れる。圧力センサ１と信号増幅・送信部９及び送信用ア
ンテナ８は、被測定者が携帯する。

【００２９】次に、動作について説明する。図７におい
て、圧力センサ１で計測した荷重信号は、信号線２を経
て信号増幅・送信部９で増幅され電波信号に変調され、
送信用アンテナ８で外部にある受信用アンテナ１０に送
信される。受信部１１は、荷重信号を復調し、信号処理
部３に出力する。信号処理部３は、本発明の第１の実施
の形態で説明したアルゴリズムにて被測定者の姿勢及び
行動を判定し、その結果を信号線６を介して外部装置７
に出力する。

【００３０】

【発明の効果】第一の効果は、姿勢に関する情報を入手
できるということである。その理由は、踵に装着したセ
ンサで計測した荷重と、その荷重を基に求められる荷重
パターンから、姿勢を判定する機能を有するからであ
る。

【００３１】第二の効果は、体重移動を伴う運動即ち足
の動きを伴った行動を計測することができるということ
である。その理由は、踵に装着したセンサで計測した荷
重と、その荷重を基に求められる荷重パターンから行動
も判定する機能を有するからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図２】本発明の第１の実施の形態の使用方法を示す正
面図である。

【図３】被測定者の姿勢と荷重の割合を示し、（Ａ）は
立位、（Ｂ）は座位、（Ｃ）は仰臥位の状態を示す図で
ある。

【図４】被測定者の行動と荷重の割合を示し、（Ａ）は
歩行、（Ｂ）は階段昇り、（Ｃ）は階段降りの状態を示
す図である。

【図５】荷重の割合のパラメータＫの時間的変化を示
し、（Ａ）は歩行時、（Ｂ）は階段昇り時、（Ｃ）は階
段降り時の変化を示す波形図である。

【図６】信号処理部の回路構成を示す回路図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態を示す正面図であ
る。

【図８】従来の身体活動量計測システムのブロック図で
ある。

【図９】（ａ），（ｂ）は図８における計測部の状態変
化を示す斜視図である。

【符号の説明】

１圧力センサ２信号線３信号処理部６信号線７外部装置８送信用アンテナ９信号増幅・送信部１０受信用アンテナ１１受信部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定者の踵にかかる圧力を検出する圧
力センサと、これより得られる信号を基に、前記被測定
者の体重を基準とした踵にかかる荷重の割合及び荷重パ
ターンを求め、その割合と荷重パターンから姿勢及び行
動を判定する信号処理部とを含む身体活動量計測システ
ム。
【請求項２】前記信号処理部は、前記被測定者の体重
に対する前記圧力センサにかかる荷重の割合であるパラ
メータＫを演算する手段と、前記パラメータＫに時間的変化が生じるか否かを検出
し、時間的変化が検出されると、変化有り検出信号を発
生し、時間的変化が生じないとき、変化無し検出信号を
発生する変化検出手段と、前記変化無し検出信号が発生するとき、前記演算手段か
らのパラメータＫから立位、座位、仰臥位を判定し、判
定結果を発生する第１の判定手段と、前記変化有り検出信号が発生するとき、前記演算手段か
らのパラメータＫから歩行、階段昇り、階段降りを判定
し、判定結果を発生する第２の判定手段とを有する請求
項１に記載された身体活動量計測システム。
【請求項３】前記第１の判定手段は、立位、座位、仰
臥位をそれぞれ判別するためのしきい値を発生するしき
い値発生回路と、前記しきい値と前記パラメータＫを比
較することで、立位、座位、仰臥位を判定する判定回路
とを有する請求項２に記載された身体活動量計測システ
ム。
【請求項４】前記第２の判定手段は、歩行、階段昇
り、階段降りをそれぞれ判別するためのしきい値を発生
するしきい値発生回路と、前記しきい値と前記パラメー
タＫのピーク値を比較することで、歩行、階段昇り、階
段降りを判定する判定回路とを有する請求項２に記載さ
れた身体活動量計測システム。
【請求項５】前記パラメータＫが１００％であるとき
は、前記被測定者が片足立ちをして静止している状態で
あり、前記演算手段は、片足立ちしたときの圧力センサ
１の出力を基準とした割合として前記パラメータＫを演
算することを特徴とする請求項３または４に記載された
身体活動量計測システム。
【請求項６】被測定者の踵にかかる圧力を検出する圧
力センサと、前記圧力センサの出力を無線信号として送
出する無線送信手段と、前記無線信号を受信する受信手
段と、前記受信手段から得られる信号を基に前記被測定
者の体重を基準とした踵にかかる荷重の割合および荷重
パターンを求め、その割合と荷重パターンから前記被測
定者の姿勢及び行動を判定する信号処理部とを含む身体
活動量計測システム。
【請求項７】前記信号処理部は、前記被測定者の体重
に対する前記圧力センサにかかる荷重の割合であるパラ
メータＫを演算する手段と、前記パラメータＫに時間的変化が生じるか否かを検出
し、時間的変化が検出されると、変化有り検出信号を発
生し、時間的変化が生じないとき、変化無し検出信号を
発生する変化検出手段と、前記変化無し検出信号が発生するとき、前記演算手段か
らのパラメータＫから立位、座位、仰臥位を判定し、判
定結果を発生する第１の判定手段と、前記変化有り検出信号が発生するとき、前記演算手段か
らのパラメータＫから歩行、階段昇り、階段降りを判定
し、判定結果を発生する第２の判定手段とを有する請求
項６に記載された身体活動量計測システム。