TW201136569A - Apparatus for identifying falls and activities of daily living - Google Patents

Description

201136569 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 /本案係關於—種日常生活與跌倒動作辨識器本 透過肌電訊號的感測，以取得使用者的曰常生 活以及跌倒的動作辨識器。 【先前技術】 跌倒對於t料鱗糾的傷钱許 可能會帶來嚴重的肢體創傷：， :其至；要輔助器具輔助行動等，更嚴重的情 況甚至τ心成向齡跌倒者癱瘓，無法自由行動，額外 聘請照護人員看護，增加社會資源的消耗。此外，除/了生理 上的傷害外，心理上的後遺症也大大打擊高齡族群的身心。 -般而言’高齡跌倒者傾向減少日常活動或避免盘外界交 流，=降低跌㈣次發生的風險，長久下來將會對高齡跌倒 者的身心造成惡性循環。 依據台灣行政院主計處細5年的統計，6 人口最近三個月内的事故傷害類型，跌倒所佔的歲比二 72.W :由於台灣社會高齡化的普及以及人口的增長，醫療 照護的資源將會越來越難以應付日趨龐大的需求。 現有的人體動作與跌倒朗技術多射在事後判別，例 如於使用者倒臥在地之狀況產生跌倒警訊或通報，而益法於 跌倒發生時，提供㈣警訊或㈣防護。另外，作為辨識動 作或跌倒的主要基準，多以加速度或角速度

量測之物理參數，或是依使用者所處姿勢與時間長H 法區分主械是_讀作，如單純由教高度落至地面: 201136569 此類技術無法準確辨識行進中遭綷倒或滑倒等情況。 另外，亦有些跌倒判別技術是透過影像擷取設備，擷取 使用者影像後，與預存之跌倒資料模組進行比對。然，此類 方式最大的缺點在於影像擷取設備的設置。事實上，每一個 影像擷取設備皆具有其可擷取影像之範圍，若要避免具有可 擷取影像範圍之死角，勢必要增加影像擷取設備的設置，將 欲使用的空間，都被可擷取影像之範圍所包含。但，對於室 外空間的使用，仍有難以克服的問題。 本案申凊人鑑於習知技術中的不足，經過悉心試驗與研 究，並一本鍥而不捨之精神，終構思出本案「日常生活與跌 辨識器」，以提供—攜帶型辨識器，除了利用慣性感測 ^置^測加速度以及角速度外，更·生理訊號感測裝置， 產號’進一步量測出主動動作以及不經大腦所 使跌倒的_率更為提高。 討㈣作 【發明内容】 程度，來判別用者的運動待性與肌肉活化 據使用者個人動作特性調整判別參數，=待t並爲了根 別曰常生活動作與跌倒的差異。 來達到準確與迅速辨 為了達到上述目的，本發明一 -生理感測單元，用以 種辨識裝置’其包括 發生。 跌匈動作是否即將 車乂佳地，該辨識裝置更包括一 作訊唬，其中該動作訊號提供該辨單：’用以擷取 叫疋來判定該跌倒 201136569 動作是否即將發生；以及—計算單元，用以計算魅理訊號 及該動作訊號’取彳計算結果，其巾該計算结果係提供該 辨識單元來判定該跌倒動作是否發生。 較佳地’該辨識裝置更包括―保護裝置，其用以於該跌 倒動作發生時，被觸發啟動以達保護效果。 較佳地it生理感測單元係為一肌電訊號感測單元。 本發明另提出-種跌倒判定裝置，其包括一設定單元， 用以設定-例外訊號為――般訊號；以及—判定單元，用以 .在排除該例外訊號的前提下，判定_跌倒動作是否即將發 生’其中該例外訊號係代表—特定㈣者的_特定動作，該 特定動作係對該特定制者*言為—般動作，而該例外訊 號對一一般使用者而言代表了該跌倒動作。 較佳地，該跌倒判定裝置，更包括—感測單元，用以取 得-感測訊號；以及-計算單元，用以計算該制訊號，以 ^供該判疋單元判斷該跌倒動作是否發生其中該計算判定 單7L於該感測訊號超過一訊號門檻且為該例外訊號時，會將 Φ 該感測訊號視為該一般訊號。 本發明之另一目的為提供跌到發生後，爭取更多時間配 合各種防護機構，減輕跌倒事故可能造成的傷害，以及魔大 的複雜的醫療與復建費用。 爲達到上述目的，本發明提出一種跌倒定位裝置，其包 括一定位裝置，透過處理一空間之一配置及一受控使用者在 該空間内之一移動距離，而取得該受控使用者在該空間内之 一定位，以及一判定單元，用以判定一跌倒動作是否即將發 生。 較佳地，該跌倒警示裝置更包括一警告單元，用以提供 201136569 之一資訊；以及 ’提供該監控單 相關於該受控使用者在該定位之該跌倒動作 一輸出單元’用以傳輸該資訊給一監控單仇 位一醫療或照護建議。 隔間配置及其一擺 該定位所存在的一 較佳地，該配置係為一室内空間的一 設，以及該資料係為該跌倒動作發生時， 可預期傷害。 【實施方式】 本案所提出之「日常生活與跌倒動作辨·」將可由以 下的實施例說明而得到充分瞭解，使得熟習本技藝之人士可 以據以完成之’然'而本案之實施並非可由下列實施例而被限 制其實施型態，熟習本技藝之人士仍可依據除既揭露之實施 例的精神推演出其他實施例，該等實_皆當屬於本發明之 範圍。 一般而言，人體自主的動作應是先由大腦產生神經電訊 號，促使肌肉收縮進而產生動作，至於反射動作不須經由大 月匕了以產生較自主動作迅速的肌電訊號反應。當人體在不 預期失去平衡的情況下，可能會藉由反射動作或自主補償動 作亦或兼具兩者之機制產生回復平衡動作。因此，本發明 可透過上述機制的肌電訊號，作為判斷跌倒動作的參數。 爲了分析跌倒時的肌電訊號，可將肌電訊號感測裝置設 置於跌倒時的回復平衡動作常使用的肌肉群，例如：屬於上 肢，二角肌或斜方肌或屬於下肢的脛前肌或腓腸肌外侧。由 於每個肌肉群活化的狀況不同，為了將各量測部分的肌肉活 化資料正規化’以方便進行分析比較，可先量測每個肌肉的 最大自主收縮量（Maximal Voluntary Cotraction，MVC)。 201136569 本發明提供了肌電訊號量測曰常生活動作與跌倒動作之 間差異的一實施例。透過以下表一可以發現，不論是身體左 側或右侧的三角肌、斜方肌、脛前肌以及腓腸肌外側，透過 肌電訊號的峰值，都可以明確區分出日常生活動作與跌倒動 作。在表中出現超過100%的正規化數據，這可能是因為反射 動作爲了快速活化肌肉群所產生的大量肌電訊號，並不影響 MVC的正規化對於肌肉活化程度的相對結果與比較。 表一：身體兩側的各肌肉群在日常生活動作以及跌倒動作的 肌電訊號峰值。

三角肌 右 曰常生活動作(％MVC) --------_ 跌倒動作 左 斜方肌 右 78.55 15.79

27.96 18.82 87.96 左 脛前肌 右 41.53 左 43.38 腓腸肌 外側 右 左 45.65 39.52 68.39 109.狂 127,41^ M8J5 157.70 ~~ 二--------i57.7Q 另外本發明提供肌電訊號與慣性量^ =實施例。透過以下表二可以發現，不論肌電訊號性 量測，只要奴夠的時間計算，都有極高的辨識度。 時’若僅是提高跌倒動作的辨識；，以 =誤料疋不夠的。如果能提高辨識的速率，並 確率，即可在跌倒動作發生時，給予足夠 、二 其他附屬的防護裝置，可及時的啟動，以達到防護^用。3供 201136569 表一.肌電訊號Ώ 及平妗 及慣性量測在不同辨識時間的反應比率以 --間 肌電訊號 300ms 500ms 平均辨識時間 90% 90% 161ms 282ms 慣性量測 請參閱第一 ^----——~一_ · 奢浐:,. 圖，係為本發明所提供一種辨識裝置1的一 汾抑一 /、可具有慣性感測單元丨丨卜生理感測單元112、計 =5、辨識單元122、輸出單元13、儲存單元14以及 理感測單元112可為-肌電訊號感測單元， 電訊號等生理t作發生時’各個肌肉在動作中所產生的肌 是^代表了跌彳㈣所產生的—生理訊號’來辨識該肌電訊號 元須不斷的量測卜祕⑽電訊錢測早 動作從曰常生活動作作發生時’將跌倒 生活的相關資料，可= = =?取得該使用者曰常 門檻，透過該訊號門檻^識裝置1可產生一訊號 該訊號門檢，即可判斷為發生跌倒動作。 迥 較佳地’慣性感測單元n 其可以量測跌倒動作發生時^加速規或—陀螺儀’ 角速度的變化等’因動作改變所產生:或- 測單…需要不斷的二 201136569 在跌倒動作發生時進行判別，因此，慣性感測單元 111亦可 透過日常生活動作的量測結果，產生—訊號門檀，作為判斷 跌倒動作是否即將發生的基礎。同時可作為_日常生活的纪 錄器’記錄使用者曰常生活的動作。 ° 在前述實施例中，計算單元121可用以計算使用者的動 作模式’例如藉由肌電訊號，可預估使用者行走的距離或是 上加樓梯的高度等’而瞭解該使用者在日常生活中常見的動 作。計算單元121可計算生理感測料112卩及慣性感測單 元ill分別所產生的生理訊號以及動作訊號，透過所計算出 來的結果’即可了解使用者當時所進行的動作。另外，儲存 單7G 14可用以儲存計算單元121所計算的結果，來記錄使用 者-般日常生活的動作模式。計算單元121可透過所儲存的 結果’再產生-個訊號門檀，該訊號門檻可為使用者在 生活量測的數據’戶斤無法達到的訊號值。因此，冑生理訊號 或動作訊號超過該訊號，即可被判定為跌倒動作。 在刖述實施射，生理感測單元112以及慣性感測單元 111可合稱為感測單元11，而辨識單元122彳透過感測單元 11所量測到的生理訊號以及動作訊號，經計算單元121計算 後的結果’來判定跌倒動作是否即將發生。此外，辨識單元 122判定跌倒動作是叫將發生駐要依射為訊號門播。 較佳地，當慣性㈣單元1U或/及生理制單元112的 量測結果超祕號門料，即可判定為跌觸作即將發生。 此外’生理感測單元112可裝設在前述的八個肌肉群上，亦 或可裝設於人個肌肉群中的其中幾個，亦或可加裝在其他的 肌肉群上。較佳地，若複數的裝設位置有部份量測的結果超 過訊號門檻，則可視為生理感測單元112的量測結果超過訊 201136569 群::如二單元112裝設於前述的八個肌肉 測單-_;二=號門檻，即可視生理感 =述實施例中’輸出單元13可將計算單元ΐ2ΐ的計算 、..。果輸出，w提供使用者日常生活的相關數據 ^穿戴期間所做的移動資訊，甚至於運動的狀態等。此Γ 輸出单兀13亦可輪出辨識單元112的判定結果，以提供 ^醫療機構或照護人員，能夠及時的抵達，以進行緊急的治 實施例巾’保魏置15可為―防護氣囊裝置 扯-=倒動作發生時，被觸發啟動來達到保護的效果… =有:些常見的受傷部位，例如：手雜地所導致的手^ :】望：或側向跌倒所造成的髖關節骨折，甚至於頭部的 ^等。較佳地’保護裝置15可設置以贱f見的受傷狀 ^例如⑤置於臀部來避免Μ節骨折、設置於手以避免年 ΤΙ折合甚至可設置於頭部以避免頭部撞傷。然，辨識裝置 罢未必會設置於受保護部份，故，可利用-些線路盘辨識ί 置透過輸出單s13進行無線傳輸，以通知保護裝 >較佳地，計算單元⑵與辨識單元⑵亦可合 异辨識單元+，關時進行計算與辨識的動作。、 較佳地’辨識裝置！可為一隨身攜帶的裝置 ;使用者腰部等部位，以達到即時偵測判定的效果。 ^前述實關t，纽制單元112村包括如體 1=料等’即時記錄使用者的身體狀況。當使用者出現異 ㊉訊號時’可藉由輸出單元13輸出訊號給醫療機構等，以達 201136569 即時通報的絲。亦可提供使用者本身，作為自己健康管理 的參考。 請參閱第二圖’係為本發明所提供-種跌倒判絲置2 的-實施例’其可具有感測單元2卜計算單元221、判 元222以及設定單元223。 在5述實施例中，感測單元21用以取得-感測訊號，並 利用計异單疋221來計算該感測訊號。計算單元可自行 記錄其計算的結果’亦可另具有一儲存單元去記料算結果。

透過計算單το 221的計算結果，可以取得一訊號門檻，其中 該訊號Η檻，是藉由—使用者在日常生活巾所儲存包括日常 生活動作跌倒動作等的訊號，產生—跌倒動作訊號的基 準般而:&感測單元21所感測到的感測訊號經計算單 ，221計算後，若小於該訊號門檻時，判定單元222會被判 定為日常生活動作，若大於該訊號門Μ時，會被判定為跌倒 動作。 事實上，每個不同的使用者，會有自己的一些習慣動作， 而其中可能有些習慣動作雜會超過訊號門檻，但對於該使 用者本身來說’卻；個稀鬆平常的事件。例如：若一使用 者由於其特殊的工作，導致其肌電訊號在X作㈣，經常超 過訊號Η檻’而出現誤判的現象。因此，可藉由事先判定該 ，用者在工作期間’其肌電減的訊龍^，事先透過設定 單元，將該訊號模式輪入，而設定為一例外訊號。 如前述的實施例’該例外訊號對於該使用者來說’是為 該使用者的一特定動作，而該特定動作對該使用者來說，是 一種一般日常生活常見的動作，但是該例外訊號的訊號模式 對於一般使用者而言，卻是代表了一種跌倒動作。因此，該 201136569 例外訊號需要特別輸入跌倒判定裝置2中’以配合不同使用 者的使用狀況。 如前述的實施例，判定單元222在判定跌倒動作是否即 將發生時’若感測单元21所取得的感測訊號，已超過訊號門 檻，則必須在考慮不同使用者的使用狀況，去判定感測訊號 是否屬於例外訊號的訊號模式’若是，則該感測訊號可視為 一般日常生活所產生的訊號，並非發生了 一跌倒動作；若否， 判定單元222即可判定跌倒動作即將發生。 请參閱第二圖’係為本發明所提供一種跌倒定位裝置3 的一實施例，其可具有感測單元31、計算單元321、判定單 元322、輸出單元33、定位裝置36以及警告單元37。 在上述實施例中，感測單元31可為生理訊號感測單元 112及/或慣性感測單元ill，其中生理訊號感測單元112可 為一肌電訊號感測單元，慣性感測單元可為一加速規或一陀 螺儀。透過肌電訊號感測單元所感測到的一動作訊號，並藉 由計算單元321的計算，即可取得使用者包括前、後、左、 右、上以及下等移動狀況，進而推算出使用者的移動距離。 在上述實施例中，計算單元321會將感測單元31所量測 出來的動作訊號進行計算，而計算的結果會提供給判定單元 322，去了解該動作訊號是否超過一訊號門播，若超過訊號門 棱即可視為一跌倒動作發生。 一般的定位裝置，在室内空間不易準確定義出使用者的 位置。因此，在上述的實施例中，可透過計算單元321所計 算的移動距離，使定位裝置36取得使用者所在空間的定位^ 較佳地，定位裝置36可透過了一個室内空間的一隔間配 置以及其擺設狀況等空間之配置，以及計算單元321所計算 12 201136569 出來的移動距離，即可取得使用者的定位。舉例來說：若使 用者於自宅中，透過移動距離以及自宅的空間配置，即可知 道使用者當時是坐在客廳的沙發上、躺在Μ的床上或是站 在厨房中的冰箱前。 較佳地，空間的配置狀況可預先儲存於定位裝置36中， 亦可另外儲存於-儲存單元，以提供定位裝置36取得定位， 或定位裝置36可直接設置於計算單元321中，由計算單元 321計算出移動距離後，直接參考配置狀況來取得定位。 當使用者被判定為跌倒時，如果可知道使用者在室内空 間的詳細位置，即可判斷出除了跌倒本身可能的傷害外，^ 他因空間配置的狀況，可能額外發生的一可預期傷害。例如： 若使用者於廚房中跌倒，有可能伴隨著燒燙傷的發生等。 在上述實施例中，可透過警告單元37，在判定單元322 判定跌倒動作發生時，參考使用者較位，以及使用者跌倒 的狀況，推估可能造成使用者的傷害等資訊，再將該些資訊 透過輸出單元33傳輸給如醫療機構等監控單位，即可提供醫 療機構事先了解該跌倒事件的發生，對於使用者所有可能產 生的傷害等醫療建議，以使醫療機構可事先規劃針對該使用 者的醫療計畫。 以上所述實施例僅係為了方便說明而舉例，並非限制本 發明。因此熟悉本技藝之人士在不違背本發明之精神，對於 上述實施例進行修改、變化，然皆不脫如附申請專利範圍 欲保護者。 【圖式簡單說明】 第一圖為本發明所提辨識裝置的一實施例之示意圖； 201136569 第二圖為本發明所提跌倒判定裝置的一實施例之示意 圖；以及 第三圖為本發明所提跌倒定位裝置的一實施例之示意圖。 【主要元件符號說明】 1 辨識裝置 11,21,31 感測單元 111 慣性感測單元’ 112 生理感測單元 121,221,321 計算單元 122 辨識單元 13,33 輸出單元 14 儲存單元 15 保護裝置 2 跌倒判定裝置 222, 322 判定單元 223 設定單元 3 跌倒定位裝置 36 定位裝置 37 警告單元 14

Claims (1)

1. 201136569 七、申請專利範圍： 1.一種辨識裝置’包含： 則單元，用以感測-生理訊號；以及 S 元用以透過對該生理訊號之處理而來判定 跌倒動作是否即將發生。 里觀之〜 巧疋— 一1膏專$範„圍第1項所述之辨識裝置，更包含： 號提供該單：’用以擷取-動作訊號，其中該動作訊 ’二皁兀來判定該跌倒動作是否即將發生； • 计算單70，用以計算該生理訊號及該動作訊號，取得 一計算結果； 儲存單7〇，用以儲存該計算結果以及一訊號門檻 及 …一輸出單it ’用以輸出該計算結果以及該辨識單元的— 判定結果， 其中該計算結果係提供該辨識單元來判定該跌倒 是否發生’以及該計算料透過物存單摘儲存的該 結果’產生該訊號門植β 3·如申請專利範圍第2項所述之辨識裝置，其中該 測單元係為一加速規或一陀螺儀。 7 4. 如申請專利範圍第2項所述之辨識裴置，其中當該生理 訊说及/或該動作訊號超過該訊號門播時，該辨識單_舍车^ 發生該跌倒動作。 1疋 5. 如申請專利範圍第1項所述之辨識裝置，更包含. 一保護裝置’其用以於該跌倒動作發生時，^發 以達保護效果。 邓 6. 如申請專利範圍第丨項所述之辨熾裝置，其中該生理感 201136569 測單元係為一肌電訊號感測單元。 7. —種跌倒定位裝置，包含： 一定位裝置，透過處理一空間之一配置及一受控使用者 在該空間内之一移動距離，而取得該受控使用者在該空間内 之一定位；以及 一判定單元，用以判定一跌倒動作是否即將發生。 8. 如申請專利範圍第7項所述之跌倒定位裝置，更包含： 一感測單元，用以感測一動作訊號； 一 5十鼻单元，用以計算該動作訊號取得該移動距離，並 用以提供一计算結果給該判定单元’來判定該跌倒動作是否 發生； 一警告單元，用以提供相關於該受控使用者在該定位之 該跌倒動作之一資訊；以及 一輸出單元，用以傳輸該資訊給一監控單位，提供該龄 控單位一醫療或照護建議。 i 9. 如申請專利範圍第8項所述之跌倒定位裝置，其中該配 置係為一室内空間的一隔間配置及其一擺設，以及該資料係 為該跌倒動作發生時，該定位所存在的一可預期傷害。 ' 10. 如申請專利範圍第8項所述之跌倒定位裝置，其中該或 測單元係為一生理感測單元。 11. 一種跌倒判定裝置，包含： 一設定單元，用以設定一例外訊號為一一般訊號；以及 一判定單元’用以在排除該例外訊號的前提下，判定一 跌倒動作是否即將發生， 其中該例外訊號係代表一特定使用者的一特定動作，該 特定動作係對該特定使用者而言為—般動作，而該例外4 201136569 號對一一般使用者而言代表了該跌倒動作。 12. 如申請專利範圍第11項所述之跌倒判定裝置，更包含： 一感測單元，用以取得一感測訊號；以及 一計算單元，用以計算該感測訊號，以提供該判定單元 判斷該跌倒動作是否發生。 其中該計算判定單元於該感測訊號超過一訊號門檻且 為該例外訊號時，會將該感測訊號視為該一般訊號。 13. 如申請專利範圍第12項所述之跌倒判定裝置，其中該 訊號門檻係參考自該特定使用者之一日常生活動作，而產生 ®的-跌倒tfl號基準。

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