JP2006116325A - 状態解析装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 観察対象者の身体の複数箇所に複数のセンサー100を取り付け、これらセンサー100から各位置の動きに関する情報および鉛直方向に対する姿勢に関する情報を得る。これらの動きに関する情報と姿勢に関する情報に基づいて正規化センサー情報を求め、この正規化センサー情報の一定時間内の平均値を移動平均とし、この移動平均とあらかじめ設定した第1閾値とを比較する。この移動平均と正規化センサー情報との差の2乗値を誤差とし、この誤差と予め設定した第2閾値とを比較する。これらの比較結果に基づいて、観察対象者の身体の動きの状態が、臥位、座位、立位、歩行あるいは車椅子走行のいずれに該当するものであるかを判別する。
【選択図】 図1
Description
この逐次情報処理部330は、逐次情報分析部331と、逐次情報評価部332とを、その主要部に備えている。
対象者は、その身体の少なくとも2箇所以上にセンサー101,102…を装着する。このうち1箇所は、例えば胸部付近のような体幹部であり、他の1箇所は、例えば腿中央部付近(大腿部)とすることが望ましい。このとき、対象者の身体の動作でセンサーが身体からずれることに起因してセンサーで得られる情報が身体の動作の真値からずれたりすることのないように、センサー101,102…をできるだけ身体と密着するように装着することが望ましい。
センサー101,102…を対象者の身体に装着した後、情報記憶・送信装置200上の起動スイッチ(図示省略)などを操作して電源をオンにすると(電源電力の供給を開始すると)、情報記憶・送信装置200が起動される。情報記憶・送信装置200が起動されると、接続ケーブル111、112、113…を介して個々のセンサー101,102…にも電源電力が供給されて、個々のセンサー101,102…も起動し、接続ケーブル111、112、113…を介して情報記憶・送信装置200に対してセンサー信号を常時送出する状態になる。
対象者の立位、座位、臥位の姿勢、および歩行、車椅子歩行時の体動などの動作状態の個人差に起因した計測誤差あるいは解析誤差などが生じる場合があるので、初期条件出しの意味も兼ねて、キャリブレーションを行う。ただし、例えば過去に同じ対象者が同じ装置を使用した経緯がある場合などには、既にキャリブレーションが行われて調整済みであるから、このキャリブレーションの過程は省略してもよい。
情報記憶・送信装置200は、通信の確認状態のときに解析装置300から通信の確認信号を受け取ると、解析装置300に対して通信の確認信号を送出し、信号送受信の待機状態となる。また、情報記憶・送信装置200が信号送受信の待機状態のときに、解析装置300から送られて来た「デジタルセンサー情報」の送信要求指令を情報送受信部230で受け取ると、情報記憶・送信装置200は信号送受信中となり、アナログ/デジタル変換部210からセンサー信号を受け取って、これに受け取り時の時刻を付加して「デジタルセンサー情報」として解析装置300に送信する。その後、情報記憶・送信装置200は信号送受信の待機中の状態に戻る。
操作者が、情報記憶・送信装置200が動作状態保存待機モードのときに、情報記憶・送信装置200上のスイッチ(図示省略)などにより動作状態の保存の開始指令を入力すると、その指令に基づいて、情報記憶・送信装置200の情報記憶部220は、所定の周期ごとにアナログ/デジタル変換部210からセンサー信号を受け取り、これに受け取り時の時刻を付加した「デジタルセンサー情報」として記憶媒体240への保存を開始する。このとき、情報記憶・送信装置200は動作状態の保存中となる。
操作者が、動作状態の保存を終了したい場合には、情報記憶・送信装置200上の例えばスイッチ(図示省略)などにより動作状態の保存の終了指令を入力すると、その指令に基づいて、情報記憶部220がセンサー信号の記憶媒体240への保存を終了すると共に、情報記憶・送信装置200が動作状態保存待機中のモードに入る。
情報記憶・送信装置200は、情報記憶・送信装置200上の例えばLEDランプ(図示省略)の点灯などによって情報記憶・送信装置200の起動を表示する。また、情報記憶・送信装置200は、情報記憶・送信装置200上のLEDランプ(図示省略)の点灯または点滅などにより、通信の確認中、動作状態の保存待機中、信号送受信の待機中、動作状態の保存中、信号送受信中などを表示する。
解析装置300が、記憶媒体の情報の読み込み、または逐次情報処理によって保存された「デジタルセンサー情報」を用いて、一括した情報による解析および動作状態の評価を行う。まず、操作者は、解析装置300の表示装置400に一括情報処理の選択画面が表示されているときに、入力装置500を用いて一括情報処理を選択する。この入力指令に対応して、解析装置300が表示装置400に記憶媒体の読み込みの有無の選択画面を表示する。その後、操作者が解析装置300に記憶媒体をセットして、入力装置500を用いて記憶媒体の読み込みの有無を入力すると、その指令に基づいて、記憶媒体読込部310は、記憶媒体に保存された「デジタルセンサー情報」を読み出す。また、「キャリブレーション情報」があれば、それを記憶媒体読込部310が読み出して情報保存部350に送り、「デジタルセンサー情報」および「キャリブレーション情報」として保存する。次に、記憶媒体読込部310は、情報の読み込みが完了した旨の信号を一括情報処理部320に送る。また、操作者は、逐次情報処理されて保存された「デジタルセンサー情報」を用いて一括情報処理を行うこともできる。この場合、操作者は、記憶媒体の読み込みの有無の選択画面に対して読み込み無しを選択する。
図10,図11,図12は、一括情報分析の主要な処理過程を表した流れ図である。一括情報分析部321は、記憶媒体読込部310から情報の読み込みを完了した旨の信号を受け取ると、「デジタルセンサー情報」を、あらかじめ情報保存部350に保存された「正規化情報」に基づいて正規化する。
図14,図15は、一括情報評価1(評価1と略称)に関する主要な処理過程を表した流れ図である。まず、情報保存部350から「キャリブレーション情報」を読み出す。またこのとき、情報保存部350に「キャリブレーション情報」が無ければ、情報保存部350に保存された「汎用キャリブレーション情報」を読み出して、評価に用いる閾(しきい)値を設定する(s40)。続いて、時刻Tにおける移動平均および誤差を読み出す(s41)。データが終了でない場合には(s42のNO)、下記のような判断条件に基づいた評価を実行する。すなわち
G1; 体幹部姿勢が臥位
かつ 大腿部姿勢が臥位
かつ {(体幹部姿勢が腹臥位かつ大腿部姿勢が背臥位)でない}
G1; 体幹部センサーZ軸移動平均<臥位閾値
AND 大腿部センサーZ軸移動平均<臥位閾値
AND {NOT(体幹部センサーX軸移動平均<腹臥位閾値 AND
大腿部センサーX軸移動平均>背臥位閾値)}
と表される条件を満たす場合には(s43のYES)、情報保存部350に時刻Tの情報と「臥位」の情報とを一対にして送り、時刻Tにおける対象者の姿勢についての評価(最終的解析)結果を臥位として保存する(s44)。そして時刻Tの評価1を終了して図15に示したような別段の処理過程に進む。
R11; 大腿部姿勢が立位
具体的な例では、
R11; 大腿部センサーZ軸移動平均>臥位閾値
と表される条件を満たす場合には(s45のYES)、図15に示したような立位と歩行の判断フロー(s46)へと進み、上記のR11を満たさない場合には(s45のNO)、座位と車椅子歩行の判断フロー(s47)へと進む。
R12; 大腿部体動が立位
具体的な例では、
R12; 大腿部センサーX軸誤差<歩行閾値
AND 大腿部センサーY軸誤差<歩行閾値
AND 大腿部センサーZ軸誤差<歩行閾値
と表される条件を満たす場合には(s46のYES)、時刻Tの情報と「立位」の情報とを一対にして情報保存部350に送り、時刻Tでの評価結果を立位として保存する(s48)。あるいは上記の条件(R12)を満たさない場合には(s46のNO)、時刻Tの情報と「歩行」の情報とを一対にして情報保存部350に送り、時刻Tでの評価結果を歩行として保存する(s49)。
Z1; 体幹部体動が車椅子歩行範囲
または 大腿部体動が車椅子歩行範囲
具体的な例では、
Z1; ( 体幹部センサーX軸誤差>車椅子歩行閾値
OR 体幹部センサーY軸誤差>車椅子歩行閾値
OR 体幹部センサーZ軸誤差>車椅子歩行閾値)
OR
( 大腿部センサーX軸誤差>車椅子歩行閾値
OR 大腿部センサーY軸誤差>車椅子歩行閾値
OR 大腿部センサーZ軸誤差>車椅子歩行閾値)
と表される条件を満たす場合には(s50のYES)、時刻Tの情報と「車椅子歩行」の情報と一対にして情報保存部350に送り、時刻Tの評価結果を車椅子歩行として保存する(s52)。上記の条件を満たさない場合には(s50のNO)、時刻Tの情報と「座位」の情報とを一対にして情報保存部350に送り、時刻Tの評価を座位として保存する(s51)。そして時刻Tを更新する(s53)。上記のようなs41からs53までの動作を、データが終了するまで評価1の処理として繰り返し実行する。
図16,図17は一括情報評価2(評価2と略称)に関する主要な処理過程を表した流れ図である。評価2として行われる処理過程におけるs60からsS67、およびs71からs73の処理過程は、評価1における処理過程とほぼ同様のものであるから、ここではs70の座位と車椅子歩行との判断フローについてを特に詳述する。
Z2; ( 体幹部体動が車椅子歩行範囲
または 大腿部体動が車椅子歩行範囲)
かつ 体幹部の姿勢の変化が車椅子歩行範囲
具体的な例では、
Z2; { ( 体幹部センサーX軸誤差>車椅子歩行閾値
OR 体幹部センサーY軸誤差>車椅子歩行閾値
OR 体幹部センサーZ軸誤差>車椅子歩行閾値)
OR ( 大腿部センサーX軸誤差>車椅子歩行閾値
OR 大腿部センサーY軸誤差>車椅子歩行閾値
OR 大腿部センサーZ軸誤差>車椅子歩行閾値)}
AND{ 体幹部センサーX軸分散<変化閾値
AND 体幹部センサーY軸分散<変化閾値
AND 体幹部センサーZ軸分散<変化閾値}
と表される条件を満たす場合には(s70のYES)、時刻Tの情報と「車椅子歩行」の情報と一対にして情報保存部350に送り、時刻Tの評価結果を車椅子歩行として保存する(s72)。上記の条件を満たさない場合には(s70のNO)、時刻Tの情報と「座位」の情報とを一対にして情報保存部350に送り、時刻Tの評価結果を座位として保存し(s71)、次のステップへと進む。こうして評価1または評価2の処理が終了すると、評価3の処理の実行へと進む。
図18,図19は、一括情報評価3(評価3と略称)の主要な処理過程を表した流れ図である。まず、図18に示したように、情報保存部350から「キャリブレーション情報」として保存されたΔTest およびΔTesi を読み出す(s80)。このとき、「キャリブレーション情報」が無ければ、あらかじめ情報保存部350に保存されている「汎用キャリブレーション情報」を読み出す。続いて、時刻T±ΔTest における評価を読み出す(s81)。データの読み出しが終了に至らなければ(s82のNO)、時刻Tの評価が「立位」か否かを判断する(s83)。評価が「立位」であれば(s83のYES)、T±ΔTest の時間内での評価を全て調べて(s84)、その中に「歩行」の評価が存在していれば(s84のYES)、情報保存部350に保存されている時刻Tの評価結果を「歩行」に変更する(s85)。そして時刻Tを更新し(s86)、上記のs81からs86の動作を繰り返して、データが終了すれば別段の処理に進む。
本実施の形態に係る状態評価システムでは、逐次情報処理により、対象者の現在の動作状態を逐次にモニターすることなども可能である。まず、操作者は、解析装置300の表示装置400にモニター開始の選択画面が表示されているときに、解析装置300の入力装置500を用いてスイッチ(図示省略)を押下またはコマンドを入力することなどにより、モニター開始を選択する。この操作によって、まず、逐次情報処理部330が、あらかじめ情報保存部350に保存されている逐次情報処理に必要な「デジタルセンサー情報」のブロック数「Nseq 」を読み出す。次に、情報送受信部380から情報記憶・送信装置200へと「デジタルセンサー情報」の送信要求指令が送られる。その後、解析装置300は、情報送受信部380で1ブロックの「デジタルセンサー情報」を受信し、情報保存部350へ送り受信した情報を「逐次デジタルセンサー情報」として保存する。次に、1ブロックの「デジタルセンサー情報」を受信した旨の情報を受信終了信号として逐次情報処理部330に送る。逐次情報処理部330は、この受信終了信号を受け取ると、受信ブロック数をカウントし、受信ブロック数が必要なブロック数「Nseq 」に達した段階で、情報保存部350からNseq のブロック数を有する「逐次デジタルセンサー情報」を読み出して、情報の分析および動作状態の評価を行い、分析情報および評価情報を情報保存部350へ送出して、それらの情報を保存する。また、同時にモニター表示指令を情報表示・出力部340へと送出する。
情報表示・出力部340は、評価完了信号を受け取ると、情報保存部350から必要な情報を読み出して、表示装置400による表示や出力装置600による出力を実行する。その際の表示や出力の情報内容としては、例えば、対象者の動作状態の時系列的な推移を表した数表やグラフ、あるいは動作状態の全時間に対する割合の時系列的な推移を表した数表やグラフなどが可能である。
先述の「デジタルセンサー情報」としては、例えば次に説明するようなものである。「デジタルセンサー情報」の精度やデータ量等は使用されるセンサー100の仕様に左右される。ここで、一例としてセンサー100を先述したような「3次元姿勢・加速度センサー」とした場合について述べる。
先述した正規化情報のデータについては、さらに詳細には、例えば前述の「3次元姿勢・加速度センサー」を用いた場合、下記のようなものとなる。
(Tx,Ty,Tz)=(0,0,Vtz):体幹部センサー
(Dx,Dy,Dz)=(0,0,Vdz):大腿部センサー
となる。
また、水平な背臥位姿勢のときには、
(Tx,Ty,Tz)=(Vtx,0,0)
(Dx,Dy,Dz)=(Vdx,0,0)
となる。
また、水平な腹臥位姿勢のときには、
(Tx,Ty,Tz)=(−Vtx,0,0)
(Dx,Dy,Dz)=(−Vdx,0,0)
となる。
また、水平な右横臥位姿勢のときには、
(Tx,Ty,Tz)=(0,Vty,0)
(Dx,Dy,Dz)=(0,Vdy,0)
となる。
直立状態時 :(Tx,Ty,Tz)= (0,0,1)、
(Dx,Dy,Dz)= (0,0,1)
背臥位状態時 :(Tx,Ty,Tz)= (1,0,0)、
(Dx,Dy,Dz)= (1,0,0)
腹臥位状態時 :(Tx,Ty,Tz)= (−1,0,0)、
(Dx,Dy,Dz)= (−1,0,0)
右横臥位状態時:(Tx,Ty,Tz)= (0,1,0)、
(Dx,Dy,Dz)= (0,1,0)
と定義される。なお、このような正規化は、センサー出力を一般化して取り扱うために行うものであって、このような正規化は行わずに情報の分析および評価を行なうことなども可能であることは言うまでもない。
先述したキャリブレーション情報のデータについては、さらに詳細には、例えば前述の「3次元姿勢・加速度センサー」を用いた場合、下記のようなものとなる。
・体幹部Z軸臥位閾値
・大腿部Z軸臥位閾値
・体幹部X軸腹臥位閾値
・大腿部X軸背臥位閾値
を求め、これを「姿勢情報」に関する「キャリブレーション情報」とする。
・歩行閾値
・車椅子歩行閾値
・変化閾値
を求め、これを「体動情報」に関する「キャリブレーション情報」とする。
・ΔTavr
・ΔTvar
および、歩行または車椅子歩行の継続を判断する時間;
・ΔTest
・ΔTesi
を求め、これを「分析・評価」に関する「キャリブレーション情報」とする。
先述したような「3次元姿勢・加速度センサー」を用いると共に正規化を行った場合の「汎用キャリブレーション情報」の具体的な数値を、実施例として以下に説明する。
(1)臥位
Tx= 略−1 〜 略1
Ty= 略−1 〜 略1
Tz= 略 0
Dx= 略−1 〜 略1
Dy= 略−1 〜 略1
Dz= 略−1 〜 略0
(2)座位
Tx= 略−1 〜 略1
Ty= 略 0
Tz= 略 0 〜 略1
Dx= 略 0 〜 略1
Dy= 略 0
Dz= 略 0 〜 略1
(3)立位
Tx= 略 0
Ty= 略 0
Tz= 略 1
Dx= 略 0
Dy= 略 0
Dz= 略 1
臥位基準1; Tz≠略1ANDDz≠略1
に基づいて判断される。ただしこの場合、座位姿勢で体幹部が極端に前傾しているといった場合なども含まれ得るので、さらに次のような判断条件式を追加することが望ましい。すなわち、
臥位基準2; NOT{(Tx=略0〜略−1)AND(Dx=略0〜略1)} これにより、図14のステップS43の判断条件;
(Tz<略1)AND(Dz<略1)AND[NOT{(Tx<略0)AND(Dx>略0)}]
が得られる。従って、このときの閾値は、それぞれ
・体幹部Z軸臥位閾値 = 略1
・大腿部Z軸臥位閾値 = 略1
・体幹部X軸腹臥位閾値 = 略0
・大腿部X軸背臥位閾値 = 略0
となる。
立位基準; Dz= 略1
によって判断することができる。これにより、図14にて説明したs45での判断条件;
Dz > 略1
が得られる。従って、このときの閾値は、
・大腿部Z軸臥位閾値 = 略1
となる。この閾値に適合するセンサー出力がピックアップされた場合には、対象者の姿勢が上記以外の場合でも、臥位でも座位でもなく立位であると高い妥当性を以て判断することが可能である。
・体幹部Z軸臥位閾値 = 略1 / 実測結果 = 0.7
・大腿部Z軸臥位閾値 = 略1 / 実測結果 = 0.5
・体幹部X軸腹臥位閾値 = 略0 / 実測結果 = 0.1
・大腿部X軸背臥位閾値 = 略0 / 実測結果 = 0.2
立位基準; { Dx − avr(Dx) }2 <歩行閾値
AND { Dy − avr(Dy) }2 <歩行閾値
AND { Dz − avr(Dz) }2 <歩行閾値
とすることができる。ここで、avr(〜)は、()内の数値の前後での移動平均値を表している。このような立位基準によって、図15のs46での判断を高い妥当性で行うことができる。
車椅子歩行基準1;
{ Tx − avr(Tx) }2 >車椅子歩行閾値
OR{ Ty − avr(Ty) }2 >車椅子歩行閾値
OR{ Tz − avr(Tz) }2 >車椅子歩行閾値
OR{ Dx − avr(Dx) }2 >車椅子歩行閾値
OR{ Dy − avr(Dy) }2 >車椅子歩行閾値
OR{ Dz − avr(Dz) }2 >車椅子歩行閾値
に基づいて、図15のs50での判断を高い妥当性を以て行うことができる。
車椅子歩行基準2; var{avr(Tx)} <変化閾値
AND var{avr(Ty)} <変化閾値
AND var{avr(Tz)} <変化閾値
とする。ここで、var{〜}は、{〜}内のデータの前後一定時間における分散を表している。このような車椅子歩行基準2により、図17のs70の判断を高い妥当性を以て行うことができる。
・ΔTavr : 1秒
・ΔTvar : 2秒
となった。
・ΔTest : 1秒
・ΔTesi : 1秒
とした。これは、上記の実施例では、ある計測回の前後1秒、すなわち2秒間以上に亘って同一姿勢を続けていなければ、動作状態にあると見做すものとした、ということを意味している。
Claims (4)
- 観察対象者の身体の複数箇所に複数のセンサーを取り付け、前記センサーから得られる各位置の動きに関する情報および鉛直方向に対する姿勢に関する情報を基に、観察対象者の身体の動きの状態を解析する状態解析装置であって、
前記複数のセンサーによって計測された動きに関する情報と姿勢に関する情報に基づいて正規化センサー情報を求める正規化手段と、
前記正規化センサー情報の一定時間内の平均値を移動平均とし、前記移動平均とあらかじめ設定した第1閾値とを比較する第1比較手段と、
前記移動平均と前記正規化センサー情報との差の2乗値を誤差とし、前記誤差とあらかじめ設定した第2閾値とを比較する第2比較手段と、
前記第1比較手段および第2比較手段の比較結果に基づいて、前記観察対象者の身体の動きの状態が、臥位、座位、立位、歩行あるいは車椅子走行のいずれに該当するものであるかを判別する判別手段と
を備えたことを特徴とする状態解析装置。 - 前記第1の比較手段により求めた一定時間内の移動平均に基づいて分散値を求め、これを分散とし、前記分散とあらかじめ設定した第3閾値とを比較する第3比較手段を更に備えると共に、前記判断手段において、前記第1比較手段、第2比較手段および第3比較手段の比較結果に基づいて、前記観察対象者の身体の動きの状態を判別する
ことを特徴とする請求項1記載の状態解析装置。 - 前記センサーは、前記動きに関する情報として、3次元方向についての加速度を計測するものである
ことを特徴とする請求項1または2記載の状態解析装置。 - 前記センサーを、観察対象者の少なくとも大腿部および胴体部の2箇所に取り付ける
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1に記載の状態解析装置。
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