JP3704215B2 - 高齢者の歩行観察方法及び高齢者用歩行観察装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高齢者の呆けや足腰の弱り等の異常兆候を早期に発見するための高齢者の歩行観察方法及び高齢者用歩行観察装置に関する。
【０００２】
【背景及び課題】
一般に、高齢者の場合、呆けや足腰の弱り等により事故に遭遇することも少なくない。
【０００３】
しかし、このような呆けや足腰の弱り等の高齢者特有の症状については、外的に捕らえることができる明確な兆候がないとともに、高齢者自身もほとんど自覚していないため、医師の診察や問診によっては正確な情報を得にくく、結局、高齢者が事故により骨折等の怪我を負ってはじめて、その兆候に気が付くことも多い。このように、高齢者の呆けや足腰の弱り等を早期に発見することが極めて重要であるにも拘わらず、発見が困難な状況にあるのが実情であり、従来から高齢者特有の異常兆候を早期かつ正確に把握することができる有効な対策が要請されていた。
【０００４】
本発明はかかる背景に基づく従来の要請に応えたものであり、高齢者特有の異常兆候を早期かつ正確に把握し、呆けや足腰の弱り等を事前に予知することにより、高齢者に対して的確な処方を施すことができるとともに、高齢者を事故から未然に守ることができる高齢者の歩行観察方法及び高齢者用歩行観察装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
上記目的を達成するため、本発明に係る高齢者の歩行観察方法は、高齢者に装着した加速度センサ２により、歩行中の加速度を検出するとともに、加速度センサ２に備えるＸ方向加速度検出部２ｘ，Ｙ方向加速度検出部２ｙ及びＺ方向加速度検出部２ｚの一又は二以上から出力する出力信号Ｓｓｘ…を変換した処理データＤｓを微分し、かつ微分して得る微分データＤｄの極性変換点Ｃｕにおける処理データＤｓのピーク値Ｐｕを検出し、このピーク値Ｐｕがしきい値Ｅｕを所定時間以上越えること，ピーク値Ｐｕの最大値と最小値の差ΔＥｐが所定の大きさ以上であること，ピーク値Ｐｕの検出後の所定時間以内に当該ピーク値Ｐｕが所定の大きさ以下となり、かつこの後に所定の大きさ以上のピーク値Ｐｕｓが検出されること，の全てを充足したなら動揺（つまずき）として判定するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る高齢者用歩行観察装置１は、Ｘ方向加速度検出部２ｘ，Ｙ方向加速度検出部２ｙ及びＺ方向加速度検出部２ｚの一又は二以上を有することにより加速度を検出する加速度センサ２と、Ｘ方向加速度検出部２ｘ，Ｙ方向加速度検出部２ｙ及びＺ方向加速度検出部２ｚの一又は二以上から出力する出力信号Ｓｓｘ…を変換した処理データＤｓを微分し、かつ微分して得る微分データＤｄの極性変換点Ｃｕにおける処理データＤｓのピーク値Ｐｕを検出し、このピーク値Ｐｕがしきい値Ｅｕを所定時間以上越えること，ピーク値Ｐｕの最大値と最小値の差ΔＥｐが所定の大きさ以上であること，ピーク値Ｐｕの検出後の所定時間以内に当該ピーク値Ｐｕが所定の大きさ以下となり、かつこの後に所定の大きさ以上のピーク値Ｐｕｓが検出されること，の全てを充足したなら動揺（つまずき）として検出する異常歩行検出機能部３と、異常歩行検出機能部３の検出結果を記憶する記憶機能部４と、電源用電池５とを備え、高齢者に対して装着可能に構成したことを特徴とする。
【０００７】
この場合、好適な実施の形態により、記憶機能部４は、内部メモリ４ｉ及び／又は外部メモリ４ｏを利用できる。また、記憶機能部４に記憶する検出結果は、異常歩行の発生回数，異常歩行時における所定期間の処理データＤｓ，時計機能部６から得る異常歩行の発生時刻の一又は二以上を含ませることができる。
【０００８】
これにより、高齢者用歩行観察装置１を高齢者に装着すれば、高齢者の歩行中の加速度は加速度センサ２により検出される。そして、加速度センサ２におけるＸ方向加速度検出部２ｘ，Ｙ方向加速度検出部２ｙ及びＺ方向加速度検出部２ｚの一又は二以上から出力する加速度に応じた出力信号Ｓｓｘ…は異常歩行検出機能部３に付与される。異常歩行検出機能部３では出力信号Ｓｓｘ…が処理データＤｓに変換されるとともに、この処理データＤｓが予め設定した判別条件により判別される。この判別条件は、検出する動揺（つまずき）に対応して設定される。この際、Ｘ方向加速度検出部２ｘ，Ｙ方向加速度検出部２ｙ及びＺ方向加速度検出部２ｚから得る複数の出力信号Ｓｓｘ…を利用する場合には、各判別結果を総合して異常歩行を検出することにより、検出精度がより高められる。
【０００９】
また、判別処理は次のように行われる。まず、処理データＤｓからピーク値Ｐｕが検出される。このピーク値Ｐｕは処理データＤｓを微分して得られる微分データＤｄの極性変換点Ｃｕにおける処理データＤｓの値から検出される。そして、このピーク値Ｐｕが一定のしきい値以上であれば、このピーク値Ｐｕを含む前後のデータに対して、動揺を判別するための判別条件、即ち、ピーク値Ｐｕがしきい値Ｅｕを所定時間以上越えること，ピーク値Ｐｕの最大値と最小値の差ΔＥｐが所定の大きさ以上であること，ピーク値Ｐｕの検出後の所定時間以内に当該ピーク値Ｐｕが所定の大きさ以下となり、かつこの後に所定の大きさ以上のピーク値Ｐｕｓが検出されること，の三つ判別条件が充足するか否かを判別し、全てを充足する場合には、動揺として判定（検出）する。
【００１０】
一方、異常歩行検出機能部３の検出結果、即ち、異常歩行の発生回数は記憶機能部４を構成する内部メモリ４ｉ及び／又は外部メモリ４ｏに記憶される。これにより、記憶機能部４に記憶された検出結果を読出せば、異常歩行の種別に対応した発生回数，異常歩行時における所定期間の処理データＤｓ，時計機能部６から得る異常歩行の発生時刻の一又は二以上を知ることができる。
【００１１】
よって、例えば、発生回数の絶対値が大きくて異常な状況にあるか、或いは発生回数が相対的に増加傾向にあるか等により、高齢者特有の異常兆候を早期かつ正確に把握し、呆けや足腰の弱り等を事前に予知することができるとともに、高齢者に対して的確な処方を施すことが可能となり、さらに、高齢者を事故から未然に守ることができる。
【００１２】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
まず、本実施例に係る高齢者用歩行観察装置１の構成について、図１及び図５を参照して説明する。
【００１４】
図５は歩行観察装置１の外観構成を示す。３０はケーシングであり、裏面には高齢者に装着するベルト等の装着具３１を有する。また、ケーシング３０の前面部には操作部３２を、側面部にはメモリカードのカード装填部３３をそれぞれ設ける。なお、操作部３２において、３４は動揺／転倒表示切換キー，３５は時計表示切換キー，３６は液晶表示パネルを利用したデジタル表示部，３７は電源キー，３８はリセットキーをそれぞれ示す。
【００１５】
一方、図１には歩行観察装置１における信号処理系のブロック図を示す。２は加速度を検出する加速度センサであり、Ｘ方向（前後方向）の加速度を検出するＸ方向加速度検出部２ｘ，Ｙ方向（上下方向）の加速度を検出するＹ方向加速度検出部２ｙ及びＺ方向（左右方向）の加速度を検出するＺ方向加速度検出部２ｚを備える。なお、各検出部２ｘ，２ｙ，２ｚは感度として１〔Ｇ〕当たり１〔Ｖ〕を出力する。
【００１６】
また、加速度センサ２の出力部はマルチプレクサ１１の入力側に接続するとともに、マルチプレクサ１１の出力側はアナログ−ディジタルコンバータ１２の入力側に接続する。１３はマイクロコンピュータであり、アナログ−ディジタルコンバータ１２の出力側は当該マイクロコンピュータ１３に接続する。このマイクロコンピュータ１３には、さらに、ＲＡＭ或いは書込自在の不揮発性メモリ等を用いた内部メモリ４ｉ，メモリカード用のインタフェース１４及び前記デジタル表示部３６をそれぞれ接続する。これにより、前記カード装填部３３に装填したメモリカード４ｏｃはインタフェース１４を介してマイクロコンピュータ１３に接続される。この場合、メモリカード４ｏｃは外部メモリ４ｏを構成するとともに、内部メモリ４ｉと外部メモリ４ｏは記憶機能部４を構成する。また、マルチプレクサ１１，アナログ−ディジタルコンバータ１２及びマイクロコンピュータ１３は異常歩行検出機能部３として機能する。さらに、５は各部に給電を行う電池であり、一次電池又は二次電池（バッテリ）を利用できる。一方、マイクロコンピュータ１３には時計機能部６を含む。
【００１７】
次に、本実施例に係る歩行観察方法を含む歩行観察装置１の全体動作及び各部の機能について、図１〜図９を参照して説明する。
【００１８】
まず、図５に示した歩行観察装置１に備えるベルト等の装着具３１を高齢者の腰に巻くなどにより、当該歩行観察装置１を高齢者に装着する。そして、電源キー３７をＯＮにする。
【００１９】
今、高齢者が歩行すれば、その際に生ずるＸ方向，Ｙ方向及びＺ方向の加速度は、加速度センサ２におけるＸ方向加速度検出部２ｘ，Ｙ方向加速度検出部２ｙ及びＺ方向加速度検出部２ｚによりそれぞれ検出され、各検出部２ｘ，２ｙ及び２ｚから出力する各出力信号Ｓｓｘ，Ｓｓｙ及びＳｓｚはマルチプレクサ１１に付与される。この場合、各出力信号Ｓｓｘ，Ｓｓｙ及びＳｓｚを図３，図４及び図６〜図９に示す。図３は動揺（つまずき）時の信号波形、図６は転倒時の信号波形、図７は正常歩行時の信号波形、図８は階段下り時の信号波形、図９は腰下ろし時の信号波形をそれぞれ示す。このうち図３及び図６は本実施例に係る歩行観察装置１によって検出する異常歩行から得られる信号波形であり、図７〜図９に示す他の正常な信号波形とは明確に相違する。
【００２０】
一方、加速度センサ２から出力する各出力信号Ｓｓｘ，Ｓｓｙ及びＳｓｚはアナログ信号であり、各出力信号Ｓｓｘ…はマルチプレクサ１１により２０ｍ秒間隔で各出力信号Ｓｓｘ…の順番にサンプリングされる。そして、得られたサンプリング信号は順次アナログ−ディジタルコンバータ１２に付与され、デジタル信号に変換される。このデジタル信号は処理データＤｓとなり、マイクロコンピュータ１３に付与されるとともに、内部メモリ４ｉに書込まれる。なお、処理データＤｓはデータ化されているが、基本的に前記各出力信号Ｓｓｘ，Ｓｓｙ及びＳｓｚに対応する。
【００２１】
また、マイクロコンピュータ１３は内部メモリ４ｉに書込まれた処理データＤｓを監視し、判別処理を実行することにより、異常歩行の有無を検出する。即ち、一定時間、例えば、４秒間に検出された処理データＤｓに対する判別処理を２秒毎に順次行う。具体的には、０〜４秒の間，２〜６秒の間，４〜８秒の間…の各時間に対して順次判別処理が行われる。したがって、各判別処理工程において後半の２秒間に異常歩行が検出されなくても次の処理工程の前半で検出されることになる。
【００２２】
次に、判別処理方法について、図２に示すフローチャートに従って順次説明する。なお、実施例の判別処理はＸ方向の加速度データのみを使用した。まず、内部メモリ４ｉから読出されたＸ方向の処理データＤｓは、フィルタリング処理されてノイズ成分が除去される（ステップＳ１）。次いで、処理データＤｓに対する微分処理が行われる（ステップＳ２）。これにより得られる微分データＤｄを図４（ｂ）に示す。そして、微分データＤｄにおける極性変換点Ｃｕを検出したなら、この極性変換点Ｃｕにおける処理データＤｓの値をピーク値Ｐｕとして検出する（ステップＳ３，Ｓ４）。この場合、正から負への極性変換点は正のピーク値となり、負から正への極性変換点は負のピーク値となるため、正から負への極性変換点Ｃｕにおけるピーク値Ｐｕを検出する。
【００２３】
これにより、ピーク値Ｐｕの大きさが予め設定したしきい値Ｅｕ〔Ｖ〕（実施例は３〔Ｖ〕）以上の場合には、候補データとし、この候補データに基づいて判別処理を開始する（ステップＳ５，Ｓ６）。図４（ａ）は動揺（つまずき）時の出力信号Ｓｓｘを原理的に示す。まず、候補データに対して異なる複数の判別条件を予め設定し、この判別条件により判別を行う。動揺に対する判別条件は、▲１▼しきい値Ｅｕ〔Ｖ〕を越えた時間Ｔｉが１００〔ｍｓ〕以上であること、▲２▼ピーク値Ｐｕの最大値と最小値Ｐｕｄの差ΔＥｐが１〔Ｖ〕以上であること、▲３▼候補データの検出後、１．５秒以内に２〔Ｖ〕以下となり、次に３〔Ｖ〕以上のピーク値Ｐｕｓが検出されること、の三点である（ステップＳ７）。このような判別条件は、動揺の場合、急激な変動が数回繰り返されることに基づく。
【００２４】
以上の判別条件に基づいて候補データ及びその前後データを判別し、判別の結果、全ての判別条件を充足したなら、動揺が一回発生したと判定する（ステップＳ９，Ｓ１０）。そして、既に検出されている動揺回数に１を加算して記憶する（ステップＳ１１）。この際、動揺／転倒表示切換キー３４を動揺表示側に切換えておけば、動揺の回数が表示部３６に表示される（ステップＳ１１）。他方、判別条件を一つでも充足しない場合には候補データとしてのポジションはキャンセルされる（ステップＳ１２）。
【００２５】
一方、転倒の場合も同様である。転倒の場合の判別条件は、▲１▼しきい値Ｅｕ〔Ｖ〕を越えた時間Ｔｉが１００〔ｍｓ〕以上であること、▲２▼ピーク値Ｐｕの最大値と最小値Ｐｕｄの差ΔＥｐが１〔Ｖ〕以上であること、▲３▼候補データの検出後、１．５秒以内に２〔Ｖ〕以下にならないこと、の三点である（ステップＳ１３）。このような判別条件は、転倒の場合、暫く横たわった状態が継続するため、その間、出力信号の大きさがオフセットすることに基づく（図６参照）。
【００２６】
以上の判別条件に基づいて候補データを判別し、判別の結果、全ての判別条件を充足したなら、転倒したと判定する（ステップＳ１４，Ｓ１５）。そして、既に検出されている転倒回数に１を加算して記憶する（ステップＳ１６）。この際、動揺／転倒表示切換キー３４を転倒表示側に切換えておけば、転倒の回数が表示部３６に表示される（ステップＳ１６）。他方、判別条件を一つでも充足しない場合には、候補データとしてのポジションはキャンセルされる（ステップＳ１２）。
【００２７】
また、いずれの場合にも、異常歩行が検出されたなら、異常歩行時における所定期間（具体的には、４秒間分）の処理データＤｓを記憶するとともに、時計機能部６から得る異常歩行の発生時刻を一緒に記憶する。なお、時計表示切換キー３５を切換えれば、リアルタイムの時刻を表示部３６に表示できる。
【００２８】
さらに、メモリカード４ｏｃが装填されている場合には、当該メモリカード４ｏｃにも同様の検出結果が書き込まれる。したがって、メモリカード４ｏｃを取出し、記憶されているデータをコンピュータに転送すれば、統計処理や解析処理を行うことができるとともに、必要によりプリントアウトすることもできる。よって、発生回数の絶対値が大きくて異常な状況にあるか、或いは発生回数が相対的に増加傾向にあるか等により、高齢者特有の異常兆候を早期かつ正確に把握し、呆けや足腰の弱り等を事前に予知することができるとともに、高齢者に対して的確な処方を施すことが可能となり、さらに、高齢者を事故から未然に守ることができる。
【００２９】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，手法，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更できる。
【００３０】
例えば、実施例はＸ方向，Ｙ方向及びＺ方向の三方向の加速度を検出できる加速度センサ２を例示したが、一方向又は二方向のみの加速度を検出できる加速度センサであってもよい。また、実施例では、Ｘ方向の加速度のみを利用した場合を例示したが、Ｙ方向又はＺ方向に対してもＸ方向と同様に判別を行い、Ｘ方向とＹ方向の組合わせ、Ｘ方向とＺ方向の組合わせ、さらにＸ方向，Ｙ方向及びＺ方向の三方向の組合わせにより検出してもよい。これらの場合には判別結果を総合して判定（検出）する。なお、判別条件は各方向において異ならせる。
【００３１】
また、加速度センサの出力信号Ｓｓｘ…を処理データＤｓに変換し、この処理データＤｓを判別したが、出力信号Ｓｓｘ…を直接判別してもよい。さらに、本発明において記憶とは記録を含む概念である。なお、表示部は無くてもよい。
【００３２】
一方、他の各種センサを付加し、多様性及び多機能性を高めてもよい。具体的には、温度センサを付加し、異常歩行の発生時毎に気温を一緒に記憶させてもよいし、万歩計を付加し、異常歩行が何歩数目に発生したかなどを一緒に記憶させてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
このように、本発明に係る高齢者の歩行観察方法は、高齢者に装着した加速度センサにより、歩行中の加速度を検出するとともに、前記加速度センサに備えるＸ方向加速度検出部，Ｙ方向加速度検出部及びＺ方向加速度検出部の一又は二以上から出力する出力信号を変換した処理データを微分し、かつ微分して得る微分データの極性変換点における前記処理データのピーク値を検出し、このピーク値がしきい値を所定時間以上越えること，前記ピーク値の最大値と最小値の差が所定の大きさ以上であること，前記ピーク値の検出後の所定時間以内に当該ピーク値が所定の大きさ以下となり、かつこの後に所定の大きさ以上のピーク値が検出されること，の全てを充足したなら動揺（つまずき）として判定し、また、本発明に係る高齢者用歩行観察装置は、Ｘ方向加速度検出部，Ｙ方向加速度検出部及びＺ方向加速度検出部の一又は二以上を有することにより加速度を検出する加速度センサと、前記Ｘ方向加速度検出部，前記Ｙ方向加速度検出部及び前記Ｚ方向加速度検出部の一又は二以上から出力する出力信号を変換した処理データを微分し、かつ微分して得る微分データの極性変換点における前記処理データのピーク値を検出し、このピーク値がしきい値を所定時間以上越えること，前記ピーク値の最大値と最小値の差が所定の大きさ以上であること，前記ピーク値の検出後の所定時間以内に当該ピーク値が所定の大きさ以下となり、かつこの後に所定の大きさ以上のピーク値が検出されること，の全てを充足したなら動揺（つまずき）として検出する異常歩行検出機能部と、前記異常歩行検出機能部の検出結果を記憶する記憶機能部と、電源用電池とを備え、高齢者に対して装着可能に構成したため、高齢者特有の異常兆候を早期かつ正確に把握し、呆けや足腰の弱り等を事前に予知することにより、高齢者に対して的確な処方を施すことができるとともに、高齢者を事故から未然に守ることができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る高齢者用歩行観察装置の信号処理系のブロック図、
【図２】同高齢者用歩行観察装置の判別処理手順を示すフローチャート、
【図３】同高齢者用歩行観察装置を使用した動揺時における加速度センサの出力信号の波形図、
【図４】同高齢者用歩行観察装置における判別処理の説明図、
【図５】同高齢者用歩行観察装置の外観斜視図、
【図６】同高齢者用歩行観察装置を使用した転倒時における加速度センサの出力信号の波形図、
【図７】同高齢者用歩行観察装置を使用した正常歩行時における加速度センサの出力信号の波形図、
【図８】同高齢者用歩行観察装置を使用した階段下り時における加速度センサの出力信号の波形図、
【図９】同高齢者用歩行観察装置を使用した腰下ろし時における加速度センサの出力信号の波形図、
【符号の説明】
１ 高齢者用歩行観察装置
２ 加速度センサ
２ｘ Ｘ方向加速度検出部
２ｙ Ｙ方向加速度検出部
２ｚ Ｚ方向加速度検出部
３ 異常歩行検出機能部
４ 記憶機能部
４ｉ 内部メモリ
４ｏ 外部メモリ
４ｏｃ メモリカード
５ 電源用電池
６ 時計機能部
Ｓｓｘ 出力信号
Ｓｓｙ 出力信号
Ｓｓｚ 出力信号
Ｄｓ 処理データ
Ｐｕ ピーク値
Ｐｕｓ ピーク値
Ｄｄ 微分データ
Ｃｕ 極性変換点
Ｅｕ しきい値
ΔＥｐ ピーク値の最大値と最小値の差

Claims (6)

1. 高齢者に装着した加速度センサにより、歩行中の加速度を検出するとともに、前記加速度センサに備えるＸ方向加速度検出部，Ｙ方向加速度検出部及びＺ方向加速度検出部の一又は二以上から出力する出力信号を変換した処理データを微分し、かつ微分して得る微分データの極性変換点における前記処理データのピーク値を検出し、このピーク値がしきい値を所定時間以上越えること，前記ピーク値の最大値と最小値の差が所定の大きさ以上であること，前記ピーク値の検出後の所定時間以内に当該ピーク値が所定の大きさ以下となり、かつこの後に所定の大きさ以上のピーク値が検出されること，の全てを充足したなら動揺（つまずき）として判定することを特徴とする高齢者の歩行観察方法。
2. Ｘ方向加速度検出部，Ｙ方向加速度検出部及びＺ方向加速度検出部の一又は二以上を有することにより加速度を検出する加速度センサと、前記Ｘ方向加速度検出部，前記Ｙ方向加速度検出部及び前記Ｚ方向加速度検出部の一又は二以上から出力する出力信号を変換した処理データを微分し、かつ微分して得る微分データの極性変換点における前記処理データのピーク値を検出し、このピーク値がしきい値を所定時間以上越えること，前記ピーク値の最大値と最小値の差が所定の大きさ以上であること，前記ピーク値の検出後の所定時間以内に当該ピーク値が所定の大きさ以下となり、かつこの後に所定の大きさ以上のピーク値が検出されること，の全てを充足したなら動揺（つまずき）として検出する異常歩行検出機能部と、前記異常歩行検出機能部の検出結果を記憶する記憶機能部と、電源用電池とを備え、高齢者に対して装着可能に構成したことを特徴とする高齢者用歩行観察装置。
3. 前記記憶機能部は、内部メモリ及び／又は外部メモリであることを特徴とする請求項２記載の高齢者用歩行観察装置。
4. 前記記憶機能部に記憶する検出結果は、動揺の発生回数であることを特徴とする請求項２又は３記載の高齢者用歩行観察装置。
5. 前記記憶機能部に記憶する検出結果は、動揺時における所定期間の前記処理データであることを特徴とする請求項２又は３記載の高齢者用歩行観察装置。
6. 前記検出結果には、時計機能部から得る動揺の発生時刻を含むことを特徴とする請求項２又は５記載の高齢者用歩行観察装置。

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