JP7238959B2 - 光ファイバセンシングシステム、状態検知装置、状態検知方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
光ファイバを含む衣類と、
前記光ファイバから光信号を受信し、前記光信号に基づいて、前記衣類を着用した人の状態に応じたパターンを有する複数のパラメータを取得する光ファイバセンシング部と、
前記複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、前記衣類を着用した人の状態を検知する状態検知部と、
を備える。
衣類に含まれる光ファイバから光信号を受信し、前記光信号に基づいて、前記衣類を着用した人の状態に応じたパターンを有する複数のパラメータを取得する光ファイバセンシング部と、
前記複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、前記衣類を着用した人の状態を検知する状態検知部と、
を備える。
状態検知装置による状態検知方法であって、
衣類に含まれる光ファイバから光信号を受信し、前記光信号に基づいて、前記衣類を着用した人の状態に応じたパターンを有する複数のパラメータを取得し、
前記複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、前記衣類を着用した人の状態を検知する。
コンピュータに、
衣類に含まれる光ファイバから光信号を受信し、前記光信号に基づいて、前記衣類を着用した人の状態に応じたパターンを有する複数のパラメータを取得する手順と、
前記複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、前記衣類を着用した人の状態を検知する手順と、
を実行させるためのプログラムを格納した非一時的なコンピュータ可読媒体である。
<実施の形態1>
<実施の形態1の構成>
まず、図1を参照して、本実施の形態1に係る光ファイバセンシングシステムの構成について説明する。
以下、本実施の形態1に係る光ファイバセンシングシステムについて、より詳細に説明する。
まず、光ファイバ20と光ファイバセンシング部31との接続態様について説明する。
例えば、図3に示されるように、衣類10側において、光ファイバ20の末端にコネクタCN1を取り付け、コネクタCN1を用いて、光ファイバ20を光ファイバセンシング部31に接続しても良い。
図4に示される光ファイバセンシング部31は、コネクタCN2、光出力部311、フィルタ312、光受信部313、パラメータ取得部314、及び通信部315を備えている。
光出力部311は、フィルタ312及びコネクタCN1,CN2を介して、光ファイバ20にパルス光を入射する。
光受信部313は、光ファイバ20から、コネクタCN1,CN2及びフィルタ312を介して、後方反射光を受信する。
通信部315は、パラメータ取得部314で取得された複数のパラメータを状態検知部32に出力する。
図7に示される光ファイバセンシング部31は、図4に示される構成からコネクタCN2を除去した構成に相当し、衣類10側に設けられている。
上述のように、光ファイバセンシング部31は、光ファイバ20にパルス光を入射してから、光ファイバ20から後方散乱光が受信されるまでの時間に基づいて、その後方散乱光の発生位置(光ファイバセンシング部31からの距離)を検知することが可能である。
ただし、人の状態を検知するには、後方散乱光の発生位置が身体のどの部位であるかを特定する必要がある。
(A1)方法A1
本方法A1では、状態検知部32は、光ファイバセンシング部31からの距離と、その距離にある身体の部位を示す部位情報と、を対応付けた部位情報テーブルを予め保持しておき、その部位情報テーブルを用いて、身体の部位を特定する。図8に、衣類10が上半身用衣類である場合の部位情報テーブルの例を示す。部位情報テーブルは、衣類10のサイズやタイプから、その衣類10を着用する人の標準的な身体のサイズを判断し、その標準的な身体のサイズを基に生成したテーブルとするのが良い。
本方法A2では、状態検知部32は、上述の図8に示されるような部位情報テーブルを、手動学習により生成し、その部位情報テーブルを用いて、身体の部位を特定する。部位情報テーブルの生成は、例えば、以下のように行う。
状態検知部32は、衣類10を着用した人が所有するユーザ端末(例えば、スマートデバイス、ウェアラブルデバイス、パーソナルコンピュータ等)上で、衣類10を着用した人に対し、モニタ対象となる身体の特定部位を一定間隔で手で叩くように指示する。そして、状態検知部32は、このときの振動データを光ファイバセンシング部31から取得する。
状態検知部32は、振動データ上で、一定間隔で振動が発生した場所を、モニタ対象となる特定部位として認識する。そして、状態検知部32は、その場所の光ファイバセンシング部31からの距離と、特定部位と、を対応付けて記録する。
なお、状態検知部32は、ステップS11において、衣類10を着用した人に対し、特定部位を一定間隔で手で叩くように指示していたが、指示内容はこれには限定されない。状態検知部32は、モニタ対象となる特定部位が振動するような動きを指示すれば良く、例えば、腕を動かす、腕を上げる、腕を回す、肘を曲げる等の指示でも良い。
状態検知部32は、複数のパラメータ(例えば、振動データ、音響データ、及び温度データの3つのパラメータのうち、少なくとも2つのパラメータを含む)の各々が有する、衣類10を着用した人の状態に応じたパターンに基づいて、衣類10を着用した人の状態の検知を行う。以下、衣類10を着用した人の状態を検知する例について説明する。
ここではまず、衣類10を着用した人に発生した振動の振動データが有するパターンに基づいて、その人の状態を検知する例について説明する。
まず、図9を参照して、本方法B11について説明する。図9は、衣類10を着用した人の心臓付近で発生した振動の振動データ(横軸が時間、縦軸が振動強度)を示している。
図9に示される振動データにおいては、振動の間隔、及び、振動が減衰するときの減衰パターンが、心臓の正常時と異常時とで異なる。
状態検知部32は、衣類10を着用した人の心臓の状態を検知する場合、その人の心臓付近で発生した振動をモニタした振動データ(図9と同様の振動データ)を光ファイバセンシング部31から取得する。そして、状態検知部32は、モニタした振動データの振動の間隔及び減衰パターンが、正常時の振動データの振動の間隔及び減衰パターンと異なるか否かで、心臓が異常状態であるか否かを判断する。
続いて、図10を参照して、本方法B12について説明する。図10は、衣類10を着用した人の心臓付近で発生した振動の振動データ(図9と同様の振動データ)を、FFT(Fast Fourier Transform)した後の振動データ(横軸が周波数、縦軸が振動強度)を示している。
図10に示される振動データにおいては、振動強度のピークが発生する。このピークが発生する周波数が、心臓の正常時と異常時とで異なる。
状態検知部32は、衣類10を着用した人の心臓の状態を検知する場合、その人の心臓付近で発生した振動をモニタした振動データ(図10と同様の振動データ)を光ファイバセンシング部31から取得する。そして、状態検知部32は、モニタした振動データにおいてピークが発生する周波数が、正常時の振動データにおいてピークが発生する周波数と異なるか否かで、心臓が異常状態であるか否かを判断する。
本方法B13では、人の心臓付近で発生した振動の振動データが有するパターンとして、人の心臓の状態に応じたパターンを機械学習(例えば、深層学習等)し、機械学習の学習結果(初期学習モデル)を用いて、心臓の状態を判断する。
図11を参照して、本方法B13における機械学習の方法について説明する。
図11に示されるように、状態検知部32は、人の心臓の状態を示す状態情報である教師データと、その状態であるときに心臓付近で発生した振動の振動データと、を入力する(ステップS21,S22)。図12に、教師データとなる状態情報の例を示す。図12は、3つの振動データA,B,Cを学習させる場合の状態情報の例である。振動データは、例えば、図9及び図10に示されるような振動データとなる。
振動データから心臓の状態を検知するための特徴を抽出することが、人間による解析では困難な場合がある。本方法B13では、大量の振動データから学習モデルを構築することにより、人間での状態解析が困難であった場合でも、心臓の状態を高精度に検知することができる。
また、衣類10を着用した人の身体器官の振動は、その人の運動等の状況にも左右される。しかし、本実施の形態1においては、その人の身体全体の振動や温度のモニタもしているため、運動中/休憩中/食事中等の身体全体の運動状態を判断することが可能である。そのため、現在の身体全体の運動状態に合わせて、各身体器官に発生した振動のモニタを行うことにより、高度な状態検知が可能となる。
続いて、衣類10を着用した人に発生した音の音響データが有するパターンに基づいて、その人の状態を検知する例について説明する。
また、状態検知部32は、衣類10を着用した人の腹部に発生した腹部音の音響データが有するパターンをモニタすることにより、その人の様々な異常状態を検知することも可能である。
すなわち、状態検知部32は、正常時の音響データを予め保持しておき、モニタした音響データが有するパターンが、正常時の音響データが有するパターンと異なるか否かで、その人が異常状態であるか否かを判断しても良い。
続いて、衣類10を着用した人に発生した温度の温度データが有するパターンに基づいて、その人の状態を検知する例について説明する。
すなわち、状態検知部32は、正常時の温度データを予め保持しておき、モニタした温度データが有するパターンが、正常時の温度データが有するパターンと異なるか否かで、その人が異常状態であるか否かを判断しても良い。
状態検知部32は、衣類10を着用した人の状態の経時的な状態変化に基づいて、その人の異常状態の予兆を検知しても良い。
ここで、図13を参照して、状態検知部32において、衣類10を着用した人の異常状態の予兆を検知する方法の例について説明する。図13は、図10と同様の振動データを、時系列に並べて示したものである。
続いて、衣類10について説明する。
(C1)衣類10の製造方法
衣類10は、上述のように、光ファイバ20を含んでいる。衣類10は、例えば、次のように製造されても良い。ここでは、図3及び図4に示される接続態様とする場合の衣類10の製造方法について説明する。
続いて、複数の布11同士を貼り合わせて、衣類10の形状に加工していく。加工の際は、複数の布11における光ファイバ20を一筆書き状に接続し、光ファイバ20が衣類10の布部分全体を網羅するように配置し、光ファイバ20の末端にコネクタCN1を取り付ける。なお、光ファイバ20同士の接続は、例えば、スプライスを用いる方法が考えられるが、これには限定されない。
なお、光ファイバ20が縫い込まれた布11の代わりに、光ファイバ20が固定されて這わされた布を用いても良い。
また、光ファイバ20を衣類10に含める際には、光ファイバ20が折れにくいような工夫をするのが好適である。
例えば、図15に示されるように、光ファイバ20が埋め込まれている部分に補強材12を入れ、光ファイバ20に応力がかかりにくくしても良い。なお、補強材12の材質は、樹脂、木、布、金属等が考えられるが、これには限定されない。
例えば、衣類10が上半身用衣類である場合、脇、肘当の関節部分の内側や外側に特に応力がかかると考えられる。そのため、関節部分の内側や外側を避けて、光ファイバ20を這わせるようにしても良い。図16は、脇の関節部分の光ファイバ20の配置例を示している。
また、衣類10の特に重点的にデータを収集したい箇所には、光ファイバ20をより高密度に配置するようにしても良い。例えば、衣類10が上半身用衣類である場合、特に心臓のデータを収集したければ、図17に示されるように、衣類10の心臓に対応する箇所に、光ファイバ20をより高密度に配置するようにしても良い。
これにより、衣類10を着用する人の状態の検知に必要なデータをより詳細にかつ高感度に収集でき、より詳細な状態検知が可能となる。
図18に示されるように、コンピュータ60は、プロセッサ601、メモリ602、ストレージ603、入出力インタフェース(入出力I/F)604、及び通信インタフェース(通信I/F)605等を備える。プロセッサ601、メモリ602、ストレージ603、入出力インタフェース604、及び通信インタフェース605は、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路で接続されている。
以下、図19を参照して、本実施の形態1に係る光ファイバセンシングシステムの概略的な動作の動作フローについて説明する。
上述したように本実施の形態1によれば、光ファイバセンシング部31は、衣類10に含まれる光ファイバ20から受信した後方散乱光(光信号)に基づいて、衣類10を着用した人の状態に応じたパターンを有する複数のパラメータを取得し、状態検知部32は、複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、衣類10を着用した人の状態を検知する。これにより、衣類10を着用した人の状態を、より高度かつフレキシブルに検知することができる。
まず、図20を参照して、本実施の形態2に係る光ファイバセンシングシステムの構成について説明する。
光ファイバセンシング部31は、複数のパラメータ(例えば、振動データ、音響データ、及び温度データの3つのパラメータのうち、少なくとも2つのパラメータを含む)をユーザ端末40に送信し、ユーザ端末40は、複数のパラメータを状態検知部32に送信し、状態検知部32は、複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、衣類10を着用した人の状態を検知する。
以下、本実施の形態2に係る光ファイバセンシングシステムについて、より詳細に説明する。
まず、光ファイバセンシング部31とユーザ端末40との接続態様について説明する。なお、以下では、衣類10側に光ファイバセンシング部31を設けることを前提として説明するが、光ファイバセンシング部31は、衣類10の外部に設けても良い。
図22に示される光ファイバセンシング部31は、図7に示される構成にコネクタCN1を追加した構成に相当し、衣類10側に設けられている。
図24に示される光ファイバセンシング部31は、図23に示される構成からコネクタCN1を除去した構成に相当する。この場合、通信部315は、ユーザ端末40と近距離無線通信を行って、複数のパラメータをユーザ端末40に送信する。
続いて、状態検知部32が生成し、ユーザ端末40へ送信される、状態検知結果を示すGUI画面について説明する。ここでは、図25を参照して、ユーザ端末40がスマートデバイスである場合のGUI画面の例について説明する。
表示領域P2には、疾患の一覧が表示されると共に、それぞれの疾患になるリスクが表示される。
表示領域P3には、メッセージが表示される。例えば、メッセージは、図示されているように、「〇〇のリスクがあります。医療機関を受診してください。」、「運動のペースを落としてください。」等のメッセージとなる。
例えば、図25に示されるGUI画面は、表示領域P2の疾患名の文字部分、表示領域P3のメッセージ内の〇〇や医療機関の文字部分がタップされた場合、医療機関の表示、疾患の対処法の表示、疾患の統計データの表示等を実行する画面であっても良いし、それらに関連するWebページへアクセスするような画面であっても良い。また、図25に示されるGUI画面は、医療機関等の表示や、Webページへアクセスするためのボタンをさらに表示しても良いし、医療機関等やWebページへのリンクをさらに表示しても良い。
図26に示されるように、椅子71は、光ファイバ20を含んでいる。図26の例では、光ファイバ20は、コネクタCNから2方向に延び、一方の光ファイバ20は椅子71の座面部に配置され、他方の光ファイバ20は椅子71の背板部に配置されている。このコネクタCNが光ファイバセンシング部31に接続される。光ファイバ20は、椅子71の座面部及び背板部の布部分に縫い込まれても良いし、椅子71の座面部及び背板部に固定されて這わせられても良い。
図28に示されるように、ベッド72は、光ファイバ20を含んでいる。図28の例では、光ファイバ20は、ベッド72のマットレスに配置されている。光ファイバ20の末端にコネクタCNが取り付けられ、このコネクタCNが光ファイバセンシング部31に接続される。光ファイバ20は、ベッド72のマットレスの布部分に縫い込まれても良いし、ベッド72のマットレスに固定されて這わせられても良い。
人がベッド72に寝ると、その人の身体に沿った振動がベッド72に発生する。
そこで、状態検知部32は、ベッド72に発生した振動の発生箇所の分布を求め、その分布に基づいて、ベッド72に寝ている人の身体の形を推定する。そして、状態検知部32は、人の身体の形の推定結果に基づいて、図29に示されるような部位情報テーブルを生成する。図29に示される部位情報テーブルは、光ファイバセンシング部31からの距離と、その距離にある身体の部位を示す部位情報と、を対応付けたテーブルである。以降、状態検知部32は、その部位情報テーブルを用いて、身体の部位を特定する。
(付記1)
光ファイバを含む衣類と、
前記光ファイバから光信号を受信し、前記光信号に基づいて、前記衣類を着用した人の状態に応じたパターンを有する複数のパラメータを取得する光ファイバセンシング部と、
前記複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、前記衣類を着用した人の状態を検知する状態検知部と、
を備える光ファイバセンシングシステム。
(付記2)
前記状態検知部は、前記複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、前記衣類を着用した人の複数の状態を検知する、
付記1に記載の光ファイバセンシングシステム。
(付記3)
前記衣類を着用した人が所有するユーザ端末をさらに備え、
前記状態検知部は、前記衣類を着用した人の状態検知結果を、前記ユーザ端末に送信する、
付記1又は2に記載の光ファイバセンシングシステム。
(付記4)
前記衣類を着用した人が異常状態であった場合に、前記状態検知結果の送信先として予め決められた緊急連絡先端末をさらに備え、
前記状態検知部は、前記衣類を着用した人が異常状態であった場合、前記状態検知結果を前記緊急連絡先端末に送信する、
付記3に記載の光ファイバセンシングシステム。
(付記5)
前記衣類は、前記光ファイバセンシング部と、前記ユーザ端末に接続可能なコネクタと、を含み、
前記光ファイバセンシング部は、前記コネクタを介して前記ユーザ端末に接続される、
付記3又は4に記載の光ファイバセンシングシステム。
(付記6)
前記複数のパラメータは、振動データ、音響データ、及び温度データの3つのパラメータのうち、少なくとも2つのパラメータを含む、
付記1から5のいずれか1項に記載の光ファイバセンシングシステム。
(付記7)
衣類に含まれる光ファイバから光信号を受信し、前記光信号に基づいて、前記衣類を着用した人の状態に応じたパターンを有する複数のパラメータを取得する光ファイバセンシング部と、
前記複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、前記衣類を着用した人の状態を検知する状態検知部と、
を備える状態検知装置。
(付記8)
前記状態検知部は、前記複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、前記衣類を着用した人の複数の状態を検知する、
付記7に記載の状態検知装置。
(付記9)
前記状態検知部は、前記衣類を着用した人の状態検知結果を、前記衣類を着用した人が所有するユーザ端末に送信する、
付記7又は8に記載の状態検知装置。
(付記10)
前記状態検知部は、前記衣類を着用した人が異常状態であった場合、前記状態検知結果を、予め決められた緊急連絡先端末に送信する、
付記9に記載の状態検知装置。
(付記11)
前記複数のパラメータは、振動データ、音響データ、及び温度データの3つのパラメータのうち、少なくとも2つのパラメータを含む、
付記7から10のいずれか1項に記載の状態検知装置。
(付記12)
状態検知装置による状態検知方法であって、
衣類に含まれる光ファイバから光信号を受信し、前記光信号に基づいて、前記衣類を着用した人の状態に応じたパターンを有する複数のパラメータを取得し、
前記複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、前記衣類を着用した人の状態を検知する、
状態検知方法。
(付記13)
コンピュータに、
衣類に含まれる光ファイバから光信号を受信し、前記光信号に基づいて、前記衣類を着用した人の状態に応じたパターンを有する複数のパラメータを取得する手順と、
前記複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、前記衣類を着用した人の状態を検知する手順と、
を実行させるためのプログラムを格納した非一時的なコンピュータ可読媒体。
11 布
12 補強材
20 光ファイバ
30 状態検知装置
31 光ファイバセンシング部
311 光出力部
312 フィルタ
313 光受信部
314 パラメータ取得部
315 通信部
32 状態検知部
40 ユーザ端末
50 緊急連絡先端末
60 コンピュータ
601 プロセッサ
602 メモリ
603 ストレージ
604 入出力インタフェース
6041 表示装置
6042 入力装置
605 通信インタフェース
71 椅子
72 ベッド
CN,CN1,CN2 コネクタ
Claims (9)
- 光ファイバを含む衣類と、
前記光ファイバから光信号を受信し、前記光信号に基づいて、前記衣類を着用した人の状態に応じたパターンを有する複数のパラメータを取得する光ファイバセンシング部と、
前記複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、前記衣類を着用した人の状態を検知する状態検知部と、
を備え、
前記複数のパラメータは、振動データ、音響データ、及び温度データの3つのパラメータのうち、少なくとも2つのパラメータを含み、
前記状態検知部は、前記少なくとも2つのパラメータの各々が有するパターンと学習モデルとのパターンマッチングに基づいて、前記衣類を着用した人の状態を検知する、
光ファイバセンシングシステム。 - 前記状態検知部は、前記複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、前記衣類を着用した人の複数の状態を検知する、
請求項1に記載の光ファイバセンシングシステム。 - 前記衣類を着用した人が所有するユーザ端末をさらに備え、
前記状態検知部は、前記衣類を着用した人の状態検知結果を、前記ユーザ端末に送信する、
請求項1又は2に記載の光ファイバセンシングシステム。 - 衣類に含まれる光ファイバから光信号を受信し、前記光信号に基づいて、前記衣類を着用した人の状態に応じたパターンを有する複数のパラメータを取得する光ファイバセンシング部と、
前記複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、前記衣類を着用した人の状態を検知する状態検知部と、
を備え、
前記複数のパラメータは、振動データ、音響データ、及び温度データの3つのパラメータのうち、少なくとも2つのパラメータを含み、
前記状態検知部は、前記少なくとも2つのパラメータの各々が有するパターンと学習モデルとのパターンマッチングに基づいて、前記衣類を着用した人の状態を検知する、
状態検知装置。 - 前記状態検知部は、前記複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、前記衣類を着用した人の複数の状態を検知する、
請求項4に記載の状態検知装置。 - 前記状態検知部は、前記衣類を着用した人の状態検知結果を、前記衣類を着用した人が所有するユーザ端末に送信する、
請求項4又は5に記載の状態検知装置。 - 前記状態検知部は、前記衣類を着用した人が異常状態であった場合、前記状態検知結果を、予め決められた緊急連絡先端末に送信する、
請求項6に記載の状態検知装置。 - 状態検知装置による状態検知方法であって、
衣類に含まれる光ファイバから光信号を受信し、前記光信号に基づいて、前記衣類を着用した人の状態に応じたパターンを有する複数のパラメータを取得し、
前記複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、前記衣類を着用した人の状態を検知し、
前記複数のパラメータは、振動データ、音響データ、及び温度データの3つのパラメータのうち、少なくとも2つのパラメータを含み、
前記衣類を着用した人の状態を検知するステップでは、前記少なくとも2つのパラメータの各々が有するパターンと学習モデルとのパターンマッチングに基づいて、前記衣類を着用した人の状態を検知する、
状態検知方法。 - コンピュータに、
衣類に含まれる光ファイバから光信号を受信し、前記光信号に基づいて、前記衣類を着用した人の状態に応じたパターンを有する複数のパラメータを取得する手順と、
前記複数のパラメータの各々が有するパターンに基づいて、前記衣類を着用した人の状態を検知する手順と、
を実行させるためのプログラムであって、
前記複数のパラメータは、振動データ、音響データ、及び温度データの3つのパラメータのうち、少なくとも2つのパラメータを含み、
前記衣類を着用した人の状態を検知する手順では、前記少なくとも2つのパラメータの各々が有するパターンと学習モデルとのパターンマッチングに基づいて、前記衣類を着用した人の状態を検知する、
プログラム。
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