專利名稱：跌倒檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，其用于自動(dòng)檢測(cè)用戶的跌倒事件。
背景技術(shù)：
這種自動(dòng)跌倒檢測(cè)系統(tǒng)是公知的。其用于檢測(cè)用戶的跌倒事件，并向遠(yuǎn)程的醫(yī)護(hù) 提供商報(bào)告這些事件，以便讓醫(yī)護(hù)提供商采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)。為了實(shí)現(xiàn)此目的，檢測(cè)系統(tǒng)通常 包括由用戶佩戴的傳感器模塊，用于采集用戶身體的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，例如加速度數(shù)據(jù)。檢測(cè)系統(tǒng) 還包括評(píng)估邏輯模塊，用于在采集到的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)中檢測(cè)碰撞。這種碰撞發(fā)生在用戶跌倒過(guò) 程中著地的時(shí)候。但是，這種碰撞也可能發(fā)生在其它事件中，例如用戶的突然運(yùn)動(dòng)或碰撞到 其周圍的物體。所以，在加速度數(shù)據(jù)中檢測(cè)到碰撞并不足以確切地識(shí)別出跌倒的發(fā)生。因 此，大多數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)還檢測(cè)指明跌倒的其它指標(biāo)是否存在。例如，可以驗(yàn)證碰撞是否伴隨著 用戶方位角的改變(例如，用戶的體態(tài)從站立變成了臥倒)。只有在這種情況下，系統(tǒng)才向 遠(yuǎn)程醫(yī)護(hù)提供商發(fā)出警報(bào)。這樣，可以降低錯(cuò)誤警的次數(shù)，從而提高系統(tǒng)的可靠性和用戶的 認(rèn)可度。 但是，這些公知的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)存在一些缺點(diǎn)，從而會(huì)導(dǎo)致誤警仍舊發(fā)生。 例如，一種經(jīng)常發(fā)生的情況是，傳感器模塊本身從用戶身上掉了下來(lái)，例如在換衣
服的時(shí)候。另一種情況是，傳感器模塊被暫時(shí)放置在桌子等的上面，并意外地在那里受到了
碰撞。在這些情況下，顯然不應(yīng)該生成報(bào)警，但公知的系統(tǒng)還是會(huì)生成報(bào)警。
當(dāng)傳感器模塊附著于身體的方式不適當(dāng)(即方位角不對(duì))時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)其它一些
問(wèn)題。這可能會(huì)影響系統(tǒng)辨別用戶方位角變化的能力，并可能使系統(tǒng)對(duì)于跌倒的存在與否
得出錯(cuò)誤的結(jié)論。具體而言，系統(tǒng)可能在不存在跌倒時(shí)生成警報(bào)(所謂的"誤警")，或者更
糟糕的情形是，在存在跌倒時(shí)不生成警報(bào)(所謂的"漏警")。這兩種情況都是應(yīng)該避免的，
因?yàn)樗鼈兌紩?huì)嚴(yán)重?fù)p害系統(tǒng)的可信度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一種具有改進(jìn)可靠性的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)。具體而 言，本發(fā)明的目的在于提供一種系統(tǒng)，其中，排除錯(cuò)誤報(bào)警(誤警和漏警)報(bào)告或至少減少 其數(shù)量。 為了實(shí)現(xiàn)此目的，根據(jù)本發(fā)明的一種跌倒檢測(cè)系統(tǒng)的特征在于，提供有第二評(píng)估
邏輯模塊，其用于驗(yàn)證至少大約在所觀測(cè)的碰撞時(shí)用戶確實(shí)佩戴著傳感器模塊。 可將該第二評(píng)估邏輯模塊布置為掃描加速度數(shù)據(jù)，以判斷是否出現(xiàn)自由落體特征
(即自由落體的典型特征，例如一次或多次完全旋轉(zhuǎn)(大于36(T ))或是否在碰撞前出現(xiàn)
自由落體階段(在自由落體階段內(nèi)，加速度數(shù)據(jù)的幅值基本穩(wěn)定，且是相對(duì)較低的值)。研
究表明，如果出現(xiàn)這種自由落體特征，則觀測(cè)到的碰撞很可能是由傳感器模塊自身的掉落
造成的，而不是由人體的跌倒事件造成的。 附加的或可替代的是，可將第二評(píng)估邏輯模塊布置為檢測(cè)傳感器模塊與人體的鄰
4近度。如果在觀測(cè)到碰撞前后無(wú)法建立這種鄰近度，則所述碰撞很可能不是由人體的跌倒 事件造成的。 因此，正是由于根據(jù)本發(fā)明的評(píng)估邏輯模塊，可以辨別加速度數(shù)據(jù)中的碰撞是由 人體的跌倒事件造成的還是由傳感器模塊自身的掉落造成的。這樣就避免了誤警。此外， 如果檢測(cè)到傳感器模塊的掉落，則應(yīng)向用戶和/或醫(yī)護(hù)提供商告知傳感器模塊沒(méi)有正確裝 配好并應(yīng)當(dāng)重新裝配。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有益方面，如果上述評(píng)估邏輯模塊確定用戶佩戴著傳感器模 塊，則可以提供另一個(gè)評(píng)估模塊，其用于檢測(cè)至少在加速度數(shù)據(jù)中觀測(cè)到碰撞的之前和之 后的傳感器模塊方位角的相對(duì)變化。由于這種相對(duì)測(cè)量，無(wú)論碰撞前模塊的(絕對(duì))方位 角如何，都可以檢測(cè)模塊方位角以及用戶方位角的任何變化。不再需要將模塊設(shè)置在一個(gè) 特定的方位角。同樣，用戶可以從任何位置跌倒，即站立、坐下或臥倒。用戶的初始位置(即 跌倒前的位置)不再重要。如果傳感器模塊在使用過(guò)程中經(jīng)受了意外的方位角變化，至少 如果這種變化不和在加速信號(hào)中觀測(cè)到碰撞同時(shí)發(fā)生，就不會(huì)導(dǎo)致報(bào)警。當(dāng)然，在評(píng)價(jià)潛在 的跌倒事件的發(fā)生時(shí)，還可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)閾值，以確保只考慮大于最小值(例如，大于 45度)的方位角變化。 從屬權(quán)利要求中列明了根據(jù)本發(fā)明的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)的其它有益實(shí)施例。


為了解釋本發(fā)明，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行描述，其中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)的框圖；
圖2示出了落向地面的傳感器模塊的加速度數(shù)據(jù)；
圖3示出了朝向地面跌落到的人體的加速度數(shù)據(jù)； 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第二評(píng)估邏輯模塊的第一實(shí)施例的框圖，將其布置為確 定圖2和圖3的加速度數(shù)據(jù)中是否存在自由落體階段； 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第二評(píng)估邏輯模塊的第二實(shí)施例的框圖，將其布置為確 定圖2和圖3的加速度數(shù)據(jù)中是否存在旋轉(zhuǎn)；以及 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)的第四實(shí)施例的框圖，其裝配有另一個(gè)評(píng) 估邏輯模塊，用于檢測(cè)傳感器模塊的相對(duì)方位角變化。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)1的框圖。跌倒檢測(cè)系統(tǒng)1包括由用戶佩 戴的傳感器模塊2，其用于采集用戶身體的加速度數(shù)據(jù)X、 Y、 Z。檢測(cè)系統(tǒng)1還包括評(píng)估邏 輯模塊3，其用于檢測(cè)是否發(fā)生了人體跌倒事件。根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)評(píng)估邏輯模塊3分成第 一評(píng)估邏輯模塊5和第二評(píng)估邏輯模塊6，其中，將第一評(píng)估邏輯模塊5布置為檢測(cè)跌倒事 件，將第二評(píng)估邏輯模塊6布置為推斷該跌倒事件是對(duì)應(yīng)于用戶的跌倒還是對(duì)應(yīng)于傳感器 模塊2的掉落。 傳感器模塊2包括一個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)8，將加速度計(jì)8優(yōu)選地布置為測(cè)量在3個(gè) 正交方向X、Y和Z上的加速度數(shù)據(jù)。這些加速度計(jì)可以容納在外殼10中，該外殼可以配置 有夾子11、帶子、腕帶、項(xiàng)圈或類似的連接裝置，用于簡(jiǎn)單地附著在用戶的身體或衣服上。或者，也可以將傳感器模塊2或檢測(cè)系統(tǒng)1作為一個(gè)整體集成在衣服部分上。外殼10還可以 容納電源12、諸如蜂鳴器或閃光燈之類的報(bào)警模塊13以及諸如一個(gè)或多個(gè)按鈕之類的輸 入模塊14，例如用于手工啟動(dòng)或取消報(bào)警。 可以將第一評(píng)估邏輯模塊5和/或第二評(píng)估邏輯模塊6容納在傳感器2的外殼10 中，或者容納在不需要佩戴在用戶身體上的一個(gè)或多個(gè)分離模塊中。在任何一種情況下，都 可以提供適當(dāng)?shù)耐ㄐ叛b置，以便在所述相應(yīng)模塊之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
將第一評(píng)估邏輯模塊5布置為針對(duì)潛在跌倒事件掃描所測(cè)量的加速度數(shù)據(jù)X、 Y、 Z。這種跌倒事件可以表現(xiàn)為碰撞，即在短時(shí)間內(nèi)所述加速度數(shù)據(jù)的幅值M急劇增加，可能 隨后緊接著有一段(相對(duì))安靜的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)跌倒的物體(人體或傳感器模塊) 保持臥倒?fàn)顟B(tài)。因此，可將第一評(píng)估邏輯模塊5布置為監(jiān)視加速度信號(hào)X、Y、Z的幅值M，并 當(dāng)超過(guò)某一預(yù)定閾值MWg (例如2. 5g，其中g(shù)是重力加速度)時(shí)，設(shè)置一個(gè)標(biāo)記。
將第二評(píng)估邏輯模塊6布置確定碰撞是由人體的跌倒造成的還是由傳感器模塊2 的掉落造成的。這可以通過(guò)各種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中的一種方式是，評(píng)估邏輯模塊可以利用 兩個(gè)物體的跌倒特征差異。 一般來(lái)說(shuō)，傳感器模塊2很有可能表現(xiàn)為自由落體，而人體則并 非如此；傳感器模塊2在掉落過(guò)程中會(huì)經(jīng)受一次或多次完全旋轉(zhuǎn)，而人體則不會(huì)。此外，評(píng) 估邏輯模塊可以驗(yàn)證在觀測(cè)到碰撞時(shí)傳感器模塊2是否緊鄰用戶。也可以使用不同方式對(duì) 此進(jìn)行驗(yàn)證。下面，將論述各個(gè)可能的評(píng)估技術(shù)的詳細(xì)示例。 需要注意的是，本文中提及"第一"和"第二"評(píng)估邏輯模塊并不表示評(píng)估邏輯模 塊的工作順序。這些評(píng)估邏輯模塊可以同時(shí)并相互獨(dú)立地進(jìn)行工作。
實(shí)施例l:自由落體階段的柃測(cè)l 圖2表示傳感器模塊2從桌子掉落到地面期間所測(cè)量的加速度數(shù)據(jù)X、 Y、 Z。圖3 表示人體朝向地面跌倒期間所測(cè)量的加速度數(shù)據(jù)X、Y、Z。圖2和圖3都還示出了幅值M，其 例如可以使用如下公式進(jìn)行計(jì)算 M = VX2 +F2 +Z2 (1) 或者使用下式 M = IXI +1YI +1 Z I (2) 圖2中的加速度數(shù)據(jù)可以分成5個(gè)不同的階段，標(biāo)記為①到⑤-在第一階段①中，加速度數(shù)據(jù)X、 Y、 Z、 M基本穩(wěn)定，這表明，傳感器模塊2靜止地
放在桌子上；-在第二階段②中，加速度數(shù)據(jù)X、Y、Z、M在所有三個(gè)方向上均波動(dòng)。這表明，傳感 器模塊2被推到了桌子的邊沿，而后將開(kāi)始掉落；-在第三階段③中，加速度數(shù)據(jù)X、Y、Z在所有三個(gè)方向上均基本穩(wěn)定，幅值M明顯 小于傳感器2靜止地放在桌子上的第一階段①中的幅值M。這表明，傳感器模塊2正在經(jīng)歷 自由落體；-在第四階段 中，加速度數(shù)據(jù)乂、￥、2、1顯示出了大幅度的波動(dòng)。這表明，傳感器 模塊2撞擊地面并反彈；以及 _在第五階段 中，加速度數(shù)據(jù)X、Y、Z、M再次基本穩(wěn)定。這表明，傳感器模塊2處 于地面上，基本上保持靜止。 圖3中的加速度數(shù)據(jù)X、Y、Z、M顯示出與圖2中數(shù)據(jù)大體相似，但其缺少第三階段③，即自由落體階段。因此，是否存在這個(gè)階段③可以用于確定特定的加速度信號(hào)是由人體 跌倒造成的還是由傳感器模塊2的掉落造成的。 圖4示出了用于檢測(cè)該第三階段③是否存在的第二評(píng)估邏輯模塊6的框圖。評(píng)估 邏輯模塊6包括第一方框16，用于評(píng)估在某一時(shí)間段(T)中根據(jù)公式(1)的幅值M是否小 于預(yù)定的閾值(THMg);第二方框17，用于評(píng)估該時(shí)間段(T)的長(zhǎng)度是否大于最小長(zhǎng)度(T》 并小于最大長(zhǎng)度(T2);以及第三方框18，用于評(píng)估在所述時(shí)間段(T)內(nèi)，各加速度分量的方 差S X、 S Y、 S Z是否小于預(yù)定閾值(THva》。如果所有這三個(gè)方框16、 17、 18的結(jié)果都是肯 定性的(Y)，則檢測(cè)到自由落體階段③。 自由落體階段③中的幅值M的水平取決于第二階段②的幅值M，而后者又取決于 當(dāng)傳感器模塊2從桌子掉落時(shí)的初始加速度。例如，當(dāng)傳感器模塊2受相當(dāng)大的外力碰撞而 從桌子上掉落時(shí)，其初始加速度以及由此在階段②和階段③中的其幅值M將明顯大于當(dāng)傳 感器模塊2從用戶手中滑落而基本不具有初始加速度的情況。在后一種情況下，階段③中 的幅值M可能接近于零，而在第一種情況下，幅值M將會(huì)高很多。為了能檢測(cè)到在所述第一 種情況下的自由落體階段③，不應(yīng)把閾值THmag設(shè)置的過(guò)低。因此，在優(yōu)選情況下，閾值THmag 的選擇取決于階段②中的實(shí)際測(cè)量幅值。例如，可以將TH^定義為階段②中所測(cè)量的最大 幅值的十分之一。 自由落體階段③的實(shí)際長(zhǎng)度(即時(shí)間段T的長(zhǎng)度)將根據(jù)模塊所掉落的高度h而 不同，高度h根據(jù)h = 0. 5gT2，其中h是以米為單位的高度，g是重力加速度9. 8m/s2， T是 以秒為單位的時(shí)間。因此，通過(guò)選擇傳感器模塊實(shí)際掉落的最小高度^和最大高度112，就 可以確定適當(dāng)?shù)淖钚￠L(zhǎng)度1\和最大長(zhǎng)度T2。 可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定第三評(píng)估模塊18的閾值TH^r，例如可以將其設(shè)置為10。
如果使用圖4的評(píng)估邏輯模塊檢測(cè)到自由落體階段③，則此信息可以用于將定時(shí) 器(未示出)激活給定的預(yù)設(shè)時(shí)間段Tj^^。如果在此時(shí)間段Tj^^中，第一評(píng)估邏輯模塊 5檢測(cè)到了碰撞，則不會(huì)發(fā)出跌倒報(bào)警。
實(shí)施例2 :—次或多次完全旋轉(zhuǎn)的檢測(cè) 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的備選跌倒檢測(cè)系統(tǒng)101的實(shí)施例，其具有可替代的或附 加的第二評(píng)估邏輯模塊106。與實(shí)施例1中相似的那些部件用相似的標(biāo)記(增加100)表 示。第二評(píng)估邏輯模塊106利用了諸如傳感器模塊102之類的小物體在從某一高度掉落過(guò) 程中會(huì)進(jìn)行一次或多次完全旋轉(zhuǎn)(即大于360度的旋轉(zhuǎn))的特點(diǎn)。而在另一方面，人體并 不進(jìn)行這樣的旋轉(zhuǎn)。因此，這個(gè)特點(diǎn)可用于區(qū)分傳感器模塊102的意外滑落和人體的跌倒 事件。 根據(jù)圖5的檢測(cè)系統(tǒng)101包括傳感器模塊102和第一評(píng)估邏輯模塊105，它們與 圖1中所描述的類似。傳感器模塊102可以配備有一個(gè)或多個(gè)角度傳感器或陀螺儀，用于 測(cè)量旋轉(zhuǎn)?？蓪⒌诙u(píng)估模塊106布置為將所述角度傳感器的輸出與某一預(yù)定閾值(例如 360度)進(jìn)行比較。 如果第一評(píng)估邏輯模塊105檢測(cè)到碰撞，并且第二評(píng)估邏輯模塊106檢測(cè)到一次 或多次完全旋轉(zhuǎn)的存在，則可以防止檢測(cè)系統(tǒng)101生成警報(bào)，這是因?yàn)?，觀測(cè)到的碰撞很有 可能是由傳感器模塊102的掉落造成的。另一方面，如果所測(cè)量的旋轉(zhuǎn)具有的旋轉(zhuǎn)角小于 360 ° ，則碰撞有可能是由人體跌倒事件造成的，將會(huì)發(fā)出跌倒警報(bào)。
根據(jù)備選實(shí)施例，可將第二評(píng)估模塊106布置為根據(jù)由共同加速傳感器102(即 具有一個(gè)或多個(gè)線性加速度傳感器的傳感器模塊)測(cè)量出的加速度數(shù)據(jù)X、 Y、 Z，檢測(cè) 出一次或多次旋轉(zhuǎn)的存在。例如，這可以如題為"Gyroless platform stabilization techniques"的US5124938 A中所披露的那樣進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，其描述了在不使用陀螺儀的情況下 根據(jù)加速度表獲得角加速度信息的方法。在這種情況下，無(wú)需單獨(dú)的角度傳感器，這樣可以 節(jié)約成本，并降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高系統(tǒng)的魯棒性。
輔你l 3 :傳鵬禾草貼,#膽緊令鵬隨則 根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，在觀測(cè)到碰撞時(shí)可以通過(guò)使用第二評(píng)估邏輯模塊 來(lái)驗(yàn)證傳感器模塊是否緊鄰人體(因此很有可能由用戶佩戴)，從而防止因傳感器模塊 的意外掉落而造成的誤警。為此，第二評(píng)估邏輯模塊例如可以包括傳感器，其容納于傳感 器模塊中，并能夠感測(cè)因用戶身體移入或移出電場(chǎng)而造成的電場(chǎng)畸變。適當(dāng)?shù)膫鞲衅骼?如是電場(chǎng)傳感器，如在文獻(xiàn)"Applying electrical field sensing toHuman—Computer interfaces"(其作者T. G. Zimmerman等發(fā)表在IEEE， May 1995)中描述的那樣。
如果在檢測(cè)到潛在的跌倒事件時(shí)(例如通過(guò)上述實(shí)施例所描述的第一評(píng)估邏輯 模塊)這種電場(chǎng)傳感器可以感測(cè)畸變，這表明傳感器模塊緊鄰用戶的身體，因此很有可能 由所述用戶的身體佩戴。因此，跌倒事件很有可能是人體的跌倒事件，故檢測(cè)系統(tǒng)可以生成 報(bào)警。 或者，也可以在傳感器模塊和牢固地附著于用戶身體的某個(gè)其它單元之間使用無(wú) 線通信技術(shù)來(lái)檢測(cè)傳感器模塊與用戶身體之間的緊鄰度。傳感器模塊和該單元可以分別配 備有發(fā)送器和接收器，或者分別配備有接收器和發(fā)送器?；蛘撸瑐鞲衅髂K2和該單元也均 可以包括發(fā)送器和接收器。將此發(fā)送器和接收器配置為只在它們相互間處于近距離范圍 時(shí)，更具體而言，只在它們耦合于用戶身體時(shí)，才能在相互間進(jìn)行通信?？商娲蚋郊拥氖?， 可將發(fā)送器和接收器配置為使用用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩羯眢w，通過(guò)身體耦合的通信在相互間 進(jìn)行通信。為了實(shí)現(xiàn)此目的，傳感器模塊或該單元中之一可以通過(guò)電容耦合來(lái)將特定量的
會(huì)g量傳送給對(duì)方。在題為"System for automatic conti皿ousand reliable electronic
patient identification"的未預(yù)先公開(kāi)的專利申請(qǐng)WO 2006035351 A2中描述了這種身體 耦合通信的示例。該申請(qǐng)的內(nèi)容以引用方式并入本文。 可以在特定時(shí)刻激活上述第二評(píng)估邏輯模塊6、106，例如當(dāng)?shù)谝辉u(píng)估邏輯模塊5、 105檢測(cè)到潛在的跌倒事件的時(shí)候?；蛘?，所述第二評(píng)估邏輯模塊6、106也可以連續(xù)地或半 連續(xù)地進(jìn)行工作。例如，根據(jù)第三實(shí)施例的第二評(píng)估邏輯模塊可以定期的時(shí)間間隔驗(yàn)證傳 感器模塊是否處于緊鄰狀態(tài)。因此，在初期階段就可以檢測(cè)到傳感器模塊的失控移除。當(dāng)檢 測(cè)到這種移除時(shí)，就可以向用戶和/或醫(yī)護(hù)提供商告知傳感器模塊很有可能被移除了。此 外，可以在預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔內(nèi)請(qǐng)求用戶確認(rèn)所述觀測(cè)和/或重新裝配模塊。如果在該時(shí)間 間隔內(nèi)沒(méi)有獲得任何響應(yīng)，則向醫(yī)護(hù)提供商發(fā)出警報(bào)。如果定期地驗(yàn)證傳感器模塊的鄰近 程度，就可以使醫(yī)護(hù)提供商驗(yàn)證用戶是否正確地佩戴著傳感器模塊，從而再次保證了"無(wú)報(bào) 警"狀態(tài)確實(shí)對(duì)應(yīng)于"無(wú)報(bào)警"情況。 根據(jù)本發(fā)明的上述第二評(píng)估邏輯模塊并不限于跌倒檢測(cè)系統(tǒng)。其有益地適用于其 它電子設(shè)備(特別是需要用戶佩戴的電子設(shè)備)，而不限制主權(quán)利要求的特征。此外，可以 將兩個(gè)或多個(gè)第二評(píng)估邏輯模塊的實(shí)施例予以組合，從而更可靠地評(píng)價(jià)是否發(fā)生了人體跌
8倒事件。 輔你l 4 :力碰鵬微禾口 / gK,白勺艦靴隨則 圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的具有改善的評(píng)估邏輯模塊207的檢測(cè)系統(tǒng)的另 一個(gè)實(shí)施例。與上述實(shí)施例相似的那些部件用相似的標(biāo)記(增加200)表示。當(dāng)檢測(cè)到潛 在的跌倒事件并且(例如通過(guò)上述實(shí)施例的其中之一)已經(jīng)確定用戶佩戴著傳感器模塊 202時(shí)，改善的評(píng)估邏輯模塊207可以有助于驗(yàn)證該跌倒事件是不是確實(shí)由用戶的跌倒造 成的，而不是由例如突然的移動(dòng)或其它原因造成的。這是通過(guò)驗(yàn)證用戶的姿勢(shì)是否發(fā)生了 變化(例如從站立到臥倒)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 一般來(lái)說(shuō)，如果傳感器模塊202的垂直方位角發(fā)生 了偏移，就檢測(cè)出姿勢(shì)的這種變化。傳感器模塊202必須以規(guī)定的垂直方位角附著于用戶， 并且在用戶的正?；顒?dòng)中必須保持此方位角。如果傳感器模塊202沒(méi)有以正確的方式附著 或在使用過(guò)程中發(fā)生了移位，則會(huì)導(dǎo)致誤警。 根據(jù)圖6的改善的評(píng)估邏輯模塊207克服了這些缺點(diǎn)，它可以檢測(cè)用戶方位角的 變化，而不管傳感器模塊202(以及用戶)的初始方位角。評(píng)估邏輯模塊207包括平均模塊 202、存儲(chǔ)器209以及比較器215。 評(píng)估邏輯模塊207的工作原理基于下面的思想在預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)傳感器模 塊202測(cè)量的加速度數(shù)據(jù)X、 Y、 Z進(jìn)行求平均，從而可以檢測(cè)到傳感器模塊202的方位角變 化。所得到的平均信號(hào)sl表示重力，因?yàn)橹灰獋鞲衅髂K202不改變其方位角，重力就是 至少保持恒定的唯一加速度。所以，由平均信號(hào)sl的X、Y、Z分量給定的方向表示重力的方 向。由此可以估計(jì)傳感器模塊202的垂直方位角，并且可以看到該垂直方位角的變化。因?yàn)?跌倒的特征在于還伴隨有垂直方位角上的這種變化，所以平均信號(hào)sl可以用于檢測(cè)跌倒。
平均裝置220例如可以包括圖6所示的低通濾波器。該低通濾波器220在時(shí)間間 隔t內(nèi)對(duì)加速度數(shù)據(jù)X、Y、Z進(jìn)行求平均，該時(shí)間間隔t與濾波器220的帶寬成反比。該 平均信號(hào)sl可以隨后儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器209中。當(dāng)(使用上述技術(shù)中的任何一種)檢測(cè)到潛 在的跌倒事件時(shí)，比較器215將當(dāng)前信號(hào)sl(t)的方向與先前存儲(chǔ)的版本sl(t-O的方向 進(jìn)行比較。為了實(shí)現(xiàn)此目的，比較器215可以計(jì)算所述信號(hào)sl(t)xsl(t-0的矢量外積 (vector out product)，如圖6所示。如果該矢量外積的幅值超過(guò)零或特定的閾值Thres， 則出現(xiàn)了方位角的變化，于是，就可以將觀測(cè)到的碰撞確認(rèn)為實(shí)際的跌倒事件，從而發(fā)出警 報(bào)。閾值Thres的選擇應(yīng)考慮到測(cè)量的誤差和噪聲，以避免將比較器215任何(由這種噪聲 造成的)不為零的結(jié)果視為方位角的變化。此外，還可以將閾值Thres提高到在跌倒情況 下很有可能發(fā)生的最小方位角變化。例如，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)獲得，如果是跌倒情況，則傳感 器模塊202的方位角變化通常至少是45度。小于45度的變化不太可能是由跌倒造成的。 通過(guò)據(jù)此設(shè)置閾值Thres，可以進(jìn)一步避免誤警。 如上所述，用來(lái)對(duì)信號(hào)sl進(jìn)行求平均的時(shí)間間隔t與低通濾波器220的帶寬成反 比。例如，如果低通濾波器220具有10Hz的帶寬，則在100msec的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行求平均， 如果濾波器220具有0. 1Hz的帶寬，則在IO秒的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行求平均。 一般來(lái)說(shuō)，較長(zhǎng)的 平均時(shí)間(較小的帶寬)有益于垂直方位角的準(zhǔn)確估計(jì)。但是，其缺點(diǎn)是，在碰撞后需要相 當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間段來(lái)確定碰撞是否伴隨有方位角的變化。 一般來(lái)說(shuō)，即便求平均時(shí)間較短，強(qiáng)烈 的方位角變化也是較容易檢測(cè)的；小的方位角變化則可能需要較長(zhǎng)的求平均時(shí)間。根據(jù)本 發(fā)明的有益方面，該信息用于在使用過(guò)程中根據(jù)檢測(cè)狀態(tài)調(diào)整低通濾波器220的帶寬。在穩(wěn)定狀態(tài)下，即當(dāng)沒(méi)有檢測(cè)到潛在的跌倒(加速度信號(hào)X、 Y、Z中無(wú)碰撞)時(shí)，帶寬可以較 小，從而平均時(shí)間就會(huì)相對(duì)較長(zhǎng)。當(dāng)檢測(cè)到潛在的跌倒時(shí)，可以采用較寬的帶寬，則平均時(shí) 間就會(huì)較短，從而可以相對(duì)較快地獲得當(dāng)前方位角的第一估計(jì)。 根據(jù)評(píng)估邏輯模塊207的另一個(gè)有益方面，在穩(wěn)定狀態(tài)期間，可以通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)在 存儲(chǔ)器209中的多個(gè)si值進(jìn)行求平均來(lái)計(jì)算趨勢(shì)。當(dāng)檢測(cè)到潛在跌倒時(shí)，該趨勢(shì)有助于確 定是小帶寬就已足夠可靠還是大帶寬看起來(lái)更合適。存儲(chǔ)的信號(hào)si的穩(wěn)定狀態(tài)值還可以 用于估計(jì)變化。因此，該信息可以用于設(shè)置比較器215中的實(shí)際閾值。
此外，存儲(chǔ)器209還可以基于在假定的跌倒后可以觀測(cè)到方位角變化來(lái)提供參考 方位角。由于假定的跌倒一般涉及強(qiáng)的加速度，因此在假定跌倒期間平均信號(hào)sl的可靠性 就會(huì)降低。因此，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，檢測(cè)系統(tǒng)201可以計(jì)算當(dāng)前方位角和以延遲增量t存儲(chǔ) 在存儲(chǔ)器209中的那些方位角之間的差值，并使用這一系列的差值來(lái)改善其判斷結(jié)果?；?者，也可以標(biāo)記出對(duì)于存儲(chǔ)的哪些sl值而言加速度信號(hào)X、Y、Z具有低能量?jī)?nèi)容。因此，只 有標(biāo)記出的這些sl值可以用于判定是否發(fā)生了方位角變化。 此外，通過(guò)監(jiān)視存儲(chǔ)的sl的值，可以定期地檢測(cè)偏差。即便在加速度數(shù)據(jù)中不存 在碰撞(潛在的跌倒事件)，這種偏差的出現(xiàn)也可以引發(fā)向用戶和/或醫(yī)護(hù)提供商發(fā)出報(bào)警 或某種警告。 平均模塊220可以采用不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，可以將圖6所示的低通濾波器替 換為積分器。或者，平均裝置220可以包括布置為計(jì)算預(yù)定時(shí)間窗上的自相關(guān)的計(jì)算裝置。 為了實(shí)現(xiàn)此目的，可以將信號(hào)s工分割成長(zhǎng)度為W的窗。這些窗可以重疊。例如，第一個(gè)窗的 范圍可以是從Sl [1]到Sl [1+W]，而后續(xù)窗的范圍可以是從Sl [2]到Sl [2+W]，即，后續(xù)窗只位 移相隔了一個(gè)采樣周期(方括號(hào)用于表示采樣周期)。窗的長(zhǎng)度W例如可以約等于500ms。 此外，取sjt]的延遲版本，將其表示為s'Jt-t]。延遲t例如可以約等于500ms。使用 相同的窗長(zhǎng)度和相同的窗間距(即相同的重疊)對(duì)s'i劃分窗?？梢愿鶕?jù)下面的公式計(jì)算 自相關(guān)Rxy[W]:<formula>formula see original document page 10</formula> 信號(hào)Sl和s'工都是矢量?？梢詫⑺鼈兊某朔e計(jì)算為內(nèi)積。它們乘積的另一個(gè)定 義可以根據(jù)幾何代數(shù)學(xué)或克利福德(Clifford)代數(shù)學(xué)理論，或者根據(jù)四元數(shù)理論。此外， 可根據(jù)下面的公式計(jì)算Rxx和Ryy。
<formula>formula see original document page 10</formula> Rxx和Ryy可以用于將Rxy歸一化
<formula>formula see original document page 10</formula> R' xy對(duì)應(yīng)于歸一化內(nèi)積(亦在四元數(shù)的情況下)，可以將方位角的變化計(jì)算為
W一w] = arccos(i 'x_y[w]),l80/tt 。
假如跌倒，CPr。t[W]可能較大，例如其量級(jí)為從大約60度到大約90度，在這些情況 下w很有可能是跌倒事件。在此區(qū)域外，9加[W何以比較小，例如，如果沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，則CPr。t[W] 接近于0度，如果是諸如正常行走之類的常規(guī)運(yùn)動(dòng)，則9r。t[W]在大約20度到大約50度的范圍內(nèi)。當(dāng)然，給出的這些值僅用于說(shuō)明目的，而非解釋為無(wú)限制性的。 在所有情況下，由于有了根據(jù)本發(fā)明的平均裝置220，不需要傳感器模塊202在潛在的跌倒前處于指定的方位角，即可檢測(cè)到所述傳感器模塊202的方位角的變化。其可以以任意的方位角附著于用戶的身體。此外，模塊202不需要保持恒定的方位角。如果在使用過(guò)程中傳感器模塊的方位角發(fā)生了變化且這種變化并不伴隨有碰撞，則不會(huì)引起報(bào)警。只是簡(jiǎn)單地將新的方位角存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中。任何后續(xù)的方位角檢查都將采用這個(gè)新的方位角作為參考。此外，對(duì)跌倒開(kāi)始時(shí)用戶的初始體態(tài)或方位角并沒(méi)有限制，即用戶可以處于站立的姿勢(shì)、坐下的姿勢(shì)或甚至是臥倒的姿勢(shì)。最后一種姿勢(shì)可以在例如用戶從床上跌倒到地面上時(shí)出現(xiàn)。盡管在這種情況下，用戶在跌倒后的方位角可能與其在跌倒前的方位角基本相似，但只要用戶在其跌倒時(shí)發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)，即從床上滾落，則根據(jù)本發(fā)明的評(píng)估邏輯模塊207仍能夠檢測(cè)到跌倒事件。在這種情況下，所述的評(píng)估邏輯模塊207將測(cè)量旋轉(zhuǎn)的變化，該旋轉(zhuǎn)變化隨后可以用于引發(fā)適當(dāng)?shù)膱?bào)警。因此，使用根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)，傳感器模塊202和用戶的初始方位角就不再重要。所以，可以以任何方向裝配傳感器模塊，這樣就增強(qiáng)了其易用性。此外，由于排除了誤警的一個(gè)來(lái)源(用戶和/或傳感器模塊的初始方位角)，所以，系統(tǒng)的可靠性也提高了。 本發(fā)明絕不受說(shuō)明書(shū)和附圖中所呈現(xiàn)的示例性實(shí)施例的限制。應(yīng)明確認(rèn)識(shí)到的是，所示和所述的多個(gè)實(shí)施例(的部分)的所有組合都包含在本說(shuō)明書(shū)中，也落入了本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。而且，正如權(quán)利要求書(shū)所涵蓋的那樣，許多變體也落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，包括-用戶佩戴的傳感器模塊，用于采集其身體的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，例如加速度數(shù)據(jù)；-第一評(píng)估邏輯模塊，用于基于從所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)中觀測(cè)到的碰撞識(shí)別潛在跌倒事件；以及-第二評(píng)估邏輯模塊，用于驗(yàn)證所述傳感器模塊至少大約在所述碰撞時(shí)確實(shí)由所述用戶佩戴，所述第二評(píng)估邏輯模塊包括--自由落體檢測(cè)裝置，用于評(píng)估所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)中的自由落體典型特征；和/或--身體鄰近度檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)所述傳感器模塊是否緊鄰所述用戶的身體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，其中，將所述自由落體檢測(cè)裝置布置為識(shí)別 是否存在自由落體階段，其中，在所述碰撞前的預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)，所述加速度數(shù)據(jù)的幅值基 本穩(wěn)定，并且小于預(yù)設(shè)閾值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，其中，將所述預(yù)設(shè)閾值選擇為所述潛在跌倒 事件開(kāi)始時(shí)所述加速度的幅值的一部分。
4. 根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，其中，將所述自由落體檢測(cè)裝置 布置為識(shí)別是否存在至少一次完全旋轉(zhuǎn)，即至少超過(guò)360度的旋轉(zhuǎn)。
5. 根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，其中，將所述自由落體檢測(cè)裝置 布置為基于線性加速度數(shù)據(jù)識(shí)別是否存在至少一次完全旋轉(zhuǎn)。
6. 根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，其中，所述自由落體檢測(cè)裝置包 括角度傳感器，其用于測(cè)量角運(yùn)動(dòng)，尤其是角加速度。
7. 根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，其中，所述身體鄰近度檢測(cè)裝置 包括電場(chǎng)傳感器，將所述電場(chǎng)傳感器布置為測(cè)量當(dāng)所述電場(chǎng)傳感器緊鄰用戶身體時(shí)電場(chǎng)的 畸變。
8. 根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，其中，所述身體鄰近度檢測(cè)裝置 至少包括發(fā)送器和接收器，所述發(fā)送器和所述接收器中的一個(gè)牢固地附著于所述用戶的身 體，而另一個(gè)則容納在所述傳感器模塊中，其中，所述發(fā)送器和接收器只有在相互間的距離 等于或小于大約所述用戶的高度的一半時(shí)才能相互進(jìn)行通信。
9. 根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，其中，所述身體鄰近度檢測(cè)裝置 包括布置為通過(guò)身體耦合通信而相互進(jìn)行通信的發(fā)送器和接收器，其中，所述用戶的身體 用于數(shù)據(jù)傳輸。
10. 根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，包括 用戶佩戴的傳感器模塊，用于采集其身體的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，例如加速度數(shù)據(jù)；以及 評(píng)估邏輯模塊，將其布置為檢測(cè)所述傳感器模塊的方位的相對(duì)變化。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，其中，所述評(píng)估邏輯模塊包括 平均裝置，用于對(duì)從所述傳感器模塊獲得的加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行求平均； 存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述平均裝置的經(jīng)過(guò)平均的輸出信號(hào)；以及比較器，用于將一個(gè)經(jīng)過(guò)平均的輸出信號(hào)的方向與先前存儲(chǔ)的版本的方向進(jìn)行比較。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，其中，所述平均裝置包括低通濾波器、 積分器和/或自相關(guān)計(jì)算裝置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10-12中任何一項(xiàng)所述的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，其中，根據(jù)所述跌倒檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)狀態(tài)，即是否檢測(cè)到潛在跌倒事件，所述平均裝置對(duì)所述加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行求平均 的時(shí)間間隔是可調(diào)節(jié)的。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，其中，只要沒(méi)有檢測(cè)到潛在跌倒事件，就將 所述時(shí)間間隔調(diào)節(jié)為相對(duì)較長(zhǎng)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10-12中任何一項(xiàng)所述的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，其中，所述比較器包括 計(jì)算兩個(gè)經(jīng)過(guò)平均的輸出信號(hào)的矢量外積的裝置；以及 計(jì)算所述矢量外積的幅值是否超過(guò)了某一預(yù)定閾值的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，用于檢測(cè)人體跌倒事件。該檢測(cè)系統(tǒng)包括用戶佩戴的傳感器模塊，用于采集用戶身體的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，例如加速度數(shù)據(jù)；第一評(píng)估邏輯模塊，用于基于從所述加速度數(shù)據(jù)中觀測(cè)到的碰撞，識(shí)別潛在的跌倒事件；以及第二評(píng)估邏輯模塊，用于至少大約在所述碰撞時(shí)，驗(yàn)證所述傳感器模塊確實(shí)由所述用戶佩戴，以防止系統(tǒng)只因?yàn)閭鞲衅鞯袈涠l(fā)出報(bào)警。第二評(píng)估邏輯模塊可以包括自由落體檢測(cè)裝置，用于基于自由落體的典型特征(例如一次或多次完全旋轉(zhuǎn)和/或自由落體階段，在此期間，加速度數(shù)據(jù)的幅值相對(duì)穩(wěn)定且較小)，評(píng)估所述加速度數(shù)據(jù)。附加的或可替代的是，第二評(píng)估邏輯模塊可以包括身體鄰近度檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)所述傳感器模塊是否緊鄰人體。
文檔編號(hào)G08B21/02GK101711401SQ200880012293
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2008年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月19日
發(fā)明者I·C·M·福林森伯格, R·B·M·舍嫩貝格, S·施倫博姆, W·R·T·坦恩卡特, 金盛, 陳寧江 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司