專利名稱：一種跌倒檢測(cè)方法、跌倒檢測(cè)裝置和穿戴式設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別地涉及一種跌倒檢測(cè)方法、跌倒檢測(cè)裝置和可穿戴式設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)老年化問(wèn)題加劇，人們對(duì)老年人的健康日益關(guān)注，監(jiān)測(cè)老年人日常運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和生理信息、評(píng)估老年人的健康狀況，具有重要的社會(huì)意義。穿戴式技術(shù)應(yīng)用于老年人健康監(jiān)護(hù)，可實(shí)現(xiàn)低生理、心理負(fù)荷下人體生理信號(hào)動(dòng)態(tài)獲取，已成為醫(yī)療監(jiān)護(hù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。開(kāi)發(fā)新型的可穿戴式醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀，在老年人日常健康監(jiān)測(cè)、病人康復(fù)治療等方面有重大的實(shí)用價(jià)值，將成為新醫(yī)療模式下重要的健康監(jiān)護(hù)、診斷和保健設(shè)備。由于老年人的身體特點(diǎn)，尤其是近年來(lái)頻繁報(bào)道老年人因跌倒產(chǎn)生的一些嚴(yán)重后果。意外摔倒是65歲以上人群主要的健康威脅以及死亡原因。在因摔倒而需要醫(yī)療護(hù)理的人群中，65歲及以上的占到超過(guò)30%，而因摔倒致死的人群中，40%是80歲以上的老人。在超過(guò)85歲的人群中，2/3的意外摔倒直接導(dǎo)致死亡。報(bào)告顯示，在65歲以上的老年人群中，每年有超過(guò)1/3的人都會(huì)經(jīng)歷跌倒，在老年之家和養(yǎng)老院中，66%的居民每年至少會(huì)有一次意外摔倒。而這一統(tǒng)計(jì)結(jié)果還是不完全統(tǒng)計(jì)得來(lái)，因此這個(gè)數(shù)字還是可能被低估。而對(duì)社會(huì)而言，老年人的跌倒也會(huì)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。因此，如何提高老年人活動(dòng)時(shí)的跌倒預(yù)警和檢測(cè)，最大限度地提高老年人的健康水平，節(jié)省醫(yī)療保險(xiǎn)開(kāi)銷，是一個(gè)十分重要而目迫切的醫(yī)療問(wèn)題和社會(huì)問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外對(duì)跌倒檢測(cè)技術(shù)的研究其關(guān)鍵點(diǎn)還是在實(shí)現(xiàn)手段和檢測(cè)算法的設(shè)計(jì)這兩個(gè)環(huán)節(jié)。實(shí)現(xiàn)手段有基于圖像視頻監(jiān)控、基于聲學(xué)檢測(cè)、基于紅外檢測(cè)等。這些手段都存在各種缺陷，如把老人限制在室內(nèi)、設(shè)備安裝布置復(fù)雜難以實(shí)現(xiàn)并且昂貴等。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，采用運(yùn)動(dòng)學(xué)傳感器如加速度傳感器檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)成為新的技術(shù)趨勢(shì)。基于加速度傳感器的跌倒檢測(cè)最顯著的特點(diǎn)就是被監(jiān)測(cè)者可以走出家門，卻仍然能夠被監(jiān)護(hù)，也沒(méi)有噪聲和居住環(huán)境限制。而且成本比較低，不需要基礎(chǔ)設(shè)施的配置。故，針對(duì)目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，實(shí)有必要進(jìn)行研究，以提供一種方案，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，避免造成檢測(cè)人體跌倒實(shí)現(xiàn)手段復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)成本高的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種跌倒檢測(cè)方法、跌倒檢測(cè)裝置和可穿戴式設(shè)備，用于基于傳感器檢測(cè)人體實(shí)時(shí)的加速度值，簡(jiǎn)單、高準(zhǔn)確率地判定人體所在的姿勢(shì)以及是否跌倒。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種跌倒檢測(cè)方法，包括以下步驟步驟10，從三軸加速度傳感器獲取人體對(duì)應(yīng)的三軸加速度信號(hào)；步驟20，以第一時(shí)間間隔分段存儲(chǔ)所述三軸加速度信號(hào)，獲得待分析的三軸加速度信號(hào)值；步驟30，以低采樣速率分析所述待分析的三軸加速度信號(hào)值，獲得當(dāng)前向量，計(jì)算當(dāng)前向量和預(yù)設(shè)的參考向量之間的當(dāng)前夾角，比較當(dāng)前夾角大于預(yù)設(shè)的閾值夾角，判定人體處于非直立姿勢(shì)；步驟40，以高采樣速率分析所述待分析的三軸加速度信號(hào)，獲得前一夾角和后一夾角，比較所述前ー夾角小于直立姿勢(shì)的跌倒閾值，比較所述當(dāng)前夾角、后一夾角大于非直立姿勢(shì)的跌倒閾值，判定人體跌倒。
ー種跌倒檢測(cè)裝置，包括三軸加速度傳感器、存儲(chǔ)模塊、低采樣速率分析模塊和高采樣速率分析模塊，所述三軸加速度傳感器用于獲取人體對(duì)應(yīng)的三軸加速度信號(hào)；所述存儲(chǔ)模塊用于以第一時(shí)間間隔分段存儲(chǔ)所述三軸加速度信號(hào)，獲得待分析的三軸加速度信號(hào)值；所述低采樣速率分析模塊用于以低采樣速率分析所述待分析的三軸加速度信號(hào)值，獲得當(dāng)前向量，計(jì)算當(dāng)前向量和預(yù)設(shè)的參考向量之間的當(dāng)前夾角，比較當(dāng)前夾角大于預(yù)設(shè)的閾值夾角，判定人體處于非直立姿勢(shì)；所述高采樣速率分析模塊用于以高采樣速率分析所述待分析的三軸加速度信號(hào)，獲得前一夾角和后ー夾角，比較所述前ー夾角小于直立姿勢(shì)的跌倒閾值，比較所述當(dāng)前夾角、后ー夾角大于非直立姿勢(shì)的跌倒閾值，判定人體跌倒。一種穿戴式設(shè)備，包括以上所述的跌倒檢測(cè)裝置。與現(xiàn)有技術(shù)采用的基于圖像視頻監(jiān)控、基于聲學(xué)檢測(cè)或基于紅外檢測(cè)人體跌倒的實(shí)現(xiàn)方式相比，本發(fā)明采用加速度傳感器以較低采樣率采樣信號(hào)來(lái)判斷人體姿勢(shì)，以較高采樣率采樣信號(hào)來(lái)獲取對(duì)應(yīng)人體姿勢(shì)的加速度大小，人體姿勢(shì)和加速度大小用來(lái)檢測(cè)人體是否跌倒，算法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，檢測(cè)準(zhǔn)確率高。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例的跌倒檢測(cè)方法流程圖；圖2為三軸加速度傳感器相對(duì)于重力方向的輸出向量的三維圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的跌倒檢測(cè)方法中人體攜帯三軸加速度傳感器的示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的跌倒檢測(cè)方法中步驟30的流程圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的跌倒檢測(cè)方法中步驟40的流程圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例的跌倒檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例的跌倒檢測(cè)裝置中低采樣速率分析模塊的結(jié)構(gòu)框圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例的跌倒檢測(cè)裝置中高采樣速率分析模塊的結(jié)構(gòu)框圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例的穿戴式設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髄和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)ー步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了ー些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。本發(fā)明描述的術(shù)語(yǔ)“直立姿勢(shì)”通常指人體的上半身與重力方向一致，可以包括站立、走路和跑步，但不限于這些姿勢(shì)，也可以包括坐著?！胺侵绷⒆藙?shì)”通常指從這個(gè)姿勢(shì)人體不能再跌倒，至少人體的上半身與重力方向不一致，非直立姿勢(shì)可以包括俯臥，仰臥，斜倚，側(cè)臥位，但不限于這些姿勢(shì)。參考圖1，所示為本發(fā)明實(shí)施例的跌倒檢測(cè)方法的流程圖，包括以下步驟S10，從三軸加速度傳感器獲取人體對(duì)應(yīng)的三軸加速度信號(hào)；比如以256次/秒的采樣率進(jìn)行采樣，由于不同的人體攜帶三軸加速度傳感器的方向相對(duì)于重力的方向是變化的，因此當(dāng)人體處于直立姿勢(shì)時(shí)，三軸加速度傳感器相對(duì)于重力的方向也是變化的。在一種實(shí)施例中，三軸加速度傳感器包括三個(gè)正交的ー軸加速度傳感器，每個(gè)ー軸加速度傳感器產(chǎn)生各自對(duì)應(yīng)方向X方向、y方向、z方向的信號(hào)。在另ー種實(shí)施例中，三個(gè)單軸加速度傳感器可以安排成非正交的配置，每個(gè)單軸加速度傳感器沿著相對(duì)于其他兩個(gè)單軸加速度傳感器的特定平面定位。三軸加速度傳感器還可以包含兩個(gè)ニ軸加速度傳感器，比如ー個(gè)是正交的，或者ー個(gè)是非正交的，這兩個(gè)加速度傳感器相對(duì)于彼此安排在特定的平面。三維加速度信號(hào)還可以從ー個(gè)一軸和ー個(gè)兩軸加速度傳感器獲取。圖2是三軸加速度傳感器相對(duì)于重力方向的輸出的三維圖。三軸加速度傳感器的輸出向量是重力加速度和人體移動(dòng)方向向量的總和。人體移動(dòng)方向向量由加速度傳感器的三個(gè)方向X, Y，z決定，如圖3所示。三軸加速度傳感器的輸出向量大小可以用x、y和z進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算。在ー種具體實(shí)施例中，三軸加速度傳感器的輸出向量V可以用歐幾里德公式計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種跌倒檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟10，從三軸加速度傳感器獲取人體對(duì)應(yīng)的三軸加速度信號(hào)； 步驟20，以第一時(shí)間間隔分段存儲(chǔ)所述三軸加速度信號(hào)，獲得待分析的三軸加速度信號(hào)值； 步驟30，以低采樣速率分析所述待分析的三軸加速度信號(hào)值，獲得當(dāng)前向量，計(jì)算當(dāng)前向量和預(yù)設(shè)的參考向量之間的當(dāng)前夾角，比較當(dāng)前夾角大于預(yù)設(shè)的閾值夾角，判定人體處于非直立姿勢(shì)； 步驟40，以高采樣速率分析所述待分析的三軸加速度信號(hào)，獲得前一夾角和后一夾角，比較所述前一夾角小于直立姿勢(shì)的跌倒閾值，比較所述當(dāng)前夾角、后一夾角大于非直立姿勢(shì)的跌倒閾值，判定人體跌倒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的跌倒檢測(cè)方法，其特征在于，步驟3進(jìn)一步包括以下步驟 步驟301，以低采樣速率分析所述待分析三軸加速度信號(hào)值，獲得當(dāng)前向量； 步驟302，計(jì)算所述當(dāng)前向量和參考向量之間的夾角，獲得當(dāng)前夾角； 所述參考向量可以將所述待分析三軸加速度信號(hào)值進(jìn)行低通濾波，獲得低通三軸加速度信號(hào)，利用所述低通三軸加速度信號(hào)值計(jì)算獲得或者通過(guò)預(yù)設(shè)獲得； 步驟303，比較所述當(dāng)前夾角與設(shè)定閾值夾角的大小， 若所述當(dāng)前夾角小于所述設(shè)定閾值夾角，判定人體處于直立姿勢(shì)，繼續(xù)從三軸加速度傳感器獲取人體對(duì)應(yīng)的三軸加速度信號(hào)； 若所述當(dāng)前夾角大于等于所述設(shè)定閾值夾角，判定人體處于非直立姿勢(shì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的跌倒檢測(cè)方法，其特征在于，步驟4進(jìn)一步包括以下步驟 步驟401，設(shè)置分析窗，所述分析窗時(shí)間的寬度以當(dāng)前夾角為中心，設(shè)置為低采樣速率周期的整數(shù)倍； 步驟402，計(jì)算分析窗內(nèi)的三軸加速度值； 步驟403，將所述計(jì)算出的分析窗內(nèi)的三軸加速度值進(jìn)行帶通濾波，獲得帶通濾波后的三軸加速度值； 步驟404，將所述帶通濾波后的三軸加速度的幅值與預(yù)設(shè)的跌倒閾值比較，所述預(yù)設(shè)跌倒閾值對(duì)應(yīng)于以往跌倒過(guò)程中較高的加速度信號(hào)， 若所述帶通濾波后的三軸加速度的幅值小于預(yù)設(shè)的跌倒閾值，繼續(xù)從三軸加速度傳感器獲取人體對(duì)應(yīng)的三軸加速度信號(hào)， 若所述帶通濾波后的三軸加速度的幅值大于預(yù)設(shè)的跌倒閾值，進(jìn)入步驟405， 步驟405,計(jì)算當(dāng)前向量的前一個(gè)向量與參考向量的夾角，獲得前一夾角，計(jì)算當(dāng)前向量的后一個(gè)向量與參考向量的夾角，獲得后一夾角； 步驟406，判斷當(dāng)前夾角是否大于預(yù)設(shè)的非直立狀態(tài)閾值， 若當(dāng)前夾角大于預(yù)設(shè)的非直立狀態(tài)閾值，進(jìn)入步驟407， 若當(dāng)前夾角小于預(yù)設(shè)的非直立狀態(tài)閾值，進(jìn)入步驟408 ； 步驟407，判斷后一夾角是否大于非直立狀態(tài)閾值， 若后一夾角大于非直立狀態(tài)閾值，進(jìn)入步驟408， 若后一夾角小于非直立狀態(tài)閾值，判斷人體沒(méi)有跌倒； 步驟408，判斷前一夾角是否小于直立狀態(tài)閾值，若前一夾角小于直立狀態(tài)閾值，判斷人體跌倒； 若前一夾角大于直立狀態(tài)閾值，判斷人體沒(méi)有跌倒。
4.一種跌倒檢測(cè)裝置，其特征在于，包括三軸加速度傳感器、存儲(chǔ)模塊、低采樣速率分析模塊和高采樣速率分析模塊， 所述三軸加速度傳感器用于獲取人體對(duì)應(yīng)的三軸加速度信號(hào)； 所述存儲(chǔ)模塊用于以第一時(shí)間間隔分段存儲(chǔ)所述三軸加速度信號(hào)，獲得待分析的三軸加速度信號(hào)值； 所述低采樣速率分析模塊用于以低采樣速率分析所述待分析的三軸加速度信號(hào)值，獲得當(dāng)前向量，計(jì)算當(dāng)前向量和預(yù)設(shè)的參考向量之間的當(dāng)前夾角，比較當(dāng)前夾角大于預(yù)設(shè)的閾值夾角，判定人體處于非直立姿勢(shì)； 所述高采樣速率分析模塊用于以高采樣速率分析所述待分析的三軸加速度信號(hào)，獲得前一夾角和后一夾角，比較所述前一夾角小于直立姿勢(shì)的跌倒閾值，比較所述當(dāng)前夾角、后一夾角大于非直立姿勢(shì)的跌倒閾值，判定人體跌倒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的跌倒檢測(cè)裝置，其特征在于，所述低采樣速率分析模塊進(jìn)一步包括當(dāng)前向量獲取單元、當(dāng)前夾角獲取單元和第一比較單元， 所述當(dāng)前向量獲取單元，用于以低采樣速率分析所述待分析三軸加速度信號(hào)值，獲得當(dāng)前向量； 所述當(dāng)前夾角獲取單元用于計(jì)算所述當(dāng)前向量和參考向量之間的夾角，獲得當(dāng)前夾角， 所述參考向量可以將所述待分析三軸加速度信號(hào)值進(jìn)行低通濾波，獲得低通三軸加速度信號(hào)，利用所述低通三軸加速度信號(hào)值計(jì)算獲得或者通過(guò)預(yù)設(shè)獲得； 所述第一比較單元用于比較所述當(dāng)前夾角與設(shè)定閾值夾角的大小， 若所述當(dāng)前夾角小于所述設(shè)定閾值夾角，判定人體處于直立姿勢(shì)，繼續(xù)從三軸加速度傳感器獲取人體對(duì)應(yīng)的三軸加速度信號(hào)； 若所述當(dāng)前夾角大于等于所述設(shè)定閾值夾角，判定人體處于非直立姿勢(shì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的跌倒檢測(cè)裝置，其特征在于，所述高采樣速率分析模塊進(jìn)一步包括分析窗設(shè)置單元、分析窗內(nèi)的三軸加速度值獲取單元、帶通濾波單元、第二比較單元、前一夾角和后一夾角獲取單元、第三比較單元、第四比較單元和第五比較單元 分析窗設(shè)置單元用于設(shè)置分析窗，所述分析窗時(shí)間的寬度以當(dāng)前夾角為中心，設(shè)置為低采樣速率周期的整數(shù)倍； 分析窗內(nèi)的三軸加速度值獲取單元用于計(jì)算分析窗內(nèi)的三軸加速度值； 帶通濾波單元用于將所述計(jì)算出的分析窗內(nèi)的三軸加速度值進(jìn)行帶通濾波，獲得帶通濾波后的三軸加速度值； 第二比較單元用于將所述帶通濾波后的三軸加速度的幅值與預(yù)設(shè)的跌倒閾值比較，所述預(yù)設(shè)跌倒閾值對(duì)應(yīng)于以往跌倒過(guò)程中較高的加速度信號(hào)， 若所述帶通濾波后的三軸加速度的幅值小于預(yù)設(shè)的跌倒閾值，繼續(xù)從三軸加速度傳感器獲取人體對(duì)應(yīng)的三軸加速度信號(hào)， 若所述帶通濾波后的三軸加速度的幅值大于預(yù)設(shè)的跌倒閾值，進(jìn)入前一夾角和后一夾角獲取單元，前一夾角和后一夾角獲取單元用于計(jì)算當(dāng)前向量的前一個(gè)向量與參考向量的夾角，獲得前一夾角，計(jì)算當(dāng)前向量的后一個(gè)向量與參考向量的夾角，獲得后一夾角； 第三比較單元用于判斷當(dāng)前夾角是否大于預(yù)設(shè)的非直立狀態(tài)閾值， 若當(dāng)前夾角大于預(yù)設(shè)的非直立狀態(tài)閾值，進(jìn)入第四比較單元， 若當(dāng)前夾角小于預(yù)設(shè)的非直立狀態(tài)閾值，進(jìn)入第五比較單元； 第四比較單元用于判斷后一夾角是否大于非直立狀態(tài)閾值， 若后一夾角大于非直立狀態(tài)閾值，進(jìn)入步驟第五比較單元， 若后一夾角小于非直立狀態(tài)閾值，判斷人體沒(méi)有跌倒； 第五比較單元用于判斷前一夾角是否小于直立狀態(tài)閾值， 若前一夾角小于直立狀態(tài)閾值，判斷人體跌倒； 若前一夾角大于直立狀態(tài)閾值，判斷人體沒(méi)有跌倒。
7.一種穿戴式設(shè)備，其特征在于，包括權(quán)4至權(quán)6任一所述的跌倒檢測(cè)裝置。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種跌倒檢測(cè)方法、跌倒檢測(cè)裝置和穿戴式設(shè)備。本發(fā)明實(shí)施例的跌倒檢測(cè)方法如下從三軸加速度傳感器獲取人體對(duì)應(yīng)的三軸加速度信號(hào)；以第一時(shí)間間隔分段存儲(chǔ)三軸加速度信號(hào)，獲得待分析的三軸加速度信號(hào)值；以低采樣速率獲得當(dāng)前向量，計(jì)算當(dāng)前向量和預(yù)設(shè)的參考向量之間的當(dāng)前夾角，比較當(dāng)前夾角大于預(yù)設(shè)的閾值夾角，判定人體處于非直立姿勢(shì)；以高采樣速率分析待分析的三軸加速度信號(hào)，獲得前一夾角和后一夾角，比較前一夾角小于直立姿勢(shì)的跌倒閾值，比較當(dāng)前夾角、后一夾角大于非直立姿勢(shì)的跌倒閾值，判定人體跌倒。本發(fā)明用于基于傳感器檢測(cè)人體實(shí)時(shí)的加速度值，簡(jiǎn)單、高準(zhǔn)確率地判定人體所在的姿勢(shì)以及是否跌倒。
文檔編號(hào)A61B5/11GK102626312SQ20121009827
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者侯宏侖, 吳明暉, 聞佳秋, 陳興, 陳天洲, 霍梅梅 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)城市學(xué)院