跌倒检测系统的制作方法

专利名称：跌倒检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种跌倒检测系统和操作跌倒检测系统的方法，并且具体涉及一种提供跌倒严重性的指示的跌倒检测系统和操作所述跌倒检测系统的方法。
背景技术：
在老年人护理中，跌倒是一个严重的问题，其可能导致发病和死亡。从身体的角度讲，跌倒引起损伤，而从心理的角度讲，跌倒引起跌倒恐惧，这继而导致社交隔离和抑郁症。
正在开发能够提供用于检测用户何时跌倒的自动且可靠的途径的跌倒检测系统。 如果检测到跌倒，系统发出为用户请求帮助的警报。这确保在发生跌倒的情况时为用户采取适当的措施。
通常，自动跌倒检测系统基于附接到用户身体的加速度计。跌倒检测系统追踪来自加速度计的信号，并且如果识别到特征模式则确定已经发生了跌倒。典型的模式为高冲击值以及随后的相对静止或实际静止期的组合，在所述高冲击值中加速度信号超过预先配置的阈值，所述相对静止或实际静止期的特征为相对恒定的加速度，例如仅有重力(或者无加速度，这取决于所使用的加速度计的类型)，这是因为用户不动地躺在地上。当用户再次站起来时，该模式可能通过揭示从加速度相对恒定期脱离的活动而继续。
一些跌倒检测系统能够确定用户跌倒后无法起身(如由长时间的静止期表示)， 并使用这一确定触发或发出警报信号。在WO 2005/016143中描述了一种这样的系统。

发明内容
在已知的系统中，存在用于测量用户跌倒后无法起身的单一固定时期，这意味着该时期对于跌倒检测系统的每个可能用户而言都是相同的。因此，将该时期设置为某一值， 而未考虑用户的身体状况以及他们从地上站起来的个人能力。用户起身所花费的典型时间可以处于从对于年轻且健康的用户而言的几秒(比如，2-3秒)到对于年老且虚弱的用户而言的几十秒(比如，15-45秒)的范围内。
因此，在针对跌倒检测系统设置单一时期的过程中，要在对以下两者之间的选择中做出折衷保守值，其可能导致用户跌倒、无法起身并且必须等待几十秒之后才发出警报或请求帮助；以及较短时期，其导致在用户有机会(以其自己的节奏)自己起身之前就发出了警报。
因此，本发明的目的在于提供克服上述现有技术的系统的缺点的跌倒检测系统和操作所述跌倒检测系统的方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种跌倒检测系统，其包括一个或多个传感器， 所述传感器用于监测跌倒检测系统的用户的运动以及用于生成相应的信号；用于根据用户身体状况的一个或多个测量结果确定阈值的模块；处理器，所述处理器用于分析信号以识别用户的跌倒、分析信号以识别跌倒后用户的静止期以及将用户的静止期的长度与阈值进行比较以确定跌倒的严重性。
优选地，处理器适于在用户的静止期的长度超过阈值的情况下将该跌倒确定为严重。
优选地，处理器适于当跌倒为严重时触发警报和/或为用户请求帮助。
在优选实施例中，处理器适于分析信号以识别当用户起身时静止期的结束。
在一些实施例中，处理器适于在用户的静止期的长度小于阈值的情况下确定跌倒不严重。
在备选实施例中，处理器适于在用户的静止期的长度小于阈值的情况下使用静止期的长度与阈值的比率对跌倒的严重性分级。处理器然后能够基于所确定的严重性级别触发警报和/或为用户请求帮助。
优选地，一个或多个传感器包括用于测量跌倒检测系统的加速度的加速度计。
在一些实施例中，处理器适于通过识别作为跌倒特征的冲击来识别跌倒。处理器能够通过识别加速度的测量结果中的一个或多个峰值来识别冲击。处理器还能够适于通过确定冲击中加速度的幅度来确定跌倒的严重性。
优选地，用户身体状况的一个或多个测量结果包括用户完成的预先确定的运动或一系列运动的测量结果。
在特定实施例中，所述预先确定的运动或一系列运动包括坐-立转换、计时的起-走运动、从床上起身以及从地上起身中的一个或多个。
在一些实施例中，一个或多个测量结果包括用户完成预先确定的运动或一系列运动所花费的时间的测量结果。
在优选实施例中，处理器包括用于确定阈值的模块；并且处理器适于在用户使用跌倒检测系统的同时确定用户身体状况的一个或多个测量结果。
根据本发明的第二方面，提供了一种操作跌倒检测系统的方法，所述方法包括根据跌倒检测系统的用户身体状况的一个或多个测量结果确定阈值；检测用户的跌倒；以及监测跌倒后的用户的静止期相对于阈值的长度以确定跌倒的严重性。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于跌倒检测系统的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机代码，当在处理器或计算机上执行时，所述计算机程序代码适于根据跌倒检测系统的用户的身体状况的一个或多个测量结果确定阈值；检测用户的跌倒；以及监测跌倒之后的用户的静止期相对于第一阈值的长度以确定跌倒的严重性。


现在参考以下附图，仅以示例的方式描述本发明，在附图中 图1示出了附接到用户的跌倒检测系统； 图2是跌倒检测系统的方框图； 图3是图示了根据本发明的方法的流程图；以及 图4是图示了根据本发明的另一方法的流程图。
具体实施例方式图1示出了经由绑带或其他附接模块6附接到用户4的跌倒检测系统2。跌倒检测系统2优选附接在用户身体4的上部分，诸如腰部周围、手腕处或作为饰坠在颈部周围。
如果跌倒检测系统2检测到用户4的跌倒，除非用户4很快从地面起身，否则可以从跌倒检测系统2播放(例如，可听见地)警报信号，或者可以将警报信号传输(例如，无线地)至呼叫中心或其他辅助单元。
图2是根据本发明的跌倒检测系统2的方框图。
系统2包括加速度计8，其测量跌倒检测系统2 (并且因此当跌倒检测系统2附接到用户4的身体上时，用户)经受的加速度，并生成指示所测量的加速度的信号；处理器 10，其用于处理来自加速度计8的信号以确定用户4是否跌倒；以及警报器(和/或发射器 /收发器电路)12，其用于在用户4跌倒的情况下请求帮助。
系统2还包括接口 14，接口 14可以为输入/输出端口的形式，其用于从另一设备中接收电子信号，或者可以包括具有适当用户反馈指示的一个或多个按钮或开关，其允许用户4或护理提供者与跌倒检测系统2交互。下文将进一步描述接口 14的用途。
在一些实施例中，跌倒检测系统2还可以包括一个或多个其他传感器16，其检测用户4的运动特征(而非加速度)并生成相应的信号。然后处理器10可以利用这些信号并结合来自加速度计8的信号来确定用户是否跌倒。所述一个或多个传感器16可以包括磁力计、陀螺仪、高度计和/或任何其他合适的传感器。
如上所述，处理器10监测来自加速度计8的信号以确定是否发生跌倒。跌倒的特征常常为大的冲击(当用户4撞击地面时)，随后是用户4躺到地上时几乎静止或完全静止的时期，所述大的冲击由垂直方向上相对大且突然(即，持续时间短)的加速度表示，而所述几乎静止或完全静止的时期由相对恒定加速度的时期表示(这一恒定加速度通常为零或者为重力，这取决于所使用的加速度计的类型)。处理器10监测静止期的长度，并且当该时期的长度超过阈值时将该跌倒确定为严重，并发出警报。
还应当认识到，某些类型的跌倒的冲击可能不明显，并且处理器10中使用的算法通过放宽对大而短的加速度特征的要求也能够识别这些跌倒。
图3中示出了图示说明根据本发明的方法的流程图。与针对所有用户4存在单一阈值的现有技术系统不同，本发明提供了根据用户4的身体状况的测量结果确定阈值(步骤101)。一旦检测到跌倒(步骤103)，将阈值与跌倒后的静止期进行比较以确定跌倒是否严重(步骤105)。
在一个实施例中，可以在用户4第一次使用跌倒检测系统2之前手动设置阈值，并且以固定间隔(几天、几周或者几个月)重新评估以确保阈值随时间适于用户4的身体状况。
作为手动设置阈值的备选，优选实施例提供了在使用跌倒检测系统2期间使用跌倒检测系统2自身来测量用户4执行诸如坐-立(STS)转换、或者从床上起身的特定代表性运动或活动所花费的时间。例如，跌倒检测系统2能够评估来自加速度计8和其他传感器16(如果存在的话)的信号，以检测发生代表性运动或活动的时间。
在平日的一天中定期地进行这些运动，并且可以将执行这些运动所花费的时间用于估计跌倒后用户4站起来将花费的时间(以及因此静止期阈值)。具体而言，跌倒检测系统2能够在用户4无法在多个该时期内再次站起来时确定跌倒是否严重。如果用户4未站起来，可以将跌倒视为严重。
系统2还可以考虑用户4由于跌倒而慌乱的时间，其延长了用户躺在地上的时间。在第一阶中，该时间与所观察的活动花费的时间成比例，尽管如此可以使用其他措施。
在另一优选实施例中，如果用户4在跌倒之后确实站起来了，则可以通过评估所估计的再次站起来所需的时间(即静止期阈值)与测得的站起来所花费的时间的比率对跌倒进行分级。
如下文进一步地描述，还可使用该比率，或者测得的站起来所花费的时间来细化静止期阈值。
可以通过评估指示用户4的身体状况的特定运动测试的结果来(有效地手动)设置阈值，所述运动测试诸如是所提及的STS转换(Buatois等人，J. Am. Geriatr. Soc. 56 (2008) 1575-1577)、计时的起-走(TUG)测试(Podsiadlo 等人，J. Am. Geriatr. Soc. 39(1991) 142-148)、或者任何其他标准跌倒危险测试，例如从椅子或床上站起来的时间，或者若干测试的组合。
TUG测试是通过测量用户进行以下动作所花费的时间来确定用户4是否具有跌倒危险的标准方法从椅子上站起来、行走三米、转身、走回到椅子处并且坐下。如果该练习活动花费了用户4超过30秒，则将他们视为跌倒的危险较高。如果花费了小于20秒，则将用户4视为跌倒的危险较低。20和30秒之间的间隔被视为过渡期。可以基于TUG测试的结果设置静止期阈值。在TUG结果小于20秒的情况下，可以将阈值设置为相对低的值，为 5-8秒的量级，而对于超过30秒的TUG结果，可以将阈值设置为相对高的值，为15-20秒的量级。对于20和30秒之间的TUG结果，可以针对阈值使用高值或低值，但阈值从低值到高值线性地上升也是可能的。
备选测试是测量用户4从椅子上站起来花费的时间，其被称为坐-立(STS)转换持续时间。例如，可以将阈值设置为STS持续时间加上3秒。备选地，可以测量用户4躺在床上之后站起来所花费的时间。例如，可以将阈值设置为所测得的时间加上1秒。备选地， 可以测量用户4躺在地上之后站起来所花费的时间。例如，可以将该阈值设置为所测得的时间。通过执行多于一个的测试，可以通过从每个测试中获得所得时期的最大值，或者通过获得时期的加权平均而更可靠地确定阈值。
可以利用接口 14将所确定的阈值提供给跌倒检测系统2的处理器10。备选地，可以将测试结果(单个测试或组合结果)提供给处理器10，并且处理器10可以根据结果确定阈值(可能利用查询表或类似的)。具体而言，如果接口 14为输入/输出端口，则可以从另一电子设备提供阈值或测试结果，而如果接口 14为键盘或类似的，可以由用户4或护理提供者手动输入测试结果。
作为手动设置阈值的备选，优选实施例提供了在使用跌倒检测系统2期间使用跌倒检测系统2自身来测量用户4执行诸如STS转换、或者从床上起身的特定代表性运动或活动所花费的时间。例如，跌倒检测系统2能够评估来自加速度计8和其他传感器16 (如果存在的话)的信号，以检测发生代表性运动或活动的时间，测量其持续时间并且确定阈值。
在平日的一天中定期地进行这些运动，并且可以将执行这些运动所花费的时间用于估计跌倒之后用户4站起来将花费的时间(以及因此静止期阈值)。具体而言，跌倒检测系统2能够在用户4无法在多个该时期内再次站起来时确定跌倒是否严重。如果用户4未站起来，可以将跌倒视为严重。
在另一优选实施例中，如果用户4在跌倒之后确实站起来了，则可以通过评估所估计的再次站起来所需时间(即静止期阈值)与测得的站起来所花费的时间的比率对跌倒进行分级。
如下文进一步地描述，还可使用该比率，或者测得的站起来所花费的时间来改进静止期阈值。
图4提供了图示了在本发明的优选实施例中对跌倒检测系统的操作的流程图，其中，根据跌倒检测器在其正常操作期间收集的数据确定阈值P。
通过监测来自加速度计8的测量结果a，以及来自跌倒检测系统2中的任何其他传感器16的测量结果来开始这一过程(步骤201)。
分析这些测量结果以检测跌倒(步骤203)或检测特定活动的持续时间(步骤 205)，诸如STS转换、从床上起身等。这些活动中的每个都具有可以从加速度计8和传感器测量中检测到的特定特征。
一旦检测到活动，将持续时间d用于估计用户4从跌倒中站起来的时间(步骤 207)。如上所述，可以将从跌倒中站起来的时间确定为多个持续时间d，其中，多个的值取决于检测到的特定活动。例如，可以将时间t设置为d+3秒。备选地，可以将t设置为例如 2d-l秒。还可以由查询表或通过剪除最大值和最小值给出非线性关系。
备选的选择是保持η个最后检测到的活动的持续时间的列表。当确定了新的活动持续时间d后，可以更新列表，并将时间设置为例如列表中活动的持续时间的平均值或最大值加上3秒。
另一备选是使用附加的(例如)持续时间范围内的标准差的两倍。这将得到大约 2. 5%地将跌倒错误分类为严重的概率。
如果可以检测到多种活动类型，可以分别获得每种活动的平均值或最大值，并且可以基于每种活动类型的结果设置时间t。例如，假定有两种活动，每种分别具有持续时间屯和屯。然后例如可以将时间t设置为的最大值。可以将测得的每种活动的持续时间调整(归一化)到从地面站起来的持续时间。
一旦确定了时间t，确定了阈值ρ (步骤209)，该阈值指示用户4跌倒之后须躺多长时间才可以将该跌倒分类为严重。可能将P设置为等于t，但优选为用户4提供附加的时间站起来(因为他们刚刚跌倒)，因此P可以设置为等于(比如)t+2秒。
为了确保跌倒检测系统2能够根据第一活动(即，在用户4执行所监测活动中的一个之前)给出严重性分类，P可以为缺省值，可能是根据上述手动实施例测试中的一个确定的，诸如在检测到活动之前使用的TUG测试(步骤211)。
方框213使用阈值ρ来评估用户4是否在跌倒(如步骤203所检测到的)之后的时期P内站起来。将来自加速度计8和其他传感器16 (如果存在的话)的测量结果提供至方框213，以便确定用户4何时站起来(其可以由向上加速度(补偿重力)、取向变化、向上位移等指示)。因此，监测测量结果以确定用户4在跌倒之后保持在地上的时期。
如果用户4在跌倒之后流逝的时间达到阈值ρ之前站起来，则确定用户4站起来花费的时间(步骤215)，并将其用于估计严重性s (步骤217)。在一些实施例中，当用户在阈值所允许的时间内站起来时，则简单地将严重性分类为不严重。
在备选实施例中，可以将严重性s分级为从当用户4相对快速地起身时的不严重直到当用户4相对缓慢地起身的中等严重(即用户4使用了阈值所允许的大部分时间站起来)。可以通过评估的比率的比率来确定该分级。例如，如果该比率处于0. 5和1之间，则将严重性设置为中等，并且如果该比率位于0和0. 5之间，则将严重性设置为低。
当然，应当认识到，作为确定比率的替代，可能将一个或多个另外的阈值设置在0 和P之间，所述O和P定义了当跌倒是较不严重、中等严重等时的情况。
如果用户4在跌倒之后未在阈值ρ允许的时间内站起来，则将跌倒严重性设置为高(步骤219)。
基于所确定的跌倒严重性S，可以启动不同的服务。例如，对于高严重性跌倒，在呼叫或服务中心处发出警报，并且可能请求紧急服务。对于较低严重性的跌倒，可以记录该跌倒信息和/或将其发送给家庭成员以获得该信息，或者医师可以使用该信息来获得对用户 4的跌倒历史的更好的深入了解，并且可能改善医学治疗。当然，也可以针对高严重性跌倒采取这些步骤。频繁地重复发生低严重性跌倒可以是提醒护理提供者用户4可能需要辅助的另一触发。
在一些实施例中，也可以将在步骤215中确定的时间提供给步骤207以细化和/或更新t和ρ的值。
在一些实施例中，从跌倒中站起来所估计的时间t也在确定跌倒严重性中使用 (步骤217)。
在本发明的其他实施例中，通过使用来自加速度计8和其他传感器16的其他参数或信号的特征来改进严重性估计是可能的。例如，可以考虑冲击的幅度(即，主加速度峰值的幅度，或冲击持续时间内的三个到五个最大峰值的绝对值之和)。明显地，大的冲击指示更为严重的跌倒。诸如从冲击和静止持续时间中导出的那些严重性指数可以进行组合以确定整体严重性和必需的警报行动。
尽管将本发明描述为在用户4佩戴的系统中使用，但应当认识到，本发明可以以由护理提供者操作的监视系统的形式实施，诸如在老年人护理及疗养院中，或者在独立生活的设施中。
因此，提供了允许确定跌倒严重性的跌倒检测系统和操作跌倒检测系统的方法。
尽管在附图和上述说明书中详细图示和描述了本发明，但是应当将这种图示和描述视为图示性或示范性而非限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。
通过研究附图、说明书和权利要求，本领域技术人员在实践所主张的本发明的基础上能够理解并实施所公开实施例的变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中引用的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中引用某些措施这一事实并不表明不可以有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，例如，光学存储介质或与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分而提供的固态介质，但也可以其他形式分布，例如经由因特网或者其他有线或无线通信系统。不应当将权利要求中的任何参考标记解释为限制范围。
权利要求
1.一种跌倒检测系统，包括_ 一个或多个传感器，所述传感器用于监测所述跌倒检测系统的用户的运动以及用于生成相应的信号；-用于根据所述用户身体状况的一个或多个测量结果确定阈值的模块；-处理器，所述处理器用于-分析所述信号以识别所述用户的跌倒；-分析所述信号以识别所述跌倒之后所述用户的静止期；以及-将所述用户的所述静止期的长度与所述阈值进行比较以确定所述跌倒的严重性。
2.如权利要求1所述的跌倒检测系统，其中，所述处理器适于在所述用户的所述静止期的长度超过所述阈值的情况下将所述跌倒确定为严重。
3.如权利要求2所述的跌倒检测系统，其中，所述处理器适于在所述跌倒为严重时触发警报和/或为所述用户请求帮助。
4.如权利要求1、2或3所述的跌倒检测系统，其中，所述处理器适于分析所述信号以识别当所述用户起身时所述静止期的结束。
5.如权利要求4所述的跌倒检测系统，其中，所述处理器适于在所述用户的所述静止期的长度小于所述阈值的情况下将所述跌倒确定为不严重。
6.如权利要求4所述的跌倒检测系统，其中，所述处理器适于在所述用户的所述静止期的长度小于所述阈值的情况下利用所述静止期的长度与所述阈值的比率对所述跌倒的严重性分级。
7.如权利要求6所述的跌倒检测系统，其中，所述处理器适于响应于所确定的严重性级别触发警报和/或为所述用户请求帮助。
8.如任意前述权利要求中所述的跌倒检测系统，其中，所述一个或多个传感器包括用于测量所述跌倒检测系统的加速度的加速度计。
9.如权利要求8所述的跌倒检测系统，其中，所述处理器适于通过识别作为跌倒的特征的冲击来识别跌倒。
10.如权利要求9所述的跌倒检测系统，其中，所述处理器适于通过识别所述加速度的测量结果中的一个或多个峰值来识别冲击。
11.如权利要求10所述的跌倒检测系统，其中，所述处理器还适于通过确定所述冲击中的所述加速度的幅度来确定所述跌倒的严重性。
12.如任意前述权利要求中所述的跌倒检测系统，其中，所述用户身体状况的所述一个或多个测量结果包括所述用户完成的预先确定的一种运动或一系列运动的测量结果。
13.如权利要求12所述的跌倒检测系统，其中，所述预先确定的一种运动或一系列运动包括坐-立转换、计时的起-走运动、从床上起身以及从地上起身中的一个或多个。
14.如权利要求12或13所述的跌倒检测系统，其中，所述一个或多个测量结果包括对所述用户完成所述预先确定的一种运动或一系列运动所花费的时间的测量结果。
15.如权利要求12、13或14所述的跌倒检测系统，其中，所述处理器包括用于确定所述阈值的模块；并且所述处理器适于在所述用户使用所述跌倒检测系统的同时确定所述用户身体状况的所述一个或多个测量结果。
16.一种操作跌倒检测系统的方法，所述方法包括“根据所述跌倒检测系统的用户身体状况的一个或多个测量结果确定阈值； _检测所述用户的跌倒；以及-监测所述跌倒后所述用户的静止期相对于所述阈值的长度以确定所述跌倒的严重性。
17. —种在跌倒检测系统中使用的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序代码，当在处理器或计算机上执行时，所述计算机程序代码适于-根据所述跌倒检测系统的用户身体状况的一个或多个测量结果确定阈值； _检测所述用户的跌倒；以及-监测所述跌倒之后所述用户的静止期相对于第一阈值的长度以确定所述跌倒的严重性。
全文摘要
提供了一种跌倒检测系统，其包括一个或多个传感器，所述传感器用于监测跌倒检测系统的用户的运动以及用于生成相应的信号；用于根据用户身体状况的一个或多个测量结果确定阈值的模块；处理器，所述处理器用于分析信号以识别用户的跌倒、分析信号以识别跌倒后用户的静止期以及将用户的静止期的长度与阈值进行比较来确定跌倒的严重性。
文档编号A61B5/11GK102186420SQ200980140744
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月7日 优先权日2008年10月16日
发明者I·C·M·福林森伯格, W·R·T·坦恩卡特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司