JP6180941B2 - ヒッププロテクターシステムおよびその動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、ヒッププロテクター（ｈｉｐ ｐｒｏｔｅｃｔｏｒ：股関節用保護具）システム、より具体的には、股関節部骨折（ｈｉｐ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ）を防止することを目的とした能動的ヒッププロテクターシステムに関する。

毎年、世界中の何百万人もの高齢者（特に女性）が、股関節部骨折（主として大腿骨頸部骨折）を生じる転倒を経験している。
高齢者における股関節部骨折は、肉体的苦痛、独立性の喪失、精神状態の悪化、および高い死亡率をもたらす。

従来のヒッププロテクター装置は受動型である。典型的には、それらのヒッププロテクター装置は、硬質高密度プラスチックシールドと、軟質発泡体パッドとを備える。これらの装置は、通常、下着、ズボンまたはベルトにおいて股関節部上に位置する特別に設計されたポケットに挿入される。

従来の受動的ヒッププロテクター装置は、特に下記のような根本的な不都合を有する。
・股関節部骨折の防止におけるそれらの有効性に関して明白なエビデンス（ｅｖｉｄｅｎｃｅ）が存在しない。

・それらの扱いにくいデザインおよび着用は、低いクライアントコンプライアンスをもたらす。
以下の簡単な引用は、３つの専門雑誌に掲載された論文から得られたものである。これらの論文は、米国および英国で実施された従来の受動的ヒッププロテクターの３回の独立した臨床試験について報告している。

それらの結論は上述した不都合を示している。
前記専門雑誌中に掲載された論文：「Ｅｆｆｉｃａｃｙ ｏｆ ａ Ｈｉｐ Ｐｒｏｔｅｃｔｏｒ ｔｏ Ｐｒｅｖｅｎｔ Ｈｉｐ Ｆｒａｃｔｕｒｅ ｉｎ Ｎｕｒｓｉｎｇ Ｈｏｍｅ Ｒｅｓｉｄｅｎｔｓ」と題された非特許文献１の結論（Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ）によると：
米国のナーシングホームにおいて行われたエネルギー吸収／シャンティングヒッププロテクターのこの臨床試験において、プロトコルに対する良好なアドヒアランスにもかかわらず、股関節部骨折の危険性に対する保護効果を認めることはできなかった。これらの結果は、現在設計されているようなヒッププロテクターはナーシングホーム居住者の中では股関節部骨折を防止するのに有効ではないという、増えつつあるエビデンスを付け加える。

前記専門雑誌中に掲載された論文：「Ｈｉｐ ｐｒｏｔｅｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ｈｉｐ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｉｎ ｏｌｄｅｒ ｐｅｏｐｌｅ」と題された非特許文献２の著者の結論によると：
エビデンスの蓄積は、高齢者における股関節部骨折の発生率の低減におけるヒッププロテクターの提供の有効性について、いくらかの疑念を抱かせる。プロテクターの使用者による容認およびアドヒアランスは、不快感および実用性のために不十分なままである。

前記専門雑誌中に掲載された論文：「Ｒａｎｄｏｍｉｚｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｔｒｉａｌ ｏｆ ｈｉｐ ｐｒｏｔｅｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄ ｈｉｐ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ」と題された非特許文献３の重要点によると：
ヒッププロテクターの使用を支持する現在のエビデンスは在宅看護の環境から由来する。

この報告書は、地域社会に基づいたサンプルにおける第２次予防試験の結果について述べている。
このサンプルにおいては、それらの効果のエビデンスは存在しない。

在宅環境および地域環境の双方でのより大規模な試験において、それらを試験するために、さらなる研究が必要である。
能動的ヒッププロテクター装置を開発するためにいくつかの試みが為されたが、それらの試みのいずれも実現可能な解決策に具体化されなかった。

これは２つの主な理由によって説明され得る。
・技術的障害：誤警報および誤ったシステムの起動を回避する信頼できる転倒検知の方法および論理の実現の失敗。

・コンプライアンス問題：高齢者に取り入れられる快適に着用可能な製品の設計の失敗。
そのような試みの一例は、キース（Ｋｅｙｅｓ）の特許文献１に記載されている能動的膨張式ヒッププロテクター装置（ａｃｔｉｖｅ ｉｎｆｌａｔａｂｌｅ ｈｉｐ ｐｒｏｔｅｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅ）であり得る。前記特許文献は、いかなる目的に対しても、あたかも本願において完全に述べられるかのように参照により援用される。

前記股関節部膨張式保護装置（ｈｉｐ ｉｎｆｌａｔａｂｌｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）は、運動センサ、ひだに折り畳まれた膨張式エアバッグ、バッテリー、ガスカートリッジ、角運動および加速度を判定するセンサ、ガスを放出するためのトリガ機構および逃し弁を含む。

使用者が転倒すると、前記センサは自動的にカートリッジからガスを放出し、エアバッグアセンブリを膨張させる。
キースによれば、前記運動センサは、十分な身体の加速度と、十分な下向きの角運動との双方を示す信号が受信されない限り、エアバッグアセンブリの膨張を許可しない論理制御回路を含んでいる。

キースに従ったセンサは加速度センサおよび方位センサ（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒｓ）を備え得る。
股関節部膨張式保護装置が選択された所定の加速度の身体動作を感知し、かつ選択された所定の大きさの下向きの角運動を感知すると、前記装置はトリガ機構に信号を送って始動（ｆｉｒｅ）させる。これは圧縮ガスカートリッジから圧縮ガスを放出して、該発明を膨張させる。

使用後、エアバッグアセンブリから空気を放出するために逃し弁が開放され、前記ひだは股関節部膨張式保護装置内に再挿入され、ガスカートリッジは交換されて、該股関節部膨張式保護装置は再使用の準備ができる。

現在のところ、転倒によって引き起こされる能動的なリアルタイム股関節部骨折防止の有効な解決策はないという事実は明白である。
リアルタイムの能動的股関節部骨折防止の解決策を提供する以前の試みは、地面に対する骨盤および股関節部の距離または高さの連続的な測定を提供する能力に欠けていた。同様に、それらの試みは、転倒を確実に検知するために、地面に対する股関節部の近接度のデータ（ｈｉｐ ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｔｏ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｄａｔａ）と骨盤の鉛直速度および加速度のデータとの組み合わせを欠いていた。

人は、バランスを失った後に、例えば手近な家具を掴むことによって、バランスを回復することができるので、転倒状況の評価を身体の角度の転換（ａｎｇｕｌａｒ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ）に基づかせることは、誤った起動をもたらし得る。すなわち、今日の既知の解決策では、地面との差し迫った避けることのできない衝突の状況を正確かつ明確に認識することができない。

以下に述べる本発明は、上述の不十分な点を解決し、かつ革新的な技術的および装置設計上の手法を示唆するように意図される。
身体上に配置される堅牢な高さ測定システムを加え、高さデータを他のセンサと相互参照することによって、前記システムは、著しく低く許容可能な偽陰性および偽陽性の検知率を初めて可能にし、そのような検知率はさらに前記システムが実世界における使用に供されることを可能にするであろう。

米国特許番号第５，５００，９５２号

ダグラス ピー．キール医学士、公衆衛生修士（Ｄｏｕｇｌａｓ Ｐ． Ｋｉｅｌ， ＭＤ， ＭＰＨ）ら、ＪＡＭＡ（ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）、２００７年、第２９８巻：第４１３〜４２２頁。 パーカー エムジェイ（Ｐａｒｋｅｒ ＭＪ）ら、ＰｕｂＭｅｄ．ｇｏｖ、２００５年７月。 イーボン エフ．バークス（Ｙｖｏｎｎｅ Ｆ． Ｂｉｒｋｓ）ら、Ａｇｅ ａｎｄ Ａｇｅｉｎｇ、２００３年、第３２巻、第４号、Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｇｅｒｉａｔｒｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ

前記背景技術は、地面との差し迫った避けることのできない衝突の状況を正確に認識することができるシステムまたは方法を教示または示唆していない。

本発明の実施形態は、転倒によって引き起こされる股関節部骨折に対する有効な能動的リアルタイム保護を提供することによって、従来のヒッププロテクターの上述の不都合を解決するように意図されるヒッププロテクターシステムを示す。

本発明の付加的な目的および利点は、一部は続く説明において述べられ、一部は前記説明から明白であるか、または本発明の実施によって分かり得る。
本発明の教示によれば、（ａ）ポーチ前面カバー、外側面、内側面、後部セグメント、前部セグメント、左端部および右端部を有するポーチと、前記ポーチは前記左端部と右端部との間で測定されるポーチ長さを有することと、前記ポーチは、（ｉ）前記ポーチ内に部分的に位置する少なくとも１つの近接センサと、（ｉｉ）前記ポーチ内に位置する少なくとも１つのジャイロと、（ｉｉｉ）前記ポーチ内に位置する少なくとも１つの加速度計と、（ｉｖ）前記ポーチ内に位置するマイクロコントローラユニットとを備えることと、前記マイクロコントローラユニットは、前記近接センサ、ジャイロおよび加速度計に作動可能に接続されていることと、（ｂ）前記マイクロコントローラユニットに作動可能に接続された空圧サブシステム（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｓｕｂ−ｓｙｓｔｅｍ）と、前記空圧サブシステムは、（ｉ）ガスボンベと、（ｉｉ）前記ガスボンベに取り付けられたガス放出弁であって、該放出弁は膨張起動信号を受信するように適合されている、ガス放出弁と、（ｉｉｉ）前記放出弁に取り付けられたガス出口と、（ｉｖ）前記ガス出口に作動可能に接続された空気細管と、（ｖ）前記空気細管に作動可能に接続された少なくとも１つのガス弁と、（ｖｉ）前記空気細管に作動可能に接続された少なくとも１つのガス吸入弁と、（ｖｉｉ）前記少なくとも１つのガス吸入弁に作動可能に接続された少なくとも１つのエアバッグと、を備えることと、を含むヒッププロテクターシステムが提供される。

本発明の教示によれば、前記空圧サブシステムは前記ポーチ内に位置し、前記ポーチは、（ｖｉｉｉ）前記ポーチ内に位置し、かつ前記少なくとも１つの近接センサ、ジャイロ、加速度計、マイクロコントローラユニットおよびガス放出弁に電気的に接続された主バッテリーをさらに備える。

本発明の教示によれば、前記ポーチは、（ｉｘ）前記ポーチ内に位置するシステム状態および完全性表示器をさらに備え、前記システム状態および完全性表示器は前記マイクロコントローラユニットに作動可能に接続されており、前記システム状態および完全性表示器は前記主バッテリーに電気的に接続されている。

本発明の教示によれば、前記ポーチは、（ｘ）前記ポーチ内に位置する電源バスをさらに備え、前記電源バスは、前記主バッテリーと少なくとも１つの近接センサとの間、前記主バッテリーとジャイロとの間、前記主バッテリーと加速度計との間、前記主バッテリーとマイクロコントローラユニットとの間、前記主バッテリーとガス放出弁との間、および前記主バッテリーとシステム状態および完全性表示器との間に電気的に接続されている。

本発明の教示によれば、前記システム状態および完全性表示器は、（ｖｉｉ．ｉ）警報ブザーと、（ｖｉｉ．ｉｉ）障害表示装置と、（ｖｉｉ．ｉｉｉ）リセットボタンとを備える。

本発明の教示によれば、前記空圧サブシステムは、（ｖ．ｖｉｉ）前記ガス出口と少なくとも１つのガス吸入弁との間において、前記空気細管に作動可能に接続されたマニホルドと、（ｖ．ｖｉｉｉ）前記ガスボンベに取り付けられ、前記マイクロコントローラユニットに作動可能に接続され、かつ前記電源バスに電気的に接続されたガス圧力ゲージとをさらに備える。

本発明の教示によれば、前記ポーチは、（ｘｉ）前記ポーチ内に位置し、前記主バッテリーに電気的に接続され、かつ前記マイクロコントローラユニットに作動可能に接続された自動警告／警報発信機をさらに備える。

本発明の教示によれば、前記ポーチは、（ｘ）少なくとも１つの隔室をさらに備え、前記少なくとも１つのエアバッグは前記少なくとも１つの隔室内に位置する。
本発明の教示によれば、前記ヒッププロテクターシステムは、（ｃ）前記ポーチに取り付けられたロック装置をさらに備える。

本発明の教示によれば、ヒッププロテクターシステムは、（ｃ）前記左端部に取り付けられたラッチと、（ｄ）前記ポーチ上に取り付けられたバックルと、（ｅ）前記ポーチ上に取り付けられた調節クラスプと、（ｆ）前記バックルに取り付けられた自動操作スイッチとをさらに備え、前記操作スイッチは、前記主バッテリーに電気的に接続され、かつ前記マイクロコントローラユニットに作動可能に接続されている。

本発明の教示によれば、前記ポーチは、（ｘｉ）前記ポーチ内に位置する主スイッチをさらに備え、前記主スイッチは、前記主バッテリーに電気的に接続されている。
本発明の教示によれば、前記少なくとも１つのエアバッグは、前記エアバッグの完全膨張状態において所定のエアバッグ膨張サイズを有するように構成されている。

本発明の教示によれば、前記空圧サブシステムは前記ポーチの外部に位置し、前記ポーチは、（ｖｉ）前記ポーチ内に位置し、前記少なくとも１つの近接センサ、ジャイロ、加速度計およびマイクロコントローラユニットに電気的に接続された主バッテリーと、（ｖｉｉ）前記ポーチ内に位置し、前記主バッテリーに電気的に接続され、かつ前記マイクロコントローラユニットに作動可能に接続された送信機とをさらに備える。

本発明の教示によれば、前記空圧サブシステムは、（ｖｉｉｉ）前記ガスボンベに取り付けられたガス圧力ゲージと、（ｉｘ）空圧サブシステムスイッチと、（ｘ）前記空圧サブシステムスイッチおよびガス放出弁に電気的に接続された空圧サブシステムバッテリーと、（ｘｉ）前記空圧サブシステムバッテリーに電気的に接続された受信機とをさらに備える。

本発明の教示によれば、前記マイクロコントローラユニットは、前記少なくとも１つの近接センサから受信された距離信号、前記ジャイロから受信された空間定位信号、および前記加速度計から受信された鉛直加速度信号を連続的に処理し、ヒッププロテクターシステムの自動化操作を制御し、管理するように適合されている。

本発明の教示によれば、前記マイクロコントローラユニットは、前記少なくとも１つの近接センサから受信された距離信号、前記ジャイロから受信された空間定位信号、および加速度計から受信された鉛直加速度信号を連続的に処理し、ヒッププロテクターシステムの自動化操作を制御し、管理するように適合されている。

本発明の教示によれば、ヒッププロテクターシステムは、（ｃ）前記ポーチに取り付けられた装飾カバーをさらに備える。
本発明の教示によれば、ヒッププロテクターシステムの動作方法が提供される。前記方法は、（ａ）加速度計から鉛直加速度信号を受信する段階と、（ｂ）前記鉛直加速度は重力加速度に等しくないかを質問する段階と、（ｃ）股関節部高さデータおよび鉛直加速度データの双方が連続的な動きのない座位または平臥の状況を示す特定の条件の組み合わせの場合には、アイドル動作モード（ｉｄｌｅ ｍｏｄｅ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）へ切り替える段階と、（ｄ）重力加速度値以外の鉛直加速度値が識別されると直ちに、通常動作モード（ｎｏｒｍａｌ ｍｏｄｅ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）に切り替える段階と、（ｅ）少なくとも１つの近接センサから近接度測定距離信号を受信し、ジャイロによって提供される空間定位信号を受信する段階と、（ｆ）前記近接度測定距離信号および空間定位信号に基づいて高さ値を計算し、その高さ値を高さ比較器に転送する段階と、（ｇ）着用者が完全に伸びた起立位になると、特定の参照高さ値を決定する段階と、（ｈ）下向きの速度を計算する段階と、（ｉ）高さ変化を計算する段階と、（ｊ）変化の割合が連続的であるかを質問する段階と、（ｋ）前記変化の割合が連続的でない場合には、終了非動作モード（ｅｎｄ ｎｏｎ−ａｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）に切り替える段階と、（ｌ）データ値が衝突エンベロープ内にあるかを質問する段階と、（ｍ）所定個数の衝突エンベロープ内データセットがカウンターおよび転倒傾向分析器によって発見された場合には、緊急転倒検知状態を宣言する段階とを含む。

本発明の教示によれば、前記ヒッププロテクターシステムの動作方法は、（ｎ）膨張を起動させるかを質問し、回答が肯定である場合には、膨張起動信号を送信する段階と、（ｏ）少なくとも１つのエアバッグを膨張させる段階とをさらに含む。

本発明の教示によれば、前記ヒッププロテクターシステムの動作方法は、（ｐ）前記エアバッグからガスを放出する段階と、（ｑ）報告する段階と、（ｒ）ヒッププロテクターシステムを停止モードにする段階とをさらに含む。

本発明の教示によれば、ヒッププロテクターシステムの使用方法が提供される。前記方法は、（ａ）着用者によってヒッププロテクターシステムのポーチを着用者のウエストのまわりに着用し、調節クラスプを用いることによって、前記ポーチを着用者のウエストサイズに調節する段階と、（ｂ）主スイッチがオン位置にある間に、ポーチロック装置をロックし、前記ロック装置に位置する自動操作スイッチによって、前記ヒッププロテクターシステムを自動的に起動させる段階と、（ｃ）前記ヒッププロテクターシステムによって、システム自動自己試験手順を実行する段階と、（ｄ）前記ヒッププロテクターシステムのブザーによって、特定の準備確認音を発し、前記ヒッププロテクターシステムをデフォルト通常動作モードに入れる段階と、（ｅ）着用者が完全に伸びた起立位になると直ちに、前記ヒッププロテクターシステムは、ウエスト高さを再較正する自動手順を実行する段階とを含む。

本発明の教示によれば、前記ヒッププロテクターシステムの使用方法は、（ｆ）前記ヒッププロテクターシステムを動作アイドルモードに切り替える段階と、（ｇ）前記ヒッププロテクターシステムを動作通常モードに切り替える段階とをさらに含む。

本発明の教示によれば、前記ヒッププロテクターシステムの使用方法は、（ｆ）ヒッププロテクターシステムが切迫した転倒の可能性の増大を識別すると直ちに、ヒッププロテクターシステムは転倒警告動作モードに自動的に切り替わる段階と、（ｇ）最終的には地表面と衝突することになる着用者の転倒の進行を紛れもなく識別した後に、前記ヒッププロテクターシステムは緊急転倒検知状況を宣言し、衝撃損傷を最小限にするように意図された一連の自動化操作を実行し、着用者の転倒事象について関係者および関係機関に通知する段階と、（ｈ）転倒衝撃に対する有効な保護を提供し、かつ着用者の股関節部が地表面と直接衝突するのを防止するために、ヒッププロテクターシステムによって、エアバッグを膨張させるためのプロンプトコマンドを発する段階と、（ｉ）エアバッグを膨張させて飛び出させる段階とをさらに含む。

本発明の教示によれば、前記ヒッププロテクターシステムの使用方法は、（ｊ）ヒッププロテクターシステムによって、自動転倒警報コール／メッセージを送信する段階と、（ｋ）エアバッグが地表面との衝突によって引き起こされる収縮を受けると直ちに、エアバッグガス放出機構が制御されたガス放出プロセスを自動的に実行する段階とをさらに含む。

本発明の教示によれば、前記ヒッププロテクターシステムの使用方法は、（ｌ）前記エアバッグを膨張させて飛び出させる段階に続いて所定時間後に、前記ヒッププロテクターシステムを停止させる段階をさらに含む。

本発明は、本願において、ほんの一例として添付図面を参照して説明される。

本発明に従ったヒッププロテクターシステムの一実施形態の概略ブロック図。 本発明に従った、空圧サブシステムを備えていない分離ヒッププロテクターシステムの一実施形態の概略ブロック図。 本発明に従った空圧サブシステムの一実施形態の概略ブロック図。 本発明に従ったヒッププロテクターシステムの一実施形態の概略正面斜視図。 本発明に従ったヒッププロテクターシステムの一実施形態のエアバッグを通る概略側断面図。 本発明に従った装飾カバー１２によって装飾されたヒッププロテクターシステム１の一実施形態の概略斜視背面図。 エアバッグが膨張していない状態の、本発明に従ったヒッププロテクターシステムを着用して立っている着用者を示す図。 エアバッグが膨張している状態の、本発明に従ったヒッププロテクターシステムを着用している、転倒した後に横向きに横たわっている着用者を示す図。 人体におけるウエスト、股関節部および骨盤の位置を示す図。 本発明に従ったヒッププロテクターシステムを着用しており、転倒途中の状況にある着用者を示す図。 本発明の一実施形態に従ったヒッププロテクターシステムの操作を概略的に示すフローチャート。 本発明の一実施形態に従ったヒッププロテクターシステムの使用方法を概略的に示すフローチャート。

疑問の余地を残さないために、要素は本特許出願の図においてそれらを明確に理解できるようにする方法で示されており、縮尺、寸法関係、および形状は、それらの実施形態を決して限定しない。

同様に、対応する要素または類似する要素を示すために、図面の間で参照番号が繰り返され得ることに留意する。
いかなる疑念も払拭するために、本発明の要素が図において描写される方法は、非常に詳細にわたるが、本図を決して限定するものではなく、しかしながら、明瞭にして理解を促すためのものであることに留意されたい。本発明は、図に関して与えられた仕様と異なる実施形態により実現されてもよい。

本発明は個人の健康管理および安全の技術分野にある。
より具体的には、本発明は、地面による骨盤の転倒衝撃から生じ得る股関節部骨折、並びに他の転倒関連骨折を防止することを目的としたヒッププロテクターシステムの技術分野にある。

本発明に従ったヒッププロテクターシステムの原理および動作は、図面および添付の説明を参照してより良好に理解され得る。
本発明の少なくとも１つの実施形態について詳細に説明する前に、本発明は、その用途において、以下の説明に述べられているか、または図面に示されている構造の詳細および構成要素の配列に限定されないことが理解されるべきである。

別段に定義されていない限り、本願において用いられる技術用語および科学用語はすべて、本発明が属する業における当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本願において提供される材料、寸法、方法、および実施例は実例に過ぎず、限定するようには意図されていない。

以下のリストは出願図の番号付けの凡例である。
１ ヒッププロテクターシステム
１０ ポーチ
１０ａ 隔室
１０ｂ ポーチ前面カバー
１０ｅ （ポーチの）外側面
１０ｉ （ポーチの）内側面
１０ｒ （ポーチの）後部セグメント
１０ｆ （ポーチの）前部セグメント
１０ｇ ロック装置
１０ｈ （ロック装置の）バックル
１０ｋ （ロック装置の）ラッチ
１０ｍ 調節クラスプ
１０ｌ ポーチ長さ
１０ｐ （ポーチの）左端部
１０ｑ （ポーチの）右端部
１２ 装飾カバー
１２ａ 面ファスナ（ｈｏｏｋ−ａｎｄ−ｌｏｏｐ ｆａｓｔｅｎｅｒｓ）
２１ 近接センサ
２１ａ 近接センサ傾斜角
２１ｂ 近接センサパッケージの下向きの軸線
２１ｃ 着用者のウエストの平面に直交する線
２２ ジャイロ
２３ 加速度計
４０ ＭＣＵ（マイクロコントローラユニット）
４１ 自動警告／警報発信機
５０ 電源バス
６０ システム状態および完全性表示器
６１ 警報ブザー
６２ 障害表示装置
６３ リセットボタン
７１ 主スイッチ
７２ 主バッテリー
７３ 自動操作スイッチ
７４ 空圧サブシステムバッテリー
７５ 空圧サブシステムスイッチ
８０ 空圧サブシステム
８０ａ ガス
８１ ガスボンベ
８２ ガス放出弁
８３ ガス出口
８４ マニホルド
８５ ガス吸入弁
８６ エアバッグ
８７ ガス放出機構
８８ ガス圧力ゲージ
９１ 電線
９２ 信号線
９３ 空気細管
１０１ 股関節部−地表面間距離
１０２ 高さ
１０２ａ 最短高さ
１０２ｂ 参照高さ
１０３ 下向きの速度
１０４ 比較および計算
１０５ ガス放出
１０６ 報告
１０７ 鉛直加速度
１０８ 高さ計算器
１０９ 高さ比較器
１１０ システムを停止するように命令
１１１ 距離信号
１１２ 空間定位信号
１１３ 鉛直加速度信号
１１４ 膨張起動信号
１１５ 自己試験起動信号
１１６ システム機能不良警告信号
１１７ 転倒警報起動信号
１１８ システム停止信号
１２０ エアバッグ膨張サイズ
１２２ 骨盤−地表面間距離
２００ 着用者
２０１ （着用者の）ウエスト
２０２ （着用者の）股関節部
２０３ （着用者の）骨盤
２０４ 着用者のウエスト平面
２０５ （着用者の）腹部
２５０ 地表面
２６０ （地面上の）物体
３０１ 高さサンプリングデータベースを含む記憶装置
３０２ 衝突エンベロープデータベースを含む記憶装置
３０３ 連続性基準およびシナリオを含む記憶装置
３０４ 下向きの速度データベースを含む記憶装置
４０１ 質問：「重力以外の鉛直加速度か？」
４０２ 質問：「連続的な変化率か？」
４０３ 質問：「衝突エンベロープ内か？」
４０４ 質問：「膨張を起動させるか？」
４１０ カウンターおよび転倒傾向分析器
４５０ 終了（ｅｎｄ）
５０１ 送信機
５０２ 受信機
６０１ 通常モード
６０２ アイドルモード
６０３ 転倒警告モード
６０４ 転倒検知モード
本発明の実施形態は、（他の要素および特性の中でも特に）近接度の感知に基づいた転倒検知の能力を搭載した能動的ヒッププロテクターシステムを開示する。同ヒッププロテクターシステムは、転倒によって引き起こされる股関節部骨折に対する能動的な保護を提供する。

以下において、本発明の実施形態について図面を参照することによって詳細に説明する。
図１は、本発明に従ったヒッププロテクターシステム１の一実施形態の概略ブロック図である。

ヒッププロテクターシステム１の構成要素は、例えば布製のベルト状ポーチ１０内に係合されている。図は、電流が電線９１および電源バス５０を介してヒッププロテクターシステム１の構成要素間に流れることを示している。信号は信号線９２を介して送信され、かつガスは空気細管９３を介して流れるが、これは全く本発明を限定するものではない。

転倒事象の場合に、例えば布または熱可塑性材料から製造された膨張したエアバッグ８６は、転倒衝撃エネルギーを緩和、吸収、および放散し、股関節部と地表面との間の直接的な接触を防止することにより、着用者の股関節部に本質的な物理的保護を提供する。

ヒッププロテクターシステム１は空圧サブシステム８０を備え、空圧サブシステム８０はまたガスボンベ８１を備えてもよく、ガスボンベ８１はガス圧力ゲージ８８およびガス放出弁８２に接続されており、ガス放出弁８２はガス出口８３に接続されている。ガス出口８３は空気細管９３に接続されており、空気細管９３はマニホルド８４によって分割されており、空気細管９３はマニホルド８４からエアバッグ８６のそれぞれの各ガス吸入弁８５へ延びている。

空圧システムの他の構成も本発明の範囲内に含まれることに留意されたい。
より良好なクッション効果を得るためには、前記実施形態の１つの変形例によれば、エアバッグ８６は、地表面２５０（本図面には図示せず、図４、図５および図７に図示）との衝突によって引き起こされるエアバッグ８６の収縮に続いて、ガス８０ａ（本図面には図示せず、図３ｂに図示）の一部を放出するガス放出機構８７を装備している。

１つ以上のガスボンベ８１は、エアバッグ８６の膨張に必要とされる圧縮ガス８０ａを収容している。
ガス８０ａは、例えば、ヘリウム、窒素、ＣＯ_２または他の適当なガスであり得る。１つまたは複数のガスボンベの総容積は、例えば０．０５リットルであり得る。放出されるガスの総体積は、例えば１６リットルであり得、２つのエアバッグに均等に分割される。完全に膨張したエアバッグのサイズは、着用者のウエスト平面２０４に平行に、例えば３０ｃｍに達し得る。

ガス８０ａは、例えば、埋め込まれた空気細管９３を用いて、エアバッグ８６内に放出される。
ガス放出弁８２がシステムのＭＣＵ（マイクロコントローラユニット）４０から起動信号を受信すると、それは直ちに、例えば、電気機械的な操作シーケンスをトリガし、該シーケンスによってガスボンベ８１はガス出口８３を介してその中身を放出する。

実施形態の一変形例によれば、ワイヤー９１を含む電気配線は、すべての電力消費構成要素を、電源バス５０を介して主バッテリー７２に接続する。
実施形態の一変形例によれば、自動操作スイッチ７３は、電源バス５０に電気的に接続されている。

実施形態の一変形例によれば、自動警告／警報発信機４１はＭＣＵ４０から信号を受信することができる。
実施形態の一変形例によれば、超音波タイプ、赤外線タイプ、または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）と結合されたレーザーダイオード、または飛行時間検知器と結合された電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージセンサまたはレーザーダイオードの近接センサ２１は、例えば各股関節部２０２（本図面には図示せず、図５および図６に図示）に隣接して配置され、第３近接センサ２１は骨盤２０３（本図面には図示せず、図６に図示）の後部中央に隣接して配置される。

各近接センサ２１は、股関節部２０２または骨盤２０３から地表面２５０（本図面には図示せず、図４、図５および図６に図示）までの股関節部−地表面間距離（ｈｉｐ ｔｏ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ）１０１の測定値を与え、これは、前記実施形態の一変形例によれば、連続データサンプリング方式で行われる。

転倒検知の方法および操作の論理は、ヒッププロテクターシステム１が、地表面までの距離の測定値と、送信された信号を反射し得る他の物体までの距離の測定値とを識別できるようにする。

ヒッププロテクターシステム１のこの独特の能力は、近接センサ２１およびジャイロ−加速度計センサ（またはジャイロ２２および加速度計２３センサ）の双方から受信された信号の融合および分析を通じて得られる。

ＭＣＵ４０は、データを受信、処理、計算、更新、および格納することにより、またシステムモジュールおよび構成要素から、およびそれらに対して、信号を送受信することにより、ヒッププロテクターシステム１の自動化操作を制御および管理する。

ＭＣＵ４０は、近接センサ２１、ジャイロ２２および加速度計２３のような転倒感知センサから受信された受信信号を処理する。
前記実施形態の一変形例によれば、ジャイロ２２および加速度計２３は、ＭＥＭＳ技術によって、単一パッケージにおいて適用される。

本発明は、いかなる特定の数量のいかなるタイプのセンサの使用にも限定されない。
前記実施形態の一変形例によれば、ジャイロ２２は、ポーチ１０の後部セグメント１０ｒ（本図面において図示せず、図３ａに図示）の中央に隣接して位置し、ＭＣＵ４０に着用者のウエスト平面２０４（本図面には図示せず、図４および図５に図示）の空間定位についての情報を提供し得る。

前記実施形態の一変形例によれば、ポーチの後部セグメント１０ｒの中央に隣接して位置する加速度計２３は、着用者の骨盤２０３（本図面において図示せず、図５および図６に図示）の鉛直加速度の計算に必要とされるデータをＭＣＵ４０に提供する。

ポーチ１０の後部セグメント１０ｒは、着用者がヒッププロテクターシステム１を着用しているときに、着用者の背面にごく接近するように指定されたセグメントとして定義される。

前記実施形態の一変形例によれば、自動警告／警報発信機４１は、例えば、事前に選択された電話番号に音声通話および／またはテキストメッセージによる警報を送信して、エアバッグ展開直後にシステム着用者の転倒事象を前記電話番号に通知する。前記音声／テキストメッセージは、例えば着用者の携帯電話にインストールされたアプリケーションを通じて送信されてもよい。

ポーチ１０の前部セグメント１０ｆ（本図面には図示せず、図３ａおよび図４に図示）は、使用者がヒッププロテクターシステム１を着用しているときに、使用者の腹部２０５（本図面には図示せず、図４に図示）にごく接近するように指定されたセグメントとして定義される。

前記実施形態の一変形例によれば、システム状態および完全性表示器６０はポーチ１０の前部セグメント１０ｒに位置してもよい。
システム状態および完全性表示器６０はまた、例えば、図に示されているように、警報ブザー６１、障害表示装置６２、およびリセットボタン６３を備え得るが、これらは本発明を全く限定しない。またシステム状態および完全性表示器６０は、例えば、バッテリーレベル、ガス圧力レベル、センサが無損傷であること、配線の完全性、警報システムが無損傷であること等についての視覚的表示および音声表示を提供してもよい。

前記実施形態の一変形例によれば、システムの物理的および機能的な完全性を保証するために、ＭＣＵ４０は自動自己試験手順を実行してもよく、前記手順の間に、例えば前述のシステムパラメータは継続的にまたは他の方法で検査される。

機能不良の検知に続いて、ＭＣＵ４０はブザー６１の警報音および／または視覚的警告のような警告を着用者に発する。
再充電可能な主バッテリー７２のような電力供給源は、電源バス５０を介して、ヒッププロテクターシステムの電力消費モジュールに電力を提供する。

前記実施形態の一変形例によれば、主スイッチ７１は、例えばソケットによって保護された停止機構（ｓｏｃｋｅｔ ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ ｔｕｒｎ−ｏｆｆ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）によって、意図していない機能停止（ｓｈｕｔ ｄｏｗｎ）を回避するように、形成され操作される。

図２ａは、本発明に従った、空圧サブシステム８０を備えていない分離ヒッププロテクターシステム１の一実施形態の概略ブロック図である。
本実施形態によれば、エアバッグ８６または複数のエアバッグ８６（本図面には図示せず、図１、図２ｂ、図３ａ、図３ｂおよび図５に図示）は、ポーチ１０内に保持されていないが、着用者のすぐ近くの他の場所に配置されている。これは、着用者２００（図４、５および７に示される本図面において図示せず）の上であってもよいし、あるいは住宅の室内または浴室もしくはシャワーの中に位置する床もしくは壁または他の物体の上のような静止位置または可動位置であってもよい。

本実施形態によれば、空圧サブシステム８０（本図面には図示せず、図１および図２ｂに図示）との通信は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）または近距離通信プロトコルの別の形態を介して行うことができ、この場合、ポーチ１０は適当な送信機５０１を含む。

図２ｂは、本発明に従った、空圧サブシステム８０の一実施形態の概略ブロック図である。
本実施形態に従った空圧サブシステム８０もまた、着用者のすぐ近くの他の場所、住宅の室内または浴槽もしくはシャワーの中に位置する床もしくは壁または他の物体の上のような静止位置または可動位置に配置され得る。

この場合、空圧サブシステム８０は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）または短距離通信プロトコルの別の形態を介して、送信機５０１（本図面において図示せず、図２ａに図示）から受信される送信信号（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）によって、起動される。

空圧サブシステム８０は、受信機５０２を備えており、空圧サブシステムバッテリー７４から電気エネルギーを受け取る。空圧サブシステムバッテリー７４は、空圧サブシステムスイッチ７５によって起動され、かつ停止状態にされ得る。

本図は４つのエアバッグ８６を示しているが、これは本発明を全く限定するものではなく、また使用において異なる数量が存在してもよい。同様に、エアバッグ８６の形状およびサイズ、および膨張状態における前記エアバッグの容積は変更され得る。同様に、ガスボンベ８１の容積は、内部の圧縮ガスが膨張すると予想される総体積に適合させるべきである。

図３ａは、本発明に従ったヒッププロテクターシステム１の一実施形態の概略正面斜視図である。
ポーチ１０内に収容されている構成要素の表示を可能にするために、数箇所において一部のポーチ前面カバー１０ｂが図から除去されている。

使用中、ポーチ１０は、着用者２００のウエスト２０１のまわりに着用され（本図面には図示せず、図４、図５および図７に図示）、ロック装置１０ｇを構成するクイックリリースバックル１０ｈおよびラッチ１０ｋのようなロック装置によってロックされる。

バックル１０ｈは、ここではポーチの左端部１０ｐに接続されるように描写されており、ラッチ１０ｋは、ここでは（ポーチの）右端部１０ｑに接続されるように描写されている。同様に、ポーチ長さ１０１のサイズを調節可能にするように指定された調節クラスプ１０ｍは、特定の着用者２００のウエスト２０１上に固定する（ｓｔｒａｐｐｉｎｇ）目的で組み付けられている。

図は、バックル１０ｈに組み付けられた自動操作スイッチ７３を示している。
ポーチを固定して、ロック装置１０ｇをロックした後、ラッチ１０ｋがバックル１０ｈと係合されると、自動操作スイッチ７３は、起動され、主バッテリー７２が電源バス５０を介して電力消費構成要素に接続できるようにすることによって、ヒッププロテクターシステム１をトリガする。

ポーチ１０は、システム構成要素を格納するために設計された隔室１０ａを組み込んでいる。
膨張式エアバッグ８６は外側隔室１０ａに格納される。外側隔室１０ａのうちの少なくとも１つは、前記実施形態の１つの変形例によれば、外側面迅速開放隔室（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｓｉｄｅ ｑｕｉｃｋ−ｏｐｅｎｉｎｇ ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ）１０ａである。

一旦膨張すると、エアバッグ８６は、ポーチ１０に取り付けられたまま、それらの隔室１０ａから即座に飛び出す。
転倒事象の場合、膨張したエアバッグ８６は、股関節部２０２（この図面には図示せず、図４および図６に図示）と地表面２５０（この図面には図示せず、図４、図５および図７に図示）との間の直接的な接触を防止しながら、転倒衝撃エネルギーを緩和し、吸収し、放散させることによって、本質的な物理的股関節部保護を提供する。

図３ｂは、本発明に従ったヒッププロテクターシステム１の一実施形態のエアバッグ８６を通る概略側断面図である。
図に示されている状態では、エアバッグ８６は膨張しており、ガス８０ａを含んでいる。

前記実施形態のいくつかの変形例によれば、ポーチ１０は、埋め込まれた空気細管９３および電線９１のための内部通路を装備している。
使用者の身体に面するように指定されたポーチの側面は、ポーチの内側面１０ｉとして定義され、反対側面はポーチの外側面１０ｅとして定義される。

図３ｃは、本発明に従った装飾カバー１２で装飾されたヒッププロテクターシステム１の実施形態の概略斜視背面図である。
ポーチ１０は、例えば布製の容易に着脱可能な装飾カバー１２によって装飾される。装飾カバー１２は、本願に示す実施形態の一変形例によれば、近接センサ２１を被覆することなく、ポーチ１０を包み得る。本願に示す実施形態の一変形例によれば、装飾カバー１２は、カバー１２に沿った数地点に位置する小型の布の面ファスナ１２ａによってポーチ１０のまわりに閉じ付けられ得る。エアバッグ８６が膨張して、それらの隔室１０ａ（この図面には図示せず、図３ａに図示）から飛び出すと、前記ファスナは容易に解放され得る。

図４は、本発明に従ったヒッププロテクターシステム１を着用して立っている着用者２００を示している。
そのエアバッグ８６（本図面には図示せず、図１、図２ｂ、図３ａ、図３ｂおよび図５に図示）は膨張しておらず、着用者の股関節部２０２の上方に位置する外側隔室１０ａ内に折り畳み形態で収容されおり、見ることができない。

図は、近接センサ傾斜角２１ａを、その起点が近接センサ２１にあり、近接センサパッケージの下向きの軸線２１ｂと、着用者のウエストの平面２０４に直交する線２１ｃとの間において測定される角度として定義している。

本図は、２つの近接センサ２１の測定値を示している。すなわち、一方は地表面２５０までの股関節部−地表面間距離１０１を測定し、他方は地面２５０上に配置された物体２６０までの股関節部距離１０１ａを測定する。

地面または地面上に配置された物体からの股関節部２０２の高さ１０２は、近接センサ２１と地表面２５０との間の距離１０１の鉛直成分である。
地面または地面に配置された物体からの股関節部２０２の一方の最短高さ１０２ａは、図では、近接センサ２１と、地面上に配置された物体２６０、この特定のケースでは居間のテーブルとの間の距離１０１ａの鉛直成分として示されている。

着用者のコンプライアンスを保証するために、本発明に従ったヒッププロテクターシステム１の設計は、ポーチ１０が着用者のウエスト２０１のまわりに装飾ベルトのように便利に着用され、そのいかなる部分も着用者のウエスト平面２０４よりも下方にある着用者の身体に取り付けられる必要がないようなものであることが強調されるべきである。

ポーチ１０は使用者の服の上に着用され、その周囲は調整可能であり、またポーチ１０はワンクリックバックルによって最も簡単かつ便利な方法でロックされる。
図５は、本発明に従ったヒッププロテクターシステム１を着用しており、転倒した後に横向きに横たわっている着用者２００を示している。前記ヒッププロテクターシステム１のエアバッグ８６は膨張している。

完全に展開したエアバッグ８６の大きなサイズは、着用者のウエスト２０１と地表面２５０との間に十分な空間を提供することによって、大腿骨および特に大腿骨の大転子を、地面との直接衝突から保護し、転倒衝撃エネルギーを吸収し、放散させることによって着用者２００を保護し、よって着用者に対する衝突損傷を防止する。

本発明の実施形態のうちの１つにおいて、着用者のウエスト平面２０４の右側部分および左側部分を包む２つの半円型（ｓｅｍｉ−ｃｉｒｃｌｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）のエアバッグ８６は、他の起こり得る転倒に関連した骨盤領域の骨折および損傷に対する保護を提供できるような方法で骨盤を支持する。

本図が示すように、エアバッグ８６の完全膨張状態では、着用者の地面との衝突の場合に、着用者のウエスト２０１と地表面２５０との間の実際の距離となるエアバッグ膨張サイズ１２０は、骨盤−地表面間距離１２２よりも大きい。

ヒッププロテクターシステムの適切な設計および製造は、所与の重量の着用者２００に対して、少なくとも所定サイズ１２０のエアバッグ膨張が達成されるだろうことを保証する。

図６は、人体におけるウエスト２０１、股関節部２０２および骨盤２０３の位置を示している。
図７は、本発明に従ったヒッププロテクターシステム１を着用しており、転倒途中の状況にある着用者２００を示している。

図は、股関節部−地表面間距離１０１を、近接センサ２１と、そこからセンサ信号が反射して戻ってくる地表面２５０上の地点との間において測定される距離として定義しており、一方、高さ１０２は、近接センサ２１から地表面２５０までの間の股関節部−地表面間距離１０１の鉛直成分である。

高さ１０２は、ジャイロ２２（本図面においては図示せず、図１、図２ａ、図３ａおよび図８に図示）から受信された空間定位信号に基づいて計算される。
同様に、図は、加速度計２３（本図面には図示せず、図１、図２ａ、図３ａおよび図８に図示）による鉛直加速度１０７の測定によって計算される骨盤の鉛直速度である下向きの速度１０３を示している。別の方法において、鉛直速度１０３は、時間の関数として、高さ１０２の変化に基づいて計算される。

図８は、本発明の一実施形態に従ったヒッププロテクターシステム１の動作を概略的に図示するフローチャートである。
注：読む便宜上、要素は、たとえそれらが本フローチャート中に現われなくても、ここでは括弧内に番号が付されている。

注：実行しないという決定において終了し、「ＥＮＤ」によって示されている下記の意思決定アルゴリズム（４０１，４０２，４０３，４０４）のいずれも番号（４５０）が付されている。

主スイッチ（７１）が「オン」位置にあり、かつ着用者がポーチを着用すると、自動操作スイッチ（７３）は、ロック装置（１０ｇ）によって起動され、電源バス（５０）を介してバッテリー（７２）をすべての電力消費構成要素（２１，２２，２３，４０，４１，６０，８２，８８）に接続することによって、ヒッププロテクターシステム（１）を作動させる（ｔｕｒｎｓ ｏｎ）。

起動されると、システムＭＣＵ（４０）は、自動自己試験手順を開始する自己試験起動信号１１５を送信して、システムの物理的および論理的完全性、センサの機能、バッテリー電力レベルおよびガス圧力レベルを確認する。

機能不良が検知されると、そのコードが、状態および完全性表示器（６０）の障害表示装置（６２）に現われる。障害は警報ブザー（６１）によって生成される警告音によって知らせられる。

機能不良の検知に続いて、ＭＣＵ（４０）は、自動警告／警報発信機（４１）を通じた事前定義された宛先に対する警告通知の送信をトリガするシステム機能不良警告信号（１１６）を送信する。送信操作は、着用者の携帯電話に格納された予定されたアプリケーションによって実行され得る。

着用者はリセットボタン（６３）を通じて前記警告音をリセットすることができるが、機能不良が対処されていない限り、システムは非作動状態のままとなる。
誤りのない自己試験手順に続いて、ブザー（６１）は特定の準備音を発し、システムはそのデフォルト「通常」（Ｎ）動作モード（６０１）に入る。

着用者が、近接度および空間定位の測定値から導き出された高さデータ（１０２）に基づいて、完全に伸びた起立位になると、システムは着用者のウエスト高さ（１０２）を記録し、それを特定参照高さ値（１０２ｂ）としてさらなる計算（特定の着用者に関連したシステムパラメータ）のために用いる。参照高さ値（１０２ｂ）はヒッププロテクターシステム（１）の動作の次のサイクルの間に更新され得る。

システムアルゴリズムは、例えば非対称の直立姿勢、並びに例えば着用者のごく近辺内の地面（２６０）上の物体から生じ得る、３つの近接センサ（２１）から受信される距離値の間の差を処理する。

近接センサ（２１）は、着用者の身体および／または服からの信号反射を最小にするために、着用者のウエスト平面（２０４）に対する垂線から所定の傾斜角（２１ａ）だけ外れて下方を指している。

近接度測定距離信号（１１１）はシステムの動作モードに従って変化し得るサンプリングレートで送受信される。
股関節部（２０２）−地表面（２５０）間距離（１０１）および骨盤（２０３）−地表面（２５０）間距離（１２２）の測定値は、システムジャイロ（２２）によって提供される空間定位信号（１１２）との融合により、ＭＣＵ（４０）高さ計算器（１０８）によって高さ値（１０２）に変換される。

計算された高さ値（１０２）は、高さ比較器（１０９）に転送される。
所定のタイムスロットにおける各股関節部および骨盤に対する一連の最近サンプリングされた高さ値（１０２）は、リアルタイム動作傾向分析および将来の転倒前状況分析の目的のために、高さデータベース３０１に記録され、格納される。

同時に、高さ変化傾向のデータ比較および計算（１０４）は、高さ比較器（１０９）によって提供される高さデータと、高さデータデータベース（３０１）に格納された最近の高さデータ系列に基づいて実行される。

所定の時間スロットの間の、一連の最近サンプリングされた骨盤の下向きの速度値（１０３）は、前述の目的のために、速度データベース３０４に記録および格納される。
システム論理は、地表面（２５０）または地面に配置された物体（２６０）に対して最短の高さ（１０２ａ）を有する股関節部に、より高い注目優先順位（ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｐｒｉｏｒｉｔｙ）を割り当てる。

同時に、骨盤の下向きの速度（１０３）の進行中の計算は、クロスチェックの理由で、２つのチャネルを通じてＭＣＵ（４０）によって実行される。
第１チャネルは、高さ（１０２）対時間の変化に基づいて、下向きの速度（１０３）を算出する。

第２チャネルは、鉛直加速度（１０７）対時間データを用いることによって、下向きの速度を算出する。
誤った転倒警報および誤ったシステムの起動を回避するために、ＭＣＵ（４０）は、その特定のセンサのセット（２１，２２，２３）およびシステムアルゴリズムによって、切迫した転倒の状況として誤って解釈され得る紛らわしい最短高さ（１０２ａ）測定値を「フィルタリング」することができる。

そのような誤った表示は、近接センサ２１と地表面（２５０）との間の視線を一時的に遮断する物体、主として地表面上に配置された静止物体もしくは移動物体、または着用者の四肢および服、からの信号反射によって引き起こされ得る。

この「フィルタリング」能力は、３つの近接センサ（２１）から受信された反射信号間の連続的なクロスチェックによって、並びに股関節部−地表面間距離（１０１）および下向きの速度（１０３）値の測定された変化の間における相関関係のクロスチェックによって、得られる。

距離測定値における異常は、不連続性基準データベース（３０３）によって識別され、誤警報排除の別の手段として機能する。
着用者の股関節部高さ（１０２）が起立位、歩行位、または移行位の範囲内にある限り、システムは、骨盤鉛直加速度（１１３）値にかかわらず、「通常」（Ｎ）動作モード（６０１）のままでいる。

骨盤鉛直加速度（１１３）データが重力以外の鉛直加速度を示す限り、システムは、高さ（１０２）値にかかわらず、「通常」（Ｎ）動作モード（６０１）のままでいる。
股関節部高さ（１０２）データおよび鉛直加速度（１１３）データの双方が着座位または平臥位に典型的な高さ値で連続的な動きのない状況を示す特定の条件の組合せにおいて、ＭＣＵ（４０）は、バッテリー電力を節約する目的のために、「アイドル」（Ｉ）動作モード（６０２）に切り替えるためのコマンドを発行してもよい。

この種の「冬眠」モードでは、ジャイロ（２２）および加速度計（２３）はそれらの正規動作を継続するが、一方、近接センサ（２１）は低下した活動レベルに切り替わり、ＭＣＵ（４０）処理および演算動作は最小限にされる。

重力以外の鉛直加速度が「鉛直加速度≠重力？」と質問するシステムアルゴリズム（４０１）によって識別されて、起立位への移行を示すと直ちに、ＭＣＵ（４０）は、システムを「通常」（Ｎ）動作モード（６０１）に切り替えるための即時コマンドを発行する。

「連続的な変化率か？」と質問する関連システムアルゴリズム（４０２）および「衝突エンベロープ内か？」と質問する関連システムアルゴリズム（４０３）によって、衝突エンベロープ参照データーベース（３０２）と照合された特定の高さ−速度セット、および高さ連続性基準参照データーベース（３０３）に対する高さ連続性の検証の双方に基づいて、起こり得る転倒の進行が識別されると直ちに、ＭＣＵ（４０）はシステムを「転倒警告」（ＦＡ）動作モード（６０３）に切り替える。

この動作モードでは、ＭＣＵ（４０）は、データサンプリングレートを増大させるためのコマンドを発行し得、高さ−速度データセットは、迅速な方式で、衝突エンベロープ参照データーベース（３０２）に照合され得る。

所定数の「衝突エンベロープ内」（４０３）データセットがカウンターおよび転倒傾向分析器（４１０）によって発見されて、地表面（２５０）との切迫した衝突の可能性が高いことを示すと、緊急「転倒検知」状態（ＦＤ）（６０４）がＭＣＵによって宣言され、「膨張を起動するか？」と質問するアルゴリズム（４０４）は、ガスボンベ（８１）の放出弁（８２）に膨張起動信号（１１４）を送信する。

ガス（８０ａ）はガスボンベ出口（８３）およびマニホルド（８４）を介して迅速に放出され、空気細管（９３）および吸入弁（８５）を通ってエアバッグ（８６）内へ急速に流入する。

エアバッグが膨張すると直ちに、エアバッグはそれらの隔室（１０ａ）から飛び出して、着用者の股関節部（２０２）と地表面（２５０）との間の直接的な接触を排除するサイズに完全に展開する。

着用者（２００）が地表面（２５０）と衝突して、エアバッグ（８６）が衝突による収縮を受けると、エアバッグガス放出機構（８７）は、クッション効果の増強、および着用者が地表面（２５０）から跳ね返されたり、または着用者のすぐ近くにある物体の間に捕捉されたりするのを回避することを目的とした、制御されたガス放出プロセス（１０５）を自動的に実行する。

膨張起動信号（１１４）と平行して、ＭＣＵ（４０）は、転倒警報起動信号（１１７）を自動警告／警報発信機（４１）に発行し、自動警告／警報発信機（４１）は、その事前プログラムされた宛先に対する警報コール／メッセージ報告（１０６）を実行する。

前述の起動手順に続いて、ＭＣＵ（４０）はシステム停止信号（１１８）を自動操作スイッチ（７３）に送信し、システムを停止させるように命令する（１１０）。
通常の使用の間、着用者がバックル（１０ｈ）解除機構を押すことによってポーチを取り外すと、ＭＣＵ（４０）は所定時間後にシステムを停止する（１１０）。

さらにより詳細には、システムの起動をもたらす理論データセットは、例えば以下の通りである。

これらの値は本発明を全く限定するものではない。

図９は、本発明の一実施形態に従ったヒッププロテクターシステム１の使用方法を概略的に図示するフローチャートである。
注：読む便宜上、要素は、たとえそれらが本フローチャート中に現われなくても、ここでは括弧内に番号が付されている。

ヒッププロテクターシステム（１）は、完全に自動化された無干渉操作（ｈａｎｄｓ−ｏｆｆ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）のために設計され、構築されている。
高齢者の限定された運動および認識能力は、コンプライアンスを保証するためには、装置の操作における簡単さ、利便性、および融通性を必要とする。

そのような理由で、前記システムは、着用者の能動的関与を必要としない多くの自動化機能を組み込んでいる。
ヒッププロテクターシステムの使用方法を以下に記載する。

着用者（２００）によってポーチ（１０）を着用者のウエスト（２０１）のまわりに着用し、調節クラスプ（１０ｍ）を用いることによって、前記ポーチを着用者のウエストサイズに調節する［段階１００１］。

主スイッチ（７２）が「オン」位置にあるときにポーチロック装置（１０ｇ）をロックすると、ヒッププロテクターシステム（１）は、ロック装置（１０ｇ）に位置する自動操作スイッチ（７３）によって自動的に起動される［段階１００２］。

その起動に続いて、システム自動自己試験手順が前記システムによって実行される。機能不良が検知された場合には、着用者はブザー（６１）によって生成される警報音を聞き、かつ着用者は状態および完全性表示器（６０）の障害表示装置（６２）に示される機能不良コードを読み取り得る［段階１００３］。

機能不良が検知されると、自動機能不良警告は、例えば着用者の携帯電話に格納されたアプリケーションを用いることによって、システム自動警告／警報発信機（４１）を通じて、事前プログラムされた警告の宛先に送信される。そのような宛先は技術サポートセンターであり得る。

着用者はリセットボタン（６３）によって警報音をリセットすることができる。
前記システムは機能不良が処理されていない限り、非作動状態のままでいる。
誤りがない自動自己試験手順の後、ブザー（６１）は特定の準備確認音を発し、ヒッププロテクターシステム（１）はそのデフォルトの「通常」（Ｎ）動作モード（６０１）に入る［段階１００４］。

着用者が完全に伸びた起立位になると直ちに、ヒッププロテクターシステム（１）は、ウエスト高さを再較正する自動手順を実行する［段階１００５］。
この手順は、特定の時点における特定の着用者の物理的属性に従ったヒッププロテクターシステム（１）パラメーター（例えば応答感度など）の微調整、並びに二人以上の着用者によって使用するためのパラメーターの再調整を可能にする。

実施例１：同一の着用者が素足で歩いているか、または別の状況で、かかとの高い靴を履いている。
実施例２：同一の診療科に入院した異なる患者がその装置を交互に使用している。

着用者による日常的使用の間に、ヒッププロテクターシステム（１）は、着用者が認識および関与することなく、随時、動作「通常」（Ｎ）モード［段階１００６ａ］から、動作「アイドル」（Ｉ）モード［段階１００６ｂ］に切り替わってもよく、また逆も同様である。

一般に、ヒッププロテクターシステム（１）は、着用者が起立位、歩行位、および移行位にいる限り、Ｎモードのままでいる。ヒッププロテクターシステム（１）は、進行中の座位または平臥位の識別後には、Ｉモードのままでいる。

起立位、歩行位または移行位にいる間、ヒッププロテクターシステム（１）が切迫した転倒の可能性の増大を識別すると直ちに、該ヒッププロテクターシステムは「転倒警告」（ＦＡ）動作モードに自動的に切り替わる［段階１００７］。

転倒の進行が停止すると推測すると、前記システムはＮモードに切り替える。
これに代わって、転倒の進行が継続する場合には、ヒッププロテクターシステム（１）は、「転倒検知」（ＦＤ）動作モードに切り替える選択肢を有する。

最終的には地表面（２５０）と衝突することになる着用者の転倒の進行を紛れもなく識別した後に、ヒッププロテクターシステム（１）は緊急「転倒検知」状況を宣言し、衝撃損傷を最小限にし、着用者の転倒事象について関係者および関係機関に通知するように意図された一連の自動化操作を実行する［段階１００８ａ］。

緊急「転倒検知」状況の宣言は転倒警報の発令を伴う［段階１００８ｂ］。
ヒッププロテクターシステム（１）は、転倒衝突に対する有効な保護を提供し、股関節部が地表面と直接衝突するのを防止し、したがって股関節部骨折事象の可能性を最小にするために、エアバッグを膨張させるためのプロンプトコマンドを発する［段階１００９ａ］
短時間のうちにそれらの内蔵隔室から飛び出す膨張エアバッグは、着用者のウエストが地表面に接近する際に転倒衝突を緩和する［段階１００９ｂ］。

エアバッグの膨張の起動と平行して、ヒッププロテクターシステム（１）は、家族、介護者およびナーシングホーム職員のような事前プログラムされた宛先に自動転倒警報コール／メッセージを送信する［段階１００９ｃ］。

エアバッグ起動報告および保守サービス依頼メッセージは、技術サポートセンターに直接送信されてもよい。
エアバッグが（８６）地表面との衝突によって引き起こされた収縮を受けると直ちに［段階１０１０］、エアバッグガス放出機構（８７）は、クッション効果の増強、および着用者が地表面（２５０）から跳ね返されたり、または着用者のすぐ近くにある物体の間に捕捉されたりするのを回避することを目的とした、制御されたガス放出プロセスを自動的に実行する［段階１０１１］。

所定時間後、将来の転倒状況の分析に必要とされる転倒前データの安全な記録を保証するために、ＭＣＵ（４０）は自動操作スイッチ（７３）にシステム停止信号（１１８）を送信し、前記自動操作スイッチはヒッププロテクターシステム（１）を停止させる［段階１０１２］。

システムエアバッグが膨張すると、エアバッグおよびガスボンベの交換のような保守活動が行なわれるまで、システムは動作不能になる。
本発明の主な利点は、既知の受動的ヒッププロテクターおよび／または能動的ヒッププロテクターを開発するための以前の試みと比較して、下記を含む。

・本発明は、転倒衝突の損傷に対する有効な物理的股関節部保護を提供する。
・本発明は、信頼できる転倒検知を保証し、誤った転倒警報を最小限にする。
・本発明は、実際の転倒がいつ起こるかを判定するために用いられる重要なメトリックとして、高さ測定値を含む。

・本発明は、それをほとんどいかなる屋内および戸外の環境において着用するのに容易で、魅力的で、かつ相応しいものにする、その簡単で、実用的かつ装飾的なデザインによって、着用者コンプライアンスを保証する。

結論として：
転倒検知の能力を開発するための以前の試みは、典型的には、使用者の身体上の異なる場所に位置する加速度計および傾斜センサのセットを組み込んだ様々な実施形態に基づいていた。

これらの実施形態における転倒検知の決定は、「正常歩行パターン値」（加速度および傾斜角）とリアルタイム測定値との連続的な比較の結果であるはずであった。
前述の方法は、過度に複雑なシステム論理、および誤警報による受け入れ難いレベルのシステム信頼性をもたらした。

本明細書に示したヒッププロテクターシステムの転倒検知の論理は、完全に異なる転倒検知のアプローチ、方法および論理を導入することによって、以前の試みの危険（ｐｉｔｆａｌｌｓ）を避けている。

本発明に従ったシステムの転倒検知論理は、特定の感知センサのセットによって測定されるようなリアルタイム値と、下向きの速度および地表面に対する股関節部近接度の事前定義された組合せとの比較に基づいている。

このシステム論理は、異なるセンサのセットを用いることによって、実現することはできなかった。
さらに、この転倒検知論理は、はるかに簡単なアルゴリズムに翻訳されてもよく、例えば、急に屈んだり、座ったり、または横になったりするような非転倒事象に対する誤警報を排除し得る。

前記センサおよび検知論理により、システムは、該システムが低い警告レベルで動作し得る「アイドル状況」を識別できるようになる。この情報はシステムを低エネルギー消費動作モードに切り替えることに利用され、それはシステムのバッテリーの長寿命化につながる。

システムのバッテリー、エアバッグおよびガスボンベのような使い捨ての構成要素は、着用者によって、着用者の介助者によって、または技術サポートスタッフ員によって、現場で容易に交換され得る。

本発明は限られた数の実施形態に関して記載されているが、本発明の多数の変形例、変更および他の応用がなされ得ることが理解されるであろう。
例えば、上記に示した技術およびシステム論理を用いた本発明の異なる実施形態および変形例は、将来、スキー、スノーボード、乗馬、スケートボード乗車およびサイクリングのような、ヒトのスポーツおよびレジャー活動に典型的な転倒関連傷害および損傷に対する保護に用いられてもよい。

Claims (14)

1. ヒッププロテクターシステム（１）であって、前記ヒッププロテクターシステム（１）は、
   使用者のウエスト平面にて、前記使用者のウエストのまわりに着用されるように構成されるポーチであって、膨張可能なエアバッグを含むポーチと、
   前記使用者の骨盤から地表面上のある地点までの距離を測定するように構成された複数の近接センサ（２１）と、
   前記使用者のウエスト平面の空間定位を提供するように構成されたジャイロ（２２）と、
   前記使用者のウエスト平面の鉛直加速度を決定するように構成された加速度計（２３）と、
   前記複数の近接センサ（２１）、前記ジャイロ（２２）および前記加速度計（２３）に作動可能に接続されているマイクロコントローラユニット（４０）と、
   を含み、
   前記マイクロコントローラユニット（４０）は、
   前記加速度計（２３）から鉛直加速度方向を受信し、
   前記複数の近接センサ（２１）から近接度測定距離信号をそれぞれ受信し、
   前記ジャイロ（２２）によって提供される信号に基づいて鉛直方向に対する空間定位を受信または算出し、
   前記近接度測定距離信号及び前記空間定位に基づいて高さ値をそれぞれ計算し、
   前記複数の近接センサ（２１）から計算されたそれぞれの高さ値を比較するために計算された前記高さ値を高さ比較器（１０９）に転送し、
   前記複数の近接センサ（２１）の少なくとも１つと前記地表面との間の視線を一時的に遮断する物体からの信号反射によって引き起こされる最短高さ測定値を、フィルタリングにて除去して、前記使用者のウエスト平面から前記地表面までの実際の高さを決定するように作動可能であり、
   前記エアバッグは、前記使用者のウエスト平面から前記地表面までの前記実際の高さに応答して膨張されて、前記使用者を保護するものであるヒッププロテクターシステム（１）。
2. 請求項１に記載のヒッププロテクターシステム（１）は前記マイクロコントローラユニット（４０）に作動可能に接続された空圧サブシステムを更に含み、前記空圧サブシステムは、
   ガスボンベと、
   前記ガスボンベに取り付けられたガス放出弁であって、該放出弁は膨張起動信号を受信するように適合されている、ガス放出弁と、
   前記放出弁に取り付けられたガス出口と、
   前記ガス出口に作動可能に接続された空気細管と、
   前記空気細管に作動可能に接続された少なくとも１つのガス弁と、
   前記空気細管に作動可能に接続された少なくとも１つのガス吸入弁と、を含み、
   前記空圧サブシステムは、前記ポーチ内に位置し、前記ポーチは、
   前記ポーチ内に位置し、前記複数の近接センサ（２１）、前記ジャイロ（２２）、前記加速度計（２３）、前記マイクロコントローラユニット（４０）および前記ガス放出弁に電気的に接続されている主バッテリーをさらに備える、ヒッププロテクターシステム（１）。
3. 前記マイクロコントローラユニット（４０）は、
   前記加速度計（２３）からの鉛直加速度から下向きの速度を算出し、
   股関節部−地表面間距離（１０１）および前記下向きの速度（１０３）値の測定された変化を相関付けるように更に作動可能である、請求項１に記載のヒッププロテクターシステム（１）。
4. 前記空圧サブシステムは、
   前記ガス出口と前記少なくとも１つのガス吸入弁との間で、前記空気細管に作動可能に接続されたマニホルドと、
   前記ガスボンベに取り付けられ、前記マイクロコントローラユニットに作動可能に接続されたガス圧力ゲージとをさらに備える、請求項２に記載のヒッププロテクターシステム（１）。
5. 前記ポーチは、
   前記ポーチ内に位置し、前記主バッテリーに電気的に接続され、かつ前記マイクロコントローラユニットに作動可能に接続された自動警告／警報発信機をさらに備える、請求項２に記載のヒッププロテクターシステム（１）。
6. 前記ポーチは、
   少なくとも１つの隔室をさらに備え、前記膨張可能なエアバッグが前記少なくとも１つの隔室内に位置する、請求項２に記載のヒッププロテクターシステム（１）。
7. 前記ポーチに取り付けられたロック装置をさらに備える、請求項２に記載のヒッププロテクターシステム（１）。
8. 左端部に取り付けられたラッチと、
   前記ポーチ上に取り付けられたバックルと、
   前記ポーチ上に取り付けられた調節クラスプと、
   前記バックルに取り付けられた自動操作スイッチと、をさらに備え、前記操作スイッチは、前記主バッテリーに電気的に接続され、かつ前記マイクロコントローラユニットに作動可能に接続されている、請求項２に記載のヒッププロテクターシステム（１）。
9. 前記膨張可能なエアバッグは、該エアバッグの完全膨張状態において所定のエアバッグ膨張サイズを有するように構成されている、請求項１に記載のヒッププロテクターシステム（１）。
10. 請求項１に記載のヒッププロテクターシステム（１）は前記ポーチの外部に配置される空圧サブシステムを更に含み、前記空圧サブシステムは、
    ガスボンベと、
    前記ガスボンベに取り付けられたガス放出弁であって、該放出弁は膨張起動信号を受信するように適合されている、ガス放出弁と、
    前記放出弁に取り付けられたガス出口と、
    前記ガス出口に作動可能に接続された空気細管と、
    前記空気細管に作動可能に接続された少なくとも１つのガス弁と、
    前記空気細管に作動可能に接続された少なくとも１つのガス吸入弁と、を含み、
    前記ポーチは、
    前記ポーチ内に位置し、前記複数の近接センサ（２１）、前記ジャイロ（２２）、前記加速度計（２３）および前記マイクロコントローラユニット（４０）に電気的に接続されている主バッテリーと、
    前記ポーチ内に位置し、前記主バッテリーに電気的に接続され、かつ前記マイクロコントローラユニットに作動可能に接続されている送信機と、をさらに備える、ヒッププロテクターシステム（１）。
11. 前記空圧サブシステムは、
    前記ガスボンベに取り付けられたガス圧力ゲージと、
    空圧サブシステムスイッチと、
    前記空圧サブシステムスイッチおよびガス放出弁に電気的に接続された空圧サブシステムバッテリーと、
    前記空圧サブシステムバッテリーに電気的に接続された受信機と、をさらに備える、請求項１０に記載のヒッププロテクターシステム（１）。
12. 前記マイクロコントローラユニットは、前記複数の近接センサ（２１）から受信された距離信号、前記ジャイロ（２２）から受信された空間定位信号、および前記加速度計（２３）から受信された鉛直加速度信号を連続的に処理し、かつ前記ヒッププロテクターシステム（１）の自動化操作を制御し、管理するように適合されている、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のヒッププロテクターシステム（１）。
13. 使用者のウエストのまわりに着用されるように構成されるヒッププロテクターシステム（１）の動作方法であって、
    前記ヒッププロテクターシステム（１）は、前記使用者のウエスト平面にて同使用者のウエストのまわりに着用されるように構成されるポーチであって、膨張可能なエアバッグを含むポーチと、前記使用者の骨盤から地表面上のある地点までの距離を測定するように構成された複数の近接センサ（２１）と、ジャイロ（２２）と、加速度計（２３）と、前記複数の近接センサ（２１）、前記ジャイロ（２２）および前記加速度計（２３）に作動可能に接続されているマイクロコントローラユニット（４０）とを含み、前記方法は、
    前記加速度計（２３）から鉛直加速度方向を受信する段階と、
    前記複数の近接センサ（２１）から近接度測定距離信号をそれぞれ受信する段階と、
    前記ジャイロ（２２）によって提供される信号に基づいて鉛直方向に対する空間定位を受信または算出する段階と、
    前記近接度測定距離信号及び前記空間定位に基づいて高さ値をそれぞれ計算する段階と、
    計算されたそれぞれの高さ値を比較するために前記高さ値を高さ比較器（１０９）に転送する段階と、
    前記複数の近接センサ（２１）の少なくとも１つと前記地表面との間の視線を一時的に遮断する物体からの信号反射によって引き起こされる最短高さ測定値を、フィルタリングにて除去して、前記使用者のウエスト平面から前記地表面までの実際の高さを決定する段階と、
    を含み、
    前記エアバッグは、前記使用者のウエスト平面から前記地表面までの前記実際の高さに応答して膨張されて、前記使用者を保護するものである、動作方法。
14. 前記使用者が完全に延びた起立位になると、さらなる計算のために前記使用者のウエスト高さを参照高さ値として記録する段階をさらに含む、請求項１３に記載の方法。