JP5332292B2 - Walking analysis and exercise menu suggestion system - Google Patents

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Description

本発明は、被験者の歩行能力を求め、これを基にして適切な運動メニューを提案する歩行解析及び運動メニュー提案システムに関する。   The present invention relates to a walking analysis and exercise menu suggestion system for obtaining a walking ability of a subject and proposing an appropriate exercise menu based on the obtained ability.

高齢者にとって運動能力の低下は切実な問題であり、日頃から適切な運動メニューを実施することで歩行能力を維持したいという要求は大きい。また、リハビリ施設などでは、病気や事故により一時的に歩行能力が低下した被験者の運動機能向上を図るため、被験者の歩行能力を求めるとともに、機能回復に好ましい運動メニューを提案することが行われている。歩行能力の測定や運動メニューの提案は、熟練した専門の測定者やリハビリ指導者により行われるのが一般的となっている。運動メニューの提案に際しては、転倒などの弊害が発生しないように、運動目的や運動の内容、強度を適切なものとする必要がある。   Declining athletic ability is an urgent problem for the elderly, and there is a great demand for maintaining walking ability by carrying out appropriate exercise menus on a daily basis. In addition, in rehabilitation facilities, in order to improve the motor function of subjects whose walking ability has temporarily declined due to illness or accident, the subject's walking ability is requested and a preferable exercise menu is proposed for functional recovery. Yes. Measurement of walking ability and proposal of exercise menus are generally performed by skilled professional measurers and rehabilitation instructors. When proposing an exercise menu, it is necessary to make the exercise purpose, exercise content, and intensity appropriate so that no adverse effects such as falls occur.

このように、被験者の歩行能力を求め、歩行能力あるいは転倒リスクに合う適切な運動メニューを提案するシステムとして、例えば特許文献1に開示される転倒予防指導支援システムがある。特許文献1のシステムは、一般的にマットレス形感圧式歩行分析計と呼ばれる測定器を用いて被験者の歩行動作時の足圧分布データを測定し、その画像処理データにより特徴を抽出して転倒の危険度を判定し、さらに歩行訓練指導画面を表示している。   As described above, for example, there is a fall prevention guidance support system disclosed in Patent Document 1 as a system that obtains the walking ability of a subject and proposes an appropriate exercise menu that matches the walking ability or the fall risk. The system of Patent Document 1 measures foot pressure distribution data during a walking motion of a subject using a measuring instrument generally called a mattress-type pressure-sensitive walking analyzer, extracts features from the image processing data, and falls. The degree of danger is judged and a walking training instruction screen is displayed.

また、特許文献2に開示される転倒予防指導支援装置は、被験者が所定の直線距離を最大努力で歩いた時間である全力歩行データと、被験者が両脚を揃えた状態から最も大きく片方の脚を踏み出し反対側の脚をその横に揃えた時の最大一歩幅データと、被験者が所定高さの台を手すりなしで確実に昇り一旦台上で両脚をそろえて直立した後に向こう側に着実に降りることができるかどうかを判定した踏み台昇降データと、を転倒回避能力評価値として入力部から入力するようになっている。そして、制御部で転倒回避能力評価値を評価するとともに指導項目を決定し、転倒予防の指導のためのバランスチャートを作成し、経年変化グラフを作成し、バランスチャートと経年変化グラフとを印刷出力するようになっている。さらに、記憶部では、転倒回避能力基準値ファイルと指導項目選択ファイルと測定履歴ファイルと平均値データファイルとを記憶するように構成されている。
特開2002−345786号公報 特開2006−102462号公報
In addition, the fall prevention guidance support device disclosed in Patent Document 2 has the largest walking data from the state in which the subject walks a predetermined straight distance with maximum effort, and the subject has both legs aligned to the largest leg. Maximum step length data when the opposite leg is aligned to the side, and the subject ascends without raising the platform at the specified height without lifting the hand, and then stands straight on the platform and then descends to the other side The step-lifting data determined as to whether or not it can be input is input from the input unit as a fall avoidance ability evaluation value. Then, the control unit evaluates the fall avoidance ability evaluation value and decides the guidance items, creates a balance chart for guidance on fall prevention, creates an aging graph, and prints out the balance chart and the aging graph. It is supposed to be. Furthermore, the storage unit is configured to store a fall avoidance capability reference value file, a guidance item selection file, a measurement history file, and an average value data file.
JP 2002-345786 A JP 2006-102462 A

上記特許文献1の技術では、歩行者がマットレス上を自然に3歩から5歩程度歩いた際にマットレス下側の圧力センサが足圧を検出し、システムはその画像時系列データに基づいて歩行者の歩行動作を解析している。また、得られる数値データは、歩幅と歩隔(歩行方向と直交する方向における左右の足の各基準点間の距離)との比率や、歩行者の足の荷重と加圧面積との比率であり、これらの数値データに基づいて転倒危険度を演算している。さらに、これらの数値及び、歩行者の実際の歩行パターンと理想的なパターンとを重ね合わせたグラフを歩行訓練指導画面として表示している。しかしながら、これらの数値やグラフは抽象的であり、経験の浅い指導者にとっては歩行訓練指導画面に基づいて指導を行うことは困難である。また、測定設備は長大かつ高価であり、かつ測定操作が難しかった。さらに測定設備で得られたデータをシステムに再度入力する手間が煩わしく、また入力ミスやデータ紛失のおそれもあった。   In the technique disclosed in Patent Document 1, when the pedestrian naturally walks about 3 to 5 steps on the mattress, the pressure sensor below the mattress detects the foot pressure, and the system walks based on the image time series data. Analyzing the walking motion of the person. In addition, the numerical data obtained is the ratio between the stride and the step (distance between the reference points of the left and right feet in the direction orthogonal to the walking direction), and the ratio between the pedestrian's foot load and the pressure area. Yes, the risk of falling is calculated based on these numerical data. Furthermore, a graph in which these numerical values and the actual walking pattern of the pedestrian and the ideal pattern are superimposed is displayed as a walking training instruction screen. However, these numerical values and graphs are abstract, and it is difficult for an inexperienced instructor to instruct based on the walking training instruction screen. Moreover, the measuring equipment is long and expensive, and the measuring operation is difficult. Further, it is troublesome to input the data obtained by the measuring equipment into the system again, and there is a risk of an input error or data loss.

一方、歩幅を測定する従来方法として、足に水をつけ乾いた床の上を歩行し、足跡の間隔を測定する簡易な方法が行われている。この方法は、設備費用は低廉であるが、測定時の操作やデータの記録及び保管に多大な手間がかかっていた。   On the other hand, as a conventional method for measuring the stride, a simple method for measuring the interval between footprints by walking on a dry floor with water on the feet is performed. Although this method has a low equipment cost, it takes a lot of time for measurement operation and data recording and storage.

また、特許文献2の技術においては、被験者が「10m全力歩行」「最大一歩幅」「つぎ足歩行」「40cm踏み台昇降」の各測定項目を行ったときの測定結果から転倒回避能力を算出し評価している。しかしながら、多くの測定項目を実施して多数の指標を求めることが必要であるため、被験者及び測定者の双方で負担となっていた。また、被験者の歩行能力が低下しているときには、測定精度を得ることが困難となり、あるいは実施自体が困難となる測定項目もある。例えば、転倒するおそれのある被験者の場合、床面に貼付された5cm幅の布テープ上に左右どちらかの足を置き、その足のつま先にもう片方の足の踵が接した姿勢を一歩目とし、これを交互に続け、続けてできた歩数を数える「つぎ足歩行」は、測定精度の得られないおそれがある。また、40cmの踏み台を手すりなしで確実に昇り、一旦台上で両脚をそろえて直立した後に向こう側に着実に降りることができるかどうかを判定する「40cm踏み台昇降」は、被験者の安全が確保できず実施できない場合がある。   In the technique of Patent Document 2, the ability to avoid falls is calculated from the measurement results when the subject performs each measurement item of “10m full power walking”, “maximum one step width”, “following leg walking”, and “40 cm step up / down”. I am evaluating. However, since it is necessary to perform many measurement items and obtain a large number of indices, it has been a burden on both the subject and the measurer. In addition, when the subject's walking ability is reduced, there are some measurement items that make it difficult to obtain measurement accuracy or make the implementation itself difficult. For example, in the case of a subject who may fall, place one foot on the left or right on a 5cm wide cloth tape affixed to the floor, and take a posture where the foot of the other foot is in contact with the toe of the foot. Then, “next leg walking”, in which this is continued alternately and counting the number of steps made in succession, may not provide measurement accuracy. In addition, “40cm step up / down”, which determines whether it is possible to climb the 40cm step without climbing the hand, and to get down to the other side after standing upright with both legs on the stand, ensures the safety of the subject. It may not be possible to implement.

また、従来は、左右両足の総合的な歩行能力を表す指標や、左右の足で個別に求めた指標のみが用いられていた。つまり、左右の足の歩行能力の比や対称程度を示す指標は、用いられていなかった。この左右対称性の指標は、転倒リスクを判別し運動メニューを提案するときの判断材料として有効である。   Conventionally, only an index indicating the total walking ability of both the left and right feet or an index obtained individually for the left and right feet has been used. In other words, the index indicating the ratio of the walking ability of the left and right feet or the degree of symmetry was not used. This left-right symmetry index is effective as a judgment material when determining a fall risk and proposing an exercise menu.

本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであり、被験者が日常的に行うことのできる歩行動作の測定を行って対称性の指標を含む歩行能力を検出し、転倒予防及び運動機能向上のための運動メニューを提案することができる、簡易な構成で測定操作やデータ管理が容易かつ低廉な歩行解析及び運動メニュー提案システムを提供する。   The present invention has been made in view of the current situation as described above, and measures walking motion that can be performed on a daily basis by a subject to detect walking ability including a symmetry index, to prevent falls and exercise. Provided is a gait analysis and exercise menu suggestion system that can propose exercise menus for improving functions and has a simple configuration and easy and inexpensive measurement operation and data management.

本発明者らは、日常的に行うことのできる歩行動作の測定のみを行って歩行能力を求め転倒リスクを判別し運動メニューを提案するシステムを、特願2007−077350号で出願済みである。その後鋭意検討を進め、歩行能力の指標として左右の足の歩行能力の比または対称程度を示す指標が有効であることに想到し、出願済みのシステムを改良した本発明を完成するに至った。   The present inventors have already filed an application in Japanese Patent Application No. 2007-077735 for a system that proposes an exercise menu by determining walking risk by measuring walking ability that can be performed on a daily basis to determine walking ability. Then, earnest study was advanced, and it was conceived that an index indicating the ratio or the degree of symmetry of the walking ability of the left and right feet is effective as an index of walking ability, and the present invention in which the applied system was improved was completed.

すなわち、上記課題を解決する本発明の歩行解析及び運動メニュー提案システムは、被験者の歩行動作を測定して歩行能力を求める歩行能力検出手段と、求めた前記歩行能力から前記被験者の転倒リスクを判別する転倒リスク判別手段と、前記歩行能力または前期転倒リスクに合わせた転倒予防及び運動機能向上のための運動メニューを提案する運動メニュー提案手段と、前記運動メニューを告知するとともに前記歩行能力及び前記転倒リスクの少なくとも一方を告知する告知手段と、を有する歩行解析及び運動メニュー提案システムであって、前記歩行能力検出手段は、左足歩幅と右足歩幅との比を表す左右歩幅比を示す指標を求める対称性検出手段を含み、前記対称性検出手段が対象とする前記歩行動作は、所定距離の歩行動作のうち始めと終わりの各一定距離または各一定歩数を除いた中間部分の歩行動作であることを特徴とする。 That is, the walking analysis and exercise menu suggestion system of the present invention that solves the above-mentioned problem is a walking ability detection means for determining walking ability by measuring a walking motion of a subject, and discriminating a fall risk of the subject from the obtained walking ability. A fall risk discriminating means, an exercise menu suggesting means for proposing a fall prevention menu and an exercise menu for improving the locomotor function in accordance with the walking ability or the fall risk of the previous period, and the exercise menu and the walking ability and the fall A walking analysis and exercise menu suggestion system having notification means for notifying at least one of the risks, wherein the walking ability detection means is symmetric for obtaining an index indicating a left / right stride ratio representing a ratio of a left leg stride length and a right leg stride length The walking motion that is the target of the symmetry detecting means includes a sex detecting means, and is Characterized in that it is a walking operation of the constant distance or intermediate portion except for the fixed number of steps and end.

本発明の歩行解析及び運動メニュー提案システムは、対称性検出手段を含む歩行能力検出手段と、転倒リスク判別手段と、運動メニュー提案手段と、告知手段と、で構成することができる。各手段は、例えば、パソコン及びその周辺装置とソフトウェアとにより実現することができる。また、対称性検出手段は、歩行能力検出手段の一部としてソフトウェアで実現することができる。言うまでもないが、「歩行能力を求める」とは、歩行能力の高低を表す歩行速度や歩幅などの指標を定量的に数値化して求めることを意味する。   The walking analysis and exercise menu suggestion system of the present invention can be composed of walking ability detection means including symmetry detection means, fall risk determination means, exercise menu suggestion means, and notification means. Each means can be realized by, for example, a personal computer and its peripheral devices and software. The symmetry detecting means can be realized by software as a part of the walking ability detecting means. Needless to say, “determining walking ability” means obtaining an index such as walking speed and stride indicating the level of walking ability by quantitatively quantifying.

対称性検出手段が求める歩行能力の指標は、左足歩幅と右足歩幅との比を表す左右歩幅比とする。例えば、左足を踏み出したときの左足歩幅L、右足を踏み出したときの右足歩幅Rのとき、左右歩幅比Xは次式で求められる。
X=L/(L+R):R/(L+R)
左右歩幅比X=50:50であれば、左右の歩幅が等しいと言える。左右歩幅比をはじめとする左右対称性の指標は、転倒リスクを判別する際に参考とすることができる。また、運動メニューの選択に際して、左右で異なる運動種目や異なる運動強度を提案することも可能になる。さらに、左右対称性の指標は、いずれか一方の足の潜在的な疾病や損傷を見つけだすことや、歩行能力向上程度の左右の比較評価にも有効であると考えられる。
The indicator of walking ability required by the symmetry detection means is a left / right stride ratio that represents a ratio between the left foot stride and the right foot stride. For example, when the left foot stride length L when the left foot is stepped on and the right foot stride length R when the right foot is stepped on, the left / right stride ratio X is obtained by the following equation.
X = L / (L + R): R / (L + R)
If the left / right stride ratio X = 50: 50, it can be said that the left and right stride are equal. The symmetry index including the left / right stride ratio can be used as a reference when determining the fall risk. In addition, when selecting an exercise menu, it is possible to propose different exercise types and different exercise intensities on the left and right. Furthermore, the left-right symmetry index is considered to be effective for finding potential illnesses and injuries on either foot and for comparative evaluation of the degree of walking ability improvement.

X=L/(L+R):R/(L+R)
左右歩幅比X=50:50であれば、左右の歩幅が等しいと言える。左右歩幅比をはじめとする左右対称性の指標は、転倒リスクを判別する際に参考とすることができる。また、運動メニューの選択に際して、左右で異なる運動種目や異なる運動強度を提案することも可能になる。さらに、左右対称性の指標は、いずれか一方の足の潜在的な疾病や損傷を見つけだすことや、歩行能力向上程度の左右の比較評価にも有効であると考えられる。
X = L / (L + R): R / (L + R)
If the left / right stride ratio X = 50: 50, it can be said that the left and right stride are equal. The symmetry index including the left / right stride ratio can be used as a reference when determining the fall risk. In addition, when selecting an exercise menu, it is possible to propose different exercise types and different exercise intensities on the left and right. Furthermore, the left-right symmetry index is considered to be effective for finding potential illnesses and injuries on either foot and for comparative evaluation of the degree of walking ability improvement.

前記対称性検出手段が対象とする前記歩行動作は、所定距離の歩行動作のうち始めと終わりの各一定距離を除いた中間部分の歩行動作である、ことでもよい。   The walking motion targeted by the symmetry detection means may be a walking motion at an intermediate portion excluding each predetermined distance at the beginning and end of the walking motion at a predetermined distance.

また、前記対称性検出手段が対象とする前記歩行動作は、所定距離の歩行動作のうち始めと終わりの各一定歩数を除いた中間部分の歩行動作である、ことでもよい。   Further, the walking motion targeted by the symmetry detecting means may be a walking motion at an intermediate portion excluding a fixed number of steps at the beginning and end of the walking motion at a predetermined distance.

さらに、前記左右歩幅比は、複数個の左足歩幅及び右足歩幅からそれぞれ求められた平均左足歩幅及び平均右足歩幅を用いて求められる、ことが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the left / right stride ratio is obtained using an average left foot stride and an average right foot stride obtained from a plurality of left foot stride and right foot stride, respectively.

対称性検出手段が対象とする被験者の歩行動作の形態に制約はないが、左右歩幅比を求める前提となる左右の足の各歩幅を得られることが条件となる。所定距離の歩行動作のうち始めと終わりの各一定距離を除いた中間部分の歩行動作を対象とすれば、歩き始めと歩き終わりの不揃いな歩行動作を削除して、中間の安定した歩行動作のみを対象とすることができ、左右歩幅比の精度が向上する。また、所定距離の歩行動作のうち始めと終わりの各一定歩数を除いた中間部分の歩行動作を対象とすれば、中間の安定した歩行動作のみを対象とすることができ、かつ歩幅を求める際に1歩未満の端数処理を行う煩雑さが解消される。中間の安定した歩行動作が左右各複数歩の場合、左右それぞれで平均値演算を行い、求められた平均左足歩幅及び平均右足歩幅から左右歩幅比を求めることができる。   There is no restriction on the form of the walking motion of the subject targeted by the symmetry detection means, but it is a condition that the steps of the left and right feet, which are the premise for obtaining the right / left step ratio, can be obtained. If the walking motion of the middle part excluding each fixed distance at the beginning and the end of the walking motion of a predetermined distance is targeted, the irregular walking motion at the beginning and the end of walking is deleted, and only the stable walking motion in the middle The accuracy of the left / right stride ratio is improved. In addition, if the walking motion of the intermediate portion excluding the fixed number of steps at the beginning and the end of the walking motion of a predetermined distance is targeted, only the stable walking motion in the middle can be targeted and the step length is obtained. In addition, the complexity of performing fraction processing of less than one step is eliminated. When the middle stable walking motion is a plurality of left and right steps, the left and right stride ratios can be obtained from the average left foot stride and the average right foot stride obtained by calculating an average value for each of the left and right.

前記歩行動作は、前記被験者が通常の速度で歩行する通常歩行動作のみの1歩行形態、または前記被験者が全力で歩行する全力歩行動作及び前記通常歩行動作の2歩行形態である、ことが好ましい。   It is preferable that the walking motion is a single walking mode in which the subject walks at a normal speed only in a normal walking motion, or a two-walking mode in which the subject walks at full power and the normal walking motion.

歩行動作の形態は、被験者が通常の速度で歩行する通常歩行動作のみの1歩行形態とすることができ、被験者が全力で歩行する全力歩行動作を加えて2歩行形態とすることもできる。1歩行形態とした場合は測定及びデータ処理を簡易に行うことができ、2歩行形態とした場合には、歩行能力の指標の種類が増えて転倒リスクの判定精度を向上することができる。   The form of the walking motion can be a one-walking mode with only a normal walking motion in which the subject walks at a normal speed, and a two-walking mode can be added by adding a full-strength walking motion in which the subject walks at full power. Measurement and data processing can be easily performed in the case of the one walking form, and in the case of the two walking form, the types of indicators of walking ability can be increased and the fall risk determination accuracy can be improved.

前記歩行能力検出手段は、前記被験者の腰部に取り付けて歩行動作中の加速度を測定する加速度測定手段と、測定された加速度を基に前記歩行能力を推定する歩行能力推定手段と、を有する、ことが好ましい。   The walking ability detection means includes acceleration measuring means that is attached to the waist of the subject and measures acceleration during walking motion, and walking ability estimation means that estimates the walking ability based on the measured acceleration. Is preferred.

歩行能力検出手段は、加速度測定手段と、歩行能力推定手段と、で構成することができる。加速度測定手段は、被験者の腰部に取り付けて歩行動作中の加速度を測定するものである。加速度測定手段は、少なくとも被験者の腰部の前後方向すなわち歩行方向の加速度を連続的に測定するように構成することができる。また、上下方向及び左右方向を含む3方向の加速度を連続的に測定するようにしてもよい。   The walking ability detection means can be composed of acceleration measurement means and walking ability estimation means. The acceleration measuring means is attached to the subject's waist and measures the acceleration during the walking motion. The acceleration measuring means can be configured to continuously measure at least the acceleration in the front-rear direction of the waist of the subject, that is, the walking direction. Moreover, you may make it measure continuously the acceleration of 3 directions including an up-down direction and a left-right direction.

歩行能力推定手段は、測定した加速度のデータから歩行速度、歩幅や左右歩幅比などの歩行能力の指標を推定する手段である。この推定には相関推定式を用いることができる。詳述すると、予め多数の予備被験者を対象とし標準的な測定器を用いて歩行能力の指標を実測し、同時に3方向の加速度を測定する。そして、歩行能力の指標と加速度との間の相関分析を行って、相関性があることを確認し、歩行能力の指標を加速度の関数として表す相関推定式を求めておく。この後、被験者を対象として加速度を測定し、実測された加速度の値を相関推定式に代入すれば、被験者の歩行能力の指標を推定することができる。   The walking ability estimation means is a means for estimating a walking ability index such as a walking speed, a stride, and a left / right stride ratio from the measured acceleration data. A correlation estimation formula can be used for this estimation. More specifically, an indicator of walking ability is measured using a standard measuring instrument for a large number of preliminary subjects in advance, and accelerations in three directions are simultaneously measured. Then, a correlation analysis between the walking ability index and the acceleration is performed to confirm that there is a correlation, and a correlation estimation expression that represents the walking ability index as a function of acceleration is obtained. Thereafter, when the acceleration is measured for the subject and the actually measured acceleration value is substituted into the correlation estimation formula, the indicator of the walking ability of the subject can be estimated.

歩行能力推定手段で歩幅を求める別法として、数学的な積分演算を用いることもできる。つまり、歩き始めの位置及び速度ゼロを初期条件とし、測定した加速度を積分演算することで歩行速度を得ることができ、もう一度積分演算することにより歩行距離を求めることができる。さらに、加速度変化の特徴点と歩行動作とを対応付けることができて、一歩に要した一歩時間を求めることができ、歩行速度と一歩時間とから歩幅を求めることができる。   As another method for obtaining the stride by the walking ability estimating means, mathematical integration can be used. In other words, the walking speed can be obtained by integrating the measured acceleration with the initial position of the position at the start of walking and zero speed, and the walking distance can be obtained by performing another integral calculation. Furthermore, the feature point of the acceleration change and the walking motion can be associated with each other, the one-step time required for one step can be obtained, and the stride can be obtained from the walking speed and the one-step time.

前記歩行能力検出手段は、前記左右歩幅比に加えて、歩行速度、歩幅、歩調、膝伸展力、足首背屈力、の少なくとも一つを求める、ことでもよい。   The walking ability detecting means may obtain at least one of walking speed, stride, pace, knee extension force, ankle dorsiflexion force in addition to the left / right stride ratio.

対称性検出手段を含む歩行能力検出手段は、歩行能力の指標として左右歩幅比だけでなく、歩行速度、歩幅、歩調、膝伸展力、足首背屈力、の少なくとも一つを求めるようにしてもよい。上記指標のうち歩幅は、左右歩幅比を求める過程で既に得られている。他の指標は、前述の歩幅を求める相関推定式と同様の方法で求めることができる。歩行能力の指標を増やすことにより、後述の転倒リスクの判定精度を向上することができ、さらには提案する運動メニューをより適切化することができる。   The walking ability detecting means including the symmetry detecting means may obtain at least one of walking speed, stride, pace, knee extension force, ankle dorsiflexion force as well as the left / right stride ratio as an indicator of walking ability. Good. Of the above indices, the stride has already been obtained in the process of obtaining the left / right stride ratio. Other indices can be obtained by the same method as the correlation estimation equation for obtaining the above-mentioned stride. By increasing the index of walking ability, it is possible to improve the determination accuracy of the fall risk described later, and to further optimize the proposed exercise menu.

転倒リスク判別手段は、求めた歩行能力の高低から転倒リスクの大小を判別することができる。例えば、転倒リスクを、転倒危険、転倒注意、躓き注意、問題なし(元気)の4段階のどれか一つと判別することができる。   The fall risk discriminating means can discriminate the magnitude of the fall risk from the obtained walking ability level. For example, the risk of falling can be determined as one of four stages of danger of falling, attention to falling, attention to whispering, and no problem (goodness).

前記運動メニュー提案手段は、複数ある運動目的に対してそれぞれ前記運動メニューを保持し、求められた前記歩行能力または前記転倒リスクに合う前記運動メニューを選択して提案する、ようにしてもよい。   The exercise menu suggesting unit may hold the exercise menu for each of a plurality of exercise purposes, and select and propose the exercise menu that matches the obtained walking ability or the fall risk.

運動メニューは、激しい運動から軽い運動まで多数準備し、運動の実施回数や実施時間も考慮することが好ましい。そして、運動メニュー提案手段は、これらの運動メニューを全て保持しておき、求められた歩行能力または転倒リスクに合う運動メニューを選択して提案するように構成することができる。   It is preferable to prepare a large number of exercise menus from intense exercise to light exercise, and also consider the number of exercises and the execution time. The exercise menu proposing means can be configured to hold all these exercise menus and select and propose an exercise menu that matches the required walking ability or risk of falling.

さらに、前記運動メニュー提案手段は、対称性向上を前記運動目的とする対称性向上運動メニューを保持し、求められた前記左右歩幅比に合う前記対称性向上運動メニューを選択して提案する、ことが好ましい。   Further, the exercise menu proposing means holds a symmetry improving exercise menu whose purpose of exercise is to improve symmetry, and selects and proposes the symmetry improving exercise menu that matches the obtained left / right stride ratio. Is preferred.

左右の歩行能力の対称性が損なわれている被験者のために、対称性向上を運動目的とする専用の対称性向上運動メニューを準備し、運動メニュー提案手段で保持して、求められた左右歩幅比に合う対称性向上運動メニューを選択して提案するように構成することができる。   For subjects whose left / right walking ability is not symmetric, prepare a dedicated symmetry-enhancing exercise menu for the purpose of exercise to improve symmetry, hold it in the exercise menu suggestion means, A symmetry enhancement exercise menu that matches the ratio can be selected and proposed.

告知手段は、運動メニューを告知するとともに、歩行能力及記転倒リスクの少なくとも一方を告知するものである。告知手段には、例えば、パソコンのディスプレーを用いることができ、被験者やリハビリの指導者などに運動メニューをはじめとする必要情報を表示して告知することができる。告知手段には出力プリンタを用いて必要情報を印刷して告知するようにしてもよく、その他の情報告知媒体を用いることもできる。   The notification means notifies the exercise menu and at least one of the walking ability and the risk of falling. As the notification means, for example, a display of a personal computer can be used, and necessary information including an exercise menu can be displayed and notified to a subject or a rehabilitation instructor. As the notification means, the output printer may be used to print and notify necessary information, and other information notification media may be used.

前記告知手段は、前記歩行能力及び前記転倒リスクの少なくとも一方の時系列変化を告知する、ようにしてもよい。   The notification means may notify a time series change of at least one of the walking ability and the fall risk.

繰り返してシステムを利用する被験者のために、告知手段で歩行能力及び転倒リスクの少なくとも一方の時系列変化を告知することができる。すると、歩行能力の変化の様子や実施した運動メニューの効果を容易に確認することができて便利である。   For a subject who repeatedly uses the system, the notification means can notify the time series change of at least one of walking ability and fall risk. Then, it is convenient because the state of change in walking ability and the effect of the exercise menu performed can be easily confirmed.

前記歩行能力検出手段、前記転倒リスク判別手段、前記運動メニュー提案手段、及び告知手段の相互間の一部または全てが、有線通信手段または無線通信手段により結合されている、ことでもよい。   A part or all of the walking ability detection unit, the fall risk determination unit, the exercise menu suggestion unit, and the notification unit may be coupled by a wired communication unit or a wireless communication unit.

各手段を通信手段で結合することにより、離れた地点からでも本発明のシステムを利用することができる。また、データを一元的に管理することができて再入力の手間が不要となり、入力ミスやデータ紛失の心配もなく、効率的である。   By combining each means with a communication means, the system of the present invention can be used even from a remote location. Also, data can be managed centrally, eliminating the need for re-input, and there is no worry of input mistakes or data loss, which is efficient.

本発明の歩行解析及び運動メニュー提案システムでは、被験者の歩行動作を測定するだけで、転倒リスクの判別や運動メニューの提案に有効な左右歩幅比の指標を求めることができ、加えて、所定距離の歩行動作のうち中間の安定した歩行動作のみを対象とするので左右歩幅比の精度が向上し、実用性能が高められた。さらに、左右歩幅比の指標は、潜在的な疾病や損傷を見つけだすことや、左右の足の機能回復程度の比較評価にも有効である。 In the walking analysis and exercise menu suggestion system of the present invention, it is possible to obtain an index of the right / left stride ratio effective for the fall risk determination and the exercise menu suggestion only by measuring the walking motion of the subject, in addition, the predetermined distance Since only the middle stable walking motion is targeted, the accuracy of the left / right stride ratio is improved and the practical performance is enhanced. Furthermore, the index of the left / right stride ratio is effective for finding potential diseases and injuries and for comparative evaluation of the degree of functional recovery of the left and right feet.

また、加速度測定手段を有する態様では、被験者の歩行動作時の腰部加速度を測定するだけでよいので、多くの測定項目が必要とされる従来の方法と比較して、被験者及び測定者の負担が少なく、装置構成は簡易でかつ低廉である。   Further, in the aspect having the acceleration measuring means, it is only necessary to measure the waist acceleration during the walking motion of the subject, so that the burden on the subject and the measurer is larger than the conventional method that requires many measurement items. The apparatus configuration is simple and inexpensive.

さらに、各手段間を通信手段で結合した態様では、データを一元的に管理することができて再入力の手間が不要となり、入力ミスやデータ紛失の心配もなく、効率的である。   Furthermore, in a mode in which the respective means are coupled by the communication means, data can be managed in a centralized manner, and there is no need for re-input, and there is no fear of input mistakes or data loss, which is efficient.

本発明を実施するための最良の形態を、図1〜図12を参考にして説明する。図1は本発明の実施例の歩行解析及び運動メニュー提案システム100を説明する機能ブロック図である。図示されるように、実施例のシステム100は、歩行能力検出手段1、転倒リスク判別手段2、運動メニュー提案手段3、告知手段4により構成されている。歩行能力検出手段1は、加速度測定手段5及び歩行能力推定手段6で構成され、歩行能力推定手段6は対称性検出手段7を含んでいる。   The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a walking analysis and exercise menu suggestion system 100 according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the system 100 according to the embodiment includes a walking ability detection unit 1, a fall risk determination unit 2, an exercise menu suggestion unit 3, and a notification unit 4. The walking ability detection means 1 includes an acceleration measurement means 5 and a walking ability estimation means 6, and the walking ability estimation means 6 includes a symmetry detection means 7.

加速度測定手段5は被験者の歩行動作時の腰部加速度を測定する手段であり、歩行能力推定手段6は腰部加速度から歩行能力の指標を推定する手段であり、対称性検出手段7は腰部加速度から左右歩幅比を推定する手段である。また、転倒リスク判別手段2は、歩行能力から転倒リスクを判別する手段である。運動メニュー提案手段3は、歩行能力及び転倒リスクを参考にして、データベース8内に記憶された多数の運動メニューから適切なものを選択して提案する手段である。告知手段4は、歩行能力、転倒リスク、選択して提案する運動メニューなどを、被験者やリハビリ指導者に告知する手段である。   The acceleration measuring means 5 is a means for measuring the waist acceleration during the walking motion of the subject, the walking ability estimating means 6 is a means for estimating an indicator of walking ability from the waist acceleration, and the symmetry detecting means 7 is a right and left from the waist acceleration. It is a means for estimating the stride ratio. Moreover, the fall risk discriminating means 2 is a means for discriminating the fall risk from the walking ability. The exercise menu suggesting means 3 is a means for selecting and proposing an appropriate one from a large number of exercise menus stored in the database 8 with reference to walking ability and fall risk. The notification means 4 is means for notifying the subject and the rehabilitation instructor of walking ability, fall risk, exercise menu to be selected and proposed.

上記の各手段1〜7は、加速度計とコンピュータ及び周辺装置からなるハードウェアと、コンピュータ上で実行されるソフトウェアとにより実現されている。図2は、実施例のシステム100の実態構成を説明するハードウェア構成図である。本実施例のシステム100は、歩行動作を測定する加速度計10、被験者の歩行能力を推定し転倒リスクを判別し運動メニューを選択提案する演算部20、歩行時間などを測定する時間測定部30、歩行能力・転倒リスク・運動メニューを告知する表示部40、各種情報を記憶する記録部50、で実態構成されている。   Each of the means 1 to 7 is realized by hardware including an accelerometer, a computer, and peripheral devices, and software executed on the computer. FIG. 2 is a hardware configuration diagram illustrating an actual configuration of the system 100 according to the embodiment. The system 100 of this embodiment includes an accelerometer 10 that measures walking motion, a computing unit 20 that estimates the walking ability of a subject, determines a fall risk, and selects and proposes an exercise menu, a time measuring unit 30 that measures walking time, and the like. The display unit 40 that notifies walking ability, the risk of falling, and the exercise menu, and the recording unit 50 that stores various types of information are actually configured.

加速度計10は加速度測定手段5に相当し、被験者の歩行動作時に腰部に取り付けて加速度を検出するものである。加速度計10は、歩行方向すなわち前後方向のX方向加速度検出部12と、左右方向のY方向加速度検出部14と、上下方向のZ方向加速度検出部16と、により構成されている。各検出部12、14、16は一体化されており、前後加速度、左右加速度、上下加速度のすべてを検出することができるようになっている。3方向の加速度は、それぞれ独立した前後加速度信号、左右加速度信号、上下加速度信号とされて、演算部20に出力されるようになっている。   The accelerometer 10 corresponds to the acceleration measuring means 5 and is attached to the waist when the subject is walking to detect acceleration. The accelerometer 10 includes a walking direction, that is, an X-direction acceleration detection unit 12 in the front-rear direction, a Y-direction acceleration detection unit 14 in the left-right direction, and a Z-direction acceleration detection unit 16 in the up-down direction. Each of the detection units 12, 14, and 16 is integrated, and can detect all of the longitudinal acceleration, the lateral acceleration, and the vertical acceleration. The accelerations in the three directions are output to the calculation unit 20 as independent longitudinal acceleration signals, lateral acceleration signals, and vertical acceleration signals.

なお、加速度計10としては、一般的に知られている加速度センサを使用することができる。例えば、圧電素子を用いた3軸の加速度センサや、静電容量型の3軸加速度センサ等を使用することができる。3軸加速度センサの場合、上記前後加速度検出部12、左右加速度検出部14、上下加速度検出部16は、一つの検出素子とすることができる。または、1軸あるいは2軸の加速度センサを組み合わせて使用してもよい。   As the accelerometer 10, a generally known acceleration sensor can be used. For example, a triaxial acceleration sensor using a piezoelectric element, a capacitance type triaxial acceleration sensor, or the like can be used. In the case of a triaxial acceleration sensor, the longitudinal acceleration detection unit 12, the lateral acceleration detection unit 14, and the vertical acceleration detection unit 16 can be a single detection element. Alternatively, a uniaxial or biaxial acceleration sensor may be used in combination.

演算部20は、A/D変換器22と、演算装置としてのCPU24と、記憶装置としてのROM26及びRAM28と、から構成されている。A/D変換器22は、加速度計10から入力されるアナログ加速度信号をディジタル加速度信号に変換するものである。A/D変換器22から出力されるディジタル加速度信号は、RAM28に一旦記憶され、CPU24により所定の処理が行われるようになっている。例えば、ディジタル加速度信号は、時間測定部30から入力される時間情報とともに処理されて、歩行動作数歩分の時間変化波形としてRAM28に記憶されるようになっている。   The arithmetic unit 20 includes an A / D converter 22, a CPU 24 as an arithmetic device, and a ROM 26 and a RAM 28 as storage devices. The A / D converter 22 converts the analog acceleration signal input from the accelerometer 10 into a digital acceleration signal. The digital acceleration signal output from the A / D converter 22 is temporarily stored in the RAM 28, and predetermined processing is performed by the CPU 24. For example, the digital acceleration signal is processed together with the time information input from the time measuring unit 30 and stored in the RAM 28 as a time change waveform for several steps of walking motion.

また、ROM26には、歩行能力推定手段6に相当するソフトウェアが格納されている。つまり、RAM28に記憶された3方向の加速度信号の時間変化波形から、特定の歩行動作の開始や終了の時点や特定の期間を抽出して歩行能力を求めるソフトウェアが格納されている。さらに、ROM26には、その他の手段2、3、4、に相当するソフトウェアも同様に格納されている。これらのソフトウェアは、必要に応じて随時実行されるようになっている。   The ROM 26 stores software corresponding to the walking ability estimation means 6. That is, software for obtaining the walking ability by extracting the start time and end time of a specific walking motion and a specific period from the time change waveform of the acceleration signal in three directions stored in the RAM 28 is stored. Further, the ROM 26 also stores software corresponding to the other means 2, 3, 4. These software programs are executed as needed.

次に、図3を参考にして歩行動作を説明する。図3は、歩行動作及び対応する加速度信号の時間変化波形を示す図である。歩行とは、交互に左右の足を前に振り出すものである。地面に接して体重を支持している足を立脚といい、地面から離れて前に振り出される足を遊脚という。左右各足において、地面に着いた状態の立脚期と、地面から離れた遊脚期とがある。両足が同時に立脚期となっている期間が両脚支持期間Aとなり、一方の足だけが立脚期となっている期間が単脚支持期間Bとなる。   Next, the walking motion will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a time-varying waveform of a walking motion and a corresponding acceleration signal. Walking refers to alternately swinging left and right feet forward. A leg that touches the ground and supports weight is called a stance leg, and a leg that swings forward from the ground is called a free leg. In each of the left and right legs, there is a stance phase in which the foot is attached to the ground and a swing phase in which the foot is separated from the ground. A period in which both feet are in the stance phase simultaneously is a both-leg support period A, and a period in which only one leg is in the stance phase is a single-leg support period B.

立脚期は、遊脚となった足の踵が地面に接触する状態(踵接地)で開始し、爪先側も地面に接地することで足の底が略床面に沿って接触する状態(足底接地)、足の底が床面に接触した状態から踵の部分が床面から離れる状態(踵離地)を経て、爪先(足尖)が床面から離れることにより、足が床面から離れる状態(足尖離地)で終了する。したがって、踵接地から足尖離地までが立脚期となり、足尖離地から踵接地までが遊脚期となる。   The stance phase starts when the heel of the foot that has become a free leg is in contact with the ground (heel contact), and the bottom of the foot is in contact with the ground substantially along the toe (ground). The bottom of the foot), the state where the bottom of the foot is in contact with the floor surface, the state where the heel part is separated from the floor surface (the heel-off ground), and the toes (toes) are separated from the floor surface. End in a state of leaving (toe away). Accordingly, the stance phase is from the heel grounding to the toe-seated ground, and the free leg phase is from the heel-landing to the heel grounding.

特定の歩行動作とは、図3に示される踵接地動作や足底接地動作や足尖離地動作などのうちいずれかを示すものである。踵接地動作は一方の足の踵が接地する動作であり、足底接地動作は一方の足の底全体が接地する動作であり、足尖離地動作は他方の足の足尖が離地する動作である。   The specific walking motion indicates any one of the heel contact operation, the sole contact operation, the toe-off operation and the like shown in FIG. The heel contact operation is an operation in which the heel of one foot is in contact with the ground, the sole contact operation is an operation in which the entire sole of the one foot is grounded, and the toe release operation is performed by the foot apex of the other foot. Is the action.

次に、歩行能力推定手段6について説明する。歩行能力推定手段6は、ソフトウェアで実現された期間抽出手段、推定指標算出手段、及び歩行能力算出手段により構成されている。期間抽出手段は、上述の特定の歩行動作が始まる時点及び終わる時点や継続している特定期間を抽出するものである。推定指標算出手段は、抽出された特定期間内における3方向の加速度に基づいて推定指標を算出するものである。なお、推定指標は、加速度と歩行能力との関係を仲介するパラメータである。歩行能力算出手段は、ROM26に格納された推定指標と歩行能力との関係(例えば関係式)を利用して、推定指標から歩行能力を算出するものである。歩行能力算出手段の一部は、左右歩幅比を算出する対称性検出手段7となっている。   Next, the walking ability estimation means 6 will be described. The walking ability estimation means 6 includes a period extraction means, an estimated index calculation means, and a walking ability calculation means implemented by software. The period extracting means extracts a point in time when the above specific walking motion starts and ends, and a specific period that continues. The estimated index calculation means calculates the estimated index based on the extracted acceleration in the three directions within the specified period. The estimated index is a parameter that mediates the relationship between acceleration and walking ability. The walking ability calculation means calculates the walking ability from the estimated index using a relationship (for example, a relational expression) between the estimated index and the walking ability stored in the ROM 26. A part of the walking ability calculating means is a symmetry detecting means 7 for calculating the right / left stride ratio.

転倒リスク判別手段2もソフトウェアで実現されており、算出された各歩行能力を基にして、転倒リスクを判別するようになっている。判別に際しては、予め求められてROM26に格納された歩行能力の高低と多段階の転倒リスクとの対応関係を利用している。   The fall risk discriminating means 2 is also realized by software, and the fall risk is discriminated based on the calculated walking ability. At the time of determination, the correspondence relationship between the level of walking ability obtained in advance and stored in the ROM 26 and the multi-step fall risk is used.

同様に、運動メニュー提案手段3もソフトウェアで実現されており、歩行能力及び転倒リスクの少なくとも一方を参考にして、適切な運動メニューを選択し提案するようになっている。選択及び提案に際しては、予め求められてROM26に格納された歩行能力及び転倒リスクと多数の運動メニューとの対応関係を利用している。   Similarly, the exercise menu proposing means 3 is also realized by software, and selects and proposes an appropriate exercise menu with reference to at least one of walking ability and fall risk. In selecting and proposing, the correspondence between the walking ability and the risk of falling and the many exercise menus which are obtained in advance and stored in the ROM 26 is used.

上記のように推定された歩行能力や判別された転倒リスク及び提案された運動メニューは、RAM28に一旦記憶させておくことができ、自動的にあるいは操作により記録部50に保存することができる。   The walking ability estimated as described above, the determined fall risk and the proposed exercise menu can be temporarily stored in the RAM 28, and can be stored in the recording unit 50 automatically or by operation.

告知手段4に相当する表示部40は、歩行能力、転倒リスク及び運動メニューを自動的にあるいは操作により表示するようになっている。なお、被験者の情報等を入力する図略の入力部が備えられており、表示部40は被験者や日付などの情報も一緒に表示するようになっている。また、記録部50に保存されている過去の測定結果も併せて表示されるようになっている。さらに、告知手段4として結果を印刷出力する図略の出力プリンタも備えられている。   The display unit 40 corresponding to the notification unit 4 displays the walking ability, the fall risk, and the exercise menu automatically or by operation. Note that an unillustrated input unit for inputting subject information and the like is provided, and the display unit 40 also displays information such as the subject and date. In addition, past measurement results stored in the recording unit 50 are also displayed. Furthermore, an output printer (not shown) that prints out the result as a notification means 4 is also provided.

次に、上述のように構成された実施例の歩行解析及び運動メニュー提案システム100の動作、作用について説明する。図4は、実施例のシステム100の動作、作用を説明するフローチャートの図である。   Next, the operation and action of the walking analysis and exercise menu suggestion system 100 according to the embodiment configured as described above will be described. FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation and operation of the system 100 according to the embodiment.

図4において、まず測定準備として、被験者の腰部に加速度計10を取り付ける。(ステップS1)。次に、被験者の歩行動作に併せて加速度を測定する。加速度計10で検出された腰部の3方向の加速度信号は、A/D変換器22によりディジタル変換されて一旦RAM28に記憶される(ステップS2)。次いで、CPU24は、3方向の加速度の時間変化波形を作成する(ステップ3)。   In FIG. 4, first, as a measurement preparation, the accelerometer 10 is attached to the waist of the subject. (Step S1). Next, acceleration is measured in conjunction with the walking motion of the subject. The acceleration signals in the three directions of the waist detected by the accelerometer 10 are digitally converted by the A / D converter 22 and temporarily stored in the RAM 28 (step S2). Next, the CPU 24 creates a time-varying waveform of acceleration in three directions (step 3).

このとき、被験者の歩行動作は通常歩行と全力歩行の2歩行形態とする。また、歩行動作の所定距離は16mとして測定を行い、CPU24で歩き始めと歩き終わりの各4歩を除いた中間部分の歩行動作を有効なデータとして扱うようにしている。4歩の歩行距離は、一般的には約3mに相当するので、概ね10mの安定した歩行動作を有効なデータとして歩行能力を求めることになる。また、16mの歩行動作で測定を行い、CPU24で歩き始めと歩き終わりの各3mを除いた中間部分の10mの歩行動作を有効なデータとして扱うようにしてもよい。この場合には、10mの両端にある1歩未満の端数を、例えば削除して扱うことができる。10mの有効なデータ中からは、左右各6〜7歩程度の有効な歩幅データが得られる。さらには別法として、11mの歩行動作で測定を行い、CPU24で歩き始めと歩き終わりの各4歩または各3mを除いた中間部分の概ね5mの歩行動作を有効なデータとして扱うようにしてもよい。この別法では、左右各3歩程度の有効な歩幅データが得られる。   At this time, the test subject's walking motion is a normal walking and full power walking. Further, the predetermined distance of the walking motion is measured as 16 m, and the CPU 24 treats the walking motion of the intermediate portion excluding 4 steps each of the start and end of walking as effective data. Since the walking distance of 4 steps generally corresponds to about 3 m, the walking ability is obtained by using a stable walking motion of about 10 m as effective data. Alternatively, the measurement may be performed with a walking motion of 16 m, and the CPU 10 may treat the walking motion of 10 m in the middle portion excluding 3 m at the beginning and the end of walking as valid data. In this case, the fraction less than one step at both ends of 10 m can be handled by deleting, for example. From 10 m of effective data, effective stride data of about 6 to 7 steps on the left and right can be obtained. As another alternative, measurement is performed with a walking motion of 11 m, and the CPU 24 treats the walking motion of approximately 5 m in the middle portion excluding 4 steps at the beginning and the end of walking or 3 m at each end as valid data. Good. In this alternative method, effective stride data of about three steps on the left and right is obtained.

ステップ3に続いて、CPU24は、期間検出手段のソフトウェアにより、加速度信号の時間変化から特定の歩行動作が行われる時点及び特定期間を判定する(ステップS4)。具体的には、(1)加速度信号を時間微分することにより、加速度信号がピーク値に達した時点を検出する、または(2)前後加速度、上下加速度、左右加速度から選択される一つの加速度に着目して正から負あるいは負から正に変化する時点を検出する、あるいは(3)加速度信号のピーク値に対してある所定割合の加速度となる時点を検出する。検出されたこれらの時点は、特定の歩行動作が開始あるいは終了する時点となる。   Subsequent to step 3, the CPU 24 determines the time point and the specific period when the specific walking motion is performed from the time change of the acceleration signal by the software of the period detection means (step S4). Specifically, (1) the time point at which the acceleration signal reaches a peak value is detected by differentiating the acceleration signal with respect to time, or (2) one acceleration selected from longitudinal acceleration, vertical acceleration, and lateral acceleration. Attention is paid to the detection of a point of time when the signal changes from positive to negative or from negative to positive, or (3) a point of time when the acceleration reaches a certain predetermined ratio with respect to the peak value of the acceleration signal. These detected time points are the time points when a specific walking motion starts or ends.

上記(1)〜(3)の方法のうちいずれを用いるかの判定基準は、予めROM26に保存しておくことができ、実行時に自動選択することができる。また、(2)の方法でどの方向の加速度を選択するか、あるいは(3)の方法で所定割合をどうするか、についてもROM26で設定できるようになっている。さらに、上記(1)〜(3)の方法のうち、最も適切なものを随時選択するようにしてもよいし、これらの方法を適宜組み合わせた方法を採用することもできる。   A criterion for determining which of the methods (1) to (3) is used can be stored in the ROM 26 in advance and can be automatically selected at the time of execution. In addition, the ROM 26 can also set which direction of acceleration is selected by the method (2) or what a predetermined ratio is to be selected by the method (3). Furthermore, among the methods (1) to (3), the most appropriate method may be selected as needed, or a method in which these methods are appropriately combined may be employed.

一例として、上記(2)の方法による右踵接地の検出判定基準ソフトウェアのフローについて説明する。前後加速度の大きな負のピークを検出し(ステップS401)、負のピークの直前の前後加速度の極小点を検出する(ステップS402)。次に負のピークと極小点との間に左右加速度が正から負に変化する点があるか否か判定する(ステップS403)。左右加速度が正から負に変化する点が上記範囲内にある場合は、該変化点を(右)踵接地動作の時点と判定する(ステップS404)。左右加速度が正から負に変化する点が上記範囲内にない場合は、極小点を(右)踵接地動作の時点と判定する(ステップS405)。なお、上記の説明は(右)踵接地における判定であり、(左)踵接地を判定する場合には、上記ステップS403において、負のピークと極小点との間に左右加速度が負から正に変化する点があるか否かを判定すればよい。   As an example, a description will be given of the flow of starboard contact detection criterion software by the method (2). A negative peak with large longitudinal acceleration is detected (step S401), and a minimum point of longitudinal acceleration immediately before the negative peak is detected (step S402). Next, it is determined whether or not there is a point where the lateral acceleration changes from positive to negative between the negative peak and the minimum point (step S403). When the point at which the lateral acceleration changes from positive to negative is within the above range, the change point is determined as the point of (right) heel contact operation (step S404). If the point at which the lateral acceleration changes from positive to negative is not within the above range, the minimum point is determined as the time point of the (right) heel contact operation (step S405). Note that the above description is a determination on (right) heel contact, and when (left) heel contact is determined, in step S403, the lateral acceleration is changed from negative to positive between the negative peak and the minimum point. What is necessary is just to determine whether there exists a point to change.

ステップ4に続いて、判定された特定の歩行動作の特定時点及び特定期間をRAM28に記憶する(ステップS5)。次にCPU24は、推定指標算出手段のソフトウェアにより、特定の歩行動作の特定期間中における推定指標を算出する。(ステップS6)。   Subsequent to step 4, the determined specific time point and specific period of the specific walking motion are stored in the RAM 28 (step S5). Next, the CPU 24 calculates an estimated index during a specific period of a specific walking motion by software of the estimated index calculation means. (Step S6).

一例として、後述の推定指標V1を算出するソフトウェアのフローについて説明する。前後加速度が正から負になる時点を検出し(ステップS601)、次に前後加速度が負から正になる時点を検出する(ステップS602)。さらに、一方の足の踵接地時点から他方の足の踵接地時点までの時間である一歩時間を算出する(ステップS603)。検出された2つの時点及び算出された一歩時間を後述の算出式に代入し、推定指標V1を算出する(ステップS604)。   As an example, a flow of software for calculating an estimation index V1 described later will be described. A point in time when the longitudinal acceleration changes from positive to negative is detected (step S601), and then a point in time when the longitudinal acceleration changes from negative to positive is detected (step S602). Further, a one-step time that is a time from the time when the one foot is touched to the other foot is calculated (step S603). The two detected time points and the calculated one-step time are substituted into a calculation formula described later to calculate the estimated index V1 (step S604).

本実施例では7つの推定指標V1〜V7を算出しており、CPU24は算出した各推定指標をRAM28に記憶する(ステップS7)。次にCPU24は、歩行能力算出手段のソフトウェアにより、歩行能力を算出する。具体的には、歩行能力として歩行速度及び歩幅を算出する場合、CPU24はROM26に記憶されている歩行速度算出式及び歩幅算出式にそれぞれ算出した各推定指標を代入する(ステップS8)。歩行能力の各指標は有効な歩行動作の1歩ごとに算出されるので、歩行動作中の左右各足の平均値や最大値、最小値を求めるようにしている。なお、膝伸展力及び足首背屈力も同様に算出することができる。   In this embodiment, seven estimated indices V1 to V7 are calculated, and the CPU 24 stores the calculated estimated indices in the RAM 28 (step S7). Next, the CPU 24 calculates the walking ability by the software of the walking ability calculation means. Specifically, when calculating the walking speed and the stride as the walking ability, the CPU 24 substitutes each estimated index calculated in the walking speed calculation formula and the stride calculation formula stored in the ROM 26 (step S8). Since each index of the walking ability is calculated for each step of the effective walking motion, the average value, the maximum value, and the minimum value of the left and right feet during the walking motion are obtained. The knee extension force and ankle dorsiflexion force can be calculated in the same manner.

次にCPU24は、算出済みの平均左足歩幅L及び平均右足歩幅Rを用いて、次式により左右歩幅比Xを求める(ステップS9)。   Next, the CPU 24 uses the calculated average left foot stride length L and average right foot stride length R to obtain the left / right stride ratio X by the following equation (step S9).

左右歩幅比X=L/(L+R):R/(L+R)
算出された歩行速度、歩幅、左右歩幅比はRAM28に一旦記憶され、自動的にあるいは操作により記録部50に保存される(ステップS10)。ここまでで、歩行能力を求める動作が終了する。
Left / right stride ratio X = L / (L + R): R / (L + R)
The calculated walking speed, stride, and left / right stride ratio are temporarily stored in the RAM 28, and stored in the recording unit 50 automatically or by operation (step S10). Thus, the operation for obtaining the walking ability is completed.

続いて、被験者の情報として、氏名、年齢、身長、体重、性別を入力する。(ステップS11)。次に、記憶されている歩行速度、歩幅、左右歩幅比のデータを再度読み込む。これらのデータは、他の測定機器で測定され別途入力されたものであってもよい(ステップS12)。読み込まれた歩行速度及び歩幅を用い、次式により歩調を算出する(ステップS13)。   Subsequently, the name, age, height, weight, and gender are input as subject information. (Step S11). Next, the stored walking speed, stride, and left / right stride ratio data are read again. These data may be measured by another measuring device and input separately (step S12). Using the read walking speed and stride, the pace is calculated by the following equation (step S13).

歩調(step/min)=歩行速度(m/sec)÷歩幅(m)×60
次に求められた歩行速度、歩幅及び歩調の値の組み合わせにより、被験者の転倒リスクを図5及び図6の一覧表に基づいて判別する。(ステップS14)。図5は、通常歩行形態での測定データを基にして転倒リスクを判別する一覧表である。表に示されるように、歩行速度は0.69(m/sec)以下、1.5(m/sec)以上及びその間が多数段階に分けられ、歩幅は0.49(m)以下、0.8(m)以上及びその間が多数段階に分けられ、歩調は90(step/min)以下、91(step/min)以上の2段階に分けられている。そして、各段階の組み合わせにより転倒リスクが判別されるようになっている。例えば、歩行速度0.69(m/sec)以下でかつ歩幅0.49(m)以下step/min)以下の場合は“転倒危険がある”と判定される。また、歩行速度1.5(m/sec)以上でかつ歩幅0.8(m)以上かつ歩蝶91(step/min)以上の場合は“問題なし”と判定される。
Step (step / min) = walking speed (m / sec) ÷ step length (m) × 60
Next, the fall risk of the subject is determined based on the list of FIGS. 5 and 6 based on the combination of the walking speed, the stride, and the gait values obtained. (Step S14). FIG. 5 is a list for determining a fall risk based on measurement data in a normal walking form. As shown in the table, the walking speed is 0.69 (m / sec) or less, 1.5 (m / sec) or more, and the interval between them is divided into multiple stages, the stride is 0.49 (m) or less, and 0. 8 (m) or more and the interval between them are divided into many stages, and the pace is divided into two stages of 90 (step / min) or less and 91 (step / min) or more. And the fall risk is discriminated by the combination of each stage. For example, when the walking speed is 0.69 (m / sec) or less and the step length is 0.49 (m) or less (step / min) or less, it is determined that “there is a risk of falling”. If the walking speed is 1.5 (m / sec) or higher, the step length is 0.8 (m) or higher, and the butterfly 91 (step / min) is higher, it is determined that there is no problem.

また、図6は、全力歩行形態での測定データを基にして転倒リスクを判別する一覧表であり、通常歩行形態と比較して段階間の境界値が異なっている。この2つの一覧表では、転倒リスクは、転倒危険、転倒注意、躓き注意、問題なしの4段階に分けられている。例示された段階間の境界値は、被験者の体格、年齢、性別、歩行形態(通常歩行、全力歩行)等に合わせて適宜設定することができる。   FIG. 6 is a list for determining the risk of falls based on the measurement data in the full power walking mode, and the boundary values between the stages are different from those in the normal walking mode. In these two lists, the risk of falling is divided into four stages: danger of falling, attention to falling, attention to whispering, and no problem. The boundary values between the illustrated steps can be appropriately set according to the physique, age, sex, walking form (normal walking, full power walking), etc. of the subject.

判別された転倒リスクは、RAM28に一時的に記憶され、さらに自動的にあるいは操作により記録部50に保存される。(ステップS15)。   The determined fall risk is temporarily stored in the RAM 28 and further stored in the recording unit 50 automatically or by operation. (Step S15).

本実施例では、左右歩幅比は転倒リスクの判別には直接的には用いられていない。しかしながら、左右歩幅比が均衡していなければ転倒リスクは増加するので、これを定量的に評価して転倒リスクの判別に反映することができる、例えば、図5及び図6の一覧表に、転倒リスクを段階付けて追加することができる。   In this embodiment, the right / left stride ratio is not directly used for the fall risk determination. However, if the right / left stride ratio is not balanced, the fall risk increases, and this can be quantitatively evaluated and reflected in the fall risk discrimination. For example, the list of FIG. 5 and FIG. Risks can be added in stages.

次に、判別された転倒リスクを基にして、予め保存されている運動メニューから転倒予防及び運動機能向上に適切なもの選択する(ステップ16)。このとき、転倒リスクだけでなく、歩行能力も参考にして運動メニュー選択することができる。例えば、被験者の左右歩幅比が均衡していないときには、バランス機能向上の運動目的に適した運動メニューを推奨したり、左右で運動種目を変えたり、左右で運動強度を変えたりることができる。   Next, on the basis of the determined fall risk, an appropriate selection for fall prevention and improvement of exercise function is selected from a pre-stored exercise menu (step 16). At this time, the exercise menu can be selected with reference to not only the fall risk but also the walking ability. For example, when the left / right stride ratio of the subject is not balanced, an exercise menu suitable for an exercise purpose for improving the balance function can be recommended, the exercise type can be changed left and right, and the exercise intensity can be changed left and right.

上記のように、CPU24によって、歩行能力の指標が算出され、転倒リスクが判別されて、運動メニューが選択される。そして最後に、CPU24は、運動メニューをその他の情報とともに表示部40に表示して告知する(ステップS17)。その他の情報とは、歩行能力、転倒リスク、被験者情報などであり、過去のデータも含まれる。これらの情報は、操作により選択して表示するようにしてもよく、あるいはすべての情報を自動的に表示するようにしてもよい。また、被験者が所望する運動メニューを選択するようにして、選択した運動メニューの詳細を表示させることもできる。   As described above, the CPU 24 calculates an index of walking ability, determines a fall risk, and selects an exercise menu. Finally, the CPU 24 displays the exercise menu together with other information on the display unit 40 and notifies it (step S17). Other information includes walking ability, fall risk, subject information, etc., and includes past data. These pieces of information may be selected and displayed by operation, or all information may be automatically displayed. Further, the exercise menu desired by the subject can be selected, and the details of the selected exercise menu can be displayed.

次に、推定指標を用いた歩行速度及び歩幅の算出方法の詳細について説明する。まず、歩行速度及び歩幅を算出する際に用いる7つの推定指標V1〜V7の選定理由と算出式について説明する。   Next, details of a method for calculating the walking speed and the stride using the estimated index will be described. First, the reasons for selecting the seven estimated indexes V1 to V7 used when calculating the walking speed and the stride and the calculation formulas will be described.

(推定指標V1)前後加速度を積分することにより前進速度、つまり歩行速度をある程度算出することはできるが、積分誤差の影響が大きく、推定精度の面で問題がある。そこで以下のように考えた。歩行動作は、加速動作と減速動作の繰り返しであり、加速動作にかける時間(加速時間)と減速動作にかける時間(減速時間)の比率を見た場合に、加速にかける時間が大きいほうが速い歩行速度となる傾向がある、したがって、一歩時間における減速時間の比率が推定指標として使用できる。この場合、減速時間とは、前後方向において最大速度となる点(前後の最大速度位置と称す)から前後方向の最低速度になる点(前後の最低速度位置と称す)までの時間にあたる。したがって、推定指標V1を次の算出式により求めることとした。   (Estimated index V1) Although the forward speed, that is, the walking speed can be calculated to some extent by integrating the longitudinal acceleration, the influence of the integration error is large and there is a problem in the estimation accuracy. Therefore, I thought as follows. Walking motion is a repetition of acceleration and deceleration operations. When you look at the ratio of the time to accelerate (acceleration time) and the time to decelerate (deceleration time), the longer the time to accelerate, the faster the walking Therefore, the ratio of the deceleration time in one step time can be used as an estimation index. In this case, the deceleration time corresponds to the time from the point at which the maximum speed is obtained in the front-rear direction (referred to as the front-rear maximum speed position) to the point at which the minimum speed in the front-rear direction (referred to as the front-rear minimum speed position). Therefore, the estimated index V1 is determined by the following calculation formula.

推定指標V1=前後の最大速度位置から前後の最低速度位置までの時間/一歩時間
加速度は、速度の微分である。そのため、図3において前後の速度が最大になる点は加速度が時間軸を正から負に横切るところであり、前後の速度が最小になる点は加速度が時間軸を負から正に横切るところである。よって、"最大速度位置から最低速度位置までの時間“とは、”前後加速度が負から正になる時間“−”正から負になる時間“である。
Estimated index V1 = Time from the front and rear maximum speed position to the front and rear minimum speed position / step time Acceleration is a derivative of speed. Therefore, in FIG. 3, the point where the front and rear speeds are maximum is where the acceleration crosses the time axis from positive to negative, and the point where the front and rear speeds are minimum is where the acceleration crosses the time axis from negative to positive. Therefore, “the time from the maximum speed position to the minimum speed position” is “the time when the longitudinal acceleration becomes negative to positive“ − ”the time when positive and negative becomes positive”.

ここで、推定指標V1と歩行速度との相関性を確認するために、多数の予備被験者で実測したデータを用いて相関分析を行った。つまり、X軸を推定指標V1とし、Y軸を(歩行速度/身長)とし、予備被験者のデータをプロットして相関グラフを作成した。Y軸の歩行速度は、本実施例とは別の三次元動作分析システムを利用して測定された実測値である。また、個人差の影響を低減して規格化するために、歩行速度を身長で割った値を用いた。この相関グラフでは、一歩時間における減速時間の割合が小さいほど歩行速度を身長で割った値が大きい傾向があり、推定指標V1と歩行速度を身長で割った値との間には負の相関が認められた。なお、歩行速度や歩幅を身長で割って規格化することは、他の推定指標V2〜V7でも共通に実施している。   Here, in order to confirm the correlation between the estimated index V1 and the walking speed, a correlation analysis was performed using data measured by a large number of preliminary subjects. That is, the X-axis is the estimated index V1, the Y-axis is (walking speed / height), and the data of the preliminary subjects are plotted to create a correlation graph. The walking speed on the Y axis is an actual measurement value measured using a three-dimensional motion analysis system different from the present embodiment. Moreover, in order to reduce and standardize the influence of individual differences, a value obtained by dividing walking speed by height was used. In this correlation graph, the smaller the rate of deceleration time in one step time, the larger the value obtained by dividing the walking speed by the height, and there is a negative correlation between the estimated index V1 and the value obtained by dividing the walking speed by the height. Admitted. Note that the normalization by dividing the walking speed and the stride by the height is performed in common for the other estimated indexes V2 to V7.

(推定指標V2)大きな正の加速度が起こると、大きな負の加速度が起こる。歩行速度が速い場合、加速度変化は大きいと考えられる。そのため一歩期間における減速を示す負の前後加速度は歩行速度を反映していると考えた。   (Estimated index V2) When a large positive acceleration occurs, a large negative acceleration occurs. When the walking speed is fast, the acceleration change is considered large. Therefore, the negative longitudinal acceleration indicating deceleration during the one-step period was considered to reflect the walking speed.

加速度変化が大きい場合、消費エネルギーは大きくなる。上記のように推定指標V1と歩行速度とが相関が取れていることから、歩行速度が速い場合には一歩時間において加速動作に費やす時間が長くなることが分かる。つまり大きな制動(負の加速度)が起こった場合、それは加速時間が長かったと考えられる。これは消費エネルギーが極力大きくならないような歩行を行っていると考えられ、通常歩行は最小限の消費エネルギーで行う運動であるという仮定に則していると考えられる。したがって、推定指標V2を次の算出式により求めることとした。   When the acceleration change is large, the energy consumption increases. Since the estimated index V1 and the walking speed are correlated as described above, it can be seen that when the walking speed is high, the time spent for the acceleration operation becomes longer in one step time. In other words, when large braking (negative acceleration) occurs, it is considered that the acceleration time was long. This is considered to be walking such that the energy consumption does not increase as much as possible, and it is considered that the normal walking is based on the assumption that the movement is performed with the minimum energy consumption. Therefore, the estimated index V2 is obtained by the following calculation formula.

推定指標V2=前後加速度が正から負に変わる点から負から正へ変わる点までの前後加速度の積分値/積分期間時間
"前後加速度が正から負に変わる点から負から正へ変わる点までの前後加速度の積分値"とは、推定指標V1の"最大速度位置から最低速度位置までの時間"を表す期間の前後加速度を時間積分した値である。つまり推定指標V2は、その積分値を積分期間時間で割った値で、減速動作時における平均減速度を意味する。また、推定指標V2と(歩行速度/身長)との相関分析を行ったところ、両者の間には負の相関が認められた。
Estimated index V2 = Integral value of the longitudinal acceleration / integration period time from the point at which the longitudinal acceleration changes from positive to negative to the point from negative to positive
"The integrated value of the longitudinal acceleration from the point at which the longitudinal acceleration changes from positive to negative to the point at which it changes from negative to positive" means the longitudinal acceleration in the period representing the "time from the maximum speed position to the minimum speed position" of the estimated index V1 Is a value obtained by integrating over time. That is, the estimated index V2 is a value obtained by dividing the integral value by the integration period time, and means an average deceleration during the deceleration operation. Further, when a correlation analysis between the estimated index V2 and (walking speed / height) was performed, a negative correlation was found between them.

(推定指標V3)歩行中の身体重心は、上下動を繰り返す。身体重心位置は、踵接地時に最も低くなり、身体が直立した状態にある時(立脚中期)に最も高くなる。立脚中期後、足が身体前方へ振り出されることにより、身体重心が下方へ移動し、踵接地時に最下点となる。   (Estimated index V3) The body center of gravity during walking repeatedly moves up and down. The position of the center of gravity of the body is lowest when the heel is touched, and is highest when the body is in an upright state (mid stance). After the middle stage of stance, when the foot is swung forward, the center of gravity of the body moves downward and becomes the lowest point when the heel touches.

したがって重心が上方へ移動する際に発生する上方加速度、上方への移動速度の減速の際に発生する上方減速加速度、重心が下方へ移動する際に発生する下方加速度も歩行速度を反映していると考えられる。上方加速度は、踵接地時の衝撃による振動が入っていると考えられるため、外力による振動の影響が少ないと考えられる上方減速加速度と下方加速度に着目した。   Therefore, the upward acceleration generated when the center of gravity moves upward, the upward deceleration acceleration generated when the upward moving speed is decelerated, and the downward acceleration generated when the center of gravity moves downward also reflect the walking speed. it is conceivable that. Since the upward acceleration is considered to be caused by vibration due to the impact at the time of ground contact, attention was paid to the upward deceleration acceleration and downward acceleration, which are considered to be less affected by the vibration due to external force.

立脚中期は足尖離地後に現れる。そのため足尖離地後の上下加速度における負の加速度は、立脚中期直前での上下減速加速度と足を前に振り出すことによる身体重心の下方加速度を示していると考えた。踵接地直前の正の上下加速度は、踵接地時の衝撃力を緩和するための下方速度を減速させるための加速度であると考えた。この衝撃緩和という動作は、踵接地時(制動期)の筋負荷を低減することができ、消費エネルギーを抑えるという仮定に準じていると言える。歩行速度を反映していると考えられる両積分値の絶対値の和を推定指標V3とした。   The middle stance phase appears after the toes leave. Therefore, we thought that the negative acceleration in the vertical acceleration after the toe-off shows the vertical deceleration acceleration just before the middle stance and the downward acceleration of the body center of gravity by swinging the foot forward. The positive vertical acceleration immediately before the heel contact was considered to be an acceleration for decelerating the downward speed to mitigate the impact force at the heel contact. This operation of impact relaxation can be said to be based on the assumption that muscle load at the time of saddle contact (braking period) can be reduced and energy consumption is suppressed. The sum of absolute values of both integral values considered to reflect the walking speed was used as the estimated index V3.

推定指標V3=|上方速度の減速量/期間時間|+|下方速度の減速量/期間速度|
"上方速度の減速量"とは、足尖離地から上下加速度が負から正に変わる点までを期間とした上下加速度の時間積分値を示す。よって、|上方速度の減速量/期間時間|は、この特定期間での上下方向平均減速度の絶対値を意味する。また"下方速度の減速量"とは、上下加速度が負から正に変わる点から踵接地までを特定期間とした上下加速度の時間積分値を示す。よって、|下方速度の減速量/期間時間|は、この特定期間での上下方向平均加速度の絶対値を意味する。また、推定指標V3と(歩行速度/身長)との相関分析を行ったところ、両者の間には正の相関が認められた。
Estimated index V3 = | Deceleration amount of upper speed / period time | + | Deceleration amount of lower speed / period speed |
The “deceleration amount of the upward speed” indicates a time integral value of the vertical acceleration over a period from the tip of the foot to the point where the vertical acceleration changes from negative to positive. Therefore, | the amount of deceleration of the upward speed / period time | means the absolute value of the average deceleration in the vertical direction in this specific period. Further, the “deceleration amount of the downward speed” indicates a time integration value of the vertical acceleration with a specific period from the point at which the vertical acceleration changes from negative to positive to the heel contact. Therefore, | the amount of deceleration of the downward speed / period time | means the absolute value of the average acceleration in the vertical direction during this specific period. Further, when a correlation analysis between the estimated index V3 and (walking speed / height) was performed, a positive correlation was found between the two.

(推定指標V4)
推定指標V4=(右[左]踵接地から左[右]踵接地までの前後加速度を積分し、最大速度と最低速度の差)/(前後の最大速度位置から前後の最低速度位置までの時間/一歩時間)
ここで、推定指標V4と(歩行速度/身長)との相関分析を行ったところ、両者の間には正の相関が認められた。
(Estimated index V4)
Estimated index V4 = (integration of longitudinal acceleration from right [left] 踵 contact to left [right] 踵 contact, difference between maximum speed and minimum speed) / (time from maximum front and rear speed position to minimum front and rear speed position) / Step time)
Here, when a correlation analysis was performed between the estimated index V4 and (walking speed / height), a positive correlation was found between the two.

(推定指標V5)次に、加速前期にあたる右足尖離地から右立脚後期(足尖離地以降の上下加速度が負から正に変わる点)までの前後加速度を積分し、右立脚後期時の前後速度を歩行速度の推定指標V5とした(同様に左立脚後期時の前後速度も用いることが出来る)。   (Estimated index V5) Next, integrate the longitudinal acceleration from the right foot apex in the first acceleration phase to the late right stance phase (the point where the vertical acceleration changes from negative to positive after the foot apex) and before and after the right stance phase The speed was set as an estimated index V5 of walking speed (similarly, the longitudinal speed at the late stage of the left stance can also be used).

推定指標V5=右[左]足尖離地から右[左]立脚後期までの前後加速度の積分値
ここで、推定指標V5と(歩行速度/身長)との相関分析を行ったところ、両者の間には正の相関が認められた。
Estimated index V5 = Integral value of longitudinal acceleration from right [left] toe separation to right [left] late stance Here, when a correlation analysis between estimated index V5 and (walking speed / height) was performed, There was a positive correlation between them.

(推定指標V6)次に、立脚初期(足尖離地以降、上下加速度が正から負へ変わる最初の点)から立脚後期までの上下加速度を積分し算出される速度と立脚後期から他方の足の踵接地までの上下加速度を積分し算出される速度の和の大きさを推定指標V6とした。   (Estimated index V6) Next, the speed calculated by integrating the vertical acceleration from the initial stage of stance (the first point at which the vertical acceleration changes from positive to negative after the point of foot separation) to the late stage of stance and the other leg from the late stage of stance. The magnitude of the sum of the speeds calculated by integrating the vertical acceleration until the ground contact of the heel was set as the estimated index V6.

推定指標V6=|一方の足の立脚初期から立脚後期までの上下加速度の積分値|と|一方の足の立脚後期から他方の足の踵接地直前までの上下加速度の積分値|の和
ここで、推定指標V6と(歩行速度/身長)との相関分析を行ったところ、両者の間には正の相関が認められた。
Estimated index V6 = | the sum of the integrated value of the vertical acceleration from the initial stance phase of one foot to the late stance phase and the integrated value of the vertical acceleration from the late stance phase of one foot to just before the heel contact of the other foot When a correlation analysis between the estimated index V6 and (walking speed / height) was performed, a positive correlation was found between the two.

(推定指標V7)
推定指標V7=推定指標V6/推定指標V1
ここで、推定指標7と(歩行速度/身長)との相関分析を行ったところ、両者の間には正の相関が認められた。
(Estimated index V7)
Estimated index V7 = estimated index V6 / estimated index V1
Here, when a correlation analysis between the estimated index 7 and (walking speed / height) was performed, a positive correlation was found between the two.

次に、推定指標V1〜V7を用いて歩行速度を求める歩行速度推定式について説明する。歩行速度推定式は、相関分析の結果を基にして、いずれか1つの推定指標に係数を掛け定数を加えた一次関数で表現することができる。また、より精度を向上するために重回帰分析を行って、複数の推定指標を用いた推定式を得ることもできる。推定指標V1〜V3を用いた推定式の例を次に示す。   Next, a walking speed estimation formula for determining the walking speed using the estimation indexes V1 to V7 will be described. The walking speed estimation formula can be expressed by a linear function obtained by multiplying any one estimated index by a coefficient based on the result of the correlation analysis. In addition, in order to improve the accuracy, multiple regression analysis can be performed to obtain an estimation formula using a plurality of estimation indices. An example of an estimation formula using the estimation indexes V1 to V3 is shown below.

推定歩行速度=0.249×V1−0.091×V2+0.049×V3+0.269
上記の推定式に、予備被験者の測定データから算出した推定指標V1〜V3を代入して推定歩行速度を算出し、実測歩行速度との相関性を確認した。つまり、X軸を(推定歩行速度/身長)とし、Y軸を(実測歩行速度/身長)として予備被験者の測定データをプロットした相関グラフを作成したところ、正の高い相関が認められた。
Estimated walking speed = 0.249 × V1−0.091 × V2 + 0.049 × V3 + 0.269
The estimated walking speed was calculated by substituting the estimated indices V1 to V3 calculated from the measurement data of the preliminary subject into the above estimation formula, and the correlation with the actually measured walking speed was confirmed. That is, when a correlation graph in which the measurement data of the preliminary subjects were plotted with the X axis as (estimated walking speed / height) and the Y axis as (actual walking speed / height) was created, a high positive correlation was recognized.

また、推定指標V4〜V7を用いた場合には次の推定式が得られた。   Further, when the estimation indexes V4 to V7 were used, the following estimation formula was obtained.

推定歩行速度=0.18×V4+0.56×V5+0.69×V6−0.15×V7+0.38
この推定式でも、正の高い相関が認められた。
Estimated walking speed = 0.18 × V4 + 0.56 × V5 + 0.69 × V6-0.15 × V7 + 0.38
Even in this estimation formula, a high positive correlation was observed.

次に、歩幅を求める歩幅推定式であるが、歩行速度推定式と同様に、1つまたは複数の推定指標に係数を掛け定数を加えた式で表現することができる。例えば、推定指標V4、V6、V7を用いた場合には次の推定式が得られた。   Next, a stride estimation formula for obtaining a stride can be expressed by a formula obtained by multiplying one or a plurality of estimation indices by a coefficient and a constant, similarly to the walking speed estimation formula. For example, when the estimation indexes V4, V6, and V7 are used, the following estimation formula is obtained.

推定歩幅=0.11×V4+0.27×V6−0.06×V7+0.24
上記の推定式に、予備被験者の測定データから算出した推定指標V4、V6、V7を代入して推定歩幅を算出し、実測歩幅との相関性を確認した。つまり、X軸を(推定歩幅/身長)とし、Y軸を(実測歩幅/身長)として予備被験者の測定データをプロットした相関グラフを作成したところ、正の高い相関が認められた。
Estimated stride = 0.11 × V4 + 0.27 × V6-0.06 × V7 + 0.24
Estimated strides were calculated by substituting the estimated indices V4, V6, and V7 calculated from the measurement data of the preliminary subjects into the above estimation formula, and the correlation with the actually measured stride was confirmed. That is, when a correlation graph in which the measurement data of the preliminary subject was plotted with the X axis as (estimated stride / height) and the Y axis as (actual stride / height) was created, a high positive correlation was recognized.

以上説明したように、相関分析を行って推定指標の算出式と歩行速度推定式及び歩幅推定式を得たことにより、加速度を測定するだけで歩行速度及び歩幅を精度よく推定できることが明らかになった。   As explained above, by performing correlation analysis and obtaining the estimation index calculation formula, the walking speed estimation formula, and the stride estimation formula, it becomes clear that the walking speed and stride can be accurately estimated only by measuring the acceleration. It was.

なお、歩幅には別の推定式を用いることもでき、詳細は先の出願である特願2007−077350号を参照いただきたい。また、膝伸展力及び足首背屈力を推定する推定式についても、先の出願で詳細に説明しているので省略する。   It should be noted that another estimation formula can be used for the stride. For details, see Japanese Patent Application No. 2007-077735, which is an earlier application. In addition, the estimation formulas for estimating the knee extension force and the ankle dorsiflexion force are also described in detail in the previous application, and will be omitted.

次に、図7〜図11を参考にして、表示部40で表示される歩行能力、転倒リスク及び運動メニューの表示画面の例について説明する。   Next, examples of display screens for walking ability, fall risk and exercise menu displayed on the display unit 40 will be described with reference to FIGS.

図7は、歩行能力の表示画面の例である。表示画面の上段左上には画面のタイトルとして「歩行解析」が表示されている。画面上段中央から右側にかけて、表示可能な内容がシンボル及び言葉で表示されている。図示されるように、「登録者一覧」「解析結果」「アドバイス」「運動選択」「運動メニュー」「終了」「印刷」がそれぞれ表示され、さらに現在表示している「解析結果」だけが強調表示されている。画面上段のタイトルの下には、被験者の名前、性別、年齢、身長、体重が表示されるようになっている。なお、画面上段の表示内容は、他の表示画面でも共通となっている。画面中段には、求められた通常歩行及び全力歩行時の歩行速度及び歩幅が過去のデータとともに表示されている。また、基準として同年代の被験者の平均値データが右側に表示されている。画面下段には、過去から現在に至る歩行能力の時系列変化がグラフで表示されている。同年代の平均値データや被験者の歩行能力の時系列変化が表示されることにより、被験者の運動能力向上の意欲を促すことができる。   FIG. 7 is an example of a display screen for walking ability. “Walking analysis” is displayed as the title of the screen in the upper left corner of the display screen. Displayable contents are displayed in symbols and words from the center of the upper stage of the screen to the right side. As shown in the figure, “registrant list”, “analysis result”, “advice”, “exercise selection”, “exercise menu”, “end”, and “print” are displayed, and only the “analysis result” currently displayed is highlighted. It is displayed. Under the title at the top of the screen, the subject's name, gender, age, height, and weight are displayed. The display content in the upper part of the screen is common to other display screens. In the middle of the screen, the obtained walking speed and stride during normal walking and full power walking are displayed together with past data. In addition, the average value data of subjects of the same age is displayed on the right side as a reference. At the bottom of the screen, the time-series changes in walking ability from the past to the present are displayed in a graph. By displaying the average value data of the same age and the time-series changes of the walking ability of the subject, it is possible to encourage the subject's willingness to improve the athletic ability.

図8は、図7に表示された歩行能力の時系列変化のグラフを拡大したものであり、(1)は歩行速度、(2)は平均歩幅、(3)は左右歩幅及び左右歩幅比を示している。各グラフは左から右へと3回分の時系列変化が表示され、いずれも右肩上がりで歩行能力が向上してきたことを例示している。(1)(2)において、上側の折れ線は全力歩行を示し、下側の折れ線は通常歩行を示している。(3)において、左右歩幅比は数値表示されており、右側の最新データは50:50で対称性が満たされているとわかる。   FIG. 8 is an enlarged view of the time-series change graph of walking ability displayed in FIG. 7, where (1) is the walking speed, (2) is the average stride, (3) is the left / right stride and left / right stride ratio. Show. Each graph shows three times of time-series changes from left to right, and all of them illustrate that the walking ability has been improved by rising to the right. (1) In (2), the upper broken line indicates full power walking, and the lower bent line indicates normal walking. In (3), the left / right stride ratio is numerically displayed, and it can be seen that the latest data on the right side is 50:50 and the symmetry is satisfied.

図9は、タイトルに「アドバイス」と表示された転倒リスク及びアドバイスの表示画面の例である。画面中段左側には転倒リスクが時系列的に表示され、画面中段右側には全力歩行時及び通常歩行時の歩行速度と歩幅とが四角形表示されている、四角形は、各値が大きいほど拡がるので、直感的な理解を容易にしている。画面下段には、転倒リスクに合わせて運動メニューを選択する際のアドバイスが表示されている。   FIG. 9 is an example of a display screen of the tipping risk and advice with “advice” displayed in the title. The fall risk is displayed in chronological order on the left side of the middle of the screen, and the walking speed and stride during full power walking and normal walking are displayed on the right side of the middle of the screen as squares. Makes intuitive understanding easy. In the lower part of the screen, advice on selecting an exercise menu according to the fall risk is displayed.

図10は、タイトルに「運動選択」と表示された運動メニュー提案の表示画面の例である。図10では、転倒リスクが「問題なし(元気)」と判定された場合の運動メニューが表示されている。各運動メニューは、運動目的ごとに複数提案され、図解と運動種目名称が表示されている。図示されるように、運動目的は体力向上と歩行動作改善とに大区分され、体力向上は柔軟性向上・下肢筋力強化・バランス機能向上・敏捷性向上に小区分され、歩行動作改善は踏み出し改善・歩行姿勢改善に小区分されている。合計6区分の運動目的に対して合計18種目の運動メニューが提案されている。被験者やリハビリ指導者は、この画面上で所望する運動メニューを選択することができる。   FIG. 10 is an example of an exercise menu proposal display screen with “Exercise Selection” displayed in the title. In FIG. 10, an exercise menu when the fall risk is determined to be “no problem (good)” is displayed. A plurality of exercise menus are proposed for each exercise purpose, and an illustration and an exercise item name are displayed. As shown in the figure, exercise objectives are broadly divided into physical fitness improvement and walking motion improvement, physical fitness improvement is subdivided into flexibility improvement, lower limb muscle strength enhancement, balance function improvement and agility improvement, and walking motion improvement is stepping improvement・ It is subdivided into walking posture improvement. A total of 18 exercise menus have been proposed for a total of 6 exercise purposes. The subject and the rehabilitation instructor can select a desired exercise menu on this screen.

図10の運動メニュー提案画面で運動メニューが選択されると、運動メニューの詳細を説明する別画面が開くようになっている。図11は、運動メニューの詳細を説明する別画面であり、体力向上のうちバランス機能を向上するための片足振りバランス運動が例示されている。この画面では、運動メニューの実施要領や注意事項が図解と文章とで表示される他、実施回数や実施時間も表示されて運動量の目安を知ることができる。   When the exercise menu is selected on the exercise menu suggestion screen in FIG. 10, another screen for explaining the details of the exercise menu is opened. FIG. 11 is another screen for explaining the details of the exercise menu, and illustrates one-leg swing balance exercise for improving the balance function among the physical strength improvements. On this screen, the exercise menu implementation guidelines and precautions are displayed with illustrations and texts, and the number of exercises and the execution time are also displayed, so that the amount of exercise can be known.

また、図1や図2には略されている出力プリンタを用いることにより、図7〜図11の表示画面を用紙に印刷出力することができる。さらに、選択した運動メニューの実施計画書や記録用紙も印刷出力することができる。図12は、運動メニューの実施計画書と記録用紙とを兼ねた週間カレンダーの例である。このカレンダーには選択した運動メニューが記載されており、1週間分の実施内容を書き込むとともに、達成度を自己評価できるようになっている。また、週間カレンダーよりも長期の月間カレンダーも用意されている。被験者はこれらのカレンダーを印刷して持ち帰り、利用することができる。   1 and 2 can be used to print out the display screens of FIGS. 7 to 11 on paper. Furthermore, it is possible to print out an execution plan for the selected exercise menu and a recording sheet. FIG. 12 is an example of a weekly calendar that also serves as an exercise menu execution plan and a recording sheet. This calendar contains the exercise menu you have selected, and you can write your work for one week and self-evaluate your achievement. There is also a monthly calendar that is longer than the weekly calendar. The subject can print out these calendars and take them home for use.

以上説明したように、実施例の歩行解析及び運動メニュー提案システム100によれば、歩行動作時の腰部加速度を測定するだけで、歩行速度や歩幅などの歩行能力の指標を精度よく推定することができる。加速度の測定は、簡易な設備を用いて容易な操作で短時間のうちに行うことができ、専門的な知識も必要とされない。したがって、被験者及び測定者の負担が小さい。   As described above, according to the walking analysis and exercise menu suggestion system 100 of the embodiment, it is possible to accurately estimate the walking ability index such as the walking speed and the stride only by measuring the waist acceleration during the walking motion. it can. Measurement of acceleration can be performed in a short time with a simple operation using simple equipment, and no specialized knowledge is required. Therefore, the burden on the subject and the measurer is small.

さらに、本示実施例では、左右歩幅比を求めて、転倒リスクの判別や運動メニューの提案に活用することができて、実用性能が高められた。また左右歩幅比は、潜在的な疾病や損傷を見つけだすことや、左右の足の機能回復程度の比較評価にも有効である。   Further, in the present embodiment, the right / left stride ratio can be obtained and used for discrimination of the fall risk and the proposal of the exercise menu, and the practical performance has been improved. The left / right stride ratio is also effective for finding potential illnesses and injuries, and for comparative evaluation of the degree of functional recovery of the left and right feet.

なお、膝伸展力、背屈力を求めた後さらに被験者の現時点での歩行年齢を算出することもできる。具体的には、ROM26に、膝伸展力又は背屈力の強さと歩行年齢との関係式を予め記憶させておき、算出された膝伸展力、背屈力を関係に代入することにより、歩行年齢を算出することができる。求めた歩行年齢は、他の歩行能力の指標と同様に保存及び表示することができる。その他、本発明は様々な応用が可能である。   In addition, after calculating | requiring a knee extension force and a dorsiflexion force, the test subject's present walking age can also be calculated. Specifically, the ROM 26 stores in advance a relational expression between the strength of knee extension force or dorsiflexion force and walking age, and the calculated knee extension force and dorsiflexion force are substituted into the relationship, thereby walking. Age can be calculated. The determined walking age can be stored and displayed in the same manner as other indicators of walking ability. In addition, the present invention can be applied in various ways.

本発明の実施例の歩行解析及び運動メニュー提案システムを説明する機能ブロック図である。It is a functional block diagram explaining the walk analysis and exercise menu suggestion system of the Example of this invention. 図1の実施例のシステムの実態構成を説明するハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram explaining the actual structure of the system of the Example of FIG. 歩行動作及び対応する加速度信号の時間変化波形を示す図である。It is a figure which shows a time change waveform of walking motion and a corresponding acceleration signal. 図1及び図2の実施例のシステムの動作、作用を説明するフローチャートの図である。FIG. 3 is a flowchart illustrating the operation and operation of the system of the embodiment of FIGS. 1 and 2. 図1及び図2の実施例において、通常歩行形態での測定データを基にして転倒リスクを判別する一覧表である。In the Example of FIG.1 and FIG.2, it is a list which discriminate | determines a fall risk based on the measurement data in a normal walking form. 図1及び図2の実施例において、全力歩行形態での測定データを基にして転倒リスクを判別する一覧表である。In the Example of FIG.1 and FIG.2, it is a list which discriminate | determines a fall risk based on the measurement data in a full power walking form. 表示部で表示される歩行能力の表示画面の例である。It is an example of the display screen of the walking ability displayed on a display part. 図7に表示された歩行能力の時系列変化のグラフを拡大したものであり、(1)は歩行速度、(2)は平均歩幅、(3)は左右歩幅及び左右歩幅比を示している。FIG. 7 is an enlarged graph of time-series changes in walking ability displayed in FIG. 7, (1) shows walking speed, (2) shows average stride, and (3) shows left and right stride and left / right stride ratio. 表示部で表示される転倒リスク及びアドバイスの表示画面の例である。It is an example of the display screen of the fall risk and advice displayed on the display unit. 表示部で表示される運動メニュー提案の表示画面の例である。It is an example of the display screen of the exercise menu proposal displayed on a display part. 図10の表示画面から開かれる運動メニューの詳細を説明する別画面の例である。It is an example of another screen explaining the detail of the exercise menu opened from the display screen of FIG. 出力プリンタにより印刷出力された、実施計画書と記録用紙とを兼ねた週間カレンダーの例である。It is an example of a weekly calendar that is printed out by an output printer and serves as both an execution plan and a recording sheet.

符号の説明Explanation of symbols

100:歩行解析及び運動メニュー提案システム
1:歩行能力検出手段
2:転倒リスク判別手段
3:運動メニュー提案手段
4:告知手段
5:加速度測定手段
6:歩行能力推定手段
7:対称性検出手段
10:加速度計(加速度測定手段)
20:演算部 22:A/D変換器 24:CPU 26:ROM 28:RAM
30:時間計測部
40:表示部
50:記録部
100: Walking analysis and exercise menu suggestion system 1: Walking ability detection means 2: Fall risk determination means 3: Exercise menu suggestion means 4: Notification means 5: Acceleration measurement means 6: Walking ability estimation means 7: Symmetry detection means 10: Accelerometer (acceleration measuring means)
20: arithmetic unit 22: A / D converter 24: CPU 26: ROM 28: RAM
30: Time measuring unit 40: Display unit 50: Recording unit

Claims (9)

被験者の歩行動作を測定して歩行能力を求める歩行能力検出手段と、求めた前記歩行能力から前記被験者の転倒リスクを判別する転倒リスク判別手段と、前記歩行能力または前期転倒リスクに合わせた転倒予防及び運動機能向上のための運動メニューを提案する運動メニュー提案手段と、前記運動メニューを告知するとともに前記歩行能力及び前記転倒リスクの少なくとも一方を告知する告知手段と、を有する歩行解析及び運動メニュー提案システムであって、
前記歩行能力検出手段は、左足歩幅と右足歩幅との比を表す左右歩幅比を示す指標を求める対称性検出手段を含み、
前記対称性検出手段が対象とする前記歩行動作は、所定距離の歩行動作のうち始めと終わりの各一定距離または各一定歩数を除いた中間部分の歩行動作であることを特徴とする歩行解析及び運動メニュー提案システム。
Walking ability detection means for determining walking ability by measuring the walking motion of the subject, fall risk judgment means for judging the subject's fall risk from the obtained walking ability, and fall prevention in accordance with the walking ability or the previous fall risk And an exercise menu proposing means for proposing an exercise menu for improving the motor function, and a notification means for notifying the exercise menu and notifying at least one of the walking ability and the fall risk. A system,
The walking ability detecting means includes symmetry detecting means for obtaining an index indicating a left / right stride ratio representing a ratio of a left foot stride and a right foot stride,
The walking motion targeted by the symmetry detection means is a walking motion of a middle portion excluding each constant distance or each predetermined number of steps from the beginning and end of the walking motion of a predetermined distance, and Exercise menu suggestion system.
前記左右歩幅比は、複数個の左足歩幅及び右足歩幅からそれぞれ求められた平均左足歩幅及び平均右足歩幅を用いて求められる請求項1に記載の歩行解析及び運動メニュー提案システム。 The walking analysis and exercise menu suggestion system according to claim 1 , wherein the left / right stride ratio is obtained by using an average left foot stride and an average right foot stride obtained from a plurality of left foot stride and right foot stride, respectively. 前記歩行動作は、前記被験者が通常の速度で歩行する通常歩行動作のみの1歩行形態、または前記被験者が全力で歩行する全力歩行動作及び前記通常歩行動作の2歩行形態である請求項1または2に記載の歩行解析及び運動メニュー提案システム。 The walking action, the subject 1 walking form of normal walking only to walk at a normal speed or claim 1 or 2 subjects is 2 walking form of best walking and the normal walking action of walking with full force, The walking analysis and exercise menu suggestion system described in 1. 前記歩行能力検出手段は、前記被験者の腰部に取り付けて歩行動作中の加速度を測定する加速度測定手段と、測定された加速度を基に前記歩行能力を推定する歩行能力推定手段と、を有する請求項1〜3のいずれか一項に記載の歩行解析及び運動メニュー提案システム。 The walking ability detecting means, claim having an acceleration measuring means for measuring acceleration in the walking motion is attached to the waist of the subject, the walking ability estimating means for estimating the walking ability based on the measured acceleration, a The walking analysis and exercise menu suggestion system according to any one of claims 1 to 3 . 前記歩行能力検出手段は、前記左右歩幅比に加えて、歩行速度、歩幅、歩調、膝伸展力、足首背屈力、の少なくとも一つを求める請求項1〜4のいずれか一項に記載の歩行解析及び運動メニュー提案システム。 The walking ability detecting means, in addition to the left and right step length ratio, walking speed, stride, pace, knee extension strength, ankle back屈力, as claimed in claim 1 for determining at least one Walking analysis and exercise menu suggestion system. 前記運動メニュー提案手段は、複数ある運動目的に対してそれぞれ前記運動メニューを保持し、求められた前記歩行能力または前記転倒リスクに合う前記運動メニューを選択して提案する請求項1〜5のいずれか一項に記載の歩行解析及び運動メニュー提案システム。 The exercise menu offering means each holding the motion menu for a plurality of kinetic purposes, any claims 1 to 5, proposes to select the motion menu that fits the walking ability or the risk of falls obtained walking analysis and motion menus proposed system according to an item or. 前記運動メニュー提案手段は、対称性向上を前記運動目的とする対称性向上運動メニューを保持し、求められた前記左右歩幅比に合う前記対称性向上運動メニューを選択して提案する請求項6に記載の歩行解析及び運動メニュー提案システム。 The exercise menu proposed means to claim 6 symmetry improving retain the symmetry improving exercise menu to said movement purposes, we propose to select the symmetry improves exercise menu that fits the left and right step length ratio obtained The described walking analysis and exercise menu suggestion system. 前記告知手段は、前記歩行能力及び前記転倒リスクの少なくとも一方の時系列変化を告知する請求項1〜7のいずれか一項に記載の歩行解析及び運動メニュー提案システム。 The gait analysis and exercise menu suggestion system according to any one of claims 1 to 7, wherein the notification means notifies a time-series change of at least one of the walking ability and the fall risk. 前記歩行能力検出手段、前記転倒リスク判別手段、前記運動メニュー提案手段、及び告知手段の相互間の一部または全てが、有線通信手段または無線通信手段により結合されている請求項1〜8のいずれか一項に記載の歩行解析及び運動メニュー提案システム。 The walking ability detecting means, the fall risk determination means, said motion menu offering means, and some or all of the mutual announcement means any of the preceding claims linked by wired communication means or wireless communication means walking analysis and motion menus proposed system according to an item or.
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