CN1297228C - 平衡状态解析的装置和方法、程序及记录媒体 - Google Patents

Abstract

本发明提供被试人员运动的区域或姿势的自由度的限定很少的平衡状态解析装置、平衡状态解析方法及其程序和记录媒体。平衡状态解析装置具有装在人体的体干部分并检测水平面内的至少一个方向上产生的加速度的加速度信息检测单元(1)、存储前述检测出的加速度的运动信息存储单元(3)、以及利用前述存储的加速度信息来解析人体平衡状态的平衡状态解析单元(4)。

Description

平衡状态解析的装置和方法、程序及记录媒体

技术领域

本发明涉及可用于重心摇摆计等检查身体功能的装置、对包含老年人在内的人们进行独立生活辅助及康复辅助的设备、服务业及居住设施等的平衡状态解析装置、平衡状态解析方法及其程序和记录媒体。

背景技术

近年来，在所谓老龄社会到来的背景下，老年人的护理受到人们关注。对于看起来腰腿功能下降的老年人来说，因跌倒而产生的事故是值得重视的问题。另外，关于康复，从老年人回归社会的观点来看，则认为今后的作用将急剧不断增大。再有，不限于老年人，即使对于一般生活的人们来说，健康管理的意识也不断增大。

根据这样的背景，关于确立能够客观判断防止跌倒、健康管理指标及康复进行程度的指标，可以认为今后将是非常重要的。

以往作为跌倒的检测方法，提出了根据加速度传感器及倾斜传感器等的输出来检测等方案。另外，关于康复，是医生及护理员要随时照看并注意经过情况，而关于进行程度的判断，则要委托给医生及护理员。

另外，由于一般重心摇摆越大，则跌倒的可能性越大，因此作为衡量跌倒的危险性的尺度，可采用测量重心摇摆程度的方法，作为重心摇摆检测装置也渐渐引入实际医疗现场。另外，还利用该装置通过观察重心摇摆的时间序列的变化，用于测量康复的程度。作为该重心摇摆检测装置，已经有站在压力检测板上来记录重心摇摆的装置(地面反力计)等(参照例如日本专利第2760472号公报、日本专利第2823841号公报及日本专利第2823842号公报。上述文献的全部揭示内容通过完全照原样引用，在此成为一体)。

如上所述，作为防止跌倒及康复观点中的重心摇摆检测装置，虽然正开始引入一部分装置，但作为该装置的价格非常高，高达数百万以上。因此，尽管充分认识到装置的重要性，但不能说在一般的医院已普及，不过仅仅是神经内科等对重心摇摆检测装置的数据本身有兴趣的医生所有。

另外，以往的装置由于是固定安装类型，因此必须有专用的设置场所，同时测量也很麻烦，不能说使用很方便。

另外，若采用以往的技术，则还存在的问题是，平衡状态的解析是必须被试人员站在压力检测板等载荷检测装置上来进行，进行运动的区域或姿势被限定在极其狭小的范围内。

发明内容

鉴于上述问题，本发明目的在于提供被试人员运动的区域或姿势的自由度的限定很少的平衡状态解析装置、平衡状态解析方法、及其程序和记录媒体。

为了解决上述问题，本发明的第1发明是平衡状态解析装置，具有

装在人体的体干部分，通过在测量周期内对线性加速度进行时间采样，检测水平面内产生的至少一个线性加速度的加速度信息检测单元；

存储所述检测到的加速度的运动信息存储单元；以及

通过对所述存储的加速度信息进行积分，分析人体的平衡状态的平衡状态解析单元，其中所述平衡状态解析单元通过对时间采样的加速度进行积分计算并输出所述测量周期内的平均速度。

本发明的第2发明是本发明第1发明的平衡状态解析装置，所述加速度信息检测单元检测在水平面内垂直的x、y方向上产生的加速度；所述平衡状态解析单元通过分别对所述x方向上产生的加速度及所述y方向上产生的加速度进行积分，计算出速度后将其输出。

本发明的第3发明是平衡状态解析装置，具有

装在人体的体干部分，检测水平面内的至少一个方向上产生的加速度的加速度信息检测单元；

存储所述检测到的加速度的运动信息存储单元；以及

通过对所述存储的加速度信息进行积分，分析人体的平衡状态的平衡状态解析单元，

所述加速度信息检测单元能够检测在水平面内垂直的x、y方向上产生的加速度；

所述平衡状态解析单元通过分别对所述x方向上产生的加速度及所述y方向上产生的加速度进行积分，计算出速度后将其输出，

在所述x方向的加速度记为Ax_t、所述y方向的加速度记为Ay_t，其中t为采样时刻，t＝0、1、2、…P/I，P表示测量时间，I表示采样间隔的情况下，所述速度V_t可利用计算式1、即下式计算出，

$V_t=\sqrt{{\left(\underset{t-1}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{Axtdt}\right)}^2+{\left(\underset{t-1}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{Aytdt}\right)}^2}$

V＝Average(Vt)   t＝0，1，2，...T；T＝P/I；

所述平衡状态解析单元根据所述计算出的速度V_t，计算出在全部测量时间P内的平均速度后将其输出。

本发明的第4发明是本发明第3发明的平衡状态解析装置，还具有显示所述输出的数据用的显示装置；

所述运动信息存储单元存储所述算出的平均速度、以及进行测量的日期数据；

所述平衡状态解析单元按时间在所述显示装置上显示所述运动信息存储单元中存储的与所述日期数据对应的所述计算出的平均速度。

本发明的第5发明是平衡状态解析装置，具有

装在人体的体干部分，检测水平面内的至少一个方向上产生的加速度的加速度信息检测单元；

存储所述检测到的加速度的运动信息存储单元；以及

通过对所述存储的加速度信息进行积分，分析人体的平衡状态的平衡状态解析单元，

所述加速度信息检测单元能够检测在水平面内垂直的x、y方向上产生的加速度；

所述平衡状态解析单元通过分别对所述x方向上产生的加速度及所述y方向上产生的加速度进行积分，计算出速度后将其输出，

所述平衡状态解析装置还具有设定个人特有的ID的个人信息设定单元；

对与所述各ID对应的来自所述平衡状态解析单元的输出进行管理的信息管理单元；

提供与所述各ID对应的来自所述平衡状态解析单元的输出作为指标。

本发明的第6发明是本发明第1发明的平衡状态解析装置，所述平衡状态解析单元对从所述加速度测量开始到结束为止的时间的所述存储的加速度信息进行累计然后输出。

本发明的第7发明是本发明第6发明的平衡状态解析装置，还具有显示所述输出的数据用的显示装置；

所述运动信息存储单元存储所述累计的加速度、以及所述测量进行的日期数据；

所述平衡状态解析单元按时间将所述运动信息存储单元中存储的与所述日期数据对应的所述累计的加速度输出到所述显示装置。

本发明的第8发明是本发明第6发明的平衡状态解析装置，所述平衡状态解析单元将所述累计的加速度信息进行分级。

本发明的第9发明是平衡状态解析装置，具有

装在人体的体干部分，检测水平面内的至少一个方向上产生的加速度的加速度信息检测单元；

存储所述检测到的加速度的运动信息存储单元；以及

通过对所述存储的加速度信息进行积分，分析人体的平衡状态的平衡状态解析单元，

所述加速度信息检测单元能够检测水平面内垂直的x、y方向上产生的加速度；

所述平衡状态解析单元通过分别对所述x方向上产生的加速度及所述y方向上产生的加速度进行2次积分，计算出所述人体重心的位移后输出，

在设所述x方向的加速度记为Axt、所述y方向的加速度记为Ayt时，以t为采样时刻，t＝0，1，2，…P/I，P表示测量时间，I表示采样间隔，所述位移St及重心摇摆指数Gn用计算式2、即下式计算，其中n为测量次数：

S_t＝1/2×t²×(Ax²+Ay²)^1/2

$G_n=\underset{0}{\overset{T}{\∫}}{S}_t\mathrm{dt};T=P/I$

所述平衡状态解析单元输出所述计算出的位移及重心摇摆指数。

本发明的第10发明是本发明第9发明的平衡状态解析装置，所述平衡状态解析单元将所述计算出的Gn与G1、…Gn-1进行比较，若Gn＜Gn-1，则输出“良好”，若Gn＝Gn-1，则输出“一般”，若Gn＞Gn-1，则输出“注意”。

本发明的第11发明是本发明第9发明的平衡状态解析装置，所述平衡状态解析单元在所述位移相距人体重心处于规定区域内时，判断为所述人体处于静止站立，而在所述位移处于所述规定区域外时，判断为所述人体处于跌倒或向跌倒状态转移中的状态。

本发明的第12发明是平衡状态解析装置，具有

装在人体的体干部分，检测水平面内的至少一个方向上产生的加速度的加速度信息检测单元；

存储所述检测到的加速度的运动信息存储单元；以及

通过对所述存储的加速度信息进行积分，分析人体的平衡状态的平衡状态解析单元，

所述平衡状态解析装置还具有与所述平衡状态解析单元连接的，输入站立信号用的站立信号输入单元；

在所述站立信号输入单元输入了所述站立信号时，所述平衡状态解析单元开始所述平衡状态的解析。

附图说明

图1为本发明实施形态1的平衡状态解析装置的方框图。

图2为本发明实施形态1的平衡状态解析装置的简要图。

图3为表示本发明实施形态1的加速度信息检测单元安装例子的顶视图。

图4为本发明实施形态1的平衡状态解析装置中的重心摇摆指数的示意图。

图5为表示本发明实施形态1的平衡状态解析装置的动作的流程图。

图6为从本发明实施形态1的平衡状态解析装置输出的给予显示单元的显示例子。

图7为本发明实施形态2的平衡状态解析装置的方框图。

图8为本发明实施形态2的平衡状态解析装置所使用的加速度信息检测单元的安装例子。

图9为表示本发明实施形态2的平衡状态解析装置的动作的流程图。

图10为本发明实施形态3的平衡状态解析装置的方框图。

图11为本发明实施形态3的平衡状态解析装置的使用形态图。

图12为本发明实施形态4的平衡状态检测装置的简要构成图。

图13为表示本发明实施形态4的平衡状态解析装置的使用例子的图。

图14为本发明实施形态4的平衡状态解析装置模板例子的示意图。

图15为本发明实施形态4的平衡状态解析装置中的平衡状态时间序列变化的示意图。

图16为本发明实施形态5的利用平衡状态解析装置的平衡状态检测系统的概要构造图。

图17为本发明实施形态6的利用平衡状态解析装置的平衡状态检测系统的概要构造图。

图18为本发明实施形态7的平衡状态解析装置的方框图。

图19为本发明实施形态7的平衡状态解析装置的方框图。

图20为说明本发明实施形态7的平衡状态解析装置的使用状况的概要图。

图21为表示本发明实施形态7的平衡状态解析装置的动作流程的图。

图22为表示本发明实施形态7的平衡状态解析装置的运动解析流程中水平面上的重心位置与任意时间的前后的加速度和左右方向的关系图。

图23为表示本发明实施形态7的平衡状态解析装置的从解析开始到规定时间为止的重心轨迹图。

图24为表示本发明实施形态7的平衡状态解析装置的站立人体骨盆高度上的安装器具与加速度检测单元的位置关系图。

图25为表示本发明实施形态7的平衡状态解析装置的站立人体骨盆高度上的安装器具与加速度检测单元的位置关系图。

图26为表示在图22所示的坐标平面上设定的基底面的例子。

符号说明

1  加速度信息检测单元

2  测量控制单元

3  运动信息存储单元

4  平衡状态解析单元

5  显示单元

6、20  安装单元

7  站立信号输入单元

8  计算机

9  个人信息设定单元

10  信息管理单元

11  管理信息提示单元

12  主计算机

19   人体

22   表示人体向前的箭头

23   表示人体向右的箭头

s1   测量时间设定步聚

s2   加速度信息输入步骤

s3   平衡状态解析步骤

s4   运动信息存储步骤

s5   身体信息输入步骤

s6   身体信息判断步骤

s7   输出步骤

111  平衡状态检测装置

112  加速度传感器

113  信息处理单元

114  收集用ROM

115  计算单元

116  ROM

117  显示单元

118  保持构件

121  开关

131  加速度收集结果

141  存储单元

151  信息发送单元

152  信息接收单元

161  移动电话

162  使用者

201、211、216  加速度检测单元

202  通信控制单元

203  运动解析单元

204  信息提示单元

205  信息管理单元

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的实施形态。

实施形态1

人们站立的情况下，即使乍一看处于静止状态时，人体也始终一面摇摆一面保持站立姿势。该摇摆是重心摇摆，表示其程度的指标是重心摇摆指数。重心摇摆指数可用于测量人的姿势反射、站立保持功能等运动功能，可用于评价目眩及平衡功能障碍的障碍部位及障碍程度。图1为本发明的实施形态的平衡状态解析装置的方框图。1为加速度信息检测单元，2为测量控制单元，3为运动信息存储单元，4为平衡状态解析单元，5为显示单元，6为安装单元。

在本实施形态中，如图2所示，加速度信息检测单元1利用安装单元6，固定在人体的腰部即右侧的髂嵴附近。测量控制单元2、平衡状态解析单元4、运动信息存储单元3及显示单元5是在以个人计算机8为基础而建立的系统上工作的。图3所示为将加速度信息检测单元1装在人体右侧的髂膌附近时的加速度检测方向。图3是从上面俯视人体的顶视图，图中所示的19表示人体，20表示绕在人体上的带状安装器具，22表示人体的前后方向(设向前作为正方向)，23表示人体的的左右方向(设向右作为正方向)。在本实施形态中，为了检测出水平面上产生的加速度，设水平面上垂直的x轴、y轴作为人体的前后方向及左右方向，在加速度信息检测单元1中配置两轴结构的加速度传感器，以便能够检测出各自方向上的加速度。利用该配置，随着身体运动，加速度信息检测单元1将水平面上产生的加速度作为电压值进行检测，在进行A/D转换后，作为数字量输出。

这时，测量控制单元2对A/D转换时的采样间隔进行设定，并对加速度信息检测单元1的动作的开始及结束进行切换。因而，加速度信息检测单元1以设定的采样间隔将从测量开始到结束为止的水平面内产生的加速度作为数字量输出。另外，加速度信息检测单元1将检测加速度信息的具有年月日及时刻的日程信息与加速度信息一起，输出给运动信息存储单元3。

平衡状态解析单元4将来自于运动信息存储单元3的加速度数据按时间序列输入，计算重心摇摆指数，并输出给运动信息存储单元3以及/或者显示单元5。运动信息存储单元3还与测量出的加速度信息一起，存储重心摇摆指数。显示单元5显示由平衡状态解析单元4输出的重心摇摆指数，同时显示附带信息即日程信息。这样的构造对于是个人来说，能够进行从被试人员的平衡状态解析开始、直到其结果的显示为止的测试过程。

图4表为表示平衡状态解析单元1中输出的重心摇摆指数的示意图。在图4中，设人体的重心对水平面上的投影为G，用t表示经过时间，设表示测量开始经过时间T之后的G的轨迹、以及T的重心移动速度变化的摇摆速度为VT。在这种情况下，T的重心摇摆指数用VT的经过时间(从t＝0至t＝T)的区间平均来定义。一般若重心摇摆增大，则图4的示的轨迹长度变长。人由于肌肉活动的作用，使重心运动方向产生微妙的变化，为了不使重心超出由足底构成的稳定基底面以外，要不断进行调节。但是，在重心摇摆时，随着肌肉活动，将产生加速度，重心运动速度的大小及方向将产生变化，在一定时间内产生重心轨迹。本实施形态的重心摇摆指数就是用这时的速度变化的大小VT来表现的。

图5所示为本实施形态1的重心摇摆解析装置后具体重心摇摆解析算法。s1表示测量时间设定步骤，s2为加速度信息输入步骤，s3为重心摇摆解析步骤，s4为运动信息存储步骤，s7为输出步骤。随着算法的开始，在测量时间设定步骤s1中，输入采样间隔I及测量时间设定步骤P。这时，在测量时间为P、采样间隔为I时，两轴的加速度信息Ax_t及Ay_t的输入次数为P/I。在加速度信息输入步骤s2中，进行两轴的加速度信息Ax_t及Ay_t的输入，根据定标来附加加速度的单位。在定标中，将来自加速度信息检测单元1的0G时的输出值及1G时的输出值预先存入平衡状态解析单元4，将Ax_t及Ay_t进行加速度换算。在本实施形态中，作为一个例子是将采样间隔(I)设为1秒、将测量时间(P)设为30秒。

然后，如(计算式1)所示，在重心摇摆解析步骤s3中，对Ax_t及Ay_t进行一秒钟的积分，对它们的平方和求平方根，通过这样对两轴的速度信息Ax_t及Ay_t的输入，计算出每秒速度Vt。然后，对Vt计算出P秒区间的时间平均，利用该值来定义重心摇摆指数。另外，在积分时，使用t＝0时、V＝0(即，测量开始时，被试人员是站立着，是静止状态)的初始条件。

(计算式1)

$V_t=\sqrt{{\left(\underset{t-1}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{Axtdt}\right)}^2+{\left(\underset{t-1}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{Aytdt}\right)}^2}$

V＝Average(Vt)(t＝0，1，2，...T)

然后，若重复以上的动作，则存储多个重心摇摆指数，能够对存储的多个重心摇摆指数进行管理。例如，能够对重心摇摆指数附加日程信息，将存储的多个重心摇摆指数作为时间序列信息输出。

在本实施形态的情况下，由于P＝30，I＝1，因此加速度信息Ax_t及Ay_t的输入次数为30，与P相等。在本实施形态中，预先在测量时间设定步骤s1中将采样间隔I设定为1秒，将测量时间设定为P＝30秒，在被试人员处于站立姿势时开始工作。随着开始工作，同时在加速度信息步骤s2中，进行30秒钟的两轴的加速度信息Ax_t与Ay_t的输入，根据定标来附加加速度的单位。这时，由于测量时间P为30秒，采样间隔I为1，因此两轴的加速度信息Axt及Ayt的输入次数与P相等，为30。然后，在重心摇摆解析步骤S3中，对Ax_t及Ay_t，进行一秒钟的积分，对将它们平方之后的和求平方根，通过这样对两轴的加速度信息Ax_t及Ay_t的输入，计算出每秒速度Vt。然后，对Vt计算出30秒区间的时间平均，利用该值来定义重心摇摆指数。然后，对重心摇摆指数附加日程信息，作为时间序列信息V(D)输出。在本实施形态中，数组的下标D是根据例如进行输入的加速度信息记录的日期顺序来分配整数。

图6是采用本实施形态的平衡状态解析装置从输出步骤s7输出及显示进行了下肢骨胳缝合手术的患者重心摇摆指数的术后经过。这样根据本实施形态的平衡状态解析装置，能够用加速度信息进行重心摇摆指数的每日观察比较。

实施形态2

图7为本发明实施形态2的平衡状态解析装置的方框图。7为站立信号输入单元。在本实施形态中，如图8所示，加速度信息检测单元1利用安装单元6，固定在人体右侧的髂膌附近及腹部。图8是从上面俯视人体的顶视图，图中所示的19表示人体，20表示绕在人体上的带状安装器具，22表示人体的前后方向(设向前作为正方向)，23表示人体的左右方向(设向右作为正方向)，1为装在人体上的加速度信息检测单元。其他构成与实施形态1的情况相同，省略其说明。

在本实施形态中，为了检测出水平面上产生的加速度，设水平面上垂直的x轴及y轴作为人体的前后方向及左右方向，能够检测出各自方向上的加速度。在本实施形态中，作为加速度信息检测单元1是采用单轴结构的加速度传感器，利用安装器具20，如图8所示，在人体上安装两个加速度信息检测单元1。利用该配置，随着身体运动，将水平面上产生的加速度作为电压值进行检测，在进行A/D转换后，输出数字量。

在平衡状态解析单元4中输出的重心摇摆指数与实施形态1相同。

图9所示为本实施形态的重心摇摆解析的算法。s1表示测量时间设定步骤，s5表示身体信息输入步骤，s6表示身体信息判断步骤，s3表示重心摇摆解析步骤，s4表示运动信息存储步骤，s7表示输出步骤。

在本实施形态中，身体信息Fp_t由计算机8的键盘输入，对回车码例如布置“standing position”的字符中，对除此以外的键入例如布置“”(空白)的输入。另外，在开始执行算法之后，只要身体信息Fp_t不进行键入，则保持以前的输入即身体信息Fp_t-1。然后，在身体信息判断步骤s6，根据身体信息Fpt是否是站立(“standing posture”)进行条件分歧，在“是”时，执行重心摇摆解析步骤3，在“否”时，继续执行身体信息输入步骤s5。这样根据本实施形态的平衡状态解析装置，能够仅用站立时的加速度信息进行重心摇摆指数的每日观察比较。

实施形态3

图10为本发明实施形态3的平衡状态解析装置的方框图。9为个人信息设定单元，10为信息管理单元，11为管理信息提示单元。图11为表示本实施形态的形象图。

在本实施形态中也与实施形态1相同，如图11所示，加速度住信息检测单元1利用安装单元6，固定在人体的腰部即右侧的髂膌附近。另外，在检测的水平面上互相垂直的两个轴(x轴及y轴)也与实施形态1相同。测量控制单元2、平衡状态解析单元4、运动信息存储单元3、显示单元5、站立信号输入单元7及个人信息设定单元9是在以个人计算机8为基础而建立的系统上工作。与实施形态2的情况相同，平衡状态解析单元4仅在姿势信息表示站立时工作，从加速度信息检测单元1按时间序列输入加速度数据，计算重心摇摆指数并输出。另外，这时从加速度信息检测单元1输出的日程信息与个从个人信息设定单元9输入的个人特有的ID编号一起，作为计算出的重心摇摆指数的附带信息，保持在运动信息存储单元3中。

运动信息存储单元3将重心摇摆指数与个人ID编号及日程信息一起进行存储。显示单元5将运动信息存储单元4中存储的重心摇摆指数与附带信息即日程信息一起进行提示。信息管理单元10读入与网络连接的多个或单个运动信息存储单元3中存储的重心摇摆指数及附带信息，参照ID编号及日程信息，通过这样对涉及多个个人的长时间的重心摇摆指数进行管理。另外，管理信息提示单元11能够按ID编号分别提示重心摇摆指数的随时间的变化。从平衡状态解析单元4输出的重心摇摆指数与实施形态1的情况相同。在本实施形态中，采用主计算机12作为信息管理单元10及管理信息提示单元11。主计算机12利用LAN确保与对应于每一个个人ID的计算机8的通信回路。

这样，利用本实施形态的平衡状态解析装置，以至于能够用多个个人的仅在站立时的加速度信息进行重心摇摆指数的每日比较及其结果的提示。

实施形态4

下面参照附图说明本发明实施形态4的平衡状态解析装置。图12为本实施形态的平衡状态解析装置的简要构成图。

图12所示为平衡状态解析装置111中作为加速度取得单元的方式采用加速度传感器情况下的构成。

平衡状态解析装置111由取得加速度信息的加速度传感器112(作为与本发明的加速度信息检测单元相对应的一个例子)、对从加速度传感器112得到的与加速度信息相对应的输出进行处理的信号处理单元113、对来自信号处理单元113的处理信号进行累计的收集用RAM114、通过将累计的信号与预先规定的阈值进行比较而将与重心摇摆程度相对应的指标进行分级的计算单元115、预先存储阈值的ROM116及显示计算单元115的计算结果的显示单元117而构成。

平衡状态解析装置111装在人体上。为了装在人体的体干即腰部上，最好具有专用的保持构件118。这里图示的是假设安装整个平衡状态解析装置111的情况，但不一定限于此，只要将加速度传感器112装在腰部即可，关于其他部分则不一定必须装在腰部。

从摇摆测量开始，随着人体摇摆，加速度传感器112将产生输出。信号处理单元113按预先规定的采样率，依次将加速度传感器112输出的模拟信号进行A/D转换，转换为数字输出。转换后的数字输出进行一定时间的累计，暂时保存在收集用RAM114中。计算单元115参照存入收集用RAM中的累计输出，同时参照存入ROM116中的阈值，将人体摇摆程度进行分级。计算结果在显示单元117上显示。

图13表示平衡状态解析装置111的实际使用方法。图13(a)所示的构成是与图12所示装置的加速度收集用RAM114再连接按钮开关121作为信号输入单元。本装置的使用者根据检测重心摇摆的时刻，按下开关121[参照图13(b)]。与按下开关121时产生的输入信号同步，在加速度收集用RMA114中开始收集加速度信息。另外，收集开始的时刻不一定要用开关，也可以在显示单元117上进行表示开始的显示。另外，其构成也可以还装有蜂鸣器，在加速度收集结束时进行通知。

图14所示为重心摇摆计算单元115中摇摆计算用模板例子。如图14(b)所示，预先将计算结果的范围131进行细分，与图14(a)那样收集的加速度输出的累计进行比较，加以分级。另外，分级的20000-22000等数值的单位是积分值。数值大者则表示摇摆度增大。10、11等仅仅是例子。

另外，图15(a)所示为图12的构成中还具有存储单元114的情况，图15(b)所示为以时间序列表示分级转移的示意图。作为例子所示为脚部康复中的使用者时间持续使用、并逐日患部不断治愈的过程。根据该结果，由于慢慢地累计结果不断变小，分级的等级不断变小，由此可以知道，能够用客观的指标表示患部顺利治愈的进展情况。通过用显示单元显示该经过，本人或担任治疗的医生等能够掌握治愈的状况。

实施形态5

下面参照附图说明本发明实施形态5的平衡状态解析系统。图16所示为本发明实施形态的平衡状态解析系统的简要构成图。以下说明本实施形态的构成。

本实施形态5是以图12所示的平衡状态解析装置111为基础，在计算单元115内还装有信息发送单元151，还装有信息接收单元152，这样构成系统。

平衡状态解析装置111与图12相同，取得并收集使用者的加速度信息，计算出表示摇摆的指标。计算出的与摇摆相应的信息，利用信息发送单元151发送给信息接收单元152。信息接收单元152接收患者的与重心摇摆有关的信息，通过这样能够将康复进行状况通知在远地的家属或医生等。

实施形态6

下面参照附图说明本发明实施形态6的平衡状态解析系统。图17所示为本实施形态的平衡状态解析系统的简要构成图。以下说明本实施形态的构成。图17所示为使用移动电话161作为信息接收单元152的多个使用者的使用状况。

信息发送单元151将来自装在使用者162身上的平衡状态解析装置111的利用计算单元115计算出的计算结果，分别向各使用者162预先登录的担任治疗的医生或家属等所持有的移动电话发送信息。通过接收了这样的信息的移动电话161，例如，采用独特的接收音或振动功能，能够远距离地掌握使用者162的康复进行状况。

另外，也可以这样构成，即在本构成中还装有中继器(未图示)，对平衡状态解析装置111中计算出的各个计算结果附加独特的ID信息，同时中继器持有发送登录信息，在平衡状态解析装置111与移动电话161之间进行中继，确定计算结果是哪一个使用者162的，并向各登录的移动电话161发送。

从以上说明可知，根据实施形态5、6的平衡状态解析系统，能够实现直至目前为止尚不存在的廉价、简单的方法来检测重心摇摆程度的装置及系统。

另外，由于将安装位置取在腰部等的体干部分，因此能够使取得数据的位置接近实际的重心，取得信息的可靠性也能够提高。

另外，由于还具有以时间序列存储计算结果的存储单元，将存储结果向使用者或担任治疗的医生显示，由此从所谓一般的健康管理的观念出发，也能有效地发挥作用。

另外，作为开始测量重心摇摆的方式，也可以还具有按钮开关等的信号输入单元并采用安装者自主开始的结构，也可以采用利用显示单元指示开始时间的结构。

还可以采用通过用蜂鸣器来通知测量结束时刻而使测量者明确知道测量结束时间的结构。另外，也可以采用将计算结果自动通知医生所持有的移动电话等那样的系统。

(实施形态7)

图18为本发明实施形态7的平衡状态解析装置的方框图。201为本发明的加速度信息检测单元的一个例子即加速度检测单元，202为通信控制单元，203为平衡状态解析单元，204为信息提示单元。加速度检测单元201对人体检测前后方向、左右方向、上下(垂直)方向中的至少一个方向的人体腰部的加速度，通过通信控制单元202，将人体加速度输出给平衡状态解析单元203。通信控制单元202对至少一个方向的加速度数据分配一个信道，或者对一个加速度检测单元201分配一个信道，将多个方向的加速度数据或来自多个加速度检测单元的输出，通过无线或有线方式，向一个平衡状态解析单元203传送。

平衡状态解析单元203将从通信控制单元202输入的加速度数据，对每个信道按时间序列进行存储，将上述加速度数据作为一连串的波形数据进行存储，再进行波形解析。

信息提示单元204提示平衡状态解析单元203的解析结果。这些构成能够对一个被试人员进行从上述被试人员的平衡状态解析到其结果提示的过程。

图19为更详细说明本实施形态的平衡状态解析装置用的方框图。相同的构成要素附加相同的编号。205为信息管理系统，206为管理信息提示单元。

加速度检测单元1对人体检测前后方向、左右方向、上下(垂直)方向中的至少一个方向的人体腰部的加速度，通过通信控制单元202，将人体加速度输出给平衡状态解析单元203。通信控制单元202对至少一个方向的加速度数据分配一个信道或者对一个加速度检测单元分配一个信道，将多个方向的加速度数据或来自多个加速度检测单元的输出，通过无线或有线方式，向一个平衡状态解析单元203传送。平衡状态解析单元203将从通信控制单元输入的加速度数据，对每个信道按时间序列进行存储，将上述加速度数据作为一连串的波形数据进行存储，再进行波形解析。信息提示单元204提示平衡状态解析单元203的解析结果。

信息管理单元205根据规定的通信协议，收集从多个平衡状态解析单元202输出的解析结果，汇总管理多个被试人员的平衡状态解析结果，利用管理信息提示单元206提示该管理信息。

图20为将本实施形态有关的平衡状态解析装置设置在多位老年人居住的关怀家园中的情况。图中，211是加速度检测单元，212是通信控制单元，213是包含平衡状态解析单元203及信息提示单元204的个人计算机，215是包含信息管理单元及管理信息提示单元的个人计算机，216、217及218分别是配置给第2位被试人员的加速度检测系统、通信控制单元及信息提示单元。

211及216为利用安装器具固定在被试人员的骨盆高度的加速度检测单元，对站立人体检测前后方向、左右方向及上下方向的三轴加速度。212及217的通信控制单元根据规定通信协议，将人体加速度输出给平衡状态解析单元203。通信控制单元202对至少一个方向的加速度数据分配一个信道，将三轴方向的加速度数据以无线方式传送给个人计算机213及218。个人计算机215所包含的信息管理单元根据规定的通信协议，随时进行个人计算机213的平衡状态解析单元的数据收集，对关怀家园的工作人员提示每位被试人员的平衡状态解析结果。利用该构成，能够在日常生活中客观地高效地关注多位老年人的运动。

图21所示为图20所示的本实施形态中的平衡状态解析方法的流程。这是平衡状态解析方法的一个例子，平衡状态解析单元203中的平衡状态解析方法是根据对站立人体的前后方向的加速度及左右方向的加速度来计算重心摇摆的算法。即，平衡状态解析确认被试人员是通常的静止站立姿势，在规定的时机开始平衡状态解析(Step0)，并在开始解析的同时开始计时将计数器(m)复位(Step1)，在Step2输入左右方向的加速度(Ax)及前后方向的加速度(Ay)在Step3计算从Step0起的规定时间间隔(t)中的重心位置(S_t)，重复Step2至Step4，直到Step3的处理达到规定的时间(T)为止。若Step3的处理达到规定的次数，则在Step5中，以t＝0至t＝T的区间为对象，进行重心位置(S_t)的积分，将该积分值代入重心摇摆指数(G_n)。(计算式2)表示上述的计算。

(计算式2)

S₁＝1/2×t²×(Ax²+Ay²)^1/2

$G_n=\underset{0}{\overset{T}{\∫}}{S}_t\mathrm{dt}$

平衡状态解析单元203在内部具有存储数据(G₁、G₂、…、G_n-1)在Step6中，输入上述存储数据中的最新的重心摇摆指数(G_n-1)，在Step7中，与最新的重心摇摆指数G_n进行比较。在G_n小于G_n-1时，判断为重心的摇摆改善(Step7)，输出表示这是良好的倾向(Step8)，作为将来的参照数据(Step13)。在G_n等于G_n-1时，判断为维持重心摇摆(Step9)，输出表示是一般的情况(Step10)，作为将来的参照数据(Step13)，除此以外的情况判断为重心的摇摆恶化，判断为是必须注意的状态(Step11)。在这种情况下，经过工作人员的判断(Step12)之后，作为对将来的参照数据(Step13)。随着Step13结束，则结束规定的平衡状态解析。

图22为表示在平衡状态解析流程中将t＝0的重心位置作为原点、将时间t的重心位置投影在水平面上的图形，是表示相距原点的距离[即位移(S_t)与时间t的前后方向的加速度(Ay)及左右方向(Ax)的关系。

图23为表示从t＝0到规定时间T为止的S_t的轨迹，Step5中的重心摇摆指数(G_n)表示与重心摇摆量相对应的指数。

通过采用S_t那样投影在水平面上的数据，与所谓的立体平衡状态的解析相比，能够简便地对造成卧床不起的主要原因的跌倒进行辅助预防。将包含位于水平面上的人体全部接触面或接触点的包络线中、其外周为最短的包络线作为外周的平面作为支持基底，将从人体重心沿铅垂方向投影的线作为重力线，在这种情况下，一般是利用重力线通过支持基底内以保持人体的稳定性，支持基底面积相对于重心的高度越大，则重力线通过支持基底中心部分的情况就增加。

因而，人体的稳定性可以利用由两足接地位置所决定的支持基底与重力线和水平面的交点的位置关系来评价。本实施形态的S_t是近似于投影在水平面上的重力线与水平面的交点的点，若在水平面上设定一定的区域，将该区域作为假想的基底面，通过这样，则能够根据S_t与基底面的相对关系，来评价稳定性。

图26为在图16所示的坐标平面上的设定的基底面的例子。在图示26的情况下，使坐标轴的原点与基底面的中心一致。图26中的符号A、B及C表示区域，区域A是根据人体的肩宽(Rx)及脚(foot)的长轴方向的长度(Ry)假想设定的基底面。是若S_t存在于该区域内则能够保持姿势的区域。区域B是将区域A向各轴方向以取决于个人的规定比例(在本实施例的情况下约为130％)放大所得的，是若S_t存在于该区域内则为了避免跌倒而必须要改变脚的位置等姿势的区域。C表示除此以外的区域，S_t存在于该区域内时，则不可能保持站立，即不得已而跌倒的情况。在站立时能保持姿势，要使S_t不存在于区域C内。即，仅在区域A中包含S_t时，是静止站立，姿势保持能力最高，若在区域B内也存在S_t时，则包含S_t移向区域C的预兆。这样，通过对S_t与基底面的相对关系设定规定的条件，就能够预测跌倒，能够辅助预防跌倒。

图24为表示站立人的骨盆高度上的安装器具与加速度检测单元的位置关系。219为从上面来看的人体，220表示加速度检测单元安装器具，221表示检测仅一个方向或两个方向的加速度的加速度检测单元，222表示加速度检测单元221检测的前后方向加速度的向前方向(正)，223表示加速度检测单元221检测的左右方向的加速度的向右方向(正)。

在加速度检测单元221是检测两个方向的加速度的检测单元时，若将其他要检测的加速度的轴在该图中设定为铅垂方向，则用两轴的加速度传感器能够检测三轴的加速度。

图25为表示根据其他例子的站立人体骨盆高度上的安装器具与加速度检测单元224的位置关系。224表示检测两个方向或三个方向的加速度的加速度检测单元。

另外，加速度检测单元221及224若能保持在站立骨盆高度、而且对站立人体检测前后方向、左右方向及上下方向的至少一个方向的加速度，则对于该位置没有必要有以上的限定。

另外，根据本实施形态的平衡状态解析装置，能够将人体重心的运动测量区域扩大到室内，除了所谓的重心摇摆以外，还能够进行步行或跌倒等基本运动的解析。

另外，在以上的说明中，本发明的加速度信息检测单元是利用安装单元6固定在人体的腰部及髂膌附近或腹部，但本发明的加速度信息检测单元不限定于上述例子，若能装在人体的体干部分，由于能够检测人体重心的摇摆，因此能够得到与上述同样的效果。

另外，本发明的程序是使计算机执行上述本发明的平衡状态解析装置的全部或一部分单元(或装置、元器件等)的功能用的程序，是与计算机共同作用而运行的程序。

另外，本发明的记录媒体是载有使计算机执行上述本发明的平衡状态解析装置的全部或一部分单元(或装置、元器件等)的全部或一部分功能用的程序的记录媒体，是能利用计算机读取而且读取的前述程序与前述计算机共同作用执行前述功能的记录媒体。

另外，所谓本发明的上述“一部分单元(或装置、元器件等)”，意味着这些多个单元中的一个或几个单元。

另外，所谓本发明的上述“单元(或装置、元器件等)的功能”，意味着前述单元的全部或一部分功能。

另外，本发明的程序的一利用形态也可以是记录在利用计算机能够读取记录媒体中、与计算机共同作用而运行的形态。

另外，本发明的程序的一利用形态也可以是在传输媒体中传输并利用计算机能够读取、与计算机共同作用而运行的形态。

另外，作为本发明的数据结构包含数据库、数据表、数据目录及数据种类等。

另外，作为记录媒体包含ROM等，作为传输媒体包含因特网等传输媒体、光、电波及声波等。

另外，上述本发明的计算机不限于CPU等纯粹的硬件，也可以包含固件、OS、甚至外部设备。

另外，如以上说明的那样，本发明的构成可以通过软件实现，也可以通过硬件来实现。

工业上的实用性

本发明的有关的平衡状态解析装置、平衡状态解析方法及其程序和记录媒体具有所谓被试人员运动的区域或姿势的自由度的限定很少的特征，作为平衡状态解析装置及平衡状态解析系统等是有用的。

Claims (12)

1.一种平衡状态解析装置，其特征在于，具有

装在人体的体干部分，通过在测量周期内对线性加速度进行时间采样，检测水平面内产生的至少一个线性加速度的加速度信息检测单元；

存储所述检测到的加速度的运动信息存储单元；以及

通过对所述存储的加速度信息进行积分，分析人体的平衡状态的平衡状态解析单元，其中所述平衡状态解析单元通过对时间采样的加速度进行积分计算并输出所述测量周期内的平均速度。

2.如权利要求1所述的平衡状态解析装置，其特征在于；

所述加速度信息检测单元检测在水平面内垂直的x、y方向上产生的加速度；

所述平衡状态解析单元通过分别对所述x方向上产生的加速度及所述y方向上产生的加速度进行积分，计算出速度后将其输出。

3.一种平衡状态解析装置，其特征在于，具有

装在人体的体干部分，检测水平面内的至少一个方向上产生的加速度的加速度信息检测单元；

存储所述检测到的加速度的运动信息存储单元；以及

通过对所述存储的加速度信息进行积分，分析人体的平衡状态的平衡状态解析单元，

所述加速度信息检测单元能够检测在水平面内垂直的x、y方向上产生的加速度；

所述平衡状态解析单元通过分别对所述x方向上产生的加速度及所述y方向上产生的加速度进行积分，计算出速度后将其输出，

在所述x方向的加速度记为Ax_t、所述y方向的加速度记为Ay_t，其中t为采样时刻，t＝0、1、2、…P/I，P表示测量时间，I表示采样间隔的情况下，所述速度V_t可利用计算式1、即下式计算出，

$V_t=\sqrt{{\left(\underset{t-1}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{Axtdt}\right)}^2+{\left(\underset{t-1}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{Aytdt}\right)}^2}$

V＝Average(Vt)    t＝0，1，2，...T；T＝P/I；

所述平衡状态解析单元根据所述计算出的速度V_t，计算出在全部测量时间P内的平均速度后将其输出。

4.如权利要求3所述的平衡状态解析装置，其特征在于，

还具有显示所述输出的数据用的显示装置；

所述运动信息存储单元存储所述算出的平均速度、以及进行测量的日期数据；

所述平衡状态解析单元按时间在所述显示装置上显示所述运动信息存储单元中存储的与所述日期数据对应的所述计算出的平均速度。

5.一种平衡状态解析装置，其特征在于，具有

装在人体的体干部分，检测水平面内的至少一个方向上产生的加速度的加速度信息检测单元；

存储所述检测到的加速度的运动信息存储单元；以及

通过对所述存储的加速度信息进行积分，分析人体的平衡状态的平衡状态解析单元，

所述加速度信息检测单元能够检测在水平面内垂直的x、y方向上产生的加速度；

所述平衡状态解析单元通过分别对所述x方向上产生的加速度及所述y方向上产生的加速度进行积分，计算出速度后将其输出，

所述平衡状态解析装置还具有设定个人特有的ID的个人信息设定单元；

对与所述各ID对应的来自所述平衡状态解析单元的输出进行管理的信息管理单元；

提供与所述各ID对应的来自所述平衡状态解析单元的输出作为指标。

6.如权利要求1所述的平衡状态解析装置，其特征在于，所述平衡状态解析单元对从所述加速度测量开始到结束为止的时间的所述存储的加速度信息进行累计然后输出。

7.如权利要求6所述的平衡状态解析装置，其特征在于，还具有显示所述输出的数据用的显示装置；

所述运动信息存储单元存储所述累计的加速度、以及所述测量进行的日期数据；

所述平衡状态解析单元按时间将所述运动信息存储单元中存储的与所述日期数据对应的所述累计的加速度输出到所述显示装置。

8.如权利要求6所述的平衡状态解析装置，其特征在于，所述平衡状态解析单元将所述累计的加速度信息进行分级。

9.一种平衡状态解析装置，其特征在于，具有

装在人体的体干部分，检测水平面内的至少一个方向上产生的加速度的加速度信息检测单元；

存储所述检测到的加速度的运动信息存储单元；以及

通过对所述存储的加速度信息进行积分，分析人体的平衡状态的平衡状态解析单元，

所述加速度信息检测单元能够检测水平面内垂直的x、y方向上产生的加速度；

所述平衡状态解析单元通过分别对所述x方向上产生的加速度及所述y方向上产生的加速度进行2次积分，计算出所述人体重心的位移后输出，

在设所述x方向的加速度记为Axt、所述y方向的加速度记为Ayt时，以t为采样时刻，t＝0，1，2，…P/I，P表示测量时间，I表示采样间隔，所述位移St及重心摇摆指数Gn用计算式2、即下式计算，其中n为测量次数：

S_t＝1/2×t²×(Ax²+Ay²)^1/2

$G_n=\underset{0}{\overset{T}{\∫}}{S}_t\mathrm{dt};T=P/I$

所述平衡状态解析单元输出所述计算出的位移及重心摇摆指数。

10.如权利要求9所述的平衡状态解析装置，其特征在于，所述平衡状态解析单元将所述计算出的Gn与G1、…Gn-1进行比较，若Gn＜Gn-1，则输出“良好”，若Gn＝Gn-1，则输出“一般”，若Gn＞Gn-1，则输出“注意”。

11.如权利要求9所述的平衡状态解析装置，其特征在于，所述平衡状态解析单元在所述位移相距人体重心处于规定区域内时，判断为所述人体处于静止站立，而在所述位移处于所述规定区域外时，判断为所述人体处于跌倒或向跌倒状态转移中的状态。

12.一种平衡状态解析装置，其特征在于，具有

装在人体的体干部分，检测水平面内的至少一个方向上产生的加速度的加速度信息检测单元；

存储所述检测到的加速度的运动信息存储单元；以及

通过对所述存储的加速度信息进行积分，分析人体的平衡状态的平衡状态解析单元，

所述平衡状态解析装置还具有与所述平衡状态解析单元连接的，输入站立信号用的站立信号输入单元；

在所述站立信号输入单元输入了所述站立信号时，所述平衡状态解析单元开始所述平衡状态的解析。

Images