JP2002342749A

JP2002342749A - 足跡分析装置

Info

Publication number: JP2002342749A
Application number: JP2001152198A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Nishibe; 邦彦西部; Satoru Sugitani; 悟杉谷; Naoki Suganuma; 直樹菅沼
Original assignee: Hitachi Kiden Kogyo Ltd
Current assignee: Hitachi Kiden Kogyo Ltd
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2002-11-29

Abstract

(57)【要約】【課題】訓練のデータを記録して、訓練状況を定量的
に把握し、過去のデータとの比較により訓練データを診
断装置に応用することができる足跡分析装置を提供する
こと。【解決手段】歩行画像を取り込む画像取り込み装置２
と、この画像取り込み装置２の画像を演算処理する画像
演算装置と、画像演算装置の演算結果を表示する表示装
置４と、演算結果を記憶する記憶装置とを備え、画像取
り込み装置２の画像視野範囲に、座標の基準となる識別
部材２０〜２３を配設するとともに、画像演算装置が、
予め設定した識別部材２０〜２３の位置又は形状から、
画像取り込み装置２が取り込んだ歩行画像の座標の演算
を行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高齢者や足腰の不
自由な人、足腰などの手術後のリハビリ患者などの使用
に適した足跡分析装置に関し、特に、訓練のデータを記
録することができる足跡分析装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】歩行訓練は、高齢者や足腰の不自由な人
や、手術後の患者等のリハビリにおいて多く採用され、
なかでも、平行棒型の歩行装置はこの訓練の補助をなす
器具として多用されている。この平行棒型の歩行装置
は、一対の平行棒を支柱により手摺り状に略水平に配設
したものからなり、平行棒につかまって歩行することに
より、足腰の訓練を行うようになっている。一方、足跡
分析装置は、このような歩行訓練の際に使用されるもの
であり、従来の足跡分析装置は、歩行後に足や靴などに
付けた粉の位置から足跡位置の解析をしたり、床全面に
張り巡らせた歩行位置検出センサを用いて、歩行後に解
析をしたり、足に赤外線を反射するマーカーを取り付
け、赤外線カメラでその歩行挙動を解析するとともに、
床に設けた足の力を検出する床反力計によりその足跡位
置を分析するものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の足跡分析装置においては、足の裏に粉を付けたり、
足にマーカーを付けたりするわずらわしさがあったり、
床全面に張り巡らせた歩行位置検出センサは価格が高か
ったり、赤外線カメラによるマーカーの挙動解析は床反
力計と同時に用いるため価格が高かったりすることか
ら、実質的には普及率が低いという現状がある。したが
って、歩行訓練を実施しても、歩行挙動に関する定量的
な訓練データの把握が困難となり、これにより、医者や
理学療法士において、訓練状況の定量的な把握がしにく
いという問題点があった。

【０００４】本発明は、従来の足跡分析装置の問題点を
解決し、訓練のデータを記録して、訓練状況を定量的に
把握し、過去のデータとの比較により訓練データを診断
装置に応用することができる足跡分析装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の足跡分析装置は、歩行画像を取り込む画像
取り込み装置と、該画像取り込み装置の画像を演算処理
する画像演算装置と、該画像演算装置の演算結果を表示
する表示装置と、該演算結果を記憶する記憶装置とを備
え、前記画像取り込み装置の画像視野範囲に、座標の基
準となる識別部材を配設するとともに、前記画像演算装
置が、予め設定した識別部材の位置又は形状から、画像
取り込み装置が取り込んだ歩行画像の座標の演算を行う
ことを特徴とする。

【０００６】この足跡分析装置は、画像取り込み装置の
画像視野範囲に、座標の基準となる識別部材を配設する
とともに、前記画像演算装置が、予め設定した識別部材
の位置又は形状から、画像取り込み装置が取り込んだ歩
行画像の座標の演算を行うことから、識別部材の位置又
は形状を検知することにより足跡位置の座標の校正を行
うことができ、取り込んだ画像における歩行位置の正確
な演算が可能となる。これにより、画像取り込み装置の
位置を測定の都度取り外したとしても、その都度校正す
ることにより正確な位置合わせが可能となる。

【０００７】この場合において、前記識別部材の位置
を、予め定めた複数のブロック配置とすることができ
る。

【０００８】これにより、識別部材の位置を容易に検知
して、足跡位置の座標の校正を行うことができる。

【０００９】また、前記画像演算装置が、取り込んだ画
像における変化する動画像、または変化しない静止画像
から、各足の床面接触位置を演算することができる。

【００１０】これにより、歩行者の各足の床面接触位置
を正確に演算することができる。

【００１１】さらに、前記画像演算装置が、歩行者の歩
行速度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前
後の間隔、及び／又は左右のふらつきを演算することが
できる。

【００１２】これにより、歩行訓練者は、自らの歩行姿
勢、すなわち足や膝の傾き、場合によっては腰の左右の
傾きやバランスなどを自らの目で視認しながら歩行をす
ることができる。

【００１３】そして、前記記憶装置が、歩行者記号、歩
行速度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前
後の間隔、及び／又は左右のふらつきの演算結果、また
は統計演算処理結果を測定毎に記憶し、前記画像演算装
置が、測定毎のデータの比較演算を行うようにすること
ができる。

【００１４】これにより、過去のデータとの比較などに
より、訓練の進歩状況や回復度などを定量的に把握する
ことができ、上記データとともに有効に活用することに
より、医者や理学療法士は患者の歩行訓練を有効に進め
ることが可能となり、短期間の歩行訓練を実現すること
ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の足跡分析装置の実
施の形態を図面に基づいて説明する。

【００１６】図１に、本発明の足跡分析装置の一実施例
を示す。図において、１は歩行者、１ａは右足、１ｂは
左足、２はビデオカメラなどの画像取り込み装置であ
り、この足跡分析装置では、この画像取り込み装置２を
柱９に設置し、歩行者１の歩行挙動を取り込み、パソコ
ンなどの画像処理装置３に電送し、該画像処理装置３が
内蔵する画像演算装置により、歩行足跡の分析を行い、
処理結果を表示装置４に表示する。なお、５は歩行床
面、６は平行棒であり、一対の平行棒６ａ、６ｂを４本
の支柱７と歩行床面５とによって略水平に支持してい
る。

【００１７】歩行の正確さや、回復度合い、リハビリテ
ーションの効果などの評価を受ける歩行者１は、歩行床
面５において、中心線１１に沿ってできるだけ真っ直ぐ
に、画像取り込み装置２に向かって歩行する。このと
き、画像取り込み装置２は歩行者１の歩行挙動を取り込
み、その画像信号を画像処理装置３に電送する。この画
像信号は、例えば図２のようになり、少なくとも歩行者
１の右足１ａ、左足１ｂは必ず画面内に存在することと
なる。

【００１８】この場合、画像処理装置３においては、前
画面との比較により、移動体としての歩行者１の存在は
容易に把握でき、また、画面の下側から順次走査するこ
とにより、足位置の存在を容易に把握することができ
る。また、歩行を行えば、必ず左足、右足と交互に足位
置が画面の下方向に移動すること、片足が移動中は反対
側の足位置は停止していること、足位置は一般には画面
において歩行者の最下側に位置すること、画面を左右に
分割した場合に右足１ａは画面の左側に位置すること、
左足１ｂは画面の右側に位置すること等の条件から、左
足１ｂ、右足１ａと容易に区別してその挙動を把握する
ことができる。

【００１９】また、両足が同時に移動することはなく、
片足が動き始めたときには反対側の足は必ず止まってい
ることから、止まっている足位置を演算することができ
る。さらに、動画像（動いている足）と静止画像（止ま
っている足）との違いは、前画面と次画面とを常時比較
演算することにより簡単に区別することができる。ただ
し、片足が固定していても、足首などは微妙に動くの
で、このような微少運動は無視し、事前に定めた一定位
置以上に大きく動く場合を動画像と決めることができ
る。

【００２０】なお、照明の当たり具合によっては、歩行
足の周辺に影ができることがあるが、影の大きさや長さ
は足の大きさと相違するため、この大きさ、長さから影
の影響は削除する。この場合、歩行者の足には特にマー
カーなどを設ける必要はないが、他と十分区別できるマ
ーカーなどを設けることも可能である。

【００２１】また、画像処理装置３において、画面の奥
から手前（上から下）にかけての位置をＸ座標、左から
右方向をＹ座標と定義すると、その各足位置が、画面の
どの位置に存在するかを見ることにより、床面５におけ
る各足位置のＸ座標、Ｙ座標を容易に知ることができ
る。

【００２２】一方、図１において、２０〜２３は柱７に
取り付けた複数の識別部材であり、該識別部材２０〜２
３は、例えば、ＬＥＤなどの発光体で構成され、４本の
柱７のそれぞれに各４個ずつ取り付けられている。これ
らの発光体は柱に固定しているので、その座標位置Ｘ、
Ｙは予め既知である。

【００２３】次に、この足跡分析装置の動作を説明す
る。歩行者の歩行挙動を測定する前に、先ず、図２に示
すように、識別部材２０〜２３の全てに電源を入れ発光
させる。このとき、画像取り込み装置２の画像信号は図
３に示すようになり、識別部材２０〜２３の点灯前の画
像と比較することにより、これら複数の識別部材２０〜
２３の位置を容易に認識することができる。これらの識
別部材２０〜２３の４ブロックの位置は予め画像処理装
置３の中にプログラムしておく。例えば、右下の識別部
材のブロックを２０、左下の識別部材のブロックを２
１、右上の識別部材のブロックを２２、左上の識別部材
のブロックを２３としておくと、それぞれの識別部材の
ブロック位置を容易に認識することができる。

【００２４】次に、各ブロック中の識別部材の数を認識
する。特に、ＬＥＤのランプ切れがなければ、各ブロッ
クにおける識別部材２０〜２３の数がそれぞれ４個と認
識され、それぞれの既知座標をもとに演算することによ
り、各画像の内で床面における画像のＸ、Ｙ座標値が一
意に決定される。説明を略する演算によると、最低でも
１１箇所の既知データから床面における画像のＸ、Ｙ座
標値が一意に決定されるが、この実施例では４×４の１
６個の識別部材が存在することから十分な精度をもっ
て、床面における画像のＸ、Ｙ座標値を計算することが
できる。

【００２５】各ブロックにおける識別部材２０〜２３の
数を認識した結果、どこかのブロックにおける識別部材
が故障などにより点灯していなかった場合、そのブロッ
クでは３個しか識別部材が認識することができない。こ
の場合は、そのブロックのデータを削除し、その他の３
ブロックにおけるデータ、すなわち３×４の１２個の識
別部材の既知データから床面における画像のＸ、Ｙ座標
値を一意に決定することができる。

【００２６】なお、この実施例では複数の識別部材の位
置情報から画像における位置情報を計算する方式を示し
たが、これに限るものではなく、形状が予め既知である
柱７の位置認識や形状認識、平行棒６の位置認識や形状
認識、または歩行床面５の位置認識や形状認識などの手
段で画像における位置情報を計算する方式であってもよ
い。

【００２７】また、識別部材２０〜２３は、必ずしも光
るものである必要性はなく、他と明確に区別できるもの
であれば例えば白色、または黒色のマーカーなどであっ
てもよい。要は、画像取り込み装置２により取り込んだ
画像において、明確にその位置が区別できるコントラス
トがあれば十分である。また、識別部材２０〜２３の取
り付け位置は、上記の実施例に限るものではなく、例え
ば図４に示すように、歩行床面５の両側部に識別部材２
５、２６それぞれ一列に配置してもよく、その他の位置
に取り付けてもよい。

【００２８】一方、分析により明らかとなった、歩行者
の各足の位置とその時間変化から演算した足跡をＸ−Ｙ
平面上にプロットすると、例えば図５のようになる。図
５において、３０、３２、３４は右足の足跡、３１、３
３、３５は左足の足跡を示している。ここで必要とする
歩行の演算内容には、左右の足幅４０、左足のステップ
幅４１、右足のステップ幅４２、ストライド４３、図示
省略する歩行速度などがある。なお、左足のステップ幅
４１、右足のステップ幅４２を加算したものがストライ
ド４３となり、破線で示す中央線からの各位置までの距
離４４、４５の時間変化を取ればふらつきデータが得ら
れる。これらの演算結果、得られた歩隔４０、左足のス
テップ幅４１、右足のステップ幅４２、ストライド４
３、ふらつき、歩行速度などは、瞬時値及び平均値など
に区別されて、表示装置４に表示され、さらには画像処
理装置３に保存、記録される。

【００２９】図６は、安定した正常な歩行状況を示した
ものであり、横軸は時間経過、縦軸は画像演算装置によ
り演算された各足毎のＸ位置の変化状況を示している。
人の歩行では、必ず交互に各足を前に出しながら歩行す
るため、必ず、着地している足と移動している足とに区
別することができる。歩行床面５に着地していても足首
は微少な動きをしているが、そのような微少運動を無視
すると、同図に示すごとく時間経過に対して停滞する領
域３０、３１、３２、３３、３４などが存在し、これら
が着地時の足の位置を示し、これらの間に移動している
足位置のデータが続く。すなわち、３０、３２、３４は
右足の足跡、３１、３３は左足の足跡を示している。

【００３０】このとき、右足の足跡３０と左足の足跡３
１の距離４１が左足のステップ幅、左足の足跡３１と右
足の足跡３２の距離４２が右足のステップ幅であり、両
者の加算結果４３がストライドとなる。歩行速度は、こ
れらデータ全体の傾斜から容易に計算することができ
る。実際の歩行では、これらのデータは一歩一歩ばらつ
きがあるので平均値を計算し、表示するとよい。左右の
足幅は両足の着地位置におけるＹ値より簡単に算出する
ことができる。

【００３１】一方、図７は、左足が悪く、右足を大きく
前に踏み出せない人の歩行状況を示したものであり、横
軸は時間経過、縦軸は画像演算装置により演算された各
足毎のＸ位置の変化状況を示している。この場合も、演
算方法は共通であるが、左足が悪いため、左足のステッ
プ幅４１の大きさに比べて右足のステップ幅４２の大き
さが小さいことがわかる。このように、左右のステップ
幅のアンバランスデータから不具合個所が明確になり、
今後の治療方針の決定、また過去のデータとの対比など
により、歩行の回復度なども知ることができ、歩行の診
断のための有用なデータとなる。なお、支柱７は、平行
棒６の歩行面５からの高さを歩行訓練者の体格に合わせ
て変更できるように構成されている。

【００３２】図８は、本実施例の足跡分析装置の信号の
流れを示したものであり、画像取り込み装置２で取り込
んだ画像信号は、図示しない画像入力ボードを介して画
像処理装置３に送られて演算処理を行う。画像処理装置
３は、平均化処理などの統計処理機能も合わせ持ってお
り、これらの画像処理装置としては例えばパソコンなど
を使用することができる。その演算結果は、表示装置４
に表示され、またデータ記憶装置によりこれらの演算結
果のデータを記憶したり、読み出したりする。また、記
憶装置では、パソコン等を用いて、画像処理装置３にお
いて得られた訓練データを、フロッピディスク等の可搬
記録媒体に記録することができる。表示装置４では、演
算結果の時間的な変動値の表示、フロッピディスク等の
記録媒体から読み出した過去の訓練データとの比較表示
などを行う。また、過去の訓練結果との比較、再生など
も可能であり、その結果は表示装置４に送られ、表示さ
れる。

【００３３】かくして、本発明の各実施例の足跡分析装
置では、画像取り込み装置の画像視野範囲に、座標の基
準となる識別部材を配設するとともに、前記画像演算装
置が、予め設定した識別部材の位置又は形状から、画像
取り込み装置が取り込んだ歩行画像の座標の演算を行う
ことから、識別部材の位置又は形状を検知することによ
り足跡位置の座標の校正を行うことができ、取り込んだ
画像における歩行位置の正確な演算が可能となり、これ
により、画像取り込み装置の位置を測定の都度取り外し
たとしても、その都度校正することにより正確な位置合
わせを行うことができる。この場合、前記識別部材の位
置を、予め定めた複数のブロック配置とすることによ
り、識別部材の位置を容易に検知して、足跡位置の座標
の校正を行うことができる。

【００３４】また、各実施例の足跡分析装置では、歩行
速度や、歩隔、左右の歩幅の違い、ふらつき具合など
を、演算、表示、記憶するとともに、過去のデータとの
比較などにより、訓練の進歩状況や回復度などを定量的
に把握することができ、これらのデータを今後の治療・
診断に有効に活用することにより、医者や理学療法士が
患者の歩行訓練を有効に進めることができる。その結
果、短期間に訓練を実施することが可能となる。

【００３５】

【発明の効果】本発明の足跡分析装置によれば、画像取
り込み装置の画像視野範囲に、座標の基準となる識別部
材を配設するとともに、前記画像演算装置が、予め設定
した識別部材の位置又は形状から、画像取り込み装置が
取り込んだ歩行画像の座標の演算を行うことから、識別
部材の位置又は形状を検知することにより足跡位置の座
標の校正を行うことができ、取り込んだ画像における歩
行位置の正確な演算が可能となり、これにより、画像取
り込み装置の位置を測定の都度取り外したとしても、そ
の都度校正することにより正確な位置合わせを行うこと
ができる。

【００３６】また、前記識別部材の位置を、予め定めた
複数のブロック配置とすることにより、識別部材の位置
を容易に検知して、足跡位置の座標の校正を行うことが
できる。

【００３７】そして、前記画像演算装置が、取り込んだ
画像における変化する動画像、または変化しない静止画
像から、各足の床面接触位置を演算することにより、歩
行者の各足の床面接触位置を正確に演算することができ
る。

【００３８】さらに、前記画像演算装置が、歩行者の歩
行速度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前
後の間隔、及び／又は左右のふらつきを演算することに
より、歩行訓練者は、自らの歩行姿勢、すなわち足や膝
の傾き、場合によっては腰の左右の傾きやバランスなど
を自らの目で視認しながら歩行をすることができる。

【００３９】また、前記記憶装置が、歩行者記号、歩行
速度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前後
の間隔、及び／又は左右のふらつきの演算結果、または
統計演算処理結果を測定毎に記憶し、前記画像演算装置
が、測定毎のデータの比較演算を行うようにすることに
より、過去のデータとの比較などにより、訓練の進歩状
況や回復度などを定量的に把握することができ、上記デ
ータとともに有効に活用することにより、医者や理学療
法士は患者の歩行訓練を有効に進めることが可能とな
り、短期間の歩行訓練を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の足跡分析装置の一実施例を示す斜視図
である。

【図２】同足跡分析装置の画像取り込み装置が取り込ん
だ歩行画像の一例を示す図である。

【図３】同足跡分析装置において発光体を点灯した場合
の画像の取り込み例を示す図である。

【図４】本発明の足跡分析装置の第２実施例を示す斜視
図である。

【図５】歩行後の各足の着地位置を連続的に表示した図
である。

【図６】正常な人の歩行状況を示すグラフである。

【図７】正常でない人の歩行状況を示すグラフである。

【図８】データ処理の流れを示すチャート図である。

【符号の説明】

１歩行者１ａ右足１ｂ左足２画像取り込み装置３画像処理装置４表示装置５歩行床面６平行棒７支柱９柱１１中央線２０〜２３識別部材（発光体）３０、３２、３４右足の足跡３１、３３、３５左足の足跡４０左右の足幅４１左足のステップ幅４２右足のステップ幅４３ストライド

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ａ６３Ｂ 23/04 Ａ６１Ｈ 1/02 ＲＧ０６Ｔ 7/60 １５０Ａ６１Ｂ 5/10 ３００Ｚ // Ａ６１Ｈ 1/02 ３１０ＢＦターム(参考） 4C038 VA12 VB14 VC05 5B047 AA17 BA01 BB06 BC16 BC23 DC06 EA02 5B057 AA07 BA02 BA19 CA13 CB20 CC01 CD14 DA07 DA08 DA20 DB03 DC36 5L096 BA03 BA06 CA02 FA69

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】歩行画像を取り込む画像取り込み装置
と、該画像取り込み装置の画像を演算処理する画像演算
装置と、該画像演算装置の演算結果を表示する表示装置
と、該演算結果を記憶する記憶装置とを備え、前記画像
取り込み装置の画像視野範囲に、座標の基準となる識別
部材を配設するとともに、前記画像演算装置が、予め設
定した識別部材の位置又は形状から、画像取り込み装置
が取り込んだ歩行画像の座標の演算を行うことを特徴と
する足跡分析装置。
【請求項２】前記識別部材の位置を、予め定めた複数
のブロック配置としたことを特徴とする請求項１記載の
足跡分析装置。
【請求項３】前記画像演算装置が、取り込んだ画像に
おける変化する動画像、または変化しない静止画像か
ら、各足の床面接触位置を演算することを特徴とする請
求項１又は２記載の足跡分析装置。
【請求項４】前記画像演算装置が、歩行者の歩行速
度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前後の
間隔、及び／又は左右のふらつきを演算することを特徴
とする請求項１、２又は３記載の足跡分析装置。
【請求項５】前記記憶装置が、歩行者記号、歩行速
度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前後の
間隔、及び／又は左右のふらつきの演算結果、または統
計演算処理結果を測定毎に記憶し、前記画像演算装置
が、測定毎のデータの比較演算を行うことを特徴とする
請求項１、２、３又は４記載の足跡分析装置。