JP2005185557A

JP2005185557A - 運動能力評価システム

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Publication number: JP2005185557A
Application number: JP2003431238A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tasato; 博田里
Original assignee: YUNIMEKKU KK
Current assignee: YUNIMEKKU KK
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】被検者の重心移動の反応動作の速さの計測データに基づいて、被検者に自身の重心移動のコントロールについての運動能力又は転倒危険度を客観的に評価するシステムを提供する。
【解決手段】制御装置７が動作指令時刻において表示器４に目標重心位置を表示すると、重心計２の測定プレート上に乗る被検者Ｐは、自身の重心位置を目標重心位置に合わせるように動作を開始する。制御装置７は、被検者Ｐの重心位置に関して時々刻々出力する重心計２からの情報に基づいて、表示器４上での重心表示制御を継続する。重心計２と、被検者Ｐの筋肉Ｍの活動を検出する筋電計３とからの情報によって動作反応時刻が判り、動作反応時刻に基づく時間パラメータに基づいて被検者Ｐの重心移動に関する重心制御運動能力を算出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検者の重心制御運動能力を判定する運動能力評価システムに関する。本発明は、特に、脳疾患系疾病、筋萎縮症、パーキンソン氏病、或いは老化現象等の運動機能障害を伴う疾患に起因した転倒しやすさ、転倒する危険度を診断し、患者に自覚を促したり、投薬処方の指示や機能回復訓練の効果やメニュー作成の確認にも用いられる転倒危険度診断支援システムに適用可能な運動能力評価システムに関する。

ヒトの知覚・運動系は、からだの傾きや回転という適刺激を受けると共に耳殻内の前庭や半規管から成り平衡感覚を司る感覚器官、感覚器官で検出した平衡感覚信号を脳に伝達する知覚神経、脳内にあって知覚神経から伝達された信号を受け取って処理をする感覚野、脳内にあって処理信号に基づいて所定の筋肉に運動をさせるべく命令を発する運動野、運動野の命令に基づく興奮を中枢から末梢へ伝える運動神経、運動神経を通じて伝達される運動指令信号によって緊張・弛緩動作をする筋肉から成っている。また、ヒトの運動を司るプログラムに相当するものは間脳で形成されると言われており、からだの平衡を保つ中枢は小脳にあると言われている。経験を積むほど大脳の運動領及び小脳と神経のつながりが良くなって、動作が正確・敏速になることが知られている。

ヒトが歩く、物を取る、運ぶといった動作を行うには、五感からのフィードバックが必要である。五感というセンサによる検出情報を基に、脳からの状況に合わせた運動プログラムの発動若しくは作成がなされ、そのプログラムの指令が神経回路を伝わり、四肢の多数の筋肉を同期して弛緩、収縮することで上記の動作が行われる。かかる同期が一致しない場合、固縮、震え、すくみ等の異常な動作が現れ、状況に則した動作ができなくなる。特に、ヒトの起立姿勢は本来非常に不安定であって、重力その他の力によって絶えず倒れようとしているが、ヒトは、自己に備わる種々の神経系、中枢、筋系によって瞬間瞬間に身体の傾きを感知し、身体諸系の制御作用によって傾きを元に戻そうとすることによって、直立を維持しようとする。なお、ヒトが特に意識せずに起立姿勢を保つことや歩行中の手足の動作は、大脳、小脳の電気信号命令を出さないで、随時、脊椎反射神経運動が全身の筋肉を調整している脊椎反射神経運動によるものである。

健康なヒトであれば、これらの感覚器官、脳、筋肉の各器官、及びこれらの器官を繋ぐ神経系が正常に機能し、直立を維持可能であるが、これらの器官や神経系統のどれかの部分に異常を来すと、起立姿勢を保とうとしても平衡維持が困難になり、重心の動揺が大きくなって転倒するに至る。また、歩行動作や階段等の昇降動作においては、一般に歩行感覚を得ながら運動をすることになるが、このような異常が生じると、四肢、特に脚と足の動きをスムーズに運ぶことが困難になり、横振れやつまずきによって転倒する。また、高齢者の転倒の主たる原因は、筋力の衰えではなく神経系の伝達障害であると言われている。障害というレベルでなくとも、歩く、物を取るといった動作は脳からの指令若しくは反射等の伝達経路を経て行われるが、老化することにより神経系の伝達機能に衰えが生じ、情報伝達の遅れや情報そのものの欠損によって状況に則した動作ができなくなり、その結果、転倒するに至ると考えられている。

この身体を平衡に保とうとする身体諸系の制御作用は、例えば、計測プレート面上の二等辺三角形の各頂点にそれぞれ配置された計３個の荷重センサを備えた重心計によって測定される垂直荷重の作用中心点（ＣＯＰ）を身体重心の動揺と見なすことで計測可能である。身体重心の動揺のデータには種々の要因が混在しているので、一見するとランダムなデータに過ぎないように見えるが、一定の処理を施すことで、その規則性を見いだすことが可能である。このような処理の一例として、重心の動揺変位を計測する静的計測と、その時間的変化、即ち重心の動揺速度を計測する動的計測がある。静的計測では、目を開けた状態（開眼状態）と目を閉じた状態（閉眼状態）とで計測した重心の動揺変位から導き出したパラメータの比を主たるパラメータとする解析もある。別の処置として、統計的手法を適用することによる重心の動揺変位や動揺速度の分布等の統計値の算出、周波数分析の適用による自己相関や相互相関のような相関解析が挙げられる。また、被検者が、モニタやオペレータによる指示で、２枚の計測プレートへの体重の分配をランダムに変化する目標値に追従させるように体重移動動作を繰り返すバランス訓練と称するものがある。

本発明者らは、上記の重心計を用いて得られた身体重心の動揺データを処理して種々の指標を得ることで、個人の脳・神経系疾患の病状診断、投薬処方及び機能回復訓練のための支援システムを既に提案している（特許文献１参照）。上記支援システムは、演算部と記憶部と表示部とからなるコンピュータ本体とキーボード等の一般入力手段とプリンターとからなる汎用のコンピュータシステムにペンの描画を位置情報として読取る手段を取りつけ、被検患者の描画作業の運動軌跡を時間経過情報と共にコンピュータに取りこむと共に所定パラメータを演算処理する機能と、該パラメータについて健常者の標準的数値並びに脳・神経系疾病特有の現象・症状を表す数値とを有するデータベースと、被検者の所定パラメータと前記データベースから抽出設定された対比する所定のパラメータ値を指標としてグラフ表示させる機能とを備えている。
特開２００２−３６９８１８号公報（段落［０００６］〜［００１０］、図１〜図３）

上記所定のパラメータは、軌跡長、描画速度最大値、描画速度最小値、描画速度平均値、描画加速度最大値、描画加速度最小値、描画加速度平均値、描画図形の外周からのはみ出し面積、描画時間、描画中断回数、描画中断時間、ずれ平均値、ずれ標準偏差値、( ＋) 偏角平均値、( ＋) 偏角標準値、( −) 偏角平均値、( −) 偏角標準値、モデル図形との相関係数のいずれか複数が組み合わされたものである。

また、上記機能回復訓練のための支援システムは、図形を被検者がなぞる描画作業において、疾患別症状レベルに応じた訓練用モデル図形をデータベースに備え、該モデル図形をなぞるペンの描画の検出情報に基いてその正確度を算出する手段と、該算出データを経時的に記憶蓄積する手段と、該蓄積データをグラフ表示させる手段とを備えている。

この機能回復訓練のための支援システムによれば、脳・神経の働きを数値化定量化して正確に解析することが可能となる。また、そのシステムは通常のパーソナルコンピュータをベースに容易に構築でき、しかも、特別の技能を持たない人でも容易に操作できるので、在宅療養の患者であっても毎日のリハビリを容易にすると共にそのデータ取得が可能であり、入院患者と同様の医師による木目の細かい診断を支援することができるシステムである。

検出板に載せられた被検体の各足にかかる荷重中心を連続的に検出して被検体の重心位を算出し、この重心位置を予め設定されたＸ−Ｙ座標上の位置に変換して重心位置の時間の経過に伴う軌跡を求め、この軌跡の全長である総軌跡長を算出するとともに、当該軌跡によって形成された軌跡図形の最外周線の内側の面積を算出し、軌跡長さを外周面積で割った値を算出する平衡障害評価方法が提案されている（特許文献２参照）。
特許第２７６０４７１号公報（段落［０００７］〜［００１９］、図１〜図７）

しかしながら、上記の平衡障害評価方法は、平衡維持能力の判定には利用可能であるが、実際に転倒する可能性を的確に判断できるデータや指標を提供するものではない。重心動揺が大きくても必ずしも転倒しやすいとは限らず、逆に、重心動揺が小さくても転倒しやすい場合もある。このように、重心動揺のデータは、必ずしも転倒のしやすさの的確な診断を下すための判断材料としては寄与しないことが判明している。

そこで、被検者が起立した状態において、モニタによる被検者への指示と、その指示を認識した被検者の重心移動の反応動作データの計測及び筋電位との同期を図り、重心移動開始までの反応動作の速さを計測することによって、重心移動等の重心制御運動能力を客観的に判定する点で解決すべき課題がある。また、被検者の転倒の危険性を予め診断するについて支援を得る点で解決すべき課題がある。また、そうした支援を行うに際しては、反応動作の速さに関して被検者別の標準値を作成しておき、被検者の状態に応じた的確な支援を行うことが好ましい。

この発明の目的は、被検者の重心移動開始までの反応動作の速さの計測データに基づいて、被検者に自身の重心移動のコントロールについての運動能力を客観的に評価するシステムを提供することである。また、被検者の転倒危険度に注目する場合には、被検者の転倒可能性について的確にアドバイスを与え、知覚、脳機能、神経障害等の治療のために投薬を受けている場合にはその投薬の種類の選択や量の判断についてのデータを提供し、リハビリ治療を受けている場合にはリハビリの効果の確認、今後のリハビリ計画の策定等の支援を行うことであり、特殊技能や経験を持たずまた医療の専門家でない者であってもばらつき無く均質なデータを取ることを可能にし、専門家による転倒可能性の診断を正確且つ詳細に行うことを可能にする転倒危険度診断の支援を行うシステムを提供することである。また、この支援システムにおいて、重心移動開始までの反応動作の速さから得られる時間パラメータをその標準値から算出して点数化することで、動作と病気の関連、年齢との関連付けの支援を容易に行うことである。

上記の課題を解決するため、この発明による運動能力評価システムは、被検者が乗った測定プレート上における前記被検者の重心位置に関する情報を出力する重心計、前記被検者の起立姿勢を司る筋肉に取り付け可能であり前記筋肉の活動を電気的に検出し出力する筋電計、前記被検者に対して前記被検者の時々刻々の重心位置と目標重心位置とを表示可能な表示器、及び前記重心計及び前記筋電計からの各出力信号の入力を受けて前記重心位置及び前記目標重心位置について前記表示器の表示動作を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記目標重心位置を指示する動作指令時刻と前記重心計及び前記筋電計からの各出力信号が示す動作反応時刻とから定められる時間パラメータに基づいて前記被検者の重心制御運動能力を算出することから成っている。

この運動能力評価システムによれば、被検者が起立姿勢を司る筋肉に筋電計を取り付けた状態で重心計の測定プレート上に乗ると、制御装置は、重心計から出力される被検者の重心位置に関する情報に基づいて被検者の重心位置を計測し、表示器を制御して表示器に被検者のその時々刻々の重心位置を表示させる。制御装置が、動作指令時刻において表示器に目標重心位置を表示する。このとき、目標重心位置を認識した被検者は、自身の重心位置を目標重心位置に合わせるように動作を開始する。筋電計は被検者の筋肉の活動を電気的に検出し、その出力信号は制御装置に入力される。重心計は被検者が目標重心位置に合わせようとする重心位置に関する情報を時々刻々出力し、その出力信号も制御装置に入力され、制御装置は更新された重心位置を表示するように表示器表示動作の制御を継続する。目標重心位置を指示する動作指令時刻と重心計及び筋電計からの各出力信号が示す動作反応時刻から、目標重心位置が指示されてからの反応動作が開始するまでの速さを見る指標と成り得る時間パラメータを定めることができるので、制御装置は、この時間パラメータに基づいて被検者の重心移動に関する重心制御運動能力を算出することができる。

この運動能力評価システムにおいて、前記動作反応時刻は、前記動作指令時刻以後に前記筋電計からの前記出力信号が前記筋肉の反応開始を示したと判断される時刻以降において、前記重心計からの前記出力信号に基づいて前記被検者の前記重心位置が移動を開始したと判断される時刻とすることができる。被検者の重心位置は筋肉を用いなくてもふらつきで変化することがあるので、重心位置が移動を始めてもその時刻を本当の重心移動開始時刻とすることはできない。そこで、被検者の意志で筋肉を動かすことによって重心位置が移動を開始した時刻を知る必要がある。動作指令時刻以後に筋電計からの出力信号が筋肉の反応開始を示す時刻は、被検者がその意志で重心位置を変更しようとして筋肉が動作を開始する筋肉動作開始時刻として捉えることができる。筋肉が動作を開始した状態で、重心計からの出力信号に基づいて被検者の重心位置が実際に移動を開始したと判断される時刻が、被検者の意志で重心位置が移動を開始する重心移動開始時刻として捉えることができる。

また、動作反応時刻を上記のように定める運動能力評価システムにおいて、前記時間パラメータは、前記動作指令時刻から前記動作反応時刻までの時間差とすることができる。動作指令時刻から動作反応時刻までの時間差は、被検者が動作指令を受けてから実際に重心移動を開始するまでの反応開始の速さを表す指標となる。被検者の運動能力は、この時間差を時間パラメータとして評価することができる。

また、この運動能力評価システムにおいて、前記制御装置は、前記被検者の前記重心制御運動能力を前記時間パラメータに基づいて点数化することで算出することができる。被検者の重心制御運動能力を時間パラメータに基づいて点数化することで算出すれば、医師等の医療従事者、体育指導者等は点数を知ることで、被検者の重心制御運動能力を客観的に評価する支援となる。また、被検者本人も、点数化された重心制御運動能力を知ることで、自己の運動能力の向上・管理を自覚し易くなる。

時間差を時間パラメータとして重心制御運動能力を点数化する上記の運動能力評価システムにおいて、前記制御装置は、前記時間パラメータについて年齢別の標準値がデータ化されたデータベースを記憶又はそのデータベースに接続可能であり、前記標準値を基準にして前記被検者の前記重心制御運動能力を点数化することが好ましい。時間パラメータについて年齢別の標準値がデータ化されたデータベースを予め作成しておけば、制御装置は、そうしたデータベースを記憶又はデータベースに接続することで、年齢別の標準値を基準にした被検者の重心制御運動能力をより詳細に算出することができる。医療従事者、体育関係者や被検者本人は、そうした詳細な算出値に対して評価又は自己認識することが可能となり、日常での自覚、訓練、体調管理等の種々の点できめ細かい評価をすることが可能になる。

この運動能力評価システムは、前記運動能力を前記被検者が転倒する危険の程度としての転倒危険度としてその診断支援を行う転倒危険度診断支援システムとして適用可能である。その原理は、神経内科的な表現をすれば、表示器に写し出された例えば点や直線から成る目標重心位置に対して被検者が垂直荷重の作用中心点（ＣＯＰ）を移動した場合、目標重心位置にＣＯＰを移動したとしても、外側運動系が損傷を受けているときと内側運動系が損傷を受けているときとでは、ＣＯＰが目標に対して手前で終了したり、行き過ぎたり戻ったりするので、その度合いによって、薬剤効果、訓練効果、障害度等を推量するとができることにある。また、被検者の転倒危険度を時間パラメータに基づいて点数化して算出すれば、医療従事者は点数を知ることで被検者の転倒危険度を診断する際の支援となる。また、被検者本人も、点数化された転倒危険度を知ることで転倒の危険度を自覚し易くなる。データベースにおいて時間パラメータについて年齢別にデータ化された標準値を基準にして被検者の前記重心制御運動能力を点数化する場合には、医療従枝者や被検者本人は、そうした詳細な算出値に対して診断又は自己認識することが可能となり、日常での自覚、治療、訓練、投薬効果等の種々の点できめ細かい評価をすることが可能になる。

この発明による運動能力評価システムは、上記のように構成されているので、被検者の重心移動制御についての運動能力について客観的に的確にアドバイスを与え、自己の受信移動に関する重心制御運動能力の向上・管理を図ることができる。また、転倒危険度診断支援システムに適用した場合には、被検者に転倒可能性について的確にアドバイスを与えることができ、知覚、脳機能、神経障害等の治療のために投薬を受けている場合にはその投薬の種類の選択や量の判断についてのデータを提供し、リハビリ治療を受けている場合にはリハビリの効果の確認、今後のリハビリ計画の策定等の支援を行い、特殊技能や経験を持たずまた医療の専門家でない者であってもばらつき無く均質なデータを取ることを可能にし、専門家は転倒可能性の診断を正確且つ詳細に行うことができる。また、年齢別等の患者別の標準値を作成する場合には、標準値を基準にした診断や治療等の現実的な対処が可能になる。転倒危険度の点数化についても、単に目標に対し達成したか否かに止まらず、各種パラメータの標準値から算出した点数を出力することで、動作と病気の関連、年齢との関連付けを行うことができる。

以下、添付した図面に基づいて、この発明による運動能力評価システムの実施例を説明する。図１はこの発明による運動能力評価システムを転倒危険度診断支援システムに適用した一例を示す模式図、図２は図１に示す転倒危険度診断支援システムに用いられる重心計と制御装置とを模式的に示す説明図、図３は図１に示す転倒危険度診断支援システムに用いられる表示器の一表示例を示す図、図４は転倒危険度診断支援システムにおける各種信号の一例を示す説明図、図５は本発明による転倒危険度診断支援システムに用いられる人の年齢と反応時間との標準的な関係及び転倒危険率を点数化するめの標準データの一例を示す図である。以下、この発明による運動能力評価システムを、当該システムが適用される転倒危険度診断支援システムを例に採って説明する。

図１に示す転倒危険度診断支援システム１は、被検者Ｐの重心位置を測定するために被検者Ｐが乗る重心計２と、被検者Ｐの起立姿勢を司る筋肉Ｍの位置に応じた皮膚表面に取り付けられる筋電計３と、スタンド５に取り付けられ、被検者Ｐに対して被検者Ｐの時々刻々の重心位置Ｐｇと目標重心位置Ｐｔ（両位置については図３に示す）を表示可能な表示器４と、被検者Ｐに測定開始を指示するスピーカやランプ等の指示器６と、重心計２及び筋電計３からの測定信号の入力を受けるとともに表示器４及び指示器６の出力信号を出力する制御装置７を備えている。制御装置７は、重心計２からの被検者Ｐの重心位置Ｐｇに関する情報、及び筋電計３からの筋肉Ｍの活動に関する情報を載せた各出力信号の入力を受けて重心位置や転倒危険率等の診断支援に関するデータを演算し、算出結果を出力する。制御装置７による演算結果は、重心位置Ｐｇ及び目標重心位置Ｐｔについては、上記のとおり表示器４に出力されるが、診断支援に関するデータについては別のモニタやプリンタ等の出力機器８に出力するのが好ましい。指示器６は制御装置７からの開始指示信号Ｔｒを受けて被検者Ｐに測定開始を指示するが、図示のようにスタンド５に取り付けられるような聴覚的に開始指示を与えるスピーカに代えて、表示器４の表示画面上にスタート表示（図３参照）を視覚的に与えてもよい。

図２に示すように、重心計２は、被検者Ｐが乗ることができる測定プレート１１と、測定プレート１１の下に配置された複数（図示の例では３つ）のロードセル１２を備えている。制御装置７は、各ロードセル１２に配線を介して接続され、各ロードセル１２の信号を増幅するアンプ１３と、各アンプ１３にそれぞれ接続されたフィルタ１４と、Ａ／Ｄ変換器１５、デジタル化された信号を演算する演算器１６を備えており、演算器１６の演算結果に基づいて、被検者Ｐの重心位置Ｐｇを計算し、記憶し、表示器４にその重心位置Ｐｇを表示させることができる。制御装置７には予め求められている標準データ格納部１７が接続されており、制御装置７は、被検者Ｐの転倒危険率を算出するために標準データ格納部１７にアクセスし、標準データ格納部１７からデータを取得することができる。

制御装置７は、重心計２から出力される被検者Ｐの重心位置Ｐｇに関する情報（ロードセル１２の出力）に基づいて被検者Ｐの重心位置Ｐｇを計測し、表示器４の表示動作を制御する。図３には、被検者Ｐの重心位置Ｐｇ及び目標重心位置Ｐｔを表示した表示器４が示されている。液晶表示画面のようなフラットなディスプレイパネルを持つ表示器４には、制御装置７からの出力制御信号によって被検者Ｐのその時々刻々の重心位置Ｐｇが表示される。被検者Ｐは、自己の重心位置Ｐｇを表示器４上で認識することができる。

図３に示すように、表示器４には、制御装置７によって、医療従事者又はオペレータの操作によって設定された目標重心位置Ｐｔが表示される。目標重心位置Ｐｔを認識した被検者Ｐは、自身の重心位置Ｐｇを目標重心位置Ｐｔに合わせるように動作をする。制御装置７は、表示器４の表示動作を制御し、被検者Ｐに知らせるために、重心計２が測定した情報に基づいて時々刻々に更新される重心位置Ｐｇを表示する。なお、目標重心位置Ｐｔには、重心位置は常にふらつきが伴うので、実質的に目標重心位置Ｐｔに到達したと見なすことができる目標位置みなし範囲９を設定することができる（目標位置みなし範囲９については具体的に表示させなくてもよい）。

図４には、転倒危険度診断支援システムにおける各種信号の一例が示されている。表示器４上における目標重心位置Ｐｔの表示は、被検者Ｐに対する重心合わせ動作を開始指示するトリガ信号Ｔｒとして、動作指令時刻Ｔｃにおいて行われる。動作指令時刻Ｔｃ以前から筋電計３は被検者Ｐの筋肉Ｍの活動を電気的に検出して出力しており、その出力信号は制御装置７に入力されている。重心計２も、動作指令時刻Ｔｃ以前から被検者Ｐの重心位置Ｐｇに関する情報を時々刻々出力しており、その出力信号も制御装置７に入力される。したがって、筋肉Ｍの活動を示す筋電計３及び重心位置Ｐｇを測る重心計２の出力信号には、動作指令時刻Ｔｃ前においても、筋肉Ｍの不随意的な活動や重心の不随意的なふらつきによって、筋肉Ｍや重心が随意的に動かされるときと同等の大きさの信号が含まれ得る。目標重心位置Ｐｔを指示する動作指令時刻Ｔｃから以後、被検者Ｐが目標重心位置Ｐｔを認識して自己の重心を目標重心位置Ｐｔに合わせようとする。

動作指令時刻Ｔｃ以後、筋電計３の出力信号が急に立ち上がる時刻は、表示器４の合図を認識した被検者Ｐが実際にその意志で重心位置を変更しようとして筋肉Ｍが活動として反応開始を示した時刻であると判断することができる。その時刻は、被検者が筋肉が動作を開始する筋肉動作開始時刻Ｔｍｓとして捉えられる。また、筋肉動作開始時刻Ｔｍｓ以後、重心計２からの出力信号に基づいて被検者Ｐの重心位置Ｐｇが移動を開始したと判断される時刻は、筋肉Ｍが動作を開始した状態で被検者Ｐの重心位置Ｐｇが実際に移動を開始したと判断される。その時刻は、被検者の意志で重心位置が移動を開始する重心移動開始時刻Ｔｃｓとして捉えることができる。重心位置Ｐｇが移動を開始したと判断できる例としては、重心位置Ｐｇが目標重心位置Ｐｔに向かって明らかに移動を開始したと判断できる重心位置Ｐｓ１を通過したとき、又は図３に示すように重心センタ位置Ｐｃの周りの補助範囲１０を横断して目標重心位置Ｐｔに向かって移動する重心位置Ｐｓ２を通過したときとすることができるが、これらに限定されない。被検者Ｐの重心位置Ｐｇは筋肉Ｍを用いなくてもふらつきで変化することがあるが、筋肉動作開始時刻Ｔｍｓ以後、重心位置Ｐｇが目標重心位置Ｐｔに向かって移動を始める時刻を、被検者Ｐの意志で筋肉Ｍを動かすことによって重心位置Ｐｇが移動を開始した本当の重心移動開始時刻Ｔｃｓとして定めることができる。

被検者Ｐに対する重心合わせ動作を開始指示するトリガ信号Ｔｒの動作指令時刻Ｔｃと、重心計２及び筋電計３の出力信号に基づいて定められる動作反応時刻としての重心移動開始時刻Ｔｃｓから、目標重心位置が指示されてからの反応動作の開始の速さを見る指標と成り得る時間パラメータを定めることができる。時間パラメータは、具体的には、動作指令時刻Ｔｃから重心移動開始時刻Ｔｃｓまでの時間差ΔＴ１と定められる。時間差ΔＴ１は、被検者Ｐの反応動作の速さ、即ち被検者Ｐが動作指令を認識してから実際に重心位置Ｐｇを変更しようとして重心移動動作を開始するまでの応答動作の開始速さとして捉えることができる指標となる。

また、重心位置Ｐｇが目標重心位置Ｐｔに到達された（あるいは、目標位置みなし範囲９内に納まった）と判断される動作完了時刻Ｔｅを定めることができる。重心移動開始時刻Ｔｃｓ以外にも、補助的な動作反応時刻として動作完了時刻Ｔｅを考慮することも可能である。この場合、動作指令時刻Ｔｃから動作完了時刻Ｔｅまでの時間差ΔＴ２は、被検者Ｐの重心変更終了までに要する時間の長さ、即ち被検者Ｐが動作指令を認識してから重心移動完了までに要する重心位置修正時間の長さを表す指標となるので、この時間差も補助的な時間パラメータとすることができる。時間差ΔＴ２に代えて、重心移動開始時刻Ｔｃｓから動作完了時刻Ｔｅまでの時間差を用いることもできる。

制御装置７は、この時間パラメータに基づいて被検者Ｐの転倒危険度を算出する。被検者Ｐの転倒危険度は、時間パラメータに基づいて点数化することで算出することができる。被検者Ｐの転倒危険度を時間パラメータに基づいて点数化することで、医療従事者が被検者Ｐの転倒危険度の診断する際の支援を図ることができる。また、被検者本人も、点数化された転倒危険度を知ることで、転倒する危険の程度を自覚し易くなる。そうした点数化の結果は、外部のモニタやプリンタ等の出力機器８（図１参照）に出力することが好ましい。

図５には、人の年齢を横軸に取り且つ反応時間を縦軸に取るときの年齢と共に変化する反応時間の標準的な変化の一例がグラフとして描かれていると共に、転倒危険率の点数化の一例が示されている。反応時間としては、例えば、図４に示すように動作指令時刻Ｔｃから重心移動開始時刻Ｔｃｓまでの時間差ΔＴ１が採用されている。図５からは、５５歳を超えるころから反応時間が急に長くなっていくことが見て取れ、７０歳を超えると５０歳まで平均的な反応時間の倍以上の時間を要することが判る。なお、この傾向は男女共に共通である。

時間差を時間パラメータとして転倒危険度を点数化する転倒危険度診断支援システム１において、制御装置７は、図５に示されているような年齢別の時間パラメータの標準値についてのデータベースをデータ記憶部１７（図２参照）に記憶することができる。或いは制御装置７は、外部にデータ記憶部１７を持つ場合には、そうしたデータ記憶部１７に接続可能とすることができる。このデータベースを予め作成しておけば、制御装置７は、データ記憶部１７にアクセスすることで、年齢別の標準値を基準にした被検者の転倒危険度を相対的に点数化して算出することができる。転倒危険度診断支援システム１で得られた被検者の年齢と時間パラメータの算出値を図５上にプロットすることで、被検者の転倒危険度を点数化することができる。図５に示す例では、３０歳以下の標準的な反応時間が３０ｍｓｅｃ以下に対して１００点が当てられており、例えば、５５歳で反応時間が６０〜７０ｍｓｅｃであると、相対的には６９〜６０点（６３歳〜６７歳相当）であると点数化することができる。この標準値及び点数化は、男女共に共通したものである。医療従事者や被検者本人は、そうした基準値に対して相対的な判断することが可能となり、日常での自覚、治療、訓練、投薬効果等の種々の点でのきめ細かい評価をすることができる。

動作指令時刻Ｔｃから重心移動開始時刻Ｔｃｓまでの反応時間（時間差ΔＴ１）が長いと、被検者Ｐが筋肉Ｍを動かす必要性を認識してから実際に筋肉Ｍが動作して重心移動が開始するまでの時間が長いということになり、転倒の危険性が高いことを示す。転倒危険率Ｐが標準値外であれば、転倒に注意せよと指示し、医療従事者による診断が促される。また、動作指令時刻Ｔｃから動作完了時刻Ｔｅまでの時間差ΔＴ２が長いと、重心の修正に長い時間を要すると評価され、転倒の危険性が高いことの補助的な判断材料を与える。また、本システムで転倒危険性の判定を繰り返して行うことで、医療従事者による治療、助言、訓練等の効果を判定することができる。更に、高齢者が転倒可能性を自覚して行動するようになれば、実際の転倒を未然に防ぐことができ、転倒による種々の怪我や病気を患うことになる事態も回避することができるので、そうした怪我や病気の治療をするための医療費を軽減することにも貢献することができる。

本発明は、転倒危険度を数値化して診断支援に用いるシステムとして説明したが、それに限らず、重心位置の変更の反応速さを見る等、重心のバランスを早く回復させる運動選手の運動能力評価システムとして用いることもできることは明らかである。この場合、重心の移動量が大きくなるときは、大型の重心計を用いる必要がある。転倒危険度の場合には点数が高いほど転倒危険度が低いと判断可能であるが、重心制御運動能力として見る場合にも、同じ要領で点数化すれば点数が高いほど重心制御に関する高い運動能力が高いと判断する判断材料を提供することができる。

この発明による運動能力評価システムが適用される転倒危険度診断支援システムの一例を示す模式図である。図１に示す転倒危険度診断支援システムに用いられる重心計と制御装置とを模式的に示す説明図である。図１に示す転倒危険度診断支援システムに用いられる表示器の一表示例を示す図である。転倒危険度診断支援システムにおける各種信号の一例を示す説明図である。図５は本発明による転倒危険度診断支援システムに用いられる人の年齢と反応時間との標準的な関係及び転倒危険率の点数化の一例を示す図である。

符号の説明

１転倒危険度診断支援システム２重心計
３筋電計４表示器
５スタンド６指示器
７制御装置８出力機器
９目標位置みなし範囲１０補助範囲
１１測定プレート１２ロードセル
１３アンプ１４フィルタ
１５Ａ／Ｄ変換器１６演算器
１７標準データ格納部
Ｐ被検者Ｍ筋肉
Ｐｇ時々刻々の重心位置Ｐｔ目標重心位置
Ｐｃ重心センタ位置
Ｔｒ開始指示信号Ｔｃ動作指令時刻
Ｔｍｓ筋肉動作開始時刻Ｔｃｓ重心移動開始時刻
Ｔｅ動作完了時刻
ΔＴ１時間差（反応時間） ΔＴ２時間差

Claims

被検者が乗った測定プレート上における前記被検者の重心位置に関する情報を出力する重心計、前記被検者の起立姿勢を司る筋肉に取り付け可能であり前記筋肉の活動を電気的に検出し出力する筋電計、前記被検者に対して前記被検者の時々刻々の重心位置と目標重心位置とを表示可能な表示器、及び前記重心計及び前記筋電計からの各出力信号の入力を受けて前記重心位置及び前記目標重心位置について前記表示器の表示動作を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記目標重心位置を指示する動作指令時刻と前記重心計及び前記筋電計からの各出力信号が示す動作反応時刻とから定められる時間パラメータに基づいて前記被検者の重心制御運動能力を算出することから成る運動能力評価システム。
前記動作反応時刻は、前記動作指令時刻以後に前記筋電計からの前記出力信号が前記筋肉の反応開始を示したと判断される時刻以降において、前記重心計からの前記出力信号に基づいて前記被検者の前記重心位置が移動を開始したと判断される時刻であることから成る請求項１に記載の運動能力評価システム。
前記時間パラメータは、前記動作指令時刻から前記動作反応時刻までの時間差であることから成る請求項２に記載の運動能力評価システム。
前記制御装置は、前記被検者の前記重心制御運動能力を前記時間パラメータに基づいて点数化することで算出することから成る請求項１に記載の運動能力評価システム。
前記制御装置は、前記時間パラメータについて年齢別の標準値がデータ化されたデータベースを記憶又は接続可能であり、前記標準値を基準にして前記被検者の前記重心制御運動能力を点数化することから成る請求項４に記載の運動能力評価システム。
前記重心制御運動能力を前記被検者が転倒する危険の程度としての転倒危険度としてその診断支援を行う転倒危険度診断支援システムとして適用されることから成る請求項１〜５のいずれか１項に記載の運動能力評価システム。