JP2005348860A - 身体運動解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、人体運動に伴う物理量のデータと実画像との照合により、わずかな知識でも、容易に前記データの確認、理解ができる身体運動解析装置の提供。
【解決手段】人体の運動に伴う物理量を時間の経過に沿って検出する運動検出装置1と、人体を撮像する撮像装置2と、前記物理量の検出に同期して、前記撮像装置2に撮像を行わせる撮像制御部3と、撮像された画像と前記物理量とを蓄積する蓄積装置4と、前記画像と、前記物理量と、を同期させて表示する表示装置5とを備えた身体運動解析装置を提供することによって解決する。
【選択図】図２

Description

本発明は、重心動揺計、身体運動画像解析システムなどから得られる人体の運動に伴う物理量に基づき、人間の姿勢制御能力、身体運動の解析を行うことで、リハビリテーションシステムや、スポーツトレーニング装置などに利用可能な身体運動解析装置に関する。

従来の身体運動記録装置として、被監視者の行動を映像として記録するものがある。
（例えば、特許文献１参照）。図５に前記特許文献1 に記載された従来の身体運動解析装置に関するブロック図を示す。

図５に示す前記従来の身体運動解析装置は身体の運動を撮影する撮影手段１１、身体の知識を記憶する身体知識記憶手段１２、撮影した画像から身体部のみを抽出する身体抽出手段１３、抽出した身体部を、身体の部品に分ける身体部品抽出手段１４、身体の部品の中で画像中に現れている身体特徴点を身体の知識を利用して検出する可視特徴点検出手段１５、身体の部品の中で画像中には現れない身体特徴点を検出する未知特徴点検出手段１６、身体特徴点検出方法の結果を時系列の身体特徴点データとして記憶する身体特徴点記憶手段１７、身体運動の知識を記憶する身体運動知識記憶手段１８、運動に関する周囲の環境の知識を記憶する運動環境知識記憶手段１９、運動環境知識を考慮して、時系列の身体特徴点データと身体運動の知識から、身体運動を解析する身体運動解析手段２０、熟練者の身体運動の知識を記憶する熟練者身体運動知識記憶手段２１、身体運動解析結果をもとに、用途に応じたアドバイスを与えるアドバイス作成手段２２により構成される。
特開平１０−１１１９４０号公報（第９頁、図１１）

しかしながら、特許文献１に示す従来の身体運動解析装置においては撮影された画像は画像処理のプロセスにより身体の特徴点などのデータに加工され、もとの画像そのものが撮影後のプロセスで再生される仕組みを持たない。例えば、身体運動解析手段２０やアドバイス作成手段２２で前記もとの画像を再生される仕組を持たない。

したがって、撮影手段１１以外の構成要件が撮影手段１１ならびに被験者の存在する室内とは異なる空間に存在する場合など被験者を直接視認することができない場合は、身体特徴点の運動および身体運動の解析結果と実際の被験者身体運動とを照合確認することができない。観察者は観察対象である被験者の身体運動をデータに加工された身体の特徴点に基づくことによってのみ実際の身体運動を推量するしかなく、またこの推量作業は高度の熟練と知識なしには不可能である。つまり、従来の身体運動解析装置におけるデータ解析は、身体の特徴点などのデータのみに頼らざるを得ず、その理解や実際にどのような条件下で身体運動が行われているかなどの計測条件との照合に高い専門知識が必要である。

本発明は、前記物理量のデータと実画像との照合により、わずかな知識でも、容易にデータの確認、理解ができる身体運動解析装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の身体運動解析装置は、人体の運動に伴う物理量を時間の経過に沿って検出する運動検出手段と、人体を撮像する撮像手段と、前記物理量の検出に同期して、前記撮像手段に撮像を行わせる撮像制御手段と、撮像された画像と前記物理量とを蓄積する蓄積手段とを備えることを特徴とする。

本構成によれば、人体の運動に伴う物理量のデータの収集と同期させた画像の収集・表示を行うことで、前記データと実画像との照合により、わずかな知識でも、容易にデータの確認、理解ができる身体運動解析装置を提供することが可能になる。

また、人体の運動に伴う物理量のデータと同時に撮像された画像を、別室あるいは後刻などの被験者を直接視認することができないような状態においても前記データと同時に参照することが可能となる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態）
本実施形態は、下肢関節の置換手術を行った１名の患者を対象とし、姿勢の変換や歩行を通して患者の運動機能を解析することでリハビリテーションによる回復の過程を管理する場合の事例を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態にかかる身体運動解析装置のブロック図である。当該身体運動解析装置10は運動検出装置1、撮像装置2、撮像制御部3、蓄積装置4、表示部5を備えている。

本実施形態において、運動検出装置１は患者の仙骨近傍に帯状の装着具により設置され、加速度センサを備えている。前記加速度センサは患者の運動に伴う加速度に対し、前後、左右、上下の各方向の加速度を検出するものである。また、運動検出装置１は、前記加速度センサが検出した患者の加速度をA/D変換して離散化したのち数値データとして蓄積手段4へ無線で出力する機能も備えている。

本実施形態における撮像装置2は患者の動作を撮像するためのCMOSカメラを備えている。このCMOSカメラは、常に患者をその視野に収めることができる位置に設置され、患者が撮影された画像を蓄積装置4へ有線で出力する。本実施形態における前記CMOSカメラの撮像素子は約10万個の画素で構成されるものである。

撮像制御部3に備えられた解像度設定部6は撮像装置2に対して画像を構成するために使用する画素数であるところの解像度を設定することができる。
撮像制御部3に備えられたフレーム数設定部7は、フレーム数であるところの単位時あたりの撮像回数を設定することができる。

前記解像度設定部6により設定される画素数と、前記フレーム数設定部7により設定されるフレーム数により撮像した画像のデータサイズを規定することができる。本実施形態における身体運動であるところの姿勢の変換および歩行は一連の計測時間は10秒から30秒と比較的短時間の計測であったため、撮像した画像のデータサイズは蓄積装置4の容量に対して十分に小さくすることができる。したがって、本実施形態における患者の撮像条件は横320画素縦240画素で構成される76800画素を解像度として設定し、この画像を毎秒10フレーム(枚)撮像するように設定した。以上のように設定することで、他のデータと併せて蓄積装置4の容量に近いデータサイズとすることができた。

しかしながら例えば、一度に100名の患者に対して撮像を実施し全データを一の蓄積装置4に記憶させるなどのようにサンプル数が多い場合や、1名の患者に対して24時間連続の撮像を実施するように一連の計測時間が長時間にわたる場合は、前記画素数、前記フレーム数を小さな値に設定することでデータサイズを調整することができる。この様な調整機構を有することで容量の小さい記憶媒体まで蓄積装置４として用いることが可能となる。

図２に本実施形態の具体例を示す。図２は姿勢の変換である立座りの計測時の患者の様子を撮像装置２によって撮像し、表示部5中に並べて表示される動画表示部8と波形表示部30に加速度波形と実際の画像とを同期表示した状態を示している。

本実施形態における撮像制御部3は、前記撮像装置2に備えられるCMOSカメラを接続した身体運動解析装置１０であるところのコンピュータ上で動作するプログラムであり、前記プログラムの動作として前記解像度設定部6および前記フレーム数設定部7における数値入力を受け付け、撮像装置2を制御することができる。

本実施形態における蓄積装置4は、前記運動検出装置1から出力される加速度データおよび前記撮像装置2から出力される画像データを蓄積するための容量64メガバイトの不揮発性ランダムアクセスメモリであり、前記コンピュータに具備されたものである。また、前記加速度データおよび前記画像データを同期させるために必要な時間情報も、前記コンピュータに具備されたクロックから読み出し前記加速度データおよび前記画像データに対して時間属性情報として付与され、被験者名などの同期情報と同時に記録されている。

表示装置5は、蓄積装置4から読み出した所定の画像データの表示を行うために液晶表示装置32と、前記同期情報に基づき読み出す画像データを選択するための表示制御プログラム31とからなる。

図３は、患者の歩行加速度計測時の動作事例を示している。この場合において、身体運動解析装置10は、運動検出装置1で計測された3次元の加速度データと、撮像装置2により撮像された患者の画像とを蓄積装置4に記憶させると同時に、表示装置5がリアルタイムに蓄積装置4から前記データと画像を読み取り、加速度波形と実画像とを液晶表示装置32の波形表示部30および動画表示部8に同期した状態で同時に表示を行う。

前記撮像装置4は運動検出装置1の加速度の計測と同期して撮像を開始するものとなされており、例えば、毎秒１０フレームで撮像される画像データに対し、常に最新の画像を表示することで動画として動画表示手段８に動画を表示することができるものである。

図４は前記歩行加速度計測後のデータ分析時の画面構成を示す。身体運動解析装置10は、蓄積装置4から加速度データ読み出し、患者の歩行時に収集した加速度に対して周波数分析の結果を表示装置5の波形表示部30に表示するとともに、所定の同期情報をもとに前記加速度データと同期した画像データを表示装置5の動画表示部8に並列状態で表示している。さらに、この画面構成の特徴として、波形表示部30および動画表示部8に加え、前記動画を構成する各画像を個別に周波数分析した結果の時間軸に合わせて波形表示部30の上部に時間軸に対応した状態で一覧表示する一覧表示部9が存在する。

本実施形態における身体運動解析装置10は加速度波形に対して周波数分析を実施する機能を有するが、その周波数分析を実施する際の分析区間を指定する際、加速度波形の時間軸上の値で指定する以外に、加速度波形の時間軸に併せて一覧表示された一覧表示部9の各画像から分析区間の起点と終点に対応した任意の２枚を選ぶことでも指定することが可能である。このようにして指定すれば、患者の動作状態を確認しながら直感的に分析区間を指定できるので、当該作業に熟練を必要とすることがない。なお、指定された分析区間は背景の色調を変えることで加速度波形の時間軸上に反映される。

また前記分析区間の指定後は、動画表示部8にはその分析区間における画像データのみを動画表示するものとなされている。一方、前記分析区間の指定のない場合は、読み込んだ全画像データを時系列に沿って順次再生表示するものとなされている。

以上のように、加速度データの記憶とこれ同期させた画像の記憶を行い、これらをリアルタイムにまたは事後的に同期させた状態で同時に表示を行うことで、加速度データと実画像との照合により、わずかな知識でも、容易にデータの確認、理解ができる。

また、運動検出装置1を装着した患者を撮像装置2に備えられたCMOSカメラで撮像し、表示装置5などを別室に備えることで、患者に意識されにくい状態でデータ収集を行うことができる一方、動画表示部8で患者の実際の動きを参照しつつ波形表示部30に表示される加速度データを確認することが可能となる。

本発明の身体運動解析装置は、手術後の患者や老人などの身体的運動機能の回復に必要なリハビリテーション用の装置等として利用可能であり、また、スポーツなどの身体機能の向上に必要なトレーニング用の装置等としても利用可能である。

本発明にかかる身体運動解析装置のブロック図である。 本発明にかかる身体運動解析装置の概略図である。 身体運動解析装置の一表示状態を示す概略図である。 身体運動解析装置の他の表示状態を示す概略図である。 従来の技術にかかる身体運動解析装置のブロック図である。

符号の説明

１ 運動検出装置
２ 撮像装置
３ 撮像制御部
４ 蓄積装置
５ 表示装置
10 身体運動解析装置

Claims (6)

1. 人体の運動機能を解析するための身体運動解析装置であって、
   人体の運動に伴う物理量を時間の経過に沿って検出する運動検出手段と、
   人体を撮像する撮像手段と、
   前記物理量の検出に同期して、前記撮像手段に撮像を行わせる撮像制御手段と、
   前記撮像手段によって得られた画像と前記物理量とを同期させて同時に表示することのできる表示手段と
   を備えることを特徴とする身体運動解析装置。
2. 前記運動検出手段は、
   人体の運動に伴う加速度を検出する加速度センサ、床反力を検出する反力センサ、画像情報により人体の運動に伴う物理量を検出することのできる画像処理装置、および、人体の関節角を検出するゴニオメータ、のうち少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項１に記載の身体運動解析装置。
3. 前記撮像制御手段は、さらに、
   撮像における空間解像度を設定する解像度設定部と、
   単位時間あたりの撮像回数を設定するフレーム数設定部と
   を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の身体運動解析装置。
4. 前記表示手段は、さらに、
   前記画像を時系列順に逐次表示する動画表示部と、
   前記画像を時系列順に一覧表示する一覧表示部と
   のうち少なくともいずれか一方を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の身体運動解析装置。
5. 前記撮像手段によって得られた画像と前記運動検出手段によって検出された物理量を蓄積する蓄積手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の身体運動解析装置
6. 前記撮像制御手段がコンピュータを機能させるためのプログラムである請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の身体運動解析装置。
   

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