JP2006312028A - 歩行訓練支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】つぎ足歩行を行ったときの被計測者の荷重状態を正確に把握する。
【解決手段】表示制御部１４２が、被計測者に対して圧力分布センサ１１上でつぎ足歩行を行うことを指示する。解析部１３１が、圧力分布センサ１１からの圧力分布データに基づいて、被計測者がつぎ足歩行をおこなったときの被計測者の荷重状態を解析する。
【選択図】図２

Description

本発明は、加齢、病気及びケガなどにより歩行機能が低下している場合に、歩行機能を回復させるために行われる歩行訓練を支援する歩行訓練支援装置に関する。

歩行機能の向上を図る歩行訓練の支援装置としては、多数の感圧センサを有すると共に圧力被計測者が歩行可能となっている圧力分布センサを備え、当該圧力分布センサ上を患者（被計測者）が歩行したときの足裏にかかる荷重と足位置と計測する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術によると、被計測者の足裏の荷重状態が数値化されて理想的な荷重状態との差を客観的に把握することができ、歩行訓練を効率よく行うことができる。

特開２０００−３０８６９８号公報（図１、図２）

歩行訓練においては、患者が通常の歩行を行うだけでなく、床上に描かれた直線に沿って踏み出した足の踵側端部が他方の足の爪先側端部に接するように歩行するつぎ足歩行を行うことがある。つぎ足歩行は、通常の歩行と比較してより正確な歩行動作が要求される。しかしながら、上述した技術では、つぎ足歩行を行ったときの荷重状態を正確に把握することは想定されていない。

本発明の主たる目的は、つぎ足歩行を行ったときの被計測者の荷重状態を正確に把握することができる歩行訓練支援装置を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明の歩行訓練支援装置は、被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有する圧力分布センサと、前記圧力分布センサ上に形成された基準直線に沿って踏み出した足の踵側端部が他方の足の爪先側端部に接するように歩行することを被計測者に指示する指示手段と、前記指示手段に基づいて被計測者が前記圧力分布センサ上を歩行したときに、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値に基づいて、前記圧力分布センサ上における被計測者の荷重状態を解析する解析手段とを備えている。

本発明によると、解析手段により、つぎ足歩行を行ったときの被計測者の荷重状態を正確に把握することができる。これにより、被計測者の歩行訓練を効率的に行うことができる。

本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の一方の足の重心位置を算出する片足重心位置算出手段と、前記圧力分布センサ上の被計測者の一方の足との接触領域内における、前記片足重心位置算出手段により算出された当該一方の足の重心位置の移動速度である片足重心移動速度を算出する片足重心移動速度算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、被計測者がつぎ足歩行を行ったときの各足のふらつき度を正確に計測することができる。

また、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値と閾値とを比較する比較手段と、前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を第１所定値に変換する第１の変換手段と、前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値より小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を前記第１所定値とは異なる第２所定値に変換する第２の変換手段と、被計測者から前記第１の変換手段によって前記第１所定値に変換された出力値及び前記第２の変換手段によって前記第２所定値に変換された出力値に対応した圧力が前記複数の圧力検知領域に対してそれぞれ加えられた場合の被計測者の重心位置に基づいて、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置の基準となる基準位置を算出する基準位置算出手段と、前記重心位置算出手段が算出した重心位置と前記基準位置算出手段が算出した基準位置との相対距離である中心変位長をサンプリング時間ごとに算出する中心変位長算出手段と、計測時間内において、前記中心変位長離算出手段が算出した前記中心変位長を積算した総中心変位長を算出する総中心変位長算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、計測時間内におけるサンプリング時間ごとに基準位置を算出することによって、つぎ足歩行において、被験者の重心位置と圧力分布センサにおける被計測者との接触領域とが変化するときも、ふらつき度との相関関係が高い総中心変位長を算出することができる。これにより、被計測者がつぎ足歩行を行ったときのふらつき度を正確に計測することができる。

さらに、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、前記基準直線から前記重心位置までの距離を被計測者の移動時間で積分することによって比直線時間積分値を算出する比直線時間積分手段とを含んでいることが好ましい。これによると、被計測者がつぎ足歩行を行ったときの歩行時間に伴う重心位置の変化量（ふらつき度）を正確に計測することができる。

このとき、前記比直線時間積分手段が、被計測者の左右いずれか一方の足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているときの前記基準直線から前記重心位置までの距離を前記移動時間で積分することによって比直線時間積分値を算出してもよい。これによると、被計測者がバランスを崩しやすい状態での比直線時間積分値が算出されるため、被計測者がつぎ足歩行を行ったときのふらつき度をより正確に計測することができる。

または、前記比直線時間積分手段が、前記重心位置算出手段により算出された重心位置が被計測者の移動方向の反対方向に移動しているときの前記基準直線から前記重心位置までの距離を前記移動時間で積分することによって比直線時間積分値を算出してもよい。これによると、被計測者がバランスを崩しているときの比直線時間積分値が算出されるため、被計測者がつぎ足歩行を行ったときのふらつき度をより正確に計測することができる。

さらには、前記比直線時間積分手段が、被計測者の左右いずれか一方の足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているとき、且つ、前記重心位置算出手段により算出された重心位置が被計測者の移動方向の反対方向に移動しているときの前記基準直線から前記重心位置までの距離を前記移動時間で積分することによって比直線時間積分値を算出することが好ましい。これによると、被計測者がつぎ足歩行を行ったときのふらつき度をより一層正確に計測することができる。

加えて、本発明においては、前記解析手段が、前記比直線時間積分手段が算出した比直線時間積分値に、前記移動時間に対する所定の単位時間の比を乗ずることによって揺れ指数を算出する揺れ指数算出手段を含んでいることが好ましい。これによると、移動時間の長さに依存しないふらつき度の指標となる揺れ指数を算出することができるため、被計測者のふらつき度を正確に把握することができる。

また、本発明においては、被計測者の移動開始後の第１所定時間及び移動終了前の第２所定時間の少なくともいずれかを前記移動時間に含めないことが好ましい。これによると、被計測者のつぎ足歩行が安定している状態で計測を行うことができるため、被計測者がつぎ足歩行を行ったときのふらつき度をより一層正確に計測することができる。

加えて、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、前記基準直線から前記重心位置までの距離を前記重心位置の前記基準直線に沿った移動距離で積分することによって比直線距離積分値を算出する比直線距離積分手段とを含んでいることが好ましい。これによると、被計測者がつぎ足歩行を行ったときの歩行距離に伴う重心位置の変化量を正確に計測することができる。

また、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、前記基準直線から前記重心位置までの距離の最大値である比直線距離最大値を算出する比直線距離最大値算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、被計測者がつぎ足歩行をおこなったときのふらつき度の最大値を計測することができる。

加えて、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、前記基準直線から被計測者の移動方向に関する左方向に最も離隔した前記重心位置までの距離、及び、前記基準直線から被計測者の移動方向に関する右方向に最も離隔した前記重心位置までの距離を合計することによって比直線距離最大振幅値を算出する比直線距離最大振幅算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、被計測者がつぎ足歩行を行ったときの最も大きなふらつきを容易に計測することができる。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態に係る歩行訓練支援装置の概略構成を示す外観図である。図２は、図１の歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。

図１に示す歩行訓練支援装置１は、シート状の圧力分布センサ１１と、圧力分布センサ１１に接続された圧力検出部１２と、パーソナルコンピュータ（パソコン）２０と、圧力検出部１２とパソコン２０とを接続する接続ユニット４０とを備えている。接続ユニット４０は、インターフェースボックス４５及びインターフェースケーブル４６を含んでおり、その両端が圧力検出部１２及びパソコン２０の各入出力インターフェース（図示しない）に接続されている。歩行訓練支援装置１は、被計測者が圧力分布センサ１１上で所定の動作を行うことにより、被計測者の荷重状態を解析するものである。

圧力分布センサ１１は、被計測者がその上に立つ場合に、被計測者の両足から加えられる圧力を検知する圧力検知領域となる多数の感圧センサ１１ａが格子状に配置されたものである。圧力検出部１２は、多数の感圧センサ１１ａのそれぞれに接続されており、各感圧センサ１１ａの状態を検出する。本実施形態では、圧力分布センサ１１の厚さは、約０．１〜０．２ｍｍである。ここで、本実施形態では、各感圧センサ１１ａの状態は、それらに加えられる圧力に対応した０〜２５５のデジタル出力値によって表され、その出力値がパソコン２０に対して出力される。

このように、本実施形態では、被計測者がその上に立つための十分な剛性を有する検出板は必要ではなく、被計測者の両足は圧力分布センサ１１上に載せることができる。なお、圧力分布センサ１１の大きさは、計測時における圧力分布センサ１１上での被計測者の動作内容によって決定される。また、圧力分布センサ１１は、シート単体での使用も可能であるが、シートの保護の観点から、ゴムシートを緩衝用に積層してもよい。また、床上へのセッティングを容易にする目的でセンサを保持するアルミなどの金属製や樹脂製の板の上に積層してもよい。

パソコン２０は、ディスプレイ２１と、キーボード２５と、マウス２６と、制御部３０（図２参照）とを有している。ここで、制御部３０には、歩行訓練支援装置１に係る各種動作を制御する歩行訓練支援プログラムやデータなどが格納されたハードディスク、歩行訓練支援装置１の各部の動作を制御する信号を生成するために各種演算を実行するＣＰＵ、ＣＰＵでの演算結果などのデータを一時保管するＲＡＭなどが含まれている。

制御部３０は、図２に示すように、圧力分布データ記憶部１３２と、解析部１３１と、重心位置記憶部１３８と、基準位置記憶部１３９と、中心変位長記憶部１４０と、表示制御部１４２とを有している。また、制御部３０には、ディスプレイ２１と、キーボード２５と、マウス２６とがそれぞれ接続されている。

圧力分布データ記憶部１３２は、圧力検出部１２から接続ユニット４０を介してパソコン２０に送信された圧力分布データを記憶するものである。圧力分布データ記憶部１３２には、圧力分布センサ１１に格子状に配置された多数の感圧センサ１１ａごとに、計測時間内におけるサンプル時間おきの圧力分布データが記憶されている。つまり、各サンプル時間に対応する１つの検知時刻における多数の感圧センサ１１ａの圧力分布データが、検知時刻の数だけ記憶されている。従って、この圧力分布データに基づいて、各感圧センサ１１ａで検知される圧力の時間的な変化を把握することができる。また、圧力分布センサ１１で検出される圧力分布の時間的な変化を検知することができる。

解析部１３１は、圧力分布データ記憶部１３２に記憶されている圧力分布データに基づいて被計測者がつぎ足歩行を行ったときの歩行状態を解析するものである。つぎ足歩行の動作内容について図３を参照しつつ説明する。図３はつぎ足歩行の動作内容を示した図である。なお、図中に示された足形は、圧力分布センサ１１上に配置された被計測者の足の配置位置を示している。また、図中の曲線は、被計測者の重心位置の軌跡を示している。

図３に示すように、圧力分布センサ１１の短手方向中央には、長手方向に沿って延びた直線１１ｃが描かれている。つぎ足歩行は、被計測者が、圧力分布センサ１１上に形成された直線１１ｃに沿って、踏み出した足の踵側端部が他方の足の爪先側端部に接するように歩行する歩行方法である。このように、つぎ足歩行においては、被験者の動作に被計測者の一方の足が圧力分布センサから離隔する状態が含まれている。つまり、被計測者の重心位置と足裏の接触位置とが変化することになる。

図２に戻って、解析部１３１は、重心算出部１３３と、比較部１３４と、変換部１３５と、基準位置算出部１３６と、中心変位長算出部１３７と、パラメータ算出部１４１とを有している。

重心算出部１３３は、圧力分布データ記憶部１３２に記憶された圧力分布データに基づいて、検知時刻ごとに圧力分布センサ１１上の被計測者の重心位置を算出すると共に算出した重心位置を重心位置記憶部１３８に記憶するものである。

重心算出部１３３における重心位置の算出方法について、図４を参照して説明する。図４は、所定時間において多数の感圧センサ１１ａで検知される圧力分布データを示している。本実施形態の圧力分布センサ１１では、多数の感圧センサ１１ａが、Ｘ軸方向（左右方向）にｍ＋１列に配置されていると共に、Ｙ軸方向（上下方向）にｎ＋１列に配置されている。従って、多数の感圧センサ１１ａは、（ｍ＋１）×（ｎ＋１）の格子状に配置されている。

また、図４では、各感圧センサ１１ａで検知された圧力データが記号で示されている。例えば、Ｘ軸方向にはｕ列目であって且つＹ軸方向にはｖ列目に対応する感圧センサ１１ａによって検知される圧力データは、ａ（ｕ、ｖ）（但し、ｕは０以上ｍ以下の整数、ｖは０以上ｎ以下の整数）と表されている。

この場合のＸ軸方向の重心位置Ｃｆｘは、次式で算出される。

式１

また、Ｙ軸方向の重心位置Ｃｆｙは、次式で算出される。

式２

図２に戻って、重心算出部１３３は、片足重心算出部１３３ａを含んでいる。片足重心算出部１３３ａは、圧力分布データ記憶部１３２に記憶された圧力分布データに基づいて、検知時刻ごとに圧力分布センサ１１上の被計測者の各足の重心位置を算出すると共に算出した重心位置を重心位置記憶部１３８に記憶するものである。

比較部１３４は、各感圧センサ１１ａで検知された出力値と、閾値１とを比較するものである。上述したように、各感圧センサ１１ａで検知された出力値は、０〜２５５のデジタル出力値によって表される。各感圧センサ１１ａから出力がある場合には、その出力値は閾値１以上になる。

変換部１３５は、比較部１３４において、各感圧センサ１１ａで検知された出力値が閾値１以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を１（第１所定値）に変換し、比較部１３４において、各感圧センサ１１ａで検知された出力値が閾値１よりも小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を０（第２所定値）に変換するものである。従って、変換部１３５では、各感圧センサ１１ａにおける出力値が閾値１以上になる場合には、その出力値は１に変換され、各感圧センサ１１ａにおける出力がない（０である）場合には、その出力値は０のままである。このように、本実施形態では、各感圧センサ１１ａの出力値は、０または１のいずれかに２値化変換される。

被計測者が圧力分布センサ１１上に両足を配置したときの出力値が２値化変換されたものの一例を図５に示す。なお、図５においては、出力値が０に変換された領域を白で、出力値が１に変換された領域を黒で示している。また、被計測者のふらつき度を計測するための基準位置をＡで、重心位置をＢで示している。さらに、後述する中心変位長をＣで示している。図５に示すように、各感圧センサ１１ａの出力値が２値化変換されることにより、被計測者の両足と圧力分布センサ１１との接触領域を正確に表すことができる。そして、接触領域の中心位置と重心位置Ｂとが一致しているときは安定度が一番高い、言い換えるとふらつき度が一番小さいといえる。つまり、接触領域の中心位置をふらつき度を計測するための基準位置Ａとし、基準位置Ａと重心位置Ｂとの距離である中心変位長Ｃを、ふらつき度を表す指標とする。

図２に戻って、基準位置算出部１３６は、検知時刻ごとに被計測者の基準位置を算出すると共に算出した基準位置を基準位置記憶部１３９に記憶するものである。上述したように、被計測者と圧力分布センサ１１との接触領域の中心位置を算出し、これを基準位置とする。そして、Ｘ軸方向の基準位置Ｃｐｘは、次式で算出される。

式３

また、Ｙ軸方向の基準位置Ｃｐｙは、次式で算出される。

式４

ここで、式３及び式４においては、圧力データａ（ｕ、ｖ）としては、変換部１３５によって変換された後の出力値が用いられる。つまり、各感圧センサ１１ａで検知された出力値が閾値１以上である場合には、それらの出力値は全て１として、一方、その出力値が閾値１より小さい場合には、それらの出力値は全て０として、式３及び式４によって基準位置が算出される。算出された基準位置は順次基準位置記憶部１３９に記憶される。つまり、検知時刻ごとに、被計測者の重心位置が重心位置記憶部１３８に記憶されると共に基準位置が基準位置記憶部１３９に記憶される。

中心変位長算出部１３７は、各検知時刻に対応して、重心算出部１３３が算出した重心位置（Ｃｆｘ、Ｃｆｙ）と、基準位置算出部１３６が算出した基準位置（Ｃｐｘ、Ｃｐｙ）との距離である中心変位長を算出すると共に算出した中心変位長を検知時刻ごとに中心変位長記憶部１４０に記憶するものである。つまり、中心変位長は、１つの計測時間内における各検知時刻に対応する数だけ算出される。上述したように、中心変位長は被計測者のふらつき度の指標となるものである（図５のＣ参照）。

パラメータ算出部１４１は、計測結果となる各種パラメータ（本実施形態では、「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」、「単位総Ｙ中心変位長」、「片足重心移動速度」、「比直線時間積分値」、「比直線距離積分値」及び「比直線距離最大値」）を算出するものであり、総中心変位長算出部１４１ａと、単位総中心変位長算出部１４１ｂと、片足重心移動速度算出部１４１ｃと、比直線時間積分算出部１４１ｄと、比直線距離積分算出部１４１ｅと、比直線距離最大値算出部１４１ｆとを含んでいる。

総中心変位長算出部１４１ａは、「総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」及び「総Ｙ中心変位長」を算出するものである。「総中心変位長」は、１つの計測時間内における各検知時刻に対応するように算出された中心変位長を積算したものである。「総Ｘ中心変位長」は、「総中心変位長」におけるＸ方向成分の長さである。「総Ｙ中心変位長」は、「総中心変位長」におけるＹ方向成分の長さである。

単位総中心変位長算出部１４１ｂは、「単位総中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」及び「単位総Ｙ中心変位長」を算出するものである。「単位総中心変位長」は、「総中心変位長」に計測時間に対する所定の単位時間の比を乗じたものである。なお、単位時間は任意の時間であってよい。同様に「単位総Ｘ中心変位長」は、「総Ｘ中心変位長」に計測時間に対する所定の単位時間の比を乗じたものであり、「単位総Ｙ中心変位長」は、「総Ｙ中心変位長」に計測時間に対する所定の単位時間の比を乗じたものである。「単位総中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」及び「単位総Ｙ中心変位長」同士を比較することにより、被計測者によって総中心変位長が大きく異なる場合であっても、相対的な歩行状態を把握することができる。

片足重心移動速度算出部１４１ｃは、重心位置記憶部１３８に記憶された被計測者の各足の重心位置に基づいて「片足重心移動速度」を算出するものである。「片足重心移動速度」について図６を参照しつつ説明する。図６は、圧力分布センサ１１上の被計測者の一方の足の重心位置の軌跡を示した図である。図６に示すように、「片足重心移動速度」は、前記圧力分布センサ１１上の被計測者の一方の足との接触領域内における、各足の重心位置の移動速度である。

比直線時間積分算出部１４１ｄは、重心位置記憶部１３８に記憶された被計測者の重心位置に基づいて「比直線時間積分値」を算出するものである。「比直線時間積分値」について図７を参照しつつ説明する。図７は、歩行時間の経過に伴う直線１１ｃから被計測者の重心位置までの距離の変化を示した図である。なお、図７においては、縦軸に計測時間を、横軸に直線１１ｃから被計測者の重心位置までの距離をそれぞれ示している。図３及び図７に示すように、被計測者が直線１１ｃ沿ってつぎ足歩行を行うと、被計測者の歩行に伴って被計測者の重心位置が変化する。例えば、図３及び図７においては、被計測者が足を踏み出す毎に踏み出した足側に被計測者の重心位置が変位している。図７に示すように、「比直線時間積分値」は、１回のつぎ足歩行計測において、直線１１ｃから被計測者の重心位置までの距離を被計測者の歩行時間（移動時間）で積分したものである。

比直線距離積分算出部１４１ｅは、重心位置記憶部１３８に記憶された被計測者の重心位置に基づいて「比直線距離積分値」を算出するものである。「比直線距離積分値」について図８を参照しつつ説明する。図８は、歩行距離に伴う直線１１ｃから被計測者の重心位置までの距離の変化を示した図である。なお、図８においては、縦軸に歩行距離を、横軸に直線１１ｃから被計測者の重心位置までの距離をそれぞれ示している。前述したように、被計測者が直線１１ｃ沿ってつぎ足歩行を行うと、被計測者の歩行に伴って被計測者の重心位置が変化する。図８に示すように、「比直線距離積分値」は、１回のつぎ足歩行計測において、直線１１ｃから被計測者の重心位置までの距離を被計測者の歩行距離（移動距離）で積分したものである。

比直線距離最大値算出部１４１ｆは、重心位置記憶部１３８に記憶された被計測者の重心位置に基づいて「比直線距離最大値」を算出するものである。図７及び図８に示すように、「比直線距離最大値」は、１回のつき足歩行計測における、直線１１ｃから被計測者の重心位置までの距離の最大値である。

図２に戻って、前述したように、重心位置記憶部１３８は、重心算出部１３３に算出された重心位置、及び、片足重心算出部１３３ａに算出された各足の重心位置を検知時刻ごとに記憶するものである。また、基準位置記憶部１３９は、基準位置算出部１３６で算出された基準位置を検知時刻ごとに記憶するものである。さらに、中心変位長記憶部１４０は、中心変位長算出部１３７で算出された中心変位長を検知時刻ごとに記憶するものである。

表示制御部１４２は、被計測者につぎ足歩行の動作内容、及び、計測結果をディスプレイ２１に表示させるものである。言い換えれば、表示制御部１４２は、被計測者につぎ足歩行を指示するものである。

つまり、歩行訓練支援装置１の動作においては、まず、表示制御部１４２が被計測者に対して圧力分布センサ１１上の直線１１ｃに沿ってつぎ足歩行を行う旨をディスプレイ２１に表示させる。被計測者は、ディスプレイ２１に表示されている指示に従ってつぎ足歩行を行う。被計測者のつぎ足歩行が完了すると、解析部１３１が被計測者の歩行状態を解析して、各パラメータを算出する。解析部１３１による各パラメータの算出が完了すると、表示制御部１４２は、算出された各パラメータをディスプレイ２１に表示させる。

表示制御部１４２がディスプレイ２１に表示させる解析結果について図９を参照しつつ説明する。図９は、つぎ足歩行の解析結果の表示内容を示す図である。図９に示すように、表示制御部１４２は、圧力分布ウィンドウ５１及び結果表示ウィンドウ５２をディスプレイ２１に表示させる。

圧力分布ウィンドウ５１には、被計測者の両足から圧力分布センサ１１上に加えられる圧力分布６１が、圧力分布データ記憶部１３２に記憶されている圧力分布データに基づいて表示されている。ここで、圧力分布６１は、等圧線状に表示されており、圧力値の大きさが変化するのに伴って、段階的に変化する色のスケールにしたがって表示されている。また、圧力分布ウィンドウ５１には、重心位置記憶部１３８に記憶されている重心位置データに基づいて、被計測者の重心が移動するときの軌跡６２が描かれている。従って、オペレータは、圧力分布ウィンドウ５１を見ることによって、被計測者の両足の圧力分布６１及び重心位置の軌跡６２を把握することができる。

また、結果表示ウィンドウ５２には、パラメータ算出部１４１で算出された「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」、「単位総Ｙ中心変位長」、「片足重心移動速度」、「比直線時間積分値」、「比直線距離積分値」及び「比直線距離最大値」の数値がそれぞれ表示される。これら各パラメータを参照することにより、被計測者がつぎ足歩行を行ったときの荷重状態を客観的に把握することができる。

他の計測結果を図１０に示す。図１０（ａ）は図９に示す計測結果よりもふらつき度が大きい場合の圧力分布ウィンドウ５１を、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示す計測結果よりもさらにふらつき度が大きい場合の圧力分布ウィンドウ５１をそれぞれ示している。図９、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、被計測者のふらつき度が大きくなればなるほど被計測者の荷重状態が大きく変化する。つまり、軌跡６２、６２’、６２’’のゆらぎ幅が大きくなる。したがって、ふらつき度が大きくなるに伴って「比直線時間積分値」、「比直線距離積分値」及び「比直線距離最大値」が大きくなる。

以上説明したように、本実施形態の歩行訓練支援装置１によると、つぎ足歩行を行ったときの被計測者の荷重状態を正確に把握することができる。これにより、被計測者の歩行状態を正確に把握することができるため、歩行訓練を効率的に行うことができる。

また、解析部１３１が、各検知時刻における圧力分布データに基づいて、被計測者の重心位置、及び、被計測者と圧力分布センサ１１との接触領域の中心位置である基準位置を算出し、算出した重心位置と基準位置とに基づいて、各検知時刻の中心変位長と、これが積算された総中心変位長とを算出する。このように、基準座標を計測時間内における検知時刻ごとに算出するため、つぎ足歩行時において被計測者の一方の足が圧力分布センサ１１から離隔することにより、重心位置と足裏の接触位置とが変化する場合でも、ふらつき度との相関関係が高い中心変位長を算出することができる。このため、中心変位長に基づいてパラメータ算出部１４１により算出された「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」及び「単位総Ｙ中心変位長」から被計測者のふらつき度を正確に計測することができる。

さらに、パラメータ算出部１４１が「単位総中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」及び「単位総Ｙ中心変位長」を算出することにより、被計測者によって総中心変位長が大きく異なる場合であっても、相対的な歩行状態を把握することができる。

加えて、片足重心移動速度算出部１４１ｃが、「片足重心移動速度」を算出することにより、被計測者がつぎ足歩行を行ったときの各足のふらつき度を正確に計測することができる。

また、比直線時間積分算出部１４１ｄが、「比直線時間積分値」を算出することにより、被計測者がつぎ足歩行を行ったときの歩行時間に伴うふらつき度を正確に計測することができる。

さらに、比直線距離積分算出部１４１ｅが、「比直線距離積分値」を算出することにより、被計測者がつぎ足歩行を行ったときの歩行距離に伴うふらつき度を正確に計測することができる。

加えて、比直線距離最大値算出部１４１ｆが、「比直線距離最大値」を算出することによって、被計測者がつぎ足歩行をおこなったときのふらつき度の最大値を計測することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について、図１１を参照しつつ説明する。図１１は、第２実施形態に係る歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。なお、第１実施形態と実質的に同じ機能を有するものは同一の符号を付してその説明を省略する。

図１１に示すように、歩行訓練支援装置２０１は、シート状の圧力分布センサ１１と、圧力分布センサ１１に接続された圧力検出部１２と、制御部２３０を有するパーソナルコンピュータ（パソコン）２２０と、圧力検出部１２とパソコン２２０とを接続する接続ユニット４０とを備えている。

制御部２３０は、圧力分布データ記憶部１３２と、解析部２３１と、重心位置記憶部１３８と、表示制御部２４２とを有している。そして、解析部２３１は、重心算出部１３３と、パラメータ算出部２４１とを有している。

パラメータ算出部２４１は、計測結果となる各種パラメータ（本実施形態では、「比直線時間積分値」、「揺れ指数」及び「比直線距離最大振幅値」）を算出するものであり、比直線時間積分算出部２４１ｄと、揺れ指数算出部２４１ｅと、比直線距離最大振幅算出部２４１ｆとを含んでいる。

比直線時間積分算出部２４１ｄは、重心位置記憶部１３８に記憶された被計測者の重心位置に基づいて「比直線時間積分値」を算出するものである。「比直線時間積分値」について図１２を参照しつつ説明する。図１２は、歩行時間の経過に伴う直線１１ｃから被計測者の重心位置までの距離の変化を示した図である。なお、図１２においては、縦軸に計測時間を、横軸に直線１１ｃから被計測者の重心位置までの距離をそれぞれ示している。

図１２に示すように、被計測者が直線１１ｃに沿ってつぎ足歩行を行うと、被計測者の歩行に伴って被計測者の重心位置が変化する。本実施形態の「比直線時間積分値」は、１回のつぎ足歩行計測において、被計測者の左右いずれか一方の足のみが圧力分布センサ１１上に配置されているとき、且つ、重心位置が被計測者の移動方向の反対方向に移動しているときの直線１１ｃから被計測者の重心位置までの距離を有効時間で積分したものである。ここで有効時間とは、歩行時間から移動開始後のｔ１時間（第１所定時間）、及び、移動終了前のｔ２時間（第２所定時間）を除いた時間である。有効時間は、被計測者が安定したつぎ足歩行を行うことができる範囲で設定されるものである。なおｔ１時間及びｔ２時間は、任意の時間が設定可能であり、ｔ１時間及びｔ２時間の少なくともいずれかが０であってもよい。

揺れ指数算出部２４１ｅは、比直線時間積分算出部２４１ｄが算出した「比直線時間積分値」に有効時間に対する単位時間の比を乗ずることによって、「揺れ指数」を算出するものである。つまり、「揺れ指数」は、単位時間当たりの「比直線時間積分値」である。なお、単位時間は任意の時間が設定可能である。

比直線距離最大振幅算出部２４１ｆは、重心位置１３８に記憶された被計測者の重心位置に基づいて「比直線距離最大振幅値」を算出するものである。「比直線距離最大振幅値」は、直線１１ｃから被計測者の移動方向に関する左方向に最も離隔した重心位置までの距離、及び、直線１１ｃから被計測者の移動方向に関する右方向に最も離隔した重心位置までの距離を合計したものである。

表示制御部２４２は、被計測者につぎ足歩行の動作内容、及び、計測結果をディスプレイ２１に表示させるものである。言い換えれば、表示制御部２４２は、被計測者につぎ足歩行を指示するものである。歩行訓練支援装置２０１の動作においては、まず、表示制御部２４２が被計測者に対して圧力分布センサ１１上の直線１１ｃに沿ってつぎ足歩行を行う旨をディスプレイ２１に表示させる。被計測者は、ディスプレイ２１に表示されている指示に従ってつぎ足歩行を行う。被計測者のつぎ足歩行が完了すると、解析部２３１が被計測者の歩行状態を解析して、各パラメータを算出する。解析部２３１による各パラメータの算出が完了すると、表示制御部２４２は、算出された各パラメータをディスプレイ２１に表示させる。

表示制御部２４２がディスプレイ２１に表示させる解析結果について図１３を参照しつつ説明する。図１３は、つぎ足歩行の解析結果の表示内容を示す図である。図１３に示すように、表示制御部２４２は、圧力分布ウィンドウ１５１及び結果表示ウィンドウ２５２をディスプレイ２１に表示させる。

結果表示ウィンドウ２５２には、パラメータ算出部２４１で算出された「比直線時間積分値」、「揺れ指数」及び「比直線距離最大振幅値」の数値がそれぞれ表示される。

以上説明したように、本実施形態の歩行訓練支援装置２０１によると、つぎ足歩行を行ったときの被計測者の荷重状態を正確に把握することができる。これにより、被計測者の歩行状態を正確に把握することができるため、歩行訓練を効率的に行うことができる。

さらに、比直線時間積分算出部２４１ｄが、「比直線時間積分値」を算出することにより、被計測者がつぎ足歩行を行ったときのふらつき度を正確に計測することができる。このため、被計測者の歩行状態をより正確に把握することができる。

加えて、揺れ指数算出部２４１ｅが、「揺れ指数」を算出することにより、移動時間の長さに依存しないふらつき度の指標となる揺れ指数を算出することができる。このため、被計測者のふらつき度を正確に把握することができる。

また、歩行時間からｔ１時間とｔ２時間を除くことにより、被計測者のつぎ足歩行が安定している状態で計測を行うことができる。このため、被計測者のふらつき度をより一層正確に計測することができる。

さらに、比直線距離最大振幅算出部２４１ｆが、「比直線距離最大振幅値」を算出することにより、被計測者がつぎ足歩行を行ったときの最も大きなふらつきを容易に計測することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述の第１実施形態では、変換部１３５において、各感圧センサ１１ａで検知された出力値が、閾値１以上である場合には、１に変換され、閾値１より小さい場合には、０に変換されているが、閾値は１に限られない。従って、出力値がデジタル出力値である場合には、閾値は２以上の整数であってもよい。また、出力値がアナログ出力値である場合には、閾値は０より大きく１より小さい数であってもよいし、１より大きい正の数であってもよい。また、出力値が閾値以上である場合に変換される第１所定値は、１に限られないで、その他の正の数であってもよい。同様に、出力値が閾値より小さい場合に変換される第２所定値は、０に限られるものではなく、その他の数であってもよい。

また、上述の第１実施形態では、パラメータ算出部１４１が「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」、「単位総Ｙ中心変位長」、「片足重心移動速度」、「比直線時間積分値」、「比直線距離積分値」及び「比直線距離最大値」を算出する構成であり、上述の第２実施形態では、パラメータ算出部２４１が「比直線時間積分値」、「揺れ指数」及び「比直線距離最大振幅値」を算出する構成であるが、パラメータ算出部がこれらのパラメータの一部を算出する構成であってもよいし、他のパラメータを算出する構成であってもよい。

上述の第２実施形態では、比直線時間積分算出部２４１ｄが被計測者の左右いずれか一方の足のみが圧力センサ１１上に配置されているとき、且つ、重心位置が被計測者の移動方向の反対方向に移動しているときの直線１１ｃから被計測者の重心位置までの距離を有効時間で積分した「比直線時間積分値」を算出する構成であるが、比直線時間積分算出部が被計測者の左右いずれか一方の足のみが圧力センサ１１上に配置されているとき、又は、重心位置が被計測者の移動方向の反対方向に移動しているときの直線１１ｃから被計測者の重心位置までの距離を有効時間で積分した「比直線時間積分値」を算出する構成であってもよい。

上述の各実施形態においては、表示制御部１４２、２４２が、ディスプレイ２１に動作内容を表示することによって被計測者に対して計測時の動作内容を指示する指示手段として機能する構成であるが、指示手段はこのような構成に限定されるものではない。例えば、音によって動作内容を指示する構成であってもよいし、オペレータが直接被計測者に動作内容を指示する構成であってもよい。

本発明の第１実施形態に係る歩行訓練支援装置の概略構成を示す外観図である。 図１の歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す歩行訓練支援装置におけるつぎ足歩行の動作内容を示した図である。 図１に示す感圧センサで検知される圧力分布データを示す図である。 図１に示す圧力分布センサ上に被験者が両足を配置したときの出力値が２値化変換された状態を示す図である。 図１に示す圧力分布センサ上における被計測者の一方の足の重心位置の軌跡を示した図である。 図１に示す圧力分布センサ上において、歩行時間の経過に伴う被計測者の重心位置と直線との距離の変化を示した図である。 図１に示す圧力分布センサ上において、歩行距離の経過に伴う被計測者の重心位置と直線との距離の変化を示した図である。 図２に示す表示制御部１４２による、計測結果の表示内容を示す図である。 図２に示す表示制御部１４２による、他の計測結果の表示内容を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。 図１１に示す圧力分布センサ上において、歩行時間の経過に伴う被計測者の重心位置と直線との距離の変化を示した図である。 図１１に示す表示制御部による、計測結果の表示内容を示す図である。

符号の説明

１ 歩行訓練支援装置
１１ 圧力分布センサ
１１ａ 感圧センサ（圧力検知領域）
２０ パーソナルコンピュータ
２１ ディスプレイ
３０ 制御部
１３１、２３１ 解析部（解析手段）
１３２ 圧力分布データ記憶部
１３３ 重心算出部（重心位置算出手段）
１３３ａ 片足重心算出部
１３４ 比較部（比較手段）
１３５ 変換部（第１の変換手段、第２の変換手段）
１３６ 基準位置算出部（基準位置算出手段）
１３７ 中心変位長算出部（中心変位長算出手段）
１３８ 重心位置記憶部
１３９ 基準位置記憶部
１４０ 中心変位長記憶部（中心変位長算出手段）
１４１ パラメータ算出部
１４１ａ 総中心変位長算出部
１４１ｂ 単位総中心変位長算出部
１４１ｃ 片足重心移動速度算出部（片足重心移動速度算出手段）
１４１ｄ 比直線時間積分算出部（比直線時間積分算出手段）
１４１ｅ 比直線距離積分算出部（比直線距離積分算出手段）
１４１ｆ 比直線距離最大値算出部（比直線距離最大値算出手段）
１４２ 表示制御部（指示手段）
２４１ｄ 比直線時間積分算出部（比直線時間積分算出手段）
２４１ｅ 揺れ指数算出部（揺れ指数算出手段）
２４１ｆ 比直線距離最大振幅算出部（比直線距離最大振幅算出部手段）

Claims (12)

1. 被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有する圧力分布センサと、
   前記圧力分布センサ上に形成された基準直線に沿って踏み出した足の踵側端部が他方の足の爪先側端部に接するように歩行することを被計測者に指示する指示手段と、
   前記指示手段に基づいて被計測者が前記圧力分布センサ上を歩行したときに、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値に基づいて、前記圧力分布センサ上における被計測者の荷重状態を解析する解析手段とを備えていることを特徴とする歩行訓練支援装置。
2. 前記解析手段が、
   前記圧力分布センサ上における被計測者の一方の足の重心位置を算出する片足重心位置算出手段と、
   前記圧力分布センサ上の被計測者の一方の足との接触領域内における、前記片足重心位置算出手段により算出された当該一方の足の重心位置の移動速度である片足重心移動速度を算出する片足重心移動速度算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
3. 前記解析手段が、
   前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
   前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値と閾値とを比較する比較手段と、
   前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を第１所定値に変換する第１の変換手段と、
   前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値より小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を前記第１所定値とは異なる第２所定値に変換する第２の変換手段と、
   被計測者から前記第１の変換手段によって前記第１所定値に変換された出力値及び前記第２の変換手段によって前記第２所定値に変換された出力値に対応した圧力が前記複数の圧力検知領域に対してそれぞれ加えられた場合の被計測者の重心位置に基づいて、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置の基準となる基準位置を算出する基準位置算出手段と、
   前記重心位置算出手段が算出した重心位置と前記基準位置算出手段が算出した基準位置との相対距離である中心変位長をサンプリング時間ごとに算出する中心変位長算出手段と、
   計測時間内において、前記中心変位長離算出手段が算出した前記中心変位長を積算した総中心変位長を算出する総中心変位長算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
4. 前記解析手段が、
   前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
   前記基準直線から前記重心位置までの距離を被計測者の移動時間で積分することによって比直線時間積分値を算出する比直線時間積分手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
5. 前記比直線時間積分手段が、被計測者の左右いずれか一方の足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているときの前記基準直線から前記重心位置までの距離を前記移動時間で積分することによって比直線時間積分値を算出することを特徴とする請求項４に記載の歩行訓練支援装置。
6. 前記比直線時間積分手段が、前記重心位置算出手段により算出された重心位置が被計測者の移動方向の反対方向に移動しているときの前記基準直線から前記重心位置までの距離を前記移動時間で積分することによって比直線時間積分値を算出することを特徴とする請求項４に記載の歩行訓練支援装置。
7. 前記比直線時間積分手段が、被計測者の左右いずれか一方の足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているとき、且つ、前記重心位置算出手段により算出された重心位置が被計測者の移動方向の反対方向に移動しているときの前記基準直線から前記重心位置までの距離を前記移動時間で積分することによって比直線時間積分値を算出することを特徴とする請求項４に記載の歩行訓練支援装置。
8. 前記解析手段が、
   前記比直線時間積分手段が算出した比直線時間積分値に、前記移動時間に対する所定の単位時間の比を乗ずることによって揺れ指数を算出する揺れ指数算出手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の歩行訓練支援装置。
9. 被計測者の移動開始後の第１所定時間及び移動終了前の第２所定時間の少なくともいずれかを前記移動時間に含めないことを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の歩行訓練支援装置。
10. 前記解析手段が、
    前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
    前記基準直線から前記重心位置までの距離を前記重心位置の前記基準直線に沿った移動距離で積分することによって比直線距離積分値を算出する比直線距離積分手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
11. 前記解析手段が、
    前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
    前記基準直線から前記重心位置までの距離の最大値である比直線距離最大値を算出する比直線距離最大値算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
12. 前記解析手段が、
    前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
    前記基準直線から被計測者の移動方向に関する左方向に最も離隔した前記重心位置までの距離、及び、前記基準直線から被計測者の移動方向に関する右方向に最も離隔した前記重心位置までの距離を合計することによって比直線距離最大振幅値を算出する比直線距離最大振幅算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。

Images