JP2007125368A - Walking analyzer and walking analyzing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a walking analyzer and a walking analyzing method by which walking ability of a user can be universally estimated without placing an excess load on the user. <P>SOLUTION: Front-rear acceleration, right-left acceleration, and up-down acceleration of the waist part of a user are detected by a front-rear acceleration detecting part 12, a right-left acceleration detecting part 14, and an up-down acceleration detecting part 16 of an accelerometer 10 worn on the waist part of the user. A preliminarily obtained relation between an estimated indicator in a specific period and the walking ability is stored in a ROM 26. Walking ability of the user is derived by a CPU 24 on the basis of the changes of the acceleration in time detected by the accelerometer 10 and the relation concerning walking ability stored in the ROM 26. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、使用者の歩行能力を解析する歩行解析装置及び方法に関する。   The present invention relates to a walking analysis apparatus and method for analyzing a user's walking ability.

このような歩行解析装置あるいは歩行解析方法としては、たとえば以下のようなものがある。まず、下記特許文献1に開示されている技術は、使用者の腰部の加速度を加速度センサで検出して、該加速度センサからの出力信号を微分することで加速度のピークを検出し、そのピーク値が所定の閾値を超えた場合に異常歩行(つまづき)と判定するものである。   Examples of such walking analysis apparatus or walking analysis method include the following. First, the technology disclosed in the following Patent Document 1 detects acceleration of a user's waist with an acceleration sensor, detects an acceleration peak by differentiating an output signal from the acceleration sensor, and the peak value Is determined to be abnormal walking (stumbling) when a predetermined threshold is exceeded.

また、下記特許文献2に開示されている技術は、使用者の腰部に加速度センサを装着して、該加速度センサにより検出される左右水平軸周りの角加速度から、使用者の歩行状態が摺り足歩行状態であるかどうかを判別することができる歩行解析装置である。具体的には、センサからの角加速度出力信号を周波数解析し、歩行周波数の2倍の周波数に現れるピークレベルの値によって、摺り足歩行かどうかを判別している。これは、通常の歩行では、「踏み出し」動作と「後ろへの蹴り上げ」動作にともない、腰部左右水平軸周りに同レベルの回転が生じるため、角加速度出力信号を周波数解析した歩行周波数特性は、歩行周波数(一歩分)の2倍の周波数(半歩分)に大きなピークを示すが、摺り足歩行をすると、「後ろへの蹴り上げ」動作が弱くなるため、歩行周波数の2倍の周波数のピークレベルが低下してしまうことを利用している。   In addition, the technique disclosed in Patent Document 2 described below is based on the fact that an acceleration sensor is attached to the user's waist, and the user's walking state is determined from the angular acceleration around the horizontal axis detected by the acceleration sensor. It is a gait analysis device that can determine whether or not it is a walking state. Specifically, the angular acceleration output signal from the sensor is frequency-analyzed, and it is determined whether or not the foot is walking by the peak level value that appears at twice the walking frequency. This is because, in normal walking, the same level of rotation occurs around the left and right horizontal axes of the waist with the “stepping” and “kicking up” movements. A large peak at a frequency (half step) that is twice the walking frequency (for one step), but when you walk on a sliding foot, the “pick up backward” action becomes weak, so the frequency is twice the walking frequency. It takes advantage of the fact that the peak level of the lowering.

また、下記特許文献3に開示されている技術は、腰部に加速度センサを取り付け、鉛直方向加速度成分のピークと谷ピークの差分と進行方向加速度成分の山ピークと谷ピークの差分を算出し、予め用意した差分と歩行速度との関係式により歩行能力として歩行速度や歩幅を推定するものである。身体にマーカーを取り付け、カメラによりそのマーカーの軌跡を計測する。そして予め、測定空間に座標軸を設定しておき、マーカーの移動位置、移動時間を用いて、歩行速度や歩幅を推定するものである。
特開平10−165395号公報 特開2000−006608号公報 特開2005−114537号公報
In addition, the technique disclosed in Patent Literature 3 below attaches an acceleration sensor to the waist, calculates the difference between the peak and valley peak of the vertical acceleration component and the difference between the peak and valley peak of the traveling direction acceleration component, The walking speed and the stride are estimated as the walking ability by the relational expression between the prepared difference and the walking speed. A marker is attached to the body, and the trajectory of the marker is measured with a camera. A coordinate axis is set in the measurement space in advance, and the walking speed and stride are estimated using the movement position and movement time of the marker.
JP-A-10-165395 JP 2000-006608 A JP 2005-114537 A

しかしながら、上記特許文献1に開示されている技術によれば、加速度のピークを検出し、そのピークをつまづきと判別するまではよいが、使用者の歩行能力そのものを検出あるいは推定するものではない。   However, according to the technique disclosed in Patent Document 1, it is sufficient to detect an acceleration peak and determine that the peak is a stumbling, but it does not detect or estimate the user's walking ability itself. .

また、特許文献2の技術においては、腰の回転は下肢だけではなく上肢の動きにも左右されるため、歩行周波数の2倍の周波数のピークレベルが相対的に低くなっているとしても、それが歩行能力に直接関係があるとは言い難い。また、摺り足歩行を検出することで、下肢全体の衰えを検知することはできるが、引用文献1と同様に歩行能力そのものを検出あるいは推定するものではない。   Moreover, in the technique of Patent Document 2, since the rotation of the waist depends on not only the lower limbs but also the movements of the upper limbs, even if the peak level of the frequency twice the walking frequency is relatively low, Is not directly related to walking ability. Moreover, although the fall of the whole leg can be detected by detecting sliding foot walking, the walking ability itself is not detected or estimated as in the case of the cited document 1.

また、特許文献3に開示されている技術によれば、歩行能力として歩行速度あるいは歩幅を推定することができる。しかしながら、特許文献3の明細書段落番号[0025]、[0026]に各加速度成分の山ピークと谷ピークの差分と歩行速度とに相関関係があると記載されているが、その図8に示されているように、特定の被験者(2人)に対して測定を行った結果であり、万人に適用できるとはいえない。また、単に鉛直方向加速度あるいは進行方向加速度のピークを検出しているこの方法では、各足の歩行能力を個別に判別することはできない。左右の歩行能力差を明確にできなければ、歩行能力の定量化としては不十分である。   Moreover, according to the technique disclosed in Patent Document 3, the walking speed or the stride can be estimated as the walking ability. However, the paragraph numbers [0025] and [0026] of Patent Document 3 describe that there is a correlation between the difference between the peak and valley peaks of each acceleration component and the walking speed, as shown in FIG. As shown, it is a result obtained by measuring a specific subject (two people), and cannot be applied to everyone. Also, with this method of simply detecting the vertical acceleration or traveling acceleration peak, the walking ability of each foot cannot be determined individually. If the difference in walking ability between the left and right cannot be clarified, it is insufficient for quantifying walking ability.

本発明は、上記のような現状を鑑みてなされたものであって、より普遍的に歩行能力を推定することができる歩行解析装置及び歩行解析方法を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of the above present conditions, Comprising: It aims at providing the walk analysis apparatus and the walk analysis method which can estimate walking ability more universally.

本発明者らが、鋭意検討した結果、使用者が特定の歩行動作を行っている期間においては、その期間における腰部の上下方向、前後方向、左右方向の各加速度の時間変化と歩行能力との間に相関関係があることを見出した。   As a result of intensive studies by the present inventors, in a period in which the user is performing a specific walking motion, the time change of the acceleration in the vertical direction, the front-rear direction, and the horizontal direction of the waist during that period and the walking ability We found that there is a correlation between them.

すなわち、上記課題を解決するために、本発明の歩行解析装置は、歩行時における腰部の上下方向における加速度である上下加速度と、歩行時における腰部の前後方向における加速度である前後加速度と、歩行時における腰部の左右方向における加速度である左右加速度とそれぞれを検出し、それらの時間変化を計測する加速度計測手段と、前記加速度のうち少なくとも一つの加速度の時間変化に基づいて、歩行時における特定の歩行動作が行われる特定期間を抽出する期間抽出手段と、前記加速度のうち少なくとも一つの加速度の前記特定期間における時間変化に基づいて、歩行時の歩行能力に関連する推定指標を算出する推定指標算出手段と、前記推定指標算出手段により算出された推定指標及び予め用意した推定指標と歩行能力との関係を用いて歩行能力を推定する歩行能力推定手段と、を有することを特徴とする。   That is, in order to solve the above problems, the walking analysis apparatus of the present invention includes a vertical acceleration that is an acceleration in the vertical direction of the waist during walking, a longitudinal acceleration that is an acceleration in the longitudinal direction of the waist during walking, and a walking Specific acceleration at the time of walking based on the time change of at least one of the accelerations, and an acceleration measuring means for detecting the left and right accelerations which are accelerations in the left and right directions of the waist in A period extracting means for extracting a specific period during which an action is performed, and an estimated index calculating means for calculating an estimated index related to walking ability during walking based on a time change in the specific period of at least one of the accelerations And the estimated index calculated by the estimated index calculating means and the relationship between the estimated index prepared in advance and the walking ability. It characterized by having a a walking ability estimating means for estimating a walking ability with.

また、本発明の歩行解析方法は、歩行時における腰部の上下方向における加速度である上下加速度と、歩行時における腰部の前後方向における加速度である前後加速度と、歩行時における腰部の左右方向における加速度である左右加速度とをそれぞれ検出し、それらの時間変化を計測する加速度計測ステップと、前記加速度のうち少なくとも一つの加速度の時間変化に基づいて、歩行時における特定の歩行動作が行われる特定期間を抽出する期間抽出ステップと、前記加速度のうち少なくとも一つの加速度の前記特定期間における時間変化に基づいて、歩行時の歩行能力に関連する推定指標を算出する推定指標算出ステップと、前記推定指標算出手段により算出された推定指標及び予め用意した前記推定指標と前記歩行能力との関係を用いて歩行能力を推定する歩行能力推定ステップと、を有することを特徴とする。   Further, the walking analysis method of the present invention is based on vertical acceleration, which is acceleration in the vertical direction of the waist during walking, longitudinal acceleration, which is acceleration in the longitudinal direction of the waist during walking, and acceleration in the lateral direction of the waist during walking. Based on an acceleration measurement step for detecting a certain lateral acceleration and measuring the temporal change thereof, and extracting a specific period during which a specific walking motion is performed based on the temporal change of at least one of the accelerations. A period extracting step, an estimated index calculating step for calculating an estimated index related to walking ability during walking based on a time change of at least one of the accelerations in the specific period, and the estimated index calculating means Using the calculated estimated index and the relationship between the estimated index prepared in advance and the walking ability And having a walking ability estimating step of estimating a row capability, the.

腰部の各加速度を検出する手段としては、使用者の腰部に加速度計測手段としての加速度計を取り付ける形態を例示することができる。この場合、特に簡便に歩行能力を推定することができる。   As a means for detecting each acceleration of the waist, a form in which an accelerometer as an acceleration measuring means is attached to the waist of the user can be exemplified. In this case, the walking ability can be estimated particularly easily.

また、本発明の歩行解析装置あるいは歩行解析方法においては、前記期間抽出手段は、前記加速度の時間変化に基づいて、特定の歩行動作が行われる時点の中から二つの時点を抽出し、これら二つの時点間を前記特定期間として抽出するのがよい。   In the gait analysis device or the gait analysis method of the present invention, the period extracting means extracts two time points from the time points when a specific walking motion is performed based on the time change of the acceleration, and these two time points are extracted. It is preferable to extract between two time points as the specific period.

さらに、前記期間抽出手段は、左右の各足において特定の歩行動作が行われる前記特定期間をそれぞれ抽出するものであり、前記歩行能力推定手段は、左右各足における歩行能力を推定するのがよい。   Further, the period extracting unit extracts the specific period in which a specific walking motion is performed on each of the left and right feet, and the walking ability estimating unit may estimate the walking ability on the left and right feet. .

なお、本発明の歩行解析装置の一形態として、歩行能力を特定の識別記号に変換する手段を備え、その識別記号を表示する表示部を設けるようにしてもよい。識別記号としては、歩行能力を示す数値、歩行能力の程度を段階的に示すもの(大中小、レベルなど)、一定水準の歩行能力をクリアしているかどうかを示すもの(合あるいは否、セーフあるいはアウトなど)、あるいはこれらの組み合わせを例示することができる。また、推定された歩行能力の強さが基準以下であるかどうかを判定する手段を備え、基準以下であれば、歩行能力の向上につながる対策を教示する手段を備えるようにしてもよい。   As an embodiment of the walking analysis device of the present invention, a means for converting walking ability into a specific identification symbol may be provided, and a display unit for displaying the identification symbol may be provided. The identification symbol is a numerical value indicating walking ability, indicating the level of walking ability step by step (large, medium, small, level, etc.), indicating whether or not a certain level of walking ability has been cleared (pass or fail, safe or Out), or a combination thereof. Further, it may be provided with means for determining whether or not the strength of the estimated walking ability is below the reference, and if it is below the reference, a means for teaching a measure that leads to improvement of the walking ability may be provided.

ここで、歩行能力としては、背屈力、膝伸展力、歩行速度及び歩幅から選ばれる少なくともひとつを例示することができる。さらに、歩行能力としては、上記以外に、歩隔(左右方向における左右の足の距離)、各関節(股関節、膝関節、足関節)の可動範囲角度、各関節のトルク、各関節の伸展・屈伸筋力、床反力等を例示することができる。さらに、各歩行能力の左右バランスや下肢骨格の歪等を数値化したものを例示することができる。   Here, examples of the walking ability include at least one selected from dorsiflexion force, knee extension force, walking speed, and stride length. In addition to the above, the walking ability includes, in addition to the above, the step distance (the distance between the left and right feet in the left-right direction), the movable range angle of each joint (hip joint, knee joint, ankle joint), the torque of each joint, the extension of each joint, Examples include flexor and extensor strength, floor reaction force, and the like. In addition, the left / right balance of each walking ability, the distortion of the lower limb skeleton, and the like can be exemplified.

加えて、上記歩行解析装置を用いて3次元加速度に依拠して判定される歩行能力の情報が記憶される情報記憶手段と、歩行能力の情報に基づいてポイントを演算するポイント演算手段とを有する健康維持増進システムを構成しても良い。   In addition, it has information storage means for storing walking ability information determined based on three-dimensional acceleration using the walking analysis device, and point calculation means for calculating points based on walking ability information. A health maintenance and promotion system may be configured.

上記のような本発明の歩行解析装置あるいは歩行解析方法によれば、特定期間における腰部の加速度の時間変化が歩行能力と相関があることから、腰部の加速度を検出するだけで、歩行能力を推定することができる。また、歩行動作に基づき出力される腰部の各加速度の時間変化に基づいて特定の歩行動作が行われる特定期間を抽出し、その特定期間中の各加速度の時間変化に基づく推定指標から歩行能力を推定しているので、使用者によって特定の歩行動作が行われるタイミングにばらつきがあっても、特定期間を確実に抽出することができ、ひいてはより普遍的に歩行能力を推定することができる。   According to the gait analysis apparatus or the gait analysis method of the present invention as described above, since the temporal change in the acceleration of the waist during a specific period is correlated with the walking ability, the walking ability is estimated only by detecting the acceleration of the waist. can do. In addition, a specific period in which a specific walking motion is performed is extracted based on the temporal change of each acceleration of the waist that is output based on the walking motion, and the walking ability is calculated from an estimated index based on the temporal change of each acceleration during the specific period. Since the estimation is performed, the specific period can be reliably extracted even if the timing at which the specific walking motion is performed by the user varies, and thus the walking ability can be estimated more universally.

さらに、特定の歩行動作がおこなわれる時点を少なくとも二つ検出し、その時点間を特定期間と抽出することで、特定の歩行動作が行われる特定期間を容易に抽出することができる。さらに、左右の各足において特定の歩行動作が行われる前記特定期間をそれぞれ抽出し、左右各足における歩行速度を推定することで、リハビリ等の目的に使用する場合、リハビリの効果、リハビリの必要部位等を明確にし、効率的な治療を行うことが出来る。   Furthermore, it is possible to easily extract the specific period in which the specific walking motion is performed by detecting at least two time points at which the specific walking motion is performed and extracting the time period as the specific period. Furthermore, by extracting the specific period during which a specific walking motion is performed on each left and right foot and estimating the walking speed on each left and right foot, when used for the purpose of rehabilitation, etc., the effects of rehabilitation and the need for rehabilitation The site and the like can be clarified and efficient treatment can be performed.

また3次元加速度に依拠して判定される歩行能力は、当該能力を測定する機器を手で振って改ざんできないので、かような情報が記憶される情報記憶手段と、前記情報に基づいてポイントを演算するポイント演算手段とを有する健康維持増進システムの信頼性はすこぶる高くなる。   Further, the walking ability determined based on the three-dimensional acceleration cannot be tampered with by shaking the device for measuring the ability, so that information storage means for storing such information, and points based on the information are obtained. The reliability of the health maintenance / promotion system having the point calculation means for calculating is remarkably increased.

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の歩行解析装置の一例を示すブロック図である。図1に示す装置100は、歩行時における使用者の腰部の加速度を検出し、その加速度に対応する信号(以下、加速度信号とする)を出力する加速度計測手段としての加速度計10と、加速度計10からの加速度信号を受けて、使用者の歩行能力を推定する演算部20と、を有する。さらに、歩行時間などを計測する時間計測部30と、歩行能力を推定した結果等の情報や使用者の情報等を表示することができる表示部40と、歩行能力の強さを判別した結果等の情報や使用者の情報等を記憶することができる記録部50とを有するものである。なお、これら加速度計10、演算部20、時間計測部30、表示部40、記録部50は一体化することができ、例えば、人体の腰部に一体的に装着することができるようになっている。例えば、万歩計のようにベルト、ズボン、スカート等に懸架できるフックを備えたものを例示することができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an example of the walking analysis apparatus of the present invention. An apparatus 100 shown in FIG. 1 detects an acceleration of a user's waist during walking and outputs an accelerometer 10 as an acceleration measuring unit that outputs a signal corresponding to the acceleration (hereinafter referred to as an acceleration signal), and an accelerometer. And an arithmetic unit 20 that receives the acceleration signal from the terminal 10 and estimates the walking ability of the user. Furthermore, a time measuring unit 30 that measures walking time, a display unit 40 that can display information such as results of estimating walking ability, user information, etc., a result of determining the strength of walking ability, etc. And a recording unit 50 that can store user information and the like. The accelerometer 10, the calculation unit 20, the time measurement unit 30, the display unit 40, and the recording unit 50 can be integrated. For example, the accelerometer 10, the calculation unit 20, the time measurement unit 30, the display unit 40, and the recording unit 50 can be integrated with each other. . For example, a thing provided with a hook that can be suspended on a belt, trousers, skirt or the like, such as a pedometer.

加速度計10は、使用者の歩行時において腰部の前後加速度を検出する前後加速度検出部としてのX方向加速度検出部12と、腰部の左右加速度を検出する左右加速度検出部としてのY方向加速度検出部14と、腰部の上下加速度を検出する上下加速度検出部としてのZ方向加速度検出部16とにより構成されている。それぞれの検出部は、一体化されて加速度計10とされており、該加速度計10を使用者の腰部に装着すれば、前後加速度、左右加速度、上下加速度のすべてを検出することができるようになっている。これらそれぞれの検出部により検出されたそれぞれの方向における加速度は、それぞれの加速度に対応する電気信号(それぞれ、前後加速度信号、左右加速度信号、上下加速度信号とする)とされて、それぞれ独立に演算部20に出力されるようになっている。   The accelerometer 10 includes an X-direction acceleration detection unit 12 as a longitudinal acceleration detection unit that detects the longitudinal acceleration of the waist during walking of the user, and a Y-direction acceleration detection unit as a lateral acceleration detection unit that detects the lateral acceleration of the waist. 14 and a Z-direction acceleration detection unit 16 as a vertical acceleration detection unit that detects the vertical acceleration of the waist. Each of the detection units is integrated into an accelerometer 10 so that if the accelerometer 10 is attached to the user's waist, all longitudinal acceleration, lateral acceleration, and vertical acceleration can be detected. It has become. The acceleration in each direction detected by each of these detection units is an electrical signal corresponding to each acceleration (respectively a longitudinal acceleration signal, a lateral acceleration signal, and a vertical acceleration signal, respectively), and is independently an arithmetic unit. 20 is output.

なお、加速度計10としては、一般的に知られている加速度センサを使用することができる。例えば、圧電素子を用いた3軸の加速度センサや、静電容量型の3軸加速度センサ等を使用することができる。3軸加速度センサの場合、上記前後加速度検出部12、左右加速度検出部14、上下加速度検出部16は、一つの検出素子とすることができる。または、加速度計10として、1軸あるいは2軸の加速度センサを組み合わせて使用してもよい。   As the accelerometer 10, a generally known acceleration sensor can be used. For example, a triaxial acceleration sensor using a piezoelectric element, a capacitance type triaxial acceleration sensor, or the like can be used. In the case of a triaxial acceleration sensor, the longitudinal acceleration detection unit 12, the lateral acceleration detection unit 14, and the vertical acceleration detection unit 16 can be a single detection element. Alternatively, the accelerometer 10 may be used in combination with a uniaxial or biaxial acceleration sensor.

演算部20は、A/D変換器22と、演算装置としてのCPU24と、記憶装置としてのROM26と、RAM28とから構成されている。A/D変換器22は、加速度計10からの信号をデジタル信号に変換するものであり、該A/D変換器22からデジタル化された加速度信号がCPU24、ROM26、RAM28にそれぞれ送信されるようになっている。デジタル化された信号(前後加速度信号、左右加速度信号及び上下加速度信号)は、RAM28に一旦記憶され、CPU24により所定の処理がされるようになっている。例えば、RAM28には、腰部の加速度信号の時間変化波形が時間計測部30からの時間情報とともに記憶されるようになっている。加速度信号の時間変化波形は、例えば歩行動作の数周期分がRAM28に記憶されるようにすることができる。   The calculation unit 20 includes an A / D converter 22, a CPU 24 as a calculation device, a ROM 26 as a storage device, and a RAM 28. The A / D converter 22 converts the signal from the accelerometer 10 into a digital signal, and the acceleration signal digitized from the A / D converter 22 is transmitted to the CPU 24, the ROM 26, and the RAM 28, respectively. It has become. Digitized signals (longitudinal acceleration signal, lateral acceleration signal, and vertical acceleration signal) are temporarily stored in the RAM 28 and subjected to predetermined processing by the CPU 24. For example, the RAM 28 stores a time-varying waveform of the waist acceleration signal together with the time information from the time measuring unit 30. As the time-varying waveform of the acceleration signal, for example, several cycles of walking motion can be stored in the RAM 28.

また、ROM26には、RAM28に記憶される前後加速度信号、左右加速度信号及び上下加速度信号から、特定の歩行動作を行うタイミングやその期間(特定期間)を抽出するためのプログラムが格納されている。特定の歩行動作とは、図7に示すように、踵接地動作や、足底接地動作や、足尖離地動作、立脚中期等をいうものである。ここで、踵接地動作は、一方の足の踵が接地する動作であり、足底接地動作は、一方の足の底全体が接地する動作であり、足尖離地動作は、他方の足の足尖が離地する動作である。   In addition, the ROM 26 stores a program for extracting a timing and a period (specific period) for performing a specific walking motion from the longitudinal acceleration signal, the lateral acceleration signal, and the vertical acceleration signal stored in the RAM 28. As shown in FIG. 7, the specific walking movement refers to a heel-contacting action, a sole-grounding action, a toe-off action, a mid-stance phase, and the like. Here, the heel contact operation is an operation in which the heel of one foot is in contact with the ground, the sole contact operation is an operation in which the entire sole of one foot is in contact with the ground, and the toe-off operation is performed on the other foot. This is the action of the toes taking off.

このプログラムはCPU24により実行されるようになっており、このプログラムと、該プログラムを格納するROM26と、CPU24とが本実施形態における期間抽出手段を構成する。また、ROM26には、RAM28に記憶される加速度信号の時間変化から、期間抽出手段により特定期間であると判定された期間内における各加速度に基づいて、推定指標を算出するプログラムが格納されている。期間抽出手段と同様に、該プログラムとCPU24とが本実施形態における推定指標算出手段を構成する。また、ROM26には、予め用意された推定指標と歩行能力との関係(例えば関係式)が格納されている。このROM26には、この関係と該推定指標算出手段にて算出された各推定指標とから歩行能力を推定するプログラムが格納されている。該プログラムとCPU24とが本実施形態における歩行能力推定手段を構成する。   This program is executed by the CPU 24, and this program, the ROM 26 for storing the program, and the CPU 24 constitute a period extracting means in this embodiment. Further, the ROM 26 stores a program for calculating an estimated index based on each acceleration within a period determined to be a specific period by the period extracting means from a time change of the acceleration signal stored in the RAM 28. . Similar to the period extracting means, the program and the CPU 24 constitute an estimated index calculating means in the present embodiment. The ROM 26 stores a relationship (for example, a relational expression) between an estimated index prepared in advance and walking ability. The ROM 26 stores a program for estimating walking ability from this relationship and each estimated index calculated by the estimated index calculating means. The program and the CPU 24 constitute walking ability estimation means in this embodiment.

また、本実施形態の歩行解析装置は、外部とのデータのやりとりをできる入出力インターフェースを有するようにしてもよい。また、本実施形態の歩行解析装置は、使用者の情報等を入力する入力部を備えるようにしてもよい。また使用者に結果を出力する出力部を備えるようにしてもよい。   In addition, the gait analysis apparatus of the present embodiment may have an input / output interface that can exchange data with the outside. In addition, the walking analysis apparatus according to the present embodiment may include an input unit that inputs user information and the like. Moreover, you may make it provide the output part which outputs a result to a user.

(第1実施形態) 続いて、本発明の実施形態についてさらに詳細に説明する。以下の実施形態において歩行解析装置の説明をするが合わせて歩行解析方法の説明も兼ねる。まず、第1実施形態として、歩行能力として背屈力を推定する実施形態について説明する。   First Embodiment Subsequently, an embodiment of the present invention will be described in more detail. In the following embodiments, a walking analysis device will be described, but it also serves as a description of a walking analysis method. First, as a first embodiment, an embodiment in which dorsiflexion force is estimated as walking ability will be described.

本発明者らが、鋭意検討した結果、歩行時において特定の歩行動作が行われる特定期間において、腰部の加速度の時間変化に基づいて算出される特定の推定指標と背屈力の強さとの間には、相関関係があることが見出された。すなわち、本第1実施形態に係る歩行解析装置100は、歩行時の腰部における上下方向、前後方向、左右方向の各加速度を検出する加速度計測手段(加速度計10)と、該加速度のうち少なくとも一つの加速度の時間変化に基づいて、背屈力の強さと関連のある特定の歩行動作が行われる特定期間を抽出する期間抽出手段(ROM26、CPU24)と、加速度のうち少なくとも一つの加速度の前記特定期間における時間変化に基づいて、背屈力の強さと関連する推定指標を算出する推定指標算出手段(ROM26、CPU24)とを、有する。さらに、推定指標算出手段により算出された推定指標及び予め用意した推定指標と背屈力の強さとの関係を用いて背屈力を推定する歩行能力推定手段(ROM26、CPU24)を有する。ここで、歩行能力推定手段は、予め用意された前記推定指標と背屈力の強さとの関係が記憶された記憶手段(記憶装置、RAM28、ROM26)を有するものとすることができる。   As a result of intensive studies by the present inventors, during a specific period in which a specific walking motion is performed during walking, between the specific estimated index calculated based on the temporal change of the waist acceleration and the strength of the dorsiflexion force Were found to be correlated. That is, the walking analysis apparatus 100 according to the first embodiment includes acceleration measuring means (accelerometer 10) that detects accelerations in the vertical direction, the front-rear direction, and the horizontal direction at the waist during walking, and at least one of the accelerations. Period extracting means (ROM 26, CPU 24) for extracting a specific period during which a specific walking motion related to the strength of dorsiflexion force is performed based on the time change of two accelerations, and the specification of at least one of the accelerations And an estimated index calculating means (ROM 26, CPU 24) for calculating an estimated index related to the strength of the dorsiflexion force based on the time change in the period. Furthermore, it has walking ability estimation means (ROM 26, CPU 24) for estimating the dorsiflexion force using the estimated index calculated by the estimation index calculation means and the relationship between the estimated index prepared in advance and the strength of the dorsiflexion force. Here, the walking ability estimation means may include storage means (storage device, RAM 28, ROM 26) in which the relationship between the estimated index prepared in advance and the strength of the dorsiflexion force is stored.

本第1実施形態のさらに具体的な構成においては、前記推定指標は、特定期間における平均前後加速度とすることができる。この場合、該平均前後加速度と背屈力の強さとの関係を予め求めておくことで、背屈力の強さを推定することができる。ここで加速度の平均とはその期間における加速度の時間変化を時間で積分し、その値を期間で割った値をいうものとする。   In a more specific configuration of the first embodiment, the estimation index may be an average longitudinal acceleration during a specific period. In this case, the strength of the dorsiflexion force can be estimated by obtaining in advance the relationship between the average longitudinal acceleration and the strength of the dorsiflexion force. Here, the average acceleration means a value obtained by integrating the time change of acceleration in the period by time and dividing the value by the period.

上記のような本第1実施形態の歩行解析装置によれば、歩行時における腰部の加速度と人体の背屈力の強さとの関係(以下、加速度−背屈力関係とする)が、予め記憶装置に記憶されているので、加速度計測手段により歩行時の腰部の加速度を検出すれば、前記加速度−背屈力関係とから、演算装置により使用者の背屈力の強さを判別することができる。   According to the walking analysis apparatus of the first embodiment as described above, the relationship between the acceleration of the waist during walking and the strength of the dorsiflexion force of the human body (hereinafter referred to as the acceleration-dorsiflexion force relationship) is stored in advance. Since it is stored in the device, if the acceleration of the waist during walking is detected by the acceleration measuring means, it is possible to determine the strength of the user's dorsiflexion force by the arithmetic device from the acceleration-dorsiflexion force relationship. it can.

背屈力の強さと腰部の加速度との間に相関関係があるのは、以下の理由によるものと考えられる。つまり、背屈は、脛の筋肉(前脛骨筋)により行うとともに、後方への蹴り出し力によって生まれた加速力も利用している。蹴り出し力が弱い場合、背屈力が低下し、つま先が垂れやすくなる。この蹴り出しという動作は、背屈動作の補助という働きとともに、歩行の推進力を生み出す働きをも有することは自明である。そのため、歩行の推進力に関係する腰部の加速度と背屈力の強さとの間には相関関係があると考えられ、腰部の加速度を検出すれば、背屈力の強さを導出することが可能である。   The correlation between the strength of the dorsiflexion force and the acceleration of the waist is thought to be due to the following reason. In other words, the dorsiflexion is performed by the shin muscle (anterior tibialis anterior muscle) and also uses the acceleration force generated by the backward kicking force. When the kicking force is weak, the dorsiflexion force decreases and the toes easily fall. It is obvious that the kicking action has a function of generating a driving force for walking as well as a function of assisting the dorsiflexion action. Therefore, it is considered that there is a correlation between the acceleration of the lumbar region and the strength of the dorsiflexion force related to the propulsive force of walking, and if the acceleration of the lumbar region is detected, the strength of the dorsiflexion force can be derived. Is possible.

また、蹴り出し動作によれば、腰部の加速度は主に前後方向に向かうことになるので、腰部の前後加速度と背屈力の強さとの間には、より一層の相関関係がある。そのため、腰部の前後加速度と背屈力の強さとの関係を予め加速度−背屈力関係として求めておき、腰部の前後加速度を検出し、特定期間における平均前後加速度を推定指標として、前記加速度−背屈力関係から使用者の背屈力の強さをより精度よく判別することができる。   Further, according to the kicking-out operation, the acceleration of the waist is mainly directed in the front-rear direction, so that there is a further correlation between the back-and-forth acceleration of the waist and the strength of the dorsiflexion force. Therefore, the relationship between the longitudinal acceleration of the lumbar region and the strength of the dorsiflexion force is obtained in advance as an acceleration-dorsiflexion force relationship, the longitudinal acceleration of the lumbar region is detected, and the average longitudinal acceleration in a specific period is used as an estimation index, the acceleration− The strength of the user's dorsiflexion force can be determined more accurately from the dorsiflexion force relationship.

本第1実施形態においては、背屈力の強さを推定することができるので、たとえば転倒の主要因である「つまづき」を誘発する下肢の衰えを検出することができる。これは、以下の理由による。   In the first embodiment, since the strength of the dorsiflexion force can be estimated, for example, it is possible to detect a lowering of the lower limbs that induces “stumbling” which is a main factor of falling. This is due to the following reason.

まず歩行とは、交互に左右の足を前に振り出すものである。地面に接して体重を支持している足を立脚といい、地面から離れて前に振り出される足を遊脚という。歩行において、左右の両足それぞれにおいて、地面に足が着いた状態の立脚期と、地面から足が離れた遊脚期とがある。また歩行中は、左右の足が同時に立脚期となっている期間が両脚支持の期間となり、一方の足だけが立脚期となっている期間が単脚支持の期間となる。   First, walking refers to alternately swinging left and right feet forward. A leg that touches the ground and supports weight is called a stance leg, and a leg that swings forward from the ground is called a free leg. In walking, each of the left and right feet has a stance phase in which the feet are on the ground and a swing phase in which the feet are separated from the ground. During walking, the period in which the left and right feet are in the stance phase simultaneously is the period for supporting both legs, and the period in which only one leg is in the stance phase is the period for supporting the single leg.

立脚期は、まず遊脚となった足の踵が地面に接触する状態(踵接地)で開始し、爪先側も地面に接地することで足の底が略床面に沿って接触する状態(足底接地)、足の底が床面に接触した状態から踵の部分が床面から離れる状態(踵離地)を経て、爪先(足尖)が床面から離れることにより、足が床面から離れる状態(足尖離地)で終了する。従って各足において踵接地から足尖離地までが立脚期となり、足尖離地から踵接地までが遊脚期となる。   The stance phase starts with the heel of the foot that has become a free leg in contact with the ground (heel contact), and the bottom of the foot is in contact with the ground surface by touching the toe side to the ground ( (Foot grounding), the state where the bottom of the foot is in contact with the floor surface, the state where the heel part is separated from the floor surface (the heel-off area), and the toes (tips) are separated from the floor surface, so that the foot is on the floor surface. End in a state of leaving (a point away from the toes). Accordingly, in each foot, the stance phase is from the heel contact to the toe separation, and the swing phase is from the toe contact to the heel contact.

背屈力が低下すると1周期の歩行動作(左右一歩分)のうち遊脚期(足を前方に振り出している期間)につま先が垂れるため、地面とつま先との間隔を十分に確保することができない。そのため、つまづきやすく転倒しやすい。そこで、背屈力の強さを推定することにより、転倒のしやすさに直接影響する「つまづきやすさ」を検出することができる。これにより、転倒を早期に予防することができる。また、つまづきが転倒の要因である以上、つまづき自体を検出していたのでは、実際問題として転倒を予防しているとはいえないが、本発明の歩行解析装置によれば、要は「つまづきやすさ」を判別しているのであり、転倒予防につながる対策をより効果的に行うことができる。   If the dorsiflexion force decreases, the toe hangs down during the swing phase (a period in which the foot is swung forward) during one cycle of walking movement (one step left and right), so that a sufficient space between the ground and the toes can be secured. Can not. Therefore, it is easy to trip and toppling over. Therefore, by estimating the strength of the dorsiflexion force, it is possible to detect “easy to trip” that directly affects the ease of falling. Thereby, a fall can be prevented at an early stage. In addition, since a trip is a cause of a fall, detecting the trip itself does not prevent a fall as an actual problem, but according to the walking analysis device of the present invention, the point is Since “easy to trip” is discriminated, it is possible to more effectively take measures to prevent falls.

なお、本第1実施形態の歩行解析装置においては、背屈力の強さを特定の識別記号に変換する手段を備え、その識別記号を表示する表示部を設けるようにしてもよい。識別記号としては、背屈力を示す数値、背屈力の程度を段階的に示すもの(大中小、レベルなど)、一定水準の背屈力をクリアしているかどうかを示すもの(合あるいは否、セーフあるいはアウトなど)、あるいはこれらの組み合わせを例示することができる。また、判別された背屈力の強さが基準以下であるかどうかを判定する手段を備え、基準以下であれば、転倒予防につながる対策を教示する手段を備えるようにしてもよい。   In the gait analysis device of the first embodiment, a means for converting the strength of the dorsiflexion force into a specific identification symbol may be provided, and a display unit for displaying the identification symbol may be provided. The identification symbol is a numerical value indicating the dorsiflexion force, indicating the level of dorsiflexion force in stages (large, medium, small, level, etc.), indicating whether or not a certain level of dorsiflexion force has been cleared (pass or fail) , Safe or out), or a combination thereof. Further, there may be provided means for determining whether or not the strength of the determined dorsiflexion force is equal to or less than a reference, and if it is equal to or less than the reference, a means for teaching a measure that leads to fall prevention may be provided.

さらに、本第1実施形態の歩行解析装置によれば、背屈力の低下という具体的な下肢の衰えを検出することができるため、背屈力の強さに関係のある筋力(例えば、前脛骨筋など)が衰えていることを具体的に知見することができる。そのため、転倒予防につながる対策を使用者に教示するに際しても、下肢全体に係るような運動ではなく、背屈力に直接関係する筋肉を増加させるための運動を、より具体的に使用者に教示することができる。したがって、転倒を予防するのにより効果的である。   Furthermore, according to the walking analysis apparatus of the first embodiment, since it is possible to detect a specific decline in the lower limbs, such as a decrease in dorsiflexion force, muscle strength related to the strength of dorsiflexion force (for example, front It is possible to specifically find out that the tibial muscle, etc.) is declining. Therefore, when teaching users measures to prevent falls, teach the user more specifically exercises to increase muscles that are directly related to dorsiflexion, rather than exercises that involve the entire lower limbs. can do. Therefore, it is more effective in preventing falls.

また、理学療法士等の専門家への相談や、モーションキャプチャ等による歩行解析により背屈力の低下を把握することは可能ではあるが、これらの方法では、専門家への相談が面倒であったり、大掛かりな設備を必要としたりする。本発明では、腰部の加速度を検出するだけでよいので、例えば、腰部に装着し歩行するだけでよく、簡易に背屈力の低下を検出することができる。   Although it is possible to grasp the decrease in dorsiflexion force by consulting with a specialist such as a physical therapist or walking analysis by motion capture etc., it is troublesome to consult with a specialist in these methods. Or require large-scale equipment. In the present invention, since it is only necessary to detect the acceleration of the lumbar region, for example, it is only necessary to wear the lumbar region and walk, and a decrease in dorsiflexion force can be easily detected.

本第1実施形態のさらに具体的な構成においては、前記特定期間としては、一方の足で蹴り出す蹴り出し動作が行われる時点から他方の足のみで立脚する立脚中期が行われる時点までの期間を例示できる。歩行において蹴り出し動作により発生する推進力は、一方の足で蹴り出す蹴り出し動作から他方の足のみで立脚する立脚中期までの間における腰部の前後加速度に最も現れる。そのため、この歩行動作が行われる期間を特定期間とすれば、この特定期間における腰部の前後加速度と背屈力の強さとの間には、より一層の相関関係がある。したがって、この特定期間における腰部の前後加速度と背屈力の強さとの関係を予め求めておけば、推定指標として該特定期間における平均前後加速度を算出することで背屈力を推定することができる。   In the more specific configuration of the first embodiment, the specific period is a period from the time when the kicking action of kicking with one foot is performed to the time when the middle stage of standing with only the other leg is performed. Can be illustrated. The propulsive force generated by the kicking motion during walking most appears in the longitudinal acceleration of the waist during the period from the kicking motion of kicking with one foot to the middle of the stance when standing with only the other foot. Therefore, if the period during which this walking motion is performed is a specific period, there is a further correlation between the longitudinal acceleration of the waist and the strength of the dorsiflexion force during this specific period. Therefore, if the relationship between the lumbar longitudinal acceleration and the strength of the dorsiflexion force in this specific period is obtained in advance, the dorsiflexion force can be estimated by calculating the average longitudinal acceleration in the specific period as an estimation index. .

さらに特定期間として、一方の足の踵が接地する踵接地動作が行われる時点から、該一方の足の足底全体が接地する足底接地動作が行われる時点までの期間を例示することもできる。さらに特定期間として、一方の足の踵が接地する踵接地動作が行われる時点から、他方の足の足尖が離地する足尖離地動作が行われる時点までの期間を例示することもできる。   Further, as the specific period, a period from the time when the heel-grounding operation in which the heel of one foot is grounded to the time when the sole-grounding operation in which the entire sole of the one foot is grounded can be exemplified. . Further, as the specific period, a period from the time when the heel-contacting operation in which the heel of one foot is grounded to the time of performing the toe-off operation in which the toe of the other foot is detached can be exemplified. .

また前記背屈力の強さとしては、前記特定期間中における足首の背屈角の変化の割合として表されるものを指標とすることもできる。この場合、特定期間における前記推定指標と、背屈角との変化の割合との関係を予め求めておくことで、背屈力の強さを推定することができる。なお、背屈角とは足首の関節から脛に向かう方向と、足首の関節からつま先に向かう方向との成す角をいうものとする。   In addition, the strength of the dorsiflexion force may be an index expressed as a ratio of a change in ankle dorsiflexion angle during the specific period. In this case, the strength of the dorsiflexion force can be estimated by obtaining in advance a relationship between the estimated index in the specific period and the rate of change of the dorsiflexion angle. The dorsiflexion angle is an angle formed by a direction from the ankle joint toward the shin and a direction from the ankle joint toward the toe.

図3に示すように、一方の足(以下右足として説明する)に関して、該右足の背屈角は、歩行動作のうち右足と左足との両方が地面に接する両脚支持期において最小となる。具体的には、右足の背屈角は左足の底全体が地面に接する左足底接地における歩行動作の期間において最小となるのが通常である。さらに具体的には、左足の底全体が地面に接する左足底接地においては、左足踵側からつま先側に順次体重が移動していくが、右足の背屈角はこの前方への体重移動の中間時点から、つま先が地面から離れるつま先離地までのある時点(O時点)において最小となる。   As shown in FIG. 3, the dorsiflexion angle of the right foot with respect to one foot (hereinafter, described as the right foot) is minimum during the both-leg support period in which both the right foot and the left foot are in contact with the ground during the walking motion. Specifically, the dorsiflexion angle of the right foot is usually the smallest during the walking motion in the left foot contact where the entire bottom of the left foot is in contact with the ground. More specifically, when the left sole is in contact with the ground, where the entire bottom of the left foot is in contact with the ground, the weight gradually shifts from the left footpad to the toe, but the dorsiflexion angle of the right foot is the middle of this forward weight shift. It becomes the minimum at a certain time point (time point O) from the time point to the toe departure point where the toe leaves the ground.

また、右足の背屈角は、歩行動作のうち、図3に示す右つま先離地動作の直後の時点において最大となるのが通常である。具体的には、右足の背屈角は、右足で蹴り出し動作をして該右足が地面から離間した後、右足を前方に振り出す動作の前後の時点(A時点)において最大となるのが通常である。そして、図6に示すように、蹴り出し動作の後において、背屈力が低下している場合(60代被験者)は、つま先が垂れて背屈角が大きいままであり、一方、背屈力が十分に維持されている場合は(20代被験者)、背屈して再び背屈角が小さくなる。   In addition, the dorsiflexion angle of the right foot is normally maximized at the time immediately after the right toe take-off operation shown in FIG. Specifically, the dorsiflexion angle of the right foot is maximized at a time point (time A) before and after the operation of swinging the right foot forward after the right foot is separated from the ground by kicking the right foot. It is normal. As shown in FIG. 6, when the dorsiflexion force is reduced after the kicking-out operation (subject 60s), the toe hangs down and the dorsiflexion angle remains large, whereas the dorsiflexion force Is sufficiently maintained (subject in the 20s), the dorsiflexion angle becomes smaller again after dorsiflexion.

したがって、背屈力が強い場合は、O時点における背屈角(以下α とする)とA時点における背屈角(以下β とする)との差(β−α)に対する、A地点における背屈角(β)と、蹴り出し後から右踵接地(図3参照)までにいたる期間における背屈角(以下、γ とする)との差(β−γ)の比は、相対的に大きくなる。つまり、背屈力が強い場合は、(β−γ)/(β−α)であらわされる値は大きなものとなる。一方、背屈力が低下している場合は、β−α に対する、β−γ の比は、相対的に小さなものとなり、(β−γ)/(β−α)であらわされる値は小さなものとなる。   Therefore, when the dorsiflexion force is strong, the dorsiflexion at the point A with respect to the difference (β−α) between the dorsiflexion angle at the time O (hereinafter referred to as α) and the dorsiflexion angle at the time A (hereinafter referred to as β). The ratio of the difference (β−γ) between the angle (β) and the dorsiflexion angle (hereinafter referred to as γ) in the period from kicking to starboard contact (see FIG. 3) is relatively large. . That is, when the dorsiflexion force is strong, the value represented by (β−γ) / (β−α) is large. On the other hand, when the dorsiflexion force is reduced, the ratio of β-γ to β-α is relatively small, and the value represented by (β-γ) / (β-α) is small. It becomes.

つまり、(β−γ)/(β−α)・・・(式1)の大小により背屈力の強さを評価することができる。したがって、加速度−背屈力関係は、腰部の加速度と式1にて表される背屈力の強さとの関係を予め求めることで得ることができる。具体的には、複数の被験者に対して、歩行時における腰部の加速度(特に蹴り出し動作から立脚中期までの間における前後加速度)と歩行時における背屈角とを測定して、得られる背屈角から式1で規定される背屈力の強さを算出し、その背屈力の強さと腰部の加速度との関係を、例えば関数として取得することで、上記加速度−背屈力関係を得ることができる。   That is, the strength of the dorsiflexion force can be evaluated based on the magnitude of (β−γ) / (β−α) (Expression 1). Therefore, the acceleration-dorsiflexion force relationship can be obtained by obtaining in advance the relationship between the waist acceleration and the strength of the dorsiflexion force expressed by Equation 1. Specifically, the dorsiflexion obtained by measuring the waist acceleration (especially the longitudinal acceleration between the kicking motion and mid-stance) and the dorsiflexion angle during walking for multiple subjects. By calculating the strength of the dorsiflexion force defined by Equation 1 from the angle and obtaining the relationship between the strength of the dorsiflexion force and the acceleration of the waist as a function, for example, the above-mentioned acceleration-dorsiflexion force relationship is obtained. be able to.

本第1実施形態においては、ROM26には、予め求められる加速度−背屈力関係が記憶されている。ROM26に記憶されている加速度−背屈力関係は、例えば図2に示すようなものとされている。図2に示されているグラフ1〜3の直線で表されているのが加速度−背屈力関係である。   In the first embodiment, the ROM 26 stores an acceleration-dorsiflexion force relationship obtained in advance. The acceleration-dorsiflexion force relationship stored in the ROM 26 is, for example, as shown in FIG. The acceleration-dorsiflexion force relationship is represented by the straight lines in the graphs 1 to 3 shown in FIG.

すべての加速度−背屈力関係は、蹴り出し動作から左立脚中期(図3参照)までの特定期間における前後加速度の平均加速度(以下、単に平均前後加速度とする)と、背屈力の強さとの関係を規定するものである。本実施形態において背屈力の強さは、前述した(β−γ)/(β−α)・・・(式1)で規定している。具体的には、図4に示すように、背屈角が最低となるO時点(図3の両脚支持期における左足底接地付近に対応する)の背屈角をα として、背屈角が最大となるA時点(図3の振り出し動作前後に対応する)の背屈角をβ とし、蹴り出し後の遊脚期以降(図3に示す右足遊脚期から右踵接地までの動作に略対応する)の背屈角をγ としている。背屈角γ としては、後述するB時点、C時点、D時点における背屈角γ1、γ2、γ3をそれぞれ採用することができる。図2のそれぞれのグラフにおいて縦軸が上記式1であらわされる背屈力の強さであり、横軸が前記平均加速度である。   All acceleration-dorsiflexion force relations are the average acceleration of longitudinal acceleration (hereinafter simply referred to as average longitudinal acceleration) during a specific period from the kicking motion to the middle left stance (see Fig. 3), and the strength of the dorsiflexion force. The relationship is defined. In this embodiment, the strength of the dorsiflexion force is defined by the above-described (β−γ) / (β−α) (Equation 1). Specifically, as shown in FIG. 4, the dorsiflexion angle is the maximum when α is the dorsiflexion angle at the point O when the dorsiflexion angle is minimum (corresponding to the vicinity of the ground contact with the left sole in the period of supporting both legs in FIG. 3). Β is the dorsiflexion angle at time A (corresponding to before and after the swinging motion in FIG. 3), and substantially corresponds to the motion from the swinging leg phase to the starboard grounding shown in FIG. ) Is the dorsiflexion angle. As the dorsiflexion angle γ, dorsiflexion angles γ1, γ2, and γ3 at time points B, C, and D, which will be described later, can be employed. In each graph of FIG. 2, the vertical axis represents the strength of the dorsiflexion force expressed by the above formula 1, and the horizontal axis represents the average acceleration.

また、図2のグラフ1は、蹴り出し動作直後における立脚中期背屈力の強さと前記平均加速度との関係を示すものである。ここで、立脚中期背屈力の強さとは図3に示す左立脚中期(B時点:蹴り出し動作が左足の場合は右立脚中期)における背屈力の強さであり、式1において背屈角γ として図4に示すB時点(図3の左立脚中期に対応する)の背屈角γ1を採用した場合に対応する。つまり、この図2のグラフ1に示される加速度−背屈力関係を用いると、前記平均加速度から立脚中期背屈力の強さについて判別することができる。   Moreover, the graph 1 of FIG. 2 shows the relationship between the strength of the mid-stance dorsiflexion force immediately after the kicking-out operation and the average acceleration. Here, the strength of the mid-stance dorsiflexion force is the strength of the dorsiflexion force in the mid-left stance phase shown in FIG. 3 (time B: mid-right stance when the kicking action is the left foot). This corresponds to the case where the dorsiflexion angle γ1 at the time B shown in FIG. 4 (corresponding to the middle stage of the left stance in FIG. 3) is adopted as the angle γ. That is, using the acceleration-dorsiflexion force relationship shown in the graph 1 of FIG. 2, it is possible to determine the strength of the mid-stance dorsiflexion force from the average acceleration.

一方、図2のグラフ2は、蹴り出し動作から右踵接地までの動作において、背屈角が極小となる際の極小点背屈力の強さと前記平均加速度との関係を示すものである。ここで、極小点背屈力の強さは、図3に示す右足遊脚期において、背屈角が極小となる時点での背屈力の強さであり、式1において図4に示すC時点での背屈角γ2を採用した場合に相当する。つまり、この加速度−背屈力関係を用いると、検出した平均加速度から、右足遊脚期と右踵接地とにわたる動作における極小点背屈力の強さを推定することができる。   On the other hand, the graph 2 in FIG. 2 shows the relationship between the minimum point dorsiflexion strength and the average acceleration when the dorsiflexion angle is minimized in the operation from the kicking-out operation to the starboard contact. Here, the strength of the minimum point dorsiflexion force is the strength of the dorsiflexion force at the time when the dorsiflexion angle becomes minimum in the right leg swing leg phase shown in FIG. This corresponds to the case where the dorsiflexion angle γ2 at the time is adopted. That is, when this acceleration-dorsiflexion force relationship is used, the strength of the minimum point dorsiflexion force in the operation over the right leg swing leg phase and starboard landing can be estimated from the detected average acceleration.

また、図2のグラフ3は、極大点背屈力の強さと前記平均加速度との関係を示すものである。ここで、極大点背屈力の強さとは、図3に示す歩行動作のうちのA時点以降、右踵接地までを含む右足遊脚期において、背屈角が再度最大となる時点(あるいは右踵接地の時点)での背屈力の強さを示すものであり、式1において背屈角γ として図4に示すD時点の背屈角γ3を採用した場合に対応する。つまり、この図2のグラフ3に示される加速度−背屈力関係を用いると、前記平均加速度から極大点背屈力の強さについて推定することができる。   Graph 3 in FIG. 2 shows the relationship between the strength of the maximum point dorsiflexion force and the average acceleration. Here, the strength of the maximum point dorsiflexion force is the time when the dorsiflexion angle becomes the maximum again (or right) in the right leg swing leg period including time point A after the time point A in the walking motion shown in FIG. This shows the strength of the dorsiflexion force at the time of heel contact), and corresponds to the case where the dorsiflexion angle γ3 at time D shown in FIG. That is, when the acceleration-dorsiflexion force relationship shown in the graph 3 of FIG. 2 is used, the strength of the maximum point dorsiflexion force can be estimated from the average acceleration.

これらの加速度−背屈力関係は、複数の被験者に対して、歩行時における腰部の加速度を測定すると同時に、図4に示すような背屈角の変化を測定して式1により規定される背屈力の強さを算出して、これら加速度と背屈力の強さとの対となる複数のデータ(図2のドットに対応する)から加速度と背屈力の強さとの関係(図2の直線に対応する)を、例えば、最小二乗法等により導出することにより得ることができる。   These acceleration-dorsiflexion force relationships are measured for a plurality of subjects by measuring the acceleration of the waist during walking, and simultaneously measuring the change in dorsiflexion angle as shown in FIG. The strength of the bending force is calculated, and the relationship between the acceleration and the strength of the dorsiflexion force is obtained from a plurality of data (corresponding to the dots in FIG. 2) that are pairs of the acceleration and the strength of the dorsiflexion force (in FIG. 2). (Corresponding to a straight line) can be obtained, for example, by deriving by the least square method or the like.

図2において、極大点背屈力の強さと平均加速度との間の関係が最も明瞭であると思われる。したがって、本実施形態における加速度−背屈力関係においては、極大点背屈力の強さを蹴り出し動作後における背屈力の強さとして、代表的に取り扱うこともできる。なお、背屈力の強さとして本実施形態以外の指標(式1で表される以外の指標)を採用する場合は、背屈角が極大となるD時点以外の時点における背屈力のほうが、平均加速度との間で最も関係がある場合も想定される。その場合は、他の時点における背屈力の強さを代表的な指標として採用することができる。   In FIG. 2, the relationship between the strength of the maximum point dorsiflexion force and the average acceleration seems to be the clearest. Therefore, in the acceleration-dorsiflexion force relationship in the present embodiment, the strength of the maximum point dorsiflexion force can be typically handled as the strength of the dorsiflexion force after the kicking-out operation. Note that when an index other than the present embodiment (an index other than that expressed by Equation 1) is adopted as the strength of the dorsiflexion force, the dorsiflexion force at a time other than the D time point when the dorsiflexion angle is maximized. It is also assumed that there is the most relationship between the average acceleration. In that case, the strength of the dorsiflexion force at other time points can be adopted as a representative index.

以下、第1実施形態の歩行解析装置100の作用・動作について説明する。まず、本実施形態の歩行解析装置100を腰部に装着して、歩行を開始すると、歩行解析装置100の加速度計10により、腰部の前後加速度、左右加速度、上下加速度の時間変化が計測される。加速度計10は、検出した加速度の時間変化を電気信号の波形(加速度信号)として出力する。加速度計10から出力された加速度信号は、A/D変換器22によりデジタル化されて一旦RAM28に記憶される。図5は加速度計10で検出される加速度信号(前後加速度信号、左右加速度信号、上下加速度信号)の時間変化の一例を示すものである。時間によってそれぞれの加速度が変化しているのがわかる。図5において、前後加速度は前方に向かう側を正として、左右加速度は右に向かう側を正として、上下加速度は上方に向かう側を正として示されている。これらそれぞれの加速度の時間変化は、歩行動作の特定歩行動作に対応している。   Hereinafter, the operation and operation of the walking analysis apparatus 100 of the first embodiment will be described. First, when the walking analysis device 100 of the present embodiment is mounted on the waist and walking is started, the accelerometer 10 of the walking analysis device 100 measures temporal changes in the waist longitudinal acceleration, lateral acceleration, and vertical acceleration. The accelerometer 10 outputs the detected time change of acceleration as a waveform of an electric signal (acceleration signal). The acceleration signal output from the accelerometer 10 is digitized by the A / D converter 22 and temporarily stored in the RAM 28. FIG. 5 shows an example of a time change of an acceleration signal (longitudinal acceleration signal, lateral acceleration signal, vertical acceleration signal) detected by the accelerometer 10. It can be seen that each acceleration changes with time. In FIG. 5, the longitudinal acceleration is shown as positive on the forward side, the lateral acceleration is shown as positive on the right side, and the vertical acceleration is shown as positive on the upward side. Each time change of the acceleration corresponds to a specific walking motion of the walking motion.

RAM28に歩行動作の一周期分に相当する加速度信号(前後加速度、左右加速度、上下加速度)が記憶されると、CPU24とROM26により構成される期間抽出手段によって、該加速度信号の時間変化から特定の歩行動作が行われるタイミングや期間(特定期間)が抽出される。具体的には、加速度信号を時間微分することにより、該加速度信号のピークを検出し、該ピーク時に特定の歩行動作が開始あるいは終了すると判定することができる。例えば、図5において、前後加速度が極小となるとともに、上下加速度及び左右加速度が極大となる時点(X時点)において、図3の蹴り出し動作が行われると判定することができる。そして、蹴り出し動作後において、上下加速度及び左右加速度が極小となる時点(Z時点)を、図3の右つま先離地(蹴り出し動作が右足の場合)と判定することができる。さらに、つま先離地の動作の後、前後加速度および左右加速度は緩やかに上昇するが、上下加速度は緩やかに減少し、その後極小となる。この上下加速度の極小となる時点(Y時点)を右立脚中期(蹴り出し動作が右足の場合)と判定することができる。   When an acceleration signal (longitudinal acceleration, lateral acceleration, vertical acceleration) corresponding to one cycle of walking motion is stored in the RAM 28, a specific period is extracted from the time change of the acceleration signal by the period extracting means constituted by the CPU 24 and ROM 26. The timing and period (specific period) when the walking motion is performed are extracted. Specifically, it is possible to detect the peak of the acceleration signal by differentiating the acceleration signal with respect to time and determine that a specific walking motion starts or ends at the peak. For example, in FIG. 5, it can be determined that the kick-out operation of FIG. 3 is performed at the time when the longitudinal acceleration and the vertical acceleration and the lateral acceleration are maximized (time X) while the longitudinal acceleration is minimized. Then, after the kicking operation, the time point (Z time point) when the vertical acceleration and the horizontal acceleration become minimum can be determined as the right toe separation (when the kicking operation is the right foot) in FIG. Further, after the toe-off operation, the longitudinal acceleration and the lateral acceleration gradually increase, but the vertical acceleration gradually decreases and then becomes minimal. The time point at which the vertical acceleration is minimized (Y time point) can be determined as the middle right stance phase (when the kicking motion is the right foot).

上記のように、特定の歩行動作を行っている時点が把握できれば、これらのうち少なくとも2つの時点により特定の歩行動作が行われる特定期間が抽出される。そして、この特定期間中における加速度の時間変化にもとづいて平均前後加速度をCPU24により演算する。具体的には、蹴り出し動作と判定された時点と立脚中期と判定された時点との間の特定期間において、前後加速度の時間変化から、推定指標として前後方向の平均加速度を演算する。   As described above, if the time point when the specific walking motion is performed can be grasped, the specific period during which the specific walking motion is performed is extracted from at least two time points among them. Then, the average longitudinal acceleration is calculated by the CPU 24 based on the time change of the acceleration during the specific period. Specifically, an average acceleration in the front-rear direction is calculated as an estimated index from a time change of the front-rear acceleration in a specific period between the time point determined as the kicking motion and the time point determined as the middle stance.

このように演算された平均加速度を推定指標として、加速度−背屈力関係から背屈力の強さを推定する。具体的には、CPU24により、ROM26に記憶されている図2に示すような加速度−背屈力関係に、演算された平均加速度を当てはめて、当該平均加速度に対応する背屈力の強さを導出することができる。ここで、背屈力の強さは式1で表されるものである。さらに、背屈力の強さとして、図2に示される立脚中期背屈力の強さ、極小点背屈力の強さ、極大点背屈力の強さをそれぞれこの時点で演算しておき、RAM28に記憶させておく。あるいは、記録部50に演算結果をデータとして自動的に保存するようにしてもよい。   Using the average acceleration calculated in this manner as an estimation index, the strength of the dorsiflexion force is estimated from the acceleration-dorsiflexion relationship. Specifically, the CPU 24 applies the calculated average acceleration to the acceleration-dorsiflexion force relationship as shown in FIG. 2 stored in the ROM 26 and stores the strength of the dorsiflexion force corresponding to the average acceleration. Can be derived. Here, the strength of the dorsiflexion force is expressed by Formula 1. Furthermore, as the strength of the dorsiflexion force, the strength of the mid-stand stance dorsiflexion force, the strength of the minimum point dorsiflexion force, and the strength of the maximum point dorsiflexion force shown in FIG. And stored in the RAM 28. Alternatively, the calculation result may be automatically stored as data in the recording unit 50.

さらに、推定された背屈力の強さから、使用者の現時点での歩行年齢を演算することもできる。具体的には、ROM26に、背屈力の強さと歩行年齢との関係を予め記憶させておき、演算された背屈力の強さを、前記背屈力の強さと歩行年齢との関係に当てはめることにより、歩行年齢を演算することができる。演算された歩行年齢は、RAM28に一時的に記憶される。あるいは、記録部50に歩行年齢の判別結果を自動的に保存するようにしてもよい。   Further, the current walking age of the user can be calculated from the estimated strength of dorsiflexion. Specifically, the ROM 26 stores in advance the relationship between the strength of the dorsiflexion force and the walking age, and the calculated strength of the dorsiflexion force is related to the relationship between the strength of the dorsiflexion force and the walking age. By applying, the walking age can be calculated. The calculated walking age is temporarily stored in the RAM 28. Alternatively, the walking age determination result may be automatically stored in the recording unit 50.

上記のように、CPU24により式1にて表される背屈力の強さが導出された場合、その結果を表示部40に表示することができる。この場合、使用者が立脚中期背屈力の強さや極小点背屈力の強さや極大点背屈力の強さなどから、表示したい項目を選択して、選択された項目の推定結果を表示することができる。あるいは、すべての推定結果を自動的に表示するようにしてもよい。   As described above, when the CPU 24 derives the strength of the dorsiflexion force represented by Equation 1, the result can be displayed on the display unit 40. In this case, the user selects the item to be displayed based on the strength of the middle stance dorsiflexion force, the strength of the minimum point dorsiflexion force, the strength of the maximal point dorsiflexion force, and the estimated result of the selected item is displayed. can do. Alternatively, all estimation results may be automatically displayed.

さらに、推定された背屈力の強さに基づいた歩行年齢を表示することができる。さらに、歩行年齢に応じて、転倒予防のための運動方法を表示することにより、使用者に運動の指針を教示することもできる。   Furthermore, the walking age based on the estimated strength of the dorsiflexion force can be displayed. Further, by displaying an exercise method for preventing falls according to the age of walking, the user can be instructed with an exercise guideline.

以上説明したように、本実施形態の歩行解析装置100によれば、歩行能力として使用者の背屈力の強さを推定することができるため、転倒の主要因である「つまづき」を誘発する下肢の衰えをより簡便に検出することができる。さらに、つまづき自体を検出するのではなく、つまづきを誘発する背屈力の低下を直接検出することができるため、より早期に転倒予防にかかわる対策を講じることができる。   As described above, according to the walking analysis apparatus 100 of the present embodiment, the strength of the user's dorsiflexion force can be estimated as the walking ability, so that the “trigger” that is the main factor of the fall is induced. It is possible to more easily detect the deterioration of the lower limb. Furthermore, since it is possible not to detect the trip itself but to directly detect a decrease in dorsiflexion force that induces the trip, it is possible to take measures to prevent falls earlier.

(第2実施形態) 次に、第2実施形態にかかる歩行解析装置100について説明する。第2実施形態にかかる歩行解析装置100は、歩行能力として下肢筋力を推定するものである。本発明者らが、鋭意検討した結果、歩行時において特定の歩行動作が行われる特定期間において、腰部の加速度の時間変化に基づいて算出される特定の推定指標と下肢筋力との間には、相関関係があることが見出された。すなわち、本第2実施形態に係る歩行解析装置100は、歩行時の腰部における上下方向、前後方向、左右方向の各加速度を検出する加速度計測手段(加速度計10)と、該加速度のうち少なくとも一つの加速度の時間変化に基づいて、下肢筋力と関連のある特定の歩行動作が行われる特定期間を抽出する期間抽出手段(ROM26、CPU24)と、加速度のうち少なくとも一つの加速度の前記特定期間における時間変化に基づいて、下肢筋力に関連する推定指標を算出する推定指標算出手段(ROM26、CPU24)とを、有する。さらに、推定指標算出手段により算出された推定指標及び予め用意した推定指標と下肢筋力との関係を用いて下肢筋力を推定する歩行能力推定手段(ROM26、CPU24)を有する。ここで、歩行能力推定手段は、予め用意された前記推定指標と下肢筋力との関係が記憶された記憶手段(記憶装置、RAM28、ROM26)を有するものとすることができる。   (2nd Embodiment) Next, the walk analysis apparatus 100 concerning 2nd Embodiment is demonstrated. The walking analysis apparatus 100 according to the second embodiment estimates lower limb muscle strength as walking ability. As a result of intensive studies, the present inventors have determined that during a specific period when a specific walking motion is performed, between a specific estimated index calculated based on a temporal change in acceleration of the lower back and lower limb muscle strength, It was found that there was a correlation. That is, the walking analysis apparatus 100 according to the second embodiment includes acceleration measuring means (accelerometer 10) that detects accelerations in the vertical direction, the front-rear direction, and the horizontal direction at the waist during walking, and at least one of the accelerations. Period extracting means (ROM 26, CPU 24) for extracting a specific period during which a specific walking motion related to the lower limb muscle strength is performed based on a time change of two accelerations, and a time of at least one of the accelerations in the specific period And an estimated index calculation means (ROM 26, CPU 24) for calculating an estimated index related to the lower limb muscle strength based on the change. Furthermore, it has walking ability estimating means (ROM 26, CPU 24) for estimating lower limb muscle strength using the estimated index calculated by the estimated index calculating means and the relationship between the estimated index prepared in advance and the lower limb muscle strength. Here, the walking ability estimation means may include storage means (storage device, RAM 28, ROM 26) in which the relationship between the estimated index prepared in advance and the lower limb muscle strength is stored.

第2実施形態においてさらに具体的な構成は、前記推定指標は、特定期間における平均前後加速度とすることができる。この場合、該平均前後加速度と下肢筋力との関係を予め求めておくことで、下肢筋力を推定することができる。   In a more specific configuration in the second embodiment, the estimated index may be an average longitudinal acceleration during a specific period. In this case, the lower limb muscle strength can be estimated by obtaining in advance the relationship between the average longitudinal acceleration and the lower limb muscle strength.

歩行時における腰部の加速度の時間変化を計測することで下肢筋力を推定できるのは以下の理由による。つまり、歩行時における腰部の前後加速度は、下肢筋力により得られる前後方向の推進力・制動力に対応する。したがって、腰部の前後加速度と下肢筋力との間には、より一層の相関関係がある。そのため、腰部の前後加速度と下肢筋力との関係を予め加速度−下肢筋力関係として求めておき、特定期間における平均前後加速度を推定指標として、該加速度−下肢筋力関係とから使用者の下肢筋力を測定することができる。   The reason why the lower limb muscle strength can be estimated by measuring the temporal change of the acceleration of the waist during walking is as follows. That is, the longitudinal acceleration of the waist during walking corresponds to the propulsive force / braking force in the front-rear direction obtained by the lower limb muscle strength. Therefore, there is a further correlation between the lumbar longitudinal acceleration and the lower limb muscle strength. Therefore, the relationship between the longitudinal acceleration of the lower back and the muscle strength of the lower limbs is obtained in advance as the acceleration-lower limb strength relationship, and the user's lower limb strength is measured from the acceleration-lower limb strength relationship using the average longitudinal acceleration during a specific period as an estimation index. can do.

一方、歩行時は脚を蹴り出して前方向に進む。この脚の蹴り出し力は、前後方向に向かうとともに上下方向にむかう。したがって、例えば蹴り出し力に対応する下肢筋力の強さは、歩行時における腰部の上下加速度と相関関係がある。そのため、腰部の上下加速度と下肢筋力との関係を予め加速度−下肢筋力関係として求めておき、特定期間における平均上下加速度を推定指標として、該加速度−下肢筋力関係とから使用者の下肢筋力を推定することができる。   On the other hand, when walking, kick the leg and go forward. The kicking force of the leg goes in the front-rear direction and goes up and down. Therefore, for example, the strength of the lower limb muscle strength corresponding to the kicking force correlates with the vertical acceleration of the waist during walking. Therefore, the relationship between the vertical acceleration of the lower back and the lower limb muscle strength is obtained in advance as the acceleration-lower limb muscle strength relationship, and the user's lower limb muscle strength is estimated from the acceleration-lower limb muscle strength relationship using the average vertical acceleration during a specific period as an estimation index. can do.

さらに、前記前後加速度あるいは前記上下加速度から下肢筋力を測定する場合、前記特定期間は、一方の足の踵が接地する踵接地動作が行われる時点から該一方の足の足底全体が接地する足底接地動作が行われる時点までの期間とすることができる。踵接地時には、足関節まわりに発生する底屈モーメント(地面からの作用により爪先が地面に触れる方向に足関節を回転させるモーメント)に対抗する下肢筋力(例えば下肢筋力)が必要である。   Furthermore, when measuring the lower limb muscle strength from the longitudinal acceleration or the vertical acceleration, the foot for which the entire sole of the one foot is grounded from the point of time when the heel-grounding operation is performed in which the heel of one foot is grounded during the specific period. The period up to the time when the bottom grounding operation is performed can be used. At the time of heel contact, lower extremity muscle strength (for example, lower extremity muscle strength) that opposes the plantar flexion moment generated around the ankle joint (the moment that rotates the ankle joint in the direction in which the toes touch the ground due to the action from the ground) is required.

この底屈モーメントは、踵接地時における歩行速度が大きいほど、より大きくなる。したがって、下肢筋力が小さい場合には、この底屈モーメントを許容できる大きさにするため、踵接地時における歩行速度が低下すると考えられる。一方、下肢筋力が大きい場合には、大きな底屈モーメントを許容できるため、踵接地時における歩行速度が大きくなると考えられる。上記より、踵接地時における腰部の前後加速度を推定指標とすることにより下肢筋力を推定することができると考えられる。   This bottom flexion moment becomes larger as the walking speed at the time of landing on the heel increases. Therefore, when the lower limb muscle strength is small, it is considered that the walking speed at the time of heel-contact is reduced in order to make the plantar flexion moment acceptable. On the other hand, when the muscle strength of the lower limbs is large, a large plantar flexion moment can be tolerated, so it is considered that the walking speed at the time of heel contact is increased. From the above, it is considered that the muscle strength of the lower limbs can be estimated by using the longitudinal acceleration of the lumbar region at the time of heel contact as an estimation index.

また、踵接地時には、膝関節まわりに発生する屈曲モーメント(地面からの作用により膝が曲がる方向に膝関節を回転させるモーメント)に対抗する下肢筋力が必要である。この屈曲モーメントは、踵接地時における歩行速度が大きいほど大きい。したがって、下肢筋力が小さい場合には、この屈曲モーメントを許容できる大きさにするため、踵接地時における歩行速度が低下すると考えられる。一方、下肢筋力が大きい場合には、大きな屈曲モーメントを許容できるため、踵接地時における歩行速度が大きくなると考えられる。したがって、踵接地時における腰部の前後加速度を推定指標とすることにより下肢筋力を推定することができる。   Further, when the heel is touched, the lower limb muscle strength is required to resist the bending moment generated around the knee joint (the moment to rotate the knee joint in the direction in which the knee bends due to the action from the ground). This bending moment increases as the walking speed at the time of landing on the heel increases. Therefore, when the lower limb muscle strength is small, it is considered that the walking speed at the time of the heel-contact is lowered in order to make this bending moment acceptable. On the other hand, when the muscle strength of the lower limbs is large, a large bending moment can be tolerated, so that it is considered that the walking speed at the time of heel contact increases. Therefore, the lower limb muscle strength can be estimated by using the back and forth acceleration of the waist when the heel is touched as an estimation index.

また、下肢筋力が低いと踵接地時に発生する屈曲モーメントに対抗できないため、膝の屈曲が起こらないように膝関節を突っ張った状態で踵接地動作を行う傾向が強いと考えられる。膝関節を突っ張った状態で踵接地動作を行うと、踵接地時における地面からの衝撃が、膝関節の屈曲によって吸収されなくなる。このときの衝撃は、腰部における上下加速度に影響を与える。つまり、衝撃が大きい場合には、上方向を正とした場合に上下加速度が大きくなり、言い換えると、下肢筋力が低い場合には、踵接地時における上下加速度が大きくなると考えられる。一方、下肢筋力が高い場合には、屈曲モーメントに対抗することができるため、踵接地時には膝関節を屈曲させて衝撃を吸収しようとする傾向が強いと考えられる。そのため、下肢筋力が高い場合には、踵接地時に地面から受ける衝撃が小さくなり、言い換えると、踵接地時における上下加速度が小さくなると考えられる。以上のように、踵接地動作における腰部の加速度を検出することで、下肢筋力の推定が可能である。   Further, if the lower limb muscle strength is low, it is difficult to resist the bending moment generated when the heel is touched, so it is considered that there is a strong tendency to perform the heel contact operation while the knee joint is stretched so that the knee does not bend. When the heel contact operation is performed while the knee joint is stretched, the impact from the ground during the heel contact is not absorbed by the flexion of the knee joint. The impact at this time affects the vertical acceleration at the waist. In other words, when the impact is large, the vertical acceleration increases when the upward direction is positive. In other words, when the muscle strength of the lower limbs is low, it is considered that the vertical acceleration when touching the heel increases. On the other hand, when the muscle strength of the lower limbs is high, the bending moment can be countered, so it is considered that there is a strong tendency to absorb the impact by bending the knee joint when the heel is touched. Therefore, when the muscle strength of the lower limbs is high, the impact received from the ground when the heel touches is small, in other words, the vertical acceleration when the heel touches is small. As described above, it is possible to estimate the lower limb muscle strength by detecting the acceleration of the lower back in the heel contact operation.

上記と同様に、前記前後加速度あるいは前記上下加速度から下肢筋力を測定する場合、前記特定期間は、一方の足の足底全体が接地する足底接地動作が行われる時点から他方の足の足尖が離地する足尖離地動作が行われる時点までの動作とすることができる。この特定期間の腰部の加速度は歩行動作における制動能力に関係する。下肢筋力が低いと当然制動能力も低下することから、この特定期間における腰部の加速度を検出することで下肢筋力を測定することができる。なお、より具体的には、この特定期間において腰部の前後加速度は、減速を表わす負の加速度となり、この負の前後加速度の絶対値が大きいほど制動能力が大きい、つまり下肢筋力が大きいと判断できる。逆に、負の前後加速度の絶対値が小さいほど制動能力が小さい、つまり下肢筋力が小さいと判断できる。   Similarly to the above, when measuring muscle strength of the lower limbs from the longitudinal acceleration or the vertical acceleration, the specific period is from the time when the plantar grounding operation is performed in which the entire plantar of one foot is grounded from the time point of the other foot It is possible to set the movement up to the time point when the toe-off operation is performed. The acceleration of the waist during this specific period is related to the braking ability in the walking motion. If the lower limb muscle strength is low, the braking ability naturally decreases. Therefore, the lower limb muscle strength can be measured by detecting the acceleration of the waist during this specific period. More specifically, the longitudinal acceleration of the lumbar region during this specific period is a negative acceleration indicating deceleration, and it can be determined that the greater the absolute value of this negative longitudinal acceleration, the greater the braking ability, that is, the lower limb muscle strength. . Conversely, it can be determined that the smaller the absolute value of the negative longitudinal acceleration, the smaller the braking ability, that is, the lower limb muscle strength.

さらに、上記と同様に、前記前後加速度あるいは前記上下加速度から下肢筋力を推定する場合、前記特定期間は、一方の足の踵が接地する踵接地動作が行われる時点から他方の足の足尖が離地する足尖離地動作が行われる時点までの期間とすることができる。この特定期間においては、全体として制動力により歩行速度が減少する。したがって上記と同様の理由により、下肢筋力を測定することができる。   Further, as described above, when the lower limb muscle strength is estimated from the longitudinal acceleration or the vertical acceleration, the foot of the other foot starts from the time when the heel contact operation is performed in which the heel of one foot contacts the ground during the specific period. It can be set as the period until the time when the toe-off operation to take off is performed. In this specific period, the walking speed is reduced by the braking force as a whole. Therefore, for the same reason as described above, the lower limb muscle strength can be measured.

以上の本第2実施形態の構成において、前記下肢筋力は背屈力とすることができる。背屈力は、歩行時の腰部における加速度と相関関係があり、本実施形態の装置により容易に測定することができる。背屈力と腰部の加速度との間に相関関係があるのは、以下の理由によるものと考えられる。歩行動作は、加速と減速を繰り返して行われるが、減速をする際に使われる筋力の一つに背屈力がある。したがって、歩行動作のうち制動期にあたる特定歩行動作中の腰部の加速度は制動力に影響されるため、腰部の加速度と背屈力との間には相関関係があると考えられる。そのため、特定期間における腰部の加速度を推定指標とすることにより、背屈力を推定することが可能である。   In the configuration of the second embodiment described above, the lower limb muscle strength can be a dorsiflexion force. The dorsiflexion force has a correlation with the acceleration at the waist during walking, and can be easily measured by the apparatus of this embodiment. The correlation between the dorsiflexion force and the acceleration of the waist is considered to be due to the following reason. Walking motion is performed by repeatedly accelerating and decelerating, and one of the muscle strengths used for decelerating is dorsiflexion. Therefore, since the acceleration of the waist during the specific walking motion corresponding to the braking period in the walking motion is affected by the braking force, it is considered that there is a correlation between the acceleration of the waist and the dorsiflexion force. Therefore, it is possible to estimate the dorsiflexion force by using the acceleration of the waist during a specific period as an estimation index.

あるいは、前記下肢筋力は膝伸展力とすることができる。膝伸展力は、歩行動作における制動力を発揮する筋力の一つである。したがって、歩行動作時のうち制動期に対応する特定期間中の腰部の加速度は制動力に影響されるため、腰部の加速度と膝伸展力との間には相関関係があると考えられる。そのため、特定期間における、腰部の加速度を推定指標とすることにより、膝伸展力を推定することが可能である。この場合、特定期間における各加速度の時間変化に基づく推定指標と膝伸展力との関係を予め求めておくことで、推定指標を算出することにより膝伸展力を推定することができる。   Alternatively, the lower limb muscle strength can be a knee extension force. The knee extension force is one of muscle strengths that exert a braking force in walking motion. Therefore, since the acceleration of the waist during a specific period corresponding to the braking period during the walking motion is influenced by the braking force, it is considered that there is a correlation between the acceleration of the waist and the knee extension force. Therefore, it is possible to estimate the knee extension force by using the waist acceleration during the specific period as an estimation index. In this case, the knee extension force can be estimated by calculating the estimated index by obtaining in advance the relationship between the estimated index and the knee extension force based on the time change of each acceleration in the specific period.

さらに、下肢筋力として背屈力や膝伸展力を採用する場合、前記特定期間は、一方の足の踵が接地する踵接地動作が行われる時点から該一方の足の足底全体が接地する足底接地動作が行われる時点までの期間とし、推定指標は、該特定期間における平均前後加速度とすることができる。また、前記特定期間は、一方の足の足底全体が接地する足底接地動作が行われる時点から他方の足の足尖が離地する足尖離地動作が行われる時点までの期間として、推定指標は、該特定期間における平均前後加速度とすることができる。また、特定期間は、一方の足の踵が接地する踵接地動作が行われる時点から該一方の足の足底全体が接地する足底接地動作が行われる時点までの期間とし、推定指標は、前記期間における平均上下加速度とすることができる。さらに、背屈力・膝伸展力に関しては、これら複数の加速度と下肢筋力との関係を組合わせることにより、より精密に下肢筋力の推定を行うことが可能である。   Further, when dorsiflexion force or knee extension force is adopted as the lower limb muscle strength, the foot for which the entire sole of the one foot is grounded from the point of time when the heel-grounding operation for grounding the heel of one foot is performed during the specific period. The period until the time when the bottom grounding operation is performed can be set, and the estimated index can be an average longitudinal acceleration in the specific period. In addition, the specific period is a period from the time when the plantar grounding operation where the entire sole of one foot is grounded to the time when the plantar grounding operation is performed where the foot of the other foot is detached, The estimated index can be an average longitudinal acceleration during the specific period. In addition, the specific period is a period from the time when the heel-grounding operation in which the heel of one foot is grounded to the time when the foot-grounding operation in which the entire sole of the one foot is grounded is performed, and the estimation index is The average vertical acceleration during the period can be used. Further, regarding the dorsiflexion force and knee extension force, it is possible to estimate the lower limb muscle strength more precisely by combining the relationship between the plurality of accelerations and the lower limb muscle strength.

本第2実施形態においては、ROM26には、予め求められる加速度−下肢筋力関係が記憶されている。このROM26に記憶されている加速度−下肢筋力関係は、本実施形態の場合、前後加速度と下肢筋力の強さとの関係をあらわすものである。ROM26に記憶されている加速度−下肢筋力関係は、例えば図8〜13に示すようなものとされている。   In the second embodiment, the ROM 26 stores an acceleration-lower limb strength relationship determined in advance. The acceleration-lower limb muscle strength relationship stored in the ROM 26 represents the relationship between the longitudinal acceleration and the strength of the lower limb muscle strength in the present embodiment. The acceleration-lower limb muscle strength relationship stored in the ROM 26 is, for example, as shown in FIGS.

図8〜13に直線で表されているのが加速度−下肢筋力関係である。さらに具体的には、これらの加速度−下肢筋力関係は、下肢筋力のうちの背屈力や膝伸展力と歩行時における腰部の加速度との関係を示したものである。これらの加速度−下肢筋力関係は、それぞれの特定歩行動作における前後加速度や上下加速度と、背屈力や膝伸展力等の下肢筋力との関係を予め求めておくことにより得ることができる。具体的には、複数の被験者に対して、歩行時における腰部の加速度(前後加速度、上下加速度等)を測定すると同時に、背屈力や膝伸展力等の下肢筋力を測定し、これら加速度と下肢筋力との対となる複数のデータ(図8〜13のドットに対応する)から加速度と下肢筋力との関係(図8〜13の直線に対応する)を、例えば、最小二乗法等により導出することにより得ることができる。   The relationship between acceleration and lower limb muscle strength is represented by a straight line in FIGS. More specifically, these acceleration-lower limb muscle strength relationships show the relationship between the dorsiflexion force or knee extension force of the lower limb muscle strength and the waist acceleration during walking. These acceleration-lower limb muscle strength relationships can be obtained by obtaining in advance a relationship between longitudinal acceleration and vertical acceleration in each specific walking motion and lower limb muscle strength such as dorsiflexion force and knee extension force. Specifically, for a plurality of subjects, the waist acceleration (longitudinal acceleration, vertical acceleration, etc.) during walking was measured, and at the same time, the lower limb muscle strength such as dorsiflexion force and knee extension force was measured. The relationship between acceleration and lower limb muscle strength (corresponding to the straight line in FIGS. 8 to 13) is derived from a plurality of data (corresponding to dots in FIGS. 8 to 13) paired with muscle strength by, for example, the least square method or the like. Can be obtained.

次に、図8〜13に示される加速度−下肢筋力関係について個別に説明する。まず、図8の加速度−下肢筋力関係は、図7に示すAの特定期間(踵接地動作から足底接地動作が行われる期間)における平均前後加速度と背屈力との関係を示すものである。この図8に示す加速度−下肢筋力関係を用いる場合、Aの期間における平均前後加速度を算出することにより、使用者の背屈力を測定することができる。   Next, the acceleration-lower limb muscle strength relationship shown in FIGS. First, the acceleration-lower limb muscle strength relationship in FIG. 8 shows the relationship between the average longitudinal acceleration and the dorsiflexion force in the specific period A (the period in which the sole contact operation is performed from the heel contact operation) shown in FIG. . When the acceleration-lower limb muscle strength relationship shown in FIG. 8 is used, the user's dorsiflexion force can be measured by calculating the average longitudinal acceleration during the period A.

図9の加速度−下肢筋力関係は、図7に示すAの特定期間(踵接地動作から足底接地動作が行われる期間)における平均前後加速度と膝伸展力との関係を示すものである。この図9に示す加速度−下肢筋力関係を用いる場合、Aの期間における平均前後加速度を算出することにより、使用者の膝伸展力を測定することができる。   The acceleration-lower limb muscle strength relationship in FIG. 9 shows the relationship between the average longitudinal acceleration and the knee extension force in the specific period A shown in FIG. 7 (the period in which the sole contact operation is performed). When the acceleration-lower limb muscle strength relationship shown in FIG. 9 is used, the knee extension force of the user can be measured by calculating the average longitudinal acceleration during the period A.

図10の加速度−下肢筋力関係は、図7に示すBの特定期間(足底接地動作から足尖離地動作が行われる期間)における平均前後加速度と膝伸展力との関係を示すものである。この図10に示す加速度−下肢筋力関係を用いる場合、Bの期間における平均前後加速度を算出することにより、使用者の膝伸展力を測定することができる。   The acceleration-lower limb muscle strength relationship in FIG. 10 shows the relationship between the average longitudinal acceleration and the knee extension force in the specific period B shown in FIG. 7 (the period in which the toe-off operation is performed). . When the acceleration-lower limb muscle strength relationship shown in FIG. 10 is used, the knee extension force of the user can be measured by calculating the average longitudinal acceleration during the period B.

図11の加速度−下肢筋力関係は、図7に示すCの特定期間(踵接地動作から足尖離地動作が行われる期間)における平均前後加速度と背屈力との関係を示すものである。この図11に示す加速度−下肢筋力関係を用いる場合、Cの期間における平均前後加速度を算出することにより、使用者の背屈力を測定することができる。   The acceleration-lower limb muscle strength relationship in FIG. 11 shows the relationship between the average longitudinal acceleration and the dorsiflexion force in the specific period of C shown in FIG. 7 (the period in which the toe-off action is performed). When the acceleration-lower limb muscle strength relationship shown in FIG. 11 is used, the user's dorsiflexion force can be measured by calculating the average longitudinal acceleration during the period C.

図12の加速度−下肢筋力関係は、図7に示すCの特定期間(踵接地動作から足尖離地動作が行われる期間)における平均前後加速度と膝伸展力との関係を示すものである。この図12に示す加速度−下肢筋力関係を用いる場合、Cの期間における平均前後加速度を算出することにより、使用者の膝伸展力を測定することができる。   The acceleration-lower limb muscle strength relationship in FIG. 12 shows the relationship between the average longitudinal acceleration and the knee extension force in the specific period C (the period in which the toe-offing operation is performed) shown in FIG. When the acceleration-lower limb muscle strength relationship shown in FIG. 12 is used, the knee extension force of the user can be measured by calculating the average longitudinal acceleration during the period C.

図13の加速度−下肢筋力関係は、図7に示すAの特定期間(踵接地動作から足底接地動作が行われる期間)における平均上下加速度と膝伸展力との関係を示すものである。この図13に示す加速度−下肢筋力関係を用いる場合、Aの期間における平均上下加速度を算出することにより、使用者の膝伸展力を測定することができる。   The acceleration-lower limb muscle strength relationship in FIG. 13 shows the relationship between the average vertical acceleration and the knee extension force in the specific period A shown in FIG. 7 (the period in which the sole contact operation is performed). When the acceleration-lower limb muscle strength relationship shown in FIG. 13 is used, the knee extension force of the user can be measured by calculating the average vertical acceleration during the period A.

また、加速度−下肢筋力関係としては、Aの期間における平均前後加速度(Xa)と、Bの期間における平均前後加速度(Xb)と、Aの期間における平均上下加速度(Xc)との3つの変数と背屈力との関係を重回帰分析することにより得られた加速度−下肢筋力関係を用いることができる。これら(Xa)、(Xb)、(Xc)がそれぞれ推定指標にあたる。具体的にこの場合の加速度−下肢筋力関係は、背屈力(Y1)=A1Xa+B1Xb+C1Xc+D1(式a)により表わされる。さらに、前述したように複数の被験者からデータを集めて上記の重回帰分析を行った結果、この場合のさらに具体的な加速度−下肢筋力関係は、背屈力(Y1)=−0.53Xa−0.59Xb+0.1Xc+0.35(式b)により表わされる。この加速度−下肢筋力関係における重相関係数は約0.6と大きい。したがって、上記(式a,b)の加速度−下肢筋力関係を用いることで、それぞれ(Xa)、(Xb)、(Xc)の変数を算出することにより、使用者の背屈力をより一層精密に測定することができる。   The acceleration-lower limb muscle strength relationship includes three variables: an average longitudinal acceleration (Xa) in the period A, an average longitudinal acceleration (Xb) in the period B, and an average vertical acceleration (Xc) in the period A. The acceleration-lower limb muscle strength relationship obtained by multiple regression analysis of the relationship with the dorsiflexion force can be used. These (Xa), (Xb), and (Xc) correspond to estimated indexes. Specifically, the acceleration-lower limb muscle strength relationship in this case is represented by dorsiflexion force (Y1) = A1Xa + B1Xb + C1Xc + D1 (formula a). Furthermore, as a result of collecting the data from a plurality of subjects and performing the multiple regression analysis as described above, the more specific acceleration-lower limb strength relationship in this case is the dorsiflexion force (Y1) = − 0.53Xa−. It is represented by 0.59Xb + 0.1Xc + 0.35 (formula b). The multiple correlation coefficient in the acceleration-lower limb strength relationship is as large as about 0.6. Therefore, by using the acceleration-lower limb muscle strength relationship of the above (formulas a and b) and calculating the variables (Xa), (Xb), and (Xc), respectively, the user's dorsiflexion force can be made more precise. Can be measured.

また、加速度−下肢筋力関係としては、Aの期間における平均前後加速度(Xa)と、Bの期間における平均前後加速度(Xb)と、Aの期間における平均上下加速度(Xc)との3つの変数と膝伸展力との関係を重回帰分析することにより得られた加速度−下肢筋力関係を用いることができる。具体的にこの場合の加速度−下肢筋力関係は、膝伸展力(Y2)=A2Xa+B2Xb+C2Xc+D2(式c)により表わされる。さらに、前述したように複数の被験者からデータを集めて上記の重回帰分析を行った結果、さらに具体的な加速度−下肢筋力関係は、膝伸展力(Y2)=−2.29Xa−3.34Xb−0.52Xc−0.5(式d)により表わされる。この加速度−下肢筋力関係における重相関係数は約0.74と大きい。したがって、上記(式c,d)の加速度−下肢筋力関係を用いることで、それぞれ(Xa)、(Xb)、(Xc)の変数を算出することにより、使用者の膝伸展力をより一層精密に測定することができる。   The acceleration-lower limb muscle strength relationship includes three variables: an average longitudinal acceleration (Xa) in the period A, an average longitudinal acceleration (Xb) in the period B, and an average vertical acceleration (Xc) in the period A. The acceleration-lower limb muscle strength relationship obtained by performing multiple regression analysis of the relationship with the knee extension force can be used. Specifically, the acceleration-lower limb muscle strength relationship in this case is expressed by knee extension force (Y2) = A2Xa + B2Xb + C2Xc + D2 (formula c). Furthermore, as described above, as a result of collecting the data from a plurality of subjects and performing the above multiple regression analysis, a more specific acceleration-lower limb muscle strength relationship is: knee extension force (Y2) = − 2.29Xa−3.34Xb -0.52Xc-0.5 (formula d). The multiple correlation coefficient in the acceleration-lower limb strength relationship is as large as about 0.74. Therefore, by using the acceleration-lower limb muscle strength relationship of the above (formulas c, d), the variables of (Xa), (Xb), and (Xc) are calculated, respectively, so that the knee extension force of the user can be made more precise. Can be measured.

以下、第2実施形態に係る歩行解析装置100の作用・動作について説明する。まず、本実施形態の歩行解析装置100を腰部に装着して、歩行を開始すると、歩行解析装置100の加速度計10により、腰部の前後加速度、左右加速度、上下加速度が検出される。加速度計10は、検出した加速度の時間変化を電気信号の波形(加速度信号)として出力する。加速度計10から出力された加速度信号は、A/D変換器22によりデジタル化されて一旦RAM28に記憶される。図7には加速度計10で検出される加速度信号(前後加速度信号、左右加速度信号、上下加速度信号)の時間変化の一例が示されている。時間によってそれぞれの加速度が変化しているのがわかる。図7において、前後加速度は前方に向かう側を正として、左右加速度は右に向かう側を正として、上下加速度は上方に向かう側を正として示されている。これらそれぞれの加速度の時間変化は、図7に示すように、歩行動作の特定歩行動作に対応している。   Hereinafter, the operation and operation of the walking analysis apparatus 100 according to the second embodiment will be described. First, when the walking analysis apparatus 100 of the present embodiment is mounted on the waist and walking is started, the accelerometer 10 of the walking analysis apparatus 100 detects the longitudinal acceleration, the lateral acceleration, and the vertical acceleration of the waist. The accelerometer 10 outputs the detected time change of acceleration as a waveform of an electric signal (acceleration signal). The acceleration signal output from the accelerometer 10 is digitized by the A / D converter 22 and temporarily stored in the RAM 28. FIG. 7 shows an example of a time change of an acceleration signal (longitudinal acceleration signal, lateral acceleration signal, vertical acceleration signal) detected by the accelerometer 10. It can be seen that each acceleration changes with time. In FIG. 7, the longitudinal acceleration is shown as positive on the forward side, the lateral acceleration is shown as positive on the right side, and the vertical acceleration is shown as positive on the upward side. Each time change of the acceleration corresponds to a specific walking motion of the walking motion as shown in FIG.

RAM28に歩行動作の一周期分(数周期分でもよい)に相当する加速度信号(前後加速度、左右加速度、上下加速度)が記憶されると、CPU24とROM26により構成される歩行動作判定手段によって、該加速度信号の時間変化から特定の歩行動作が行われるタイミングや期間(特定期間)が抽出される。具体的には、加速度信号を時間微分することにより、該加速度信号のピークを検出し、該ピーク時に特定の歩行動作が開始あるいは終了すると判定することができる。あるいは、前後加速度、上下加速度、左右加速度から選択される一つの加速度に着目し、該加速度が正から負あるいは負から正に変化する時点において、特定の歩行動作が開始あるいは終了すると判定することができる。あるいは、加速度信号のピーク時における加速度に対してある所定割合の加速度となるタイミングを歩行動作の開始時、終了時と判定することができる。さらに、ここで述べた全ての期間抽出方法のうち、最も適切なものを随時選択するようにしてもよいし、これらの期間抽出方法が適宜組合わされた方法を採用することもできる。   When an acceleration signal (longitudinal acceleration, lateral acceleration, vertical acceleration) corresponding to one cycle of walking motion (may be several cycles) is stored in the RAM 28, the walking motion determination means configured by the CPU 24 and the ROM 26 The timing and period (specific period) at which a specific walking motion is performed are extracted from the time change of the acceleration signal. Specifically, it is possible to detect the peak of the acceleration signal by differentiating the acceleration signal with respect to time and determine that a specific walking motion starts or ends at the peak. Alternatively, focusing on one acceleration selected from longitudinal acceleration, vertical acceleration, and lateral acceleration, it is possible to determine that a specific walking motion starts or ends when the acceleration changes from positive to negative or from negative to positive. it can. Alternatively, it is possible to determine the timing when the acceleration becomes a predetermined ratio with respect to the acceleration at the peak of the acceleration signal as the start time and the end time of the walking motion. Furthermore, among all the period extraction methods described here, the most appropriate one may be selected at any time, or a method in which these period extraction methods are appropriately combined may be employed.

例えば本実施形態においては、以下のような判定方法を採用して、図7のように特定歩行動作を判定している。まず、図7の(右)踵接地の判定方法は次のように行うことができる。(1)前後加速度の大きな負のピーク(P1)を検出し、その大きな負のピーク(P1)の直前の前後加速度の極小点(P2)を検出する。(2)負のピーク(P1)と極小点(P2)との間に左右加速度が正から負に変化する点(P3)があるか判定する。(3)左右加速度が正から負に変化する点(P3)が上記範囲内にある場合は、該P3の時点を(右)踵接地動作の時点と判定する。(4)左右加速度が正から負に変化する点(P3)が上記範囲内にない場合は、極小点(P2)を(右)踵接地動作の時点と判定する。なお、上記の例は(右)踵接地における判定であり、(左)踵接地を判定する場合には、上記(2)のステップにおいて、負のピーク(P1)と極小点(P2)との間に左右加速度が負から正に変化する点(P4)があるかどうかを判定すればよい。   For example, in the present embodiment, the following determination method is adopted to determine the specific walking motion as shown in FIG. First, the (right) heel contact determination method of FIG. 7 can be performed as follows. (1) A negative peak (P1) having a large longitudinal acceleration is detected, and a minimum point (P2) of the longitudinal acceleration immediately before the large negative peak (P1) is detected. (2) It is determined whether there is a point (P3) where the lateral acceleration changes from positive to negative between the negative peak (P1) and the minimum point (P2). (3) When the point (P3) where the lateral acceleration changes from positive to negative is within the above range, the time point of P3 is determined to be the time point of (right) 踵 ground contact operation. (4) When the point (P3) at which the lateral acceleration changes from positive to negative is not within the above range, the minimum point (P2) is determined as the point of (right) 右 grounding operation. In addition, the above example is a determination in (right) heel contact, and in the case of determining (left) heel contact, in the step (2), the negative peak (P1) and the minimum point (P2) It may be determined whether or not there is a point (P4) between which the lateral acceleration changes from negative to positive.

次に、足底接地は、上記のように踵接地が判定された後に、該踵接地以降において上下加速度が最初に正から負に変化する点として判定することができる。さらに、足尖離地は、足底接地以降にある上下加速度が負から正にかわる最初の点、あるいは、最初に現れる極大点のうちいずれか早い方とすることができる。   Next, after the heel contact is determined as described above, the foot contact can be determined as a point where the vertical acceleration first changes from positive to negative after the heel contact. Further, the point of foot separation can be the first point at which the vertical acceleration after the planting of the sole changes from negative to positive, or the maximum point that appears first, whichever comes first.

上記のように、特定の歩行動作を行っている時点が把握できれば、特定の歩行動作が行われる特定期間中における平均加速度をCPU24により演算する。具体的には、推定指標としてのA期間における平均前後加速度は、踵接地動作と判定された時点と足底接地動作と判定された時点との間における前後加速度信号から、前後加速度の平均加速度を演算することにより得ることができる。その他の期間における前後加速度あるいは上下加速度についても同様である。   As described above, if the time point when the specific walking motion is performed can be grasped, the CPU 24 calculates the average acceleration during the specific period during which the specific walking motion is performed. Specifically, the average longitudinal acceleration in the period A as an estimation index is obtained by calculating the average acceleration of the longitudinal acceleration from the longitudinal acceleration signal between the time point determined to be the heel contact operation and the time point determined to be the sole contact operation. It can be obtained by calculation. The same applies to longitudinal acceleration or vertical acceleration in other periods.

このように演算された平均加速度を推定指標として採用し、加速度−下肢筋力関係から下肢筋力を測定することができる。具体的には、CPU24により、ROM26に記憶されている図8〜13に示すような加速度−下肢筋力関係に、演算された平均加速度(該加速度−下肢筋力関係に対応する特定期間における前後加速後あるいは上下加速度)を当てはめて、当該平均加速度に対応する下肢筋力を導出することにより、下肢筋力を測定することができる。このとき導出された下肢筋力は、RAM28に一旦記憶させておくことができ、自動的あるいは使用者の操作により記録部50に記憶させるようにすることができる。さらに、導出された下肢筋力あるいは記録部50に記録されている過去の測定結果は、例えば記録部50に記憶されている使用者の情報や日付等の情報とともに、表示部40に表示させるようにしてもよい。   The average acceleration calculated in this way can be adopted as an estimation index, and the lower limb strength can be measured from the acceleration-lower limb strength relationship. Specifically, the CPU 24 calculates the average acceleration calculated after the acceleration-lower limb strength relationship as shown in FIGS. 8 to 13 stored in the ROM 26 (after longitudinal acceleration in a specific period corresponding to the acceleration-lower limb strength relationship). Alternatively, the lower limb strength can be measured by deriving the lower limb strength corresponding to the average acceleration. The lower limb muscle strength derived at this time can be temporarily stored in the RAM 28, and can be stored in the recording unit 50 automatically or by a user operation. Further, the derived lower limb strength or the past measurement result recorded in the recording unit 50 is displayed on the display unit 40 together with information such as user information and date stored in the recording unit 50, for example. May be.

また、図8〜図13に示す加速度−下肢筋力関係あるいは前述した重回帰分析の結果から得られた加速度−下肢筋力関係のうち、背屈力と膝伸展力とをそれぞれ導出できる2つ以上の加速度−下肢筋力関係を選択して、背屈力と膝伸展力とをそれぞれ導出することも可能である。導出された背屈力及び膝伸展力はRAM28に一旦記憶させておき、自動的あるいは使用者の操作により記録部50に記憶させるようにすることができる。また、記録部50に記憶させる際に、使用者や日付等の情報や、それぞれ使用した加速度−下肢筋力関係の情報とともに記憶させるようにしてもよい。   Further, in the acceleration-lower limb muscle strength relationship shown in FIGS. 8 to 13 or the acceleration-lower limb muscle strength relationship obtained from the results of the multiple regression analysis described above, two or more dorsiflexion forces and knee extension forces can be derived respectively. It is also possible to derive the dorsiflexion force and the knee extension force by selecting the acceleration-lower limb muscle strength relationship. The derived dorsiflexion force and knee extension force can be temporarily stored in the RAM 28 and stored in the recording unit 50 automatically or by a user operation. In addition, when storing in the recording unit 50, information such as a user and date, and information on the relationship between acceleration and lower limb strength used respectively may be stored.

さらに、導出された下肢筋力の強さから、使用者の現時点での歩行年齢を演算することもできる。具体的には、ROM26に、下肢筋力の強さと歩行年齢との関係を予め記憶させておき、演算された下肢筋力を、前記下肢筋力と歩行年齢との関係に当てはめることにより、歩行年齢を演算することができる。また、歩行年齢を算出する際に用いられる下肢筋力としては、背屈力及び膝伸展力の少なくとも一つを採用することができる。演算された歩行年齢は、RAM28に一時的に記憶される。さらに、自動的あるいは使用者の操作により記録部50に歩行年齢の判別結果を保存するようにしてもよい。   Further, the current walking age of the user can also be calculated from the strength of the derived lower limb muscle strength. Specifically, the ROM 26 stores in advance the relationship between the strength of the lower limb muscle strength and the walking age, and calculates the walking age by applying the calculated lower limb strength to the relationship between the lower limb muscle strength and the walking age. can do. In addition, as the lower limb muscle strength used when calculating the walking age, at least one of dorsiflexion force and knee extension force can be employed. The calculated walking age is temporarily stored in the RAM 28. Furthermore, the walking age determination result may be stored in the recording unit 50 automatically or by user operation.

上記のように、CPU24により下肢筋力の強さが導出された場合、その結果を表示部40に表示することができる。この場合、使用者が背屈力や膝伸展力や歩行年齢等から、表示したい項目を選択して、選択された項目の判別結果を表示することができる。あるいは、すべての判別結果を自動的に表示するようにしてもよい。さらに、推定された下肢筋力や歩行年齢から、下肢筋力向上に効果的な運動方法を表示部に表示することにより、使用者に運動の指針を教示することができる。   As described above, when the strength of the lower limb muscle strength is derived by the CPU 24, the result can be displayed on the display unit 40. In this case, the user can select an item to be displayed from the dorsiflexion force, the knee extension force, the walking age, and the like, and the determination result of the selected item can be displayed. Alternatively, all the determination results may be automatically displayed. Further, by displaying an exercise method effective for improving the lower limb muscle strength on the display unit based on the estimated lower limb muscle strength and walking age, it is possible to teach the user the exercise guidelines.

以上説明したように、本実施形態の歩行解析装置100によれば、使用者の下肢筋力を、大掛かりな装置を用いずに測定することができる。また、使用者は本実施形態の歩行解析装置100を腰部に取り付けて歩行するだけでよいため、使用者に過度の負担をかけることがない。さらに、本実施形態の歩行解析装置100においては、歩行動作のみで背屈力と膝伸展力の2種類の下肢筋力を測定することができるため、これらの下肢筋力を測定するために別々の測定方法を行う必要がない。さらに、本実施形態の歩行解析装置100を、下肢の衰えを改善するために使用する場合には、背屈力や膝伸展力等のより具体的な下肢筋力についての情報が得られるため、使用者は下肢のどの部分が衰えているのかを具体的に知ることができる。そのため、下肢の衰えを改善するために具体的にどのような手段を行えばよいのか、比較的容易に判断することができる。   As described above, according to the walking analysis device 100 of the present embodiment, the user's lower limb muscle strength can be measured without using a large-scale device. Further, since the user only has to walk with the walking analysis device 100 of the present embodiment attached to the waist, the user is not burdened excessively. Furthermore, in the gait analysis apparatus 100 of the present embodiment, two kinds of lower limb muscle strengths of dorsiflexion force and knee extension force can be measured only by walking motion, and therefore separate measurements are performed to measure these lower limb muscle strengths. There is no need to do the way. Furthermore, when the gait analysis device 100 of the present embodiment is used to improve the deterioration of the lower limbs, information on more specific lower limb muscle strength such as dorsiflexion force and knee extension force can be obtained. The person can know in detail which part of the lower limb is declining. Therefore, it can be determined relatively easily what kind of means should be taken to improve the deterioration of the lower limbs.

(第3実施形態) 次に、歩行能力として歩行速度を推定する第3実施形態について説明する。本発明者らが鋭意検討した結果、歩行時において特定の歩行動作が行われる特定期間において、腰部の加速度の時間変化に基づいて算出される特定の推定指標と歩行速度との間には、相関関係があることが見出された。   (3rd Embodiment) Next, 3rd Embodiment which estimates walking speed as walking ability is described. As a result of intensive studies by the present inventors, there is a correlation between a specific estimated index calculated based on a temporal change in the acceleration of the waist and a walking speed in a specific period in which a specific walking motion is performed during walking. It was found that there was a relationship.

すなわち、本第3実施形態に係る歩行解析装置100は、歩行時の腰部における上下方向、前後方向、左右方向の各加速度を検出する加速度計測手段(加速度計10)と、該加速度のうち少なくとも一つの加速度の時間変化に基づいて、歩行速度と関連のある特定の歩行動作が行われる特定期間を抽出する期間抽出手段(ROM26、CPU24)と、加速度のうち少なくとも一つの加速度の前記特定期間における時間変化に基づいて、歩行速度と関連する推定指標を算出する推定指標算出手段(ROM26、CPU24)とを、有する。さらに、推定指標算出手段により算出された推定指標及び予め用意した推定指標と歩行速度との関係を用いて歩行速度を推定する歩行能力推定手段(ROM26、CPU24)を有する。ここで、歩行能力推定手段は、予め用意された前記推定指標と歩行速度との関係が記憶された記憶手段(記憶装置、RAM28、ROM26)を有するものとすることができる。   That is, the walking analysis apparatus 100 according to the third embodiment includes acceleration measurement means (accelerometer 10) that detects accelerations in the vertical direction, the front-rear direction, and the horizontal direction at the waist during walking, and at least one of the accelerations. A period extracting means (ROM 26, CPU 24) for extracting a specific period in which a specific walking motion related to the walking speed is performed based on a time change of two accelerations, and a time of at least one of the accelerations in the specific period And an estimated index calculating means (ROM 26, CPU 24) for calculating an estimated index related to the walking speed based on the change. Furthermore, it has walking ability estimation means (ROM 26, CPU 24) for estimating the walking speed using the estimated index calculated by the estimated index calculating means and the relationship between the estimated index prepared in advance and the walking speed. Here, the walking ability estimation means may include storage means (storage device, RAM 28, ROM 26) in which the relationship between the estimated index prepared in advance and the walking speed is stored.

ROM26に記憶されている推定指標と歩行速度との関係(関係式)について以下に説明する。まず各推定指標と、各推定指標と歩行速度との関係(関係式)について詳細に説明する。   The relationship (relational expression) between the estimated index stored in the ROM 26 and the walking speed will be described below. First, each estimated index and the relationship (relational expression) between each estimated index and walking speed will be described in detail.

(推定指標V1) 前後加速度を積分することにより前進速度、つまり歩行速度をある程度算出することはできるが、積分誤差の影響が大きく、推定精度の面で問題がある。そこで以下のように考えた。歩行動作は、加速動作と減速動作の繰り返しであり、加速動作にかける時間(加速時間)と減速動作にかける時間(減速時間)の比率を見た場合に、加速にかける時間が大きいほうが速い歩行速度となる傾向がある、したがって、一歩時間における減速時間の比率が推定指標として使用できると考えた。   (Estimated index V1) Although the forward speed, that is, the walking speed can be calculated to some extent by integrating the longitudinal acceleration, the influence of the integration error is large and there is a problem in the estimation accuracy. Therefore, I thought as follows. Walking motion is a repetition of acceleration and deceleration operations. When you look at the ratio of the time to accelerate (acceleration time) and the time to decelerate (deceleration time), the longer the time to accelerate, the faster the walking We thought that the ratio of deceleration time in one step time can be used as an estimation index because it tends to be speed.

図14に上記図7のグラフと同様のグラフを用い、一歩時間と減速時間を図示した説明図を示す。この場合、減速時間とは、前後方向において最大速度となる点(前後の最大速度位置と称す)から前後方向の最低速度になる点(前後の最低速度位置と称す)までの時間にあたる。ここで、以下の式を推定指標V1とした。   FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating one step time and deceleration time using a graph similar to the graph of FIG. In this case, the deceleration time corresponds to the time from the point at which the maximum speed is obtained in the front-rear direction (referred to as the front-rear maximum speed position) to the point at which the minimum speed in the front-rear direction (referred to as the front-rear minimum speed position). Here, the following formula was used as the estimated index V1.

推定指標V1=前後の最大速度位置から前後の最低速度位置までの時間/一歩時間。   Estimated index V1 = Time from the maximum front / rear speed position to the lowest front / rear speed position / step time.

加速度は、速度の微分である。そのため、図14において前後の速度が最大になる点は加速度が時間軸を正から負に横切るところであり、前後の速度が最小になる点は加速度が時間軸を負から正に横切るところである。よって、"最大速度位置から最低速度位置までの時間“とは、”前後加速度が負から正になる時間“−”正から負になる時間“である。   Acceleration is a derivative of velocity. Therefore, in FIG. 14, the point where the front and rear speeds are maximum is where the acceleration crosses the time axis from positive to negative, and the point where the front and rear speeds are minimum is where the acceleration crosses the time axis from negative to positive. Therefore, “the time from the maximum speed position to the minimum speed position” is “the time when the longitudinal acceleration becomes negative to positive“ − ”the time when positive and negative becomes positive”.

この図14の説明図を用い、減速時間などを算出し、図15のグラフを作成した。図15のグラフは、X軸に推定指標V1(減速時間/一歩時間)(%)、Y軸に歩行速度/身長(m/sec/m)を取ったグラフである。Y軸での歩行速度は、実測歩行速度を用いた。実測歩行速度は三次元動作分析システムを利用して求めた。より個人差をなくし規格化するために、Y軸に置いて歩行速度を身長で割ったものを用いた。図15に示すように、一歩時間における減速時間の割合が小さいほど、歩行速度を身長で割った値が大きいことが見て取れた。図15に示されるように、指標V1と実測頬工速度を身長で割った値とは、負の相関が見られた。   Using the explanatory diagram of FIG. 14, the deceleration time and the like were calculated, and the graph of FIG. 15 was created. The graph of FIG. 15 is a graph in which the estimated index V1 (deceleration time / step time) (%) is taken on the X axis, and the walking speed / height (m / sec / m) is taken on the Y axis. The actual walking speed was used as the walking speed on the Y axis. The actual walking speed was obtained using a 3D motion analysis system. In order to eliminate individual differences and normalize, the walking speed divided by height on the Y axis was used. As shown in FIG. 15, it can be seen that the smaller the rate of deceleration time in one step time, the larger the value obtained by dividing the walking speed by the height. As shown in FIG. 15, a negative correlation was found between the index V1 and the value obtained by dividing the actually measured cheek speed by the height.

(推定指標V2) 大きな正の加速度が起こると、大きな負の加速度が起こる。歩行速度が速い場合、加速度変化は大きいと考えられる。そのため一歩期間における減速を示す負の前後加速度は歩行速度を反映していると考えた。   (Estimated index V2) When a large positive acceleration occurs, a large negative acceleration occurs. When the walking speed is fast, the acceleration change is considered large. Therefore, the negative longitudinal acceleration indicating deceleration during the one-step period was considered to reflect the walking speed.

加速度変化が大きい場合、消費エネルギーは大きくなる。上記のように推定指標V1と歩行速度とが相関が取れていることから、歩行速度が速い場合には一歩時間において加速動作に費やす時間が長くなることが分かる。つまり大きな制動(負の加速度)が起こった場合、それは加速時間が長かったと考えられる。これは消費エネルギーが極力大きくならないような歩行を行っていると考えられ、通常歩行は最小限の消費エネルギーで行う運動であるという仮定に則していると考えられる。以下に推定指標V2を示す。   When the acceleration change is large, the energy consumption increases. Since the estimated index V1 and the walking speed are correlated as described above, it can be seen that when the walking speed is high, the time spent for the acceleration operation becomes longer in one step time. In other words, when large braking (negative acceleration) occurs, it is considered that the acceleration time was long. This is considered to be walking such that the energy consumption does not increase as much as possible, and it is considered that the normal walking is based on the assumption that the movement is performed with the minimum energy consumption. The estimated index V2 is shown below.

推定指標V2=前後加速度が正から負に変わる点から負から正へ変わる点までの前後加速度の積分値/積分期間時間。   Estimated index V2 = Integral value of the longitudinal acceleration / integral period time from the point at which the longitudinal acceleration changes from positive to negative to the point at which negative to positive changes.

"前後加速度が正から負に変わる点から負から正へ変わる点までの前後加速度の積分値"とは、推定指標V1の"最大速度位置から最低速度位置までの時間"を表す期間の前後加速度を時間積分した値である。つまり推定指標V2は、その積分値を積分期間時間で割った値で、減速動作時における平均減速度を意味する。図16に上記図7のグラフと同様のグラフを用い、前後加速度が正から負に変わる点から負から正へ変わる点までの前後加速度の積分値を図示した説明図を示す。   "The integrated value of the longitudinal acceleration from the point at which the longitudinal acceleration changes from positive to negative to the point at which it changes from negative to positive" means the longitudinal acceleration in the period representing the "time from the maximum speed position to the minimum speed position" of the estimated index V1 Is a value obtained by integrating over time. That is, the estimated index V2 is a value obtained by dividing the integral value by the integration period time, and means an average deceleration during the deceleration operation. FIG. 16 is an explanatory diagram illustrating the integrated value of the longitudinal acceleration from the point at which the longitudinal acceleration changes from positive to negative to the point at which it changes from negative to positive, using a graph similar to the graph of FIG.

また図17に、X軸に推定指標V2(m/sec/sec)を、Y軸に歩行速度/身長(m/sec/m)を取ったグラフを示す。図17に示されるように、推定指標V2と歩行速度/身長とは、負の相関がみられた。   FIG. 17 shows a graph in which the estimated index V2 (m / sec / sec) is taken on the X axis and walking speed / height (m / sec / m) is taken on the Y axis. As shown in FIG. 17, there was a negative correlation between the estimated index V2 and the walking speed / height.

(推定指標V3) 歩行中の身体重心は、上下動を繰り返す。身体重心位置は、踵接地時に最も低くなり、身体が直立した状態にある時(立脚中期)に最も高くなる。立脚中期後、足が身体前方へ振り出されることにより、身体重心が下方へ移動し、踵接地時に最下点となる。   (Estimated index V3) The body center of gravity during walking repeatedly moves up and down. The position of the center of gravity of the body is lowest when the heel is touched, and is highest when the body is in an upright state (mid stance). After the middle stage of stance, when the foot is swung forward, the center of gravity of the body moves downward and becomes the lowest point when the heel touches.

従って重心が上方へ移動する際に発生する上方加速度、上方への移動速度の減速の際に発生する上方減速加速度、重心が下方へ移動する際に発生する下方加速度も歩行速度を反映していると考えられる。上方加速度は、踵接地時の衝撃による振動が入っていると考えられるため、外力による振動の影響が少ないと考えられる上方減速加速度と下方加速度に着目した。   Therefore, the upward acceleration generated when the center of gravity moves upward, the upward deceleration acceleration generated when the upward moving speed is decelerated, and the downward acceleration generated when the center of gravity moves downward also reflect the walking speed. it is conceivable that. Since the upward acceleration is considered to be caused by vibration due to the impact at the time of ground contact, attention was paid to the upward deceleration acceleration and downward acceleration, which are considered to be less affected by the vibration due to external force.

立脚中期は足尖離地後に現れる。そのため足尖離地後の上下加速度における負の加速度は、立脚中期直前での上下減速加速度と足を前に振り出すことによる身体重心の下方加速度を示していると考えた。踵接地直前の正の上下加速度は、踵接地時の衝撃力を緩和するための下方速度を減速させるための加速度であると考えた。この衝撃緩和という動作は、踵接地時(制動期)の筋負荷を低減することができ、消費エネルギーを抑えるという仮定に準じていると言える。歩行速度を反映していると考えられる両積分値の絶対値の和を推定指標V3とした。   The middle stance phase appears after the toes leave. Therefore, we thought that the negative acceleration in the vertical acceleration after the toe-off shows the vertical deceleration acceleration just before the middle stance and the downward acceleration of the body center of gravity by swinging the foot forward. The positive vertical acceleration immediately before the heel contact was considered to be an acceleration for decelerating the downward speed to mitigate the impact force at the heel contact. This operation of impact relaxation can be said to be based on the assumption that muscle load at the time of saddle contact (braking period) can be reduced and energy consumption is suppressed. The sum of absolute values of both integral values considered to reflect the walking speed was used as the estimated index V3.

推定指標V3=|上方速度の減速量/期間時間|+|下方速度の減速量/期間速度|。   Estimated index V3 = | Deceleration amount of upper speed / period time | + | Deceleration amount of lower speed / period speed |

"上方速度の減速量"とは、足尖離地から上下加速度が負から正に変わる点までを期間とした上下加速度の時間積分値を示す。よって、|上方速度の減速量/期間時間|は、この特定期間での上下方向平均減速度の絶対値を意味する。また"下方速度の減速量"とは、上下加速度が負から正に変わる点から踵接地までを特定期間とした上下加速度の時間積分値を示す。よって、|下方速度の減速量/期間時間|は、この特定期間での上下方向平均加速度の絶対値を意味する。   The “deceleration amount of the upward speed” indicates a time integral value of the vertical acceleration over a period from the tip of the foot to the point where the vertical acceleration changes from negative to positive. Therefore, | the amount of deceleration of the upward speed / period time | means the absolute value of the average deceleration in the vertical direction in this specific period. Further, the “deceleration amount of the downward speed” indicates a time integration value of the vertical acceleration with a specific period from the point at which the vertical acceleration changes from negative to positive to the heel contact. Therefore, | the amount of deceleration of the downward speed / period time | means the absolute value of the average acceleration in the vertical direction during this specific period.

図18に上記図7のグラフと同様のグラフを用い、制動期、加速期、立脚後期を図示した説明図を示す。上方速度の減速量及び下方速度の減速量部分を矢印で表す。また図19に、X軸に推定指標V3(m/sec/sec)を、Y軸に歩行速度/身長(m/sec/m)を取ったグラフを示す。図19に示されるように、推定指標V3と歩行速度/身長とは、正の相関がみられた。   FIG. 18 is an explanatory diagram illustrating a braking period, an acceleration period, and a late stance phase using a graph similar to the graph of FIG. The deceleration amount of the upward speed and the deceleration amount portion of the downward speed are represented by arrows. FIG. 19 shows a graph in which the estimated index V3 (m / sec / sec) is taken on the X axis and the walking speed / height (m / sec / m) is taken on the Y axis. As shown in FIG. 19, there was a positive correlation between the estimated index V3 and the walking speed / height.

(推定指標V4) 推定指標V4=(右[左]踵接地から左[右]踵接地までの前後加速度を積分し、最大速度と最低速度の差)/(前後の最大速度位置から前後の最低速度位置までの時間/一歩時間)。   (Estimated index V4) Estimated index V4 = (Integrate the longitudinal acceleration from the right [left] 踵 ground contact to the left [right] 踵 ground, the difference between the maximum speed and the minimum speed) / (the minimum before and after the maximum speed position before and after Time to speed position / step time).

図20に、一歩時間における最大速度になる点と最低速度になる点を説明した図を示す。また図21に、X軸に推定指標V4(m/sec/sec)を、Y軸に歩行速度/身長(m/sec/m)を取ったグラフを示す。図21に示されるように、推定指標V4と歩行速度/身長とは、正の相関がみられた。   FIG. 20 is a diagram illustrating a point at which the maximum speed and a minimum speed at one step time are reached. FIG. 21 shows a graph in which the estimated index V4 (m / sec / sec) is taken on the X axis and the walking speed / height (m / sec / m) is taken on the Y axis. As shown in FIG. 21, the estimated index V4 and the walking speed / height showed a positive correlation.

(推定指標V5) 次に、加速前期にあたる右足尖離地から右立脚後期(足尖離地以降の上下加速度が負から正に変わる点)までの前後加速度を積分し、右立脚後期時の前後速度を歩行速度の推定指標V5とした。(同様に左立脚後期時の前後速度も用いることが出来る)推定指標V5=右[左]足尖離地から右[左]立脚後期までの前後加速度の積分値。   (Estimated index V5) Next, the longitudinal acceleration from the right foot apex, which is the first acceleration phase, to the late right stance phase (the point where the vertical acceleration after the foot apex is changed from negative to positive) is integrated. The speed was set as the walking speed estimation index V5. (Similarly, the longitudinal velocity in the late stance phase of the left stance can also be used) Estimated index V5 = integral value of the longitudinal acceleration from the right [left] toe separation to the right [left] stance phase.

図22に上記図7のグラフと同様のグラフを用い、制動期、加速期、立脚後期を図示した説明図を示す。斜線部が推定指標V5の値となる。この図22の説明図を用いて上記推定指標V5を算出し、図23のグラフを作成した。図23は、X軸に推定指標V5(m/sec)を、Y軸に歩行速度/身長(m/sec/m)を取ったグラフを示す。図23に示されるように、推定指標V5と、歩行速度/身長とには正の相関がみられた。   FIG. 22 is an explanatory diagram illustrating a braking period, an acceleration period, and a late stance phase using a graph similar to the graph of FIG. The shaded area is the value of the estimated index V5. The estimated index V5 was calculated using the explanatory diagram of FIG. 22, and the graph of FIG. 23 was created. FIG. 23 shows a graph with the estimated index V5 (m / sec) on the X axis and the walking speed / height (m / sec / m) on the Y axis. As shown in FIG. 23, there was a positive correlation between the estimated index V5 and walking speed / height.

(推定指標V6) 次に立脚初期(足尖離地以降、上下加速度が正から負へ変わる最初の点)から立脚後期までの上下加速度を積分し算出される速度と立脚後期から他方の足の踵接地までの上下加速度を積分し算出される速度の和の大きさを推定指標V6とした。   (Estimated index V6) Next, the velocity calculated by integrating the vertical acceleration from the early stage of stance (the first point at which the vertical acceleration changes from positive to negative after the toe off) to the late stage of stance,推定 The sum of the speeds calculated by integrating the vertical acceleration until contact with the ground was used as the estimated index V6.

推定指標V6=|一方の足の立脚初期から立脚後期までの上下加速度の積分値|と|一方の足の立脚後期から他方の足の踵接地直前までの上下加速度の積分値|の和。   Estimated index V6 = | the sum of the integrated value of the vertical acceleration from the initial stance phase of one foot to the late stance phase and the integrated value of the vertical acceleration from the late stance phase of one foot to immediately before the heel contact of the other foot.

図24に上記図7のグラフと同様のグラフを用い、制動期、加速期、立脚初期及び立脚後期を図示した説明図を示す。この図24の説明図を用いて上記推定指標V6を算出し、図25のグラフを作成した。図25は、X軸に推定指標V6(m/sec)を、Y軸に歩行速度/身長(m/sec/m)を取ったグラフを示す。図25に示されるように、推定指標V6と、歩行速度/身長とには正の相関がみられた。   FIG. 24 is an explanatory diagram illustrating the braking period, the acceleration period, the initial stance phase, and the late stance phase using a graph similar to the graph of FIG. The estimated index V6 was calculated using the explanatory diagram of FIG. 24, and the graph of FIG. 25 was created. FIG. 25 shows a graph with the estimated index V6 (m / sec) on the X axis and the walking speed / height (m / sec / m) on the Y axis. As shown in FIG. 25, there was a positive correlation between the estimated index V6 and walking speed / height.

(推定指標V7) 推定指標V7=推定指標V6/推定指標V1。   (Estimated index V7) Estimated index V7 = estimated index V6 / estimated index V1.

上記推定指標V7を算出し、図26のグラフを作成した。図26は、X軸に推定指標V7(m/sec/sec)を、Y軸に歩行速度/身長(m/sec/m)を取ったグラフを示す。図26に示されるように、推定指標V7と歩行速度/身長とには、正の相関がみられた。   The estimated index V7 was calculated, and the graph of FIG. 26 was created. FIG. 26 shows a graph in which the estimated index V7 (m / sec / sec) is taken on the X axis and the walking speed / height (m / sec / m) is taken on the Y axis. As shown in FIG. 26, there was a positive correlation between the estimated index V7 and walking speed / height.

(歩行速度推定式=推定指標Vと歩行速度との関係式) 歩行速度を推定する関係式を上記推定指標V1〜7を用いて求めることとした。各推定指標V1〜7は、単独で係数を用いても歩行速度を求めることが出来る。この場合図15、17、19、21、23、25、26に示される直線で表される関係式を用いることが出来る。また、より精度を上げるために、複数の推定指標を用い重回帰分析を行い関係式を得ることが出来る。推定指標V1〜3を用いた推定式の例を以下に示す。   (Walking speed estimation formula = Relational expression between estimated index V and walking speed) The relational expression for estimating the walking speed was determined using the estimated indexes V1 to V7. The estimated speeds V1 to V7 can determine the walking speed even if using coefficients independently. In this case, a relational expression represented by a straight line shown in FIGS. 15, 17, 19, 21, 23, 25, and 26 can be used. Further, in order to improve accuracy, a relational expression can be obtained by performing a multiple regression analysis using a plurality of estimation indices. Examples of estimation equations using the estimation indices V1 to V3 are shown below.

歩行速度=0.249×推定指標V1−0.091×推定指標V2+0.049×推定指標V3+0.269。   Walking speed = 0.249 × estimated index V1-0.091 × estimated index V2 + 0.049 × estimated index V3 + 0.269.

上記の関係式に各計測データから算出した値を代入して推定歩行速度を算出し、実測した歩行速度との相関を見た。図27に、X軸に推定歩行速度/身長(m/sec/m)を、Y軸に実測歩行速度/身長(m/sec/m)を取ったグラフを示す。図27に示されるように、正の高い相関がみられた。実測歩行速度は、上記図15、16等で用いた歩行速度と同じものである。また例えば推定指標V4〜7を用いた関係式を以下に示す。   The estimated walking speed was calculated by substituting the value calculated from each measurement data into the above relational expression, and the correlation with the actually measured walking speed was observed. FIG. 27 shows a graph in which the estimated walking speed / height (m / sec / m) is taken on the X axis and the actually measured walking speed / height (m / sec / m) is taken on the Y axis. As shown in FIG. 27, a high positive correlation was observed. The actually measured walking speed is the same as the walking speed used in FIGS. Further, for example, a relational expression using estimated indices V4 to 7 is shown below.

歩行速度=0.18×推定指標V4+0.56×推定指標V5+0.69×推定指標V6−0.15×推定指標V7+0.38。   Walking speed = 0.18 × estimated index V4 + 0.56 × estimated index V5 + 0.69 × estimated index V6-0.15 × estimated index V7 + 0.38.

上記の関係式に各計測データから算出した値を代入して推定歩行速度を算出し、実測した歩行速度との相関を見た。図28に、X軸に推定歩行速度/身長(m/sec/m)を、Y軸に実測歩行速度/身長(m/sec/m)を取ったグラフを示す。図28に示されるように、正の高い相関がみられた。実測歩行速度は、上記図15、16等で用いた歩行速度と同じものである。   The estimated walking speed was calculated by substituting the value calculated from each measurement data into the above relational expression, and the correlation with the actually measured walking speed was observed. FIG. 28 shows a graph in which the estimated walking speed / height (m / sec / m) is taken on the X axis and the actually measured walking speed / height (m / sec / m) is taken on the Y axis. As shown in FIG. 28, a high positive correlation was observed. The actually measured walking speed is the same as the walking speed used in FIGS.

以下、第3実施形態に係る歩行解析装置100の作用・動作について説明する。まず、本実施形態の歩行解析装置100を腰部に装着して、歩行を開始すると、歩行解析装置100の加速度計10により、腰部の前後加速度、左右加速度、上下加速度が検出される。加速度計10は、検出した加速度の時間変化を電気信号の波形(加速度信号)として出力する。加速度計10から出力された加速度信号は、A/D変換器22によりデジタル化されて一旦RAM28に記憶される。   Hereinafter, the operation and operation of the walking analysis apparatus 100 according to the third embodiment will be described. First, when the walking analysis apparatus 100 of the present embodiment is mounted on the waist and walking is started, the accelerometer 10 of the walking analysis apparatus 100 detects the longitudinal acceleration, the lateral acceleration, and the vertical acceleration of the waist. The accelerometer 10 outputs the detected time change of acceleration as a waveform of an electric signal (acceleration signal). The acceleration signal output from the accelerometer 10 is digitized by the A / D converter 22 and temporarily stored in the RAM 28.

RAM28に歩行動作の一周期分(数周期分でもよい)に相当する加速度信号(前後加速度、左右加速度、上下加速度)が記憶されると、CPU24とROM26により構成される歩行動作判定手段によって、該加速度信号の時間変化から特定の歩行動作が行われるタイミングや期間(特定期間)が抽出される。具体的には、加速度信号を時間微分することにより、該加速度信号のピークを検出し、該ピーク時に特定の歩行動作が開始あるいは終了すると判定することができる。あるいは、前後加速度、上下加速度、左右加速度から選択される一つの加速度に着目し、該加速度が正から負あるいは負から正に変化する時点において、特定の歩行動作が開始あるいは終了すると判定することができる。あるいは、加速度信号のピーク時における加速度に対してある所定割合の加速度となるタイミングを歩行動作の開始時、終了時と判定することができる。さらに、ここで述べた全ての期間抽出方法のうち、最も適切なものを随時選択するようにしてもよいし、これらの期間抽出方法が適宜組合わされた方法を採用することもできる。   When an acceleration signal (longitudinal acceleration, lateral acceleration, vertical acceleration) corresponding to one cycle of walking motion (may be several cycles) is stored in the RAM 28, the walking motion determination means configured by the CPU 24 and the ROM 26 The timing and period (specific period) at which a specific walking motion is performed are extracted from the time change of the acceleration signal. Specifically, it is possible to detect the peak of the acceleration signal by differentiating the acceleration signal with respect to time and determine that a specific walking motion starts or ends at the peak. Alternatively, focusing on one acceleration selected from longitudinal acceleration, vertical acceleration, and lateral acceleration, it is possible to determine that a specific walking motion starts or ends when the acceleration changes from positive to negative or from negative to positive. it can. Alternatively, it is possible to determine the timing when the acceleration becomes a predetermined ratio with respect to the acceleration at the peak of the acceleration signal as the start time and the end time of the walking motion. Furthermore, among all the period extraction methods described here, the most appropriate one may be selected at any time, or a method in which these period extraction methods are appropriately combined may be employed.

上記のように、特定の歩行動作を行っている時点が把握できれば、特定の歩行動作が行われる特定期間中における歩行速度に関する推定指標をCPU24により演算する。具体的には、CPU24により、ROM26に記憶されている推定指標−歩行速度関係に、演算された各推定指標データを当てはめて、歩行速度を測定することができる。このとき導出された歩行速度は、RAM28に一旦記憶させておくことができ、自動的あるいは使用者の操作により記録部50に記憶させるようにすることができる。さらに、導出された歩行速度あるいは記録部50に記録されている過去の測定結果は、例えば記録部50に記憶されている使用者の情報や日付等の情報とともに、表示部40に表示させるようにしてもよい。   As described above, if the time point when the specific walking motion is performed can be grasped, the CPU 24 calculates an estimated index related to the walking speed during the specific period in which the specific walking motion is performed. Specifically, the CPU 24 can measure the walking speed by applying each calculated estimated index data to the estimated index-walking speed relationship stored in the ROM 26. The walking speed derived at this time can be temporarily stored in the RAM 28, and can be stored in the recording unit 50 automatically or by a user operation. Further, the derived walking speed or the past measurement result recorded in the recording unit 50 is displayed on the display unit 40 together with information such as user information and date stored in the recording unit 50, for example. May be.

(第4実施形態) 次に歩行能力として歩幅を推定する場合の実施形態について説明する。本発明者らが鋭意検討した結果、歩行時において特定の歩行動作が行われる特定期間において、腰部の加速度の時間変化に基づいて算出される特定の推定指標と歩幅との間には、相関関係があることが見出された。   (4th Embodiment) Next, embodiment in the case of estimating a stride as walking ability is described. As a result of intensive studies by the present inventors, there is a correlation between the specific estimated index calculated based on the temporal change of the waist acceleration and the stride in a specific period in which a specific walking motion is performed during walking. It was found that there is.

すなわち、本第4実施形態に係る歩行解析装置100は、歩行時の腰部における上下方向、前後方向、左右方向の各加速度を検出する加速度計測手段(加速度計10)と、該加速度のうち少なくとも一つの加速度の時間変化に基づいて、歩幅と関連のある特定の歩行動作が行われる特定期間を抽出する期間抽出手段(ROM26、CPU24)と、加速度のうち少なくとも一つの加速度の前記特定期間における時間変化に基づいて、歩幅と関連する推定指標を算出する推定指標算出手段(ROM26、CPU24)とを、有する。さらに、推定指標算出手段により算出された推定指標及び予め用意した推定指標と歩幅との関係を用いて歩幅を推定する歩行能力推定手段(ROM26、CPU24)を有する。ここで、歩行能力推定手段は、予め用意された前記推定指標と歩幅との関係が記憶された記憶手段(記憶装置、RAM28、ROM26)を有するものとすることができる。   That is, the walking analysis apparatus 100 according to the fourth embodiment includes acceleration measuring means (accelerometer 10) that detects accelerations in the vertical direction, the front-rear direction, and the horizontal direction at the waist during walking, and at least one of the accelerations. Period extracting means (ROM 26, CPU 24) for extracting a specific period during which a specific walking motion related to the stride is performed based on a time change of two accelerations, and a time change of at least one of the accelerations in the specific period And an estimated index calculating means (ROM 26, CPU 24) for calculating an estimated index related to the stride. Furthermore, it has walking ability estimation means (ROM 26, CPU 24) for estimating the stride using the estimated index calculated by the estimated index calculation means and the relationship between the estimated index prepared in advance and the stride. Here, the walking ability estimation means may include storage means (storage device, RAM 28, ROM 26) in which the relationship between the estimated index and the stride prepared in advance is stored.

ROM26に記憶されている推定指標と歩幅との関係(関係式)について以下に説明する。歩幅を推定するにあたっても、第3実施形態と同様に、通常歩行は最小限のエネルギーで行う運動であると仮定した。   A relationship (relational expression) between the estimated index and the stride stored in the ROM 26 will be described below. In estimating the stride, it is assumed that the normal walking is an exercise performed with the minimum energy as in the third embodiment.

(推定指標S1) 踵接地時から次の踵接地時点に速度変化がない定常歩行を考える。歩行速度と歩幅には正の相関があり、歩行速度が速ければ歩幅も大きく、歩行速度が遅ければ歩幅も小さい。歩行速度が速ければ、大きな加速度が起こり、それと対になる大きな減速加速度も起こる。そのため一歩期間における減速加速度量は歩幅を反映しているといえる。また歩行には小股で歩行速度が速い、大股で歩行速度が遅いという歩行もあるため、一歩期間における減速加速度量においても、足を前に振り出す直前となる足尖離地時までの減速量の大きさが歩幅をより反映した減速量であると考えた。つまり減速した速度を初速度まで加速するためには、下腿三頭筋の働きにより身体を前方へ進める。身体が前方へ進めるためには当然のことながら、足を前に振り出す必要がある。減速量が大きければ、その分前方への大きな加速、大きな足の振り出しが必要であると考えた。そこで足底接地から足尖離地までの前後加速度を積分し、その積分値を期間時間で割った値を推定指標S1とした。   (Estimated index S1) Consider steady walking with no speed change from the time of heel contact to the time of the next heel contact. There is a positive correlation between the walking speed and the stride, and the stride is large when the walking speed is fast, and the stride is small when the walking speed is slow. If the walking speed is fast, a large acceleration occurs, and a large deceleration acceleration is also generated. Therefore, it can be said that the deceleration acceleration amount in one step period reflects the stride. In addition, walking includes walking with a small crotch that has a high walking speed and a large crotch that has a slow walking speed. The amount of deceleration was considered to be the amount of deceleration that better reflected the stride. In other words, to accelerate the decelerated speed to the initial speed, the body is moved forward by the action of the triceps surae. Of course, in order for the body to move forward, it is necessary to swing the foot forward. I thought that if the amount of deceleration was large, it would be necessary to accelerate forward and swing out a large foot accordingly. Therefore, the longitudinal acceleration from the sole contact to the toe-off is integrated, and a value obtained by dividing the integrated value by the period time is defined as the estimated index S1.

推定指標S1= 右[左]足底接地から左[右]足尖離地までの前後加速度の時間積分値/期間時間。   Estimated index S1 = time integrated value / period time of longitudinal acceleration from right [left] sole contact to left [right] foot tip separation.

右[もしくは左]足底接地から左[もしくは右]足尖離地までの前後加速度の時間積分値/期間時間は、その期間での平均減速度を表す。   The time integral value / periodic time of the longitudinal acceleration from the right [or left] sole contact to the left [or right] foot-tip separation represents the average deceleration during that period.

図29に上記図7のグラフと同様のグラフを用い、足底接地、足尖離地を図示した説明図を示す。この図29の説明図を用いて上記推定指標S1を算出し、図30のグラフを作成した。図30は、X軸に推定指標S1(m/sec/sec)を、Y軸に歩幅/身長(m/m)を取ったグラフを示す。この場合の歩幅は、三次元動作分析システムと床反力計を用いて実測したものである。図30に示されるように、推定指標S1と、歩幅/身長とには負の相関がみられた。   FIG. 29 is an explanatory diagram illustrating the contact between the ground contact and the tip of the toes using a graph similar to the graph of FIG. The estimated index S1 was calculated using the explanatory diagram of FIG. 29, and the graph of FIG. 30 was created. FIG. 30 shows a graph with the estimated index S1 (m / sec / sec) on the X axis and the stride / height (m / m) on the Y axis. The stride in this case was measured using a three-dimensional motion analysis system and a floor reaction force meter. As shown in FIG. 30, there was a negative correlation between the estimated index S1 and the stride / height.

(推定指標S2) 歩行中の身体重心は、上下動を繰り返す。身体重心位置は、踵接地時に最も低くなり、身体が直立した状態にある時(立脚中期)に最も高くなる。立脚中期後、足が身体前方へ振り出されることにより、身体重心が下方へ移動し、踵接地時に最下点となる。歩行速度と歩幅には正の相関があるため、歩幅が大きければ、踵接地から立脚中期までの時間も短くなり、重心が上方へ移動する際に発生する上方加速度、上方への移動速度の減速の際に発生する上方減速加速度も大きい。また、足を前に振り出す量が大きければ、重心が下方へ移動する際に発生する下方加速度も大きくなる。従って、上方加速度、上方減速加速度、下方加速度は、歩幅を反映していると考えられる。ここで上方加速度は、踵接地時の衝撃による振動が入っていると考えられるため、外力による振動の影響が少ないと考えられる上方減速加速度と下方加速度に着目した。   (Estimated index S2) The body center of gravity during walking repeats vertical movement. The position of the center of gravity of the body is lowest when the heel is touched, and is highest when the body is in an upright state (mid stance). After the middle stage of stance, when the foot is swung forward, the center of gravity of the body moves downward and becomes the lowest point when the heel touches. Since there is a positive correlation between walking speed and stride, the longer the stride, the shorter the time from heel contact to mid-stance, and the upward acceleration that occurs when the center of gravity moves upward, and the deceleration of the upward movement speed The upward deceleration acceleration generated at the time is also large. In addition, if the amount of swinging forward is large, the downward acceleration that occurs when the center of gravity moves downward also increases. Therefore, it is considered that the upward acceleration, the upward deceleration acceleration, and the downward acceleration reflect the stride. Here, the upward acceleration is considered to be caused by the vibration caused by the impact at the time of contact with the heel. Therefore, attention is paid to the upward deceleration acceleration and the downward acceleration which are considered to be less affected by the vibration due to the external force.

立脚中期は足尖離地後に現れる。そのため足尖離地後の上下加速度の変位にみられる負の加速度は、立脚中期直前での上下減速加速度と足を前に振り出すことによる身体重心の下方加速度を示していると考えた。踵接地直前の正の上下加速度は、踵接地時の衝撃力を緩和するための下方速度を減速させるための加速度であると考えた。歩幅を反映していると考えられる両積分値の絶対値の和を推定指標S2とした。推定指標S2は推定指標V3と同じものにあたる。   The middle stance phase appears after the toes leave. Therefore, the negative acceleration seen in the displacement of the vertical acceleration after the toe-off was considered to indicate the vertical deceleration acceleration just before the middle stance and the downward acceleration of the body center of gravity by swinging the foot forward. The positive vertical acceleration immediately before the heel contact was considered to be an acceleration for decelerating the downward speed to mitigate the impact force at the heel contact. The sum of the absolute values of both integral values considered to reflect the stride was used as the estimated index S2. The estimated index S2 is the same as the estimated index V3.

推定指標S2=|上方速度の減速量/期間時間|+|下方速度の減速量/期間速度|。   Estimated index S2 = | Deceleration amount of upper speed / period time | + | Deceleration amount of lower speed / period speed |

"上方速度の減速量"とは、足尖離地から上下加速度が負から正に変わる点までを期間とした上下加速度の時間積分値を示す。よって、|上方速度の減速量/期間時間|は、この期間での上下方向平均減速度の絶対値を意味する。また"下方速度の減速量"とは、上下加速度が負から正に変わる点から踵接地までを期間とした上下加速度の時間積分値を示す。よって、|下方速度の減速量/期間時間|は、この期間での上下方向平均加速度の絶対値を意味する。   The “deceleration amount of the upward speed” indicates a time integral value of the vertical acceleration over a period from the tip of the foot to the point where the vertical acceleration changes from negative to positive. Therefore, | the deceleration amount of the upward speed / period time | means the absolute value of the vertical average deceleration in this period. Further, the “deceleration amount of the downward speed” indicates a time integral value of the vertical acceleration over a period from the point at which the vertical acceleration changes from negative to positive to the heel contact. Therefore, | the amount of deceleration of the downward speed / period time | means the absolute value of the vertical average acceleration in this period.

図18に上記図7のグラフと同様のグラフを用い、制動期、加速期、立脚後期を図示した説明図を示す。上方速度の減速量及び下方速度の減速量部分を矢印で表す。また図31に、X軸に推定指標S2(m/sec/sec)を、Y軸に歩幅/身長(m/m)を取ったグラフを示す。図31に示されるように、推定指標S2と歩幅/身長とは、正の相関がみられた。   FIG. 18 is an explanatory diagram illustrating a braking period, an acceleration period, and a late stance phase using a graph similar to the graph of FIG. The deceleration amount of the upward speed and the deceleration amount portion of the downward speed are represented by arrows. FIG. 31 shows a graph with the estimated index S2 (m / sec / sec) on the X axis and the stride / height (m / m) on the Y axis. As shown in FIG. 31, there was a positive correlation between the estimated index S2 and the stride / height.

(推定指標S3) 一歩期間(踵接地から他方の踵接地までの期間)の動作には、踵接地から他方の足尖離地(爪先が地面から離れる)までの期間(両脚支持期)の減速動作と足尖離地後の単脚支持期における前方への加速動作がある。前方への加速動作は、遊脚側の足を前方へ振り出すとともに、下腿三頭筋の働きにより前方への加速をつくり出す。歩幅が小さい場合、足を前に振り出す量が小さい。また単脚支持期は、片足で身体の安定性を保つ必要があり下肢筋肉の負担も大きい。そのため、足を前に振り出す量が小さい場合は、その振り出す時間も短いと考えられる。上記仮定に基づくと、短い時間で大きな加速量をつくり出すことは考え難い。そのため、歩幅が小さい、つまり遊脚期の時間が短い場合、単脚支持期につくり出す加速量が低下することが考えられる。この加速量の低下を補うため、両脚支持期における減速量を低下させるのではないかと考えた。これにより、歩行時における速度起伏が小さくなると考え、踵接地から他方の踵接地までの前後加速度を積分して速度へ変換し、最大速度と最低速度の差を推定指標S3とした。   (Estimated index S3) For the operation in the one-step period (period from heel contact to the other heel contact), deceleration during the period (both leg support period) from the heel contact to the other toe-off (the toes away from the ground) There are movements and forward acceleration movements in the single leg support period after the toes take off. The forward acceleration action swings out the foot on the free leg side forward and creates forward acceleration by the action of the triceps surae. When the stride is small, the amount of swinging forward is small. Also, during the single leg support period, it is necessary to maintain the stability of the body with one leg, and the burden on the lower limb muscles is large. For this reason, when the amount of swinging the foot forward is small, the swinging time is considered to be short. Based on the above assumption, it is difficult to think of creating a large acceleration amount in a short time. Therefore, when the stride is small, that is, when the free leg period is short, it is conceivable that the acceleration amount produced in the single leg support period decreases. To compensate for this decrease in acceleration, we thought that the amount of deceleration during the two-leg support period could be reduced. As a result, the speed undulation during walking is considered to be small, and the longitudinal acceleration from the heel-contact to the other heel-contact is integrated and converted into a speed, and the difference between the maximum speed and the minimum speed is set as the estimated index S3.

推定指標S3= 右[左]踵接地から左踵[右]接地までの最大速度と最低速度の差。   Estimated index S3 = difference between the maximum speed and the minimum speed from right [left] 踵 grounding to left [right] grounding.

"右[左]踵接地から左[右]踵接地までの最大速度と最低速度の差"とは、推定指標V4における"右[左]踵接地から左[右]踵接地までの前後加速度を積分し、最大速度と最低速度の差"と同じことを指し、踵接地から前後加速度が正から負になるところまでの期間で前後加速度を時間積分した値(最大速度)から、踵接地から前後加速度が負から正になるところまでの期間で前後加速度を時間積分した値(最小速度)を引いた値である。   "The difference between the maximum speed and the minimum speed from right [left] 踵 grounding to left [right] 踵 grounding" means the longitudinal acceleration from "right [left] 踵 grounding to left [right] 踵 grounding in the estimated index V4. Integrate and indicate the same as the difference between the maximum speed and the minimum speed ". From the value obtained by time-integrating the longitudinal acceleration (maximum speed) in the period from the ground contact to the point where the longitudinal acceleration becomes positive to negative, It is a value obtained by subtracting a value (minimum speed) obtained by time-integrating the longitudinal acceleration in a period from the negative to the positive.

図32は、X軸に推定指標S3(m/sec/sec)を、Y軸に歩幅/身長(m/m)を取ったグラフを示す。図32に示されるように、推定指標S3と、歩幅/身長とには正の相関がみられた。   FIG. 32 shows a graph with the estimated index S3 (m / sec / sec) on the X axis and the stride / height (m / m) on the Y axis. As shown in FIG. 32, there was a positive correlation between the estimated index S3 and the stride / height.

(推定指標S4) 歩幅が小さい場合、足を前に振り出す量が小さくなる。足を前に振り出す期間(遊脚期)は、単脚にて身体の安定性を保つ必要があり、下肢筋肉の負担も大きいと考えられる。上記仮定を基に考えると、足を前に振り出す量が小さければ、遊脚期の期間も短いと考えられる。そこで一歩時間における遊脚期の時間比率は歩幅を反映していると考え、歩幅の推定指標S4とした。   (Estimated index S4) When the stride is small, the amount of swinging the foot forward is small. During the period in which the foot is swung forward (the swing leg period), it is necessary to maintain the stability of the body with a single leg, and it is considered that the burden on the lower limb muscles is also great. Based on the above assumption, if the amount of swinging out the foot is small, it is considered that the period of the swing phase is also short. Therefore, the time ratio of the swing leg period in one step time is considered to reflect the stride, and the stride estimation index S4 is used.

推定指標S4=1歩時間に対する踵接地から足尖離地までの時間比率。図33に上記図7のグラフと同様のグラフを用い、踵接地、足尖離地を図示した説明図を示す。   Estimated index S4 = time ratio from heel-contact to foot-point separation with respect to one step time. FIG. 33 is an explanatory diagram illustrating heel-contact and foot-toe separation using a graph similar to the graph of FIG.

(歩幅推定式=歩幅と推定指標Sとの関係式) 歩行速度が速い人は、歩幅も広くなる傾向がある。従って歩幅を推定する関係式を上記推定指標S1〜S4又推定指標V1〜V7を用いて求めることとした。各推定指標S1〜S4また推定指標V1〜V7は、単独で用いても歩行速度を求めることが出来る。この場合図30、31、32に示される直線で表される関係式を用いることが出来る。またより精度を上げるために、複数の推定指標を用い重回帰分析を行い以下のような係数を持つ関係式を見いだした。例えば推定指標S1〜S4を用いた関係式を以下に示す。   (Strength Estimating Formula = Relational Formula Between Stride and Estimated Index S) A person with a fast walking speed tends to have a wide stride. Therefore, the relational expression for estimating the stride is determined using the estimated indices S1 to S4 or the estimated indices V1 to V7. Even if each estimated index S1-S4 and estimated index V1-V7 are used independently, walking speed can be calculated | required. In this case, a relational expression represented by a straight line shown in FIGS. In order to improve accuracy, multiple regression analysis was performed using multiple estimation indices, and a relational expression with the following coefficients was found. For example, a relational expression using estimated indices S1 to S4 is shown below.

歩幅=0.163×推定指標S1−0.023×推定指標S2+0.286×推定指標S3+0.027×推定指標S4−0.236。   Step length = 0.163 × estimated index S1-0.023 × estimated index S2 + 0.286 × estimated index S3 + 0.027 × estimated index S4-0.236

上記の関係式に各計測データから算出した値を代入して推定歩幅を算出し、実測した歩幅との相関を見た。図34に、X軸に推定歩幅/身長(m/m)を、Y軸に実測歩幅/身長(m/m)を取ったグラフを示す。図34に示されるように、正の高い相関がみられた。また例えば推定指標V4、V6、V7を用いた関係式を以下に示す。   The estimated stride was calculated by substituting the value calculated from each measurement data into the above relational expression, and the correlation with the actually measured stride was observed. FIG. 34 shows a graph in which the estimated stride / height (m / m) is taken on the X axis and the actually measured stride / height (m / m) is taken on the Y axis. As shown in FIG. 34, a high positive correlation was observed. Further, for example, relational expressions using estimated indexes V4, V6, and V7 are shown below.

歩幅=0.11×推定指標V4+0.27×推定指標V6−0.06×推定指標V7+0.24。   Step length = 0.11 × estimated index V4 + 0.27 × estimated index V6-0.06 × estimated index V7 + 0.24.

上記の関係式に各計測データから算出した値を代入して推定歩幅を算出し、実測した歩幅との相関を見た。図35に、X軸に推定歩幅/身長(m/m)を、Y軸に実測歩幅/身長(m/m)を取ったグラフを示す。図24に示されるように、正の高い相関がみられた。   The estimated stride was calculated by substituting the value calculated from each measurement data into the above relational expression, and the correlation with the actually measured stride was observed. FIG. 35 is a graph in which the estimated stride / height (m / m) is taken on the X axis and the actually measured stride / height (m / m) is taken on the Y axis. As shown in FIG. 24, a high positive correlation was observed.

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、腰部の加速度を計測するだけであるので、専門的な知識も必要としないで簡便に計測することが出来る。また被験者の負担も特にない。また特定の歩行動作が行われる特定期間を抽出し、その特定期間における加速度の時間変化に基づいて、歩行速度又は歩幅に関連する推定指標を算出することで、より普遍的な歩行速度又は歩幅の推定を行うことが出来る。   As described above, according to the embodiment of the present invention, since only the acceleration of the waist is measured, it is possible to easily measure without requiring specialized knowledge. There is no particular burden on the subject. Also, by extracting a specific period during which a specific walking motion is performed and calculating an estimated index related to the walking speed or stride based on the temporal change in acceleration during that specific period, a more universal walking speed or stride Estimation can be performed.

以下、第4実施形態に係る歩行解析装置100の作用・動作について説明する。まず、本実施形態の歩行解析装置100を腰部に装着して、歩行を開始すると、歩行解析装置100の加速度計10により、腰部の前後加速度、左右加速度、上下加速度が検出される。加速度計10は、検出した加速度の時間変化を電気信号の波形(加速度信号)として出力する。加速度計10から出力された加速度信号は、A/D変換器22によりデジタル化されて一旦RAM28に記憶される。   Hereinafter, the operation and operation of the walking analysis apparatus 100 according to the fourth embodiment will be described. First, when the walking analysis apparatus 100 of the present embodiment is mounted on the waist and walking is started, the accelerometer 10 of the walking analysis apparatus 100 detects the longitudinal acceleration, the lateral acceleration, and the vertical acceleration of the waist. The accelerometer 10 outputs the detected time change of acceleration as a waveform of an electric signal (acceleration signal). The acceleration signal output from the accelerometer 10 is digitized by the A / D converter 22 and temporarily stored in the RAM 28.

RAM28に歩行動作の一周期分(数周期分でもよい)に相当する加速度信号(前後加速度、左右加速度、上下加速度)が記憶されると、CPU24とROM26により構成される歩行動作判定手段によって、該加速度信号の時間変化から特定の歩行動作が行われるタイミングや期間(特定期間)が抽出される。具体的には、加速度信号を時間微分することにより、該加速度信号のピークを検出し、該ピーク時に特定の歩行動作が開始あるいは終了すると判定することができる。あるいは、前後加速度、上下加速度、左右加速度から選択される一つの加速度に着目し、該加速度が正から負あるいは負から正に変化する時点において、特定の歩行動作が開始あるいは終了すると判定することができる。あるいは、加速度信号のピーク時における加速度に対してある所定割合の加速度となるタイミングを歩行動作の開始時、終了時と判定することができる。さらに、ここで述べた全ての期間抽出方法のうち、最も適切なものを随時選択するようにしてもよいし、これらの期間抽出方法が適宜組合わされた方法を採用することもできる。   When an acceleration signal (longitudinal acceleration, lateral acceleration, vertical acceleration) corresponding to one cycle of walking motion (may be several cycles) is stored in the RAM 28, the walking motion determination means configured by the CPU 24 and the ROM 26 The timing and period (specific period) at which a specific walking motion is performed are extracted from the time change of the acceleration signal. Specifically, it is possible to detect the peak of the acceleration signal by differentiating the acceleration signal with respect to time and determine that a specific walking motion starts or ends at the peak. Alternatively, focusing on one acceleration selected from longitudinal acceleration, vertical acceleration, and lateral acceleration, it is possible to determine that a specific walking motion starts or ends when the acceleration changes from positive to negative or from negative to positive. it can. Alternatively, it is possible to determine the timing when the acceleration becomes a predetermined ratio with respect to the acceleration at the peak of the acceleration signal as the start time and the end time of the walking motion. Furthermore, among all the period extraction methods described here, the most appropriate one may be selected at any time, or a method in which these period extraction methods are appropriately combined may be employed.

上記のように、特定の歩行動作を行っている時点が把握できれば、特定の歩行動作が行われる特定期間中における歩幅に関する推定指標をCPU24により演算する。具体的には、CPU24により、ROM26に記憶されている推定指標−歩幅関係に、演算された各推定指標データを当てはめて、歩幅を測定することができる。このとき導出された歩幅は、RAM28に一旦記憶させておくことができ、自動的あるいは使用者の操作により記録部50に記憶させるようにすることができる。さらに、導出された歩幅あるいは記録部50に記録されている過去の測定結果は、例えば記録部50に記憶されている使用者の情報や日付等の情報とともに、表示部40に表示させるようにしてもよい。   As described above, if the time point when the specific walking motion is performed can be grasped, the CPU 24 calculates an estimated index related to the stride during the specific period in which the specific walking motion is performed. Specifically, the CPU 24 can measure the stride by applying each estimated index data calculated to the estimated index-stride relationship stored in the ROM 26. The stride derived at this time can be temporarily stored in the RAM 28, and can be stored in the recording unit 50 automatically or by a user operation. Further, the derived stride or the past measurement result recorded in the recording unit 50 is displayed on the display unit 40 together with information such as user information and date stored in the recording unit 50, for example. Also good.

またさらに、実施形態3及び実施形態4で導出された歩行速度及び歩幅から、使用者の転倒リスクの判定を行うことが出来る。導出される歩行速度(m/sec)及び歩幅(m)から歩調(step/min)を計算する。歩調は、歩調(step/min)=歩行速度(m/sec)÷歩幅(m)×60より求められる。求められた歩行速度、歩幅及び歩調の値の組み合わせにより使用者の転倒リスクが判定出来る。   Furthermore, the user's risk of falling can be determined from the walking speed and the stride derived in the third and fourth embodiments. The pace (step / min) is calculated from the derived walking speed (m / sec) and step length (m). The gait is determined by the gait (step / min) = walking speed (m / sec) / step length (m) × 60. The fall risk of the user can be determined by a combination of the obtained walking speed, step length, and pace value.

例えば、図36及び図37に例示的に示されるように、歩行速度を0.69(m/sec)以下、1.5(m/sec)以上及びその間を多数段階に分ける。また歩幅を0.49(m)以下、0.8(m)以上及びその間を多数段階に分ける。歩調は90(step/min)以下、91(step/min)以上の2段階に分ける。この歩行速度、歩幅、歩調の組み合わせにより転倒リスクを例えば4段階(転倒危険、転倒注意、躓き注意、問題なし)に分けることが出来る。例として歩行速度0.69(m/sec)以下、歩幅0.49(m)以下、歩調90(step/min)以下の場合は“転倒危険がある”と判定する。例としてあげた数値は、使用者の体格、年齢、性別、歩行状態(通常歩行、全力歩行等)等に合わせて適宜設定できる。この時通常歩行は普段通りの歩き方をさし、全力歩行は出来る限り早く歩くことをさす。   For example, as illustrated in FIGS. 36 and 37, the walking speed is 0.69 (m / sec) or less, 1.5 (m / sec) or more, and the interval is divided into multiple stages. Also, the stride is 0.49 (m) or less, 0.8 (m) or more, and the interval is divided into a number of stages. The pace is divided into two steps of 90 (step / min) or less and 91 (step / min) or more. The fall risk can be divided into, for example, four stages (fall danger, fall attention, whip attention, no problem) by combining the walking speed, the stride, and the pace. For example, if the walking speed is 0.69 (m / sec) or less, the step length is 0.49 (m) or less, and the pace is 90 (step / min) or less, it is determined that there is a risk of falling. The numerical values given as examples can be appropriately set according to the user's physique, age, gender, walking state (normal walking, full power walking, etc.) and the like. At this time, normal walking means walking as usual, and full power walking means walking as fast as possible.

また具体的には、ROM26に、転倒リスクと歩行速度、歩幅及び歩調との関係を予め記憶させておき、演算された歩行速度、歩幅及び歩調を、前記転倒リスクと歩行速度、歩幅及び歩調との関係に当てはめることにより、転倒リスクを判定することができる。判定された転倒リスクは、RAM28に一時的に記憶される。さらに、自動的あるいは使用者の操作により記録部50に転倒リスクの判定結果を保存するようにしてもよい。   More specifically, the ROM 26 stores in advance the relationship between the fall risk and the walking speed, the stride and the pace, and the calculated walk speed, the stride and the step are calculated as the fall risk, the walking speed, the stride and the pace, respectively. By applying this relationship, the risk of falls can be determined. The determined fall risk is temporarily stored in the RAM 28. Furthermore, the fall risk determination result may be stored in the recording unit 50 automatically or by user operation.

上記のように、CPU24により歩行速度、歩幅、歩調及び転倒リスクが導出された場合、その結果を表示部40に表示することができる。この場合、使用者が歩行速度、歩幅、歩調及び転倒リスク等から、表示したい項目を選択して、選択された項目の結果を表示することができる。あるいは、すべての結果を自動的に表示するようにしてもよい。さらに、判定された転倒リスクから、向上に効果的な運動方法を表示部に表示することにより、使用者に運動の指針を教示することができる。   As described above, when the walking speed, the stride, the pace, and the fall risk are derived by the CPU 24, the results can be displayed on the display unit 40. In this case, the user can select an item to be displayed from the walking speed, the stride, the pace, the fall risk, and the like, and the result of the selected item can be displayed. Alternatively, all the results may be automatically displayed. Furthermore, by displaying an exercise method effective for improvement on the display unit based on the determined fall risk, it is possible to teach the user the exercise guidelines.

例えば運動指針として効果的な運動メニューを表示することが出来る。運動メニューの例として、下肢筋力強化のための片足椅子起立運動の例を示す。これは運動の説明図を表示し、説明を文章でもわかりやすく表示するものである。説明として「手すりを持たずに、足の裏に充分に体重をかけながら、すわった椅子から片足で立ちましょう。慣れてきたら、低めの椅子でやってみましょう。注意:立ち上がりに不安のある場合は、膝に手をおいて立ち上がりましょう。」等が挙げられる。   For example, an effective exercise menu can be displayed as an exercise guideline. As an example of the exercise menu, an example of a one-leg chair standing exercise for strengthening the lower limb muscle strength is shown. This displays an explanatory diagram of the exercise, and displays the explanation in an easy-to-understand manner even in text. As an explanation, “Stand up with one foot from a sitting chair without holding a handrail and with enough weight on the soles of your feet. When you get used to it, try to use a lower chair. If there is, let's get up with your hands on your knees. "

さらに、本発明の実施形態(第1、2、3、4実施形態)においては、歩行時における特定期間を抽出する際に、左右の各足における特定期間をそれぞれ抽出して、左右の各足においてそれぞれ推定指標を算出し、それぞれ算出された推定指標を基に、左右各足の歩行能力をそれぞれ推定することができる。この場合、左右のどちらの足の歩行動作が行われている特定期間であるか判断するためには、左右加速度を時間変化において、その加速度の時間変化が正負いずれであるかを検出することにより判断することができる。加速度の正負が左右いずれの足に対応するかは、適宜設定することができる。   Furthermore, in the embodiment of the present invention (first, second, third, and fourth embodiments), when extracting the specific period during walking, the specific period in each of the left and right feet is extracted, In each of the above, an estimated index is calculated, and the walking ability of each of the left and right feet can be estimated based on the calculated estimated index. In this case, in order to determine which of the left and right feet is in the specific period during which the walking motion is performed, by detecting whether the time change of the acceleration is positive or negative in the time change of the left and right acceleration. Judgment can be made. It can be set as appropriate whether the positive or negative acceleration corresponds to the left or right foot.

このように、左右の各足の背屈力、下肢筋力、歩行速度及び歩幅が推定できることによって、リハビリ等の目的に使用する場合、リハビリの効果、リハビリの必要部位等を明確にし効率的な治療を行うことが出来る。   In this way, the dorsiflexion force, lower limb muscle strength, walking speed and stride of each leg can be estimated, and when used for rehabilitation, etc., the rehabilitation effect, rehabilitation necessary parts, etc. are clarified and efficient treatment. Can be done.

さらに、本発明は、上記の実施形態に限らず、その他の歩行能力についても推定するものを含む。たとえば、歩行能力としては、歩隔(左右方向における左右の足の距離)、各間接(股関節、膝関節、足関節)の可動範囲角度、各関節のトルク、各関節の伸展・屈伸筋力、床反力等を例示することができる。さらに、各歩行能力の左右バランスや下肢骨格の歪等を数値化したものを別途歩行能力として推定するようにしてもよい。   Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes the estimation of other walking ability. For example, walking ability includes steps (distance of left and right feet in the left and right direction), movable range angle of each indirect (hip joint, knee joint, ankle joint), torque of each joint, extension / flexion / extension strength of each joint, floor Reaction force etc. can be illustrated. Further, the left / right balance of each walking ability and the distortion of the lower limb skeleton may be numerically estimated as walking ability separately.

さらに、本発明においては、前述したような方法により歩行能力を推定した結果を使用者に教示するとともに、歩行能力向上のための指針(運動指針等)を使用者に教示するようにしてもよい。例えば、歩行能力の程度を段階的にレベル分けし、そのレベルに応じた運動指針を予め用意しておき、推定された歩行能力からレベル分けをし、そのレベルに応じた運動指針を表示部40に表示するようにしてもよい。歩行能力向上のための指針を教示する手段としてはこれ以外の手段を採用することもできる。   Further, in the present invention, the result of estimating the walking ability by the method as described above is taught to the user, and a guideline (exercise guideline or the like) for improving the walking ability may be taught to the user. . For example, the level of walking ability is classified in stages, exercise guidelines corresponding to the level are prepared in advance, the level is divided from the estimated walking ability, and the exercise guide corresponding to the level is displayed on the display unit 40. May be displayed. Other means may be employed as means for teaching a guideline for improving walking ability.

また上記した歩行解析装置の結果を活用したシステムを構築することも出来る。例えば3次元加速度に依拠して判定される歩行能力情報が記憶される情報記憶手段と、前記歩行能力情報に基づいてポイントを演算するポイント演算手段とを有する健康維持増進システムを、構成することが出来る。   It is also possible to construct a system that utilizes the results of the above-described walking analysis device. For example, configuring a health maintenance / promotion system having information storage means for storing walking ability information determined based on three-dimensional acceleration and point calculation means for calculating points based on the walking ability information. I can do it.

次に歩行解析装置100の解析結果を活用した健康維持増進システムについて説明する。歩行解析装置100は、3次元加速度に依拠して被験者の歩行能力の一つである転倒リスクの判別をすることが出来る。この転倒リスクは、例えば次の5段階に層別され情報として記憶される。
(1)転倒危険
(2)転倒注意
(3)躓き注意
(4)現段階では問題なし(歩幅減少気味)
(5)全く問題なし
Next, a health maintenance / promotion system using the analysis result of the walking analysis device 100 will be described. The walking analysis device 100 can determine the risk of falling, which is one of the walking ability of the subject, based on the three-dimensional acceleration. The fall risk is classified as, for example, the following five stages and stored as information.
(1) Falling risk (2) Falling attention (3) Whispering attention (4) No problem at this stage (step length reduction)
(5) No problem at all

この転倒リスクは、CPU24の内部で、次のように、ポイントに換算される。
(1)転倒危険: −2点
(2)転倒注意: −1点
(3)躓き注意: 0点
(4)現段階では問題なし(歩幅減少気味):+1点
(5)全く問題なし: +2点
This fall risk is converted into points in the CPU 24 as follows.
(1) Falling risk: -2 points (2) Falling precautions: -1 point (3) Whispering attention: 0 points (4) No problem at this stage (step length reduction): +1 point (5) No problem at all: +2 points

図38に示されるように、歩行解析装置100は、パソコン200に周知のUSBにて接続される。そして、パソコン200には、図39に示されるような入力画面が表示され、被験者の氏名、保険者番号、電話番号が入力できるようになっている。全項目が入力された後、OKボタンがクリックされると、歩行解析装置100は、この入力された情報及び転倒リスクポイントを、インターネット300を通じて、健康保険組合のホストコンピュータ400に送る。ホストコンピュータ400は、今回転送されて来た被験者の転倒リスクポイントを用いて、すでに作成されている管理台帳を更新する。   As shown in FIG. 38, the gait analyzer 100 is connected to a personal computer 200 via a well-known USB. Then, an input screen as shown in FIG. 39 is displayed on the personal computer 200 so that the name, insurer number, and telephone number of the subject can be input. When the OK button is clicked after all items are input, the gait analyzer 100 sends the input information and the fall risk points to the health insurance association host computer 400 via the Internet 300. The host computer 400 updates the management ledger already created using the fall risk points of the subject transferred this time.

ネットを通じて送信されて来た情報が、例えば、「林 喜久子」の転倒リスクポイント(今回:+1点)であれば、図40に示される転倒ポイントが、図41に示されるように、「+2」に更新される。転倒リスクポイントの累計が+10点に達した段階で、保険組合は「林 喜久子」に景品を授与するという様な設定にすると、被験者に更なる健康維持、健康増進の動機付けを与えることができる。   For example, if the information transmitted through the net is a fall risk point of “Kikuko Hayashi” (current: +1 point), the fall point shown in FIG. 40 is “+ 2 ”. When the cumulative fall risk points reach +10 points, the insurance union will give the subjects more motivation to maintain health and promote health if it is set to give prizes to Kikuko Hayashi. it can.

この場合前記したように、歩行能力たる転倒リスクは、歩行解析装置100に作用する3次元加速度に依拠して判定されるので、歩行解析装置100を手に持って振っても、3次元加速度が作用しないので、データ改ざんが防止される。   In this case, as described above, the fall risk as the walking ability is determined based on the three-dimensional acceleration acting on the walking analysis device 100. Therefore, even if the walking analysis device 100 is held and shaken, the three-dimensional acceleration is not detected. Since it does not work, data tampering is prevented.

つまり、利用者毎に3次元加速度に依拠して判定される歩行能力の情報が記憶される情報記憶手段と、前記歩行能力の情報に基づいてポイントを演算するポイント演算手段とを有する健康維持増進システムを構成することで、ポイント付与の信頼性を向上させることができる。   In other words, health maintenance enhancement having information storage means for storing walking ability information determined based on three-dimensional acceleration for each user and point calculation means for calculating points based on the walking ability information By configuring the system, the reliability of point grant can be improved.

本発明の歩行解析装置の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of the walk analysis apparatus of this invention. 加速度−背屈力関係の一例を示す図。The figure which shows an example of an acceleration-dorsiflexion force relationship. 歩行動作について説明する図。The figure explaining walking operation. 第1実施形態において、背屈力の強さの規定の仕方について説明する図。The figure explaining the method of prescription | regulation of the strength of a dorsiflexion force in 1st Embodiment. 第1実施形態において、加速度信号の時間変化波形を示す図。The figure which shows the time change waveform of an acceleration signal in 1st Embodiment. 第1実施形態において、背屈力が異なる場合の歩行時における背屈角度の違いを説明する図。In 1st Embodiment, the figure explaining the difference in the dorsiflexion angle at the time of the walk in case dorsiflexion force differs. 実施形態における加速度信号の時間変化波形及び対応する歩行動作を示す図。The figure which shows the time change waveform of the acceleration signal in embodiment, and corresponding walking motion. 第2実施形態において、加速度−下肢筋力関係の一例を示す図。The figure which shows an example of acceleration-lower limb muscle strength relationship in 2nd Embodiment. 第2実施形態において、加速度−下肢筋力関係の一例を示す図。The figure which shows an example of acceleration-lower limb muscle strength relationship in 2nd Embodiment. 第2実施形態において、加速度−下肢筋力関係の一例を示す図。The figure which shows an example of acceleration-lower limb muscle strength relationship in 2nd Embodiment. 第2実施形態において、加速度−下肢筋力関係の一例を示す図。The figure which shows an example of acceleration-lower limb muscle strength relationship in 2nd Embodiment. 第2実施形態において、加速度−下肢筋力関係の一例を示す図。The figure which shows an example of acceleration-lower limb muscle strength relationship in 2nd Embodiment. 第2実施形態において、加速度−下肢筋力関係の一例を示す図。The figure which shows an example of acceleration-lower limb muscle strength relationship in 2nd Embodiment. 第3実施形態において、一歩時間と減速時間とを図示した説明図。Explanatory drawing which illustrated one step time and deceleration time in 3rd Embodiment. 第3実施形態において、推定指標V1と歩行速度/身長との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between the estimation parameter | index V1 and walking speed / height in 3rd Embodiment. 第3実施形態において、前後加速度が正から負に変わる点から負から正へ変わる点までの前後加速度の積分値を図示した説明図。Explanatory drawing which illustrated the integrated value of the longitudinal acceleration from the point from which a longitudinal acceleration changes from positive to negative to the point from negative to positive in 3rd Embodiment. 第3実施形態において、推定指標V2と歩行速度/身長との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between the estimation parameter | index V2 and walking speed / height in 3rd Embodiment. 第3実施形態において、制動期、加速期、立脚後期を図示した説明図。In 3rd Embodiment, explanatory drawing which illustrated the braking period, the acceleration period, and the late stage of stance. 第3実施形態において、推定指標V3と歩行速度/身長との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between the estimation parameter | index V3 and walking speed / height in 3rd Embodiment. 第3実施形態において、一歩時間における最大速度になる点と最低速度になる点を説明した図。The figure explaining the point used as the maximum speed and the minimum speed in one step time in 3rd Embodiment. 第3実施形態において、推定指標V4と歩行速度/身長との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between the estimation parameter | index V4 and walking speed / height in 3rd Embodiment. 第3実施形態において、制動期、加速期、立脚後期、推定指標V5が示す範囲を図示した説明図。Explanatory drawing which illustrated the range which the braking period, the acceleration period, the stance phase, and the estimation parameter | index V5 show in 3rd Embodiment. 第3実施形態において、推定指標V5と歩行速度/身長との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between the estimation parameter | index V5 and walking speed / height in 3rd Embodiment. 第3実施形態において、制動期、加速期、立脚初期、立脚後期、推定指標V6が示す範囲を図示した説明図。Explanatory drawing which illustrated the range which the braking period, the acceleration period, the initial stage of stance, the late stage of stance, and the estimation parameter | index V6 show in 3rd Embodiment. 第3実施形態において、推定指標V6と歩行速度/身長との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between the estimation parameter | index V6 and walking speed / height in 3rd Embodiment. 第3実施形態において、推定指標V7と歩行速度/身長との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between the estimation parameter | index V7 and walking speed / height in 3rd Embodiment. 推定歩行速度/身長と実測歩行速度/身長との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between estimated walking speed / height and measured walking speed / height. 推定歩行速度/身長と実測歩行速度/身長との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between estimated walking speed / height and measured walking speed / height. 足底接地、足尖離地を図示した説明図。Explanatory drawing which illustrated plantar grounding and toe-off. 推定指標S1と歩幅/身長との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between estimation parameter | index S1 and stride / height. 推定指標S2と歩幅/身長との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between estimation parameter | index S2 and stride / height. 推定指標S3と歩幅/身長との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between estimation parameter | index S3 and stride / height. 踵接地、足尖離地を図示した説明図。Explanatory drawing which illustrated heel grounding and toe-off. 推定歩幅/身長と実測歩幅/身長との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between presumed stride / height and measured stride / height. 推定歩幅/身長と実測歩幅/身長との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between presumed stride / height and measured stride / height. 転倒リスクの段階の一例を示す表。The table | surface which shows an example of the stage of a fall risk. 転倒リスクの段階の他の例を示す表。The table | surface which shows the other example of the stage of a fall risk. 図1に示す歩行解析装置を用いた健康維持増進システムの一例のブロック図。The block diagram of an example of the health maintenance promotion system using the walk analysis apparatus shown in FIG. 図38に示すパソコンの入力画面の一例を示す図。The figure which shows an example of the input screen of the personal computer shown in FIG. 更新前の管理台帳の一部を示す図。The figure which shows a part of management ledger before update. 更新後の管理台帳の一部を示す図。The figure which shows a part of management ledger after an update.

符号の説明Explanation of symbols

10 加速度計(加速度計測手段)
20 演算部
24 CPU(特定期間抽出手段、推定指標算出手段、歩行能力推定手段)
26 ROM(特定期間抽出手段、推定指標算出手段、歩行能力推定手段)
100 歩行解析装置
10 Accelerometer (acceleration measuring means)
20 arithmetic unit 24 CPU (specific period extracting means, estimated index calculating means, walking ability estimating means)
26 ROM (specific period extraction means, estimation index calculation means, walking ability estimation means)
100 walking analysis device

Claims (7)

歩行時における腰部の上下方向における加速度である上下加速度と、歩行時における腰部の前後方向における加速度である前後加速度と、歩行時における腰部の左右方向における加速度である左右加速度とをそれぞれ検出し、それらの時間変化を計測する加速度計測手段と、
前記加速度のうち少なくとも一つの加速度の時間変化に基づいて、歩行時における特定の歩行動作が行われる特定期間を抽出する期間抽出手段と、
前記加速度のうち少なくとも一つの加速度の前記特定期間における時間変化に基づいて、歩行時の歩行能力に関連する推定指標を算出する推定指標算出手段と、
前記推定指標算出手段により算出された推定指標及び予め用意した推定指標と歩行能力との関係を用いて歩行能力を推定する歩行能力推定手段と、
を有することを特徴とする歩行解析装置。
Detect vertical acceleration, which is the acceleration in the vertical direction of the waist during walking, longitudinal acceleration, which is the acceleration in the longitudinal direction of the waist during walking, and lateral acceleration, which is the acceleration in the lateral direction of the waist during walking. Acceleration measuring means for measuring the time change of
A period extracting means for extracting a specific period during which a specific walking action is performed based on a time change of at least one of the accelerations;
An estimated index calculating means for calculating an estimated index related to walking ability at the time of walking based on a time change in the specific period of at least one of the accelerations;
Walking ability estimating means for estimating walking ability using the estimated index calculated by the estimated index calculating means and the relationship between the estimated index prepared in advance and the walking ability;
A gait analysis device characterized by comprising:
前記期間抽出手段は、前記加速度の時間変化に基づいて、特定の歩行動作が行われる時点の中から二つの時点を抽出し、これら二つの時点間を前記特定期間として抽出するものであることを特徴とする請求項1に記載の歩行解析装置。   The period extracting means extracts two time points from the time points when a specific walking motion is performed based on the time change of the acceleration, and extracts between the two time points as the specific time period. The gait analysis apparatus according to claim 1, wherein 前記期間抽出手段は、左右の各足において特定の歩行動作が行われる前記特定期間をそれぞれ抽出するものであり、前記歩行能力推定手段は、左右各足における歩行能力を推定するものであることを特徴とする請求項1又は2項に記載の歩行解析装置。   The period extracting means extracts the specific period during which a specific walking motion is performed on each of the left and right feet, and the walking ability estimating means estimates the walking ability on the left and right legs. The gait analysis apparatus according to claim 1, wherein the gait analysis apparatus is characterized. 歩行時における腰部の上下方向における加速度である上下加速度と、歩行時における腰部の前後方向における加速度である前後加速度と、歩行時における腰部の左右方向における加速度である左右加速度とをそれぞれ検出し、それらの時間変化を計測する加速度計測ステップと、
前記加速度のうち少なくとも一つの加速度の時間変化に基づいて、歩行時における特定の歩行動作が行われる特定期間を抽出する期間抽出ステップと、
前記加速度のうち少なくとも一つの加速度の前記特定期間における時間変化に基づいて、歩行時の歩行能力に関連する推定指標を算出する推定指標算出ステップと、
前記推定指標算出手段により算出された推定指標及び予め用意した前記推定指標と前記歩行能力との関係を用いて歩行能力を推定する歩行能力推定ステップと、
を有することを特徴とする歩行解析方法。
Detect vertical acceleration, which is the acceleration in the vertical direction of the waist during walking, longitudinal acceleration, which is the acceleration in the longitudinal direction of the waist during walking, and lateral acceleration, which is the acceleration in the lateral direction of the waist during walking. An acceleration measurement step for measuring the time change of
A period extracting step of extracting a specific period during which a specific walking motion is performed based on a time change of at least one of the accelerations;
An estimated index calculating step for calculating an estimated index related to walking ability at the time of walking based on a temporal change in the specific period of at least one of the accelerations;
A walking ability estimation step for estimating a walking ability using a relationship between the estimated index calculated by the estimated index calculation means and the estimated index prepared in advance and the walking ability;
A gait analysis method characterized by comprising:
前記期間抽出ステップは、前記加速度の時間変化に基づいて、特定の歩行動作が行われる時点の中から二つの時点を抽出し、これら二つの時点間を前記特定期間として抽出するものであることを特徴とする請求項4に記載の歩行解析方法。   The period extracting step extracts two time points from the time points when a specific walking motion is performed based on the time change of the acceleration, and extracts between the two time points as the specific time period. The walking analysis method according to claim 4, wherein the walking analysis method is characterized. 前記期間抽出ステップは、左右の各足において特定の歩行動作が行われる前記特定期間をそれぞれ抽出するものであり、前記歩行能力推定ステップは、左右各足における歩行能力を推定するものであることを特徴とする請求項4又は5項に記載の歩行解析方法。   The period extracting step is to extract the specific period during which a specific walking motion is performed on each of the left and right feet, and the walking ability estimating step is to estimate the walking ability of the left and right feet. The gait analysis method according to claim 4, wherein the gait analysis method is characterized. 請求項1〜3のいずれかに記載の歩行解析装置を用いて3次元加速度に依拠して判定される前記歩行能力の情報が記憶される情報記憶手段と、前記情報に基づいてポイントを演算するポイント演算手段とを有する健康維持増進システム。   Information storage means for storing information on the walking ability determined by relying on three-dimensional acceleration using the walking analysis device according to any one of claims 1 to 3, and calculating points based on the information A health maintenance and enhancement system having point calculation means.
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