JP2009000391A

JP2009000391A - 歩行評価システム、歩行計、歩行評価プログラムおよび記録媒体

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Publication number: JP2009000391A
Application number: JP2007165712A
Authority: JP
Inventors: Katsu Takehara; 克竹原; Kenji Nishibayashi; 賢二西林
Original assignee: Tanita Corp
Current assignee: Tanita Corp
Priority date: 2007-06-23
Filing date: 2007-06-23
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2027-06-23
Also published as: JP5117123B2; EP2005887A1; EP2005887B1; CN101327125A; DE602008001205D1

Abstract

【課題】歩行の際の足の動きを検出するに際し、コンパクト且つ安価な装置であって、トレーナ等が簡易に取扱うことができ、測定場所を選ぶ必要がない歩行評価システム等を提供する。
【解決手段】歩行計１０は被測定者の歩行に関するデータＤａｔａを測定する加速度センサ１３等の測定器１１を有し、ＰＣ２０はＤａｔａをＵＳＢインタフェース等を介して受取り、推定部２２は受取ったＤａｔａに基づき被測定者の歩行状態を推定する。推定部２２は、サンプリング時間毎の被測定者の足部４０における所定方向の加速度ＡＣＣに基づき、被測定者のけり足の強さを推定するけり足推定部２３、歩行のテンポを推定するテンポ推定部２４、足の高度を推定する高度推定部２５、歩幅推定部２６のいずれか１つ以上を備えている。評価部３０は推定部２２による推定に基づき被測定者の歩行状態を評価し、表示部３１は評価部３０による評価結果を所定の形式で表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定者の歩行に関するデータを測定する測定器を有する歩行計と、この測定器により測定された歩行に関するデータを所定の受取形式により受取可能なコンピュータとを備えた歩行評価システム等に関する。

歩行に使用する筋肉には、脚の持ち上げ等に用いる大腿四頭筋等と、着地時の支えおよびつま先の持ち上げ等に用いる前脛骨筋等と、蹴り出しおよび踵の持ち上げ等に用いる下肢三頭筋等とがある。これらの筋肉が老化により衰えるとすり足となり、転倒する可能性が生じてくる。従来、高齢者または歩行障害を有する人の転倒を予防するために、高齢者等の転倒予防教室において理学療法士または作業療法士等のトレーナが種々の指導を行ってきた。しかし、指導方法はトレーナにより違いがあるため、的確なアドバイス・トレーニングプログラムを作成するためには、歩行の質を数値化することが必要とされていた。このため、歩行の際の足の動きを検出する種々の装置が開発されてきた。

上述の装置の例として、歩行路に圧力マットを敷き、その上を歩行して足の動きを検出する圧力マットを使用した方式の装置がある（非特許文献１参照）。あるいは、暗所等の専用のスタジオにおいて足にマーカ等を装着し、マーカ等の動きを複数のカメラで検出するという光学的手法を用いたモーションキャプチャ方式の装置もある。

"歩行パターン測定システム"、［online］、ニッタ株式会社、［平成１９年６月１１日検索］、インターネット、<URL: http://www.nitta.co.jp/images/product/pdf/tactile_product/gaitscan_pdf>

上述した圧力マットを使用した装置およびモーションキャプチャ方式の装置は、いずれも大掛かりな装置であり、極めて高価な装置であるという問題があった。さらに、圧力マットを使用した装置は圧力マットを敷いたり必要なケーブルを延ばす等の面倒な取扱を要するものであり、トレーナ等が簡単に使用できる装置ではないという問題があった。モーションキャプチャ方式の装置は特別な測定場所を必要とするという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、歩行の際の足の動きを検出するに際し、コンパクト且つ安価な装置であって、トレーナ等が簡易に取扱うことができ、測定場所を選ぶ必要がない歩行評価システム、歩行計等を提供することにある。

この発明の歩行評価システムは、被測定者の歩行に関するデータを測定する測定器を有する歩行計と、該測定器により測定された歩行に関するデータを所定の受取形式により受取可能なコンピュータとを備えた歩行評価システムであって、前記コンピュータは受取った歩行に関するデータに基づき被測定者の歩行状態を推定する推定部を備えたことを特徴とする。

ここで、この発明の歩行評価システムにおいて、前記歩行計は前記測定器として加速度センサを備え、前記歩行に関するデータは該加速度センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度であり、前記推定部は、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度に基づき、被測定者のけり足の強さを推定するけり足推定手段、被測定者の歩行のテンポを推定するテンポ推定手段、被測定者の足の高度を推定する高度推定手段、被測定者の歩幅を推定する歩幅推定手段のいずれか１つ以上を備えることができる。

ここで、この発明の歩行評価システムにおいて、前記歩行計は前記測定器として傾斜センサをさらに備え、前記歩行に関するデータは該傾斜センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の傾斜度をさらに備え、前記推定部は、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度と前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の傾斜度とに基づき、被測定者の足の着地状態を推定する着地推定手段をさらに備えることができる。

ここで、この発明の歩行評価システムにおいて、前記歩行計は前記測定器として角速度センサをさらに備え、前記歩行に関するデータは該角速度センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部の角速度をさらに備え、前記推定部は、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度と前記所定の時間毎の被測定者の足部の角速度とに基づき、被測定者の進行状態を推定する進行状態推定手段をさらに備えることができる。

ここで、この発明の歩行評価システムにおいて、前記歩行計は前記測定器により測定された歩行に関するデータに基づき所定の動作を行う動作手段をさらに備えることができる。

ここで、この発明の歩行評価システムにおいて、前記推定部による推定に基づき被測定者の歩行状態を評価する評価手段をさらに備えることができる。

ここで、この発明の歩行評価システムにおいて、前記評価手段による評価結果を所定の形式で表示する表示手段をさらに備えることができる。

この発明の歩行計は、被測定者の歩行に関するデータを測定する測定器を有する歩行計であって、該測定器により測定された歩行に関するデータは所定の受取形式により受取可能なコンピュータへ受取られ、該コンピュータにより、受取った歩行に関するデータに基づき被測定者の歩行状態が推定されることを特徴とする。

ここで、この発明の歩行計において、前記測定器として加速度センサを備え、前記歩行に関するデータは該加速度センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度であり、前記コンピュータにより、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度に基づき、被測定者のけり足の強さの推定、被測定者の歩行のテンポの推定、被測定者の足の高度の推定、被測定者の歩幅の推定のいずれか１つ以上が推定されることができる。

ここで、この発明の歩行計において、前記測定器として傾斜センサをさらに備え、前記歩行に関するデータは該傾斜センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の傾斜度をさらに備え、前記コンピュータにより、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度と前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の傾斜度とに基づき、被測定者の足の着地状態がさらに推定されることができる。

この発明の歩行計において、前記測定器として角速度センサをさらに備え、前記歩行に関するデータは該角速度センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部の角速度をさらに備え、前記コンピュータにより、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度と前記所定の時間毎の被測定者の足部の角速度とに基づき、被測定者の進行状態がさらに推定されることができる。

ここで、この発明の歩行計において、前記測定器により測定された歩行に関するデータに基づき所定の動作を行う動作手段をさらに備えることができる。

この発明の歩行評価プログラムは、被測定者の歩行に関するデータを測定する測定器を有する歩行計の該測定器により測定された歩行に関するデータを所定の受取形式により受取可能なコンピュータが歩行評価を行うための歩行評価プログラムであって、前記コンピュータを、受取った歩行に関するデータに基づき被測定者の歩行状態を推定する推定部として機能させるための歩行評価プログラムである。

ここで、この発明の歩行評価プログラムにおいて、前記歩行計は前記測定器として加速度センサを備え、前記歩行に関するデータは該加速度センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度であり、前記推定部は、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度に基づき、被測定者のけり足の強さを推定するけり足推定手段、被測定者の歩行のテンポを推定するテンポ推定手段、被測定者の足の高度を推定する高度推定手段、被測定者の歩幅を推定する歩幅推定手段のいずれか１つ以上を備えることができる。

ここで、この発明の歩行評価プログラムにおいて、前記歩行計は前記測定器として傾斜センサをさらに備え、前記歩行に関するデータは該傾斜センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の傾斜度をさらに備え、前記推定部は、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度と前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の傾斜度とに基づき、被測定者の足の着地状態を推定する着地推定手段をさらに備えることができる。

ここで、この発明の歩行評価プログラムにおいて、前記歩行計は前記測定器として角速度センサをさらに備え、前記歩行に関するデータは該角速度センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部の角速度をさらに備え、前記推定部は、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度と前記所定の時間毎の被測定者の足部の角速度とに基づき、被測定者の進行状態を推定する進行状態推定手段をさらに備えることができる。

ここで、この発明の歩行評価プログラムにおいて、前記推定部による推定に基づき被測定者の歩行状態を評価する評価手段をさらに備えることができる。

ここで、この発明の歩行評価プログラムにおいて、前記評価手段による評価結果を所定の形式で表示する表示手段をさらに備えることができる。

この発明の記録媒体は、本発明のいずれかの歩行評価プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体である。

本発明の歩行評価システム等によれば、歩行計は被測定者の歩行に関するデータを測定する測定器を有している。ＰＣは、測定器により測定された歩行に関するデータをＵＳＢインタフェース等を介して受取る。ＰＣの推定部は受取った歩行に関するデータに基づき被測定者の歩行状態を推定する。歩行計は測定器として小型の加速度センサを備えている。歩行計は測定器として小型で軽量の傾斜センサをさらに備えることができる。傾斜センサ歩行計は測定器としてワンチップ封止型の小型の角速度センサをさらに備えることができる。この結果、歩行計をコンパクト且つ安価な装置とすることが可能である。歩行計は被測定者の足部に装着するだけで被測定者の歩行に関するデータを測定することができるため、トレーナおよび被測定者が簡易に取扱うことができ、測定場所を選ぶ必要がなく、被測定者の普段の生活の中で測定することができるという効果がある。推定部は、サンプリング時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度に基づき、被測定者のけり足の強さを推定するけり足推定部、歩行のテンポを推定するテンポ推定部、足の高度を推定する高度推定部、歩幅推定部のいずれか１つ以上を備えている。推定部は、サンプリング時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度とサンプリング時間毎の被測定者の足部における所定方向の傾斜度とに基づき、被測定者の足部の着地状態を推定する着地推定部をさらに備えることができる。推定部は、サンプリング時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度とサンプリング時間毎の被測定者の足部の角速度とに基づき、被測定者の進行状態を推定する進行状態推定部をさらに備えることができる。ＰＣは、推定部による推定に基づき被測定者の歩行状態を評価する評価部と、評価部による評価結果を所定の形式で表示する表示部とをさらに備えている。評価部と表示部とにより、被測定者の歩行を視覚化して表示することができる。以上のように、歩行評価システムは歩行計により測定された歩行に関するデータから自動的に種々の評価を視覚的に表示することができるため、トレーナ等は簡易に歩行評価システムを取扱うことができる。この結果、トレーナ等は被測定者の歩行状態を容易に把握することができ、高齢者等の歩行トレーニングのスクリーニングを容易に行うことができ、指導内容の明確化することができるという効果がある。

以下、各実施例について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１における歩行評価システム１を示す。図１において、符号４０は被測定者の足部、１０は被測定者の足部４０に装着された歩行計、２０は被測定者の歩行に関するデータＤａｔａを受取り、種々の推定および評価等を行うパーソナルコンピュータＰＣ、３５はＰＣ２０のディスプレイ等の表示装置である。図１に示されるように、足部４０としては足の甲部が好適である。歩行計１０は被測定者の片足（利き足）に１台だけ装着すれば十分であるが、両足に装着してもよい。図１の歩行計１０の内部ブロック１１に示されるように、歩行計１０は被測定者の歩行に関するデータを測定する測定器１２を有している。ＰＣ２０は、測定器１２により測定された歩行に関するデータＤａｔａを所定の受取形式により受取可能である。所定の受取形式としては、例えば歩行計とＰＣ２０とをＵＳＢ（Universal Serial Bus）インタフェース等により有線接続して、歩行に関するデータＤａｔａを歩行計１０からＰＣ２０へ送信する方式が好適である。所定の受取形式として無線を用いてもよい。図１のＰＣ２０の機能を示す機能ブロック２１に示されるように、ＰＣ２０は受取った歩行に関するデータＤａｔａに基づき被測定者の歩行状態を推定する推定部２２を備えている。

以下、測定器１２の種別と、測定器１２により測定された歩行に関するデータＤａｔａに基づき推定部２２が行う推定とについて説明する。図１の内部ブロック１１に示されるように、歩行計１０は測定器１２として加速度センサ１３を備えている。加速度センサ１３としてはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて作製された３次元加速度センサが好適である。加速度センサ１３を用いた場合、歩行に関するデータＤａｔａは加速度センサ１３により測定されたサンプリング時間（所定の時間）毎の被測定者の足部４０における所定方向の加速度ＡＣＣである。推定部２２は、サンプリング時間毎の被測定者の足部４０における所定方向の加速度ＡＣＣに基づき、被測定者のけり足の強さを推定するけり足推定部（けり足推定手段）２３、歩行のテンポを推定するテンポ推定部（テンポ推定手段）２４、足の高度を推定する高度推定部（高度推定手段）２５、歩幅推定部（歩幅推定手段）２６のいずれか１つ以上を備えている。

ここで、足部４０の動きと加速度ＡＣＣとの関係について簡単に説明する。図２は、足部４０の動きと加速度ＡＣＣとの関係について説明するための図である。図２に示されるように、被測定者の進行方向は矢印Ａで示される方向である。図２（Ａ）は被測定者の足部４０の動きを示し、縦軸は地面からの高度、横軸はサンプリング時間である。図２（Ｂ）は被測定者の足部４０の動きに伴う進行方向加速度ＡＣＣｘの変化を示し、縦軸は進行方向加速度ＡＣＣｘの強さ、横軸はサンプリング時間である。図２（Ｃ）は被測定者の足部４０の動きに伴う縦方向加速度ＡＣＣｚの変化を示し、縦軸は縦方向加速度ＡＣＣｚの強さ、横軸はサンプリング時間である。上述した所定方向の加速度ＡＣＣとは進行方向の加速度ＡＣＣｘおよび縦方向の加速度ＡＣＣｚであるが、いずれか一方のみでよい場合もある。

図２（Ａ）に示されるように、符号Ｓで示されるサンプリング時間から体の後側にあった足部４０がけり足により動き始め、符号Ｍで示されるサンプリング時間で足部４０が体に引き付けられることによりその高さが最大となり、符号Ｅで示されるサンプリング時間で足部４０が体の前側に進んで地面に着地する。図２（Ｂ）に示されるように、進行方向加速度ＡＣＣｘは符号Ｓで示されるサンプリング時間からけり足により進行するため０から強くなり始め、符号ＳとＭとの間付近でピークＰ１の強さとなり、その後、足部４０が体に引き付けられ減速することにより減少し、符号Ｍで示されるサンプリング時間で足部４０が体に引き付けられることにより０となる。続いて進行方向加速度ＡＣＣｘは、足部４０が体の前側へ進むため強くなり始め、符号ＭとＥとの間付近でピークＰ２の強さとなり、その後、足部４０が着地に近づくため減速することにより減少し、符号Ｅで示されるサンプリング時間で足部４０が着地することにより０となる。図２（Ｃ）に示されるように、縦方向加速度ＡＣＣｚは符号Ｓで示されるサンプリング時間からけり足により上昇するため０から正方向へ強くなり始め、符号ＳとＭとの間付近でピークＰ３の強さとなり、その後、足部４０が体に引き付けられ減速することにより減少し、符号Ｍで示されるサンプリング時間で足部４０が体に引き付けられることにより０となる。続いて縦方向加速度ＡＣＣｚは、足部４０が下降するため負方向へ強くなり始め、符号ＭとＥとの間付近でピークＰ４の強さとなり、その後、足部４０が着地に近づくため減速することにより減少し、符号Ｅで示されるサンプリング時間で足部４０が着地することにより０となる。推定部２２の各推定部２３等は、サンプリング時間毎の被測定者の足部４０における進行方向加速度ＡＣＣｘ（所定方向の加速度）に基づき、歩行の開始時間（符号Ｓで示されるサンプリング時間。以下、「歩行の開始時間Ｓ」と略す。）と終了時間（符号Ｅで示されるサンプリング時間以下、「歩行の終了時間Ｅ」と略す。）とを得ることができる。

けり足推定部２３は、図２（Ｃ）に示される歩行の開始時間Ｓにおける縦方向加速度ＡＣＣｘの強さ（＝０）とピークＰ３におけるサンプリング時間および縦方向加速度ＡＣＣｚの強さ（＝Ｈ）とから被測定者のけり足の強さを推定することができる。上述のように、歩行の開始時間Ｓはサンプリング時間毎の被測定者の足部４０における進行方向加速度ＡＣＣｘに基づき得ることができる。

テンポ推定部２４は、図２（Ａ）の歩行の終了時間Ｅと符号Ｅ’で示される次の着地におけるサンプリング時間との間の時間Ｔから歩行のテンポを推定することができる。上述のように、着地はサンプリング時間毎の被測定者の足部４０における進行方向加速度ＡＣＣｘに基づき得ることができる。時間Ｔからは歩数の推定も可能である。

足部４０の高度は例えば超音波センサ等を利用した高度センサ（不図示）を用いて測定することができる。あるいは、高度推定部２５が図２（Ｃ）に示されるピークＰ３における縦方向加速度ＡＣＣｚの強さＨと足部４０がピークＰ３に達するまでの時間（ｔ）とから足部４０の縦方向の平均速度を得て、この平均速度と時間ｔとから足部４０の高度を推定することもできる。

歩幅推定部２６は、図２（Ｂ）に示される歩行の開始時間Ｓから歩行の終了時間Ｅまでの進行方向加速度ＡＣＣｘと終了時間Ｅから開始時間Ｓを引いた時間Ｌ（歩行時間）とから足部４０の進行方向の平均速度を得て、この平均速度と時間Ｌとから足部４０の進行距離である歩幅を推定することもできる。上述のように、歩行の開始時間Ｓおよび終了時間Ｅはサンプリング時間毎の被測定者の足部４０における進行方向加速度ＡＣＣｘに基づき得ることができる。

歩行計１０は測定器１２として傾斜センサ１４をさらに備えることができる。傾斜センサ１４としては小型で軽量のセンサが好適である。傾斜センサ１４を用いた場合、歩行に関するデータＤａｔａには傾斜センサ１４により測定されたサンプリング時間毎の被測定者の足部４０における縦方向（所定方向）の傾斜度ＣＬＩがさらに加えられる。推定部２２は、サンプリング時間毎の被測定者の足部４０における所定方向の加速度ＡＣＣとサンプリング時間毎の被測定者の足部４０における所定方向の傾斜度ＣＬＩとに基づき、被測定者の足部４０の着地状態を推定する着地推定部（着地推定手段）２７をさらに備えることができる。着地推定部２７が推定する着地状態としては、踵で着地したかどうかが挙げられる。上述のように、着地はサンプリング時間毎の被測定者の足部４０における進行方向加速度ＡＣＣｘに基づき得ることができる。着地推定部２７は、着地時に傾斜センサ１４により測定された足部４０の縦方向の傾斜度ＣＬＩから踵で着地したかどうかを推定することができる。例えば、図２に示される進行方向Ａで足部４０が水平の時の縦方向の傾斜度ＣＬＩを０°とすると、踵で着地した場合は縦方向の傾斜度ＣＬＩは正の３０°程度となるが、すり足等でつま先から着地した場合は縦方向の傾斜度ＣＬＩは負の３０°程度となる。以上のようにして、着地推定部２７は縦方向の傾斜度ＣＬＩの正負および角度から踵で着地したかどうかを推定することができる。

歩行計１０は測定器１２として角速度センサ１５をさらに備えることができる。角速度センサ１５としては、ワンチップ封止型の小型の角速度センサ等が好適である。角速度センサ１５を用いた場合、歩行に関するデータＤａｔａは角速度センサ１５により測定されたサンプリング時間毎の被測定者の足部４０の角速度ＡＮＧがさらに加えられる。推定部２２は、サンプリング時間毎の被測定者の足部４０における所定方向の加速度ＡＣＣとサンプリング時間毎の被測定者の足部の角速度ＡＮＧとに基づき、被測定者の進行状態を推定する進行状態推定部（進行状態推定手段）２８をさらに備えることができる。進行状態推定部２８が推定する進行状態としては、被測定者の歩行がふらついているかどうかが挙げられる。上述のように、加速度センサ１３として３次元加速度センサを用いれば、被測定者の進行方向の平面上の移動状態を推定することができる。これに加えてさらに角速度センサ１５を用いることにより、足部４０の回転状態を得ることができるため、被測定者の歩行がふらついているかどうかを推定することができる。

ＰＣ２１は、推定部２２による推定に基づき被測定者の歩行状態を評価する評価部（評価手段）３０と、評価部３０による評価結果を所定の形式で表示する表示部（表示手段）３１とをさらに備えている。図３は、評価部３０による評価結果を表示部３１がディスプレイ等の表示装置３５に表示した例を示す。上記所定の形式としては、以下で説明する図３に示されるような表形式５０が挙げられる。図３で、符号５１は推定部２２により推定された各種の歩行状態等の欄であり、上から歩幅推定部２６により推定された被測定者の歩幅、着地推定部２７により推定された被測定者の足の着地（状態）、けり足推定部２３により推定された被測定者のけり足（の強さ）、テンポ推定部２４により推定された被測定者の歩行のテンポであり、最後は評価部３０による総合（評価）を示す。符号５２は評価部３０による評価を示す評価欄であり、図３に示されるように、被測定者の歩行状態が０から１００％までのどの程度にあるかをＬｅｖｅｌで示している。具体的には、評価部３０は被測定者と同性で同年齢または同年代の歩幅等の歩行状態の平均を５０％とした場合、被測定者の歩幅等の歩行状態をＬｅｖｅｌで示す。評価部３０は、各種の歩行状態を総合評価した結果を評価欄５２の最後に示す。具体的には、各種の歩行状態のＬｅｖｅｌの平均または重み付け平均を示す。符号５３は評価部３０が評価欄５２にＬｅｖｅｌにより示した評価に付け加えるコメント欄である。図３では簡略して総合評価についてのコメントのみ示す。図３に示されるように、被測定者は着地状態を除き他の歩行状態は平均を上回っているため、「あなたの歩行は問題ないレベルです。ただし、踵からの着地をより意識してください。」というコメントが付け加えられている。以上のように、評価部３０は、予めＰＣ２０に記録された性別、年齢、年代毎の歩幅等の歩行状態の平均を用いて、推定部２２による推定に基づき被測定者の各種の歩行状態をＬｅｖｅｌにより評価し、さらに予めＰＣ２０に記録されたＬｅｖｅｌに対応したコメントを適宜選択する。表示部３１は、評価部３０による評価（Ｌｅｖｅｌ）とコメントとを図３に示されるような表形式５０でディスプレイ等の表示装置３５に表示する。

図４は、評価部３０による評価結果を表示部３１がディスプレイ等の表示装置３５に表示した別の例を示す。図４（Ａ）は正しい歩行状態の被測定者の例を示し、図４（Ｂ）はすり足の歩行状態の被測定者の例を示し、歩行は右から左側へ行われているものとする。図４（Ａ）で、符号４５は地面または床面、Ｆ１ないしＦ９はサンプリング時間毎の被測定者の足部４０、ＦＳは踏切の状態、ＦＥは着地の状態、ＦＬは歩幅を示す。図４（Ｂ）で、符号４５は図４（Ａ）と同様に地面または床面、Ｗ１ないしＷ８はサンプリング時間毎の被測定者の足部４０、ＷＳは踏切の状態、ＷＥは着地の状態、ＷＬは歩幅を示す。評価部３０は、推定部２２による推定に基づき、被測定者の歩行状態をサンプリング時間毎の足の形状として画像表示可能なように画像データを計算（評価）することができる。表示部３１は、評価部３０により計算された画像データ（評価結果）を図４（Ａ）および（Ｂ）に示されるように表示することができる。すなわち、評価部３０と表示部３１とにより、被測定者の歩行を視覚化することができる。図４（Ａ）および（Ｂ）を比較すると、すり足の歩行状態の被測定者の踏切ＷＳは正しい歩行状態の被測定者の踏切ＦＳより足部４０の角度が小さく、踏切が弱いことが示されている。すり足の歩行状態の被測定者の着地ＷＥはつま先から行われているのに対し、正しい歩行状態の被測定者の着地ＦＥは踵から行われていることが示されている。すり足の歩行状態の被測定者の歩幅ＷＬは正しい歩行状態の被測定者の歩幅ＦＬより短いことが示されている。図４では被測定者の歩行状態を平面的に示したが、立体的に示すことも可能である。図４では２人の比較を示したが、３人以上の比較を示すこともできる。

図５は、本発明の歩行評価プログラムの機能の流れをフローチャートで示す。図５で左側のフローチャートは歩行計１０の機能の流れを示し、右側のフローチャートはＰＣ２０の機能の流れを示し、歩行計１０からＰＣ２０への送信は点線で示す。まず、概略を説明すると、図５に示されるように、歩行計１０が被測定者の歩行に関するデータＤａｔａを測定器１２により測定し、測定した歩行に関するデータＤａｔａを上述したＵＳＢインタフェース等を介してＰＣ２０へ送信する(ステップＳ１０)。ＰＣ２０の推定部２２は送信された歩行に関するデータＤａｔａに基づき被測定者の歩行状態を推定する（ステップＳ２０）。その後、評価部３０が被測定者の歩行状態を評価し（ステップＳ２４）、表示部３１は評価結果を表示する（ステップＳ２５）。

次に詳細に説明する。まず、加速度センサ１３がサンプリング時間毎の被測定者の足部４０における所定方向の加速度ＡＣＣを測定する。このサンプリング時間毎の加速度ＡＣＣはＰＣ２０へ上述したＵＳＢインタフェース等を介してＰＣ２０へ送信される（以上、ステップＳ１１）。ＰＣ２０は送信されたサンプリング時間毎の加速度ＡＣＣに基づき、けり足推定部２３による被測定者のけり足の強さの推定、テンポ推定部２４による被測定者の歩行のテンポの推定、高度推定部２５による被測定者の足の高度の推定、歩幅推定部２６による被測定者の歩幅の推定のいずれか１以上が実行される（ステップＳ２１）。

さらに傾斜センサ１４が、サンプリング時間毎の被測定者の足部４０における所定方向の傾斜度ＣＬＩを測定する。このサンプリング時間毎の傾斜度ＣＬＩはＰＣ２０へ上述したＵＳＢインタフェース等を介してＰＣ２０へ送信される（以上、ステップＳ１２）。着地推定部２７は送信されたサンプリング時間毎の加速度ＡＣＣと送信されたサンプリング時間毎の傾斜度ＣＬＩとに基づき、被測定者の足の着地状態を推定する（ステップＳ２２）。

さらに角速度センサ１５が、サンプリング時間毎の被測定者の足部４０の角速度ＡＮＧを測定する。このサンプリング時間毎の角速度ＡＮＧはＰＣ２０へ上述したＵＳＢインタフェース等を介してＰＣ２０へ送信される（以上、ステップＳ１３）。進行状態推定部２８は送信されたサンプリング時間毎の加速度ＡＣＣと送信されたサンプリング時間毎の角速度ＡＮＧとに基づき、被測定者の進行状態を推定する（ステップＳ２３）。

評価部３０は、上述したステップＳ２１ないしＳ２３の推定に基づき被測定者の歩行状態を評価する（ステップＳ２４）。表示部３１は、ステップＳ２４の評価結果を所定の形式で表示する（ステップＳ２５）。

以上より、本発明の実施例１によれば、歩行計１０は被測定者の歩行に関するデータを測定する測定器１２を有している。ＰＣ２０は、測定器１２により測定された歩行に関するデータＤａｔａをＵＳＢインタフェース等を介して受取る。ＰＣ２０の推定部２２は受取った歩行に関するデータＤａｔａに基づき被測定者の歩行状態を推定する。歩行計１０は測定器１２として加速度センサ１３を備えている。加速度センサ１３としてはＭＥＭＳ技術を用いて作製された３次元加速度センサが好適である。歩行計１０は測定器１２として傾斜センサ１４をさらに備えることができる。傾斜センサ１４としては小型で軽量のセンサが好適である。歩行計１０は測定器１２として角速度センサ１５をさらに備えることができる。角速度センサ１５としては、ワンチップ封止型の小型の角速度センサ等が好適である。この結果、歩行計１０をコンパクト且つ安価な装置とすることが可能である。歩行計１０は歩行の際の足の動きを検出するに際し被測定者の足部４０に装着するだけで被測定者の歩行に関するデータを測定することができるため、トレーナおよび被測定者が簡易に取扱うことができ、測定場所を選ぶ必要がなく、被測定者の普段の生活の中で測定することができる。

推定部２２は、サンプリング時間毎の被測定者の足部４０における所定方向の加速度ＡＣＣに基づき、被測定者のけり足の強さを推定するけり足推定部２３、被測定者の歩行のテンポを推定するテンポ推定部２４、被測定者の足の高度を推定する高度推定部２５、被測定者の歩幅を推定する歩幅推定部２６のいずれか１つ以上を備えている。推定部２２は、サンプリング時間毎の被測定者の足部４０における所定方向の加速度ＡＣＣとサンプリング時間毎の被測定者の足部４０における所定方向の傾斜度ＣＬＩとに基づき、被測定者の足部４０の着地状態を推定する着地推定部２７をさらに備えることができる。推定部２２は、サンプリング時間毎の被測定者の足部４０における所定方向の加速度ＡＣＣとサンプリング時間毎の被測定者の足部の角速度ＡＮＧとに基づき、被測定者の進行状態を推定する進行状態推定部２８をさらに備えることができる。ＰＣ２１は、推定部２２による推定に基づき被測定者の歩行状態を評価する評価部３０と、評価部３０による評価結果を所定の形式で表示する表示部３１とをさらに備えている。評価部３０は、予めＰＣ２０に記録された性別、年齢、年代毎の歩幅等の歩行状態の平均を用いて、推定部２２による推定に基づき被測定者の各種の歩行状態をＬｅｖｅｌにより評価し、さらに予めＰＣ２０に記録されたＬｅｖｅｌに対応したコメントを適宜選択する。表示部３１は、評価部３０による評価（Ｌｅｖｅｌ）とコメントとを表形式５０でディスプレイ等の表示装置３５に表示する。あるいは、評価部３０と表示部３１とにより、被測定者の歩行を視覚化して表示することもできる。以上のように、歩行評価システム１は歩行計１０により測定された歩行に関するデータＤａｔａから自動的に種々の評価を視覚的に表示することができるため、トレーナ等は簡易に歩行評価システム１を取扱うことができる。この結果、トレーナ等は被測定者の歩行状態を容易に把握することができ、高齢者等の歩行トレーニングのスクリーニングを容易に行うことができ、指導内容の明確化することができる。

歩行計１０は、測定器１２により測定された歩行に関するデータＤａｔａに基づき所定の動作を行う動作部（動作手段）１６をさらに備えることができる。動作部１６としては振動等の動作を行う装置、ブザー等の音声出力動作を行う装置、光等を発する動作を行う装置等またはこれらの装置を組合せた装置等を挙げることができる。歩行計１０は、測定器１２により測定された歩行に関するデータＤａｔａ（加速度センサ１３により測定された加速度ＡＣＣおよび傾斜センサ１４により測定された傾斜度ＣＬＩ）から例えば被測定者がすり足状態であることを検出した場合、振動等の動作を行うことができる。検出は上述した着地推定部２７等の機能を歩行計１０に組み込んでおけばよい。この結果、被測定者は歩行計１０を装着していることにより、普段の生活の中で自分の歩行状態を容易に把握することができる。

図６は、上述した各実施例を実現するための本発明のコンピュータ・プログラムを実行するＰＣ２０のコンピュータの内部回路６０を示すブロック図である。図６に示されるように、ＣＰＵ６１、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、画像制御部６６、コントローラ６７、入力制御部６９および外部インタフェース（Ｉ／Ｆ）部７１はバス７２に接続されている。図６において、上述の本発明のコンピュータ・プログラムは、ＲＯＭ６２、ディスク６８ａまたはＣＤ−ＲＯＭ６８ｎ等の記録媒体（脱着可能な記録媒体を含む）に記録されている。ディスク６８ａには評価部３０が用いる性別、年齢、年代毎の歩幅等の歩行状態の平均、Ｌｅｖｅｌに対応したコメント等を記録しておくことができる。本発明のコンピュータ・プログラムは、ＲＯＭ６２からバス７２を介し、またはディスク６８ａ若しくはＣＤ−ＲＯＭ６８ｎ等の記録媒体からコントローラ６７を経由してバス７２を介しＲＡＭ６３へロードされる。入力制御部６９は、マウス、テンキー等の入力操作部７０と接続され入力制御等を行う。画像メモリであるＶＲＡＭ６５はディスプレイ等の表示装置３５の少なくとも一画面分のデータ容量に相当する容量を有しており、画像制御部６６はＶＲＡＭ６５のデータを画像データへ変換して表示装置３５へ送出する機能を有している。外部Ｉ／Ｆ部７１は、歩行計１０との間のＵＳＢ等の入出力インタフェース機能を有する。

上述のようにＣＰＵ６１が上述の本発明のコンピュータ・プログラムを実行することにより、本発明の目的を達成することができる。当該コンピュータ・プログラムは上述のようにＣＤ−ＲＯＭ６８ｎ等の記録媒体の形態でコンピュータＣＰＵ６１に供給することができ、当該コンピュータ・プログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ６８ｎ等の記録媒体も同様に本発明を構成することになる。当該コンピュータ・プログラムを記録した記録媒体としては上述された記録媒体の他に、例えばメモリ・カード、メモリ・スティック、ＤＶＤ、光ディスク、ＦＤ等を用いることができる。

本発明の活用例として、高齢者等の転倒予防教室において理学療法士または作業療法士等のトレーナが種々の指導を行う場合への適用が挙げられる。

本発明の実施例１における歩行評価システム１を示す図である。足部４０の動きと加速度ＡＣＣとの関係について説明するための図である。評価部３０による評価結果を表示部３１がディスプレイ等の表示装置３５に表示した例を示す図である。評価部３０による評価結果を表示部３１がディスプレイ等の表示装置３５に表示した別の例を示す図である。本発明の歩行評価プログラムの機能の流れを示すフローチャートである。上述した各実施例を実現するための本発明のコンピュータ・プログラムを実行するＰＣ２０のコンピュータの内部回路６０を示すブロック図である。

符号の説明

１歩行評価システム、１０歩行計、１１内部ブロック、１２測定器、１３加速度センサ、１４傾斜センサ、１５角速度センサ、１６動作部、２０ＰＣ、２１機能ブロック、２２推定部、２３けり足推定部、２４テンポ推定部、２５高度推定部、２６歩幅推定部、２７着地推定部、２８進行状態推定部、３０評価部、３１表示部、３５表示装置、４０足部、４５地面または床面、５０表、５１歩行状態等の欄、５２評価欄、５３コメント欄、６０内部回路、６１ＣＰＵ、６２ＲＯＭ、６３ＲＡＭ、６４表示部、６５ＶＲＡＭ、６６画像制御部、６７コントローラ、６８ａディスク、６８ｎＣＤ−ＲＯＭ、６９入力制御部、７０入力操作部、７１外部Ｉ／Ｆ部、７２バス。

Claims

被測定者の歩行に関するデータを測定する測定器を有する歩行計と、該測定器により測定された歩行に関するデータを所定の受取形式により受取可能なコンピュータとを備えた歩行評価システムであって、
前記コンピュータは受取った歩行に関するデータに基づき被測定者の歩行状態を推定する推定部を備えたことを特徴とする歩行評価システム。
請求項１記載の歩行評価システムにおいて、
前記歩行計は前記測定器として加速度センサを備え、前記歩行に関するデータは該加速度センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度であり、
前記推定部は、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度に基づき、被測定者のけり足の強さを推定するけり足推定手段、被測定者の歩行のテンポを推定するテンポ推定手段、被測定者の足の高度を推定する高度推定手段、被測定者の歩幅を推定する歩幅推定手段のいずれか１つ以上を備えたことを特徴とする歩行評価システム。
請求項２記載の歩行評価システムにおいて、
前記歩行計は前記測定器として傾斜センサをさらに備え、前記歩行に関するデータは該傾斜センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の傾斜度をさらに備え、
前記推定部は、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度と前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の傾斜度とに基づき、被測定者の足の着地状態を推定する着地推定手段をさらに備えたことを特徴とする歩行評価システム。
請求項２又は３記載の歩行評価システムにおいて、
前記歩行計は前記測定器として角速度センサをさらに備え、前記歩行に関するデータは該角速度センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部の角速度をさらに備え、
前記推定部は、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度と前記所定の時間毎の被測定者の足部の角速度とに基づき、被測定者の進行状態を推定する進行状態推定手段をさらに備えたことを特徴とする歩行評価システム。
請求項２乃至４のいずれかに記載の歩行評価システムにおいて、前記歩行計は前記測定器により測定された歩行に関するデータに基づき所定の動作を行う動作手段をさらに備えたことを特徴とする歩行評価システム。
請求項２乃至５のいずれかに記載の歩行評価システムにおいて、前記推定部による推定に基づき被測定者の歩行状態を評価する評価手段をさらに備えたことを特徴とする歩行評価システム。
請求項６記載の歩行評価システムにおいて、前記評価手段による評価結果を所定の形式で表示する表示手段をさらに備えたことを特徴とする歩行評価システム。
被測定者の歩行に関するデータを測定する測定器を有する歩行計であって、該測定器により測定された歩行に関するデータは所定の受取形式により受取可能なコンピュータへ受取られ、該コンピュータにより、受取った歩行に関するデータに基づき被測定者の歩行状態が推定されることを特徴とする歩行計。
請求項８記載の歩行計において、前記測定器として加速度センサを備え、前記歩行に関するデータは該加速度センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度であり、
前記コンピュータにより、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度に基づき、被測定者のけり足の強さの推定、被測定者の歩行のテンポの推定、被測定者の足の高度の推定、被測定者の歩幅の推定のいずれか１つ以上が推定されることを特徴とする歩行計。
請求項９記載の歩行計において、前記測定器として傾斜センサをさらに備え、前記歩行に関するデータは該傾斜センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の傾斜度をさらに備え、
前記コンピュータにより、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度と前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の傾斜度とに基づき、被測定者の足の着地状態がさらに推定されることを特徴とする歩行計。
請求項９又は１０記載の歩行計において、前記測定器として角速度センサをさらに備え、前記歩行に関するデータは該角速度センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部の角速度をさらに備え、
前記コンピュータにより、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度と前記所定の時間毎の被測定者の足部の角速度とに基づき、被測定者の進行状態がさらに推定されることを特徴とする歩行計。
請求項９乃至１１のいずれかに記載の歩行計において、前記測定器により測定された歩行に関するデータに基づき所定の動作を行う動作手段をさらに備えたことを特徴とする歩行計。
被測定者の歩行に関するデータを測定する測定器を有する歩行計の該測定器により測定された歩行に関するデータを所定の受取形式により受取可能なコンピュータが歩行評価を行うための歩行評価プログラムであって、
前記コンピュータを、受取った歩行に関するデータに基づき被測定者の歩行状態を推定する推定部として機能させるための歩行評価プログラム。
請求項１３記載の歩行評価プログラムにおいて、
前記歩行計は前記測定器として加速度センサを備え、前記歩行に関するデータは該加速度センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度であり、
前記推定部は、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度に基づき、被測定者のけり足の強さを推定するけり足推定手段、被測定者の歩行のテンポを推定するテンポ推定手段、被測定者の足の高度を推定する高度推定手段、被測定者の歩幅を推定する歩幅推定手段のいずれか１つ以上を備えたことを特徴とする歩行評価プログラム。
請求項１４記載の歩行評価プログラムにおいて、
前記歩行計は前記測定器として傾斜センサをさらに備え、前記歩行に関するデータは該傾斜センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の傾斜度をさらに備え、
前記推定部は、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度と前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の傾斜度とに基づき、被測定者の足の着地状態を推定する着地推定手段をさらに備えたことを特徴とする歩行評価プログラム。
請求項１４又は１５記載の歩行評価プログラムにおいて、
前記歩行計は前記測定器として角速度センサをさらに備え、前記歩行に関するデータは該角速度センサにより測定された所定の時間毎の被測定者の足部の角速度をさらに備え、
前記推定部は、前記所定の時間毎の被測定者の足部における所定方向の加速度と前記所定の時間毎の被測定者の足部の角速度とに基づき、被測定者の進行状態を推定する進行状態推定手段をさらに備えたことを特徴とする歩行評価プログラム。
請求項１４乃至１６のいずれかに記載の歩行評価プログラムにおいて、前記推定部による推定に基づき被測定者の歩行状態を評価する評価手段をさらに備えたことを特徴とする歩行評価プログラム。
請求項１７記載の歩行評価プログラムにおいて、前記評価手段による評価結果を所定の形式で表示する表示手段をさらに備えたことを特徴とする歩行評価プログラム。
請求項１３乃至１８のいずれかに記載の歩行評価プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。