JP2009219508A - 歩行訓練方法及び歩行訓練システム - Google Patents

Abstract

【課題】 被験者が現有の身体能力を活かして環境適応を学習することができる歩行訓練方法及び歩行訓練システムを提供する。
【解決手段】 歩行訓練システム１は、被験者９が歩行するための自走式トレッドミル２と、自走式トレッドミル２のローラ回転数を検出するロータリーエンコーダ３と、ロータリーエンコーダ３の回転数と連動して、データ蓄積手段７から読み出された歩行コースの映像データを被験者９に表示する映像表示手段５と、被験者９に非接触で被験者９の足先９０の高さ９０ｈを検出する光センサ４と、上記ロータリーエンコーダ３の回転数と連動してローラ回転開始時点からの歩行経過時間８ｔを計測するタイマー８と、少なくとも上記映像表示手段５と上記データ蓄積手段７を制御する制御手段６を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、歩行訓練方法及び歩行訓練システムに関する。

歩行（又は走行）時の被験者への負荷を測定する装置としては、トレッドミル(treadmill)が知られている。トレッドミルは複数のローラ（通常２つのローラ）にコンベヤベルトが架け渡され、単位時間あたりのローラ回転数を変えることのできる無限走行のベルト機構からなり、被験者の脚でベルトを後方に蹴る力でベルトを回転させながら歩行する自走式と、電動モータで強制的に回転させたベルトと反対方向に被験者が走行する電動式がある。自走式トレッドミルは、健常者の歩行訓練の他、足を骨折した障害者のリハビリに使用される。なお本明細書では、被験者の脚力のみでベルトを回転させながら歩行する装置と被験者の脚力を電動モータ等で補助してベルトを回転させやすくする装置の両方を自走式トレッドミルと定義する。

人が転倒などにより足を骨折した場合、入院中に足回りの筋力が衰えるため、一定期間のリハビリ(rehabilitation)が必要となる。いっぽう、高齢者が転倒などにより足を骨折した場合には、その身体機能（身体能力）を一定期間内に高めることは容易ではなく、高齢者が転倒などにより足を骨折すると、リハビリの期間が長くなり、退院（退所）時期が長引いてしまうという実態がある。また、従来の自走式トレッドミルは、無限走行のベルトが回転するだけの単調な装置であり、被験者が短時間で飽きてしまい、歩行訓練を継続し難いという問題点がある。

また、転倒予防として環境適応のための学習効果があるリハビリを行わないと、例えば自宅等で障害物につまずき、転倒して足を骨折した高齢者が、退院後に自宅等で障害物に再度つまずき、転倒して足を骨折してしまい、入退院を繰り返す危険がある。

そこで本発明者は、高齢者が転倒して足を骨折した場合に、いかにして転倒予防として学習効果のあるリハビリを行うか鋭意研究を重ね、その結果、高齢者の身体能力を高める（筋力を増強するなど）という従来の発想を転換し、高齢者が現有の身体能力を活かして環境適応の学習をすることで、転倒予防を行うという画期的な歩行訓練方法及び歩行訓練システムを考案するに至った。

従来、トレッドミル（ベルト機構）を用いた歩行訓練装置（歩行感覚生成装置）としては、特許文献１，２記載の歩行訓練装置がある。特許文献１記載の歩行訓練装置は、被訓練者の歩道を成す歩道手段（ベルト機構）と、前記歩道手段上にある被訓練者の身体を支える把持手段とを備える歩行訓練装置において、前記把持手段が、上半身の自由度を調整する上半身拘束調整手段を備えて構成される歩行訓練装置（請求項１）というものであり、訓練メニューにしたがって、ベルト制御手段５ａを介して歩行面装置２に速度目標と速度ゲインデータを付与し、映像処理手段５ｂを介して、予め定めたしきい値を超えると映像表示手段３に屋外画像の更新を指示することで、被訓練者Ｕは、屋外を実際に歩行している擬似体験が得られ、飽きずに実効性ある歩行訓練を行うことが出来るとの記述がある（段落００６０）。特許文献２記載の歩行感覚生成装置は、ベルト機構における歩行面の姿勢を任意角度に保持する歩行面保持機構、前記歩行者の歩行の開始と停止動作を検出する検出手段、前記検出手段の検出出力に基づいて、前記歩行者の歩行における立脚時間を計測して、歩行者の動きに連動して前記ベルト機構のベルトの移動を制御するための制御手段、および前記ベルト機構上で歩行者が歩行しているときの視点位置からの仮想空間の映像を提示する表示手段を備えた、歩行感覚生成装置（請求項１）というものであり、ＣＣＤカメラ４によって歩行者２の脚部の運動情報を獲得するために、歩行者２の両足先端部には赤外線の反射シールＰｌ，Ｐｒが貼り付けられ（段落００１０）、歩行者２のベルト機構１上での位置を計測するために糸式位置センサ５と歩行者２の頭部の位置姿勢を計測するための磁気式位置姿勢計測装置６が配置される（段落００１１）との記述がある。
特開平０８−１４１０２６号公報 特開平１１−２５８９７３号公報

しかしながら上記特許文献記載の歩行訓練装置では、被験者に上半身拘束調整手段を装着させるか（特許文献１）、被験者の両足先端部に赤外線の反射シールを貼り付け、被験者の胴体に糸式位置センサを取り付けて、さらに被験者の頭部に磁気式位置姿勢計測装置を取り付けなければならず（特許文献２）、被験者が自然な動作をすることが困難である。特に高齢者は、その身体に普段装着しないような器具を装着することを嫌う傾向があり、リハビリにおいて最重要課題である継続的学習が困難である。

また、特許文献１，２では、被験者の歩行に対応させて単に映像画面が提示されるものであり、被験者の学習については考慮されていないため、被験者の学習効果が期待できない。

そこで本発明の目的は、被験者が現有の身体能力を活かして環境適応を学習することができる歩行訓練方法及び歩行訓練システムを提供することを目的とする。

本発明の歩行訓練方法は、被験者が歩行するための自走式トレッドミルと、自走式トレッドミルのローラ回転数を検出する回転数検出手段と、回転数検出手段の回転数と連動してデータ蓄積手段から読み出された歩行コースの映像データを被験者に表示する映像表示手段と、当該映像データが蓄積されたデータ蓄積手段と、被験者に非接触で被験者の足先の高さを検出して足先高さ検出信号を出力する足先高さ検出手段と、上記回転数検出手段の回転数と連動してローラ回転開始時点からの歩行経過時間を計測するタイマーと、少なくとも上記映像表示手段と上記データ蓄積手段を制御する制御手段を備え、
上記足先高さ検出信号と上記歩行経過時間に基づき、上記制御手段が歩行記録を作成することを特徴とする。本発明は、前記回転数検出手段がロータリーエンコーダであり、前記足先高さ検出手段が光センサであることが好ましい。

本発明の歩行訓練システムは、被験者が歩行するための自走式トレッドミルと、自走式トレッドミルのローラ回転数を検出するロータリーエンコーダと、ロータリーエンコーダの回転数と連動してデータ蓄積手段から読み出された歩行コースの映像データを被験者に表示する映像表示手段と、当該映像データが蓄積されたデータ蓄積手段と、被験者に非接触で被験者の足先の高さを検出して足先高さ検出信号を出力する光センサと、上記ロータリーエンコーダの回転数と連動してローラ回転開始時点からの歩行経過時間を計測するタイマーと、少なくとも上記映像表示手段と上記データ蓄積手段を制御する制御手段を備え、上記足先高さ検出信号と上記歩行経過時間に基づき、上記制御手段が歩行記録を作成することを特徴とする。

これら本発明によれば、上記足先高さ検出信号と上記歩行経過時間に基づき、上記制御手段が歩行記録を作成することで、被験者が現有の身体能力を活かして環境適応の学習をすることができる。前記回転数検出手段としてのロータリーエンコーダを自走式トレッドミルに内蔵させることで、被験者の歩行路（ベルト上）を現実の障害物がない状態とする。前記足先高さ検出手段が、被験者の足先の高さを非接触で検出するため、被験者の身体に器具等を装着することを要しない。したがって、被験者が自然な動作をすることが容易である。前記足先高さ検出手段としては、光センサ、超音波センサ、CCDカメラが挙げられるが、被験者の服装の素材の影響を受け難く、かつ、被験者の足先に焦点を合わせ易いことから、前記足先高さ検出手段としては、光センサが好ましい。

本発明の歩行訓練システムは、前記光センサが発光素子と受光素子からなり、前記トレッドミルの上流側と下流側とにそれぞれ向かい合って複数配列されることを特徴とする。

本発明によれば、前記光センサが発光素子と受光素子からなる透過型の光センサであって、前記トレッドミルの上流側に複数の発光素子（又は受光素子）が配列され、前記トレッドミルの下流側に対向する複数の受光素子（又は発光素子）が配列されることで、被験者の足先の高さが設定基準から横方向にずれた場合でも正確に被験者の足先の高さを計測することができる。なおここで、前記トレッドミルの上流側とは被験者の前方側を指し、トレッドミルの下流側とは被験者の後方側を指しており、被験者が前記トレッドミルで歩行すると、トレッドミルのベルトは、上流側から下流側に動くことになる。

本発明の歩行訓練方法は、前記制御手段が前記歩行経過時間と対応する所定の時間に、被験者が歩行する際の障害となり得る障害物の映像を前記映像表示手段から表示させ、当該障害物の映像が所定位置に表示される際の前記足先高さ検出データと当該障害物の映像に予め関連させた当該障害物の高さデータとを比較して、上記障害物の映像が所定の位置に表示された表示時間に、被験者が上記障害物の高さデータよりも高い位置に足先を上げたか否かを判定することを特徴とする。また本発明は、前記制御手段が前記歩行経過時間と対応する所定の時間に、被験者が歩行する際の障害となり得る障害物の映像を前記映像表示手段から表示させ、当該障害物の映像が所定位置に表示開始される際の前記足先高さ検出データと当該障害物の映像に予め関連させた当該障害物の高さデータとを比較するとともに、当該障害物の映像が所定位置に表示終了される際の前記足先高さ検出データと当該障害物の映像に予め関連させた当該障害物の高さデータとを比較して、上記障害物の映像が所定の位置に表示開始されてから表示終了されるまでの時間に、被験者が常に上記障害物の高さデータよりも高い位置に足先を上げたか否かを判定することを特徴とする。

本発明によれば、前記制御手段が、前記障害物の映像が所定の位置に表示された表示時間に、被験者が上記障害物の高さデータよりも高い位置に足先を上げたか否かを判定するか、又は前記障害物の映像が所定の位置に表示開始されてから表示終了されるまでの時間に、被験者が常に前記障害物の高さデータよりも高い位置に足先を上げたか否かを判定することにより、被験者が障害物を跨ぐことができたか否かを判定するので、安全に被験者への歩行試験を行うことができる。

本発明の歩行訓練方法は、前記制御手段が前記判定結果に基づき、警告表示手段により警告を表示することが好ましい。

本発明によれば、前記制御手段が前記判定結果に基づき、警告表示手段により警告を表示することで、被験者が歩行試験の結果をリアルタイムで知ることができる。前記警告表示手段としては、ライト等の発光手段、スピーカ等の発音手段、ディスプレイ等の映像表示手段が挙げられる。

本発明の歩行訓練方法は、前記制御手段が前記歩行記録を前記データ蓄積手段に蓄積して、歩行訓練の際に前記映像表示手段から表示させることを特徴とする。また、本発明は、前記歩行訓練を繰り返すことが好ましい。

前記制御手段が前記歩行記録を前記データ蓄積手段に蓄積して、歩行訓練の際に前記映像表示手段から表示させるので、歩行試験の成績を被験者へフィードバックすることが容易であり、被験者自身が客観的に現有の身体能力による環境適応の成果を把握することが容易にできる。また、前記歩行訓練を繰り返すことで、前記データ蓄積手段に蓄積された以前の歩行記録と最新の歩行記録とを比較することができ、被験者の環境適応の学習経過を把握することができる。

本発明の歩行訓練方法は、前記歩行コースの映像データが被験者の自宅の映像であり、前記障害物の映像がその高さデータ及び／又は表示開始時間或いは表示終了時間が異なる複数種類の障害物からなることを特徴とする。

前記歩行コースの映像データとしては、公園や遊歩道、国内や外国の観光名所など様々な光景動画のバリエーションが考えられるが、退院（退所）後の生活基盤は被験者の自宅である。前記歩行コースの映像データが被験者の自宅の映像からなることで、実際の生活環境に合致した歩行訓練ができる。また、前記障害物の映像がその高さデータ及び／又は表示開始時間或いは表示終了時間が異なる複数種類の障害物からなることで、被験者の現有の身体能力による環境適応のレベルを詳細に評価することができる。なおここで、自宅とは、自宅周辺を含む自宅内を指す。

本発明の歩行訓練方法と歩行訓練システムによれば、上記足先高さ検出信号と上記歩行経過時間に基づき、上記制御手段が歩行記録を作成することで、被験者が現有の身体能力を活かして環境適応の学習をすることができる。前記回転数検出手段であるロータリーエンコーダを自走式トレッドミルに内蔵させることで、被験者の歩行路（ベルト上）を現実の障害物のない状態とする。前記高さ検出手段が、被験者の足先の高さを非接触で検出するため、被験者の身体に器具等を装着することを要しない。したがって、被験者が自然な動作をすることが容易である。前記足先高さ検出手段としては、光センサが好ましい。被験者の服装の素材の影響を受け難く、被験者の足先に焦点を合わせ易いからである。前記光センサが発光素子と受光素子からなる透過型の光センサであって、前記トレッドミルの上流側に複数の発光素子（又は受光素子）が配列され、前記トレッドミルの下流側に対向する複数の受光素子（又は発光素子）が配列されることで、被験者の足先の高さが設定基準から横方向にずれた場合でも正確に被験者の足先の高さを計測することができる。

本発明の歩行訓練方法によれば、前記制御手段が、前記障害物の映像が所定の位置に表示された表示時間に、被験者が上記障害物の高さデータよりも高い位置に足先を上げたか否かを判定するか、又は前記障害物の映像が所定の位置に表示開始されてから表示終了されるまでの時間に、被験者が常に前記障害物の高さデータよりも高い位置に足先を上げたか否かを判定することにより、被験者が障害物を跨ぐことができたか否かを判定するので、安全に被験者への歩行試験を行うことができる。前記制御手段が前記判定結果に基づき、警告表示手段により警告を表示することで、被験者が歩行試験の結果をリアルタイムで知ることができる。前記制御手段が前記歩行記録を前記データ蓄積手段に蓄積して、歩行訓練の際に前記映像表示手段から表示させるので、歩行試験の成績を被験者へフィードバックすることが容易であり、被験者自身が客観的に現有の身体能力による環境適応の成果を把握することが容易にできる。また、前記歩行訓練を繰り返すことで、前記データ蓄積手段に蓄積された以前の歩行記録と最新の歩行記録とを比較することができ、被験者の環境適応の学習経過を把握することができる。前記歩行コースの映像データが被験者の自宅の映像からなることで、実際の生活環境に合致した歩行訓練ができる。また、前記障害物の映像がその高さデータ及び／又は表示開始時間或いは表示終了時間が異なる複数種類の障害物からなることで、被験者の現有の身体能力による環境適応のレベルを詳細に評価することができる。これら本発明により、高齢者が現有の身体能力を活かして環境適応の学習をすることで、転倒予防を行うという画期的な歩行訓練システムが実現する。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（歩行訓練システム）
図１は本発明の一実施形態の歩行訓練システム１を模式的に示す斜視図であり、図２は上記実施形態の歩行訓練システム１を模式的に示すブロック図である。本実施形態の歩行訓練システム１は、被験者９が歩行するための自走式トレッドミル２と、ロータリーエンコーダ３と、光センサ４と、制御手段（コンピュータ）６と、映像表示手段（ディスプレイ）５から構成される（図１、図２）。

自走式トレッドミル２は、上流側（被験者９の前面側）のローラ２２ａと下流側（被験者９の背面側）のローラ２２ｂとに架け渡されたコンベヤベルト２１からなり、上流側のローラ２２ａには、ローラ回転数を検出する回転数検出手段であるロータリーエンコーダ３が接続されている（図１）。コンベヤベルト２１の外側面２１ａには、被験者９の足先９０を載せる位置の目安として、２本のライン２２が描かれている。２本のライン２２は、被験者９が右足先９１を着地する目安のライン２２１と、被験者９が左足先９２を着地する目安のライン２２２とからなる（図１）。被験者９がその脚でコンベヤベルト２１を後方に蹴ると、コンベヤベルト２１が矢印ａに示す上流側から下流側に向かって動くこととなる（図１）。トレッドミル２の上流側の下方には傾斜部材２７が配されており、その高さを適宜調整することで、コンベヤベルト２１の上流側の高さがコンベヤベルト２１の下流側よりも高くなる傾斜の度合いが調整される。傾斜部材２７は、被験者９がより自然に近い状態で歩けるようにするためのものであり、通常は、コンベヤベルト２１の上流側の高さがコンベヤベルト２１の下流側よりも若干高く設定され、その傾斜角度は数度程度である。

自走式トレッドミル２の上流側と下流側には、足先高さ検出手段である光センサ４が向かい合って配される（図１）。本実施形態の歩行訓練システム１では、光信号（矢印ｃで示す）として、周囲の照明の影響を受け難い赤外線を用いている。光センサ４は、発光素子４ａから発せられた光信号ｃを受光素子４ｂにて受光する透過型の光センサ４である（図１、図２）。発光素子４ａから発せられた光信号ｃが受光素子４ｂにて受光されると、受光素子４ｂからオン信号が出力され、発光素子４ａから発せられた光信号ｃが被験者９の足先９０にて遮られると受光素子４ｂにて受光されず、受光素子４ｂからオフ信号が出力される。つまり、発光素子４ａと受光素子４ｂとがそれぞれ向かい合って複数配されることにより、被験者９の足先９０の位置を検知して足先高さ検出信号を出力する。発光素子４ａ（又は受光素子４ｂ）は、上下方向に等間隔で複数配され、１つのアレイ状の光センサが形成され、当該アレイ状の光センサが複数（図１では３つ）横方向に配されることで、マトリクス状の光センサ４１，４２，４３，４４が形成される。光センサ４１と４３は、被験者９の右足先９１の着地位置９１ｂから被験者９の右足先９１の足上げ位置９１ａまでの高さ９１ｈを計測するためのセンサである（図１）。また、光センサ４２と４４は、被験者９の左足先９２の着地位置９２ｂから被験者９の左足先９２の足上げ位置９２ａまでの高さ９２ｈを計測するためのセンサである。光センサ４は、上下左右に発光素子４ａ（又は受光素子４ｂ）の発光角度（又は受光角度）が微調整可能に配される。マトリクス状の光センサ４１，４２，４３，４４とすることで、被験者９の足先９０の高さ９０ｈが設定基準から横方向にずれた場合でも正確に被験者９の足先９０の高さ９０ｈを計測することができる。なお、トレッドミル２の上流側に受光素子４ｂを配して、トレッドミル２の下流側に複数の発光素子４ａを対向して配してもよい。

本実施形態の歩行訓練システム１は、光センサ４により被験者９の足先９０の高さ９０ｈを非接触で検出するため、被験者９の身体に器具等を装着することを要しない。したがって、被験者が自然な動作をすることが容易である。

トレッドミル２の被験者９の前方側（上流側）には、２つのアーム２４が配され、２つのアームの先端側には、それぞれ緊急ボタン２５が配される（図１）。２つのアーム２４は、被験者９がよろけた場合につかまるためのアームであり、緊急ボタン２５は歩行中に具合が悪くなった場合にナースセンター等に緊急連絡するためのボタンである。なお、被験者９のコンディションに合わせて、上記２つのアーム２４を適宜、延設させることができる。

トレッドミル２の被験者９の前方側（上流側）には、映像表示手段（ディスプレイ）５が配される。ディスプレイ５の画面５ａが、被験者９の目線に合わせて角度調整可能となっている（図１）。ディスプレイ５の上方には、警告表示手段（警告ライト）５１，５２が配される。警告ライト５１は、被験者９の右足先９１の足上げ位置９１ａに対応して動作するライトであり、警告ライト５２は、被験者９の左足先９２の足上げ位置９２ａに対応して動作するライトである。例えば、被験者９の右足先９１の足上げ位置９１ａが設定条件を満たしていれば、警告ライト５１の表示面５１ａは青色表示となり、被験者９の右足先９１の足上げ位置９１ａが設定条件を満たしていなければ、警告ライト５１の表示面５１は赤色表示となる。ディスプレイ５の下方には、データ入力手段（キーボード、タッチパネル）６ａが配される（図１）。なお、ディスプレイ５に警告画面をオーバーレイ表示させて、歩行コースの映像表示と警告表示を同時に行うことができる。また、ディスプレイ５に入出力機能を持たせることで、ディスプレイ５にデータ入力画面をオーバーレイ表示させて、データ入力機能を兼ねることもできる。ディスプレイ５は、より具体的にはＣＲＴ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、３Ｄディスプレイが挙げられる。

制御手段（コンピュータ）６は、歩行コースの映像データを蓄積するデータ蓄積手段（データベース）７と、ローラ２２ａの回転開始時点からのロータリーエンコーダ３からの回転数信号３ｓに対応した歩行経過時間９０ｔを計測するタイマー８を内蔵する（図１）。歩行コースの映像データとしては、アナログデータやデジタルデータがあるが、ここでは、データ処理を容易にするため、動画像符号化方式（ＭＰＥＧ方式）によるデジタルデータを歩行コースの映像データとしている。ここでは、データベース７はコンピュータ６に内蔵されたハードディスク装置であり、タイマー８はコンピュータ６の基準クロックを適用させている。また、コンピュータ６は、外部からのアナログ信号（例えば足先高さ検出信号）をデジタル信号に変換させるＡ／Ｄ変換ボードや動画像を処理するための画像処理ボードを適宜備える。

図２は本発明の歩行訓練システム１を模式的に示すブロック図である。本発明の歩行訓練システム１は、コンピュータ６により、ロータリーエンコーダ３や光センサ４やディスプレイ５が制御される。コンピュータ６からの指令により光センサ４が作動して、複数の発光素子４ａからそれぞれ光信号（矢印ｃで示す）が発信され、向かい合って配される受光素子４ｂに光信号（矢印ｃで示す）が受信されると、受信信号（オン信号）４ｓがコンピュータ６にデータ入力される。或いは、向かい合って配される受光素子４ｂに光信号（矢印ｃで示す）が受信されないと、受信信号（オフ信号）４ｓがコンピュータ６にデータ入力される。コンピュータ６は、これら複数の受光素子４ｂからの受信信号（オン信号やオフ信号）４ｓを集計して、被験者９の足先９０の高さ９０ｈを判断する。

ローラ２２ａには、ローラ回転数を検出して回転数信号３ｓを出力するロータリーエンコーダ３が接続されている（図１）。被験者９がコンベヤベルト２１上を歩行すると、歩行に応じてロータリーエンコーダ３が矢印ｂの方向に回転して、ローラ回転数に対応した回転数信号３ｓがコンピュータ６にデータ入力される。そして、タイマー８によりローラ２２ａの回転開始時点からのロータリーエンコーダ３からの回転数信号３ｓに対応した歩行経過時間８ｔが計測される。コンピュータ６は、回転数信号３ｓと歩行経過時間８ｔから歩行距離Ｌを算出するとともに、単位時間あたりの回転数信号３ｓから歩行速度Ｖを算出して、適宜、ディスプレイ５に被験者９の歩行距離Ｌや歩行速度Ｖを表示させる。そして、コンピュータ６は、歩行速度Ｖに合わせた速度で、歩行コースの映像データを逐次ディスプレイ５に表示させる。したがって、被験者９は、ディスプレイ５に映像表示される歩行コースを、あたかも自身の歩行速度Ｖで歩行しているように感じながらコンベヤベルト２１の上を歩行することとなる。

光センサ４からの受光信号（足先高さ検出信号）４ｓとロータリーエンコーダ３からの回転数信号３ｓに対応した歩行経過時間８ｔは、それぞれ関連付けてデータベース７に蓄積される。コンピュータ６は、光センサ４からの受光信号４ｓに基づき、被験者９の足先９０の高さ９０ｈを算出するとともに、その時の歩行経過時間８ｔから、被験者９の歩行記録Ｒを作成する。そして、当該歩行記録Ｒをディスプレイ５にて表示させる。被験者９は、歩行記録Ｒから自身の足先９０の上がり具合や足先９０を上げるテンポを客観的に知ることができる。また、歩行コースの映像データも歩行経過時間８ｔと関連付けてデータベース７に蓄積され、データベース７にて一元管理される。

（歩行訓練手順）
図３は本発明の歩行訓練手順を模式的に示すフローチャートである。図３に示すフローチャートに従って本発明の歩行訓練手順を以下に説明する。まず、コンピュータ６にインストールされた歩行訓練ソフトが起動すると、新規登録のための初期画面がディスプレイ５に表示される（Ｓ１）。

被験者が新規登録者の場合は、被験者情報をデータ入力する（Ｓ２）。データ入力する被験者情報は、氏名、性別、年齢、測定日（訓練日）、既往症、転倒経験、リハビリ回数、等である。被験者が既に登録済みの既登録者の場合は、新規データ入力（Ｓ２）をスキップして、被験者の選択を行う（Ｓ３）。被験者の選択（Ｓ３）が完了すると、歩行コースの選択を行う（Ｓ４）。歩行コースの選択では、テキスト形式又はサムネイル表示された歩行コースを選択する。歩行コースの映像データとしては、公園や遊歩道、国内や外国の観光名所など様々な光景動画のバリエーションが考えられ、被験者の自宅の映像データも登録されている。また、歩行コースの標準映像時間や、歩行訓練時間も選択することができる。

歩行コースの選択（Ｓ４）が完了すると、歩行コースの映像がディスプレイ５により表示され、歩行計測及び歩行計測結果の記録が開始される（Ｓ５）。そして、歩行計測（Ｓ５）が完了すると、歩行記録がディスプレイ表示される（Ｓ６）。ここで、歩行記録は歩行計測と同時にリアルタイムでディスプレイ表示させることも可能である。歩行記録の再生（Ｓ６）が完了すると、歩行訓練終了の可否を入力する（Ｓ７）。歩行訓練の継続を選択すると、歩行計測及び歩行計測結果の記録が再び開始される（Ｓ５）。歩行訓練の終了を選択すると、歩行訓練の終了画面が表示され、歩行訓練が終了する。

（歩行訓練方法）
本発明の歩行訓練方法は、ディスプレイ５により、歩行コースの映像とともに、被験者９が歩行する際の障害となり得る障害物１１０が映像表示される。被験者９が歩行するに従い、障害物１１０がその大きさを拡大させながらディスプレイ５の下側に移動して表示されるため、被験者９は、あたかも障害物１１０に近づくように感じることができる。被験者９は歩行しながら、障害物１１０の左右の位置に近い側の足先９１又は９２を上げて、障害物１１０を跨ごうとする動作を行う。

コンピュータ６は、障害物１１０の映像に予め関連させた障害物１１０の高さデータ１１０ｈ及び障害物１１０がディスプレイ５の下側に表示される表示時間（被験者９が障害物１１０を跨ごうとする時間）１１０ｔと、足先高さデータ９０ｈ及び対応する歩行経過時間８ｔとを比較して、上記障害物１１０がディスプレイ５の下側に映像表示された際に、被験者９が足先９０を所定の高さよりも高く上げたか否かを判定する。つまり、障害物１１０の表示時間１１０ｔと被験者９の歩行経過時間８ｔが等しい時間（８ｔ＝１１０ｔ）に、足先高さデータ９０ｈが障害物１１０の高さデータ１１０ｈよりも大きい場合（９０ｈ＞１１０ｈ）には、被験者９が足先９０を所定の高さよりも高く上げたと判断し、それ以外の場合には被験者９が足先９０を所定の高さよりも高く上げなかったと判定する。

また、コンピュータ６は、障害物１１０の映像に予め関連させた障害物１１０の高さデータ１１０ｈ及び対応する表示開始時間１１０ｔ１並びに奥行きデータ１１０ｄ及び対応する表示終了時間１１０ｔ２と、足先高さデータ９０ｈ及び対応する歩行経過時間８ｔとを順次比較して、上記障害物１１０がディスプレイ５の下側に映像表示された際に、被験者９が障害物１１０を跨ぐことができたか否かを判定する。つまり、障害物１１０の表示開始時間１１０ｔ１と被験者９の歩行経過時間８ｔが等しい時間（８ｔ＝１１０ｔ１）から障害物１１０の表示終了時間１１０ｔ２と被験者９の歩行経過時間８ｔが等しい時間（８ｔ＝１１０ｔ２）までの間に、足先高さデータ９０ｈが常に障害物１１０の高さデータ１１０ｈよりも大きい場合（９０ｈ＞１１０ｈ）には、被験者９が足先９０を所定の期間、所定の高さよりも高く上げたと判断し、それ以外の場合には被験者９が足先９０を所定の期間、所定の高さよりも高く上げなかったと判定する。なお、足先高さデータ９０ｈが想定範囲外の異常値（離れ小島型データ等の異常値）である場合には、適宜、データ補正してから、データ比較してもよい。

そして、障害物１１０がディスプレイ５の下側に映像表示された際に、被験者９が足先９０を所定の高さだけ上げなかったとコンピュータ６が判定した場合や被験者９が足先９０を所定の期間だけ上げなかったとコンピュータ６が判定した場合に、コンピュータ６が警告ライト５０の警告を表示させる。この警告表示は、任意に設定できる。例えば、１回目の歩行訓練では警告表示をさせずに、被験者９に、いつもどおりに歩行させて、歩行の様子を見ることができる。そして例えば、２回目以後の歩行訓練ではリアルタイムで警告表示させることにより、被験者９に学習刺激を与えることができる。

（歩行訓練の実施例）
本発明の歩行訓練の実施例を以下に説明する。図４はディスプレイ５の表示画面５ａを模式的に示す正面図である。図５は被験者９の右足先９１の位置を模式的に示す背面図である。図６は歩行記録Ｒの一例である。図６の横軸は歩行経過時間８ｔであり、図６の縦軸は足上げ高さ９０ｈと障害物の高さ１１０ｈを示している。被験者９の動作をわかりやすくするため、障害物１１０は被験者９の右足先９１側に配されているものとして取り扱う。歩行コースの映像データは被験者９の自宅であり、被験者９が廊下から居間に入って、居間の奥に設置されたテレビに向かうという設定である。

まず、被験者９が歩行計測開始ボタンを押すと、歩行コースの映像データがディスプレイ５の表示画面５ａに表示される。図４（ａ）は歩行計測開始時の映像であり、廊下から居間に入ろうとする場面が映像表示されている。１番目の障害物は、廊下と居間の間の敷居１１１(１１０)である。予め、敷居１１１の高さ１１１ｈ（１１０ｈ）が４５ｍｍに設定され、敷居１１１の表示時間１１１ｔ（１１０ｔ）が歩行開始から１４秒後に設定されている。そして、敷居１１１の奥行き１１１ｄを判定対象から外すために０ｍｍに設定している。なおここで、上記障害物１１０の高さ１１０ｈや奥行き１１０ｄは、被験者９の目線に応じて適宜設定する数値であり、実際の大きさとは必ずしも一致しない。またここで、上記表示時間１１０ｔは、被験者９の歩行速度Ｖに応じて適宜変化するものであり、実際の表示時間とは必ずしも一致しない。図５（ａ）は歩行計測開始時の被験者９の右足先９１の位置を示しており、被験者９の右足先９１がコンベヤベルト２１の外側面（上面）２１ａに接地されている。したがって、被験者９の右足先９１は着地位置９１ｂであり、足先高さ９１ｈは０ｍｍである。歩行経過時間８ｔは０秒である。

歩行経過時間８ｔが１４秒の時点で、敷居１１１がディスプレイ５の下側に映像表示され（図４（ｂ））、被験者９が右足先９１を上げる（図５（ｂ））。被験者９の右足先９１は足上げ位置９１ａであり、足先高さ９１ｈは１０５ｍｍである。つまり、障害物１１１の表示時間１１１ｔと被験者９の歩行経過時間８ｔが等しい時間（８ｔ＝１１１ｔ）に、足先高さデータ９１ｈが障害物１１１の高さデータ１１１ｈよりも大きい（９１ｈ＞１１１ｈ）。したがって、コンピュータ６は、被験者９が足先９１を所定の高さ以上に上げたと判断する。警告ライト５１の表示面５１ａは青色表示である。

２番目の障害物は、居間に敷かれた絨毯１１２である。予め、絨毯１１２の高さ１１２ｈが１２ｍｍに設定され、絨毯１１２の奥行き１１２ｄが０に設定され、絨毯１１２の表示時間１１２ｔが歩行開始から１７秒後に設定されている（図４（ｂ）を参照）。

歩行経過時間８ｔが１７秒の時点で、絨毯１１２がディスプレイ５の下側に映像表示され、被験者９が右足先９１を上げる（図５（ｃ））。被験者９の右足先９１は足上げ位置９１ａであり、足先高さ９１ｈは２０ｍｍである。つまり、障害物１１２の表示時間１１２ｔと被験者９の歩行経過時間８ｔが等しい時間（８ｔ＝１１２ｔ）に、足先高さデータ９１ｈが障害物１１２の高さデータ１１２ｈよりも大きい（９１ｈ＞１１２ｈ）。したがって、コンピュータ６は、被験者９が足先９１を所定の高さ以上に上げたと判断する。警告ライト５１の表示面５１ａは青色表示である。

３番目の障害物は、居間に置かれたティッシュ箱１１３である。予め、ティッシュ箱１１３の高さ１１３ｈが７０ｍｍに設定され、ティッシュ箱１１３の奥行き１１３ｄが１．０に設定され、ティッシュ箱１１３の表示開始時間１１３ｔ１が歩行開始から２１秒後に設定され、ティッシュ箱１１３の表示終了時間１１３ｔ２が歩行開始から２２秒後に設定されている（図４（ｃ）を参照）。

歩行経過時間８ｔが２１秒の時点で、ティッシュ箱１１３がディスプレイ５の下側に映像表示され、被験者９が右足先９１を上げ（図５（ｄ））、被験者９の右足先９１は足上げ位置９１ａであり、足先高さ９１ｈは５５ｍｍである。そして、歩行経過時間８ｔが２２．２秒の時点で、被験者９が右足先９１を着地させる（図５（ｅ））。つまり、障害物１１３の表示開始時間１１３ｔ１と被験者９の歩行経過時間８ｔが等しい時間（８ｔ＝１１３ｔ１）に、足先高さデータ９１ｈが障害物１１３の高さデータ１１３ｈよりも小さい（９１ｈ＜１１３ｈ）。したがって、コンピュータ６は、被験者９が足先９１を所定の高さまで上げなかったと判断するので、警告ライト５１の表示面５１ａが赤色表示となる(図４（ｄ）)。表示面５１ａの赤色表示は、障害物１１３が画面５ａに表示されている期間、継続して赤色表示させたり、一定時間（例えば２秒間）だけ赤色表示させることができる。

４番目の障害物は、居間に置かれたテレビリモコン１１４である。予め、テレビリモコン１１４の高さ１１４ｈが２０ｍｍに設定され、テレビリモコン１１４の奥行き１１４ｄが０．８に設定され、テレビリモコン１１４の表示開始時間１１４ｔ１が歩行開始から２５秒後に設定され、テレビリモコン１１４の表示終了時間１１４ｔ２が歩行開始から２５．８秒後に設定されている（図４（ｅ）を参照）。

歩行経過時間８ｔが２５秒の時点で、テレビリモコン１１４がディスプレイ５の下側に映像表示され、被験者９が右足先９１を上げ、被験者９の右足先９１は足上げ位置９１ａであり、足先高さ９１ｈは５５ｍｍである（図６を参照）。そして、歩行経過時間８ｔが２５．８秒の時点で、被験者９の右足先９１は足上げ位置９１ａであり、足先高さ９１ｈは４０ｍｍ以上を維持しており、歩行経過時間８ｔが２６．１秒の時点で、被験者９が右足先９１を着地させる（図６を参照）。つまり、障害物１１４の表示開始時間１１４ｔ１と被験者９の歩行経過時間８ｔが等しい時間（８ｔ＝１１４ｔ１）に、足先高さデータ９１ｈが障害物１１４の高さデータ１１４ｈよりも大きい（９１ｈ＞１１４ｈ）。障害物１１４の表示終了時間１１４ｔ２と被験者９の歩行経過時間８ｔが等しい時間（８ｔ＝１１４ｔ２）に、足先高さデータ９１ｈが障害物１１４の高さデータ１１４ｈよりも大きい（９１ｈ＞１１４ｈ）。そして、図６からも明らかなように、障害物１１４の表示開始時間１１４ｔ１と被験者９の歩行経過時間８ｔが等しい時間（８ｔ＝１１４ｔ１）から障害物１１４の表示終了時間１１４ｔ２と被験者９の歩行経過時間８ｔが等しい時間（８ｔ＝１１４ｔ２）までの間に、足先高さデータ９１ｈが常に障害物１１４の高さデータ１１４ｈよりも大きい（９１ｈ＞１１４ｈ）。したがって、コンピュータ６は、被験者９が足先９１を所定の期間、所定の高さ以上に上げたと判断する。警告ライト５１の表示面５１ａは青色表示である（図４（ｆ））。

以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えばディスプレイ５に表示される障害物１１０に障害物であることを示す矢印記号や、障害物１１０の高さデータ１１０ｈをオーバーレイ表示させることができる。また、被験者９の歩行速度Ｖや歩行記録Ｒを逐次リアルタイムでディスプレイ５に表示させることができる。撮像装置にて、被験者９の歩行姿勢を背後から撮像して、当該撮像データを歩行経過時間８ｔと関連付けてデータベース７に蓄積して、コンピュータ６が上記撮像データを適宜加工処理して、映像データに重ね合わせて再生表示させることも応用可能である。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることは言うまでもない。

本発明を適用した一実施形態の歩行訓練システムを模式的に示す斜視図である。 上記実施形態の歩行訓練システムを模式的に示すブロック図である。 上記実施形態の歩行訓練システムの歩行訓練手順を模式的に示すフローチャートである。 上記実施形態の歩行訓練システムによる歩行訓練の一実施例であり、ディスプレイの表示画面を模式的に示す正面図である。 上記実施形態の歩行訓練システムによる歩行訓練の一実施例であり、ディスプレイの表示画面を模式的に示す正面図である。 上記実施形態の歩行訓練システムによる歩行訓練の一実施例であり、被験者の足先の位置を模式的に示す背面図である。 上記実施形態の歩行訓練システムによる歩行訓練の一実施例であり、歩行記録図である。

符号の説明

１ 歩行訓練システム、
２ 自走式トレッドミル、
２１ コンベヤベルト、
２２ａ，２２ｂ ローラ、
３ 回転数検出手段（ロータリーエンコーダ）、
４ 足先高さ検出手段（光センサ）、
５ 映像表示手段（ディスプレイ）、
６ 制御手段（コンピュータ）、
７ データ蓄積手段（データベース）、
８ タイマー、
９ 被験者、
９０ 足先、
１１０ 障害物

Claims (9)

1. 被験者が歩行するための自走式トレッドミルと、自走式トレッドミルのローラ回転数を検出する回転数検出手段と、回転数検出手段の回転数と連動してデータ蓄積手段から読み出された歩行コースの映像データを被験者に表示する映像表示手段と、当該映像データが蓄積されたデータ蓄積手段と、被験者に非接触で被験者の足先の高さを検出して足先高さ検出信号を出力する足先高さ検出手段と、上記回転数検出手段の回転数と連動してローラ回転開始時点からの歩行経過時間を計測するタイマーと、少なくとも上記映像表示手段と上記データ蓄積手段を制御する制御手段を備え、
   上記足先高さ検出信号と上記歩行経過時間に基づき、上記制御手段が歩行記録を作成することを特徴とする歩行訓練方法。
2. 前記制御手段が前記歩行経過時間と対応する所定の時間に、被験者が歩行する際の障害となり得る障害物の映像を前記映像表示手段から表示させ、当該障害物の映像が所定位置に表示される際の前記足先高さ検出データと当該障害物の映像に予め関連させた当該障害物の高さデータとを比較して、上記障害物の映像が所定の位置に表示された表示時間に、被験者が上記障害物の高さデータよりも高い位置に足先を上げたか否かを判定することを特徴とする請求項１記載の歩行訓練方法。
3. 前記制御手段が前記歩行経過時間と対応する所定の時間に、被験者が歩行する際の障害となり得る障害物の映像を前記映像表示手段から表示させ、当該障害物の映像が所定位置に表示開始される際の前記足先高さ検出データと当該障害物の映像に予め関連させた当該障害物の高さデータとを比較するとともに、当該障害物の映像が所定位置に表示終了される際の前記足先高さ検出データと当該障害物の映像に予め関連させた当該障害物の高さデータとを比較して、上記障害物の映像が所定の位置に表示開始されてから表示終了されるまでの時間に、被験者が常に上記障害物の高さデータよりも高い位置に足先を上げたか否かを判定することを特徴とする請求項１記載の歩行訓練方法。
4. 前記制御手段が前記歩行記録を前記データ蓄積手段に蓄積して、歩行訓練の際に前記映像表示手段から表示させることを特徴とする請求項１記載の歩行訓練方法。
5. 前記歩行コースの映像データが被験者の自宅の映像であり、前記障害物の映像がその高さデータ及び／又は表示開始時間或いは表示終了時間が異なる複数種類の障害物からなることを特徴とする請求項２又は３記載の歩行訓練方法。
6. 前記制御手段が前記判定結果に基づき、警告表示手段により警告を表示することを特徴とする請求項２又は３記載の歩行訓練方法。
7. 前記回転数検出手段がロータリーエンコーダであり、前記高さ検出手段が光センサであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一記載の歩行訓練方法。
8. 被験者が歩行するための自走式トレッドミルと、自走式トレッドミルのローラ回転数を検出するロータリーエンコーダと、ロータリーエンコーダの回転数と連動してデータ蓄積手段から読み出された歩行コースの映像データを被験者に表示する映像表示手段と、当該映像データが蓄積されたデータ蓄積手段と、被験者に非接触で被験者の足先の高さを検出して足先高さ検出信号を出力する光センサと、上記ロータリーエンコーダの回転数と連動してローラ回転開始時点からの歩行経過時間を計測するタイマーと、少なくとも上記映像表示手段と上記データ蓄積手段を制御する制御手段を備え、
   上記足先高さ検出信号と上記歩行経過時間に基づき、上記制御手段が歩行記録を作成することを特徴とする歩行訓練システム。
9. 前記光センサが発光素子と受光素子からなり、前記トレッドミルの上流側と下流側とにそれぞれ向かい合って複数配列されることを特徴とする請求項８記載の歩行訓練システム。

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