JP2012223452A - Leg strength evaluation method, and leg strength evaluation device using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a leg strength evaluation method in which the convenience is excellent and the leg strength can be evaluated accurately, and to provide a leg strength evaluation device using the same.SOLUTION: The leg strength evaluation method includes: a step in which an acceleration and an angular velocity that show the movements of an upper-body section and femoral region in a subject H during a posture change from a maximum squat down posture which is a posture in which the subject H squats down as much as possible to a standing posture are acquired by an upper-body section sensor and a femoral region sensor; and a step in which the maximum value max(T(t)) of the sum of the joint moment of a hip joint and a knee joint of the subject H is acquired from the acceleration and the angular velocity of the upper-body section and the femoral region, and the margin degree of the leg strength is calculated based on the maximum value and the reference value Tthat shows a minimum muscular strength necessary for the subject H to stand up from the squatting down posture.

Description

本発明は、被検者の下肢筋力を評価するための方法、及びこれに用いる筋力評価装置に関する。   The present invention relates to a method for evaluating a lower limb muscle strength of a subject and a muscle strength evaluation apparatus used therefor.

下肢筋力は、歩行移動や、立ち動作、座り動作等、日常生活を送る上で非常に重要であり、高齢化が進む中、この下肢筋力を日常的に測定し評価する必要性が高まっている。
下肢筋力を測定する方法としては、動力計(ダイナモメータ)等を用いて膝関節や股関節の伸展、屈曲時の筋力を直接測定する方法(方法1)や、日常生活動作に基づいた評価値を測定する方法(方法2)がある。
Lower limb muscle strength is very important in daily life such as walking movement, standing motion, sitting motion, etc. As aging progresses, the need to measure and evaluate this lower limb strength on a daily basis is increasing. .
Methods for measuring lower extremity muscle strength include methods for directly measuring muscle strength during knee joint and hip joint extension and flexion using a dynamometer, etc. (Method 1), and evaluation values based on daily living activities. There is a method of measuring (Method 2).

方法2には、例えば、普通の椅子を用いて立ち座りを所定回数繰り返し行い、それに要する時間を計測して下肢筋力を評価する方法(椅子座り立ちテスト)や、被検者がしゃがみ姿勢から立ち姿勢に移行する際の当該被検者の足下荷重の変化を測定し、この荷重変化に基づいて下肢筋力を評価する方法などがある(例えば、特許文献1参照)。   Method 2 includes, for example, a method in which standing and sitting is repeated a predetermined number of times using a normal chair, and the time required for this is evaluated (chair sitting standing test), or the subject stands in a squatting position. There is a method of measuring a change in the foot load of the subject at the time of transition to the posture and evaluating the lower limb muscle strength based on the load change (for example, see Patent Document 1).

特開2008−92979号公報JP 2008-92979 A

上記方法1では、動力計を備え、被検者の各部の筋力を直接測定することが可能な測定装置を用いて行うので、客観的な測定値が精度良く得られる。しかし、測定装置が、大がかりでかつ高価であるため、通常、研究機関や専門機関に設置されることが多い。このため、日常的に測定が行えるほど利便性が良好であるとは言えない。   In the above-described method 1, an objective measurement value can be obtained with high accuracy because a measurement apparatus that includes a dynamometer and can directly measure the muscular strength of each part of the subject is used. However, since the measuring apparatus is large and expensive, it is usually installed in a research institution or a specialized institution. For this reason, it cannot be said that the convenience is so good that measurement can be performed on a daily basis.

上記方法2では、大がかりな装置は必要なく、利便性の面で優れている。しかし、上記椅子座り立ちテストでは、高齢のために普通の椅子を用いての立ち座りができない場合は、テストそのものを実施することができない。
また、しゃがみ姿勢から立ち姿勢に移行する際の当該被検者の足下荷重の変化に基づいた下肢筋力の評価方法では、足下荷重の変化に姿勢の要因も含まれてしまうので、筋力が低く十分なしゃがみ姿勢がとれない場合や、しゃがみ姿勢が人によってまちまちである場合には、精度良く測定できないおそれがある。さらに、上記方法2では、得られる測定結果が立ち座りの動作を行うに当たって十分な筋力であるのかどうか、といった明確な評価を行うことが困難であるという問題も有している。
The method 2 is superior in terms of convenience without requiring a large-scale device. However, in the above-described chair-sitting test, when the person cannot stand using a normal chair because of his / her old age, the test itself cannot be performed.
In addition, in the method for evaluating lower limb muscle strength based on the change in the foot load of the subject when moving from the crouching posture to the standing posture, the change in the foot load includes the factor of the posture, so the muscle strength is sufficiently low. When the squatting posture cannot be taken or when the squatting posture varies depending on the person, there is a possibility that the measurement cannot be performed with high accuracy. Further, the method 2 has a problem that it is difficult to make a clear evaluation as to whether or not the obtained measurement result has sufficient muscular strength to perform the standing and sitting motion.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、利便性が良好でかつ下肢筋力を精度良く評価することができる下肢筋力評価方法、及びこれに用いる下肢筋力評価装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a lower limb strength evaluation method capable of accurately evaluating the lower limb strength with good convenience, and a lower limb strength evaluation apparatus used therefor. Objective.

(1)本発明は、被検者の下肢筋力を評価するための下肢筋力評価方法であって、前記被検者の動きを示すパラメータ値を取得するためのセンサを設置するセンサ設置ステップと、前記被検者が可能な限りしゃがんだ姿勢である最大しゃがみ姿勢から起立姿勢に姿勢変化するまでの間における、前記被検者の大腿部の動きを示す大腿部のパラメータ値を前記センサによって取得するパラメータ値取得ステップと、取得した前記大腿部のパラメータ値に基づいて、前記被検者の股関節及び膝関節の関節モーメントの和の最大値を求め、前記最大値と、前記被検者がしゃがみ姿勢から起立するために必要な必要最小筋力を示す基準値とに基づいて、下肢筋力の余裕度を算出する算出ステップと、を含むことを特徴としている。 (1) The present invention is a lower limb strength evaluation method for evaluating a lower limb strength of a subject, a sensor installation step of installing a sensor for acquiring a parameter value indicating the movement of the subject; The thigh parameter value indicating the movement of the subject's thigh during the period from the maximum squatting posture, where the subject is crouching as much as possible, to the standing posture is changed by the sensor. Based on the acquired parameter value acquisition step and the acquired parameter value of the thigh, a maximum value of the sum of joint moments of the hip joint and knee joint of the subject is obtained, and the maximum value and the subject A calculation step of calculating a margin of lower limb muscle strength based on a reference value indicating a necessary minimum muscle strength required to stand up from a squatting posture.

上記のように構成された下肢筋力評価方法によれば、被検者が可能な限りしゃがんだ最大しゃがみ姿勢から起立姿勢に姿勢変化するまでの間における大腿部のパラメータ値から股関節及び膝関節の関節モーメントの和の最大値を求め、この最大値と、起立するために必要な必要最小筋力を示す基準値とを用いて余裕度を算出するので、精度良く評価を行うことができる。
また、前記最大値に基づいて下肢筋力の余裕度を算出するので、余裕度を、被検者の最大しゃがみ姿勢の影響を含んだ値として得ることができる。このため、被検者ごとの筋力の相違によって最大しゃがみ姿勢に相違があったとしても、その最大しゃがみ姿勢の相違も含めた下肢筋力の余裕度として評価を行うことができる。
また、本発明によれば、慣性センサ等といった、被検者の動きを示すパラメータ値を取得することができるセンサを設置すれば、下肢筋力の余裕度を求めることができるので、下肢筋力の評価を利便性良く行うことができる。
According to the lower limb muscle strength evaluation method configured as described above, the hip and knee joint values are determined from the thigh parameter values until the subject changes from the maximum squatting posture to the standing posture as much as possible. Since the maximum value of the sum of the joint moments is obtained and the margin is calculated using this maximum value and the reference value indicating the necessary minimum muscle force required for standing, evaluation can be performed with high accuracy.
Further, since the margin of lower limb muscle strength is calculated based on the maximum value, the margin can be obtained as a value including the influence of the maximum squatting posture of the subject. For this reason, even if there is a difference in the maximum squatting posture due to a difference in muscle strength for each subject, it can be evaluated as a margin of lower limb muscle strength including a difference in the maximum squatting posture.
In addition, according to the present invention, if a sensor that can acquire a parameter value indicating the movement of the subject, such as an inertial sensor, is installed, the margin of lower limb muscle strength can be obtained, so that the evaluation of lower limb muscle strength can be performed. Can be performed conveniently.

(2)前記パラメータ値取得ステップでは、起立姿勢の前記被検者が、前記最大しゃがみ姿勢に姿勢を変え、さらに、最大しゃがみ姿勢から再度起立姿勢に姿勢変化するまでの間における前記大腿部のパラメータ値を取得するものであることが好ましい。
この場合、起立姿勢から最大しゃがみ姿勢に姿勢変化するときの被検者の股関節及び膝関節の関節モーメントの和の相対変化を把握することができ、当該被検者の起立姿勢を基準とした最大しゃがみ姿勢の状態を把握することができる。
(2) In the parameter value acquisition step, the subject in the standing posture changes the posture to the maximum squatting posture and further changes the posture of the thigh from the maximum squatting posture to the standing posture again. It is preferable to acquire a parameter value.
In this case, it is possible to grasp the relative change in the sum of the joint moments of the subject's hip joint and knee joint when the posture changes from the standing posture to the maximum crouching posture, and the maximum based on the subject's standing posture. The state of the crouching posture can be grasped.

(3)また、前記算出ステップにおいて、下記式に基づいて、前記下肢筋力の余裕度を求めるものであることが好ましい。 (3) Moreover, in the said calculation step, it is preferable to obtain | require the margin of the said leg muscular strength based on a following formula.

上記式中、Muscle_marginは、下肢筋力の余裕度、Thip+knee(t)は、股関節と膝関節の関節モーメントの和、max(Thip+knee(t))は、被検者がしゃがみ姿勢から起立姿勢に姿勢変化する間における股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+knee(t)の最大値、Tref hip+kneeは、前記被検者がしゃがみ姿勢から起立するために必要な必要最小筋力を示す基準値である。 In the above formula, Muscle_margin is the margin of lower limb muscle strength, T hip + knee (t) is the sum of the joint moments of the hip and knee joints, and max (T hip + knee (t)) is the squatting posture of the subject. The maximum value of hip joint and knee joint T hip + knee (t), T ref hip + knee during the posture change from standing to standing posture, is necessary for the subject to stand up from the squatting posture. This is a reference value indicating the required minimum muscle strength.

(4)さらに、前記算出ステップにおいて、下記式に基づいて、前記基準値Tref hip+kneeを、求めることが好ましい。 (4) Further, in the calculation step, it is preferable to obtain the reference value T ref hip + knee based on the following equation.

上記式中、LThighは、大腿部の長手方向の長さ、kThighは、大腿部の長手方向における質量中心位置を示すパラメータ、BalRLは、床反力における左右バランスを示すパラメータ、mBodyは、被検者の全質量、mHATは、上半身部の質量、mThighは、大腿部セグメントの質量、gは、重力加速度である。 In the above formula, L Thigh is the length of the thigh in the longitudinal direction, k Thigh is a parameter indicating the center of mass position in the longitudinal direction of the thigh, Bal RL is a parameter indicating the left-right balance in the floor reaction force, m Body is the total mass of the subject, m HAT is the mass of the upper body, m Thigh is the mass of the thigh segment, and g is the acceleration of gravity.

上記式中、右辺より得られる値は、大腿部を水平状態にしてしゃがみ姿勢を維持(静的な状態)したときの股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+kneeであり、被検者がしゃがみ姿勢から起立するために必要な必要最小筋力を示す値である基準値Tref hip+kneeと一致する。
基準値Tref hip+kneeは、上記式から得られることで、時間に応じて変化しない定数として得ることができる。
In the above equation, the value obtained from the right side is the sum T hip + knee of the hip joint and knee joint when the thigh is kept horizontal and the crouching posture is maintained (static state). This coincides with a reference value T ref hip + knee that is a value indicating a necessary minimum muscle strength necessary for the person to stand up from a squatting posture.
The reference value T ref hip + knee can be obtained as a constant that does not vary with time by being obtained from the above formula.

(5)上記下肢筋力評価方法において、前記センサは、前記大腿部のパラメータ値を取得するための大腿部センサを含み、前記センサ設置ステップにおいて、前記大腿部センサを前記被検者に固定するものであることが好ましい。
この場合、大腿部センサを被検者に固定するといった簡単な作業で、大腿部のパラメータ値を取得することができ、より利便性を高めることができる。
(5) In the lower limb muscle strength evaluation method, the sensor includes a thigh sensor for acquiring a parameter value of the thigh, and the thigh sensor is attached to the subject in the sensor installation step. It is preferable to fix.
In this case, the parameter value of the thigh can be acquired by a simple operation of fixing the thigh sensor to the subject, and convenience can be further improved.

(6)(7)大腿部の質量中心の長手方向の位置は、最も太い部分の近傍に位置している。このため、前記センサ設置ステップにおいて、前記大腿部センサは、前記大腿部の最も太い部分に固定されることが好ましい。
さらに、前記大腿部センサは、前記大腿部の外側面に固定されることが好ましい。一般に大腿部の外側面は、脂肪等が薄く、被検者ごとに安定した位置に固定することができるからである。
(6) (7) The longitudinal position of the center of mass of the thigh is located in the vicinity of the thickest part. For this reason, in the sensor installation step, the thigh sensor is preferably fixed to the thickest part of the thigh.
Furthermore, it is preferable that the thigh sensor is fixed to an outer surface of the thigh. This is because the outer surface of the thigh is generally thin in fat and can be fixed at a stable position for each subject.

また例えば、大腿部を一つのセグメントとして捉え、このセグメントの質量中心における動きを大腿部の動きとして求める場合、大腿部センサがそのセンサ位置で検知する大腿部のパラメータ値は、前記質量中心における値に補正する必要がある。
これに対して、上記の場合、大腿部センサを、大腿部の質量中心の近傍に固定できるとともに、被検者ごとに安定した位置に固定することができるので、上記補正に要する演算を規格化したり簡略化等することが容易となる。この結果、より利便性を高めることができる。
Further, for example, when the thigh is regarded as one segment and the movement at the center of mass of this segment is obtained as the thigh movement, the thigh parameter value detected by the thigh sensor at the sensor position is It is necessary to correct the value at the center of mass.
On the other hand, in the above case, the thigh sensor can be fixed in the vicinity of the center of mass of the thigh and can be fixed at a stable position for each subject. It becomes easy to standardize or simplify. As a result, convenience can be further improved.

(8)(9)前記センサは、前記被検者の上半身部の動きを示す上半身部のパラメータ値を取得するための上半身部センサを含み、前記センサ設置ステップにおいて、前記上半身部センサを前記被検者に固定し、前記算出ステップにおいて、前記被検者の股関節及び膝関節の関節モーメントの和の最大値を、前記大腿部のパラメータ値と前記上体部のパラメータ値とに基づいて求めることもでき、さらに、前記上半身部センサは、前記上半身部において、背中側の腰部の最も前弯した部分に固定することが好ましい。 (8) (9) The sensor includes an upper body sensor for acquiring a parameter value of the upper body part indicating the movement of the upper body part of the subject, and in the sensor installation step, the sensor for the upper body part is included in the sensor installation step. In the calculation step, the maximum value of the sum of the joint moments of the subject's hip joint and knee joint is obtained based on the thigh parameter value and the upper body parameter value. Further, it is preferable that the upper body part sensor is fixed to the most prone portion of the waist on the back side in the upper body part.

この場合、股関節及び膝関節の関節モーメントの和の最大値を、大腿部のパラメータ値と前記上半身部のパラメータ値とに基づいて求めることで、より精度よく評価を行うことができる。
また、一般に、背中側は、脂肪等が薄く、上半身部センサを被検者の背中側に固定することで、被検者ごとに安定した位置に固定することができる。
さらに、上半身部をセグメントとして捉えたときの質量中心は、腰部の最も前弯した部分の近傍に存在している。よって、上半身部の質量中心に近い位置に上半身部センサを固定すれば、上半身部センサによる上半身部パラメータ値を上半身部の質量中心における値に補正する場合においても、その補正に要する演算を規格化したり簡略化等することが容易となる。この結果、より利便性を高めることができる。
In this case, the maximum value of the sum of the joint moments of the hip joint and the knee joint is obtained based on the thigh parameter value and the upper body parameter value, so that the evaluation can be performed with higher accuracy.
In general, the back side is thin in fat and the like, and the upper body sensor can be fixed to a stable position for each subject by fixing the upper body sensor to the back side of the subject.
Furthermore, the center of mass when the upper body part is regarded as a segment exists in the vicinity of the most prone portion of the waist. Therefore, if the upper body sensor is fixed at a position close to the center of mass of the upper body, even when the upper body parameter value by the upper body sensor is corrected to the value at the center of mass of the upper body, the calculation required for the correction is normalized. Simplification or the like. As a result, convenience can be further improved.

(10)また、前記被検者の身長を入力するステップをさらに備え、前記算出ステップにおいて、前記身長に基づいて、前記大腿部の長手方向の長さ、質量中心位置を示すパラメータ、前記被検者の全質量、上半身部の質量、及び大腿部の質量を推定してもよい。
この場合、下肢筋力の余裕度を求めるのに必要な定数を全て用意せずとも、文献等のデータや、その他の統計的なデータを用いれば、被検者の身長に応じて前記定数を推定することができ、評価精度を低下させることなく利便性を高めることができる。
(10) The method further includes a step of inputting the height of the subject, and in the calculation step, based on the height, a parameter indicating a length in the longitudinal direction of the thigh, a center of mass position, the subject The total mass of the examiner, the mass of the upper body, and the mass of the thigh may be estimated.
In this case, even if not all the constants necessary for obtaining the margin of lower limb muscle strength are prepared, if the data such as literatures or other statistical data is used, the constants are estimated according to the height of the subject. Therefore, convenience can be improved without reducing the evaluation accuracy.

(11)また、本発明は、被検者の下肢筋力を評価するための下肢筋力評価装置であって、前記被検者の動きを示すパラメータ値を取得するためのセンサと、前記センサが取得した、前記被検者が可能な限りしゃがんだ姿勢である最大しゃがみ姿勢から起立姿勢に姿勢変化するまでの間における、前記被検者の大腿部の動きを示す大腿部のパラメータ値に基づいて、前記被検者の股関節及び膝関節の関節モーメントの和の最大値を求め、前記最大値と、前記被検者がしゃがみ姿勢から起立するために必要な必要最小筋力を示す基準値とに基づいて、下肢筋力の余裕度を算出する演算部と、を備えていることを特徴としている。 (11) Further, the present invention is a lower limb strength evaluation apparatus for evaluating a lower limb strength of a subject, a sensor for acquiring a parameter value indicating the movement of the subject, and the sensor Based on the thigh parameter value indicating the movement of the subject's thigh during the period from the maximum squatting posture, where the subject is crouched as much as possible, to the standing posture. The maximum value of the sum of the joint moments of the subject's hip joint and knee joint is obtained, and the maximum value and a reference value indicating the minimum muscle strength necessary for the subject to stand up from the squatting posture. And a calculation unit that calculates a margin of lower limb muscle strength.

上記のように構成された下肢筋力評価装置によれば、上述したように、利便性が良好でかつ下肢筋力を精度良く評価することができる。   According to the lower limb muscle strength evaluation apparatus configured as described above, as described above, convenience is good and the lower limb muscle strength can be accurately evaluated.

(12)(13)前記センサは、前記大腿部に装着される装具に固定され、前記大腿部のパラメータ値を取得する大腿部センサを含んでいてもよい。
さらに、前記センサは、前記被検者の上半身部に装着される装具に固定され、前記被検者の上半身部の動きを示す上半身部のパラメータ値を取得する上半身部センサを含み、前記演算部が、前記被検者の股関節及び膝関節の関節モーメントの和の最大値を、前記大腿部のパラメータ値と前記上体部のパラメータ値とに基づいて求めるものであってもよい。
(12) (13) The sensor may include a thigh sensor that is fixed to a brace attached to the thigh and acquires a parameter value of the thigh.
Further, the sensor includes an upper body sensor that is fixed to a brace attached to the upper body part of the subject and acquires a parameter value of the upper body part indicating movement of the upper body part of the subject, and the arithmetic unit However, the maximum value of the sum of the joint moments of the subject's hip joint and knee joint may be obtained based on the thigh parameter value and the upper body parameter value.

本発明の下肢筋力評価方法、及びこれに用いる下肢筋力評価装置によれば、利便性が良好でかつ下肢筋力を精度良く評価することができる。   According to the lower limb muscle strength evaluation method of the present invention and the lower limb muscle strength evaluation apparatus used therefor, convenience is good and the lower limb muscle strength can be accurately evaluated.

本発明の第一の実施形態に係る下肢筋力評価装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the leg strength evaluation apparatus which concerns on 1st embodiment of this invention. 上半身部センサ及び大腿部センサを被検者に固定し設置した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which fixed and installed the upper body part sensor and the thigh sensor to the subject. 本体部の一例を示す外観図である。It is an external view which shows an example of a main-body part. 下肢筋力評価装置を用いた、下肢筋力の余裕度の演算、評価方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the calculation of the margin of a leg muscular strength, and the evaluation method using a leg muscular strength evaluation apparatus. 被検者に行わせる、姿勢変化動作の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the attitude | position change operation | movement which makes a subject perform. 被検者の各部をセグメントとして示した図である。It is the figure which showed each part of the subject as a segment. 下肢筋力の余裕度の演算結果、評価結果出力の態様の一例であり、(a)は、本体部のディスプレイの表示を示しており、(b)は、下肢筋力の余裕度の演算結果をグラフで表した図である。It is an example of the calculation result of a lower limb muscle strength margin, and an example of the output of an evaluation result, (a) shows the display of the display of a main-body part, (b) is a graph of the calculation result of a lower limb muscle strength margin. FIG. 第一の実施形態の他の例において、大腿部センサを被検者に固定し設置した状態を示す図である。In other examples of a first embodiment, it is a figure showing the state where a thigh sensor was fixed and installed in a subject. 本発明の第二の実施形態に係る下肢筋力評価装置のセンサを被検者Hに設置した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which installed the sensor of the leg muscular strength evaluation apparatus which concerns on 2nd embodiment of this invention in the subject H. 床反力センサが検知する被検者Hに作用する反力を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the reaction force which acts on the subject H which a floor reaction force sensor detects. 第二の実施形態における慣性センサ設置のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the variation of inertial sensor installation in 2nd embodiment. 被検者が姿勢変化動作を行う際に当該被検者が載る台の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the stand which the said subject mounts when a subject performs posture change operation | movement.

〔第一の実施形態〕
〔全体構成について〕
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第一の実施形態に係る下肢筋力評価装置の構成を示すブロック図である。
図1において、下肢筋力評価装置1は、被検者の上半身部に固定される上半身部センサ2と、被検者の大腿部に固定される大腿部センサ3と、本体部4とを備えている。
[First embodiment]
[About overall configuration]
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the lower limb muscle strength evaluation apparatus according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a lower limb muscle strength evaluation apparatus 1 includes an upper body sensor 2 fixed to an upper body part of a subject, a thigh sensor 3 fixed to a thigh part of the subject, and a main body part 4. I have.

図2は、上半身部センサ2及び大腿部センサ3を被検者に固定し設置した状態を示す図である。両センサ2,3は、慣性センサを内蔵しており、被検者Hの上半身部及び大腿部の動きを示すパラメータ値を取得する機能を有している。   FIG. 2 is a diagram showing a state in which the upper body sensor 2 and the thigh sensor 3 are fixed and installed on the subject. Both sensors 2 and 3 have built-in inertial sensors, and have a function of acquiring parameter values indicating movements of the upper body and thigh of the subject H.

上半身部センサ2は、被検者Hの腰部に装着される装具である腰部ベルト5に固定されている。被検者Hが腰部ベルト5を自身の腰に装着することで、上半身部センサ2は、被検者Hの上半身部、腰部背中側の最も前弯した部分に固定、設置される。腰部ベルト5は、上半身部センサ2が被検者Hの背中側であって腰部の最も前弯した部分に位置するように装着されるのを容易とする形状に形成されている。腰部の最も前弯した部分の近傍に上半身部の質量中心が存在しているため、上記のように腰部ベルト5を装着することで、上半身部の質量中心に対して一定の位置関係となるとともに、上半身部の所定方向(例えば脊柱の方向)に対して一定の関係となる位置に上半身部センサ2を固定することができる。   The upper body part sensor 2 is fixed to a waist belt 5 which is a brace attached to the waist of the subject H. When the subject H wears the waist belt 5 on his / her waist, the upper body sensor 2 is fixed and installed on the upper body part of the subject H, the most prone portion on the back side of the waist. The waist belt 5 is formed in a shape that makes it easy to be worn so that the upper body sensor 2 is located on the back side of the subject H and in the most prone portion of the waist. Since the center of mass of the upper body exists in the vicinity of the most prone portion of the waist, by wearing the waist belt 5 as described above, a certain positional relationship is established with respect to the center of mass of the upper body. The upper body sensor 2 can be fixed at a position having a certain relation to a predetermined direction of the upper body (for example, the direction of the spine).

さらに、一般に背中側は脂肪等が薄いので、上半身部センサ2は、背中側に固定されることで、上半身部の質量中心の近傍に固定できるとともに、被検者Hごとに安定した位置に固定することができる。   Furthermore, since the fat or the like is generally thin on the back side, the upper body part sensor 2 can be fixed near the center of mass of the upper body part by being fixed to the back side, and fixed to a stable position for each subject H. can do.

大腿部センサ3は、被検者Hの大腿部に装着される装具である大腿部ベルト6に固定されている。被検者Hが大腿部ベルト6を自身の一方側の大腿部に装着することで、大腿部センサ3は、被検者Hの一方側大腿部の最も太い部分の外側面の幅方向ほぼ中央に固定される。大腿部ベルト6は、伸縮性のあるゴム素材を用いて形成されており、大腿部を適度に緊迫した状態で装着される。大腿部は、通常、股間側から足先に向かって先細りの形状となっているので、適度に緊迫した状態で大腿部ベルト6を大腿部に装着可能とすることで、当該大腿部ベルト6が位置ずれしてしまうのを防止することができる。   The thigh sensor 3 is fixed to a thigh belt 6 which is a brace attached to the thigh of the subject H. When the subject H wears the thigh belt 6 on one thigh of the subject H, the thigh sensor 3 is provided on the outer side surface of the thickest part of the one side thigh of the subject H. Fixed in the center of the width direction. The thigh belt 6 is formed using an elastic rubber material, and is attached in a state where the thigh is appropriately tightened. The thigh is usually tapered from the crotch side toward the toes, so that the thigh belt 6 can be attached to the thigh while being moderately tightened. It is possible to prevent the position belt 6 from being displaced.

また、大腿部の最も太い部分の近傍に大腿部の質量中心が存在しているため、上記のように大腿部ベルト6を装着することで、大腿部の質量中心の近傍に大腿部センサ3を固定できる。さらに、大腿部の質量中心に対して一定の位置関係となるとともに、大腿部の長手方向に対しても一定の関係となる位置に大腿部センサ3を固定することができる。
また、一般に大腿部の外側面は脂肪等が薄いので、大腿部センサ3は、大腿部の外側面に固定されることで、被検者Hごとに安定した位置に固定することができる。
In addition, since the center of mass of the thigh exists near the thickest part of the thigh, by attaching the thigh belt 6 as described above, the center of mass of the thigh is greatly increased. The thigh sensor 3 can be fixed. Further, the thigh sensor 3 can be fixed at a position that has a constant positional relationship with the center of mass of the thigh and also has a fixed relationship with respect to the longitudinal direction of the thigh.
Further, since the outer surface of the thigh is generally thin in fat or the like, the thigh sensor 3 can be fixed at a stable position for each subject H by being fixed to the outer surface of the thigh. it can.

また、被検者Hの上半身部及び大腿部は、後述するようにそれぞれセグメントとして捉えられ、その質量中心における動きを示すパラメータが求められる。このとき、両センサ2,3がそのセンサの位置で検知する検知結果は、各セグメントの質量中心における値に補正する必要がある。
この点、本実施形態では、両センサ2,3を、それぞれの部位の質量中心に対して一定の位置関係でかつ質量中心の近傍に固定するとともに、被検者Hごとに安定した位置に固定することができるので、上記補正に要する演算を規格化したり簡略化等することが容易となる。この結果、より利便性を高めることができる。
Further, the upper body part and the thigh part of the subject H are each regarded as a segment as described later, and a parameter indicating the movement at the center of mass is obtained. At this time, the detection result detected by the sensors 2 and 3 at the position of the sensor needs to be corrected to the value at the center of mass of each segment.
In this respect, in the present embodiment, both sensors 2 and 3 are fixed in a fixed positional relationship with respect to the center of mass of each part and in the vicinity of the center of mass, and are fixed at a stable position for each subject H. Therefore, it is easy to standardize or simplify the calculation required for the correction. As a result, convenience can be further improved.

図1に戻って、上半身部センサ2及び大腿部センサ3は、それぞれ、慣性センサとして、加速度センサ部21,31、及び、角速度センサ部22,32を備えている。また、上半身部センサ2及び大腿部センサ3は、各センサ部21,22,31,32が出力する検知結果を示す出力信号を、本体部4に対して無線送信する送信制御部23,33を備えている。   Returning to FIG. 1, the upper body sensor 2 and the thigh sensor 3 include acceleration sensor units 21 and 31 and angular velocity sensor units 22 and 32 as inertial sensors, respectively. The upper body sensor 2 and the thigh sensor 3 are transmission control units 23 and 33 that wirelessly transmit output signals indicating detection results output from the sensor units 21, 22, 31, and 32 to the main body unit 4. It has.

加速度センサ部21,31は、例えば、2軸の加速度センサによって構成されており、被検者Hの上半身部及び大腿部の動き(及び姿勢)を2軸方向の加速度として検知して送信制御部23,33に出力する機能を有している。
また、角速度センサ部22,32は、角速度センサによって構成されており、被検者の上半身部及び大腿部の動き(及び姿勢)を角速度として検知して送信制御部23,33に出力する機能を有している。
The acceleration sensor units 21 and 31 are configured by, for example, biaxial acceleration sensors, and detect and transmit control the movement (and posture) of the upper body and thigh of the subject H as biaxial acceleration. It has a function of outputting to the units 23 and 33.
Further, the angular velocity sensor units 22 and 32 are constituted by angular velocity sensors, and a function of detecting movements (and postures) of the upper body and thighs of the subject as angular velocities and outputting them to the transmission control units 23 and 33. have.

なお、各センサ部21,22,31,32は、被検者Hに対する上半身部センサ2及び大腿部センサ3の固定位置に対して必要な方向の加速度及び角速度が検知できるように設けられている。   Each sensor unit 21, 22, 31, 32 is provided so as to detect acceleration and angular velocity in a necessary direction with respect to the fixed positions of the upper body sensor 2 and the thigh sensor 3 with respect to the subject H. Yes.

以上のように、上半身部センサ2は、被検者Hの上半身部の動きを示す上半身部のパラメータ値として、被検者Hの背中側腰部における2軸の加速度と角速度を検知し、その検知結果を本体部4に無線送信によって出力する。また、大腿部センサ3も同様、被検者Hの大腿部の動きを示す大腿部のパラメータ値として、被検者Hの大腿部の最も太い部分の外側面における2軸の加速度と角速度を検知し、その検知結果を本体部4に無線送信によって出力する。   As described above, the upper body sensor 2 detects the biaxial acceleration and angular velocity in the back waist of the subject H as the parameter values of the upper body indicating the movement of the upper body of the subject H, and detects the detection. The result is output to the main unit 4 by wireless transmission. Similarly, the thigh sensor 3 has a biaxial acceleration on the outer surface of the thickest portion of the thigh of the subject H as a thigh parameter value indicating movement of the thigh of the subject H. The angular velocity is detected, and the detection result is output to the main unit 4 by wireless transmission.

また、両センサ2,3は、図示しない電源スイッチをON状態に操作すると、検知を開始し、検知結果である加速度及び角速度を示す信号の送信を開始する。   Both sensors 2 and 3 start detection when a power switch (not shown) is turned on, and start transmission of signals indicating acceleration and angular velocity as detection results.

本体部4は、両センサ2,3から送信される無線信号を受信する受信部41と、入力スイッチや、キーボードやマウス等からなる入力部42と、ディスプレイ等からなる出力部43と、システムプログラムや各種情報を記憶するためのメモリ等からなる記憶部44と、受信部41及び入力部42から得られる各種データに基づいてデータ処理を行うデータ処理部45とを備えている。   The main unit 4 includes a receiving unit 41 that receives radio signals transmitted from the sensors 2 and 3, an input unit 42 including an input switch, a keyboard, a mouse, and the like, an output unit 43 including a display, and a system program. And a memory 44 for storing various information, and a data processor 45 for performing data processing based on various data obtained from the receiver 41 and the input unit 42.

受信部41は、両センサ2,3から検知結果を示す信号として送信される無線信号を受信し、受信信号をデータ処理部45に対して出力する。
記憶部44には、後述する下肢筋力の余裕度を算出するためのプログラムがインストールされており、このプログラムによって、下肢筋力の余裕度の算出、評価処理を行う機能部が実現されている。
The receiving unit 41 receives a radio signal transmitted as a signal indicating a detection result from both the sensors 2 and 3, and outputs the received signal to the data processing unit 45.
The storage unit 44 is installed with a program for calculating a margin for lower limb muscle strength, which will be described later, and a functional unit for calculating and evaluating the margin for lower limb muscle strength is realized by this program.

図3は、本体部4の一例を示す外観図である。本体部4は、各部を収納した筐体51の外側面に、本装置の電源をON又はOFFするための電源ボタン52、被検者Hの身長を入力するための入力ボタン53、測定の開始を入力するための測定開始ボタン54、及び、演算結果を表示するためのディスプレイ55が設けられている。   FIG. 3 is an external view showing an example of the main body 4. The main unit 4 has a power button 52 for turning on / off the power of the apparatus, an input button 53 for inputting the height of the subject H, and a measurement start on the outer surface of a casing 51 housing each part. Is provided with a measurement start button 54 and a display 55 for displaying calculation results.

上記入力ボタン53、及び測定開始ボタン54は、入力部42(図1)を構成しており、ディスプレイ55は、出力部43(図1)を構成している。
つまり、被検者Hが入力ボタン53を用いて自身の身長を入力することで、データ処理部45は、被検者Hの身長に関する情報を取得することができる。また、データ処理部45は、被検者Hが測定の開始を測定開始ボタン54を用いて入力することで、データ処理部45は、測定開始のタイミングを認識することができる。
測定が終わると、データ処理部45は、ディスプレイ55に演算、評価結果を表示する。これにより、データ処理部45は、被検者Hに対して演算、評価結果を認識させることができる。
The input button 53 and the measurement start button 54 constitute an input unit 42 (FIG. 1), and the display 55 constitutes an output unit 43 (FIG. 1).
That is, when the subject H inputs his / her height using the input button 53, the data processing unit 45 can acquire information on the height of the subject H. In addition, the data processing unit 45 can recognize the measurement start timing when the subject H inputs the start of measurement using the measurement start button 54.
When the measurement is completed, the data processing unit 45 displays the calculation and evaluation results on the display 55. Thereby, the data processing unit 45 can make the subject H recognize the calculation and the evaluation result.

また、本体部4は、外部のコンピュータ等に接続するためのインターフェースを備えており(図示せず)、外部のコンピュータを介して制御可能とされている。よって、この場合、外部コンピュータのキーボードやマウスが入力部42を構成し、外部コンピュータのディスプレイやプリンタが出力部43を構成する。   The main body 4 is provided with an interface (not shown) for connection to an external computer or the like, and can be controlled via the external computer. Therefore, in this case, the keyboard and mouse of the external computer constitute the input unit 42, and the display and printer of the external computer constitute the output unit 43.

図1に戻って、データ処理部45は、本体部4が有する各部の動作を包括的に制御する制御部45aと、下肢筋力の余裕度を算出する機能を有する演算部45bとを備えている。このデータ処理部45の機能については、後に詳述する。   Returning to FIG. 1, the data processing unit 45 includes a control unit 45 a that comprehensively controls the operation of each unit included in the main body unit 4, and a calculation unit 45 b that has a function of calculating a margin of lower limb muscle strength. . The function of the data processing unit 45 will be described in detail later.

〔下肢筋力の余裕度の算出、評価方法について〕
図4は、上記下肢筋力評価装置1を用いた、下肢筋力の余裕度の算出、評価方法の手順を示すフローチャートである。
下肢筋力の余裕度の算出、評価を行うには、まず、下肢筋力評価装置1の上半身部センサ2が固定された腰部ベルト5と、大腿部センサ3が固定された大腿部ベルト6とを被検者Hに装着することで、両センサ2,3を被検者Hに固定し設置する(ステップS1)。
[Calculation and evaluation method for lower limb muscle strength]
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for calculating and evaluating a lower limb muscle strength margin using the lower limb strength evaluation apparatus 1.
In order to calculate and evaluate the margin of the lower limb muscle strength, first, a waist belt 5 to which the upper body sensor 2 of the lower limb muscle strength evaluation apparatus 1 is fixed, and a thigh belt 6 to which the thigh sensor 3 is fixed; Is attached to the subject H, so that both sensors 2 and 3 are fixed and installed on the subject H (step S1).

このとき、上半身部センサ2が被検者Hの背中側であって腰部の最も前弯した部分に位置するように、腰部ベルト5を被検者Hに装着する。
また、大腿部センサ3が被検者Hの一方側大腿部の最も太い部分の外側面の幅方向ほぼ中央に位置するように、大腿部ベルト6を被検者Hに装着する。
これによって、両センサ2,3は、それぞれ上半身部の質量中心及び大腿部の質量中心に対して一定の位置関係となるように固定される。
At this time, the waist belt 5 is attached to the subject H so that the upper body sensor 2 is located on the back side of the subject H and the most prone portion of the waist.
In addition, the thigh belt 6 is attached to the subject H so that the thigh sensor 3 is positioned at approximately the center in the width direction of the outer side surface of the thickest part of the one side thigh of the subject H.
Thereby, both sensors 2 and 3 are fixed so as to be in a fixed positional relationship with respect to the mass center of the upper body and the mass center of the thigh.

さらに、両センサ2,3を被検者Hに設置した後、両センサ2,3の電源スイッチ(図示せず)をON状態にする。これにより、両センサ2,3は、それぞれの検知結果である、各部の動きを示すパラメータ値としての加速度及び角速度を示す信号の送信を開始する。   Further, after the sensors 2 and 3 are installed on the subject H, the power switches (not shown) of the sensors 2 and 3 are turned on. Thereby, both sensors 2 and 3 start transmission of signals indicating acceleration and angular velocity as parameter values indicating the movement of each part, which are detection results.

次いで、下肢筋力評価装置1電源スイッチをON状態とし、本体部4に設けられた入力ボタン53を操作して、被検者Hの身長等の設定値を入力する(ステップS2)。
入力ボタン53の操作によって、被検者Hの身長が入力されると、本体部4の制御部45a(図1)は、入力された値を記憶部44(図1)に記憶する。
なお、被検者Hの身長が入力されなかったとしても、制御部45aは処理を続行する。この場合、制御部45aは、予め記憶部44に記憶されている、下肢筋力の余裕度を算出する上で標準的な被検者Hの身長を読み込み、これを用いて処理を行う。
Next, the power switch of the lower limb muscle strength evaluation apparatus 1 is turned on, and the input button 53 provided on the main body 4 is operated to input a set value such as the height of the subject H (step S2).
When the height of the subject H is input by operating the input button 53, the control unit 45a (FIG. 1) of the main body unit 4 stores the input value in the storage unit 44 (FIG. 1).
Even if the height of the subject H is not input, the control unit 45a continues the process. In this case, the control unit 45a reads the standard height of the subject H, which is stored in advance in the storage unit 44, to calculate the margin of lower limb muscle strength, and performs processing using this.

被検者Hの身長を入力した後、測定開始ボタン54を操作することで、制御部45aは、受信部41が受信した受信信号から得られる、両センサ2,3の検知結果である加速度と角速度(被検者Hの動きを示すパラメータ値)の取得を開始する(ステップS3)。   After inputting the height of the subject H, by operating the measurement start button 54, the control unit 45a can obtain the acceleration, which is the detection result of both the sensors 2 and 3, obtained from the received signal received by the receiving unit 41. Acquisition of the angular velocity (parameter value indicating the movement of the subject H) is started (step S3).

次いで、両センサ2,3を固定、設置した被検者Hに、姿勢変化動作を行わせる(ステップS4)。図5は、被検者Hに行わせる、姿勢変化動作の一例を示す図である。
図5に示すように、まず、初期の姿勢として、被検者Hに起立姿勢を取ってもらう。次に、この起立姿勢から、被検者Hにとっての最大限の深さでしゃがんでもらい、その姿勢(最大しゃがみ姿勢)で一旦停止してもらう。
その後、被検者Hに最大しゃがみ姿勢から全力で立ち上がってもらい、再度、起立姿勢を取ってもらう。
Next, the posture change operation is performed on the subject H who has fixed and installed both the sensors 2 and 3 (step S4). FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a posture change operation to be performed by the subject H.
As shown in FIG. 5, first, as an initial posture, the subject H takes a standing posture. Next, from this standing posture, the subject is crouched at the maximum depth for the subject H, and is temporarily stopped in that posture (maximum crouching posture).
Thereafter, the subject H gets up from the maximum squatting posture with full power and takes the standing posture again.

被検者Hが上記の姿勢変化動作を行っている間、制御部45aは、両センサ2,3の検知結果である加速度と角速度の取得を継続して行う。なお、制御部45aは、両センサ2,3の検知結果である加速度と角速度を、所定のサンプリング時間に対応付けた離散値として取得し、随時記憶部44に記憶する。   While the subject H is performing the posture changing operation, the control unit 45a continuously acquires the acceleration and the angular velocity that are the detection results of both the sensors 2 and 3. The control unit 45a acquires the acceleration and angular velocity, which are detection results of the sensors 2 and 3, as discrete values associated with a predetermined sampling time, and stores them in the storage unit 44 as needed.

被検者Hが上記姿勢変化動作を終えたことで、再度、測定開始ボタン54が操作されると、制御部45aは、両センサ2,3の検知結果の取得を終了する(ステップS5)。   When the measurement start button 54 is operated again because the subject H has finished the posture changing operation, the control unit 45a ends the acquisition of the detection results of both the sensors 2 and 3 (step S5).

制御部45aは、両センサ2,3の検知結果の取得を終了すると、下肢筋力の余裕度を算出するための演算を演算部45bに行わせる(ステップS6)。   When the control unit 45a finishes obtaining the detection results of both the sensors 2 and 3, the control unit 45a causes the calculation unit 45b to perform a calculation for calculating the margin of the lower limb muscle strength (step S6).

まず、演算部45bは、被検者Hの上半身部、大腿部、下腿部、及び足部をそれぞれセグメント(上半身部セグメント、大腿部セグメント、下腿部セグメント、及び足部セグメント)として捉えたときの、上半身部と大腿部を繋ぐ股関節の関節モーメント(股関節モーメント)と、大腿部と下腿部を繋ぐ膝関節の関節モーメント(膝関節モーメント)との和を求める。   First, the calculation unit 45b includes the upper body part, the thigh part, the crus part, and the foot part of the subject H as segments (upper body part segment, thigh segment, crus segment, and foot segment), respectively. The sum of the joint moment (hip joint moment) of the hip joint that connects the upper body and the thigh and the joint moment (knee joint moment) of the knee joint that connects the thigh and the lower leg is obtained.

図6は、被検者Hの各部をセグメントとして示した図である。演算部45bは、被検者Hの各セグメントの動きを、図6中の紙面中に示すように被検者の前後方向をX座標、上下方向をY座標、左右方向をZ座標とした座標系の中で把握し、股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+knee(t)を、下記式(1)に基づいて求める。 FIG. 6 is a diagram showing each part of the subject H as a segment. The calculation unit 45b is configured to coordinate the movement of each segment of the subject H with the subject's front-rear direction as the X coordinate, the vertical direction as the Y coordinate, and the left and right direction as the Z coordinate, as shown in the page of FIG. It is grasped in the system, and the sum T hip + knee (t) of the joint moment of the hip joint and the knee joint is obtained based on the following formula (1).

但し、式(1)中、Aは、下記式(2)によって表される。また、Pは、慣性座標系における上半身部セグメントの質量中心の並進加速度、Pは、慣性座標系における大腿部セグメントの質量中心の並進加速度であり、下記式(3),(4)によって表される。 However, in formula (1), A is represented by the following formula (2). Also, P H is translational acceleration, P T of the center of mass of the upper body portion segments in the inertial coordinate system is a translational acceleration of the center of mass of the thigh segment in the inertial coordinate system, the following equation (3), (4) Represented by

また、式(1)中、LThighは、大腿部セグメントの長手方向の長さ、kThighは、大腿部セグメントの長手方向における質量中心位置を示すパラメータ、θThigh(t)は、大腿部セグメントの角度であり、これら各パラメータは、それぞれ、図6のように表される。
さらに、式(1)中、BalRLは、床反力における左右バランスを示すパラメータ(本実施形態では、0.5に設定)、mBodyは、被検者Hの全質量、mHATは、上半身部セグメントの質量、mThighは、大腿部セグメントの質量、gは、重力加速度、tは、被検者Hが、起立姿勢から最大しゃがみ姿勢に移行し、さらに最大しゃがみ姿勢から再度起立姿勢に移行するまでの間の時間を示している。
式(2)中、radThighは、大腿部セグメントの慣性モーメントを求める際の回転半径をセグメントの長さで標準化した値である。
In Formula (1), L Thigh is the length in the longitudinal direction of the thigh segment, k Thigh is a parameter indicating the center of mass position in the longitudinal direction of the thigh segment, and θ Thigh (t) is large. This is the angle of the thigh segment, and each of these parameters is represented as shown in FIG.
Furthermore, in the formula (1), Bal RL is a parameter indicating the left-right balance in the floor reaction force (in this embodiment, set to 0.5), m Body is the total mass of the subject H, m HAT is The mass of the upper body segment, m Thigh is the mass of the thigh segment, g is the gravitational acceleration, t is the subject H transitions from the standing posture to the maximum squatting posture, and then stands again from the maximum squatting posture. The time until the transition to.
In equation (2), rad Thigh is a value obtained by standardizing the radius of rotation for obtaining the moment of inertia of the thigh segment by the length of the segment.

なお、上記大腿部セグメントの角加速度は、(d/dt)θThigh(t)と示す場合がある。 The angular acceleration of the thigh segment may be expressed as (d 2 / dt 2 ) θ Thigh (t).

上記式(1)中、並進加速度P、並進加速度P、大腿部セグメントの角度θThigh(t)、大腿部セグメントの角加速度(d/dt)θThigh(t)は、両センサ2,3の検知結果から求められる、時間t(被検者Hの動作)に応じて変化する変数である。演算部45bが、両センサ2,3の検知結果からこれら変数を求めるための処理については、後に説明する。
一方、他のパラメータ(LThigh、kThigh、BalRL、mBody、mHAT、mThigh、radThigh、g)は、時間tに対して変化しない定数である。演算部45bは、これら定数の内、床反力における左右バランスを示すパラメータBalRL、については「0.5」を、重力加速度gについては「9.80665」を用いるように予め設定される。
In the above formula (1), the translation acceleration P H , translation acceleration P T , thigh segment angle θ Thigh (t), thigh segment angular acceleration (d 2 / dt 2 ) θ Thigh (t) are: It is a variable that changes in accordance with time t (operation of the subject H) obtained from the detection results of both the sensors 2 and 3. The processing for the calculation unit 45b to obtain these variables from the detection results of both the sensors 2 and 3 will be described later.
On the other hand, the other parameters (L Thigh , k Thigh , Bal RL , m Body , m HAT , m Thigh , rad Thigh , g) are constants that do not change with respect to time t. The calculation unit 45b is preset to use “0.5” for the parameter Bal RL indicating the left-right balance in the floor reaction force and “9.8665” for the gravitational acceleration g among these constants.

また、被検者Hの体格等に応じて変化する残りのパラメータ(LThigh、kThigh、mBody、mHAT、mThigh)について、演算部45bは、ステップS2で入力される被検者Hの身長に基づく推定値を用いる。
例えば、被検者Hの身長と、その身長に対応する各パラメータの推定値とが関連付けて登録されたデータベースを記憶部44に記憶しておけば、演算部45bは、入力された被検者Hの身長に応じた各パラメータの推定値を前記データベースを参照することにより取得することができる。なお、前記データベースに登録される各パラメータの推定値としては、研究成果として報告されている文献等に基づいたデータや、その他の統計的なデータに基づいて、身長に応じた各パラメータの値を推定したものを用いることができる。
For the remaining parameters (L Thigh , k Thigh , m Body , m HAT , m Thigh ) that change according to the physique etc. of the subject H, the calculation unit 45 b receives the subject H input in step S 2. Use an estimate based on the height of the.
For example, if a database in which the height of the subject H and the estimated values of the parameters corresponding to the height are associated and registered is stored in the storage unit 44, the calculation unit 45b can input the subject to be input. The estimated value of each parameter according to the height of H can be obtained by referring to the database. In addition, as the estimated value of each parameter registered in the database, the value of each parameter corresponding to the height is based on data based on literatures reported as research results or other statistical data. The estimated one can be used.

また、被検者Hの身長が入力されなかったとしても、上述のように、演算部45bは、予め記憶部44に記憶されている、下肢筋力の余裕度を算出する上で標準的な被検者Hの身長を読み込み、これを用いて各パラメータの推定値を取得する。   Further, even if the height of the subject H is not input, as described above, the calculation unit 45b is a standard subject in calculating the lower limb muscle strength margin stored in the storage unit 44 in advance. The height of the examiner H is read, and the estimated value of each parameter is acquired using this.

演算部45bは、上記式(1)中、並進加速度P、並進加速度P、大腿部セグメントの角度θThigh(t)、及び、大腿部セグメントの角加速度(d/dt)θThigh(t)を、両センサ2,3の検知結果から求める。 The calculation unit 45b calculates the translation acceleration P H , translation acceleration P T , thigh segment angle θ Thigh (t), and thigh segment angular acceleration (d 2 / dt 2 ) in the above formula (1). θ Thigh (t) is obtained from the detection results of both sensors 2 and 3.

各センサ2,3の加速度センサ部21,31は、各センサ2,3が、被検者Hに固定されたときに、図6中、X−Y平面上における2軸の加速度を検知することができるように設けられている。   The acceleration sensor units 21 and 31 of the sensors 2 and 3 detect biaxial acceleration on the XY plane in FIG. 6 when the sensors 2 and 3 are fixed to the subject H. It is provided so that you can.

演算部45bは、大腿部セグメントの角度θ(t)については、動作開始時のセグメント角度を初期値として、大腿部センサ3の検知結果に含まれる大腿部セグメントの角速度を時間tで積分して求める。また、動作開始時の初期値は、検知結果に含まれる大腿部セグメントの加速度の方向によって把握できる。つまり、セグメントが静止状態であれば、加速度センサ部は、重力のみを検知することとなるので、センサ部に対する重力の方向から、セグメントの相対的な角度を把握することができる。   As for the angle θ (t) of the thigh segment, the calculation unit 45b uses the segment angle at the start of the operation as an initial value, and sets the angular velocity of the thigh segment included in the detection result of the thigh sensor 3 at time t. Find by integration. Further, the initial value at the start of the operation can be grasped from the acceleration direction of the thigh segment included in the detection result. That is, if the segment is in a stationary state, the acceleration sensor unit detects only gravity, and therefore the relative angle of the segment can be grasped from the direction of gravity with respect to the sensor unit.

演算部45bは、大腿部セグメントの角加速度(d/dt)θThigh(t)については、大腿部センサ3の検知結果に含まれる大腿部セグメントの角速度((d/dt)θThigh(t))を時間tで微分することで求める。 Regarding the angular acceleration (d 2 / dt 2 ) θ Thigh (t) of the thigh segment, the calculation unit 45b determines the angular velocity ((d / dt) of the thigh segment included in the detection result of the thigh sensor 3. θ Thigh (t)) is obtained by differentiating with respect to time t.

上半身部セグメントの質量中心の並進加速度Pについては、上半身部センサ2の検知結果に含まれる上半身部セグメントの加速度と、角速度を用いて求められる。
上半身部センサ2の検知結果である加速度は、加速度センサ部21の位置における加速度を、自身の座標系(センサ座標系)で示している。よって、上半身部セグメントの質量中心における加速度を求めるために、演算部45bは、検知結果である加速度を上半身部セグメントの質量中心における加速度に補正し、さらに、補正後の加速度を慣性座標系(図6に示す座標系)に座標変換する。これによって、上半身部セグメントの質量中心の並進加速度Pを求めることができる。
The translational acceleration P H of the center of mass of the upper body portion segments, and the acceleration of the upper body portion segments included in the detection results upper body section sensor 2 is determined using the angular velocity.
The acceleration that is the detection result of the upper body sensor 2 indicates the acceleration at the position of the acceleration sensor unit 21 in its own coordinate system (sensor coordinate system). Therefore, in order to obtain the acceleration at the center of mass of the upper body segment, the calculation unit 45b corrects the acceleration as a detection result to the acceleration at the center of mass of the upper body segment, and further, the corrected acceleration is represented by an inertial coordinate system (see FIG. The coordinate is converted to the coordinate system shown in FIG. This makes it possible to determine the translational acceleration P H of the center of mass of the upper body portion segments.

検知結果である加速度を上半身部セグメントの質量中心における加速度に補正するために、演算部45bは、加速度センサ部21の位置と、上半身部セグメントの質量中心との間の相対的な位置関係と、検知結果に含まれる角速度とを用いて加速度のずれを算出して補正する。   In order to correct the acceleration as a detection result to the acceleration at the center of mass of the upper body segment, the calculation unit 45b includes a relative positional relationship between the position of the acceleration sensor unit 21 and the center of mass of the upper body segment, The deviation of acceleration is calculated and corrected using the angular velocity included in the detection result.

加速度センサ部21の位置と、上半身部セグメントの質量中心との間の相対的な位置関係は、実際に計測した値を用いることもできるが、本実施形態では、上述したように、上半身部の質量中心に対して一定の位置関係となる位置に上半身部センサ2を固定するので、前記位置関係を近似的に示すデータを予め記憶しておき、その記憶したデータを用いることができる。また、前記位置関係を示すデータは、被検者Hの身長に応じて若干変化する場合があるので、例えば、被検者Hの身長と、身長に対応して補正された前記位置関係を示すデータとが関連付けられたデータベースを記憶部44に記憶しておけば、演算部45bは、被検者Hの身長に応じた前記位置関係を示すデータをデータベースを参照することにより、より精度の高いデータを取得できる。   As the relative positional relationship between the position of the acceleration sensor unit 21 and the center of mass of the upper body segment, an actually measured value can be used, but in the present embodiment, as described above, Since the upper body sensor 2 is fixed at a position having a certain positional relationship with respect to the center of mass, data indicating the positional relationship approximately can be stored in advance, and the stored data can be used. Moreover, since the data indicating the positional relationship may change slightly depending on the height of the subject H, for example, the height of the subject H and the positional relationship corrected according to the height are indicated. If the database associated with the data is stored in the storage unit 44, the calculation unit 45b refers to the database for data indicating the positional relationship according to the height of the subject H, so that the accuracy is higher. Data can be acquired.

また、被検者Hの身長が入力されなかったとしても、演算部45bは、予め記憶部44に記憶されている、下肢筋力の余裕度を演算する上で標準的な前記位置関係示すデータを読み込み取得するようにすることもできる。   Even if the height of the subject H is not input, the calculation unit 45b uses the data indicating the standard positional relationship stored in the storage unit 44 in advance for calculating the margin of lower limb muscle strength. It can also be read and acquired.

このように、本実施形態では、上半身部センサ2を適切に固定したので、補正に要する演算を規格化したり簡略化等することが容易となる。この結果、より利便性を高めることができる。   Thus, in this embodiment, since the upper body part sensor 2 was fixed appropriately, it becomes easy to standardize or simplify the calculation required for correction. As a result, convenience can be further improved.

さらに、加速度センサ部21は、上半身部セグメントに対して一定の位置関係で固定されるので、予め、センサ座標系から慣性座標系に座標変換するための変換行列を近似的に求めておいて、記憶部44に記憶しておくことができる。
演算部45bは、記憶部44に記憶された変換行列を用いて、センサ座標系である補正後の加速度を慣性座標系に変換する。
これにより、演算部45bは、並進加速度Pを求めることができる。
Furthermore, since the acceleration sensor unit 21 is fixed in a fixed positional relationship with respect to the upper body segment, an approximate conversion matrix for coordinate conversion from the sensor coordinate system to the inertial coordinate system is obtained in advance. It can be stored in the storage unit 44.
The calculation unit 45 b converts the corrected acceleration, which is the sensor coordinate system, into the inertial coordinate system using the conversion matrix stored in the storage unit 44.
Accordingly, the arithmetic unit 45b can calculate the translational acceleration P H.

演算部45bは、並進加速度Pと同様に、大腿部センサ3の検知結果に含まれる大腿部セグメントの加速度と、角速度について、補正、座標変換を行い、大腿部の質量中心の並進加速度Pを求める。 Calculation unit 45b, similarly to the translational acceleration P H, and the acceleration of the thigh segments included in the detection result of the thigh sensor 3, angular velocity, corrected, performs coordinate transformation, translation of the center of mass of the thigh The acceleration PT is obtained.

以上のようにして、演算部45bは、被検者Hの身長、両センサ2,3の検知結果に基づいて上記各値を求め、股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+knee(t)を求める。 As described above, the calculation unit 45b obtains the above values based on the height of the subject H and the detection results of the sensors 2 and 3, and the sum T hip + knee (t )

次に、演算部45bは、図5で示した姿勢変化動作の間における股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+knee(t)の内の最大値を取得し、下記式(5)に基づいて、下肢筋力の余裕度を求める。 Next, the calculation unit 45b acquires the maximum value of the sum T hip + knee (t) of the hip joint and knee joint during the posture change operation shown in FIG. Based on this, the margin of lower limb muscle strength is obtained.

上記式(5)中、Muscle_marginは、下肢筋力の余裕度、max(Thip+knee(t))は、股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+knee(t)の最大値、Tref hip+kneeは、前記被検者がしゃがみ姿勢から起立するために必要な必要最小筋力を示す基準値である。この基準値Tref hip+kneeは、下記式(6)で表される。 In the above equation (5), Muscle_margin is the margin of lower limb muscle strength, max (T hip + knee (t)) is the maximum value of the joint moment T hip + knee (t) of the hip joint and knee joint, T ref hip + knee is a reference value indicating the minimum muscular strength necessary for the subject to stand up from the squatting posture. The reference value T ref hip + knee is expressed by the following formula (6).

上記式(6)中、右辺より得られる値は、大腿部を水平状態にしてしゃがみ姿勢を維持(静的な状態)したときの股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+kneeであり、被検者がしゃがみ姿勢から起立するために必要な必要最小筋力を示す値である基準値Tref hip+kneeと一致する。 In the above formula (6), the value obtained from the right side is the sum T hip + knee of the joint moment of the hip joint and the knee joint when the thigh is kept horizontal and the crouching posture is maintained (static state). This coincides with a reference value T ref hip + knee which is a value indicating the necessary minimum muscle strength necessary for the subject to stand up from the squatting posture.

すなわち、大腿部が水平となるしゃがみ姿勢を維持したときの股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+knee(基準値Tref hip+knee)以上の値を姿勢変化動作で発揮できる筋力が、被検者Hにある場合には、その被検者Hは、大腿部が水平となるよりも深くしゃがんだしゃがみ姿勢からでも起立可能な筋力を有していると評価することができる。
つまり、大腿部が水平となるしゃがみ姿勢を維持したときの股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+knee(基準値Tref hip+knee)よりも、測定により得られる股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+knee(t)の最大値max(Thip+knee(t))が大きければ、その被検者Hには、しゃがみ姿勢から立ち上がることが可能な筋力があると評価できる。
なお、基準値Tref hip+kneeは、上記式(6)から得られることで、時間に応じて変化しない定数として得ることができる。
That is, the muscle strength that can exert a value greater than the sum T hip + knee (reference value T ref hip + knee ) of the joint moment of the hip joint and the knee joint when maintaining a crouching posture in which the thigh is horizontal in the posture changing operation. When the subject is in the subject H, the subject H can be evaluated as having muscle strength that allows standing up even from a squatting posture in which the thigh is crouched deeper than horizontal.
In other words, the hip and knee joints obtained by measurement are more than the sum T hip + knee (reference value T ref hip + knee ) of the joint moments of the hip and knee joints when maintaining a crouching posture in which the thigh is horizontal. if the maximum value max (T hip + knee (t )) is greater of the sum of the joint moment T hip + knee (t), that the subject H, it can be evaluated that there is a strength that can stand up from the squatting posture .
The reference value T ref hip + knee can be obtained as a constant that does not vary with time by being obtained from the above equation (6).

本実施形態の演算部45bは、大腿部が水平となるしゃがみ姿勢を維持したときの股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+kneeを基準値Tref hip+kneeとした上で、被検者Hによる姿勢変化の間の測定(検知結果)によって得られた被検者Hの股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+knee(t)の最大値max(Thip+knee(t))が、基準値Tref hip+kneeに対してどの程度の割合かを百分率で算出し、これを下肢筋力の余裕度として出力する。従って、基準値Tref hip+kneeに対して、関節モーメントの和Thip+knee(t)の最大値max(Thip+knee(t))が大きく、立ち上がるための筋力が大きい場合には、余裕度は、100%を超える値となる。逆に、関節モーメントの和Thip+knee(t)の最大値max(Thip+knee(t))が基準値Tref hip+kneeよりも小さく、立ち上がるための筋力が小さい場合には、余裕度は、100を下回る値となる。 The calculation unit 45b of the present embodiment sets the sum T hip + knee of the hip joint and the knee joint when maintaining the crouching posture in which the thigh is horizontal as the reference value T ref hip + knee , Maximum value max (T hip + knee (t) of the sum T hip + knee (t) of hip joint and knee joint of subject H obtained by measurement (detection result) during posture change by examiner H )) Calculates the percentage of the reference value T ref hip + knee as a percentage, and outputs this as a margin of lower limb muscle strength. Therefore, the reference value T ref hip + knee, the maximum value max of the sum of the joint moment T hip + knee (t) ( T hip + knee (t)) is large and the strength for rising is large, The margin is a value exceeding 100%. Conversely, if the maximum value max (T hip + knee (t)) of the sum of joint moments T hip + knee (t) is smaller than the reference value T ref hip + knee and the muscle strength to stand up is small, there is a margin. The degree is less than 100.

演算部45bが、下肢筋力の余裕度を算出すると、制御部45aは、その下肢筋力の余裕度の値から、下肢筋力の余裕度のレベル評価を行う。制御部45aは、例えば、下肢筋力の余裕度のレベルをその値に応じて、「高」、「中」、「低」の3段階で評価を行う。   When the calculation unit 45b calculates the margin of the lower limb muscle strength, the control unit 45a performs the level evaluation of the margin of the lower limb muscle strength from the value of the margin of the lower limb muscle strength. For example, the control unit 45a evaluates the level of the lower limb muscle strength margin according to the value in three stages of “high”, “medium”, and “low”.

図4に戻って、次に、制御部45aは、下肢筋力の余裕度の数値と、評価レベルとをディスプレイ55に表示することで、演算結果、評価結果の出力を行い(ステップS7)、処理を終える。   Returning to FIG. 4, next, the control unit 45a displays the numerical value of the margin of the lower limb muscle strength and the evaluation level on the display 55, thereby outputting the calculation result and the evaluation result (step S7). Finish.

図7は、下肢筋力の余裕度の算出結果、評価結果出力の態様の一例であり、(a)は、本体部4のディスプレイ55の表示を示している。
図7(a)では、下肢筋力の余裕度の数値が「186%」、評価レベルが「中」である場合を示している。このように、下肢筋力評価装置1は、演算、評価結果を被検者Hに対して出力する。
FIG. 7 is an example of a calculation result of the lower limb muscle strength margin and an evaluation result output. FIG. 7A shows a display on the display 55 of the main body 4.
FIG. 7A shows a case where the numerical value of the margin of the lower limb muscle strength is “186%” and the evaluation level is “medium”. As described above, the lower limb muscle strength evaluation apparatus 1 outputs the calculation and evaluation results to the subject H.

また、図7(b)は、下肢筋力の余裕度の演算結果をグラフで表した図である。
図7(b)中のグラフは、横軸が時間tであり、縦軸がモーメントを示している。図中の線図は、被検者Hが起立姿勢から最大しゃがみ姿勢に移行し、さらに最大しゃがみ姿勢から全力で立ち上がることで起立姿勢となる一連の動作の間の演算結果を示している。
Moreover, FIG.7 (b) is the figure which represented the calculation result of the margin of the leg muscular strength with the graph.
In the graph in FIG. 7B, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents moment. The diagram in the figure shows a calculation result during a series of operations in which the subject H shifts from the standing posture to the maximum squatting posture and further rises from the maximum squatting posture to the standing posture.

図中、実線で示している線図Iは、股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+knee(t)(以下、単に関節モーメントの和Thip+knee(t)ともいう)を示している。図中、紙面左側の関節モーメントの和Thip+knee(t)が比較的低い値の範囲では、被検者Hは起立姿勢である。被検者Hが起立姿勢からしゃがみ姿勢に姿勢変化の動作を開始すると、関節モーメントの和Thip+knee(t)は、序々に増加し、最大しゃがみ姿勢となるところでほぼ一定の値に維持される。
その後、被検者Hが全力で立ち上がると、関節モーメントの和Thip+knee(t)は、急激に上昇して最大値を採り、起立姿勢に至ると急激に低下する。そして、起立姿勢の維持によって、再度、低い値で安定する。
In the figure, a diagram I indicated by a solid line indicates a sum T hip + knee (t) of the hip joint and the knee joint (hereinafter also simply referred to as a sum of joint moments T hip + knee (t)). Yes. In the figure, the subject H is in a standing posture within a range where the sum of joint moments T hip + knee (t) on the left side of the drawing is relatively low. When the subject H starts to move from the standing posture to the squatting posture, the sum of joint moments T hip + knee (t) gradually increases and is maintained at a substantially constant value at the maximum squatting posture. The
Thereafter, when the subject H stands up with full power, the sum of joint moments T hip + knee (t) rapidly increases and takes the maximum value, and rapidly decreases when reaching the standing posture. Then, by maintaining the standing posture, it is stabilized again at a low value.

ここで、基準値Tref hip+kneeは、図7(b)のグラフ中、破線Rで示される。よって、下肢筋力の余裕度は、この破線Rよりも関節モーメントの和の最大値max(Thip+knee(t))が大きくなると、100%以上となる。 Here, the reference value T ref hip + knee is indicated by a broken line R in the graph of FIG. Therefore, when the maximum value max (T hip + knee (t)) of the joint moment is larger than the broken line R, the margin of the lower limb muscle strength becomes 100% or more.

図中、破線で示している線図IIは、上記式(1)中の並進加速度P、Pといった加速度に関わる値の合計値を示す値であり、被検者Hの動作の機敏さを示している。また、一点鎖線で示している線図IIIは、上記式(1)中の「g」を含む項の合計値を示す値であり、被検者Hが、どの程度の深さでしゃがんでいるかといったしゃがみ度合を示している。また、二点鎖線で示している線図IVは、上記式(1)中、「rad」を含む項を示す値であり、図6中のZ軸方向の成分を示している。よって、線図IVは、被検者Hの起立姿勢からしゃがみ姿勢から起立姿勢への姿勢変化においては、ほとんど変化がない。
つまり、線図Iは、線図II、III、IVを合計した線図となっており、関節モーメントの和の最大値max(Thip+knee(t))は、被検者Hのしゃがみ度合に基づく値と、被検者Hの起立動作の機敏さに基づく値とを合計した値となっており、被検者の最大しゃがみ姿勢の影響を含む値として得ることができる。
In the figure, a diagram II indicated by a broken line is a value indicating a total value of acceleration-related values such as the translational accelerations P H and P T in the above formula (1), and the agility of movement of the subject H Is shown. Moreover, the diagram III shown with a dashed-dotted line is a value which shows the total value of the term containing "g" in the said Formula (1), and is how deep the subject H is squatting. It shows the degree of crouching. A diagram IV indicated by a two-dot chain line is a value indicating a term including “rad” in the above formula (1), and indicates a component in the Z-axis direction in FIG. 6. Therefore, the diagram IV has almost no change in the posture change of the subject H from the standing posture to the standing posture.
That is, the diagram I is a diagram obtained by summing up the diagrams II, III, and IV, and the maximum sum max of joint moments (T hip + knee (t)) is the degree of squatting of the subject H. And a value based on the agility of the standing motion of the subject H, and can be obtained as a value including the influence of the maximum squatting posture of the subject.

図7(b)に示すグラフは、比較的年齢の若い下肢筋力の余裕がある被検者Hの演算結果を示しているが、ここで、仮に、下肢筋力が低く、最大しゃがみ姿勢が、大腿部が水平状態にまで到達できない程度に浅い場合、線図IIIの値が低い値となり、関節モーメントの和Thip+knee(t)も基準値Tref hip+kneeに到達しない比較的低い値となる。
この場合においても、その状態から起立姿勢に姿勢変化することで、関節モーメントの和の最大値max(Thip+knee(t))を取得することができる。
このとき、関節モーメントの和Thip+knee(t)は、比較的低い値として現れている最大しゃがみ姿勢での値から、起立姿勢を取ることで上昇を開始し、最大値max(Thip+knee(t))に達するので、この最大値max(Thip+knee(t))は、最大しゃがみ姿勢における関節モーメントの和Thip+knee(t)の影響も含んでおり、被検者Hの最大しゃがみ姿勢の影響を含む値として得ることができる。
The graph shown in FIG. 7B shows the calculation result of the subject H who has a relatively young leg muscle strength margin. Here, the leg muscle strength is low and the maximum squatting posture is large. When the thigh is shallow enough not to reach the horizontal state, the value of the diagram III is low, and the sum of joint moments T hip + knee (t) is also a relatively low value that does not reach the reference value T ref hip + knee. It becomes.
Even in this case, the maximum value max (T hip + knee (t)) of the joint moment can be acquired by changing the posture from the state to the standing posture.
At this time, the sum T hip + knee (t) of the joint moment starts to rise by taking a standing posture from the value in the maximum squatting posture that appears as a relatively low value, and the maximum value max (T hip + since reaches knee (t)), the maximum value max (T hip + knee (t )) also include the effect of the sum of the joint moment in the maximum squatting posture T hip + knee (t), the subject H Can be obtained as a value including the influence of the maximum crouching posture.

〔本方法の効果について〕
上記のように構成された下肢筋力を評価する方法では、被検者Hの動きを示すパラメータ値を取得するための上半身部センサ2及び大腿部センサ3を設置するセンサ設置ステップ(ステップS1)と、被検者Hが可能な限りしゃがんだ姿勢である最大しゃがみ姿勢から起立姿勢に姿勢変化するまでの間における、被検者Hの上半身部及び大腿部の動きを示す加速度及び角速度(上半身部のパラメータ値、大腿部のパラメータ値)を上半身部センサ2及び大腿部センサ3によって取得するパラメータ値取得ステップ(ステップS3〜S5)と、取得した上半身部及び大腿部の加速度及び角速度から、被検者Hの股関節及び膝関節の関節モーメントの和の最大値max(Thip+knee(t))を求め、前記最大値と、被検者Hがしゃがみ姿勢から起立するために必要な必要最小筋力を示す基準値Tref hip+kneeとに基づいて下肢筋力の余裕度を算出する算出ステップ(ステップS6)とを備えている。
[About the effect of this method]
In the method for evaluating the lower limb muscle strength configured as described above, a sensor installation step for installing the upper body sensor 2 and the thigh sensor 3 for acquiring a parameter value indicating the movement of the subject H (step S1). And the acceleration and angular velocity (upper body) indicating the movement of the upper body and thigh of the subject H during the period from the maximum squatting posture, which is the posture where the subject H is crouched as much as possible, to the standing posture. Parameter value acquisition step (steps S3 to S5) in which the upper body sensor 2 and the thigh sensor 3) are acquired by the upper body sensor 2 and the thigh sensor 3, and the acceleration and angular velocity of the acquired upper body and thigh From this, the maximum value max (T hip + knee (t)) of the joint moment of the hip joint and knee joint of the subject H is obtained, and the subject H stands up from the squatting posture. A calculation step (step S6) for calculating a margin of lower limb muscular strength based on a reference value T ref hip + knee indicating a necessary minimum muscular strength necessary for performing.

上記の下肢筋力を評価する方法によれば、被検者Hが最大しゃがみ姿勢から起立姿勢に姿勢変化するまでの間における被検者Hの大腿部及び上半身部の加速度と角速度から股関節及び膝関節の関節モーメントの和の最大値max(Thip+knee(t))を求め、この最大値と、起立するために必要な必要最小筋力を示す基準値基準値Tref hip+kneeとを用いて余裕度を算出するので、精度良く評価を行うことができる。
また、関節モーメントの和の最大値max(Thip+knee(t))に基づいて下肢筋力の余裕度を算出するので、余裕度を、被検者Hの最大しゃがみ姿勢の影響を含んだ値として得ることができる。このため、被検者Hごとの筋力の相違によって最大しゃがみ姿勢に相違があったとしても、その最大しゃがみ姿勢の相違も含めた下肢筋力の余裕度として評価を行うことができる。
According to the above-described method for evaluating the lower limb muscle strength, the hip joint and knee are determined from the acceleration and angular velocity of the subject's H thigh and upper body while the subject H changes from the maximum squatting posture to the standing posture. The maximum value max (T hip + knee (t)) of the sum of the joint moments of the joint is obtained, and the maximum value and the reference value reference value T ref hip + knee indicating the minimum muscle force necessary for standing are used. Since the margin is calculated, the evaluation can be performed with high accuracy.
Further, since the margin of lower limb muscle strength is calculated based on the maximum sum max of joint moments (T hip + knee (t)), the margin includes the influence of the maximum squatting posture of the subject H. Can be obtained as For this reason, even if there is a difference in the maximum squatting posture due to a difference in muscle strength for each subject H, it can be evaluated as a margin of lower limb muscle strength including a difference in the maximum squatting posture.

また、本実施形態の演算部45bは、大腿部を水平状態にしてしゃがみ姿勢を維持(静的な状態)したときの股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+kneeを、被検者Hがしゃがみ姿勢から起立するために必要な必要最小筋力を示す基準値(基準値Tref hip+knee)として採用し、下肢筋力の余裕度を求める。これにより、基準値Tref hip+kneeを、時間に応じて変化しない定数として得ることができるので(式(6)参照)、より安定した精度で下肢筋力の余裕度を算出することができる。 In addition, the calculation unit 45b of the present embodiment calculates the sum T hip + knee of the joint moment of the hip joint and the knee joint when the thigh is kept horizontal and the crouching posture is maintained (static state). H is adopted as a reference value (reference value T ref hip + knee ) indicating a necessary minimum muscle force necessary for standing up from a squatting posture, and a margin of lower limb muscle strength is obtained. As a result, the reference value T ref hip + knee can be obtained as a constant that does not change with time (see Expression (6)), so that the margin of lower limb muscle strength can be calculated with more stable accuracy.

また、本実施形態では、加速度センサ部21,31や、角速度センサ部22,32等の慣性センサといった、被検者Hの動きを示すパラメータ値を取得することができるセンサを設置して、上記下肢筋力の余裕度を求めるので、利便性良く評価を行うことができる。   In the present embodiment, sensors that can acquire parameter values indicating the movement of the subject H, such as inertial sensors such as the acceleration sensor units 21 and 31 and the angular velocity sensor units 22 and 32, are installed, and Since the margin of lower limb muscle strength is obtained, it is possible to evaluate with good convenience.

また、本実施形態のステップS1では、上記のように、上半身部センサ2及び大腿部センサ3を被検者Hに固定するので、簡単な作業で、大腿部センサ3を固定し大腿部の動きを示すパラメータ値を取得することができ、利便性を高めることができる。   Further, in step S1 of the present embodiment, the upper body sensor 2 and the thigh sensor 3 are fixed to the subject H as described above, so that the thigh sensor 3 is fixed and the thigh sensor 3 is fixed by a simple operation. The parameter value indicating the movement of the part can be acquired, and the convenience can be enhanced.

また、本実施形態の演算部45bは、股関節及び膝関節の関節モーメントの和の最大値max(Thip+knee(t))を、大腿部の加速度及び角速度と、上半身部の加速度及び角速度とに基づいて求めるので、より精度よく評価を行うことができる。
この点、大腿部センサ3の検出結果である大腿部の加速度及び角速度のみで、下肢筋力の余裕度を求めることもできる。
In addition, the calculation unit 45b of the present embodiment sets the maximum sum max of joint moments of the hip joint and the knee joint (T hip + knee (t)), the acceleration and angular velocity of the thigh, and the acceleration and angular velocity of the upper body. Therefore, the evaluation can be performed with higher accuracy.
In this respect, the margin of lower limb muscle strength can also be obtained from only the thigh acceleration and angular velocity, which are detection results of the thigh sensor 3.

また、本実施形態では、ステップS2で被検者Hの身長を入力し、この身長に基づいて、被検者Hの大腿部の長手方向の長さLThigh、質量中心位置を示すパラメータkThigh、被検者Hの全質量mBody、上半身部の質量mHAT、及び大腿部の質量mThighを推定するので、下肢筋力の余裕度を求めるのに必要な定数を全て用意せずとも、文献等のデータや、その他の統計的なデータを用いて、被検者Hの身長に応じて前記定数を推定することができ、評価精度を低下させることなく利便性を高めることができる。 In the present embodiment, the height of the subject H is input in step S2, and the length L Thigh in the longitudinal direction of the thigh of the subject H and the parameter k indicating the center of mass position based on the height. Thigh , total mass m Body of subject H, upper body mass m HAT , and thigh mass m Thigh are estimated, so it is not necessary to prepare all the constants necessary for obtaining the margin of lower limb muscle strength The constants can be estimated according to the height of the subject H using data such as documents and other statistical data, and convenience can be improved without degrading the evaluation accuracy.

また、本実施形態では、パラメータ値取得ステップであるステップS3〜S5において、起立姿勢の被検者Hが、最大しゃがみ姿勢に姿勢を変え、さらに、最大しゃがみ姿勢から再度起立姿勢に姿勢変化するまでの間における両センサ2,3の検知結果である加速度と角速度を取得するので、起立姿勢から最大しゃがみ姿勢に姿勢変化するときの被検者Hの股関節及び膝関節の関節モーメントの和Thip+knee(t)の相対変化を把握することができ、当該被検者Hの起立姿勢を基準とした最大しゃがみ姿勢の状態を把握することができる。
〔第一実施形態の変形例について〕
上記式(1)中、上半身部セグメントの並進加速度Pは、下記式(7)に示すように、大腿部セグメントの並進加速度Pを用いて表すことができる。
Further, in the present embodiment, in steps S3 to S5 that are parameter value acquisition steps, the subject H in the standing posture changes the posture to the maximum squatting posture and further changes the posture from the maximum squatting posture to the standing posture again. The acceleration and angular velocity, which are the detection results of both sensors 2 and 3, are acquired. Therefore, the sum T hip + of the joint moments of the hip joint and knee joint of the subject H when the posture changes from the standing posture to the maximum squatting posture The relative change in knee (t) can be grasped, and the state of the maximum squatting posture based on the standing posture of the subject H can be grasped.
[Regarding Modification of First Embodiment]
In the formula (1), the translational acceleration P H of the upper body portion segments, as shown in the following formula (7) can be expressed using a translational acceleration P T of the thigh segment.

上記式(7)中、LHATは、上半身部セグメントの長手方向の長さ、kHATは、上半身部セグメントの長手方向における質量中心位置を示すパラメータ、θHAT(t)は、上半身部セグメントの角度であり、これら各パラメータは、それぞれ、図6のように表される。 In the above formula (7), L HAT is the length of the upper body segment in the longitudinal direction, k HAT is a parameter indicating the center of mass position in the longitudinal direction of the upper body segment, and θ HAT (t) is the upper body segment. It is an angle, and each of these parameters is represented as shown in FIG.

ここで、演算部45bは、式(1)に式(7)を代入し、かつ、上半身部セグメントの角度θHAT(t)、上半身部セグメントの角速度(d/dt)θHAT(t)、角加速度(d/dt)θHAT(t)に、大腿部セグメントの角度θThigh(t)、上半身部セグメントの角速度(d/dt)θThigh(t)、角加速度(d/dt)θThigh(t)に基づいて推定した推定値を用いることで、股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+knee(t)を求めることができる。 Here, the calculation unit 45b substitutes the equation (7) into the equation (1), and also calculates the angle θ HAT (t) of the upper body segment, the angular velocity (d / dt) θ HAT (t) of the upper body segment, Angular acceleration (d 2 / dt 2 ) θ HAT (t), thigh segment angle θ Thigh (t), upper body segment angular velocity (d / dt) θ Thigh (t), angular acceleration (d 2 / By using the estimated value estimated based on dt 2 ) θ Thigh (t), the sum T hip + knee (t) of the hip joint and the knee joint can be obtained.

演算部45bは、上半身部セグメントの角速度(d/dt)θHAT(t)、角加速度(d/dt)θHAT(t)を推定する際、過去のデータに基づいた統計的情報や物理的制約条件を用いて推定する。 When estimating the angular velocity (d / dt) θ HAT (t) and angular acceleration (d 2 / dt 2 ) θ HAT (t) of the upper body segment, the computing unit 45b uses statistical information based on past data, Estimate using physical constraints.

上記のように、式(7)を代入した式(1)を用いることで、演算部45bは、大腿部センサ3の検出結果のみから得られる、大腿部セグメントの角度θThigh(t)、上半身部セグメントの角速度(d/dt)θThigh(t)、角加速度(d/dt)θThigh(t)に基づいて、股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+knee(t)を求めることができる。 As described above, by using the expression (1) substituted with the expression (7), the calculation unit 45b can obtain the angle θ Thigh (t) of the thigh segment obtained only from the detection result of the thigh sensor 3. Based on the angular velocity (d / dt) θ Thigh (t) and angular acceleration (d 2 / dt 2 ) θ Thigh (t) of the upper body segment, the sum of hip and knee joint moments T hip + knee (t ).

この場合、演算部45bは、大腿部センサ3の検出結果のみから、股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+knee(t)を求めることができるので、上半身部センサ2を被検者Hに設置する必要がない。
従って、演算部45bが上記式(7)を代入した式(1)を用いる場合には、大腿部センサ3のみを被検者Hの大腿部に設置すれば、下肢筋力の余裕度の評価を行うことができる。
この場合、被検者Hに大腿部センサ3を一つだけ設置すればよいので、さらに利便性を高めることができる。
In this case, since the calculation unit 45b can obtain the sum T hip + knee (t) of the hip joint and the knee joint from only the detection result of the thigh sensor 3, the upper body sensor 2 is detected by the subject. It is not necessary to install in H.
Therefore, when the calculation unit 45b uses the equation (1) obtained by substituting the equation (7), if only the thigh sensor 3 is installed in the thigh of the subject H, the margin of the lower limb muscle strength can be reduced. Evaluation can be made.
In this case, since only one thigh sensor 3 needs to be installed on the subject H, the convenience can be further improved.

さらに、上記の場合、図8に示すように、大腿部センサ3を被検者Hが手で大腿部の前面側に押さえて固定すれば、図2で示したような大腿部ベルトといった、固定用の装具を用いることなく、被検者Hの大腿部に大腿部センサ3を固定し設置することができる。このため、大腿部への大腿部センサ3の着脱が容易となる。   Further, in the above case, as shown in FIG. 8, if the subject H holds and fixes the thigh sensor 3 to the front side of the thigh by hand, the thigh belt as shown in FIG. 2. Thus, the thigh sensor 3 can be fixed and installed on the thigh of the subject H without using a fixing device. For this reason, the thigh sensor 3 can be easily attached to and detached from the thigh.

なお、この場合、図8(a)、(b)に示すように、被検者Hは、大腿部の前面側の幅方向ほぼ中央でかつ脚の付け根付近に、大腿部センサ3を押し付けて固定する。大腿部の長手方向の中央部付近に固定すると、被検者Hが起立する際に、腕が届かなくなり、大腿部センサ3を固定できなくなるからである。このとき、演算部45bは、大腿部センサ3が図8に示すような位置(脚の付け根付近)に設置されたときの大腿部の質量中心と大腿部センサ3との位置関係に応じた補正を行うように設定される。   In this case, as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), the subject H has the thigh sensor 3 in the center of the front side of the thigh in the width direction and in the vicinity of the base of the leg. Press to fix. This is because if the arm is fixed near the center of the thigh in the longitudinal direction, the arm cannot reach when the subject H stands up, and the thigh sensor 3 cannot be fixed. At this time, the calculation unit 45b determines the positional relationship between the center of mass of the thigh and the thigh sensor 3 when the thigh sensor 3 is installed at a position (near the base of the leg) as shown in FIG. It is set to perform the correction according to the above.

また、演算部45bは、上記式(7)中の上半身部セグメントの角度θHAT(t)、上半身部セグメントの角速度(d/dt)θHAT(t)、角加速度(d/dt)θHAT(t)を含む項を「0」とみなした下記式(8)を用いて上半身部セグメントの並進加速度Pを近似的に求めてもよい。 In addition, the arithmetic unit 45b calculates the angle θ HAT (t) of the upper body segment, the angular velocity (d / dt) θ HAT (t), and the angular acceleration (d 2 / dt 2 ) of the upper body segment in the above equation (7). theta HAT (t) may be calculated translational acceleration P H of the upper body portion segments approximately using the following equation (8), which was considered "0" to the section containing the.

さらに、演算部45bは、上記式(8)中の大腿部の角加速度(d/dt)θThigh(t)を「0」とみなした下記式(9)を用いて上半身部セグメントの並進加速度Pを近似的に求めてもよい。 Further, the calculation unit 45b uses the following equation (9) in which the angular acceleration (d 2 / dt 2 ) θ Thigh (t) of the thigh in the above equation (8) is regarded as “0”, and the upper body segment it may be obtained of the translational acceleration P H to approximate.

さらに、演算部45bは、上記式(1)中、項Aも「0」に近似して股関節及び膝関節の関節モーメントの和Thip+knee(t)を求めることができる。 Furthermore, the calculation unit 45b can obtain the sum T hip + knee (t) of the joint moments of the hip joint and the knee joint by approximating the term A to “0” in the above formula (1).

上記近似式を用いることで、演算部45bが行う演算量を抑制でき、より速やかに下肢筋力の余裕度の演算、評価を行うことができる。   By using the approximate expression, the amount of calculation performed by the calculation unit 45b can be suppressed, and the lower limb muscle strength margin can be calculated and evaluated more quickly.

〔第二の実施形態〕
図9は、本発明の第二の実施形態に係る下肢筋力評価装置のセンサを被検者Hに設置した状態を示す図である。
本実施形態の下肢筋力評価装置1は、本体部4の筐体51の上面60に被検者Hが起立可能とされ、上面60に被検者Hに作用する床反力を検知するための床反力センサ61を備えている点で、上記第一実施形態と相違する。
[Second Embodiment]
FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which the sensor of the lower limb muscle strength evaluation apparatus according to the second embodiment of the present invention is installed on the subject H.
The lower limb muscle strength evaluation apparatus 1 according to the present embodiment is configured to detect the floor reaction force that acts on the upper surface 60 and allows the subject H to stand on the upper surface 60 of the housing 51 of the main body 4. It differs from the first embodiment in that a floor reaction force sensor 61 is provided.

本実施形態において、下肢筋力評価装置1は、大腿部センサ3と、本体部4に設けられた床反力センサ61とによって、被検者Hの動きを示すパラメータ値を取得する。
本体部4には、上面60に床反力センサ61の他、演算、評価結果を表示するためのディスプレイ55が設けられている。
本実施形態では、大腿部センサ3は、本体部4に対して有線接続されており、通信線62を介して検知結果を出力する。
In the present embodiment, the lower limb muscle strength evaluation apparatus 1 acquires a parameter value indicating the movement of the subject H by the thigh sensor 3 and the floor reaction force sensor 61 provided in the main body 4.
The main body 4 is provided with a display 55 on the upper surface 60 for displaying calculation and evaluation results in addition to the floor reaction force sensor 61.
In the present embodiment, the thigh sensor 3 is wired to the main body 4 and outputs a detection result via the communication line 62.

図10は、床反力センサ61が検知する被検者Hに作用する反力を模式的に示した図である。
本体部4の上面60に設けられた床反力センサ61は、図に示すように、被検者Hに作用する反力の内、上下方向成分と、前後方向成分とを検知する。床反力センサ61は、その検知結果をデータ処理部45(図1)に出力する。
FIG. 10 is a diagram schematically showing the reaction force acting on the subject H detected by the floor reaction force sensor 61.
As shown in the figure, the floor reaction force sensor 61 provided on the upper surface 60 of the main body 4 detects a vertical component and a front-rear component of the reaction force acting on the subject H. The floor reaction force sensor 61 outputs the detection result to the data processing unit 45 (FIG. 1).

本実施形態の演算部45bは、図4中ステップS6において行う下肢筋力の余裕度を算出するための演算で用いる、股関節と膝関節との関節モーメントの和Thip+knee(t)を、下記式(10)に基づいて求める。 The calculation unit 45b of the present embodiment calculates the sum T hip + knee (t) of the joint moment between the hip joint and the knee joint, which is used in the calculation for calculating the margin of lower limb muscle strength performed in step S6 in FIG. It calculates | requires based on Formula (10).

上記式(10)中、Aは、上記式(2)によって表される。
は慣性座標系における下腿部セグメントの質量中心の並進加速度、Pは、慣性座標系における足部セグメントの質量中心の並進加速度であり、下記式(11),(12)によって表される。
In the above formula (10), A is represented by the above formula (2).
P S is the translational acceleration, P F of the center of mass of the crus segment in the inertial coordinate system is a translational acceleration of the center of mass of the foot segment in the inertial coordinate system, the following equation (11) is represented by (12) The

また、式(10)中、mShankは、下腿部セグメントの質量、mFootは、足部セグメントの質量を示している。
さらに、Rcop1_G(t)は、被検者Hに作用する床反力の前後成分を示している。また、Rcop2_G(t)は、被検者Hに作用する床反力の上下成分を示している。
In Expression (10), m Shank represents the mass of the lower leg segment, and m Foot represents the mass of the foot segment.
Furthermore, R cop1_G (t) indicates the front and rear components of the floor reaction force acting on the subject H. Further, R cop2_G (t) indicates the vertical component of the floor reaction force acting on the subject H.

演算部45bは、上記式(10)中、前後成分床反力Rcop1_G(t)、上下成分床反力Rcop2_G(t)、並進加速度P、大腿部セグメントの角度θThigh(t)、及び、大腿部セグメントの角加速度(d/dt)θThigh(t)を、両センサ3,61の検知結果から求める。 In the above equation (10), the calculation unit 45b calculates the longitudinal component floor reaction force R cop1_G (t), the vertical component floor reaction force R cop2_G (t), the translational acceleration P T , and the thigh segment angle θ Thigh (t). And, the angular acceleration (d 2 / dt 2 ) θ Thigh (t) of the thigh segment is obtained from the detection results of both sensors 3 and 61.

前後成分床反力Rcop1_G(t)、及び、上下成分床反力Rcop2_G(t)は、床反力センサ61の出力を用いる。他の値は、上述の通り、大腿部センサ3の検知結果である大腿部の加速度と、角速度とに基づいて求められる。
また、式(10)中、下腿部セグメントの質量中心の並進加速度P、及び、足部セグメントの質量中心の並進加速度Pは、被検者Hの下腿部及び足部に慣性センサを設置して検知することもできるが、本実施形態では、演算部45bは、下腿部セグメントの質量中心の並進加速度P、及び、足部セグメントの質量中心の並進加速度Pを、「0」に近似した上で、股関節と膝関節との関節モーメントの和Thip+knee(t)を求める。
The front / rear component floor reaction force R cop1_G (t) and the upper / lower component floor reaction force R cop2_G (t) use the output of the floor reaction force sensor 61. As described above, the other values are obtained based on the thigh acceleration, which is the detection result of the thigh sensor 3, and the angular velocity.
In the formula (10), the translational acceleration P S of the center of mass of the lower leg segment, and the translational acceleration P F of the center of mass of the foot segment, the inertial sensor to the crus and feet of the subject H It can also be detected by installing, in the present embodiment, the arithmetic unit 45b, the translational acceleration P S of the center of mass of the lower leg segment, and a translational acceleration P F of the center of mass of the foot segment, " Approximate to “0”, and obtain the sum T hip + knee (t) of the joint moment of the hip joint and the knee joint.

演算部45bは、上記股関節と膝関節との関節モーメントの和Thip+knee(t)を用いて下肢筋力の余裕度を算出する。 The calculation unit 45b calculates the margin of lower limb muscle strength using the sum T hip + knee (t) of the joint moments of the hip joint and the knee joint.

以上のように、本実施形態では、床反力センサ61と大腿部センサ3の検知結果を用いて股関節と膝関節との関節モーメントの和Thip+knee(t)を求めることができるので、被検者Hが本体部4の床反力センサ61上に起立し、大腿部センサ3を大腿部に固定した上で、起立姿勢からしゃがんで最大しゃがみ姿勢に移行し、さらに、最大しゃがみ姿勢から全力で立ち上がることで起立姿勢に移行すれば、下肢筋力の余裕度の算出、評価を行うことができる。 As described above, in this embodiment, the sum T hip + knee (t) of the hip joint and the knee joint can be obtained using the detection results of the floor reaction force sensor 61 and the thigh sensor 3. The subject H stands on the floor reaction force sensor 61 of the main body 4, the thigh sensor 3 is fixed to the thigh, and then the squatting posture is changed to the maximum squatting posture. If it shifts to a standing posture by standing up from a crouching posture with full power, it is possible to calculate and evaluate a margin of lower limb muscle strength.

本実施形態において、演算部45bが用いる上記式(10)には、前後成分床反力Rcop1_G(t)、上下成分床反力Rcop2_G(t)、時間t(被検者Hの動作)に応じて変化する変数として、並進加速度P、並進加速度P、並進加速度P、大腿部セグメントの角度θThigh(t)、及び、大腿部セグメントの角加速度(d/dt)θThigh(t)が含まれている。
よって、上記変数を求めるための慣性センサを、被検者Hに設置すれば、当該被検者Hの動作をより精度よく把握でき、この結果、下肢筋力の余裕度の算出、評価も精度良く行うことができる。すなわち、大腿部セグメントの他、下腿部セグメント、足部セグメントに、慣性センサを固定し、各センサによる検知結果として得られる加速度、角速度を用いれば、より精度の高い演算、評価を行うことができる。
In the present embodiment, the equation (10) used by the calculation unit 45b includes the front / rear component floor reaction force R cop1_G (t), the upper / lower component floor reaction force R cop2_G (t), and the time t (operation of the subject H). as a variable which varies according to, the translational acceleration P T, translational acceleration P S, translational acceleration P F, the angle theta thigh thigh segment (t), and the angular acceleration of the thigh segment (d 2 / dt 2 ) Θ Thigh (t) is included.
Therefore, if an inertial sensor for obtaining the above variable is installed in the subject H, the motion of the subject H can be grasped with higher accuracy, and as a result, the calculation and evaluation of the margin of lower limb muscle strength are also accurate. It can be carried out. In other words, in addition to the thigh segment, an inertial sensor is fixed to the crus segment and the foot segment, and the acceleration and angular velocity obtained as a result of detection by each sensor can be used for more accurate calculation and evaluation. Can do.

図11は、第二の実施形態における慣性センサ設置のバリエーションを示す図である。
図11(a)は、図9で示したものと同様の構成であり、大腿部センサ3と床反力センサ61とを用いたものを示している。
図11(b)は、(a)の構成に加えて、下腿部セグメントに慣性センサ70を固定した場合を示している。この例では、下腿部セグメントに固定された慣性センサ70の検知結果によって、並進加速度Pを求めることができる。
FIG. 11 is a diagram showing variations of the inertial sensor installation in the second embodiment.
FIG. 11A shows a configuration similar to that shown in FIG. 9 and using the thigh sensor 3 and the floor reaction force sensor 61.
FIG. 11 (b) shows a case where the inertial sensor 70 is fixed to the crus segment in addition to the configuration of (a). In this example, the detection result of the inertial sensor 70 fixed to the lower leg segment, it is possible to obtain the translational acceleration P S.

また、図11(c)は、(a)の構成に加えて、足部セグメントに慣性センサ71を固定した場合を示している。この例では、足部セグメントに固定された慣性センサ71の検知結果によって、並進加速度Pを求めることができる。 FIG. 11C shows a case where the inertial sensor 71 is fixed to the foot segment in addition to the configuration of FIG. In this example, the detection result of the inertial sensor 71 fixed to the foot segment, it is possible to obtain the translational acceleration P F.

また、図11(d)は、(a)の構成に加えて、下腿部セグメントに慣性センサ70、
足部セグメントに慣性センサ71を固定した場合を示している。この例では、両慣性センサ70,71の検知結果によって、並進加速度P、並進加速度Pを求めることができる。
FIG. 11 (d) shows an inertial sensor 70 on the lower leg segment in addition to the configuration of (a).
The case where the inertial sensor 71 is fixed to the foot segment is shown. In this example, the detection results of both the inertial sensors 70 and 71, the translational acceleration P S, can be determined translational acceleration P F.

なお、上述したように、並進加速度P、並進加速度Pは、「0」に近似することもできる。また、床反力センサ61により検知される前後成分床反力Rcop1_G(t)も、しゃがみ動作においては、「0」に近似できる。つまり、上下成分の床反力のみを検知できる床反力センサ61を用いたとしても、下肢筋力の余裕度の算出が可能である。
さらに、式(10)中、項Aも「0」に近似できる。
よって、本実施形態では、慣性センサの設置状況や、必要精度に応じて、いずれの変数の値を「0」に近似するかを選定し、下肢筋力の余裕度の算出、評価を行うことができる。
As described above, translational acceleration P S, the translational acceleration P F can be approximated to "0". Further, the front / rear component floor reaction force R cop1_G (t) detected by the floor reaction force sensor 61 can be approximated to “0” in the squatting operation. That is, even if the floor reaction force sensor 61 that can detect only the floor reaction force of the vertical component is used, the margin of the lower limb muscle force can be calculated.
Furthermore, in the equation (10), the term A can also be approximated to “0”.
Therefore, in the present embodiment, it is possible to select which variable value is approximated to “0” according to the installation status of the inertial sensor and the required accuracy, and to calculate and evaluate the margin of lower limb muscle strength. it can.

〔その他の変形例〕
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。
例えば、上記第一の実施形態では、上半身部センサ2、及び大腿部センサ3が、それぞれ、慣性センサとして、二軸の加速度センサ部21,31、及び角速度センサ部22,32を備えている場合を示したが、一のセンサが加速度センサ部と角速度センサ部を共に備える必要はない。つまり、加速度センサが検知する加速度に基づいて、当該センサの鉛直方向に対する傾き角度を求めることができる。センサが検知する重力の方向及びその大きさによって、そのセンサの座標系の鉛直方向に対する角度を求めることができるからである。
上記理由から、上記両センサ2,3が、二軸の加速度センサ部のみを備えて構成されていてもよい。
[Other variations]
The embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect.
For example, in the first embodiment, the upper body sensor 2 and the thigh sensor 3 include biaxial acceleration sensor units 21 and 31 and angular velocity sensor units 22 and 32, respectively, as inertial sensors. Although the case has been shown, it is not necessary for one sensor to include both the acceleration sensor unit and the angular velocity sensor unit. That is, based on the acceleration detected by the acceleration sensor, the tilt angle of the sensor with respect to the vertical direction can be obtained. This is because the angle with respect to the vertical direction of the coordinate system of the sensor can be obtained from the direction and magnitude of gravity detected by the sensor.
For the above reasons, both the sensors 2 and 3 may be configured to include only a biaxial acceleration sensor unit.

また、両センサ2,3は、加速度センサ部21,31、及び角速度センサ部22,32に加えて、地磁気センサを備えていても良く、この場合、地磁気センサによる地磁気データを用いることで、角速度を積分したセグメントの角度データをより精度良く補正することができる。   Moreover, both sensors 2 and 3 may be provided with a geomagnetic sensor in addition to the acceleration sensor units 21 and 31 and the angular velocity sensor units 22 and 32. In this case, the angular velocity is obtained by using the geomagnetic data from the geomagnetic sensor. Can be corrected with higher accuracy.

また、上記各実施形態では、加速度センサとして、二軸の加速度センサを用いた場合を例示したが、三軸の加速度センサを用いることもでき、この場合、立体的に被検者Hの動きを検知することができる。
なお、上述の慣性センサは、必要精度やコストに応じて適宜選定される。
Further, in each of the above embodiments, the case where a biaxial acceleration sensor is used as the acceleration sensor is exemplified. However, a triaxial acceleration sensor can also be used, and in this case, the movement of the subject H is measured three-dimensionally. Can be detected.
The inertial sensor described above is appropriately selected according to required accuracy and cost.

また、上記各実施形態において、上半身部センサ2を腰部背中側の最も前弯した部分に固定し、大腿部センサ3を大腿部の最も太い部分の外側面の幅方向ほぼ中央に固定した場合を例示したが、各センサ2,3の検知結果を各部位の質量中心の位置における値に補正すれば、上半身部センサ2を、例えば、被検者Hの胸部前面や、腹部前面に固定することができるし、大腿部センサ3を、大腿部の付け根や膝関節付近に固定することができる。   Further, in each of the above-described embodiments, the upper body sensor 2 is fixed to the most prone portion of the waist back side, and the thigh sensor 3 is fixed to substantially the center in the width direction of the outer side surface of the thickest portion of the thigh. Although the case is illustrated, if the detection results of the sensors 2 and 3 are corrected to the value at the position of the center of mass of each part, the upper body sensor 2 is fixed to, for example, the chest front of the subject H or the front of the abdomen The thigh sensor 3 can be fixed near the base of the thigh or the knee joint.

本発明の下肢筋力評価方法では、ある程度の深さのしゃがみ姿勢を取ることができれば評価することができるが、足関節(足首)の柔軟性が低い被検者Hの場合、しゃがみ込むのが困難な場合があり、最大しゃがみ姿勢が評価可能な程度のしゃがみ込み深さに達しない場合も考えられる。
このような場合には、図12(a)に示すように、被検者Hの載る面につま先下がりのスロープが形成された踏み台75や、被検者Hのかかとを載せるためのかかと載せ台76を用いて、被検者Hに姿勢変化動作を行わせてもよい。
この場合、足関節の柔軟性が低いとしても、被検者Hは容易にしゃがみ姿勢を取ることができ、確実に下肢筋力の余裕度の算出、評価を行うことができる。
In the lower limb muscle strength evaluation method of the present invention, evaluation can be performed if a squatting posture of a certain depth can be taken, but it is difficult to squat in the case of the subject H whose ankle joint (ankle) has low flexibility. In some cases, the maximum crouching posture may not reach a crouching depth that can be evaluated.
In such a case, as shown in FIG. 12 (a), a pedestal 75 having a toe-down slope formed on the surface on which the subject H is placed, and a heel platform for placing the heel of the subject H 76 may be used to cause the subject H to perform a posture change operation.
In this case, even if the flexibility of the ankle joint is low, the subject H can easily take a crouching posture, and can reliably calculate and evaluate the degree of lower limb muscle strength.

また、上記第一の実施形態では、ステップS2(図4)において、設定値として被検者Hの身長の入力を求め、身長を用いて下肢筋力の余裕度の算出を行う場合を示したが、身長だけでなく、被検者Hの体重の入力も求め、身長に加えて体重も用いて下肢筋力の余裕度の算出を行ってもよい。この場合、上半身部の質量mHATや、大腿部の質量mThighの推定精度をより高めることができる。 In the first embodiment described above, in step S2 (FIG. 4), the height of the subject H is obtained as the set value, and the margin of the lower limb muscle strength is calculated using the height. Further, not only the height but also the weight of the subject H may be obtained, and the margin of the lower limb muscle strength may be calculated using the weight in addition to the height. In this case, it is possible to further increase the estimation accuracy of the upper body mass m HAT and the thigh mass m Thigh .

また、上記第二の実施形態で用いた床反力センサ61は、被検者Hが静止していれば、被検者Hの体重も測定することもできる。よって、この場合、床反力センサ61によって被検者Hの体重を取得してもよい。   The floor reaction force sensor 61 used in the second embodiment can also measure the weight of the subject H if the subject H is stationary. Therefore, in this case, the body weight of the subject H may be acquired by the floor reaction force sensor 61.

ここで、本発明の下肢筋力評価装置は、体粗成計や体重計と組み合わせることで、被検者Hの体重変化に応じた下肢筋力の余裕度の変化を示すこともできる。例えば、体重100kg、余裕度120%の被検者が、80kgまで体重が減少した場合の余裕度を試算し、当該被検者に出力することができる。この場合、被検者の体重が80kgまで減少すると、余裕度は、下記式(13)に示すように、150%と試算できる。
(100/80) × 120 = 150 ・・・(13)
Here, the lower limb muscle strength evaluation apparatus of the present invention can also show a change in the margin of the lower limb muscle strength according to the change in the body weight of the subject H by combining with a body coarse meter or a weight scale. For example, a subject with a weight of 100 kg and a margin of 120% can calculate the margin when the weight is reduced to 80 kg and output it to the subject. In this case, when the weight of the subject decreases to 80 kg, the margin can be calculated as 150% as shown in the following formula (13).
(100/80) × 120 = 150 (13)

上記のような情報を被検者Hに提供することにより、リハビリテーションや、トレーニング等の方向性の示唆や、効果の確認等を行うことができる。   By providing the subject H with the above information, direction of rehabilitation, training, and the like, confirmation of effects, and the like can be performed.

1 下肢筋力評価装置
2 上半身部センサ
3 大腿部センサ
45 データ処理部(演算部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower limb strength evaluation apparatus 2 Upper body sensor 3 Thigh sensor 45 Data processing part (calculation part)

Claims (13)

被検者の下肢筋力を評価するための下肢筋力評価方法であって、
前記被検者の動きを示すパラメータ値を取得するためのセンサを設置するセンサ設置ステップと、
前記被検者が可能な限りしゃがんだ姿勢である最大しゃがみ姿勢から起立姿勢に姿勢変化するまでの間における、前記被検者の大腿部の動きを示す大腿部のパラメータ値を前記センサによって取得するパラメータ値取得ステップと、
取得した前記大腿部のパラメータ値に基づいて、前記被検者の股関節及び膝関節の関節モーメントの和の最大値を求め、前記最大値と、前記被検者がしゃがみ姿勢から起立するために必要な必要最小筋力を示す基準値とに基づいて、下肢筋力の余裕度を算出する算出ステップと、
を含むことを特徴とする下肢筋力評価方法。
A lower limb strength evaluation method for evaluating a lower limb strength of a subject,
A sensor installation step of installing a sensor for obtaining a parameter value indicating the movement of the subject;
The thigh parameter value indicating the movement of the subject's thigh during the period from the maximum squatting posture, where the subject is crouching as much as possible, to the standing posture is changed by the sensor. A parameter value acquisition step to be acquired;
Based on the acquired thigh parameter value, the maximum value of the sum of the joint moments of the subject's hip joint and knee joint is obtained, and the maximum value and the subject to stand up from the squatting posture A calculation step for calculating a margin of lower limb muscle strength based on a reference value indicating a necessary minimum muscle strength;
A method for evaluating lower limb muscle strength, comprising:
前記パラメータ値取得ステップでは、起立姿勢の前記被検者が、前記最大しゃがみ姿勢に姿勢を変え、さらに、最大しゃがみ姿勢から再度起立姿勢に姿勢変化するまでの間における前記大腿部のパラメータ値を取得する請求項1に記載の下肢筋力評価方法。   In the parameter value acquisition step, the parameter value of the thigh during the period from when the subject in the standing posture changes the posture to the maximum squatting posture and further changes the posture from the maximum squatting posture to the standing posture again. The lower limb muscle strength evaluation method according to claim 1 to be acquired. 前記算出ステップにおいて、下記式に基づいて、前記下肢筋力の余裕度を求める請求項1又は2に記載の下肢筋力評価方法。

上記式中、Muscle_marginは、下肢筋力の余裕度、Thip+knee(t)は、股関節と膝関節の関節モーメントの和、max(Thip+knee(t))は、被検者がしゃがみ姿勢から起立姿勢に姿勢変化する間における股関節と膝関節の関節モーメントの和Thip+knee(t)の最大値、Tref hip+kneeは、前記被検者がしゃがみ姿勢から起立するために必要な必要最小筋力を示す基準値である。
The lower limb strength evaluation method according to claim 1 or 2, wherein in the calculation step, a margin of the lower limb strength is obtained based on the following formula.

In the above formula, Muscle_margin is the margin of lower limb muscle strength, T hip + knee (t) is the sum of the joint moments of the hip and knee joints, and max (T hip + knee (t)) is the squatting posture of the subject. The maximum value of hip joint and knee joint T hip + knee (t), T ref hip + knee during the posture change from standing to standing posture, is necessary for the subject to stand up from the squatting posture. This is a reference value indicating the required minimum muscle strength.
前記算出ステップにおいて、下記式に基づいて、前記基準値Tref hip+kneeを、求める請求項3に記載の下肢筋力評価方法。

上記式中、LThighは、大腿部の長手方向の長さ、kThighは、大腿部の長手方向における質量中心位置を示すパラメータ、BalRLは、床反力における左右バランスを示すパラメータ、mBodyは、被検者の全質量、mHATは、上半身部の質量、mThighは、大腿部セグメントの質量、gは、重力加速度である。
The lower limb strength evaluation method according to claim 3, wherein, in the calculating step, the reference value T ref hip + knee is obtained based on the following formula.

In the above formula, L Thigh is the length of the thigh in the longitudinal direction, k Thigh is a parameter indicating the center of mass position in the longitudinal direction of the thigh, Bal RL is a parameter indicating the left-right balance in the floor reaction force, m Body is the total mass of the subject, m HAT is the mass of the upper body, m Thigh is the mass of the thigh segment, and g is the acceleration of gravity.
前記センサは、前記大腿部のパラメータ値を取得するための大腿部センサを含み、
前記センサ設置ステップにおいて、前記大腿部センサを前記被検者に固定する請求項1〜4のいずれか一項に記載の下肢筋力評価方法。
The sensor includes a thigh sensor for obtaining a parameter value of the thigh,
The lower limb muscle strength evaluation method according to any one of claims 1 to 4, wherein the thigh sensor is fixed to the subject in the sensor installation step.
前記センサ設置ステップにおいて、前記大腿部センサは、前記大腿部の最も太い部分に固定される請求項1〜5のいずれか一項に記載の下肢筋力評価方法。   The lower limb strength evaluation method according to any one of claims 1 to 5, wherein in the sensor installation step, the thigh sensor is fixed to a thickest part of the thigh. 前記センサ設置ステップにおいて、前記大腿部センサは、前記大腿部の外側面に固定される請求項1〜6のいずれか一項に記載の下肢筋力評価方法。   The lower limb strength evaluation method according to any one of claims 1 to 6, wherein in the sensor installation step, the thigh sensor is fixed to an outer surface of the thigh. 前記センサは、前記被検者の上半身部の動きを示す上半身部のパラメータ値を取得するための上半身部センサを含み、
前記センサ設置ステップにおいて、前記上半身部センサを前記被検者に固定し、
前記算出ステップにおいて、前記被検者の股関節及び膝関節の関節モーメントの和の最大値を、前記大腿部のパラメータ値と前記上体部のパラメータ値とに基づいて求める請求項1〜7のいずれか一項に記載の下肢筋力評価方法。
The sensor includes an upper body sensor for acquiring a parameter value of the upper body part indicating movement of the upper body part of the subject,
In the sensor installation step, the upper body sensor is fixed to the subject,
The calculation step according to claim 1, wherein a maximum value of a sum of joint moments of the hip joint and knee joint of the subject is obtained based on a parameter value of the thigh and a parameter value of the upper body. The lower limb muscle strength evaluation method according to any one of the above.
前記センサ設置ステップにおいて、前記上半身部センサは、前記上半身部において、背中側の腰部の最も前弯した部分に固定される請求項8に記載の下肢筋力評価方法。   The lower limb muscle strength evaluation method according to claim 8, wherein, in the sensor installation step, the upper body part sensor is fixed to a most prone portion of the waist on the back side in the upper body part. 前記被検者の身長を入力するステップをさらに備え、
前記算出ステップにおいて、前記身長に基づいて、前記大腿部の長手方向の長さ、質量中心位置を示すパラメータ、前記被検者の全質量、上半身部の質量、及び大腿部の質量を推定する請求項4に記載の下肢筋力評価方法。
Further comprising the step of inputting the height of the subject;
In the calculation step, based on the height, the length of the thigh in the longitudinal direction, a parameter indicating the center of mass position, the total mass of the subject, the mass of the upper body, and the mass of the thigh are estimated. The method for evaluating lower limb muscle strength according to claim 4.
被検者の下肢筋力を評価するための下肢筋力評価装置であって、
前記被検者の動きを示すパラメータ値を取得するためのセンサと、
前記センサが取得した、前記被検者が可能な限りしゃがんだ姿勢である最大しゃがみ姿勢から起立姿勢に姿勢変化するまでの間における、前記被検者の大腿部の動きを示す大腿部のパラメータ値に基づいて、前記被検者の股関節及び膝関節の関節モーメントの和の最大値を求め、前記最大値と、前記被検者がしゃがみ姿勢から起立するために必要な必要最小筋力を示す基準値とに基づいて、下肢筋力の余裕度を算出する演算部と、
を備えていることを特徴とする下肢筋力評価装置。
A lower limb strength evaluation apparatus for evaluating a lower limb strength of a subject,
A sensor for obtaining a parameter value indicating the movement of the subject;
The thigh that indicates the movement of the thigh of the subject during the period from the maximum squatting posture acquired by the sensor to the standing posture, where the subject is crouched as much as possible. Based on the parameter value, the maximum value of the sum of the joints of the subject's hip joint and knee joint is obtained, and the maximum value and the minimum muscle force necessary for the subject to stand up from the squatting posture are indicated. Based on the reference value, a calculation unit that calculates a margin of lower limb muscle strength,
A lower limb muscle strength evaluation apparatus comprising:
前記センサは、前記大腿部に装着される装具に固定され、前記大腿部のパラメータ値を取得する大腿部センサを含んでいる請求項11に記載の下肢筋力評価装置。   The lower limb strength evaluation apparatus according to claim 11, wherein the sensor includes a thigh sensor that is fixed to a brace attached to the thigh and acquires a parameter value of the thigh. 前記センサは、前記被検者の上半身部に装着される装具に固定され、前記被検者の上半身部の動きを示す上半身部のパラメータ値を取得する上半身部センサを含み、
前記演算部が、前記被検者の股関節及び膝関節の関節モーメントの和の最大値を、前記大腿部のパラメータ値と前記上体部のパラメータ値とに基づいて求める請求項11又は12のいずれか一項に記載の下肢筋力評価装置。
The sensor includes an upper body sensor that is fixed to a brace that is attached to the upper body part of the subject and acquires a parameter value of the upper body part that indicates the movement of the upper body part of the subject,
The calculation unit according to claim 11 or 12, wherein the calculation unit obtains a maximum value of a sum of joint moments of the subject's hip joint and knee joint based on a parameter value of the thigh and a parameter value of the upper body. The lower limb muscle strength evaluation apparatus according to any one of the above.
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