JP2014016168A - 荷重分布計測システム、荷重分布計測装置 - Google Patents

荷重分布計測システム、荷重分布計測装置 Download PDF

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泰憲 加藤
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Abstract

【課題】複数の感圧素子を配列してなる荷重分布計測装置において、持ち運び容易な構成を実現する。
【解決手段】複数の感圧素子がN行M列(N、Mは2以上の整数)に配列された荷重分布計測装置110であって、平坦面に設置された状態で、前記配列された各感圧素子の表面が同一平面を形成するように各感圧素子の裏面を支持する支持部材112を有し、前記支持部材112は、N行m列(mは、1≦m≦Mの整数)の感圧素子を支持するブロックに分かれており、隣り合うブロックが、可動機構403により接続されていることを特徴とする。
【選択図】図4

Description

本発明は、被検者の荷重分布を可視化する荷重分布計測システム、及び荷重分布計測装置に関するものである。
脳卒中などの脳神経系疾患を発症し、右片または左片が麻痺した患者に対しては、従来より、理学療法士等の指導/監視のもとで、運動機能回復訓練が行われてきた。一般的に、自立的な生活を営むためには、下肢機能の回復が不可欠であることから、理学療法士等は、訓練時に患者の下肢機能の回復状態を適確に判断することが必要となってくる。このため、運動機能回復訓練に際しては、患者の足圧分布等の計測を行い、下肢機能の回復状態を定量的に評価することが望ましい。
一方で、被検者の足圧分布を計測し可視化するシステムとして、従来より、感圧素子がマトリックス状に配列されたセンサ部を備える足圧分布計測システムが用いられてきた。足圧分布計測システムによれば、被検者がセンサ部に乗った状態における足圧分布を、リアルタイムで視認することができる。
そして、当該システムを応用することにより、座った状態における被検者の座圧分布や、横臥した状態における被検者の体圧分布等をリアルタイムに表示させることも可能である。なお、以下、本明細書では、足圧分布や座圧分布、体圧分布等をまとめて、“荷重分布”と称するとともに、荷重分布を計測し可視化するシステムを“荷重分布計測システム”と称することとする。
特許第2760474号公報
しかしながら、上述のような荷重分布計測システムを運動機能回復訓練等を行う医療現場に適用しようとした場合、センサ部は、被検者の計測部位(足圧分布を計測する場合には両足部、座圧分布を計測する場合には臀部、体圧分布を計測する場合には胴体部)を載置するだけの大きさを有していることが不可欠となってくる。
一方で、荷重分布を精度よく計測するためには、各感圧素子の表面が同一平面を形成するように構成されていることが重要である。このため、センサ部において、各感圧素子は平坦な板状部材等の基台に取り付けられていることが望ましい。
しかしながら、このような構成として場合、センサ部は、被検者の計測部位に応じた大きさの板状形状を有することとなり、持ち運びに不便となる。特に、下肢機能が低下している患者の近傍までセンサ部を運びこみ、該患者が乗り降りしやすい位置に設置したうえで計測を行う、上記運動機能回復訓練等を行う医療現場においては、このようなセンサ部の構成では、著しく利便性に欠けることとなる。
このようなことから、荷重分布計測システムを医療現場に適用するにあたっては、持ち運び容易な構成を有していることが望ましい。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の感圧素子を配列してなる荷重分布計測装置において、持ち運び容易な構成を実現することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る荷重分布計測装置は以下のような構成を備える。即ち、
複数の感圧素子がN行M列(N、Mは2以上の整数)に配列された荷重分布計測装置であって、
平坦面に設置された状態で、前記配列された各感圧素子の表面が同一平面を形成するように各感圧素子の裏面を支持する支持部材を有し、
前記支持部材は、N行m列(mは、1≦m≦Mの整数)の感圧素子を支持するブロックに分かれており、隣り合うブロックが、可動機構により接続されていることを特徴とする。
本発明によれば、複数の感圧素子を配列してなる荷重分布計測装置において、持ち運び容易な構成を実現することができる。
本発明の第1の実施形態に係る荷重分布計測装置を備える荷重分布計測システムの外観構成を示す図である。 荷重分布計測システムの機能構成を示す図である。 足圧分布の一表示例を示す図である。 第1の実施形態に係る荷重分布計測装置の詳細構成を説明するための図である。 第2の実施形態に係る荷重分布計測装置の詳細構成を説明するための図である。 第3の実施形態に係る荷重分布計測装置の詳細構成を説明するための図である。 第4の実施形態に係る荷重分布計測装置の詳細構成を説明するための図である。 第4の実施形態に係る荷重分布計測装置の詳細構成を説明するための図である。 第5の実施形態に係る荷重分布計測装置の詳細構成を説明するための図である。 第5の実施形態に係る荷重分布計測装置の詳細構成を説明するための図である。
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
[第1の実施形態]
<1.荷重分布計測システムの外観構成>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る荷重分布計測装置110を備える荷重分布計測システム100の外観構成の一例を示す図である。なお、本実施形態では、荷重分布計測システム100を用いて被検者(患者)の足圧分布を計測する場合について説明する。
図1において、110は荷重分布計測装置であり、荷重分布検出センサ部111と支持部材112とを備える。
荷重分布検出センサ部111は、複数の感圧素子(例えば、導電性ゴム)が2次元に配列されており、直立した被検者が両足を乗せた場合に、被検者の両足の足圧分布を可視化するための足圧データを所定の周期で計測し、出力する。なお、本実施形態において、感圧素子は、N行M列(縦方向にN個、横方向にM個)配列されているものとする。
支持部材112は、床等の平坦面に設置された状態で、2次元に配列された複数の感圧素子の表面が同一平面を形成するように、荷重分布検出センサ部111の下方において、該複数の感圧素子の裏面を支持する。このように、複数の感圧素子の表面が同一平面を形成することで、被検者の足圧分布を精度よく計測することができる。
120は情報処理装置であり、足圧分布計測処理時に、荷重分布検出センサ部111において計測された足圧データ(計測結果)をケーブル130を介して取得し、足圧分布表示を行う。
なお、以下では、荷重分布検出センサ部111を構成する複数の感圧素子それぞれにおいて計測されたデータを「足圧データ」と称し、感圧素子の数に応じた数の足圧データ群を「足圧分布算出用データ」と称する。また、当該足圧分布算出用データを用いて算出された、足圧分布を表示するためのデータを「足圧分布データ」と称することとする。
<2.荷重分布計測システムを構成する情報処理装置の機能構成>
次に、情報処理装置120の機能構成について説明する。図2は、荷重分布計測システム100を構成する情報処理装置120の機能構成を示す図である。図2に示すように、情報処理装置120は、制御部(コンピュータ)201と、メモリ部202と、記憶部203と、表示部204と、入力部205と、外部機器I/F部206とを備え、各部は、バス207を介して接続されている。
記憶部203には、制御部201により実行されることにより、荷重分布計測部211として機能するプログラムが格納されている。当該プログラムは、制御部201による制御のもと、ワークエリアとして機能するメモリ部202に適宜読み込まれ、制御部201によって実行されることで、荷重分布計測機能を実現する。なお、制御部201によって、荷重分布計測部211として機能する当該プログラムが実行されることにより取得される足圧分布算出用データ212は、記憶部203に格納される。
表示部204は、制御部201に当該プログラムの実行を指示するためのユーザインタフェースを表示したり、取得した足圧分布算出用データ212に基づいて生成された足圧分布データの表示を行ったりする。図3は、表示部204に表示された足圧分布データの一表示例を示す図である。
入力部205は、当該プログラムの実行指示を入力したりする。外部機器I/F部206は、荷重分布検出センサ部111において計測された足圧分布算出用データを情報処理装置120内に取り込むためのI/Fである。
<3.荷重分布計測装置の構成>
次に、荷重分布計測装置110の構成について説明する。図4は、荷重分布計測装置110の詳細構成を説明するための図である。
図4(a)に示すように、荷重分布計測装置110は、床等の平坦面に設置された状態で、各感圧素子の表面が同一平面を形成するように構成されている一方で、図4(b)に示すように、床等の平坦面に設置されていない状態では、筒状に丸めることができる構成となっている。
図4(c)を用いて具体的に説明する。図4(c)は、図4(a)に示す荷重分布計測装置110の一部(点線部分)を拡大して表示した様子を示している。図4(c)の上段に示すように、荷重分布計測装置110の支持部材112は、各感圧素子の幅に対応する幅のブロックにより形成されている。
各ブロックは、それぞれ、横方向に1つの感圧素子を支持しており、縦方向に、荷重分布計測装置110の縦方向のすべての感圧素子(M個の感圧素子)を支持している。つまり、各ブロックは、それぞれ、N行1列分の感圧素子を支持している。
また、各ブロックは、床等の平坦面に接触する第2の面(402)の幅が、感圧素子を支持する第1の面の幅(401)よりも短くなるように形成されている。つまり、第1の面(401)は、N行1列分の感圧素子の面積に等しい面積を有している一方で、第2の面(402)は、第1の面(401)よりも小さい面積となるように形成されている。この結果、支持部材112は隣り合うブロックの間に隙間が設けられることとなる。
また、隣り合うブロックは、互いに第1の面(401)近傍においてヒンジ機構(可動機構)403を介して回動可能に接続されている。このため、理学療法士等が各ブロックを曲げていくと、図4(c)の下段に示すように、隣り合うブロック間の隙間がなくなり、隣り合うブロックの側面が接触するまで、各ブロックが回動することとなる。この結果、図4(b)に示すように、荷重分布計測装置110を筒状に丸めることができる。つまり、持ち運び容易な荷重分布計測装置110を実現することができる。
[第2の実施形態]
上記第1の実施形態の支持部材では、各ブロックを曲げていく方向に関しては、各ブロックの回動範囲に制限を設ける構成としていたが、各ブロックを伸ばしていく方向に関しては、各ブロックの回動範囲に特に制限を設けていなかった。しかしながら、本発明はこれに限定されず、各ブロックを伸ばしていく方向に関しても、回動範囲に制限を設けるように構成してもよい。つまり、各感圧素子の表面が同一平面を形成する位置において、隣り合うブロックが接触し、各ブロック間の回動が停止するように構成してもよい。
図5は、本実施形態に係る荷重分布計測装置510の詳細構成を説明するための図である。
図5(a)に示すように、荷重分布計測装置510は、床等の平坦面に設置された状態で、各感圧素子の表面が同一平面を形成するように構成されている一方で、図5(b)に示すように、床等の平坦面に設置されていない状態では、筒状に丸めることができる構成となっている。
図5(c)を用いて具体的に説明する。図5(c)は、図5(a)に示す荷重分布計測装置510の一部(点線部分)を拡大して表示した様子を示している。図5(c)の上段に示すように、荷重分布計測装置510の支持部材512は、各感圧素子の幅に対応する幅のブロックにより形成されている。
各ブロックは、それぞれ、横方向に1つの感圧素子を支持しており、縦方向に、荷重分布計測装置510の縦方向のすべての感圧素子(M個の感圧素子)を支持している。つまり、各ブロックは、それぞれ、N行1列分の感圧素子を支持している。
また、各ブロックは、床等の平坦面に接触する第2の面(502)の幅が、感圧素子を支持する第1の面の幅(501)よりも短くなるように形成されている。つまり、第1の面(501)は、N行1列分の感圧素子の面積に等しい面積を有している一方で、第2の面(502)は、第1の面(501)よりも小さい面積となるように形成されている。この結果、支持部材512は隣り合うブロックとの間に隙間が設けられることとなる。
更に、各ブロックは、感圧素子の下方において第1の面(501)に平行に形成された第3の面(503)と、隣接するブロックの感圧素子の下方において第1の面(501)に平行に形成された第4の面(504)とを備える。また、第3の面(503)と隣接するブロックの第4の面(504)との間は、ヒンジ機構(可動機構)505を介して回動可能に接続されている。このため、理学療法士等が各ブロックを曲げていくと、図5(c)の下段に示すように、ヒンジ機構505の下方に設けられた隙間が小さくなり、隣り合うブロックの側面が接触するまで、各ブロックが回動することとなる。この結果、図5(b)に示すように、荷重分布計測装置510を筒状に丸めることができる。
反対に、曲げられた各ブロックを伸ばしていき、筒状に丸められた荷重分布計測装置510を平らにしていくと、各ブロックの第3の面(503)が、隣接するブロックの第4の面(504)に接触するため、回動が停止する。上述したように、第3の面(503)及び第4の面(504)は、第1の面(501)と平行に形成されているため、第3の面(503)が、隣接するブロックの第4の面(504)に接触した状態においては、各ブロックの第1の面(501)により同一平面が形成されるため、各感圧素子の表面も同一平面を形成することとなる。
このように、本実施形態によれば、筒状に丸めることで、持ち運び容易な荷重分布計測装置を実現できるとともに、各感圧素子の表面が同一平面を形成した状態を維持することが可能な荷重分布計測装置を実現することができる。
[第3の実施形態]
上記第1及び第2の実施形態では、各ブロックが支持する感圧素子の横方向の数を1とした(つまり、各ブロックは、N行1列分の感圧素子を支持する構成とした)が、本発明はこれに限定されず、例えば、複数列の感圧素子を支持する構成としてもよい。
具体的には、各ブロックがN行m列の感圧素子を支持する構成としてもよい(ただし、mは2≦m≦Mを満たす整数)。図6(a)、(b)は、一例として、それぞれ、上記第1及び第2の実施形態において示した荷重分布計測装置を、m=2に変形した場合の荷重分布計測装置110’、510’を示している。
図6に示すように、各ブロックがN行2列分の感圧素子を支持する構成とした場合であっても、上記第1及び第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、上記第1及び第2の実施形態では、各ブロックが支持する感圧素子の横方向の数を同じにする構成としたが、本発明はこれに限定されず、各ブロックが支持する感圧素子の横方向の数は、それぞれのブロックごとに異なる構成としてもよい。
例えば、荷重分布計測装置の中央付近のブロックが支持する感圧素子の横方向の数を1とし、端部付近のブロックが支持する感圧素子の横方向の数をm(mは2≦m≦Mを満たす整数)としてもよい。この場合、荷重分布計測装置をコの字状に折り曲げられることとなる。
[第4の実施形態]
上記第3の実施形態では、各ブロックがN行m列の感圧素子を支持する構成とするとともに、隣接するブロック間を、荷重分布計測装置の縦方向に平行な回動軸により回動可能に接続する構成とすることで、荷重分布計測装置を丸める、または折り曲げる構成としたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、各ブロックが支持する感圧素子の横方向の数をすべてm’(m’は、2≦m’≦Mを満たすMの約数)としたうえで、各ブロックの側面を完全に分離し、各ブロックが互いに重ね合わされる構成としてもよい。
図7A、図7Bは、本実施形態に係る荷重分布計測装置710の詳細構成を説明するための図である。
図7A(a)に示すように、荷重分布計測装置710は、床等の平坦面に設置された状態で、各感圧素子の表面が同一平面を形成するように構成されている一方で、図7A(b)に示すように、床等の平坦面に設置されていない状態では、3段に重ね合わせることができる構成となっている。
図7A(c)及び図7Bを用いて具体的に説明する。図7A(c)は、図7A(a)に示す荷重分布計測装置710の一部(点線部分)を拡大して表示した様子を示している。なお、図7A(c)の上段の例は、荷重分布計測装置710の支持部材712が、荷重分布計測装置710の横方向の感圧素子の数の1/3の数(M/3)の感圧素子の幅に対応する幅のブロックにより形成された場合を示している。
各ブロック(ここでは、ブロック701、702と称す)は、それぞれ、横方向にM/3個の感圧素子を支持しており、縦方向に、荷重分布計測装置710の縦方向のすべての感圧素子(N個の感圧素子)を支持している。つまり、各ブロック701、702は、それぞれN行M/3列分の感圧素子を支持している。
また、ブロック701、702の側面には、隣接するブロックに対して平行移動させるための平行リンク機構(可動機構)721が接続されている(なお、平行リンク機構は、ブロック701、702の反対側の側面にも同様に接続されているものとする)。更に、当該平行リンク機構721は、各ブロック701、702に対してスライド可能に接続されている。
これにより、図7A(c)の上段に示す状態から、ブロック702を横方向にスライドさせ、ブロック701から所定距離だけ離したうえで、軸722を中心に平行リンク機構721を回動させることで、ブロック702を平行移動させることができる。
図7Bの上段及び中段は、ブロック702をブロック701に対して平行移動させている様子を示している。更に、図7Bの下段は、ブロック702がブロック701の上方に重ね合わされる直前の様子を示している。
加えて、同様の構成が、ブロック702の紙面右側に位置するブロック(図7A、7Bにおいて不図示。ここでは、ブロック703と称す)にも設けられているものとする。これにより、ブロック702に対してブロック703を平行移動させ、ブロック702の上方に重ね合わせることが可能となり、図7A(b)のような、3段の重ね合わせを実現することができる。つまり、持ち運びに容易な荷重分布計測装置710を実現することが可能となる。
なお、本実施形態では、荷重分布計測装置710を横方向に3つに分割し、3段に重ね合わせる場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、2つあるいは4つ以上に分割し、2段あるいは4段以上に重ね合わせる構成としてもよい。つまり、m’個に分割し、m’段に重ね合わせる構成としてもよい。
[第5の実施形態]
上記第4の実施形態では、各ブロックを平行移動させることで、ブロックを重ね合わせる構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、隣接するブロック間を回動可能に接続することで、折り畳む構成としてもよい。
図8A、図8Bは、本実施形態に係る荷重分布計測装置810の詳細構成を説明するための図である。
図8A(a)に示すように、荷重分布計測装置810は、床等の平坦面に設置された状態では、各感圧素子の表面が同一平面を形成するように構成されている一方で、図8B(b)に示すように、床等の平坦面に設置されていない状態では、2つに折り畳むことができる構成となっている。
図8A(c)及び図8Bを用いて具体的に説明する。図8A(c)は、図8(a)に示す荷重分布計測装置810の一部(点線部分)を拡大して表示した様子を示している。図8A(c)の上段に示すように、荷重分布計測装置810の支持部材812は、荷重分布計測装置810の横方向の感圧素子の数の1/2の数(M/2)の感圧素子の幅に対応する幅のブロックにより形成されている。
各ブロック(ここでは、ブロック801、802と称す)は、それぞれ、横方向にM/2個の感圧素子を支持しており、縦方向に、荷重分布計測装置810の縦方向のすべての感圧素子(N個の感圧素子)を支持している。つまり、各ブロック801、802は、それぞれ、N行M/2列分の感圧素子を支持している。
また、各ブロック801、802は、感圧素子を支持するための支持領域831に加え、他のブロックと接続するためのヒンジ機構(可動機構)821または822が配された接続領域832が設けられている。当該ヒンジ機構821、822は、他のブロックの感圧素子と隣接している感圧素子の表面端部(隣接している側の端部)を回動中心として回動するよう構成されている(なお、ヒンジ機構は、紙面奥側の接続領域(不図示)にも同様に設けられているものとする)。また、回動する部分はヒンジ機構でなくてもよく、繰り返し折り曲げることができる可塑材であってもよい。
このような構成により、図8A(c)の上段に示す状態から、ブロック801を回動させることが可能となる。図8A(c)の下段は、ブロック801を回動させている様子を示している。更に、図8Bは、回動が完了し、ブロック801がブロック802に対して折り畳まれた様子を示している。この結果、持ち運びに容易な荷重分布計測装置810を実現することが可能となる。
100:荷重分布計測システム、110:荷重分布計測装置、111:荷重分布検出センサ部、112:支持部材、120:情報処理装置、130:ケーブル、401:第1の面、402:第2の面、403:ヒンジ機構、501:第1の面、502:第2の面、503:第3の面、504:第4の面、505:ヒンジ機構、510:荷重分布計測装置、512:支持部材、701:ブロック、702:ブロック、710:荷重分布計測装置、712:支持部材、721:平行リンク機構、722:軸、801:ブロック、802:ブロック、810:荷重分布計測装置、812:支持部材、821:ヒンジ機構、822:ヒンジ機構、831:支持領域、832:接続領域

Claims (7)

  1. 複数の感圧素子がN行M列(N、Mは2以上の整数)に配列された荷重分布計測装置であって、
    平坦面に設置された状態で、前記配列された各感圧素子の表面が同一平面を形成するように各感圧素子の裏面を支持する支持部材を有し、
    前記支持部材は、N行m列(mは、1≦m≦Mを満たす整数)の感圧素子を支持するブロックに分かれており、隣り合うブロックが、可動機構により接続されていることを特徴とする荷重分布計測装置。
  2. 前記ブロックは、
    N行m列の前記感圧素子の面積に等しい面積を有し、N行m列の前記感圧素子の裏面を支持する第1の面と、
    前記支持部材が前記平坦面に設置された状態で、該平坦面に接触する第2の面と、を有し、
    前記支持部材が前記平坦面に設置された状態で、隣り合うブロック間に隙間が形成されるよう、前記第2の面は、前記第1の面よりも小さい面積により構成されており、かつ
    前記隣り合うブロックは、前記第1の面の端部において回動可能に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の荷重分布計測装置。
  3. 前記ブロックは、
    N行m列の前記感圧素子の面積に等しい面積を有し、N行m列の前記感圧素子の裏面を支持する第1の面と、
    前記支持部材が前記平坦面に設置された状態で、前記平坦面に接触する面であって、その一部が隣接するブロックの下方に位置する第2の面と、を有し、
    前記支持部材が前記平坦面に設置された状態で、隣り合うブロック間に隙間が形成されるよう、前記第2の面は、前記第1の面よりも小さい面積により構成されており、かつ
    前記隣り合うブロックは、前記第1の面と前記第2の面との間の位置において互いが回動可能に接続されており、
    前記ブロックは、更に、前記隣り合うブロックの回動範囲を制限する第3の面を備えることを特徴とする請求項1に記載の荷重分布計測装置。
  4. 前記支持部材は、それぞれが、N行m’列(m’は、2≦m’を満たす整数で、Mの約数)の感圧素子を支持するブロックに分かれていることを特徴とする請求項1に記載の荷重分布計測装置。
  5. 前記隣り合うブロックは、平行リンク機構により接続されていることを特徴とする請求項4に記載の荷重分布計測装置。
  6. 前記支持部材は、
    それぞれが、N行M/2列の感圧素子を支持する2つのブロックに分かれており、
    第1のブロックが支持する感圧素子のうち、第2のブロックが支持する感圧素子に隣接している感圧素子の表面端部を回動中心とするヒンジ機構もしくは端部を折り曲げ位置とする可塑材を有することを特徴とする請求項4に記載の荷重分布計測装置。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の荷重分布計測装置と、
    前記荷重分布計測装置と接続され、前記感圧素子の出力に基づいて、荷重分布を算出する情報処理装置と
    を備えることを特徴とする荷重分布計測システム。
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