JP2014140449A - 重心動揺解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
重心動揺の速度分布を視覚的に表示することを可能とする重心動揺解析装置を提供する。
【解決手段】
フォースプレートと、前記フォースプレートにより検出された荷重データを用いてＸＹ平面上の重心座標の時系列データを取得する重心座標取得手段と、各重心座標の時系列データ間の重心移動速度を取得する重心移動速度取得手段と、各重心移動速度の大きさを取得し、大きさに応じて複数のグループに分けると共に、グループ間で視覚的に識別可能なしるしを各グループに割り当てる手段と、重心動揺に関するデータを前記視覚的に識別可能なしるしを用いて表示する表示部と、を備えた重心動揺解析装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、重心動揺解析装置に関するものである。

重心動揺検査では、被験者を重心動揺計の足載せ台上に直立させ、直立姿勢に現れる重心動揺を記録する。重心動揺のX-Y記録図を、重心図と呼ぶ。重心図における動揺の拡がり、動揺の方向を参考として、動揺型パターンの判定が行われる（特許文献１参照）。また、重心図は、重心動揺計を用いた静的体平衡機能検査の他にも、足踏み検査、ＢＴＴ等の動的体平衡機能検査の解析にも用いられ得る。

従来の重心図は、単一色の曲線で描かれていた。従来の重心図においては、重心（COP）の軌跡の分布は判るが、どのような速度でこの軌跡が描かれたのかが判らなかった。

特開２００５−１５２２１５

本発明は、重心動揺の速度分布を視覚的に表示することを可能とする重心動揺解析装置を提供することを目的とするものである。

本発明が採用した技術手段は、
フォースプレートと、
前記フォースプレートにより検出された荷重データを用いてＸＹ平面上の重心座標の時系列データを取得する重心座標取得手段と、
各重心座標の時系列データ間の重心移動速度を取得する重心移動速度取得手段と、
各重心移動速度の大きさを取得し、大きさに応じて複数のグループに分けると共に、グループ間で視覚的に識別可能なしるしを各グループに割り当てる手段と、
重心動揺に関するデータを前記視覚的に識別可能なしるしを用いて表示する表示部と、
を備えた重心動揺解析装置、である。

１つの態様では、前記表示部に表示される前記重心動揺に関するデータは、前記重心座標の時系列データのＸＹ平面上の移動軌跡であり、
各重心座標の時系列データ間の重心移動速度は、当該時系列データ間を結ぶ移動軌跡に対応しており、
前記移動軌跡を前記視覚的に識別可能なしるしを用いて前記表示部に表示してなる。

１つの態様では、前記視覚的に識別可能なしるしは色であり、前記移動軌跡を各グループに割り当てられた色で色分けして表示してなる。

視覚的に識別可能なしるしは、典型的には色であるが、線種（例えば、実線、点線、鎖線、一点鎖線、二点鎖線等）を異ならしめることによって、同色の線であっても、互いに識別可能としてもよい。あるいは、濃淡によって互いに識別可能としてもよい。

１つの態様では、前記複数のグループは、重心移動速度の大きさにしたがって分類された２から５のグループである。
１つの態様では、前記複数のグループは、低速の第１グループ、中速の第２グループ、高速の第３グループ、である。
１つの態様では、複数のグループのうち最も高速のグループは、健常者では出現する可能性が低い高速域として設定される。
また、疾患によって、着目する速度帯が、上記高速のグループの中の上側帯となるような場合には、上記高速グループを細分化して、全体で４グループとするようなこともあり得る。

１つの態様では、前記表示部に表示される前記重心動揺に関するデータは、縦軸を頻度、横軸を重心移動速度の大きさとするヒストグラムであり、
前記ヒストグラムの頻度を表す各柱は、前記視覚的に識別可能なしるしを用いて表示されている。
１つの態様では、前記各柱を、グループ毎にまとめて、各グループに割り当てられた視覚的に識別可能なしるしを用いて表示してなる。
視覚的に識別可能なしるしは、典型的には色であるが、テクスチャを異ならしめることによって、互いに識別可能としてもよい。あるいは、濃淡によって互いに識別可能としてもよい。

１つの態様では、前記表示部に表示される前記重心動揺に関するデータは、速度ベクトル図であり、
各グループ毎に速度ベクトルをまとめて、グループ毎に速度ベクトル図を作成してなる。

１つの態様では、正常/異常判定手段を備え、前記正常/異常判定手段は、全体の頻度に対する前記最も高速のグループの頻度の割合が、予め設定された割合よりも大きい場合に、「異常（疾患の可能性がある）」と判定する。
１つの態様では、正常/異常判定手段を備え、前記正常/異常判定手段は、いずれかのグループの頻度の割合が、予め設定された当該グループの健常範囲を逸脱した場合に、「異常」と判定する。
疾患の可能性がある場合は、高速のグループの頻度の割合が多い場合に限らない。例えば、低速グループの頻度の割合が健常に比べて大きい場合でも「異常」とみなすことができる。

本発明に係る重心動揺解析装置は、各重心移動速度の大きさを取得し、大きさに応じて複数のグループに分けると共に、グループ間で視覚的に識別可能なしるしを各グループに割り当てる手段と、重心動揺に関するデータを前記視覚的に識別可能なしるし（典型的には「色分け」）を用いて表示する表示部と、を備えているので、重心動揺の速度分布を視覚的に表示することができる。

重心動揺解析装置の概略図である。 ３色（青、緑、赤）に色分けされた重心図を示す（便宜上、グレースケールで示す）。 図２の重心図において、青色部分を抽出して示す図である。 図２の重心図において、緑色部分を抽出して示す図である。 図２の重心図において、赤色部分を抽出して示す図である。 重心動揺速度の大きさ（絶対値）のヒストグラムを色分けしたグループ毎にまとめて示す図である。 ３色（青、緑、赤）に色分けされた重心図を示す（便宜上、グレースケールで示す）。 図２の重心図において、青色部分を抽出して示す図である。 図２の重心図において、緑色部分を抽出して示す図である。 図２の重心図において、赤色部分を抽出して示す図である。 重心動揺速度の大きさ（絶対値）のヒストグラムを色分けしたグループ毎にまとめて示す図である。 ある男性の健常者について得られた色付き重心図（左上）、重心動揺速度の絶対値のデータ区画と頻度との対応を示す表（左下）、当該表に基づいて得られた色付きヒストグラム（右下）、当該ヒストグラムを色分けしたグループ毎にまとめて色付きで示す図（右上）、である。 ある疾患（小脳梗塞）を有する男性について得られた色付き重心図（左上）、重心動揺速度の絶対値のデータ区画と頻度との対応を示す表（左下）、当該表に基づいて得られた色付きヒストグラム（右下）、当該ヒストグラムを色分けしたグループ毎にまとめて色付きで示す図（右上）、である。 ある疾患（脊髄小脳変性症）を有する女性について得られた色付き重心図（左上）、重心動揺速度の絶対値のデータ区画と頻度との対応を示す表（左下）、当該表に基づいて得られた色付きヒストグラム（右下）、当該ヒストグラムを色分けしたグループ毎にまとめて色付きで示す図（右上）、である。 左上は、ある健常者の色付き重心図、右上は、疾患を有するある患者の色付き重心図、右下は、患者のヒストグラムを健常者のヒストグラムに重ね合わせて表示したもの、左下は、当該ヒストグラムを色分けしたグループ毎にまとめて色付きで示す図、である。 疾患を有するある被験者のグループ毎（低速、中速、高速）の速度ベクトル図を示し、低速は青、中速は緑、高速は赤で表示されている。 パーキンソン病の患者のデータを示す。色付き重心図（左上）、重心動揺速度の絶対値のデータ区画と頻度との対応を示す表（左中）、当該表に基づいて得られた色付きヒストグラム（右中）、当該ヒストグラムを色分けしたグループ毎にまとめて色付きで示す図（右上）、グループ毎（低速、中速、高速）の速度ベクトル図（下）、である。

重心動揺計測システムは、重心動揺計と、１つあるいは複数のコンピュータ（データを入力するための入力手段、処理されたデータを出力するための出力手段、主としてＣＰＵから構成される演算手段／制御手段、所定のプログラム、入力データ、計測データ、算出データ等を記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶手段、これらを接続するバス、を備えている）と、計測データ、算出データ等の各種データを表示する表示部と、から構成することができる。表示部は前記コンピュータの構成要素であってもよい。

重心動揺計は、被験者が載る足載せ台と、足載せ台の所定の複数箇所に作用する荷重を検出する荷重検出手段と、を備えるフォースプレートと、前記荷重データを用いてＸＹ平面上の重心座標（ＣＯＰ）の時系列データを取得する重心座標取得手段と、を備えている。重心動揺計は、さらに、重心座標（ＣＯＰ）の時系列データを用いてＸＹ平面上の重心移動速度を取得する重心移動速度取得手段を備えている。重心座標取得手段、重心移動速度取得手段は、コンピュータの演算手段によって構成することができる。重心座標（ＣＯＰ）の時系列データから重心図（ＸＹ平面上にＣＯＰの移動軌跡を表示した図：重心動揺Ｘ−Ｙ記録）、重心移動速度の時系列データから速度図（ＸＹ平面上に重心移動速度の軌跡を表示した図：重心動揺速度Ｘ−Ｙ記録）を取得することができる。

１つの実施形態では、フォースプレートは、平面視二等辺三角形状の形状を備えた可搬式のフォースプレートである。フォースプレートは、平面視二等辺三角形状の踏み台と、踏み台の３つの頂点の下方に位置して配置された３つのロードセル（荷重検知センサ）と、を備えている。ロードセルは３分力センサで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の荷重出力を検出する。フォースプレートの形状や荷重センサの個数は限定されず、例えば、略四角形状の踏み板と、踏み板の四隅部に配置した４つのロードセルと、からなるフォースプレートを用いてもよい。

３つの荷重センサで取得された値から荷重の作用中心点（ＣＯＰ：Center of Pressure）が取得され、ＣＯＰをＸＹ座標上での重心位置とみなす。ＣＯＰの座標は、踏み台（床面）の面方向のＸＹ平面として、ＸＹ座標で取得される。各ロードセルで取得される荷重情報（ｚ、ｙ、ｚ方向）は、逐次コンピュータに送信され、コンピュータの演算手段でＣＯＰを逐次（０.０１秒、０．００５秒、０．００１秒等の単位時間毎）求めることで、ＣＯＰ（ＸＹ座標値）の時系列データを取得することができる。重心位置の計算に用いた荷重情報及び得られた重心位置のデータ（ＸＹ座標値）は、取得時間と共に記憶手段に記憶され、測定開始時から測定終了時までの重心位置の経時的な移動軌跡が得られる。得られた移動軌跡は、表示手段に重心図として表示され、移動軌跡の形状は平衡機能検査に用いられる。

また、取得した重心座標（ＣＯＰ）のデータ（ＸＹ座標）と取得時刻から重心の移動速度（ｘ方向速度、ｙ方向速度）を所定時間毎に算出することができる。典型的には、得られた重心移動速度の軌跡は、表示手段に速度図として表示されるが、重心移動速度（ｘ方向速度、ｙ方向速度）がデータとして得られていればよく、本発明において、重心移動速度を表示手段に表示することは必須ではない。なお、重心移動速度を求めることは公知であって、例えば特許第２８３１６１９号に記載されている。

本実施形態では、各重心移動速度の大きさを取得し、大きさに応じて３つのグループに分けると共に、各グループに互いに識別可能なように異なる色を割り当てる。重心移動速度の大きさとして、重心移動速度の絶対値を用いることができる。あるいは、重心移動速度の大きさとして、重心移動速度間の相対的な大きさを用いてもよく、その場合は、例えば、重心移動速度の二乗値を用いてもよい。本実施形態では、３つのグループは、低速の第１グループ、中速の第２グループ、高速の第３グループ、であり、第１グループには「青」、第２グループには「緑」、第３グループには「赤」が割り当てられており、かかる割り当てはコンピュータの記憶部に記憶されている。１つの態様では、第３グループは、健常者では出現する可能性が低い高速域として設定される。第１グループ、第２グループ、第３グループのそれぞれのグループに属する絶対値範囲が予め設定されてコンピュータの記憶部に記憶されている。グループ数３は例示であり、グループ数は２〜５グループから選択され得る。

表示部に表示された重心図において、重心座標の時系列データのＸＹ平面上の移動軌跡が表示されるが、各重心座標の時系列データ間の重心移動速度は、当該時系列データ間を結ぶ移動軌跡に対応している。各重心移動速度の絶対値が、低速の第１グループ、中速の第２グループ、高速の第３グループに属するかを判定し、個々のCOP間の移動軌跡を、当該移動軌跡に対応する重心移動速度の絶対値が属するグループの色で表示する。こうすることで、重心図の移動軌跡は、上記グループ分けにしたがって、色分けして表示される。

図２は、色分けした重心図を示している。特許出願の図面としてカラー画像を用いることができないため便宜上グレースケール化した重心図が示してある。図２A〜図２Cは、それぞれ、「青」、「緑」、「赤」に色分けされた部分を抽出して示す図であり、図２において、どの部分が「青」、「緑」、「赤」に着色されているかを説明する図である。図３は、図２と同様に、色分けした重心図を便宜上グレースケール化して示したものである。図３A〜図３Cは、それぞれ、「青」、「緑」、「赤」に色分けされた部分を抽出して示す図であり、図３において、どの部分が「青」、「緑」、「赤」に着色されているかを説明する図である。図２A〜図２C、図３A〜図３Cは、説明のための図であり、実際に部分的な移動軌跡を抽出して表示するものではない。

このように、重心の移動速度の絶対値に応じて移動軌跡に色を付けることで、重心の移動軌跡と移動速度との対応関係を、重心図を用いて視覚的に表示することができる。例えば、第３グループ（赤）を、健常者では出現する可能性の低い高速域として設定しておくことで、重心移動軌跡における赤色部分の割合によって直感的にバランスの悪い状態を認識することができる。

例えば、全体の頻度に対する第３グループ（最も高速のグループ）の頻度の割合が、予め設定された割合よりも大きい場合に、疾患の可能性があると判定するような正常/異常判定手段を備えていてもよい。こうすることで、疾患の可能性を定量的に判断することができる。

本実施形態では、上記得られた重心移動速度の絶対値に適当な区間を設定し、各データ区間に対応する頻度から、ヒストグラムを取得して表示部に表示する。データ区間及び頻度との対応テーブルを、図４A〜図４Cの左下図に示す。データ区間は予め設定されてコンピュータの記憶部に記憶されており、重心動揺計で取得した重心の移動速度の絶対値から頻度を取得して、対応テーブルが作成され、コンピュータの記憶部に記憶される。対応テーブルにしたがって、図４A〜図４Cの右下図に示すように、表示部には、縦軸を頻度、横軸を重心移動速度の大きさとするヒストグラムが表示される。ヒストグラムの頻度を表す各柱（棒）は、重心移動速度の絶対値に応じて、上記グループ分けした青、緑、赤に着色されている。このようなヒストグラムを作成することで、動揺全体の重心移動速度分布を見やすくし、疾患の判別を容易にした。

さらに、上記ヒストグラムを、各グループ毎にまとめることで、第１グループの頻度、第２グループの頻度、第３グループの頻度を、それぞれ、青柱、緑柱、赤柱で表示する（図４A〜図４Cの右上図、図２D、図３D）。第３グループ（赤）を、健常者では出現しない高速域として設定しておくことで、バランスの悪い状態が当該高速域の割合だけで判断でき、転倒予防等に用いることができる。

このように速度分布をヒストグラム化することで、健常者の分布と重ね合わせて、異常な速度分布を捉えやすくした（図５参照）。

速度の区間別に速度ベクトルを分離して重ねて合わせることで、それぞれの速度帯における分布の特異性（方向やまとまり具合）が識別しやすくなる。特に、高速（異常）な帯域の方向性が分離できることによって、中枢性疾患のたて揺れや、片側の前庭疾患などの判別が容易になる。図６は、疾患を有するある被験者のグループ毎（低速、中速、高速）の速度ベクトル図を示し、低速は青、中速は緑、高速は赤で表示されている。

疾患の可能性がある場合は、高速のグループの頻度の割合が多い場合に限らない。例えば、低速グループの頻度の割合が健常に比べて大きい場合でも「異常」とみなすことができる。図７に、パーキンソン病の患者のデータを例示する。この患者の場合ほとんど揺れないので、大半が低速グループに属する。したがって、全体の頻度に対する最も低速のグループの頻度の割合が、予め設定された割合よりも大きい場合に、「異常」と判定してもよい。

本実施形態では、重心動揺の速度分布を視覚的に表示することを可能とする重心動揺解析装置について説明したが、グルーピングを用いた正常/異常判定手段は、重心動揺の速度分布を視覚的に表示することなく実現することができ、その点において、「色付き重心図」から独立し得る技術思想であると捉えることもできる。この技術思想は、以下のように規定することができる。
［付記］
フォースプレートと、
前記フォースプレートにより検出された荷重データを用いてＸＹ平面上の重心座標の時系列データを取得する重心座標取得手段と、
各重心座標の時系列データ間の重心移動速度を取得する重心移動速度取得手段と、
各重心移動速度の大きさを取得し、大きさに応じて複数のグループに分ける手段と、
各グループに属する頻度を取得し、当該頻度の割合を算出する手段と、
各グループ毎に頻度の割合の健常範囲を記憶する手段と、
あるグループについて算出された頻度の割合が、記憶された当該グループの健常範囲を逸脱した場合に、「異常」と判定する正常/異常判定手段と、
を備えた重心動揺解析装置。

Claims (11)

1. フォースプレートと、
   前記フォースプレートにより検出された荷重データを用いてＸＹ平面上の重心座標の時系列データを取得する重心座標取得手段と、
   各重心座標の時系列データ間の重心移動速度を取得する重心移動速度取得手段と、
   各重心移動速度の大きさを取得し、大きさに応じて複数のグループに分けると共に、グループ間で視覚的に識別可能なしるしを各グループに割り当てる手段と、
   重心動揺に関するデータを前記視覚的に識別可能なしるしを用いて表示する表示部と、
   を備えた重心動揺解析装置。
2. 前記表示部に表示される前記重心動揺に関するデータは、前記重心座標の時系列データのＸＹ平面上の移動軌跡であり、
   各重心座標の時系列データ間の重心移動速度は、当該時系列データ間を結ぶ移動軌跡に対応しており、
   前記移動軌跡を前記視覚的に識別可能なしるしを用いて前記表示部に表示してなる、
   請求項１に記載の重心動揺解析装置。
3. 前記視覚的に識別可能なしるしは色であり、前記移動軌跡を各グループに割り当てられた色で色分けして表示してなる、請求項２に記載の重心動揺解析装置。
4. 前記複数のグループは、重心移動速度の大きさにしたがって分類された２から５のグループである、請求項１〜３いずれか１項に記載の重心動揺解析装置。
5. 前記複数のグループは、低速の第１グループ、中速の第２グループ、高速の第３グループ、である、請求項４に記載の重心動揺解析装置。
6. 複数のグループのうち最も高速のグループは、健常者では出現する可能性が低い高速域として設定される、請求項４、５いずれかに記載の重心動揺解析装置。
7. 前記表示部に表示される前記重心動揺に関するデータは、縦軸を頻度、横軸を重心移動速度の大きさとするヒストグラムであり、
   前記ヒストグラムの頻度を表す各柱は、前記視覚的に識別可能なしるしを用いて表示されている、
   請求項１〜６いずれか１項に記載の重心動揺解析装置。
8. 前記各柱を、グループ毎にまとめて、各グループに割り当てられた視覚的に識別可能なしるしを用いて表示してなる、請求項７に記載の重心動揺解析装置。
9. 前記表示部に表示される前記重心動揺に関するデータは、速度ベクトル図であり、
   各グループ毎に速度ベクトルをまとめて、グループ毎に速度ベクトル図を作成してなる、請求項１〜８いずれか１項に記載の重心動揺解析装置。
10. 正常/異常判定手段を備え、前記正常/異常判定手段は、全体の頻度に対する前記最も高速のグループの頻度の割合が、予め設定された割合よりも大きい場合に、「異常」と判定する、請求項１〜６いずれか１項に記載の重心動揺解析装置。
11. 正常/異常判定手段を備え、前記正常/異常判定手段は、いずれかのグループの頻度の割合が、予め設定された当該グループの健常範囲を逸脱した場合に、「異常」と判定する、請求項１〜６いずれか１項に記載の重心動揺解析装置。