JP2016220922A - Locomotive motion analysis apparatus and system, and program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to precisely recognize heel landing in the data obtained by an acceleration sensor attached to a person during locomotive motion of the person, such as walking.SOLUTION: Provided is a locomotive motion analysis apparatus which comprises: specification means for specifying a temporal interval K corresponding to one step in a first waveform generated based on the data representing an acceleration during a person's locomotive motion, the acceleration being obtained by an acceleration sensor; and detection means for detecting, as the time HC of heel landing of the person's foot, the time corresponding to one the maximum and minimum values in each of the intervals K in a second waveform WJz` which represents, in the same time period as the first waveform, the vertical acceleration during the locomotive motion of the person obtained based on the data.SELECTED DRAWING: Figure 17

Description

本発明は、加速度センサ(sensor)を用いて人の歩行などの移動運動を評価するための技術に関する。   The present invention relates to a technique for evaluating a moving motion such as walking of a person using an acceleration sensor.

従来、医療施設や介護施設等において、歩行障害を持つ患者に対するリハビリテーション(rehabilitation)が行われている。   Conventionally, rehabilitation for patients with gait disorders has been performed in medical facilities, nursing homes, and the like.

このリハビリテーションでは、一般的に、患者に適した歩行訓練プログラム(program)を作成したり、患者の回復レベル(level)を把握したりするために、理学療法士などの指導員が、患者の歩行運動を繰り返し評価する。   In this rehabilitation, an instructor, such as a physical therapist, generally creates a gait training program (program) suitable for the patient and understands the patient's recovery level. Is repeatedly evaluated.

また、近年においては、加速度センサを用いて人の歩行などの移動運動中に生じる加速度を測定し、その測定結果に基づいて移動運動を定量的かつ客観的に評価する試みが成されている(例えば、特許文献1,要約等参照)。   In recent years, an acceleration sensor is used to measure acceleration generated during a moving motion such as walking of a person, and an attempt is made to quantitatively and objectively evaluate the moving motion based on the measurement result ( For example, see Patent Document 1, Abstract, etc.).

特開2013−059489号公報JP 2013-059489 A

上記のように加速度の測定結果に基づいて移動運動を評価する場合、加速度データにおいて足が着地するタイミングを認識することは非常に重要である。   As described above, when the moving motion is evaluated based on the measurement result of the acceleration, it is very important to recognize the timing at which the foot lands in the acceleration data.

しかしながら、加速度データには複雑な波形が現れることが多く、足が着地するタイミングを精度よく認識することは難しい。   However, complex waveforms often appear in the acceleration data, and it is difficult to accurately recognize the timing at which the feet land.

このような事情により、移動運動をする人に取り付けられた加速度センサからのデータにおいて、足が着地するタイミングを高い精度で認識することができる技術が望まれている。   Under such circumstances, there is a demand for a technique capable of recognizing the timing at which a foot lands with high accuracy in data from an acceleration sensor attached to a person who performs a moving motion.

第1の観点の発明は、
加速度センサを用いて得られた人の移動運動中における加速度を表すデータに基づいて生成された第1の波形において、一歩に対応する時間的な区間を特定する特定手段と、
前記データに基づいて得られる前記人の移動運動中における上下方向の加速度を前記第1の波形と同一の時間で表す第2の波形において、それぞれの前記区間の最大値及び最小値のいずれか一方に対応する時刻を、足が着地した時刻として検出する検出手段とを備えた移動運動解析装置を提供する。
The invention of the first aspect
In the first waveform generated based on the data representing the acceleration during the moving motion of the person obtained using the acceleration sensor, a specifying means for specifying a time interval corresponding to one step;
In the second waveform representing the vertical acceleration during the movement of the person obtained based on the data in the same time as the first waveform, either the maximum value or the minimum value of each of the sections There is provided a mobile motion analysis apparatus comprising detection means for detecting a time corresponding to the time when a foot has landed.

第2の観点の発明は、
加速度センサを用いて得られた人の移動運動中における加速度を表すデータに基づいて生成された第1の波形において、一歩に対応する時間的な区間を特定する特定手段と、
前記データに基づいて得られる前記人の移動運動中における上下方向の加速度に基づいて演算される量を前記第1の波形と同一の時間で表す第2の波形において、それぞれの前記区間の最大値及び最小値のいずれか一方に対応する時刻を、足が着地した時刻として検出する検出手段とを備えた移動運動解析装置を提供する。
The invention of the second aspect is
In the first waveform generated based on the data representing the acceleration during the moving motion of the person obtained using the acceleration sensor, a specifying means for specifying a time interval corresponding to one step;
In the second waveform representing the amount calculated based on the vertical acceleration during the movement movement of the person based on the data in the same time as the first waveform, the maximum value of each of the sections And a detecting means for detecting the time corresponding to one of the minimum values as the time when the foot has landed.

ここで、「足が着地した時刻」とは、足の少なくとも一部、例えば踵や足の裏全体が、前記人の歩行する路面に実質的に接した時刻である。なお、「着地」は、足が靴などを介在して間接的に路面に接する場合も含む。   Here, the “time when the foot has landed” is a time when at least a part of the foot, for example, the entire heel or the sole of the foot, substantially contacts the road surface on which the person walks. Note that “landing” includes a case where a foot indirectly touches a road surface through shoes or the like.

第3の観点の発明は、
前記演算される量が、前記上下方向の加速度の項を含む演算式により演算されている上記第2の観点の移動運動解析装置を提供する。
The invention of the third aspect is
The mobile motion analysis apparatus according to the second aspect, wherein the calculated amount is calculated by an arithmetic expression including an acceleration term in the vertical direction.

第4の観点の発明は、
前記演算される量が、前記上下方向の加速度を二階微分した項をk乗(k≧1)した項を含む演算式により演算されている上記第2の観点または第3の観点の移動運動解析装置を提供する。
The invention of the fourth aspect is
The moving motion analysis according to the second aspect or the third aspect, wherein the calculated amount is calculated by an arithmetic expression including a term obtained by second-order differentiation of the vertical acceleration to a power of k (k ≧ 1). Providing equipment.

第5の観点の発明は、
前記第2の波形から高周波成分を除去する手段を更に含んでいる上記第1の観点から第4の観点のいずれか一つの観点の移動運動解析装置を提供する。
The invention of the fifth aspect is
The mobile motion analysis apparatus according to any one of the first to fourth aspects further includes means for removing a high-frequency component from the second waveform.

第6の観点の発明は、
前記特定手段が、前記データによって得られる上下方向の加速度と前後方向の加速度との線形結合を表す第3の波形に基づいて、前記区間を特定する手段を含んでいる上記第1の観点から第5の観点のいずれか一つの観点の移動運動解析装置を提供する。
The invention of the sixth aspect is
From the first aspect, the specifying means includes means for specifying the section based on a third waveform representing a linear combination of vertical acceleration and longitudinal acceleration obtained from the data. A moving motion analysis apparatus according to any one of the five aspects is provided.

第7の観点の発明は、
前記特定手段が、前記第3の波形における極大値及び極小値のいずれか一方に対応する時刻同士の間を、前記区間として特定する手段を含んでいる上記第6の観点の移動運動解析装置を提供する。
The invention of the seventh aspect
The mobile motion analysis apparatus according to the sixth aspect, wherein the specifying means includes means for specifying, as the section, a time period corresponding to any one of a maximum value and a minimum value in the third waveform. provide.

第8の観点の発明は、
前記特定手段が、前記データによって得られる上下方向、前後方向、または左右方向の加速度を二階積分して得られる位置の波形から、該位置の波形を移動平均処理して得られる波形を減算して成る波形に基づいて、前記区間を特定する手段を含んでいる上記第1の観点から第5の観点のいずれか一つの観点の移動運動解析装置を提供する。
The invention of the eighth aspect
The specifying means subtracts a waveform obtained by moving and averaging the waveform of the position from the waveform of the position obtained by second-order integration of the acceleration in the vertical direction, the longitudinal direction, or the horizontal direction obtained from the data. Provided is a mobile motion analysis apparatus according to any one of the first to fifth aspects including means for specifying the section based on the waveform.

第9の観点の発明は、
前記移動運動が、歩行である上記第1の観点から第8の観点のいずれか一つの観点の移動運動解析装置を提供する。
The invention of the ninth aspect is
The mobile motion analysis device according to any one of the first to eighth aspects is provided, wherein the mobile motion is walking.

第10の観点の発明は、
前記加速度センサと、上記第1の観点から第9の観点のいずれか一つの観点の移動運動解析装置とを備えた移動運動解析システムを提供する。
The invention of the tenth aspect is
A mobile motion analysis system comprising the acceleration sensor and the mobile motion analysis device according to any one of the first to ninth aspects is provided.

第11の観点の発明は、
コンピュータを上記第1の観点から第9の観点のいずれか一つの観点の移動運動解析装置として機能させるためのプログラムを提供する。
The invention of the eleventh aspect is
A program for causing a computer to function as the mobile motion analysis apparatus according to any one of the first to ninth aspects is provided.

上記観点の発明によれば、移動運動をする人に取り付けられた加速度センサからのデータにおいて、足が着地するタイミングを高い精度で認識することができる。   According to the invention of the above aspect, it is possible to recognize the timing at which a foot lands with high accuracy in data from an acceleration sensor attached to a person who performs a moving exercise.

歩行解析システムの構成を概略的に示す図である。It is a figure showing roughly composition of a walk analysis system. 加速度センサモジュール及び歩行解析装置のハードウェアの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the hardware of an acceleration sensor module and a walk analysis apparatus. 加速度センサモジュール及び歩行解析装置の機能的な構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the functional structure of an acceleration sensor module and a walk analysis apparatus. 加速度データ解析部の機能的な構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the functional structure of an acceleration data analysis part. 歩行解析システムにおける処理の流れを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the flow of the process in a walk analysis system. サンプル加速度データに基づいて生成された左右方向加速度波形、前後方向加速度波形、及び上下方向加速度波形を示す図である。It is a figure which shows the left-right direction acceleration waveform, the front-back direction acceleration waveform, and the up-down direction acceleration waveform which were produced | generated based on the sample acceleration data. サンプル加速度データに基づいて生成された左右方向加速度波形、前後方向加速度波形、及び上下方向加速度波形の拡大図である。It is an enlarged view of a left-right direction acceleration waveform, a front-rear direction acceleration waveform, and a vertical direction acceleration waveform generated based on sample acceleration data. サンプル加速度データに基づいて生成された加速度波形W,Wy,Wzに、解析対象として決定された歩行期間R′を重ねて表した図である。FIG. 6 is a diagram in which a walking period R ′ determined as an analysis target is superimposed on acceleration waveforms W x , W y , W z generated based on sample acceleration data. 上下方向加速度波形Wzと歩行位相との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the up-down direction acceleration waveform Wz and a walk phase. ステップ基準時刻検出部の機能的な構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the functional structure of a step reference time detection part. ステップ基準時刻検出処理の流れを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the flow of a step reference time detection process. サンプル加速度データに基づく前後方向加速度波形Wy′及び上下方向加速度波形Wz′の拡大図である。It is an enlarged view of the longitudinal acceleration waveform W y ′ and the vertical acceleration waveform W z ′ based on sample acceleration data. サンプル加速度データに基づく歩行同期波形WBを示す図である。It is a figure which shows the walk synchronous waveform WB based on sample acceleration data. 歩行同期波形WBにおける一歩区間Kを示す図である。It is a figure which shows the one step area K in the walk synchronous waveform WB. 歩行同期波形WBと上下加速度反映波形WJz′とを示す図である。Is a diagram illustrating a walking synchronization waveform WB and vertical acceleration reflected waveform WJ z '. 上下加速度反映波形WJz′における一歩区間Kごとに特定された区間内最大値Mkを示す図である。It is a figure which shows the intra-section maximum value Mk specified for every one step section K in the vertical acceleration reflecting waveform WJ z '. ステップ基準時刻として検出された踵着地の時刻を示す図である。It is a figure which shows the time of the saddle landing detected as step reference | standard time. 踵着地左右判別部の機能的な構成を示す図である。It is a figure which shows the functional structure of the saddle landing right / left discrimination | determination part. 踵着地左右判別処理の流れを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the flow of a saddle landing left-right discrimination | determination process. サンプル加速度データに基づく左右方向加速度波形Wx′の拡大図である。It is an enlarged view of the left-right direction acceleration waveform Wx 'based on sample acceleration data. 左右方向位置波形のトレンド除去前後での周波数分布の比較例を示す図である。It is a figure which shows the comparative example of the frequency distribution before and behind the trend removal of the horizontal direction position waveform. 処理済みの左右方向の位置の波形WLx′と各種の波形とを示す図である。It is a diagram illustrating the processed waveform WL x in the lateral direction of the position 'and the various waveforms. 踵着地の左右判別の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the left-right discrimination | determination of a saddle landing. ステップ時間グラフ生成部の機能的な構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the functional structure of a step time graph production | generation part. ステップ時間グラフ生成処理の流れを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the flow of a step time graph production | generation process. 左右ステップ時間の特定例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of left-right step time. 通常歩行時のステップ時間グラフの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the step time graph at the time of normal walking. 右膝固定時のステップ時間グラフの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the step time graph at the time of right knee fixation.

以下、発明の実施形態について説明する。なお、これにより発明は限定されない。   Embodiments of the invention will be described below. The invention is not limited thereby.

図1は、歩行解析システム(system)1の構成を概略的に示す図である。なお、歩行解析システム1は、発明における移動運動解析システムの一例である。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a gait analysis system (system) 1. The gait analysis system 1 is an example of the movement analysis system in the invention.

歩行解析システム1は、図1に示すように、加速度センサモジュール(sensor module)2と、歩行解析装置3とを有している。加速度センサモジュール2は、患者10の背面の腰部中央等に、粘着パッド(pad)やバンド(band)等により装着される。歩行解析装置3は、操作者11が携帯したり操作したりして使用される。なお、歩行解析装置3は、発明における移動運動解析装置の一例である。   The walking analysis system 1 includes an acceleration sensor module 2 and a walking analysis device 3 as shown in FIG. The acceleration sensor module 2 is attached to the center of the lower back of the patient 10 using an adhesive pad or a band. The walking analysis device 3 is used by the operator 11 to carry or operate. The walking analysis device 3 is an example of the mobile motion analysis device in the invention.

図2は、加速度センサモジュール2及び歩行解析装置3のハードウェア(hardware)の構成を示す図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration of the acceleration sensor module 2 and the walking analysis device 3.

図2に示すように、加速度センサモジュール2は、プロセッサ(processor)21と、加速度センサ22と、メモリ(memory)23と、通信I/F(interface)24と、バッテリ(battery)25とを有している。歩行解析装置3は、例えば、スマートフォン(smart phone)、タブレット型コンピュータ(tablet computer)、ノートパソコン(note PC)などのコンピュータ端末であり、プロセッサ31と、ディスプレイ(display)32と、操作部33と、メモリ34と、通信I/F35と、バッテリ36とを有している。なお、プロセッサ21及びプロセッサ31は、それぞれ、単一のプロセッサに限定されず、複数のプロセッサである場合も考えられる。   As shown in FIG. 2, the acceleration sensor module 2 includes a processor 21, an acceleration sensor 22, a memory 23, a communication I / F (interface) 24, and a battery 25. doing. The gait analysis device 3 is a computer terminal such as a smart phone, a tablet computer, or a notebook PC, and includes a processor 31, a display 32, an operation unit 33, and the like. , A memory 34, a communication I / F 35, and a battery 36. Note that the processor 21 and the processor 31 are not limited to a single processor, but may be a plurality of processors.

図3は、加速度センサモジュール2及び歩行解析装置3の機能的な構成を示す機能ブロック(block)図である。   FIG. 3 is a functional block diagram showing functional configurations of the acceleration sensor module 2 and the walking analysis device 3.

加速度センサモジュール2は、図3に示すように、加速度センサ部201と、サンプリング(sampling)部202と、送信部203とを有している。なお、サンプリング部202及び送信部203は、プロセッサ21がメモリ23に記憶されている所定のプログラム(program)を読み出して実行することにより実現される。   As shown in FIG. 3, the acceleration sensor module 2 includes an acceleration sensor unit 201, a sampling unit 202, and a transmission unit 203. The sampling unit 202 and the transmission unit 203 are realized by the processor 21 reading out and executing a predetermined program stored in the memory 23.

加速度センサ部201は、センサ本体を基準とした3次元直交座標系におけるx,y,zの各軸方向の加速度成分について、その加速度成分に応じたアナログ(analog)信号をほぼリアルタイム(real time)に出力する。   The acceleration sensor unit 201 outputs an analog signal corresponding to the acceleration component in almost real time with respect to the acceleration component in each of the x, y, and z axes in the three-dimensional orthogonal coordinate system based on the sensor body. Output to.

サンプリング部202は、そのアナログ信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてデジタル(digital)の加速度データに変換する。サンプリング周波数は、例えば128Hzである。サンプリング部202は、例えば、1g(重力加速度)=9.8m/s2=加速度データ値128となるスケール(scale)で、加速度データを出力する。 The sampling unit 202 samples the analog signal at a predetermined sampling frequency and converts it into digital acceleration data. The sampling frequency is, for example, 128 Hz. The sampling unit 202 outputs acceleration data at a scale where, for example, 1 g (gravitational acceleration) = 9.8 m / s 2 = acceleration data value 128.

送信部203は、サンプリングされた各時刻における加速度成分を表す加速度データをほぼリアルタイムにて無線で送信する。   The transmission unit 203 wirelessly transmits the acceleration data representing the sampled acceleration component at each time in almost real time.

なお、本例では、加速度センサモジュール2は、センサ本体のx軸方向、y軸方向及びz軸方向が、それぞれ、患者10のRL(Right-Left)方向、AP(Anterior-Posterior)方向及びSI(Superior-Inferior)方向と一致するように取り付けられる。RL方向、AP方向及びSI方向は、それぞれサジタル(sagittal)方向、コロナル(coronal)方向及びアキシャル(axial)方向とも言う。また、本例では、加速度センサモジュール2の姿勢(傾き)は、患者10の歩行中において変化しないものと仮定する。   In this example, in the acceleration sensor module 2, the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction of the sensor body are the RL (Right-Left) direction, AP (Anterior-Posterior) direction, and SI of the patient 10, respectively. (Superior-Inferior) It is attached to match the direction. The RL direction, the AP direction, and the SI direction are also referred to as a sagittal direction, a coronal direction, and an axial direction, respectively. In this example, it is assumed that the posture (inclination) of the acceleration sensor module 2 does not change while the patient 10 is walking.

歩行解析装置3は、図3に示すように、操作部301と、ディスプレイ部302と、患者情報受付部303と、受信部304と、加速度データ取得制御部305と、加速度データ解析部307と、表示制御部310と、記憶部312とを有している。患者情報受付部303、加速度データ取得制御部305、加速度データ解析部307、及び表示制御部310は、プロセッサ31がメモリ34に記憶されている所定のプログラムを読み出して実行することにより実現される。   As shown in FIG. 3, the gait analysis device 3 includes an operation unit 301, a display unit 302, a patient information reception unit 303, a reception unit 304, an acceleration data acquisition control unit 305, an acceleration data analysis unit 307, A display control unit 310 and a storage unit 312 are included. The patient information reception unit 303, the acceleration data acquisition control unit 305, the acceleration data analysis unit 307, and the display control unit 310 are realized by the processor 31 reading and executing a predetermined program stored in the memory 34.

操作部301は、操作者11の操作を受け付ける。操作部301は、例えば、タッチパネル(touch panel)、タッチパッド(touch pad)、キーボード(keyboard)、マウス(mouse)などにより構成されている。なお、操作者11は、例えば、理学療法士などの指導員である。   The operation unit 301 receives an operation of the operator 11. The operation unit 301 includes, for example, a touch panel, a touch pad, a keyboard, a mouse, and the like. The operator 11 is an instructor such as a physical therapist, for example.

ディスプレイ部302は、画像を表示する。ディスプレイ部302は、例えば、液晶パネル、有機ELパネルなどにより構成されている。   The display unit 302 displays an image. The display unit 302 is configured by, for example, a liquid crystal panel, an organic EL panel, or the like.

患者情報受付部303は、患者情報の入力を受け付け、入力された患者情報を記憶部312に記憶させる。   The patient information accepting unit 303 accepts input of patient information and causes the storage unit 312 to store the input patient information.

受信部304は、加速度センサモジュール2の送信部203から送信された加速度データを無線で受信する。なお、送信部203と受信部304との無線通信には、例えば、ブルートゥース(Bluetooth(登録商標))等の規格を用いることができる。   The reception unit 304 wirelessly receives the acceleration data transmitted from the transmission unit 203 of the acceleration sensor module 2. Note that standards such as Bluetooth (registered trademark) can be used for wireless communication between the transmission unit 203 and the reception unit 304, for example.

加速度データ取得制御部305は、操作者11による操作に基づいて加速度データを取得するよう受信部304及び記憶部312を制御する。   The acceleration data acquisition control unit 305 controls the reception unit 304 and the storage unit 312 to acquire acceleration data based on an operation by the operator 11.

加速度データ解析部307は、取得された加速度データを解析して、その解析結果を出力する。加速度データ解析部307の詳細については後述する。   The acceleration data analysis unit 307 analyzes the acquired acceleration data and outputs the analysis result. Details of the acceleration data analysis unit 307 will be described later.

表示制御部310は、ディスプレイ部302の画面に、少なくとも加速度データの解析結果を含む種々の画像や文字情報などを表示するようディスプレイ部302を制御する。   The display control unit 310 controls the display unit 302 to display various images, character information, and the like including at least the analysis result of the acceleration data on the screen of the display unit 302.

記憶部312は、入力された患者情報、取得された加速度データ、加速度データの解析結果などを記憶する。なお、これらの情報は、必要に応じて、歩行解析装置3に接続されたデータベース(database)41に転送されたり、外付けのDVD−ROM、メモリカード(memory card)などの媒体や、インターネット(internet)を介して接続された外部の媒体などを含む記憶媒体42に保存されたりする。   The storage unit 312 stores input patient information, acquired acceleration data, an analysis result of acceleration data, and the like. These pieces of information are transferred to a database 41 connected to the gait analysis device 3 as necessary, or a medium such as an external DVD-ROM or a memory card, the Internet ( or stored in a storage medium 42 including an external medium connected via the internet.

ここで、加速度データ解析部307の詳細について説明する。加速度データ解析部307は、取得された加速度データに対して解析処理を行い、その解析結果を出力する。解析処理は、複数用意されている。加速度データ解析部307は、操作者11によって指定された解析処理を実行する。本例では、実行する解析処理として、取得された加速度データが担持する加速度成分の時間変化を表す加速度波形を生成し、その加速度波形から患者10の個々の一歩の前進動作に掛かった時間であるステップ(step)時間を求め、求めたステップ時間時間をグラフ(graph)化する処理を想定する。   Here, details of the acceleration data analysis unit 307 will be described. The acceleration data analysis unit 307 performs analysis processing on the acquired acceleration data and outputs the analysis result. A plurality of analysis processes are prepared. The acceleration data analysis unit 307 executes analysis processing specified by the operator 11. In this example, as an analysis process to be executed, an acceleration waveform representing a time change of the acceleration component carried by the acquired acceleration data is generated, and the time taken for each step forward of the patient 10 from the acceleration waveform. Assume a process of obtaining a step time and graphing the obtained step time.

なお、一般的に、連続的な左右一歩ずつの前進動作の中には、右足の踵着地、左足のつま先蹴り、左足の踵着地、及び右足のつま先蹴りの各動作(歩行位相)が1つずつ含まれる。また、一歩の前進動作は、一方の足の着地から他方の足の着地までの間の動作として定義される。一歩の前進動作は、ステップ若しくは1ステップともいう。また、連続的な左右一歩ずつから成る二歩の前進動作は、一方の足の着地から他方の足の着地を経て再度の一方の足の着地までの間の動作として定義される。二歩の前進動作は、ストライド(stride)若しくは1ストライドともいう。また、一歩周期は、一歩の前進動作に要する時間として定義される。一歩周期は、一方の足の特定の歩行位相(例えば踵着地やつま先蹴り)から他方の足の同じ歩行位相までの所要時間になる。二歩周期または歩行周期は、一方の足の特定の歩行位相から次の一方の足の同じ歩行位相までの所要時間になる。   It should be noted that, in general, in the forward movement of each step on the left and right, there is one action (walking phase) of the right foot heel landing, left foot toe kick, left foot heel landing, and right foot toe kick. Included one by one. One step forward movement is defined as the movement from the landing of one foot to the landing of the other foot. One step forward movement is also called a step or one step. Further, a two-step forward movement consisting of one step on the left and right is defined as a movement from the landing of one foot to the landing of the other foot through the landing of the other foot. The two-step forward movement is also called a stride or one stride. The one-step cycle is defined as the time required for one step of forward movement. The one-step cycle is a time required from a specific walking phase of one foot (for example, saddle landing or toe kick) to the same walking phase of the other foot. The two-step cycle or the walking cycle is a time required from a specific walking phase of one foot to the same walking phase of the next one foot.

図4は、加速度データ解析部307の機能的な構成を示す機能ブロック図である。加速度データ解析部307は、上記の機能を実現させるため、図4に示すように、加速度成分算出部71と、加速度波形生成部72と、歩行期間特定部73と、ステップ基準時刻検出部74と、踵着地左右判別部75と、ステップ時間グラフ生成部76とを有している。   FIG. 4 is a functional block diagram showing a functional configuration of the acceleration data analysis unit 307. As shown in FIG. 4, the acceleration data analysis unit 307 implements the acceleration component calculation unit 71, the acceleration waveform generation unit 72, the walking period specification unit 73, and the step reference time detection unit 74 in order to realize the above function. A landing landing left / right discriminating unit 75 and a step time graph generating unit 76 are provided.

加速度成分算出部71は、取得された加速度データに基づいて、データ取得期間の各サンプリング時刻における患者10の左右方向、前後方向及び上下方向の加速度成分ax,ay,azをそれぞれ算出する。本例では、これらの加速度成分ax,ay,azは、重力加速度gの成分を除去して、患者10の純粋な運動により生じた加速度成分として算出することを想定する。ただし、より簡便に、重力加速度gの成分を含む形で特定してもよい。また、左右方向、前後方向及び上下方向は、それぞれ、水平左右方向、水平進行方向及び鉛直方向を想定する。ただし、より簡便に、加速度センサモジュール2のセンサ本体を基準としたx軸方向、y軸方向及びz軸方向としてもよい。なお、ここでは、加速度成分の正負は、左右方向では右側寄り、前後方向では前側寄り、上下方向では上側寄りをそれぞれ正とする。 The acceleration component calculation unit 71 calculates acceleration components a x , a y , and a z in the left-right direction, the front-rear direction, and the vertical direction of the patient 10 at each sampling time in the data acquisition period based on the acquired acceleration data. . In this example, it is assumed that these acceleration components a x , a y , and a z are calculated as acceleration components generated by pure motion of the patient 10 by removing the gravitational acceleration g component. However, it may be specified more simply in a form including the component of gravitational acceleration g. Further, the horizontal direction, the front-rear direction, and the vertical direction are assumed to be a horizontal left-right direction, a horizontal traveling direction, and a vertical direction, respectively. However, the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction based on the sensor body of the acceleration sensor module 2 may be more simply used. Here, the positive / negative of the acceleration component is positive in the left-right direction, close to the front in the front-rear direction, and upward in the vertical direction.

加速度波形生成部72は、算出された各方向の各サンプリング時刻における加速度成分ax,ay,azに基づいて、左右方向の加速度成分axの時間変化を表す左右加速度波形Wx、前後方向の加速度成分ayの時間変化を表す前後加速度波形Wy、上下方向の加速度成分azの時間変化を表す上下加速度波形Wzをそれぞれ生成する。 The acceleration waveform generation unit 72 generates a left-right acceleration waveform W x representing a temporal change in the left-right acceleration component a x based on the calculated acceleration components a x , a y , a z at each sampling time in each direction. A longitudinal acceleration waveform W y representing a temporal change in the acceleration component a y in the direction and a vertical acceleration waveform W z representing a temporal change in the acceleration component a z in the vertical direction are generated.

歩行期間特定部73は、加速度データ取得期間の中で患者10が実際に歩行を行っている期間(以下、歩行期間ともいう)を特定する。   The walking period specifying unit 73 specifies a period during which the patient 10 is actually walking in the acceleration data acquisition period (hereinafter also referred to as a walking period).

ステップ基準時刻検出部74は、解析対象として決定された歩行期間中の加速度波形に基づいて、それぞれが患者10の一歩の前進動作に対応する複数のステップ基準時刻を検出する。検出されたステップ基準時刻は、加速度波形において一歩分または複数歩分の前進動作に対応する部分波形を抽出する際に用いる。なお、ここでは、ステップ基準時刻として、踵着地のタイミングに対応した時刻を検出する。   The step reference time detection unit 74 detects a plurality of step reference times, each corresponding to one step forward movement of the patient 10, based on the acceleration waveform during the walking period determined as the analysis target. The detected step reference time is used when extracting a partial waveform corresponding to the forward movement for one step or a plurality of steps in the acceleration waveform. Here, the time corresponding to the landing timing is detected as the step reference time.

踵着地左右判別部75は、歩行同期波形を生成し、当該波形に基づいて、特定された踵着地が、それぞれ、左右どちらの足によるものであるかを判別する。   The saddle landing left / right discriminating unit 75 generates a walking synchronization waveform, and discriminates whether the specified saddle landing is due to the left or right foot based on the waveform.

ステップ時間グラフ生成部76は、検出されたステップ基準時刻に基づいて、歩行運動を構成する個々の一歩の前進動作について、その一歩の前進動作に掛かる時間であるステップ時間を求める。そして、このステップ時間の時系列的な変化を表すグラフを生成する。また、ステップ時間グラフ生成部76は、求められたステップ時間に基づいて、患者10の歩行評価に有用な種々の特徴量を算出する。   Based on the detected step reference time, the step time graph generation unit 76 obtains a step time, which is a time taken for the one-step forward motion, for each one-step forward motion constituting the walking motion. And the graph showing the time-sequential change of this step time is produced | generated. In addition, the step time graph generation unit 76 calculates various feature amounts useful for walking evaluation of the patient 10 based on the obtained step time.

これより、歩行解析システム1における処理の流れについて説明する。   Hereafter, the flow of processing in the walking analysis system 1 will be described.

図5は、歩行解析システム1における処理の流れを示すフロー(flow)図である。   FIG. 5 is a flow diagram showing the flow of processing in the gait analysis system 1.

ステップ(step)S1では、患者情報受付部303が、患者情報の入力を受け付け、入力された患者情報を記憶部312に記憶させる。ここでは、操作者11が、歩行解析装置3の操作部301を操作して、患者10の患者情報を直接入力する。患者情報受付部303は、その直接入力された患者情報を記憶部312に記憶させる。患者情報には、例えば、患者のID番号、氏名、年齢、性別、生年月日などが含まれる。なお、後述する患者10の加速度データやこの加速度データの解析結果などは、この患者情報と対応付けて記憶部312に記憶される。   In step S <b> 1, the patient information reception unit 303 receives input of patient information and causes the storage unit 312 to store the input patient information. Here, the operator 11 directly inputs the patient information of the patient 10 by operating the operation unit 301 of the gait analyzer 3. The patient information receiving unit 303 stores the directly input patient information in the storage unit 312. The patient information includes, for example, the patient ID number, name, age, sex, date of birth, and the like. It should be noted that acceleration data of the patient 10 to be described later, an analysis result of the acceleration data, and the like are stored in the storage unit 312 in association with the patient information.

ステップS2では、加速度データ取得制御部305が、受信部304及び記憶部312を制御して、患者10の各時刻tiにおける加速度データを取得する。ここでは、まず、操作者11が、患者10の腰部に加速度センサモジュール2を取り付ける。そして、操作者11は、歩行解析装置3の操作部31により、加速度データの取得開始操作を行う。加速度データ取得制御部305は、この操作に応答して、受信部304に加速度データの受信を開始させ、記憶部312にその受信された加速度データの記憶を開始させる。次に、患者10に、自身の標準的な歩行速度でしばらく歩行してもらう。歩行は、通常、距離にして5m〜20m程度、時間にして20秒〜3分程度、歩数にして10歩〜40歩程度である。加速度センサモジュール2のサンプリング部202は、加速度センサ部201の出力に基づいて、患者10の歩行中におけるx軸方向、y軸方向、z軸方向それぞれの加速度成分Ax,Ay,Azをサンプリングして計測する。加速度センサモジュール2の送信部203は、計測された加速度成分を表す加速度データをほぼリアルタイムで送信する。この間、受信部304は、送信部203から送信された加速度データを順次受信し、記憶部312は、その受信された加速度データを記憶する。患者10の歩行が終了したら、操作者11は、操作部31により加速度データの取得終了操作を行う。加速度データ取得制御部305は、この操作に応答して、受信部304に加速度データの受信を終了させる。これにより、加速度データの取得開始操作が成されてから取得終了操作が成されるまでの期間が実質的に加速度データ取得期間となり、この期間の各サンプリング時刻における各方向の加速度データが取得される。 In step S2, the acceleration data acquisition control unit 305 controls the reception unit 304 and the storage unit 312 to acquire acceleration data of the patient 10 at each time t i . Here, first, the operator 11 attaches the acceleration sensor module 2 to the waist of the patient 10. Then, the operator 11 performs an acceleration data acquisition start operation using the operation unit 31 of the walking analysis apparatus 3. In response to this operation, the acceleration data acquisition control unit 305 causes the reception unit 304 to start receiving acceleration data, and causes the storage unit 312 to start storing the received acceleration data. Next, the patient 10 is allowed to walk for a while at his / her standard walking speed. Walking is usually about 5 to 20 m in distance, about 20 seconds to 3 minutes in time, and about 10 to 40 steps in number of steps. Based on the output of the acceleration sensor unit 201, the sampling unit 202 of the acceleration sensor module 2 calculates acceleration components A x , A y , and A z in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction during walking of the patient 10. Sampling and measuring. The transmission unit 203 of the acceleration sensor module 2 transmits acceleration data representing the measured acceleration component almost in real time. During this time, the receiving unit 304 sequentially receives the acceleration data transmitted from the transmitting unit 203, and the storage unit 312 stores the received acceleration data. When the walking of the patient 10 is completed, the operator 11 performs an operation for ending acquisition of acceleration data using the operation unit 31. In response to this operation, the acceleration data acquisition control unit 305 causes the reception unit 304 to finish receiving the acceleration data. As a result, the period from when the acceleration data acquisition start operation is performed to when the acquisition end operation is performed is substantially the acceleration data acquisition period, and acceleration data in each direction at each sampling time in this period is acquired. .

ステップS3では、加速度データ解析部307が、加速度データに対して実行する解析処理を設定する。例えば、操作者11が、操作部301を操作して、取得した加速度データをグラフ化して表示したり、取得した加速度データを解析してその結果を表示したりする複数の機能の中から、実行させたい所望の機能を選択する。加速度データ解析部307は、その選択された機能に応じて、実行させる解析処理を設定する。本例では、操作者11は、患者10のステップ時間の時系列的な変化を表すグラフと、ステップ時間を用いた特徴量とを表示する機能を選択するものとする。このような機能によれば、患者10の歩行中における一歩一歩の前進動作に掛かる時間やその時間変化、左右の違い、左右のバランス(balance)などを容易に認識することができる。その結果、操作者11は、患者10の歩行運動における左右の足の動きのバランスや安定性、疲れ具合などを理解することができる。   In step S3, the acceleration data analysis unit 307 sets an analysis process to be performed on the acceleration data. For example, the operator 11 operates the operation unit 301 to display the acquired acceleration data as a graph, or analyzes the acquired acceleration data and displays the result. Select the desired function you want to have. The acceleration data analysis unit 307 sets an analysis process to be executed according to the selected function. In this example, it is assumed that the operator 11 selects a function that displays a graph representing a time-series change in the step time of the patient 10 and a feature amount using the step time. According to such a function, it is possible to easily recognize the time required for a step-by-step advance operation while the patient 10 is walking, the time change thereof, the difference between left and right, the balance between left and right. As a result, the operator 11 can understand the balance and stability of the left and right foot movements in the walking motion of the patient 10, the degree of fatigue, and the like.

ステップS4では、加速度成分算出部71が、取得された加速度データを記憶部312から読み出し、当該加速度データに基づいて、加速度データ取得期間の各サンプリング時刻における患者10の左右方向、前後方向及び上下方向の加速度成分ax,ay,azを算出あるいは特定する。なお、ここでは、加速度データが表す加速度から重力加速度gの成分を除去する処理を含む所定のアルゴリズム(algorithm)を用いて、各サンプリング時刻及び各方向の加速度成分を算出する。算出された加速度成分は、記憶部312に送信され記憶される。 In step S4, the acceleration component calculation unit 71 reads out the acquired acceleration data from the storage unit 312, and based on the acceleration data, the left-right direction, the front-rear direction, and the vertical direction of the patient 10 at each sampling time in the acceleration data acquisition period. Acceleration components a x , a y , and a z are calculated or specified. Here, the acceleration components in each sampling time and each direction are calculated using a predetermined algorithm (algorithm) including a process of removing the gravitational acceleration g component from the acceleration represented by the acceleration data. The calculated acceleration component is transmitted to and stored in the storage unit 312.

ステップS5では、加速度波形生成部72が、ステップS4で算出された患者10の各サンプリング時刻における左右方向加速度成分ax、前後方向加速度成分ay、及び上下方向加速度成分azに基づいて、左右方向加速度波形Wx、前後方向加速度波形Wy、及び上下方向加速度波形Wzを生成する。本例では、加速度波形生成部72は、加速度成分の各方向ごとに、加速度データの取得開始時点からの経過時間(時刻)と加速度成分とを2軸とした2次元座標系において、各時刻tiでの加速度成分a(i)に対応するデータ点[a(i), ti]をそれぞれプロット(plot)することにより加速度波形を生成する。加速度波形は、必要に応じて、平滑化処理やスムージング(smoothing)処理を行って滑らかな曲線にする。 In step S5, the acceleration waveform generation unit 72 generates a left-right acceleration component a x , a longitudinal acceleration component a y , and a vertical acceleration component a z at each sampling time of the patient 10 calculated in step S4. A direction acceleration waveform W x , a longitudinal acceleration waveform W y , and a vertical acceleration waveform W z are generated. In the present example, the acceleration waveform generation unit 72 performs each time t in a two-dimensional coordinate system having an elapsed time (time) from the acceleration data acquisition start time and an acceleration component for each direction of the acceleration component. An acceleration waveform is generated by plotting data points [a (i), t i ] corresponding to the acceleration component a (i) at i. The acceleration waveform is smoothed or smoothed as necessary to make a smooth curve.

図6は、サンプル加速度データに基づいて生成された左右方向加速度波形Wx、前後方向加速度波形Wy、及び上下方向加速度波形Wzを示す図である。横軸は、加速度データ取得開始から経過した時間t(秒)であり、縦軸は、加速度データ値ax,ay,az(重力加速度g/128)である。このサンプル加速度データは、約40秒間に渡って取得されたものである。このサンプル加速度データを取得する際に、被検者は、時間t=7秒あたりで歩行を開始し、途中の時間t=20〜23秒あたりで歩行を一時停止してしゃがみ込み、時間t=35秒あたりで歩行を終了している。生成された加速度波形には、被検者のそのような動作による加速度成分の変化が現れている。 FIG. 6 is a diagram showing a left-right acceleration waveform W x , a longitudinal acceleration waveform W y , and a vertical acceleration waveform W z generated based on the sample acceleration data. The horizontal axis represents time t (seconds) elapsed from the start of acceleration data acquisition, and the vertical axis represents acceleration data values a x , a y , a z (gravity acceleration g / 128). This sample acceleration data is acquired for about 40 seconds. When acquiring this sample acceleration data, the subject starts walking around time t = 7 seconds, pauses walking around time t = 20-23 seconds, and crouches, and time t = Walking has been completed around 35 seconds. In the generated acceleration waveform, a change in acceleration component due to such movement of the subject appears.

図7は、サンプル加速度データに基づいて生成された左右方向加速度波形Wx、前後方向加速度波形Wy、及び上下方向加速度波形Wzの拡大図である。 FIG. 7 is an enlarged view of the lateral acceleration waveform W x , the longitudinal acceleration waveform W y , and the vertical acceleration waveform W z generated based on the sample acceleration data.

人の歩行運動では、通常、一方の足の踵着地、他方の足のつま先蹴り、他方の足の踵着地、一方の足のつま先蹴りという4つの動作がこの順番で繰り返し行われる。   In a human walking movement, normally, four operations are repeated in this order: landing on one foot, kicking the toe of the other foot, landing on the other foot, and kicking the toe of one foot.

上下方向加速度波形Wzにおいては、図7に示すように、歩行運動を構成する上記4つの動作の各々に対応して、波高値が一定以上となる極大値すなわちピーク波形を取ることが知られている。また、一方(他方)の足の踵着地から他方(一方)の足のつま先蹴りまでの時間は、相対的に短くなり、一方(他方)の足のつま先蹴りから同じ一方(他方)の足の踵着地までの時間は、相対的に長くなる。 In the vertical acceleration waveform Wz , as shown in FIG. 7, it is known that a maximum value, that is, a peak waveform, in which the peak value becomes a certain value or more corresponding to each of the above four operations constituting the walking motion is taken. ing. Also, the time from the foot landing of one (other) foot to the toe kick of the other (one) foot is relatively short, and the same one (other) foot from the one (other) foot toe kick The time to landing is relatively long.

前後方向加速度波形Wzにおいては、図7に示すように、一方の足の踵着地から他方の足のつま先蹴りまでの一歩の前進動作と、他方の足の踵着地から一方の足のつま先蹴りまでの一歩の前進動作と対応して、波高が一定以上となる極大値すなわちピーク波形を取ることが知られている。   In the longitudinal acceleration waveform Wz, as shown in FIG. 7, one step forward movement from the landing position of one foot to the toe kick of the other foot, and from the landing position of the other foot to the toe kick of one foot Corresponding to the one-step forward movement, it is known to take a maximum value, that is, a peak waveform, at which the wave height becomes a certain level or more.

図5に戻り、ステップS6では、歩行期間特定部73が、加速度データ取得期間の中で歩行期間を特定する。一般的に、加速度データ取得期間には、患者10が歩行を行っている期間と歩行を行っていない期間とが含まれている。歩行を行っていない期間としては、例えば、加速度データの取得を開始してから患者10が歩行を開始するまでの期間、患者10が歩行を終了してから加速度データの取得を終了するまでの期間、患者10が歩行中に一時的に歩行を止めてしまう期間などが挙げられる。一方、解析対象に歩行を行っていない期間の加速度データが含まれていると、正しい解析を行うことができない。そこで、ここでは、解析処理を行う前に、加速度データ取得期間の中で歩行期間を特定し、その歩行期間における加速度データを解析処理の対象として決定する。   Returning to FIG. 5, in step S <b> 6, the walking period specifying unit 73 specifies the walking period in the acceleration data acquisition period. In general, the acceleration data acquisition period includes a period during which the patient 10 is walking and a period during which the patient 10 is not walking. Examples of the period during which walking is not performed include, for example, a period from the start of acquisition of acceleration data until the patient 10 starts to walk, and a period from the end of walking of the patient 10 to the end of acquisition of acceleration data. A period during which the patient 10 temporarily stops walking while walking can be cited. On the other hand, if the analysis target includes acceleration data during a period when walking is not performed, correct analysis cannot be performed. Therefore, here, before performing the analysis process, the walking period is specified in the acceleration data acquisition period, and the acceleration data in the walking period is determined as an analysis process target.

一般的に、歩行期間を特定する方法としては、次のような方法が考えられる。   Generally, as a method for specifying the walking period, the following method can be considered.

第1の歩行期間特定方法は、操作者11が加速度波形を見て歩行期間と考える期間を手動で指定し、指定された期間を歩行期間として特定する方法である。   The first walking period specifying method is a method in which the operator 11 manually specifies a period considered as a walking period by looking at an acceleration waveform, and specifies the specified period as a walking period.

第2の歩行期間特定方法は、サンプリング時刻ごとに患者10に生じた加速度の大きさを表す特徴量を求め、この特徴量が所定の閾値以上になった時点から当該閾値以下になった時点までを、歩行期間として特定する方法である。加速度の大きさを表す特徴量としては、例えば、重力加速度gの成分が除去された各方向の加速度成分ax,ay,azの平方二乗和が考えられる。 The second walking period specifying method obtains a feature amount representing the magnitude of acceleration generated in the patient 10 at each sampling time, and from the time when this feature amount becomes equal to or greater than a predetermined threshold to the time when the feature amount becomes equal to or less than the threshold Is specified as the walking period. As the feature amount representing the magnitude of the acceleration, for example, the sum of squares of the acceleration components a x , a y , and a z in each direction from which the component of the gravitational acceleration g is removed can be considered.

図8は、上記サンプル加速度データに基づいて生成された加速度波形W,Wy,Wzに、解析対象として決定された歩行期間R′を重ねて表した図である。 FIG. 8 is a diagram in which the acceleration waveform W x , W y , W z generated based on the sample acceleration data is overlapped with the walking period R ′ determined as the analysis target.

図5に戻り、ステップS7では、ステップ基準時刻検出部74が、解析対象となる歩行期間における加速度波形に基づいて、それぞれが患者10の一歩一歩の前進動作に対応する複数のステップ基準時刻tbjを検出する。以下に、一般的に考えられる検出方法を説明した後に、本例による検出方法について説明する。 Returning to FIG. 5, in step S < b> 7, the step reference time detection unit 74 has a plurality of step reference times tb j each corresponding to a step-by-step advance operation of the patient 10 based on the acceleration waveform in the walking period to be analyzed. Is detected. The detection method according to this example will be described below after describing a generally considered detection method.

一般的に、ステップ基準時刻を検出する方法としては、例えば、上下方向加速度波形Wzにおけるピーク(peak)波形や特定の波形パターンなど周期性を有する波形形状を検出することにより、ステップ基準時刻tbjを検出する方法が考えられる。 In general, as a method of detecting a step reference time, for example, by detecting the vertical acceleration waveform W peak at z (peak) waveform and the particular waveform having periodicity such as waveform pattern, the step reference time tb A method of detecting j can be considered.

図9は、上下方向加速度波形Wzと歩行位相との関係を示す図である。ステップ基準時刻tbjを検出する方法としては、例えば、上下方向加速度波形Wzにおいて所定の閾値を超える極大値を特定し、その極大値に対応する時刻を踵着地の時刻として認識し、踵着地の時刻をステップ基準時刻tbjとして検出する。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the vertical acceleration waveform Wz and the walking phase. As a method for detecting the step reference time tb j , for example, a local maximum value exceeding a predetermined threshold is specified in the vertical acceleration waveform Wz , and the time corresponding to the local maximum value is recognized as the time of landing, Is detected as the step reference time tb j .

この方法は、アルゴリズムが簡単で分かりやすい。   This method has a simple algorithm and is easy to understand.

しかしながら、加速度の閾値判定だけで判断しているので、特定精度に限界がある。例えば、歩行における一歩の前進動作とは異なる動作により患者10の体が動いていると、何らかの加速度が生じ、誤検出することが考えられる。また例えば、閾値の設定によって検出タイミング(timing)が変化する。また例えば、加速度波形において一歩の前進動作に同期したピーク波形の波高値が単発的に弱くなってしまった場合に、検出漏れが発生したり、逆に一歩の前進動作とは異なる動作に伴って比較的強いピーク波形が現れた場合に、誤検出が発生する。また例えば、患者の年齢、体格、歩行障害の程度などによって動作時に生じる加速度の大きさが異なるため、患者10によって検出精度にばらつきが生じる。   However, since the determination is made only by the acceleration threshold determination, the specific accuracy is limited. For example, if the body of the patient 10 is moving by a motion different from the one-step forward motion during walking, some acceleration may occur and erroneous detection may occur. Also, for example, the detection timing (timing) varies depending on the threshold setting. In addition, for example, when the peak value of the peak waveform synchronized with the one-step forward operation in the acceleration waveform has weakened in a single shot, a detection failure occurs, or conversely, the operation differs from the one-step forward operation. False detection occurs when a relatively strong peak waveform appears. In addition, for example, since the magnitude of acceleration generated during operation varies depending on the age, physique, and degree of gait disorder of the patient, the detection accuracy varies depending on the patient 10.

そこで、本例では、ステップ基準時刻検出部74は、ステップ基準時刻を精度よく検出することができるように工夫された方法を用いて、ステップ基準時刻を検出する。以下、このようなステップ基準時刻検出部74の機能的な構成と、そのステップ基準時刻検出処理について説明する。   Therefore, in this example, the step reference time detection unit 74 detects the step reference time using a method devised so that the step reference time can be detected with high accuracy. Hereinafter, the functional configuration of the step reference time detection unit 74 and the step reference time detection process will be described.

図10は、ステップ基準時刻検出部74の機能的な構成を示す機能ブロック図である。ステップ基準時刻検出部74は、図10に示すように、加速度波形読取部741と、歩行同期波形生成部742と、一歩区間特定部743と、上下加速度反映波形生成部744と、区間内最大値特定部745と、踵着地認識部746とを有している。   FIG. 10 is a functional block diagram showing a functional configuration of the step reference time detection unit 74. As shown in FIG. 10, the step reference time detection unit 74 includes an acceleration waveform reading unit 741, a walking synchronization waveform generation unit 742, a one-step section specifying unit 743, a vertical acceleration reflected waveform generation unit 744, and an intra-section maximum value. A specific unit 745 and a saddle landing recognition unit 746 are provided.

なお、歩行同期波形生成部742及び一歩区間特定部743は、発明における特定手段の一例であり、上下加速度反映波形生成部744、区間内最大値特定部745及び踵着地認識部746は、発明における検出手段の一例である。   The walking synchronization waveform generating unit 742 and the one-step section specifying unit 743 are examples of specifying means in the invention, and the vertical acceleration reflected waveform generating unit 744, the intra-section maximum value specifying unit 745, and the saddle landing recognition unit 746 are in the invention. It is an example of a detection means.

図11は、ステップ基準時刻検出処理の流れを示すフロー図である。   FIG. 11 is a flowchart showing the flow of the step reference time detection process.

ステップS71では、加速度波形読取部741が、前後方向加速度波形Wy及び上下方向加速度波形Wzを記憶部312から読み出す。 In step S 71, the acceleration waveform reading unit 741 reads the longitudinal acceleration waveform W y and the vertical acceleration waveform W z from the storage unit 312.

加速度波形読取部741は、さらに、読み出された前後方向加速度波形Wy及び上下方向加速度波形Wzのうち解析対象となる歩行期間の波形部分を、それぞれ前後方向加速度波形Wy′、上下方向加速度波Wz′として切り出す。 Acceleration waveform reading unit 741, further, a waveform portion of the read walking period to be analyzed of the longitudinal acceleration waveform W y and vertical acceleration waveform W z, longitudinal acceleration waveform W y ', respectively, vertical direction Cut out as an acceleration wave W z ′.

図12は、上記のサンプル加速度データに基づく前後方向加速度波形Wy′及び上下方向加速度波形Wz′の拡大図である。横軸は、時間t(相対値)を表しており、縦軸は、前後方向加速度成分ay及び上下方向加速度成分az(相対値)を表している。 FIG. 12 is an enlarged view of the longitudinal acceleration waveform W y ′ and the vertical acceleration waveform W z ′ based on the sample acceleration data. The horizontal axis represents time t (relative value), and the vertical axis represents the longitudinal acceleration component a y and the vertical acceleration component a z (relative value).

ステップS72では、歩行同期波形生成部742が、歩行同期波形を生成する。歩行同期波形とは、歩行時の一歩一歩の動作に略同期して所定のパターンが繰り返される波形のことである。本出願人の実験結果によれば、このような波形は、前後方向加速度成分ayと上下方向加速度成分azとの線形結合を表す波形として得られることが確認されている。そこで、ここでは、ステップS71で得られた前後方向加速度波形Wy′における加速度成分ayと、ステップS71で得られた上下方向加速度波形Wz′における加速度成分azとに基づいて、次式により値Bを求め、その時間変化を表す波形WBを歩行同期波形として生成する。
(数1)
B=denoise(α・ay+β・az
In step S72, the walking synchronization waveform generation unit 742 generates a walking synchronization waveform. The walking synchronization waveform is a waveform in which a predetermined pattern is repeated substantially synchronously with the operation of each step during walking. According to the applicant's experimental results, it has been confirmed that such a waveform is obtained as a waveform representing a linear combination of the longitudinal acceleration component a y and the vertical acceleration component a z . Therefore, here, based on the acceleration component a y in the longitudinal acceleration waveform W y ′ obtained in step S71 and the acceleration component a z in the vertical acceleration waveform W z ′ obtained in step S71, the following equation is obtained. A value B is obtained by the above, and a waveform WB representing the time change is generated as a walking synchronization waveform.
(Equation 1)
B = denoise (α · a y + β · a z )

ここで、denoise()は、ノイズを低減するための関数であり、主に高周波成分を低減する関数である。このような関数としては、ガウシアンフィルタ(Gaussian filter)等に相当する関数を考えることができる。また、α,βは、係数であり、いずれも1〜3程度の値である。   Here, denoise () is a function for reducing noise and is a function for mainly reducing high-frequency components. As such a function, a function corresponding to a Gaussian filter or the like can be considered. Α and β are coefficients, both of which are about 1 to 3.

図13は、サンプル加速度データに基づいて生成された歩行同期波形WBを示す図である。   FIG. 13 is a diagram showing the walking synchronization waveform WB generated based on the sample acceleration data.

ステップS73では、一歩区間特定部743が、一歩区間Kを特定する。一歩区間Kとは、歩行における一歩の動作に対応した時間的な区間のことである。一歩区間Kの特定方法は、種々考えられるが、基本的な考え方としては、歩行同期波形において一歩の動作に対応した所定の波形パターンあるいは波形条件を見つけ出し、その波形パターンあるいは波形条件に対応する時間的な範囲を一歩区間Kとして特定する。なお、歩行における特定の位相に対応した時刻を検出するためには、一歩区間Kは、その時刻が明らかに含まれるような区間とする必要がある。本例では、踵着地HCの時刻を検出するので、一歩区間Kは、踵着地HCのタイミングが含まれるような区間とする必要がある。   In step S <b> 73, the one-step section specifying unit 743 specifies the one-step section K. The one-step section K is a time section corresponding to a one-step motion in walking. There are various methods for specifying the one-step section K, but the basic idea is to find a predetermined waveform pattern or waveform condition corresponding to the one-step operation in the walking synchronization waveform, and time corresponding to the waveform pattern or waveform condition. A specific range is specified as a one-step section K. In order to detect a time corresponding to a specific phase in walking, the one-step section K needs to be a section that clearly includes the time. In this example, since the time of the landing HC is detected, the one-step section K needs to be a section including the timing of the landing HC.

ここでは、図14に示すように、歩行同期波形WBにおいて、極小値を取る時刻と次の極小値を取る時刻との間の区間を一歩区間Kとしてそれぞれ特定する。なお、当然ではあるが、歩行同期波形が−Bの時間変化を表す波形である場合には、当該波形における極大値を取る時刻と次の極大値を取る時刻との間の区間を一歩区間Kとして特定するようにする。また、歩行同期波形WBを低周波の曲線で近似し、その近似曲線より大きい値を持つ波形部分に対応する区間を、一歩区間Kとして特定してもよい。   Here, as shown in FIG. 14, in the walking synchronization waveform WB, the section between the time at which the minimum value is taken and the time at which the next minimum value is taken is specified as a one-step section K. Of course, when the walking synchronization waveform is a waveform representing a time change of −B, the interval between the time at which the maximum value is taken and the time at which the next maximum value is taken is a one-step interval K. As specified. Alternatively, the walking synchronization waveform WB may be approximated by a low frequency curve, and a section corresponding to a waveform portion having a value larger than the approximate curve may be specified as the one-step section K.

ステップS74では、上下加速度反映波形生成部744が、上下加速度反映波形WJz′を生成する。上下加速度反映波形WJz′とは、患者10の上下方向加速度成分azが反映された波形のことであり、上下加速度反映成分Jz′の時間変化を表す波形であるともいえる。ここでは、上下加速度反映波形WJ′は、上下方向の上側への加速度の増大が正側への変化として現れる波形とする。上下加速度反映波形WJ′は、上下方向加速度成分azを歩行同期波形と同一の時間で表す波形であってもよいし、上下方向加速度成分azに基づいて演算される量を歩行同期波形と同一の時間で表す波形であってもよい。例えば、演算される量は、上下方向加速度成分azの項を含む演算式により演算される。また例えば、演算される量は、加速度の変化をより強調するため、上下方向加速度成分azを二階時間微分した項をk乗(k≧1)した項を含む演算式により演算される。ここでは、上下加速度反映波形WJz′として、上下方向加速度成分azの時間変化を表す上下方向加速度波形Wz′に高周波成分を低減するフィルタ(filter)を適用して成る波形を用いる。 In step S74, the vertical acceleration reflected waveform generation unit 744 generates a vertical acceleration reflected waveform WJ z '. The vertical acceleration reflected waveform WJ z ′ is a waveform in which the vertical acceleration component a z of the patient 10 is reflected, and can be said to be a waveform representing a time change of the vertical acceleration reflected component J z ′. Here, the vertical acceleration reflected waveform WJ ′ is a waveform in which an increase in acceleration in the vertical direction appears as a change to the positive side. The vertical acceleration reflected waveform WJ ′ may be a waveform that represents the vertical acceleration component a z in the same time as the walking synchronization waveform, or the amount calculated based on the vertical acceleration component a z is the walking synchronization waveform. It may be a waveform represented by the same time. For example, the calculated amount is calculated by an arithmetic expression including a term of the vertical acceleration component az . Further, for example, the amount to be calculated is calculated by an arithmetic expression including a term obtained by multiplying a term obtained by second-order time differentiation of the vertical acceleration component a z to the kth power (k ≧ 1) in order to emphasize the change in acceleration. Here, as the vertical acceleration reflected waveform WJ z ′, a waveform obtained by applying a filter for reducing a high-frequency component to the vertical acceleration waveform W z ′ representing the temporal change of the vertical acceleration component a z is used.

図15は、サンプル加速度データに基づいて生成された、歩行同期波形WBと上下加速度反映波形WJz′とを同一時間軸上で示した図である。 FIG. 15 is a diagram showing the walking synchronization waveform WB and the vertical acceleration reflected waveform WJ z ′ generated based on the sample acceleration data on the same time axis.

ステップS75では、区間内最大値特定部74が、一歩区間Kごとに区間内最大値Mkを特定する。区間内最大値Mkとは、上下加速度反映波形WJz′における一歩区間K内での最大値のことである。踵着地HCは、基本的に、一歩区間K内に必ず一つ存在すると考えることができる。また、踵着地HCは、上下加速度反映波形WJz′において、局所的な時間内のピーク波形として現れることが知られている。よって、区間内最大値Mkに対応する時刻は、踵着地HCの時刻と対応付けることができる。なお、上下加速度反映波形WJz′が、上下方向における上側への加速度の増大が負側への変化として現れる波形である場合には、区間内最小値を特定し、その区間内最小値に対応する時刻を踵着地HCの時刻と対応づける。 In step S75, the intra-section maximum value specifying unit 74 specifies the intra-section maximum value Mk for each one-step section K. The intra-section maximum value M k is the maximum value in the one-step section K in the vertical acceleration reflected waveform WJ z ′. It can be considered that there is always one anchor landing HC in one step section K. Further, it is known that the landing HC appears as a local peak waveform in the vertical acceleration reflected waveform WJ z ′. Therefore, the time corresponding to the intra-section maximum value M k can be associated with the time of the landing HC. If the vertical acceleration reflected waveform WJ z ′ is a waveform in which the increase in the upward acceleration in the vertical direction appears as a change to the negative side, the minimum value in the section is specified and the minimum value in the section is supported. Is associated with the time of the landing HC.

図16は、上下加速度反映波形WJz′における一歩区間Kごとに特定された区間内最大値Mkを示す図である。図中、区間内最大値Mkは、丸印で示されている。 FIG. 16 is a diagram showing the intra-section maximum value M k specified for each one-step section K in the vertical acceleration reflected waveform WJ z ′. In the figure, the intra-section maximum value M k is indicated by a circle.

ステップS76では、踵着地認識部746が、ステップS75で特定した区間内最大値Mkに対応する時刻を、踵着地HCの時刻と対応付けて認識する。ここでは、この踵着地HCの時刻を、ステップ基準時刻とする。 In step S76, the saddle landing recognition unit 746 recognizes the time corresponding to the intra-section maximum value Mk specified in step S75 in association with the time of the saddle landing HC. Here, the time of the landing HC is set as the step reference time.

図17は、ステップ基準時刻として検出された踵着地HCの時刻を示す図である。図中、ステップ基準時刻すなわち踵着地の時刻は、四角印で示されている。   FIG. 17 is a diagram illustrating the time of the landing HC detected as the step reference time. In the figure, the step reference time, that is, the time of landing is indicated by a square mark.

なお、歩行同期波形としては、上記の波形WBとは別の波形を用いることもできる。本出願人の実験結果によれば、例えば、次に示すような方法で生成される波形を用いることもできる。   As the walking synchronization waveform, a waveform different from the above waveform WB can be used. According to the experiment result of the present applicant, for example, a waveform generated by the following method can be used.

まず、左右方向加速度成分、前後方向加速度成分、または上下方向加速度成分を時間積分処理して速度の波形を求める。次に、当該速度の波形に対して、線形成分の除去と、低周波成分の除去とを行う。これによって得られた波形を再び時間積分処理して位置(変位)の波形を得る。そして、当該位置の波形に対して、一歩周期または二歩周期に相当する時間幅を、平均化する幅すなわちウィンドウ(windows)幅として移動平均処理を行い、当該位置の波形の低周波成分を求め、この低周波成分を元の当該位置の波形から減算することにより、トレンド(trend)を除去する。   First, a speed waveform is obtained by time integration processing of a lateral acceleration component, a longitudinal acceleration component, or a vertical acceleration component. Next, the linear component and the low frequency component are removed from the waveform of the speed. The waveform obtained in this way is time-integrated again to obtain a position (displacement) waveform. Then, a moving average process is performed on the waveform at the position with a time width corresponding to one step cycle or two step cycles as an average width, that is, a window width, and a low frequency component of the waveform at the position is obtained The trend is removed by subtracting the low frequency component from the waveform at the original position.

ここで、一歩周期は、例えば、一方の足の踵着地から他方の足の踵着地までの間に相当する時間である。また、二歩周期は、例えば、一方の足の踵着地から他方の足の踵着地を経て次の同じ一方の足の踵着地までの間に相当する時間である。   Here, the one-step cycle is, for example, a time corresponding to the time between the landing of one foot and the landing of the other foot. The two-step cycle is a time corresponding to, for example, the time between the landing of one foot and the landing of the same one foot through the landing of the other foot.

このようにして得られた波形は、歩行時の各一歩の動作に非常によく同期した波形であることが分かっており、歩行同期波形として好適である。   The waveform obtained in this manner is known to be a waveform that is very well synchronized with the operation of each step during walking, and is suitable as a walking synchronization waveform.

なお、上記の線形成分の除去及び低周波成分の除去は、場合によっては省略可能である。また、上記の線形成分の除去は、速度の波形の生成より後、移動平均を用いたトレンド除去より前であれば、いずれの段階で行ってもよい。また、上記の低周波成分の除去は、加速度の波形の特定より後、移動平均を用いたトレンド除去より前であれば、いずれの段階で行ってもよい。ただし、不要な成分は可能な限り早い段階で除去することが好ましいため、上記の順序で行うことが望ましい。また、一歩周期または二歩周期に相当する時間幅は、例えば、上記数式1によって得られる波形の周期から求めてもよいし、上記位置の波形に自己相関関数を適用して求めてもよい。   Note that the removal of the linear component and the removal of the low-frequency component may be omitted depending on circumstances. The removal of the linear component may be performed at any stage as long as it is after the generation of the velocity waveform and before the trend removal using the moving average. The removal of the low-frequency component may be performed at any stage as long as it is after the acceleration waveform is identified and before the trend removal using the moving average. However, since it is preferable to remove unnecessary components at the earliest possible stage, it is desirable to carry out in the above order. Further, the time width corresponding to the one-step cycle or the two-step cycle may be obtained from, for example, the waveform cycle obtained by Equation 1 above, or may be obtained by applying an autocorrelation function to the waveform at the position.

このように、歩行同期波形において波形の特徴を基に一歩一歩に対応した時間的な区間を特定し、加速度反映波形において区間内最大値に対応する時刻を特定する方法によれば、加速度反映波形における一歩の動作に対応したピーク波形の波高値が一歩ごとにばらついたり、一歩の動作とは異なる動作に伴うピーク波形が一歩の動作に対応したピーク波形に近接して現れたりしても、検出漏れや誤検出を抑えることができ、踵着地の時刻を精度よく認識することができる。その結果、例えば、患者10の一歩ごとの加速度成分について、波形を観察したり、波形の解析を行ったりする上で、その精度を向上させることができる。   As described above, according to the method of specifying the time interval corresponding to each step in the walking synchronization waveform based on the characteristics of the waveform and specifying the time corresponding to the maximum value in the interval in the acceleration reflection waveform, the acceleration reflection waveform Detect even if the peak value of the peak waveform corresponding to the one-step operation varies in each step, or the peak waveform accompanying the operation different from the one-step operation appears close to the peak waveform corresponding to the one-step operation Leakage and false detection can be suppressed, and the time of landing can be recognized with high accuracy. As a result, for example, the accuracy of the acceleration component for each step of the patient 10 can be improved when observing the waveform or analyzing the waveform.

図5に戻り、ステップS8では、踵着地左右判別部75が、ステップS7で認識されたそれぞれの踵着地について、左右どちらの足によるものであるかを判別する。以下に、一般的に考えられる判別方法を説明した後、本例による判別方向について説明する。   Returning to FIG. 5, in step S <b> 8, the saddle landing left / right determination unit 75 determines whether each saddle landing recognized in step S <b> 7 is due to the left or right foot. In the following, after explaining a generally considered discrimination method, a discrimination direction according to this example will be explained.

一般的に、踵着地の足の左右を判別する方法としては、例えば、左右方向加速度波形Wxにおいて、左足の一歩に特徴的な波形形状と右足の一歩に特徴的な波形形状とを検出することにより、左足の一歩に対応した時間と右足の一歩に対応した時間とを特定し、これらの時間と踵着地HCの時刻とを対比して判別する方法が考えられる。 Generally, as a method for determining the left and right foot heel landing, for example, in the lateral direction acceleration waveform W x, detects a characteristic waveform shape one step characteristic waveform shape and the right foot on the step of the left foot Thus, a method of identifying a time corresponding to one step of the left foot and a time corresponding to one step of the right foot and comparing these times with the time of the landing HC can be considered.

この方法は、実質的に既得である波形を用いることができ、考え方もシンプル(simple)なので、利用しやすい。   This method is easy to use because it can use a waveform that is already acquired and has a simple idea.

しかしながら、左右方向加速度波形Wxは、他の方向の加速度波形よりも複雑な波形を示すことが多く、このような波形から特徴的な波形形状を見つけて、左足の一歩に対応した時間と右足の一歩に対応した時間とを特定することは容易ではない。 However, the left-right acceleration waveform W x often shows a more complex waveform than the acceleration waveforms in other directions, and a characteristic waveform shape is found from such a waveform, and the time corresponding to one step of the left foot and the right foot It is not easy to specify the time corresponding to one step.

一方、本出願人の実験結果によれば、左右方向加速度成分axの波形を二階時間積分して得られる左右方向の位置の波形Lxでは、ノイズ(noise)成分や解析に不要な成分が適切に除去されると、右足の一歩と左足の一歩とが、上に凸となる波形部分と下に凸となる波形部分とにかなり正確に対応して現れることが確認されている。 On the other hand, according to the experiment results of the present applicant, in the waveform L x in the horizontal direction obtained by second-order integration of the waveform of the horizontal acceleration component a x , there are noise components and components unnecessary for analysis. When properly removed, it has been confirmed that one step on the right foot and one step on the left foot appear fairly accurately corresponding to the waveform portion that is convex upward and the waveform portion that is convex downward.

そこで、本例では、踵着地左右判別部75は、踵着地の左右を精度よく判別することができるように工夫された、次に示すような方法を用いて、踵着地の左右を判別する。   Therefore, in this example, the saddle landing left / right discriminating unit 75 discriminates the right / left of the saddle landing using the following method devised so that the right and left of the saddle landing can be accurately discriminated.

以下、このような踵着地左右判別部75の機能的な構成と、その踵着地左右判別処理について説明する。   Hereinafter, the functional configuration of the saddle landing left / right determination unit 75 and the saddle landing left / right determination processing will be described.

図18は、踵着地左右判別部75の機能的な構成を示す図である。踵着地左右判別部75は、図18に示すように、加速度波形読取部751と、左右位置波形生成部752と、左右判別部753とを有している。   FIG. 18 is a diagram illustrating a functional configuration of the landing landing left / right determination unit 75. As shown in FIG. 18, the saddle landing left / right determination unit 75 includes an acceleration waveform reading unit 751, a left / right position waveform generation unit 752, and a left / right determination unit 753.

図19は、踵着地左右判別処理のフロー図である。   FIG. 19 is a flowchart of the landing right / left discrimination process.

ステップS81では、加速度波形読取部751が、左右方向加速度波形Wxを記憶部312から読み出して特定する。 At step S81, the acceleration waveform reading unit 751 identifies reads the lateral direction acceleration waveform W x from the storage unit 312.

ステップS82では、加速度波形読取部751は、さらに、特定された左右方向加速度波形Wxのうち解析対象となる歩行期間の波形部分を、左右方向加速度波形Wx′として切り出す。 In step S82, the acceleration waveform reading unit 751 further cuts out the waveform portion of the walking period to be analyzed from the specified lateral acceleration waveform W x as the lateral acceleration waveform W x ′.

図20は、サンプル加速度データに基づく左右方向加速度波形Wx′の拡大図である。横軸は解析対象として決定された歩行期間における時間tを相対値で示しており、縦軸は、左右方向加速度成分axを相対値で示している。 FIG. 20 is an enlarged view of the lateral acceleration waveform W x ′ based on the sample acceleration data. The horizontal axis indicates the time t in the walking period determined as an analysis target as a relative value, and the vertical axis indicates the left-right acceleration component a x as a relative value.

ステップS83では、左右位置波形生成部752が、左右方向加速度波形Wx′に対して、時間積分処理を行い、左右方向の速度の波形Vxを求める。 In step S83, the left-right position waveform generation unit 752 performs time integration processing on the left-right acceleration waveform W x ′ to obtain a left-right speed waveform V x .

ステップS84では、左右位置波形生成部752が、左右方向の速度の波形Vxに対して、線形成分を除去する処理を行う。この線形成分の除去には、例えば、上記データに基づく波形を1次関数で近似(線形近似)して、元の波形から近似した1次関数の成分を減算する手法を用いる。ここで線形成分を除去する主な目的は、積分前の波形が持つオフセット(off set)成分を除去することや、デジタルサンプリング(digital sampling)によって生じる積分誤差を除去することにある。 In step S84, the left and right position waveform generator 752, relative to the horizontal direction of wave speed V x, performs a process of removing a linear component. To remove the linear component, for example, a method of approximating (linear approximation) the waveform based on the data with a linear function and subtracting the component of the linear function approximated from the original waveform is used. Here, the main purpose of removing the linear component is to remove an offset component of the waveform before integration, and to eliminate an integration error caused by digital sampling.

ステップS85では、左右位置波形生成部752が、ステップS84で得られた左右方向の速度の波形Vx′に対して、低周波成分を除去する処理を行う。低周波成分の除去には、例えば、ハイパスフィルタ(high pass filter)またはローカットフィルタ(low cut filter)を用いる。これらのフィルタは、例えば、0.4ヘルツ(Hz)以下である所定の周波数以下の成分を除去するように設定される。所定の周波数は、例えば、0.2ヘルツである。ここで低周波成分を除去する主な目的は、数値積分によって生じる誤差を取り除くことにある。数値積分では、周波数ωの逆数に比例した強さで低周波ノイズが増幅される。このため、周波数ωが0近傍になると、線形成分の除去や後述のトレンド(trend)の除去でも取り切れないほどの大きなノイズが発生する可能性がある。ハイパスフィルタによってこれを強制的に除去することで、計算精度が上がると考えられる。 In step S85, the left-right position waveform generation unit 752 performs a process of removing the low-frequency component on the left-right velocity waveform V x ′ obtained in step S84. For example, a high pass filter or a low cut filter is used to remove the low frequency component. These filters are set so as to remove, for example, components below a predetermined frequency that is 0.4 hertz (Hz) or less. The predetermined frequency is, for example, 0.2 hertz. Here, the main purpose of removing low frequency components is to remove errors caused by numerical integration. In numerical integration, low frequency noise is amplified with an intensity proportional to the inverse of frequency ω. For this reason, when the frequency ω is in the vicinity of 0, there is a possibility that large noise that cannot be removed even by removal of the linear component or removal of a trend described later may occur. Forcibly removing this with a high-pass filter is thought to improve the calculation accuracy.

ステップS86では、左右位置波形生成部752が、線形成分及び低周波成分が除去された左右方向の速度の波形Vx″に対して、さらに時間積分処理を行って、左右方向の位置(変位)の波形Lxを得る。 In step S86, the left-right position waveform generation unit 752 further performs time integration processing on the left-right speed waveform V x ″ from which the linear component and the low-frequency component have been removed, and the left-right position (displacement). The waveform Lx is obtained.

ステップS87では、左右位置波形生成部752が、ステップS86にて得られた左右方向の位置の波形Lxに対して、時間軸方向に移動平均処理を行うことにより当該位置の波形Lxの低周波成分を求め、この低周波成分を元の当該位置の波形Lxから減算する処理を行う。移動平均処理におけるウィンドウ幅、すなわち平均化する時間幅は、例えば、実質的に歩行周期(2歩周期)に相当する時間幅とする。歩行周期に相当する時間幅は、例えば、一方の足の踵着地から他方の足の踵着地を経て、再び一方の踵着地が行われるまでの間に相当する時間である。この処理により、トレンドが除去された左右方向の位置の波形Lx′が得られる。ここで移動平均により求めた低周波成分を除去する主な目的は、左右方向の位置の波形Lxから、患者10の実際の歩行周期と異なる周期を持つ波形成分を除去することにより、歩行周期と同じ周期を持つ波形だけを極力抽出することにある。実際の歩行では、歩行周期に同期した特定の動作のみが規則正しく繰返し行われるわけではなく、歩行周期に同期しない動作、例えば左右や前後に不規則に振ら付く動作などを含みながら前進する。そのため、位置の波形には、患者10の歩行に伴って生じる歩行周期に同期した波形と同期しない波形とが含まれることになる。ここで取り扱いたい波形は、歩行周期に同期した波形のみである。そこで、歩行周期に同期しない波形は、トレンドとして極力排除する。 In step S87, the left and right position waveform generator 752, the waveform L x position of the obtained lateral direction at step S86, the low of the waveform L x of the position by performing the moving average process in the time axis direction A frequency component is obtained, and a process of subtracting the low frequency component from the waveform L x at the original position is performed. The window width in the moving average process, that is, the time width to be averaged is, for example, a time width substantially corresponding to a walking cycle (two-step cycle). The time width corresponding to the walking cycle is, for example, a time corresponding to a period from the landing of one foot to the landing of the other foot through the landing of the other foot. By this processing, a waveform L x ′ at the horizontal position from which the trend is removed is obtained. Here the main purpose of removing low-frequency components obtained by the moving average, from the waveform L x position in the horizontal direction, by removing the waveform components with real gait cycle different from the cycle of the patient 10, walking period Is to extract only waveforms having the same period as possible. In actual walking, only specific motions synchronized with the walking cycle are not regularly repeated, but the robot moves forward including motions that do not synchronize with the walking cycle, for example, motions that swing irregularly from side to side and back and forth. Therefore, the waveform of the position includes a waveform that is synchronized with a walking cycle that occurs with walking of the patient 10 and a waveform that is not synchronized with the walking cycle. The waveform to be handled here is only the waveform synchronized with the walking cycle. Therefore, waveforms that are not synchronized with the walking cycle are eliminated as much as possible.

図21は、トレンド除去前の左右方向の位置Lxの波形WLxにおける周波数分布DLxと、トレンド除去後の左右方向の位置Lx′の波形WLx′における周波数分布DLx′との比較例を示す図である。横軸は周波数を表しており、縦軸はフーリエ(Fourier)成分ノルム(norm)を表している。 Figure 21 is a comparison of the frequency distribution DL x, the frequency distribution DL x 'in' waveform WL x 'of the position in the lateral direction after detrending L x in the waveform WL x position L x in the lateral direction of the front detrending It is a figure which shows an example. The horizontal axis represents the frequency, and the vertical axis represents the Fourier component norm.

加速度における1ヘルツ以下の振動は、主に患者10の重心の並進運動に起因するノイズであり、歩行運動を推定する上で本質的な情報ではない。ここでの移動平均処理を用いたトレンド除去によって、1ヘルツ以下の長周期振動を強く減衰させることができる。つまり、これにより、目的の成分以外の解析に不要な成分が除去された処理済みの位置の波形を得ることができる。   The vibration of 1 Hz or less in acceleration is noise mainly due to the translational motion of the center of gravity of the patient 10, and is not essential information for estimating the walking motion. By removing the trend using the moving average processing here, it is possible to strongly attenuate a long-period vibration of 1 Hz or less. That is, it is possible to obtain a waveform at a processed position from which components unnecessary for analysis other than the target component are removed.

図22は、処理済みの左右方向の位置の波形WLx′とステップS7で得られた各種の波形とを同一の時間軸上で表す図である。 FIG. 22 is a diagram illustrating the processed waveform WL x ′ in the left-right direction and the various waveforms obtained in step S7 on the same time axis.

このようにして得られた左右方向の位置の波形WLx′は、上または下に凸となる波形部分が、歩行時の一歩の動作と時間的によく対応した波形であることが分かる。また、当該波形は、波形部分の形状が上に凸であるか下に凸であるかによって、その波形部分に対応した一歩の動作が左右どちらの足によるものであるか判別可能な波形であることも分かる。 It can be seen that the waveform WL x ′ in the left-right direction obtained in this way is a waveform in which the waveform portion protruding upward or downward corresponds well in time with the movement of one step during walking. In addition, the waveform is a waveform that can determine whether the one-step operation corresponding to the waveform portion is due to the left or right foot depending on whether the shape of the waveform portion is convex upward or downward. I understand that.

なお、ステップS84の線形成分を除去する処理と、ステップS85の低周波成分を除去する処理とは、必須の処理ではない。線形成分や低周波成分は、ステップS87のトレンドを除去する処理により、ある程度の除去が可能であると考えられるからである。しかしながら、トレンドを除去する処理だけで、不要な線形成分及び低周波成分をすべて除去できるわけではない。したがって、歩行周期に同期した波形の抽出精度を向上させるためには、当然ながら、線形成分及び低周波成分の除去は行った方がよい。   Note that the process of removing the linear component in step S84 and the process of removing the low-frequency component in step S85 are not essential processes. This is because it is considered that the linear component and the low frequency component can be removed to some extent by the process of removing the trend in step S87. However, it is not possible to remove all unnecessary linear components and low-frequency components only by removing the trend. Therefore, in order to improve the extraction accuracy of the waveform synchronized with the walking cycle, it is naturally better to remove the linear component and the low frequency component.

また、線形成分を除去する処理を行うタイミングと、低周波成分を除去する処理を行うタイミングとは、本例のタイミングに限定されない。   Further, the timing for performing the process of removing the linear component and the timing of performing the process of removing the low frequency component are not limited to the timing of this example.

例えば、線形成分を除去する処理は、速度の波形を生成する処理と、移動平均を用いてトレンドを除去する処理との間であれば、どのタイミングで行ってもよい。つまり、線形成分を除去する処理は、速度の波形を生成する処理または位置の波形を生成する処理の後に、当該処理で得られる波形における線形成分を除去する処理とすることができる。   For example, the process of removing the linear component may be performed at any timing as long as it is between the process of generating the velocity waveform and the process of removing the trend using the moving average. That is, the process of removing the linear component can be a process of removing the linear component in the waveform obtained by the process after the process of generating the velocity waveform or the process of generating the position waveform.

また例えば、低周波成分を除去する処理は、加速度の波形を特定する処理の後、移動平均を用いてトレンドを除去する処理の前であれば、どのタイミングで行ってもよい。つまり、低周波成分を除去する処理は、加速度の波形を特定する処理、速度の波形を生成する処理または位置の波形を生成する処理の後に、当該処理で得られる波形における低周波成分を除去する処理とすることができる。   Further, for example, the process of removing the low frequency component may be performed at any timing after the process of specifying the acceleration waveform and before the process of removing the trend using the moving average. That is, the process of removing the low frequency component is to remove the low frequency component in the waveform obtained by the process after the process of specifying the acceleration waveform, the process of generating the velocity waveform, or the process of generating the position waveform. It can be a process.

ただし、ノイズ成分によるエラー(error)の拡散や積算を抑える、あるいは、取り扱う値を小さく抑えて演算効率を高めるといった観点からは、線形成分を除去する処理及び低周波成分を除去する処理は、できるだけ早い段階で行うことが望ましい。したがって、本例のように、これらの処理を、速度の波形を時間積分処理する前に行うことは、好適な例の一つである。   However, from the viewpoint of suppressing the diffusion and integration of errors due to noise components, or increasing the calculation efficiency by reducing the value to be handled, the processing for removing linear components and the processing for removing low-frequency components are as much as possible. It is desirable to do it at an early stage. Therefore, as in this example, it is one of the preferred examples that these processes are performed before the time waveform is subjected to the time integration process.

ステップS88では、左右判別部753が、ステップS87で得られた左右方向の位置の波形Lx′に基づいて、認識されたそれぞれの踵着地の左右の判別を行う。 In step S88, the left / right discriminating unit 753 discriminates the left and right of each recognized landing based on the waveform L x ′ in the left / right direction obtained in step S87.

図23は、踵着地の左右判別の例を示す図である。   FIG. 23 is a diagram illustrating an example of the right / left discrimination of the saddle landing.

前述のとおり、ここでは、左右方向の加速度成分の正負は、右側寄りを正としている。したがって、左右方向の位置の波形WLx′では、正側寄りすなわち上に凸となる波形部分は、右足ステップに対応し、負側寄りすなわち下に凸となる波形部分は、左足ステップに対応する。そこで、左右方向の位置の波形WLx′において、上に凸となる波形部分に時間的に対応した踵着地HCを、右足の踵着地と判別する。また、左右方向の位置の波形において、下に凸となる波形部分に時間的に対応した踵着地HCを、左足の踵着地と判別する。 As described above, here, the positive and negative acceleration components in the left-right direction are positive on the right side. Therefore, in the waveform WL x ′ in the left-right direction, the waveform portion that is closer to the positive side, that is, convex upward, corresponds to the right foot step, and the waveform portion that is closer to the negative side, that is, downward, corresponds to the left foot step. . Therefore, in the waveform WL x ′ at the position in the left-right direction, the saddle landing HC that corresponds temporally to the waveform portion that protrudes upward is determined as the right foot saddle landing. Further, in the waveform at the position in the left-right direction, the saddle landing HC that corresponds temporally to the waveform portion that protrudes downward is determined as the left foot saddle landing.

判別アルゴリズムは、種々考えられるが、例えば、次のようなアルゴリズムを考えることができる。
ステップT1:判別対象である踵着地HCの時刻が含まれる一歩区間Kを、左右方向の位置の波形WLx′における凹凸を判定する区間[t0,t1]に決定する。
ステップT2:座標(t0,Lx′(t0))と座標(t1,Lx′(t1))とを結ぶ直線を表す関数f(t)を決める。
ステップT3:区間[t0,t1]でf(t)−Lx′(t)を積分し、その正負を求める。
ステップT4:積分値が正であれば、左右方向の位置の波形WLx′の一歩区間Kにおける波形部分は下に凸であり、踵着地HCは左足の着地であると判定する。積分値が負であれば、左右方向の位置の波形WLx′の一歩区間Kにおける波形部分は上に凸であり、踵着地HCは右足の着地であると判定する。
Various discriminating algorithms can be considered. For example, the following algorithm can be considered.
Step T1: The one-step section K including the time of the landing HC to be determined is determined as a section [t 0 , t 1 ] for determining unevenness in the waveform WL x ′ at the position in the left-right direction.
Step T2: A function f (t) representing a straight line connecting the coordinates (t 0 , L x ′ (t 0 )) and the coordinates (t 1 , L x ′ (t 1 )) is determined.
Step T3: Integrate f (t) −L x ′ (t) in the interval [t 0 , t 1 ] to determine its positive / negative.
Step T4: If the integral value is positive, it is determined that the waveform portion in the one-step section K of the waveform WL x ′ in the left-right direction is convex downward, and the heel landing HC is the landing of the left foot. If the integral value is negative, it is determined that the waveform portion in the one-step section K of the waveform WL x ′ in the left-right direction is convex upward, and that the heel landing HC is the landing of the right foot.

また例えば、次のようなアルゴリズムを考えることもできる。
ステップU1:移動平均処理等により、左右方向の位置の波形WLx′の低周波成分(直線に近い成分)の波形WCを求める。移動平均処理におけるウィンドウ幅は、一歩周期の数倍程度に設定する。
ステップU2:判別対象である踵着地HCの時刻tHCにおける左右方向の位置の座標Lx′(tHC)が、波形WCの正側と負側のどちらにあるかを判定する。
ステップU3:座標Lx′(tHC)が波形WCの負側にあれば、左右方向の位置の波形WLx′の踵着地HCに対する波形部分は下に凸であり、踵着地HCは左足の着地であると判定する。座標Lx′(tHC)が波形WCの正側にあれば、左右方向の位置の波形WLx′の踵着地HCに対応する波形部分は上に凸であり、踵着地HCは右足の着地であると判定する。
For example, the following algorithm can also be considered.
Step U1: The waveform WC of the low frequency component (component close to a straight line) of the waveform WL x ′ in the left-right direction position is obtained by moving average processing or the like. The window width in the moving average process is set to about several times the one-step cycle.
Step U2: It is determined whether the coordinate L x ′ (t HC ) of the horizontal position at the time t HC of the anchor landing HC to be determined is on the positive side or the negative side of the waveform WC.
Step U3: If the coordinate L x ′ (t HC ) is on the negative side of the waveform WC, the waveform portion of the waveform WL x ′ in the left-right direction is convex downward with respect to the landing HC, and the landing HC is Judged to be landing. If the coordinate L x ′ (t HC ) is on the positive side of the waveform WC, the waveform portion corresponding to the saddle landing HC of the waveform WL x ′ in the left-right direction is convex upward, and the saddle landing HC is the landing of the right foot It is determined that

これにより、ステップS7で特定された複数のステップ基準時刻を、左足のステップ基準時刻と右足のステップ基準時刻とにそれぞれ分けて特定することができる。   Accordingly, the plurality of step reference times specified in step S7 can be specified separately for the left foot step reference time and the right foot step reference time.

このように、左右方向の位置の波形において波形の特徴を基に左足の一歩に対応した時間的な区間と右足の一歩に対応した時間的な区間とを特定し、検出された踵着地の時刻が左右どちらの区間内にあるかによって踵着地の左右を判別する方法によれば、左足の一歩に対応した波形形状と右足の一歩に対応した波形形状とが安定して現れることが確認されている波形を用いて左足の一歩に対応した区間と右足の一歩に対応した区間とを精度よく求めることができ、踵着地の左右を精度よく判別することができる。その結果、患者の歩行動作における左右の足の動作の違いやバランスを定量的かつ客観的に評価する上で、その精度を向上させることができる。   In this way, the time interval corresponding to one step of the left foot and the time interval corresponding to one step of the right foot are identified based on the waveform characteristics in the waveform of the position in the left and right direction, and the time of the detected landing on the foot According to the method of discriminating the left and right sides of the landing depending on which section is left or right, it has been confirmed that the waveform shape corresponding to one step of the left foot and the waveform shape corresponding to one step of the right foot appear stably. The section corresponding to one step of the left foot and the section corresponding to one step of the right foot can be obtained with high accuracy using the existing waveform, and the right and left of the landing can be distinguished with high accuracy. As a result, it is possible to improve the accuracy in quantitatively and objectively evaluating the difference and balance between the left and right foot movements in the walking movement of the patient.

図5に戻り、ステップS9では、ステップ時間グラフ生成部76が、患者10の一歩一歩の前進動作に掛かる時間であるステップ時間の時系列的な変化を表すグラフの生成と、そのステップ時間に係る幾つかの特徴量の算出とを行う。なお、ステップ時間は、種々の定義の仕方が考えられるが、本例では、ステップ基準時刻を用いて定義することとし、一歩の前進動作に対応したステップ基準時刻と次の一歩の前進動作に対応したステップ基準時刻との間の時間として求めることにする。   Returning to FIG. 5, in step S <b> 9, the step time graph generation unit 76 generates a graph representing a time-series change of the step time, which is the time taken for the step-by-step advance operation of the patient 10, and relates to the step time. Several feature quantities are calculated. The step time can be defined in various ways. In this example, the step time is defined using the step reference time, which corresponds to the step reference time corresponding to one step forward operation and the next step forward operation. It is determined as the time between the step reference time.

以下、ステップ時間グラフ生成部76の機能的な構成と、ステップ時間グラフ生成処理について説明する。   Hereinafter, the functional configuration of the step time graph generation unit 76 and the step time graph generation processing will be described.

図24は、ステップ時間グラフ生成部76の機能的な構成を示す機能ブロック図である。ステップ時間グラフ生成部76は、図24に示すように、ステップ時間特定部761と、グラフ生成部762と、特徴量演算部763とを有している。   FIG. 24 is a functional block diagram showing a functional configuration of the step time graph generation unit 76. As shown in FIG. 24, the step time graph generating unit 76 includes a step time specifying unit 761, a graph generating unit 762, and a feature amount calculating unit 763.

図25は、ステップ時間グラフ生成処理の流れを示すフロー図である。   FIG. 25 is a flowchart showing the flow of the step time graph generation process.

ステップS91では、図26に示すように、ステップ時間特定部761が、検出されたステップ基準時刻tbjとその足の左右の判別結果とに基づいて、左ステップ時間TLiと右ステップ時間TRiとを特定する。左ステップ時間TLiは、患者10の左足による一歩の前進動作に対応したステップ時間であり、左の踵着地HCに対応したステップ基準時刻から右足の踵着地HCに対応したステップ基準時刻までの時間である。また、右ステップ時間TRiは、患者10の右足による一歩の前進動作に対応したステップ時間であり、右の踵着地HCに対応したステップ基準時刻から左足の踵着地HCに対応したステップ基準時刻までの時間である。 In step S91, as shown in FIG. 26, the step time specifying unit 761 determines the left step time T Li and the right step time T Ri based on the detected step reference time tb j and the left / right discrimination result of the foot. And specify. The left step time T Li is a step time corresponding to one step forward movement by the left foot of the patient 10, and is a time from the step reference time corresponding to the left foot landing HC to the step reference time corresponding to the right foot landing HC. It is. The right step time T Ri is a step time corresponding to one step forward movement by the right foot of the patient 10, from the step reference time corresponding to the right saddle landing HC to the step reference time corresponding to the left foot saddle landing HC. Is the time.

特定された左ステップ時間TLと右ステップ時間TRとの差異は、左足による一歩の前進動作と右足による一歩の前進動作との違いが反映される。そのため、患者10の足の前進動作の左右差を、これら左ステップ時間TL及び右ステップ時間TRによって定量化して評価することが可能になる。 The difference between the identified left step time T L and the right step time T R is the difference between one step of advance movement by one step of the forward movement and the right foot by the left foot is reflected. Therefore, the left-right difference of the forward movement of the foot of the patient 10, it is possible to evaluate and quantify these left step time T L and the right step time T R.

ステップS92では、グラフ生成部762が、求められた複数のステップ時間Tjの時間変化を表すグラフを生成する。 In step S92, the graph generation unit 762 generates a graph representing time changes of the obtained plurality of step times Tj .

本例では、横軸をステップ番号j、縦軸をステップ時間(秒)とした棒グラフを生成する。ステップ番号jとは、ステップ時間Tの時系列的な順番を表す番号である。また、本例では、左ステップ時間TLと右ステップ時間TRとが互いに区別しやすいように、左ステップ時間TLと右ステップ時間TRとで棒の色または模様(柄、パターン)を変えて描くようにする。 In this example, a bar graph is generated with the step number j on the horizontal axis and the step time (seconds) on the vertical axis. The step number j is a number representing the time series order of the step time T. In this example, the left step time T L and the right step time T R are changed in color or pattern (pattern, pattern) so that the left step time T L and the right step time T R can be easily distinguished from each other. Change and draw.

図27及び図28は、生成されたグラフGの一例を示す図である。図27は、通常の歩行によるサンプルであり、図28は、右膝を金属棒で固定した歩行によるサンプルである。なお、ここで生成するグラフGは、本例のような棒グラフだけでなく、折れ線グラフやスプライン(spline)補間を用いたスプライン曲線グラフ等であってもよい。また、棒グラフに折れ線グラフやスプライ曲線グラフを重ねるようにしてもよい。   27 and 28 are diagrams illustrating an example of the generated graph G. FIG. FIG. 27 is a sample by normal walking, and FIG. 28 is a sample by walking with the right knee fixed by a metal rod. The graph G generated here is not limited to a bar graph as in this example, but may be a line graph, a spline curve graph using spline interpolation, or the like. Further, a line graph or a splice curve graph may be superimposed on the bar graph.

通常の歩行では、図27から分かるように、左ステップ時間TLと右ステップ時間TRとの間に大きな相違はない。しかし、右膝を固定した歩行では、図28から分かるように、右ステップ時間TRが左ステップ時間TLよりも長くなっているのが見て取れる。これは、右膝を金属棒で固定されたことによって右足による前進動作が遅くなっていることを意味しており、図28中の矢印Y1で示すように、左ステップ時間TLと右ステップ時間TRとの間に比較的大きな差が存在することと、その差の程度が定量化されていることが確認できる。 In normal walking, as can be seen from FIG. 27, there is no significant difference between the left step time T L and the right step time T R. However, in the walking fixing the right knee, as can be seen from Figure 28, seen that the right step time T R is longer than the left step time T L. This means that the forward movement by the right foot is slowed by fixing the right knee with the metal rod, and as shown by the arrow Y1 in FIG. 28, the left step time TL and the right step time. and a relatively large difference exists between the T R, the degree of the difference can be confirmed to have been quantified.

また、図28では、左ステップ時間TLと右ステップ時間TRとの差が、同じ足によるステップ時間のばらつきの程度よりもはるかに大きいことや、偶然に生じた大きなステップ時間に起因したものでなく再現性があることなどが一目で確認できる。 In FIG. 28, the difference between the left step time T L and the right step time T R is much larger than the degree of variation in the step time due to the same foot, or due to a large step time that occurred by chance. It can be confirmed at a glance that there is reproducibility.

また、通常の歩行では、図27から分かるように、ステップ時間Tjはほとんど変動していない。しかし、右膝を金属棒で固定した歩行では、図28から分かるように、歩行期間内の前半に比べて後半の方がステップ時間Tjが長くなっている(矢印Y2)。これは、歩いているうちに前進動作が遅くなってきていることを示しており、右膝が固定されて歩きにくくなっていることによる疲労を表している。 Further, in normal walking, as can be seen from FIG. 27, the step time T j hardly fluctuates. However, in walking with the right knee fixed with a metal rod, as can be seen from FIG. 28, the step time T j is longer in the latter half compared to the first half in the walking period (arrow Y2). This indicates that the forward movement is slowed while walking, and represents fatigue due to the right knee being fixed and difficult to walk.

このように、上記のようなステップ時間の時間変化を表すグラフGでは、時系列的な順番で交互に並ぶ左ステップ時間TLと右ステップ時間TRとが視覚的に表される。そのため、このようなグラフGによれば、ステップ時間Tjの左右差を歩行期間の全体に渡っても局所的な一部の期間においても直感的に把握することができ、歩行の仕方、左右の足の前進動作のバランスなどを容易に理解することができる。また、このようなグラフGによれば、ステップ時間Tjのばらつきすなわち安定性を、全体としても左右別々としても直感的に把握することができ、全体として安定な歩行が行えているのか、左右どちらかの足に不安定な前進動作が含まれていないかなどを容易に理解することができる。また、このようなグラフGによれば、ステップ時間Tjの時間的な変化を、全体としても左右別々としても直感的に把握することができ、歩行開始からの時間の経過にともない、全体的な歩行の仕方、左右の足の前進動作のバランスなどがどのように変化しているか、疲れによってステップ時間Tjが伸びていないかなどを容易に理解することができる。そして、操作者11は、患者10にこのグラフGを見せながら歩行運動の評価結果を説明することで、患者10に自身の歩行運動の評価結果を簡単かつ詳細に理解してもらうことができる。 Thus, in the graph G representing the time change of the step time as described above, the left step time T L and the right step time T R that are alternately arranged in time series order are visually represented. Therefore, according to such a graph G, the left-right difference of the step time T j can be intuitively grasped in the entire walking period or in a partial local period. You can easily understand the balance of the forward movement of your feet. Further, according to such a graph G, it is possible to intuitively grasp the variation of the step time T j , that is, the stability, both as a whole and as a left and right separately, and whether the stable walking as a whole can be performed. It can be easily understood whether or not an unstable forward movement is included in either leg. In addition, according to such a graph G, the temporal change in the step time T j can be intuitively grasped as a whole or left and right as a whole. It is possible to easily understand how a simple walking, the balance of the forward movement of the left and right feet, and the step time T j are not extended due to fatigue. Then, the operator 11 can explain the evaluation result of the walking motion while showing the graph G to the patient 10 so that the patient 10 can easily and in detail understand the evaluation result of his / her walking motion.

図25に戻り、ステップS93では、特徴量演算部763が、ステップ時間に係る各種の特徴量を、患者10の歩行運動の評価用として算出する。   Returning to FIG. 25, in step S <b> 93, the feature amount calculation unit 763 calculates various feature amounts related to the step time for evaluation of the walking motion of the patient 10.

本例では、第1の特徴量として、左ステップ時間TLと右ステップ時間TRとの差異の程度が反映される特徴量を算出する。一般的に、左ステップ時間TLと右ステップ時間TRとの差異の程度が大きいほど、患者10の左足による前進動作と右足による前進動作とのバランスがより崩れていることが多い。逆に、左ステップ時間TLと右ステップ時間TRとの差異の程度が小さいほど、患者10の左足による前進動作と右足による前進動作とのバランスが取れていることが多い。したがって、このような第1の特徴量によれば、その大きさに基づいて、患者10の左足による前進動作と右足による前進動作とのバランスの良さを定量的に評価することができる。例えば、第1の特徴量が、左ステップ時間TLと右ステップ時間TRとの差異の程度が大きいほど大きい値を取る場合、第1の特徴量の値が小さいほど患者10の前進動作の左右のバランスがよいと評価することができる。 In this example, a feature quantity that reflects the degree of difference between the left step time T L and the right step time T R is calculated as the first feature quantity. In general, the greater the degree of difference between the left step time T L and the right step time T R, often balance the forward operation by the forward movement and the right foot by the left foot of the patient 10 are more collapsed. Conversely, as the degree of difference between the left step time T L and the right step time T R is small, it is often balanced the forward operation by the forward movement and the right foot by the left foot of the patient 10. Therefore, according to such a first feature amount, it is possible to quantitatively evaluate the balance between the forward motion by the left foot and the forward motion by the right foot of the patient 10 based on the size. For example, when the first feature value takes a larger value as the degree of difference between the left step time T L and the right step time T R is larger, the smaller the first feature value is, the more the patient 10 moves forward. It can be evaluated that the left and right balance is good.

また本例では、第2の特徴量として、ステップ時間のばらつきの程度が反映される特徴量を算出する。一般的に、ステップ時間のばらつきの程度が大きいほど、患者10の前進動作の安定性がより悪いことが多い。逆に、ステップ時間のばらつきの程度が小さいほど、患者10の前進動作の安定性がより良いことが多い。したがって、このような第2の特徴量によれば、その大きさに基づいて、患者10の前進動作の安定性の良さを評価することができる。例えば、第2の特徴量が、ステップ時間のばらつきの程度が大きいほど大きい値を取る場合、第2の特徴量が小さいほど患者10の前進動作の安定性がより高いと評価することができる。   In this example, a feature amount that reflects the degree of variation in step time is calculated as the second feature amount. In general, the greater the degree of variation in the step time, the worse the stability of the forward motion of the patient 10 is. Conversely, the smaller the degree of variation in the step time, the better the stability of the forward movement of the patient 10 is. Therefore, according to the second feature amount, the stability of the forward movement of the patient 10 can be evaluated based on the size. For example, when the second feature amount takes a larger value as the degree of variation in the step time is larger, it can be evaluated that the stability of the forward movement of the patient 10 is higher as the second feature amount is smaller.

また本例では、第3の特徴量として、全歩行期間のうち時間的に前寄りのステップ時間と時間的に後寄りのステップ時間との差異の程度が反映される特徴量を算出する。一般的に、時間的に前寄りのステップ時間と時間的に後寄りのステップ時間との差異の程度が大きいほど、患者10が歩行運動中に疲れてステップ時間が長期化していることが多い。逆に、時間的に前寄りのステップ時間と時間的に後寄りのステップ時間との差異の程度が小さいほど、患者10が歩行運動中に疲れずにステップ時間が長期化しないことが多い。したがって、このような第3の特徴量によれば、その大きさに基づいて、患者10の疲れやすさを定量的に評価することができる。例えば、第3の特徴量が、時間的に前寄りのステップ時間と時間的に後寄りのステップ時間との差異の程度が大きいほど大きな値を取る場合、第3の特徴量が小さいほど患者10はより疲れにくいと評価することができる。   In this example, as the third feature amount, a feature amount that reflects the degree of difference between the temporally forward step time and the temporally backward step time of the entire walking period is calculated. In general, the larger the degree of difference between the step time closer to the front and the step time closer to the rear, the longer the step time becomes because the patient 10 gets tired during the walking exercise. Conversely, the smaller the degree of difference between the time step forward and the time step backward, the more often the patient 10 does not get tired during the walking exercise and the step time is not prolonged. Therefore, according to the third feature amount, the ease of fatigue of the patient 10 can be quantitatively evaluated based on the size. For example, when the third feature amount takes a larger value as the degree of difference between the time step closer to the front and the step time closer to the time is larger, the smaller the third feature amount, the more the patient 10 has. Can be evaluated as less fatigued.

図5に戻り、ステップS10では、表示制御部310が、ディスプレイ部302を制御して、その画面にグラフGを表示させる。   Returning to FIG. 5, in step S <b> 10, the display control unit 310 controls the display unit 302 to display the graph G on the screen.

以上、本実施形態によれば、操作者11は、加速度データの解析結果に基づいて患者10の歩行中の動きを詳細に把握し、例えば効果的な歩行訓練プランを作成することができる。   As described above, according to the present embodiment, the operator 11 can grasp in detail the movement of the patient 10 while walking based on the analysis result of the acceleration data, and can create, for example, an effective walking training plan.

また、本実施形態によれば、特に、ステップ基準時刻検出部74の構成及びそのステップ基準時刻検出処理により、患者10の踵着地のタイミングを高い精度で認識し、一歩ごとの前進動作の基準となる時刻を検出することができる。このような基準時刻を用いることで、患者10の一歩または複数歩ずつの動作が行われているときの加速度データを抽出したり、その動作の所要時間を測定したりすることができ、患者10の一歩一歩の動作に着目した解析を行うことができる。故に、本実施形態は、患者10の歩行運動の客観的な評価に有効である。   Further, according to the present embodiment, in particular, the configuration of the step reference time detection unit 74 and the step reference time detection process recognize the timing of the landing of the patient 10 with high accuracy, and the reference of the forward movement operation for each step. Can be detected. By using such a reference time, it is possible to extract acceleration data when one step or a plurality of steps of the patient 10 is performed, and to measure the time required for the operation. It is possible to perform an analysis focusing on the operation of each step. Therefore, this embodiment is effective for objective evaluation of the walking motion of the patient 10.

また、本実施形態によれば、特に、踵着地左右判別部75の構成及びその踵着地左右判別処理により、認識された患者10のそれぞれの踵着地が、左右どちらの足によるものかを高い精度で判別することができる。このような判別結果を用いることで、患者10の歩行動作における左右のバランスを定量的及び客観的に評価することができ、その結果、左右のバランスをよくするための適切なアドバイスを患者10に提供することも可能になる。   In addition, according to the present embodiment, in particular, the configuration of the saddle landing left / right discriminating unit 75 and the saddle landing left / right discriminating process make it highly accurate whether each of the recognized saddle landings of the patient 10 is due to the left or right foot. Can be determined. By using such a discrimination result, the left and right balance in the walking motion of the patient 10 can be quantitatively and objectively evaluated. As a result, appropriate advice for improving the left and right balance is given to the patient 10. It can also be provided.

なお、発明は、上記実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。   The invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

例えば、本実施形態では、ステップ基準時刻として、踵着地の時刻を検出しているが、これに限定されず、足が着地した時刻や、つま先蹴りの時刻を検出するようにしてもよい。   For example, in the present embodiment, the saddle landing time is detected as the step reference time. However, the present invention is not limited to this, and the foot landing time or the toe kicking time may be detected.

また例えば、本実施形態は、発明を人の歩行運動に適用した例であるが、発明を人のその他の移動運動、例えば人の走行運動などにも適用することができる。   In addition, for example, the present embodiment is an example in which the invention is applied to a person's walking motion, but the invention can also be applied to another movement motion of a person, for example, a running motion of a person.

また例えば、本実施形態は、上述したように人に取り付けられた加速度センサから得られた加速度データを解析する移動運動解析装置であるが、コンピュータをこのような装置として機能させるためのプログラムもまた発明の実施形態の一つである。   Further, for example, the present embodiment is a mobile motion analysis device that analyzes acceleration data obtained from an acceleration sensor attached to a person as described above, but a program for causing a computer to function as such a device is also used. It is one of the embodiments of the invention.

1 歩行解析システム
10 患者
11 操作者
2 加速度センサモジュール
21 プロセッサ
22 加速度センサ
23 メモリ
24 通信I/F
25 バッテリ
201 加速度センサ部
202 サンプリング部
203 送信部
3 歩行解析装置
31 プロセッサ
32 ディスプレイ
33 操作部
34 メモリ
35 通信I/F
36 バッテリ
301 操作部
302 ディスプレイ部
303 患者情報受付部
304 受信部
305 加速度データ取得制御部
307 加速度データ解析部
310 表示制御部
312 記憶部
41 データベース
42 記憶媒体
71 加速度成分算出部
72 加速度波形生成部
73 歩行期間特定部
74 ステップ基準時刻検出部
741 加速度波形読取部
742 歩行同期波形生成部
743 一歩区間特定部
744 上下加速度反映波形生成部
745 区間最大値特定部
746 踵着地認識部
75 踵着地左右判別部
751 加速度波形読取部
752 左右位置波形生成部
753 左右判別部
76 ステップ時間グラフ生成部
761 ステップ時間特定部
762 グラフ生成部
763 特徴量演算部
1 Gait Analysis System 10 Patient 11 Operator 2 Acceleration Sensor Module 21 Processor 22 Acceleration Sensor 23 Memory 24 Communication I / F
25 Battery 201 Acceleration sensor unit 202 Sampling unit 203 Transmitting unit 3 Walking analysis device 31 Processor 32 Display 33 Operation unit 34 Memory 35 Communication I / F
36 battery 301 operation unit 302 display unit 303 patient information reception unit 304 reception unit 305 acceleration data acquisition control unit 307 acceleration data analysis unit 310 display control unit 312 storage unit 41 database 42 storage medium 71 acceleration component calculation unit 72 acceleration waveform generation unit 73 Walking period identification unit 74 Step reference time detection unit 741 Acceleration waveform reading unit 742 Walking synchronization waveform generation unit 743 One step segment identification unit 744 Vertical acceleration reflected waveform generation unit 745 Segment maximum value identification unit 746 踵 Landing recognition unit 75 踵 Landing left / right discrimination unit 751 Acceleration waveform reading unit 752 Left / right position waveform generation unit 753 Left / right determination unit 76 Step time graph generation unit 761 Step time specification unit 762 Graph generation unit 763 Feature amount calculation unit

Claims (11)

加速度センサを用いて得られた人の移動運動中における加速度を表すデータに基づいて生成された第1の波形において、一歩に対応する時間的な区間を特定する特定手段と、
前記データに基づいて得られる前記人の移動運動中における上下方向の加速度を前記第1の波形と同一の時間で表す第2の波形において、それぞれの前記区間の最大値及び最小値のいずれか一方に対応する時刻を、足が着地した時刻として検出する検出手段とを備えた移動運動解析装置。
In the first waveform generated based on the data representing the acceleration during the moving motion of the person obtained using the acceleration sensor, a specifying means for specifying a time interval corresponding to one step;
In the second waveform representing the vertical acceleration during the movement of the person obtained based on the data in the same time as the first waveform, either the maximum value or the minimum value of each of the sections And a detecting means for detecting the time corresponding to the time when the foot has landed.
加速度センサを用いて得られた人の移動運動中における加速度を表すデータに基づいて生成された第1の波形において、一歩に対応する時間的な区間を特定する特定手段と、
前記データに基づいて得られる前記人の移動運動中における上下方向の加速度に基づいて演算される量を前記第1の波形と同一の時間で表す第2の波形において、それぞれの前記区間の最大値及び最小値のいずれか一方に対応する時刻を、足が着地した時刻として検出する検出手段とを備えた移動運動解析装置。
In the first waveform generated based on the data representing the acceleration during the moving motion of the person obtained using the acceleration sensor, a specifying means for specifying a time interval corresponding to one step;
In the second waveform representing the amount calculated based on the vertical acceleration during the movement movement of the person based on the data in the same time as the first waveform, the maximum value of each of the sections And a detecting means for detecting a time corresponding to one of the minimum values as a time when the foot has landed.
前記演算される量は、前記上下方向の加速度の項を含む演算式により演算されている請求項2に記載の移動運動解析装置。   The mobile motion analysis device according to claim 2, wherein the calculated amount is calculated by an arithmetic expression including a term of the vertical acceleration. 前記演算される量は、前記上下方向の加速度を二階微分した項をk乗(k≧1)した項を含む演算式により演算されている請求項2または請求項3に記載の移動運動解析装置。   4. The mobile motion analysis device according to claim 2, wherein the calculated amount is calculated by an arithmetic expression including a term obtained by second-order differentiation of the vertical acceleration to a power of k (k ≧ 1). 5. . 前記第2の波形から高周波成分を除去する手段を更に含んでいる請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の移動運動解析装置。   The mobile motion analysis apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising means for removing a high-frequency component from the second waveform. 前記特定手段は、前記データによって得られる上下方向の加速度と前後方向の加速度との線形結合を表す第3の波形に基づいて、前記区間を特定する手段を含んでいる請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の移動運動解析装置。   6. The specifying means includes means for specifying the section based on a third waveform representing a linear combination of vertical acceleration and longitudinal acceleration obtained from the data. The movement analysis apparatus according to any one of the above. 前記特定手段は、前記第3の波形における極大値及び極小値のいずれか一方に対応する時刻同士の間を、前記区間として特定する手段を含んでいる請求項6に記載の移動運動解析装置。   The mobile motion analysis apparatus according to claim 6, wherein the specifying unit includes a unit that specifies, as the section, a time period corresponding to one of a maximum value and a minimum value in the third waveform. 前記特定手段は、前記データによって得られる上下方向、前後方向、または左右方向の加速度を二階積分して得られる位置の波形から、該位置の波形を移動平均処理して得られる波形を減算して成る波形に基づいて、前記区間を特定する手段を含んでいる請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の移動運動解析装置。   The specifying means subtracts a waveform obtained by moving and averaging the waveform of the position from the waveform of the position obtained by second-order integration of the acceleration in the vertical direction, the longitudinal direction, or the horizontal direction obtained from the data. The mobile motion analysis apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising means for specifying the section based on the waveform. 前記移動運動は、歩行である請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の移動運動解析装置。   The mobile motion analysis apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the mobile motion is walking. 前記加速度センサと、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の移動運動解析装置とを備えた移動運動解析システム。   A mobile motion analysis system comprising the acceleration sensor and the mobile motion analysis device according to any one of claims 1 to 9. コンピュータを請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の移動運動解析装置として機能させるためのプログラム。
A program for causing a computer to function as the mobile motion analysis apparatus according to any one of claims 1 to 9.
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