JP2017099922A - 運動機能評価装置及び運動機能評価方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の運動機能評価装置1は、測定台11と、前記測定台11に加わる被検者の荷重の経時的変化を測定する荷重測定部14と、前記荷重測定部14により測定された前記荷重の経時的変化より求められる被検者の筋力指標または前記被検者のバランス能力指標のうちの少なくとも1つを含む、2以上の指標を求める演算部24と、前記演算部24により求められた前記2以上の前記指標を用いて、前記被検者の運動機能を評価する評価部24と、を備える。
【選択図】図2
Description
しかし、質問紙によるアンケートは、質問内容についての判断基準が不明確のため、評価結果の客観性が乏しい。
また、体力テストは、様々なテスト項目をこなさなければならないため、種々の機材、時間及び場所などが必要で、大掛かりなものとなる。体力テストは、特に高齢者の場合、安全性に配慮していても転倒等による怪我等の心配もある。さらに、種々の項目について行ったテストの結果を、総合的に判断する必要があり、専門家による判断・アドバイスが必要である。また、運動機能評価においては、経時変化をとらえることが重要とされているが、体力テストは上述のように大掛かりな測定であるため、何度も行うことが困難である。
第2の発明は、第1の発明の運動機能評価装置(1)において、前記測定台(11)上の被検体の生体インピーダンスを求めるインピーダンス測定部(15)をさらに備え、前記演算部(24)は、前記筋力指標、前記バランス能力指標、及び前記インピーダンス測定部(15)により求められた生体インピーダンスを基に演算される筋量指標のうちの2以上の指標を求めること、を特徴とする運動機能評価装置(1)である。
第3の発明は、第1または2の発明の運動機能評価装置(1)において、前記演算部(24)は、前記被検者が立ち上がって前記荷重測定部(14)に加わる荷重が最大になった時間から前記荷重の変動が安定するまでの時間から前記バランス能力指標を求めること、を特徴とする運動機能評価装置(1)である。
第4の発明は、第3の発明の運動機能評価装置(1)において、前記荷重の変動が安定する時間を、前記荷重測定部(14)に加わる荷重が最大になる時間から、2周期経過した時間、または、2周期経過した後の体重値と一致した時間、とすること、を特徴とする運動機能評価装置(1)である。
第5の発明は、第1から4のいずれかの発明の運動機能評価装置(1)において、前記演算部(24)は、前記被検者が前記測定台(11)上に立ち上がったときに前記荷重測定部(14)により測定される前記荷重の経時的変動より、前記筋力指標及び前記バランス能力指標を求めること、を特徴とする運動機能評価装置(1)である。
第6の発明は、第1から5のいずれかの発明の運動機能評価装置(1)において、前記演算部(24)は、前記被検者が椅子から前記測定台(11)上に立ち上がったときに前記荷重測定部(14)により測定される前記荷重の経時的変動より、前記筋力指標及び前記バランス能力指標を求めること、を特徴とする運動機能評価装置(1)である。
第7の発明は、第1から6のいずれかの発明の運動機能評価装置(1)において、前記演算部(24)は、前記荷重測定部(14)により測定された前記荷重の最大値を前記被検者の体重で割った値から前記筋力指標を求めること、を特徴とする運動機能評価装置(1)である。
第8の発明は、測定台(11)に加わる被検者の荷重の経時的変化を測定し、測定された前記荷重の経時的変化を示す情報より求められる被検者の筋力を表す筋力指標または前記被検者のバランス能力を表すバランス能力指標のうちの少なくとも1つを含む、2以上の指標を求め、前記2以上の前記指標を用いて、前記被検者の運動機能を評価する、運動機能評価方法である。
第1または8の発明によれば、被検者の運動機能を2以上の指標を用いて総合的に評価可能である。また、その指標は、荷重測定部により測定された被検者の荷重の経時的変化から求められるので、質問紙によるアンケートや体力テスト等による運動機能の評価と比べて、客観的である。さらに、総合的な運動機能評価を、種々の機材、時間及び場所などを使用することなく、1つの運動機能評価装置で行うことができる。
第2の発明によれば、生体インピーダンスによる筋量指標も総合的運動機能評価に加えることができる。
第3の発明によれば、第1の発明の効果に加え、さらに椅子から立ち上がるのでより負担が軽減される。
第4の発明によれば、被検者が立ち上がって荷重測定部上に立ち上がった場合、被検者のふらつきは、ほとんどの場合、荷重測定部に加わる荷重が最大になった時間から2周期であるので、荷重の変動が安定するまでの時間として最適な時間を採用することができ、バランス能力指標を的確に求めることができる。
第5の発明によれば、測定台から立ち上がるという容易な動作によって運動機能を測定可能であるので、特に高齢者等において転倒等による怪我等の心配が少ない。また、測定台から立ち上がるという動作によって運動機能の総合評価が可能であるため、手軽且つ容易に行うことができる。
第6の発明によれば、荷重測定部により測定された荷重の最大値を前記被検者の体重で割った値から前記筋力指標を求めるが、この最大値体重比F/Wtから筋力指標を求める場合、最大値と最小値との差ΔFを体重で割ったF/Wtにより筋力指標を求める場合と比べて精度が良い。
第7の発明によれば、被検者が立ち上がって荷重測定部に加わる荷重が最大になった時間から荷重の変動が安定するまでの時間からバランス能力指標を求めるので、立ち上がり動作中(負荷中)のバランスを、自然な動作の中で評価できる。
測定部10は、被検者が載る水平な測定台11を有する。図2に示すように測定部10は、その内部に、荷重測定を行う荷重センサ12と、生体インピーダンス測定を行う電極13(13a,13b)と、荷重測定回路14と、インピーダンス測定回路15とを備えている。
詳細な図示は省略するが、各荷重センサ12は、入力された荷重に応じて変形する起歪体と、起歪体に貼り付けられて当該起歪体の変形に応じた値の電気信号(検出信号)を出力する歪ゲージとを含んいる。荷重センサ12は、重力動揺測定も可能なように、3以上が好ましく、本実施形態では、4つ内蔵されている。
そして、荷重センサ12は、それぞれ、荷重センサ12が設置された部位に垂直に作用する荷重に応じた検出信号を生成および出力する。
表示部20は、測定結果を表示する表示画面21、複数の操作用スイッチ23、出力ポート22及びCPU24を備え、外部電源26から電力が供給される。
CPU24は、後述するが、荷重測定回路14の出力、インピーダンス測定回路15の出力、及びその他操作用スイッチ23を介して入力される被検者情報等に基づいて、運動機能評価を行う。
表示画面21には、被検者の操作に応じて入力された指令やデータ、また総合運動機能評価が表示される。
出力ポート22は、図1に示すように、外部PCへデータ等を送信することが可能となっている。
次に、運動機能評価装置1における運動機能評価について説明する。
図3は、運動機能評価を行う際の被検者Aの動作を示す図である。図4は、図3に示す被検者Aの動作に伴う運動機能評価装置1での荷重変動を時系列に示したグラフである。図4においてグラフの下に、理解容易のために、図3で示した測定時の被検者Aの動作を示す。
さらに、電極13は被検者Aに微弱電流を流し、インピーダンス測定回路15は電極13aと13bとの間の電圧を測定して生体の生体インピーダンスを求め、CPU24に出力する。
そして、最大荷重Fを示した位置Maxの後、被検者Aの実際の体重Wtよりも荷重が減少し、実際の体重Wtを越えて位置Minで最小荷重を記録し、その後、荷重は上下しつつ、振幅が減衰し、実際の体重Wtに収束していく。
ただし、しゃがんだ状態から立ち上がる場合、被検者Aが高齢者や筋力の弱い者の場合、身体的な負担が大きすぎる場合があるが、本実施形態のように椅子30からの立ち上がる場合、負担が軽くすむ。
また、本実施形態では、椅子30を測定部10の横に配置したが、これに限定されず、十分なスペースがある場合、測定部10の上に椅子30を配置してもよい。
以下、上述の(1)筋力、(2)バランス力、(3)筋量のそれぞれについて詳述する。
(1−1)筋力評価の一例
CPU24は、荷重測定回路14から送られた荷重値を基にした、図4に示す荷重の測定データより、荷重の最大値Fを求め、荷重の最大値Fを被検者の実際の体重Wtで割った、最大値体重比F/Wtを演算する。このF/Wtは筋力の指標となる。
それは、図4では、最小値を示すポイントMinが明確に現れている例を示しているが、実際の測定においては、例えば被検者Aの筋力が弱い場合、最小値ポイントMinが特定しにくい場合がある。このような場合、荷重の最大値Fと荷重の最小値との差ΔFの信頼性が低く、ΔF/Wtの信頼性も低くなるからである。
なお、荷重が体重に対して20%以下になったポイントPについては、体重に対して、30%減少(数値は任意)したポイントとしてもよい。
このように被検者Aの立ち上がり動作の特徴を利用する方法で最大値を特定することで、最大値ポイントを確実に検出することができる。
筋力指標としては、上述のように最大値体重比F/Wtに限定されず、最大増加率体重比(荷重変化量)RFD/Wtを用いても良い。
図5(a)は、荷重の最大増加率を時系列で示したグラフである。図5(b)は、図5(a)に対する比較用として、図4と同じグラフを理解容易のために示したものである。最大増加率RFDは、図5(a)における傾きが最も急な部分の傾きに相当する。
このように最大増加率体重比RFD/Wtも、筋力指標として用いることができる。
(2−1)バランス能力評価の一例
図6は、図4と同じグラフであるが、バランス能力評価の説明のため、荷重の最大値と、安定値と、荷重が安定するまでの時間STと、を記す。
バランス能力評価においては、荷重が最大値を示したポイントMaxから、荷重が安定するポイントSまでの時間STを測定し、この時間STをバランス能力指標とする。
被検者Aが速やかに椅子から立ち上がることができた場合は、STは小さくなる。これに対して、被検者Aの左右バランスが悪い場合などはSTが大きくなる。
このようにSTを用いることで、立ち上がり動作中(負荷中)のバランスを、自然な動作の中で評価できる。
なお、立ち上がり後の安定の条件を「荷重値の変動がある一定範囲内に入った場合」としても良いが、例えば高齢者等の場合、立位後ふらつきが大きくなると安定までに時間がかかってしまう。
そこで、本実施形態では、最大値検出後、体重値を4回通過したポイントを安定ポイントとする。図7は、その安定ポイントSを説明する図である。
そこで、「立ち上がり動作によるふらつき(素早さ)」の最大値を検出(ポイントMax)した後、2周期を荷重が安定するポイントSまでの時間を安定時間STとする。そして、その後の体重を中心とした荷重の増加及び減少は、「立位状態でのふらつき」とする。このようにして、「立ち上がり動作によるふらつき(素早さ)」と「立位状態でのふらつき(重心動揺)」とを切り分ける。
2周期を荷重が安定するポイントSは、最大値から数えて2周期経過したポイントSとして図示するが、これに限定されず、2周期経過した後の体重値と一致したポイントS’でもよい。
本実施形態では、上述のようにST値をバランス能力指標としたがこれに限定されず、重心動揺指標の一つである、単位軌跡長(L/T)を測定して、これをバランス能力指標としても良い。
この場合、筋力測定後、安定ポイントS以降(安定してから)に重心動揺測定を行い、単位軌跡長(L/T)を測定する。具体的には、立ち上がり動作後、荷重が安定した時点Sから一定時間重心動揺測定を行い、重心位置の軌跡を求める。その後、軌跡長を算出し、時間で除した値が単位軌跡長となる。単位時間軌跡長の測定や算出は、一般的な重心動揺側程度と同様である。また、単位時間軌跡長のほか、重心面積(外周、矩形、実行値)、左右バランスなどの他の重心動揺指標を用いても良い。
(3−1)筋量評価の一例
重心動揺測定後、運動機能評価装置1は電極13に電流を流し、インピーダンス測定回路15によって電極間の電圧値を検出し、CPU24によって生体インピーダンス値を演算して脚部筋肉量Lmを求める。
本実施形態でCPU24は、脚部筋肉量Lmを以下の式により求める。
Lm=a1×脚部imp/Ht2+b1 式(1)
Lm=全身筋肉量−腕部筋肉量−体幹部筋肉量 式(2)
Lm=c1×全身imp/Ht2−d1×腕部imp/Ht2−e1×体幹部imp/Ht2+f1 式(3)
Lm:脚部筋肉量
imp:生体インピーダンス
Ht:身長(または各部位の長さを用いても良い)
a1,b1,c1,d1,e1,f1:係数
である。
筋量は、さらに「脚部筋肉量/体重」、もしくは「脚部筋肉量/身長2」を指標として用いても良い。また、全身及び四肢筋肉量を用いてもよく、身長や体重で標準化したものを用いても良い。
(4−1)総合運動指標の算出の一例
先に求めた3つの指標から、重回帰分析をして求めた重み付け係数a2,b2,c2によってそれぞれの指標に重み付けをして、以下の式により総合運動指標MFを算出する。
MF=a2×F/Wt+b2×ST+c2×Lm+d2 式(4)
ここで、MF:総合運動指標
F/Wt:最大値体重比(筋力指標)
ST:安定時間(バランス指標)
Lm:脚部筋肉量(筋量指標)
a2,b2,c2,d2:係数。
図8は、上記のように求めた総合運動指標MFの表示例を示したもので、図8(a)は50を中心とした偏差値で総合運動指標MFを表示した例、図8(b)は運動機能年齢で総合運動指標MFを表現した例である。
このように、順位を付けて結果を表示することによって、より分かりやすく結果を伝えることができ、また運動機能改善や維持のモチベーションアップにつながるといった効果が期待できる。
求めた総合運動指標MFを、上述のように表示するほか、それぞれの指標を個別に表示することもできる。さらに測定結果から、どこが弱いか、どのように改善トレーニングを行えばよいか等のアドバイスを表示してもよい。
図10は、総合運動指標MFの変形表示例を示したものである。たとえば、図10(a)に示すように、筋力、筋量及びバランスの全てが平均値より高い場合、
「筋力は高く、筋量も多め、バランスも良いです。転倒の可能性は低いです。適度な運動を心がけこの状態を維持してください。」
等のコメントを表示しても良い。
また、図10(b)に示すように、筋量は平均以上であるが、筋力及びバランスが平均値より低い場合、
「筋量は多めですが、筋力は低く、バランスも少し悪いです。転倒の可能性があります。
筋力を高めるような運動を日々行っていくことをおすすめします。」
等のコメントを表示しても良い
上述の説明では、筋力、バランス及び筋量の3つの指標から、総合運動指標MFを算出した。ただし、これに限定されず、筋力、バランス及び筋量の3つの指標のうちから2つを用いてMFを算出してもよい。
本発明で算出される総合運動指標MFは、測定器による測定結果であり、アンケートや各体力テストの結果を総合的に判断するといった定性的な要素はない。したがって客観的であり、再現性や信頼性が高い。
また、指標自体も、筋力、バランス能力及び筋量のうちの少なくとも2つを総合的に判断した指標となるため、一つの指標で評価するよりも信頼性が高い。
また、本発明による測定は、椅子からの立ち上り動作後静止、立位を数十秒続けるという形態である。これらの動作は、生活活動動作の一つであって容易であり、短時間で行うことが出来る。そのため、様々な人に測定機会を与えることが出来るとともに、頻度よく測定でき、最も重要経時的な変化を捉えていくことが可能である。
Claims (8)
- 測定台と、
前記測定台に加わる被検者の荷重の経時的変化を測定する荷重測定部と、
前記荷重測定部により測定された前記荷重の経時的変化より求められる被検者の筋力指標または前記被検者のバランス能力指標のうちの少なくとも1つを含む、2以上の指標を求める演算部と、
前記演算部により求められた前記2以上の前記指標を用いて、前記被検者の運動機能を評価する評価部と、
を備える運動機能評価装置。 - 請求項1に記載の運動機能評価装置において、
前記測定台上の被検体の生体インピーダンスを求めるインピーダンス測定部をさらに備え、
前記演算部は、
前記筋力指標、前記バランス能力指標、及び前記インピーダンス測定部により求められた生体インピーダンスを基に演算される筋量指標のうちの2以上の指標を求めること、
を特徴とする運動機能評価装置。 - 請求項1または2に記載の運動機能評価装置において、
前記演算部は、前記被検者が立ち上がって前記荷重測定部に加わる荷重が最大になった時間から前記荷重の変動が安定するまでの時間から前記バランス能力指標を求めること、
を特徴とする運動機能評価装置。 - 請求項3に記載の運動機能評価装置において、
前記荷重の変動が安定する時間を、
前記荷重測定部に加わる荷重が最大になる時間から、2周期経過した時間、または、2周期経過した後の体重値と一致した時間、とすること、
を特徴とする運動機能評価装置。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の運動機能評価装置において、
前記演算部は、前記被検者が前記測定台上に立ち上がったときに前記荷重測定部により測定される前記荷重の経時的変動より、前記筋力指標及び前記バランス能力指標を求めること、
を特徴とする運動機能評価装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の運動機能評価装置において、
前記演算部は、前記被検者が椅子から前記測定台上に立ち上がったときに前記荷重測定部により測定される前記荷重の経時的変動より、前記筋力指標及び前記バランス能力指標を求めること、
を特徴とする運動機能評価装置。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の運動機能評価装置において、
前記演算部は、前記荷重測定部により測定された前記荷重の最大値を前記被検者の体重で割った値から前記筋力指標を求めること、
を特徴とする運動機能評価装置。 - 測定台に加わる被検者の荷重の経時的変化を測定し、
測定された前記荷重の経時的変化を示す情報より求められる被検者の筋力を表す筋力指標または前記被検者のバランス能力を表すバランス能力指標のうちの少なくとも1つを含む、2以上の指標を求め、
前記2以上の前記指標を用いて、前記被検者の運動機能を評価する、
運動機能評価方法。
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三好圭,外6名: "立ち上がり動作後における重心動揺の動揺面積と周波数特性に関する加齢の影響", 身体教育医学研究, vol. 6, no. 1, JPN6017043833, 2005, pages 11 - 19, ISSN: 0003682849 * |
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JP6308536B2 (ja) | 2018-04-11 |
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