JP2017148287A - Evaluation method of stumbling risk - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歩行時の最小つま先クリアランスからつまずきリスクを評価する方法とそのための装置に関する。 The present invention relates to a method for evaluating a risk of tripping from a minimum toe clearance during walking, and an apparatus therefor.
歩行において、片方の足の踵着地からその足の次の踵着地までは１歩行周期と言われ、つま先離地からその足の次の踵着地までは遊脚期と言われる。この遊脚期におけるつま先と地面との距離がつま先クリアランスであり、遊脚中期におけるつま先クリアランスの最小値が最小つま先クリアランスである。最小つま先クリアランスを測定することにより歩行中のつまずきリスクを評価することができる。 In walking, from one foot landing to the next foot landing is said to be one walking cycle, and from the toe landing to the next foot landing is said to be the swing phase. The distance between the toes and the ground in the swing phase is the toe clearance, and the minimum value of the toe clearance in the swing phase is the minimum toe clearance. By measuring the minimum toe clearance, the risk of tripping during walking can be assessed.
従来、つま先クリアランスの測定はモーションキャプチャシステムを用いて行なわれているが、モーションキャプチャシステムは高価であり、測定方法が煩雑である。これに対し、床反力計で測定される左右方向、前後方向、鉛直方向の床反力データを説明変数とし、身長で正規化した最小つま先クリアランスを目的変数として重回帰分析することにより回帰式を得、その回帰式を用いて任意の被験者について床反力データから最小つま先クリアランスを推定し、その推定値を所定の閾値と対比することにより、あるいは推定値のばらつきの大小により、つまずきリスクを評価する方法が提案されている（特許文献１）。 Conventionally, measurement of toe clearance has been performed using a motion capture system, but the motion capture system is expensive and the measurement method is complicated. On the other hand, the regression equation is obtained by performing multiple regression analysis using the floor reaction force data in the left-right direction, the front-rear direction, and the vertical direction measured by the floor reaction force meter as explanatory variables and the minimum toe clearance normalized by height as the objective variable. Using the regression equation, the minimum toe clearance is estimated from the floor reaction force data for any subject, and the estimated risk is compared with a predetermined threshold, or the risk of tripping is determined by the magnitude of the variation in the estimated value. An evaluation method has been proposed (Patent Document 1).
一方、背屈力が低下すると、遊脚期につま先が垂れてつまずきが誘発されることから、腰に加速度計を装着し、一方の足の蹴り出しから他方の足のみで立脚する立脚中期までの腰部における前後方向の平均加速度を求め、その平均加速度と背屈力との関係を得ておき、その関係を用いて任意の被験者について腰部の加速度から背屈力を推定し、つまずきに対して対策を講じることが提案されている（特許文献２） On the other hand, when the dorsiflexion force decreases, the toes hang down during the swing leg period and a stumbling is induced, so the accelerometer is worn on the waist, and from the kicking of one leg to the middle stance stage where only one leg is standing The average acceleration in the anteroposterior direction of the lumbar region of a person is obtained, the relationship between the average acceleration and the dorsiflexion force is obtained, and the dorsiflexion force is estimated from the acceleration of the lumbar region for any subject using that relationship. It has been proposed to take measures (Patent Document 2).
特許文献１に記載の方法では、被験者の歩行の床反力データを得るために、歩行特徴の検査会場などで被験者に床反力計上を歩行してもらうことが必要となる。しかしながら、そうして得た床反力データが、被験者の日常的な歩行特徴を表しているとは限らない。そのため、この方法では、被験者の日常のつまずきリスクを評価することが難しい。 In the method described in Patent Document 1, in order to obtain the floor reaction force data of the walking of the subject, it is necessary to have the subject walk the floor reaction force counting at the walking feature inspection hall or the like. However, the floor reaction force data thus obtained does not necessarily represent the daily walking characteristics of the subject. Therefore, with this method, it is difficult to evaluate the daily trip risk of the subject.
特許文献２に記載の方法では、背屈力を推定するにあたり、腰に装着した加速度計で腰の加速度を測定するので、被験者の日常的な歩行における加速度を測定することができる。しかしながら、この方法は、最小つま先クリアランスを直接的に推定するものはなく、低下によりつまずきが誘発される背屈力を推定する方法であるため、つまずきリスクの評価精度が劣る。
In the method described in
これに対し、本発明の課題は、腰に装着した加速度計を用いて最小つま先クリアランスを正確に推定し、つまずきリスクを評価できるようにすることにある。 On the other hand, an object of the present invention is to accurately estimate the minimum toe clearance using an accelerometer attached to the waist and to evaluate a tripping risk.
本発明者は、腰に装着した加速度計で測定される加速度から導出される加速度パラメータを説明変数として最小つま先クリアランスを重回帰分析により推定するにあたり、１歩行周期内の特定の期間の加速度が最小つま先クリアランスとの関連が強いのではないかとの着想をもとに、測定された加速度の１歩行周期を時間分割し、時間分割した加速度から最小つま先クリアランスと相関の高いものを加速度パラメータとして使用すると、最小つま先クリアランスの推定精度が顕著に向上することを見出し、本発明を想到した。 In estimating the minimum toe clearance by multiple regression analysis using the acceleration parameter derived from the acceleration measured by the accelerometer attached to the waist as an explanatory variable, the inventor has the minimum acceleration during a specific period within one walking cycle. Based on the idea that there is a strong relationship with toe clearance, if one walking cycle of the measured acceleration is time-divided and the one that is highly correlated with the minimum toe clearance is used as the acceleration parameter The inventors have found that the estimation accuracy of the minimum toe clearance is remarkably improved, and have come up with the present invention.
即ち、本発明は、最小つま先クリアランスを目的変数とし、歩行における腰部の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度から導出される加速度パラメータを説明変数に含む回帰式を使用して、任意の被験者の右足又は左足について最小つま先クリアランスを算出し、つまずきリスクを評価するつまずきリスクの評価方法であって、
加速度パラメータとして、最小つま先クリアランスを推定する足について、１歩行周期における立脚期中期の加速度、中期両足支持期の加速度、遊脚期前半の加速度、及び遊脚期後半の加速度から選ばれる加速度を使用するつまずきリスクの評価方法を提供する。
That is, the present invention uses a regression equation that includes, as an explanatory variable, acceleration parameters derived from acceleration in the front / rear direction, left / right direction, and vertical direction of the waist during walking with the minimum toe clearance as an objective variable. A stumbling risk evaluation method for calculating a minimum toe clearance for a right foot or a left foot and evaluating a stumbling risk,
As the acceleration parameter, use the acceleration selected from the mid-stance acceleration during one gait cycle, the acceleration during mid-leg support, the acceleration during the first half of the swing phase, and the acceleration during the second half of the swing phase as the acceleration parameter. Provide a method for assessing stumbling risk.
特に本発明は、上述のつまずきリスクの評価方法において、加速度パラメータとして、１歩行周期における立脚期中期の左右方向の加速度、中期両足支持期の前後方向の加速度、遊脚期前半の前後方向の加速度及び左右方向の加速度、並びに遊脚期後半の前後方向の加速度及び左右方向の加速度を使用する方法や、加速度パラメータとして、さらに、最小つま先クリアランスを推定する足についての踵着地から次の踵着地までの１歩行周期における所定時間間隔の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度の主成分分析により算出される主成分得点であって、実測された最小つま先クリアランスと相関の高い主成分得点を使用する方法を提供する。 In particular, the present invention relates to the above-described stumbling risk evaluation method. As acceleration parameters, the acceleration in the right and left direction in the middle stance phase in one walking cycle, the acceleration in the front and rear direction in the middle support phase, and the acceleration in the front and rear direction in the first half of the swing phase From the landing to the next landing on the foot for estimating the minimum toe clearance as a method of using the acceleration in the left and right direction, the longitudinal acceleration in the second half of the swing leg period and the acceleration in the left and right direction, and the acceleration parameter A principal component score calculated by principal component analysis of acceleration in the front-rear direction, the left-right direction, and the vertical direction at a predetermined time interval in one walking cycle, and using a principal component score highly correlated with the measured minimum toe clearance Provide a method.
また、本発明は、歩行中の被験者の腰部の加速度から最小つま先クリアランスを推定する最小つま先クリアランスの推定装置であって、
被験者に携帯される加速度センサ、及び加速度センサで計測された加速度を用いて最小つま先クリアランスを算出し出力する演算装置を有し、
加速度センサは、歩行中の被験者の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度を測定可能であり、
演算装置は、上述の回帰式を記憶する機能、
最小つま先クリアランスを推定する足について、踵着地から次の踵着値までの１歩行周期の加速度を時間分割して所定の時間間隔の加速度を取得する機能、
該所定時間間隔の加速度から、前記回帰式の加速度パラメータである立脚期中期の加速度、中期両足支持期の加速度、遊脚期前半の加速度、及び遊脚期後半の加速度から選ばれる加速度を抽出する機能、
抽出した加速度を前記回帰式で使用して最小つま先クリアランスを算出する機能、
を有する最小つま先クリアランスの推定装置を提供する。
Further, the present invention is a minimum toe clearance estimation device that estimates the minimum toe clearance from the acceleration of the waist of a subject who is walking,
An acceleration sensor carried by the subject, and an arithmetic unit that calculates and outputs the minimum toe clearance using the acceleration measured by the acceleration sensor;
The acceleration sensor can measure the acceleration in the front-rear direction, the left-right direction and the vertical direction of the subject who is walking,
The arithmetic device has a function of storing the above regression equation,
A function for acquiring acceleration at a predetermined time interval by dividing the acceleration of one walking cycle from the landing position to the next landing value with respect to the foot to estimate the minimum toe clearance,
From the acceleration of the predetermined time interval, an acceleration parameter selected from the acceleration parameters in the regression phase, that is, the acceleration in the middle stance phase, the acceleration in the middle support phase, the acceleration in the first half of the swing phase, and the acceleration in the second half of the swing phase is extracted. function,
A function for calculating the minimum toe clearance using the extracted acceleration in the regression equation,
An apparatus for estimating a minimum toe clearance is provided.
本発明のつまずきリスクの評価方法によれば、歩行における腰の加速度を用いて、簡便に且つ正確に最小つま先クリアランスを推定することができ、推定した最小つま先クリアランスに基づいてつまずきリスクを的確に評価することができる。 According to the stumbling risk evaluation method of the present invention, the minimum toe clearance can be estimated easily and accurately using the hip acceleration in walking, and the stumbling risk is accurately evaluated based on the estimated minimum toe clearance. can do.
また、本発明のつま先クリアランスの推定装置によれば、腰に装着する加速度センサを用いて、本発明のつまずきリスクの評価方法が使用する最小つま先クリアランスの算出方法により最小つま先クリアランスを算出し、出力することができる。 Further, according to the toe clearance estimation apparatus of the present invention, the minimum toe clearance is calculated by the minimum toe clearance calculation method used by the stumbling risk evaluation method of the present invention using the acceleration sensor worn on the waist, and output. can do.
したがって、本発明は、日常生活におけるつまずきリスクを知り、また、つまずき防止策を講じる上で有用となる。 Therefore, the present invention is useful in knowing the stumbling risk in daily life and taking measures for stumbling prevention.
以下、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
＜概要＞
本発明のつまずきリスクの評価方法では、概略、最小つま先クリアランスを目的変数とし、歩行における腰部の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度から導出される加速度パラメータを説明変数に含む回帰式を使用して、任意の被験者の最小つま先クリアランスを算出し、つまずきリスクを評価する。
<Overview>
In the stumbling risk evaluation method of the present invention, an approximate, minimum toe clearance is used as an objective variable, and a regression equation including acceleration parameters derived from acceleration in the front and rear, left and right, and vertical directions of the waist during walking is used as an explanatory variable. Calculating the minimum toe clearance for any subject and assessing the risk of tripping.
ここで、最小つま先クリアランスとは、遊脚中期において最もつま先と地面との距離が近づく際の距離をいう。この最小つま先クリアランスには、その物理量のみならず、身長若しくは体重により、又はその双方の値を用いて標準化したものも含まれる。最小つま先クリアランスは、遊脚中期におけるつま先の高さであるため、身体の質量の影響を受けることが考えられる。そこで最小つま先クリアランスを体重で標準化すると、回帰式による最小つま先クリアランスの推定精度が高めることができる。 Here, the minimum toe clearance refers to the distance at which the distance between the toes and the ground approaches in the middle of the swing leg. This minimum toe clearance includes not only the physical quantity but also a standardized value based on the height and / or weight. Since the minimum toe clearance is the toe height in the middle of the swing leg, it may be affected by the body mass. Therefore, when the minimum toe clearance is standardized by the weight, the estimation accuracy of the minimum toe clearance by the regression equation can be improved.
＜回帰式＞
本発明で使用する回帰式としては最小つま先クリアランスを目的変数とし、加速度パラメータを説明変数に使用して重回帰分析することにより得たものを使用することが好ましい。
<Regression formula>
The regression equation used in the present invention is preferably a regression equation obtained by performing multiple regression analysis using the minimum toe clearance as an objective variable and the acceleration parameter as an explanatory variable.
この回帰式で使用する加速度パラメータは、複数の被験者について測定した、歩行における腰部の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度から導出される。加速度の測定は、各被験者の腰部に装着した３軸加速度センサにより測定することができる。一方、最小つま先クリアランスはモーションキャプチャにより測定することができ、左右の１方向周期ごとに測定される。 The acceleration parameter used in this regression equation is derived from the acceleration in the front / rear direction, the left / right direction, and the vertical direction of the waist during walking measured for a plurality of subjects. The acceleration can be measured by a triaxial acceleration sensor attached to each subject's waist. On the other hand, the minimum toe clearance can be measured by motion capture, and is measured for each period in the left and right directions.
加速度パラメータには、少なくとも、（ａ）最小つま先クリアランスを推定する足について、１歩行周期における立脚期中期の加速度、中期両足支持期の加速度、遊脚期前半の前後方向の加速度、及び遊脚期後半の加速度から選ばれる加速度を含める。 The acceleration parameters include at least (a) the acceleration of the mid-stance phase in one gait cycle, the acceleration of the mid-leg support phase, the acceleration in the front-rear direction in the first half of the swing phase, and the swing phase for the foot for which the minimum toe clearance is estimated Include acceleration selected from the latter half of acceleration.
この他、加速度パラメータとしては、（ｂ）測定された加速度を時間分割して得られる所定時間間隔の加速度を主成分分析して得られる主成分得点であって、最小つま先クリアランスとの相関性が高いものを併用することが好ましい。（ａ）及び（ｂ）の２種の加速度パラメータを使用することにより、最小つまずきリスクの推定精度を顕著に高めることができる。 In addition, as an acceleration parameter, (b) a principal component score obtained by principal component analysis of acceleration at a predetermined time interval obtained by time-dividing the measured acceleration, which has a correlation with the minimum toe clearance. It is preferable to use a higher one in combination. By using the two types of acceleration parameters (a) and (b), the estimation accuracy of the minimum trip risk can be significantly increased.
このうち（ａ）の加速度パラメータとしては、次の（ａ1）〜（ａ6）から選択される加速度を使用することが好ましく、特に（ａ1）〜（ａ6）の全てを使用することが好ましい。
(ａ１)踵着地から次の踵着地までの１歩行周期における立脚期中期の左右方向の加速度、好ましくは、図１に示すように１歩行周期を１００％としたときの時間率（以下、単に時間率という）が２０〜３０％の左右方向の加速度。
（ａ2）１歩行周期における中期両足支持期の前後方向の加速度、好ましくは時間率５０〜６０％の前後方向の加速度。
（ａ3）１歩行周期における遊脚期前半の前後方向の加速度、好ましくは時間率７０〜７５％の前後方向の加速度。
（ａ4）１歩行周期における遊脚期前半の左右方向の加速度、好ましくは時間率７５〜８０％の左右方向の加速度。
（ａ5）１歩行周期における遊脚期後半の前後方向の加速度、好ましくは時間率９０〜９５％の前後方向の加速度。
（ａ6）１歩行周期における遊脚期後半の前後方向の加速度、好ましくは時間率９２〜１００％の左右方向の加速度。
Among these, as the acceleration parameter (a), it is preferable to use an acceleration selected from the following (a1) to (a6), and it is particularly preferable to use all of (a1) to (a6).
(a1) Left-right acceleration in the middle stance phase in one walking cycle from one landing to the next landing, preferably the time rate when the one walking cycle is 100% as shown in FIG. The acceleration in the left-right direction is 20-30%.
(A2) Longitudinal acceleration in the middle bipedal support period in one walking cycle, preferably longitudinal acceleration at a time rate of 50 to 60%.
(A3) Longitudinal acceleration in the first half of the swing phase in one walking cycle, preferably longitudinal acceleration at a time rate of 70 to 75%.
(A4) Left-right acceleration in the first half of the swing leg period in one walking cycle, preferably left-right acceleration at a time rate of 75 to 80%.
(A5) Longitudinal acceleration in the latter half of the swing phase in one walking cycle, preferably longitudinal acceleration at a time rate of 90 to 95%.
(A6) Longitudinal acceleration in the latter half of the swing phase in one walking cycle, preferably lateral acceleration at a time rate of 92 to 100%.
これら（ａ1）〜（ａ6）の加速度は、例えば、右足の最小つま先クリアランスと加速度とを関連づける場合、加速度センサで測定された腰部の前後方向、左右方向又は鉛直方向の加速度において右足の着床に伴う鉛直方向の加速度の極値に基づいて１歩行周期を切り出し、その右足の１歩行周期の加速度を時間分割して所定時間間隔の加速度とし、所定時間間隔の加速度とその１歩行周期における最小つま先クリアランスとの相関係数を多数の被験者から求めた場合に、相関係数が好ましくは０．２５以上、より好ましくは０．４以上となる時間率の加速度である。 These accelerations (a1) to (a6) are related to the right foot landing in the front-rear direction, the left-right direction, or the vertical direction acceleration measured by the acceleration sensor, for example, when the minimum toe clearance of the right foot is associated with the acceleration. Based on the extreme value of the vertical acceleration that accompanies, one walking cycle is cut out, and the acceleration of one walking cycle of the right foot is time-divided to obtain an acceleration of a predetermined time interval, and the acceleration of the predetermined time interval and the minimum toe in the one walking cycle When the correlation coefficient with the clearance is obtained from a large number of subjects, the time rate acceleration is such that the correlation coefficient is preferably 0.25 or more, more preferably 0.4 or more.
なお、（ａ1）〜（ａ6）の加速度を定めるにあたり、１歩行周期を時間分割した所定時間間隔の加速度とその１歩行周期における最小つま先クリアランスとの相関性を調べるときに、各被験者の歩行から１歩行周期を所定数切り出して各歩行周期の所定時間間隔の加速度と最小つま先クリアランスとの相関係数を算出してもよく、切り出した複数の１歩行周期の加速度から平均化した１歩行周期の加速度と平均化した最小つま先クリアランスを算出し、平均化した１歩行周期の加速度を時間分割した所定時間間隔の加速度と平均化した最小つま先クリアランスとの相関係数を算出してもよい。最小つま先クリアランスのばらつきを重視する点からは前者が好ましい。 When determining the acceleration of (a1) to (a6), when examining the correlation between the acceleration of a predetermined time interval obtained by dividing one walking cycle and the minimum toe clearance in one walking cycle, A predetermined number of one walking cycle may be cut out to calculate a correlation coefficient between the acceleration at a predetermined time interval of each walking cycle and the minimum toe clearance, and one walking cycle averaged from a plurality of cut out accelerations of one walking cycle may be calculated. The acceleration and the averaged minimum toe clearance may be calculated, and the correlation coefficient between the acceleration of a predetermined time interval obtained by time-dividing the averaged acceleration of one walking cycle and the averaged minimum toe clearance may be calculated. The former is preferable from the viewpoint of emphasizing variation in the minimum toe clearance.
１歩行周期の加速度データの時間分割においては、その分割の間隔が長すぎると最小つま先クリアランスの推定精度が低下し、短すぎると計算量が増大するので５ｍ秒以上１５ｍ秒以下の所定間隔で分割することが好ましい。 In the time division of acceleration data of one walking cycle, if the interval of the division is too long, the accuracy of estimation of the minimum toe clearance decreases, and if it is too short, the calculation amount increases, so the division is performed at a predetermined interval of 5 ms to 15 ms. It is preferable to do.
また、（ａ1）〜（ａ6）の加速度としては、それぞれの時間率の範囲の加速度のいずれかを代表値として使用してもよく、その時間率の範囲の加速度の平均を使用してもよい。 Further, as the accelerations of (a1) to (a6), any one of the accelerations in the respective time rate ranges may be used as a representative value, or the average of the accelerations in the time rate range may be used. .
（ａ）の加速度パラメータとして、（ａ1）〜（ａ6）の時間率の範囲の、左右方向の加速度、前後方向の加速度、鉛直方向の加速度を合成したものを使用してもよい。 As the acceleration parameter of (a), a combination of lateral acceleration, longitudinal acceleration, and vertical acceleration in the time ratio range of (a1) to (a6) may be used.
（ａ）の加速度パラメータとして、（ａ1）〜（ａ6）の時間率の範囲の左右方向の加速度、前後方向の加速度、鉛直方向の加速度又はこれらを合成したの加速度を、身長、体重又は身長と体重の双方により標準化した加速度を使用してもよい。 As the acceleration parameter of (a), the lateral acceleration, the longitudinal acceleration, the vertical acceleration, or the acceleration obtained by combining these in the time ratio range of (a1) to (a6) is defined as height, weight or height. Acceleration normalized by both body weights may be used.
一方、（ｂ）の主成分得点からなる加速度パラメータとしては、前記複数の被験者について測定した前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度を時間分割し、それにより得られる前後方向、左右方向及び鉛直方向の所定時間間隔の加速度を主成分分析して主成分得点を算出し、各主成分得点と、最小つま先クリアランスを推定する側の足の最小つま先クリアランスの測定値との相関性を調べ、相関係数の高い主成分得点を使用する。好ましくは、最小つま先クリアランスの測定値に対して相関係数が０．２５以上の主成分得点を１又は複数個使用する。 On the other hand, as an acceleration parameter composed of the principal component score of (b), the longitudinal, lateral and vertical accelerations measured for the plurality of subjects are time-divided, and the longitudinal, horizontal and vertical directions obtained thereby are obtained. Principal component analysis is performed by calculating the principal component analysis of the acceleration at a predetermined time interval, and the correlation between each principal component score and the measured value of the minimum toe clearance of the foot on which the minimum toe clearance is estimated is investigated. Use a high number of principal component scores. Preferably, one or a plurality of principal component scores having a correlation coefficient of 0.25 or more with respect to the measured value of the minimum toe clearance are used.
（ｂ）の主成分得点からなる加速度パラメータを得るにあたり、所定時間間隔の加速度は、（ａ）の加速度パラメータを得る場合と同様に１歩行周期の加速度データを切り出し、それを時間分割することにより得ることができる。 In obtaining the acceleration parameter consisting of the principal component score of (b), the acceleration at a predetermined time interval is obtained by cutting out acceleration data of one walking cycle and dividing it into time as in the case of obtaining the acceleration parameter of (a). Can be obtained.
本発明においては、最小つま先クリアランスを推定する回帰式の説明変数として、上述の（ａ）の加速度パラメータ、好ましくは（ａ）及び（ｂ）の加速度パラメータに加えて、被験者の年齢、性別、身長、体重、ＢＭＩ、等から選ばれる属性パラメータを使用することがより好ましい。言い換えると、本発明で使用する回帰式は、上述の（ａ）及び（ｂ）の加速度パラメータと、必要に応じて属性パラメータを説明変数とし、最小つま先クリアランスを目的変数として重回帰分析することにより得たものが好ましい。重回帰分析では、説明変数とする（ａ）及び（ｂ）の加速度パラメータ、並びに属性パラメータをステップワイズ法により選択することが好ましい。 In the present invention, as an explanatory variable of the regression equation for estimating the minimum toe clearance, in addition to the acceleration parameter (a) described above, preferably (a) and (b), the subject's age, sex, height More preferably, attribute parameters selected from weight, BMI, etc. are used. In other words, the regression equation used in the present invention is obtained by performing multiple regression analysis using the acceleration parameters (a) and (b) described above and, if necessary, attribute parameters as explanatory variables and the minimum toe clearance as an objective variable. What is obtained is preferred. In the multiple regression analysis, it is preferable to select the acceleration parameters (a) and (b) and the attribute parameters as explanatory variables by the stepwise method.
＜回帰式を用いた最小つま先クリアランスの算出＞
任意の被験者の最小つま先クリアランスは、その被験者の歩行における腰部の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度を測定し、回帰式の説明変数である加速度パラメータを得、その加速度パラメータを上述の回帰式で用いることにより算出する。こうして算出した最小つま先クリアランスを被験者の最小つま先クリアランスの推定値とする。
<Calculation of minimum toe clearance using regression equation>
The minimum toe clearance of any subject is measured by measuring the acceleration in the front / rear direction, left / right direction, and vertical direction of the waist during walking of the subject, obtaining an acceleration parameter that is an explanatory variable of the regression equation, and calculating the acceleration parameter as the above regression equation It is calculated by using. The calculated minimum toe clearance is used as an estimated value of the minimum toe clearance of the subject.
より具体的には、例えば右足の最小つま先クリアランスを算出する場合、測定された腰部の加速度から１歩行周期を、右足の着床に伴う鉛直方向の加速度の極値により切り出し、１歩行周期毎にそれを時間分割して所定時間間隔の加速度を求め、所定時間間隔の加速度から少なくとも（ａ）の加速度パラメータ、好ましくは（ａ）及び（ｂ）の加速度パラメータを求め、１歩行周期毎の最小つま先クリアランスを算出することが好ましい。これにより最小つま先クリアランスのばらつきをみることができる。 More specifically, for example, when calculating the minimum toe clearance of the right foot, one walking cycle is cut out from the measured acceleration of the lumbar region by the extreme value of the acceleration in the vertical direction accompanying the landing of the right foot. Time-divided to obtain acceleration at predetermined time intervals, and at least acceleration parameters (a), preferably acceleration parameters (a) and (b), are obtained from the acceleration at predetermined time intervals, and the minimum toe for each walking cycle It is preferable to calculate the clearance. Thereby, the variation of the minimum toe clearance can be seen.
一方、（ａ）及び（ｂ）の加速度パラメータを求めるにあたり、切り出した複数の１歩行周期の加速度から平均化した１歩行周期の加速度を求め、その平均化した１歩行周囲の加速度を時間分割して所定時間間隔の加速度を求め、所定時間間隔の加速度から（ａ）及び（ｂ）の加速度パラメータを求めてもよい。こうして得た加速度パラメータを用いて回帰式から算出した最小つま先クリアランスは、複数の歩行周期における最小つま先クリアランスの平均といえる。最小つま先クリアランスのばらつきを重視する点からは、切り出した１歩行周期ごとに最小つま先クリアランスを求めることが好ましい。 On the other hand, in obtaining the acceleration parameters of (a) and (b), the acceleration of one walking cycle averaged from the extracted accelerations of one walking cycle is obtained, and the averaged acceleration around one walking is time-divided. Then, the acceleration at a predetermined time interval may be obtained, and the acceleration parameters (a) and (b) may be obtained from the acceleration at the predetermined time interval. The minimum toe clearance calculated from the regression equation using the acceleration parameter thus obtained can be said to be the average of the minimum toe clearance in a plurality of walking cycles. From the point of emphasizing the variation in the minimum toe clearance, it is preferable to obtain the minimum toe clearance for each cut out walking cycle.
こうして得た最小つま先クリアランスの推定値は、それを算出する回帰式の説明変数として少なくとも（ａ）の加速度パラメータが使用されているので最小つま先クリアランスの推定精度が高く、特に（ａ）及び（ｂ）の２種の加速度パラメータを使用した場合には、（ａ）、（ｂ）いずれかの加速度パラメータが説明変数である場合に比して、最小つま先クリアランスの推定精度が顕著に向上し、最小つま先クリアランスの推定値と実測値との相関の程度を表す決定係数を０．４以上とすることができる。
したがって、本発明によれば、最小つま先クリアランスの推定値に基づいてつまずきリスクを評価することができる。
The estimated value of the minimum toe clearance thus obtained has high accuracy in estimating the minimum toe clearance since at least the acceleration parameter (a) is used as an explanatory variable of the regression equation for calculating the estimated value of the minimum toe clearance. When the two types of acceleration parameters are used, the estimation accuracy of the minimum toe clearance is remarkably improved as compared with the case where either of the acceleration parameters (a) and (b) is an explanatory variable. A determination coefficient representing the degree of correlation between the estimated value of the toe clearance and the actual measurement value can be set to 0.4 or more.
Therefore, according to the present invention, the risk of tripping can be evaluated based on the estimated value of the minimum toe clearance.
＜つまずきリスクの評価＞
最小つま先クリアランスに基づいてつまずきリスクを評価する方法の具体的な態様としては、例えば、最小つま先クリアランスとつまずき易さとの関係を予め調べ、つまずき易さを段階的に評価する場合の最小つま先クリアランスの閾値を設定し、その閾値に対して任意の被験者の最小つま先クリアランスの推定値を比較することによりその被験者のつまずき易さを段階的に評価することができる。
<Evaluation of stumbling risk>
As a specific aspect of the method for evaluating the trip risk based on the minimum toe clearance, for example, the relationship between the minimum toe clearance and the tripping ease is examined in advance, and the minimum toe clearance in the case of evaluating the tripping ease step by step is described. By setting a threshold value and comparing the estimated value of the minimum toe clearance of an arbitrary subject with the threshold value, the ease of tripping of the subject can be evaluated in stages.
所定の時間帯ごとに、最小つま先クリアランスの平均を算出し、時間帯毎につまずきリスクを対比できるようにしてもよい。最小つま先クリアランスの平均として、当該時間帯の歩行の１歩行周期ごとの最小つま先クリアランスの積算値を当該時間帯の歩行のストライド数（即ち、歩数）で割ったものを使用することができる。 An average of the minimum toe clearance may be calculated for each predetermined time period so that the risk of tripping can be compared for each time period. As an average of the minimum toe clearance, a value obtained by dividing the integrated value of the minimum toe clearance for each walking cycle of walking in the time zone by the number of strides (that is, the number of steps) of walking in the time zone can be used.
また、最小つま先クリアランスのばらつきが大きいとつまずき易いことが知られていることから、所定の時間帯ごとに最小つま先クリアランスのばらつきを算出し、そのばらつきに基づいてつまずきリスクを評価してもよい。このばらつきとしては、標準偏差、分散などを使用することができる。 Further, since it is known that a stumbling is likely to occur when the variation in the minimum toe clearance is large, the variation in the minimum toe clearance may be calculated for each predetermined time zone, and the stumbling risk may be evaluated based on the variation. As this variation, standard deviation, variance, or the like can be used.
所定の時間帯ごとに最小つま先クリアランス又はそのばらつきがわかることにより、例えば、被験者に歩き方のアドバイスをする者が、被験者に１日のうちの時間帯に応じたアドバイスを提供することが可能となる。 By knowing the minimum toe clearance or its variation for each predetermined time zone, for example, a person who gives advice on how to walk to the subject can provide the subject with advice according to the time zone of the day. Become.
＜最小つま先クリアランスの推定装置＞
任意の被験者について、腰部の加速度の測定から最小つま先クリアランスを推定する最小つま先クリアランスの推定装置としては、日常の歩行における最小つま先クリアランスを推定できるように、日常生活において携帯可能な装置であることが好ましい。
<Minimum toe clearance estimation device>
For any subject, the minimum toe clearance estimation device that estimates the minimum toe clearance from the measurement of lumbar acceleration should be a portable device in daily life so that the minimum toe clearance can be estimated in daily walking. preferable.
そこで、本発明の最小つま先クリアランスの推定装置は、被験者に携帯される加速度センサ、及び加速度センサで計測された加速度を用いて最小つま先クリアランスを算出し出力する演算装置を備え、さらに必要に応じて算出したつま先クリアランスを表示するディスプレイを備える。なお、演算装置が算出した最小つま先クリアランスは、携帯電話、プリンタ等に出力できるようにしてもよい。 Therefore, the minimum toe clearance estimation apparatus of the present invention includes an acceleration sensor carried by the subject, and an arithmetic unit that calculates and outputs the minimum toe clearance using the acceleration measured by the acceleration sensor, and further, if necessary. A display for displaying the calculated toe clearance is provided. The minimum toe clearance calculated by the arithmetic unit may be output to a mobile phone, a printer, or the like.
この装置において加速度センサとしては、歩行中の被験者の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度を測定可能なものを使用する。このような加速度センサとしては、ＸＹＺの３軸の加速度波形を抽出することのできる携帯端末をあげることができる。 In this apparatus, an acceleration sensor that can measure the acceleration in the front-rear direction, the left-right direction, and the vertical direction of a subject who is walking is used. An example of such an acceleration sensor is a portable terminal capable of extracting XYZ triaxial acceleration waveforms.
演算装置は、最小つま先クリアランスを算出する前述の回帰式を記憶する機能、
左右の足のうち最小つま先クリアランスを推定する足について、踵着地から次の踵着値までの１歩行周期の加速度を時間分割して所定の時間間隔の加速度を取得する機能、
該所定時間間隔の加速度から、前記回帰式の加速度パラメータである所定の時間率の範囲の加速度を抽出する機能、
抽出した加速度と算出した主成分得点を前記回帰式で使用して最小つま先クリアランスを算出し、最小つま先クリアランスの推定値として出力する機能を有する。
The arithmetic unit has a function of storing the above regression equation for calculating the minimum toe clearance,
A function of acquiring the acceleration at a predetermined time interval by dividing the acceleration of one walking cycle from the landing position to the next landing value with respect to the foot that estimates the minimum toe clearance among the left and right legs,
A function of extracting acceleration within a range of a predetermined time rate, which is an acceleration parameter of the regression equation, from the acceleration at the predetermined time interval;
Using the extracted acceleration and the calculated principal component score in the regression equation, a minimum toe clearance is calculated and output as an estimated value of the minimum toe clearance.
これらの機能に加えて、演算装置は、所定の時間率の願意の所定方向の加速度を抽出する機能と、所定時間間隔の加速度を用いて回帰式の加速度パラメータである主成分得点を算出する機能も有することが好ましい。 In addition to these functions, the arithmetic unit has a function of extracting acceleration in a predetermined direction at a predetermined time rate, and a function of calculating a principal component score which is an acceleration parameter of a regression equation using acceleration at a predetermined time interval. It is preferable to have also.
このうち、所定の時間間隔の加速度を取得する機能の具体的態様としては、加速度センサで測定された前後方向、左右方向又は鉛直方向のそれぞれの加速度から１歩行周期の加速度を複数切り出し、切り出した各歩行周期ごとに加速度を時間分割して所定時間間隔の加速度を取得するものが好ましい。また、複数の歩行周期の加速度から平均化した１歩行周期の加速度を算出し、平均化した１歩行周期の加速度から所定時間間隔の加速度を取得できるようにしてもよい。 Among these, as a specific aspect of the function of acquiring acceleration at a predetermined time interval, a plurality of accelerations in one walking cycle are cut out from the respective accelerations in the front-rear direction, the left-right direction, and the vertical direction measured by the acceleration sensor. What acquires the acceleration of a predetermined time interval by time-dividing an acceleration for every walking period is preferable. Moreover, the acceleration of 1 walk cycle averaged from the acceleration of several walk cycles may be calculated, and the acceleration of a predetermined time interval may be acquired from the averaged acceleration of 1 walk cycle.
また、前後方向、左右方向及び鉛直方向という成分ごとの加速度ではなく、３方向を一括してベクトルとし、そのベクトルの大きさを加速度パラメータとして使用できるようにしてもよい Further, instead of the acceleration for each component of the front-rear direction, the left-right direction, and the vertical direction, the three directions may be collectively used as a vector, and the magnitude of the vector may be used as an acceleration parameter.
演算装置に、所定の時間帯における歩行の最小つま先クリアランスの平均やばらつきを算出する機能をもうけ、それらが出力されるようにしてもよい。 The arithmetic device may be provided with a function of calculating an average or variation of the minimum toe clearance of walking in a predetermined time zone, and these may be output.
また、演算装置に、回帰式を用いて算出した最小つま先クリアランス、最小つま先クリアランスの平均、又は最小つま先クリアランスのばらつきに基づいてつまずきリスクを評価する機能をもたせ、評価結果が出力されるようにしてもよい。即ち、この機能により、前述のつまずきリスクの評価方法が実施されるようにしてもよい。 In addition, the arithmetic unit is provided with a function for evaluating the trip risk based on the minimum toe clearance calculated using the regression equation, the average of the minimum toe clearance, or the variation of the minimum toe clearance so that the evaluation result is output. Also good. In other words, the above-described stumbling risk evaluation method may be implemented by this function.
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
実施例１
（１）回帰式の取得
歩行時に痛みがない自力で歩行可能な２０歳から７３歳の男女１３３名（男性７４名、女性５９名）を被験者とした。被験者には、前日の過度な運動と飲酒を控えるように指示した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples.
Example 1
(1) Acquisition of regression equation The subjects were 133 men and women (74 men and 59 women) aged 20 to 73 who can walk on their own without pain during walking. Subjects were instructed to refrain from excessive exercise and drinking the previous day.
被験者の腰の前後方向、左右方向、及び鉛直方向の加速度を測定するために、被験者の腰に反射マーカを取り付け、各時間帯の歩行におけるマーカの位置をモーションキャプチャシステム（Vicon社製のVicon MXシステム、Vicon Nexus）で計測することにより、腰の位置情報をもとに加速度を算出した。 In order to measure the acceleration of the subject's waist in the front-back direction, the left-right direction, and the vertical direction, a reflective marker is attached to the subject's waist, and the motion capture system (Vicon MX manufactured by Vicon) By measuring with the system, Vicon Nexus, acceleration was calculated based on waist position information.
回帰式を得るモデル構築のための前処理は以下の手順で行った。
1）計測された全被験者のマーカ座標の生データに４次のButterworthローパスフィルタをかけノイズを除去した。カットオフ周波数は１０Ｈｚとした。
2）腰（仙骨部）の３軸の加速度を抽出した。加速度は、マーカ座標を２回微分することで取得した。
Preprocessing for model construction to obtain a regression equation was performed according to the following procedure.
1) Noise was removed by applying a 4th order Butterworth low-pass filter to the measured raw data of the marker coordinates of all subjects. The cut-off frequency was 10 Hz.
2) Triaxial acceleration of the waist (sacrum) was extracted. The acceleration was obtained by differentiating the marker coordinates twice.
測定した３軸方向の加速度から１歩行周期を右足の着床に伴う鉛直方向の加速度の極値により切り出し、その１歩行周期の加速度を１０１等分（約１０ｍ秒間隔）に分割することで合計３０３(時間率０〜１００％）の加速度成分を得た。３軸方向の加速度成分について多変量解析手法の一つである分散共分散行列を用いた主成分分析を行うことで、合計２６の加速度主成分を抽出し、加速度主成分ごとに加速度の数値と主成分得点係数を掛け合わせ、それらの和をとることにより主成分得点を算出した。 One walk cycle is extracted from the measured acceleration in three axes by the extreme value of the acceleration in the vertical direction associated with the landing of the right foot, and the sum of the one walk cycle acceleration is divided into 101 equal parts (approximately 10 ms intervals). An acceleration component of 303 (0-100% time rate) was obtained. By performing principal component analysis using the variance-covariance matrix, which is one of the multivariate analysis methods, for the acceleration components in the three-axis directions, a total of 26 acceleration principal components are extracted. The principal component score was calculated by multiplying the principal component score coefficients and taking their sum.
また、同じ被験者の右足の第１中足骨に反射マーカを取り付け、各時間帯の歩行におけるマーカの位置をモーションキャプチャシステム（Vicon社製のVicon MXシステム、Vicon Nexus）で計測することにより、１歩行周期の最小つま先クリアランスを測定した。 In addition, a reflective marker is attached to the first metatarsal bone of the right foot of the same subject, and the position of the marker during walking in each time zone is measured with a motion capture system (Vicon MX system, Vicon Nexus). The minimum toe clearance of the walking cycle was measured.
各加速度主成分の主成分得点と、最小つま先クリアランスとの相関性を調べ、相関性の高い第２１主成分と第２４主成分を抽出した。図２に、第２１主成分得点と最小つま先クリアランスとの関係を示し、図３に第２４主成分得点と最小つま先クリアランスとの関係を示す。 The correlation between the principal component score of each acceleration principal component and the minimum toe clearance was examined, and the 21st and 24th principal components having high correlation were extracted. FIG. 2 shows the relationship between the 21st principal component score and the minimum toe clearance, and FIG. 3 shows the relationship between the 24th principal component score and the minimum toe clearance.
一方、３０３の加速度成分のそれぞれについて、最小つま先クリアランスの測定値との相関性を調べ、相関係数が０．２５以上となる時間率の加速度成分を選択した。 On the other hand, for each of the 303 acceleration components, the correlation with the measured value of the minimum toe clearance was examined, and an acceleration component having a time rate with a correlation coefficient of 0.25 or more was selected.
また、各被験者の性別に、平均０、分散１となる標準化した数値を与えた。 In addition, a standardized numerical value with an average of 0 and a variance of 1 was given for each subject's sex.
最小つま先クリアランスを目的変数とし、各被験者の性別、上述の相関係数が０．２５以上の加速度成分、第２１主成分得点及び第２４主成分得点を説明変数として重回帰分析（ステップワイズ法）を行い、次の回帰式を得た。式中、Ｘt%は左右方向の時間率ｔ％の加速度を表し、Ｙt%は前後方向の時間率ｔ％の加速度を表す。 Multiple regression analysis (stepwise method) with minimum toe clearance as objective variable, gender of each subject, acceleration component with above correlation coefficient of 0.25 or more, 21st principal component score and 24th principal component score as explanatory variables And the following regression equation was obtained. In the equation, Xt% represents the acceleration at the time rate t% in the left-right direction, and Yt% represents the acceleration at the time rate t% in the front-rear direction.
最小つま先クリアランス（ｃｍ）
＝4.464＋(性別)×0.367＋(Ｘ24％)×(-0.018)＋(Ｙ53％)×(-0.018)＋(Ｙ71％)×(-0.017)＋(Ｘ77％)×(-0.042)＋(Ｙ94％)×(0.007)＋(Ｘ95％)×(-0.019)＋(第２１主成分得点)×(0.056)＋（第２４主成分得点）×(-0.054)
Minimum toe clearance (cm)
= 4.464+ (gender) × 0.367 + (X24%) × (−0.018) + (Y53%) × (−0.018) + (Y71%) × (−0.017) + (X77%) × (−0.042) + ( Y94%) x (0.007) + (X95%) x (-0.019) + (21st principal component score) x (0.056) + (24th principal component score) x (-0.054)
この回帰式より算出された最小つま先クリアランスの推定値と最小つま先クリアランスの測定値との関係を図４に示す。これらの相関の程度を示す決定係数Ｒ2は０．４２１であり、この回帰式による最小つま先クリアランスの推定精度が高いことがわかる。 FIG. 4 shows the relationship between the estimated value of the minimum toe clearance calculated from this regression equation and the measured value of the minimum toe clearance. The determination coefficient R 2 indicating the degree of these correlations is 0.421, and it can be seen that the estimation accuracy of the minimum toe clearance based on this regression equation is high.
（２）時間帯毎の最小つま先クリアランスの推定
回帰式の取得に関わらなかった自力で歩行が可能な２８歳の男性を被験者とし、この被験者の日常生活での０時〜３時、３時〜６時、６時〜９時、９時〜１２時、１２時〜１５時、１５時〜１８時、１８時〜２１時、２１時〜２４時の時間帯ごとに加速度の計測が可能であったストライド数の歩行について、Ｘ（左右方向）、Ｙ（前後方向）、Ｚ（鉛直方向）の加速度を測定した。なお、０時〜３時は、０時以降３時前までを意味する。他の時間帯についても同様である。
(2) Estimating the minimum toe clearance for each time zone A 28-year-old man who can walk on his own without being involved in the acquisition of a regression equation was used as a test subject. Acceleration can be measured every time zone from 6 o'clock, 6 o'clock to 9 o'clock, 9 o'clock to 12 o'clock, 12 o'clock to 15 o'clock, 15 o'clock to 18 o'clock, 18 o'clock to 21 o'clock, 21 o'clock to 24 o'clock. In addition, the acceleration of X (left-right direction), Y (front-back direction), and Z (vertical direction) was measured for walking with the number of strides. In addition, from 0:00 to 3 o'clock means from 0:00 to 3 o'clock. The same applies to other time zones.
時間帯ごとに、測定した加速度から１歩行周期を切り出し、各歩行周期を１０１等分して時間率０〜１００％の加速度成分を求め、その加速度成分を使用して上述の回帰式から最小つま先クリアランス（ＭＴＣ）を算出し、時間帯ごとのストライド数における積算値を求め、積算値を時間帯ごとのストライド数で割ることにより最小つま先クリアランス（ＭＴＣ）の平均値を求めた。また、時間帯ごとの最小つま先クリアランスのばらつきをみるため、最小つま先クリアランス（ＭＴＣ）の標準偏差を求めた。結果を表１に示す。 For each time zone, one walking cycle is cut out from the measured acceleration, each walking cycle is divided into 101 equal parts to obtain an acceleration component with a time rate of 0 to 100%, and the acceleration component is used to calculate the minimum toe from the above regression equation. The clearance (MTC) was calculated, the integrated value for the number of strides for each time zone was determined, and the average value of the minimum toe clearance (MTC) was determined by dividing the integrated value by the number of strides for each time zone. Further, in order to see the variation of the minimum toe clearance for each time zone, the standard deviation of the minimum toe clearance (MTC) was obtained. The results are shown in Table 1.
表１の結果から、時間帯ごとに最小つま先クリアランスの推定値が異なり、つまずきリスクが異なることから、時間帯毎につまずき予防のためのアドバイスを変えることの有用性がわかる。例えば、今回加速度計測を行った被験者は６時から９時の間と、１８時から２１時の間で最小つま先クリアランスの推定値が日中よりも高い値となった。これは、出勤、帰宅時において通常よりも速歩で歩いているためであると考えられる。一方で、帰宅時である１８時から２１時の間では最も最小つま先クリアランスの標準偏差が高い。これは帰宅時に最もつまずきリスクが増加していることを意味しており、この時間帯でのつまずきリスクを予防する施策を提示することが重要である。 From the results in Table 1, since the estimated value of the minimum toe clearance is different for each time zone and the tripping risk is different, the usefulness of changing the advice for preventing tripping for each time zone can be seen. For example, in the subject who performed acceleration measurement this time, the estimated value of the minimum toe clearance was higher than that during the day between 6 o'clock and 9 o'clock and between 18 o'clock and 21 o'clock. This is thought to be due to walking faster than usual when going to work or returning home. On the other hand, the standard deviation of the minimum toe clearance is highest between 18:00 and 21:00 when returning home. This means that the risk of stumbling has increased most when returning home, and it is important to present measures to prevent stumbling risk during this time period.
（３）個別の被験者における最小つま先クリアランスの推定精度
（２）の被験者の最小つま先クリアランスを（１）と同様にして１２時から１５時に測定した。その結果、（２）の推定値は３．７０ｃｍであったのに対し、日常生活における最小つま先クリアランスの実測値は３．７３ｃｍであり、推定精度の高いことが確認できた。
(3) Estimated accuracy of minimum toe clearance in individual subjects The minimum toe clearance of subjects in (2) was measured from 12:00 to 15:00 in the same manner as (1). As a result, the estimated value of (2) was 3.70 cm, whereas the measured value of the minimum toe clearance in daily life was 3.73 cm, confirming that the estimation accuracy was high.
比較例１
（１）の重回帰分析において、説明変数として、主成分得点を使用せず、各被験者の性別及び相関係数が０．２５以上の加速度成分だけを使用する以外は実施例１と同様にして次の回帰式を求めた。式中、Ｘt%は左右方向の時間率ｔ％の加速度を表し、Ｙt%は前後方向の時間率ｔ％の加速度を表し、Ｚt%は鉛直方向の時間率ｔ％の加速度を表す。
Comparative Example 1
In the multiple regression analysis of (1), the principal component score is not used as an explanatory variable, and only the acceleration component having a gender and a correlation coefficient of 0.25 or more is used as the explanatory variable. The following regression equation was obtained. In the equation, Xt% represents the acceleration at the time rate t% in the left-right direction, Yt% represents the acceleration at the time rate t% in the front-rear direction, and Zt% represents the acceleration at the time rate t% in the vertical direction.
最小つま先クリアランス（ｃｍ）
＝4.617＋(性別)×0.331＋(Ｚ58％)×(0.009)＋(Ｙ64％)×(-0.067)＋(Ｙ65％)×(0.173)＋(Ｙ66％)×(-0.104)＋(Ｘ84％)×(-0.021)＋(Ｘ85％)×(0.04)＋(Ｙ92％)×(-0.092)＋(Ｙ93％)×(0.205)＋(Ｙ94％)×(-0.1)＋(Ｘ95％)×(-0.29)＋(Ｘ96％)×(0.521)＋(Ｘ97％)×(-0.272)
Minimum toe clearance (cm)
= 4.617 + (sex) x 0.331 + (Z58%) x (0.009) + (Y64%) x (-0.067) + (Y65%) x (0.173) + (Y66%) x (-0.104) + (X84% ) X (-0.021) + (X85%) x (0.04) + (Y92%) x (-0.092) + (Y93%) x (0.205) + (Y94%) x (-0.1) + (X95%) x (-0.29) + (X96%) x (0.521) + (X97%) x (-0.272)
この回帰式より算出された最小つま先クリアランスの推定値と最小つま先クリアランスの測定値との関係を図５に示す。これらの相関の程度を表す決定係数Ｒ2は０．３３６であり、実施例１に比して比較例１の回帰式による最小つま先クリアランスの推定精度が低いことがわかる。 FIG. 5 shows the relationship between the estimated value of the minimum toe clearance calculated from this regression equation and the measured value of the minimum toe clearance. The determination coefficient R 2 representing the degree of these correlations is 0.336, and it can be seen that the estimation accuracy of the minimum toe clearance according to the regression equation of Comparative Example 1 is lower than that of Example 1.
実施例２
（１）回帰式の取得
歩行時に痛みがない自力で歩行可能な２０歳から７７歳の健常成人１２０名分（男性６３名、女性５７名）を被験者とした。被験者らは歩行動作に影響を与えるような傷害歴や疾病歴などを負っていない健常成人であり、計測時には痛みなどを訴えることなく歩行補助具や装具などを用いずに２足で歩行できる者であった。
Example 2
(1) Acquisition of regression equation The subjects were 120 healthy adults (63 men and 57 women) aged 20 to 77 who can walk on their own without pain during walking. The subjects are healthy adults who have no history of injury or illness that may affect walking behavior, and who can walk with two feet without using pain aids or braces without complaining of pain during measurement. Met.
１０ｍほどの直線歩行が可能な、タイルカーペットが敷かれた実験室で次のように歩行計測を行った。 Walking measurement was performed as follows in a laboratory where tile carpet was laid, allowing a straight walk of about 10 m.
モーションキャプチャシステム（Vicon社製のVicon MXシステム、Vicon Nexus）を用いて、被験者体表面に貼付した計５７点のマーカ座標を２００Ｈｚで計測した。マーカの貼付位置はHelen Hayesマーカセットを基準とした。被験者らは、歩行路を裸足で端から端までまっすぐ歩行した。歩行時の速度や歩幅、視線などに関しては特に規定せず、普段通り歩行するよう指示した。各試行の開始は実験者が口頭で合図した。計測は、被験者の疲労を考慮しつつ、最低５試行計測した。 Using a motion capture system (Vicon MX system, Vicon Nexus manufactured by Vicon), a total of 57 marker coordinates attached to the surface of the subject were measured at 200 Hz. The marker position was based on the Helen Hayes marker set. The subjects walked straight across the walking path barefoot from end to end. The speed, stride, line of sight, etc. during walking were not specified, and instructions were given to walk as usual. The start of each trial was verbally signaled by the experimenter. The measurement was performed at least 5 trials in consideration of the subject's fatigue.
回帰式を得るモデル構築のための前処理として、ノイズ除去と、腰（仙骨部）の３軸の加速度の抽出を実施例１と同様に行った。また、マーカ座標から取得した腰の３軸の加速度に重力の成分を加えることにより加速度ベクトルの大きさを算出した。 As pre-processing for model construction for obtaining a regression equation, noise removal and three-axis acceleration extraction of the waist (sacrum) were performed in the same manner as in Example 1. Further, the magnitude of the acceleration vector was calculated by adding a gravity component to the three-axis acceleration of the hips acquired from the marker coordinates.
算出された加速度ベクトルの大きさの波形から一歩行周期分のデータを切り出し、一歩行周期を１００等分（時間率０〜１００％）することで時間正規化した。また、加速度に関しては、正規化していない加速度成分１０１個、体重で正規化した加速度成分１０１個、身長で正規化した加速度成分１０１個の計３０３個の成分をあらかじめ算出した。以上のことから１試行分のデータとして、最小つま先クリアランスの測定値一個と、腰の加速度ベクトルの大きさ３０３個を得た。
Data for one walking cycle was cut out from the calculated acceleration vector magnitude waveform, and time normalization was performed by dividing one walking cycle into 100 equal parts (
健常成人１２０名×５試行分、計６００試行分のデータを用いて腰の加速度ベクトルの大きさから最小つま先クリアランスを推定するモデルを構築した。その際１２０名の被験者を、年齢や性別が等質となるように２群（Ａ群６０名とＢ群６０名）とし、「モデル構築群」と「モデル評価群」として分類した。最小つま先クリアランスは、遊脚中期におけるつま先の高さであるため、身体の質量の影響を受けることが考えられる。一方、骨盤は身体の重心が近いこともあり、腰の加速度は身体の質量の影響を受けにくいと考えられる。そこで最小つま先クリアランスについては体重で正規化し、体重の影響を取り除いた。 A model for estimating the minimum toe clearance from the magnitude of the hip acceleration vector was constructed using data for 120 healthy adults x 5 trials, a total of 600 trials. At that time, 120 subjects were classified into 2 groups (60 people in group A and 60 people in group B) so that their ages and genders would be equal, and were classified as “model construction group” and “model evaluation group”. Since the minimum toe clearance is the toe height in the middle of the swing leg, it may be affected by the body mass. On the other hand, the pelvis is close to the center of gravity of the body, and it is considered that the acceleration of the waist is less affected by the body mass. Therefore, the minimum toe clearance was normalized with the body weight to eliminate the influence of the body weight.
「モデル構築群」における最小つま先クリアランスを目的変数とし、説明変数として、上述したベクトル３０３成分を用いて重回帰分析（ステップワイズ法）を利用し、次の回帰式を得た。式中、ｔ％は時間率ｔ％の加速度ベクトルの大きさを表す。 The following regression equation was obtained using multiple regression analysis (stepwise method) using the above-described vector 303 component as an explanatory variable, with the minimum toe clearance in the “model building group” as an objective variable. In the formula, t% represents the magnitude of the acceleration vector at the time rate t%.
最小つま先クリアランス（cm）
＝0.055＋(24％:身長で正規化)×(-0.009)＋(51％：正規化せず)×(-0.007)＋(99％：正規化せず)×(0.002)＋ (77％:体重で正規化)×(0.421)＋(94％:正規化せず)×(0.005)
Minimum toe clearance (cm)
= 0.055 + (24%: normalized by height) x (-0.009) + (51%: not normalized) x (-0.007) + (99%: not normalized) x (0.002) + (77% : Normalized by weight) x (0.421) + (94%: Not normalized) x (0.005)
この回帰式より算出されたモデル構築群における最小つま先クリアランスの推定値と最小つま先クリアランスの測定値との関係を図６に示す。これらの相関の程度を示す決定係数Ｒ2は0.561であり、この回帰式による最小つま先クリアランスの推定精度が高いことがわかる。 FIG. 6 shows the relationship between the estimated value of the minimum toe clearance and the measured value of the minimum toe clearance in the model building group calculated from this regression equation. The coefficient of determination R 2 indicating the degree of these correlations is 0.561, and it can be seen that the accuracy of estimation of the minimum toe clearance by this regression equation is high.
一方、この回帰式により算出されたモデル評価群における最小つま先クリアランスの推定値と最小つま先クリアランスの測定値との関係を図７に示す。相関係数ｒは0.512となり、回帰式の推定精度の高さがわかる。 On the other hand, FIG. 7 shows the relationship between the estimated value of the minimum toe clearance and the measured value of the minimum toe clearance in the model evaluation group calculated by this regression equation. The correlation coefficient r is 0.512, which indicates the high estimation accuracy of the regression equation.
Claims (17)
加速度パラメータとして、最小つま先クリアランスを推定する足について、１歩行周期における立脚期中期の加速度、中期両足支持期の加速度、遊脚期前半の加速度、及び遊脚期後半の加速度から選ばれる加速度を使用するつまずきリスクの評価方法。 Minimum toe clearance for any subject's right or left foot using a regression equation that includes acceleration parameters derived from the longitudinal, lateral, and vertical accelerations of the waist during walking with the minimum toe clearance as the objective variable A stumbling risk evaluation method for calculating clearance and evaluating stumbling risk,
As the acceleration parameter, use the acceleration selected from the mid-stance acceleration during one gait cycle, the acceleration during mid-leg support, the acceleration during the first half of the swing phase, and the acceleration during the second half of the swing phase as the acceleration parameter. How to evaluate stumbling risk.
被験者に携帯される加速度センサ、及び加速度センサで計測された加速度を用いて最小つま先クリアランスを算出し出力する演算装置を有し、
加速度センサは、歩行中の被験者の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度を測定可能であり、
演算装置は、請求項１記載の回帰式を記憶する機能、
最小つま先クリアランスを推定する足について、踵着地から次の踵着値までの１歩行周期の加速度を時間分割して所定の時間間隔の加速度を取得する機能、
該所定時間間隔の加速度から、前記回帰式の加速度パラメータである立脚期中期の加速度、中期両足支持期の加速度、遊脚期前半の加速度、及び遊脚期後半の加速度から選ばれる加速度を抽出する機能、
抽出した加速度を前記回帰式で使用して最小つま先クリアランスを算出する機能、
を有する最小つま先クリアランスの推定装置。 A device for estimating a minimum toe clearance that estimates a minimum toe clearance from the acceleration of the waist of a subject who is walking,
An acceleration sensor carried by the subject, and an arithmetic unit that calculates and outputs the minimum toe clearance using the acceleration measured by the acceleration sensor;
The acceleration sensor can measure the acceleration in the front-rear direction, the left-right direction and the vertical direction of the subject who is walking,
The arithmetic device has a function of storing the regression equation according to claim 1,
A function for acquiring acceleration at a predetermined time interval by dividing the acceleration of one walking cycle from the landing position to the next landing value with respect to the foot to estimate the minimum toe clearance,
From the acceleration of the predetermined time interval, an acceleration parameter selected from the acceleration parameters in the regression phase, that is, the acceleration in the middle stance phase, the acceleration in the middle support phase, the acceleration in the first half of the swing phase, and the acceleration in the second half of the swing phase is extracted. function,
A function for calculating the minimum toe clearance using the extracted acceleration in the regression equation,
Device for estimating minimum toe clearance.
演算装置が、１歩行周期における所定時間間隔の加速度から、加速度パラメータである立脚期中期の左右方向の加速度、中期両足支持期の前後方向の加速度、遊脚期前半の前後方向の加速度及び左右方向の加速度、並びに遊脚期後半の前後方向の加速度及び左右方向の加速度を抽出する機能、及び
抽出した加速度を前記回帰式で使用して最小つま先クリアランスを算出する機能、
を有する請求項１１記載の最小つま先クリアランスの推定装置。 The regression equation stored in the arithmetic unit is the acceleration parameter as the acceleration parameter in the left-right direction in the middle stance phase in one walking cycle, the acceleration in the front-rear direction in the mid-leg support phase, the acceleration in the front-rear direction in the first half of the swing phase and the left-right direction And the acceleration in the front and rear direction and the acceleration in the left and right direction in the latter half of the swing leg period,
From the acceleration at a predetermined time interval in one walking cycle, the arithmetic device determines the acceleration parameters in the left and right direction in the middle stance phase, the front and rear direction acceleration in the middle leg support period, the front and rear direction acceleration and the left and right direction in the first half of the swing phase. , And the function of extracting the longitudinal acceleration and the lateral acceleration in the latter half of the swing period, and the function of calculating the minimum toe clearance using the extracted acceleration in the regression equation,
12. The apparatus for estimating a minimum toe clearance according to claim 11.
演算装置が、被験者の１歩行周期における所定時間間隔の加速度から、加速度パラメータである主成分得点を算出する機能、及び
抽出した加速度と算出した主成分得点を回帰式で使用して最小つま先クリアランスを算出する機能、
を有する請求項１１又は１２記載の最小つま先クリアランスの推定装置。 The regression equation stored in the arithmetic unit is a principal component score calculated by principal component analysis of acceleration in the front-rear direction, the left-right direction, and the vertical direction at a predetermined time interval in one walking cycle as an acceleration parameter, and the minimum toe Includes principal component scores that are highly correlated with clearance,
The computing device calculates the principal component score, which is an acceleration parameter, from the acceleration at a predetermined time interval in one walking cycle of the subject, and uses the extracted acceleration and the calculated principal component score in the regression equation to calculate the minimum toe clearance. Function to calculate,
The apparatus for estimating a minimum toe clearance according to claim 11 or 12.
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