JP2018038752A - Walking analysis method and walking analyzer - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of easily acquiring a moment generated in the knee joints during walking.SOLUTION: A walking analysis method includes: an acquisition step (S11) of acquiring acceleration data of the lumbar part of a subject during walking; and an estimation step (S12) of estimating a moment generated in the knee joints of the subject during the walking using statistical information of walking sample data preliminarily measured from a population and the acceleration data acquired in the acquisition step (S11).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、歩行分析技術に関し、特に、歩行中の加速度を用いた分析技術に関する。   The present invention relates to a gait analysis technique, and more particularly to an analysis technique using acceleration during walking.

高齢者の筋力維持を図り健康寿命を長くするべく、歩行活動を促進する各種サービスが提供されている。ところが、不適切な歩行活動を続けた場合、膝や足首、股関節などを痛めてしまう可能性もある。そこで、被験者の運動状態や歩行状態を分析する手法が各種提案されている。   Various services are provided to promote walking activities in order to maintain the muscle strength of the elderly and prolong the healthy life expectancy. However, if inappropriate walking activities are continued, there is a possibility that the knees, ankles, hip joints, etc. may be damaged. Therefore, various methods for analyzing the motion state and walking state of the subject have been proposed.

例えば、下記特許文献1には、運動特性モデルと予め用意された基準モデルとの比較により被験者の運動特性を評価する手法が開示されている。この手法で、運動特性モデルを決定するために、足底部にかかる圧力、各足底部と胴部との位置関係の遷移及び重心高さを用いて、被験者の前後方向と直交する垂直面での重心位置を推測してその遷移を得て、かつ、その垂直面での重心に作用するモーメントを求めることが開示されている。
下記特許文献2には、歩行者の膝関節を挟むよう取り付けされたセンサにより測定された加速度又は角速度に基づいて、歩行者の膝関節の関節角度を求め、この関節角度により歩行者の歩行状態を評価することが開示されている。
なお、非特許文献1及び2については後述する。
For example, Patent Document 1 below discloses a method for evaluating a subject's motion characteristics by comparing a motion characteristic model with a reference model prepared in advance. In this method, in order to determine the motion characteristic model, the pressure on the sole, the transition of the positional relationship between the sole and the torso, and the height of the center of gravity are used, and the vertical plane perpendicular to the subject's longitudinal direction is used. It is disclosed that the position of the center of gravity is estimated to obtain the transition, and the moment acting on the center of gravity in the vertical plane is obtained.
In Patent Document 2 below, a joint angle of a pedestrian's knee joint is obtained based on acceleration or angular velocity measured by a sensor attached so as to sandwich the pedestrian's knee joint, and the walking state of the pedestrian is calculated based on the joint angle. Is disclosed.
Non-patent documents 1 and 2 will be described later.

特開2012−161402号公報JP 2012-161402 A 特開2014−208257号公報JP 2014-208257 A

"関節モーメントによる歩行分析"、第一章〜第二章、臨床歩行分析研究会編、医歯薬出版株式会社、1997年7月"Analysis of gait by joint moment", Chapter 1-Chapter 2, Clinical Gait Analysis Study Group, Bio-Dental Publishing Co., Ltd., July 1997 "AIST歩行データベース2015"、[online]、国立研究開発法人産業技術総合研究所(AIST)、[平成28年3月17日検索]、インターネット<URL:https://www.dh.aist.go.jp/database/gait2015/index.html>"AIST walking database 2015", [online], National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), [March 17, 2016 search], Internet <URL: https: //www.dh.aist.go .jp / database / gait2015 / index. html>

高齢者で罹患率の高い症例の一つに、変形性膝関節症がある。変形性膝関節症は、膝に痛みを生じさせ、歩行を阻害するため、健康寿命を縮める大きな原因の一つとされている。一方で、変形性膝関節症の発症に、歩行時に膝関節にかかる内反又は外反モーメントが関与することが知られている。
しかしながら、膝関節のモーメントを測定するためには、モーションキャプチャ技術や床反力計を用いた高度な機器又はシステムが必要となっている。
One of the older cases with high morbidity is knee osteoarthritis. Osteoarthritis of the knee is considered to be one of the major causes of shortening the healthy life span because it causes pain in the knee and inhibits walking. On the other hand, it is known that the varus or valgus moment applied to the knee joint during walking is involved in the onset of knee osteoarthritis.
However, in order to measure the moment of the knee joint, an advanced device or system using a motion capture technique or a floor reaction force meter is required.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、歩行中に膝関節に生じるモーメント(以降、膝関節モーメントと略称する場合もある)を簡易に取得可能な技術を提供する。   The present invention has been made in view of such a problem, and provides a technique capable of easily acquiring a moment generated in a knee joint during walking (hereinafter sometimes referred to as a knee joint moment).

本発明の各態様では、上述した課題を解決するために、それぞれ以下の構成を採用する。   Each aspect of the present invention employs the following configurations in order to solve the above-described problems.

第一の態様は歩行分析方法に関する。第一の態様に係る歩行分析方法は、歩行中の被験者の腰部における加速度データを取得する取得工程と、母集団から予め測定された歩行サンプルデータの統計情報及び前記取得工程で取得された加速度データを用いて、歩行中に前記被験者の膝関節に生ずるモーメントを推定する推定工程とを含む。   The first aspect relates to a gait analysis method. The walking analysis method according to the first aspect includes an acquisition step of acquiring acceleration data in the waist of a walking subject, statistical information of walking sample data measured in advance from a population, and acceleration data acquired in the acquisition step And estimating the moment generated at the knee joint of the subject during walking.

第二の態様は歩行分析装置に関する。第二の態様に係る歩行分析装置は、歩行中の被験者の腰部における加速度データを取得する取得手段と、母集団から予め測定された歩行サンプルデータの統計情報を格納する格納手段と、前記統計情報及び前記取得された加速度データを用いて、歩行中に前記被験者の膝関節に生ずるモーメント値を算出する算出手段と、を備える。   The second aspect relates to a gait analyzer. The walking analysis apparatus according to the second aspect includes an acquisition means for acquiring acceleration data at the waist of a subject who is walking, a storage means for storing statistical information of walking sample data measured in advance from a population, and the statistical information. And calculating means for calculating a moment value generated at the knee joint of the subject during walking using the acquired acceleration data.

なお、本発明の別態様は、上記第一態様に係る方法をコンピュータに実行させるプログラム、又はこのようなプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体である。この記録媒体は、非一時的な有形の媒体を含む。   Another aspect of the present invention is a program that causes a computer to execute the method according to the first aspect, or a computer-readable storage medium that records such a program. This recording medium includes a non-transitory tangible medium.

上記各態様によれば、歩行中に膝関節に生じるモーメントを簡易に取得可能な技術を提供することができる。   According to each of the above aspects, it is possible to provide a technique capable of easily acquiring a moment generated in the knee joint during walking.

第一実施形態における歩行分析方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the walk analysis method in 1st embodiment. 膝関節モーメントを概念的に示す図である。It is a figure which shows a knee joint moment conceptually. 一般的な一歩行周期を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally one general walk cycle. 第一実施形態における歩行分析装置のハードウェア構成例を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the hardware structural example of the gait analyzer in 1st embodiment. 第一実施形態における歩行分析装置の処理構成例を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the process structural example of the gait analyzer in 1st embodiment. 第二実施形態における歩行分析方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the walk analysis method in 2nd embodiment. 測定の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of a measurement. 説明変数として選択された加速度成分を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the acceleration component selected as an explanatory variable. 第一群の測定データに基づく重回帰式の精度を示すグラフである。It is a graph which shows the precision of the multiple regression type based on the measurement data of the 1st group. 第二群の測定データに基づく重回帰式の精度を示すグラフである。It is a graph which shows the precision of the multiple regression type based on the measurement data of the 2nd group.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に挙げる各実施形態はそれぞれ例示であり、本発明は以下の各実施形態の構成に限定されない。   Embodiments of the present invention will be described below. In addition, each embodiment given below is an illustration, respectively, and this invention is not limited to the structure of each following embodiment.

[第一実施形態]
〔歩行分析方法〕
まずは、第一実施形態における歩行分析方法(以下、第一方法と略称する場合もある)について説明する。図1は、第一実施形態における歩行分析方法を示すフローチャートである。
図1に示されるように、第一方法は、歩行中の被験者の腰部における加速度データを取得する工程(S11)と、母集団から予め測定された歩行サンプルデータの統計情報及び工程(S11)で取得された加速度データを用いて、歩行中に当該被験者の膝関節に生ずるモーメントを推定する工程(S12)と、を含む。
[First embodiment]
[Walk analysis method]
First, the gait analysis method in the first embodiment (hereinafter sometimes abbreviated as the first method) will be described. FIG. 1 is a flowchart showing a gait analysis method in the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the first method includes a step (S11) of acquiring acceleration data in the waist of a walking subject, and statistical information of walking sample data measured in advance from a population and a step (S11). And (S12) estimating the moment generated in the knee joint of the subject during walking using the acquired acceleration data.

ここで、「腰部」とは、腰及びその周辺を意味する。腰は、脊柱の下部から骨盤周辺までの背中側の部位を意味する。ここでの「腰部」は、このような所謂「腰」に加えて、その腰から腹部までの所謂「腰周り」を含み、更には、「腰回り」の周辺も含む。「腰回り」の周辺は、腰と一体的に動く部位を含む範囲であることが好ましい。
工程(S11)で取得される加速度データは、加速度の時系列データであり、加速度は一以上の方向成分で示される。言い換えれば、当該加速度データは、任意の時間内で計測された一以上の方向の加速度値の集合である。なお、当該加速度データは、或る一時点における或る一方向の加速度値であってもよい。
Here, the “lumbar region” means the waist and its periphery. The waist means the part on the back side from the lower part of the spinal column to the periphery of the pelvis. Here, the “waist” includes, in addition to the so-called “waist”, the so-called “waist circumference” from the waist to the abdomen, and further includes the periphery of the “waist circumference”. It is preferable that the periphery of the “waistline” is a range including a portion that moves integrally with the waist.
The acceleration data acquired in the step (S11) is time series data of acceleration, and the acceleration is indicated by one or more direction components. In other words, the acceleration data is a set of acceleration values in one or more directions measured within an arbitrary time. The acceleration data may be an acceleration value in a certain direction at a certain temporary point.

工程(S11)における加速度データの取得方法は限定されない。
例えば、被験者の腰部に装着された加速度センサにより計測された加速度値群が加速度データとして取得される。この場合、スマートフォンやパーソナルコンピュータ(以降、PCと表記する)などのようなコンピュータが、加速度センサと通信することにより、当該加速度データを取得することができる。工程(S11)の実行主体は、当該加速度センサを内蔵する装置であってもよい。
また、モーションキャプチャ技術を用いて当該加速度データが算出されてもよい。具体的には、コンピュータ又はセンサが、モーションキャプチャ技術により被験者の腰部の位置の軌跡データを測定し、その測定された位置の軌跡データを微分演算することにより、加速度データを算出することができる。腰部の位置情報は、被験者の腰部に取り付けられたマーカを検出することで得られてもよいし、Kinect(登録商標)センサなどのようにマーカを用いず被験者画像から検出することもできる。
The method for acquiring acceleration data in the step (S11) is not limited.
For example, an acceleration value group measured by an acceleration sensor mounted on the waist of the subject is acquired as acceleration data. In this case, a computer such as a smartphone or a personal computer (hereinafter referred to as a PC) can acquire the acceleration data by communicating with the acceleration sensor. The execution subject of the step (S11) may be a device incorporating the acceleration sensor.
The acceleration data may be calculated using a motion capture technique. Specifically, acceleration data can be calculated by a computer or a sensor measuring trajectory data of the position of the subject's waist using a motion capture technique and performing a differential operation on the trajectory data of the measured position. The position information of the waist may be obtained by detecting a marker attached to the waist of the subject, or may be detected from the subject image without using a marker such as a Kinect (registered trademark) sensor.

第一方法は、工程(S12)において、工程(S11)で取得された加速度データを用いて、被験者の歩行中の膝関節モーメントを推定する。
図2は、膝関節モーメントを概念的に示す図である。図2に示されるように、膝関節モーメントは、膝において前額面に直交する軸(人体の前後方向に延びる軸)Axの周りに生じる回転力であり、反時計回りの内反モーメント及び時計回りの外反モーメントのいずれか一方又は両方である。O脚の膝関節では内反モーメントが優位となり、X脚の膝関節では外反モーメントが優位となる傾向があること、内反又は外反モーメントにより膝関節の内側又は外側がすり減ることで、変形性膝関節症が発症することなど知られている。
In the first method, in step (S12), the knee joint moment during walking of the subject is estimated using the acceleration data acquired in step (S11).
FIG. 2 is a diagram conceptually showing the knee joint moment. As shown in FIG. 2, the knee joint moment is a rotational force generated around an axis (axis extending in the front-rear direction of the human body) Ax perpendicular to the frontal plane in the knee, and includes a counterclockwise inner moment and clockwise rotation. One or both of the valgus moments. The valgus moment tends to dominate at the knee joint of the O-leg, the valgus moment tends to dominate at the knee joint of the X leg, and the inner or outer side of the knee joint is worn away by the varus or valgus moment. It is known that knee osteoarthritis develops.

工程(S12)で推定されるモーメントは、体重などの体格データで正規化されたものであってもよいし、正規化されないもの(Nm(ニュートンメートル))であってもよい。
また、工程(S12)で推定されるモーメントは、右膝関節及び左膝関節のいずれか一方でもよいし、その両方でもよい。
膝関節モーメントは、一歩行周期中においても逐次変化する。
ここで、「一歩行周期」とは、いずれか一方の足が着床してから、再度、着床するまでの歩行期間を意味する。但し、一歩行周期の開始時点は、足が着床した時でなくてもよく、任意である。
図3は、一般的な一歩行周期を概念的に示す図である。一歩行周期は、片脚に着目した場合、立脚期と遊脚期とから形成される。立脚期はその片脚が着床している期間であり、遊脚期はその片脚が離床している期間である。立脚期は、更に、踵接地期(着床時)、立脚中期及び踏みきり期から形成される。
例えば、右膝関節のモーメントは、右脚における立脚期と遊脚期とでは異なり、立脚期の中でも踵接地期と立脚中期と踏みきり期とでは異なる。このため、工程(S12)で推定される膝関節モーメントは、歩行中の予め決められた又は任意の時点におけるモーメントであってもよいし、予め決められた期間の最大又は最小モーメントであってもよいし、当該期間の平均モーメントであってもよい。目的に応じた膝関節モーメントが推定されればよい。
The moment estimated in the step (S12) may be normalized by physique data such as body weight, or may not be normalized (Nm (Newton meter)).
Further, the moment estimated in the step (S12) may be either the right knee joint or the left knee joint, or both.
The knee joint moment changes sequentially even during one walking cycle.
Here, “one walking cycle” means a walking period from when one of the feet is landed to when it is again landed. However, the start point of one walking cycle may be any time, not necessarily when the foot has landed.
FIG. 3 is a diagram conceptually illustrating a general one walking cycle. One gait cycle is formed from the stance phase and the swing phase when focusing on one leg. The stance phase is a period in which one leg is landing, and the free leg period is a period in which the one leg is getting out of bed. The stance phase is further formed from a heel-contact phase (at the time of landing), a mid-stance phase, and a stepping phase.
For example, the moment of the right knee joint is different in the stance phase and the swing leg phase in the right leg, and in the stance phase, it is different in the heel contact phase, the mid stance phase, and the stepping phase. For this reason, the knee joint moment estimated in the step (S12) may be a predetermined moment or a moment at any time during walking, or may be a maximum or minimum moment during a predetermined period. It may be the average moment of the period. It is only necessary to estimate the knee joint moment according to the purpose.

工程(S12)では、工程(S11)で取得された加速度データに加えて、母集団から予め測定された歩行サンプルデータの統計情報を用いて、当該膝関節モーメントが推定される。
ここで、「歩行サンプルデータ」は、母集団を形成する歩行中の各人から測定可能なデータであって、歩行中の当該各人の膝関節モーメントを導出可能なデータである。「歩行サンプルデータ」には、歩行中の当該各人の腰部の加速度又はその加速度を導出可能なデータが含まれていることが好ましく、体格データ等、母集団に関するそれら以外のデータが含まれていてもよい。
膝関節モーメントの求め方には、公知の任意な手法が利用されればよい。例えば、膝関節モーメント値は、床反力のみから近似算出できること、関節位置、関節加速度(角速度)、身体パラメータなどを更に用いても算出できることが知られている(非特許文献1参照)。よって、例えば、歩行サンプルデータは、母集団の歩行中の各人の腰部及び膝部の位置データ又は加速度データ、並びに床反力データである。
In step (S12), in addition to the acceleration data acquired in step (S11), the knee joint moment is estimated using statistical information of walking sample data measured in advance from the population.
Here, “walking sample data” is data that can be measured from each walking person forming the population, and is data that can derive the knee joint moment of each walking person. The “walking sample data” preferably includes the waist acceleration of each person during walking or data from which the acceleration can be derived, and includes other data related to the population, such as physique data. May be.
Any known method may be used to obtain the knee joint moment. For example, it is known that the knee joint moment value can be approximately calculated only from the floor reaction force, and can be calculated by further using the joint position, joint acceleration (angular velocity), body parameters, and the like (see Non-Patent Document 1). Thus, for example, the walking sample data is the position data or acceleration data of the hips and knees of each person who is walking the population, and floor reaction force data.

工程(S12)で用いられる「歩行サンプルデータの統計情報」は、腰部の加速度と膝関節モーメントとの因果関係に基づいて歩行サンプルデータを統計処理することにより得られる情報である。腰部の加速度と膝関節モーメントとの因果関係は、本発明者らにより新たに見出されたものであり、例えば、このような因果関係に基づく回帰分析により得られる回帰式が当該統計情報の一例として挙げられる。この例では、当該統計情報は、歩行中の腰部の加速度値を説明変数とし、歩行中の膝関節モーメント値を目的変数とする単回帰式又は重回帰式に該当する。「歩行サンプルデータの統計情報」がそのような回帰式である場合、第一方法は、工程(S12)において、その回帰式に工程(S11)で取得された加速度データを代入することで、被験者の膝関節モーメントを推定する。   The “statistical information of walking sample data” used in the step (S12) is information obtained by statistically processing the walking sample data based on the causal relationship between the acceleration of the waist and the knee joint moment. The causal relationship between the acceleration of the lumbar region and the knee joint moment is newly found by the present inventors.For example, a regression equation obtained by regression analysis based on such a causal relationship is an example of the statistical information. As mentioned. In this example, the statistical information corresponds to a single regression equation or a multiple regression equation in which the acceleration value of the waist during walking is an explanatory variable and the knee joint moment value during walking is an objective variable. When the “statistical information of the walking sample data” is such a regression formula, the first method substitutes the acceleration data acquired in the step (S11) into the regression formula in the step (S12), thereby the subject. Estimate the knee joint moment.

また、歩行中の加速度データの中でも、一歩行周期中の局所的な複数タイミングにおける加速度データが、歩行中の膝関節モーメントとより強い因果関係を示すことが本発明者らに見出された。よって、工程(S12)では、工程(S11)で取得された加速度データから得られる、一歩行周期中の予め定められた複数タイミングの各々における加速度データを用いて、当該膝関節モーメントを推定することが好ましい。   Further, the present inventors have found that among the acceleration data during walking, acceleration data at a plurality of local timings during one walking cycle shows a stronger causal relationship with the knee joint moment during walking. Therefore, in the step (S12), the knee joint moment is estimated using the acceleration data at each of a plurality of predetermined timings in one walking cycle obtained from the acceleration data acquired in the step (S11). Is preferred.

一歩行周期中の膝関節モーメントは、その膝関節のある脚の立脚期のほうが、その脚の遊脚期よりも大きくなる。また、腰部においても右腰部と左腰部とでは歩行中における動きが異なり、右腰部は右脚と連動性が高く、左腰部は左脚と連動性が高い。即ち、右腰部の加速度は、左膝関節よりも右膝関節のモーメントと強く連関し、左腰部の加速度は、右膝関節よりも左膝関節のモーメントと強く連関する。
そこで、工程(S12)では、工程(S11)で右腰部の加速度データが取得される場合には、右の立脚期内から予め定められた複数タイミングの各々における加速度データを用いて、歩行中に当該被験者の右膝関節に生じるモーメントを推定し、左腰部の加速度データが取得される場合には、左の立脚期内から予め定められた複数タイミングの各々における加速度データを用いて、歩行中に当該被験者の左膝関節に生じるモーメントを推定することが好ましい。これにより、一歩行周期中の膝関節のモーメントの大きさを高精度に推定することができる。
The knee joint moment during one walking cycle is greater in the stance phase of the leg with the knee joint than in the swing phase of the leg. Also in the lumbar region, the movements during walking are different between the right lumbar region and the left lumbar region, the right lumbar region is highly interlocked with the right leg, and the left waist region is highly interlocked with the left leg. That is, the acceleration of the right waist is more strongly associated with the moment of the right knee joint than the left knee joint, and the acceleration of the left waist is more strongly associated with the moment of the left knee joint than the right knee joint.
Therefore, in the step (S12), when acceleration data of the right hip is acquired in the step (S11), the acceleration data at each of a plurality of timings determined in advance from the right stance phase is used during walking. When the moment generated in the right knee joint of the subject is estimated and acceleration data of the left hip is acquired, the acceleration data at each of a plurality of predetermined timings from the left stance phase is used during walking. It is preferable to estimate the moment generated in the subject's left knee joint. As a result, the magnitude of the moment of the knee joint during one walking cycle can be estimated with high accuracy.

更に、本発明者らにより、上述の複数タイミングが加速度の二以上の方向成分毎に個別に定められる場合に、加速度データと膝関節モーメントとがより強い因果関係を示すことが見出された。これにより、工程(S12)では、二以上の方向成分の各々について個別に予め定められている各タイミングにおける、当該方向の加速度値を用いて、膝関節モーメントを推定することがより好ましい。これにより、膝関節モーメントの推定精度を一層向上させることができる。   Furthermore, the present inventors have found that acceleration data and knee joint moment show a stronger causal relationship when the above-described plural timings are individually determined for each of two or more directional components of acceleration. Thereby, in the step (S12), it is more preferable to estimate the knee joint moment by using the acceleration value in the direction at each predetermined timing for each of the two or more direction components. Thereby, the estimation accuracy of the knee joint moment can be further improved.

上述の「一歩行周期中の局所的な複数タイミング」の各々は、或る一時点であってもよいし、任意の時間幅を持つ期間であってもよい。当該「複数タイミング」の各々は、相互に異なる時間幅を有していてもよい。
当該複数タイミングの各々が、個別に予め定められた時間幅を有する場合、工程(S12)では、当該複数タイミングの各々の時間幅内における同一方向の加速度値の平均値を用いて、膝関節モーメントを推定すればよい。
Each of the above-mentioned “local plural timings during one walking cycle” may be a certain temporary point or a period having an arbitrary time width. Each of the “multiple timings” may have different time widths.
When each of the plurality of timings has a predetermined time width individually, in step (S12), using the average value of acceleration values in the same direction within each time width of the plurality of timings, the knee joint moment Can be estimated.

また、工程(S11)で取得された加速度データの中の一歩行周期は、その取得された加速度データに含まれる鉛直の方向成分に基づいて特定することができる。例えば、当該加速度データが示す鉛直方向の加速度の極大値を検出し、時系列に並ぶ極大値間が一歩行周期として特定される。鉛直方向の加速度の極大値は、対象の脚の着床時、即ち踵接地時に生じるため、或る脚の着床時からその脚の次の着床時までの間を、時系列に並ぶ極大値間で特定することができる。
よって、第一方法は、工程(S11)で取得された加速度データが示す鉛直の方向成分に基づいて、その加速度データの中の一歩行周期を特定する工程を更に含んでもよい。この場合、工程(S12)では、その工程で特定された一歩行周期中の加速度データから、当該複数タイミングの各々における加速度データを特定して用いることができる。
なお、一歩行周期の特定は他の方法で実現することもできる。例えば、モーションキャプチャ技術を用いて、右足(又は右脚)及び左足(又は左脚)の所定箇所の位置の軌跡を検出し、右足と左足との位置関係から一歩行周期を特定することもできる。また、右足と右膝との位置関係から一歩行周期を特定することもできる。更に、被験者に、一歩行周期の開始時点と終了時点とにおいて、ボタン操作、発声などの所定動作を実施させ、その所定動作を検出することで、一歩行周期を特定することもできる。
Further, one walking cycle in the acceleration data acquired in the step (S11) can be specified based on the vertical direction component included in the acquired acceleration data. For example, the maximum value of acceleration in the vertical direction indicated by the acceleration data is detected, and the interval between the maximum values arranged in time series is specified as one walking cycle. Since the maximum value of acceleration in the vertical direction occurs at the time of landing on the target leg, that is, when the heel touches down, the maximum value that is aligned in time series from the time of landing of one leg to the next landing of that leg. Can be specified between values.
Therefore, the first method may further include a step of specifying one walking cycle in the acceleration data based on the vertical direction component indicated by the acceleration data acquired in step (S11). In this case, in the step (S12), the acceleration data at each of the plurality of timings can be specified and used from the acceleration data in one walking cycle specified in the step.
The identification of one walking cycle can also be realized by other methods. For example, by using a motion capture technique, a locus of a predetermined position of the right foot (or right leg) and the left foot (or left leg) is detected, and one walking cycle can be specified from the positional relationship between the right foot and the left foot. . Also, one walking cycle can be specified from the positional relationship between the right foot and the right knee. Furthermore, it is possible to specify one walking cycle by causing the subject to perform predetermined operations such as button operation and utterance at the start time and end time of one walking cycle and detecting the predetermined operations.

このように第一実施形態では、腰部の加速度と膝関節モーメントとの因果関係に基づいて歩行サンプルデータを統計処理することにより得られる統計情報と、歩行中の被験者の腰部における加速度データとを用いて、その被験者の歩行中の膝関節モーメントが推定される。歩行中の腰部の加速度データは、加速度センサやKinect(登録商標)センサのようなセンサにより取得可能であるため、第一実施形態によれば、床反力計などを用いる手法に比べて、より簡易に歩行中の膝関節モーメントを推定することができる。
また、膝自体の加速度データに比べて、腰部の加速度データは、ノイズが少ないため、第一実施形態によれば推定精度の低下を防ぐことができるということもできる。膝は、歩行中に腰部よりも様々な方向に激しく動くため、膝の加速度には、膝関節モーメントに相関のない様々な成分が含まれ得るからである。
更に、加速度センサの装着のし易さにより、腰部の加速度データを得るほうが、膝の加速度データを得るよりも、被験者への負担を軽減することになり、第一方法において高いユーザビリティを実現することができる。
As described above, in the first embodiment, the statistical information obtained by statistically processing the walking sample data based on the causal relationship between the acceleration of the waist and the knee joint moment, and the acceleration data of the waist of the subject who is walking are used. Thus, the knee joint moment of the subject during walking is estimated. Since the acceleration data of the waist during walking can be acquired by a sensor such as an acceleration sensor or Kinect (registered trademark) sensor, according to the first embodiment, compared to a method using a floor reaction force meter or the like. The knee joint moment during walking can be easily estimated.
Moreover, since the acceleration data of the waist is less noise than the acceleration data of the knee itself, it can be said that the estimation accuracy can be prevented from being lowered according to the first embodiment. This is because the knee moves violently in various directions than the waist during walking, and therefore, the acceleration of the knee may include various components not correlated with the knee joint moment.
Furthermore, due to the ease of wearing the acceleration sensor, obtaining the acceleration data for the lower back reduces the burden on the subject than obtaining the acceleration data for the knee, and achieves high usability in the first method. Can do.

〔歩行分析装置〕
次に、第一実施形態における歩行分析装置(以降、第一装置と表記する場合がある)について説明する。第一装置は、上述の第一方法を実行することができる。
[Walk analysis device]
Next, a gait analyzer (hereinafter, sometimes referred to as a first device) in the first embodiment will be described. The first device can execute the first method described above.

図4は、第一実施形態における歩行分析装置10のハードウェア構成例を概念的に示す図である。
第一装置10は、いわゆるコンピュータであり、例えば、バスで相互に接続される、CPU(Central Processing Unit)11、メモリ12、入出力インタフェース(I/F)13、通信ユニット14等を有する。第一装置10を形成する各ハードウェア要素の数はそれぞれ制限されず、これらハードウェア要素は情報処理回路と総称することもできる。また、第一装置10は、図4に図示されないハードウェア要素を含んでもよく、第一装置10のハードウェア構成は制限されない。
FIG. 4 is a diagram conceptually illustrating a hardware configuration example of the gait analyzer 10 in the first embodiment.
The first device 10 is a so-called computer, and includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) 11, a memory 12, an input / output interface (I / F) 13, a communication unit 14, and the like that are connected to each other via a bus. The number of hardware elements forming the first device 10 is not limited, and these hardware elements may be collectively referred to as an information processing circuit. The first device 10 may include hardware elements not shown in FIG. 4, and the hardware configuration of the first device 10 is not limited.

CPU11は、一般的なCPU以外に、特定用途向け集積回路(ASIC)、DSP(Digital Signal Processor)、GPU(Graphics Processing Unit)等で構成してもよい。
メモリ12は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、補助記憶装置(ハードディスク等)である。
入出力I/F13は、出力装置15、入力装置16等のユーザインタフェース装置と接続可能である。出力装置15は、LCD(Liquid Crystal Display)やCRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイのような、CPU11等により処理された描画データに対応する画面を表示する装置、印刷装置などの少なくとも一つである。入力装置16は、キーボード、マウス等のようなユーザ操作の入力を受け付ける装置である。出力装置15及び入力装置16は一体化され、タッチパネルとして実現されてもよい。
通信ユニット14は、他のコンピュータとの通信網を介した通信や、他の機器との信号のやりとり等を行う。通信ユニット14には、可搬型記録媒体等も接続され得る。また、通信ユニット14には、加速度センサ17又はカメラ(図示せず)が接続されてもよい。
また、第一装置10は、加速度センサ17を内蔵する機器であってもよい。
The CPU 11 may be configured by an application specific integrated circuit (ASIC), a DSP (Digital Signal Processor), a GPU (Graphics Processing Unit), or the like in addition to a general CPU.
The memory 12 is a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), or an auxiliary storage device (such as a hard disk).
The input / output I / F 13 can be connected to user interface devices such as the output device 15 and the input device 16. The output device 15 is at least one of a device such as an LCD (Liquid Crystal Display) or a CRT (Cathode Ray Tube) display, a device that displays a screen corresponding to drawing data processed by the CPU 11, a printing device, and the like. The input device 16 is a device that receives an input of a user operation such as a keyboard and a mouse. The output device 15 and the input device 16 may be integrated and realized as a touch panel.
The communication unit 14 performs communication via a communication network with other computers, exchange of signals with other devices, and the like. A portable recording medium or the like can be connected to the communication unit 14. The communication unit 14 may be connected to an acceleration sensor 17 or a camera (not shown).
The first device 10 may be a device that includes the acceleration sensor 17.

図5は、第一実施形態における歩行分析装置10の処理構成例を概念的に示す図である。
第一装置10は、取得部21、情報格納部23、算出部25等を有する。これら処理モジュールは、ソフトウェア要素であり、例えば、メモリ12に格納されるプログラムがCPU11により実行されることにより実現される。このプログラムは、例えば、CD(Compact Disc)、メモリカード等のような可搬型記録媒体やネットワーク上の他のコンピュータから入出力I/F13又は通信ユニット14を介してインストールされ、メモリ12に格納されてもよい。
FIG. 5 is a diagram conceptually illustrating a processing configuration example of the gait analyzer 10 in the first embodiment.
The first device 10 includes an acquisition unit 21, an information storage unit 23, a calculation unit 25, and the like. These processing modules are software elements, and are realized, for example, by executing a program stored in the memory 12 by the CPU 11. This program is installed from, for example, a portable recording medium such as a CD (Compact Disc) or a memory card or another computer on the network via the input / output I / F 13 or the communication unit 14, and stored in the memory 12. May be.

取得部21は、歩行中の被検者の腰部における加速度データを取得する。即ち、取得部21は、上述の工程(S11)を実行する。「腰部」及び「加速度データ」については上述したとおりである。
被験者の腰部に加速度センサ17が装着される場合、取得部21は、加速度センサ17により計測された加速度データを取得する。このとき、取得部21は、通信ユニット14に無線又は有線で接続された加速度センサ17と通信を行うことにより、加速度センサ17から加速度データを取得することができる。また、取得部21は、クラウドサービス又は可搬型記録媒体を介して、当該加速度データを取得してもよい。
第一装置10が加速度センサ17を内蔵する場合、取得部21は、加速度センサ17により計測された加速度データを内部バスを通じて取得することができる。
また、取得部21は、モーションキャプチャ技術を用いて当該加速度データを算出することもできる。例えば、取得部21は、通信ユニット14を経由して歩行中の被験者の映像データを受信し、その映像データから被験者の腰部を検出する。取得部21は、その検出情報に基づいて被験者の腰部における位置の軌跡データを取得し、その位置の軌跡データを微分演算することにより当該加速度データを算出することもできる。
The acquisition unit 21 acquires acceleration data in the waist of the subject who is walking. That is, the acquisition unit 21 performs the above-described step (S11). The “lumbar region” and the “acceleration data” are as described above.
When the acceleration sensor 17 is attached to the waist of the subject, the acquisition unit 21 acquires acceleration data measured by the acceleration sensor 17. At this time, the acquisition unit 21 can acquire acceleration data from the acceleration sensor 17 by communicating with the acceleration sensor 17 connected to the communication unit 14 wirelessly or by wire. Moreover, the acquisition part 21 may acquire the said acceleration data via a cloud service or a portable recording medium.
When the first apparatus 10 includes the acceleration sensor 17, the acquisition unit 21 can acquire acceleration data measured by the acceleration sensor 17 through an internal bus.
Moreover, the acquisition part 21 can also calculate the said acceleration data using a motion capture technique. For example, the acquisition unit 21 receives video data of a subject who is walking through the communication unit 14 and detects the waist of the subject from the video data. The acquisition unit 21 can also calculate the acceleration data by acquiring the locus data of the position on the lower back of the subject based on the detection information and differentiating the locus data of the position.

情報格納部23は、母集団から予め測定された歩行サンプルデータの統計情報を格納する。「歩行サンプルデータ」及び「歩行サンプルデータの統計情報」については、上述のとおりである。「歩行サンプルデータの統計情報」は、第一装置10により生成されてもよいし、他のコンピュータにより生成されてもよい。   The information storage unit 23 stores statistical information of walking sample data measured in advance from the population. “Walking sample data” and “statistical information of walking sample data” are as described above. The “statistical information of the walking sample data” may be generated by the first device 10 or may be generated by another computer.

算出部25は、情報格納部23により格納されている歩行サンプルデータの統計情報と取得部21により取得された加速度データを用いて、歩行中に被験者の膝関節に生じるモーメント値を算出する。即ち、算出部25は、上述の工程(S12)を実行する。   The calculation unit 25 uses the statistical information of the walking sample data stored in the information storage unit 23 and the acceleration data acquired by the acquisition unit 21 to calculate a moment value generated at the subject's knee joint during walking. That is, the calculation unit 25 performs the above-described step (S12).

算出部25による当該モーメント値の算出方法は、工程(S12)について述べた膝関節モーメントの推定方法と同様である。
例えば、算出部25は、取得部21により取得された加速度データから得られる、一歩行周期中の予め定められた複数タイミングの各々における加速度データを用いて、当該モーメント値を算出する。
また、取得部21により取得される加速度データが直交する二以上の方向成分を含む場合、算出部25は、当該二以上の方向成分の各々について個別に予め定められている各タイミングにおける、当該方向の加速度値を用いて、モーメント値を算出することが好ましい。
更に言えば、取得部21により右腰部の加速度データが取得される場合、算出部25は、右の立脚期内から予め定められた複数タイミングの各々における加速度データを用いて、歩行中に被験者の右膝関節に生じるモーメント値を算出することが好ましい。取得部21により左腰部の加速度データが取得される場合には、算出部25は、左の立脚期内から予め定められた複数タイミングの各々における加速度データを用いて、歩行中に被験者の左膝関節に生じるモーメント値を算出することが好ましい。これらの根拠については上述したとおりである。
当該複数タイミングの各々が個別に予め定められた時間幅を有する場合、算出部25は、当該複数タイミングの各々の時間幅内における同一方向の加速度値の平均値を算出し、算出された平均値を用いてモーメント値を算出すればよい。
また、算出部25は、取得部21により取得された加速度データが示す鉛直の方向成分に基づいて、当該加速度データの中の一歩行周期を特定し、特定された一歩行周期中の加速度データから、当該複数タイミングの各々における加速度データを特定することができる。鉛直の方向成分を用いた一歩行周期の特定手法についても上述したとおりである。
The calculation method of the moment value by the calculation unit 25 is the same as the knee joint moment estimation method described in the step (S12).
For example, the calculation unit 25 calculates the moment value using acceleration data at each of a plurality of predetermined timings in one walking cycle obtained from the acceleration data acquired by the acquisition unit 21.
Further, when the acceleration data acquired by the acquisition unit 21 includes two or more direction components orthogonal to each other, the calculation unit 25 performs the direction at each timing individually predetermined for each of the two or more direction components. It is preferable to calculate the moment value using the acceleration value.
Further, when the acceleration data of the right waist is acquired by the acquisition unit 21, the calculation unit 25 uses the acceleration data at each of a plurality of timings determined in advance from the right stance phase, and the subject's during walking. It is preferable to calculate a moment value generated in the right knee joint. When the left waist acceleration data is acquired by the acquisition unit 21, the calculation unit 25 uses the acceleration data at each of a plurality of timings determined in advance from the left stance phase, and the left knee of the subject during walking. It is preferable to calculate a moment value generated in the joint. These grounds are as described above.
When each of the plurality of timings has a predetermined time width individually, the calculation unit 25 calculates an average value of acceleration values in the same direction within each time width of the plurality of timings, and calculates the calculated average value The moment value may be calculated using
Further, the calculation unit 25 specifies one walking cycle in the acceleration data based on the vertical direction component indicated by the acceleration data acquired by the acquisition unit 21, and from the acceleration data in the specified one walking cycle. The acceleration data at each of the plurality of timings can be specified. The method for specifying one walking cycle using the vertical direction component is also as described above.

第一装置10は、算出部25により算出されたモーメント値を出力装置15に出力させることができる。これにより、モーメント値は、表示、音声、印刷などの様々な態様で出力され得る。
第一装置10によれば、上述の第一方法が実行されるため、上述の第一方法と同様の効果を得ることができる。
The first device 10 can cause the output device 15 to output the moment value calculated by the calculation unit 25. Thereby, the moment value can be output in various modes such as display, sound, and printing.
According to the first device 10, since the first method described above is executed, the same effect as the first method described above can be obtained.

[第二実施形態]
第二実施形態では、被験者の体格データを更に用いて体格データで正規化された膝関節モーメントを高精度に推定する。以下の説明では、第一実施形態と同様の内容については適宜省略し、第一実施形態と異なる内容を中心に説明する。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, the knee joint moment normalized by the physique data is estimated with high accuracy by further using the physique data of the subject. In the following description, the same contents as those in the first embodiment will be omitted as appropriate, and the contents different from those in the first embodiment will be mainly described.

〔歩行分析方法〕
まずは、第二実施形態における歩行分析方法(以降、第二方法と略称する場合がある)について説明する。図6は、第二実施形態における歩行分析方法を示すフローチャートである。
図6に示されるように、第二方法は、被験者の体格データを取得する工程(S21)、歩行中の被験者の腰部における加速度データを取得する工程(S22)、及び歩行中に被験者の膝関節に生ずるモーメントを推定する工程(S23)を含む。
[Walk analysis method]
First, the gait analysis method in the second embodiment (hereinafter may be abbreviated as the second method) will be described. FIG. 6 is a flowchart showing a gait analysis method in the second embodiment.
As shown in FIG. 6, the second method includes the step of acquiring physique data of the subject (S21), the step of acquiring acceleration data of the waist of the subject during walking (S22), and the knee joint of the subject during walking. The step (S23) which estimates the moment which arises is included.

工程(S21)における「体格データ」とは、被験者の体格を示し得る一種の値又は複数種の値群であり、例えば、身長、体重、腰の高さ、膝の高さ、脚の長さなどの少なくとも一種の値である。即ち、体格データは、体格値又は体格値群である。
工程(S21)における体格データの取得手法は制限されない。
例えば、コンピュータが工程(S21)を実行する場合、コンピュータは、体格データの入力画面を表示し、その画面に対するユーザの入力操作に応じて、体格データを取得することができる。また、コンピュータは、被験者情報を格納する外部のデータベースから被験者の体格データを入手することもできる。コンピュータは、接続される体重計から体重値を体格データとして取得してもよいし、画角が予め定められたカメラから得られる画像データに基づいて、被験者の画像情報を抽出し、この抽出された画像情報及び画角情報などに基づいて、被験者の身長、腰の高さ、膝の高さ、脚の長さなどの少なくとも一つを体格データとして算出することもできる。
The “physique data” in the step (S21) is a kind of value or a plurality of kinds of values that can indicate the physique of the subject, for example, height, weight, waist height, knee height, leg length. Is at least one kind of value. That is, the physique data is a physique value or a physique value group.
The acquisition method of the physique data in a process (S21) is not restrict | limited.
For example, when the computer executes the step (S21), the computer can display a physique data input screen and acquire the physique data in accordance with a user input operation on the screen. The computer can also obtain the physique data of the subject from an external database that stores the subject information. The computer may acquire a weight value as a physique data from a connected scale, or extract image information of a subject based on image data obtained from a camera with a predetermined angle of view. Based on the obtained image information and angle of view information, at least one of the subject's height, waist height, knee height, leg length, etc. can be calculated as physique data.

工程(S22)は、第一方法における工程(S11)と同様である。
工程(S23)は、第一方法における工程(S12)に対応し、以下の点で、工程(S12)と異なる。
膝関節モーメントの推定に用いられる歩行サンプルデータの統計情報には、その母集団の体格データが反映されている。言い換えれば、母集団の各人に関する歩行サンプルデータ及び体格データを統計処理することにより得られる統計情報が用いられる。工程(S23)では、工程(S21)で取得された体格データ及び工程(S22)で取得された加速度データ、並びに当該統計情報を用いて、体格データで正規化された膝関節モーメントを推定する。
Step (S22) is the same as step (S11) in the first method.
Step (S23) corresponds to step (S12) in the first method, and differs from step (S12) in the following points.
The statistical information of the walking sample data used for estimating the knee joint moment reflects the physique data of the population. In other words, statistical information obtained by statistically processing the walking sample data and the physique data regarding each person in the population is used. In the step (S23), the knee joint moment normalized with the physique data is estimated using the physique data acquired in the step (S21), the acceleration data acquired in the step (S22), and the statistical information.

第二方法では、上記統計情報は、腰部の加速度及び体格情報の組み合わせとその体格情報で正規化された膝関節モーメントとの因果関係に基づいて生成される。この因果関係についても本発明者らにより新たに見出されたものである。例えば、当該統計情報は、母集団の歩行サンプルデータ及び体格データを少なくとも用いた重回帰分析により取得された重回帰式であって、一歩行周期中の複数タイミングにおける複数の加速度値及び一以上の体格値を説明変数とし、その一以上の体格値で正規化されたモーメント値を目的変数とする重回帰式である。この場合、工程(S23)では、この重回帰式に、工程(S21)で取得された体格データ及び工程(S22)で取得された加速度データを適用することにより、体格データで正規化されたモーメント値を算出することができる。   In the second method, the statistical information is generated on the basis of a causal relationship between a combination of waist acceleration and physique information and a knee joint moment normalized by the physique information. This causal relationship has also been newly found by the present inventors. For example, the statistical information is a multiple regression equation obtained by multiple regression analysis using at least the walking sample data and physique data of the population, and includes a plurality of acceleration values and a plurality of acceleration values at a plurality of timings in one walking cycle. It is a multiple regression equation in which a physique value is an explanatory variable and a moment value normalized by one or more physique values is an objective variable. In this case, in the step (S23), the moment normalized by the physique data is applied to the multiple regression equation by applying the physique data obtained in the step (S21) and the acceleration data obtained in the step (S22). A value can be calculated.

このように、第二実施形態では、被験者の体格データが更に取得され、歩行中の腰部における加速度データ及びその体格データを用いて、体格データで正規化された膝関節モーメントが推定される。また、推定される膝関節モーメントは、体格データで正規化されているため、膝関節にかかる負荷を示す標準指標を得ることができる。
本第二実施形態では、被験者の腰部の加速度データ及び体格データを用いて、体格データで正規化された膝関節モーメントが推定された。しかしながら、膝関節モーメントは、体重や膝の長さなどの体格情報から影響を受けるため、加速度データ及び体格データを用いて、正規化されない膝関節モーメントを推定することも可能である。
As described above, in the second embodiment, the physique data of the subject is further acquired, and the knee joint moment normalized with the physique data is estimated using the acceleration data and the physique data in the waist while walking. In addition, since the estimated knee joint moment is normalized by the physique data, a standard index indicating the load applied to the knee joint can be obtained.
In the second embodiment, the knee joint moment normalized by the physique data is estimated using the acceleration data and the physique data of the waist of the subject. However, since the knee joint moment is affected by the physique information such as the weight and the knee length, it is possible to estimate the unnormalized knee joint moment using the acceleration data and the physique data.

〔歩行分析装置〕
以下、第二実施形態における歩行分析装置(以降、第二装置と略称する場合がある)について説明する。第二装置は、上述の第二方法を実行可能である。
第二装置のハードウェア構成及び処理構成は、第一装置と同様である(図4及び図5参照)。
[Walk analysis device]
Hereinafter, the gait analyzer in the second embodiment (hereinafter may be abbreviated as the second device) will be described. The second device can execute the second method described above.
The hardware configuration and processing configuration of the second device are the same as those of the first device (see FIGS. 4 and 5).

第二装置の取得部21は、被験者の体格データを更に取得する。「体格データ」の定義及び取得部21によるその体格データの取得手法については、上述の工程(S21)と同様である。即ち、第二装置の取得部21は、上述の工程(S21)及び工程(S22)を実行する。
第二装置の情報格納部23に格納される統計情報は、上述したとおり、母集団の体格データを含む。言い換えれば、情報格納部23は、母集団の各人に関する歩行サンプルデータ及び体格データを統計処理することにより得られる統計情報を格納する。
The acquisition unit 21 of the second device further acquires the physique data of the subject. About the definition of "physique data" and the acquisition method of the physique data by the acquisition part 21, it is the same as that of the above-mentioned process (S21). That is, the acquisition unit 21 of the second apparatus executes the above-described step (S21) and step (S22).
The statistical information stored in the information storage unit 23 of the second device includes the physique data of the population as described above. In other words, the information storage unit 23 stores statistical information obtained by statistically processing the walking sample data and the physique data regarding each person in the population.

第二装置の算出部25は、取得部21で取得された被験者の体格データを更に用いて、体格データで正規化された当該モーメント値を算出する。算出部25による当該モーメント値の算出手法は、上述の工程(S23)における正規化されたモーメントの推定手法と同様である。即ち、算出部25は、上述の工程(S23)を実行する。
例えば、情報格納部23に格納される統計情報が、母集団の歩行サンプルデータ及び体格データを少なくとも用いた重回帰分析により取得された重回帰式であって、一歩行周期中の複数タイミングにおける複数の加速度値及び一以上の体格値を説明変数とし、当該一以上の体格値で正規化されたモーメント値を目的変数とする重回帰式を含む場合、算出部25は、取得部21により取得された加速度データ及び体格データをその重回帰式に適用することにより、体格データで正規化されたモーメント値を算出する。
The calculation unit 25 of the second device further uses the physique data of the subject acquired by the acquisition unit 21 to calculate the moment value normalized by the physique data. The calculation method of the moment value by the calculation unit 25 is the same as the normalized moment estimation method in the above-described step (S23). That is, the calculation unit 25 performs the above-described step (S23).
For example, the statistical information stored in the information storage unit 23 is a multiple regression equation acquired by multiple regression analysis using at least the walking sample data and physique data of the population, and a plurality of statistical information at a plurality of timings in one walking cycle. The calculation unit 25 is acquired by the acquisition unit 21 when a multiple regression equation having an acceleration value and one or more physique values as explanatory variables and a moment value normalized by the one or more physique values as an objective variable is included. The moment value normalized with the physique data is calculated by applying the acceleration data and the physique data to the multiple regression equation.

第二装置によれば、上述の第二方法が実行されるため、上述の第二方法と同様の効果を得ることができる。
以下に実施例を挙げ、上述の各実施形態を更に詳細に説明する。以下の実施例では、本発明者らにより行われた実験内容及び結果の一部を説明することで、上述の各実施形態の効果が実証される。なお、上述の各実施形態の内容は、以下の内容に限定されない。
According to the second device, since the second method described above is executed, the same effects as those of the second method described above can be obtained.
Examples will be given below to describe the above-described embodiments in more detail. In the following examples, the effects of the above-described embodiments are demonstrated by explaining a part of the experiment conducted by the present inventors and part of the results. In addition, the content of each above-mentioned embodiment is not limited to the following content.

歩行時に痛みがない自力で歩行可能な20歳から75歳の男女150名(男性75名、女性75名)が被験者の母集団とされ、この母集団が次のような第一群と第二群とに分類された。後述するように、第一群は、回帰式を取得するための群であり、第二群は、取得された回帰式を評価するための群である。
第一群:75名(男性37名、女性38名)
第二群:75名(男性38名、女性37名)
更に、第一群及び第二群の身体特性(年齢、身長、体重、BMI)についてt検定を行い、両群の身体特性に有意な差が見られないことが確認された。
そして、上記母集団について次のような測定が行われた。なお、以下の測定をするにあたり、各被験者には前日の過度な運動と飲酒を控えるよう指示された。
150 males and females (75 males and 75 females) aged 20 to 75 who can walk on their own with no pain when walking are taken as the population of subjects. Classified into groups. As will be described later, the first group is a group for acquiring a regression equation, and the second group is a group for evaluating the acquired regression equation.
First group: 75 (37 men, 38 women)
Second group: 75 (38 men, 37 women)
Furthermore, t tests were performed on the body characteristics (age, height, weight, BMI) of the first group and the second group, and it was confirmed that no significant difference was found in the body characteristics of both groups.
The following measurements were made on the population. In the following measurements, each subject was instructed to refrain from excessive exercise and drinking the previous day.

まず、被験者の右腰部(右腰部上前腸骨棘)及び右膝関節に反射マーカを取り付け、被験者の歩行中における反射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)で計測した。更に、その歩行中に、被験者に床反力計(AMTI社製のBP400600−1000P)の上を通過させて、床反力を計測した。反射マーカの位置は200ヘルツ(Hz)、床反力は1000Hzで計測された。
図7は、測定の様子を示す図である。図7に示されるように、被験者は、複数の所定部位に反射マーカを装着し、決められた場所を直線的に歩行する。被験者は、その歩行途中に設置されている床反力計FRの上を通過する。図7に示される反射マーカの取り付け位置はあくまで例示であり、全ての反射マーカが利用されなくてもよい。
First, a reflective marker is attached to the subject's right waist (upper anterior iliac spine) and right knee joint, and the position of the reflective marker during walking of the subject is a motion capture system (VICON MX system, VICON NEXUS made by VICON). Measured with. Furthermore, during the walking, the subject was passed over a floor reaction force meter (BP400600-1000P manufactured by AMTI) to measure the floor reaction force. The position of the reflective marker was measured at 200 hertz (Hz), and the floor reaction force was measured at 1000 Hz.
FIG. 7 is a diagram showing a state of measurement. As shown in FIG. 7, the subject wears a reflective marker at a plurality of predetermined sites and walks linearly at a predetermined place. The subject passes over the floor reaction force meter FR installed during the walking. The attachment positions of the reflective markers shown in FIG. 7 are merely examples, and all the reflective markers need not be used.

上述のように測定された各被験者の位置座標データ(時系列データ)及び床反力データは、次のように処理された。位置座標データのデータ間(測定間隔200Hzの狭間)は、適宜補間された。
前処理としてまず、両群の各被験者の位置座標データに対して、4次のButterworthローパスフィルタを適用することで、位置ブレ等のノイズが除去された。このときのカットオフ周波数は10Hzに設定された。以降の処理では、このようにノイズが除去された位置座標データが利用され、以下の説明では、それを単に位置座標データと略称する。
続いて、両群の各被験者の腰部の位置座標データから当該各被験者の腰部の加速度データがそれぞれ算出された。加速度データは、腰部の前後方向、左右方向、及び鉛直方向の方向成分について算出された。加速度の各方向成分は、位置座標を2回微分することで算出された。
そして、右足の着床に伴う鉛直方向の加速度の極値により、当該算出された加速度データの中から一歩行周期が切り出され、切り出された一歩行周期の加速度データを101等分(約10m秒間隔)に分割することで、被験者毎に合計303の加速度成分が抽出された。
また、床反力計による計測値に基づいて、両群の各被験者の体重値が抽出された。
The position coordinate data (time series data) and floor reaction force data of each subject measured as described above were processed as follows. Between the data of the position coordinate data (between the measurement intervals of 200 Hz) was appropriately interpolated.
As preprocessing, first, noise such as position blur was removed by applying a fourth-order Butterworth low-pass filter to the position coordinate data of each subject in both groups. The cut-off frequency at this time was set to 10 Hz. In the subsequent processing, the position coordinate data from which noise is removed in this way is used, and in the following description, it is simply referred to as position coordinate data.
Subsequently, acceleration data of the waist of each subject was calculated from the position coordinate data of the waist of each subject in both groups. The acceleration data was calculated for the directional components in the front / rear direction, the left / right direction, and the vertical direction of the waist. Each direction component of acceleration was calculated by differentiating the position coordinates twice.
Then, a single walking cycle is cut out from the calculated acceleration data according to the extreme value of the vertical acceleration accompanying the landing of the right foot, and the extracted acceleration data of one walking cycle is divided into 101 equal parts (about 10 milliseconds). In total, 303 acceleration components were extracted for each subject.
Moreover, the weight value of each test subject of both groups was extracted based on the measured value by a floor reaction force meter.

次に、各被験者の位置座標データ及び床反力データを用いて、両群の各被験者について一歩行周期中の右膝関節内反モーメントの最大値がそれぞれ算出され、算出された最大値が各被験者の体重で正規化された。以降、この正規化された値が各被験者の右膝関節内反モーメント最大値として利用され、以下の説明でも、正規化された値が右膝関節内反モーメント最大値と表記される。
なお、上述の加速度データ及び右膝関節内反モーメントの算出手法は、国立研究開発法人産業技術総合研究所(AIST)の歩行データベースにおける全身の歩行計測パターンに基づいている(非特許文献2参照)。
Next, using the position coordinate data and floor reaction force data of each subject, the maximum value of the right knee joint reaction moment during one walking cycle is calculated for each subject in both groups, and the calculated maximum value is Normalized by subject's weight. Hereinafter, this normalized value is used as the maximum value of the right knee joint varus moment of each subject, and the normalized value is also expressed as the right knee joint varus moment maximum value in the following description.
In addition, the calculation method of the above-mentioned acceleration data and right knee joint varus moment is based on the whole body walking measurement pattern in the walking database of National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) (see Non-Patent Document 2). .

そして、第一群について算出された右膝関節内反モーメント最大値、一歩行周期の加速度データ(303成分)、及び体重値を重回帰分析することにより、重回帰式が求められた。具体的には、右膝関節内反モーメント最大値を目的変数とし、各被験者の体重値(kg)及び加速度データの中の特定成分を説明変数とする次のような重回帰式が得られた。
膝関節内反モーメント最大値(Nm/kg)
=0.643+(体重値)×(−0.007)+(X[17−19])×(0.008)+(X[24−29])×(0.018)+(Y[3−5])×(−0.004)+(Y[18−20])×(0.006)+(Y[29−31])×(0.003)+(Z[25−27])×(−0.004)
上記式において、X[]は、一歩行周期内の[]で示されるタイミングにおける左右方向の加速度の平均値を示し、Y[]は、一歩行周期内の[]で示されるタイミングにおける前後方向の加速度の平均値を示し、Z[]は、一歩行周期内の[]で示されるタイミングにおける鉛直方向の加速度の平均値を示す。ここでのタイミングは、一歩行周期全体を100%とした時間率の範囲で示されている。例えば、X[24−29]は、一歩行周期内の時間率24%から29%までの間の左右方向の加速度の平均値を示す。
Then, a multiple regression equation was obtained by performing multiple regression analysis on the maximum value of the right knee joint varus moment calculated for the first group, acceleration data (303 components) of one walking cycle, and body weight value. Specifically, the following multiple regression equations were obtained with the maximum value of the right knee joint varus moment as the objective variable and the specific component in the weight value (kg) and acceleration data of each subject as the explanatory variables. .
Maximum knee joint varus moment (Nm / kg)
= 0.643 + (weight value) × (−0.007) + (X [17-19]) × (0.008) + (X [24-29]) × (0.018) + (Y [3 −5]) × (−0.004) + (Y [18-20]) × (0.006) + (Y [29-31]) × (0.003) + (Z [25-27]) × (−0.004)
In the above equation, X [] represents the average value of acceleration in the left-right direction at the timing indicated by [] within one walking cycle, and Y [] represents the front-rear direction at the timing indicated by [] within one walking cycle. Z [] indicates the average acceleration in the vertical direction at the timing indicated by [] within one walking cycle. The timing here is shown in a time rate range where the entire walking cycle is 100%. For example, X [24-29] indicates an average value of acceleration in the left-right direction between 24% and 29% of the time rate within one walking cycle.

重回帰分析はステップワイズ法により実施され、右膝関節内反モーメント最大値を高精度に説明する最適な説明変数が選択された。
特に、加速度データに関して、使うべき方向成分及び一歩行周期内のタイミング(時間率の範囲)については、右膝関節内反モーメント最大値との相関の度合が考慮された。
図8は、説明変数として選択された加速度成分を概念的に示す図である。
図8に示されるように、加速度の3つの各方向成分について個別に1以上のタイミング(時間率の範囲)が選択された。具体的には、加速度の左右方向成分については、2つのタイミング(時間率17%から19%の範囲及び時間率24%から29%の範囲)の各々の平均加速度値が選択され、加速度の前後方向成分については、3つのタイミング(時間率3%から5%の範囲、時間率18%から20%の範囲、及び時間率29%から31%の範囲)の各々の平均加速度値が選択され、加速度の鉛直方向成分については、1つのタイミング(時間率25%から27%の範囲)の平均加速度値が選択された。
また、図8に示されるように、本実施例では、右脚の立脚期の加速度が利用され、右脚の遊脚期の加速度は利用されなかった。これは、右膝関節の内反モーメントが推定対象とされているからと考えられる。
Multiple regression analysis was performed by the stepwise method, and the optimum explanatory variable that explained the maximum value of the right knee joint varus moment with high accuracy was selected.
In particular, regarding the acceleration data, the degree of correlation with the maximum value of the right knee joint varus moment was considered for the direction component to be used and the timing within one walking cycle (range of time ratio).
FIG. 8 is a diagram conceptually showing the acceleration component selected as the explanatory variable.
As shown in FIG. 8, one or more timings (time rate ranges) were individually selected for each of the three directional components of acceleration. Specifically, for the left-right direction component of acceleration, an average acceleration value at each of two timings (a range of 17% to 19% of time and a range of 24% to 29% of time) is selected. For the direction component, the average acceleration value of each of the three timings (range 3% to 5%, range 18% to 20%, and range 29% to 31%) is selected. For the vertical component of acceleration, an average acceleration value at one timing (range from 25% to 27% of time rate) was selected.
Further, as shown in FIG. 8, in this example, acceleration in the stance phase of the right leg was used, and acceleration in the swing phase of the right leg was not used. This is presumably because the club moment of the right knee joint is the estimation target.

図9は、第一群の測定データに基づく重回帰式の精度を示すグラフである。図9のグラフは、縦軸に、推定値、即ちその重回帰式に第一群の各被験者の右腰部の加速度データ及び体重値を代入することで推定される(算出される)右膝関節内反モーメント最大値を示し、横軸に、実測値、即ち第一群の各被験者の計測データ(床反力データを含む)から算出された右膝関節内反モーメント最大値を示す。推定値と実測値との相関度合を示す決定係数Rが0.74であるため、上記重回帰式による膝関節内反モーメント最大値の推定精度が高いことが実証されている。 FIG. 9 is a graph showing the accuracy of the multiple regression equation based on the measurement data of the first group. In the graph of FIG. 9, the right knee joint is estimated (calculated) by substituting the acceleration data and the weight value of each subject in the first group into the estimated value, that is, the multiple regression equation, on the vertical axis. The maximum value of the club moment is shown, and the horizontal axis shows the actual value, that is, the maximum value of the right knee joint ball moment calculated from the measurement data (including floor reaction force data) of each subject in the first group. Since the coefficient of determination R 2 indicating the degree of correlation between the estimated value and measured value is 0.74, that the estimation accuracy of the knee joint varus moment maximum value according to the multiple regression equation is high have been demonstrated.

更に、第二群の測定データを用いて、上記重回帰式の精度が検証された。
図10は、第二群の測定データに基づく重回帰式の精度を示すグラフである。図10のグラフについても、図9と同様に、縦軸に推定値を示し、横軸に実測値を示す。
そして、第二群に関する推定値と実測値との決定係数Rが0.41であるため、回帰式取得群(第一群)以外の測定データについても、上記重回帰式により膝関節内反モーメント最大値を高精度に推定できることが実証された。
Furthermore, the accuracy of the multiple regression equation was verified using the measurement data of the second group.
FIG. 10 is a graph showing the accuracy of the multiple regression equation based on the measurement data of the second group. In the graph of FIG. 10 as well, the estimated value is shown on the vertical axis and the measured value is shown on the horizontal axis, as in FIG.
Since the coefficient of determination R 2 between the measured value and the estimate for the second group is 0.41, for the measured data other than the regression equation acquisition group (first group), the knee joint reaction by the multiple regression equation It was demonstrated that the maximum moment value can be estimated with high accuracy.

本実施例で挙げた内容は例示である。従って、推定される膝関節モーメントは、位置歩行周期中の最大値でなくてもよいし、体重による正規化をされていなくてもよい。また、膝関節モーメントの推定に用いられる加速度の方向成分及びそのタイミング(時間率の範囲)についても、本実施例の内容に限定されない。上述の各実施形態で述べるように、方向成分毎に同一タイミングの加速度値が用いられてもよいし、直交する三つの方向成分全てを利用せず、一又は二の方向成分が利用されてもよい。   The contents given in this embodiment are merely examples. Therefore, the estimated knee joint moment may not be the maximum value during the position walking cycle, and may not be normalized by the weight. Further, the direction component of acceleration used for estimating the knee joint moment and its timing (time rate range) are not limited to the contents of this embodiment. As described in each of the above-described embodiments, acceleration values at the same timing may be used for each direction component, or not all three orthogonal direction components may be used, but one or two direction components may be used. Good.

なお、上述の説明で用いた複数のフローチャートでは、複数の工程(処理)が順番に記載されているが、各実施形態で実行される工程の実行順序は、その記載の順番に制限されない。例えば、図6に示される工程(S21)と工程(S22)とは、逆順で実行されてもよいし、並行して実行されてもよい。各実施形態では、図示される工程の順番を内容的に支障のない範囲で変更することができる。また、上述の各実施形態は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。   In addition, in the some flowchart used by the above-mentioned description, although several process (process) is described in order, the execution order of the process performed by each embodiment is not restrict | limited to the order of the description. For example, the step (S21) and the step (S22) shown in FIG. 6 may be executed in reverse order or may be executed in parallel. In each embodiment, the order of the illustrated steps can be changed within a range that does not hinder the contents. Moreover, each above-mentioned embodiment can be combined in the range in which the content does not conflict.

上述の内容は、次のようにも特定され得る。但し、上述の内容が以下の記載に制限されるものではない。
<1> 歩行中の被験者の腰部における加速度データを取得する取得工程と、
母集団から予め測定された歩行サンプルデータの統計情報及び前記取得工程で取得された加速度データを用いて、歩行中に前記被験者の膝関節に生ずるモーメントを推定する推定工程と、
を含む歩行分析方法。
The above contents can also be specified as follows. However, the above-mentioned content is not limited to the following description.
<1> An acquisition step of acquiring acceleration data in the waist of a subject who is walking;
An estimation step of estimating a moment generated in the knee joint of the subject during walking using statistical information of walking sample data measured in advance from a population and acceleration data acquired in the acquisition step;
Gait analysis method including:

<2> 前記推定工程では、前記取得工程で取得された加速度データから得られる、一歩行周期中の予め定められた複数タイミングの各々における加速度データを用いて、前記モーメントを推定する、
<1>に記載の歩行分析方法。
<3> 前記取得工程で取得された加速度データは、直交する二以上の方向成分を含み、
前記推定工程では、前記二以上の方向成分の各々について個別に予め定められている各タイミングにおける、該方向の加速度値を用いて、前記モーメントを推定する、
<2>に記載の歩行分析方法。
<4> 前記取得工程では、歩行中の前記被験者の右腰部又は左腰部における加速度データを取得し、
前記推定工程では、右腰部の加速度データが取得される場合には、右の立脚期内から予め定められた前記複数タイミングの各々における加速度データを用いて、歩行中に前記被験者の右膝関節に生じるモーメントを推定し、左腰部の加速度データが取得される場合には、左の立脚期内から予め定められた前記複数タイミングの各々における加速度データを用いて、歩行中に前記被験者の左膝関節に生じるモーメントを推定する、
<2>又は<3>に記載の歩行分析方法。
<5> 前記複数タイミングの各々は、個別に予め定められた時間幅を有し、
前記推定工程では、前記複数タイミングの各々の時間幅内における同一方向の加速度値の平均値を用いて、前記モーメントを推定する、
<2>から<4>のいずれか一つに記載の歩行分析方法。
<6> 前記取得工程で取得された加速度データが示す鉛直の方向成分に基づいて、該加速度データの中の一歩行周期を特定する工程、
を更に含み、
前記推定工程では、前記特定された一歩行周期中の加速度データから、前記複数タイミングの各々における加速度データを特定する、
<2>から<5>のいずれか一つに記載の歩行分析方法。
<7> 前記被験者の体格データを取得する工程、
を更に含み、
前記統計情報には、前記母集団の体格データが反映されており、
前記推定工程では、前記取得された前記被験者の前記体格データを更に用いて、体格データで正規化された前記モーメントを推定する、
<1>から<6>のいずれか一つに記載の歩行分析方法。
<8> 前記推定工程では、前記母集団の前記歩行サンプルデータ及び前記体格データを少なくとも用いた重回帰分析により取得された重回帰式であって、一歩行周期中の複数タイミングにおける複数の加速度値及び一以上の体格値を説明変数とし、体格値で正規化されたモーメント値を目的変数とする重回帰式を用いて、前記モーメントを推定する、
<7>に記載の歩行分析方法。
<9> 歩行中の被験者の腰部における加速度データを取得する取得手段と、
母集団から予め測定された歩行サンプルデータの統計情報を格納する格納手段と、
前記統計情報及び前記取得された加速度データを用いて、歩行中に前記被験者の膝関節に生ずるモーメント値を算出する算出手段と、
を備える歩行分析装置。
<10> 前記算出手段は、前記取得手段により取得された加速度データから得られる、一歩行周期中の予め定められた複数タイミングの各々における加速度データを用いて、前記モーメント値を算出する、
<9>に記載の歩行分析装置。
<11> 前記取得手段により取得される加速度データは、直交する二以上の方向成分を含み、
前記算出手段は、前記二以上の方向成分の各々について個別に予め定められている各タイミングにおける、該方向の加速度値を用いて、前記モーメント値を算出する、
<10>に記載の歩行分析装置。
<12> 前記取得手段は、歩行中の前記被験者の右腰部又は左腰部における加速度データを取得し、
前記算出手段は、右腰部の加速度データが取得される場合には、右の立脚期内から予め定められた前記複数タイミングの各々における加速度データを用いて、歩行中に前記被験者の右膝関節に生じるモーメント値を算出し、左腰部の加速度データが取得される場合には、左の立脚期内から予め定められた前記複数タイミングの各々における加速度データを用いて、歩行中に前記被験者の左膝関節に生じるモーメント値を算出する、
<10>又は<11>に記載の歩行分析装置。
<13> 前記複数タイミングの各々は、個別に予め定められた時間幅を有し、
前記算出手段は、前記複数タイミングの各々の時間幅内における同一方向の加速度値の平均値を算出し、算出された平均値を用いて前記モーメント値を算出する、
<10>から<12>のいずれか一つに記載の歩行分析装置。
<14> 前記算出手段は、前記取得手段により取得された加速度データが示す鉛直の方向成分に基づいて、該加速度データの中の一歩行周期を特定し、特定された一歩行周期中の加速度データから、前記複数タイミングの各々における加速度データを特定する、
<10>から<13>のいずれか一つに記載の歩行分析装置。
<15> 前記取得手段は、前記被験者の体格データを更に取得し、
前記統計情報は、前記母集団の体格データを含み、
前記算出手段は、前記被験者の前記体格データを更に用いて、体格データで正規化された前記モーメント値を算出する、
<9>から<14>のいずれか一つに記載の歩行分析装置。
<16> 前記統計情報は、前記母集団の前記歩行サンプルデータ及び前記体格データを少なくとも用いた重回帰分析により取得された重回帰式であって、一歩行周期中の複数タイミングにおける複数の加速度値及び一以上の体格値を説明変数とし、該一以上の体格値で正規化されたモーメント値を目的変数とする重回帰式を含み、
前記算出手段は、前記取得手段により取得された加速度データ及び体格データを前記重回帰式に適用することにより、体格データで正規化された前記モーメント値を算出する、
<15>に記載の歩行分析装置。
<2> In the estimation step, the moment is estimated using acceleration data at each of a plurality of predetermined timings in one walking cycle obtained from the acceleration data acquired in the acquisition step.
The walking analysis method according to <1>.
<3> The acceleration data acquired in the acquisition step includes two or more direction components orthogonal to each other,
In the estimating step, the moment is estimated by using an acceleration value in the direction at each timing individually determined for each of the two or more direction components.
The walking analysis method according to <2>.
<4> In the acquisition step, acceleration data in the right waist or left waist of the subject during walking is acquired,
In the estimation step, when acceleration data of the right waist is acquired, acceleration data at each of the plurality of timings determined in advance from the right stance phase is used to apply to the right knee joint of the subject during walking. When the left hip acceleration data is acquired by estimating the moment to be generated, the left knee joint of the subject during walking using the acceleration data at each of the predetermined timings from the left stance phase To estimate the moment that occurs in
The gait analysis method according to <2> or <3>.
<5> Each of the plurality of timings has a predetermined time width individually,
In the estimating step, the moment is estimated using an average value of acceleration values in the same direction within each time width of the plurality of timings.
The gait analysis method according to any one of <2> to <4>.
<6> A step of identifying one walking cycle in the acceleration data based on a vertical direction component indicated by the acceleration data acquired in the acquisition step;
Further including
In the estimation step, the acceleration data at each of the plurality of timings is specified from the acceleration data in the specified one walking cycle.
The gait analysis method according to any one of <2> to <5>.
<7> A step of acquiring the physique data of the subject,
Further including
The statistical information reflects physique data of the population,
In the estimating step, further using the acquired physique data of the subject to estimate the moment normalized with the physique data,
The gait analysis method according to any one of <1> to <6>.
<8> In the estimation step, a multiple regression equation obtained by multiple regression analysis using at least the walking sample data and the physique data of the population, and a plurality of acceleration values at a plurality of timings in one walking cycle And using one or more physique values as explanatory variables and a multiple regression equation with the moment values normalized by the physique values as objective variables, the moment is estimated.
The gait analysis method according to <7>.
<9> Acquisition means for acquiring acceleration data at the waist of the subject who is walking;
Storage means for storing statistical information of gait sample data measured in advance from a population;
Using the statistical information and the acquired acceleration data, calculating means for calculating a moment value generated in the knee joint of the subject during walking;
A gait analyzer comprising:
<10> The calculation unit calculates the moment value using acceleration data at each of a plurality of predetermined timings in one walking cycle, which is obtained from the acceleration data acquired by the acquisition unit.
The gait analyzer according to <9>.
<11> The acceleration data acquired by the acquisition unit includes two or more direction components orthogonal to each other,
The calculation means calculates the moment value using an acceleration value in the direction at each timing individually determined for each of the two or more direction components.
The gait analyzer according to <10>.
<12> The acquisition means acquires acceleration data in the right waist or left waist of the subject during walking,
When the acceleration data of the right waist is acquired, the calculating means uses the acceleration data at each of the plurality of timings determined in advance from the right stance phase to the right knee joint of the subject during walking. When the moment value to be generated is calculated and the acceleration data of the left hip is acquired, the acceleration data at each of the plurality of timings determined in advance from the left stance phase is used to determine the left knee of the subject during walking. Calculate the moment value generated in the joint,
The gait analyzer according to <10> or <11>.
<13> Each of the plurality of timings has a predetermined time width individually,
The calculation means calculates an average value of acceleration values in the same direction within each time width of the plurality of timings, and calculates the moment value using the calculated average value.
The gait analyzer according to any one of <10> to <12>.
<14> The calculation unit specifies one walking cycle in the acceleration data based on the vertical direction component indicated by the acceleration data acquired by the acquiring unit, and the acceleration data in the specified one walking cycle To identify acceleration data at each of the plurality of timings,
The gait analyzer according to any one of <10> to <13>.
<15> The acquisition means further acquires the physique data of the subject,
The statistical information includes physique data of the population,
The calculation means further uses the physique data of the subject to calculate the moment value normalized with the physique data.
The gait analyzer according to any one of <9> to <14>.
<16> The statistical information is a multiple regression equation obtained by multiple regression analysis using at least the walking sample data and the physique data of the population, and a plurality of acceleration values at a plurality of timings in one walking cycle. And a multiple regression equation having one or more physique values as explanatory variables, and a moment value normalized by the one or more physique values as an objective variable,
The calculation means calculates the moment value normalized by the physique data by applying the acceleration data and the physique data acquired by the acquisition means to the multiple regression equation.
The gait analyzer according to <15>.

10 歩行分析装置(第一装置)
11 CPU
12 メモリ
13 入出力I/F
14 通信ユニット
15 出力装置
16 入力装置
17 加速度センサ
21 取得部
23 情報格納部
25 算出部
10 Gait analyzer (first device)
11 CPU
12 Memory 13 Input / output I / F
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Communication unit 15 Output device 16 Input device 17 Acceleration sensor 21 Acquisition part 23 Information storage part 25 Calculation part

Claims (9)

歩行中の被験者の腰部における加速度データを取得する取得工程と、
母集団から予め測定された歩行サンプルデータの統計情報及び前記取得工程で取得された加速度データを用いて、歩行中に前記被験者の膝関節に生ずるモーメントを推定する推定工程と、
を含む歩行分析方法。
An acquisition step of acquiring acceleration data in the waist of a walking subject;
An estimation step of estimating a moment generated in the knee joint of the subject during walking using statistical information of walking sample data measured in advance from a population and acceleration data acquired in the acquisition step;
Gait analysis method including:
前記推定工程では、前記取得工程で取得された加速度データから得られる、一歩行周期中の予め定められた複数タイミングの各々における加速度データを用いて、前記モーメントを推定する、
請求項1に記載の歩行分析方法。
In the estimation step, the moment is estimated using acceleration data obtained from the acceleration data acquired in the acquisition step at each of a plurality of predetermined timings during one walking cycle.
The gait analysis method according to claim 1.
前記取得工程で取得された加速度データは、直交する二以上の方向成分を含み、
前記推定工程では、前記二以上の方向成分の各々について個別に予め定められている各タイミングにおける、該方向の加速度値を用いて、前記モーメントを推定する、
請求項2に記載の歩行分析方法。
The acceleration data acquired in the acquisition step includes two or more direction components orthogonal to each other,
In the estimating step, the moment is estimated by using an acceleration value in the direction at each timing individually determined for each of the two or more direction components.
The gait analysis method according to claim 2.
前記取得工程では、歩行中の前記被験者の右腰部又は左腰部における加速度データを取得し、
前記推定工程では、右腰部の加速度データが取得される場合には、右の立脚期内から予め定められた前記複数タイミングの各々における加速度データを用いて、歩行中に前記被験者の右膝関節に生じるモーメントを推定し、左腰部の加速度データが取得される場合には、左の立脚期内から予め定められた前記複数タイミングの各々における加速度データを用いて、歩行中に前記被験者の左膝関節に生じるモーメントを推定する、
請求項2又は3に記載の歩行分析方法。
In the acquisition step, the acceleration data in the right waist or left waist of the subject during walking is acquired,
In the estimation step, when acceleration data of the right waist is acquired, acceleration data at each of the plurality of timings determined in advance from the right stance phase is used to apply to the right knee joint of the subject during walking. When the left hip acceleration data is acquired by estimating the moment to be generated, the left knee joint of the subject during walking using the acceleration data at each of the predetermined timings from the left stance phase To estimate the moment that occurs in
The gait analysis method according to claim 2 or 3.
前記複数タイミングの各々は、個別に予め定められた時間幅を有し、
前記推定工程では、前記複数タイミングの各々の時間幅内における同一方向の加速度値の平均値を用いて、前記モーメントを推定する、
請求項2から4のいずれか一項に記載の歩行分析方法。
Each of the plurality of timings has a predetermined time width individually,
In the estimating step, the moment is estimated using an average value of acceleration values in the same direction within each time width of the plurality of timings.
The gait analysis method according to any one of claims 2 to 4.
前記取得工程で取得された加速度データが示す鉛直の方向成分に基づいて、該加速度データの中の一歩行周期を特定する工程、
を更に含み、
前記推定工程では、前記特定された一歩行周期中の加速度データから、前記複数タイミングの各々における加速度データを特定する、
請求項2から5のいずれか一項に記載の歩行分析方法。
A step of identifying one walking cycle in the acceleration data based on a vertical direction component indicated by the acceleration data acquired in the acquisition step;
Further including
In the estimation step, the acceleration data at each of the plurality of timings is specified from the acceleration data in the specified one walking cycle.
The walking analysis method according to any one of claims 2 to 5.
前記被験者の体格データを取得する工程、
を更に含み、
前記統計情報には、前記母集団の体格データが反映されており、
前記推定工程では、前記取得された前記被験者の前記体格データを更に用いて、体格データで正規化された前記モーメントを推定する、
請求項1から6のいずれか一項に記載の歩行分析方法。
Obtaining the physique data of the subject,
Further including
The statistical information reflects physique data of the population,
In the estimating step, further using the acquired physique data of the subject to estimate the moment normalized with the physique data,
The gait analysis method according to any one of claims 1 to 6.
前記推定工程では、前記母集団の前記歩行サンプルデータ及び前記体格データを少なくとも用いた重回帰分析により取得された重回帰式であって、一歩行周期中の複数タイミングにおける複数の加速度値及び一以上の体格値を説明変数とし、体格値で正規化されたモーメント値を目的変数とする重回帰式を用いて、前記モーメントを推定する、
請求項7に記載の歩行分析方法。
In the estimation step, a multiple regression equation obtained by multiple regression analysis using at least the walking sample data and the physique data of the population, wherein a plurality of acceleration values and one or more at a plurality of timings in one walking cycle Estimating the moment using a multiple regression equation with the physique value of as an explanatory variable and the moment value normalized with the physique value as the objective variable
The gait analysis method according to claim 7.
歩行中の被験者の腰部における加速度データを取得する取得手段と、
母集団から予め測定された歩行サンプルデータの統計情報を格納する格納手段と、
前記統計情報及び前記取得された加速度データを用いて、歩行中に前記被験者の膝関節に生ずるモーメント値を算出する算出手段と、
を備える歩行分析装置。
An acquisition means for acquiring acceleration data in the waist of the walking subject;
Storage means for storing statistical information of gait sample data measured in advance from a population;
Using the statistical information and the acquired acceleration data, calculating means for calculating a moment value generated in the knee joint of the subject during walking;
A gait analyzer comprising:
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