JP2019033839A - 重心移動表示装置と重心移動表示装置における重心移動の表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】座位又は立位で体を傾けて重心を移動させる運動に際して、運動による筋力増強などの効果を効率的に得ることができる、新規な重心移動表示装置と重心移動の表示方法とを提供することにある。【解決手段】対象者Ａが座位又は立位で体を傾けて重心を移動させる運動に際して、重心の移動を表示する重心移動表示装置１０であって、（ｉ）対象者Ａが座位又は立位で載る支持面４０と、（ｉｉ）支持面４０に作用する対象者Ａの体荷重を検出するセンサ１２と、（ｉｉｉ）対象者Ａが体を傾けて重心を初期位置から離れる方向へ移動させる際に、対象者Ａから支持面４０に及ぼされた体荷重の重心位置８４よりも移動距離が小さくされた仮想重心位置８６を、センサ１２の検出結果に基づいて設定する仮想重心設定手段１４と、（ｉｖ）仮想重心設定手段１４が設定した仮想重心位置８６を表示する表示手段４２とを、含む。【選択図】図４

Description

本発明は、対象者の重心の移動を測定して表示する重心移動表示装置と重心移動表示装置における重心移動の表示方法とに関するものである。

従来から、対象者の身体能力の回復や向上を目的とするリハビリテーション（以下、リハビリ）やトレーニングにおいて、体を前後左右に傾けて重心を移動させる運動が有効であると考えられている。そこで、例えば特開平９−１２０４６４号公報（特許文献１）には、対象者が体の傾動によるリハビリを行う際に、測定値を画像や音で知らせるリハビリテーション支援装置が提案されている。

ところで、対象者が体の傾動によって柔軟性の向上や筋力の増強などを図る場合には、対象者に体の傾動によるリハビリやトレーニングを継続的に行わせると共に、リハビリやトレーニングに対する効果を効率的に得ることが望ましい。特許文献１に開示されたリハビリテーション支援装置は、対象者の体の傾動による重心の移動量を仮想世界の画像や効果音と連動させて、リハビリの単調さを排除することも目的としている。

しかしながら、特許文献１に記載のリハビリテーション支援装置では、対象者にリハビリの継続意識を持たせることについて考慮されている一方、リハビリやトレーニングの効果を効率的に得る手段については、未だ検討されていなかった。

特開平９−１２０４６４号公報

本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、対象者が座位又は立位で体を傾けて重心を移動させる運動を行うに際して、運動による柔軟性の向上や筋力の増強といった効果を効率的に得ることができる、新規な構造の重心移動表示装置を提供することにある。

また、本発明は、対象者が座位又は立位で体を傾けて重心を移動させる運動を行うに際して、運動による柔軟性の向上や筋力の増強などといった効果をより大きく得易くなるように視覚的に補助することができる、新規な重心移動表示装置における重心移動の表示方法を提供することも目的とする。

以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。

すなわち、本発明の第一の態様は、対象者が座位又は立位で体を傾けて重心を移動させる運動に際して重心の移動を表示する重心移動表示装置であって、（ｉ）前記対象者が座位又は立位で載る支持面と、（ｉｉ）該支持面に作用する該対象者の体荷重を検出するセンサと、（ｉｉｉ）該対象者が体を傾けて重心を初期位置から離れる方向へ移動させる際に、該対象者から該支持面に及ぼされた体荷重の重心位置よりも移動距離が小さくされた仮想重心位置を、該センサの検出結果に基づいて設定する仮想重心設定手段と、（ｉｖ）該仮想重心設定手段が設定した該仮想重心位置を表示する表示手段とを、含むことを特徴とする。

このような第一の態様に従う構造とされた重心移動表示装置によれば、例えば、対象者が支持面に載った座位又は立位で体を傾ける運動を行う場合に、体を傾けることによる重心の移動を表示手段によって表示することで、対象者の運動能力や運動中の姿勢の変化などを視覚によって把握することができる。

さらに、対象者が体を傾ける際に、単に支持面に及ぼされた体荷重の重心位置を表示して対象者に見せるのではなく、重心の移動に伴う移動距離が重心位置よりも小さい仮想重心位置を表示して対象者に見せることにより、対象者が体性感覚に基づいて感じる姿勢の変化（体の傾き）に対して、対象者が視覚によって把握する姿勢の変化を小さくする。これにより、対象者は、体性感覚によって認知する姿勢変化の限界を超えて、より大きな姿勢変化を行うことが可能となり易く、運動による筋力の増強などがより効果的に図られる。

本発明の第二の態様は、第一の態様に記載された重心移動表示装置において、前記仮想重心位置が前記重心位置よりも予め設定された時間だけ遅れた遅延重心位置とされることにより、該仮想重心位置の移動距離が該重心位置よりも小さくされているものである。

第二の態様によれば、仮想重心位置が重心位置に対して時間遅れで追従して移動するようにすることで、対象者が体を傾けて重心を移動させる際に、仮想重心位置の移動距離を、遅延時間に応じて重心位置の移動距離よりも小さくすることができる。しかも、仮想重心位置が重心位置の移動に対して時間遅れで追従するように移動することで、対象者の姿勢の変化と仮想重心位置の移動とのずれに対する違和感を低減することができる。

本発明の第三の態様は、第一又は第二の態様に記載された重心移動表示装置において、前記仮想重心位置が前記重心位置よりも予め設定された距離だけ小さく移動せしめられる過小変位重心位置とされることにより、該仮想重心位置の移動距離が該重心位置よりも小さくされているものである。

第三の態様によれば、仮想重心位置の移動距離が、重心位置の移動距離に対して、予め設定された距離だけ小さくなるようにすることで、重心位置の移動距離と仮想重心位置の移動距離との差をより直接的に設定することが可能となる。なお、過小変位重心位置の移動距離は、重心位置の移動距離から一定の距離を引いた差によって設定されていても良いが、例えば、重心位置の移動距離に対して所定の割合となるように距離を減じて設定することもできる。

本発明の第四の態様は、第一〜第三の何れか１つの態様に記載された重心移動表示装置において、前記仮想重心位置の移動距離が前記重心位置よりも小さくされる量を変更可能とする調節手段を備えているものである。

第四の態様によれば、例えば、対象者の運動能力や体格などに応じて、仮想重心位置の移動距離が重心位置の移動距離よりも小さくされる量を調節することで、例えば、対象者に体性感覚と視覚とのずれについて大きな違和感を与えることなく、より大きな姿勢変化を対象者に促すことができて、運動による筋力増強などの効果を有利に得ることができる。なお、調節手段は、仮想重心位置の移動距離が重心位置の移動距離よりも小さくされる量を、移動距離の差の調節によって直接的に変更するものであっても良いし、例えば、重心位置に対する仮想重心位置の表示の遅延時間を調節することで間接的に変更するものであっても良い。

本発明の第五の態様は、第一〜第四の何れか１つの態様に記載された重心移動表示装置において、前記センサが前記支持面に作用する圧力を検出する圧力センサとされており、前記表示手段が前記対象者から該支持面に及ぼされる圧力の分布を該圧力センサの検出結果に基づいて表示可能とされているものである。

第五の態様によれば、対象者が体圧分布の変化を見ることによって、対象者の姿勢の変化による重心の移動を体圧分布の変化によっても確認することができる。

本発明の第六の態様は、第一〜第五の何れか１つの態様に記載された重心移動表示装置において、前記センサが、上下に対向配置された柔軟な電極間に絶縁性の弾性材料で形成された誘電層を配設してなる圧力検出部の複数が二次元的に配された構造を有しており、該誘電層の弾性変形を伴う該電極間の距離の変化によって生じる該圧力検出部の静電容量の変化量に基づいて圧力を検出する静電容量型圧力センサとされているものである。

第六の態様によれば、静電容量型圧力センサによって、体圧分布を簡単な構造で検出することができると共に、体圧を静電容量の変化に基づいて精度よく検出することができる。しかも、センサを構成する電極と誘電層が変形可能とされていることにより、例えば椅子の座面やベッドの上面のように、緩衝などの目的で変形し易い支持面の圧力を検出する場合にも、圧力がセンサによって高精度に検出される。

本発明の第七の態様は、第一〜第六の何れか１つの態様に記載された重心移動表示装置において、前記支持面が椅子の座面とされており、前記センサが座位の前記対象者から該椅子の該座面に及ぼされる体荷重を検出するものである。

第七の態様によれば、例えば、対象者が座位で上体を傾ける運動を行う際に、上体の傾きをより大きく生じさせることができる。特に、座位での運動であれば、身体能力が低下した老人や傷病者、障害者などが身体能力の向上や回復を図るために行う場合にも安全性が高く、且つ本発明に係る重心移動表示装置を用いることで、身体能力の向上や回復をより効率的に実現することができる。

本発明の第八の態様は、第一〜第七の何れか１つの態様に記載された重心移動表示装置において、前記重心位置を前記センサの検出結果に基づいて算出する重心演算手段を備えているものである。

第八の態様によれば、センサの検出結果に基づいて実際の重心位置を算出することにより、例えば重心位置の移動距離を表示して知らせることなども可能となって、その結果、医師や理学療法士、トレーナー等が、対象者の運動能力などを正しく把握することができる。

本発明の第九の態様は、重心移動表示装置における重心移動の表示方法であって、対象者が支持面上において座位又は立位で体を傾斜させる運動に伴う該対象者の重心の初期位置から離れる方向への移動を表示するに際して、該対象者から該支持面に及ぼされた体荷重の重心位置よりも移動距離が小さくされた仮想重心位置を表示することを、特徴とする。

このような第九の態様に従う重心移動表示装置における重心移動の表示方法によれば、対象者が体を傾ける際に、移動距離が支持面に及ぼされた体荷重の重心位置よりも小さい仮想重心位置を、対象者が見る表示手段に表示することにより、対象者に自己の姿勢変化を過小評価させて、より大きな姿勢変化（重心移動）を促すことができる。その結果、対象者は、重心移動を伴う姿勢変化運動によって、筋力増強などの効果をより大きく得ることができて、トレーニングやリハビリテーションを効率的に行うことが可能となる。

本発明によれば、例えば、対象者が支持面に載った座位又は立位で体を傾ける運動を行う場合に、体を傾けることによる重心の移動を表示手段によって表示することで、対象者の運動能力や姿勢の変化などを視覚によって把握することができる。更に、支持面に及ぼされた体荷重の重心位置よりも移動距離が小さい仮想重心位置を対象者に見せることで、対象者が体性感覚などに基づいて感じる姿勢の変化（体の傾きなど）に対して、対象者が視覚によって把握する姿勢の変化を小さくする。これにより、対象者は、体性感覚によって認知する姿勢変化の限界を超えて、より大きな姿勢変化を行うことが可能となり易く、運動による筋力の増強などがより効果的に図られる。

本発明の第一の実施形態としての重心移動表示装置を示す平面図。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図。 図１に示す重心移動表示装置を用いた座位で上体を傾ける運動について説明する正面図。 図１に示す重心移動表示装置を構成するモニタの表示例を示す図。 図１に示す重心移動表示装置を構成するデータ処理装置の処理内容を示すフローチャート。 図１に示す重心移動表示装置の試用結果を示す表。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１には、本発明の第一の実施形態としての重心移動表示装置１０を図示する。この重心移動表示装置１０は、対象者Ａ（後述）が座位又は立位で体を傾けて重心を移動させる運動に際して、対象者Ａの重心の移動を表示する装置であって、センサとしての圧力センサ１２と、データ処理装置１４とを、備えている。なお、使用状態の重心移動表示装置１０は、後述する対象者Ａの前方が図１中の下側となる。

圧力センサ１２は、図１，２に示すように、誘電層１６と、表側電極Ｘ０１〜Ｘ１６と、裏側電極Ｙ０１〜Ｙ１６と、表側配線ｘ０１〜ｘ１６と、裏側配線ｙ０１〜ｙ１６と、表側基材１８と、裏側基材２０と、表側配線用コネクタ２２と、裏側配線用コネクタ２４とを、備えており、これら表側配線用コネクタ２２と裏側配線用コネクタ２４が、データ処理装置１４に電気的に接続されている。なお、図１においては、理解を容易とするために、誘電層１６および表側基材１８を透視して図示すると共に、圧力検出部２８に斜線を付して示している。また、表側配線ｘ０１〜ｘ１６、裏側配線ｙ０１〜ｙ１６、表側配線用コネクタ２２および裏側配線用コネクタ２４は、何れも圧力センサ１２内に配設されているが、図１においては、視認を容易とするために、圧力センサ１２の外に概略的に示している。

誘電層１６は、エラストマーとしてのウレタン発泡体製であって、四角形板状のシート状を呈し、弾性変形可能とされている。

表側基材１８は、ゴム製であって、四角形板状を呈している。表側基材１８は、誘電層１６の上方（表側）に積層されている。裏側基材２０は、ゴム製であって、四角板形状を呈している。裏側基材２０は、誘電層１６の下方（裏側）に積層されている。

表側基材１８の外縁と裏側基材２０の外縁とは接合されており、表側基材１８と裏側基材２０が、袋状に貼り合わされている。誘電層１６は、当該袋内に収容されている。誘電層１６の上面四隅は、表側基材１８の下面四隅に、スポット的に接着されている。また、誘電層１６の下面四隅は、裏側基材２０の上面四隅に、スポット的に接着されている。このように、誘電層１６は、表側基材１８および裏側基材２０に、使用時にシワがよらないように、位置決めされていることが望ましい。ただし、誘電層１６は、四隅が接着された状態で、表側基材１８および裏側基材２０に対して、水平方向（前後左右方向）に弾性変形可能である。

表側電極Ｘ０１〜Ｘ１６は、誘電層１６の上面に、合計１６本配置されている。表側電極Ｘ０１〜Ｘ１６は、各々、アクリルゴムと、導電性カーボンブラックとを、含んで形成されている。表側電極Ｘ０１〜Ｘ１６は、各々、帯状を呈しており、柔軟で伸縮可能に形成されている。表側電極Ｘ０１〜Ｘ１６は、各々、縦方向（図１中、上下方向）に延在している。表側電極Ｘ０１〜Ｘ１６は、横方向（図１中、左右方向）に所定間隔を隔てて離間して、互いに略平行になるように配置されている。

表側配線ｘ０１〜ｘ１６は、誘電層１６の上面に、合計１６本配置されている。表側配線ｘ０１〜ｘ１６は、各々、アクリルゴムと、銀粉とを、含んで形成されている。表側配線ｘ０１〜ｘ１６は、各々、線状を呈している。表側配線用コネクタ２２は、表側基材１８および裏側基材２０の隅部に配置されている。表側配線ｘ０１〜ｘ１６は、各々、表側電極Ｘ０１〜Ｘ１６の端部と表側配線用コネクタ２２とを接続している。

裏側電極Ｙ０１〜Ｙ１６は、誘電層１６の下面に、合計１６本配置されている。裏側電極Ｙ０１〜Ｙ１６は、各々、アクリルゴムと、導電性カーボンブラックとを、含んで形成されている。裏側電極Ｙ０１〜Ｙ１６は、各々、帯状を呈しており、柔軟で伸縮可能に形成されている。裏側電極Ｙ０１〜Ｙ１６は、各々、横方向（図１中、左右方向）に延在している。裏側電極Ｙ０１〜Ｙ１６は、縦方向（図１中、上下方向）に所定間隔を隔てて離間して、互いに略平行になるように配置されている。このように、表側電極Ｘ０１〜Ｘ１６と裏側電極Ｙ０１〜Ｙ１６は、上方または下方から見て、互いに直交するマトリックス状に配置されている。

裏側配線ｙ０１〜ｙ１６は、誘電層１６の下面に、合計１６本配置されている。裏側配線ｙ０１〜ｙ１６は、各々、アクリルゴムと、銀粉とを、含んで形成されている。裏側配線ｙ０１〜ｙ１６は、各々、線状を呈している。裏側配線用コネクタ２４は、表側基材１８および裏側基材２０の隅部に配置されている。裏側配線ｙ０１〜ｙ１６は、各々、裏側電極Ｙ０１〜Ｙ１６の端部と裏側配線用コネクタ２４とを接続している。

圧力センサ１２が備える複数の圧力検出部２８は、図１に斜線を付した四角で示すように、表側電極Ｘ０１〜Ｘ１６と裏側電極Ｙ０１〜Ｙ１６が上下方向に交差対向する部分（重複する部分）に配置されて、誘電層１６の略全面に亘って、縦横に二次元的に配置されている。圧力検出部２８は、各々、表側電極Ｘ０１〜Ｘ１６の一部と裏側電極Ｙ０１〜Ｙ１６の一部との対向面間に、誘電層１６の一部を配設した構造を、有している。圧力検出部２８は、合計２５６個（＝１６個×１６個）配置されている。なお、後述する重心移動表示装置１０における重心移動の表示方法においては、各圧力検出部２８が、表側電極Ｘ０１〜Ｘ１６をｘ座標値、裏側電極Ｙ０１〜Ｙ１６をｙ座標値として用いて、圧力検出部２８（ｘ，ｙ）として認識される。例えば、表側電極Ｘ０１と裏側電極Ｙ０１の交差部分に配置されている、図１中左下隅に位置する圧力検出部２８を圧力検出部２８（１，１）と認識し、表側電極Ｘ１６と裏側電極Ｙ１６の交差部分に配置されている、図１中右上隅に位置する圧力検出部２８を圧力検出部２８（１６，１６）と認識する。

データ処理装置１４は、図１に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３４と、電源回路３６とを、備えている。ＲＯＭ３２には、圧力検出部２８に構成されたコンデンサの静電容量と圧力（荷重）との対応を示すマップ等が記憶されている。ＲＡＭ３４には、後述する重心位置８４の演算値や、表側配線用コネクタ２２、裏側配線用コネクタ２４から入力される圧力検出部２８の静電容量としての出力値が一時的に格納される。また、電源回路３６は、圧力検出部２８に、周期的な矩形波電圧を走査的に順番に印加する。そして、ＣＰＵ３０がＲＡＭ３４に記憶された圧力検出部２８の静電容量から、ＲＯＭ３２に記憶されたマップに基づいて圧力検出部２８に作用している圧力を検出するようになっている。

このような本実施形態に係る重心移動表示装置１０は、図３に示すように、圧力センサ１２が椅子３８（車椅子を含む）の座面４０に重ね合わされている。支持面としての座面４０に敷かれた圧力センサ１２上に対象者Ａが座ると、圧力センサ１２が座面４０と対象者Ａの間で挟まれることから、圧力センサ１２の複数の圧力検出部２８に対して、対象者Ａに作用する重力に基づいた体荷重（体圧）が及ぼされる。これにより、体荷重が及ぼされた圧力検出部２８において、表側電極Ｘ０１〜Ｘ１６と裏側電極Ｙ０１〜Ｙ１６の対向面間距離が誘電層１６の弾性変形によって変化して、当該圧力検出部２８の静電容量が変化する。このようにして圧力センサ１２で検出される静電容量の変化に基づいて、データ処理装置１４が圧力センサ１２に作用する体荷重を検出し、各圧力検出部２８の検出結果に基づいて座面４０に作用する体荷重の分布（体圧分布）を計測する。以上より明らかなように、本実施形態の圧力センサ１２は、静電容量型圧力センサとされている。

本実施形態の圧力センサ１２は、表側電極Ｘ０１〜Ｘ１６と裏側電極Ｙ０１〜Ｙ１６と誘電層１６が、それぞれ撓み変形可能とされた柔軟なものであることから、圧力センサ１２が敷かれる椅子３８の座面４０が凹凸やクッション性を有していても、圧力センサ１２が座面４０に追従して変形することで、体圧分布が有効に計測される。

圧力センサ１２によって計測された体圧分布は、図１に示す表示手段としてのモニタ４２に表示されている。モニタ４２は、データ処理装置１４と有線又は無線で電気的に接続されており、例えばラップトップやタブレットのようにデータ処理装置１４と一体的に設けられていても良いし、デスクトップのようにデータ処理装置１４とは別で設けられてデータ処理装置１４と接続されていても良い。

図４は、モニタ４２の表示例であって、圧力センサ１２の上面視に略対応する座標平面４４を備えている。座標平面４４は、格子状に区分されて、区分されたマス目が各一つの圧力検出部２８を示している。即ち、図４の座標平面４４において、横軸がＸ０１で縦軸がＹ０１とされた右上隅のマス目が、表側電極Ｘ０１と裏側電極Ｙ０１の交差部分に配置されている、図１中左下隅に位置する圧力検出部２８（１，１）に対応している。更に、図４の座標平面４４において、横軸がＸ１６で縦軸がＹ１６とされた左下隅のマス目が、表側電極Ｘ１６と裏側電極Ｙ１６の交差部分に配置されている、図１中右上隅に位置する圧力検出部２８（１６，１６）に対応している。

また、本実施形態の座標平面４４には、対象者Ａが圧力センサ１２に及ぼす体荷重の分布（体圧分布）が表示されており、座標平面４４の各マス目には、対応する圧力検出部２８の圧力検出値に応じた色が表示されて、各圧力検出部２８の圧力検出値が、色分けによって直感的に把握可能な態様で座標平面４４に表示可能とされている。本実施形態では、圧力検出部２８に作用する荷重が大きいほど赤に近い色彩で表示されると共に、荷重が小さいほど青に近い色彩で表示されるようになっている。図４では、対象者Ａの前方が図中の上方となるように表示されており、右臀部に作用する圧力が大きく、左臀部に作用する圧力が小さい状態が示されている。

さらに、図４に示すように、モニタ４２における座標平面４４の上側には、各種の設定を行う設定領域４６が設けられている。図４に例示する設定領域４６には、例えば、計測領域４８、描画レンジ調整（２０〜２００ｍｍＨｇ）領域５０、表示設定領域５２、圧力情報領域５４の各領域が設けられている。

計測領域４８は、計測終了時に検出作動を停止させる計測終了スイッチ５６を備えている。描画レンジ調整（２０〜２００ｍｍＨｇ）領域５０は、色分けして表示される圧力の上限値を設定する上限スライダ５８と、色分けして表示される圧力の下限値を設定する下限スライダ６０と、色分けして表示される圧力の上限値と下限値を自動的に設定するオートレンジスイッチ６２とを、備えている。表示設定領域５２は、座標平面４４において圧力の検出値を数値での表示と非表示を切り替える数値表示スイッチ６４と、座標平面４４において面圧中心（後述する重心位置８４）の表示と非表示を切り替える面圧中心スイッチ６６と、座標平面４４のマス目の表示と非表示を切り替えるグリッドスイッチ６８とを、備えていると共に、圧力検出値と重心位置とマス目（グリッド）の表示と非表示を一括で切り替える表示チェックボックス７０を備えている。更に、表示設定領域５２は、仮想重心位置８６（後述）の移動の表示を滑らかに補正するスムーズスイッチ７２と、座標平面４４における対象者Ａの前側の向きを変更する左回転スイッチ７４とを、備えている。圧力情報領域５４は、圧力検出部２８が検出している圧力の総和を表示する総和（ｍｍＨｇ）欄７６と、後述する接触閾値以上の圧力を検出している圧力検出部２８の数を示す有効セル数欄７８と、各圧力検出部２８に作用する圧力の平均を表示する平均（ｍｍＨｇ）欄８０と、遅延時間を入力するディレイ（ｍＳｅｃ）欄８２とを、備えている。なお、上記の各スイッチは、何れもモニタ４２に表示されるユーザーインタフェイス上に設けられた仮想的なスイッチであり、例えばマウスなどのポインティングデバイスの操作やタッチパネルのタッチ操作などによって仮想的に押下される。

また、ＣＰＵ３０は、圧力センサ１２の検出結果に基づいて、図４中に二点鎖線の円として図示されている重心位置８４を算出する。重心位置８４は、対象者Ａから座面４０に及ぼされた体荷重の重心、換言すれば圧力センサ１２における体荷重検出領域の重心であって、例えば、予め設定された接触閾値（後述）以上の出力値を有する複数の圧力検出部２８について、各圧力検出部２８の出力値による重み付けをしたときの平面的な重心（面圧中心）の位置として算出される。本実施形態では、圧力センサ１２において体荷重が検出された領域（体荷重検出領域）の重心位置８４を算出する重心演算手段が、ＣＰＵ３０を備えるデータ処理装置１４によって構成されている。

例えば、ＣＰＵ３０は、下式に基づいて、重心位置８４を圧力検出部２８の座標値（Ｃ_px，Ｃ_py）として算出し、ＲＡＭ３４に記憶する。なお、下式において、任意の圧力検出部２８（ｘ，ｙ）をｉとした場合、当該圧力検出部２８の出力値をｐ_i 、ｘ座標値をｘ_i 、ｙ座標値をｙ_i と表す。また、全圧力検出部２８（ｘ，ｙ）の総数をＮ、接触閾値をｔと表す。なお、接触閾値ｔとは、圧力検出部２８に何かが有意に接触していると認定し得る値であって、重心位置８４を算出する際に有意に用いられる圧力検出部２８を識別するために任意（０を含む）に設定可能な値である。例えば、本実施形態では、下限スライダ６０によって２０ｍｍＨｇに設定されている。

さらに、図３に示すように、椅子３８の座面４０に敷かれた圧力センサ１２上に座った対象者Ａが、座位で上体を前後および左右に傾ける運動を行うと、圧力センサ１２による体圧の計測結果が上体の動きに伴って変化せしめられる。これにより、圧力センサ１２による体圧分布の検出結果に基づいて算出される重心位置８４が移動する。このような座位で上体を傾斜させる運動であれば、健常者のトレーニングだけでなく、傷病者のリハビリなどにも安全に適用することが可能である。対象者Ａは、座位で体を傾ける際に、足を床に接触させていても良いし、足を床から離していても良い。

なお、図４は、左右両臀部に略均等に荷重が作用する通常の着座状態（図３中に実線で示す対象者Ａの状態）から、図３中に二点鎖線で示すように上体を右側へ傾けて、右臀部に作用する体荷重が大きくなった状態の計測結果を示しており、重心位置８４が、移動する前の通常の着座状態での重心位置（重心位置８４の初期位置）であるＸ０８付近から、Ｘ０６付近まで移動している。図４は、対象者Ａが体を傾けはじめてからの経過時間が後述する仮想重心位置８６の遅延時間（１０００ミリ秒）よりも短い状態を示しており、仮想重心位置８６が重心位置８４の初期位置から移動していない（重心位置８４の初期位置からの移動距離が０である）ことから、図４において、重心位置８４の初期位置は、仮想重心位置８６と略同じ位置とされている。

対象者Ａは、モニタ４２の表示を見ながら、上体を前後左右に傾ける運動を行う。ここにおいて、図４に実線の円で示すように、モニタ４２には、対象者Ａの重心の移動を伴う移動距離が重心位置８４よりも小さくされた仮想重心位置８６が、表示されている。仮想重心位置８６は、初期位置からの移動距離が、圧力センサ１２の検出結果から算出された重心位置８４の移動距離に比して、予め設定された量に基づいて小さくされている。そして、仮想重心位置８６がモニタ４２に表示されることで、重心移動によって表される対象者Ａの姿勢変化（ここでは上体の傾動）が過小に表示されるようになっている。なお、仮想重心位置８６の初期位置と、重心位置８４の初期位置は、略同じ位置となる。

仮想重心位置８６としては、例えば、実際の重心位置８４に対して予め設定された遅延時間だけ遅れた遅延重心位置が採用される。即ち、ＣＰＵ３０によって算出された重心位置８４が例えば５秒前までＲＡＭ３４に記憶されており、予め設定された遅延時間だけ時間を遡った重心位置が遅延重心位置としてＲＡＭ３４から読み出されて、モニタ４２の座標平面４４に仮想重心位置８６として表示される。図４では、対象者Ａが上体を右側へ傾けて重心位置８４を右側へ移動させた状態であることから、重心位置８４に対して遅れて表示される仮想重心位置８６が、座標平面４４において重心位置８４よりも左側に表示されている。本実施形態において、予め設定された量（ここでは遅延時間）に基づいて移動距離が重心位置８４よりも小さくされた仮想重心位置８６を設定する仮想重心設定手段が、ＣＰＵ３０とＲＡＭ３４を備えるデータ処理装置１４によって構成されている。

なお、仮想重心位置８６は、本実施形態において例示する遅延重心位置に限定されず、例えば、移動距離が重心位置８４に対して予め設定された距離だけ小さくされた過小変位重心位置を、仮想重心位置８６として採用することもできる。この過小変位重心位置は、例えば、ＣＰＵ３０が、重心位置８４の移動に際して、重心位置８４の移動距離から予め設定された量（移動距離の差や移動距離の割合など）に基づいた距離を減じて仮想重心位置８６の座標を算出することで設定される。なお、仮想重心位置８６と重心位置８４の移動距離の差が一定である場合には、重心位置８４の移動距離が予め設定された仮想重心位置８６と重心位置８４の移動距離の差よりも小さい場合に、過小変位重心位置である仮想重心位置８６は移動しないようにしても良いし、重心位置８４の移動距離に対して所定の割合だけ移動するようにしても良い。

また、対象者Ａが運動を行いながら見るモニタ４２には、重心位置８４は表示されていない。即ち、図４中に重心位置８４が二点鎖線の円で仮想的に示されているのは、仮想重心位置８６が重心位置８４に対して遅れて移動していることを分かり易くするためであって、対象者Ａが見るモニタ４２には重心位置８４が表示されることなく仮想重心位置８６が表示されている。従って、対象者Ａは、仮想重心位置８６が重心位置８４を示すものであると誤認して、自分の姿勢、換言すれば上体の傾斜による重心の移動を、仮想重心位置８６の表示に基づいて視覚的に把握する。

これにより、対象者Ａは、体性感覚（自己受容覚）などに基づいて把握される自分の姿勢と、モニタ４２の表示に基づいて視覚的に把握される自分の姿勢との間に、ずれがあることを認識する。対象者Ａは、視覚によって明確に把握される自分の姿勢が実際の姿勢に一致していると考えることから、体性感覚などに基づいて感じる上体の傾斜角度が、実際の傾斜角度に対して過大であると考える。その結果、対象者Ａは、視覚によって把握された自分の姿勢に基づいて、上体を更に傾動させることが可能であると感じて、上体を体性感覚に基づいて認知される限界よりも大きく傾斜させようとすることから、上体を前後左右に傾斜させる運動によるトレーニング効果やリハビリ効果をより有利に得ることができる。

本実施形態では、モニタ４２の表示例である図４中の右上に設けられた圧力情報領域５４のディレイ（ｍＳｅｃ）欄８２に数値を入力することで、仮想重心位置８６の重心位置８４に対する遅延時間を予め設定しておくことが可能とされている。これにより、重心位置８４の移動距離に対する仮想重心位置８６の移動距離の差を調節することができて、対象者Ａに仮想重心位置８６の重心位置８４に対する表示の遅延に起因する違和感を低減しながら、仮想重心位置８６の遅延表示によるリハビリやトレーニングの効果の向上を有効に図ることができる。本実施形態では、重心位置８４の移動距離と仮想重心位置８６の移動距離の差を変更可能とする調節手段が、重心位置８４の移動距離と仮想重心位置８６の移動距離の差を決定する遅延時間が入力されるディレイ（ｍＳｅｃ）欄８２と、ディレイ（ｍＳｅｃ）欄８２に入力された遅延時間の数値に基づいて仮想重心位置８６を設定するデータ処理装置１４とによって構成されている。

遅延時間は、対象者Ａに違和感を与えないように１秒以下に設定されることが望ましい。好適には、遅延時間を２００ミリ秒〜４００ミリ秒に設定することにより、仮想重心位置８６の表示による運動効果の向上を有効に図りつつ、重心位置８４とのずれによる対象者Ａの違和感を抑えることができる。また、遅延時間は、例えば、対象者Ａの運動能力（例えば、重心位置８４の最大移動可能距離や移動速度）などを考慮して設定され得る。なお、図４では、重心位置８４と仮想重心位置８６のずれを分かり易くするために、ディレイ（ｍＳｅｃ）欄８２に入力された遅延時間が１秒（１０００ミリ秒）と比較的に長くされている。

もっとも、遅延時間が任意に変更設定可能とされていることは必須ではなく、例えば、対象者Ａの年齢や体格などに応じた遅延時間の選択肢を幾つか設けて、それらの選択肢から適当な遅延時間を選択するようにしても良いし、予め固定的に定められた１つの遅延時間だけが変更不能に設定されていても良い。

また、本実施形態では、図４に示すように、上体の傾動による重心移動の目標ライン８８が例えば一点鎖線で表示されていることにより、対象者Ａは仮想重心位置８６が目標ライン８８を越えて移動するように上体を傾動させようとする。この目標ライン８８は、例えば座位から立位への移行に必要な重心移動距離などの一般的な目標を示すものであっても良いが、対象者Ａの過去の運動結果に基づいて設定されることが望ましく、例えば、対象者Ａが重心移動表示装置１０を用いて行った前回の運動における重心位置８４の移動距離の最大値とすることで、対象者Ａが前回よりも大きく重心を移動させる助けとなり得る。即ち、対象者Ａが前回の運動で到達し得た重心位置８４を目標とすることで、目標ライン８８への到達が困難ではないという印象を対象者Ａに与えることができると共に、モニタ４２に表示された仮想重心位置８６が目標ライン８８に達するところまで対象者Ａが体を傾けると、実際の重心位置８４は目標ライン８８を超えて移動することになる。従って、対象者Ａは、重心位置８４を見ながら運動する場合に比して、困難を感じることなく、前回の運動よりも大きく重心を移動させることができる。なお、例えば、前回の重心移動距離の最大値よりも予め設定された所定の距離分だけ大きな移動距離を目標ライン８８として設定することにより、対象者Ａにより大きな重心移動を促すこともできる。

しかも、本実施形態の仮想重心位置８６は、重心位置８４に対して時間的に遅れて表示される遅延重心位置とされている。これにより、対象者Ａの上体の傾動による重心の移動に際して、仮想重心位置８６の移動距離が重心位置８４の移動距離よりも小さく表示されるようになっていると共に、仮想重心位置８６が重心位置８４に対して所定の時間遅れで追従して移動することで、対象者Ａが仮想重心位置８６の移動に違和感を感じ難くなっている。

なお、仮想重心位置８６としては、重心位置８４の移動距離から所定の距離を減じて算出される過小変位重心位置を採用することも可能であり、この場合には、重心位置８４の移動距離と仮想重心位置８６の移動距離の差を直接的に設定することが可能となる。

また、図４では、対象者Ａの体圧分布が色彩によって視覚的に確認可能な態様でモニタ４２に表示されており、対象者Ａや理学療法士、トレーナーなどが対象者Ａの運動能力や運動中の姿勢の変化などを容易に把握することができる。

もっとも、モニタ４２における体圧分布の表示は必須ではなく、体圧分布の変化を対象者Ａに見せないようにもできる。この場合には、例えば、通常の座位における臀部および大腿部の外形をモデル的に表示して、対象者Ａの座面４０に対する初期の接触位置が分かるようにしても良い（図４参照）。更に、圧力検出部２８に対応する座標平面４４のマス目にそれぞれの圧力検出値を数値で表示することもできる。

ところで、モニタ４２に仮想重心位置８６を表示する際のデータ処理装置１４の処理内容について、図５のフローチャートを参照しつつ説明する。

先ず、ＣＰＵ３０は、Ｓ１において、圧力センサ１２の全ての圧力検出部２８の出力値を取得する。

次に、ＣＰＵ３０は、Ｓ２において、上述した数式１によって、重心位置８４を圧力検出部２８の座標値（Ｃ_px，Ｃ_py）として算出し、ＲＡＭ３４に記憶する。なお、ＲＡＭ３４において、例えば５秒前までの重心位置８４が記憶されると共に、記憶されていた５秒以上前の重心位置８４が消去される。

また、ＣＰＵ３０は、Ｓ３において、予め設定された遅延時間に基づいて、ＲＡＭ３４に記憶された重心位置８４から仮想重心位置８６を選択する。そして、ＣＰＵ３０は、Ｓ４において、仮想重心位置８６をモニタ４２の座標平面４４に表示する。この際、圧力検出部２８の出力値に基づいた体圧分布を、座標平面４４に色分けや数値によって表示させても良い。

次に、ＣＰＵ３０は、Ｓ５において、モニタ４２に表示されたユーザーインターフェイス上で計測領域４８の計測終了スイッチ５６が押されたかどうかを判定する。計測終了スイッチ５６が押されていた場合（Ｓ５＝Ｙｅｓ）には、処理を終了する。一方、計測終了スイッチ５６が押されていない場合（Ｓ５＝Ｎｏ）には、Ｓ１以降の処理を繰り返す。なお、Ｓ１以降の処理を繰り返す前に、０．０５〜０．５秒程度の所定の待機時間を設けても良い。

また、本実施形態に係る重心移動表示装置１０を用いて、健常な対象者Ａに座位での運動を実際に行わせたところ、図６に示すように、重心の移動距離を大きくさせる効果が確認できた。即ち、モニタ４２に重心位置８４を表示し仮想重心位置８６を表示しない状態で、対象者Ａにモニタ４２を見せながら上体を前後左右に傾斜させる運動を行わせて、重心位置８４の移動距離を測定した後、モニタ４２に重心位置８４を表示せず仮想重心位置８６を表示した状態で、対象者Ａにモニタ４２を見せながら上体を前後左右に傾斜させる運動を行わせて、重心位置８４の移動距離を測定した。そして、重心位置８４を見せながら運動をさせた場合の重心位置８４の移動距離の平均値と、仮想重心位置８６を見せながら運動をさせた場合の重心位置８４の移動距離の平均値とを、前後左右の各方向への傾動について算出した結果が、図６に示されている。図６によれば、仮想重心位置８６を見せた場合の方が、重心位置８４の移動距離が大きくなる傾向にあることが確認できた。これは、仮想重心位置８６を見せながら運動をさせたことによって、対象者Ａの体性感覚（内部感覚）が視覚とのずれを小さくするように較正（アダプテーション）されたことに起因すると考えられる。

なお、図６の結果を得た重心移動表示装置１０の試用では、１０人の健常な対象者Ａについて、座位での上体傾斜運動時の重心位置８４を、前後左右の各方向で各複数回測定して、重心位置８４の移動距離の平均値を各方向についてそれぞれ算出した。この際の対象者Ａは、年齢が２２〜３２才（平均年齢２４才）であった。また、重心移動表示装置１０の試用では、重心位置８４に対する仮想重心位置８６の遅れ（遅延時間）を２５０〜１０００ミリ秒に設定した。

以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、センサは、検出結果に基づいて仮想重心位置８６を設定可能なものであれば、圧力センサ１２に限定されるものではなく、例えば歪ゲージ式ロードセルなどの荷重センサを採用することもできる。更に、圧力センサ１２として、電気抵抗の変化に基づいて接触時の圧力を検出する電気抵抗型圧力センサなどを採用しても良い。

さらに、圧力センサ１２に設けられる圧力検出部２８の数は、特に限定されない。例えば、圧力検出部２８を圧力センサ１２の面積比でより多く設けることによって、検出精度の向上が図られる一方、圧力検出部２８の数を減らすことによって、電極や配線の数が少なくなると共に、演算処理の負荷も低減され得る。要するに、表側電極と裏側電極の数は、適宜に設定されるものであり、例えば表側電極が３２本で裏側電極が２５本のように、表側電極と裏側電極は互いに異なる数であっても良い。更に、表側電極と裏側電極は、互いに直交する方向に延びている必要はなく、互いに傾斜する方向（ここでは直交方向および同方向を除く）に延びて交差対向していても良いし、各複数がスポット的に配されて上下に対向していても良い。

また、本発明に係る重心移動表示装置１０は、立位で体を前後左右に傾ける運動にも用いることができる。この場合には、対象者Ａが圧力センサ１２の上に立って、対象者Ａの足によって圧力センサ１２に及ぼされる圧力（足圧）の分布に基づいて、重心位置８４と仮想重心位置８６を設定することができる。

前記実施形態では、椅子３８の座面４０に圧力センサ１２を敷いて使用する場合を例示したが、例えば、圧力センサ１２をベッド（診療台を含む）の上に重ね合わせて座位で体を傾ける運動の補助に使用したり、圧力センサ１２を床に重ね合わせて立位で体を傾ける運動の補助に使用したりしても良い。なお、圧力センサ１２をベッドに重ね合わせて使用する場合には、ベッドの上面が支持面となる。同様に、圧力センサ１２を床に重ね合わせて使用する場合には、床の上面が支持面となる。このように、支持面は、対象者Ａが座位又は立位で載って体を傾斜させる運動を行うことができれば、特に限定されるものではない。

前記実施形態では、重心位置８４を算出して、重心位置８４に対して遅延して表示される仮想重心位置８６を設定する例を示したが、例えば、重心位置８４に対する距離の差を設定する場合などには、圧力センサ１２の検出結果に基づいて仮想重心位置８６を直接算出することもできる。

重心位置８４や体圧分布などの計測結果や評価などを、計測終了後にモニタ４２に表示することもできる。具体的には、例えば、目標ライン８８に対する重心位置８４の到達の程度や、経時的な体圧分布の変化などを測定終了後に適宜に表示させることで、対象者Ａや医師などが運動能力の変化を把握し易くなり得る。

１０：重心移動表示装置、１２：圧力センサ（センサ）、１４：データ処理装置（重心演算手段、仮想重心設定手段、調節手段）、１６：誘電層、２８：圧力検出部、３８：椅子、４０：座面（支持面）、４２：モニタ（表示手段）、８２：ディレイ（ｍＳｅｃ）欄（調節手段）、８４：重心位置、８６：仮想重心位置、Ｘ０１〜Ｘ１６：表側電極（電極）、Ｙ０１〜Ｙ１６：裏側電極（電極）

Claims (9)

1. 対象者が座位又は立位で体を傾けて重心を移動させる運動に際して重心の移動を表示する重心移動表示装置であって、
   前記対象者が座位又は立位で載る支持面と、
   該支持面に作用する該対象者の体荷重を検出するセンサと、
   該対象者が体を傾けて重心を初期位置から離れる方向へ移動させる際に、該対象者から該支持面に及ぼされた体荷重の重心位置よりも移動距離が小さくされた仮想重心位置を、該センサの検出結果に基づいて設定する仮想重心設定手段と、
   該仮想重心設定手段が設定した該仮想重心位置を表示する表示手段と
   を、含むことを特徴とする重心移動表示装置。
2. 前記仮想重心位置が前記重心位置よりも予め設定された時間だけ遅れた遅延重心位置とされることにより、該仮想重心位置の移動距離が該重心位置よりも小さくされている請求項１に記載の重心移動表示装置。
3. 前記仮想重心位置が前記重心位置よりも予め設定された距離だけ小さく移動せしめられる過小変位重心位置とされることにより、該仮想重心位置の移動距離が該重心位置よりも小さくされている請求項１に記載の重心移動表示装置。
4. 前記仮想重心位置の移動距離が前記重心位置よりも小さくされる量を変更可能とする調節手段を備えている請求項１〜３の何れか一項に記載の重心移動表示装置。
5. 前記センサが前記支持面に作用する圧力を検出する圧力センサとされており、前記表示手段が前記対象者から該支持面に及ぼされる圧力の分布を該圧力センサの検出結果に基づいて表示可能とされている請求項１〜４の何れか一項に記載の重心移動表示装置。
6. 前記センサが、上下に対向配置された柔軟な電極間に絶縁性の弾性材料で形成された誘電層を配設してなる圧力検出部の複数が二次元的に配された構造を有しており、該誘電層の弾性変形を伴う該電極間の距離の変化によって生じる該圧力検出部の静電容量の変化量に基づいて圧力を検出する静電容量型圧力センサとされている請求項１〜５の何れか一項に記載の重心移動表示装置。
7. 前記支持面が椅子の座面とされており、前記センサが座位の前記対象者から該椅子の該座面に及ぼされる体荷重を検出する請求項１〜６の何れか一項に記載の重心移動表示装置。
8. 前記重心位置を前記センサの検出結果に基づいて算出する重心演算手段を備えている請求項１〜７の何れか一項に記載の重心移動表示装置。
9. 対象者が支持面上において座位又は立位で体を傾斜させる運動に伴う該対象者の重心の初期位置から離れる方向への移動を表示するに際して、該対象者から該支持面に及ぼされた体荷重の重心位置よりも移動距離が小さくされた仮想重心位置を表示することを特徴とする重心移動表示装置における重心移動の表示方法。