JP2022013407A - リスク推定装置、リスク推定システム、リスク推定方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1に記載のシステムは、靴のインソールに設けられたセンサを用いて得られるデータを、ユーザ毎に蓄積しておく。このシステムは、測定されたデータに類似するデータを選び、選んだデータについて示される、胼胝形成など足部と靴とに関する情報を用いて、胼胝形成の有無などユーザが靴を使用継続した場合に足部異常発生の可能性を判定する。
図1は、実施形態に係るリスク推定システムの装置構成の例を示す概略構成図である。図1に示す構成で、リスク推定システム1は、左側センサシステム101と、右側センサシステム102と、リスク推定装置200とを備える。
リスク推定システム1は、リスク推定の対象者の足圧を測定し、測定データに基づいて、リスク推定の対象者の下肢異常リスクを推定する。ここでいう足圧は、足の裏にかかる圧力である。足で体重を支えることによって足圧が生じる。ここでいう下肢異常リスクは、下肢に異常が生じる可能性の高さである。また、リスク推定の対象者を単に対象者とも称する。
ここで、足にかかる荷重が小さいと、足の骨の密度が低下する。足の骨の密度が低下すると、下肢異常リスクが高まる。このことから、足にかかる荷重が小さいと、下肢異常リスクが高まる。
そこで、リスク推定システム1は、左右の足の足圧の非対称性に基づいて、下肢異常リスクを推定する。左右の足の足圧が非対称であることにより、足圧が小さい側の足の骨の密度が低下し、下肢異常リスクが高まると考えられる。
右側センサシステム102は、右足側の靴に設けられて、右足の足圧を測定する。右側センサシステム102は、右足の足圧の測定データをリスク推定装置200へ送信する。
センサシステム100が設けられる靴を靴810と称する。靴810のうち左足用の靴を左足靴811と称する。左足靴811には、左側センサシステム101が設けられる。靴810のうち右足用の靴を右足靴812と称する。右足靴812には、右側センサシステム102が設けられる。
左踵側センサ121は、左足靴811の踵側に設けられて、左足の踵側における足圧を測定する。特に左踵側センサ121は、左足の踵接地の際の足圧を測定する。ここでいう足の接地は靴の接地であってもよい。すなわち、靴の接地を足の接地と称するようにしてもよい。また、足の離地は靴の離地であってもよい。すなわち、靴の離地を足の離地と称するようにしてもよい。
左側通信装置131は、左つま先側センサ111および左踵側センサ121の測定データをリスク推定装置200へ送信する。
右踵側センサ122は、右足靴812の踵側に設けられて、右足の踵側における足圧を測定する。特に右踵側センサ122は、右足の踵接地の際の足圧を測定する。
右側通信装置132は、右つま先側センサ112および右踵側センサ122の測定データをリスク推定装置200へ送信する。
図3の例で、つま先側センサ110がつま先側に設けられ、踵側センサ120が踵側に設けられている。特に、図3の例では、靴810の接地部分が、つま先側(靴810の前側)のつま先部分と、踵側(靴810の後ろ側)の踵部分とに分かれている。つま先側センサ110は、靴810のつま先部分に設けられ、踵側センサ120は、靴810の踵部分に設けられている。
通信装置130は、靴810のつま先部分と踵部分との間に設けられている。
また、通信装置130の配置は、つま先側センサ110および踵側センサ120から測定データを取得してリスク推定装置200へ送信可能な位置であればよい。
右側センサシステム102が、図4の例と左右対称に設けられていてもよい。右足靴812もつま先側と踵側に分けられ、右つま先側センサ112が右足靴812のつま先側に設けられ、右踵側センサ122が右足靴812の踵側に設けられていてもよい。
例えば、靴810のつま先側と踵側とは、図3の例のように靴810の構造に基づいて設定されていてもよい。
あるいは、センサシステム100が、3個以上のセンサを備えていてもよい。あるいは、センサシステム100が、つま先側および踵側の両方の足圧を測定可能な1個のセンサを備えていてもよい。
リスク推定装置200の通信方式は、特定の方式に限定されない。例えば、リスク推定装置200が、左側通信装置131、右側通信装置132のそれぞれと近距離無線通信の通信方式にて通信を行うようにしてもよいが、これに限定されない。
ただし、リスク推定装置200がデータを出力する方法は、表示部220がデータを表示する方法に限定されない。例えば、通信部210が、対象者の下肢異常リスクの推定結果を、サーバ装置など他の装置へ送信するようにしてもよい。
制御部290は、リスク推定装置200の各部を制御して各種処理を行う。制御部290の機能は、例えばリスク推定装置200が備えるCPU(Central Processing Unit、中央処理装置)が、記憶部280からプログラムを読み出して実行することで実行される。
図5は、1歩行周期における立脚期および遊脚期の例を示す図である。図5の横軸は、時間を示す。図5の横軸では、1歩行周期を100に正規化した時間が示されている。
足が接地してから離地するまでの期間を立脚期と称する。また、足が離地してから接地するまでの期間を遊脚期と称する。図5の例では、正規化時間0から正規化時間60までの期間が右足の立脚期に該当する。正規化時間60から正規化時間100までの期間が右足の遊脚期に該当する。
同期部292は、例えば、右足の立脚期である正規化時間0から正規化時間60までの期間における右足の足圧の測定データと、左足の立脚期である正規化時間50から期間における左足の足圧の測定データとのように、測定期間の少なくとも一部が重なる測定データを紐づける。
これに対し、リスク推定装置200が、左右の足で紐付けられた足圧のデータ(同期部292が同期をとった足圧のデータ)を用いて非対称性を判定することで、足圧の非対称性をより高精度に判定できることが期待される。
例えば、リスク推定部294が、立脚期の左右の足の踵における足圧とつま先における足圧との合計の非対称性に基づいて下肢異常リスクを推定するようにしてもよい。すなわち、リスク推定部294が、左足の立脚期における、左足の踵における足圧とつま先における足圧との合計と、右足の立脚期における、右足の踵における足圧とつま先における足圧との合計との非対称性に基づいて下肢異常リスクを推定するようにしてもよい。
また、例えば、リスク推定部294が、測定期間の一部が時間的に重なる、左右の足それぞれの立脚期における左右の足の足圧の非対称性に基づいて下肢異常リスクを推定するようにしてもよい。すなわち、リスク推定部294が、同期部292が同期をとった、左足の立脚期における左足の足圧の測定データと右足の立脚期における右足の足圧の測定データとを用いて、左右の足の足圧の非対称性を判定するようにしてもよい。
線L22は、右側センサシステム102による右足の圧力測定値の例を示している。線L22は、右つま先側センサ112による右足のつま先の足圧と、左踵側センサ121による右足の踵の足圧とを合計した値を示す。
また、線L21で示される左足の足圧は、時刻T12Lに、閾値Aよりも大きい値から閾値Aよりも小さい値に変化している。これにより、立脚期特定部293は、時刻T12Lを左足の立脚期の終了タイミングと判定する。
左足の立脚期が開始する時刻T11Lから、左足の立脚期が再び開始する時刻T21Lまでの期間が、1歩行周期に該当する。左足を基準に定められる1歩行周期を、左足の1歩行周期とも称する。
また、線L22で示される右足の足圧は、時刻T12Rに、閾値Aよりも大きい値から閾値Aよりも小さい値に変化している。これにより、立脚期特定部293は、時刻T12Rを右足の立脚期の終了タイミングと判定する。
右足の立脚期が開始する時刻T11Rから、右足の立脚期が再び開始する時刻T21Rまでの期間が、1歩行周期に該当する。右足を基準に定められる1歩行周期を、右足の1歩行周期とも称する。
例えば、立脚期特定部293が、左足の足圧の測定データから左足の1歩行周期毎のデータを切り出し、右足の足圧の測定データから右足の1歩行周期毎のデータを切り出すようにしてもよい。
例えば、時刻T11Lから時刻T21Lまでの左足の1歩行周期には、時刻T11Lから時刻T12Lまでの立脚期が含まれる。また、時刻T11Rから時刻T21Rまでの右足の1歩行周期には、時刻T11Rから時刻T12Rまでの立脚期が含まれる。リスク推定部294が、時刻T11Lから時刻T12Lまでの立脚期と、時刻T11Rから時刻T12Rまでの立脚期の非対称性の指標値を算出するようにしてもよい。
(1)点P1で示される足圧の極大値の差
点P1は、立脚期の開始時に、踵が接地しているがつま先はまだ接地していないか十分に接地しておらず、かつ、反対側の足が遊脚期になる(地面から離れる)ことで、片足の踵に体重が集中し、踵側センサ120による足圧の測定値が大きくなるものである。
点P2は、立脚期の終了時に、踵が浮いてつま先のみで接地し、かつ、反対側の足がまだ地面についていないことで、片足のつま先に体重が集中し、つま先側センサ110による足圧の測定値が大きくなるものである。
点Dは、片足の足の裏(靴底)が全体的に接地して体重が足の裏全体に分散することで、つま先側センサ110および踵側センサ120にかかる足圧が比較的小さくなるものである。
図6の例では、左足の1歩行周期における足圧の積分値は、時刻T11Lから時刻T21Lまでの期間における、線L21と横軸とで囲まれた部分の面積として示される。また、右足の1歩行周期における足圧の積分値は、時刻T11Rから時刻T21Rまでの期間における、線L22と横軸とで囲まれた部分の面積として示される。
なお、遊脚期においては、足圧は0またはほとんど0になる。そこで、リスク推定部294が、立脚期のみについて足圧の積分値を算出するようにしてもよい。
例えば、リスク推定部294が、立脚期における足圧を所定のサンプリング周期でサンプリングして平均値を算出する用にしてもよい。あるいは、リスク推定部294が、立脚期における足圧の積分値を時間で除算することで、足圧の平均値を算出するようにしてもよい。
リスク推定部294が、上記の(1)から(6)までで、左足の足圧と右足の足圧との「差」に代えて、左足の足圧と右足の足圧との「比(割合)」を算出する用にしてもよい。
上記の(1)から(5)までで算出される指標値は、いずれも値が大きいほど、左足の足圧と右足の足圧との非対称性が強いことを示す。
図7は、記憶部280が記憶するリスクレベル情報の例を示す図である。リスク推定部294が、リスクレベル情報を用いて下肢異常リスクを推定するようにしてもよい。
「下肢異常レベル」欄には、下肢異常リスクのレベルが示される。図7の例では、下肢異常リスクのレベルとして「レベル1」、「レベル2」、「レベル3」、・・・が示されており、数値が大きいほどリスクが高いことを示す。
なお、リスク推定部294が、例えば線形回帰または機械学習によって下肢異常リスクのレベルを推定するなど、リスクレベル情報を参照する以外の方法で下肢異常リスクのレベルを推定するようにしてもよい。
また、リスク推定部294が、左右の足について同期する複数歩行周期分のデータを用いて下肢異常リスクのレベルを推定するようにしてもよい。例えば、リスク推定部294が、複数歩行周期分の足圧の平均値を用いて下肢異常リスクのレベルを推定するようにしてもよい。
図8は、リスク推定装置200が下肢異常リスクを推定する処理の手順の例を示すフローチャートである。
図8の処理で、データ取得部291は、左足の足圧の測定データと、右足の足圧の測定データとを取得する(ステップS101)。
ステップS106の後、リスク推定装置200は、図8の処理を終了する。
図9の処理で、同期部292は、左側センサシステム101の時刻と右側センサシステム102の時刻とを同期させる(ステップS201)。例えば、左側センサシステム101、右側センサシステム102の各々がタイムスタンプ用の時計を内蔵している場合、同期部292が、左側センサシステム101の時計の時刻、および、右側センサシステム102の時計の時刻を、同期部292自らが内蔵する時計の時刻に合わせるようにしてもよい。ステップS201の処理によって、左側センサシステム101による左足の足圧の測定データに付加される時刻と、右側センサシステム102による右足の足圧の測定データに付加される時刻との同期がとられる。
ステップS201の処理は、図8のステップS101の処理の例に該当する。
そして、立脚期特定部293は、左足の踵の接地時刻を判定し、左足の立脚期の開始時刻として記憶部280に記憶させる(ステップS203)。例えば、図6を参照して説明したように、立脚期特定部293が足圧の測定値と閾値との比較によって立脚期の開始時刻(踵の接地時刻)を検出するようにしてもよい。
ステップS203で判定された左足の踵の接地時刻を時刻T31Lと表記する。
そして、立脚期特定部293は、右足の踵の接地時刻を判定し、右足の立脚期の開始時刻として記憶部280に記憶させる(ステップS206)。
ステップS206で判定された右足の踵の接地時刻を時刻T31Rと表記する。
そして、立脚期特定部293は、左足の踵の接地時刻を判定し、ステップS203で検出した左足の立脚期の次の左足の立脚期の開始時刻として記憶部280に記憶させる(ステップS209)。
ステップS209で判定された左足の踵の接地時刻を時刻T41Lと表記する。
そして、立脚期特定部293は、右足の踵の接地時刻を判定し、ステップS206で検出した右足の立脚期の次の右足の立脚期の開始時刻として記憶部280に記憶させる(ステップS212)。
ステップS212で判定された右足の踵の接地時刻を時刻T41Rと表記する。
ステップS202からステップS213までの処理は、図8のステップS103の処理のうち、立脚期の開始タイミングを特定する処理の例に該当する。
具体的には、同期部292は、時刻T31Lから時刻T41Lまでの左足の1歩行周期分の足圧の測定データと、時刻T31Rから時刻T41Rまでの右足の1歩行周期分の足圧の測定データとを、同期フラグの付加によって紐づける。
ステップS214の処理は、図8のステップS104の処理の例に該当する。
ステップS214の後、リスク推定装置200は、図9の処理を終了する。
図10の処理は、図8のステップS103の処理の例に該当する。
足圧が閾値以下であると立脚期特定部293が判定した場合(ステップS301:NO)、処理がステップS301に戻る。
一方、足圧が閾値より大きいと判定した場合(ステップS301:YES)、立脚期特定部293は、踵接地のタイミグであると判定し、その時刻を記憶部280に記憶させる(ステップS302)。
足圧が閾値以上であると立脚期特定部293が判定した場合(ステップS303:NO)、処理がステップS303に戻る。
足圧が閾値以下であると立脚期特定部293が判定した場合(ステップS305:NO)、処理がステップS305に戻る。
ステップS306の後、リスク推定装置200は、図10の処理を終了する。
図11の例では、リスク推定装置200が、携帯端末装置310とサーバ装置320とを含んで構成されている。
携帯端末装置310は、例えばスマートフォンなど、左側センサシステム101、右側センサシステム102、サーバ装置320のそれぞれと通信可能な機器である。
サーバ装置320は、リスク推定装置200の機能のうち少なくとも一部の機能を実行する装置である。サーバ装置320は、例えばパソコン(Personal Computer)またはワークステーション(Workstation)とのコンピュータを用いて構成される。
例えば、サーバ装置320が、リスク推定部294の機能を実行するようにし、リスク推定装置200のその他の機能については携帯端末装置310が実行するようにしてもよい。あるいは、携帯端末装置310が、左側センサシステム101からのデータおよび右側センサシステム102からのデータをそのままサーバ装置320へ転送し、サーバ装置320がリスク推定装置200の各機能を実行するようにしてもよい。
また、対象者がセンサの装着感を感じないことで、通常時の歩行どおりの歩容にて歩行することが期待される。リスク推定システム1によれば、この点で、下肢異常リスクを高精度に推定できる。
このように、リスク推定部294が踵側の足圧およびつま先側の足圧の両方を用いて下肢異常リスクを推定することで、踵側またはつま先側の何れか一方のみに足圧の非対称性が生じる場合でも、その非対称性を反映して下肢異常リスクを推定できる。リスク推定装置200によれば、この点で、下肢異常リスクを高精度に推定することができる。
仮に、左足の足圧の測定データの測定時刻と、右足の足圧の測定データの測定時刻とが大きく異なる場合、例えば歩く速さおよび歩幅が異なるなど、左足の足圧の測定時と右足の足圧の測定時とで歩行の態様が異なることが考えられる。例えば、左足の足圧の測定時には、左足の足圧と右足の足圧とがほぼ同様であるなど、本来は左右の足で足圧が対称的であるにもかかわらず、左右の足で足圧の測定時期が異なり歩行の態様が異なることで、リスク推定装置200が、左右の足で足圧の非対称性が大きいと誤判定してしまう可能性がある。
これに対し、リスク推定部294が、測定期間の一部が時間的に重なる、左右の足それぞれの立脚期における左右の足の足圧(同期部292が同期をとった足圧のデータ)を用いて足圧の非対称性を判定することで、足圧の非対称性をより高精度に判定できることが期待される。
図12に示す構成で、リスク推定装置410は、データ取得部411と、立脚期特定部412と、リスク推定部413とを備える。
かかる構成で、データ取得部411は、靴に設けられて左右の足それぞれの足圧を測定するセンサによる足圧の測定データを取得する。立脚期特定部412は、足圧の測定データから左右の足それぞれの立脚期の開始タイミングおよび終了タイミングを特定する。リスク推定部413は、立脚期の左右の足の足圧の非対称性に基づいて下肢異常リスクを推定する。
また、対象者がセンサの装着感を感じないことで、通常時の歩行どおりの歩容にて歩行することが期待される。リスク推定装置410によれば、この点で、下肢異常リスクを高精度に推定できる。
図13に示す構成で、リスク推定システム420は、センサ421と、立脚期特定部422と、リスク推定部423とを備える。
かかる構成で、センサ421は、靴に設けられて左右の足それぞれの足圧を測定する。立脚期特定部422は、足圧の測定データから左右の足それぞれの立脚期の開始タイミングおよび終了タイミングを特定する。リスク推定部423は、立脚期の左右の足の足圧の非対称性に基づいて下肢異常リスクを推定する。
また、対象者がセンサの装着感を感じないことで、通常時の歩行どおりの歩容にて歩行することが期待される。リスク推定システム420によれば、この点で、下肢異常リスクを高精度に推定できる。
図14の処理で、リスク推定装置は、靴に設けられて左右の足それぞれの足圧を測定するセンサによる足圧の測定データを取得する工程(ステップS401)と、足圧の測定データから左右の足それぞれの立脚期の開始タイミングおよび終了タイミングを特定する工程(ステップS402)と、立脚期の左右の足の足圧の非対称性に基づいて下肢異常リスクを推定する工程(ステップS403)とを実行する。
また、対象者がセンサの装着感を感じないことで、通常時の歩行どおりの歩容にて歩行することが期待される。図14によれば、この点で、下肢異常リスクを高精度に推定できる。
図15に示す構成で、コンピュータ700は、CPU710と、主記憶装置720と、補助記憶装置730と、インタフェース740とを備える。
上記のリスク推定装置200、および、リスク推定装置410のうち何れか1つ以上が、コンピュータ700に実装されてもよい。その場合、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置730に記憶されている。CPU710は、プログラムを補助記憶装置730から読み出して主記憶装置720に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU710は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域を主記憶装置720に確保する。各装置と他の装置との通信は、インタフェース740が通信機能を有し、CPU710の制御に従って通信を行うことで実行される。
また、CPU710は、プログラムに従って、記憶部280に対応する記憶領域を主記憶装置720に確保する。通信部210が行う通信は、インタフェース740が通信機能を有し、CPU710の制御に従って通信を行うことで実行される。表示部220の機能は、インタフェース740が表示画面を備え、CPU710の制御に従って表示画面に画像を表示することで実行される。操作入力部230の機能は、インタフェース740が入力デバイスを備えてユーザ操作を受け付けることで実行される。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM(Read Only Memory)、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
100 センサシステム
110 つま先側センサ
120 踵側センサ
130 通信装置
101 左側センサシステム
111 左つま先側センサ
121 左踵側センサ
131 左側通信装置
102 右側センサシステム
112 右つま先側センサ
122 右踵側センサ
132 右側通信装置
200、410 リスク推定装置
210 通信部
220 表示部
230 操作入力部
280 記憶部
290 制御部
291、411 データ取得部
292 同期部
293、412、422 立脚期特定部
294、413、423 リスク推定部
421 センサ
Claims (6)
- 靴に設けられて左右の足それぞれの足圧を測定するセンサによる前記足圧の測定データを取得するデータ取得部と、
前記足圧の測定データから前記左右の足それぞれの立脚期の開始タイミングおよび終了タイミングを特定する立脚期特定部と、
前記立脚期の前記左右の足の足圧の非対称性に基づいて下肢異常リスクを推定するリスク推定部と、
を備えるリスク推定装置。 - 前記データ取得部は、前記左右の足それぞれの踵側およびつま先側における前記足圧の測定データを取得し、
前記リスク推定部は、前記立脚期の、前記左右の足の踵側およびつま先側における前記足圧の非対称性に基づいて下肢異常リスクを推定する、
請求項1に記載のリスク推定装置。 - 前記リスク推定部は、測定期間の一部が時間的に重なる、左右の足それぞれの前記立脚期における前記左右の足の足圧の非対称性に基づいて下肢異常リスクを推定する、
請求項1または請求項2に記載のリスク推定装置。 - 靴に設けられて左右の足それぞれの足圧を測定するセンサと、
前記足圧の測定データから前記左右の足それぞれの立脚期の開始タイミングおよび終了タイミングを特定する立脚期特定部と、
前記立脚期の前記左右の足の足圧の非対称性に基づいて下肢異常リスクを推定するリスク推定部と、
を備えるリスク推定システム。 - リスク推定装置が、靴に設けられて左右の足それぞれの足圧を測定するセンサによる前記足圧の測定データを取得する工程と、
前記リスク推定装置が、前記足圧の測定データから前記左右の足それぞれの立脚期の開始タイミングおよび終了タイミングを特定する工程と、
前記リスク推定装置が、前記立脚期の前記左右の足の足圧の非対称性に基づいて下肢異常リスクを推定する工程と、
を含むリスク推定方法。 - コンピュータに、
靴に設けられて左右の足それぞれの足圧を測定するセンサによる前記足圧の測定データを取得する工程と、
前記足圧の測定データから前記左右の足それぞれの立脚期の開始タイミングおよび終了タイミングを特定する工程と、
前記立脚期の前記左右の足の足圧の非対称性に基づいて下肢異常リスクを推定する工程と、
を実行させるためのプログラム。
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