JP2024106902A - Gait state recognition device and gait state recognition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歩容状態認識装置および歩容状態認識方法に関し、例えば、下肢に障害がある維持期・生活期の人や脚力が弱くなった人に対する治療処理やリハビリテーションの際に適用して好適なものである。 The present invention relates to a gait state recognition device and a gait state recognition method, which are suitable for use, for example, in treatment and rehabilitation for people in the maintenance or daily living stage with lower limb disabilities or people with weakened legs.
近年、サイバニクス治療(あるいはCybernics Treatment)という脳神経・筋系の機能改善を行うための動作機能向上装置が医療機器として認可され、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、脊髄性筋萎縮症、 球脊髄性筋萎縮症(SBMA)、シャルコー・マリー・トゥース病、筋ジストロフィー、遠位型ミオパチー、先天性ミオパチー、封入体筋炎(IBM)の患者に対して保険が適用されている。 In recent years, devices for improving movement function, known as Cybernics Treatment, which aims to improve the function of the brain, nerves, and muscles, have been approved as medical devices, and are now covered by insurance for patients with amyotrophic lateral sclerosis (ALS), spinal muscular atrophy, spinal-bulbar muscular atrophy (SBMA), Charcot-Marie-Tooth disease, muscular dystrophy, distal myopathy, congenital myopathy, and inclusion body myositis (IBM).
自立支援用下肢タイプの動作機能向上装置では、下肢に障害がある維持期・生活期の方や脚力が弱くなった方に対して、本人の意図に応じた随意的な筋活動に伴う生体電位を基に、下肢の運動を制御および補助することにより、身体機能の維持、向上を促進し、自立度を高めることに貢献している。 The lower limb type movement function improvement device for independent living support promotes the maintenance and improvement of physical functions and contributes to increasing the level of independence for people in the maintenance or daily living stage with disabilities in the lower limbs or people with weakened legs by controlling and assisting lower limb movement based on the bioelectric potential associated with voluntary muscle activity according to the individual's wishes.
この動作機能向上装置は、下肢運動のアシスト量調整のためのパラメータを疾患、状態によって適応的に調整する必要がある。実際に現行モデルの動作機能向上装置では、歩容をサポートするために各脚の関節に対して併せて20個以上のパラメータ調整が必要であり、設定者の経験値や被検者の状態により、設定値にばらつきが出ているという現状がある。また、その設定値が選ばれた理由も明確ではないことが多い。 This movement function improvement device needs to adaptively adjust the parameters for adjusting the amount of assistance for lower limb movement depending on the disease or condition. In fact, with the current model of movement function improvement device, more than 20 parameters need to be adjusted for each leg joint to support gait, and the current situation is that the settings vary depending on the experience of the person setting them and the condition of the subject. Furthermore, the reasons why the settings were selected are often unclear.
このような動作機能向上装置を用いた治療やリハビリテーションに伴う被検者の歩行機能の経時的な変化を認識すべく、従来から被検者の歩行状態を評価する方法が多数提案されている。 In order to recognize changes over time in a subject's walking function that accompany treatment or rehabilitation using such functional improvement devices, numerous methods have been proposed to evaluate the walking status of a subject.
例えば、歩行者の両脚の股関節、膝関節または足関節を挟むように加速度センサ等を取り付けておき、当該加速度センサ等による各関節の関節角度に基づいて、歩行者の歩行状態を評価する歩行解析システムが提案されている(特許文献1参照)。 For example, a gait analysis system has been proposed in which acceleration sensors or the like are attached to the hip joints, knee joints, or ankle joints of both legs of a walker, and the walking state of the walker is evaluated based on the joint angles of each joint measured by the acceleration sensors or the like (see Patent Document 1).
また、サンプリングタイミング毎に検出される股関節角度関連信号に基づいて大腿位相角を算出し、一のサンプリングタイミングでの大腿位相角を位相パターン関数に適用して当該一のサンプリングタイミングが歩行周期中のどの歩行動作タイミングにあたるかを算出し、歩行動作タイミングを出力トルクパターンに適用して当該一のサンプリングタイミングにおいて出力すべきトルク値を算出し、算出されたトルク値の補助力を出力するようにアクチュエータの作動制御を行うようにして、下腿を正常に歩行動作させることが困難なユーザに対しても、歩行周期中の歩行状態に即した適切な歩行補助力を付与することが可能な歩行動作補助装置が提案されている(特許文献2参照)。 A walking motion assist device has also been proposed that calculates a thigh phase angle based on a hip joint angle-related signal detected at each sampling timing, applies the thigh phase angle at one sampling timing to a phase pattern function to calculate which walking motion timing in a walking cycle corresponds to that one sampling timing, applies the walking motion timing to an output torque pattern to calculate a torque value to be output at that one sampling timing, and controls the operation of an actuator to output an assist force of the calculated torque value, thereby providing an appropriate walking assist force in accordance with the walking state during the walking cycle even to users who have difficulty in walking normally with their lower legs (see Patent Document 2).
さらに、脚に麻痺が生じた麻痺患者の歩行動作に応じた麻痺体部から複数のセンサ(姿勢センサ、撮像カメラ、荷重センサ、角度センサ)を用いて複数の動作量を取得し、当該動作量の少なくとも1つが予め設定された複数の異常歩行基準のいずれかを満たす場合に、歩行動作が異常歩行であると評価するようになされた歩行評価装置が提案されている(特許文献3参照)。 Furthermore, a gait evaluation device has been proposed that uses multiple sensors (posture sensor, imaging camera, load sensor, angle sensor) to acquire multiple movement amounts from the paralyzed body part of a paralyzed patient who has paralysis in the legs in accordance with the walking movement, and evaluates the walking movement as abnormal if at least one of the movement amounts satisfies any of multiple preset abnormal walking criteria (see Patent Document 3).
ところが、上述の特許文献1の歩行解析システムでは、画像処理を用いることなく、下肢の関節の動作を把握可能で歩行状態をより細かく評価することが可能であるが、歩行フェーズという歩行周期単位や両脚の関係を示唆するような手法は開示されていない。また、異常歩行に関する内容も開示されていない。 However, while the gait analysis system in the above-mentioned Patent Document 1 is capable of grasping the movement of the joints of the lower limbs and evaluating the walking state in more detail without using image processing, it does not disclose any method that suggests the walking phase, which is a unit of the walking cycle, or the relationship between both legs. In addition, it does not disclose anything about abnormal walking.
また、上述の特許文献2の歩行動作補助装置は、歩行動作に対して補助力を与えるアクチュエータの角度から股関節の角度を算出して得られるパターン認識結果から補助トルクを求める手法であり、単脚の股関節角度のみ利用して歩行フェーズに類似するものを作成して補助力のトルク値を決定している。このため歩行フェーズのような両脚の動作情報による歩行の形を得ることができないため、異常歩行などを検出することもなく、歩行フェーズを評価として用いることもない。 The walking motion assist device in Patent Document 2 uses a method to determine the assist torque from the pattern recognition results obtained by calculating the hip joint angle from the angle of the actuator that applies the assist force to the walking motion, and determines the torque value of the assist force by creating something similar to a walking phase using only the hip joint angle of a single leg. As a result, it is not possible to obtain a walking pattern based on the motion information of both legs, as in the walking phase, and therefore it is not possible to detect abnormal walking, nor is the walking phase used for evaluation.
さらに、上述の特許文献3の歩行評価装置では、片麻痺患者の異常歩行基準を複数(7通り)設定しておき、患脚の遊脚相および立脚相の歩行タイミングにおける麻痺体部の動作量と対応する異常歩行基準とを比較して、その歩行動作が異常歩行であるか否かを評価する手法であり、歩行状態を全体的な変化として時系列で評価するものではないため、歩行の変遷を状態評価として把握することが困難である。 Furthermore, the gait evaluation device in the above-mentioned Patent Document 3 sets multiple (seven) abnormal gait criteria for hemiplegic patients, and compares the amount of movement of the paralyzed body part at the walking timing of the swing phase and stance phase of the affected leg with the corresponding abnormal gait criteria to evaluate whether the walking movement is abnormal or not. Since it does not evaluate the walking state as an overall change over time, it is difficult to grasp the change in gait as a condition evaluation.
このように特許文献1~3のような歩行評価方法では、被検者が歩行困難な状態や異常歩行状態から健常者と同等の歩行状態に移行するまでの歩行機能の経時的な変化を認識することが困難である。したがって、上述した動作機能向上装置における下肢運動のアシスト量調整のためのパラメータ設定を効率良く行うことは非常に困難となる問題がある。 As described above, with the gait assessment methods described in Patent Documents 1 to 3, it is difficult to recognize the change in the walking function over time as the subject transitions from a state in which walking is difficult or abnormal to a state in which walking is equivalent to that of a healthy person. Therefore, there is a problem in that it is extremely difficult to efficiently set parameters for adjusting the amount of assistance for lower limb movement in the above-mentioned movement function improvement device.
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、被検者の歩容状態を歩数に応じた時間経過の変遷として認識して可視化することが可能な歩容状態認識装置および歩容状態認識方法を提案しようとするものである。 The present invention has been made in consideration of the above points, and aims to propose a gait state recognition device and a gait state recognition method that can recognize and visualize a subject's gait state as a transition over time according to the number of steps.
かかる課題を解決するため本発明においては、被検者の歩行動作を構成する各歩行フェーズに応じた動力を当該被検者に付与する動作機能向上装置を用いて、被検者の歩容状態を認識する歩容状態認識装置において、動作機能向上装置は、被検者の下肢動作に連動して能動的または受動的に駆動する駆動部と、駆動部からの出力信号に基づいて、被検者の下肢動作に伴う関節周りの物理量を検出する関節周り検出部と、関節周り検出部により検出される物理量に基づいて、被検者の股関節部を基準とする膝関節部、踵部およびつま先部の位置をそれぞれ算出する肢位情報算出部と、肢位情報算出部による算出結果に基づいて、被検者の歩行周期ごとの歩容構造を分析する歩容構造分析部と、歩容構造分析部による分析結果を歩数に応じた時間経過の変遷として、基準となる健常者から同様の当該分析結果として得られる歩数に応じた時間経過の変遷と時系列的に比較して、当該比較結果を解析する変遷比較解析部と、変遷比較解析部による解析結果に基づいて、被検者の歩容状態を認識する歩容状態認識部とを備えるようにした。 In order to solve such problems, the present invention provides a gait state recognition device that recognizes the gait state of a subject by using a motion function improvement device that imparts to the subject power corresponding to each walking phase that constitutes the walking movement of the subject. The motion function improvement device includes a drive unit that actively or passively drives in conjunction with the movement of the subject's lower limbs, a joint circumference detection unit that detects physical quantities around the joints associated with the movement of the subject's lower limbs based on an output signal from the drive unit, and a knee joint, heel joint, and other joints based on the physical quantities detected by the joint circumference detection unit. The system is provided with a limb position information calculation unit that calculates the positions of the foot and toes, respectively; a gait structure analysis unit that analyzes the gait structure of the subject for each walking cycle based on the calculation results by the limb position information calculation unit; a transition comparison analysis unit that chronologically compares the analysis results by the gait structure analysis unit as a transition over time according to the number of steps with the transition over time according to the number of steps obtained as a similar analysis result from a standard able-bodied person, and analyzes the comparison results; and a gait state recognition unit that recognizes the gait state of the subject based on the analysis results by the transition comparison analysis unit.
この結果、歩容状態認識装置では、被検者の歩行周期ごとの歩容構造の分析結果を歩数に応じた時間経過の変遷として、基準となる健常者から同様の当該分析結果として得られる歩数に応じた時間経過の変遷と時系列的に比較し、その比較結果を解析して被検者の歩容状態を認識することにより、動作機能向上装置における下肢運動のアシスト量調整のためのパラメータ設定を効率良く行うことが可能となる。 As a result, the gait state recognition device compares the analysis results of the gait structure of the subject for each walking cycle as a change over time according to the number of steps with the change over time according to the number of steps obtained as a similar analysis result from a standard able-bodied subject, and analyzes the comparison results to recognize the subject's gait state, making it possible to efficiently set parameters for adjusting the amount of assistance for lower limb movement in the movement function improvement device.
また本発明においては、歩容構造分析部は、被検者の歩行周期ごとに歩行構造を構成する一連の動作フェーズの占有率をそれぞれ算出し、変遷比較解析部は、被検者の歩容状態の変遷を、歩容構造分析部により算出された各動作フェーズの占有率を歩数ごとに列挙した第1グラフとして生成し、基準となる健常者に相当する第2グラフと時系列的に比較して、当該比較結果を解析するようにした。この結果、歩容状態認識装置では、被検者の歩容状態を可視化することが可能となる。 In the present invention, the gait structure analysis unit calculates the proportion of each of a series of movement phases that constitute the gait structure for each walking cycle of the subject, and the transition comparison analysis unit generates a first graph that lists the transition of the subject's gait state by the number of steps, and compares it in time series with a second graph that corresponds to a standard healthy subject, and analyzes the comparison result. As a result, the gait state recognition device is able to visualize the gait state of the subject.
さらに本発明においては、歩容状態認識部は、変遷比較解析部による解析結果に基づいて、被検者の歩容状態の変遷から当該被検者の歩行周期を構成する各動作フェーズの課題をそれぞれ抽出するようにした。この結果、歩容状態認識装置では、被検者の歩行周期を構成する各動作フェーズの課題から、被検者自身が自己の歩行状態の問題点を一歩ごとに認識することが可能となる。 Furthermore, in the present invention, the gait state recognition unit extracts issues for each movement phase that constitutes the subject's walking cycle from the changes in the subject's walking state based on the analysis results from the transition comparison analysis unit. As a result, the gait state recognition device enables the subject himself to recognize problems in his own walking state with each step from the issues in each movement phase that constitutes the subject's walking cycle.
さらに本発明においては、歩容状態認識部は、変遷比較解析部による解析結果に基づいて、被検者の歩容状態の変遷と特定疾患に特有な歩行症状との相関関係を分析するようにした。この結果、歩容状態認識装置では、当該相関関係の分析結果に基づいて、被検者が患う特定疾患を早期に発見することが可能となる。 Furthermore, in the present invention, the gait condition recognition unit analyzes the correlation between the change in the subject's gait condition and the gait symptoms specific to a specific disease based on the analysis results by the change comparison analysis unit. As a result, the gait condition recognition device is able to detect the specific disease suffered by the subject at an early stage based on the analysis results of the correlation.
さらに本発明においては、被検者の歩行周期を構成する各動作フェーズは、被検者の左右いずれか一方の脚を支持脚とするとき、他方の脚のつま先部の高さと当該支持脚の踵部の高さが一致する接地点が形成されるときの第1支持脚フェーズと、当該接地点から前方の支持脚の膝下が地面に対して垂直になるときの第2支持脚フェーズと、当該支持脚の股関節が背側に伸展するときの第3支持脚フェーズと、当該支持脚の膝関節が緩み曲がるときの第4支持脚フェーズと、支持脚が遊脚に交代して接地点が形成されるときの第1遊脚フェーズと、当該接地点から前方の当該遊脚の大腿部が地面に対して垂直になるときの第2遊脚フェーズと、当該遊脚の踵部の前後位置が他方の脚と一致するときの第3遊脚フェーズと、当該遊脚の膝下部が地面に対して垂直になるときの第4遊脚フェーズとからなるようにした。 Furthermore, in the present invention, the motion phases constituting the walking cycle of the subject are made up of the following: when the subject uses one of the left and right legs as a supporting leg, a first supporting leg phase is formed when the height of the toe of the other leg and the height of the heel of the supporting leg match; a second supporting leg phase is formed when the lower knee of the supporting leg forward from the contact point becomes perpendicular to the ground; a third supporting leg phase is formed when the hip joint of the supporting leg extends dorsally; a fourth supporting leg phase is formed when the knee joint of the supporting leg relaxes and bends; a first swing leg phase is formed when the supporting leg is replaced by a swing leg and a contact point is formed; a second swing leg phase is formed when the thigh of the swing leg forward from the contact point becomes perpendicular to the ground; a third swing leg phase is formed when the front-to-back position of the heel of the swing leg matches that of the other leg; and a fourth swing leg phase is formed when the lower knee of the swing leg becomes perpendicular to the ground.
さらに本発明においては、動作機能向上装置は、被検者の左右の足裏面への圧力分布を検出する床反力センサを有し、肢位情報算出部は、関節周り検出部により検出される物理量および床反力センサの検出結果に基づいて、被検者の股関節部を基準とする膝関節部、踵部およびつま先部の位置をそれぞれ算出するようにした。 Furthermore, in the present invention, the movement function improvement device has a floor reaction force sensor that detects the pressure distribution on the soles of the left and right feet of the subject, and the limb position information calculation unit calculates the positions of the knee joint, heel, and toe based on the hip joint of the subject based on the physical quantities detected by the joint circumference detection unit and the detection results of the floor reaction force sensor.
さらに本発明においては、被検者の歩行動作を構成する各歩行フェーズに応じた動力を当該被検者に付与する動作機能向上装置を用いて、被検者の歩容状態を認識する歩容状態認識方法において、被検者の下肢動作に連動して能動的または受動的に駆動する駆動部が動作機能向上装置に設けられ、当該駆動部の出力信号に基づき検出された被検者の下肢動作に伴う関節周りの物理量に基づいて、被検者の股関節部を基準とする膝関節部、踵部およびつま先部の位置をそれぞれ算出する第1ステップと、第1ステップによる算出結果に基づいて、被検者の歩行周期ごとの歩容構造を分析する第2ステップと、第2ステップによる分析結果を歩数に応じた時間経過の変遷として、基準となる健常者から同様の当該分析結果として得られる歩数に応じた時間経過の変遷と時系列的に比較して、当該比較結果を解析する第3ステップと、第3ステップによる解析結果に基づいて、被検者の歩容状態を認識する第4ステップとを備えるようにした。 Furthermore, in the present invention, a gait state recognition method for recognizing a gait state of a subject using a motion function improvement device that imparts to the subject power corresponding to each walking phase that constitutes the walking movement of the subject includes the following steps: a drive unit that is actively or passively driven in conjunction with the subject's lower limb movement is provided in the motion function improvement device, and the first step is to calculate the positions of the knee joint, heel, and toe of the subject based on the hip joint of the subject based on the physical quantities around the joints associated with the subject's lower limb movement detected based on the output signal of the drive unit; a second step is to analyze the gait structure of the subject for each walking cycle based on the calculation results from the first step; a third step is to compare the analysis results from the second step as a time progression according to the number of steps with the time progression according to the number of steps obtained as a similar analysis result from a standard healthy subject in a chronological order, and to analyze the comparison results; and a fourth step is to recognize the gait state of the subject based on the analysis results from the third step.
この結果、歩容状態認識方法では、被検者の歩行周期ごとの歩容構造の分析結果を歩数に応じた時間経過の変遷として、基準となる健常者から同様の当該分析結果として得られる歩数に応じた時間経過の変遷と時系列的に比較し、その比較結果を解析して被検者の歩容状態を認識することにより、動作機能向上装置における下肢運動のアシスト量調整のためのパラメータ設定を効率良く行うことが可能となる。 As a result, the gait state recognition method compares the analysis results of the gait structure of the subject for each walking cycle as a change over time according to the number of steps with the change over time according to the number of steps obtained as a similar analysis result from a standard able-bodied subject, and analyzes the comparison results to recognize the subject's gait state, making it possible to efficiently set parameters for adjusting the amount of assistance for lower limb movement in the movement function improvement device.
本発明によれば、被検者の歩容状態を歩数に応じた時間経過の変遷として認識して、動作機能向上装置における下肢運動のアシスト量調整のためのパラメータ設定を自動的に行うことが可能な歩容状態認識装置および歩容状態認識方法を実現することができる。 The present invention provides a gait state recognition device and a gait state recognition method that can recognize the gait state of a subject as a change over time according to the number of steps and automatically set parameters for adjusting the amount of assistance for lower limb movement in a movement function improvement device.
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。 One embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
(1)本実施の形態による歩行支援システムの構成
図1は本実施の形態による歩行支援システム1を示す。歩行支援システム1は、被検者Pの動作を補助する動作機能向上装置2と、被検者Pが歩行動作によるリハビリテーションを支援するための歩行支援装置3とを備えている。動作機能向上装置2と歩行支援装置3とは有線または無線により通信可能に接続されている。
(1) Configuration of the walking support system according to the present embodiment Fig. 1 shows a walking support system 1 according to the present embodiment. The walking support system 1 includes a motion function improving device 2 that assists the motion of a subject P, and a walking support device 3 that supports the rehabilitation of the subject P through walking motion. The motion function improving device 2 and the walking support device 3 are connected to each other so as to be able to communicate with each other via wire or wirelessly.
まず、歩行支援装置3は、トレッドミル5を基準としたその両側に一対の関係をなす左フレーム6Lおよび右フレーム6Rが当該トレッドミル5の先端から湾曲して植立され、当該両フレーム6L、6Rの端側部位を被検者Pが両手で把持し得るように構成されている。
First, the walking support device 3 is configured such that a pair of left and
トレッドミル5は、ローラの回転により循環するように移動する歩行ベルト7を有する 。アクチュエータ駆動に応じてローラの回転速度を変化させることにより、歩行ベルト7の循環速度を変えることができる。
The
歩行支援装置3は、トレッドミル5から植立された左フレーム6Lおよび右フレーム6Rの間を橋架するサブフレーム(図示せず)に、例えば液晶ディスプレイからなるモニタ8が設けられ、操作部による操作結果や、被検者の歩行支援に必要な種々の情報を映像表示するようになされている。
The walking support device 3 has a monitor 8, for example a liquid crystal display, mounted on a subframe (not shown) that bridges the
このように歩行支援システム1では、動作機能向上装置2を装着した被検者Pが、歩行支援装置3における一対の左フレーム6Lおよび右フレーム6Rの一端を両手で把持して歩行動作時の姿勢を安定化させながら、歩行動作によるリハビリテーションを支援し得るようになされている。
In this way, in the walking assistance system 1, the subject P wearing the movement function improvement device 2 can support rehabilitation through walking by grasping one end of the pair of left and
(2)本実施の形態による動作機能向上装置の構成
図2は本実施の形態による動作機能向上装置2を示す。動作機能向上装置2は、被検者の歩行動作を構成する各歩行フェーズに応じた動力を当該被検者に付与する装置であり、脳からの信号により筋力を発生させる際に生じる生体電位信号(表面筋電位)や当該装着者の股関節や膝関節の動作角度を検出し、この検出信号に基づいて駆動機構からの駆動力を付与するように作動する。
(2) Configuration of the Motion Function Improving Device According to the Present Embodiment Fig. 2 shows the motion function improving device 2 according to the present embodiment. The motion function improving device 2 is a device that applies to the subject power corresponding to each walking phase that constitutes the walking motion of the subject, detects bioelectric potential signals (surface myoelectric potential) generated when muscle force is generated by signals from the brain, and the motion angles of the hip joint and knee joint of the wearer, and operates to apply driving force from a driving mechanism based on these detection signals.
本実施の形態における下肢型の動作機能向上装置2は、被検者の腰に装着される腰フレーム10と、装着者の下肢に装着される下肢フレーム11と、装着者の関節に対応させて下肢フレーム11に設けられた複数の駆動部12L、12R、13L、13Rと、駆動部12L、12R、13L、13Rの力を装着者に前方または後方から作用させるべく下肢フレーム11に取り付けられた補助力作用部材としてのカフ14L、14R、15L、15Rと、装着者の下肢動作に起因する信号に基づいて駆動部12L、12R、13L、13Rを制御する制御装置30(後述する図3)と、制御装置を搭載した背面ユニット16と、介助者が使用する操作ユニット(図示せず)とを有する。
The lower limb type movement function improving device 2 in this embodiment has a
制御装置30(図3)は、被検者の関節に対応する駆動部12L、12R、13L、13Rのアクチュエータの出力軸を中心に相対的に下肢フレーム11同士を駆動することができる。各駆動部12L、12R、13L、13Rには、アクチュエータの駆動トルクや回転角度等を検出するためのセンサ群が搭載されている。なお、背面ユニット16には、装置全体の駆動電源を供給するためのバッテリユニット(図示せず)が搭載されている。
The control device 30 (Fig. 3) can drive the
腰フレーム10は、被検者の腰を受け入れてその後部から左右両側部にかけて包囲し得る前方に開いた平面視略C字形状の部材であり、被検者の背後に位置する後腰フレーム部17と、後腰フレーム部17の両端から湾曲しつつ前方に延びる左腰フレーム部18Lおよび右腰フレーム部18Rとを有する。
The
左腰フレーム部18Lおよび右腰フレーム部18Rは、開度調節機構(図示せず)を介して後腰フレーム部17に連結されている。左腰フレーム部18Lおよび右腰フレーム部18Rの基部は、後腰フレーム部内17に左右方向にスライド可能に挿入されて保持されている。
The left and right
下肢フレーム11は、被検者の右下肢に装着される右下肢フレーム19Rと、被検者の左下肢に装着される左下肢フレーム19Lとを有する。左下肢フレーム19Lと右下肢フレーム19Rは、左右対称に形成されている。
The
左下肢フレーム19Lは、被検者の左大腿の左側に位置する左大腿フレーム20Lと、被検者の左下腿の左側に位置する左下腿フレーム21Lと、被検者の左脚の裏(靴を履く場合には、左側の靴の底)が載置される左脚下端フレーム22Lとを有する。左下肢フレーム19Lは、腰部連結機構23Lを介して左腰フレーム部18Lの先端部に連結されている。
The left
右下肢フレーム19Rは、被検者の右大腿の右側に位置する右大腿フレーム20Rと、被検者の右下腿の右側に位置する右下腿フレーム21Rと、被検者の右脚の裏(靴を履く場合には、右側の靴の底)が載置される右脚下端フレーム22Rとを有する。右下肢フレーム21Rは、腰部連結機構23Rを介して右腰フレーム部18Rの先端部に連結されている。
The right
なお、腰フレーム10(後腰フレーム17、右腰フレーム18Rおよび左腰フレーム18L)と下肢フレーム11(右下肢フレーム19Rおよび左下肢フレーム19L)とは、例えばステンレス等の金属またはカーボンファイバ(炭素繊維)等により細長い板状に形成されたフレーム本体を有し、軽量かつ高い剛性をもつように形成される。本実施の形態においては、強度部材として炭素繊維強化フラスチック(Carbon Fiber Reinforced Plastic;CFRP)およびアルミ合金である超々ジェラルミンを用いることとした。
The waist frame 10 (
カフ14L、14R、15L、15Rは、左大腿フレーム20L、右大腿フレーム20R、左下腿フレーム21Lおよび右下腿フレーム21Rに、各々一つずつ設けられている。
左大腿フレーム20Lおよび右大腿フレーム20Rに設けられているカフ(以下、「大腿カフ」と記す。)14L、14Rは、大腿フレーム本体の下端部に取り付けられた大腿カフ支持機構24L、24Rに支持されている。大腿カフ14L、14Rは、被検者の大腿に嵌合させるようにして添え当て得る円弧状に湾曲した装着面を有している。大腿カフ14L、14Rの装着面には、被検者の大腿と隙間をなく密着し得るようフィッティング部材が取り付けられている。
The cuffs (hereafter referred to as "thigh cuffs") 14L, 14R provided on the
左下腿フレーム21Lおよび右下腿フレーム21Rに設けられているカフ(以下、「下腿カフ」と記す。)15L、15Rは、上側要素の上端部に取り付けられた下腿カフ支持機構25L、25Rに支持されている。下腿カフ15L、15Rは、被検者の下腿に嵌合させるようにして添え当て得る円弧状に湾曲した装着面を有している。下腿カフ15L、15Rの装着面には、被検者の下腿と隙間をなく密着し得るようフィッティング部材が取り付けられている。
The cuffs (hereinafter referred to as "calf cuffs") 15L, 15R provided on the
実際にこの動作機能向上装置2を被検者に装着する場合、左右の足部にそれぞれ専用靴26L、26Rが装着されるとともに、左右の下腿部にそれぞれ下腿カフ15L、15Rが装着され、さらに左右の大腿部にそれぞれ大腿カフ14L、14Rが装着される。そして、これら足部、下腿部、大腿部をそれぞれ対応するフレームと一体化するように、靴やカフにベルト等を締結させる。
When actually putting this movement function improving device 2 on a subject,
この専用靴26L、26Rは、左右一対の構成からなり、被検者の足先から足首までを密着した状態で保持すると共に、足底に設けられた床反力センサ(後述のFRFセンサ60)により荷重測定し得る。
These
このように動作機能向上装置2は、装着する被検者の意図に応じた随意的な筋活動に伴う生体電位信号に基づいて、歩行運動を制御および補助することができる。 In this way, the movement function improvement device 2 can control and assist walking movements based on bioelectric potential signals associated with voluntary muscle activity according to the intentions of the subject wearing it.
(3)動作機能向上装置における内部システム構成
図3は、動作機能向上装置2の制御系システムの構成を示すブロック図である。図3に示すように、動作機能向上装置2の制御系システム2Xは、システム全体の統括制御を司る制御装置30と、当該制御装置30の指令に応じて各種データが読書き可能にデータベース化されているデータ格納部31と、被検者の下肢動作に連動して能動的または受動的に駆動する駆動部12L、12R、13L、13Rとを有する。
(3) Internal System Configuration of the Movement Function Improving Device Fig. 3 is a block diagram showing the configuration of a control system of the movement function improving device 2. As shown in Fig. 3, the
また、駆動部12L、12R、13L、13Rにおけるアクチュエータの出力軸と同軸上には、当該出力軸の回転角度を検出するポテンショメータ32が設けられ、被検者の下肢動作に応じた関節角度を検出するようになされている。
In addition, a
さらに、下肢フレーム11には、 大腿部の鉛直方向に対する絶対角度を計測するための絶対角度センサ33が搭載されている。この絶対角度センサ33は、加速度センサおよびジャイロセンサから構成され、複数のセンサデータを用いて新しい情報を抽出する方法であるセンサフュージョンに用いられる。
In addition, the
大腿部の絶対角度の算出には、各センサにおける並進運動および温度ドリフトの影響を取り除くため、1次フィルタが使用される。この1次フィルタは、各センサから得られる値に対して重み付けを付与して加算されることで算出される。 To calculate the absolute thigh angle, a first-order filter is used to remove the effects of translational motion and temperature drift in each sensor. This first-order filter is calculated by weighting and adding up the values obtained from each sensor.
大腿部の鉛直方向に対する絶対角度をθabs(k)、ジャイロセンサによって得られた角速度をω、サンプリング周期をdt 、加速度センサによって得られた加速度をαとすると、θabs(t)は、次の(1)式のように表される。
被検者の下肢動作に伴う関節を基準とする当該被検者の体表部位(主として大腿部の体表面)には生体信号検出センサ(電極群)を有する生体信号検出部40が配置されており、当該被検者の膝関節を動作させるための生体電位信号を検出するようになされている。
A
データ格納部31には、指令信号データベース41と基準パラメータデータベース42とが格納されている。制御装置30は、例えば、メモリを有するCPU(Central Processing Unit)チップで構成され、随意的制御部50と自律的制御部51とフェーズ特定部52とゲイン変更部53とを備えている。
The
随意的制御部50は、生体信号検出部40により取得された生体電位信号に基づいて、被検者の意思に従った動力を駆動部12L、12R、13L、13Rに発生させる。具体的に、随意的制御部50は、生体信号検出部40の検出信号に応じた指令信号を電力増幅部54に供給する。随意的制御部50は、生体信号検出部40に所定の指令関数f(t)またはゲインPを適用して指令信号を生成する。このゲインPは予め設定された値または関数であり、外部入力によるゲイン変更部53を介して調整することができる。
The
また、ポテンショメータ32により検出された膝関節の角度データに基づいてアクチュエータの駆動トルク(トルクの大きさおよび回動角度)を制御する方法を選択することも可能である。この方法は、被検者の運動症状に伴う歩行障害の度合いが比較的軽い場合や、被検者の皮膚が汗で濡れることが予想され、生体信号検出部40からの生体信号の入力が得られない可能性がある場合等に有効である。
It is also possible to select a method of controlling the actuator drive torque (torque magnitude and rotation angle) based on the knee joint angle data detected by the
ポテンショメータ32によって検出された膝関節角度のデータと、絶対角度センサ33によって検出された大腿部の鉛直方向に対する絶対角度のデータと、生体信号検出部40によって検出された生体信号とは、基準パラメータデータベース42に入力される。
The data on the knee joint angle detected by the
また、一対の専用靴26L、26Rの足底には、FRF(Floor Reaction Force)センサ60が設けられ、被検者の左右の足裏面への圧力分布を検出する。このFRFセンサ60は、足裏面にかかる荷重を前足部(つま先部)と後足部(踵部)とに分割して独立して測定可能である。
Floor Reaction Force (FRF)
このFRFセンサ60は、例えば、印加された荷重に応じた電圧を出力する圧電素子または荷重に応じて静電容量が変化するセンサなどからなり、体重移動に伴う荷重変化および装着者の脚と地面との接地の有無をそれぞれ検出することができる。
This
さらに一対の専用靴26L、26Rでは、各FRFセンサ60の検出結果に基づく左右の足裏面に係る荷重のバランスから、重心位置を求めることができる。このように一対の専用靴26L、26Rでは、被検者の左右の足のどちら側に重心が偏っているかを、各FRFセンサ60で計測されるデータに基づいて、推定することができる。
Furthermore, with the pair of
各専用靴26L、26Rは、靴構造以外に、FRFセンサ60とMCU(Micro Control Unit)からなるFRF制御部61と送信部62とを有する。FRFセンサ60の出力は、変換器63を介して電圧変換された後、LPF(Low Pass Filter)64を介して高域周波数帯が遮断されてFRF制御部61に入力される。
In addition to the shoe structure, each of the
このFRF制御部61は、FRFセンサ60の検知結果に基づいて、被検者の体重移動に伴う荷重変化や接地の有無を求めると共に、左右の足裏に係る荷重バランスに応じた重心位置を求める。FRF制御部61は、求めた重心位置をFRFデータとして送信部62を介して装置本体内の受信部65にワイヤレス送信する。
The
制御装置30は、受信部65を介して各専用靴26L、26Rの送信部62からワイヤレス送信されたFRFデータを受信した後、当該FRFデータに基づく左右の足裏に係る荷重および重心位置がデータ格納部31の基準パラメータデータベース42に格納される。
The
フェーズ特定部52は、ポテンショメータ32により検出された膝関節角度のデータと、FRFセンサ60により検出された荷重のデータとを、基準パラメータデータベース42に格納された基準パラメータの膝関節角度および荷重と比較する。フェーズ特定部52は、この比較結果に基づいて、被検者の動作のフェーズを特定する。
The
そして、自律的制御部51は、フェーズ特定部52により特定されたフェーズの制御データを得ると、このフェーズの制御データに応じた指令信号を生成し、この動力を駆動部12L、12R、13L、13Rに発生させるための指令信号を電力増幅部54に供給する。
Then, when the
また、自律的制御部51は、前述したゲイン変更部53により調整されたゲインが入力されており、このゲインに応じた指令信号を生成し、電力増幅部54に出力する。電力増幅部54は、駆動部12L、12R、13L、13Rのアクチュエータを駆動する電流を制御してアクチュエータのトルクの大きさおよび回動角度を制御することにより、被検者の膝関節にアクチュエータによるアシスト力を付与する。
The
このように自律的制御部51は、関節周り検出部(ポテンショメータ32および絶対角度センサ33)により検出される物理量に基づいて、被検者の歩行タスクに応じた歩行フェーズをそれぞれ特定し、各歩行フェーズに対応する動力を駆動部12L、12R、13L、13Rに発生させる。
In this way, the
電力増幅部(駆動電流生成部)54は、随意的制御部50および自律的制御部51からの制御信号を合成し、当該合成された制御信号に応じた駆動電流を増幅して駆動部12L、12R、13L、13Rのアクチュエータに供給する。被検者の膝関節には、このアクチュエータのトルクが、アシスト力として下肢フレームを介して伝達される。
The power amplifier (drive current generator) 54 combines the control signals from the
(4)本実施の形態による歩容状態認識装置の構成
本発明においては、上述した動作機能向上装置2を用いた歩容状態認識装置70(後述する図4)により、被検者の歩容状態を認識するようになされている。
(4) Configuration of the Gait State Recognition Device According to this Embodiment In the present invention, the gait state of a subject is recognized by a gait state recognition device 70 (FIG. 4 described later) using the above-mentioned movement function improvement device 2.
その前提として、動作機能向上装置2を用いた測定された下肢筋の生体電位信号は、当該動作機能向上装置2を用いた歩行治療やリハビリテーションのたびに被検者の筋活動が測定されるため、被検者の歩容状態の認識に役立つ可能性がある。生体電位信号は、動作制御時に発生する活動電位に起因する被検者の神経筋系の変化を反映している。 On this premise, the biopotential signals of the lower limb muscles measured using the movement function improvement device 2 may be useful for recognizing the gait state of the subject, since the subject's muscle activity is measured every time walking treatment or rehabilitation is performed using the movement function improvement device 2. The biopotential signals reflect changes in the subject's neuromuscular system caused by action potentials generated during movement control.
本発明においては、被検者の両脚における股関節および膝関節の角度状態から計測される下肢の姿勢に着目し、歩行中の一歩ごとの情報を切り出して歩行周期の在り方から状態を計測することにより、歩行の特徴を得るようにする。 In this invention, we focus on the posture of the lower limbs, which is measured from the angle state of the hip and knee joints in both legs of the subject, and obtain the characteristics of walking by extracting information about each step taken while walking and measuring the state from the state of the walking cycle.
この歩容状態認識装置70は、上述した動作機能向上装置2における制御装置30内に設けられた制御系構成要素であり、図4に示すように、肢位情報算出部71、歩容構造分析部72、変遷比較解析部73および歩容状態認識部74を備える。
This gait
肢位情報算出部71は、上述した関節周り検出部(ポテンショメータ32および絶対角度センサ33)により検出される物理量に基づいて、被検者の股関節部を基準(原点位置)とする膝関節部、踵部およびつま先部の位置をそれぞれ算出する。
The limb position
なお本発明においては、肢位情報算出部71は、関節周り検出部により検出される物理量のみならず、当該物理量と被検者の左右の足裏面への圧力分布を検出する床反力センサ(FRFセンサ60)の検出結果とに基づいて、被検者の股関節部を基準とする膝関節部、踵部およびつま先部の位置をそれぞれ算出するようにしてもよい。
In the present invention, the limb position
歩容構造分析部72は、肢位情報算出部71による算出結果に基づいて、被検者の歩行周期ごとの歩容構造を分析する。具体的に、歩容構造分析部は、被検者の歩行周期ごとに歩行構造を構成する一連の動作フェーズの占有率をそれぞれ算出する。
The gait
ここで、被検者の歩行周期を構成する各動作フェーズは、図5(A)~(H)のように表される。すなわち、各動作フェーズは、被検者の左右いずれか一方の脚を支持脚とするとき、他方の脚のつま先部の高さと当該支持脚の踵部の高さが一致する接地点が形成されるときの第1支持脚フェーズwsp1(図5(A))と、当該接地点から前方の支持脚の膝下が地面に対して垂直になるときの第2支持脚フェーズwsp2(図5(B))と、当該支持脚の股関節が背側に伸展するときの第3支持脚フェーズwsp3(図5(C))と、当該支持脚の膝関節が緩み曲がるときの第4支持脚フェーズwsp4(図5(D))と、支持脚が遊脚に交代して接地点が形成されるときの第1遊脚フェーズwsw1(図5(E))と、当該接地点から前方の当該遊脚の大腿部が地面に対して垂直になるときの第2遊脚フェーズwsw2(図5(F))と、当該遊脚の踵部の前後位置が他方の脚と一致するときの第3遊脚フェーズwsw3(図5(G))と、当該遊脚の膝下部が地面に対して垂直になるときの第4遊脚フェーズwsw4(図5(H))とからなる。 Here, the motion phases constituting the walking cycle of the subject are represented as in Figures 5(A) to (H). That is, the motion phases are as follows: when the subject uses either the left or right leg as a supporting leg, a first supporting leg phase wsp1 (Figure 5(A)) is formed when a contact point is formed at which the height of the toe of the other leg coincides with the height of the heel of the supporting leg; a second supporting leg phase wsp2 (Figure 5(B)) is formed when the lower part of the knee of the supporting leg forward of the contact point becomes perpendicular to the ground; a third supporting leg phase wsp3 (Figure 5(C)) is formed when the hip joint of the supporting leg extends dorsally; and a fourth supporting leg phase wsp4 (Figure 5(D)) is formed when the knee joint of the supporting leg relaxes and bends. It consists of a fourth supporting leg phase wsp4 (Fig. 5(D)), a first swing leg phase wsw1 (Fig. 5(E)) when the supporting leg switches to the swing leg and a ground contact point is formed, a second swing leg phase wsw2 (Fig. 5(F)) when the thigh of the swing leg forward of the ground contact point becomes perpendicular to the ground, a third swing leg phase wsw3 (Fig. 5(G)) when the anterior-posterior position of the heel of the swing leg coincides with the other leg, and a fourth swing leg phase wsw4 (Fig. 5(H)) when the lower knee part of the swing leg becomes perpendicular to the ground.
上述の定義した歩行周期の状態遷移図は図6のように示される。フェーズ開始(またはタムアウト)wstから始まり、第1~第4支持脚フェーズwsp1~wsp4および第1~第4遊脚フェーズwsw1~wsw4からなる歩行周期を繰り返すようになされている。この状態遷移図において、第1支持脚フェーズwsp1と第1遊脚フェーズwsw1とを優先的に状態遷移するように設定することにより、途中の状態遷移で停滞することなく、一歩ごとの情報検出が可能となる。 The state transition diagram of the walking cycle defined above is shown in Figure 6. Starting with a phase start (or tam-out) wst, a walking cycle consisting of the first to fourth supporting leg phases wsp1 to wsp4 and the first to fourth swing leg phases wsw1 to wsw4 is repeated. In this state transition diagram, by setting the first supporting leg phase wsp1 and the first swing leg phase wsw1 to have priority in state transitions, it becomes possible to detect information for each step without stagnation in the state transitions midway.
変遷比較解析部73は、歩容構造分析部72による分析結果を歩数に応じた時間経過の変遷として、基準となる健常者から同様の当該分析結果として得られる歩数に応じた時間経過の変遷と時系列的に比較して、当該比較結果を解析する。具体的に、変遷比較解析部73は、被検者の歩容状態の変遷を、歩容構造分析部72により算出された各動作フェーズの占有率を歩数ごとに列挙した第1グラフとして生成し、基準となる健常者に相当する第2グラフと時系列的に比較して、当該比較結果を解析する。
The transition
歩容状態認識部74は、変遷比較解析部73による解析結果に基づいて、被検者の歩容状態を認識する。具体的に、歩容状態認識部74は、変遷比較解析部73による解析結果に基づいて、被検者の歩容状態の変遷から当該被検者の歩行周期を構成する各動作フェーズの課題をそれぞれ抽出する。
The gait
このように、歩容状態認識装置70は、被検者の歩行周期ごとの歩容構造の分析結果を歩数に応じた時間経過の変遷として、基準となる健常者から同様の当該分析結果として得られる歩数に応じた時間経過の変遷と時系列的に比較し、その比較結果を解析して被検者の歩容状態を認識する。
In this way, the gait
この結果、歩容状態認識装置70では、動作機能向上装置2における下肢運動のアシスト量調整のためのパラメータ設定を効率良く行うことが可能となる。
As a result, the gait
ここで図7(A)~(C)において、各動作フェーズに色を設定しておき、動作機能向上装置2の装着時における被検者の歩容状態の変遷を、当該被検者の左右の脚それぞれの1回の試行について、歩数を横軸、各動作フェーズの占有率を縦軸としてグラフ化したものを示す。図7(A)~(C)は、いずれも上段が左脚で下段が右脚についての歩容状態の変遷を表している。 In Figures 7(A)-(C), a color is assigned to each movement phase, and the changes in the subject's gait state when wearing the movement function improving device 2 are graphed for one trial for each of the subject's left and right legs, with the number of steps on the horizontal axis and the percentage of each movement phase on the vertical axis. In each of Figures 7(A)-(C), the upper row shows the changes in the gait state for the left leg, and the lower row shows the changes in the gait state for the right leg.
図7(A)は健常者に相当する第2グラフであり、図7(B)は動作機能装置2の装着がなくても歩容可能な被検者に相当する第1グラフであり、図7(C)は日常では歩容困難な動作機能向上装置2の装着を始めた段階の被検者に相当する第1グラフである。この図7(A)に示す第2グラフによれば、健常者はほとんどの動作フェーズが常に検出されている一方、図7(B)および(C)に示す第1グラフによれば、双方とも被検者は疾患者であり、動作フェーズに抜けや歩行周期の不安定さが目視確認可能である。 Figure 7(A) is the second graph corresponding to a healthy individual, Figure 7(B) is the first graph corresponding to a subject who is able to walk without wearing the movement function device 2, and Figure 7(C) is the first graph corresponding to a subject who has just started wearing the movement function improvement device 2 and has difficulty walking in everyday life. According to the second graph shown in Figure 7(A), most movement phases are always detected in the healthy individual, while according to the first graphs shown in Figures 7(B) and (C), in both cases the subjects are ill, and missing movement phases and instability in the gait cycle are visually confirmed.
例えば、図7(B)に示す第1グラフにおいて、第2支持脚フェーズwsp2および第3支持脚フェーズwsp3が欠落している場合、被検者の歩容中の着床時に足の位置が健常歩行と異なり、遊脚後の支持脚に入る接地時に当該支持脚における膝下が比較的大きな角度で曲がっている。これは被検者が恐る恐る歩くような感じで遊脚時に膝がしっかり伸びていないか、股関節の振りが小さいか、姿勢が前に傾いていると予想できる。 For example, in the first graph shown in Figure 7 (B), if the second supporting leg phase wsp2 and the third supporting leg phase wsp3 are missing, the position of the foot when the subject's gait touches the floor differs from that of normal walking, and the lower part of the knee of the supporting leg is bent at a relatively large angle when the supporting leg touches the ground after the swing leg. This suggests that the subject is walking timidly, with the knee not fully extended during the swing leg, the hip joint swing is small, or the posture is leaning forward.
このような支持脚フェーズの抜けが生じる場合は、遊脚時の最後の振りをしっかり意識してもらうように被検者にアドバイスしたり、股関節の振り出しが足りない場合は、股関節の屈曲側の駆動トルクを大きくし、または膝関節の伸展側の駆動トルクを大きくなるように制御設定したりすることにより、被検者の歩容改善に寄与することができる。このように、歩容状態認識装置70では、被検者の歩容状態を可視化することが可能となる。
When such a missing supporting leg phase occurs, the subject can be advised to be fully conscious of the final swing of the swing leg, or if the hip joint swing is insufficient, the drive torque on the flexion side of the hip joint or the drive torque on the extension side of the knee joint can be controlled and set to be larger, thereby contributing to improving the subject's gait. In this way, the gait
さらに、動作機能向上装置2の装着時における被検者の歩容状態の変遷を、当該被検者の左右の脚それぞれの1試行ごとにおける動作フェーズの占有率を平均化し、横軸を試行回数として、複数回の試行ごとの平均の歩行周期の変遷をグラフ化した典型的な例を図8から図10(B)までに示す。図8から図10(B)まで、いずれも上段が左脚で下段が右脚についての歩容状態の変遷を表している。 Furthermore, Figures 8 to 10(B) show typical examples of graphs of changes in the gait state of a subject when wearing the movement function improvement device 2, averaging the occupancy rate of movement phases for each trial for the subject's left and right legs, with the horizontal axis representing the number of trials, and showing changes in the average walking cycle for multiple trials. In all of Figures 8 to 10(B), the upper row shows the changes in the gait state for the left leg, and the lower row shows the changes in the gait state for the right leg.
図8は健常者に相当するグラフを示し、当該グラフによれば、変化はあるものの全ての動作フェーズがどの試行でも見えている。一方、図9は、普段補装具を利用して歩行ができる脊髄損傷を患う被検者に相当するグラフを示し、当該グラフによれば、最初両足ともに動作フェーズの欠落があり、次に片足、最後は両足ともに綺麗に(健常者並みの)動作フェーズが見えている。これは脳卒中などの脳血管障害を患う一部の被検者にも同様な変遷をたどることが実験により示されている。 Figure 8 shows a graph corresponding to a healthy subject, where all movement phases are visible in every trial, although there are variations. On the other hand, Figure 9 shows a graph corresponding to a subject with spinal cord injury who is normally able to walk with the aid of a prosthetic device, where at first there are missing movement phases for both legs, then one leg, and finally both legs are clearly visible (at the same level as a healthy subject). Experiments have shown that some subjects with cerebrovascular disorders such as strokes also go through similar changes.
図10(A)は、脳卒中でぶん回し歩行の傾向が強い被検者に相当するグラフを示し、図10(B)は、図10(A)における複数回の試行ごとの平均の歩行周期の変遷に対応して、関節周り検出部(ポテンショメータ32および絶対角度センサ33)により検出される物理量(drive angle)を縦軸とするグラフを示す。
Figure 10(A) shows a graph corresponding to a subject with a stroke who has a strong tendency to walk with a swinging gait, and Figure 10(B) shows a graph with the physical quantity (drive angle) detected by the joint circumference detection unit (
この図10(A)および(B)において、被検者の両足の動作フェーズが綺麗に(健常者並みに)見られていたにもかかわらず(変遷期間a)、途中から動作フェーズが欠落した後に再度当該動作フェーズが見られ(変遷期間b)、また同時に左右で関節角度に差異が生じる場合がある(変遷期間c)。 In Figures 10 (A) and (B), although the movement phases of both feet of the subject were clearly visible (similar to that of a healthy person) (transition period a), the movement phase was missing midway and then reappeared (transition period b), and at the same time, differences in the joint angles between the left and right sides sometimes occurred (transition period c).
これは脳卒中を患う被検者によく生じるグラフ形状であり、途中で軽く歩く歩行状態(変遷期間a)から、とにかく速く歩く歩行などに目的が変わってしまい(変遷期間b)、普段されているぶん回し歩行の傾向が高くなってしまう場合である。この場合、支持脚の細かい動きである第2支持脚フェーズwsp2、第3支持脚フェーズwsp3および第4支持脚フェーズwsp4が小さく、遊脚が長く(第1遊脚フェーズwsw1から第4遊脚フェーズwsw4)、動作関節角度が大きい左足がロッキングされていると予測できる。 This is a graph shape that often occurs in subjects who have suffered a stroke, where the purpose of walking changes from a light walk (transition period a) to walking very fast (transition period b), resulting in a strong tendency towards the usual roundabout gait. In this case, the fine movements of the supporting leg, which are the second supporting leg phase wsp2, the third supporting leg phase wsp3 and the fourth supporting leg phase wsp4, are small, the swing leg is long (first swing leg phase wsw1 to fourth swing leg phase wsw4), and it can be predicted that the left leg, which has a large operating joint angle, is being locked.
このような場合は、一旦ぶん回し歩行でも良いため被検者の歩行スピードを上げてスピードに慣れさせた後に、再度そのスピードを保ちつつ軽く歩く(変遷期間c)ように、課題をシフトさせる。 In such cases, the walking speed of the subject should be increased, even if it is by walking in a circular motion, so that the subject can get used to the speed, and then the task should be shifted to walking lightly while maintaining that speed again (transition period c).
例えば、図11において、歩行周期を構成する一連の動作フェーズの様相と実際の状態と課題(解決方法)とを整理した図表を示す。この表によれば、動作フェーズの様相から動作機能向上装置2の装着時における歩容状態や課題を認識することが可能となる。なお、試行ごとの平均にしたとき、検出頻度が低い動作フェーズは、占有割合が小さいという形で見ることが可能である。 For example, Figure 11 shows a chart summarizing the aspects of a series of movement phases that make up a walking cycle, the actual state, and issues (solutions). This chart makes it possible to recognize the gait state and issues when the movement function improvement device 2 is worn from the aspects of the movement phases. Note that when averaging over trials, movement phases that are detected less frequently can be seen as having a smaller occupancy rate.
動作フェーズの様相が、第4支持脚フェーズwsp4および第4遊脚フェーズwsw4が多く、1試行内で安定せずにばらつきがある場合、実状態は、被検者の歩容が安定しておらず、非常にゆっくりとした歩行であると推測でき、課題としては、とにかく下肢を動かすこと、歩容に慣れてもらうことと特定できる。 If the movement phase features a lot of fourth supporting leg phase wsp4 and fourth swing leg phase wsw4 and is unstable and variable within one trial, it can be inferred that the actual state is that the subject's gait is unstable and that the subject is walking very slowly, and the task can be identified as simply moving the lower limbs and getting the subject used to the gait.
また、動作フェーズの様相が、第2支持脚フェーズwsp2の検出頻度が低い場合(試行内で平均化すると小さく見える場合)、実状態は、被検者の脚振り出しの最後で膝が伸びきらないと推測でき、課題としては、被検者に足裏への体重を乗せることを意識してもらったり、遊脚時に股関節の振り出しをしっかりしてもらったり、遊脚の終わりの接地前に膝をしっかり伸ばしてもらうことと特定できる。 In addition, if the detection frequency of the second supporting leg phase wsp2 is low (if it appears small when averaged within a trial), it can be inferred that the actual condition is that the subject's knee is not fully extended at the end of the leg swing, and the tasks identified are to have the subject be conscious of putting their weight on the sole of their foot, to ensure that their hip joint is fully extended during the swing leg, and to fully extend their knee before the swing leg hits the ground at the end.
同様に、動作フェーズの様相が、第2支持脚フェーズwsp2の検出頻度が低い場合、もう一つの実状態は、体全体が前のめりで(左右いずれかに)傾いていると推測でき、課題としては、被検者の姿勢を良くしてもらったり、股関節の振り出しを大きくしてもらうことと特定できる。 Similarly, if the detection frequency of the second supporting leg phase wsp2 is low, it can be inferred that the other actual state is that the whole body is leaning forward (to the left or right), and the task can be identified as improving the subject's posture or increasing the hip joint extension.
さらに、動作フェーズの様相が、第3支持脚フェーズwsp3の検出頻度が低い場合、実状態は、被検者の股関節の伸展がしっかりできていないと推測でき、課題としては、動作機能向上装置2における設定で股関節伸展を優位にし、被検者に後ろに蹴るのを意識してもらうことと特定できる。 Furthermore, if the detection frequency of the third supporting leg phase wsp3 is low, it can be inferred that the actual state is that the subject's hip joint is not fully extended, and the task can be identified as prioritizing hip joint extension in the settings of the movement function improvement device 2 and getting the subject to be conscious of kicking backwards.
さらに、動作フェーズの様相が、第4支持脚フェーズwsp4の検出頻度が低い場合、実状態は、被検者の膝が緩んでおらず、ロッキング状態にあると推測でき、課題としては、被検者に膝を緩める練習をしてもらうことと特定できる。 Furthermore, if the detection frequency of the fourth supporting leg phase wsp4 is low, it can be inferred that the actual state is that the subject's knee is not relaxed and is in a locking state, and the task can be identified as having the subject practice relaxing the knee.
さらに、動作フェーズの様相が、第2遊脚フェーズwsw2および第3遊脚フェーズwsw3の検出頻度が低い場合、実状態は、被検者の股関節が常に曲がっており、上半身が屈曲していると推測でき、課題としては、被検者に姿勢を意識してもらうように促しながら歩容を整えることと特定できる。 Furthermore, if the movement phase is such that the second swing leg phase wsw2 and the third swing leg phase wsw3 are detected less frequently, it can be inferred that the actual state is that the subject's hip joints are always bent and the upper body is flexed, and the task can be identified as adjusting the gait while encouraging the subject to be conscious of their posture.
さらに、動作フェーズの様相が、第2遊脚フェーズwsw2および第3遊脚フェーズwsw3の検出が同時であり、かつ、第2遊脚フェーズwsw2の検出頻度が低い場合、実状態は、被検者の膝がロッキング状態であると推測でき、課題としては、被検者に膝を緩める練習をしてもらうことと特定できる。 Furthermore, when the motion phase is such that the second swing leg phase wsw2 and the third swing leg phase wsw3 are detected simultaneously and the detection frequency of the second swing leg phase wsw2 is low, it can be inferred that the actual state is that the subject's knee is in a locking state, and the task can be identified as having the subject practice relaxing the knee.
さらに、動作フェーズの様相が、第4遊脚フェーズwsw4の検出頻度が低い場合、実状態は、被検者の股関節がしっかり屈曲する前に落ちてしまうと推測でき、課題としては、被検者の逆足の支持脚時に足裏への体重の乗せ方を意識してもらうことと特定できる。 Furthermore, if the fourth swing leg phase wsw4 is detected less frequently, it can be inferred that the actual state is that the subject's hip joint falls before it is fully flexed, and the task can be identified as having the subject be conscious of how they place their weight on the sole of their foot when supporting with the opposite leg.
同様に、動作フェーズの様相が、第4遊脚フェーズwsw4の検出頻度が低い場合、もう一つの実状態は、被検者の姿勢が前屈みもしくはロッキング状態であると推測でき、課題としては、被検者の姿勢を良くしてもらったり、股関節の振り出しを大きくしてもらうことと特定できる。 Similarly, if the movement phase aspect shows that the fourth swing leg phase wsw4 is detected less frequently, another actual state can be inferred to be that the subject's posture is leaning forward or rocking, and the task can be identified as improving the subject's posture or increasing the hip joint swing.
このように、歩容状態認識装置70では、歩行周期を構成する一連の動作フェーズを可視化することにより、被検者の歩容状態を可視化することが可能となる。そして、歩容状態認識装置70において、歩容状態認識部74は、変遷比較解析部73による解析結果に基づいて、被検者の歩容状態の変遷から当該被検者の歩行周期を構成する各動作フェーズの課題をそれぞれ抽出するようにした。この結果、歩容状態認識装置70では、被検者の歩行周期を構成する各動作フェーズの課題から、被検者自身が自己の歩行状態の問題点を一歩ごとに認識することが可能となる。
In this way, the gait
以上の構成による歩容状態認識装置70によれば、被検者の歩容状態を歩数に応じた時間経過の変遷として認識して、動作機能向上装置2における下肢運動のアシスト量調整のためのパラメータ設定を自動的に行うことができる。したがって、被検者の過去から現在の状況を把握し、さらには将来の状態を予測し、健常歩行に近づいていることを確認可能にすれば、従来セラピストが実施していたセラピーを自動的にサポートすることも可能となる。
The gait
(5)他の実施の形態
なお上述のように本実施の形態においては、歩容状態認識装置70では、歩行周期を構成する一連の動作フェーズを可視化するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、被検者の歩行中にすべての動作フェーズ(第1~第4支持脚フェーズwsp1~wsp4および第1~第4遊脚フェーズwsw1~wsw4)が検出されている割合を求めることにより、歩行状態がどの程度健常者に近いかを可視化して表示させることにより、被検者の歩容状態を容易に目視認識し得るようにしてもよい。
(5) Other Embodiments As described above, in this embodiment, the gait
例えば、上述した図9や図10(A)に示すような複数回の試行ごとの平均の歩行周期の変遷をグラフ化したものに対して、床反力センサ(FRFセンサ60)による検出割合を重畳したグラフを図12に示す。図12は上段が左脚で下段が右脚についての歩容状態の変遷を表している。 For example, FIG. 12 shows a graph in which the detection rate by the floor reaction force sensor (FRF sensor 60) is superimposed on a graph showing the changes in the average walking cycle for multiple trials as shown in FIG. 9 and FIG. 10(A) described above. The upper part of FIG. 12 shows the changes in the gait state for the left leg, and the lower part shows the changes in the gait state for the right leg.
この図12のグラフでは、左右の脚から得られる床反力センサ(FRFセンサ60)による検出割合と、すべての動作フェーズ(第1~第4支持脚フェーズwsp1~wsp4および第1~第4遊脚フェーズwsw1~wsw4)の占有率とを重畳させたものを表しており、横軸を試行回数、縦軸を歩行フェーズが綺麗な割合(0から1まで)とする。縦軸の歩行フェーズが綺麗な割合は、1に近くほど健常者の歩行に近い形になっていることを表している。この図12に示すグラフによれば、被検者の右脚が顕著に健常歩行に近づいていることがわかるとともに、被検者の左右の脚に歩行差が生じていることも確認できる。 The graph in Figure 12 shows the detection rate obtained by the floor reaction force sensor (FRF sensor 60) from the left and right legs superimposed on the occupancy rate of all movement phases (first to fourth supporting leg phases wsp1 to wsp4 and first to fourth swing leg phases wsw1 to wsw4), with the horizontal axis representing the number of trials and the vertical axis representing the rate of good walking phases (from 0 to 1). The closer the rate of good walking phases on the vertical axis is to 1, the closer it is to the walking of a healthy person. The graph in Figure 12 shows that the subject's right leg is significantly closer to a healthy gait, and it can also be confirmed that a gait difference has occurred between the subject's left and right legs.
また本実施の形態においては、歩容状態認識装置70では、歩行周期を構成する一連の動作フェーズを可視化して被検者の歩容状態を可視化するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、複数回の試行ごとに歩数に対して動作フェーズが欠落している回数を割合として計算し、例えば図13に示すヒートマップ図のような図表で表現するようにしても良い。この結果、被検者がどのような歩行をしており、何が課題となるかが目視認識し易くなる。また、被検者の歩容の特徴を予測することができ、改善すべき課題もかわり、被検者の意識付けにつなげることが可能となる。
In addition, in this embodiment, the gait
さらに本実施の形態においては、歩容状態認識装置70では、歩容状態認識部74が被検者の歩行周期を構成する各動作フェーズの課題をそれぞれ抽出して、当該各動作フェーズの課題から、被検者自身が自己の歩行状態の問題点を一歩ごとに認識するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、歩容状態認識部74は、変遷比較解析部73による解析結果に基づいて、被検者の歩容状態の変遷と特定疾患に特有な歩行症状との相関関係を分析するようにしてもよい。この結果、歩容状態認識装置70では、当該相関関係の分析結果に基づいて、被検者が患う特定疾患を早期に発見することが可能となる。
Furthermore, in this embodiment, the gait
さらに本実施の形態においては、被検者は歩行支援装置3のトレッドミル5上を歩行するようにしてリハビリテーションを支援するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、動作機能向上装置2を用いた被検者が移動可能な歩行器と一緒に歩行するようにしてもよい。
Furthermore, in this embodiment, the subject walks on the
1…歩行支援システム、2…動作機能向上装置、2X…制御系システム、3…歩行支援装置、5…トレッドミル、6L…左フレーム、6R…右フレーム、7…歩行ベルト、8…モニタ、10…腰フレーム、11…下肢フレーム、12L、12R、13L、13R…駆動部、26L、26R…専用靴、30…制御装置、31…データ格納部、32…ポテンショメータ、33…絶対角度センサ、40…生体信号検出部、41…指令信号データベース、42…基準パラメータデータベース、50…随意的制御部、51…自律的制御部、52…フェーズ特定部、53…ゲイン変更部、54…電力増幅部、60…FRFセンサ、61…FRF制御部、62…送信部、63…変換器、64…LPF、65…受信部、70…歩容状態認識装置、71…肢位情報算出部、72…歩容構造分析部、73…変遷比較解析部、74…歩容状態認識部。
1...walking support system, 2...motion function improvement device, 2X...control system, 3...walking support device, 5...treadmill, 6L...left frame, 6R...right frame, 7...walking belt, 8...monitor, 10...waist frame, 11...lower limb frame, 12L, 12R, 13L, 13R...drive unit, 26L, 26R...dedicated shoes, 30...control device, 31...data storage unit, 32...potentiometer, 33...absolute angle sensor, 40...biological signal detection unit , 41...command signal database, 42...reference parameter database, 50...optional control unit, 51...autonomous control unit, 52...phase identification unit, 53...gain change unit, 54...power amplification unit, 60...FRF sensor, 61...FRF control unit, 62...transmitting unit, 63...converter, 64...LPF, 65...receiving unit, 70...gait state recognition device, 71...limb position information calculation unit, 72...gait structure analysis unit, 73...transition comparison analysis unit, 74...gait state recognition unit.
Claims (14)
前記動作機能向上装置は、
前記被検者の下肢動作に連動して能動的または受動的に駆動する駆動部と、
前記駆動部からの出力信号に基づいて、前記被検者の下肢動作に伴う関節周りの物理量を検出する関節周り検出部と、
前記関節周り検出部により検出される物理量に基づいて、前記被検者の股関節部を基準とする膝関節部、踵部およびつま先部の位置をそれぞれ算出する肢位情報算出部と、
前記肢位情報算出部による算出結果に基づいて、前記被検者の歩行周期ごとの歩容構造を分析する歩容構造分析部と、
前記歩容構造分析部による分析結果を歩数に応じた時間経過の変遷として、基準となる健常者から同様の当該分析結果として得られる歩数に応じた時間経過の変遷と時系列的に比較して、比較結果を解析する変遷比較解析部と、
前記変遷比較解析部による解析結果に基づいて、前記被検者の歩容状態を認識する歩容状態認識部と
を備えることを特徴とする歩容状態認識装置。 A gait state recognition device that recognizes a gait state of a subject by using a motion function improvement device that imparts to the subject power corresponding to each walking phase constituting the walking movement of the subject,
The motion enhancement device includes:
A drive unit that actively or passively drives in conjunction with the subject's lower limb movement;
a joint circumference detection unit that detects a physical quantity around the joint accompanying a lower limb movement of the subject based on an output signal from the drive unit;
a limb position information calculation unit that calculates the positions of a knee joint, a heel, and a toe of the subject based on a hip joint of the subject on the basis of the physical quantities detected by the joint circumference detection unit;
a gait structure analysis unit that analyzes a gait structure for each walking cycle of the subject based on a calculation result by the limb position information calculation unit;
a transition comparison analysis unit that compares the analysis result by the gait structure analysis unit as a transition over time according to the number of steps with a transition over time according to the number of steps obtained as a similar analysis result from a standard able-bodied person, and analyzes the comparison result;
a gait state recognition unit that recognizes a gait state of the subject based on an analysis result by the transition comparison analysis unit.
前記変遷比較解析部は、前記被検者の歩容状態の変遷を、前記歩容構造分析部により算出された各前記動作フェーズの占有率を歩数ごとに列挙した第1グラフとして生成し、基準となる健常者に相当する第2グラフと時系列的に比較して、当該比較結果を解析する
ことを特徴とする請求項1に記載の歩容状態認識装置。 the gait structure analysis unit calculates an occupancy rate of a series of motion phases constituting a gait structure for each gait cycle of the subject,
2. The gait state recognition device according to claim 1, wherein the transition comparison analysis unit generates a first graph, which lists the transition of the gait state of the subject, an occupancy rate of each of the movement phases calculated by the gait structure analysis unit, for each number of steps, and compares the first graph with a second graph corresponding to a reference able-bodied person in chronological order, to analyze the comparison result.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の歩容状態認識装置。 3. The gait state recognition device according to claim 1, wherein the gait state recognition unit extracts issues of each movement phase constituting a walking cycle of the subject from the transition of the gait state of the subject based on a result of the analysis by the transition comparison analysis unit.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の歩容状態認識装置。 3. The gait condition recognition device according to claim 1, wherein the gait condition recognition unit analyzes a correlation between a transition of the gait condition of the subject and a gait symptom specific to a specific disease based on an analysis result by the transition comparison analysis unit.
前記被検者の左右いずれか一方の脚を支持脚とするとき、他方の脚のつま先部の高さと当該支持脚の踵部の高さが一致する接地点が形成されるときの第1支持脚フェーズと、当該接地点から前方の支持脚の膝下が地面に対して垂直になるときの第2支持脚フェーズと、当該支持脚の股関節が背側に伸展するときの第3支持脚フェーズと、当該支持脚の膝関節が緩み曲がるときの第4支持脚フェーズと、前記支持脚が遊脚に交代して前記接地点が形成されるときの第1遊脚フェーズと、当該接地点から前方の当該遊脚の大腿部が地面に対して垂直になるときの第2遊脚フェーズと、当該遊脚の踵部の前後位置が他方の脚と一致するときの第3遊脚フェーズと、当該遊脚の膝下部が地面に対して垂直になるときの第4遊脚フェーズとからなる
ことを特徴とする請求項1または2に記載の歩容状態認識装置。 Each movement phase constituting the walking cycle of the subject is
3. The gait state recognition device according to claim 1 or 2, characterized in that, when one of the left and right legs of the subject is used as a supporting leg, the gait state recognition device comprises: a first supporting leg phase when a ground contact point is formed at which the height of the toe of the other leg and the height of the heel of the supporting leg match; a second supporting leg phase when a lower part of the knee of the supporting leg forward of the ground contact point becomes perpendicular to the ground; a third supporting leg phase when the hip joint of the supporting leg extends dorsally; a fourth supporting leg phase when the knee joint of the supporting leg relaxes and bends; a first swing leg phase when the supporting leg switches to a swing leg and the ground contact point is formed; a second swing leg phase when the thigh of the swing leg forward of the ground contact point becomes perpendicular to the ground;
前記肢位情報算出部は、前記関節周り検出部により検出される物理量および前記床反力センサの検出結果に基づいて、前記被検者の股関節部を基準とする膝関節部、踵部およびつま先部の位置をそれぞれ算出する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の歩容状態認識装置。 The motion function improving device has a floor reaction force sensor that detects pressure distribution on the left and right soles of the subject,
The gait state recognition device according to claim 1 or 2, characterized in that the limb position information calculation unit calculates the positions of the knee joint, heel and toe of the subject based on the hip joint based on the physical quantities detected by the joint periphery detection unit and the detection results of the floor reaction force sensor.
前記被検者の下肢動作に伴う関節を基準とする当該被検者の体表部位に配置され、当該被検者の生体電位信号を検出するための電極群を有する生体信号検出部と、
前記生体信号検出部により取得された生体電位信号に基づいて、前記被検者の意思に従った動力を前記駆動部に発生させる随意的制御部と、
前記関節周り検出部により検出される物理量に基づいて、前記被検者の歩行動作に応じた歩行フェーズをそれぞれ特定し、各前記歩行フェーズに対応する動力を前記駆動部に発生させる自律的制御部と、
前記随意的制御部および前記自律的制御部からの制御信号を合成し、当該合成された制御信号に応じた駆動電流を前記駆動部に供給する駆動電流生成部と
を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の歩容状態認識装置。 The motion enhancement device includes:
a biosignal detection unit having a group of electrodes arranged on a body surface of the subject based on a joint associated with a lower limb movement of the subject, for detecting a bioelectric potential signal of the subject;
an optional control unit that generates a power according to the will of the subject in the drive unit based on the biopotential signal acquired by the biosignal detection unit;
an autonomous control unit that identifies a walking phase according to a walking motion of the subject based on the physical quantity detected by the joint circumference detection unit, and causes the drive unit to generate a power corresponding to each of the walking phases;
a drive current generating unit that synthesizes control signals from the voluntary control unit and the autonomous control unit and supplies a drive current corresponding to the synthesized control signal to the drive unit.
前記被検者の下肢動作に連動して能動的または受動的に駆動する駆動部が前記動作機能向上装置に設けられ、当該駆動部の出力信号に基づき検出された前記被検者の下肢動作に伴う関節周りの物理量に基づいて、前記被検者の股関節部を基準とする膝関節部、踵部およびつま先部の位置をそれぞれ算出する第1ステップと、
前記第1ステップによる算出結果に基づいて、前記被検者の歩行周期ごとの歩容構造を分析する第2ステップと、
前記第2ステップによる分析結果を歩数に応じた時間経過の変遷として、基準となる健常者から同様の当該分析結果として得られる歩数に応じた時間経過の変遷と時系列的に比較して、比較結果を解析する第3ステップと、
前記第3ステップによる解析結果に基づいて、前記被検者の歩容状態を認識する第4ステップと
を備えることを特徴とする歩容状態認識方法。 A gait state recognition method for recognizing a gait state of a subject using a motion function improving device that imparts to the subject power corresponding to each walking phase constituting the walking movement of the subject, comprising:
A first step of calculating the positions of the knee joint, heel, and toe of the subject relative to the hip joint based on physical quantities around the joints associated with the subject's lower limb movement detected based on an output signal from the drive unit, the drive unit being provided in the motion function improving device and being capable of actively or passively driving in conjunction with the subject's lower limb movement;
A second step of analyzing a gait structure for each walking cycle of the subject based on a result of the calculation in the first step;
a third step of comparing the analysis result obtained by the second step as a time progression corresponding to the number of steps with a time progression corresponding to the number of steps obtained as a similar analysis result from a standard healthy subject in a time series manner, and analyzing the comparison result;
and a fourth step of recognizing a gait state of the subject based on a result of the analysis in the third step.
前記第3ステップでは、前記被検者の歩容状態の変遷を、前記第2ステップにより算出された各前記動作フェーズの占有率を歩数ごとに列挙した第1グラフとして生成し、基準となる健常者に相当する第2グラフと時系列的に比較して、当該比較結果を解析する
ことを特徴とする請求項8に記載の歩容状態認識方法。 In the second step, an occupancy rate of a series of motion phases constituting a gait structure is calculated for each gait cycle of the subject,
9. The gait state recognition method according to claim 8, wherein in the third step, a transition of the gait state of the subject is generated as a first graph in which an occupancy rate of each of the movement phases calculated in the second step is enumerated for each number of steps, and the first graph is compared in time series with a second graph corresponding to a reference able-bodied person, and a result of the comparison is analyzed.
ことを特徴とする請求項8または9に記載の歩容状態認識方法。 10. The gait state recognition method according to claim 8 or 9, wherein in the fourth step, a problem of each movement phase constituting a walking cycle of the subject is extracted from a transition of the gait state of the subject based on a result of the analysis in the third step.
ことを特徴とする請求項8または9に記載の歩容状態認識方法。 10. The gait condition recognition method according to claim 8 or 9, wherein in the fourth step, a correlation between a transition of the gait condition of the subject and a gait symptom specific to a specific disease is analyzed based on a result of the analysis in the third step.
前記被検者の左右いずれか一方の脚を支持脚とするとき、他方の脚のつま先部の高さと当該支持脚の踵部の高さが一致する接地点が形成されるときの第1支持脚フェーズと、当該接地点から前方の支持脚の膝下が地面に対して垂直になるときの第2支持脚フェーズと、当該支持脚の股関節が背側に伸展するときの第3支持脚フェーズと、当該支持脚の膝関節が緩み曲がるときの第4支持脚フェーズと、前記支持脚が遊脚に交代して前記接地点が形成されるときの第1遊脚フェーズと、当該接地点から前方の当該遊脚の大腿部が地面に対して垂直になるときの第2遊脚フェーズと、当該遊脚の踵部の前後位置が他方の脚と一致するときの第3遊脚フェーズと、当該遊脚の膝下部が地面に対して垂直になるときの第4遊脚フェーズとからなる
ことを特徴とする請求項8または9に記載の歩容状態認識方法。 Each movement phase constituting the walking cycle of the subject is
10. The gait state recognition method according to claim 8 or 9, characterized in that, when one of the left and right legs of the subject is used as a supporting leg, the method comprises: a first supporting leg phase when a ground contact point is formed at which the height of the toe of the other leg and the height of the heel of the supporting leg match; a second supporting leg phase when a lower part of the knee of the supporting leg forward of the ground contact point becomes perpendicular to the ground; a third supporting leg phase when the hip joint of the supporting leg extends dorsally; a fourth supporting leg phase when the knee joint of the supporting leg relaxes and bends; a first swing leg phase when the supporting leg switches to a swing leg and the ground contact point is formed; a second swing leg phase when the thigh of the swing leg forward of the ground contact point becomes perpendicular to the ground; a third swing leg phase when the front-to-rear position of the heel of the swing leg matches that of the other leg; and a fourth swing leg phase when the lower part of the knee of the swing leg becomes perpendicular to the ground.
前記第1ステップでは、前記関節周りの物理量および各前記足裏面への圧力分布に基づいて、前記被検者の股関節部を基準とする膝関節部、踵部およびつま先部の位置をそれぞれ算出する
ことを特徴とする請求項8または9に記載の歩容状態認識方法。 The motion function improving device detects pressure distribution on the left and right soles of the subject,
10. The gait state recognition method according to claim 8, wherein in the first step, positions of a knee joint, a heel, and a toe of the subject relative to a hip joint are calculated based on the physical quantities around the joints and the pressure distribution on each of the soles of the feet.
ことを特徴とする請求項8または9に記載の歩容状態認識方法。
The gait state recognition method according to claim 8 or 9, characterized in that the movement function improvement device combines and performs voluntary control in which the drive unit generates a power in accordance with the will of the subject based on a bioelectric potential signal acquired from a body surface part of the subject with reference to a joint associated with the lower limb movement of the subject, and autonomous control in which the drive unit generates a power corresponding to each of the walking phases, identifying walking phases corresponding to the walking movement of the subject based on physical quantities around the joints associated with the lower limb movement of the subject detected based on the output signal of the drive unit, and supplies a drive current corresponding to the combined control signal to the drive unit.
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|---|---|---|---|---|
| CN119385557A (en) * | 2025-01-03 | 2025-02-07 | 北京理工大学 | Abnormal gait correction method and device based on foot electrostatic gait signal |
| CN119488422A (en) * | 2024-10-16 | 2025-02-21 | 清华大学 | Walking frame system and mechanical data analysis method |
-
2023
- 2023-01-27 JP JP2023011389A patent/JP2024106902A/en active Pending
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