JP2760475B2 - 重心動揺計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、何等かの障害によりバ
ランス機能が低下した被検体のバランス機能回復訓練
や、薬の投与による神経系統への影響を調べる際などに
用いられる重心動揺計に関する。

【０００２】

【従来の技術】下肢の骨折や切断の手術後、または関節
の手術後や、あるいは脳卒中片マヒ後などのリハビリテ
ーションにおいては、例えば、最初に立位姿勢をとった
被検体である患者の身体の重心位置の変動を少なくする
ような訓練が行われ、この訓練後に、椅子や床からバラ
ンスよく立ち上がるための訓練が行われる。このような
訓練を行うにあたり、特に立位姿勢をとったときの重心
位置の変動を少なくする訓練を行う場合には、従来、例
えば図３に示すような重心動揺計１が用いられている。

【０００３】この重心動揺計１は、患者が両足を乗せる
矩形状の検出板２と、この検出板２の前部、および左後
部、右後部にそれぞれ設けられた荷重検出センサ３‥
と、これら荷重検出センサ３‥によって検出された荷重
から荷重中心を求め、これを患者の重心中心とする演算
部４と、この演算部４によって求められた重心中心を連
続的に表示する表示装置５とを有して構成されたもので
ある。そして、このような構成により重心動揺計１は、
患者が検出板２に両足を乗せて立位姿勢をとると、各荷
重検出センサ３‥がそれぞれの位置にかかる荷重を検出
し、それぞれに検出された検出値から演算部４により患
者の荷重中心（重心）を求め、さらに求められた重心を
表示装置５により、例えば図４に示すような重心の移動
を示す軌跡Ｋとして表示することができるようになって
いる。

【０００４】このような訓練によれば、表示装置５に表
示される軌跡Ｋを見ることによって患者の重心の動揺の
状態が分かることから、この軌跡Ｋの大きさ、すなわち
図４中に示す軌跡Ｋの外形線Ｌ１で形成される図形の大
きさを見ることによって患者の体のバランス状態の善し
悪しが分かり、これによって医師や患者自身が訓練によ
る回復状態を把握することができるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記重
心動揺計１による訓練では以下に述べる不都合がある。
この訓練では、軌跡Ｋの外形線Ｌ１によって形成される
図形から、その中心点を推定してこれを患者の見掛け上
の重心中心位置Ｇ１として特定しているが、例えば図４
中Ｐで示すように外形線Ｌ１によって囲まれた図形から
大きく離間した重心位置が検出されると、当然その外形
線は図５に示すような外形線Ｌ２となってしまい、した
がってこの外形線Ｌ２によって形成される図形はＰが検
出されなかった場合の外形線Ｌ１に比べ大きくなりすぎ
てしまう。

【０００６】しかして、このようにして目視された外形
線Ｌ２から重心の動揺度を確認し、回復の度合いの目安
にするのでは、例えば前記Ｐが瞬間的に検出された重心
位置であってもこれが全体の大きさ、すなわち軌跡Ｋの
外形線によって形成された図形の面積を見掛け上かなり
大きくしてしまっているため、該Ｐが検出されなかった
場合の面積と大きく異なってしまうものとなり、これに
より患者の回復程度の把握が正確に行えなくなってしま
う。

【０００７】また、軌跡Ｋの外形線による図形では、そ
の内部にて密になっている部分と疎になっている部分が
あってもこれらが考慮されない結果になるといった不満
があり、さらには、外形線が入りくんでいることからそ
の面積の大きさがハッキリとは分からず、したがって二
つの異なった軌跡を比較した場合、どちらの方が面積が
大きいか、換言すればどちらの方が動揺度が大きいかを
簡単には判断できないといった不満がある。

【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、求められた多数の重心位
置からより正確な動揺度を求めることができ、さらに得
られた動揺度を客観的にしかも簡単に判断できるように
した重心動揺計を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明における請求項１
記載の重心動揺計では、被検体の各足が全て乗せられる
検出板と、該検出板に設けられて前記被検体の各足にか
かる全荷重の中心を連続的あるいは断続的に検出する複
数の荷重検出手段と、これら荷重検出手段からの検出信
号に基づき、前記被検体の重心位置を算出する演算手段
とを具備し、前記演算手段によって算出された重心位置
を予め設定されたＸ−Ｙ座標上の位置に変換するととも
に、変換された連続的あるいは断続的なＸＹ座標位置を
予め設定された単位時間毎に認識された多数のＸＹ座標
として記憶するＸＹ座標位置記憶手段と、前記ＸＹ座標
位置記憶手段によって記憶された各ＸＹ座標位置と予め
設定されたＸ座標Ａ、Ｙ座標Ｂとから、下式

【数２】 （ただし、ｎはＸＹ座標位置記憶手段によって記憶され
たデータ数、ｉはデータの番号）により、実効値ＲＭＳ
を求める実効値算出手段と、前記実効値算出手段によっ
て求められた実効値ＲＭＳを半径とする円を認識する認
識手段と、この認識手段によって認識された円を表示す
る表示手段とを備えてなることを前記課題の解決手段と
した。

【００１０】請求項２記載の重心動揺計では、請求項１
記載の重心動揺計において、前記ＸＹ座標位置記憶手段
によって記憶された多数のＸＹ座標位置を、それぞれＸ
座標位置、Ｙ座標位置毎にその平均を求めて平均ＸＹ座
標位置を算出する平均算出手段を有し、前記Ｘ座標Ａと
して算出された平均ＸＹ座標位置のＸ座標を用い、前記
Ｙ座標Ｂとして算出された平均ＸＹ座標位置のＹ座標を
用いることを前記課題の解決手段とした。

【００１１】

【作用】請求項１記載の重心動揺計によれば、ＸＹ座標
位置記憶手段により、演算手段によって算出された重心
位置をＸ−Ｙ座標上の位置に変換するとともに、変換さ
れた連続的あるいは断続的なＸＹ座標位置を予め設定さ
れた単位時間毎に認識された多数のＸＹ座標として記憶
し、さらに、実効値算出手段によってこれら多数のＸＹ
座標データの、予め設定されたＸ座標Ａ、Ｙ座標Ｂから
の平均距離を求めるので、例えば被検体の重心が瞬間的
に大きく動いてしまっても、そのときに検出された重心
位置は瞬間的であることから、単位時間毎に認識され記
憶された検出値としてはその頻度が少ないものとなり、
したがってこの検出値が前記平均距離に及ぼす影響が小
となり、その分得られた平均距離が重心の動揺度をより
正確に表す指標となる。また、認識手段によって前記実
効値算出手段で求められた実効値ＲＭＳを半径とする円
を認識し、表示手段によって認識手段で認識された円を
表示するので、円の大小によってその重心動揺の度合い
が一目で分かり、測定結果の比較も極めて容易になる。

【００１２】請求項２記載の重心動揺計によれば、記憶
された多数のＸＹ座標位置からその平均ＸＹ座標位置が
平均算出手段によって算出され、算出された平均ＸＹ座
標位置が重心動揺の中心位置となる。また、算出された
平均ＸＹ座標位置のＸ座標が前記式（１）中のＡ、Ｙ座
標が前記式（１）中のＢとして用いられることから、式
（１）により求められる実効値ＲＭＳが重心動揺の中心
位置からの平均距離となる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳しく説明す
る。図１は本発明の重心動揺計の一実施例を示す図であ
り、この図において符号１０は重心動揺計である。この
重心動揺計１０は、被検者（患者）の両足が乗せられる
略三角形状の検出板１１と、該検出板１１に設けられて
患者の両足にかかる荷重中心を連続的あるいは断続的に
検出する３個のロードセル（荷重検出手段）１２‥と、
これらロードセル１２‥からの検出信号に基づき、患者
の重心位置を算出する演算手段１３と、演算手段１３に
よって算出された重心位置を予め設定されたＸ−Ｙ座標
上の位置に変換するとともに、変換されたＸＹ座標位置
を予め設定された単位時間毎に認識された多数のＸＹ座
標として記憶するＸＹ座標位置記憶手段１４と、ＸＹ座
標位置記憶手段１４によって記憶された多数のＸＹ座標
位置を、それぞれＸ座標位置、Ｙ座標位置毎にその平均
を求めて平均ＸＹ座標位置を算出する加重平均算出手段
１５と、前記ＸＹ座標位置記憶手段１４によって記憶さ
れた各ＸＹ座標位置から実効値ＲＭＳを求める実効値算
出手段１６と、実効値算出手段１６によって求められた
実効値ＲＭＳを半径とする円を認識する認識手段１７
と、認識手段１７によって認識された円を表示する表示
装置（表示手段）１８とを備えて構成されたものであ
る。

【００１４】ここで、演算手段１３は、中央演算処理ユ
ニット（ＣＰＵ）、および内部記憶装置となるＲＡＭ、
ＲＯＭ等のメモリを備えた演算処理装置（コンピュータ
ー）に記憶されたものであり、またＸＹ座標位置記憶手
段１４、平均算出手段１５、実効値算出手段１６、認識
手段１７は、この演算処理装置、あるいは光磁気ディス
ク等の補助記憶装置に記憶されたものである。

【００１５】ロードセル１２‥は、略三角形状の検出板
１１の各隅部に、正三角形の各頂点をなすようにしてそ
れぞれ配設されたものであり、これらロードセル１２‥
にはそれぞれその出力を増幅するためのアンプ１９が接
続され、さらにこれらアンプ１９‥にはフィルタ２０、
ＡＤ変換器２１を介して演算手段１３となる演算処理装
置が接続されている。

【００１６】演算手段１３は、ロードセル１２‥からの
検出信号がアンプ１９によって増幅され、フィルタ２０
によって不要周波数帯域がカットされ、さらにＡＤ変換
器２１によってＡＤ変換された信号を入力し、これによ
り各ロードセル１２‥が受けた荷重からその重心位置を
実時間、すなわちリアルタイムに算出するものである。
なお、ロードセル１２‥では連続的に荷重が検出される
が、演算手段１３ではこれを０.５秒、１.０秒あるいは
２.０秒といったような単位時間毎に、すなわち断続的
に演算処理してその重心位置を算出している。

【００１７】ＸＹ座標位置記憶手段１４は、演算手段１
３によって算出された重心位置を予め設定されたＸ−Ｙ
座標上の位置に変換する変換機能１４ａと、変換された
ＸＹ座標位置を予め設定された単位時間毎に認識された
多数のＸＹ座標として記憶する記憶機能１４ｂと、記憶
された多数のＸＹ座標を実時間で表示装置１８に出力す
る出力機能１４ｃとからなるものである。

【００１８】このような構成により、演算手段１３で断
続的に処理されて得られ、さらにＸＹ座標位置に変換さ
れた重心位置のデータは、その個々のデータがＣＲＴ等
からなる表示装置１８によって連続的（ミクロ的には断
続的）に表示され、これにより測定開始時からの重心位
置の移動が図２に示すような軌跡Ｋとして表示されるよ
うになっている。なお、予め設定されたＸ−Ｙ座標と
は、検出板１１上の基準位置（例えば図１に示すような
検出板１１の中心点Ｏ）を原点とし、ロードセル１２‥
が形成する逆正三角形の上辺（足を検出板１１に乗せた
際爪先が向く側の辺）がＸ軸と平行となるように設定さ
れたものであり、このＸ−Ｙ座標も軌跡Ｋとともに表示
装置１８に表示されるようになっている。

【００１９】また、平均算出手段１５は、ＸＹ座標位置
記憶手段１４によって記憶された多数のＸＹ座標位置
を、それぞれＸ座標位置、Ｙ座標位置毎にその平均を求
めて平均ＸＹ座標位置を算出する算出機能１５ａと、算
出機能１５ａによって得られた平均ＸＹ座標位置のＸ座
標（以下、平均Ｘと称する）とＹ座標（以下、平均Ｙと
称する）とを信号として出力する出力機能１５ｂとから
なるものである。ここで、算出手段１５ａは測定が終了
した後、自動的に平均ＸＹ座標位置を算出するようにな
っており、また出力機能１５ｂは算出された結果を直ち
に出力するようになっている。

【００２０】実効値算出手段１６は、前記ＸＹ座標位置
記憶手段１４によって記憶された各ＸＹ座標位置から、
下式

【数２】 （ただし、ｎはＸＹ座標位置記憶手段によって記憶され
たデータ数、ｉはデータの番号）により、実効値ＲＭＳ
を求めるものである。ここで、前記式（１）中のＡ、Ｂ
としては予め設定された数値が用いられるが、この例で
は、Ａとして先に平均算出手段１５によって算出された
平均ＸＹ座標位置の平均Ｘが、Ｂとして平均Ｙがそれぞ
れ用いられている。

【００２１】このようにして得られる実効値ＲＭＳは、
座標（Ａ、Ｂ）からの重心位置の平均距離を表すものと
なり、したがってこの実効値ＲＭＳが大きければ重心の
動揺度が大きく、実効値ＲＭＳが小さければ重心の動揺
度が小さいということが分かる。また、この例では、座
標（Ａ、Ｂ）として重心動揺の中心位置となるＸＹ平均
座標（平均Ｘ、平均Ｙ）を用いているので、得られる実
効値ＲＭＳは重心動揺の中心位置からの距離となり、し
たがってこの実効値ＲＭＳが単なる比較のための相対的
な指標でなく、その大きさ自体が患者の動揺度を示す絶
対的な指標となる。

【００２２】認識手段１７は、前記実効値算出手段１６
によって求められた実効値ＲＭＳを半径とする円を認識
する認識機能１７ａと、認識された円の面積を求める算
出機能１７ｂと、認識機能１７ａによって認識された
円、および算出機能１７ｂによって得られた円の面積を
信号として出力する出力機能１７ｃとからなるものであ
り、認識機能１７ａによって図２に示した軌跡Ｋの外形
線で表される図形を標準化し、これを出力機能１７ｃに
よって出力することにより、後述するように重心動揺度
の大小が容易に視認できるようにしたものである。

【００２３】表示装置１８は、前述したようにＸＹ座標
位置記憶手段１４の出力機能１４ｃから入力した信号に
基づいてＸＹ座標位置に変換された重心位置のデータを
軌跡Ｋとして表示するとともに、予め設定されたＸ−Ｙ
座標をも表示し、さらには測定終了後、認識手段１７の
出力機能１７ｃから入力した信号に基づいて軌跡Ｋ等と
同時に、あるいは単独で実効値ＲＭＳから得られた円を
表示するものである。ここで、表示装置１８が円を表示
するにあたっては、平均算出手段１５によって算出され
た平均ＸＹ座標位置をその中心とするのはもちろんであ
る。

【００２４】なお、本実施例の重心動揺計１０には、演
算手段１３、ＸＹ座標位置記憶手段１４、平均算出手段
１５、実効値算出手段１６、認識手段１７を構成するコ
ンピューターシステムに本発明の表示手段としてのプリ
ンター（図示略）が設けられており、これによって表示
装置１８に表示される画像と同様のデータ、すなわちＸ
−Ｙ座標や重心位置の軌跡、実効値ＲＭＳの大きさ（長
さ）を示す数値やこれから得られた円、さらにはこの円
の面積を示す数値等がそれぞれ単独であるいはいくつか
が複合されてプリントアウトされるようになっている。

【００２５】次に、このような構成の重心動揺計１０を
用い、リハビリテーションのため患者（被検体）の重心
位置を測定する方法について説明する。まず、検出板１
１の上に患者を乗せるとともに、図１中二点鎖線で示す
ようにその両足間の中心位置を基準位置Ｏに合わせ、そ
の状態で重心動揺計１０の測定系のスイッチをオンす
る。すると、患者の両足にかかる荷重が三個のロードセ
ル１２…によって検出され、それぞれの検出信号がアン
プ１９、フィルタ２０、ＡＤ変換器２１を介して演算手
段１３に送られる。演算手段１３では、送られてきた各
検出信号を入力し、従来の重心動揺計と同様の演算処理
によって各ロードセル１２‥が受けた荷重から患者の重
心位置を予め設定された単位時間毎に算出し、得られた
結果を信号としてＸＹ座標位置記憶手段１４に送る。

【００２６】演算手段１３で算出され送られてきた重心
位置の信号は、それぞれＸＹ座標位置記憶手段１４の変
換機能１４ａによって予め設定されたＸ−Ｙ座標上の位
置に変換され、単位時間毎に認識された多数のＸＹ座標
として記憶される。そして、出力機能１５ｂによってこ
れら記憶された多数のＸＹ座標が順次表示装置１８に送
られていき、これにより表示装置１８ではＸＹ座標に変
換された重心位置が順次表示され、患者の測定開始後の
重心の移動が軌跡Ｋとして表示される。

【００２７】重心位置測定が終了すると、平均算出手段
１５が起動し、記憶された多数のＸＹ座標から算出機能
１５ａによってＸ座標位置、Ｙ座標位置毎にその平均が
求められ、平均ＸＹ座標位置が算出される。さらに、算
出された平均ＸＹ座標位置は、出力機能１５ｂによって
実効値算出手段１６に送られ、ここで実効値ＲＭＳが求
められる。そして、求められた実効値ＲＭＳから、これ
を半径とする円が認識手段１７の認識機能１７ａによっ
て認識され、算出機能１７ｂによってその円の面積が求
められ、さらにこれらの情報が出力機能１７ｃによって
信号化され出力されることにより、図２に示すように表
示装置１８に円が表示される。また、図示しないプリン
ターが起動せしめられることにより、これらの表示がプ
リントアウトされ、データとして用いられ保管される。

【００２８】このような重心動揺計１０にあっては、測
定終了後、重心の移動を示す軌跡Ｋとともに、重心動揺
の中心位置を中心とし、この重心動揺の中心位置からの
平均揺動距離となる実効値を半径とした円が表示装置１
８に表示され、さらにはプリントアウトされるので、医
師あるいは患者自身がこれを見た場合にその重心動揺度
が一目で分かり、また、開眼状態で測定した時と閉眼状
態で測定した時との動揺度の差や、前回測定時との差な
どがデータの比較により容易に把握することができる。
また、測定中、例えば患者の重心が瞬間的に大きく動い
てしまっても、そのときに検出された重心位置は瞬間的
であることから、単位時間毎に認識され記憶された検出
値としてはその頻度が少ないものとなり、したがってこ
の検出値が前記実効値を決定するにあたって大きく影響
を及ぼすことがなく、その分得られた実効値、すなわち
重心動揺の中心位置からの平均距離が本来の重心動揺度
をより正確に表すものとなる。

【００２９】なお、前記実施例では本発明の重心動揺計
を主にリハビリテーションを目的として使用したが、薬
の投与による神経系統への影響を調べる場合や、運動工
学、人間工学等の分野において被検者の重心を測定する
場合などにも用いることができ、さらには人間以外の動
物の重心の動揺を調べるのにも用いることができる。ま
た、前記実施例では被検体の各足にかかる荷重中心を検
出するためのロードセル１２が３個備えられている例を
示したが、ロードセルを４個としてもよく、その場合に
は検出板１１を矩形状にしてその四隅部にそれぞれロー
ドセルが配設されるように構成するのが好ましい。ま
た、検出板についても、一つでなく両足にそれぞれ対応
するよう二つ用いてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明における請求
項１記載の重心動揺計は、ＸＹ座標位置記憶手段によ
り、演算手段によって算出された重心位置をＸ−Ｙ座標
上の位置に変換するとともに、変換された連続的あるい
は断続的なＸＹ座標位置を予め設定された単位時間毎に
認識された多数のＸＹ座標として記憶し、さらに、実効
値算出手段によってこれら多数のＸＹ座標データの、予
め設定されたＸ座標Ａ、Ｙ座標Ｂからの平均距離を求め
るようにしたものである。したがって、得られた平均距
離は従来のごとく重心位置の軌跡の外形線によって形成
される図形の大きさと異なり、例えば被検体の重心が瞬
間的に大きく動いてしまっても、そのときに検出された
重心位置は瞬間的であってこの検出値が前記平均距離に
及ぼす影響が小となり、また、検出された重心位置の偏
り、すなわちその軌跡中における疎密も全て情報として
盛り込まれた値となることから、重心の動揺度をより正
確に表す指標となる。よって、この平均距離を指標とし
て用いることにより、例えば医師等が被検体の回復状態
やバランス状態を正確に把握することができる。また、
認識手段によって前記実効値算出手段で求められた実効
値ＲＭＳを半径とする円を認識し、表示手段によって認
識手段で認識された円を表示するようにしたものである
から、円の大小によってその重心動揺の度合いが一目で
分かり、したがって測定結果の比較が客観的にしかも極
めて容易に行えるものとなる。

【００３１】請求項２記載の重心動揺計は、平均算出手
段によって算出した平均ＸＹ座標位置を用いることによ
り、実効値ＲＭＳを重心動揺の中心位置からの平均距離
としたものであるから、得られた実効値が単に比較のた
めの相対的な指標でなく、その大きさ自体が被検体の動
揺度を示す絶対的な指標となる。したがって、例えばこ
の実効値を用いて各種の症例をデータとして蓄積すれ
ば、客観的な資料として種々の症状に対応することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の重心動揺計の一実施例を示す概略構成
図。

【図２】図１に示した重心動揺計によって得られる重心
位置の軌跡を示す図。

【図３】従来の重心動揺計の一例を示す概略構成図。

【図４】図３に示した重心動揺計によって得られる重心
位置の軌跡を示す図。

【図５】図３に示した重心動揺計によって得られる重心
位置の軌跡を示す図。

【符号の説明】

１０ 重心動揺計 １１ 検出板 １２ ロードセル（荷重検出手
段） １３ 演算手段 １４ ＸＹ座標位置記憶手段 １５ 平均算出手段 １６ 実効値算出手段 １７ 認識手段 １８ 表示装置（表示装置）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体の各足が全て乗せられる検出板
   と、該検出板に設けられて前記被検体の各足にかかる全
   荷重の中心を連続的あるいは断続的に検出する複数の荷
   重検出手段と、これら荷重検出手段からの検出信号に基
   づき、前記被検体の重心位置を算出する演算手段とを具
   備してなり、 前記演算手段によって算出された重心位置を予め設定さ
   れたＸ−Ｙ座標上の位置に変換するとともに、変換され
   た連続的あるいは断続的なＸＹ座標位置を予め設定され
   た単位時間毎に認識された多数のＸＹ座標として記憶す
   るＸＹ座標位置記憶手段と、前記ＸＹ座標位置記憶手段
   によって記憶された各ＸＹ座標位置と予め設定されたＸ
   座標Ａ、Ｙ座標Ｂとから、下式 【数１】 （ただし、ｎはＸＹ座標位置記憶手段によって記憶され
   たデータ数、ｉはデータの番号）により、実効値ＲＭＳ
   を求める実効値算出手段と、前記実効値算出手段によって求められた実効値ＲＭＳを
   半径とする円を認識する認識手段と、 この認識手段によって認識された円を表示する表示手段
   と を備えたことを特徴とする重心動揺計。
2. 【請求項２】 請求項１記載の重心動揺計において、前
   記ＸＹ座標位置記憶手段によって記憶された多数のＸＹ
   座標位置を、それぞれＸ座標位置、Ｙ座標位置毎にその
   平均を求めて平均ＸＹ座標位置を算出する平均算出手段
   を有し、前記Ｘ座標Ａとして算出された平均ＸＹ座標位
   置のＸ座標を用い、前記Ｙ座標Ｂとして算出された平均
   ＸＹ座標位置のＹ座標を用いることを特徴とする重心動
   揺計。