JP4474107B2 - 身体動揺測定装置の作動方法、身体動揺測定プログラムおよび身体動揺測定システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、身体動揺測定方法、身体動揺測定プログラムおよび身体動揺測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、人口の高齢化に伴い、高齢者の転倒、骨折の発生例が増え続けている。ニュージーランドの調査では、６５歳以上の高齢者の約３０％以上が毎年少なくとも１回の転倒を発生し、このうち約２０％が何らかの医療手当てを必要としている。平衡機能の低下が高齢者転倒の高発生率の原因となっており、平衡能力の同定は平衡機能低下の原因究明と予防対策の効果評価の重要な手段である。
【０００３】
直立姿勢に現れる身体動揺を、重心位置が出力される重心動揺計を用いて記録し、直立検査を客観的、定量的に解析する重心動揺検査（Stabilometry）が一般的に実施されている。
【０００４】
そこでまず、重心動揺計を用いた身体動揺検査について一例を挙げる。図１９は臨床上よく使われる重心動揺計の一例を示している。被験者が開眼あるいは閉眼の状態で重心動揺計の上に両足で立つことにより、直立時の重心動揺が記録される（非特許文献１）。
【０００５】
１９９４年に重心動揺検査の学会基準に準拠して保険診療の適用となり、検査項目は以下となる。すなわち、検査項目は、
▲１▼面積、軌跡長などの検査
▲２▼パワー・ベクトル検査、そして、
▲３▼刺激または付加を加えた検査
の３段階に分けられる。
【０００６】
面積、軌跡長などの検査は、臨床上一番使われる項目である。これら基準値は、全国１５施設で行った健常者の年齢別に、６０秒と３０秒の記録の統計結果によるものである。
【０００７】
ＬＮＧは総軌道長、ＬＮＧ／ＴＩＭＥは単位軌道長、ＥＮＶ．ＡＲＥＡは外周面積、ＲＥＣ．ＡＲＥＡは矩形面積、ＲＭＳ．ＡＲＥＡは実効値面積、Ｌ／Ｅ．ＡＲＥＡは単位面積軌道長、ＤＥＶ＿ＯＦ＿ＭＸはＸ方向動揺中心変位、ＤＥＶ＿ＯＦ＿ＭＹはＹ方向動揺中心変位である。
【０００８】
重心動揺面積は、一般的に、外周面積ＥＮＶ．ＡＲＥＡ、矩形面積ＲＥＣ．ＡＲＥＡ、実効値面積ＲＭＳ．ＡＲＥＡに分けられる。外周面積ＥＮＶ．ＡＲＥＡは、重心動揺軌跡の最外周で囲まれた内側の面積で、平均能力の評価指標として使われている。
【０００９】
実効値面積ＲＭＳ．ＡＲＥＡは、ＲＯＯＴ ＭＥＡＮ ＳＱＵＡＲＥの略語で、各重心座標値（Ｘ方向とＹ方向）と重心動揺平均値（ＸｍｅａｎとＹｍｅａｎ）の次式（１）の値を半径として計算された円の面積である。
【数１】

【００１０】
重心動揺の程度を軌道長で評価する指標として、総軌道長ＬＮＧ、単位時間軌道長ＬＮＧ／ＴＩＭＥと単位面積軌道長Ｌ／Ｅ．ＡＲＥＡがある。面積と軌道長とは高い相関性を持ち、ここでは軌道長を主に使って人の直立能力を評価している。
【００１１】
人の直立能力について、平沢がＣＳＦＳ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｓｕｒｆａｃｅ ｆ Ｆｏｏｔ Ｓｏｌｅ：接地足蹠面積）とＥＥＧ（Ｅｌｅｃｔｒｏｇｒａｖｉｔｉｏｇｒａｍ：重心図）を用いて、２歳から９６歳までの正常男子２，５１７名、女子２，２７３名について、直立姿勢の安定保持能力を解析している（非特許文献２）。
【００１２】
この解析結果を直立能力は発達期（０〜１９歳）、充実期（２０歳〜４９歳）、衰退期（５０歳以後）に分けたところ、２０代の直立姿勢の安定保持能力は最も高いことがわかる。以上の結果は、重心動揺検査から得た結果とよく一致していることがわかる。
【００１３】
重心動揺は左右方向の動揺と前後方向の動揺に分かれ、その割合は固体および検査結果により異なる。そこで、一被験者におけるＬＮＧ値と左右方向の動揺範囲とは、高い相関性を示すことがわかる。
【００１４】
そこで、ＣＣＤカメラを用いた身体動揺検査についても一例を挙げる。本件発明者においても低強度運動が人体のバランス能力にどのような影響を及ぼすかについての研究がなされている。それは、ＣＣＤビデオカメラを用いて被験者の身体動揺を測定し、被験者の左右方向の揺れを分析する手法である（非特許文献３）。
【００１５】
この場合には、低強度運動が脚直立時の身体左右同様にどのような影響を及ぼすかについて、測定結果を周波数分析し、運動後の視覚の作用が強く影響しているという結果が得られている。
【００１６】
【非特許文献１】
時田喬著「重心動揺検査 その実際と解釈」アニマ株式会社、２０００年８月改訂
【非特許文献２】
平沢彌一郎著「日本人の直立能力について」Ｊ．Ａｎｔｈｒｏｐ．Ｓｏｃ．Ｎｉｐｐｏｎ、１９７９年、第８７巻第２号
【非特許文献３】
長崎幸雄、江依法、早川麻里子、古田善伯、小栗和雄、江川秀文、宮本敬、ミルボド・セイド・モハマド、加藤義弘、松岡敏男著「両足直立時の身体動揺における低強度運動の影響：ＣＣＤビデオカメラによる測定」教育医学、２００２年３月、第４７巻第４号、２８０−２８６頁
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
これまでの平衡能力の測定器である重心動揺計は、ほとんど直立時の重心偏移を利用して開発されている。重心動揺計を用いて身体動揺を測定する場合には、重心動揺計を平らな床に設定する必要があり、被験者の測定場所を任意に選ぶことは困難である。しかしながら、転倒の発生は複雑な地面と視覚に関連する平衡能力の低下の結果ともいわれており、地面条件の変化による平衡能力の測定は単に重心偏移を利用するだけでは不十分である。
【００１８】
また、人の平衡能力は主に直立、歩き、および走るときに表現され、内耳、視覚および身体の固有感覚にかかわる総合的な能力と考えられる。また、平衡能力の同定は、歩く、走るときの動的平衡能力および両足（あるいは片足）直立時における静的平衡能力の測定に分けられる。特に、静的平衡能力は平衡能力の基本であり、高齢者の転倒、骨折等に深く関連している。
【００１９】
静的平衡能力の同定は主に両足直立時における身体の安定性を指標として評価されている。すなわち、より安定した直立状態は、より優れた平衡能力を有すると考えられる。直立時身体の安定性については、これまで幾つかの物理量が使われている。このうち、重心動揺の範囲と速度がよく使われ、直立時の身体安定性の評価として重要な役割を果たしている。
【００２０】
しかしながら、直立時身体の動揺角度および身体動揺の速度に関する詳細な報告はほとんどなく、これらの指標とこれまでの重心偏移の検査結果との関係も明らかにされていないのが現状である。
【００２１】
本発明の目的は、任意の測定場所でも簡易なシステムにより、従前より利用されている重心動揺計と同様の身体動揺測定を実現することが可能な身体動揺測定方法、身体動揺測定プログラムおよび身体動揺測定システムを提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る身体動揺測定装置の作動方法は、身体動揺測定装置の作動方法であって、被験者の身体に取り付けられた所定サイズの指標を連続撮影し、当該指標の画像データを入力する第１ステップと、前記第１ステップで入力された画像データに基づいて身体動揺角速度を算出する第２ステップと、前記第２ステップで算出された身体動揺角速度に基づいて身体動揺時間を算出する第３ステップと、前記第３ステップで算出された身体動揺時間をあらかじめ用意された標準身体動揺時間と比較して平衡能力を判定する第４ステップと、を含み、前記あらかじめ用意された標準身体動揺時間は、少なくとも年齢、身長、体重に応じたデータであることを特徴とするものである。
【００２３】
この請求項１の発明によれば、前記第１ステップは、各被験者の身体に対して一定の高さに前記所定サイズの指標を取り付けた状態で実施されるようにしてもよい。
【００２４】
この請求項１の発明によれば、前記第２ステップは、前記第１ステップで入力された画像データに基づいて前記所定サイズの指標の左右方向の平均移動角速度を示す前記身体動揺角速度を算出するようにしてもよい。
【００２５】
この請求項１の発明によれば、前記第３ステップは、前記第２ステップで算出された身体動揺角速度に基づいて前記所定サイズの指標の左右方向の平均移動時間を示す前記身体動揺時間を算出するようにしてもよい。
【００２７】
この請求項１の発明によれば、さらに、ｍ，ｌ，ｙをそれぞれ体重、身長、年齢と定義し、開眼時に、ｋ＝６４２、θ＝１９．８６、ａ＝０．８４７、閉眼時に、ｋ＝４４７、θ＝１６．８３、ａ＝０．５４８とした場合、
ＴＳＴ＝ｋ×√ｍ×ｌ^a÷（θ＋（ｙ÷２１−１）²）
の式により標準身体動揺時間を求める第５ステップを含むようにしてもよい。
【００２８】
この請求項１の発明によれば、前記第３ステップは、前記身体動揺角速度の逆数により前記身体動揺時間を求めるようにしてもよい。
【００２９】
この請求項１の発明によれば、前記第４ステップは、前記第３ステップで算出された身体動揺時間と前記あらかじめ用意された標準身体動揺時間との比率が一定値よりも小さい場合には、平衡能力ありという判定結果を得るようにしてもよい。
【００３０】
また、請求項８の発明に係る身体動揺測定プログラムは、コンピュータに身体動揺の測定を実行させるための身体動揺測定プログラムであって、前記コンピュータに、各被験者の身体に一定の高さに取り付けられた所定サイズの指標を連続撮影して得られる画像データを入力する第１ステップと、前記第１ステップで入力された画像データに基づいて身体動揺角速度を算出する第２ステップと、前記第２ステップで算出された身体動揺角速度に基づいて身体動揺時間を算出する第３ステップと、標準身体動揺時間をあらかじめ記憶しており、前記第３ステップで算出された身体動揺時間を前記あらかじめ記憶された標準身体動揺時間と比較して平衡能力を判定する第４ステップと、前記第４ステップの判定結果を表示する第５ステップと、を実行させ、前記あらかじめ記憶された標準身体動揺時間は、少なくとも年齢、身長、体重に応じたデータであることを特徴とするものである。
【００３１】
この請求項８の発明によれば、前記第２ステップは、前記第１ステップで入力された画像データに基づいて前記所定サイズの指標の左右方向の平均移動角速度を示す前記身体動揺角速度を算出するようにしてもよい。
【００３２】
この請求項８の発明によれば、前記第３ステップは、前記第２ステップで算出された身体動揺角速度に基づいて前記所定サイズの指標の左右方向の平均移動時間を示す前記身体動揺時間を算出するようにしてもよい。
【００３４】
この請求項８の発明によれば、さらに、ｍ，ｌ，ｙをそれぞれ体重、身長、年齢と定義し、開眼時に、ｋ＝６４２、θ＝１９．８６、ａ＝０．８４７、閉眼時に、ｋ＝４４７、θ＝１６．８３、ａ＝０．５４８とした場合、
ＴＳＴ＝ｋ×√ｍ×ｌ^a÷（θ＋（ｙ÷２１−１）²）
の式により標準身体動揺時間を求める第５ステップを含むようにしてもよい。
【００３５】
この請求項８の発明によれば、前記第３ステップは、前記身体動揺角速度の逆数により前記身体動揺時間を求めるようにしてもよい。
【００３６】
この請求項８の発明によれば、前記第４ステップは、前記第３ステップで算出された身体動揺時間と前記あらかじめ用意された標準身体動揺時間との比率が一定値よりも小さい場合には、平衡能力ありという判定結果を得るようにしてもよい。
【００３７】
また、請求項１４の発明に係る身体動揺測定システムは、身体動揺測定システムであって、被験者の少なくとも年齢、身長、体重に基づいて標準身体動揺時間を算出する第１算出手段と、各被験者の身体に一定の高さに取り付けられた所定サイズの指標を連続撮影して画像データを入力する画像入力手段と、前記画像入力手段で入力された画像データに基づいて身体動揺角速度を算出し、当該算出された身体動揺角速度に基づいて身体動揺時間を算出する第２算出手段と、前記第２算出手段で算出された身体動揺時間を前記第１算出手段で算出された標準身体動揺時間に比較して平衡能力を判定する判定手段と、を備えることを特徴とするものである。
【００３８】
この請求項１４の発明によれば、さらに、前記判定手段の判定結果を表示する表示手段を備えるようにしてもよい。
【００３９】
この請求項１４の発明によれば、前記第２算出手段は、前記画像入力手段で入力された画像データに基づいて前記所定サイズの指標の左右方向の平均移動角速度を示す前記身体動揺角速度を算出するようにしてもよい。
【００４０】
この請求項１４の発明によれば、前記第２算出手段は、前記算出された身体動揺角速度に基づいて前記所定サイズの指標の左右方向の平均移動時間を示す前記身体動揺時間を算出するようにしてもよい。
【００４１】
この請求項１４の発明によれば、前記第１算出手段は、ｍ，ｌ，ｙをそれぞれ体重、身長、年齢と定義し、開眼時に、ｋ＝６４２、θ＝１９．８６、ａ＝０．８４７、閉眼時に、ｋ＝４４７、θ＝１６．８３、ａ＝０．５４８とした場合、
ＴＳＴ＝ｋ×√ｍ×ｌ^a÷（θ＋（ｙ÷２１−１）²）
の式により標準身体動揺時間を求めるようにしてもよい。
【００４２】
この請求項１４の発明によれば、前記第２算出手段は、前記身体動揺角速度の逆数により前記身体動揺時間を求めるようにしてもよい。
【００４３】
この請求項１４の発明によれば、前記判定手段は、前記第２算出手段で算出された身体動揺時間と前記第１算出手段で算出された標準身体動揺時間との比率が一定値よりも小さい場合には、平衡能力ありという判定結果を得るようにしてもよい。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る好適な実施の形態について詳述する。
【００４５】
まず、本発明の原理について説明する。図１は本実施の形態において身体動揺測定に関する定義を説明する図である。
【００４６】
人が両足で直立する際、身体が左右と前後の方向にある一定の範囲で移動する。この移動範囲は年齢,性別,体重および身長等の差により異なる。特に、腰関節運動の原因で移動範囲の同定が難しくなる。しかし、両足直立時の身体動揺範囲は小さく、身体全体を一つの剛体として見なすことが可能で、身体の動揺は地面と足裏との接触点を中心として発生したと考えられる。ここで、地面と足裏との接触点を中心として身体左右方向の動揺範囲を身体動揺角度（Ｔｒｕｎｋ Ｓｗａｙ Ａｎｇｌｅ：ＴＳＡ）と定義する（図１参照）。単位は、度（°）である。
【００４７】
また、身体動揺速度は直立時の身体の安定性を表す重要な指標である。何故ならば、同じ身体動揺角度でも、身体動揺速度の低いほうがより安定的である。しかしながら、実際の測定中では、被験者の身長は異なり、測定ポイントの高度を標準化しなければ個体間の比較は不可能である。そこで、人の直立時の高さ１メートルのところでの平均移動速度 (左右方向) を身体動揺速度、高さ１メートルのところで平均１ｍｍ移動 (左右方向) に要する時間を身体動揺角速度（Ｔｒｕｎｋ Ｓｗａｙ Ｓｐｅｅｄ：ＴＳＳ）と定義する（図１参照）。
【００４８】
両足直立時、開眼と比べて閉眼時に動揺の大きくなる場合 (肉眼で判断) をＲｏｍｂｅｒｇ陽性と称する。ここでは, 閉眼時の測定値と開眼時の測定値の割合 (閉眼時/開眼時) をＲｏｍｂｅｒｇ係数と定義する。このＲｏｍｂｅｒｇ係数は視覚による姿勢制御の役割を評価するために用いられる。
【００４９】
高齢者転倒の発生は直立時の平衡能力と深く関連していることがよく知られている。しかし、個人の平衡能力を基に高齢者の転倒発生の危険性を評価する定量的な指標は依然として得られていないのが実情である。そこで、本件発明者は人の直立時の平衡能力と転倒発生の危険率との関係を調べて、直立時の平衡能力の測定による高齢者転倒発生の危険率の予測の有用性に着目する。
【００５０】
安静直立時身体左右方向への揺れの身体動揺角速度ＴＳＳの逆数を身体動揺時間（Ｔｒｕｎｋ Ｓｗａｙ Ｔｉｍｅ：ＴＳＴ）と定義する。ＴＳＴは１／ＴＳＳに相当する。このＴＳＴの 単位ｍｓ／ｍｍである。ＴＳＴは、下式（１）のとおりである。
【数２】

ここで、ｍ，ｌはそれぞれ被験者の体重、身長であり、Ｂは（ｙ÷２１−１）² で表され、被験者の年齢（ｙ）により決まるパラメータである。ａ，ｋ，θは開眼時、閉眼時で異なり、被験者の身体動揺測定結果から得られる固定値である。
【００５１】
上述した３つのパラメータａ，ｋ，θは、複数（例えば６８人）の被験者をサンプルとした場合には、下式（２），（３）にから求めることができる。
【数３】

【００５２】
ａ_eo，ｋ_eo，θ_eoは開眼時の値であり、ａ_ec，ｋ_ec，θ_ecは閉眼時の値である。上記式（２）および（３）により、開眼時のａ_eo，ｋ_eo，θ_eoはそれぞれ６４２、１９．８６，０．８４７となる。また、閉眼時のａ_ec，ｋ_ec，θ_ecはそれぞれ４４７、１６．８３、０．５４８となる。
【００５３】
以上により、開眼時をＴＳＴｅｏ、閉眼時をＴＳＴｅｃとした場合、それぞれの式は下式（４）、（５）のとおりである。
【数４】

【００５４】
ＴＳＴにおいて、直接測定により得られた値はＴＳＴｒ（開眼時）とし、また、被験者の身長、年齢および体重を変量としてシミュレーションを行なって得られた値をＴＳＴｓとする。
【００５５】
開眼時を例に挙げると、ＴＳＴｒ／ＴＳＴｅｏは被験者の直立時における平衡能力を表す指標であり、これをＲｆとして定義する。過去１５年間の被験者の転倒発生の回数、骨折の有無による転倒の危険率を定量的に評価したものをＤｆと定義する。このＤｆ値が高いのは転倒発生の危険性も高いことを意味している。ＲｆとＤｆとの関係Ｃｈｉ−ｓｑｕａｒｅ ｔｅｓｔで調べた結果、Ｒｆ≦１．１２時のＤｆ値はＲｆ＞１．１２時のＤｆ値より高いことが判明している。この結果により、安静直立時の平衡能力による高齢者の転倒発生危険性を予測するのは可能である。
【００５６】
ここで、５１名の健常高齢者に基づく実験結果について説明する。図２，図３，図４はそれぞれ格付け表形式で説明する図、Ｒｆに基づくＣｈｉ−ｓｑｕａｒｅ ｔｅｓｔの結果を示す図、Ｒｃｏｐに基づくＣｈｉ−ｓｑｕａｒｅ ｔｅｓｔの結果を示す図である。図５，図６，図７，図８はそれぞれ被験者のＴＳＴの実測とシミュレーション間の関係を示すグラフ、被験者のＲｆを示すグラフ、被験者のＤｆを示すグラフ、ＲｆとＤｆの関係を示すグラフである。
【００５７】
転倒の発生率とＤｆの関係について過去１５年間調査した結果を述べる。転倒発生率の格付けを、例えば図２に示したように、倒れて骨折するケース（１回以上）はグレード５、骨折無しで倒れるケース（１回以上）はグレード４、昼間に歩行できないケースはグレード３、夜間に歩行できないケースはグレード２、風呂場で簡単にスリップするケースはグレード１とする。Ｄｆは０〜１の範囲である。
【００５８】
開眼時、５１人の被験者のＴＳＴｒの平均値は、２５７．０２＋／−５５．８１ｍｓ／ｍｍである。平均体重は、５０．０２＋／−８．３９ｋｇで、平均身長は１．５１＋／−０．０５ｍである。ＴＳＴｅｏは、下式（６）のとおりである。
【数５】

【００５９】
その結果、平均ＴＳＴｅｏの値は、図３に示したように、２５２．５０＋／−３１．６３ｍｓ／ｍｍである。ＴＳＴｅｏの値は、ＴＳＴｒの値にとても接近しており、ＴＳＴよりも大きくなったり、小さくなっている。
【００６０】
つづいて、Ｒｆについて述べる。ＴＳＴｒとＴＳＴｅｏの相違する分布から明らかなように、Ｒｆは個々の静的安定評価に導かれるものである。被験者５１人の平均Ｒｆ値は、図４に示したように、１．０３＋／−０．２２である。Ｒｆの範囲は、０．５７〜１．５０となる。
【００６１】
つづいて、転倒発生率の調査について述べる。被験者５１人のうち３０名は転倒の経験をもち、１０名は転倒によって骨折を経験している。転倒５８．８％、転倒に基づく骨折１９．６％という比率は非常に高いものである。Ｄｆ値の結果は、図５に示したように、平均０．３７＋／−０．１９である。
【００６２】
つづいて、ＲｆとＤｆの関係について述べる。０．５３よりも大きいＤｆ値をもつ被験者１０人は、図６に示したように、Ｒｆ＜１．１２のラインよりも下の状態である。Ｒｆが１．１２以上かそれ以下の２つのグループを示すＣｈｉ−ｓｑｕａｒｅ ｔｅｓｔは、図７に示したように、Ｄｆ値とは顕著に異なっている。被験者５１人中３４人のＲｆが１．１２よりも少なく、そのレートは６６．７％である。
【００６３】
つづいて、転倒とｃｏｐ（Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）実験について述べる。なお、ＣＯＰよりも身体動揺のほうが静的安定性を評価するには適切であることはわかっている。身体動揺測定の間にＣＯＰ偏差を記録する。平均ＣＯＰ偏差速度（ｖＣＯＰ）として定義されるＬＮＧ値が使用される。ＬＮＧ値は標準数学モデルとして有益でないので、年齢調整ＬＮＧが標準数学モデルとして使用される。
【００６４】
身体動揺テストも同様に、Ｒ_copとして定義される測定ＬＮＧにより分類される標準値とDｆの関連を確認する研究が行われる。Ｃｈｉ−ｓｑｕａｒｅ ｔｅｓｔによれば、Ｄｆ値とＲ_copの関係において、図８に示したように、Ｒ_cop＜１．１２とＲ_cop≧１．１２間の顕著な相違がないことがわかる。
【００６５】
このようにして、次の結果が得られる。
１）身体動揺の利用による静的安定性の評価は改善される。
２）ＴＳＴｒ／ＴＳＴｅｏにより定義されるＲｆ指標は、転倒の危険性を予測するのに適している。
３）骨折を経験している被験者５１人のうち１０人に関して、Ｒｆ値は１．１２より少ないことがわかる。
４）以上の結果から、人口の６６．７％を占める、Ｒｆ＜１．１２の高齢者が転倒することを暗示している。
【００６６】
以上を踏まえて、実測のための身体動揺測定システムについて説明する。図９は本実施の形態における身体動揺測定システムの概要を説明する概略図、そして、図１０は本実施の形態による測定方法を説明する図である。
【００６７】
この身体動揺測定システムは、例えば図９に示したように、被験者を撮像するＣＣＤビデオカメラ２、そのＣＣＤビデオカメラ２に接続されたコンピュータ３等により構成される。被験者１の背中には、地面から所定の高さのところに指標４が貼付される。その指標４とＣＣＤビデオカメラ２とは例えば１．５ｍ離間させて撮像可能に配置される。指標４は、例えば図１０に示したように、直径３２ｍｍの黒いマークである。この直径３２ｍｍは、後述するが、２値化後の画像処理において３２画素に対応させるものである。
【００６８】
被験者１には、両足閉足で直立させ、水平視線で１．５メートルのところに設定した標識を注視させる。被験者１の後方に設置したＣＣＤビデオカメラ２で被験者１の背中に貼付した直径３２ｍｍの黒い指標４が、例えば連続３５秒撮影される。この場合、例えば、解像度３２０×２４０、１０フレーム／秒のスピードでの撮像により得られた２値画像データをＡＶＩ形式で圧縮せずに保存すると、３５秒間のデータ量は５１ＭＢ程度である。
【００６９】
ＣＣＤビデオカメラ２においては、直径３２ｍｍの指標４のうち中心点を認識し、Ｘ方向とＹ方向の運動軌跡を取得することが行われる。この軌跡の追跡においては、カラー画像として取り込む必要が無いので、データ量を大幅に削減することができる。また、追跡するポイントは、指標４の中心画素ＣＰでよく、画像処理も処理負担が減り、効率的に行うことができる。このように、指標４の運動軌跡については、指標４の中心画素ＣＰの運動軌跡から十分に取得することができる。
【００７０】
運動軌跡には、実座標が付与される。実座標のスカラー量は、指標４の直径と指標４の直径を占める画素数（３２画素）との割合から得られ、最後は指標４の中心高度を利用してＴＳＳとＴＳＴ値とが計算される。
【００７１】
以降は、前述したように、Ｒｆを求めて閾値となる１．１２との比較から、被験者の転倒可能性を判断することができる。
【００７２】
以下、具体的に、身体動揺測定システムの主要な構成とその動作について説明する。まず、構成について説明する。図１１は本実施の形態による身体動揺測定システムの一構成例を示すブロック図である。
【００７３】
身体動揺測定システムの主要な構成に相当するコンピュータ３は、例えば図１１に示したように、内部バス３１に、インタフェース３２、ＣＰＵ３３、ＲＯＭ３４、ＲＡＭ３５、ディスプレイ３６、キーボード３７Ａ、マウス３７Ｂ、ドライブ３８、ハードディスク３９を接続させ、アドレス信号、制御信号、データ等を伝送させ、本発明を実現する構成を備えている。
【００７４】
図１１において、インタフェース３２は、ＣＣＤビデオカメラ２に接続され、このＣＣＤビデオカメラ２から画像信号を入力する。ＣＰＵ３３は、ＲＯＭ３４に格納されたＯＳによりＰＣ全体の制御を行うとともにハードディスク３９に格納された各種のアプリケーションプログラムに基づいて処理を実行する機能を司る。
【００７５】
ＲＯＭ３４は、ＯＳ等のようにＰＣ全体の制御を行うためのプログラムを格納しており、これらをＣＰＵ３３に供給する機能を有している。ＲＡＭ３５は、ＣＰＵ３３による各種プログラムの実行時にワークエリアとして利用されるメモリ機能を有している。
【００７６】
ディスプレイ３６は、ＣＰＵ３３の各種の処理に伴うメニュー、ステータス、表示遷移等を表示する機能を有している。キーボード３７Ａは、文字、コマンド等を入力する各種キーより構成される入力装置であり、マウス３７Ｂは画面上のカーソルを移動させたり、各種メニューを選択する入力装置である。ドライブ３９は、例えばフロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ、ＤＶＤ等の記録媒体に対してデータのリード／ライトを行う機能を有している。
【００７７】
ハードディスク３９は、プログラム３９Ａ、画像ファイル３９Ｂ、測定結果ファイル３９Ｃ等を記憶する機能を有している。プログラム３９Ａは、前述したドライブ３８等からインストールされたプログラムを実行形式で記憶したものに相当する。画像ファイル３９Ｂは、ＣＣＤビデオカメラ２から取り込んだ画像データをファイルとして保存するものである。測定結果ファイル３９Ｃは、本実施の形態により得られた身体動揺測定結果をデータとして保存するものである。
【００７８】
つづいて、動作について説明する。図１２は上記身体動揺測定システムの動作例を説明するフローチャートである。すでに説明したように、被験者には、図９に示した如く、被験者１の背中に指標４が貼付けされ、ＣＣＤビデオカメラ２をコンピュータ３に接続して撮像環境が準備される。なお、転倒予測に関しては、開眼時の測定が好適である。
【００７９】
まず被験者の身体条件がキーボード３７Ａ，マウス３７Ｂ等により入力され、ＲＡＭ３５に格納される（ステップＳ４１）。この身体条件とは、性別、年齢、身長、体重等である。そして、ＣＣＤビデオカメラ４２により、被験者の画像入力が開始され、２値化データとして画像が取り込まれる（ステップＳ４２）。画像データは、一旦ＲＡＭ３５に格納される。
【００８０】
そして、取込んだ画像データに基づいて指標４の運動軌跡が算出され（ステップＳ４３）、左右方向と前後方向の身体動揺角速度（ＴＳＳ）が算出される（ステップＳ４４）。ここで、画素数と指標サイズとの関係から、前後方向の動きを割り出すことで左右方向の動揺を正確に算出することが可能となる。さらに、左右方向の身体動揺角速度の逆数を求めることで、逆数身体動揺時間ＴＳＴｒが算出される（ステップＳ４５）。
【００８１】
この後、ステップＳ４１で入力した被験者の身体条件に基づいて標準ＴＳＴｓがシミュレーションにより算出される（ステップＳ４６）。そして、指標となるＲｆがＴＳＴｒ／ＴＳＴｓから算出されると（ステップＳ４７）、そのＲｆと１．１２との比較が行われる（ステップＳ４８）。
【００８２】
Ｒｆが１．１２よりも小さいときは（ステップＳ４８のＹＥＳルート）、転倒発生危険性ありとして測定結果のファイル作成および表示が行われる（ステップＳ４９）。この場合には、ユーザの操作によりハードディスク３９に保存することが可能である。一方、Ｒｆが１．１２以上のときは（ステップＳ４８のＮＯルート）、転倒発生危険性なしとして測定結果のファイル作成および表示が行われる（ステップＳ５０）。この場合にも、ユーザの操作によりハードディスク３９に保存することが可能である。
【００８３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、任意の測定場所でも簡易なシステムにより、従前より利用されている重心動揺計と同様の身体動揺測定を実現することが可能である。
【００８４】
また、従来の重心動揺計と同様の測定結果を得るシステムとしてコスト面でも安価に実現できるというか効果が得られる。
【００８５】
今日、人口の高齢化に伴い, 高齢者の転倒, 骨折の発生例が増え続けている。平衡機能の低下が高齢者転倒の高発生率の原因となっており、 平衡能力の同定は平衡機能低下の原因究明と予防対策の効果評価の重要な手段である。そこで、本実施の形態によれば、身体動揺曲線の作成、身体安定性の評価への応用が可能となる。
【００８６】
これまでの平衡能力の測定器はほとんど直立時の重心偏移を利用して開発されてきたが、転倒の発生は複雑な地面と視覚に関連する平衡能力の低下の結果ともいわれている。そこで、地面条件の変化による平衡能力の測定は単に重心偏移を利用するだけでは不十分であることから、本実施の形態によれば、内耳と視覚および筋感覚の研究、脳研究、老年医学への応用が可能となる。
【００８７】
また、現在、非侵襲的で簡便、かつ高精度の平衡能力測定法の確立が求められている。そこで、ＣＣＤビデオカメラを使用して人の平衡能力の評価法の開発を成功したことから、体育分野の研究にも応用が可能となる。
【００８８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００８９】
ここで、従前の重心動揺計と本発明の身体動揺測定手法との間での同定について簡単に説明する。図１３は検査結果を表形式で説明する図、図１４は図１３の角指標で計算したＲｏｍｂｅｒｇ係数を表形式で説明する図、図１５は被験者のＴＳＳ値を説明する図、図１６はＴＳＳとＬＮＧ／ＴＩＭＥの相関関係を説明するグラフ、図１７はＴＳＳ検査結果を説明するグラフ、そして、図１８はＴＳＳ値とＬＮＧ値との関係を説明するグラフである。
【００９０】
被験者は健常な男女、各１２１名、年齢はそれぞれ３９．１＋／−２３．６歳と、４２．８＋／−１９．３歳である。最年少者は１２歳、最年長者は８２歳である。安静状態で１５分間休んだ後、測定は、開眼（ｅｙｅ−ｏｐｅｎ）と閉眼（ｅｙｅ−ｃｌｏｓｅｄ）を交互に繰り返し、１０回の検査を実施した。重心動揺の結果は、単位時間軌道長（ＬＮＧ／ＴＩＭＥ）と外周面積（ＥＮＶ．ＡＲＥＡ）が身体動揺の結果との比較のために採用された。
【００９１】
高齢者の測定例として、図１３および図１４には、６２歳の女性の検査結果が示されている。閉眼によりＴＳＳ値は、３．６９＋／−０．４４ｍｍ／ｓから５．９８ｍｍ／ｓまで上昇していることがわかる。Ｒｏｍｂｅｒｇ係数（開眼時／閉眼時）は、１．６３＋／−０．２６であった。
【００９２】
一人の被験者における重複検査結果の偏差が小さければ小さいほど実際の平衡能力が正確に反映されると考える。ここでは、標準偏差と平均値の割合を安定性係数（ＳＤ／ｍｅａｎ）として計算した結果、開眼、閉眼時のＳＤ／Ｍｅａｎ値はそれぞれ１２％と１７．３％、Ｒｏｍｂｅｒｇ係数の安定性係数は１５．７％で、ＬＮＧ／ＴＩＭＥの結果とほぼ同じだった。
【００９３】
ＬＮＧ／ＴＩＭＥの値を重心同様の速度と見なせば、身体動揺速度と関連していることが考えられる。この例では、ＬＮＧ／ＴＩＭＥの値はＴＳＳの約３倍の大きさをもつことが判明した。図１６に示したように、ＴＳＳとＬＮＧ／ＴＩＭＥの関係は、関係式として、
ｙ＝ａｘ＋ｂ，ａ＝３．５１，ｂ＝−１．０２
で表され、高い相関関係（相関係数：０．９２６）があった。
【００９４】
一方、ＴＳＡ値とＬＮＧ／ＴＩＭＥ値も高い相関性（相関係数：０．７８１）をもち、ＳＤ／Ｍｅａｎ値はＥＮＶ．ＡＲＥＡ値と近いことがわかる。開眼時では２５．１％、閉眼時では１７．８％、Ｒｏｍｂｅｒｇ係数では２４．５％であった。ＴＳＳ値、ＴＳＡ値とＥＮＶ．ＡＲＥＡ値との相関係数は、それぞれ０．４４７と０．４６２で、ＥＮＶ．ＡＲＥＡ値とＬＮＧ／ＴＩＭＥ値の相関係数０．６５２よりは小さかった。
【００９５】
この例の結果から、閉眼によりＴＳＳ値の変化はＬＮＧ／ＴＩＭＥ値より少ないが、重心動揺検査の結果とよく一致することが判明した。
【００９６】
図１７には、２２人のＴＳＳ値の検査結果がグラフで示されている。男女とも閉眼によりＴＳＳ値（図１５参照）が優位に増加していることがわかる（Ｐ＜０．００１）。女性のほうが大きな値であるが、統計的な有意差はなかった。標準偏差（ＳＤ）は男女とも大きく、被験者の年齢のばらつきが原因と見られた。これは、重心動揺検査の結果とよく一致していた。
【００９７】
視覚の作用を代表するＲｏｍｂｅｒｇ係数を求めた結果、男女間では有意差はなく、男性のほうが１．３７＋／−０．１５で、女性は１．４４＋／−０．１６であった。ＬＮＧ／ＴＩＭＥ値によって求めた結果より２０％ほど小さかった。
【００９８】
ＴＳＳが平衡能力の指標となるためには、被験者の間で比較することが重要である。図１８には、開眼時のＴＳＳ値とＬＮＧ／ＴＩＭＥ値が表されている。ＴＳＳ値とＬＮＧ／ＴＩＭＥ値は、線形関係をもつことが呈示された。相関係数は、０．６５２で、関数式は直線ｙ＝ａｘ＋ｂ、ａ＝２．９１、ｂ＝２．４５であった。ＴＳＳ値が人の平衡能力を評価する十分な可能性をもつことが示唆された。
【００９９】
本発明の身体動揺測定手法と重心動揺計の検査結果とを比較検討し、幾つかの指標を使って評価した結果、身体動揺角速度（ＴＳＳ）が重心動揺検査の指標ＬＮＧ／ＴＩＭＥと高い相関関係をもち、平衡能力機能測定の指標としての可能性が十分あることが示唆された。本発明は、この身体動揺角速度（ＴＳＳ）に基づく身体動揺測定手法となる。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、任意の測定場所でも簡易なシステムにより、従前より利用されている重心動揺計と同様の身体動揺測定を実現することが可能な身体動揺測定方法、身体動揺測定プログラムおよび身体動揺測定システムを提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態において身体動揺測定に関する定義を説明する図である。
【図２】格付け表形式で説明する図である。
【図３】Ｒｆに基づくＣｈｉ−ｓｑｕａｒｅ ｔｅｓｔの結果を示す図である。
【図４】Ｒｃｏｐに基づくＣｈｉ−ｓｑｕａｒｅ ｔｅｓｔの結果を示す図である。
【図５】被験者のＴＳＴの実測とシミュレーション間の関係を示すグラフである。
【図６】被験者のＲｆを示すグラフである。
【図７】被験者のＤｆを示すグラフである。
【図８】ＲｆとＤｆの関係を示すグラフである。
【図９】本実施の形態における身体動揺測定システムの概要を説明する概略図である。
【図１０】本実施の形態による測定方法を説明する図である。
【図１１】本実施の形態による身体動揺測定システムの一構成例を示すブロック図である。
【図１２】本実施の形態による動作例を説明するフローチャートである。
【図１３】検査結果を表形式で説明する図である。
【図１４】図１３の角指標で計算したＲｏｍｂｅｒｇ係数を表形式で説明する図である。
【図１５】被験者のＴＳＳ値を説明する図である。
【図１６】ＴＳＳとＬＮＧ／ＴＩＭＥの相関関係を説明するグラフである。
【図１７】ＴＳＳ検査結果を説明するグラフである。
【図１８】ＴＳＳ値とＬＮＧ値との関係を説明するグラフである。
【図１９】一般的な重心動揺計を説明する図である。
【符号の説明】
２ ＣＣＤビデオカメラ
３ コンピュータ
４ 指標
３２ インタフェース
３３ ＣＰＵ
３４ ＲＯＭ
３５ ＲＡＭ
３６ ディスプレイ
３７Ａ キーボード
３７Ｂ マウス
３８ ドライブ
３９ ハードディスク
３９Ａ プログラム
３９Ｂ 画像ファイル
３９Ｃ 測定結果ファイル

Claims (20)

1. 身体動揺測定装置の作動方法であって、
   被験者の身体に取り付けられた所定サイズの指標を連続撮影し、当該指標の画像データを入力する第１ステップと、
   前記第１ステップで入力された画像データに基づいて身体動揺角速度を算出する第２ステップと、
   前記第２ステップで算出された身体動揺角速度に基づいて身体動揺時間を算出する第３ステップと、
   前記第３ステップで算出された身体動揺時間をあらかじめ用意された標準身体動揺時間と比較して平衡能力を判定する第４ステップと、
   を含み、前記あらかじめ用意された標準身体動揺時間は、少なくとも年齢、身長、体重に応じたデータであることを特徴とする身体動揺測定装置の作動方法。
2. 前記第１ステップは、各被験者の身体に対して一定の高さに前記所定サイズの指標を取り付けた状態で実施されることを特徴とする請求項１に記載の身体動揺測定装置の作動方法。
3. 前記第２ステップは、前記第１ステップで入力された画像データに基づいて前記所定サイズの指標の左右方向の平均移動角速度を示す前記身体動揺角速度を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の身体動揺測定装置の作動方法。
4. 前記第３ステップは、前記第２ステップで算出された身体動揺角速度に基づいて前記所定サイズの指標の左右方向の平均移動時間を示す前記身体動揺時間を算出することを特徴とする請求項１、２または３に記載の身体動揺測定装置の作動方法。
5. さらに、ｍ，ｌ，ｙをそれぞれ体重、身長、年齢と定義し、開眼時に、ｋ＝６４２、θ＝１９．８６、ａ＝０．８４７、閉眼時に、ｋ＝４４７、θ＝１６．８３、ａ＝０．５４８とした場合、
   ＴＳＴ＝ｋ×√ｍ×ｌ ^a ÷（θ＋（ｙ÷２１−１） ² ）
   の式により標準身体動揺時間を求める第５ステップを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の身体動揺測定装置の作動方法。
6. 前記第３ステップは、前記身体動揺角速度の逆数により前記身体動揺時間を求めることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の身体動揺測定装置の作動方法。
7. 前記第４ステップは、前記第３ステップで算出された身体動揺時間と前記あらかじめ用意された標準身体動揺時間との比率が一定値よりも小さい場合には、平衡能力ありという判定結果を得ることを特徴とする請求項１〜６にいずれか１つに記載の身体動揺測定装置の作動方法。
8. コンピュータに身体動揺の測定を実行させるための身体動揺測定プログラムであって、
   前記コンピュータに、
   各被験者の身体に一定の高さに取り付けられた所定サイズの指標を連続撮影して得られる画像データを入力する第１ステップと、
   前記第１ステップで入力された画像データに基づいて身体動揺角速度を算出する第２ステップと、
   前記第２ステップで算出された身体動揺角速度に基づいて身体動揺時間を算出する第３ステップと、
   標準身体動揺時間をあらかじめ記憶しており、前記第３ステップで算出された身体動揺時間を前記あらかじめ記憶された標準身体動揺時間と比較して平衡能力を判定する第４ステップと、
   前記第４ステップの判定結果を表示する第５ステップと、
   を実行させ、前記あらかじめ記憶された標準身体動揺時間は、少なくとも年齢、身長、体重に応じたデータであることを特徴とする身体動揺測定プログラム。
9. 前記第２ステップは、前記第１ステップで入力された画像データに基づいて前記所定サイズの指標の左右方向の平均移動角速度を示す前記身体動揺角速度を算出することを特徴とする請求項８に記載の身体動揺測定プログラム。
10. 前記第３ステップは、前記第２ステップで算出された身体動揺角速度に基づいて前記所定サイズの指標の左右方向の平均移動時間を示す前記身体動揺時間を算出することを特徴とする請求項８または９に記載の身体動揺測定プログラム。
11. さらに、ｍ，ｌ，ｙをそれぞれ体重、身長、年齢と定義し、開眼時に、ｋ＝６４２、θ＝１９．８６、ａ＝０．８４７、閉眼時に、ｋ＝４４７、θ＝１６．８３、ａ＝０．５４８とした場合、
    ＴＳＴ＝ｋ×√ｍ×ｌ ^a ÷（θ＋（ｙ÷２１−１） ² ）
    の式により標準身体動揺時間を求める第５ステップを含むことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１つに記載の身体動揺測定プログラム。
12. 前記第３ステップは、前記身体動揺角速度の逆数により前記身体動揺時間を求めることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１つに記載の身体動揺測定プログラム。
13. 前記第４ステップは、前記第３ステップで算出された身体動揺時間と前記あらかじめ用意された標準身体動揺時間との比率が一定値よりも小さい場合には、平衡能力ありという判定結果を得ることを特徴とする請求項８〜１２にいずれか１つに記載の身体動揺測定プログラム。
14. 身体動揺測定システムであって、
    被験者の少なくとも年齢、身長、体重に基づいて標準身体動揺時間を算出する第１算出手段と、
    各被験者の身体に一定の高さに取り付けられた所定サイズの指標を連続撮影して画像データを入力する画像入力手段と、
    前記画像入力手段で入力された画像データに基づいて身体動揺角速度を算出し、当該算出された身体動揺角速度に基づいて身体動揺時間を算出する第２算出手段と、
    前記第２算出手段で算出された身体動揺時間を前記第１算出手段で算出された標準身体動揺時間に比較して平衡能力を判定する判定手段と、
    を備えることを特徴とする身体動揺測定システム。
15. さらに、前記判定手段の判定結果を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１４に記載の身体動揺測定システム。
16. 前記第２算出手段は、前記画像入力手段で入力された画像データに基づいて前記所定サイズの指標の左右方向の平均移動角速度を示す前記身体動揺角速度を算出することを特徴とする請求項１５または１６に記載の身体動揺測定システム。
17. 前記第２算出手段は、前記算出された身体動揺角速度に基づいて前記所定サイズの指標の左右方向の平均移動時間を示す前記身体動揺時間を算出することを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１つに記載の身体動揺測定システム。
18. 前記第１算出手段は、ｍ，ｌ，ｙをそれぞれ体重、身長、年齢と定義し、開眼時に、ｋ＝６４２、θ＝１９．８６、ａ＝０．８４７、閉眼時に、ｋ＝４４７、θ＝１６．８３、ａ＝０．５４８とした場合、
    ＴＳＴ＝ｋ×√ｍ×ｌ ^a ÷（θ＋（ｙ÷２１−１） ² ）
    の式により標準身体動揺時間を求めることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１つに記載の身体動揺測定システム。
19. 前記第２算出手段は、前記身体動揺角速度の逆数により前記身体動揺時間を求めることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか１つに記載の身体動揺測定システム。
20. 前記判定手段は、前記第２算出手段で算出された身体動揺時間と前記第１算出手段で算出された標準身体動揺時間との比率が一定値よりも小さい場合には、平衡能力ありという判定結果を得ることを特徴とする請求項１４〜１９にいずれか１つに記載の身体動揺測定システム。

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