JP5319633B2 - 重心動揺計 - Google Patents

Description

本発明は、被験者の重心動揺を測定する重心動揺計に関する。

従来、被験者の立位時における体のふらつき度合いを測定する重心動揺計が知られている（例えば特許文献１参照）。かかる重心動揺計を用いて被験者の重心の動揺を正確に測定するためには、被験者の状態が、「両上肢を体側に接し、自然に直立した状態であって、運動直後ではない」といったような所定の測定条件を満たしている必要があるところ、例えば被験者が手を動かしながらバランスを取っているような状態で測定が行われた場合や、被験者が運動直後の状態で測定が行われた場合には、正確な測定結果を得ることができない。

特開平１０−１０８８５２号公報

従来においては、測定を行う測定者が、測定期間にわたって被験者の状態を観察することで、正常な状態で重心動揺測定が行われていたか否かを判断していたので、測定者の負担が大きいうえに、測定を繰り返し実行する場合や、集団検診などで被験者の数が多い場合には、測定が正常に行われていたか否かを測定者が見落としてしまうおそれもある。

そこで、本発明は、測定者の負担を軽減しつつ測定の信頼性を十分に確保可能な重心動揺計を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために本発明が採用する手段を以下に説明する。なお、本発明の理解を容易にするために以下では図面の参照符号を便宜的に括弧書きで付記するが、本発明を図示の形態に限定する趣旨ではない。

本発明に係る重心動揺計（１００）は、被験者が載る測定面（１１）を有する載台（１０）と、測定面における複数の領域と１対１に対応して設けられるとともに、各領域に垂直に作用する荷重値を検出するための複数の荷重センサ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）と、各荷重センサで検出される荷重値に基づいて、測定面における被験者の重心位置の変動量を示す第１指標を算出する第１指標算出部（３０）と、各荷重センサで検出される荷重値に基づいて、測定面に垂直に作用する荷重の変動量を示す第２指標を算出する第２指標算出部（３０）と、第１指標と第２指標との比に基づいて、正常な状態で重心動揺測定が行われていたか否かを判定する判定部（３０）と、を備えることを特徴とする。

本発明では、判定部が、第１指標と第２指標との比に基づいて、正常な状態で重心動揺測定が行われていたか否かを自動的に判定するので、従来のように、測定者が、測定期間にわたって被験者の状態を観察する必要は無く、測定者による見落としが発生することもない。すなわち、本発明によれば、測定者の負担を軽減しつつ測定の信頼性を十分に確保可能な重心動揺計を提供できるという利点がある。

本発明に係る重心動揺計の態様として、第１指標算出部は、重心動揺測定が行われる測定期間において、所定の周期でサンプリングタイミングに到達するたびに、各荷重センサで検出される荷重値に基づいて測定面における被験者の重心位置を算出する重心位置算出部（３０）と、測定期間において重心位置算出部で算出された重心位置を繋いで得られる総軌跡長を、測定期間の時間長で割ることで単位時間軌跡長を算出する単位時間軌跡長算出部（３０）と、を含み、第１指標は、単位時間軌跡長であり、第２指標算出部は、測定期間において、サンプリングタイミングに到達するたびに、各荷重センサで検出される荷重値を合計して被験者の瞬時体重値を算出する瞬時体重値算出部（３０）と、測定期間内の各サンプリングタイミングで算出された瞬時体重値の合計を、サンプリングタイミングの数で割ることで被験者の体重値を算出する体重値算出部（３０）と、瞬時体重値と体重値との差を示す瞬時荷重変動値を、サンプリングタイミングごとに算出する瞬時荷重変動値算出部（３０）と、各サンプリングタイミングにおける瞬時荷重変動値の絶対値の平均を体重値で割ることで、体重当たりの荷重変動平均値を算出する荷重変動平均値算出部（３０）と、を含み、第２指標は、体重当たりの荷重変動平均値である。
さらに言えば、判定部は、体重当たりの荷重変動平均値（Ｗ）に対する単位時間軌跡長（Ｌ）の割合（Ｌ／Ｗ）が所定の閾値を下回る場合は、正常な状態で重心動揺測定が行われていなかったと判定するという具合である。

本発明の実施の形態に係る重心動揺計の外観を示す図である。 同実施形態に係る重心動揺計の制御系統の概略を示すブロック図である。 メイン制御装置が実行する重心動揺測定処理の具体的な内容を示すフローチャートである。 メイン制御装置が実行する荷重変動平均値算出処理の具体的な内容を示すフローチャートである。 正常な状態で重心動揺測定が行われた結果、被験者の重心の動揺が通常範囲内であった場合の測定データを示す図である。 正常な状態で重心動揺測定が行われた結果、被験者の重心の動揺が通常範囲を超える大きなものであった場合の測定データを示す図である。 被験者が手を動かした状態で、重心動揺測定が行われた場合の測定データを示す図である。 被験者が運動直後の状態で、重心動揺測定が行われた場合の測定データを示す図である。

＜Ａ：実施形態＞
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る重心動揺計１００の外観を示す図である。図１に示すように、重心動揺計１００は、載台１０と表示ユニット２０とを備える。平たい載台１０は、被験者が載る水平な測定面１１を有する。測定面１１の４隅には、４個の荷重センサ１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）が配置される。ここでは、測定面１１に垂直な方向から見て右上の隅に配置される荷重センサを１２ａ、右下の隅に配置される荷重センサを１２ｂ、左上の隅に配置される荷重センサを１２ｃ、左下の隅に配置される荷重センサを１２ｄとそれぞれ表記する。各荷重センサ１２は、測定面１１のうち自身が設置された部位に垂直に作用する荷重に応じた検出信号を生成および出力する。詳細な図示は省略するが、各荷重センサ（ロードセル）１２は、入力された荷重に応じて変形する起歪体と、起歪体に貼り付けられて当該起歪体の変形に応じた値の電気信号（検出信号）を出力する歪ゲージとを含んで構成される。

図１に示すように、表示ユニット２０は、各種の入力キー２１と表示部２２とを備える。被験者や測定者などが入力キー２１を操作すると、その操作に応じて、表示ユニット２０には指令やデータが入力される。また、表示部２２には様々な情報が表示される。情報には、例えば重心動揺測定の結果や、正常な状態で重心動揺測定が行われていなかったことを示すエラーメッセージといったものなどが含まれ得る。

図２は、本実施形態に係る重心動揺計１０の制御系統の概略を示すブロック図である。図２に示すように、載台１０内にはメイン制御装置３０が組み込まれる。メイン制御装置３０は、各種の制御処理を実行するコンピュータであって、重心動揺計１００を統括的に制御する。図２に示すように、メイン制御装置３０には、各荷重センサ１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）が接続される。被験者が載台１０の測定面１１に載ると、その測定面１１に与えられた荷重は各荷重センサ１２に伝達する。そして、各荷重センサ１２は、測定面１１のうち自身が設置された部位に垂直に作用する荷重に応じた検出信号をメイン制御装置３０へ出力する。メイン制御装置３０は、各荷重センサ１２から出力された検出信号に基づいて、各荷重センサ１２にて検出された荷重値を把握するとともに、各種の制御処理（後述）を実行する。

図２に示すように、表示ユニット２０内には表示部制御ボード４０が組み込まれる。表示部制御ボード４０には、入力キー２１と表示部２２とが接続される。また、表示部制御ボード４０は、ケーブル１を介して載台１０内のメイン制御装置３０と接続される。表示部制御ボード４０にはコネクタ２、メイン制御装置３０にはコネクタ３が実装される。ケーブル１の両端にはコネクタ４，５が接続される。コネクタ２，３はそれぞれコネクタ４，５に着脱自在に接続される。こうして、表示部制御ボード４０とメイン制御装置３０との間に信号線が確立され、表示部制御ボード４０とメイン制御装置３０との間で信号のやり取りが可能になる。

被験者や測定者が入力キー２１を操作することで、各種のデータや指令が表示部制御ボード４０に入力される。表示部制御ボード４０は、その入力されたデータや指令に応じて、表示部２２を制御し、あるいは、そのデータや指令をメイン制御装置３０へ送信する。メイン制御装置３０は、表示部制御ボード４０から受信したデータや指令に応じて、各種の制御処理を実行するという具合である。

次に、被験者の重心の動揺（重心の経時的な変化）を測定する場面を想定する。まず、被験者は載台１０の測定面１１に載る。この状態で、測定者が入力キー２１を適宜に操作することで測定の開始を指示する。メイン制御装置３０は、測定の開始の指示を契機として、被験者の重心の動揺を測定するための重心動揺測定処理を実行する。

以下、図３を参照しながら、メイン制御装置３０が実行する重心動揺測定処理について説明する。図３は、メイン制御装置３０が実行する重心動揺測定処理の具体的な内容を示すフローチャートである。図３に示すように、まず、メイン制御装置３０は、サンプリングタイミングに到達したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。本実施形態では、0.05秒（20HZ）ごとのタイミングがサンプリングタイミングとして設定されているが、これに限らず、サンプリングタイミングの間隔は任意に設定可能である。ステップＳ１０１の結果が肯定の場合、メイン制御装置３０は、そのときの測定面１１における被験者の重心位置を算出する（ステップＳ１０２）。より具体的には、メイン制御装置３０は、当該サンプリングタイミングにおいて各荷重センサ１２で検出された荷重値と、測定面１１における各荷重センサ１２の位置とに基づいて、測定面１１における被験者の重心位置を算出する。本実施形態では、メイン制御装置３０は、測定面１１における各荷重センサ１２の位置を予め把握している。この重心位置の算出方法に特に制限はなく、任意かつ公知の方法を採用することができる。

次に、メイン制御装置３０は、測定期間が終了したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ここでは、測定期間の時間長は60秒に設定されているが、これに限らず、測定期間の時間長は任意に設定可能である。ステップＳ１０３の結果が否定の場合は、再びステップＳ１０１に戻り、上述の動作が繰り返される。ステップＳ１０３の結果が肯定の場合は、メイン制御装置３０は、測定面１１における被験者の重心位置の総軌跡長を算出する（ステップＳ１０４）。より具体的には、メイン制御装置３０は、測定期間内の各サンプリングタイミングで算出した重心位置をつなぎ合わせることで、総軌跡長を求める。

ステップＳ１０４の後、メイン制御装置３０は、被験者の重心の動揺の大きさを示す指標である単位時間軌跡長を算出する（ステップＳ１０５）。より具体的には、メイン制御装置３０は、ステップＳ１０４で算出した総軌跡長を、測定期間の時間長（ここでは60秒）で割ることで、単位時間軌跡長を求める。以上より、被験者の重心の動揺が測定されるという具合である。

ステップＳ１０５の後、メイン制御装置３０は、測定期間における被験者の状態が、正常に重心動揺測定を行うことができたような状態であったか否かを判定する判定処理を実行する（ステップＳ１０６）。この判定処理の詳細な内容については後述する。判定処理の結果、正常な状態で重心動揺測定が行われていたと判断した場合（ステップＳ１０６の結果が肯定の場合）、メイン制御装置３０は、上述のステップＳ１０５で算出した単位時間軌跡長を、重心動揺測定の結果として表示部２２に表示するように、表示ユニット２０を制御する（ステップＳ１０７）。一方、判定処理の結果、正常な状態で重心動揺測定が行われていなかったと判断した場合（ステップＳ１０６の結果が否定の場合）、メイン制御装置３０は、正常な状態で測定が行われていなかったことを示すエラーメッセージを表示部２２に表示するように、表示ユニット２０を制御する（ステップＳ１０８）。

次に、上述のステップＳ１０６でメイン制御装置３０が実行する判定処理について説明する。この判定処理の説明に先立って、メイン制御装置３０が、上述の重心動揺測定処理と並列に実行する荷重変動平均値算出処理について説明する。この荷重変動平均値算出処理は、測定面１１に垂直に作用する荷重の変動量（言い換えれば、測定面１１に垂直な方向における被験者の重心の変動の大きさ）を示す指標を算出するための処理である。図４は、荷重変動平均値算出処理の具体的な内容を示すフローチャートである。以下、図４を参照しながら、荷重変動平均値算出処理の具体的な内容を説明する。

まず、メイン制御装置３０は、図３のステップＳ１０１と同様に、サンプリングタイミングに到達したか否かを判定する（図４のステップＳ２０１）。ステップＳ２０１の結果が肯定の場合、メイン制御装置３０は、当該サンプリングタイミングにおける被験者の体重値（「瞬時体重値」と呼ぶ）を算出する（ステップＳ２０２）。より具体的には、メイン制御装置３０は、当該サンプリングタイミングにおいて各荷重センサ１２で検出された荷重値を合計することで、そのときの瞬時体重値を算出する。

ステップＳ２０２の後、メイン制御装置３０は、図３のステップＳ１０３と同様に、測定期間が終了したか否かを判定する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３の結果が否定の場合は、再びステップＳ２０１に戻り、上述の動作が繰り返される。ステップＳ２０３の結果が肯定の場合は、メイン制御装置３０は、被験者の体重値を算出する（ステップＳ２０４）。より具体的には、メイン制御装置３０は、測定期間内の各サンプリングタイミングで算出した瞬時体重値の合計を、測定期間内のサンプリングタイミングの数（ここでは、60（秒）÷0.05（秒）=120個）で割ることで体重値を算出する。

ステップＳ２０４の後、メイン制御装置３０は、瞬時体重値と、ステップＳ２０４で算出した体重値との差を示す瞬時荷重変動値を、測定期間内のサンプリングタイミングごとに算出する（ステップＳ２０５）。より具体的には、メイン制御装置３０は、測定期間内の各サンプリングタイミングで算出した瞬時体重値と上記ステップＳ２０４で算出した体重値との差を順次に求めることで、各サンプリングタイミングにおける瞬時荷重変動値を求めるという具合である。

ステップＳ２０５の後、メイン制御装置３０は、測定面１１に垂直に作用する荷重の変動量を示す体重当たりの荷重変動平均値を算出する（ステップＳ２０６）。より具体的には、メイン制御装置３０は、ステップＳ２０５で算出した各サンプリングタイミングにおける瞬時荷重変動値の絶対値の平均を求め、その平均を、ステップＳ２０４で算出した体重値で割ることで、体重当たりの荷重変動平均値を算出する。本実施形態では、各サンプリングタイミングにおける瞬時荷重変動値の絶対値の平均を体重値で割ることで、被験者間における体格等の個人差の影響を取り除いている（正規化している）。このようにして、１回の重心動揺測定が行われるたびに、そのときの体重当たりの荷重変動平均値が算出されるという具合である。

以上を前提として、メイン制御装置３０が実行する判定処理の内容を説明する。図３のステップＳ１０６において、メイン制御装置３０は、図３のステップＳ１０５で算出した単位時間軌跡長（第１指標）と、図４のステップＳ２０６で算出した体重当たりの荷重変動平均値（第２指標）との比に基づいて、測定期間における被験者の状態が、正常に重心動揺測定を行うことができたような状態であったか否かを判定する。本実施形態では、メイン制御装置３０は、体重当たりの荷重変動平均値（以下、「Ｗ」と表記する）に対する単位時間軌跡長（以下、「Ｌ」と表記する）の割合（Ｌ／Ｗ）に基づいて、正常な状態で重心動揺測定が行われていたか否かを判定する。以下、具体的に説明する。

いま、正常な状態で重心動揺測定が行われた結果、被験者の重心の動揺が大きいものであった場合を想定する。この場合は、Ｌの増加分がＷの増加分に対して大きくなるので、結果として、Ｌ／Ｗの値は大きくなる。図５は、同一の被験者に対して、正常な状態で重心動揺測定が３回行われた結果、当該被験者の重心の動揺（測定結果であるＬの値）が通常範囲内であった場合の測定データを示す図である。また、図６は、同一の被験者に対して、正常な状態で重心動揺測定が３回行われた結果、当該被験者の重心の動揺（測定結果であるＬの値）が通常範囲を超える大きなものであった場合の測定データを示す図である。ここでは、Ｌの値が１０未満である場合は、重心の動揺は通常範囲内であるとみなされる。図５および図６からも理解されるように、正常な状態で重心動揺測定が行われた結果、被験者の重心の動揺が通常範囲を超える大きなものであった場合は、被験者の重心の動揺が通常範囲内であった場合に比べて、Ｌ／Ｗの値が大きくなることが分かる。

次に、測定面１１に載った被験者が手を動かした状態で、重心動揺測定が行われた場合（つまり、正常な状態で重心動揺測定が行われなかった場合の一態様）を想定する。この場合は、Ｗの増加分がＬの増加分に対して大きくなるので、結果としてＬ／Ｗの値は小さくなる。図７は、同一の被験者が手を動かした状態で、重心動揺測定が３回行われた場合の測定データを示す図である。図５乃至図７からも理解されるように、被験者が手を動かした状態で重心動揺測定が行われた場合は、正常な状態で重心動揺測定が行われた場合に比べて、Ｌ／Ｗの値が小さくなることが分かる。

さらに、測定面１１に載った被験者が運動直後の状態で、重心動揺測定が行われた場合（つまり、正常な状態で重心動揺測定が行われなかった場合の他の態様）を想定する。この場合も、Ｗの増加分がＬの増加分に対して大きくなるので、結果としてＬ／Ｗの値は小さくなる。図８は、同一の被験者が運動直後の状態で、重心動揺測定が２回行われた場合の測定データを示す図である。図５、図６および図８からも理解されるように、被験者が運動直後の状態で重心動揺測定が行われた場合は、正常な状態で重心動揺測定が行われた場合に比べて、Ｌ／Ｗの値が小さくなることが分かる。

本実施形態では、測定期間における被験者の状態が、正常に重心動揺測定を行うことができたような状態ではなかったときは、Ｗの増加分がＬの増加分よりも大きくなることに着目し、ＬとＷとの比に基づいて、正常な状態で重心動揺測定が行われていたか否かを判定することを特徴とする。詳述すると、メイン制御装置３０は、Ｌ／Ｗの値が所定の閾値以上の場合は、正常な状態で重心動揺測定が行われていたと判定し、Ｌ／Ｗの値が所定の閾値を下回る場合は、正常な状態で重心動揺測定が行われていなかったと判定する。本実施形態では、所定の閾値は「５０」に設定されているが、これに限らず、所定の閾値は任意の値に設定可能である。要するに、所定の閾値は、正常な状態で重心動揺測定が行われていたか否かを判定可能な値であればよい。
また、閾値の決定方法も任意である。例えば上述の実施形態のように、複数回に亘る個人の測定結果に基づいて閾値を決定してもよいし、複数の被験者の各々の少なくとも１回の測定結果に基づいて閾値を決定することもできる。

以上に説明したように、メイン制御装置３０は、重心動揺測定が行われるたびに、正常な状態で重心動揺測定が行われていたか否かを判定する判定処理を実行するので、従来のように、測定者が、測定期間にわたって被験者の状態を観察する必要は無く、測定者による見落としが発生することもない。すなわち、本実施形態によれば、測定者の負担を軽減しつつ測定の信頼性を十分に確保可能な重心動揺計を提供できるという利点がある。

＜Ｂ：変形例＞
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下の変形が可能である。また、以下に示す変形例のうちの２以上の変形例を組み合わせることもできる。

（１）変形例１
上述の判定処理では、メイン制御装置３０は、体重当たりの荷重変動平均値Ｗに対する単位時間軌跡長Ｌの割合（Ｌ／Ｗ）に基づいて、正常な状態で重心動揺測定が行われていたか否かを判定しているが、これに限らず、例えばメイン制御装置３０は、単位時間軌跡長Ｌに対する体重当たりの荷重変動平均値Ｗの割合（Ｗ／Ｌ）に基づいて、正常な状態で重心動揺測定が行われていたか否かを判定することもできる。この態様では、上述の実施形態とは反対に、メイン制御装置３０は、Ｗ／Ｌの値が所定の閾値を上回る場合は、正常な状態で重心動揺測定が行われていなかったと判定するという具合である。要するに、本発明の形態としては、正常な状態で重心動揺測定が行われていなかったときは、測定面１１における被験者の重心位置の変動量よりも測定面１１に垂直に作用する荷重の変動量の方が大きくなることに着目し、測定面１１における被験者の重心位置の変動量を示す第１指標と、測定面１１に垂直に作用する荷重の変動量を示す第２指標との比に基づいて、正常な状態で重心動揺測定が行われていたか否かを判定する態様であればよい。

（２）変形例２
上述の実施形態では、測定期間の後に判定処理が実行されているが、これに限らず、測定期間の途中で判定処理が実行される態様であってもよい。この態様では、メイン制御装置３０は、その途中の時点におけるＬ／Ｗを求めて、その値が所定の閾値を下回る場合は、エラーメッセージを表示部２２に表示するように、表示ユニット２０を制御するという具合である。

１０……載台、１１……測定面、１２……荷重センサ、２０……表示ユニット、２１……入力キー、２２……表示部、３０……メイン制御装置、４０……表示部制御ボード、１００……重心動揺計、Ｌ……単位時間軌跡長、Ｗ……体重当たりの荷重変動平均値。

Claims (3)

1. 被験者が載る測定面を有する載台と、
   前記測定面における複数の領域と１対１に対応して設けられるとともに、前記各領域に垂直に作用する荷重値を検出するための複数の荷重センサと、
   前記各荷重センサで検出される荷重値に基づいて、前記測定面における前記被験者の重心位置の変動量を示す第１指標を算出する第１指標算出部と、
   前記各荷重センサで検出される荷重値に基づいて、前記測定面に垂直に作用する荷重の変動量を示す第２指標を算出する第２指標算出部と、
   前記第１指標と前記第２指標との比に基づいて、正常な状態で重心動揺測定が行われていたか否かを判定する判定部と、を備える、
   ことを特徴とする重心動揺計。
2. 前記第１指標算出部は、
   前記重心動揺測定が行われる測定期間において、所定の周期でサンプリングタイミングに到達するたびに、前記各荷重センサで検出される荷重値に基づいて前記測定面における前記被験者の重心位置を算出する重心位置算出部と、
   前記測定期間において前記重心位置算出部で算出された重心位置を繋いで得られる総軌跡長を、前記測定期間の時間長で割ることで単位時間軌跡長を算出する単位時間軌跡長算出部と、を含み、
   前記第１指標は、前記単位時間軌跡長であり、
   前記第２指標算出部は、
   前記測定期間において、前記サンプリングタイミングに到達するたびに、前記各荷重センサで検出される荷重値を合計して前記被験者の瞬時体重値を算出する瞬時体重値算出部と、
   前記測定期間内の各サンプリングタイミングで算出された前記瞬時体重値の合計を、前記サンプリングタイミングの数で割ることで前記被験者の体重値を算出する体重値算出部と、
   前記瞬時体重値と前記体重値との差を示す瞬時荷重変動値を、前記サンプリングタイミングごとに算出する瞬時荷重変動値算出部と、
   前記各サンプリングタイミングにおける前記瞬時荷重変動値の絶対値の平均を前記体重値で割ることで、体重当たりの荷重変動平均値を算出する荷重変動平均値算出部と、を含み、
   前記第２指標は、前記体重当たりの荷重変動平均値である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の重心動揺計。
3. 前記判定部は、
   前記体重当たりの荷重変動平均値に対する前記単位時間軌跡長の割合が所定の閾値を下回る場合は、正常な状態で重心動揺測定が行われていなかったと判定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の重心動揺計。
   

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