JP5632877B2

JP5632877B2 - 重心動揺計測システム

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Publication number: JP5632877B2
Application number: JP2012096115A
Authority: JP
Inventors: 仁村瀬
Original assignee: アニマ株式会社
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2032-04-19
Also published as: JP2013223542A

Description

本発明は、重心動揺計測システムに関するものである。

身体動揺の観察は平衡機能のメカニズムを理解する上で重要である。現在、身体動揺の観察は、主として重心動揺計を用いて行われており、重心動揺計を用いた静的体平衡機能検査では幾つかの手法で静止重心動揺の定量化が行われている（特許文献１−３）。

動的な体平衡機能を知ることも重要である。動的体平衡機能を評価するための検査法として、Body Tracking Test (以下ＢＴＴと略す) が提案されている（非特許文献１、２）。ＢＴＴは、視標の移動刺激にあわせて重心を移動させて、その追随機能を評価して動的体平衡機能を見るための検査システムである。ＢＴＴを用いた評価手法について色々検討されており、ＢＴＴの結果は、例えば、１０段階評価法等（非特許文献２）により評価されるが、定量的な評価手法に用い得る解析パラメータについては未だ開発途中にあるのが実状である。また、静止重心動揺の定量化に用いられる各種パラメータは、動的体平衡機構の定量化には必ずしも有効ではない。

特開平４−２８３５３特開平８−２２４２２３特開２００５−１５２２１５吉田友英, 小田恂, 長舩宏隆, 宮地麻美子, 山本昌彦, 他: BodyTracking Test による追随機能の評価法.Equilibrium Research 1997; 56: 39―44. 吉田友英, 山本昌彦, 野村俊之, 瀬戸陽, 小林真由美, 他: BodyTracking Test（BTT）の定量的評価法.EquilibriumResearch 2003; 62 : 47―54.

本発明は、重心動揺計を用いた動的平衡機能検査において、動揺を定量化できる重心動揺計測システムを提供することを目的とするものである。

本発明が採用した第１の技術手段は、
フォースプレートと、
前記フォースプレートにより検出された荷重データを用いてＸＹ平面上の重心座標を取得する重心座標取得手段と、
解析パラメータ算出手段と、
を備え、
前記重心座標取得手段は、前記フォースプレート上で直立姿勢にある被験者が予め決められたパターンに従って重心移動する間の当該被験者の重心座標を所定時間毎に取得するものであり、
前記解析パラメータ算出手段は、
ＸＹ平面上の重心座標の散布データを代表する直線を取得する第１算出手段、
あるいは／および、
ＸＹ平面上の重心座標の散布データの密集度を取得する第２算出手段、
を備えており、
第１算出手段で取得した前記直線の角度、あるいは／および、第２算出手段で取得した前記密集度を動的平衡機能検査における解析パラメータとして用いる、重心動揺計測システム、である。
１つの態様では、前記第１算出手段は、ＸＹ平面上の重心座標の軌跡からなる重心図において、当該重心図における重心座標の散布データを代表する直線を取得する。
１つの態様では、前記第２算出手段は、ＸＹ平面上の重心座標の軌跡からなる重心図において、当該重心図における重心座標の散布データの密集度を取得する。

１つの態様では、
前記重心動揺計測システムは、前記荷重データあるいは前記重心座標を用いてＸＹ平面上の重心移動速度を取得する重心移動速度取得手段を備えており、
前記重心移動速度取得手段は、前記フォースプレート上で直立姿勢にある被験者が予め決められたパターンに従って重心移動する間の当該被験者の重心の移動速度を所定時間毎に取得するものであり、
前記解析パラメータ算出手段は、
ＸＹ平面上の重心移動速度の散布データを代表する直線を取得する第３算出手段、
あるいは／および、
ＸＹ平面上の重心移動速度の散布データの密集度を取得する第４算出手段、
を備えており、
第３算出手段で取得した前記直線の角度、あるいは／および、第４算出手段で取得した前記密集度を動的平衡機能検査における解析パラメータとして用いる。
１つの態様では、前記第３算出手段は、ＸＹ平面上の重心の移動速度の軌跡からなる速度図において、当該速度図における移動速度の散布データを代表する直線を取得する。
１つの態様では、前記第４算出手段は、ＸＹ平面上の重心の移動速度の軌跡からなる速度図において、当該速度図における移動速度の散布データの密集度を取得する。

本発明が採用した第２の技術手段は、
フォースプレートと、
前記フォースプレートにより検出された荷重データを用いてＸＹ平面上の重心の移動速度を取得する重心移動速度取得手段と、
解析パラメータ算出手段と、
を備え、
前記重心移動速度取得手段は、前記フォースプレート上で直立姿勢にある被験者が予め決められたパターンに従って重心移動する間の当該被験者の重心の移動速度を所定時間毎に取得するものであり、
前記解析パラメータ算出手段は、
ＸＹ平面上の重心移動速度の散布データを代表する直線を取得する第１算出手段、
あるいは／および、
ＸＹ平面上の重心移動速度の散布データの密集度を取得する第２算出手段、
を備えており、
第１算出手段で取得した前記直線の角度あるいは／および第２算出手段で取得した前記密集度を動的平衡機能検査における解析パラメータとして用いる、重心動揺計測システム、である。
１つの態様では、前記第１算出手段は、ＸＹ平面上の重心の移動速度の軌跡からなる速度図において、当該速度図における移動速度の散布データを代表する直線を取得する。
１つの態様では、前記第２算出手段は、ＸＹ平面上の重心の移動速度の軌跡からなる速度図において、当該速度図における移動速度の散布データの密集度を取得する。

１つの態様では、
前記重心動揺計測システムは、フォースプレート上の被験者の前方に所定距離をおいて位置する表示部を備えており、
前記表示部は、移動視標と、前記重心座標取得手段により取得される重心座標に対応する表示であって、取得された重心座標に応じて前記視標の移動方向に移動可能な重心位置表示と、を被験者に提示するものであり、
前記重心座標取得手段は、前記視標の移動に応じて、フォースプレート上の被験者が重心位置表示を視標に追随させるように重心移動する間の当該被験者の重心座標を所定時間毎に取得するものである。
なお、本発明に係る重心動揺計測システムは典型的には、上記表示部を備えており、視覚的な刺激に基づいて所定のパターンにしたがって重心移動するが、表示部を用いずに、足載せ台上で直立姿勢にある被験者が一定のテンポやリズム（例えば、聴覚的な刺激や振動を用いる、あるいは、被験者自らテンポやリズムを取る）で重心移動する間の当該被験者の重心座標の時系列データを取得してもよい。

１つの態様では、移動視標は、予め決められた所定時間（例えば６０秒間）内、水平方向あるいは垂直方向に一定の速度で往復運動する。重心座標取得手段により取得される重心座標に対応する重心位置表示は、移動視標の移動に追随するように、水平方向あるいは垂直方向に移動する。
１つの態様では、前記重心座標取得手段は、移動視標の水平方向の定速移動に応じて、被験者が重心位置表示を移動視標に追随させるように左右方向に重心移動する間、あるいは、移動視標の垂直方向の定速移動に応じて、被験者が重心位置表示を移動視標に追随させるように前後方向に重心移動する間の当該被験者の重心座標の時系列データを取得する。
１つの態様では、移動視標は、予め決められた変化する速度、あるいは、ランダムな速度で移動する。

１つの態様では、前記予め決められたパターンは、直立姿勢ないし立位姿勢での左右往復動、前後往復運動、斜め往復動、時計回り回転運動、反時計回り回転運動、から選択される。
１つの態様では、被験者は、左右往復動、前後往復運動、斜め往復動、時計回り回転運動、反時計回り回転運動のいずれかを所定時間だけ繰り返し、所定の繰り返し動作で重心移動する間の当該被験者の重心座標を所定時間毎に取得し、また、所定の繰り返し動作で重心移動する間の当該被験者の重心の移動速度を所定時間毎に取得する。
表示部は、被験者に所定の重心移動を促すように、移動視標、重心位置表示を被験者に提示する。

１つの態様では、前記散布データを代表する直線は、前記重心図あるいは／および速度図における散布データの主成分分析による第１主成分の直線として取得される。
第１主成分の直線を取得するための計算手法は幾つもあることは当業者に知られており、重心座標（ｘ、ｙ）のデータセットや重心移動速度（ｘ、ｙ）のデータセットをパラメータ算出手段（コンピュータの演算手段、演算の実行するためのプログラム等から構成することができる）に入力して、第１主成分の直線（ｙ＝ａｘ＋ｂ）を出力することができる。

１つの態様では、前記散布データを代表する直線は、前記重心図あるいは／および速度図における散布データの回帰分析による回帰直線として取得される。
回帰直線を取得するための計算手法は幾つもあることは当業者に知られており、重心座標（ｘ、ｙ）のデータセットや重心移動速度（ｘ、ｙ）のデータセットをパラメータ算出手段（コンピュータの演算手段、演算の実行するためのプログラム等から構成することができる）に入力して、第１主成分の直線（ｙ＝ａｘ＋ｂ）を出力することができる。

１つの態様では、前記直線のＸＹ平面上の基準となる軸に対する角度を解析パラメータとして用いる。直線から当該直線の角度を計算することは周知である。基準となる軸は、典型的には、Ｘ軸あるいはＹ軸である。

散布データの密集度は、ＸＹ座標上で散らばったデータの集中度合いの指標である。
密集度は、散布データを代表するものとして取得した直線のあてはまりの良さの尺度として捉えることも可能である。このような尺度しては、例えば、相関係数、決定係数（相関係数の２乗）が知られている。
１つの態様では、前記密集度は、前記重心図あるいは／および速度図における散布データの相関係数に基づいて取得する。
１つの態様では、前記密集度は、前記重心図あるいは／および速度図における散布データの決定係数に基づいて取得する。
相関係数や決定係数を算出するための計算手法は当業者に知られている。

１つの態様では、前記密集度は、前記重心図あるいは／および速度図における各散布データと、前記散布データを代表する直線と、の距離に基づいて取得する。
散布データを代表する直線が第１主成分を表す直線である場合には、第１主成分と第２主成分は直交するため、上記距離は、第２主成分スコアを用いて算出してもよい。
また、散布データを代表する直線が第１主成分を表す直線である場合に、上記相関係数として第１主成分と散布データとの間の因子負荷量を用いてもよい。

本発明は、フォースプレート上で直立姿勢にある被験者が予め決められたパターンに従って重心移動する間の当該被験者の重心座標を重心動揺計で取得する動的平衡機能検査において、動揺を定量化できる解析パラメータを提供する。

本発明は、ＢＴＴの結果の分析に有用な解析パラメータを提供することができる。

ＢＴＴシステムを備えた重心動揺計測システムの概略図である。解析パラメータの取得を示すグロック図である。ＢＴＴシステムの表示部を示す図である。ＢＴＴシステム（左右）を説明する図である。ＢＴＴシステム（前後）を説明する図である。ＢＴＴ（前後）により得られた重心動揺図の一例を示す。ＢＴＴ（左右）により得られた重心動揺図の一例を示す。ＢＴＴ（左右）結果の一例を示す。ＢＴＴ（前後）結果の一例を示す。ＢＴＴ（反時計方向円追随刺激）の結果の一例を示す。本発明に係る解析パラメータ（角度）を用いた解析結果の一例を示す。本発明に係る解析パラメータ（角度）を用いた解析結果の一例を示す。本発明に係る解析パラメータ（密集度）を用いた解析結果の一例を示す。本発明に係る解析パラメータ（密集度）を用いた解析結果の一例を示す。

本実施形態は、ＢＴＴシステムを備えた重心動揺計測システムに関するものである。ＢＴＴシステムは、定量的な刺激である視標の動きを重心移動によって追随させて動的体平衡機能をみるための検査システムであり、重心を移動させて動く視標（視覚からの移動刺激）に追随させる能力を、重心動揺計を用いて判定するものである。

ＢＴＴシステムのハードウェア構成は、重心動揺計と、ディスプレイ（モニター）と、１つあるいは複数のコンピュータ（データを入力するための入力手段、処理されたデータを出力するための出力手段、主としてＣＰＵから構成される演算手段／制御手段、所定のプログラム、入力データ、計測データ、算出データ等を記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶手段、これらを接続するバス、を備えている）と、から構成することができる。

重心動揺計は、被験者が載る足載せ台と、足載せ台の所定の複数箇所に作用する荷重を検出する荷重検出手段と、を備えるフォースプレートと、前記荷重データを用いてＸＹ平面上の重心座標（ＣＯＰ）の時系列データを取得する重心座標取得手段と、を備えている。重心動揺計は、さらに、重心座標（ＣＯＰ）の時系列データを用いてＸＹ平面上の重心移動速度を取得する重心移動速度取得手段を備えている。重心座標取得手段、重心移動速度取得手段は、コンピュータの演算手段によって構成することができる。重心座標（ＣＯＰ）の時系列データから重心図（ＸＹ平面上にＣＯＰの移動軌跡を表示した図：重心動揺Ｘ−Ｙ記録）、重心移動速度の時系列データから速度図（ＸＹ平面上に重心移動速度の軌跡を表示した図：重心動揺速度Ｘ−Ｙ記録）を取得することができる。図６〜図１０において重心図、速度図が示してあるが、散布データが記憶手段に記憶されており、後述する解析パラメータの計算が可能な状態であればよく、重心図、速度図を、表示手段に表示することは必須ではない。

図１に示すフォースプレートは、平面視二等辺三角形状の形状を備えた可搬式のフォースプレートである。フォースプレートは、平面視二等辺三角形状の踏み台と、踏み台の３つの頂点の下方に位置して配置された３つのロードセル（荷重検知センサ）と、を備えている。ロードセルは３分力センサで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の荷重出力を検出する。フォースプレートの形状や荷重センサの個数は限定されず、例えば、略四角形状の踏み板と、踏み板の四隅部に配置した４つのロードセルと、からなるフォースプレートを用いてもよい。

３つの荷重センサで取得された値から荷重の作用中心点（ＣＯＰ：Center of Pressure）が取得され、ＣＯＰをＸＹ座標上での重心位置とみなす。ＣＯＰの座標は、踏み台（床面）の面方向のＸＹ平面として、ＸＹ座標で取得される。各ロードセルで取得される荷重情報（ｚ、ｙ、ｚ方向）は、逐次コンピュータに送信され、コンピュータの演算手段でＣＯＰを逐次（０.０１秒、０．００５秒、０．００１秒等の単位時間毎）求めることで、ＣＯＰ（ＸＹ座標値）の時系列データを取得することができる。重心位置の計算に用いた荷重情報及び得られた重心位置のデータ（ＸＹ座標値）は、取得時間と共に記憶手段に記憶され、測定開始時から測定終了時までの重心位置の経時的な移動軌跡が得られる。典型的には、得られた移動軌跡は、表示手段に重心図として表示され、移動軌跡の形状は平衡機能検査に用いられ得るが、後述する解析パラメータを計算するためには重心動揺軌跡がデータとして得られていればよく、本発明において、重心動揺軌跡を表示手段に表示することは必須ではない。また、取得した重心座標（ＣＯＰ）のデータ（ＸＹ座標）と取得時刻から重心の移動速度（ｘ方向速度、ｙ方向速度）を所定時間毎に算出することができる。典型的には、得られた重心移動速度の軌跡は、表示手段に速度図として表示されるが、後述する解析パラメータを計算するためには重心移動速度（ｘ方向速度、ｙ方向速度）がデータとして得られていればよく、本発明において、重心移動速度を表示手段に表示することは必須ではない。なお、重心移動速度を求めることは公知であって、例えば特許第２８３１６１９号に記載されている。

重心動揺計測システムの標準解析項目として、総軌跡長、単位軌跡長、単位面積軌跡長、外周面積、矩形面積、実効値面積、さらには、動揺平均中心変位、動揺中心変位、ロンベルグ率、パワースペクトル、位置ベクトル、速度ベクトル、振幅確率密度分布等があるが、これらの算出手段、解析手段は、重心動揺計及びコンピュータ（データを入力するための入力手段、処理されたデータを出力するための出力手段、主としてＣＰＵから構成される演算手段／制御手段、所定のプログラム、入力データ、計測データ、算出データ等を記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶手段、これらを接続するバス、を備えている）から構成することができる。また、これらの解析は、主として重心動揺計を用いた静的体平衡機能検査に適用されるものであり、ＢＴＴ等の動的体平衡機能検査の解析においては、必ずしも有効ではない。

フォースプレート上の被験者の前方に所定距離をおいて位置する表示部はディスプレイから構成することができる。ディスプレイは、移動視標と、重心位置表示と、を画面に表示して、フォースプレート上の被験者に提示する。ディスプレイはコンピュータと接続されており、移動指標は、コンピュータの制御手段によって予め決められたパターンでディスプレイの画面上を移動するように制御されている。予め決められたパターンとしては、左右方向の往復動、上下方向の往復動、時計方向回りの回転運動、反時計方向回りの回転運動、が例示される。１つの態様では、移動視標は一定の速さで運動するが、移動視標の速度をランダムに変更させてもよい。

重心位置表示は、重心座標取得手段により取得されるフォースプレート上の被験者の重心座標に対応する表示であって、取得されたフォースプレート上の被験者の重心座標に応じて、移動視標に追随して移動視標と同じ方向に移動できるように構成されている。１つの態様では、重心位置表示は、水平状のバーに沿って左右方向に移動可能となっており、重心動揺計の上に、被験者が閉足位で直立静止した時の重心位置が、水平状のバーの長さ方向の中央に位置するように設定されている。この状態から、被験者が体を左側に傾けると、重心動揺計で取得される重心位置が左側に移動し、重心位置の移動に応じて重心位置表示が左側に移動し、被験者が体を右側に傾けると、重心動揺計で取得される重心位置が右側に移動し、重心位置の移動に応じて重心位置表示が右側に移動する。

重心座標取得手段は、視標の移動に応じて、フォースプレート上の被験者が重心位置表示を視標に追随させるように重心移動する間の当該被験者の重心座標を所定時間毎に取得する。ディスプレイの画面の高さは、移動指標、重心位置表示が、フォースプレート上の被験者の視線の高さに合わせることができるように調整可能である。

ディスプレイの画面上に表示された移動視標及び重心位置表示において、移動視標の移動パターン、移動速度、タイミング等、重心位置表示の表示ゲイン、追随速度、タイミング等は、コンピュータの制御手段によって制御される。典型的な態様では、前記表示部は、水平方向に定速移動する移動視標、あるいは、垂直方向に定速移動する移動視標と、当該移動視標の移動に追随するように水平方向あるいは垂直方向に移動可能な重心位置表示、をフォースプレート上の被験者に提示する（図１、図３参照）。

水平方向（左右方向）に移動する移動視標（視標移動刺激表示）は、フォースプレート上の被験者に立位姿勢での左右往復揺動を促すものである。垂直方向（上下方向）に移動する移動視標（視標移動刺激表示）は、フォースプレート上の被験者に立位姿勢での前後往復揺動を促すものであり、１つの態様では、上が前方向で下が後方向となる。移動視標の左右方向の移動に従って、被験者が重心位置表示を移動視標に追随するように左右方向に重心移動し、移動視標の上下方向に移動に従って、被験者が重心位置表示を移動視標に追随するように前後方向に重心移動を行う。

重心座標取得手段は、視標の水平方向の移動に応じて、被験者が重心位置表示を視標に追随させるように左右方向に重心移動した時、あるいは、視標の垂直方向の移動に応じて、被験者が重心位置表示を視標に追随させるように前後方向に重心移動した時、当該被験者の重心座標（ＣＯＰ）のデータを所定時間毎に取得する。取得した重心座標（ＣＯＰ）のデータ（ＸＹ座標）は取得時刻と共に記憶手段に記憶される。重心移動速度取得手段は、取得した重心座標（ＣＯＰ）のデータ（ＸＹ座標）と取得時刻から重心の移動速度（ｃｍ／秒）を算出し、算出した重心の移動速度は記憶手段に記憶される。

ＢＴＴを備えた重心動揺計測システムを用いた動的平衡機能検査について説明する。重心動揺計の重心移動出力をオンラインにてコンピュータに入力し、同時に表示部のモニター画面上に視刺激の移動視標と重心位置表示を表示する。モニター画面上に表示された移動視標を、重心の移動を自身で行うことによって追随することを指示する。モニター画面上で移動する視標が緑で、被検者の重心位置が赤で表示される。左右方向定速刺激ＢＴＴ、前後方向定速刺激ＢＴＴのモニター画面を図３に示す。左右方向定速刺激は、１４インチモニター画面上にて１５cmの長さを視標移動範囲とし、ＢＴＴの視標移動は、モニター画面に向かって右方向が右移動方向、左方向が左移動方向であり、前後方向定速刺激ＢＴＴの視標移動は、モニター画面に向かって上方向が前移動方向、下方向が後移動方向と設定した。データは、６０秒間記録、Ａ／Ｄ変換は、５０msecサンプリングで行った。

ディスプレイの画面と被験者との距離を１００cmとして、被験者を、重心動揺計の上に、日本平衡神経科学会の重心動揺検査法の基準姿勢（被験者が上肢を体側に寄せた状態で直立・閉足位とした立位姿勢）で重心動揺計の上に立たせる。モニター画面の視標の高さは、被験者の目の高さとする。重心位置表示の表示ゲインは、実際の１０mmの重心移動を２０mmと表示する２倍のゲインを用いた。上肢は体側に寄せた状態で直立・閉足位で立った被験者は、前方の画面に現れる移動刺激に重心位置表示が追随するように重心を移動させる。１つの視刺激検査時間は６０秒間で、前後・左右の移動刺激を使う。追随時に、被験者は上体、下腿を動かしながら重心移動を試みる。重心位置（ＣＯＰ）は、０．０５秒毎に取得し、１２０１個の座標値が得られる。１２０１個の座標値をＸＹ座標にプロットすると重心図が得られる。また、得られた１２０１個の座標値（時系列データ）から、０．０５秒毎の重心の移動速度（ｘ方向速度、ｙ方向速度）を計算することができ、移動速度データをＸＹ座標にプロットすると速度図が得られる。

本発明に係る重心動揺計測システムにおいて、解析パラメータ算出手段は、第１算出手段〜第４算出手段を備えており、第１算出手段で取得した前記直線の角度、第２算出手段で取得した前記密集度、第３算出手段で取得した前記直線の角度、第４算出手段で取得した前記密集度、を動的平衡機能検査における解析パラメータとして用いる。

第１算出手段は、ＸＹ平面上の重心座標の軌跡からなる重心図（実際に表示することは必須ではない）において、当該重心図における重心座標の散布データを代表する直線を取得し、当該直線の角度を解析パラメータとする。より具体的には、ＢＴＴによって取得された被験者の重心座標（ｘ、ｙ）セットからなる散布データを代表する直線を、散布データの主成分分析による第１主成分の直線、あるいは、回帰直線、として取得する。

第２算出手段は、ＸＹ平面上の重心座標の軌跡からなる重心図（実際に表示することは必須ではない）において、当該重心図における重心座標の散布データの密集度を取得し、当該密集度を解析パラメータとする。より具体的には、ＢＴＴによって取得された被験者の重心座標（ｘ、ｙ）セットからなる散布データの相関係数、あるいは、決定係数（相関係数の２乗）を計算し、密集度として採用する。

第３算出手段は、ＸＹ平面上の重心の移動速度の軌跡からなる速度図（実際に表示することは必須ではない）において、当該速度図における移動速度の散布データを代表する直線を取得し、当該直線の角度を解析パラメータとする。より具体的には、ＢＴＴによって取得された被験者の重心移動速度（ｘ、ｙ）セットからなる散布データを代表する直線を、散布データの主成分分析による第１主成分の直線、あるいは、回帰直線、として取得する。

第４算出手段は、ＸＹ平面上の重心の移動速度の軌跡からなる速度図（実際に表示することは必須ではない）において、当該速度図における移動速度の散布データの密集度を取得し、当該密集度を解析パラメータとする。より具体的には、ＢＴＴによって取得された被験者の重心移動速度（ｘ、ｙ）セットからなる散布データの相関係数、あるいは、決定係数（相関係数の２乗）を計算し、密集度として採用する。

第１主成分の直線や回帰直線を取得するための計算手法は幾つもあることは当業者に知られており、重心座標（ｘ、ｙ）のデータセットや重心移動速度（ｘ、ｙ）のデータセットをパラメータ算出手段（コンピュータの演算手段、演算の実行するためのプログラム等から構成することができる）に入力して、第１主成分の直線や回帰直線（ｙ＝αｘ＋β）を出力することができる。また、第１主成分の直線や回帰直線の当てはまりの具合を示す指標としての相関係数や決定係数を計算すること自体は当業者に知られている。

図６、図７を参照しつつ、第１算出手段（第３算出手段）、第２算出手段（第４算出手段）の具体例について説明する。ここでは、散布データと直線の距離の平方和を最小にする直線を求める。これは、散布データの主成分分析による第１主成分の直線を求めることに相当する。散布データの各点（ｘ、ｙ）とｙ＝αｘ＋βとの距離を関数で表し、関数が最小となるαを求めればよい。算出過程の全ての式を記載することは冗長であり、また、本実施形態を実施する上で必ずしも必要ではないので、解析パラメータの算出に直接関係する変数や式についてのみ述べる。なお、直線の角度、密集度を求めるための下記変数は例示であって、最終的に直線の角度、密集度が得られればよく、他の変数を用いて角度、密集度を算出してもよいことが当業者に理解される。

図６、図７において、１２０１個のデータ（ｘ、ｙ）に基づいて、以下の変数が計算される。
S_xx：ｘの標本分散（解析パラメータの算出においてはｘの平方和と等価）
S_yy：ｙの標本分散（解析パラメータの算出においてはｙの平方和と等価）
S_xy：ｘ、ｙの共分散（解析パラメータの算出においてはｘｙの積和と等価）
D＝（S_xx−S_yy）^２＋４S_xy ^２
λ₁＝（S_xx−S_yy−√Ｄ）／２S_xy
λ₂＝（S_yy−S_xx＋√Ｄ）／２S_xy
α：求める直線の傾き
β：求める直線の切片
ｒ＝√Ｄ／（S_xx＋S_yy）
R2＝ｒ^２
である。
αについての分布関数の微分は｛S_xy(α−λ_１)（α−λ_２）｝／（α^２＋１）^２であり、S_xy＞０、S_xy＜０のいずれの場合においても、α＝λ₂で最小値となる。

図６では、１２０１個のデータ（ｘ、ｙ）に基づいて、
S_xx：０．２９２０８２６４１
S_yy：５．２７６７６７７１８
S_xy：０．２３３９４４
D＝２５．０６６００４
λ₁＝−０．０４６８２９５７６
λ₂＝２１．３５４０２６１３
α：２１．３５４０３
β：８．３２６×１０^−６
ｒ＝０．８９９０３６
R2＝０．８０８２６５
が得られている。
傾きαから計算される角度は、ｙ軸を基準として、−１７７．３１８８度、あるいは、＋２．６８１１７８度である。

図７では、１２０１個のデータ（ｘ、ｙ）に基づいて、
S_xx：２．３２４７６５０６３
S_yy：０．３５１６４４５０２
S_xy：０．５９７９５
D＝５．３２３３８０２
λ₁＝−３．５７９２０２１１４
λ₂＝０．２７９３９１８７８
α：−３．５７９２
β：８．３２６×１０^−７
ｒ＝０．８６２０６７
R2＝０．７４３１６
が得られている。
傾きαから計算される角度は、ｙ軸を基準として、−１０５．６０９９度、あるいは、＋７４．３９００７度である。

ＢＴＴ（左右）結果の一例を図８に、ＢＴＴ（前後）結果の一例を図９に示す。被験者は、身長１６２．０ｃｍ、体重４５．０ｋｇ、３７才の女性である。実験条件は、眼：開眼、時間：５９．９５秒、周期：５０ｍｓ（２０Ｈｚ）である。図８、図９には、それぞれ、時間に伴う前後変動を示した図、時間に伴う左右変動を示した図、重心図、速度図が示してある。

図８に示すように、重心図において、回転方向：左偏倚、直線の角度：−１．１７（度）、密集度：０．８１が得られている。速度図において、回転方向：左偏倚、直線の角度：−６．６８（度）、密集度：０．６８が得られている。

図９に示すように、重心図において、回転方向：右偏倚、直線の角度：１．５３（度）、密集度：０．８２が得られている。速度図において、回転方向：右偏倚、直線の角度：３．０３（度）、密集度：０．７４が得られている。

ＢＴＴ（反時計方向円追随刺激）結果の一例を図１０に示す。被験者は、身長１５７．０ｃｍ、体重４３．０ｋｇ、６９才の女性である。実験条件は、眼：開眼、時間：６０．００秒、周期：５０ｍｓ（２０Ｈｚ）である。図１０に、時間に伴う前後変動を示した図、時間に伴う左右変動を示した図、重心図、速度図が示してある。

図１０に示すように、重心図において、直線の角度：８１．１０（度）、密集度：０．１２が得られている。速度図において、直線の角度：８４．０４（度）、密集度：０．０４が得られている。なお、密集度は円運動の「ゆがみ」を見ていると考えられ、ゆがみが無ければ密集度は０になり、方向性を含んだゆがみが出てくると密集度は大きくなる。

図１１に、左右方向ＢＴＴ、速度図に基づく解析で得られた方向角について、ＶＮ（前庭神経炎患者）と正常者の分布を示す。図１１において、ＬＶＮ（左側前庭神経炎患者）、ＲＶＮ（右側前庭神経炎患者）の主軸の方向角（速度図の散布データを代表する直線の角度）は、正常者の主軸の方向角に比べて特徴的であり、速度図の散布データを代表する直線の角度を解析パラメータとして用い得ることが示されている。

図１２に、前後方向ＢＴＴ、速度図に基づく解析で得られた方向角について、ＶＮ（前庭神経炎患者）と正常者の分布を示す。図１２において、ＬＶＮ（左側前庭神経炎患者）、ＲＶＮ（右側前庭神経炎患者）の主軸の方向角（速度図の散布データを代表する直線の角度）は、正常者の主軸の方向角に比べて特徴的であり、速度図の散布データを代表する直線の角度を解析パラメータとして用い得ることが示されている。

図１３に、左右方向ＢＴＴ、速度図に基づく解析で得られた密集度について、正常者の年齢分布（ＳＤで補正）を示す。図１３に示すように、密集度は、年齢にしたがって特徴的な曲線で変化しており、速度図の散布データの密集度を解析パラメータとして用い得ることが示されている。

図１４に、前後方向ＢＴＴ、速度図に基づく解析で得られた密集度について、正常者の年齢分布（ＳＤで補正）を示す。図１４に示すように、密集度は、年齢にしたがって特徴的な曲線で変化しており、速度図の散布データの密集度を解析パラメータとして用い得ることが示されている。

本実施形態では、ＢＴＴを備えた重心動揺計測システムについて、角度、密集度を取得するための構成について説明したが、本発明は実施形態に記載したものに限定されるものではない。例えば、角度、密集度と異なる表現であっても、実質的に角度、密集度と等価な変数を求めることは本発明の範囲に含まれる。また、よく知られた統計分析手段を用いて本発明を改変したものも本発明の範囲に含まれる。

Claims

フォースプレートと、
前記フォースプレートにより検出された荷重データを用いてＸＹ平面上の重心座標を取得する重心座標取得手段と、
解析パラメータ算出手段と、
を備え、
前記重心座標取得手段は、前記フォースプレート上で直立姿勢にある被験者が予め決められたパターンに従って重心移動する間の当該被験者の重心座標を所定時間毎に取得するものであり、
前記重心座標取得手段により取得された重心座標をＸＹ平面上にプロットして得られる重心図上のデータをＸＹ平面上の重心座標の散布データとし、
前記解析パラメータ算出手段は、
前記ＸＹ平面上の重心座標の散布データを代表する直線を取得する第１算出手段、
あるいは／および、
前記ＸＹ平面上の重心座標の散布データの密集度を取得する第２算出手段、
を備えており、
第１算出手段で取得した前記直線の角度、あるいは／および、第２算出手段で取得した前記密集度を動的平衡機能検査における解析パラメータとして用いる、重心動揺計測システム。
前記重心動揺計測システムは、前記荷重データあるいは前記重心座標を用いてＸＹ平面上の重心移動速度（ｘ方向速度、ｙ方向速度）を取得する重心移動速度取得手段を備えており、
前記重心移動速度取得手段は、前記フォースプレート上で直立姿勢にある被験者が予め決められたパターンに従って重心移動する間の当該被験者の重心の移動速度を所定時間毎に取得するものであり、
前記重心移動速度取得手段により取得された重心移動速度をＸＹ平面上にプロットして得られる速度図上のデータをＸＹ平面上の重心移動速度の散布データとし、
前記解析パラメータ算出手段は、
前記ＸＹ平面上の重心移動速度の散布データを代表する直線を取得する第３算出手段、
あるいは／および、
前記ＸＹ平面上の重心移動速度の散布データの密集度を取得する第４算出手段、
を備えており、
第３算出手段で取得した前記直線の角度、あるいは／および、第４算出手段で取得した前記密集度を動的平衡機能検査における解析パラメータとして用いる、請求項１に記載の重心動揺計測システム。
前記重心動揺計測システムは、フォースプレート上の被験者の前方に所定距離をおいて位置する表示部を備えており、
前記表示部は、移動視標と、前記重心座標取得手段により取得される重心座標に対応する表示であって、取得された重心座標に応じて前記視標の移動方向に移動可能な重心位置表示と、を被験者に提示するものであり、
前記重心座標取得手段は、前記視標の移動に応じて、フォースプレート上の被験者が重心位置表示を視標に追随させるように重心移動する間の当該被験者の重心座標を所定時間毎に取得するものである、請求項１、２いずれかに記載の重心動揺計測システム。
前記予め決められたパターンは、直立姿勢での左右往復動、前後往復運動、斜め往復動、時計回り回転運動、反時計回り回転運動、から選択される、請求項１〜３いずれか１項に記載の重心動揺計測システム。
前記散布データを代表する直線は、前記重心座標あるいは／および前記重心移動速度の散布データの主成分分析による第１主成分の直線として取得される、請求項１〜４いずれか１項に記載の重心動揺計測システム。
前記散布データを代表する直線は、前記重心座標あるいは／および前記重心移動速度の散布データの回帰分析による回帰直線として取得される、請求項１〜４いずれか１項に記載の重心動揺計測システム。
前記密集度は、前記重心座標あるいは／および前記重心移動速度の各散布データと、前記散布データを代表する直線と、の距離に基づいて取得する、請求項１〜６いずれか１項に記載の重心動揺計測システム。
前記密集度は、前記重心座標あるいは／および前記重心移動速度の散布データの相関係数に基づいて取得する、請求項１〜６いずれか１項に記載の重心動揺計測システム。
前記密集度は、前記重心座標あるいは／および前記重心移動速度の散布データの決定係数に基づいて取得する、請求項１〜６いずれか１項に記載の重心動揺計測システム。
フォースプレートと、
前記フォースプレートにより検出された荷重データを用いてＸＹ平面上の重心の移動速度を取得する重心移動速度取得手段と、
解析パラメータ算出手段と、
を備え、
前記重心移動速度取得手段は、前記フォースプレート上で直立姿勢にある被験者が予め決められたパターンに従って重心移動する間の当該被験者の重心の移動速度を所定時間毎に取得するものであり、
前記解析パラメータ算出手段は、
ＸＹ平面上の重心移動速度の散布データを代表する直線を取得する第１算出手段、
あるいは／および、
ＸＹ平面上の重心移動速度の散布データの密集度を取得する第２算出手段、
を備えており、
第１算出手段で取得した前記直線の角度あるいは／および第２算出手段で取得した前記密集度を動的平衡機能検査における解析パラメータとして用いる、重心動揺計測システム。
前記重心動揺計測システムは、フォースプレート上の被験者の前方に所定距離をおいて位置する表示部を備えており、
前記表示部は、移動視標と、前記重心座標取得手段により取得される重心座標に対応する表示であって、取得された重心座標に応じて前記視標の移動方向に移動可能な重心位置表示と、を被験者に提示するものであり、
前記重心座標取得手段は、前記視標の移動に応じて、フォースプレート上の被験者が重心位置表示を視標に追随させるように重心移動する間の当該被験者の重心座標を所定時間毎に取得するものである、請求項１０に記載の重心動揺計測システム。
前記予め決められたパターンは、直立姿勢での左右往復動、前後往復運動、斜め往復動、時計回り回転運動、反時計回り回転運動、から選択される、請求項１０、１１いずれかに記載の重心動揺計測システム。
前記散布データを代表する直線は、前記重心移動速度の散布データの主成分分析による第１主成分の直線として取得される、請求項１０〜１２いずれか１項に記載の重心動揺計測システム。
前記散布データを代表する直線は、前記重心移動速度の散布データの回帰分析による回帰直線として取得される、請求項１０〜１２いずれか１項に記載の重心動揺計測システム。
前記密集度は、前記速度移動速度の各散布データと、前記散布データを代表する直線と、の距離に基づいて取得する、請求項１０〜１４いずれか１項に記載の重心動揺計測システム。
前記密集度は、前記重心座標あるいは／および前記重心移動速度の散布データの相関係数に基づいて取得する、請求項１０〜１４いずれか１項に記載の重心動揺計測システム。
前記密集度は、前記重心座標あるいは／および前記重心移動速度の散布データの決定係数に基づいて取得する、請求項１０〜１６いずれか１項に記載の重心動揺計測システム。