JP5992698B2 - 荷重計測システム及び情報処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検者の足圧分布と重心位置とを可視化する荷重計測システム及び情報処理装置に関するものである。

脳卒中などの脳神経系疾患を発症し、右片または左片が麻痺した患者に対しては、従来より、理学療法士等の指導／監視のもとで、運動機能回復訓練が行われてきた。一般に、自立的な生活を営むためには、下肢機能の回復が不可欠であり、運動機能回復訓練においては、下肢機能の回復状態を定量的に評価するために、患者の足圧分布や重心位置の計測等が行われてきた。

一方で、従来より、被検者の足圧分布を計測し可視化する装置として、足圧分布装置が用いられており、また、被検者の重心位置やその軌跡を可視化する装置として、重心動揺計が用いられてきた。

更に、最近では、足圧分布装置の機能と重心動揺計の機能とを持ち合わせたシステム（以下、このようなシステムを荷重計測システムと称す）も提案されている。

特許第２７６０４７４号公報

ここで、上述のような荷重計測システムの場合、通常、重心動揺計の機能を実現するためのセンサ部（荷重検出センサ）として、ストレンゲージ等の歪みゲージが用いられる。ストレンゲージ等の歪みゲージは、被検者が両足を載置する載置板の端部底面において該載置板を支持する支持部に取り付けられ、該支持部の歪みを抵抗の変化として検出することで、載置板に載置された被検者の両足にかかる下向きの力を計測している。

一方、足圧分布装置の機能を実現するためのセンサ部（足圧分布検出センサ）としては、通常、マトリックス状に配列された導電性ゴム等の感圧素子が用いられる。各感圧素子は、載置板の上面（被検者の足裏が直接接触する面）に配され、被検者の足裏によって押圧され押圧方向に変位したことに伴って生じる抵抗の変化を検出することで、載置板に載置された被検者の両足にかかる下向きの力を計測している。

このように、荷重計測システムに用いられる荷重検出センサと足圧分布検出センサとでは、構造上の違いがあり、両者を対比した場合、足圧分布検出センサの方が、経時劣化や摩耗劣化の影響を受けやすいという特性がある。このため、荷重計測システムにおいては、足圧分布検出センサの劣化の度合いを監視しておくことが必要である。

しかしながら、足圧分布検出センサの劣化の度合いを監視するにあたり、例えば、専用の冶具等を用いてユーザに定期的に確認させる構成としてしまうと、ユーザの作業負荷が増加し、利便性が悪い。このため、ユーザの作業負荷を増加させることなく、足圧分布検出センサの劣化の度合いを監視できる構成とすることが望ましい。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、荷重計測システムにおいて、足圧分布検出センサの劣化を容易に監視できるようにすることを目的とする。

本発明の１つの側面は、被検者の足が載置された場合に、該被検者の足にかかる下向きの力を検出するセンサ装置と、該センサ装置において計測された計測結果を処理する情報処理装置と、を備える荷重計測システムに係り、前記センサ装置は、複数の感圧素子が配列された足圧分布検出センサ部と、前記足圧分布検出センサ部が着脱可能に取り付けられる載置部を裏側から支持する複数の支持部に取り付けられ、該複数の支持部それぞれにかかる荷重を検出する荷重検出センサ部と、を備え、前記情報処理装置は、被検者の足圧分布及び重心位置を計測し結果を表示部に表示させる荷重計測部と、前記足圧分布検出センサ部の信頼性を評価し、前記足圧分布検出センサ部の交換が必要な場合に報知する評価部と、を備え、前記荷重計測部は、前記足圧分布検出センサ部の前記複数の感圧素子それぞれにおいて計測された複数の足圧データに基づいて算出される前記被検者の足圧分布を前記表示部に表示させるとともに、前記荷重検出センサ部において計測された複数の荷重データに基づいて算出される前記被検者の重心位置を前記表示部に表示させ、前記評価部は、前記複数の足圧データに基づいて算出される前記被検者の重心位置と、前記複数の荷重データに基づいて算出される前記被検者の重心位置との間の距離を算出し、該算出された距離が所定の閾値以上であった場合に、前記足圧分布検出センサ部の交換が必要であることを報知する。

本発明によれば、荷重計測システムにおいて、足圧分布検出センサの劣化を容易に監視できるようになる。

本発明の一実施形態にかかる荷重計測システムの外観構成を示す図である。 センサ装置の構成を示す図である。 荷重計測システムを構成する情報処理装置の機能構成を示す図である。 荷重計測処理の流れを示すフローチャートである。 荷重計測データ（足圧分布算出用データ及び重心位置算出用データ）に基づく足圧分布表示及び重心位置表示の一例を示す図である。 信頼性評価処理の流れを示すフローチャートである。 評価用データの一例を示す図である。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。

［第１の実施形態］
＜１．荷重計測システムの外観構成＞
図１は、本実施形態に係る荷重計測システム１００の外観構成の一例を示す図である。

図１において、１１０はセンサ装置であり、被検者（患者）が両足を載置するベース部１１１と、該ベース部の外周部側面を取り囲み、センサ装置１１０が載置された床面とベース部１１１の表面との間の段差を滑らかにつなぐためのスロープ部１１２とを備える。

ベース部１１１の表面には、複数の感圧素子（例えば、導電性ゴム）が２次元に配列された足圧分布検出センサ部１１３が配されており、直立した被検者の両足が載置された場合に、被検者の両足の足圧分布を可視化するための足圧データを所定の周期で計測する。

また、ベース部１１１の端部には、複数のストレンゲージ（本実施形態においては４つのストレンゲージ）により構成される荷重検出センサ部１１４が配されており、直立した被検者の両足が載置された場合に、被検者の両足の重心位置を可視化するための荷重データを所定の周期で計測する。

１２０は情報処理装置であり、荷重計測処理時に、足圧分布検出センサ部１１３において計測された足圧データ（計測結果）と荷重検出センサ部１１４において計測された荷重データ（計測結果）とをケーブル１３０を介して取得し、足圧分布表示及び重心位置表示を行う。また、取得した足圧データと荷重データとを用いて、足圧分布検出センサ部１１３の計測精度を評価し、評価結果に基づいて、ユーザに、足圧分布検出センサ部１１３の交換が必要であることを報知する。

なお、以下では、足圧分布検出センサ部１１３を構成する複数の感圧素子それぞれにおいて計測されたデータを「足圧データ」と称し、感圧素子の数に応じた数の足圧データ群を「足圧分布算出用データ」と称する。また、当該足圧分布算出用データを用いて算出された、足圧分布を表示するためのデータを「足圧分布データ」と称することとする。

また、荷重検出センサ部１１４を構成する複数のストレンゲージそれぞれにおいて計測されたデータを「荷重データ」と称し、ストレンゲージの数に応じた数の荷重データ群を「重心位置算出用データ」と称する。また、当該重心位置算出用データを用いて算出された、重心位置を表示するためのデータを「重心位置データ」と称することとする。

更に、足圧分布算出用データと重心位置算出用データとを総称して、「荷重計測データ」と称することとする。

＜２．センサ装置の構成＞
次に、センサ装置１１０の詳細構成について説明する。図１Ｂは、センサ装置１１０の詳細構成を示す図である。図１Ｂに示すように、センサ装置１１０のベース部１１１に対して、足圧分布検出センサ部１１３は、着脱可能に構成されている。これにより、足圧分布検出センサ部１１３が劣化した場合に、足圧分布検出センサ部１１３のみを交換することが可能となる。

足圧分布検出センサ部１１３が着脱可能に取り付けられるベース部１１１には、凹部１１５が設けられており、これにより、足圧分布検出センサ部１１３は、ベース部１１１に対して段差なく埋め込むことができる。

また、ベース部１１１のＡ−Ａ断面に示すように、ベース部１１１は、足圧分布検出センサ部１１３が着脱可能に取り付けられる載置部１１６と、床面に接触する基部１１７とを備える。

更に、載置部１１６と基部１１７との間には、該載置部１１６の端部を裏側から支持する支持部が配され、該支持部それぞれには、該載置部１１６に被検者の両足が載置されたことに伴って生じるそれぞれの支持部の歪みを抵抗の変化として検出することで、載置部１１６に載置された被検者の両足にかかる下向きの力を計測するストレンゲージ１１４ａ〜１１４ｄ（図１Ｂでは、１１４ａ、１１４ｂのみ図示）が取り付けられている。

＜２．荷重計測システムの情報処理装置の機能構成＞
次に、情報処理装置１２０の機能構成について説明する。図２は、荷重計測システム１００を構成する情報処理装置１２０の機能構成を示す図である。図２に示すように、情報処理装置１２０は、制御部（コンピュータ）２０１と、メモリ部２０２と、記憶部２０３と、表示部２０４と、入力部２０５と、外部機器Ｉ／Ｆ部２０６とを備え、各部は、バス２０７を介して接続されている。

記憶部２０３には、制御部２０１により実行されることにより、それぞれ荷重計測部２１１、信頼性評価部２１２として機能するプログラムが格納されている。当該プログラムは、制御部２０１による制御のもと、ワークエリアとして機能するメモリ部２０２に適宜読み込まれ、制御部２０１によって実行されることで、各機能を実現する。なお、制御部２０１によって、荷重計測部２１１として機能する当該プログラムが実行されることにより取得される荷重計測データ２１３は、記憶部２０３に格納される。また、制御部２０１によって、信頼性評価部２１２として機能する当該プログラムが実行されることにより取得される評価用データ２１０は、メモリ部２０２に一時的に格納される。

表示部２０４は、制御部２０１に当該プログラムの実行を指示するためのユーザインタフェースを表示したり、取得した荷重計測データ２１３に基づいて足圧分布表示や重心位置表示を行ったりする。入力部２０５は、当該プログラムの実行指示を入力したりする。外部機器Ｉ／Ｆ部２０６は、足圧分布検出センサ部１１３において計測された足圧分布算出用データ及び荷重検出センサ部１１４において計測された重心位置算出用データを情報処理装置１２０内に取り込むためのＩ／Ｆである。

＜３．荷重計測部による処理＞
次に、荷重計測部２１１による荷重計測処理について図３を用いて説明する。図３は、荷重計測部２１１による荷重計測処理の流れを示すフローチャートである。

入力部２０５を介して荷重計測処理の開始指示が入力されると、ステップＳ３０１では、外部機器Ｉ／Ｆ部２０６を介して足圧分布検出センサ部１１３より送信された足圧分布算出用データを受信する。ステップＳ３０２では、ステップＳ３０１において受信した足圧分布算出用データに含まれる、各画素の足圧データを識別し、当該識別した足圧データに対応する色データを各画素に割り当てることで、足圧分布データを生成する。ステップＳ３０３では、生成した足圧分布データを用いて、表示部２０４にて足圧分布表示を行う。

一方、ステップＳ３０４では、外部機器Ｉ／Ｆ部２０６を介して荷重検出センサ部１１４より送信された重心位置算出用データを受信する。ステップＳ３０５では、ステップＳ３０４において受信した重心位置算出用データを構成する各荷重データと、各ストレンゲージ１１４ａ〜１１４ｄの位置とを識別し、重心位置データを算出する。

ステップＳ３０６では、ステップＳ３０５において算出した重心位置データを用いて、重心位置表示を行う。

ステップＳ３０７では、荷重計測処理の終了指示が入力されたか否かを判定し、荷重計測処理の終了指示が入力されていないと判定された場合には、ステップＳ３０１及びステップＳ３０４に戻る。これにより、終了指示が入力されるまでの間、ステップＳ３０１からステップＳ３０６までの処理が繰り返され、表示部２０４には、足圧分布表示が連続的に行われるとともに、重心位置表示が連続的に行われることで重心軌跡が表示されることとなる。

一方、ステップＳ３０７において、荷重計測処理の終了指示が入力されたと判定された場合には、荷重計測処理を終了する。

図４は、荷重計測処理が実行されることにより表示部２０４に表示される、被検者の足圧分布表示と、重心軌跡の一例を示す図である。

＜４．信頼性評価部による処理＞
次に、信頼性評価部２１２による信頼性評価処理について図５及び図６を用いて説明する。図５は、信頼性評価処理の流れを示すフローチャートであり、図６は、信頼性評価処理が実行されることにより、メモリ部２０２に一時的に格納される評価用データ２１０の一例を示す図である。

入力部２０５を介して荷重計測処理の開始指示が入力されると、上記荷重計測処理と並行して、信頼性評価部２１２により、図５に示す信頼性評価処理が開始される。

ステップＳ５０１では、外部機器Ｉ／Ｆ部２０６を介して荷重検出センサ部１１４より所定の周期で順次送信された重心位置算出用データに含まれる、各ストレンゲージ１１４ａ〜１１４ｄに対応する各荷重データを合算し、合算値（すなわち、被検者の体重データ）を算出する。

ステップＳ５０２では、ステップＳ５０１において算出された、重心位置算出用データに含まれる各荷重データの合算値が、所定値以上であるか否かを判定する。ステップＳ５０２において、所定値以上でないと判定された場合には、ステップＳ５０１に戻り、各荷重データの合算値が所定値以上となるまで待機する。

一方、ステップＳ５０２において、所定値以上であると判定された場合には、被検者がベース部１１１に両足を載置したと判断し、ステップＳ５０３及びステップＳ５０５に進む。

ステップＳ５０３では、被検者の両足が載置されたと判断した後に、外部機器Ｉ／Ｆ部２０６を介して足圧分布検出センサ部１１３より所定の周期で順次送信される足圧分布算出用データの各画素の足圧データ（図６の６０３）をメモリ部２０２に格納し、当該周期の各画素の足圧データ（図６の６０３）に基づいて、重心位置データを算出する（図６の６０４）。

ステップＳ５０４では、ステップＳ５０３において足圧分布算出用データに基づいて算出された重心位置データ６０４をメモリ部２０２に一時的に格納する。

同様に、ステップＳ５０５では、被検者の両足が載置されたと判断した後に、外部機器Ｉ／Ｆ部２０６を介して荷重検出センサ部１１４より所定の周期で順次送信される重心位置算出用データの各ストレンゲージの荷重データ（図６の６０１）をメモリ部２０２に格納し、当該周期の各ストレンゲージの荷重データ（図６の６０１）に基づいて、重心位置データを算出する（図６の６０２）。

ステップＳ５０６では、ステップＳ５０５において重心位置算出用データに基づいて算出された重心位置データ６０２をメモリ部２０２に一時的に格納する。

ステップＳ５０７では、ステップＳ５０３において算出された重心位置データと、ステップＳ５０５において算出された重心位置データとに基づいて、重心位置間の距離を算出する（図６の６０５）。

ステップＳ５０８では、各荷重データの合算値が所定値以上であるか否かを再度判定し、所定値以上であると判定された場合には、被検者がベース部１１１に両足で載置した状態が依然として継続していると判断し、ステップＳ５０３及びステップＳ５０５に戻る。これにより、被検者がベース部１１１に両足で載置した状態が継続している間、足圧分布算出用データに基づいて算出された重心位置データと重心位置算出用データに基づいて算出された重心位置データとの間の距離データ６０５が、評価用データ２１０としてメモリ部２０２に所定の周期で順次格納されていくこととなる。

一方、ステップＳ５０８において、各荷重データの合算値が所定値以上でないと判定された場合には、被検者がセンサ装置１１０から降りたと判断し、ステップＳ５０９に進む。

ステップＳ５０９では、所定量以上の距離データ６０５がメモリ部２０２に格納されたか否かを判定する。ステップＳ５０９において、所定量以上の距離データ６０５がメモリ部２０２に格納されていないと判定された場合には、信頼性評価処理を終了する。一方、所定量以上の距離データがメモリ部２０２に格納されていると判定された場合には、ステップＳ５１０に進む。

ステップＳ５１０では、メモリ部２０２に格納された各周期の距離データ６０５に基づいて距離データの平均値（図６の６０６）を算出する。

ステップＳ５１１では、ステップＳ５１０において算出された各周期の距離データの平均値６０６が所定の閾値以下（例えば、２０ｍｍ以下）であるか否かを判定し、各周期の距離データの平均値６０６が、所定の閾値以下であると判定された場合には、信頼性評価処理を終了する。一方、ステップＳ５１１において、各周期の距離データの平均値６０６が、所定の閾値以下でないと判定された場合には、ステップＳ５１２に進む。

ステップＳ５１２では、足圧分布検出センサ部１１３の計測精度が低下していることを報知する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る荷重計測システムでは、足圧分布検出センサ部をベース部に対して着脱可能に取り付けられる構成とした。この結果、足圧分布検出センサ部が劣化した場合に、足圧分布検出センサ部のみを交換することが可能となった。

また、本実施形態に係る荷重計測システムでは、荷重計測処理と並行して信頼性評価処理を実行させる構成とした。これにより、荷重計測処理が実行されるたびに、足圧分布検出センサ部１１３の劣化の状態が評価されることとなり、足圧分布検出センサ部１１３の交換時期を適切にユーザに報知することが可能となった。また、信頼性評価処理として、各荷重データに基づいて算出された重心位置と各足圧データに基づいて算出された重心位置との間の距離を算出することで、足圧分布検出センサ部１１３の劣化の状態を評価する構成とした。これにより、足圧分布検出センサ部１１３の劣化の状態の評価を、ユーザが、専用の冶具等を用いて定期的に行う必要がなくなり、ユーザの利便性を向上させることが可能となった。

また、本実施形態に係る荷重計測システムでは、信頼性評価処理を実行するにあたり、各荷重データの合算値が所定値以上になった場合に、評価用データをメモリ部に格納する構成とした。これにより、被検者が両足で載置している状態において計測された足圧分布算出用データ及び重心位置算出用データのみを評価用データとして用いることが可能となった。

また、評価用データが一定量メモリ部に格納された場合に、評価を行う構成とした。これにより、一定量以上の評価用データを用いて評価を行うことが可能となり、信頼性の高い評価を行うことができるようになった。

［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、各荷重データの合算値が所定の閾値以上でなくなった場合に（つまり、被検者がセンサ装置１１０から降りるたびに）、ユーザに対して、計測精度の低下を報知する構成としたが、本発明はこれに限定されず、荷重計測処理の終了指示が入力された場合にのみ、ユーザに対して、報知する構成としてもよい。

この場合、終了指示が入力されるまでの間に、被検者がセンサ装置１１０に対して、複数回昇降した場合には、当該複数回分の評価用データに基づいて、また、複数の被検者がセンサ装置１１０に対して昇降した場合には、当該複数の被検者分の評価用データに基づいて、評価が行われることとなる。

また、上記第１の実施形態では、足圧分布検出センサ部１１３において計測された足圧分布データをケーブル１３０を介して直接取得する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ブルートゥースなどの無線を介して取得する構成としてもよい。

あるいは、センサ装置１１０内にメモリを配し、足圧分布検出センサ部１１３において計測された足圧分布算出用データを一旦当該メモリに記憶しておき、当該メモリに記憶した足圧分布算出用データをケーブル１３０を介して取得する構成としてもよい。

また、上記第１の実施形態では、センサ装置１１０が１つのベース部１１１及び１つの足圧分布検出センサ部１１３により形成される構成としたが、本発明はこれに限定されない。

例えば、右足用のベース部及び右足用の足圧分布検出センサ部と、左足用のベース部及び左足用の足圧分布検出センサ部とを別体とし、着脱可能な構成または折り畳み可能な構成としてもよい。この場合、スロープ部１１２はベース部に対して着脱可能に構成されていることが望ましい。

１００：荷重計測システム、１１０：センサ装置、１１１：ベース部、１１２：スロープ部、１１３：足圧分布検出センサ部、１１４：荷重検出センサ部、１１５：凹部、１１６：載置部、１１７：基部、１２０：情報処理装置、１３０：ケーブル

Claims (7)

1. 被検者の足が載置された場合に、該被検者の足にかかる下向きの力を検出するセンサ装置と、該センサ装置において計測された計測結果を処理する情報処理装置と、を備える荷重計測システムであって、
   前記センサ装置は、
   複数の感圧素子が配列された足圧分布検出センサ部と、
   前記足圧分布検出センサ部が着脱可能に取り付けられる載置部を裏側から支持する複数の支持部に取り付けられ、該複数の支持部それぞれにかかる荷重を検出する荷重検出センサ部と、を備え、
   前記情報処理装置は、被検者の足圧分布及び重心位置を計測し結果を表示部に表示させる荷重計測部と、前記足圧分布検出センサ部の信頼性を評価し、前記足圧分布検出センサ部の交換が必要な場合に報知する評価部と、を備え、
   前記荷重計測部は、前記足圧分布検出センサ部の前記複数の感圧素子それぞれにおいて計測された複数の足圧データに基づいて算出される前記被検者の足圧分布を前記表示部に表示させるとともに、前記荷重検出センサ部において計測された複数の荷重データに基づいて算出される前記被検者の重心位置を前記表示部に表示させ、
   前記評価部は、前記複数の足圧データに基づいて算出される前記被検者の重心位置と、前記複数の荷重データに基づいて算出される前記被検者の重心位置との間の距離を算出し、該算出された距離が所定の閾値以上であった場合に、前記足圧分布検出センサ部の交換が必要であることを報知する
   ことを特徴とする荷重計測システム。
2. 前記評価部は、
   前記複数の荷重データの合算値が所定の閾値以上である場合に、前記距離を算出することを特徴とする請求項１に記載の荷重計測システム。
3. 前記評価部は、
   前記複数の荷重データの合算値が所定の閾値以上である場合に、所定の周期で前記複数の荷重データに基づいて算出された前記重心位置と、所定の周期で前記複数の足圧データに基づいて算出された前記重心位置との間の距離を算出することを特徴とする請求項２に記載の荷重計測システム。
4. 前記評価部は、
   前記周期ごとに算出されるそれぞれの距離の平均値が前記所定の閾値以上であった場合に報知することを特徴とする請求項３に記載の荷重計測システム。
5. 前記評価部は、
   前記荷重計測部による足圧分布及び重心位置の表示の終了を指示する終了指示が入力された場合であって前記算出された距離が前記所定の閾値以上であった場合に、前記報知を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の荷重計測システム。
6. 複数の感圧素子が配列された足圧分布検出センサ部と、前記足圧分布検出センサ部が着脱可能に取り付けられる載置部を裏側から支持する複数の支持部に取り付けられ、該複数の支持部それぞれにかかる荷重を検出する荷重検出センサ部と、を備えるセンサ装置と接続される情報処理装置であって、
   被検者の足圧分布及び重心位置を計測し結果を表示部に表示させる荷重計測手段と、前記足圧分布検出センサ部の信頼性を評価し、前記足圧分布検出センサ部の交換が必要な場合に報知する評価手段と、を備え、
   前記荷重計測手段は、前記足圧分布検出センサ部の前記複数の感圧素子それぞれにおいて計測された複数の足圧データに基づいて算出される被検者の足圧分布を前記表示部に表示させるとともに、前記荷重検出センサ部において計測された複数の荷重データに基づいて算出される該被検者の重心位置を前記表示部に表示させ、
   前記評価手段は、前記複数の足圧データに基づいて算出される前記被検者の重心位置と、前記複数の荷重データに基づいて算出される前記被検者の重心位置との間の距離を算出し、該算出された距離が所定の閾値以上であった場合に、前記足圧分布検出センサ部の交換が必要であることを報知する
   ことを特徴とする情報処理装置。
7. コンピュータを、請求項６に記載の情報処理装置の各手段として機能させるためのプログラム。