JP6215521B2

JP6215521B2 - 足圧測定装置及びそれを用いた足圧測定方法

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Publication number: JP6215521B2
Application number: JP2012190335A
Authority: JP
Inventors: 政男森; 良美竹本; 恵一城戸
Original assignee: REIF CO., LTD.
Current assignee: REIF CO., LTD.
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2032-08-30
Also published as: JP2014045885A

Description

本発明は、例えば、脳梗塞による足麻痺患者に対する歩行訓練（リハビリテーション）、骨折による整形外科治療後の歩行訓練、又は老人の歩行訓練の際に使用して、歩行訓練の効果を数値を介して評価する足圧測定装置及びそれを用いた足圧測定方法に関する。

理学療法士が、例えば、足麻痺患者に対する回復期の歩行訓練において歩行指導を行う場合、歩行訓練者が理学療法士の指導通りに訓練をしているか否かを、理学療法士が客観的に判断することは難いという問題がある。このため、歩行訓練の成果は、理学療法士の感覚的判断に因るところとなり、特に、訓練ステップの移行判定は理学療法士の経験的基準に因るところが多く、歩行訓練成果の客観的判定のための定量的な判定基準が求められている。更に、理学療法士の間においても、特に、新人の理学療法士と熟練した理学療法士の間において、歩行指導内容に大きな差が存在するので、均質の歩行指導を担保するため、歩行指導時に補助的に使用して、歩行訓練者の歩行動作を定量的に表示可能な（客観的な成果判定が可能な）装置が求められている。
また、理学療法士が整形外科治療後の回復期の歩行訓練において歩行指導を行う場合、治療した足に負荷がかかり過ぎると骨折の再発の可能性があるが、治療した足に対する荷重の加わり方によっては、足荷重が回復期の許容範囲を超える虞もあり、荷重の加わり方の判断基準が難しいという問題がある。このため、治療した足に許容範囲を超える足荷重がかからないような歩行訓練が必要になっている。

そこで、歩行訓練者の歩行動作を定量的に表示できる装置として、歩行時の足圧を測定して足圧分布として表示する足圧測定装置が提案されている。ここで、足圧測定装置は、足圧を検出するセンサを歩行路に見立てた床に設置する固定式と、足圧を検出するセンサを靴等の履物の底部に装着する可動式に大別されるが、歩行訓練を行う場合、理学療法士が訓練者を介助する際の介助動作の自由度が高いこと、歩行路を一定長さ確保することが容易なこと、手摺り等の介助用具の設置に制約を受け難いこと等の観点から、可動式の足圧測定装置が使用されている。そして、可動式の足圧測定装置では、足圧を検出するセンサを、靴の中敷に組込んだものが一般的となっている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。

特開２００８−２５６４７０号公報

ニッタ株式会社センサ製品足圧分布測定システムＦ−スキャンII［平成２４年７月２６日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：Ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｉｔｔａ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｍｅｃｈａｓｅｎ／ｓｅｎｓｏｒ／ｐａ＿ｆｓｃａｎ２．ｈｔｍｌ＞

特許文献１、非特許文献１に記載された足圧測定装置では、足圧を検出するセンサで得られた信号をＡ／Ｄ変換してパソコンに入力し、予めパソコンにインストールしておいたソフトウエアを用いて歩行時の足圧を求めている。しかしながら、理学療法士の指導の下で行われる回復期の歩行訓練では、理学療法士は両手で歩行訓練者を介助しながら歩行指導を行うことが一般的であるため、特許文献１、非特許文献１に記載された足圧測定装置を使用した場合、理学療法士は歩行指導を行いながら、歩行訓練者の足の接地状況を確認すると共に、常にパソコンの表示画面を確認しなければならず、歩行指導作業が非常に煩雑になるという問題がある。また、足圧を検出するセンサとパソコンが有線で接続されているため、歩行訓練時の可動範囲に制約が生じると共に、パソコンの表示画面が視認できるように、理学療法士は歩行指導中にパソコンの画面位置を常に調整する必要も生じる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、歩行中の足圧をリアルタイムで測定し、接地から遊脚に到る足圧の変化を音で知らせると共に、踏み出し動作に伴う足裏の各部位の荷重変化を表示することが可能な足圧測定装置及びそれを用いた足圧測定方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る足圧測定装置は、歩行中の足圧をリアルタイムで測定し、接地から遊脚に到る前記足圧の変化を音、光、及び振動のいずれか１又は２以上の組み合せからなる知覚信号で知らせると共に、前記接地から前記遊脚までの期間の足裏の各部位の荷重変化を表示する足圧測定装置であって、
歩行に使用する左右一対の靴にそれぞれ装着する左右の中敷及び該それぞれの中敷の踵部から足先部の範囲に分散配置した複数の荷重センサを備えた左右の足圧検出部と、
前記左右の足圧検出部と異なる場所に配置されて該足圧検出部と有線で接続し、歩行中に前記荷重センサからそれぞれ出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、得られた該各デジタル信号から形成した荷重情報を、送信器を用いて無線用の送信信号に変えて送信する左右の電装部と、
前記左右の電装部とは異なる場所に設けられ、送信された前記送信信号を受信器で受信して受信信号を形成し、該受信信号から前記中敷内に予め設定した複数の特定部位に加わる荷重値の時間変化を求めて前記足裏の荷重変化として表示すると共に、前記複数の特定部位の中から選択した該特定部位の前記荷重値が予め設定した設定値以上であるか否かを判断し、該設定値以上の場合、前記荷重値が該設定値に到達したことを示す到達検知信号を出力し、前記到達検知信号により前記知覚信号を発生するモニタ部とを有し、
しかも、前記左右の電装部は、前記靴を装着した歩行訓練者の左右の足首にそれぞれ装着可能なバンド状の足首装着具を介して取り付けられ、前記モニタ部は、歩行訓練の指導者の下膊に下膊装着具を介して取り付けられている。

第１の発明に係る足圧測定装置において、前記モニタ部は、前記特定部位毎に前記荷重値の平均値を求めて表示することが好ましい。

第１の発明に係る足圧測定装置において、複数の前記特定部位は、前記中敷の表側の母指が接触する領域Ｐ、小指が接触する領域Ｑ、踵が接触する領域Ｒ、土踏まずに対応する領域Ｓ、及び該土踏まずの外側の領域Ｔであって、前記荷重センサは、前記領域Ｐ、前記領域Ｑ、前記領域Ｒ、前記領域Ｓ、及び前記領域Ｔのそれぞれの裏面側に配置することができる。

第１の発明に係る足圧測定装置において、前記モニタ部は通信回線を介して外部の情報処理装置と接続され、前記モニタ部に記憶された前記足裏の荷重変化のデータは前記情報処理装置に送信され、加工されて保存され、保存されたデータは、前記通信回線を介して前記モニタ部に送信され表示されることが好ましい。

前記目的に沿う第２の発明に係る足圧測定方法は、歩行中の足圧をリアルタイムで測定し、接地から遊脚までの期間の足裏の荷重変化を表示すると共に音、光、及び振動のいずれか１又は２以上の組み合せからなる知覚信号で知らせる足圧測定方法であって、
歩行に使用する左右一対の靴にそれぞれ装着する左右の中敷に、踵部から足先部の範囲に複数の荷重センサを分散配置した左右の足圧検出部をそれぞれ設け、歩行中に前記左右の足圧検出部からそれぞれ出力されるアナログ信号を、有線で前記靴を装着した歩行訓練者の左右の足首にバンド状の足首装着具を介してそれぞれ装着された左右の電装部に伝え、該左右の電装部でデジタル信号に変換し、得られた該各デジタル信号から形成した荷重情報を、送信器を介して無線用の送信信号に変えて送信し、
前記送信信号を歩行訓練の指導者の下膊に下膊装着具によって取り付けられたモニタ部の受信器で受信して受信信号を形成し、該受信信号から前記中敷内に予め設定した複数の特定部位に加わる荷重値の時間変化を求めて前記足裏の荷重変化として表示すると共に、前記複数の特定部位の中から選択した該特定部位の前記荷重値が予め設定した設定値以上であるか否かを判断し、該設定値以上の場合、前記荷重値が該設定値に到達したことを示す到達検知信号を出力し、前記到達検知信号により前記知覚信号を発生する。

第１の発明に係る足圧測定装置及び第２の発明に係る足圧測定方法においては、中敷の踵部から足先部の範囲に荷重センサを分散配置して足裏内における足圧の変化を求めることにより、歩行時の接地から遊脚に到る過程をモニタ部で発生する知覚信号を介してリアルタイムで確認することができる。このため、リハビリテーションでの歩行訓練において、歩行訓練者は訓練の状況と成果を確実に確認することができ、歩行訓練者の訓練意欲を高めることが期待できる。
また、電装部とモニタ部は無線で接続されているので、歩行訓練の指導者（理学療法士）は、モニタ部を、例えば、下膊に取り付けて歩行指導を行うことができる。これにより、理学療法士は両手で歩行訓練者を介助しながら、歩行訓練者の歩行状況を目とモニタ部で発生する知覚信号を介して確認することができる。更に、モニタ部の画面に表示される足裏の荷重変化から、指導者は、歩行訓練者が指導通りに訓練を行っているか否かを、客観的かつ定量的に判断することができるので、次の歩行訓練における歩行指導内容を的確に設定することが可能になり、効果的な歩行指導を行うことができる。

第１の発明に係る足圧測定装置において、モニタ部が、特定部位毎に荷重値の平均値を求めて表示する場合、左右の足裏の荷重分布（歩行時の荷重バランス）をモニタ部の画面で確認することができる。

第１の発明に係る足圧測定装置において、複数の特定部位が、中敷の表側の母指が接触する領域Ｐ、小指が接触する領域Ｑ、踵が接触する領域Ｒ、土踏まずに対応する領域Ｓ、及び該土踏まずの外側の領域Ｔであって、荷重センサは、領域Ｐ、領域Ｑ、領域Ｒ、領域Ｓ、及び領域Ｔのそれぞれの裏面側に配置されている場合、使用する荷重センサの個数を減少させても、歩行時の足裏内における接地から遊脚に到る足圧の変化及び左右の足裏の荷重分布を正確に求めることができる。

第１の発明に係る足圧測定装置において、モニタ部が通信回線を介して外部の情報処理装置と接続され、モニタ部に記憶された足裏の荷重変化のデータは情報処理装置に送信され、加工されて保存される場合、モニタ部におけるデータの記憶負担、データ処理負担をそれぞれ軽減してモニタ部の製造コストを低減することができると共に、保存するためのデータ容量がコンパクトになって、情報処理装置での保存負担を軽減することができる。また、保存されたデータが、通信回線を介してモニタ部に送信され表示される場合、歩行訓練における過去の成果を容易に把握することができ、歩行訓練における機能回復の過程を定量的に把握することができ、訓練ステップの移行判定を的確に判定することができる。
更に、情報処理装置に歩行訓練補助のアプリケーションソフトウエアを搭載することにより、各訓練者毎にタイムリーな歩行訓練指導時の目標データを、通信回線を介してモニタ部の画面に表示することができ、効果的な歩行訓練を立案して実行することができる。

（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る足圧測定装置における左、右の足圧検出部及び電装部の説明図、（Ｂ）はモニタ部の説明図である。同足圧測定装置の全体構成を示すブロック図である。同足圧測定装置の足圧検出部の説明図である。同足圧測定装置の電装部の構成を示すブロック図である。同足圧測定装置のモニタ部の構成を示すブロック図である。同足圧測定装置の動作を説明するフロー図である。同足圧測定装置の動作を説明するフロー図である。同足圧測定装置の動作を説明するフロー図である。同足圧測定装置の動作を説明するフロー図である。同足圧測定装置のモニタ部の表示器に表示される足裏の荷重変化を示すグラフである。同足圧測定装置のモニタ部の表示器に表示される足裏の荷重値の平均値を示すグラフである。本発明の第２の実施の形態に係る足圧測定装置の全体構成を示すブロック図である。同足圧測定装置のモニタ部の構成を示すブロック図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の第１の実施の形態に係る足圧測定装置１０は、例えば、理学療法士が歩行訓練者の歩行指導を行う際に使用され、歩行訓練者の歩行中の足圧をリアルタイムで測定し、接地から遊脚に到る足圧の変化を音（知覚信号の一例）で知らせると共に、接地から遊脚までの期間の足裏の各部位の荷重変化を表示する装置であって、図１（Ａ）、図２、図３、図４に示すように、歩行訓練者が使用する左右一対の靴（図示せず）にそれぞれ装着する左、右の中敷１１、１２及び中敷１１、１２の踵部から足先部の範囲に分散配置した複数（本実施の形態では８個）の荷重センサ１３〜２０を備えた左、右の足圧検出部２１、２２と、左、右の足圧検出部２１、２２とそれぞれ異なる場所に配置されて、例えば、歩行訓練者の左右の足首にそれぞれ取り付けられて、各足圧検出部２１、２２と信号線２３（有線の一例）でそれぞれ接続し、歩行中に各足圧検出部２１、２２に設けられた荷重センサ１３〜２０からそれぞれ出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、得られた各デジタル信号から形成した左、右の荷重情報を、送信器２４を用いて例えば省電力無線用の送信信号に変えて送信する左、右の電装部２５、２６とを有している。なお、符号２７は、左、右の電装部２５、２６を歩行訓練者の左、右の足首に取り付けるための足首装着具である。

更に、足圧測定装置１０は、図１（Ｂ）、図２、図５に示すように、左、右の電装部２４、２５とは異なる場所に設けられ、例えば、理学療法士の左の下膊に取り付けられ、送信された送信信号を受信器２８で受信して受信信号を形成し、受信信号から左右の中敷１１、１２内に予め設定した複数の特定部位に、例えば、母指が接触する領域Ｐ（母指部位）、小指が接触する領域Ｑ（小指部位）、踵が接触する領域Ｒ（踵部位）、土踏まずに対応する領域Ｓ（土踏まず部位）、土踏まずの外側の領域Ｔ（外側部位）に加わる荷重値をそれぞれ求めて記憶すると共に、特定部位毎に求めた荷重値の時間変化から足裏の荷重変化を求め表示し、しかも、複数の特定部位の中から選択した特定部位の荷重値が予め設定した値に到達する度に音を発生するモニタ部２９を有している。なお、符号２９aは、モニタ部２９を下膊に取り付けるための下膊装着具である。以下、詳細に説明する。

図３、図４に示すように、左の足圧検出部２１では、左の中敷１１の表側の母指が接触する領域Ｐ、小指が接触する領域Ｑ、踵が接触する領域Ｒ、土踏まずに対応する領域Ｓ、及び該土踏まずの外側の領域Ｔを特定部位として、荷重センサ１３〜２０は、領域Ｐ、領域Ｑ、領域Ｒ、領域Ｓ、及び領域Ｔのそれぞれの裏面側に配置されている。即ち、左の中敷１１の表側で母指が接触する領域Ｐの裏面側に荷重センサ１３、１４の各検知部３０が、左の中敷１１の表側で小指が接触する領域Ｑの裏面側に荷重センサ１５、１６の各検知部３０が、左の中敷１１の表側で踵が接触する領域Ｒの裏面側に荷重センサ１７、１８の各検知部３０が、左の中敷１１の表側で土踏まずに対応する領域Ｓの裏面側に荷重センサ１９の検知部３０が、左の中敷１１の表側で土踏まずの外側の領域Ｔの裏面側に荷重センサ２０の検知部３０がそれぞれ配置されている。そして、左の各荷重センサ１３〜２０の検知部３０で発生した左の荷重信号は各荷重センサ１３〜２０に設けられた接続端子部３２に接続される信号線２３を介して左の電装部２５に伝達される。

同様に、右の足圧検出部２２では、右の中敷１２の表側で母指が接触する領域Ｐの裏面側に荷重センサ１３、１４の各検知部３０が、右の中敷１２の表側で小指が接触する領域Ｑの裏面側に荷重センサ１５、１６の各検知部３０が、右の中敷１２の表側で踵が接触する領域Ｒの裏面側に荷重センサ１７、１８の各検知部３０が、右の中敷１２の表側で土踏まずに対応する領域Ｓの裏面側に荷重センサ１９の検知部３０が、右の中敷１２の表側で土踏まずの外側の領域Ｔの裏面側に荷重センサ２０の検知部３０がそれぞれ配置されている。そして、右の各荷重センサ１３〜２０の検知部３０で発生した右の荷重信号（アナログ信号）は各荷重センサ１３〜２０に設けられた接続端子部３２に接続される信号線２３を介して右の電装部２６に伝達される。

左の電装部２５（右の電装部２６も同じ）は、信号線２３を介して伝達される左の各荷重センサ１３〜２０からのアナログ信号、即ちアナログの左の荷重信号を、デジタル信号、即ちデジタルの左の荷重信号に変換するＡ／Ｄ変換器の一例である圧力分布データ変換手段３３を有している。圧力分布データ変換手段３３では、例えば、荷重センサ１３〜２０からの各アナログの左の荷重信号が信号線２３を介して入力されると、例えば、荷重センサ１３、荷重センサ１４、・・・、荷重センサ２０の順番で、アナログの左の荷重信号をデジタルの左の荷重信号に変換し、デジタルの左の荷重信号から構成される左のデジタル信号群を形成することを繰り返す。従って、圧力分布データ変換手段３３からは、左のデジタル信号群から構成される左の荷重情報が順次出力される。

更に、左の電装部２５は、圧力分布データ変換手段３３から順次出力される左の荷重情報に存在する雑音（ノイズ）を除去するフィルタ手段３４と、ノイズ除去処理が行われた左の荷重情報を保存する圧力分布データ記憶手段３５と、圧力分布データ記憶手段３５に保存された左の荷重情報を無線用の送信信号、例えば、省電力無線の一例であるブルーツース用の送信信号に変換して送信する送信器２４を有している。圧力分布データ記憶手段３５を設けることにより、圧力分布データ変換手段３３に入力されるアナログの左の荷重信号が瞬時に増加しても、これらのアナログの左の荷重信号から順次形成される左のデジタル信号群を一時保存することができ、送信器２４に加わる負荷を平準化することができる。なお、フィルタ手段３４及び圧力分布データ記憶手段３５は、マイクロコンピュータに、左の荷重情報のノイズ除去処理を行うプログラム、ノイズ除去処理が行われた左の荷重情報を保存するプログラムをそれぞれ搭載することにより構成することができる。

図５に示すように、モニタ部２９は、左、右の電装部２５、２６から送信された左、右の荷重情報の送信信号を受信して、左、右の荷重情報の受信信号を形成する受信器２８と、受信器２８から出力された左、右の荷重情報を合体させて歩行の荷重情報として記憶する圧力分布データ記憶手段３６とを有している。また、モニタ部２９は、圧力分布データ記憶手段３６に記憶されている歩行の荷重情報を順次取り出して、左、右の中敷１１、１２内に予め設定した複数の特定部位、例えば、左、右の中敷１１、１２の表側で母指が接触する領域Ｐ（以下、母指部位Ｐという）、小指が接触する領域Ｑ（以下、小指部位Qという）、踵が接触する領域Ｒ（以下、踵部位Ｒという）、土踏まずに対応する領域Ｓ（以下、土踏まず部位Ｓという）、及び土踏まずの外側の領域Ｔ（以下、外側部位Ｔという）に加わる荷重値の時間変化を足裏の荷重変化として求め、複数の特定部位の中から選択された特定部位、例えば、母指部位Ｐ、小指部位Ｑ、踵部位Ｒ、及び外側部位Ｔにおける各荷重値を順次（時間経過に伴って）出力すると共に、選択した特定部位の荷重値、即ち、母指部位Ｐ、小指部位Ｑ、踵部位Ｒ、及び外側部位Ｔにおける各荷重値が予め設定した値に到達する度にそれぞれ到達検知信号を出力し、歩行が終了した際に、例えば、母指部位Ｐ、小指部位Ｑ、踵部位Ｒ、及び外側部位Ｔにおける荷重値の平均値をそれぞれ算出してその結果を出力する圧力分布データ表示制御手段３７を有している。

更に、モニタ部２９は、圧力分布データ表示制御手段３７から出力される選択された各特定部位毎の荷重値の時間変化を足裏の荷重変化として表示する表示器３８（図１（Ｂ）参照）と、圧力分布データ表示制御手段３７から出力される各到達検知信号に応じて、予め設定された音に対応する音形成信号を出力する音データ記憶手段３９と、音データ記憶手段３９から出力された音形成信号に対応する音のアナログ信号を出力する音データ再生手段４０と、音データ再生手段４０からの音のアナログ信号から音を発生するスピーカ４１とを有している。

ここで、圧力分布データ記憶手段３６は、受信器２８から出力された左、右の荷重情報を合体させて歩行の荷重情報として記憶するプログラムを、圧力分布データ表示制御手段３７は、選択された特定部位の各荷重値を圧力分布データ記憶手段３６から順次取得して出力すると共に、取得した各特定部位の荷重値がそれぞれ予め設定した値に到達する度に到達検知信号を出力し、歩行が終了した際に、取得した各特定部位の荷重値の平均値を算出してその結果を出力するプログラムをそれぞれマイクロコンピュータに搭載することにより構成することができる。これにより、モニタ部２９を専用の携帯型端末とすることができる。

また、音データ記憶手段３９は、選択した複数の特定部位の荷重値が予め設定した値に到達したことをそれぞれ知らせる音のデジタル信号を対応する到達検知信号と共に記憶し、外部から到達検知信号が入力された際に、対応する音のデジタル信号を出力するプログラムをマイクロコンピュータに搭載することにより構成することができる。更に、音データ再生手段４０は、例えば、音データ記憶手段３９から出力される音のデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、アナログ信号を増幅するアンプを用いて構成する。

歩行の特徴から、左、右の荷重情報は、時間的に見て、断続した左、右のデジタル信号群の集まりとなって、左のデジタル信号群が存在する時間帯には右のデジタル信号群は存在せず、右のデジタル信号群が存在する時間帯には左のデジタル信号群は存在していない。このため、受信器２８から出力される左、右の荷重情報を順番に並べることで、歩行の荷重情報を構成する。また、左、右のデジタル信号群を構成しているデジタルの左、右の荷重信号の順番は、荷重センサ１３〜２０からの各アナログの左、右の荷重信号を圧力分布データ変換手段３３によりデジタル信号化した際の順番と対応している。
従って、左、右のデジタル信号群を構成している各荷重信号から、荷重センサ１３、荷重センサ１４、・・・、荷重センサ２０にそれぞれ対応する荷重信号を抽出することにより、各荷重センサ１３〜２０でそれぞれ検出した荷重値の時間変化を再現することができ、これらを重ね合わせることにより、歩行時の足裏の荷重変化を求めることができる。

例えば、歩行時に母指部位Ｐに加わる荷重値の時間変化は、荷重センサ１３、１４でそれぞれ検出する荷重の変化となる。また、小指部位Ｑに加わる荷重値の時間変化は、荷重センサ１５、１６でそれぞれ検出する荷重の変化の重ね合わせ、外側部位Ｔに加わる荷重値の時間変化は、荷重センサ２０で検出する荷重の変化、踵部位Ｒに加わる荷重値の時間変化は、荷重センサ１７、１８でそれぞれ検出した荷重の変化の重ね合わせとなる。従って、母指部位Ｐ、小指部位Ｑ、踵部位Ｒ、及び外側部位Ｔに加わる荷重値の変化から、母指部位Ｐ、小指部位Ｑ、踵部位Ｒ、及び外側部位Ｔに加わる荷重値が予め設定した値に到達したか否かを判別することができる。

続いて、本発明の第１の実施の形態に係る足圧測定装置１０を用いた足圧測定方法について説明する。
本実施の形態に係る足圧測定方法は、理学療法士が歩行訓練者の歩行指導を行う際に、歩行訓練者の歩行中の足圧をリアルタイムで測定し、接地から遊脚までの期間の足裏の荷重変化を表示すると共に音で知らせる足圧測定方法である。そして、図１（Ａ）、（Ｂ）、図３に示すように、歩行訓練者が使用する靴に装着する左、右の中敷１１、１２の踵部から足先部の範囲に複数の荷重センサ１３〜２０を分散配置して、左、右の中敷１１、１２にそれぞれ配置した荷重センサ１３〜２０から歩行中に出力されるアナログ信号を、歩行訓練者の左、右の足首にそれぞれ取り付けられた左、右の電装部２５、２６でデジタル信号に変換し、得られた各デジタル信号から形成した荷重情報を、左、右の電装部２５、２６にそれぞれ設けられた送信器２４を介して無線用の送信信号に変えて送信し、送信信号を、理学療法士の左の下膊に取り付けられたモニタ部２９に設けられた受信器２８で受信して受信信号を形成し、受信信号から中敷１１、１２内に予め設定した複数の特定部位、例えば、母指部位Ｐ、小指部位Ｑ、踵部位Ｒ、土踏まず部位Ｓ、及び外側部位Ｔに加わる荷重値の時間変化を求めて足裏の荷重変化としてモニタ部２９の表示器３８に表示すると共に、選択した母指部位Ｐ、小指部位Ｑ、踵部位Ｒ、及び外側部位Ｔにそれぞれ加わる荷重値が予め設定した値に到達する度にモニタ部２９に設けられたスピーカ４１から音を発生している。以下、詳細に説明する。

歩行訓練者が使用する靴に荷重センサ１３〜２０が設けられた左、右の中敷１１、１２を装着し、左右の電装部２５、２６を歩行訓練者の左右の足首に取り付ける。一方、歩行指導を行う理学療法士の左の下膊にモニタ部２９を取り付ける。そして、理学療法士はモニタ部２９の図示しない操作盤を操作して、圧力分布データ表示制御手段３７が求めた母指部位Ｐ、小指部位Ｑ、踵部位Ｒ、土踏まず部位Ｓ、及び外側部位Ｔにそれぞれ加わる荷重値の時間変化が表示器３８に表示されるように設定する。理学療法士の歩行指導により歩行訓練者が歩行訓練を開始すると、例えば、左の足を踏み出すことにより、左の足裏の踵部位Ｒが先ず接地し、次いで、外側部位Ｔ、小指部位Ｑ、母指部位Ｐが順次接地する。踵部位Ｒ、外側部位Ｔ、小指部位Ｑ、及び母指部位Ｐが接地した時点で、歩行訓練者の体重は踵部位Ｒから小指部位Ｑ及び母指部位Ｐに移動し、歩行訓練者は右の足を踏み出すことが可能になる。そして、歩行訓練では、上記に示す左、右の足の踏み出し動作の繰り返しが行われる。

従って、モニタ部２９では、図６に示すように、歩行訓練を開始すると（Ｓ−１）、圧力分布データ記憶手段３６に形成される歩行の荷重情報の取得を開始し、荷重センサ１３、１４でそれぞれ検出する荷重から母指部位Ｐに加わる荷重値を、荷重センサ１５、１６でそれぞれ検出する荷重を重ね合わせて小指部位Ｑに加わる荷重値を、荷重センサ２０で検出する荷重から外側部位Ｔに加わる荷重値を、荷重センサ１７、１８でそれぞれ検出した荷重を重ね合わせて踵部位Ｒに加わる荷重値をそれぞれ求める（Ｓ−２）。求めた荷重値を表示器３８に表示する（Ｓ−３）。そして、踵部位Ｒに加わる荷重値が設定値以上であるか否かを判断し（Ｓ−４）、踵部位Ｒに加わる荷重値が設定値以上の場合、踵部位Ｒに加わる荷重値が設定値に到達したことを示す到達検知信号１を出力し（Ｓ−５）、到達検知信号１が出力されると音データ記憶手段３９において対応する音１のデジタル信号が出力され、音データ再生手段４０を介してスピーカ４１から音１を発生する（Ｓ−６）。このため、歩行訓練者は、理学療法士の歩行指導に従った踏み込み動作ができたことを確認でき、理学療法士は、歩行訓練者が歩行指導に従った踏み込み動作を実行したことを確認できる。

スピーカ４１から音１が発せられた後、図７に示すように、引き続いて母指部位Ｐ、小指部位Ｑ、外側部位Ｔ、及び踵部位Ｒに加わる荷重値をそれぞれ求め（Ｓ−７）、求めた荷重値を表示器３８に表示する（Ｓ−８）。そして、外側部位Ｔに加わる荷重値が設定値以上であるか否かを判断し（Ｓ−９）、外側部位Ｔに加わる荷重値が設定値以上の場合、外側部位Ｔに加わる荷重値が設定値に到達したことを示す到達検知信号２を出力し（Ｓ−１０）、到達検知信号２が出力されると音データ記憶手段３９において対応する音２のデジタル信号が出力され、音データ再生手段４０を介してスピーカ４１から音２を発生する（Ｓ−１１）。このため、歩行訓練者は、理学療法士の歩行指導に従った踵部位Ｒから小指部位Ｑ及び母指部位Ｐへの体重移動の動作を実行していることを確認でき、理学療法士は、歩行訓練者が歩行指導に従った体重移動の動作が行われていることを確認できる。

スピーカ４１から音２が発せられた後、図８に示すように、引き続いて母指部位Ｐ、小指部位Ｑ、外側部位Ｔ、及び踵部位Ｒに加わる荷重値をそれぞれ求め（Ｓ−１２）、求めた荷重値を表示器３８に表示する（Ｓ−１３）。そして、小指部位Ｑに加わる荷重値が設定値以上であるか否かを判断し（Ｓ−１４）、小指部位Ｑに加わる荷重値が設定値以上の場合、小指部位Ｑに加わる荷重値が設定値に到達したことを示す到達検知信号３を出力し（Ｓ−１５）、到達検知信号３が出力されると音データ記憶手段３９において対応する音３のデジタル信号が出力され、音データ再生手段４０を介してスピーカ４１から音３を発生する（Ｓ−１６）。このため、歩行訓練者は、理学療法士の歩行指導に従った小指部位Ｑへの体重移動の動作を実行していることを確認でき、理学療法士は、歩行訓練者が歩行指導に従った体重移動の動作が行われていることを確認できる。

スピーカ４１から音３が発せられた後、図９に示すように、引き続いて母指部位Ｐ、小指部位Ｑ、外側部位Ｔ、及び踵部位Ｒに加わる荷重値をそれぞれ求め（Ｓ−１７）、求めた荷重値を表示器３８に表示する（Ｓ−１８）。そして、母指部位Ｐに加わる荷重値が設定値以上であるか否かを判断し（Ｓ−１９）、母指部位Ｐに加わる荷重値が設定値以上の場合、母指部位Ｐに加わる荷重値が設定値に到達したことを示す到達検知信号４を出力し（Ｓ−２０）、到達検知信号４が出力されると音データ記憶手段３９において対応する音４のデジタル信号が出力され、音データ再生手段４０を介してスピーカ４１から音４を発生する（Ｓ−２１）。このため、歩行訓練者は、理学療法士の歩行指導に従った母指部位Ｐへの体重移動ができたことを確認でき、理学療法士は、歩行訓練者が歩行指導に従った体重移動を実行したことを確認できる。

理学療法士は、スピーカ４１から音４が発せられると、歩行訓練者が左の足を踏み出したことに伴う体重移動の動作が完了したことが確認できるので、歩行訓練者に対して右の足を踏み出すことを指示し、歩行訓練者は右の足を踏み出す動作を開始する。これに伴い、右の足についてのＳ−１〜Ｓ−２１の処理が行われ、以下、左、右の足について交互にＳ−１〜Ｓ−２１の処理が繰り返される。その結果、理学療法士が携帯するモニタ部２９の表示器３８には、例えば、特定部位として母指部位Ｐ、小指部位Ｑ、及び踵部位Ｒを選択すると、図１０に示すように、歩行訓練者の足裏の各特定部位に加わる荷重値の時間変化（足裏の荷重変化）が、リアルタイム又は歩行訓練後に表示される。なお、図１０では、荷重センサ１３、１４でそれぞれ検出する荷重を重ね合わせて母指部位Ｐに加わる荷重値として表示している。
そして、歩行訓練が終了すると、理学療法士はモニタ部２９の図示しない操作盤を操作して、圧力分布データ表示制御手段３７が求めた足裏の母指部位Ｐ、小指部位Ｑ、及び踵部位Ｒの各荷重値の平均値が表示器３８に表示されるように設定すると、図１１に示すグラフが表示される。ここで、Ｌは左の足裏であること、Ｒは右の足裏であることを示す。
なお、図１１では、荷重センサ１３、１４でそれぞれ測定される部位に加わる荷重値の平均値を表示しており、荷重センサ１３で測定される部位をＰ１、荷重センサ１４で測定される部位をＰ２としている。

図１２に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る足圧測定装置４２は、第１の実施の形態に係る足圧測定装置１０と同様に、理学療法士が歩行訓練者の歩行指導を行う際に使用される装置で、第１の実施の形態に係る足圧測定装置１０と比較して、理学療法士が携帯するモニタ部４３が、通信回線（例えば、電話回線又はワイファイ）を介してインターネット４４に接続し、更に、インターネット４４を介して外部の情報処理装置の一例であるサーバ４５に接続して、モニタ部４３に記憶された足裏の荷重変化のデータをサーバ４５に送信して保存できること、モニタ部４３の操作盤を介してサーバ４５を操作し、サーバ４５に保存されたデータをモニタ部４３に送信させて表示器（図示せず）に表示できること、モニタ部４３に記憶された足裏の荷重変化のデータをサーバ４５に送信してデータ処理を行い、その結果をモニタ部４３に送信させて表示器に表示できることが特徴となっている。また、左、右の足圧検出部及び左、右の電装部は、第１の実施の形態に係る足圧測定装置１０の左、右の足圧検出部２１、２２及び左、右の電装部２５、２６と同一の構成とすることができる。このため、足圧測定装置１０と同一の構成部分には、同一の符号を付して説明は省略し、モニタ部４３及びサーバ４５についてのみ説明する。

モニタ部４３は、歩行時の足裏の各部位の荷重変化を求めて表示する機能１と、外部のサーバ４５との間でデータのやり取りを行って表示する機能２とを有している。ここで、機能１は、第１の実施の形態に係る足圧測定装置１０のモニタ部２９の構成要素を用いて形成することができるので、図１３に示すように、モニタ部２９の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して、説明は省略する。一方、機能２は、圧力分布データ記憶手段３６に記憶されている足裏の荷重変化のデータを取得して、通信回線及びインターネット４４を介してサーバ４５に送信し、更に、通信回線及びインターネット４４を介してサーバ４５を操作して、サーバ４５に保存されているデータの中から特定のデータを取得したり、データ処理を行わせてその結果を取得するデータ通信手段４６と、データ通信手段４６がサーバ４５から取得したデータを記憶する参照データ記憶手段４７と、参照データ記憶手段４７に記憶されたデータを表示器３８に表示させる参照データ表示制御手段４８とを用いて形成する。ここで、データ通信手段４６、参照データ記憶手段４７、参照データ表示制御手段４８は、それぞれマイクロコンピュータに、上記の各手段の作用を発現するプログラムを搭載することにより、形成できる。

図１２に示すように、サーバ４５は、モニタ部４３のデータ通信手段４６から通信回線及びインターネット４４を介して送信された足裏の荷重変化のデータを取得し、更に、通信回線及びインターネット４４を介してデータ通信手段４６にサーバ４５からデータを送信するデータ通信部４９と、データ通信手段４６から送信された足裏の荷重変化のデータを保存するデータベース部５０と、データ通信手段４６から送信された足裏の荷重変化のデータを加工して各種データ（例えば、足裏の荷重変化のデータから、歩行中の歩行訓練者の身体運動の様子を示す歩容データ等）を作成し、その結果をデータ通信部４９に送信するアプリケーション部５１とを有している。

ここで、データベース部５０には、データ通信部４９から足裏の荷重変化のデータを取得し、予め設定された条件で足裏の荷重変化のデータから必要部分のデータを抽出するデータ抽出手段５２と、データ抽出手段５２で抽出されたデータを予め設定された保存形式に変えて保存するデータ書込手段５３と、通信回線及びインターネット４４を介してデータ通信手段４６からデータ通信部４９に入力された検索条件に基づいて、データベース部５０に保存されているデータの中から該当するデータを検索し、検索結果をデータ通信部４９に入力するデータ検索手段５４とを有している。

歩行訓練時に得られた足裏の荷重変化のデータをサーバ４５側に保存するので、モニタ部４３におけるデータの記憶負担、データ処理負担をそれぞれ軽減してモニタ部４３の製造コストを低減することができる。また、サーバ４５では、足裏の荷重変化のデータから必要部分のデータを抽出して保存するので、データ容量がコンパクトになってサーバ４５での保存負担を軽減することができる。また、保存されたデータから必要なデータを、インターネット４４及び通信回線を介してモニタ部４３に送信させて表示器３８に表示することができるので、歩行訓練における過去の成果を容易に把握することができ、歩行訓練における機能回復の過程を定量的に把握することができ、訓練ステップの移行判定を的確に判定することができる。
更に、アプリケーション部５１において、歩行訓練補助のアプリケーションソフトウエアを用いて、足裏の荷重変化のデータから各種データを形成することにより、歩行訓練者毎にタイムリーな歩行訓練指導時の目標データを得ることができ、効果的な歩行訓練を立案して実行することができる。また、特定の歩行訓練者のデータを集めることにより、日ごとの回復又は悪化の状況を判断することもできる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
更に、本実施の形態とその他の実施の形態や変形例にそれぞれ含まれる構成要素を組合わせたものも、本発明に含まれる。
例えば、本実施の形態では、モニタ部を専用の携帯型端末として形成したが、モニタ部を市販の携帯型端末やスマートフォン（多機能携帯電話）等を用いて形成することもできる。
また、本実施の形態では、モニタ部に表示器を設けた構成としたが、モニタ部をデータの送受信、データ処理、データ記憶、画像作成、画像出力、音作成、及び音出力を行う演算部と、画像表示を行う表示部に分割し、表示部にはメガネ型のヘッドマウントディスプレイを使用し、音の再生にはイヤホンを使用する構成とすることもできる。
更に、信号（知覚信号）として音を用いたが、光や振動等の他の知覚信号を用いることも、音、光、及び振動から選択した２以上を組み合せて使用することもできる。
そして、足圧検出部と電装部を有線で接続したが、電波（例えば、ブルーツース用の電波）を介して接続してもよい。

１０：足圧測定装置、１１：左の中敷、１２：右の中敷、１３〜２０：荷重センサ、２１：左の足圧検出部、２２：右の足圧検出部、２３：信号線、２４：送信器、２５：左の電装部、２６：右の電装部、２７：足首装着具、２８：受信器、２９：モニタ部、２９ａ：下膊装着具、３０：検知部、３２：接続端子部、３３：圧力分布データ変換手段、３４：フィルタ手段、３５、３６：圧力分布データ記憶手段、３７：圧力分布データ表示制御手段、３８：表示器、３９：音データ記憶手段、４０：音データ再生手段、４１：スピーカ、４２：足圧測定装置、４３：モニタ部、４４：インターネット、４５：サーバ、４６：データ通信手段、４７：参照データ記憶手段、４８：参照データ表示制御手段、４９：データ通信部、５０：データベース部、５１：アプリケーション部、５２：データ抽出手段、５３：データ書込手段、５４：データ検索手段

Claims

歩行中の足圧をリアルタイムで測定し、接地から遊脚に到る前記足圧の変化を音、光、及び振動のいずれか１又は２以上の組み合せからなる知覚信号で知らせると共に、前記接地から前記遊脚までの期間の足裏の各部位の荷重変化を表示する足圧測定装置であって、
歩行に使用する左右一対の靴にそれぞれ装着する左右の中敷及び該それぞれの中敷の踵部から足先部の範囲に分散配置した複数の荷重センサを備えた左右の足圧検出部と、
前記左右の足圧検出部と異なる場所に配置されて該足圧検出部と有線で接続し、歩行中に前記荷重センサからそれぞれ出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、得られた該各デジタル信号から形成した荷重情報を、送信器を用いて無線用の送信信号に変えて送信する左右の電装部と、
前記左右の電装部とは異なる場所に設けられ、送信された前記送信信号を受信器で受信して受信信号を形成し、該受信信号から前記中敷内に予め設定した複数の特定部位に加わる荷重値の時間変化を求めて前記足裏の荷重変化として表示すると共に、前記複数の特定部位の中から選択した該特定部位の前記荷重値が予め設定した設定値以上であるか否かを判断し、該設定値以上の場合、前記荷重値が該設定値に到達したことを示す到達検知信号を出力し、前記到達検知信号により前記知覚信号を発生するモニタ部とを有し、
しかも、前記左右の電装部は、前記靴を装着した歩行訓練者の左右の足首にそれぞれ装着可能なバンド状の足首装着具を介して取り付けられ、前記モニタ部は、歩行訓練の指導者の下膊に下膊装着具を介して取り付けられていることを特徴とする足圧測定装置。
請求項１記載の足圧測定装置において、前記モニタ部は、前記特定部位毎に前記荷重値の平均値を求めて表示することを特徴とする足圧測定装置。
請求項１又は２記載の足圧測定装置において、複数の前記特定部位は、前記中敷の表側の母指が接触する領域Ｐ、小指が接触する領域Ｑ、踵が接触する領域Ｒ、土踏まずに対応する領域Ｓ、及び該土踏まずの外側の領域Ｔであって、前記荷重センサは、前記領域Ｐ、前記領域Ｑ、前記領域Ｒ、前記領域Ｓ、及び前記領域Ｔのそれぞれの裏面側に配置されていることを特徴とする足圧測定装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の足圧測定装置において、前記モニタ部は通信回線を介して外部の情報処理装置と接続され、前記モニタ部に記憶された前記足裏の荷重変化のデータは前記情報処理装置に送信され、加工されて保存され、保存されたデータは、前記通信回線を介して前記モニタ部に送信され表示されることを特徴とする足圧測定装置。
歩行中の足圧をリアルタイムで測定し、接地から遊脚までの期間の足裏の荷重変化を表示すると共に音、光、及び振動のいずれか１又は２以上の組み合せからなる知覚信号で知らせる足圧測定方法であって、
歩行に使用する左右一対の靴にそれぞれ装着する左右の中敷に、踵部から足先部の範囲に複数の荷重センサを分散配置した左右の足圧検出部をそれぞれ設け、歩行中に前記左右の足圧検出部からそれぞれ出力されるアナログ信号を、有線で前記靴を装着した歩行訓練者の左右の足首にバンド状の足首装着具を介してそれぞれ装着された左右の電装部に伝え、該左右の電装部でデジタル信号に変換し、得られた該各デジタル信号から形成した荷重情報を、送信器を介して無線用の送信信号に変えて送信し、
前記送信信号を歩行訓練の指導者の下膊に下膊装着具によって取り付けられたモニタ部の受信器で受信して受信信号を形成し、該受信信号から前記中敷内に予め設定した複数の特定部位に加わる荷重値の時間変化を求めて前記足裏の荷重変化として表示すると共に、前記複数の特定部位の中から選択した該特定部位の前記荷重値が予め設定した設定値以上であるか否かを判断し、該設定値以上の場合、前記荷重値が該設定値に到達したことを示す到達検知信号を出力し、前記到達検知信号により前記知覚信号を発生することを特徴とする足圧測定方法。