JP6243732B2 - 移動運動状態表示装置、方法及びシステム並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、加速度センサ（sensor）を用いて人の歩行などの移動運動を評価するための技術に関する。

従来、医療施設や介護施設等において、歩行障害を持つ患者に対するリハビリテーション（rehabilitation）が行われている。このリハビリテーションでは、一般的に、患者に適した歩行訓練プログラム（program）を作成したり、患者の回復レベル（level）を把握したりするために、理学療法士などの指導員が、患者の歩行運動を繰り返し評価する。この評価の基準には、例えば、患者の歩行中における体重バランス（balance）の移動範囲や集中領域などが含まれる。なお、体重バランスとは、体を移動させる向きやその強さを示す概念と考えることができる。

一方、加速度センサを用いて人の歩行中に生じる加速度を測定し、その測定結果を用いて歩行運動の評価を行う試みが成されている（例えば、特許文献１，要約等参照）。

特開２０１３−０５９４８９号公報

ここで、上述のリハビリテーションにおいては、理学療法士などの指導員が患者の歩行運動を目視で確認し主観で判断するため、評価がばらつくことがある。また、既存の歩行評価技術においても、評価結果を客観的に示す方法は未だ確立されていない。特に、歩行中の体重バランスの移動範囲と集中領域を知ることは、例えば、片麻痺の患者の歩行評価に効果的であると考えられるが、そのような歩行運動の解析結果を効率的に確認できるものは、現時点において存在していない。

このような事情により、人の歩行などの移動運動の評価に有用な移動運動の解析結果を効率的に確認できる技術が望まれている。

第１の観点の発明は、
加速度センサを用いて計測された人の移動運動中の各時刻における２方向の加速度成分について、前記２方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度を第１の分解能で表す第１の２次元マップ（map）を表示するよう表示部を制御する第１の表示制御手段と、
前記第１の２次元マップが表す計測頻度の範囲内において注目する範囲を設定する設定手段と、
前記第１の２次元マップにおける領域のうち計測頻度が前記注目する範囲に属する領域における計測頻度を、前記第１の分解能より高い第２の分解能で表す第２の２次元マップを表示するよう前記表示部を制御する第２の表示制御手段と、を備えた移動運動状態表示装置を提供する。

第２の観点の発明は、
前記第１及び第２の２次元マップが、前記２方向の加速度成分を２軸とする座標系において、前記２方向の加速度成分の組合せに対応する座標の画素を、該組合せの計測頻度に応じた色で表す画像である、上記第１の観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第３の観点の発明は、
前記第１の２次元マップが、該第１の２次元マップが表す計測頻度の範囲に対して複数の色を割り当てて、第１の間隔を有する複数の計測頻度の各々について同じ該計測頻度を表す画素同士を結んだ線を、該計測頻度に割り当てられた色で表す画像であり、
前記第２の２次元マップが、該第２の２次元マップが表す計測頻度の範囲に対して前記複数の色と同じ複数の色を割り当てて、前記第１の間隔より狭い第２の間隔を有する複数の計測頻度の各々について同じ該計測頻度を表す画素同士を結んだ線を、該計測頻度に割り当てられた色で表す画像である、上記第２の観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第４の観点の発明は、
前記第１の２次元マップが、該第１の２次元マップが表す計測頻度の範囲に対して複数の色を割り当てて、該第１の２次元マップが表す各画素を、該画素に対応した前記組合せの計測頻度に割り当てられた色で表す画像であり、
前記第２の２次元マップが、該第２の２次元マップが表す計測頻度の範囲に対して前記複数の色と同じ複数の色を割り当てて、該第２の２次元マップが表す各画素を、該画素に対応した前記組合せの計測頻度に割り当てられた色で表す画像である、上記第２の観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第５の観点の発明は、
前記複数の色が、第１の色から該第１の色とは異なる第２の色へと徐々に変化する過程における各色により構成されている、上記第３の観点または第４の観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第６の観点の発明は、
前記第１及び第２の２次元マップが、前記２方向の加速度成分を２軸とする座標系において、前記２方向の加速度成分の組合せに対応する座標の画素を、該組合せの計測頻度に応じた明度で表す画像である、上記第１の観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第７の観点の発明は、
前記第１の２次元マップが、該第１の２次元マップが表す計測頻度の範囲に対して複数の明度を割り当てて、第１の間隔を有する複数の計測頻度の各々について同じ該計測頻度を表す画素同士を結んだ線を、該計測頻度に割り当てられた明度で表す画像であり、
前記第２の２次元マップが、該第２の２次元マップが表す計測頻度の範囲に対して前記複数の明度と同じ複数の明度を割り当てて、前記第１の間隔より狭い第２の間隔を有する複数の計測頻度の各々について同じ該計測頻度を表す画素同士を結んだ線を、該計測頻度に割り当てられた明度で表す画像である、上記第６の観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第８の観点の発明は、
前記第１の２次元マップが、該第１の２次元マップが表す計測頻度の範囲に対して複数の明度を割り当てて、該第１の２次元マップが表す各画素を、該画素に対応した前記組合せの計測頻度に割り当てられた明度で表す画像であり、
前記第２の２次元マップが、該第２の２次元マップが表す計測頻度の範囲に対して前記複数の明度と同じ複数の明度を割り当てて、該第２の２次元マップが表す各画素を、該画素に対応した前記組合せの計測頻度に割り当てられた明度で表す画像である、上記第６の観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第９の観点の発明は、
前記複数の明度が、白色から黒色まで徐々に変化する過程における各明度により構成されている、上記第７の観点または第８の観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第１０の観点の発明は、
前記設定手段が、操作者により指定された計測頻度の範囲を、前記注目する範囲として設定する、上記第１の観点から第９の観点のいずれか一つの観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第１１の観点の発明は、
前記設定手段が、前記第１の２次元マップにおいて操作者により指定された画素または領域に対応した計測頻度に基いて、前記注目する範囲を設定する、上記第１の観点から第９の観点のいずれか一つの観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第１２の観点の発明は、
前記第１の２次元マップが、２次元ヒストグラム（histogram）に基づく画像である、上記第１の観点から第１１の観点のいずれか一つの観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第１３の観点の発明は、
前記２次元ヒストグラムが、該２次元ヒストグラムの２次元座標系において、原点に近い領域にて第１のビン（bin）のサイズ（size）を有しており、前記原点から遠い領域にて前記第１のビンのサイズより大きい第２のビンのサイズを有している、上記第１２の観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第１４の観点の発明は、
前記第１の２次元マップが、前記２次元ヒストグラムを表す画像にスムージング（smoothing）処理を施して得られる画像である、上記第１２の観点または第１３の観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第１５の観点の発明は、
前記２方向が、前記人の左右方向、前後方向及び上下方向のうちの２方向である、上記第１の観点から第１４の観点のいずれか一つの観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第１６の観点の発明は、
前記２方向が、前記人の左右方向及び前後方向である、上記第１５の観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第１７の観点の発明は、
前記移動運動が、歩行である、上記第１の観点から第１６の観点のいずれか一つの観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第１８の観点の発明は、
前記移動運動が、走行である、上記第１の観点から第１６の観点のいずれか一つの観点の移動運動状態表示装置を提供する。

第１９の観点の発明は、
加速度センサを用いて人の移動運動中の各時刻における２方向の加速度成分を計測する計測ステップ（step）と、
前記計測された各時刻における２方向の加速度成分について、前記２方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度を第１の分解能で表す第１の２次元マップを表示させる第１の表示ステップと、
前記第１の２次元マップが表す計測頻度の範囲内において注目する範囲を設定する設定ステップと、
前記第１の２次元マップにおける領域のうち計測頻度が前記設定された範囲に属する領域における計測頻度を、前記第１の分解能より高い第２の分解能で表す第２の２次元マップを表示させる第２の表示ステップと、を備えた移動運動状態表示方法を提供する。

第２０の観点の発明は、
人に取り付けられる加速度センサと、
前記加速度センサを用いて計測された前記人の移動運動中の各時刻における２方向の加速度成分について、前記２方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度を第１の分解能で表す第１の２次元マップを表示するよう表示部を制御する第１の表示制御手段と、
前記第１の２次元マップが表す計測頻度の範囲内において注目する範囲を設定する設定手段と、
前記第１の２次元マップにおける領域のうち計測頻度が前記注目する範囲に属する領域における計測頻度を、前記第１の分解能より高い第２の分解能で表す第２の２次元マップを表示するよう前記表示部を制御する第２の表示制御手段と、を備えた移動運動状態表示システム（system）を提供する。

第２１の観点の発明は、
コンピュータ（computer）を、
上記第１の観点から第１８の観点のいずれか一つの観点の移動運動状態表示装置として機能させるためのプログラムを提供する。

上記観点の発明によれば、人の移動運動中の各時刻における２方向の加速度成分について、当該２方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度を表す２次元マップとして、全体に渡って相対的に低分解能に示したものと、注目する特定の計測頻度の範囲に絞って相対的に高分解能に示したものとを表示させることができ、人の移動運動中における体重バランスの移動範囲及び集中領域の概要を直感的に把握できるだけでなく、評価上意味のある体重バランスの注目すべき僅かな変化をも把握することができる。よって、上記観点の発明によれば、操作者は、人の歩行などの移動運動の評価に有用な移動運動の解析結果を効率的に確認することができる。

歩行状態表示システムの構成を概略的に示す図である。 加速度センサモジュール及び歩行状態表示装置のハードウェアの構成を示す図である。 加速度センサモジュール及び歩行状態表示装置の機能的な構成を示す機能ブロック図である。 歩行状態表示システムにおける処理の流れを示すフロー図である。 歩行加速度算出部により算出される左右方向、前後方向及び上下方向の加速度成分ａ_x，ａ_y，ａ_zの一例を示す図である。 左右／前後方向における加速度成分の２次元ヒストグラムＨの一例を示す図である。 左右／前後方向における加速度成分の第１の２次元マップＭ１が表示された画面の一例を示す図である。 左右／前後方向における加速度成分の第２の２次元マップＭ２が表示された画面の第１例を示す図である。 左右／前後方向における加速度成分の第２の２次元マップＭ２が表示された画面の第２例を示す図である。

以下、発明の実施形態について説明する。なお、これにより発明は限定されない。

図１は、歩行状態表示システム（system）１の構成を概略的に示す図である。なお、歩行状態表示システム１は、発明における移動運動状態表示システムの一例である。

歩行状態表示システム１は、図１に示すように、加速度センサモジュール（sensor module）２と、歩行状態表示装置３とを有している。加速度センサモジュール２は、患者１０の背面の腰部中央等に、粘着パッド（pad）やバンド（band）等により装着される。歩行状態表示装置３は、操作者１１が携帯したり操作したりして使用される。なお、歩行状態表示装置３は、発明における移動運動状態表示装置の一例である。

図２は、加速度センサモジュール２及び歩行状態表示装置３のハードウェア（hardware）の構成を示す図である。

図２に示すように、加速度センサモジュール２は、プロセッサ（processer）２１と、加速度センサ２２と、メモリ（memory）２３と、通信Ｉ／Ｆ（interface）２４と、バッテリ（battery）２５とを有している。歩行状態表示装置３は、例えば、スマートフォン（smart phone）、タブレット型コンピュータ（tablet computer）、ノートパソコン（note PC）などのコンピュータ端末であり、プロセッサ３１と、ディスプレイ３２と、操作部３３と、メモリ３４と、通信Ｉ／Ｆ３５と、バッテリ３６とを有している。なお、プロセッサ２１及びプロセッサ３１は、それぞれ、単一のプロセッサに限定されず、複数のプロセッサである場合も考えられる。

図３は、加速度センサモジュール２及び歩行状態表示装置３の機能的な構成を示す機能ブロック（block）図である。

加速度センサモジュール２は、図３に示すように、加速度センサ部２０１と、サンプリング（sampling）部２０２と、送信部２０３とを有している。なお、サンプリング部２０２及び送信部２０３は、プロセッサ２１がメモリ２３に記憶されている所定のプログラム（program）を読み出して実行することにより実現される。

加速度センサ部２０１は、センサ本体を基準とした３次元直交座標系におけるｘ，ｙ，ｚの各軸方向の加速度成分について、その加速度成分に応じたアナログ（analog）信号をほぼリアルタイム（real time）に出力する。

サンプリング部２０２は、そのアナログ信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてデジタル（digital）の加速度データに変換する。サンプリング周波数は、例えば１２８Ｈｚである。サンプリング部２０２は、例えば、１ｇ（重力加速度）＝９．８ｍ／ｓ²＝加速度データ値１２８となるスケール（scale）で、加速度データを出力する。なお、ここでは、加速度成分の正負は、右側寄り、前側寄り、上側寄りをそれぞれ正とする。

送信部２０３は、サンプリングされた各時刻における加速度成分を表す加速度データをほぼリアルタイム（real time）にて無線で送信する。

なお、本例では、加速度センサモジュール２は、センサ本体のｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向が、それぞれ、患者１０のＲＬ（Right-Left）方向、ＡＰ（Anterior-Posterior）方向及びＳＩ（Superior-Inferior）方向と一致するように取り付けられる。ＲＬ方向、ＡＰ方向及びＳＩ方向は、それぞれサジタル（sagittal）方向、コロナル（coronal）方向及びアキシャル（axial）方向とも言う。また、本例では、加速度センサモジュール２の姿勢（傾き）は、患者１０の歩行中において変化しないものと仮定する。

歩行状態表示装置３は、図３に示すように、操作部３０１と、ディスプレイ（display）部３０２と、患者情報受付部３０３と、受信部３０４と、歩行加速度算出部３０５と、第１の２次元マップ（map）生成部３０６と、注目頻度範囲設定部３０７と、注目頻度領域抽出部３０８と、第２の２次元マップ生成部３０９と、表示制御部３１０と、ＧＵＩ（Graphical User Interface）部３１１と、記憶部３１２とを有している。なお、患者情報受付部３０３、受信部３０４、歩行加速度算出部３０５、第１の２次元マップ生成部３０６、注目頻度範囲設定部３０７、注目頻度領域抽出部３０８、第２の２次元マップ生成部３０９、表示制御部３１０、及びＧＵＩ部３１１は、プロセッサ３１がメモリ３４に記憶されている所定のプログラムを実行することにより実現される。また、第１の２次元マップ生成部３０６及び表示制御部３１０は、発明における第１の表示制御手段の一例である。また、第２の２次元マップ生成部３０９及び表示制御部３１０、発明における第２の表示制御手段の一例である。また、注目頻度範囲設定部３０７は、発明における設定手段の一例である。

操作部３０１は、操作者１１の操作を受け付ける。操作部３０１は、例えば、タッチパネル（touch panel）、タッチパッド（touch pad）、キーボード（keyboard）、マウス（mouse）などにより構成されている。なお、操作者１１は、例えば、理学療法士などの指導員である。

ディスプレイ部３０２は、画像を表示する。ディスプレイ部３０２は、例えば、液晶パネル、有機ＥＬパネルなどにより構成されている。

患者情報受付部３０３は、患者情報の入力を受け付け、入力された患者情報を記憶部３１２に記憶させる。

受信部３０４は、加速度センサモジュール２の送信部２０３から送信された加速度データを無線で受信する。なお、送信部２０３と受信部３０３との無線通信には、例えば、ブルートゥース（Bluetooth（登録商標））等の規格を用いる。

歩行加速度算出部３０５は、取得された加速度データに基づいて、患者１０の歩行中における左右方向、前後方向及び上下方向の加速度成分ａ_x，ａ_y，ａ_zをそれぞれ算出する。なお、本例では、これらの加速度成分ａ_x，ａ_y，ａ_zは、重力加速度ｇの成分を除去して、患者１０の純粋な歩行運動により生じた加速度成分として算出することを想定する。ただし、より簡便に、重力加速度ｇの成分を含む形で算出してもよい。また、左右方向、前後方向及び上下方向は、それぞれ、水平左右方向、水平進行方向及び鉛直方向を想定する。ただし、より簡便に、加速度センサモジュール２のセンサ本体を基準としたｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向としてもよい。

第１の２次元マップ生成部３０６は、患者１０の歩行中の各時刻における左右方向及び前後方向の加速度成分ａ_x，ａ_yについて、左右方向及び前後方向の加速度成分の組合せごとの計測頻度の分布を表す第１の２次元マップＭ１を生成する。

注目頻度範囲設定部３０７は、第１の２次元マップＭ１が表す計測頻度の全範囲の中で、注目する計測頻度の範囲（以下、注目頻度範囲という）を設定する。

注目頻度領域抽出部３０８は、第１の２次元マップＭ１における全領域のうち、計測頻度が注目頻度範囲に属する領域（以下、注目頻度領域という）を抽出する。

第２の２次元マップ生成部３０９は、注目頻度領域について計測頻度の分布を表す第２の２次元マップＭ２を生成する。

表示制御部３１０は、ディスプレイ部３０２を制御して、第１の２次元マップＭ１及び第２の２次元マップＭ２等を画面に表示させる。

ＧＵＩ部３１１は、いわゆるグラフィカル・ユーザ・インタフェースとして機能する。すなわち、ＧＵＩ部３１１は、ディスプレイ部３０２の画面に入力欄やボタン（button）等を擬似的に表示し、これらを介して操作者１１からの入力を受け付けたり、操作者１１に提供する情報を画面に表示したりする。

記憶部３１２は、入力された患者情報、取得された加速度データ、算出された各加速度成分、生成された２次元マップなどのデータを記憶する。なお、これらのデータは、必要に応じて、歩行状態表示装置３に接続されたデータベース４１に転送されたり、外付けのＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカード（memory card）などの媒体や、インターネット（internet）を介して接続された外部の媒体などを含む記憶媒体４２に保存されたりする。

これより、歩行状態表示システム１における処理の流れについて説明する。

図４は、歩行状態表示システム１における処理の流れを示すフロー（flow）図である。

ステップ（step）Ｓ１では、操作者１１が操作部３０１を操作して、患者１０の患者情報を歩行状態表示装置３に入力する。患者情報受付部３０３は、その患者情報の入力を受け付け、記憶部３１２に記憶させる。患者情報には、例えば、患者のＩＤ番号、氏名、年齢、性別、生年月日などが含まれる。なお、後述する患者１０の加速度データや、当該加速度データを基に得られたグラフ（graph）、解析結果などは、この患者情報と対応付けて記憶部３１２に記憶される。

ステップＳ２では、患者１０の歩行中の各時刻ｔ_iにおける加速度データを取得する。ここでは、まず、操作者１１が、患者１０の腰部に加速度センサモジュール２を取り付ける。そして、患者１０に、標準的な歩行速度でしばらく歩行してもらう。歩行は、通常、距離にして５ｍ〜２０ｍ程度、時間にして２０秒〜３分程度、歩数にして１０歩〜４０歩程度である。加速度センサモジュール２のサンプリング部２０２は、加速度センサ部２０１の出力に基づいて、患者１０の歩行中におけるｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの加速度成分Ａ_x，Ａ_y，Ａ_zをサンプリングして計測する。加速度センサモジュール２の送信部２０３は、計測された加速度成分を表す加速度データをほぼリアルタイムで送信する。歩行状態表示装置３は、送信部２０３から送信された加速度データを、受信部３０４を用いて受信して取得する。取得された加速度データは、記憶部３１２に送信され記憶される。

ステップＳ３では、歩行加速度算出部３０５が、取得された加速度データを記憶部３１２から読み出し、当該加速度データに基づいて、患者１０の歩行中の各時刻における左右方向、前後方向及び上下方向の加速度成分ａ_x，ａ_y，ａ_zを算出する。なお、ここでは、加速度データが表す加速度から重力加速度ｇの成分を除去する処理を含む所定のアルゴリズム（algorithm）を用いて、各加速度成分を算出する。算出された各加速度成分は、記憶部３１２に送信され記憶される。

図５は、患者１０の歩行中の各時刻における左右方向、前後方向及び上下方向の加速度成分ａ_x，ａ_y，ａ_zの一例を示す図である。図５において、横軸は時間、縦軸は加速度成分の大きさ（相対値）をそれぞれ表している。

ステップＳ４では、操作者１１が、操作部３０１を操作して、加速度成分の測定結果及び解析結果を表示するための複数の機能の中から、実行させたい所望の機能を選択する。本例では、操作者１１は、患者１０の左右方向及び前後方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度の分布を表す２次元マップを表示する機能を選択するものとする。この２次元マップによれば、患者１０の歩行中における水平面方向での加速度成分がどのように分布しているかを確認することができる。つまり、患者１０の体重バランスすなわち静止状態からの移動の向きと強さについて、集中領域やその集中度合、移動範囲の広さや偏り、左右対称性、移動パターン（pattern）等を評価することができる。

ステップＳ５では、第１の２次元マップ生成部３０６が、ステップＳ４での操作者１１による選択操作に応答して、第１の２次元マップＭ１を生成する。第１の２次元マップＭ１は、ステップＳ３にて得られた各時刻における左右方向及び前後方向の加速度成分ａ_x，ａ_yについて、左右方向及び前後方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度の分布を表すマップである。

本例では、まず、取得された患者１０の各時刻ｔ_iにおける左右方向及び前後方向の加速度成分ａ_x(i),ａ_y(i)を、記憶部３１２から読み出す。次に、取得された各時刻ｔ_iでの左右方向及び前後方向の加速度成分ａ_x(i),ａ_y(i)について、これら２方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度を求める。次いで、これら２方向の加速度成分ａ_x，ａ_yを２軸とした２次元座標系Ｋ１を用意する。そして、この２次元座標系Ｋ１において、上記組合せに対応した座標の画素に、当該組合せの計測頻度を画素値として設定する。これにより、各画素を２次元的なビン（bin）とした２次元ヒストグラム（histogram）Ｈが得られる。

図６は、左右方向及び前後方向における加速度成分の２次元ヒストグラムＨの一例を示す図である。

なお、２次元ヒストグラムＨにおける各ビンのサイズ（size）は一定でもよいが、本例では、２次元座標系Ｋ１における原点Ｏに近い領域よりも、原点Ｏから遠い領域の方がより大きくなるよう振り分けることにする。ここで、原点Ｏは、左右方向及び前後方向の加速度成分が共に０となる点である。ビンのサイズの振り分け方としては、例えば、原点Ｏから遠いほど、各ビンのサイズが徐々に大きくなるように振り分ける。また例えば、データ点のばらつき（分散）が大きい領域において、ビンのサイズを大きくするように振り分ける。２次元座標系Ｋ１における原点Ｏから遠い領域に位置するデータ点は、ばらつきが多く、対応する計測頻度も小さくて目立たないことが多い。しかし、このように原点Ｏから遠い領域やデータ点のばらつきの大きい領域におけるビンのサイズをより大きくすることで、その存在を強調させることができる。その結果、患者１０の水平面方向における体重バランスの移動範囲をより容易に把握することが可能となる。

次に、観察がしやすくなるように、２次元ヒストグラムＨを表す画像にスムージング（smoothing）処理を施して、粗い凹凸部分を滑らかに整形する。スムージング処理には、例えば、３×３画素や５×５画素などのマスク（mask）を用いた平滑化フィルタ（filter）処理等を用いることができる。また、スムージング処理は、１回だけでなく、複数回に渡り繰返し行ってもよい。

そして、スムージング処理済みの画像Ｈ′を、所定の表現形式による画像に変換することにより、第１の２次元マップＭ１を生成する。記憶部３１２は、この第１の２次元マップＭ１を記憶する。本例では、当該表現形式として、カラー（color）等高線表現形式を用いる。

カラー等高線表現形式とは、一定間隔を有する複数の計測頻度（画素値）について同じ計測頻度（画素値）を有する画素同士を線（以下、等高線という）で結ぶ表現形式であり、それら等高線を、対応する計測頻度（画素値）に応じた色で表す。例えば、２次元マップにおける計測頻度（画素値）の範囲である０から最大頻度（最大画素値）までのフルレンジ（full range）を正規化し、０〜１００％で表すようにする。このとき、計測頻度（画素値）のフルレンジ０〜１００％の各レベル（level）に対して、互いに異なる複数の色を割り当てる。複数の色は、例えば、第１の色から第１の色とは異なる第２の色へと徐々に変化する過程における各色により構成される。そして、この０〜１００％の範囲において複数の特定レベルを一定間隔で均等に設定し、これら複数の特定レベルの各々について同じ特定レベルの計測頻度（画素値）を有する画素同士を線で結び、複数の等高線を生成する。各等高線は、対応するレベルに割り当てられた色で表される。本例では、計測頻度（画素値）のフルレンジ０〜１００％に対して、２０レベル、すなわち、５％，１０％，１５％，・・・，９５％，１００％の特定レベルを設定する。また、計測頻度（画素値）のフルレンジ０〜１００％に対して、寒色から暖色へ（例えば、青色→水色→緑色→黄色→橙色→赤色）と徐々に変化する各色を割り当てる。これにより、第１の２次元マップＭ１を、寒色から暖色に変化する２０色の等高線で表すことができる。

なお、上記の表現形式としては、カラー等高線表現形式の他、グレースケール（gray-scale）等高線表現形式、カラー分布表現形式、グレースケール分布表現形式等が考えられる。

グレースケール等高線表現形式とは、上記のカラー等高線形式において、色の代わりに明暗を表す明度を用いる表現形式である。すなわち、計測頻度（画素値）のフルレンジにおける０〜１００％に対して、複数の明度例えば白色から黒色へと徐々に変化する過程における各明度を割り当て、各等高線を、対応するレベルに割り当てられた“明度”で表す。

カラー分布表現形式とは、各画素をその計測頻度（画素値）の大きさに応じた色で表す表現形式である。例えば、２次元マップにおける計測頻度（画素値）の範囲である０から最大頻度（最大画素値）までの範囲を正規化し、０〜１００％で表すようにする。このとき、計測頻度（画素値）のフルレンジ０〜１００％の各レベルに対して、互いに異なる複数の色を割り当てる。そして、この０〜１００％の範囲を複数の領域に区分し、それぞれの領域に対応する計測頻度（画素値）を有する画素を、対応する色で表すようにする。例えば、計測頻度（画素値）のフルレンジ０〜１００％に対して、寒色から暖色へと徐々に変化する色をほぼ連続的に割り当てる。そして、計測頻度（画素値）のフルレンジ０〜１００％を２５６領域、すなわち、０〜100・1/256％，100・1/256〜100・2/256％，100・2/256〜100・3/256％，・・・，100・254/256〜100・255/256％，100・255/256〜100・256/256％の領域に区分する。これにより、２次元マップ全体を、計測頻度（画素値）別に２５６色で表すことができる。

また、グレースケール分布表現形式とは、上記のカラー分布形式において、色の代わりに明暗を表す明度を用いる表現形式である。すなわち、計測頻度（画素値）の範囲０〜１００％に対して、白色から黒色へと徐々に変化する明度を割り当て、区分した各領域の計測頻度（画素値）を有する画素を、対応するレベルに応じた“明度”で表す。

なお、第１の２次元マップＭ１は、スムージング処理していない画像Ｈを所定の表現形式に変換したものあってもよい。また、第１の２次元マップＭ１は、スムージング処理なしの画像Ｈまたはスムージング処理済みの画像Ｈ′を、カラー／グレースケール等高線表現形式かつカラー／グレースケール分布表現形式に変換したものであってもよい。

ステップＳ６では、表示制御部３１０が、ディスプレイ部３０２を制御して、ステップＳ５にて生成されたカラー等高線表現形式による第１の２次元マップＭ１を画面に表示させる。このとき、第１の２次元マップＭ１の近傍に、第１の２次元マップＭ１における計測頻度（画素値）のフルレンジ０〜１００％に対して割り当てられた色を表すカラーバーＣＢも表示させる。操作者は、このカラーバーＣＢを参照することにより、どの色の等高線がどの計測頻度（画素値）のレベルに対応しているかを直感的に把握することができる。

図７は、左右方向及び前後方向における加速度成分の第１の２次元マップＭ１が表示された画面の一例を示す図である。図７の第１の２次元マップＭ１は、カラー等高線表現形式による２次元マップである。横軸は左右方向の加速度成分（相対値）、縦軸は前後方向の加速度成分（相対値）をそれぞれ表している。また、各等高線は、計測頻度のフルレンジにおける５％，１０％，・・・，１００％の各レベルを表しており、等高線の間隔は計測頻度のフルレンジにおける５％分である。各等高線には、青色から赤色へと徐々に変化する色がそれぞれ割り当てられている。

ステップＳ７では、注目頻度範囲設定部３０７が、操作者１１の操作に応じて、あるいは自動で、注目する計測頻度の範囲（以下、注目頻度範囲という）を設定する。

本例では、操作者１１の操作に応じて注目頻度範囲Ｒを設定することとし、具体的には次のような方法によって設定する。

図７に示すように、ＧＵＩ部３１１が、ディスプレイ部３０２の画面にスライダーバー（slider-bar）ＳＢを表示させる。このスライダバーＳＢは、１本のバーＢと、そのバーＢの上をスライドする第１のスライダーＳ１及び第２のスライダーＳ２とにより構成されている。バーＢは、第１の２次元マップＭ１における計測頻度（画素値）の範囲を表しており、バーＢの一端から他端までの各位置は、計測頻度（画素値）の範囲０〜１００％の各レベルと対応している。第１及び第２のスライダーＳ１，Ｓ２は、注目頻度範囲Ｒに対応する頻度範囲を表している。すなわち、第１のスライダーＳ１のバーＢに対する位置がその頻度範囲の開始レベルＲｓを示しており、第２のスライダーＳ２のバーＢに対する位置がその頻度範囲の終了レベルＲｅを示している。操作者１１は、これら第１及び第２のスライダーＳ１，Ｓ２をポインタ（pointer）Ｐ等を用いて移動させることにより、所望の頻度範囲を指定することができる。注目頻度範囲設定部３０７は、このようにＧＵＩを介して指定された所望の頻度範囲Ｒｓ〜Ｒｅ％を、注目頻度範囲Ｒとして設定する。

なお、所望の頻度範囲の指定方法としては、上記の方法の他に、次のような方法も考えられる。

例えば、ＧＵＩ部３１１が、ディスプレイ部３０２の画面にポインタＰを表示させる。操作者１１は、第１の２次元マップＭ１上で、計測頻度の分布をより詳しく知りたいと考える領域の中心付近の位置をポインタＰを用いて指定する。そして、指定された位置にある画素に対応した計測頻度（画素値）を基準とし、その基準を含む所定の範囲を、所望の頻度範囲として指定する。基準を含む所定の範囲としては、例えば、基準±αとし、αは、第１の２次元マップＭ１全体または上記指定された位置の近傍領域における各画素に対応した計測頻度の分散もしくは最大−最小間の幅に基づく値、あるいは、プリセット（preset）された値とする。指定された所望の頻度範囲は、上記スライダーバーＳＢに反映させ、操作者が、第１及び第２のスライダーＳ１，Ｓ２の位置を移動させることにより微調整するようにしてもよい。

また例えば、操作者１１が、第１の２次元マップＭ１上で、計測頻度の分布をより詳しく知りたいと考える領域をポインタＰ等を用いて指定する。そして、指定された領域内の各画素に対応した計測頻度の最小値から最大値までの範囲を、所望の頻度範囲として指定する。指定された所望の頻度範囲は、上記スライダーバーＳＢに反映させ、操作者が、第１及び第２のスライダーＳ１，Ｓ２の位置を移動させることにより微調整するようにしてもよい。

なお、注目頻度範囲設定部３０７は、第１の２次元マップＭ１における計測頻度の解析結果等に基いて注目頻度範囲を自動で設定してもよい。

ステップＳ８では、注目頻度領域抽出部３０８が、第１の２次元マップＭ１における、左右方向及び前後方向の加速度成分の全組合せ（全画素）の中から、対応する計測頻度（画素値）が注目頻度範囲に属する組合せ（画素）を抽出する。

ステップＳ９では、抽出された左右方向及び前後方向の加速度成分の組合せについて、上記２次元座標系Ｋ１において、その組合せごとにおける計測頻度の分布を表す第２の２次元マップＭ２を生成する。記憶部３１２は、生成された第２の２次元マップＭ２を記憶する。

この際、第２の２次元マップＭ２は、第１の２次元マップＭ１と同じ表現形式による画像として生成する。また、第２の２次元マップＭ２における計測頻度の分布が、第１の２次元マップＭ１と比較してより高い分解能で表現されるように、表現形式における設定条件を調整する。例えば、カラー／グレースケール等高線表現形式の場合には、等高線の数を規定する特定レベルの数や、注目頻度範囲Ｒｓ〜Ｒｅ％に対して割り当てられる色または明度を、第１の２次元マップＭ１のときの同じにする。また例えば、カラー／グレースケール分布表現形式の場合には、注目頻度範囲Ｒｓ〜Ｒｅ％に対して割り当てられる色または明度を、第１の２次元マップＭ１のときの同じにする。

ステップＳ１０では、表示制御部３１０が、ディスプレイ部３０２を制御して、ステップＳ９にて生成されたカラー等高線表現形式による第２の２次元マップＭ２を画面に表示させる。このとき、第１の２次元マップＭ１を表示させるときと同様に、第２の２次元マップＭ２における計測頻度（画素値）の範囲、すなわち注目頻度範囲Ｒｓ〜Ｒｅ％に対して割り当てられた色を表すカラーバーＣＢも表示させる。

図８及び図９は、図７の第１の２次元マップＭ１に基づいて生成された第２の２次元マップＭ２が表示された画面の例を示す図である。これら第２の２次元マップＭ２は、第１の２次元マップＭ１と同様にカラー等高線表現形式による画像である。

図８は、注目頻度範囲Ｒを計測頻度のフルレンジにおける５０％〜１００％として、この領域を抽出したときの例（第１の例）である。また、図９は、注目頻度範囲Ｒを計測頻度のフルレンジにおける０％〜２０％として、この領域を抽出したときの例（第２の例）である。両図において、横軸は左右方向の加速度成分（相対値）、縦軸は前後方向の加速度成分（相対値）をそれぞれ表している。第２の２次元マップＭ２における等高線の本数及び割り当てられた複数の色（色の変化範囲）は、第１の２次元マップＭ１のとき同じである。一方、第２の２次元マップＭ２が表す計測頻度の範囲は、いずれの例の場合にも、第１の２次元マップＭ１よりも狭くなっている。等高線の間隔について言えば、第１の例の場合には、計測頻度のフルレンジにおける２．５％分、第２の例の場合には、計測頻度のフルレンジにおける１％分であり、いずれも第１の２次元マップＭ１の場合より狭くなっている。そのため、第２の２次元マップＭ２では、表される計測頻度の分解能が向上している。図８の例では、２次元マップにおける中央付近の計測頻度が高い領域での等高線の密度が上がっており、体重バランスの集中領域での詳細な頻度情報を確認することができる。また、図９の例では、２次元マップにおける外側の計測頻度が低い領域での等高線の密度が上がっており、体重バランスの移動が大きい領域での詳細な頻度情報を確認することができる。特にこの場合には、計測頻度が低い領域において埋もれがちな、患者１０の歩行における特徴と、偶然に起きた単発的な変化との切分けを行うことができる。

ステップＳ１１では、注目頻度範囲を変更するか否かを決定する。変更する場合には、ステップＳ７に戻る。変更しない場合には、処理を終了する。

このような本実施形態によれば、人の歩行運動中の各時刻における２方向の加速度成分について、当該２方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度を表す２次元マップとして、全体に渡って相対的に低分解能に示したものと、注目する特定の計測頻度の範囲に絞って相対的に高分解能に示したものとを表示させることができ、人の歩行運動中における体重バランスの移動範囲及び集中領域の概要を直感的に把握できるだけでなく、理学療法的に意味のある体重バランスの注目すべき僅かな変化をも把握することができる。すなわち、人の歩行評価に有用な歩行運動の解析結果を効率的に確認することができる。

また、本実施形態によれば、操作者が２次元マップ上において関心のある計測頻度の部分だけを抽出し、その頻度情報を強調して可視化することが可能になる。その結果、操作者は、関心のある体重バランスの移動について、患者の歩行の特徴なのか偶然起きた単発的なものなのかを切り分けることができる。

なお、発明は、上記実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態では、患者１０の歩行中における左右方向及び前後方向の加速度成分ａ_x，ａ_yの２次元マップを生成し表示している。しかしながら、患者１０の歩行中における他の２方向の加速度成分、例えば、前後方向及び上下方向の加速度ａ_y，ａ_z、あるいは、左右方向及び上下方向の加速度ａ_x，ａ_zの２次元マップを生成し表示するようにしてもよい。

また例えば、本実施形態は、発明を、人の歩行運動に適用した例であるが、人のその他の移動運動、例えば人の走行運動などにも適用することができる。

また例えば、本実施形態は、人に装着した加速度センサの出力から人の移動運動中における加速度を基に、上記の２次元マップを生成し表示する装置であるが、コンピュータをこのような装置として機能させるためのプログラムもまた発明の実施形態の一つである。

１ 歩行状態表示システム
１０ 患者
１１ 操作者
２ 加速度センサモジュール
２１ プロセッサ
２２ 加速度センサ
２３ メモリ
２４ 通信Ｉ／Ｆ
２５ バッテリ
２０１ 加速度センサ部
２０２ サンプリング部
２０３ 送信部
３ 歩行状態表示装置
３１ プロセッサ
３２ ディスプレイ
３３ 操作部
３４ メモリ
３５ 通信Ｉ／Ｆ
３６ バッテリ
３０１ 操作部
３０２ ディスプレイ部
３０３ 患者情報受付部
３０４ 受信部
３０５ 歩行加速度算出部
３０６ 第１の２次元マップ生成部
３０７ 注目頻度範囲設定部
３０８ 注目頻度範囲抽出部
３０９ 第２の２次元マップ生成部
３１０ 表示制御部
３１１ ＧＵＩ部
３１２ 記憶部
４１ データベース
４２ 記憶媒体

Claims (21)

1. 加速度センサを用いて計測された人の移動運動中の各時刻における２方向の加速度成分について、前記２方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度を第１の分解能で表す第１の２次元マップを表示するよう表示部を制御する第１の表示制御手段と、
   前記第１の２次元マップが表す計測頻度の範囲内において注目する範囲を設定する設定手段と、
   前記第１の２次元マップにおける領域のうち計測頻度が前記注目する範囲に属する領域における計測頻度を、前記第１の分解能より高い第２の分解能で表す第２の２次元マップを表示するよう前記表示部を制御する第２の表示制御手段と、を備えた移動運動状態表示装置。
2. 前記第１及び第２の２次元マップは、前記２方向の加速度成分を２軸とする座標系において、前記２方向の加速度成分の組合せに対応する座標の画素を、該組合せの計測頻度に応じた色で表す画像である、請求項１に記載の移動運動状態表示装置。
3. 前記第１の２次元マップは、該第１の２次元マップが表す計測頻度の範囲に対して複数の色を割り当てて、第１の間隔を有する複数の計測頻度の各々について同じ該計測頻度を表す画素同士を結んだ線を、該計測頻度に割り当てられた色で表す画像であり、
   前記第２の２次元マップは、該第２の２次元マップが表す計測頻度の範囲に対して前記複数の色と同じ複数の色を割り当てて、前記第１の間隔より狭い第２の間隔を有する複数の計測頻度の各々について同じ該計測頻度を表す画素同士を結んだ線を、該計測頻度に割り当てられた色で表す画像である、請求項２に記載の移動運動状態表示装置。
4. 前記第１の２次元マップは、該第１の２次元マップが表す計測頻度の範囲に対して複数の色を割り当てて、該第１の２次元マップが表す各画素を、該画素に対応した前記組合せの計測頻度に割り当てられた色で表す画像であり、
   前記第２の２次元マップは、該第２の２次元マップが表す計測頻度の範囲に対して前記複数の色と同じ複数の色を割り当てて、該第２の２次元マップが表す各画素を、該画素に対応した前記組合せの計測頻度に割り当てられた色で表す画像である、請求項２に記載の移動運動状態表示装置。
5. 前記複数の色は、第１の色から該第１の色とは異なる第２の色へと徐々に変化する過程における各色により構成されている、請求項３または請求項４に記載の移動運動状態表示装置。
6. 前記第１及び第２の２次元マップは、前記２方向の加速度成分を２軸とする座標系において、前記２方向の加速度成分の組合せに対応する座標の画素を、該組合せの計測頻度に応じた明度で表す画像である、請求項１に記載の移動運動状態表示装置。
7. 前記第１の２次元マップは、該第１の２次元マップが表す計測頻度の範囲に対して複数の明度を割り当てて、第１の間隔を有する複数の計測頻度の各々について同じ該計測頻度を表す画素同士を結んだ線を、該計測頻度に割り当てられた明度で表す画像であり、
   前記第２の２次元マップは、該第２の２次元マップが表す計測頻度の範囲に対して前記複数の明度と同じ複数の明度を割り当てて、前記第１の間隔より狭い第２の間隔を有する複数の計測頻度の各々について同じ該計測頻度を表す画素同士を結んだ線を、該計測頻度に割り当てられた明度で表す画像である、請求項６に記載の移動運動状態表示装置。
8. 前記第１の２次元マップは、該第１の２次元マップが表す計測頻度の範囲に対して複数の明度を割り当てて、該第１の２次元マップが表す各画素を、該画素に対応した前記組合せの計測頻度に割り当てられた明度で表す画像であり、
   前記第２の２次元マップは、該第２の２次元マップが表す計測頻度の範囲に対して前記複数の明度と同じ複数の明度を割り当てて、該第２の２次元マップが表す各画素を、該画素に対応した前記組合せの計測頻度に割り当てられた明度で表す画像である、請求項６に記載の移動運動状態表示装置。
9. 前記複数の明度は、白色から黒色まで徐々に変化する過程における各明度により構成されている、請求項７または請求項８に記載の移動運動状態表示装置。
10. 前記設定手段は、操作者により指定された計測頻度の範囲を、前記注目する範囲として設定する、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置。
11. 前記設定手段は、前記第１の２次元マップにおいて操作者により指定された画素または領域に対応した計測頻度に基いて、前記注目する範囲を設定する、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置。
12. 前記第１の２次元マップは、２次元ヒストグラムに基づく画像である、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置。
13. 前記２次元ヒストグラムは、該２次元ヒストグラムの２次元座標系において、原点に近い領域にて第１のビンのサイズを有しており、前記原点から遠い領域にて前記第１のビンのサイズより大きい第２のビンのサイズを有している、請求項１２に記載の移動運動状態表示装置。
14. 前記第１の２次元マップは、前記２次元ヒストグラムを表す画像にスムージング処理を施して得られる画像である、請求項１２または請求項１３に記載の移動運動状態表示装置。
15. 前記２方向は、前記人の左右方向、前後方向及び上下方向のうちの２方向である、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置。
16. 前記２方向は、前記人の左右方向及び前後方向である、請求項１５に記載の移動運動状態表示装置。
17. 前記移動運動は、歩行である、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置。
18. 前記移動運動は、走行である、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置。
19. 加速度センサを用いて人の移動運動中の各時刻における２方向の加速度成分を計測する計測ステップと、
    前記計測された各時刻における２方向の加速度成分について、前記２方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度を第１の分解能で表す第１の２次元マップを表示させる第１の表示ステップと、
    前記第１の２次元マップが表す計測頻度の範囲内において注目する範囲を設定する設定ステップと、
    前記第１の２次元マップにおける領域のうち計測頻度が前記設定された範囲に属する領域における計測頻度を、前記第１の分解能より高い第２の分解能で表す第２の２次元マップを表示させる第２の表示ステップと、を備えた移動運動状態表示方法。
20. 人に取り付けられる加速度センサと、
    前記加速度センサを用いて計測された前記人の移動運動中の各時刻における２方向の加速度成分について、前記２方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度を第１の分解能で表す第１の２次元マップを表示するよう表示部を制御する第１の表示制御手段と、
    前記第１の２次元マップが表す計測頻度の範囲内において注目する範囲を設定する設定手段と、
    前記第１の２次元マップにおける領域のうち計測頻度が前記注目する範囲に属する領域における計測頻度を、前記第１の分解能より高い第２の分解能で表す第２の２次元マップを表示するよう前記表示部を制御する第２の表示制御手段と、を備えた移動運動状態表示システム。
21. コンピュータを、
    請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置として機能させるためのプログラム。