JP6332574B1 - 移動能力評価装置、移動能力評価システム、移動能力評価プログラムおよび移動能力評価方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1に開示される技術では、被験者の歩行能力として、異なる複数の歩行形態による歩行を行なったときの歩行速度、歩幅、歩調などを検出し、これらの検出値から被験者の転倒リスクを判定する。
[本開示の効果]
上記によれば、被験者の移動能力を的確に評価することができる。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
<実施の形態1>
(移動能力評価システム100の構成)
図1は、実施の形態1に係る移動能力評価システム100の構成を概略的に示す図である。実施の形態1に係る移動能力評価システム100は、被験者Mの移動能力を評価するためのシステムである。本願明細書において、被験者Mの「移動能力」とは、移動(歩行または走行)における被験者Mの運動能力であり、少なくともバランス能力(前後バランス、左右バランス)および体重移動能力を含む。また、本願明細書において、「前後バランス」とは、移動に伴う体重心の前後方向のバランスをいう。「左右バランス」とは、移動に伴う体重心の左右方向のバランスをいう。「体重移動」とは、移動に伴う足裏の体重移動をいう。
図2は、実施の形態1に係る移動能力評価システム100のハードウェア構成を概略的に示す図である。
図3は、実施の形態1に係る加速度センサ1の機能的構成を概略的に示す図である。図3に示すように、加速度センサ1は、記憶部22および信号処理回路24を含む。記憶部22は、RAM等の記憶装置から構成されており、プログラムおよび測定データ等を記憶する。
図4は、実施の形態1に係る移動能力評価装置2の機能的構成を概略的に示す図である。
次に、実施の形態1に係る移動能力評価システム100の動作について詳しく説明する。
次に、測定データに基づいて被験者Mの移動能力を評価する処理について詳細に説明する。
(S31:事前処理)
ステップS31においては、制御部64は、前後加速度、左右加速度および上下加速度の時間波形に対してスムージング処理を施す。これにより、加速度の時間波形に含まれる高周波成分を減衰させる。さらに、制御部64は、スムージング処理が施された加速度の時間波形を1次微分することにより、加速度の1次微分波形を生成する。
次に、制御部64は、事前処理が施された加速度の時間波形から、左右の各足について、立脚中期が行なわれる時刻(立脚中期時刻)Msを探索する。探索にあたっては、最初に、立脚中期時刻Msを探索するための探索範囲を設定する。探索範囲の設定には前後加速度の時間波形および1次微分波形を用いる。
ステップS33においては、制御部64は、加速度の時間波形から、左右の各足について、踵接地が行なわれる時刻(踵接地時刻)HCを探索する。探索にあたっては、踵接地時刻HCを探索するための探索範囲を設定する。探索範囲の設定には前後加速度の時間波形および1次微分波形を用いる。
ステップS34においては、制御部64は、加速度の時間波形から、左右の各足について、踵の接地直後に踏込動作が行なわれる時刻(踵接地直後の踏込動作時刻)T1を探索する。探索にあたっては、踵接地直後の踏込動作時刻T1を探索するための探索範囲を設定する。探索範囲の設定には上下加速度の時間波形、および前後加速度の1次微分波形を用いる。
ステップS35においては、制御部64は、加速度の時間波形から、左右の各足について、拇指球の接地直後に踏込動作が行なわれる時刻(拇指球接地直後の踏込動作時刻)T2を探索する。探索にあたっては、拇指球接地直後の踏込動作時刻T2を探索するための探索範囲を設定する。探索範囲の設定には上下加速度の時間波形および上下加速度の1次微分波形を用いる。
ステップS36においては、制御部64は、探索した踵接地時刻HCから立脚中期時刻Msまでの時間における加速度の時間波形に基づいて、被験者Mの移動能力を示す指標を算出する。
図11は、被験者Mの移動時に測定された前後加速度の時間波形の一例を示している。制御部64は、少なくとも1歩行周期における前後加速度の時間波形における、前方加速度および後方加速度の分布状況に基づいて、前後バランスを示す指標を算出する。
図12(A)〜(C)は、被験者Mの移動時に測定された上下加速度、前後加速度および左右加速度の時間波形の一例を示している。制御部64は、一方の足について、踵接地時刻HCから立脚中期時刻Msまでの時間における上下加速度の時間波形に基づいて、該一方の足裏の体重移動を示す指標を算出する。
図12(C)に示すように、左右加速度の時間波形には、踵接地時刻HCの直後に、ピークが現れる。これは、歩行時の体重心は、右踵の接地によって左方向に移動し、左踵の接地によって右方向に移動するためである。すなわち、右踵が接地した時刻HC(以下、右踵接地時刻という)直後には左方向にピークが現れ、左踵が接地した時刻HC(以下、左踵接地時刻という)直後には右方向にピークが現れる。
次に、移動能力評価装置2における表示部48の表示例を説明する。
実施の形態1では、加速度センサ1によって測定された加速度の時間波形において、立脚中期、踵接地および拇指球接地などの特定の動作を行なっている時刻を探索し、その探索した時刻によって特定される時間における加速度の時間波形に基づいて、被験者Mの移動能力を示す指標を算出する構成について説明した。しかしながら、特定の動作の時刻の探索を行なわずに指標を算出することも可能である。
実施の形態2に係る移動能力評価システム100は、基本的に図6に示した移動能力評価処理を実行する。実施の形態2に従う移動能力評価処理は、実施の形態1に従う移動能力評価処理と比較して、ステップS18に示す移動能力の評価の処理手順が異なる。
図16(A)は、被験者Mの移動時に測定された前後加速度の時間波形の一例を示している。図16(B)は、図16(A)に示す前後加速度の自己相関関数ACF_Z(τ)を示している。τは遅れ時間を表す変数である。
図17(A)は、被験者Mの移動時に測定された上下加速度の時間波形の一例を示している。図17(B)は、図17(A)に示す上下加速度の自己相関関数ACF_Yを示している。
図18(A)は、被験者Mの移動時に測定された左右加速度の時間波形の一例を示している。図18(B)は、図16(A)に示す前後加速度の自己相関関数ACF_Zを示している。図18(C)は、図18(A)に示す左右加速度の自己相関関数ACF_Xを示している。
上述した実施の形態1および2に係る移動能力評価システム100は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いても実現可能である。例えば、上述した移動能力評価処理を実行するためのプログラム(移動能力評価プログラム)をコンピュータ読取可能な記録媒体に格納して配布し、該プログラムをコンピュータにインストールして、移動能力評価処理を実行することによって移動能力評価システム100を構成してもよい。または、インターネット等のネットワーク上のサーバ装置に該プログラムを格納しておき、コンピュータにダウンロードできるようにしてもよい。
Claims (20)
- 被験者の移動能力を評価する移動能力評価装置であって、
前記被験者の腰部に装着された加速度センサにより測定された、前記被験者の移動中における前後加速度、左右加速度および上下加速度を取得するように構成された通信部と、
前記通信部により取得された前記前後加速度、前記左右加速度および前記上下加速度の時間的変化に基づいて、前記移動能力を評価するように構成された制御部とを備え、
前記移動能力は、前記被験者の移動時における前後バランス、体重移動および左右バランスの少なくとも1つを含み、
前記制御部は、前記移動能力に対応した以下の
(a)少なくとも1歩行周期における前記前後加速度の時間波形における、前方加速度および後方加速度の分布の度数に基づいた、前記前後バランスを示す指標の算出、
(b)1歩行周期における前記前後加速度の時間波形における、前記被験者の一方の足の踵接地時刻および立脚中期時刻の探索、ならびに、前記踵接地時刻から前記立脚中期時刻までの時間における前記上下加速度の時間波形を用いた、前記体重移動を示す指標の算出、
(c)1歩行周期における前記前後加速度および前記左右加速度の時間波形からの、前記前後加速度の時間波形における、前記被験者の右踵接地時刻、右立脚中期時刻、左踵接地時刻、および左立脚中期時刻の探索、ならびに、前記右踵接地時刻から前記右立脚中期時刻までの時間における左方加速度の時間波形、および前記左踵接地時刻から前記左立脚中期時刻までの右方加速度の時間波形を用いた、前記左右バランスを示す指標の算出、
のうちの少なくとも1つを実行する、移動能力評価装置。 - 被験者の移動能力を評価する移動能力評価装置であって、
前記被験者の腰部に装着された加速度センサにより測定された、前記被験者の移動中における前後加速度、左右加速度および上下加速度を取得するように構成された通信部と、
前記通信部により取得された前記前後加速度、前記左右加速度および前記上下加速度の時間的変化に基づいて、前記移動能力を評価するように構成された制御部とを備え、
前記移動能力は、前記被験者の移動時における前後バランス、体重移動および左右バランスの少なくとも1つを含み、
前記制御部は、前記移動能力に対応した以下の
(a)前記前後加速度の自己相関関数の遅れ時間波形を用いた、前記前後バランスを示す指標の算出、
(b)前記上下加速度の自己相関関数の遅れ時間波形を用いた、前記体重移動を示す指標の算出、
(c)前記左右加速度の自己相関関数の遅れ時間波形および前記前後加速度の自己相関関数の遅れ時間波形を用いた、前記左右バランスを示す指標の算出、
のうちの少なくとも1つを実行する、移動能力評価装置。 - 前記制御部は、少なくとも前記前後バランスを示す指標を算出し、
前記制御部は、少なくとも1歩行周期における前記前後加速度のヒストグラムにおける、前記前方加速度の度数の合計値と、前記後方加速度の度数の合計値との比に基づいて、前記前後バランスを示す指標を算出する、請求項1に記載の移動能力評価装置。 - 前記制御部は、少なくとも前記体重移動を示す指標を算出し、
前記制御部は、さらに、前記踵接地時刻から前記立脚中期時刻までの時間における前記上下加速度の時間波形における、踵接地直後の踏込動作時刻および拇指球接地直後の踏込動作時刻を探索し、
前記踵接地直後の踏込動作時刻および前記拇指球接地直後の踏込動作時刻付近の前記上下加速度の時間波形に基づいて、前記一方の足における前記体重移動を示す指標を算出する、請求項1に記載の移動能力評価装置。 - 前記制御部は、少なくとも前記左右バランスを示す指標を算出し、
前記制御部は、前記右踵接地時刻から前記右立脚中期時刻までの時間における左方加速度の時間波形を時間積分した積分値と、前記左踵接地時刻から前記左立脚中期時刻までの右方加速度の時間波形を時間積分した積分値との比に基づいて、前記左右バランスを示す指標を算出する、請求項1に記載の移動能力評価装置。 - 前記制御部は、少なくとも前記前後バランスを示す指標を算出し、
前記制御部は、前記前後加速度の自己相関関数の原点と第1番目のピーク位置との間に位置する谷部分と、当該谷部分を2次曲線近似して得られた近似曲線との間の偏差に基づいて、前記前後バランスを示す指標を算出する、請求項2に記載の移動能力評価装置。 - 前記制御部は、少なくとも前記体重移動を示す指標を算出し、
前記制御部は、前記上下加速度の自己相関関数の原点での値と、第1番目のピーク位置での値との比に基づいて、前記体重移動を示す指標を算出する、請求項2に記載の移動能力評価装置。 - 前記制御部は、少なくとも前記左右バランスを示す指標を算出し、
前記制御部は、前記前後加速度の自己相関関数の第1番目のピーク位置および第2番目のピーク位置を探索し、
前記左右加速度の自己相関関数において、前記第1番目のピーク位置に対応するピーク位置での第1の値と、前記第2番目のピーク位置に対応するピーク位置での第2の値とを探索し、
前記第1の値と前記第2の値との比に基づいて、前記左右バランスを示す指標を算出する、請求項2に記載の移動能力評価装置。 - 前記制御部は、前記移動能力を示す指標に基づいて、前記被験者に応じた運動アドバイスを判別する、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の移動能力評価装置。
- 前記制御部による評価結果および前記運動アドバイスの少なくとも一方を表示するように構成された表示部をさらに備える、請求項9に記載の移動能力評価装置。
- 被験者の腰部に装着された加速度センサと、
前記加速度センサが出力する信号に基づいて、前記被験者の移動能力を評価するように構成された移動能力評価装置とを備え、
前記移動能力評価装置は、
前記加速度センサにより測定された、前記被験者の移動中における前後加速度、左右加速度および上下加速度を取得するように構成された通信部と、
前記通信部により取得された前記前後加速度、前記左右加速度および前記上下加速度の時間的変化に基づいて、前記移動能力を評価するように構成された制御部とを含み、
前記移動能力は、前記被験者の移動時における前後バランス、体重移動および左右バランスの少なくとも1つを含み、
前記制御部は、前記移動能力に対応した以下の
(a)少なくとも1歩行周期における前記前後加速度の時間波形における、前方加速度および後方加速度の分布の度数に基づいた、前記前後バランスを示す指標の算出、
(b)1歩行周期における前記前後加速度の時間波形における、前記被験者の一方の足の踵接地時刻および立脚中期時刻の探索、ならびに、前記踵接地時刻から前記立脚中期時刻までの時間における前記上下加速度の時間波形を用いた、前記体重移動を示す指標の算出、
(c)1歩行周期における前記前後加速度および前記左右加速度の時間波形からの、前記前後加速度の時間波形における、前記被験者の右踵接地時刻、右立脚中期時刻、左踵接地時刻、および左立脚中期時刻の探索、ならびに、前記右踵接地時刻から前記右立脚中期時刻までの時間における左方加速度の時間波形、および前記左踵接地時刻から前記左立脚中期時刻までの右方加速度の時間波形を用いた、前記左右バランスを示す指標の算出、
のうちの少なくとも1つを実行する、移動能力評価システム。 - 前記加速度センサは、
前記被験者の前記腰部に生じる前記前後加速度、前記左右加速度および前記上下加速度を測定するように構成されたセンサ部と、
前記被験者が静止した状態であるときの前記センサ部の測定値を、前記前後加速度、前記左右加速度および前記前後加速度の零点に補正するともに、前記被験者の移動中において、1ms以上200ms以下の周期で前記センサ部の測定値を取得するように構成された信号処理回路とを含む、請求項11に記載の移動能力評価システム。 - 前記移動能力評価装置は、前記通信部により取得された前記前後加速度、前記左右加速度および前記上下加速度、ならびに前記制御部における評価結果を記憶するように構成された記憶装置をさらに含み、
前記加速度センサは、
前記信号処理回路により取得された前記センサ部の測定値を前記通信部に向けて送信するように構成された送信部と、
前記信号処理回路により取得された前記センサ部の測定値を保存するように構成された記憶部とを含み、
前記信号処理回路は、前記移動能力評価装置からの信号に応じて、前記記憶装置および前記記憶部のいずれか一方を選択して前記センサ部の測定値を保存する、請求項12に記載の移動能力評価システム。 - コンピュータに、被験者の移動能力を評価する処理を実行させるためのプログラムであって、
前記移動能力は、前記被験者の移動時における前後バランス、体重移動および左右バランスの少なくとも1つを含み、
前記被験者の腰部に装着された加速度センサにより測定された、前記被験者の移動中における前後加速度、左右加速度および上下加速度を取得するステップと、
取得された前記前後加速度、前記左右加速度および前記上下加速度の時間的変化に基づいて、前記移動能力を評価するステップとを備え、
前記移動能力を評価するステップでは、前記移動能力に対応した以下の
(a)少なくとも1歩行周期における前記前後加速度の時間波形における、前方加速度および後方加速度の分布の度数に基づいた、前記前後バランスを示す指標の算出、
(b)1歩行周期における前記前後加速度の時間波形における、前記被験者の一方の足の踵接地時刻および立脚中期時刻の探索、ならびに、前記踵接地時刻から前記立脚中期時刻までの時間における前記上下加速度の時間波形を用いた、前記体重移動を示す指標の算出、
(c)1歩行周期における前記前後加速度および前記左右加速度の時間波形からの、前記前後加速度の時間波形における、前記被験者の右踵接地時刻、右立脚中期時刻、左踵接地時刻、および左立脚中期時刻の探索、ならびに、前記右踵接地時刻から前記右立脚中期時刻までの時間における左方加速度の時間波形、および前記左踵接地時刻から前記左立脚中期時刻までの右方加速度の時間波形を用いた、前記左右バランスを示す指標の算出、
のうちの少なくとも1つを前記コンピュータに実行させる、移動能力評価プログラム。 - 被験者の移動能力を評価する移動能力評価方法であって、
前記被験者の腰部に装着された加速度センサにより測定された、前記被験者の移動中における前後加速度、左右加速度および上下加速度を取得するステップと、
取得された前記前後加速度、前記左右加速度および前記上下加速度の時間的変化に基づいて、前記移動能力を評価するステップとを備え、
前記移動能力は、前記被験者の移動時における前後バランス、体重移動および左右バランスの少なくとも1つを含み、
前記移動能力を評価するステップでは、前記移動能力に対応した以下の
(a)少なくとも1歩行周期における前記前後加速度の時間波形における、前方加速度および後方加速度の分布の度数に基づいた、前記前後バランスを示す指標の算出、
(b)1歩行周期における前記前後加速度の時間波形における、前記被験者の一方の足の踵接地時刻および立脚中期時刻の探索、ならびに、前記踵接地時刻から前記立脚中期時刻までの時間における前記上下加速度の時間波形を用いた、前記体重移動を示す指標の算出、
(c)1歩行周期における前記前後加速度および前記左右加速度の時間波形からの、前記前後加速度の時間波形における、前記被験者の右踵接地時刻、右立脚中期時刻、左踵接地時刻、および左立脚中期時刻の探索、ならびに、前記右踵接地時刻から前記右立脚中期時刻までの時間における左方加速度の時間波形、および前記左踵接地時刻から前記左立脚中期時刻までの右方加速度の時間波形を用いた、前記左右バランスを示す指標の算出、
のうちの少なくとも1つを実行する、移動能力評価方法。 - 被験者の移動能力を評価する移動能力評価装置であって、
前記被験者の腰部に装着された加速度センサにより測定された、前記被験者の移動中における前後加速度、左右加速度および上下加速度を取得するように構成された通信部と、
前記通信部により取得された前記前後加速度、前記左右加速度および前記上下加速度の時間的変化に基づいて、前記移動能力を評価するように構成された制御部とを備え、
前記移動能力は、前記被験者の移動時における前後バランス、体重移動および左右バランスを含み、
前記制御部は、前記移動能力に対応した以下の
(a)少なくとも1歩行周期における前記前後加速度の時間波形における、前方加速度および後方加速度の分布の度数に基づいた、前記前後バランスを示す指標の算出、
(b)1歩行周期における前記前後加速度の時間波形における、前記被験者の一方の足の踵接地時刻および立脚中期時刻の探索、ならびに、前記踵接地時刻から前記立脚中期時刻までの時間における前記上下加速度の時間波形を用いた、前記体重移動を示す指標の算出、
(c)1歩行周期における前記前後加速度および前記左右加速度の時間波形からの、前記前後加速度の時間波形における、前記被験者の右踵接地時刻、右立脚中期時刻、左踵接地時刻、および左立脚中期時刻の探索、ならびに、前記右踵接地時刻から前記右立脚中期時刻までの時間における左方加速度の時間波形、および前記左踵接地時刻から前記左立脚中期時刻までの右方加速度の時間波形を用いた、前記左右バランスを示す指標の算出、
を実行する、移動能力評価装置。 - 被験者の移動能力を評価する移動能力評価装置であって、
前記被験者の腰部に装着された加速度センサにより測定された、前記被験者の移動中における前後加速度、左右加速度および上下加速度を取得するように構成された通信部と、
前記通信部により取得された前記前後加速度、前記左右加速度および前記上下加速度の時間的変化に基づいて、前記移動能力を評価するように構成された制御部とを備え、
前記移動能力は、前記被験者の移動時における前後バランス、体重移動および左右バランスを含み、
前記制御部は、前記移動能力に対応した以下の
(a)前記前後加速度の自己相関関数の遅れ時間波形を用いた、前記前後バランスを示す指標の算出、
(b)前記上下加速度の自己相関関数の遅れ時間波形を用いた、前記体重移動を示す指標の算出、
(c)前記左右加速度の自己相関関数の遅れ時間波形および前記前後加速度の自己相関関数の遅れ時間波形を用いた、前記左右バランスを示す指標の算出、
を実行する、移動能力評価装置。 - 被験者の腰部に装着された加速度センサと、
前記加速度センサが出力する信号に基づいて、前記被験者の移動能力を評価するように構成された移動能力評価装置とを備え、
前記移動能力評価装置は、
前記加速度センサにより測定された、前記被験者の移動中における前後加速度、左右加速度および上下加速度を取得するように構成された通信部と、
前記通信部により取得された前記前後加速度、前記左右加速度および前記上下加速度の時間的変化に基づいて、前記移動能力を評価するように構成された制御部とを含み、
前記移動能力は、前記被験者の移動時における前後バランス、体重移動および左右バランスの少なくとも1つを含み、
前記制御部は、前記移動能力に対応した以下の
(a)前記前後加速度の自己相関関数の遅れ時間波形を用いた、前記前後バランスを示す指標の算出、
(b)前記上下加速度の自己相関関数の遅れ時間波形を用いた、前記体重移動を示す指標の算出、
(c)前記左右加速度の自己相関関数の遅れ時間波形および前記前後加速度の自己相関関数の遅れ時間波形を用いた、前記左右バランスを示す指標の算出、
のうちの少なくとも1つを実行する、移動能力評価システム。 - コンピュータに、被験者の移動能力を評価する処理を実行させるためのプログラムであって、
前記移動能力は、前記被験者の移動時における前後バランス、体重移動および左右バランスの少なくとも1つを含み、
前記被験者の腰部に装着された加速度センサにより測定された、前記被験者の移動中における前後加速度、左右加速度および上下加速度を取得するステップと、
取得された前記前後加速度、前記左右加速度および前記上下加速度の時間的変化に基づいて、前記移動能力を評価するステップとを備え、
前記移動能力を評価するステップでは、前記移動能力に対応した以下の
(a)前記前後加速度の自己相関関数の遅れ時間波形を用いた、前記前後バランスを示す指標の算出、
(b)前記上下加速度の自己相関関数の遅れ時間波形を用いた、前記体重移動を示す指標の算出、
(c)前記左右加速度の自己相関関数の遅れ時間波形および前記前後加速度の自己相関関数の遅れ時間波形を用いた、前記左右バランスを示す指標の算出、
のうちの少なくとも1つを前記コンピュータに実行させる、移動能力評価プログラム。 - 被験者の移動能力を評価する移動能力評価方法であって、
前記被験者の腰部に装着された加速度センサにより測定された、前記被験者の移動中における前後加速度、左右加速度および上下加速度を取得するステップと、
取得された前記前後加速度、前記左右加速度および前記上下加速度の時間的変化に基づいて、前記移動能力を評価するステップとを備え、
前記移動能力は、前記被験者の移動時における前後バランス、体重移動および左右バランスの少なくとも1つを含み、
前記移動能力を評価するステップでは、前記移動能力に対応した以下の
(a)前記前後加速度の自己相関関数の遅れ時間波形を用いた、前記前後バランスを示す指標の算出、
(b)前記上下加速度の自己相関関数の遅れ時間波形を用いた、前記体重移動を示す指標の算出、
(c)前記左右加速度の自己相関関数の遅れ時間波形および前記前後加速度の自己相関関数の遅れ時間波形を用いた、前記左右バランスを示す指標の算出、
のうちの少なくとも1つを実行する、移動能力評価方法。
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