JP6387425B2 - 歩行分析システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、歩行分析技術、特に、歩行分析システム及び歩行分析方法に関する。

高齢化社会では、変形性膝関節症（Ｋｎｅｅ ｏｓｔｅｏａｒｔｈｒｉｔｉｓ；ｋｎｅｅ ＯＡ）という問題が深刻化している。変形性膝関節症は人々の健康に大きな悪影響を与え、生活の質を低下させる。近年では、生活習慣の影響により、３０代、４０代の人々が変形性膝関節症で苦しんでいることもある。変形性膝関節症は、単に、苦痛を伴う歩行機能障害というだけでなく、患者の心身の健康にも影響を与える。

変形性膝関節症の原因は、不適合な歩行による軟骨の不均一な摩耗と再生速度のアンバランス、及び膝の過大な弯曲角度による膝関節と大腿骨内側の損傷などが挙げられる。そのため、歩行を分析し正確に調整することは、膝関節の健康を維持する解決手段の１つである。

本発明は、圧力情報を感知するための少なくとも１つの圧力感知素子を含む足部感知ユニットと、第１の膝部三次元角度情報を感知するための第１の慣性感知素子と、第２の膝部三次元角度情報を感知するための第２の慣性感知素子と、を含む膝部感知ユニットと、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報、第２の膝部三次元角度情報及び反力方向モデルに基づいて反力方向情報を算出し、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報、第２の膝部三次元角度情報、反力方向情報、脛骨の長さ及び膝関節トルクモデルに基づいて膝関節トルクを算出し、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報と前記第２の膝部三次元角度情報との一方及び歩行モデルに基づいて歩行情報を決定し、歩行情報、膝関節トルク及び歩行モデルに基づいて歩行分析結果を算出するための携帯型装置と、を備える歩行分析システムを提供することにある。

本発明の一実施例において、携帯型装置は、使用者インターフェースに膝関節の受圧分布情報を含む歩行分析結果を表示する。

本発明の一実施例において、第１の膝部三次元角度情報は脛骨角度情報を含み、第２の膝部三次元角度情報は大腿骨角度情報を含み、携帯型装置は、更に脛骨角度情報及び大腿骨角度情報に基づいて膝関節角度情報を算出し、且つ、使用者インターフェースに膝関節角度情報を表示することに用いられる。

本発明の一実施例において、携帯型装置は、更に、足部パラメーターを記憶し、足部パラメーター及び歩行情報に基づいて膝関節トルクと膝関節角度情報の判断順序を決定して、歩行調整アドバイス情報を生成し、且つ、使用者インターフェースに歩行調整アドバイス情報を表示することに用いられる。

本発明の一実施例において、足部感知ユニットは、加速度及び足部角度を感知するための少なくとも１つの慣性感知素子を更に含み、携帯型装置は、更に、加速度及び足部角度に基づいて、足先夾角データ、ステップデータ及び歩隔データを算出することに用いられる。

本発明の一実施例において、反力方向モデルは圧力重心モデルを含み、携帯型装置は、更に、圧力情報及び圧力重心モデルに基づいて足部圧力重心情報を算出し、且つ、使用者インターフェースに足部圧力重心情報を表示することに用いられる。

本発明の一実施例において、携帯型装置は、更に、足部圧力重心情報に基づいて重心位置調整アドバイス情報を生成し、且つ、使用者インターフェースに重心位置調整アドバイス情報を表示することに用いられる。

本発明の一実施例において、携帯型装置は、更に、分析エンジン装置から反力方向モデル、膝関節トルクモデル及び歩行モデルを受信することに用いられ、分析エンジン装置は、機器学習によって反力方向モデル、膝関節トルクモデル及び歩行モデルを構築する。

本発明の一実施例において、歩行分析システムは、支持圧力感知素子及び支持慣性感知
素子を含み、支持圧力情報と支持角度情報を取得することに用いられ、足部感知ユニット
と共に、更に、足部感知ユニットと支持ユニットとの相対位置情報を取得するための支持
ユニットを更に備え、携帯型装置は、更に、支持圧力情報及び支持角度情報に基づいて
支持重量情報を計算し、且つ、使用者インターフェースに支持重量情報及び相対位置情報
を表示することに用いられる。

本発明の別の態樣は、圧力情報を感知するための少なくとも１つの圧力感知素子を含む足部感知ユニットと、第１の膝部三次元角度情報を感知するための第１の慣性感知素子と、第２の膝部三次元角度情報を感知するための第２の慣性感知素子と、を含む膝部感知ユニットと、機器学習によって反力方向モデル、膝関節トルクモデル及び歩行モデルを構築するための分析エンジン装置と、足部感知ユニット及び膝部感知ユニットから圧力情報、第１の膝部三次元角度情報及び第２の膝部三次元角度情報を受信して分析エンジン装置に伝送するための携帯型装置と、を備え、また、分析エンジン装置は、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報、第２の膝部三次元角度情報及び反力方向モデルに基づいて反力方向情報を算出し、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報、第２の膝部三次元角度情報、反力方向情報、脛骨の長さ及び膝関節トルクモデルに基づいて膝関節トルクを算出し、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報と第２の膝部三次元角度情報との一方及び歩行モデルに基づいて歩行情報を決定し、歩行情報、膝関節トルク及び歩行モデルに基づいて歩行分析結果を算出して携帯型装置に伝送することに用いられる歩行分析システムを提供する。

本発明の一実施例において、第１の膝部三次元角度情報は脛骨角度情報を含み、第２の膝部三次元角度情報は大腿骨角度情報を含み、分析エンジン装置は、更に、脛骨角度情報及び大腿骨角度情報に基づいて膝関節角度情報を算出して携帯型装置に伝送することに用いられ、携帯型装置は、更に、使用者インターフェースに膝関節角度情報を表示することに用いられる。

本発明の一実施例において、足部感知ユニットは、加速度及び足部角度を感知するための少なくとも１つの慣性感知素子を更に含み、分析エンジン装置は、更に、加速度及び足部角度に基づいて、足先夾角データ、ステップデータ及び歩隔データを算出することに用いられる。

本発明の一実施例において、反力方向モデルは圧力重心モデルを含み、分析エンジン装置は、更に、圧力情報及び圧力重心モデルに基づいて足部圧力重心情報を算出して携帯型装置に伝送することに用いられ、携帯型装置は、更に、使用者インターフェースに足部圧力重心情報を表示することに用いられる。

本発明の一実施例において、足部感知ユニットは、加速度及び足部角度を感知するための少なくとも１つの慣性感知素子を更に含み、分析エンジン装置は、更に、加速度及び足部角度に基づいて、足先夾角データ、ステップデータ及び歩隔データを算出することに用いられる。

本発明の一実施例において、歩行分析システムは、支持圧力感知素子及び支持慣性感知素子を含み、支持圧力情報と支持角度情報を取得することに用いられ、前記足部感知ユニットと共に、更に、前記足部感知ユニットと前記支持ユニットとの相対位置情報を取得するための支持ユニットを更に備え、前記携帯型装置は、更に、前記支持ユニットから前記支持重量情報と前記相対位置情報を受信して前記分析エンジン装置に伝送することに用いられ、前記分析エンジン装置は、更に、前記支持圧力情報及び前記支持角度情報に基づいて支持重量情報を計算して、前記携帯型装置に伝送することに用いられ、前記携帯型装置は、更に、使用者インターフェースに前記支持重量情報及び前記相対位置情報を表示することに用いられる。

本発明の別の態樣は、足部感知ユニットによって、圧力情報を感知する工程と、膝部感知ユニットによって、第１の膝部三次元角度情報と第２の膝部三次元角度情報を感知する工程と、携帯型装置によって、前記圧力情報、前記第１の膝部三次元角度情報、前記第２の膝部三次元角度情報及び反力方向モデルに基づいて反力方向情報を算出する工程と、前記携帯型装置によって、前記圧力情報、前記第１の膝部三次元角度情報、前記第２の膝部三次元角度情報、前記反力方向情報、脛骨の長さ及び膝関節トルクモデルに基づいて膝関節トルクを算出する工程と、前記携帯型装置によって、前記圧力情報、前記第１の膝部三次元角度情報と前記第２の膝部三次元角度情報との一方及び歩行モデルに基づいて歩行情報を決定する工程と、前記携帯型装置によって、前記歩行情報、前記膝関節トルク及び前記歩行モデルに基づいて歩行分析結果を算出する工程と、を備える歩行分析方法を提供する。

本発明の一実施例において、前記携帯型装置によって、脛骨角度情報及び大腿骨角度情報に基づいて膝関節角度情報を算出し、前記第１の膝部三次元角度情報は前記脛骨角度情報を含み、前記第２の膝部三次元角度情報は前記大腿骨角度情報を含む。前記携帯型装置の使用者インターフェースに、前記膝関節角度情報を表示する。

本発明の一実施例において、前記足部感知ユニットの少なくとも１つの慣性感知素子によって、加速度及び足部角度を感知する。前記携帯型装置によって、前記加速度及び前記足部角度に基づいて足先夾角データ、ステップデータ及び歩隔データを算出する。前記携帯型装置によって、前記圧力情報と前記反力方向モデルの圧力重心モデルに基づいて足部圧力重心情報を算出する。前記携帯型装置の使用者インターフェースに、前記足部圧力重心情報を表示する。

本発明の一実施例において、分析エンジン装置によって、機器学習によって前記反力方向モデル、前記膝関節トルクモデル及び前記歩行モデルを構築する。前記携帯型装置によって、前記分析エンジン装置から前記反力方向モデル、前記膝関節トルクモデル及び前記歩行モデルを受信する。

本発明の一実施例において、支持圧力感知素子と支持慣性感知素子を含む支持ユニットによって、支持圧力情報と支持角度情報を取得する。前記支持ユニットと前記足部感知ユニットによって、前記足部感知ユニットと前記支持ユニットとの相対位置情報を取得する。前記携帯型装置によって、前記支持圧力情報及び前記支持角度情報に基づいて支持重量情報を計算する。前記携帯型装置の使用者インターフェースに、前記支持重量情報と前記相対位置情報を表示する。

上記をまとめると、本発明に係るシステム及び方法は、使用者の足部と膝部の圧力及び角度データを感知し、分析して分析結果と調整アドバイスを表示することができる。使用者の持つ携帯型装置が上記分析結果と調整アドバイスを表示することができるので、使用者は、現在の歩行が健康に悪いかを随時に分かることができ、また、調整アドバイスに基づいて健康に有益な歩行に矯正することができる。

以下、実施形態で上記の説明を詳しく説明し、本発明の技術的手段に対して更なる解釈を提供する。

下記図面の説明は、本発明の前記または他の目的、特徴、メリット、実施例をより分かりやすくするためのものである。
本発明の一実施例に係る歩行分析システムを説明する模式図である。 本発明の一実施例に係る足部感知ユニットを説明する模式図である。 本発明の一実施例に係る膝部感知ユニットを説明する模式図である。 本発明の一実施例に係る歩行分析システムを説明する模式図である。 本発明の一実施例に係る支持ユニットを説明する模式図である。 本発明の一実施例に係る歩行分析システムを説明する模式図である。 本発明の一実施例に係る歩行分析システムを説明する模式図である。 本発明の幾つかの実施例に係る使用者インターフェースを説明する模式図である。 本発明の幾つかの実施例に係る使用者インターフェースを説明する模式図である。 本発明の幾つかの実施例に係る使用者インターフェースを説明する模式図である。 本発明の幾つかの実施例に係る使用者インターフェースを説明する模式図である。 本発明の幾つかの実施例に係る使用者インターフェースを説明する模式図である。 本発明の一実施例に係る歩行分析方法を説明するフローチャートである。

本発明の記述をより詳しく完備化するために、添付図面及び下記の各種の実施例を参照されたい。しかしながら、提供された実施例は本発明の範囲を制限するためのものではない。工程に対する記述もその実行順序を制限するためのものでもない。改めて組み合わせられた同等効果を持つ如何なる装置は、何れも本発明の範囲に含まれる。

実施形態と特許請求の範囲において、正文において冠詞に対して特に限定されない限り、「一」と「前記」は、単一又は複数を総括して指してもよい。更に理解するなのは、本明細書に用いる「備える」、「含む」、「有する」及び類似用語については、それが記載される特徴、領域、整数、工程、操作、素子及び／又は部品を明らかにするが、その記述された又は別の１つ又は複数の他の特徴、領域、整数、工程、操作、素子、部品及び／又はそれらの群は排除されない。

本明細書に用いる「約」、「大体」又は「おおよそ」は、一般的に、数値の誤差又は範囲が約２０％以内であり、好ましくは約１０％以内であり、より好ましくは約５％以内である。この明細書で、明確に説明しない限り、言及された数値を、全て、例えば「約」、「大体」又は「おおよそ」で表す誤差又は範囲のような近似値と見なす。

図１は、本発明の一実施例に係る歩行分析システム１００を説明する模式図である。歩行分析システム１００は、足部感知ユニット１１０と、膝部感知ユニット１２０と、携帯型装置１３０と、を備える。使用者の足部と膝部の感知データを収集するために、携帯型装置１３０は、足部感知ユニット１１０及び膝部感知ユニット１２０に無線接続（例えば、ブルートゥース（登録商標）、低消費電力ブルートゥース（登録商標）；ＢＬＥ）、ワイファイ（ＷｉＦｉ）、ジグビー（ＺｉｇＢｅｅ）、近距離無線通信（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ＮＦＣ）、赤外線又は他の近距離無線通信技術）されてよい。携帯型装置１３０は、反力モデル、膝関節トルク（Ｋｎｅｅ ｍｏｍｅｎｔ；ＫＭ）モデル、歩行モデルを記憶して、使用者の歩行を分析する。一実施例において、歩行モデルは、歩行状況モデルと歩行分析モデルを含んでよい。歩行状況モデルは、使用者の歩行情報（例えば、平地歩き又は階段上がり）を算出することに用いられる。歩行分析モデルは、歩行分析結果（例えば、膝関節の受圧分布情報）を算出することに用いられる。

又は、別の実施例において、歩行状況モデルと歩行分析モデルは、それぞれ２つの独立したモデルを構築して、携帯型装置１３０内に記憶する。

一実施例において、図２に示すように、足部感知ユニット１１０は、使用者の足底に設けられ、例えば、靴内、靴の中敷又は他の足部に適用される用品又は装置に設けられた圧力感知素子２１２（例えば、圧力センサー）を含む。使用者が歩く場合、足部感知ユニット１１０は、圧力センサーによって使用者の足底の圧力情報（例えば、使用者の足底の異なる位置における圧力情報）を検知して、後で分析するために、携帯型装置１３０に伝送する。

一実施例において、図３に示すように、膝部感知ユニット１２０は、使用者の脛骨と大腿骨の位置に設けられた慣性感知素子（Ｉｎｅｒｔｉａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｎｉｔ；ＩＭＵ）３２２、３２４を含む。好ましい一実施例において、慣性感知素子を、使用者の脛骨と大腿骨の位置に対応してそれぞれ膝部の上方や下方に位置するように、膝当ての中に設けてよい。膝部感知ユニット１２０は、例えば、それぞれ第１の膝部三次元角度情報（例えば、脛骨角度情報）と第２の膝部三次元角度情報（例えば、大腿骨角度情報）を感知して、後で分析するために、携帯型装置１３０に伝送するための第１の慣性感知素子と第２の慣性感知素子の２つの慣性感知素子を含んでもよい。注意すべきなのは、慣性感知素子の設置位置によって、本発明の第１の膝部三次元角度情報と第２の膝部三次元角度情報とは、脛骨角度情報、大腿骨角度情報に限定されず、人体を基準とする三次元角度情報であってもよい。上記の人体を基準とする三次元角度は、人体矢状面（Ｓａｇｉｔｔａｌ ｐｌａｎｅ）、前頭面（Ｆｒｏｎｔａｌ ｐｌａｎｅ）、水平面（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｐｌａｎｅ）に垂直な三軸回転角度と定義される。

一実施例において、使用者が日常生活において着用しやすくするために、上記足部感知ユニット１１０は靴の中敷に設けられていてもよく、膝部感知ユニット１２０は膝当てに設けられていてもよい。

携帯型装置１３０は、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報、第２の膝部三次元角度情報を受信すると、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報、第２の膝部三次元角度情報、反力方向モデルに基づいて反力方向情報（例えば、地面反力ベクトルＧＲＦの方向）を算出することができる。

続いて、携帯型装置１３０は、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報、第２の膝部三次元角度情報、反力方向情報、脛骨の長さ、膝関節トルクモデルに基づいて膝関節トルクを算出する。具体的には、携帯型装置１３０は、先ず、使用者の脛骨の長さ、膝部感知ユニット１２０の感知した第１の膝部三次元角度情報及び第２の膝部三次元角度情報に基づいて、膝部到足底のベクトルｒを求める。続いて、携帯型装置１３０は、膝関節トルクモデルによって、圧力情報（例えば、地面反力ベクトルＧＲＦの大きさ）、反力方向情報（例えば、地面反力ベクトルＧＲＦの方向）及び膝部から足底までのベクトルｒに基づいて膝関節トルクＫＭを算出する。例として、膝関節トルクＫＭは、下記式によって算出することができる。

携帯型装置１３０は、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報と第２の膝部三次元角度情報との一方及び歩行モデル（又は歩行状況モデル）に基づいて、歩行情報（例えば、平地歩き又は階段上がり）を決定する。具体的には、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報及び第２の膝部三次元角度情報は、機器学習の方法によって歩行状況モデルを構築することに用いられることができる。携帯型装置１３０は、足部感知ユニット１１０と膝部感知ユニット１２０の収集した圧力情報、第１の膝部三次元角度情報と第２の膝部三次元角度情報との一方を歩行状況モデルに代入すれば、歩行状況を決定することができる。続いて、携帯型装置１３０は、歩行情報、膝関節トルク及び歩行モデル（又は歩行分析モデル）に基づいて、歩行分析結果を発生する。一実施例において、携帯型装置１３０が使用者インターフェースに歩行分析結果を表示するので、使用者は、現在の歩行が膝関節に悪いかを知ることができる。

一実施例において、携帯型装置１３０は、更に、第１の膝部情報（例えば、脛骨角度情報）と第２の膝部情報（例えば、大腿骨角度情報）に基づいて膝関節角度情報θ（例えば、膝関節屈曲角度）を算出して、使用者インターフェースに使用者の足部３１０の膝関節角度情報θを表示することに用いられる。このように、使用者は、現在の歩行の膝関節角度が正確な歩行の膝関節角度範囲の内にあるかを知ることができる。

一実施例において、上記足部感知ユニット１１０は、加速度及び足部角度を感知するための少なくとも１つの慣性感知素子を更に含む。携帯型装置１３０は、更に、加速度及び足部角度に基づいて、歩行調整の参考として、使用者の現在の足先夾角データ、ステップデータと歩隔データを表示することに用いられる。

使用者の歩行を効果的に改正するために、携帯型装置１３０は、歩行情報に基づいて膝関節トルクと膝関節角度情報の判断順序を決定して、歩行調整アドバイス情報を生成し、且つ、使用者インターフェースに歩行調整アドバイス情報を表示することに用いられる。そのため、使用者は、歩行調整アドバイス情報に従って、現在の歩行を正確な歩行に調整することができる。

例として、歩行情報に使用者の平地歩きが表示される場合、判断順序は、膝関節トルクが膝関節角度情報より前である。歩行調整アドバイス情報は、足先夾角が−３０度〜＋４５度の範囲にあり、ステップの上限が６０ｃｍであり、膝関節角度の上限が３０度であってもよい。使用者の平地歩きが上記の何れに該当しない場合、携帯型装置１３０は、項目に該当しない歩行調整アドバイス情報を使用者インターフェースに表示して、使用者に注意を促す。

又は、歩行情報に使用者の階段上がりが表示される場合、判断順序は、膝関節角度情報が膝関節トルクより前である。歩行調整アドバイス情報は、足先夾角が−２０度〜＋３０度の範囲にあり、歩隔の上限が３０ｃｍであり、膝関節角度の上限が７０度であってもよい。使用者の階段上がりが上記の何れに該当しない場合に携帯型装置１３０は、項目に該当しない歩行調整アドバイス情報を使用者インターフェースに表示して、使用者に注意を促す。

別の実施例において、反力方向モデルは圧力重心モデルを含む。携帯型装置１３０は、更に、足部感知ユニット１１０の感知した圧力情報及び圧力重心モデルに基づいて、足部圧力重心情報を算出し、且つ、使用者インターフェースに足部圧力重心情報を表示することに用いられる。一実施例において、携帯型装置は、更に、足部圧力重心情報に基づいて、重心位置調整アドバイス情報を表示し、且つ、使用者インターフェースに重心位置調整アドバイス情報を表示することに用いられる。このように、使用者は、歩く場合の足底重心位置と重心位置の調整アドバイスを知って、歩行を即時に調整することができる。

図４は、本発明の一実施例に係る歩行分析システム４００を説明する模式図である。歩行分析システム４００の構成は、支持ユニット４４０以外に、歩行分析システム１００と大体同じである。支持ユニット４４０は、支持圧力感知素子（例えば、圧力センサー）及び支持慣性感知素子（例えば、慣性感知素子（ＩＭＵ））を含む。支持ユニット４４０は、支持圧力情報と支持角度情報（図５の角度５４４に示すように）を取得して、携帯型装置１３０に伝送することに用いられる。携帯型装置１３０は、更に、支持圧力情報及び支持角度情報に基づいて支持重量情報を計算して、使用者インターフェースに支持重量情報を表示することに用いられる。支持重量情報は、使用者が支持ユニット４４０を使用する場合に軽減された膝関節の荷重を表す。支持ユニット４４０としては、実際的に、使用者の歩きを補助するために、杖の外形にしてもよいが、本発明はこれに限定されない。

一実施例において、図５に示すように、使用者が支持装置４４０と足部感知ユニット１１０を使用する場合、支持ユニットと足部感知ユニットは、更に、領域５４２に示されるような、足部感知ユニットと支持ユニットとの相対位置情報を取得することに用いられる。領域５４２が正三角形に近いほど、使用者の歩行安定性が高いことを表す。携帯型装置１３０が使用者インターフェースに相対位置情報（例えば、領域５４２）を表示することができるので、使用者は、支持ユニット４４０と足部感知ユニット１１０を着用した両足が安定な位置に近づくかを即時に知ることができる。

一実施例において、分析エンジン装置４５０は、機器学習（Ｍａｃｈｉｎｅ ｌｅａｒｎｉｎｇ）によって、上記反力方向モデル、膝関節トルクモデル及び歩行モデルを構築する。注意すべきなのは、歩行モデル（歩行状況モデルと歩行分析モデルを含む）は、使用者自体の足部パラメーター（例えば、足型、足弓）に基づいて、個人化した調整を行うことができる。このように、携帯型装置１３０は、歩行モデルによって、より正確な歩行分析結果を算出することができる。

一実施例において、携帯型装置１３０は、歩行情報と歩行分析結果に基づいて、使用者の活動履歴情報を記録して使用者インターフェースに表示することができる。例として、活動履歴情報は、歩数、カロリーの消費、異なる歩行情報（例えば、階段上り、階段下がり、平地歩き）の割合を含む。このように、使用者は、活動履歴情報を参照して、活動モード（例えば、余裕なカロリーを消費するために、よく階段を上がる）を調整することができる。

歩行分析システム１００、４００は、携帯型装置１３０によって感知データを受信して、分析結果とアドバイス情報を生成して処理する。歩行分析システムの異なる実践形態を説明するために、図６を参照されたい。図６は、本発明の一実施例に係る歩行分析システム６００を説明する模式図である。歩行分析システム６００は、足部感知ユニット６１０と、膝部感知ユニット６２０と、携帯型装置６３０と、分析エンジン装置６４０と、を備える。分析エンジン装置６４０は、機器学習（Ｍａｃｈｉｎｅ ｌｅａｒｎｉｎｇ）によって反力方向モデル、膝関節トルクモデル及び歩行モデルを構築して、分析エンジン装置６４０内に記憶する。注意すべきなのは、歩行モデル（歩行状況モデルと歩行分析モデルを含む）が使用者自体の足部パラメーター（例えば、足型、足弓）に基づいて個人化した調整を行うことができる。足部感知ユニット６１０と膝部感知ユニット６２０との運転形態は上記のとおりであるので、ここで繰り返して説明しない。

携帯型装置６３０は、足部感知ユニット６１０と膝部感知ユニット６２０から圧力情報、第１の膝部三次元角度情報及び第２の膝部三次元角度情報を受信して分析エンジン装置６４０に伝送することに用いられる。分析エンジン装置６４０は、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報、第２の膝部三次元角度情報及び反力方向モデルに基づいて反力方向情報を算出することに用いられる。続いて、分析エンジン装置６４０は、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報、第２の膝部三次元角度情報、反力方向情報、脛骨の長さ及び膝関節トルクモデルに基づいて膝関節トルクを算出する。分析エンジン装置６４０は、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報と第２の膝部三次元角度情報との一方及び歩行モデルに基づいて歩行情報を決定する。分析エンジン装置６４０は、歩行情報、膝関節トルク及び歩行モデルに基づいて、歩行分析結果を算出して、歩行分析結果を携帯型装置６３０に伝送する。一実施例において、携帯型装置６４０は、使用者インターフェースに歩行分析結果を表示する。歩行分析結果は、膝関節の受圧分布情報を含む。

一実施例において、第１の膝部三次元角度情報は脛骨角度情報を含み、第２の膝部三次元角度情報は大腿骨角度情報を含む。分析エンジン装置６４０は、更に、脛骨角度情報及び大腿骨角度情報に基づいて膝関節角度情報θを算出して携帯型装置６３０に伝送することに用いられる。携帯型装置６３０は、更に、使用者インターフェースに膝関節角度情報θを表示することに用いられる。

一実施例において、分析エンジン装置６４０は、更に、歩行情報に基づいて膝関節トルクと膝関節角度情報の判断順序を決定して、歩行調整アドバイス情報を生成して、携帯型装置６３０に伝送することに用いられる。携帯型装置６３０は、更に、使用者インターフェースに歩行調整アドバイス情報を表示することに用いられる。歩行調整アドバイス情報の生成方法は、上記のとおりであるので、ここで繰り返して説明しない。

一実施例において、反力方向モデルは圧力重心モデルを含む。分析エンジン装置６４０は、更に、圧力情報及び圧力重心モデルに基づいて足部圧力重心情報を算出して、携帯型装置６３０に伝送することに用いられる。分析エンジン装置６４０は、更に、足部圧力重心情報に基づいて重心位置調整アドバイス情報を生成して、前記携帯型装置６３０に伝送することに用いられる。携帯型装置６３０は、更に、使用者インターフェースに足部圧力重心情報と重心位置調整アドバイス情報を表示することに用いられる。

一実施例において、分析エンジン装置６４０は、更に、歩行情報と歩行分析結果に基づいて活動履歴情報を記録して、携帯型装置６３０に伝送することに用いられる。携帯型装置６３０は、更に、使用者インターフェースに活動履歴情報を表示することに用いられる。

図７は、本発明の一実施例に係る歩行分析システム７００を説明する模式図である。歩行分析システム７００の構成は、支持ユニット７５０以外に、歩行分析システム６００の構成と大体同じである。支持ユニット４４０と類似するように、支持ユニット７５０は、支持圧力感知素子（例えば、圧力センサー）と支持慣性感知素子（例えば、慣性感知素子（ＩＭＵ））を含む。支持ユニット７５０は、支持圧力情報と支持角度情報（図５の角度５４４に示すように）を取得して、携帯型装置６３０に伝送することに用いられる。携帯型装置６３０は、更に、支持ユニット７５０から支持圧力情報と相対位置情報を受信して、分析エンジン装置６４０に伝送することに用いられる。分析エンジン装置６４０は、更に、支持圧力情報及び支持角度情報に基づいて支持重量情報を計算して、携帯型装置６３０に伝送することに用いられる。携帯型装置６３０は、更に、使用者インターフェースに支持重量情報を表示することに用いられる。支持重量情報は、使用者が支持ユニット４４０を使用する場合に軽減された膝関節の荷重を表す。相対位置情報の感知と表示方法は、上記のとおりであるので、ここで繰り返して説明しない。

歩行分析システム１００、４００と異なり、上記歩行分析システム６００、７００は、何れも携帯型装置６３０によって感知データを受信して分析エンジン装置６４０に伝送する。分析エンジン装置６４０は、感知データを処理して、分析結果とアドバイス情報を生成し、携帯型装置６３０に伝送する。携帯型装置６３０は、複雑な処理と計算過程を行わずに、使用者インターフェースに分析結果とアドバイス情報を表示することができる。

上記使用者インターフェースの実践形態を説明するために、図８Ａ〜図８Ｅを参照されたい。図８Ａ〜図８Ｅは、本発明のいくつかの実施例に係る使用者インターフェース８１０〜８５０を説明する模式図である。

図８Ａに示すように、携帯型装置は、使用者インターフェース８１０に使用者の足底の足部圧力重心情報８１１、８１２を表示することができる。使用者の左足の足部圧力重心は足部の前端へ偏るが、右足の足部圧力重心は左前側へ偏る。携帯型装置（又は分析エンジン装置）は、足部圧力重心情報８１１、８１２に基づいて、アドバイス使用者が両足の重心を適当な位置に調整するように勧告するための重心位置調整アドバイス情報８１３、８１４を生成することができる。また、携帯型装置は、使用者インターフェース８１０に足先夾角データ８１５、ステップデータ８１７、歩隔データ８１６及び歩行情報８１８を表示することもできる。図８Ａに示すように、この時、使用者が階段を上がっている。使用者の足先夾角は６０度（外輪歩行（Ｔｏｅ−ｏｕｔｇａｉｔ）の足先夾角を正向として、左右足のそれぞれの進行方向との夾角と定義される）であり、歩隔は４５ｃｍであり、ステップは３０ｃｍである。別の実施例において、歩行情報８１８は、使用者インターフェース８１０の中に表示されなくてもよい。

図８Ｂに示すように、携帯型装置は、使用者インターフェース８２０に膝関節の受圧分布情報を表示することができる。領域８２１、８２２は膝関節の受圧が膝関節のわるさをもたらす恐れがある領域を表し、領域８２３は膝関節の受圧が好ましい範囲にあることを表し、領域８２４は膝関節の受圧が平均範囲内にあることを表す。このように、使用者は、使用者インターフェース８２０に表示された現在の膝関節の受圧情況と上記歩行調整アドバイスに基づいて、膝関節に有益な歩行に調整することができる。

図８Ｃに示すように、携帯型装置は、使用者インターフェース８３０に膝関節角度情報を表示することができる。使用者の左足膝関節角度は点８３１で表され、使用者の右足膝関節角度は点８３２で表される。このように、使用者は、使用者インターフェース８３０に表示された膝関節角度情報と上記歩行調整アドバイスに基づいて、膝関節に有益な歩行に調整することができる。

図８Ｄに示すように、携帯型装置は、使用者インターフェース８４０に足底平均圧力分布情報を表示する。領域８４１は足底圧力は最大である領域を表し、領域８４２は足底圧力は二番目の領域を表す。領域８４１、８４２以外の領域は、足底圧力が相対に低い領域である。このように、使用者は、歩く場合に足底の受けた平均圧力分布を参照し検視して、歩き姿勢を調整する。注意すべきなのは、足底平均圧力分布情報は、圧力の大きさに基づいて複数の領域に区別されるが、本実施例に限定されない。

図８Ｅに示すように、携帯型装置は、使用者インターフェース８５０に活動履歴情報を表示することができる。使用者インターフェース８５０は、使用者の歩数が７５４３であること、及び、異なる歩行情報（階段上がり、階段下がり、平地歩き、坂上がり、坂下がりの場合を含む）の割合を表示する。このように、使用者は、活動履歴情報を参考して、活動モード（例えば、余裕なカロリーを消費するため、よく階段を上がる）を調整することができる。

実際的に、圧力感知素子は圧力センサーであってもよく、慣性感知素子は慣性センサー（Ｉｎｅｒｔｉａｌ ｓｅｎｓｏｒ）であってもよい。携帯型装置１３０、６３０は、パソコン、携帯電話、タブレット（Ｔａｂｌｅｔ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等であってもよいが、本発明はこれに限定されない。分析エンジン装置４５０、６４０は、実際的に、コンピュータであってよい。

図９は、本発明のいくつかの実施例に係る歩行分析方法９００を説明するフローチャートである。歩行分析方法９００は、複数の工程Ｓ９０２〜Ｓ９１２を有し、図１、図４に記載の歩行分析システム１００、４００に適用されることができる。しかしながら、当業者であれば、上記実施例に言及された工程については、その順序を特に説明しない限り、実際の要求に応じて、その前後順序を調整してもよく、更に、同時に又は部分的に実行してもよい。具体的な実践形態は、前記に開示されたとおりであるので、ここで繰り返して説明しないことは、理解すべきである。足部感知ユニット、膝部感知ユニットと携帯型装置の実践形態や運転は、上記のとおりであるので、ここで繰り返して説明しない。

工程Ｓ９０２において、足部感知ユニットによって、圧力情報を感知する。

工程Ｓ９０４において、膝部感知ユニットによって、第１の膝部三次元角度情報と第２の膝部三次元角度情報を感知する。

工程Ｓ９０６において、携帯型装置によって、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報、第２の膝部三次元角度情報及び反力方向モデルに基づいて反力方向情報を算出する。

工程Ｓ９０８において、携帯型装置によって、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報、第２の膝部三次元角度情報、反力方向情報、脛骨の長さ及び膝関節トルクモデルに基づいて膝関節トルクを算出する。

工程Ｓ９１０において、携帯型装置によって、圧力情報、第１の膝部三次元角度情報と第２の膝部三次元角度情報との一方及び歩行モデルに基づいて歩行情報を決定する。

工程Ｓ９１２において、前記携帯型装置によって、歩行情報、膝関節トルク及び歩行モデルに基づいて歩行分析結果を算出する。

本発明は、上記実施例によって、使用者の足部と膝部の圧力と角度データを感知し、分析して分析結果と調整アドバイスを生成する。使用者の持つ携帯型装置が上記分析結果と調整アドバイスを表示することができるので、使用者は、現在の歩行が健康に悪いかを随時に分かることができ、また、調整アドバイスに基づいて健康に有益な歩行に矯正することができる。

本発明の実施形態を前述の通りに開示したが、これは、本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神や範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えてもよく、従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

下記の符号について説明は、本発明の上記や他の目的、特徴、メリットと実施例をより分かりやすくすることに用いられる。
１００、４００、６００、７００ 歩行分析システム
１１０、６１０ 足部感知ユニット
１２０、６２０ 膝部感知ユニット
１３０、６３０ 携帯型装置
２１２ 圧力感知素子
３１０ 足部
３２２、３２４ 慣性感知素子
θ、５４４ 角度
４４０ 支持ユニット
４５０、６４０ 分析エンジン装置
５４２、８２１〜８２４、８４１、８４２ 領域
７５０ 支持ユニット
８１０、８２０、８３０、８４０、８５０ 使用者インターフェース
８１１、８１２ 足部圧力重心情報
８１３、８１４ 重心位置調整アドバイス情報
８１５ 足先夾角データ
８１６ 歩隔データ
８１７ ステップデータ
８１８ 歩行情報
８３１、８３２ 点

Claims (19)

1. 圧力情報を感知するための少なくとも１つの圧力感知素子を含む足部感知ユニットと、
   第１の膝部三次元角度情報を感知するための第１の慣性感知素子と、第２の膝部三次元角度情報を感知するための第２の慣性感知素子と、を含む膝部感知ユニットと、
   前記圧力情報、前記第１の膝部三次元角度情報、前記第２の膝部三次元角度情報及び反力方向モデルに基づいて反力方向情報を算出し、前記圧力情報、前記第１の膝部三次元角度情報、前記第２の膝部三次元角度情報、前記反力方向情報、脛骨の長さ及び膝関節トルクモデルに基づいて膝関節トルクを算出し、前記圧力情報、前記第１の膝部三次元角度情報と前記第２の膝部三次元角度情報との一方及び歩行モデルに基づいて歩行情報を決定し、前記歩行情報、前記膝関節トルク及び前記歩行モデルに基づいて歩行分析結果を算出するための携帯型装置と、
   を備える歩行分析システム。
2. 前記携帯型装置は、使用者インターフェースに膝関節の受圧分布情報を含む前記歩行分析結果を表示する請求項１に記載の歩行分析システム。
3. 前記第１の膝部三次元角度情報は脛骨角度情報を含み、前記第２の膝部三次元角度情報は大腿骨角度情報を含み、前記携帯型装置は、更に、前記脛骨角度情報及び前記大腿骨角度情報に基づいて膝関節角度情報を算出し、且つ、使用者インターフェースに前記膝関節角度情報を表示することに用いられる請求項１に記載の歩行分析システム。
4. 前記携帯型装置は、足部パラメーターを記憶し、更に、前記足部パラメーター及び前記歩行情報に基づいて前記膝関節トルクと前記膝関節角度情報の判断順序を決定して、歩行調整アドバイス情報を生成し、且つ、前記使用者インターフェースに前記歩行調整アドバイス情報を表示することに用いられる請求項３に記載の歩行分析システム。
5. 前記足部感知ユニットは、加速度及び足部角度を感知するための少なくとも１つの慣性感知素子を更に含み、前記携帯型装置は、更に、前記加速度及び前記足部角度に基づいて、足先の夾角データ、ステップデータ及び歩隔データを生成することに用いられる請求項１に記載の歩行分析システム。
6. 前記反力方向モデルは圧力重心モデルを含み、前記携帯型装置は、更に、前記圧力情報及び前記圧力重心モデルに基づいて足部圧力重心情報を算出し、且つ、使用者インターフェースに前記足部圧力重心情報を表示することに用いられる請求項１に記載の歩行分析システム。
7. 前記携帯型装置は、更に、前記足部圧力重心情報に基づいて重心位置調整アドバイス情報を生成し、且つ、前記使用者インターフェースに前記重心位置調整アドバイス情報を表示することに用いられる請求項６に記載の歩行分析システム。
8. 前記携帯型装置は、更に、分析エンジン装置から前記反力方向モデル、前記膝関節トルクモデル及び前記歩行モデルを受信することに用いられ、前記分析エンジン装置は、機器学習によって前記反力方向モデル、前記膝関節トルクモデル及び前記歩行モデルを構築する請求項１に記載の歩行分析システム。
9. 支持圧力感知素子及び支持慣性感知素子を含み、支持圧力情報と支持角度情報を取得することに用いられ、前記足部感知ユニットと共に、更に、前記足部感知ユニットと支持ユニットとの相対位置情報を取得することに用いられる支持ユニットを更に備え、前記携帯型装置は、更に、前記支持圧力情報及び前記支持角度情報に基づいて支持重量情報を計算し、且つ、使用者インターフェースに前記支持重量情報及び前記相対位置情報を表示することに用いられる請求項１に記載の歩行分析システム。
10. 圧力情報を感知するための少なくとも１つの圧力感知素子を含む足部感知ユニットと、
    第１の膝部三次元角度情報を感知するための第１の慣性感知素子と、第２の膝部三次元角度情報を感知するための第２の慣性感知素子と、を含む膝部感知ユニットと、
    反力方向モデル、膝関節トルクモデル及び歩行モデルを構築するための分析エンジン装置と、
    前記足部感知ユニット及び前記膝部感知ユニットから前記圧力情報、前記第１の膝部三次元角度情報及び前記第２の膝部三次元角度情報を受信して前記分析エンジン装置に伝送するための携帯型装置と、
    を備え、
    また、前記分析エンジン装置は、前記圧力情報、前記第１の膝部三次元角度情報、前記第２の膝部三次元角度情報及び前記反力方向モデルに基づいて反力方向情報を算出し、前記圧力情報、前記第１の膝部三次元角度情報、前記第２の膝部三次元角度情報、前記反力方向情報、脛骨の長さ及び前記膝関節トルクモデルに基づいて膝関節トルクを算出し、前記圧力情報、前記第１の膝部三次元角度情報と前記第２の膝部三次元角度情報との一方及び前記歩行モデルに基づいて歩行情報を決定し、前記歩行情報、前記膝関節トルク及び前記歩行モデルに基づいて歩行分析結果を算出して前記携帯型装置に伝送することに用いられる歩行分析システム。
11. 前記第１の膝部三次元角度情報は脛骨角度情報を含み、前記第２の膝部三次元角度情報は大腿骨角度情報を含み、前記分析エンジン装置は、更に、前記脛骨角度情報及び前記大腿骨角度情報に基づいて膝関節角度情報を算出して前記携帯型装置に伝送することに用いられ、前記携帯型装置は、更に、使用者インターフェースに前記膝関節角度情報を表示することに用いられる請求項１０に記載の歩行分析システム。
12. 前記足部感知ユニットは、加速度及び足部角度を感知するための少なくとも１つの慣性感知素子を更に含み、前記分析エンジン装置は、更に、前記加速度及び前記足部角度に基づいて、足先夾角データ、ステップデータ及び歩隔データを生成することに用いられる請求項１０に記載の歩行分析システム。
13. 前記反力方向モデルは圧力重心モデルを含み、前記分析エンジン装置は、更に、前記圧力情報及び前記圧力重心モデルに基づいて足部圧力重心情報を算出して前記携帯型装置に伝送することに用いられ、前記携帯型装置は、更に、使用者インターフェースに前記足部圧力重心情報を表示することに用いられる請求項１０に記載の歩行分析システム。
14. 支持圧力感知素子及び支持慣性感知素子を含み、支持圧力情報と支持角度情報を取得することに用いられ、前記足部感知ユニットと共に、更に、前記足部感知ユニットと支持ユニットとの相対位置情報を取得するための支持ユニットを更に備え、前記携帯型装置は、更に、前記支持ユニットから前記支持圧力情報と前記相対位置情報を受信して前記分析エンジン装置に伝送することに用いられ、前記分析エンジン装置は、更に、前記支持圧力情報及び前記支持角度情報に基づいて支持重量情報を計算して、前記携帯型装置に伝送することに用いられ、前記携帯型装置は、更に、使用者インターフェースに前記支持重量情報及び前記相対位置情報を表示することに用いられる請求項１０に記載の歩行分析システム。
15. 足部感知ユニットによって、圧力情報を感知する工程と、
    膝部感知ユニットによって、第１の膝部三次元角度情報と第２の膝部三次元角度情報を感知する工程と、 携帯型装置によって、前記圧力情報、前記第１の膝部三次元角度情報、前記第２の膝部三次元角度情報及び反力方向モデルに基づいて反力方向情報を算出する工程と、
    前記携帯型装置によって、前記圧力情報、前記第１の膝部三次元角度情報、前記第２の膝部三次元角度情報、前記反力方向情報、脛骨の長さ及び膝関節トルクモデルに基づいて膝関節トルクを算出する工程と、
    前記携帯型装置によって、前記圧力情報、前記第１の膝部三次元角度情報と前記第２の膝部三次元角度情報との一方及び歩行モデルに基づいて歩行情報を決定する工程と、
    前記携帯型装置によって、前記歩行情報、前記膝関節トルク及び前記歩行モデルに基づいて歩行分析結果を算出する工程と、
    を備える歩行分析方法。
16. 前記携帯型装置によって、脛骨角度情報及び大腿骨角度情報に基づいて膝関節角度情報を算出し、前記第１の膝部三次元角度情報は脛骨角度情報を含み、前記第２の膝部三次元角度情報は大腿骨角度情報を含む工程と、
    前記携帯型装置の使用者インターフェースに前記膝関節角度情報を表示する工程と、
    を更に備える請求項１５に記載の歩行分析方法。
17. 前記足部感知ユニットの少なくとも１つの慣性感知素子によって、加速度及び足部角度を感知する工程と、
    前記携帯型装置によって、前記加速度及び前記足部角度に基づいて足先夾角データ、ステップデータ及び歩隔データを生成する工程と、
    前記携帯型装置によって、前記圧力情報と前記反力方向モデルの圧力重心モデルに基づいて足部圧力重心情報を生成する工程と、
    前記携帯型装置の使用者インターフェースに前記足部圧力重心情報を表示する工程と、
    を更に備える請求項１５に記載の歩行分析方法。
18. 分析エンジン装置によって、前記反力方向モデル、前記膝関節トルクモデル及び前記歩行モデルを構築する工程と、
    前記携帯型装置によって、前記分析エンジン装置から前記反力方向モデル、前記膝関節トルクモデル及び前記歩行モデルを受信する工程と、
    を更に備える請求項１５に記載の歩行分析方法。
19. 支持圧力感知素子と支持慣性感知素子を含む支持ユニットによって、支持圧力情報と支持角度情報を取得する工程と、
    前記支持ユニットと前記足部感知ユニットによって、前記足部感知ユニットと前記支持ユニットとの相対位置情報を取得する工程と、
    前記携帯型装置によって、前記支持圧力情報及び前記支持角度情報に基づいて支持重量情報を計算する工程と、
    前記携帯型装置の使用者インターフェースに前記支持重量情報と前記相対位置情報を表示する工程と、
    を更に備える請求項１５に記載の歩行分析方法。

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