JP6486200B2 - Mobile motion analysis apparatus, system, and program - Google Patents

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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。   The present invention relates to a technique for evaluating a moving motion such as walking of a person using an acceleration sensor.

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。   Conventionally, rehabilitation for patients with gait disorders has been performed in medical facilities, nursing homes, and the like.

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。   In this rehabilitation, an instructor, such as a physical therapist, generally uses a patient's gait exercises to create a gait training program suitable for the patient and to understand the patient's recovery level. Is repeatedly evaluated.

また、近年においては、加速度センサを用いて人の歩行などの移動運動中に生じる加速度を測定し、その測定結果に基づいて移動運動を定量的かつ客観的に評価する試みが成されている(例えば、特許文献1,要約等参照)。   In recent years, an acceleration sensor is used to measure acceleration generated during a moving motion such as walking of a person, and an attempt is made to quantitatively and objectively evaluate the moving motion based on the measurement result ( For example, see Patent Document 1, Abstract, etc.).

特開2013−059489号公報JP 2013-059489 A

上記のように加速度の測定結果に基づいて移動運動を評価する場合、加速度データ(data)における足が着地するタイミング(timing)を認識することは非常に重要である。   As described above, when the moving motion is evaluated based on the measurement result of acceleration, it is very important to recognize the timing (timing) of the foot landing in the acceleration data (data).

しかしながら、加速度データには複雑な波形が現れることが多く、足が着地するタイミングを精度よく認識することは難しい。   However, complex waveforms often appear in the acceleration data, and it is difficult to accurately recognize the timing at which the feet land.

このような事情により、移動運動をする人に取り付けられた加速度センサからのデータにおいて、足が着地するタイミングを高い精度で認識することができる技術が望まれている。   Under such circumstances, there is a demand for a technique capable of recognizing the timing at which a foot lands with high accuracy in data from an acceleration sensor attached to a person who performs a moving motion.

第1の観点の発明は、
加速度センサを用いて得られた人の移動運動中における上下方向の加速度を表す波形における極大値及び極小値のいずれか一方である極値を特定する特定手段と、
前記特定された極値のうち所定の閾値を超える極値に対応した時刻の時間間隔のばらつき度が最小となるように前記閾値を決定する決定手段と、
前記特定された極値のうち前記決定された閾値を超える極値に対応した時刻を前記人の足が着地した時刻として検出する検出手段とを備えた移動運動解析装置を提供する。
The invention of the first aspect
A specifying means for specifying an extreme value that is one of a local maximum value and a local minimum value in a waveform representing acceleration in the vertical direction during movement of a person obtained by using an acceleration sensor;
Determining means for determining the threshold value so that the degree of variation of the time interval of the time corresponding to the extreme value exceeding a predetermined threshold value among the specified extreme values is minimized;
There is provided a mobile motion analysis apparatus comprising: a detecting unit that detects a time corresponding to an extreme value exceeding the determined threshold among the specified extreme values as a time when the person's foot has landed.

第2の観点の発明は、
加速度センサを用いて得られた人の移動運動中における上下方向の加速度に基づいて演算された量を表す波形における極大値及び極小値のいずれか一方である極値を特定する特定手段と、
前記特定された極値のうち所定の閾値を超える極値に対応した時刻の時間間隔のばらつき度が最小となるように前記閾値を決定する決定手段と、
前記特定された極値のうち前記決定された閾値を超える極値に対応した時刻を前記人の足が着地した時刻として検出する検出手段とを備えた移動運動解析装置を提供する。
The invention of the second aspect is
A specifying means for specifying an extreme value that is one of a maximum value and a minimum value in a waveform representing an amount calculated based on an acceleration in a vertical direction during the movement of a person obtained by using an acceleration sensor;
Determining means for determining the threshold value so that the degree of variation of the time interval of the time corresponding to the extreme value exceeding a predetermined threshold value among the specified extreme values is minimized;
There is provided a mobile motion analysis apparatus comprising: a detecting unit that detects a time corresponding to an extreme value exceeding the determined threshold among the specified extreme values as a time when the person's foot has landed.

ここで、「極大値及び極小値のいずれか一方である極値」とは、足の着地が上記波形における極大値として現れるときには「極大値」であり、足の着地が上記波形における極小値として現れるときには、「極小値」である。また、「閾値を超える極値」とは、極値が極大値であるときは、「閾値を上回る極大値」であり、極値が極小値であるときは、「閾値を下回る極小値」である。   Here, the “extreme value that is one of the local maximum value and the local minimum value” is the “local maximum value” when the foot landing appears as the local maximum value in the waveform, and the foot landing as the local minimum value in the waveform. When it appears, it is a “local minimum”. The “extreme value exceeding the threshold value” is “maximum value exceeding the threshold value” when the extreme value is a maximum value, and “minimum value below the threshold value” when the extreme value is a minimum value. is there.

また、「足が着地した時刻」とは、足の少なくとも一部、例えば踵や足の裏全体が、前記人の歩行する路面に実質的に接した時刻である。なお、「着地」は、足が靴などを介在して間接的に路面に接する場合も含む。   The “time when the foot has landed” is the time when at least a part of the foot, for example, the heel or the entire sole of the foot, substantially contacts the road surface on which the person walks. Note that “landing” includes a case where a foot indirectly touches a road surface through shoes or the like.

第3の観点の発明は、
前記演算された量が、前記上下方向の加速度の項を含む演算式により演算される上記第2の観点の移動運動解析装置を提供する。
The invention of the third aspect is
The mobile motion analysis apparatus according to the second aspect, wherein the calculated amount is calculated by an arithmetic expression including a term of the vertical acceleration.

第4の観点の発明は、
前記演算される量が、前記上下方向の加速度の二階微分を表す項をk乗(k≧1)した項を含む演算式により演算される上記第2の観点または第3の観点の移動運動解析装置を提供する。
The invention of the fourth aspect is
The moving motion analysis according to the second aspect or the third aspect, wherein the calculated amount is calculated by an arithmetic expression including a term obtained by raising the term representing the second derivative of the vertical acceleration to the k-th power (k ≧ 1). Providing equipment.

第5の観点の発明は、
前記k乗が、3乗である上記第4の観点の移動運動解析装置を提供する。
The invention of the fifth aspect is
The moving motion analysis apparatus according to the fourth aspect, in which the k-th power is the third power.

第6の観点の発明は、
前記検出手段が、前記閾値を超える極値が所定時間幅内に複数存在するときに、該複数の極値に対応した時刻を平均化して成る時刻を、前記足が着地した時刻として検出する上記第1の観点から第5の観点のいずれか一つの観点の移動運動解析装置を提供する。
The invention of the sixth aspect is
The detection means detects, as a time when the foot has landed, a time obtained by averaging times corresponding to the plurality of extreme values when there are a plurality of extreme values exceeding the threshold within a predetermined time width. A moving motion analysis apparatus according to any one of the first to fifth aspects is provided.

第7の観点の発明は、
前記所定時間幅が、前記時間間隔の平均の半分以下である上記第6の観点の移動運動解析装置を提供する。
The invention of the seventh aspect
The mobile motion analysis apparatus according to the sixth aspect, wherein the predetermined time width is equal to or less than half of the average of the time interval.

第8の観点の発明は、
前記ばらつき度は、前記時刻の時間間隔の分散または標準偏差である上記第1の観点から第7の観点のいずれか一つの観点の移動運動解析装置を提供する。
The invention of the eighth aspect
The degree of variation provides the mobile motion analysis apparatus according to any one of the first to seventh aspects, which is a variance or standard deviation of a time interval of the time.

第9の観点の発明は、
前記波形が、高周波成分を除去する処理が施されている上記第1の観点から第8の観点のいずれか一つの観点の移動運動解析装置を提供する。
The invention of the ninth aspect is
The moving motion analysis apparatus according to any one of the first to eighth aspects is provided in which the waveform is subjected to a process for removing a high-frequency component.

第10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9の観点のいずれか一つの観点の移動運動解析装置を提供する。
The invention of the tenth aspect is
A mobile motion analysis apparatus according to any one of the first to ninth aspects, wherein the mobile motion is walking.

第11の観点の発明は、
前記加速度センサと、上記第1の観点から第10の観点のいずれか一つの観点の移動運動解析装置とを備えた移動運動解析システム(system)を提供する。
The invention of the eleventh aspect is
A mobile motion analysis system (system) comprising the acceleration sensor and the mobile motion analysis device according to any one of the first to tenth aspects is provided.

第12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10の観点のいずれか一つの観点の移動運動解析装置として機能させるためのプログラムを提供する。
The invention of the twelfth aspect is
A program for causing a computer to function as the mobile motion analysis device according to any one of the first to tenth aspects is provided.

上記観点の発明によれば、移動運動をする人に取り付けられた加速度センサからのデータにおいて、踵着地のタイミングを高い精度で認識することができる。   According to the invention of the above aspect, the timing of the landing can be recognized with high accuracy in the data from the acceleration sensor attached to the person who moves.

歩行解析システムの構成を概略的に示す図である。It is a figure showing roughly composition of a walk analysis system. 加速度センサモジュール及び歩行解析装置のハードウェアの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the hardware of an acceleration sensor module and a walk analysis apparatus. 加速度センサモジュール及び歩行解析装置の機能的な構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the functional structure of an acceleration sensor module and a walk analysis apparatus. 加速度データ解析部の機能的な構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the functional structure of an acceleration data analysis part. 歩行解析システムにおける処理の流れを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the flow of the process in a walk analysis system. サンプル加速度データに基づいて生成された左右方向加速度波形、前後方向加速度波形、及び上下方向加速度波形を示す図である。It is a figure which shows the left-right direction acceleration waveform, the front-back direction acceleration waveform, and the up-down direction acceleration waveform which were produced | generated based on the sample acceleration data. サンプル加速度データに基づいて生成された左右方向加速度波形、前後方向加速度波形、及び上下方向加速度波形の拡大図である。It is an enlarged view of a left-right direction acceleration waveform, a front-rear direction acceleration waveform, and a vertical direction acceleration waveform generated based on sample acceleration data. サンプル加速度データに基づいて生成された加速度波形に、解析対象として決定された歩行期間を重ねて表した図である。It is the figure which overlapped and represented the walk period determined as an analysis object on the acceleration waveform produced | generated based on the sample acceleration data. 上下方向加速度波形と歩行位相との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an up-down direction acceleration waveform and a walk phase. ステップ基準時刻検出部の機能的な構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the functional structure of a step reference time detection part. ステップ基準時刻検出処理の流れを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the flow of a step reference time detection process. サンプル加速度データに基づく上下方向加速度波形の拡大図である。It is an enlarged view of the vertical acceleration waveform based on sample acceleration data. 上下加速度反映波形を示す図である。It is a figure which shows a vertical acceleration reflection waveform. 上下加速度反映波形において特定された極大値を示す図である。It is a figure which shows the local maximum specified in the vertical acceleration reflection waveform. 上下加速度反映波形と決定された閾値とを示す図である。It is a figure which shows a vertical acceleration reflection waveform and the determined threshold value. 認識された踵着地を示す図である。It is a figure which shows the recognized landing. 上下加速度反映波形において複数の極大値が時間的に近接して現れる場合の例を示す図である。It is a figure which shows the example in case a some local maximum appears close in time in a vertical acceleration reflection waveform. ステップ波形グラフ生成部の機能的な構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the functional structure of a step waveform graph production | generation part. ステップ波形グラフ生成処理の流れを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the flow of a step waveform graph production | generation process. 上下方向加速度波形を示す図である。It is a figure which shows an up-down direction acceleration waveform. 第1の左右ステップ波形抽出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st left-right step waveform extraction method. 第2の左右ステップ波形抽出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd left-right step waveform extraction method. 抽出された複数の左右ステップ波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the extracted some left-right step waveform. 左右ステップ波形の代表波形、各歩行位相のばらつきバーなどが表示された画面の表示例を示す図である。It is a figure which shows the example of a display of the screen on which the representative waveform of the left-right step waveform, the dispersion | variation bar of each walking phase, etc. were displayed.

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。   Embodiments of the invention will be described below. The invention is not limited thereby.

図1は、歩行解析システム1の構成を概略的に示す図である。なお、歩行解析システム1は、発明における移動運動解析システムの一例である。   FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the gait analysis system 1. The gait analysis system 1 is an example of the movement analysis system in the invention.

歩行解析システム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、歩行解析装置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。歩行解析装置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、歩行解析装置3は、発明における移動運動解析装置の一例である。   The walking analysis system 1 includes an acceleration sensor module 2 and a walking analysis device 3 as shown in FIG. The acceleration sensor module 2 is attached to the center of the lower back of the patient 10 using an adhesive pad or a band. The walking analysis device 3 is used by the operator 11 to carry or operate. The walking analysis device 3 is an example of the mobile motion analysis device in the invention.

図2は、加速度センサモジュール2及び歩行解析装置3のハードウェア(hardware)の構成を示す図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration of the acceleration sensor module 2 and the walking analysis device 3.

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(processor)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。歩行解析装置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(display)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。   As shown in FIG. 2, the acceleration sensor module 2 includes a processor 21, an acceleration sensor 22, a memory 23, a communication I / F (interface) 24, and a battery 25. doing. The gait analysis device 3 is a computer terminal such as a smart phone, a tablet computer, or a notebook PC, and includes a processor 31, a display 32, an operation unit 33, and the like. , A memory 34, a communication I / F 35, and a battery 36. Note that the processor 21 and the processor 31 are not limited to a single processor, but may be a plurality of processors.

図3は、加速度センサモジュール2及び歩行解析装置3の機能的な構成を示す機能ブロック(block)図である。   FIG. 3 is a functional block diagram showing functional configurations of the acceleration sensor module 2 and the walking analysis device 3.

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。   As shown in FIG. 3, the acceleration sensor module 2 includes an acceleration sensor unit 201, a sampling unit 202, and a transmission unit 203. The sampling unit 202 and the transmission unit 203 are realized by the processor 21 reading out and executing a predetermined program stored in the memory 23.

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。   The acceleration sensor unit 201 outputs an analog signal corresponding to the acceleration component in almost real time with respect to the acceleration component in each of the x, y, and z axes in the three-dimensional orthogonal coordinate system based on the sensor body. Output to.

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。 The sampling unit 202 samples the analog signal at a predetermined sampling frequency and converts it into digital acceleration data. The sampling frequency is, for example, 128 Hz. The sampling unit 202 outputs acceleration data at a scale where, for example, 1 g (gravitational acceleration) = 9.8 m / s 2 = acceleration data value 128.

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にて無線で送信する。   The transmission unit 203 wirelessly transmits the acceleration data representing the sampled acceleration component at each time in almost real time.

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。   In this example, in the acceleration sensor module 2, the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction of the sensor body are the RL (Right-Left) direction, AP (Anterior-Posterior) direction, and SI of the patient 10, respectively. (Superior-Inferior) It is attached to match the direction. The RL direction, the AP direction, and the SI direction are also referred to as a sagittal direction, a coronal direction, and an axial direction, respectively. In this example, it is assumed that the posture (inclination) of the acceleration sensor module 2 does not change while the patient 10 is walking.

歩行解析装置3は、図3に示すように、操作部301と、ディスプレイ部302と、患者情報受付部303と、受信部304と、加速度データ取得制御部305と、加速度データ解析部307と、表示制御部310と、記憶部312とを有している。患者情報受付部303、加速度データ取得制御部305、加速度データ解析部307、及び表示制御部310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読み出して実行することにより実現される。   As shown in FIG. 3, the gait analysis device 3 includes an operation unit 301, a display unit 302, a patient information reception unit 303, a reception unit 304, an acceleration data acquisition control unit 305, an acceleration data analysis unit 307, A display control unit 310 and a storage unit 312 are included. The patient information reception unit 303, the acceleration data acquisition control unit 305, the acceleration data analysis unit 307, and the display control unit 310 are realized by the processor 31 reading and executing a predetermined program stored in the memory 34.

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。   The operation unit 301 receives an operation of the operator 11. The operation unit 301 includes, for example, a touch panel, a touch pad, a keyboard, a mouse, and the like. The operator 11 is an instructor such as a physical therapist, for example.

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。   The display unit 302 displays an image. The display unit 302 is configured by, for example, a liquid crystal panel, an organic EL panel, or the like.

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。   The patient information accepting unit 303 accepts input of patient information and causes the storage unit 312 to store the input patient information.

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304との無線通信には、例えば、ブルートゥース(Bluetooth(登録商標))等の規格を用いることができる。   The reception unit 304 wirelessly receives the acceleration data transmitted from the transmission unit 203 of the acceleration sensor module 2. Note that standards such as Bluetooth (registered trademark) can be used for wireless communication between the transmission unit 203 and the reception unit 304, for example.

加速度データ取得制御部305は、操作者11による操作に基づいて加速度データを取得するよう受信部304及び記憶部312を制御する。   The acceleration data acquisition control unit 305 controls the reception unit 304 and the storage unit 312 to acquire acceleration data based on an operation by the operator 11.

加速度データ解析部307は、取得された加速度データを解析して、その解析結果を出力する。加速度データ解析部307の詳細については後述する。   The acceleration data analysis unit 307 analyzes the acquired acceleration data and outputs the analysis result. Details of the acceleration data analysis unit 307 will be described later.

表示制御部310は、ディスプレイ部302の画面に、少なくとも加速度データの解析結果を含む種々の画像や文字情報などを表示するようディスプレイ部302を制御する。   The display control unit 310 controls the display unit 302 to display various images, character information, and the like including at least the analysis result of the acceleration data on the screen of the display unit 302.

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、加速度データの解析結果などを記憶する。なお、これらの情報は、必要に応じて、歩行解析装置3に接続されたデータベース(database)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。   The storage unit 312 stores input patient information, acquired acceleration data, an analysis result of acceleration data, and the like. These pieces of information are transferred to a database 41 connected to the gait analysis device 3 as necessary, or a medium such as an external DVD-ROM or a memory card, the Internet ( or stored in a storage medium 42 including an external medium connected via the internet.

ここで、加速度データ解析部307の詳細について説明する。加速度データ解析部307は、取得された加速度データに対して解析処理を行い、その解析結果を出力する。解析処理は、複数用意されている。加速度データ解析部307は、操作者11によって指定された解析処理を実行する。本例では、実行する解析処理として、取得された加速度データが担持する加速度成分の時間変化を表す加速度波形を生成し、その加速度波形から患者10の一歩または複数歩の前進動作に対応する部分波形を抽出し、その部分波形における代表的な波形と波高値のばらつきの程度とを求めてグラフ化する処理を想定する。   Here, details of the acceleration data analysis unit 307 will be described. The acceleration data analysis unit 307 performs analysis processing on the acquired acceleration data and outputs the analysis result. A plurality of analysis processes are prepared. The acceleration data analysis unit 307 executes analysis processing specified by the operator 11. In this example, as an analysis process to be executed, an acceleration waveform representing a time change of the acceleration component carried by the acquired acceleration data is generated, and a partial waveform corresponding to a forward movement of one step or a plurality of steps of the patient 10 from the acceleration waveform. Is assumed to be obtained, and a graph is obtained by obtaining a representative waveform and a degree of variation of the peak value in the partial waveform.

なお、一般的に、連続的な左右一歩ずつの前進動作の中には、右足の踵着地、左足のつま先蹴り、左足の踵着地、及び右足のつま先蹴りの各動作が1つずつ含まれる。   It should be noted that in general, the forward movement operation step by step left and right includes one each operation of landing on the right foot, kicking the toe of the left foot, landing on the left foot, and kicking the toe of the right foot.

図4は、加速度データ解析部307の機能的な構成を示す機能ブロック図である。加速度データ解析部307は、上記の機能を実現させるため、図4に示すように、加速度成分算出部71と、加速度波形生成部72と、歩行期間特定部73と、ステップ基準時刻検出部74と、ステップ波形グラフ生成部75とを有している。   FIG. 4 is a functional block diagram showing a functional configuration of the acceleration data analysis unit 307. As shown in FIG. 4, the acceleration data analysis unit 307 implements the acceleration component calculation unit 71, the acceleration waveform generation unit 72, the walking period specification unit 73, and the step reference time detection unit 74 in order to realize the above function. And a step waveform graph generation unit 75.

加速度成分算出部71は、取得された加速度データに基づいて、データ取得期間の各サンプリング時刻における患者10の左右方向、前後方向及び上下方向の加速度成分ax,ay,azをそれぞれ算出する。本例では、これらの加速度成分ax,ay,azは、重力加速度gの成分を除去して、患者10の純粋な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の成分を含む形で特定してもよい。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。なお、ここでは、加速度成分の正負は、左右方向では右側寄り、前後方向では前側寄り、上下方向では上側寄りをそれぞれ正とする。 The acceleration component calculation unit 71 calculates acceleration components a x , a y , and a z in the left-right direction, the front-rear direction, and the vertical direction of the patient 10 at each sampling time in the data acquisition period based on the acquired acceleration data. . In this example, it is assumed that these acceleration components a x , a y , and a z are calculated as acceleration components generated by pure motion of the patient 10 by removing the gravitational acceleration g component. However, it may be specified more simply in a form including the component of gravitational acceleration g. Further, the horizontal direction, the front-rear direction, and the vertical direction are assumed to be a horizontal left-right direction, a horizontal traveling direction, and a vertical direction, respectively. However, the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction based on the sensor body of the acceleration sensor module 2 may be more simply used. Here, the positive / negative of the acceleration component is positive in the left-right direction, close to the front in the front-rear direction, and upward in the vertical direction.

加速度波形生成部72は、算出された各方向の各サンプリング時刻における加速度成分ax,ay,azに基づいて、左右方向の加速度成分axの時間変化を表す左右加速度波形Wx、前後方向の加速度成分ayの時間変化を表す前後加速度波形Wy、上下方向の加速度成分azの時間変化を表す上下加速度波形Wzをそれぞれ生成する。 The acceleration waveform generation unit 72 generates a left-right acceleration waveform W x representing a temporal change in the left-right acceleration component a x based on the calculated acceleration components a x , a y , a z at each sampling time in each direction. A longitudinal acceleration waveform W y representing a temporal change in the acceleration component a y in the direction and a vertical acceleration waveform W z representing a temporal change in the acceleration component a z in the vertical direction are generated.

歩行期間特定部73は、加速度データ取得期間の中で患者10が実際に歩行を行っている期間(以下、歩行期間ともいう)を特定する。   The walking period specifying unit 73 specifies a period during which the patient 10 is actually walking in the acceleration data acquisition period (hereinafter also referred to as a walking period).

ステップ基準時刻検出部74は、解析対象として決定された歩行期間中の加速度波形に基づいて、それぞれが患者10の一歩の前進動作に対応する複数のステップ基準時刻を検出する。検出されたステップ基準時刻は、加速度波形において一歩分または複数歩分の前進動作に対応する部分波形を抽出する際に用いる。なお、ここでは、ステップ基準時刻として、踵着地のタイミングに対応した時刻を検出する。   The step reference time detection unit 74 detects a plurality of step reference times, each corresponding to one step forward movement of the patient 10, based on the acceleration waveform during the walking period determined as the analysis target. The detected step reference time is used when extracting a partial waveform corresponding to the forward movement for one step or a plurality of steps in the acceleration waveform. Here, the time corresponding to the landing timing is detected as the step reference time.

ステップ波形グラフ生成部75は、検出されたステップ基準時刻に基づいて、一歩または複数歩の前進動作に対応する部分波形を抽出し、その部分波形の代表的な波形と同一の歩行位相での波高値のばらつきの程度とを算出し、これらをグラフ化する。ここで歩行位相とは、歩行を周期運動と考えたときの位相のことをいい、例えば、右足の踵着地、左足のつま先蹴り、左足の踵着地、及び右足のつま先蹴りなどのタイミングに対応する位相が含まれる。   The step waveform graph generation unit 75 extracts a partial waveform corresponding to the forward movement of one step or a plurality of steps based on the detected step reference time, and the waveform at the same walking phase as the representative waveform of the partial waveform. The degree of variation of the high value is calculated, and these are graphed. Here, the walking phase refers to a phase when walking is considered as a periodic motion, and corresponds to, for example, the timing of right foot heel landing, left foot toe kick, left foot heel landing, right foot toe kick, etc. Phase is included.

これより、歩行解析システム1における処理の流れについて説明する。   Hereafter, the flow of processing in the walking analysis system 1 will be described.

図5は、歩行解析システム1における処理の流れを示すフロー(flow)図である。   FIG. 5 is a flow diagram showing the flow of processing in the gait analysis system 1.

ステップ(step)S1では、患者情報受付部303が、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。ここでは、操作者11が、歩行解析装置3の操作部301を操作して、患者10の患者情報を直接入力する。患者情報受付部303は、その直接入力された患者情報を記憶部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の加速度データやこの加速度データの解析結果などは、この患者情報と対応付けて記憶部312に記憶される。   In step S <b> 1, the patient information reception unit 303 receives input of patient information and causes the storage unit 312 to store the input patient information. Here, the operator 11 directly inputs the patient information of the patient 10 by operating the operation unit 301 of the gait analyzer 3. The patient information receiving unit 303 stores the directly input patient information in the storage unit 312. The patient information includes, for example, the patient ID number, name, age, sex, date of birth, and the like. It should be noted that acceleration data of the patient 10 to be described later, an analysis result of the acceleration data, and the like are stored in the storage unit 312 in association with the patient information.

ステップS2では、加速度データ取得制御部305が、受信部304及び記憶部312を制御して、患者10の各時刻ti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、操作者11は、歩行解析装置3の操作部31により、加速度データの取得開始操作を行う。加速度データ取得制御部305は、この操作に応答して、受信部304に加速度データの受信を開始させ、記憶部312にその受信された加速度データの記憶を開始させる。次に、患者10に、自身の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Ax,Ay,Az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。この間、受信部304は、送信部203から送信された加速度データを順次受信し、記憶部312は、その受信された加速度データを記憶する。患者10の歩行が終了したら、操作者11は、操作部31により加速度データの取得終了操作を行う。加速度データ取得制御部305は、この操作に応答して、受信部304に加速度データの受信を終了させる。これにより、加速度データの取得開始操作が成されてから取得終了操作が成されるまでの期間が実質的に加速度データ取得期間となり、この期間の各サンプリング時刻における各方向の加速度データが取得される。 In step S2, the acceleration data acquisition control unit 305 controls the reception unit 304 and the storage unit 312 to acquire acceleration data of the patient 10 at each time t i . Here, first, the operator 11 attaches the acceleration sensor module 2 to the waist of the patient 10. Then, the operator 11 performs an acceleration data acquisition start operation using the operation unit 31 of the walking analysis apparatus 3. In response to this operation, the acceleration data acquisition control unit 305 causes the reception unit 304 to start receiving acceleration data, and causes the storage unit 312 to start storing the received acceleration data. Next, the patient 10 is allowed to walk for a while at his / her standard walking speed. Walking is usually about 5 to 20 m in distance, about 20 seconds to 3 minutes in time, and about 10 to 40 steps in number of steps. Based on the output of the acceleration sensor unit 201, the sampling unit 202 of the acceleration sensor module 2 calculates acceleration components A x , A y , and A z in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction during walking of the patient 10. Sampling and measuring. The transmission unit 203 of the acceleration sensor module 2 transmits acceleration data representing the measured acceleration component almost in real time. During this time, the receiving unit 304 sequentially receives the acceleration data transmitted from the transmitting unit 203, and the storage unit 312 stores the received acceleration data. When the walking of the patient 10 is completed, the operator 11 performs an operation for ending acquisition of acceleration data using the operation unit 31. In response to this operation, the acceleration data acquisition control unit 305 causes the reception unit 304 to finish receiving the acceleration data. As a result, the period from when the acceleration data acquisition start operation is performed to when the acquisition end operation is performed is substantially the acceleration data acquisition period, and acceleration data in each direction at each sampling time in this period is acquired. .

ステップS3では、加速度データ解析部307が、加速度データに対して実行する解析処理を設定する。例えば、操作者11が、操作部301を操作して、取得した加速度データをグラフ化して表示したり、取得した加速度データを解析してその結果を表示したりする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。加速度データ解析部307は、その選択された機能に応じて、実行させる解析処理を設定する。本例では、操作者11は、患者10のステップ波形における代表波形とその波高値のばらつき程度とを表示する機能を選択するものとする。このようなステップ波形における代表波形とその波高値のばらつき程度とを表示する機能によれば、患者10の歩行中における加速度成分について、患者10に固有の波形形状を容易に認識することができ、また踵着地やつま先蹴りなどの各歩行位相における波形のばらつきを容易に比較・観察することができる。その結果、操作者11は、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特徴的な動きを把握し、患者10の足の踵着地及びつま先蹴りのタイミング、その強さ、及びその安定性を理解することができる。   In step S3, the acceleration data analysis unit 307 sets an analysis process to be performed on the acceleration data. For example, the operator 11 operates the operation unit 301 to display the acquired acceleration data as a graph, or analyzes the acquired acceleration data and displays the result. Select the desired function you want to have. The acceleration data analysis unit 307 sets an analysis process to be executed according to the selected function. In this example, it is assumed that the operator 11 selects a function for displaying the representative waveform in the step waveform of the patient 10 and the degree of variation in the peak value. According to such a function of displaying the representative waveform in the step waveform and the degree of variation of the peak value, the waveform shape unique to the patient 10 can be easily recognized for the acceleration component during walking of the patient 10, In addition, it is possible to easily compare and observe the waveform variation in each walking phase such as landing on a foot and kicking a toe. As a result, the operator 11 grasps the characteristic movement of the weight balance of the patient 10, that is, the direction and strength of the movement from the stationary state, the timing of the foot landing of the patient 10 and the toe kick, the strength thereof, And its stability.

ステップS4では、加速度成分算出部71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、加速度データ取得期間の各サンプリング時刻における患者10の左右方向、前後方向及び上下方向の加速度成分ax,ay,azを算出あるいは特定する。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、各サンプリング時刻及び各方向の加速度成分を算出する。算出された加速度成分は、記憶部312に送信され記憶される。 In step S4, the acceleration component calculation unit 71 reads out the acquired acceleration data from the storage unit 312, and based on the acceleration data, the left-right direction, the front-rear direction, and the vertical direction of the patient 10 at each sampling time in the acceleration data acquisition period. Acceleration components a x , a y , and a z are calculated or specified. Here, the acceleration components in each sampling time and each direction are calculated using a predetermined algorithm (algorithm) including a process of removing the gravitational acceleration g component from the acceleration represented by the acceleration data. The calculated acceleration component is transmitted to and stored in the storage unit 312.

ステップS5では、加速度波形生成部72が、ステップS4で算出された患者10の各サンプリング時刻における左右方向加速度成分ax、前後方向加速度成分ay、及び上下方向加速度成分azに基づいて、左右方向加速度波形Wx、前後方向加速度波形Wy、及び上下方向加速度波形Wzを生成する。本例では、加速度波形生成部72は、加速度成分の各方向ごとに、加速度データの取得開始時点からの経過時間(時刻)と加速度成分とを2軸とした2次元座標系において、各時刻tiでの加速度成分a(i)に対応するデータ点[a(i), ti]をそれぞれプロットすることにより加速度波形を生成する。加速度波形は、必要に応じて、平滑化処理やスムージング処理を行って滑らかな曲線にする。 In step S5, the acceleration waveform generation unit 72 generates a left-right acceleration component a x , a longitudinal acceleration component a y , and a vertical acceleration component a z at each sampling time of the patient 10 calculated in step S4. A direction acceleration waveform W x , a longitudinal acceleration waveform W y , and a vertical acceleration waveform W z are generated. In the present example, the acceleration waveform generation unit 72 performs each time t in a two-dimensional coordinate system having an elapsed time (time) from the acceleration data acquisition start time and an acceleration component for each direction of the acceleration component. An acceleration waveform is generated by plotting data points [a (i), t i ] corresponding to the acceleration component a (i) at i. The acceleration waveform is smoothed and smoothed as necessary to form a smooth curve.

図6は、サンプル加速度データに基づいて生成された左右方向加速度波形Wx、前後方向加速度波形Wy、及び上下方向加速度波形Wzを示す図である。横軸は、加速度データ取得開始から経過した時間t(秒)であり、縦軸は、加速度データ値ax,ay,az(重力加速度g/128)である。このサンプル加速度データは、約40秒間に渡って取得されたものである。このサンプル加速度データを取得する際に、被検者は、時間t=7秒あたりで歩行を開始し、途中の時間t=20〜23秒あたりで歩行を一時停止してしゃがみ込み、時間t=35秒あたりで歩行を終了している。生成された加速度波形には、被検者のそのような動作による加速度成分の変化が現れている。 FIG. 6 is a diagram showing a left-right acceleration waveform W x , a longitudinal acceleration waveform W y , and a vertical acceleration waveform W z generated based on the sample acceleration data. The horizontal axis represents time t (seconds) elapsed from the start of acceleration data acquisition, and the vertical axis represents acceleration data values a x , a y , a z (gravity acceleration g / 128). This sample acceleration data is acquired for about 40 seconds. When acquiring this sample acceleration data, the subject starts walking around time t = 7 seconds, pauses walking around time t = 20-23 seconds, and crouches, and time t = Walking has been completed around 35 seconds. In the generated acceleration waveform, a change in acceleration component due to such movement of the subject appears.

図7は、サンプル加速度データに基づいて生成された左右方向加速度波形Wx、前後方向加速度波形Wy、及び上下方向加速度波形Wzの拡大図である。 FIG. 7 is an enlarged view of the lateral acceleration waveform W x , the longitudinal acceleration waveform W y , and the vertical acceleration waveform W z generated based on the sample acceleration data.

人の歩行運動では、通常、一方の足の踵着地、他方の足のつま先蹴り、他方の足の踵着地、一方の足のつま先蹴りという4つの動作がこの順番で繰り返し行われる。   In a human walking movement, normally, four operations are repeated in this order: landing on one foot, kicking the toe of the other foot, landing on the other foot, and kicking the toe of one foot.

上下方向加速度波形Wzにおいては、図7に示すように、歩行運動を構成する上記4つの動作の各々に対応して、波高値が一定以上となる極大値すなわちピーク波形を取ることが知られている。また、一方(他方)の足の踵着地から他方(一方)の足のつま先蹴りまでの時間は、相対的に短くなり、一方(他方)の足のつま先蹴りから同じ一方(他方)の足の踵着地までの時間は、相対的に長くなる。 In the vertical acceleration waveform Wz , as shown in FIG. 7, it is known that a maximum value, that is, a peak waveform, in which the peak value becomes a certain value or more corresponding to each of the above four operations constituting the walking motion is taken. ing. Also, the time from the foot landing of one (other) foot to the toe kick of the other (one) foot is relatively short, and the same one (other) foot from the one (other) foot toe kick The time to landing is relatively long.

前後方向加速度波形Wzにおいては、図7に示すように、一方の足の踵着地から他方の足のつま先蹴りまでの一歩の前進動作と、他方の足の踵着地から一方の足のつま先蹴りまでの一歩の前進動作と対応して、波高が一定以上となる極大値すなわちピーク波形を取ることが知られている。   In the longitudinal acceleration waveform Wz, as shown in FIG. 7, one step forward movement from the landing position of one foot to the toe kick of the other foot, and from the landing position of the other foot to the toe kick of one foot Corresponding to the one-step forward movement, it is known to take a maximum value, that is, a peak waveform, at which the wave height becomes a certain level or more.

図5に戻り、ステップS6では、歩行期間特定部73が、加速度データ取得期間の中で歩行期間を特定する。一般的に、加速度データ取得期間には、患者10が歩行を行っている期間と歩行を行っていない期間とが含まれている。歩行を行っていない期間としては、例えば、加速度データの取得を開始してから患者10が歩行を開始するまでの期間、患者10が歩行を終了してから加速度データの取得を終了するまでの期間、患者10が歩行中に一時的に歩行を止めてしまう期間などが挙げられる。一方、解析対象に歩行を行っていない期間の加速度データが含まれていると、正しい解析を行うことができない。そこで、ここでは、解析処理を行う前に、加速度データ取得期間の中で歩行期間を特定し、その歩行期間における加速度データを解析処理の対象として決定する。   Returning to FIG. 5, in step S <b> 6, the walking period specifying unit 73 specifies the walking period in the acceleration data acquisition period. In general, the acceleration data acquisition period includes a period during which the patient 10 is walking and a period during which the patient 10 is not walking. Examples of the period during which walking is not performed include, for example, a period from the start of acquisition of acceleration data until the patient 10 starts to walk, and a period from the end of walking of the patient 10 to the end of acquisition of acceleration data. A period during which the patient 10 temporarily stops walking while walking can be cited. On the other hand, if the analysis target includes acceleration data during a period when walking is not performed, correct analysis cannot be performed. Therefore, here, before performing the analysis process, the walking period is specified in the acceleration data acquisition period, and the acceleration data in the walking period is determined as an analysis process target.

一般的に、歩行期間を特定する方法としては、次のような方法が考えられる。   Generally, as a method for specifying the walking period, the following method can be considered.

第1の歩行期間特定方法は、操作者11が加速度波形を見て歩行期間と考える期間を手動で指定し、指定された期間を歩行期間として特定する方法である。   The first walking period specifying method is a method in which the operator 11 manually specifies a period considered as a walking period by looking at an acceleration waveform, and specifies the specified period as a walking period.

第2の歩行期間特定方法は、サンプリング時刻ごとに患者10に生じた加速度の大きさを表す特徴量を求め、この特徴量が所定の閾値以上になった時点から当該閾値以下になった時点までを、歩行期間として特定する方法である。加速度の大きさを表す特徴量としては、例えば、重力加速度gの成分が除去された各方向の加速度成分ax,ay,azの平方二乗和が考えられる。 The second walking period specifying method obtains a feature amount representing the magnitude of acceleration generated in the patient 10 at each sampling time, and from the time when this feature amount becomes equal to or greater than a predetermined threshold to the time when the feature amount becomes equal to or less than the threshold. Is specified as the walking period. As the feature amount representing the magnitude of the acceleration, for example, the sum of squares of the acceleration components a x , a y , and a z in each direction from which the component of the gravitational acceleration g is removed can be considered.

図8は、上記サンプル加速度データに基づいて生成された加速度波形W,Wy,Wzに、解析対象として決定された歩行期間R′を重ねて表した図である。 FIG. 8 is a diagram in which the acceleration waveform W x , W y , W z generated based on the sample acceleration data is overlapped with the walking period R ′ determined as the analysis target.

図5に戻り、ステップS7では、ステップ基準時刻検出部74が、解析対象となる歩行期間における加速度波形に基づいて、それぞれが患者10の一歩一歩の前進動作に対応する複数のステップ基準時刻tbjを検出する。以下に、一般的に考えられる検出方法を説明した後に、本例による検出方法について説明する。 Returning to FIG. 5, in step S < b> 7, the step reference time detection unit 74 has a plurality of step reference times tb j each corresponding to a step-by-step advance operation of the patient 10 based on the acceleration waveform in the walking period to be analyzed. Is detected. The detection method according to this example will be described below after describing a generally considered detection method.

一般的に、ステップ基準時刻を検出する方法としては、例えば、上下方向加速度波形Wzにおけるピーク波形や特定の波形パターンなど周期性を有する波形形状を検出することにより、ステップ基準時刻tbjを検出する方法が考えられる。 In general, as a method of detecting a step reference time, for example, by detecting the waveform having periodicity such as peak waveform or a specific waveform pattern in the vertical direction acceleration waveform W z, detecting step reference time tb j A way to do this is considered.

図9は、上下方向加速度波形Wzと歩行位相との関係を示す図である。ステップ基準時刻tbjを検出する方法としては、例えば、上下方向加速度波形Wzにおいて所定の閾値を超える極大値を特定し、その極大値に対応する時刻を踵着地の時刻として認識し、踵着地の時刻をステップ基準時刻tbjとして検出する。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the vertical acceleration waveform Wz and the walking phase. As a method for detecting the step reference time tb j , for example, a local maximum value exceeding a predetermined threshold is specified in the vertical acceleration waveform Wz , and the time corresponding to the local maximum value is recognized as the time of landing, Is detected as the step reference time tb j .

この方法は、アルゴリズムが簡単で分かりやすい。   This method has a simple algorithm and is easy to understand.

しかしながら、加速度の閾値判定で判断しているので、特定精度に限界がある。例えば、患者の年齢、体格、歩行障害の程度などによって動作時に生じる加速度の大きさが異なるため、患者によって検出精度にばらつきが生じる。また例えば、踵着地とは異なる動作を誤検出したり、真の踵着地の検出漏れを起こしたりする。   However, since the determination is made by the acceleration threshold determination, the specific accuracy is limited. For example, since the magnitude of acceleration generated during operation varies depending on the patient's age, physique, the degree of gait disturbance, etc., the detection accuracy varies among patients. Further, for example, an operation different from the landing on the saddle is erroneously detected, or a detection failure of the true landing on the ground is caused.

そこで、本例では、ステップ基準時刻検出部74は、ステップ基準時刻を精度よく検出することができるように工夫された方法を用いて、ステップ基準時刻を検出する。以下、このようなステップ基準時刻検出部74の機能的な構成と、そのステップ基準時刻検出処理について説明する。   Therefore, in this example, the step reference time detection unit 74 detects the step reference time using a method devised so that the step reference time can be detected with high accuracy. Hereinafter, the functional configuration of the step reference time detection unit 74 and the step reference time detection process will be described.

図10は、ステップ基準時刻検出部74の機能的な構成を示す機能ブロック図である。ステップ基準時刻検出部74は、図10に示すように、上下方向加速度波形読取部741と、上下加速度反映波形生成部742と、極大値特定部743と、閾値決定部744と、踵着地認識部745とを有している。   FIG. 10 is a functional block diagram showing a functional configuration of the step reference time detection unit 74. As shown in FIG. 10, the step reference time detection unit 74 includes a vertical acceleration waveform reading unit 741, a vertical acceleration reflected waveform generation unit 742, a local maximum value specifying unit 743, a threshold value determination unit 744, and a landing landing recognition unit. 745.

なお、極大値特定部743、閾値決定部744、及び踵着地認識部745は、それぞれ、発明における特定手段、決定手段、及び検出手段の一例である。   The local maximum value specifying unit 743, the threshold value determining unit 744, and the saddle landing recognizing unit 745 are examples of the specifying unit, the determining unit, and the detecting unit in the invention, respectively.

図11は、ステップ基準時刻検出処理の流れを示すフロー図である。   FIG. 11 is a flowchart showing the flow of the step reference time detection process.

ステップS71では、上下方向加速度波形読取部741が、上下方向加速度波形Wzを記憶部312から読み出す。上下方向加速度波形Wzでは、患者10の一歩一歩の前進動作につき一方の足の踵着地に対応するピーク波形と他方の足の踵着地に対応するピーク波形とが略一定の時間間隔で交互に現れる。そこで、ここでは、ステップ基準時刻の検出に、上下方向加速度波形Wzを用いる。上下方向加速度波形読取部741は、読み出された上下方向加速度波形Wzのうち解析対象となる歩行期間の波形部分を上下方向加速度波Wz′として切り出す。 In step S71, the vertical acceleration waveform reading unit 741 reads the vertical acceleration waveform W z from the storage unit 312. In the vertical acceleration waveform W z , the peak waveform corresponding to the foot landing on one foot and the peak waveform corresponding to the foot landing on the other foot are alternately alternated at substantially constant time intervals for the forward movement of the patient 10 step by step. appear. Therefore, here, the vertical acceleration waveform Wz is used to detect the step reference time. The vertical acceleration waveform reading unit 741 cuts out the waveform portion of the walking period to be analyzed from the read vertical acceleration waveform W z as the vertical acceleration wave W z ′.

図12は、上記のサンプル加速度データに基づく上下方向加速度波形Wz′の拡大図である。この図において、横軸は、解析対象として決定された歩行期間における時間tを示しており、縦軸は、上下方向加速度成分azを示している。 FIG. 12 is an enlarged view of the vertical acceleration waveform W z ′ based on the sample acceleration data. In this figure, the horizontal axis indicates the time t in the walking period determined as the analysis target, and the vertical axis indicates the vertical acceleration component az .

なお、ステップ基準時刻の検出に用いる加速度波形は、上下方向加速度波形Wz′だけに限定されず、他の加速度波形や混合波形等であってもよいが、上下方向加速度成分azを主要な成分として含む波形であることが望ましい。 The acceleration waveform used for detecting the step reference time is not limited to the vertical acceleration waveform W z ′, but may be another acceleration waveform, a mixed waveform, or the like, but the vertical acceleration component a z is mainly used. It is desirable that the waveform be included as a component.

図11に戻り、ステップS72では、上下加速度反映波形生成部742が、上下加速度反映波形WJz′を生成する。上下加速度反映波形WJz′とは、患者10の上下方向加速度成分azが反映された波形のことであり、上下加速度反映成分Jz′の時間変化を表す波形であるともいえる。ここでは、上下加速度反映波形WJ′は、上下方向の上側への加速度の増大が正側への変化として現れる波形とする。上下加速度反映波形WJ′は、上下方向加速度成分azを歩行同期波形と同一の時間で表す波形であってもよいし、上下方向加速度成分azに基づいて演算される量を歩行同期波形と同一の時間で表す波形であってもよい。例えば、演算される量は、上下方向加速度成分azの項を含む演算式により演算される。また例えば、演算される量は、加速度の変化をより強調するため、上下方向加速度成分azを二階時間微分した項をk乗(k≧1)した項を含む演算式により演算される。極値における二階微分は、その点での曲率なので、ピークがどれほど尖っているかを表す。 Returning to FIG. 11, in step S <b> 72, the vertical acceleration reflected waveform generation unit 742 generates a vertical acceleration reflected waveform WJ z ′. The vertical acceleration reflected waveform WJ z ′ is a waveform in which the vertical acceleration component a z of the patient 10 is reflected, and can be said to be a waveform representing a time change of the vertical acceleration reflected component J z ′. Here, the vertical acceleration reflected waveform WJ ′ is a waveform in which an increase in acceleration in the vertical direction appears as a change to the positive side. The vertical acceleration reflected waveform WJ ′ may be a waveform that represents the vertical acceleration component a z in the same time as the walking synchronization waveform, or the amount calculated based on the vertical acceleration component a z is the walking synchronization waveform. It may be a waveform represented by the same time. For example, the calculated amount is calculated by an arithmetic expression including a term of the vertical acceleration component az . Further, for example, the amount to be calculated is calculated by an arithmetic expression including a term obtained by multiplying a term obtained by second-order time differentiation of the vertical acceleration component a z to the kth power (k ≧ 1) in order to emphasize the change in acceleration. The second derivative at the extreme value is the curvature at that point, and represents how sharp the peak is.

ここでは、上下加速度反映波形WJz′を、上下方向加速度成分azの絶対値|az|とその加速度成分azの二階時間微分の絶対値|d2z/dt2|を3乗したものとの積で表される上下加速度反映値Jzの時間変化を表す波形とする。|d2z/dt2|を3乗しているのは、|az|よりも|d2z/dt2|に重みを付けるとともに、|d2z/dt2|の微妙な差異を強調するためである。 Here, the vertical acceleration reflected waveform WJ z ′ is calculated by taking the absolute value | a z | of the vertical acceleration component a z and the absolute value of the second-order time derivative of the acceleration component a z | d 2 a z / dt 2 | A waveform representing a time change of the vertical acceleration reflected value J z represented by the product of the calculated value and the product. | D 2 a z / dt 2 | is raised to the third power because | d 2 a z / dt 2 | is weighted more than | a z | and | d 2 a z / dt 2 | This is to emphasize the differences.

上下加速度反映波形WJz′は、例えば図13に示すような波形になる。このようにすることで、患者10の踵着地HCの動作に伴う上下方向加速度成分azの変化が強調された波形、すなわち上下加速度反映値Jzの時間変化を表す上下加速度反映波形WJz′を得ることができる。これにより、上下加速度反映波形WJz′において極大値Phを探索することにより、患者10の踵着地HCを検出することが可能になる。 The vertical acceleration reflected waveform WJ z ′ is a waveform as shown in FIG. 13, for example. By doing so, a waveform in which a change in the vertical acceleration component a z accompanying the movement of the patient's landing HC is emphasized, that is, a vertical acceleration reflected waveform WJ z ′ representing a temporal change in the vertical acceleration reflected value J z. Can be obtained. Accordingly, it is possible to detect the landing HC of the patient 10 by searching for the maximum value Ph in the vertical acceleration reflected waveform WJ z ′.

ステップS73では、極大値特定部743が、極大値Phを特定する。まず、必要に応じて、上下加速度反映波形WJz′において高周波成分を除去する。これにより、スパイク状の高周波のノイズが除去される。次に、高周波成分が除去された上下加速度反映波形WJz′において、極大値Phを特定する。この極大値Phは、患者10の踵着地HCと対応したものの候補になる。 In step S73, the local maximum value specifying unit 743 specifies the local maximum value Ph. First, as necessary, high frequency components are removed from the vertical acceleration reflected waveform WJ z ′. Thereby, spike-like high frequency noise is removed. Next, the maximum value Ph is specified in the vertical acceleration reflected waveform WJ z ′ from which the high frequency component has been removed. This local maximum value Ph is a candidate corresponding to the patient's 10 landing HC.

図14は、上下加速度反映波形WJz′において特定された極大値Phを示す図である。 FIG. 14 is a diagram showing the maximum value Ph specified in the vertical acceleration reflected waveform WJ z ′.

ステップS74では、閾値決定部744が、閾値Thを決定する。ステップS73で特定された極大値Phのうち所定の閾値Thを超える極大値Phに対応した時刻の時間間隔のばらつき度が最小となるように当該閾値Thを決定する。ばらつき度は、例えば、分散または標準偏差である。真の踵着地HCと対応した極大値Phは、一定レベル以上の大きさを持つことが予想される。また、患者10が普通に前進運動をするとき、理想的には、踵着地HCは左右交互にほぼ一定の間隔で行われることが想定される。したがって、このように閾値Thを決定し、決定した閾値Thを超える極大値Phのみを抽出することで、真の踵着地HCに対応した極大値Phのみを高い確率で特定することができる。   In step S74, the threshold value determination unit 744 determines the threshold value Th. The threshold Th is determined so that the degree of variation in the time interval of the time corresponding to the maximum value Ph exceeding the predetermined threshold Th among the maximum value Ph specified in step S73 is minimized. The degree of variation is, for example, variance or standard deviation. The maximum value Ph corresponding to the true landing HC is expected to have a magnitude of a certain level or more. In addition, when the patient 10 normally moves forward, it is assumed that the saddle landing HC is ideally performed alternately at right and left intervals. Therefore, by determining the threshold value Th in this way and extracting only the maximum value Ph exceeding the determined threshold value Th, only the maximum value Ph corresponding to the true landing HC can be specified with a high probability.

図15は、上下加速度反映波形と決定された閾値とを示す図である。   FIG. 15 is a diagram illustrating the vertical acceleration reflected waveform and the determined threshold value.

ステップS75では、踵着地認識部745が、踵着地HCを認識する。すなわち、上下加速度反映波形における極大値Phのうち、ステップS74で決定された閾値Thを超える極大値Phを、真の踵着地HCと対応付けて認識する。これにより、閾値Thを超える極大値PHに対応した時刻は、踵着地HCのタイミングに対応した時刻と考えることができる。そして、この時刻を、ステップ基準時刻とすることができる。   In step S75, the saddle landing recognition unit 745 recognizes the saddle landing HC. That is, among the local maximum values Ph in the vertical acceleration reflected waveform, the local maximum value Ph exceeding the threshold Th determined in step S74 is recognized in association with the true landing HC. Thereby, the time corresponding to the maximum value PH exceeding the threshold Th can be considered as the time corresponding to the timing of the landing HC. This time can be used as the step reference time.

図16は、認識された踵着地HCを示す図である。本図において、踵着地HCに対応した時刻すなわちステップ基準時刻は、二点破線で示されている。   FIG. 16 is a diagram showing the recognized landing HC. In this figure, the time corresponding to the landing HC, that is, the step reference time is indicated by a two-dot broken line.

なお、実際には、図17に示すように、上下加速度反映波形WJz′における極大値Phは、踵着地HCの他に、踵着地HCと時間的に近接したタイミングで行われる何らかの動作、例えば、踵着地HCを行う足とは反対の足によるつま先蹴りTO等によっても現れることがある。また、このように時間的に近接して複数の極大値Phが現れた場合、いずれの極大値Phが踵着地HCに対応する極大値Phであるのかを見分けることは非常に難しい。そこで、上下加速度反映波形WJz′において閾値Thを超える極大値Phが、比較的短い所定時間幅Δt内に複数存在する場合には、これら複数の極大値Phに対応する時刻を平均化して成る時刻を、踵着地HCと対応付けるようにするとよい。この所定時間幅Δtは、経験的に、例えば閾値Thを超える極大値Phにおける時間間隔の平均の半分以下とすることができ、より好適には、当該平均の1/2〜1/3程度とすることができる。 In practice, as shown in FIG. 17, the local maximum value Ph in the vertical acceleration reflected waveform WJ z ′ is not limited to the landing HC, but some operation performed at timing close to the landing HC, for example, Also, it may appear due to a toe kick TO with a foot opposite to the foot performing the landing HC. Further, when a plurality of local maximum values Ph appear close in time in this way, it is very difficult to distinguish which local maximum value Ph is the local maximum value Ph corresponding to the landing HC. Therefore, when there are a plurality of maximum values Ph exceeding the threshold Th in the vertical acceleration reflected waveform WJ z ′, the times corresponding to the plurality of maximum values Ph are averaged. The time may be associated with the saddle landing HC. This predetermined time width Δt can be empirically set to, for example, half or less of the average of the time interval at the maximum value Ph exceeding the threshold Th, and more preferably about 1/2 to 1/3 of the average. can do.

このように、加速度反映波形において極大値または極小値の一方である極値を特定し、特定された極値のうち閾値を超える極値に対応した時刻の時間間隔のばらつき度が最小となるように当該閾値を決定し、特定された極値のうち上記決定された閾値を超える極値に対応した時刻を踵着地の時刻として検出する方法によれば、理想的には踵着地がほぼ一定の周期で行われることを考慮して上記閾値を最適化することにより、検出漏れや誤検出を抑えることができ、踵着地の時刻を精度よく認識することができる。その結果、例えば、患者10の一歩ごとの加速度成分について、波形を観察したり、波形の解析を行ったりする上で、その精度を向上させることができる。   As described above, the extreme value that is one of the maximum value or the minimum value is specified in the acceleration reflected waveform, and the degree of time interval variation corresponding to the specified extreme value exceeding the threshold value is minimized. According to the method of determining the threshold value and detecting the time corresponding to the extreme value exceeding the determined threshold value among the specified extreme values as the landing time, ideally, the landing is almost constant. By optimizing the threshold value in consideration of the fact that it is performed periodically, detection omissions and false detections can be suppressed, and the time of landing can be recognized with high accuracy. As a result, for example, the accuracy of the acceleration component for each step of the patient 10 can be improved when observing the waveform or analyzing the waveform.

図5に戻り、ステップS8では、グラフを生成する。ステップ波形グラフ生成部75が、ステップ波形の代表的な波形と同一の歩行位相における波高値のばらつき程度とを表すグラフを生成する。なお、ステップ波形の代表的な波形と同一の歩行位相における波高値のばらつき程度とを表すグラフを生成する処理は、右足一歩の前進動作と左足一歩の前進動作とで別々に行うようにしてもよいが、本例では、左右一歩ずつの前進動作を含む一連の動作に対応した左右ステップ波形について行う。すなわち、加速度波形から複数の左右ステップ波形を抽出し、この左右ステップ波形における代表的な波形と波高値のばらつき程度とを求め、グラフ化する。このようにすれば、患者10の一歩の前進動作について、対応する加速度成分の波形を左右同時に観察したり、左右で比較したりすることができる。また、一歩の前進動作に要する時間を左右同時に確認したり、比較したりすることができる。   Returning to FIG. 5, in step S8, a graph is generated. The step waveform graph generation unit 75 generates a graph representing the degree of variation in the peak value in the same walking phase as the representative waveform of the step waveform. It should be noted that the processing for generating the graph representing the variation in the crest value at the same walking phase as the representative waveform of the step waveform may be performed separately for the forward movement of the right foot and the forward movement of the left foot. In this example, the left and right step waveforms corresponding to a series of operations including the forward movement step by step left and right are performed. That is, a plurality of left and right step waveforms are extracted from the acceleration waveform, and a representative waveform and a degree of variation in the peak value in the left and right step waveforms are obtained and graphed. If it does in this way, about the one step advance operation of patient 10, the waveform of the corresponding acceleration component can be observed simultaneously right and left, or it can compare right and left. In addition, the time required for one step forward operation can be confirmed and compared simultaneously on the left and right.

以下、ステップ波形グラフ生成部75の機能的な構成と、ステップ波形グラフ生成処理について説明する。   Hereinafter, the functional configuration of the step waveform graph generation unit 75 and the step waveform graph generation processing will be described.

図18は、ステップ波形グラフ生成部75の機能的な構成を示す機能ブロック図である。ステップ波形グラフ生成部75は、図18に示すように、ステップ波形抽出部751と、ステップ波形正規化部752と、代表波形演算部753と、波高値ばらつき演算部754と、グラフ生成部755とを有している。   FIG. 18 is a functional block diagram showing a functional configuration of the step waveform graph generation unit 75. As shown in FIG. 18, the step waveform graph generation unit 75 includes a step waveform extraction unit 751, a step waveform normalization unit 752, a representative waveform calculation unit 753, a peak value variation calculation unit 754, and a graph generation unit 755. have.

図19は、ステップ波形グラフ生成処理の流れを示すフロー図である。   FIG. 19 is a flowchart showing the flow of the step waveform graph generation process.

ステップS81では、ステップ波形抽出部751が、左右方向加速度波形Wx′、前後方向加速度波形Wy′及び上下方向加速度波形Wz′において、検出された複数のステップ基準時刻tbjに基づいて、複数の左右ステップ波形Px,j,Py,j,Pz,jを抽出する。 In step S81, the step waveform extraction unit 751 performs the determination based on the plurality of step reference times tb j detected in the lateral acceleration waveform W x ′, the longitudinal acceleration waveform W y ′, and the vertical acceleration waveform W z ′. A plurality of left and right step waveforms P x, j , P y, j , P z, j are extracted.

なお、ここでは、上下方向加速度波形Wz′において複数の左右ステップ波形Pz,jを抽出する場合を例に説明する。 Here, a case where a plurality of left and right step waveforms P z, j are extracted from the vertical acceleration waveform W z ′ will be described as an example.

図20は、上下方向加速度波形Wzを示す図である。図20に示すように、上下方向加速度波形Wzでは、右足の踵着地、左足のつま先蹴り、左足の踵着地、及び右足のつま先蹴りの動作に対応する歩行位相において、ピーク波形が現れる。 Figure 20 is a diagram showing the vertical acceleration waveform W z. As shown in FIG. 20, the vertical acceleration waveform W z, heel landing of the right foot, kicks toe left foot, the heel landing left foot, and the walking phase corresponding to the operation of the kick toe of the right foot, the peak waveform appears.

左右ステップ波形を抽出する方法としては、例えば、次のような方法が考えられる。   As a method of extracting the left and right step waveforms, for example, the following method can be considered.

まず、第1の左右ステップ波形抽出方法について説明する。   First, the first left and right step waveform extraction method will be described.

図21は、第1の左右ステップ波形抽出方法を説明するための図である。第1の左右ステップ波形抽出方法は、偶数番目または奇数番目のステップ基準時刻tbjに着目し、その着目したステップ基準時刻と特定の位置関係にある時間範囲trjに対応する部分波形を左右ステップ波形Pjとして抽出する方法である。第1の左右ステップ波形抽出方法では、まず、実験やシミュレーションの結果等により、左右ステップ波形とステップ基準時刻との相対的な位置関係Jを求めておく。次いで、上下方向加速度波形Wzにおけるピーク波形間の時間等に基づいて、左右一歩ずつの前進動作が繰り返される周期Δtsを求める。そして、位置関係Hと周期Δtsとに基づいて、着目したステップ基準時刻tbjに対してどの時間範囲が左右一歩ずつの前進動作に対応する時間範囲となるかを求める。左右一歩ずつの前進動作に対応する時間範囲は、例えば、着目したステップ基準時刻tbjより−Δt1の時点から+(Δts−Δt1)の時点までの時間範囲として求める。ステップ波形抽出部751は、このように求められた時間範囲の部分波形を、左右ステップ波形Pjとして抽出する。 FIG. 21 is a diagram for explaining a first left / right step waveform extraction method. The first left and right step waveform extraction method focuses on even-numbered or odd-numbered step reference times tb j , and steps left and right on partial waveforms corresponding to the time range tr j having a specific positional relationship with the focused step reference times. This is a method of extracting as the waveform P j . In the first left / right step waveform extraction method, first, the relative positional relationship J between the left / right step waveform and the step reference time is obtained from the results of experiments and simulations. Next, based on the time between peak waveforms in the vertical acceleration waveform W z and the like, a period Δts in which the forward movement operation is repeated step by step left and right is obtained. Then, based on the positional relationship H and the period Δts, it is determined which time range is a time range corresponding to the forward movement step by step on the left and right with respect to the step reference time tb j of interest. For example, the time range corresponding to the forward movement step by step on the left and right is obtained as the time range from the point of interest step reference time tb j to the point of −Δt1 to the point of + (Δts−Δt1). The step waveform extraction unit 751 extracts the partial waveform in the time range thus obtained as the left and right step waveform P j .

次に、第2の左右ステップ波形抽出方法について説明する。   Next, the second left / right step waveform extraction method will be described.

図22は、第2の左右ステップ波形抽出方法を説明するための図である。第2の左右ステップ波形抽出方法は、偶数番目または奇数番目のステップ基準時刻tbjに着目し、その着目したステップ基準時刻tbjに近接する特定パターンを有する部分波形を左右ステップ波形Pjとして抽出する方法である。第2の左右ステップ波形抽出方法では、上下方向加速度波形Wzにおいて、着目したステップ基準時刻tbj以降に現れる計4つの山(波高が一定レベル以上のピーク波形)、すなわち、一方の足の踵着地、他方の足のつま先蹴り、他方の足の踵着地、及び一方の足のつま先蹴りにそれぞれ対応した山を含む部分波形を、左右ステップ波形Pjとして抽出する。 FIG. 22 is a diagram for explaining the second left / right step waveform extraction method. The second left and right step waveform extraction method focuses on the even or odd step reference time tb j and extracts a partial waveform having a specific pattern close to the focused step reference time tb j as the left and right step waveform P j. It is a method to do. In a second lateral step waveform extraction method, in the vertical direction acceleration waveform W z, the focused step reference time tb j after appearing four Tsunoyama (wave height certain level or more peak waveform), namely, one of the heel of the foot A partial waveform including peaks corresponding to the landing, the toe kick of the other foot, the heel landing of the other foot, and the toe kick of the one foot is extracted as a left and right step waveform P j .

なお、ステップ波形抽出部751は、ステップ基準時刻によらず、波形形状のパターンマッチングなどにより、左右ステップ波形Pjを抽出するようにしてもよい。また、左右ステップ波形Pjを抽出する際には、上下方向加速度波形Wz′において、波高値が負から正に切り替わる時点を抽出すべき部分波形の開始時点、波高値が正から負に切り替わる時点を抽出すべき部分波形の終了時点としてもよい。 Note that the step waveform extraction unit 751 may extract the left and right step waveforms P j by pattern matching of the waveform shape, etc., regardless of the step reference time. Further, when extracting the left and right step waveform P j , in the vertical acceleration waveform W z ′, the time point when the peak value switches from negative to positive is the start time of the partial waveform to be extracted, and the peak value switches from positive to negative. The time point may be the end point of the partial waveform to be extracted.

図23は、抽出された複数の左右ステップ波形の一例を示す図である。この例では、上下方向加速度波形Wz′において抽出された複数の左右ステップ波形を示している。図23に示すように、抽出された複数の左右ステップ波形は、互いに類似した部分波形となるが、歩行位相ごとに波高値のばらつきが見られる。 FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a plurality of extracted left and right step waveforms. In this example, a plurality of left and right step waveforms extracted from the vertical acceleration waveform W z ′ are shown. As shown in FIG. 23, the extracted left and right step waveforms are partial waveforms that are similar to each other, but there are variations in the peak value for each walking phase.

図19に戻り、ステップS82では、ステップ波形正規化部752が、抽出された複数の左右ステップ波形Pjを時間軸方向に対して正規化する。例えば、左右ステップ波形Pjごとに、その左右ステップ波形Pjに含まれる最初の山の極大値に対応する時刻と最後の山の極大値に対応する時刻との間の時間が一定となるように、時間軸方向のスケールやオフセット等を調整する。なお、この正規化は必須の処理ではなく、必要に応じて行えばよい。 Returning to FIG. 19, in step S < b> 82, the step waveform normalization unit 752 normalizes the extracted left and right step waveforms P j with respect to the time axis direction. For example, one for each cylinder step waveform P j, so that the time between the time corresponding to the maximum value of the time and the last mountain corresponding to the maximum value of the first hill included in the left and right step waveform P j is constant Next, adjust the scale and offset in the time axis direction. Note that this normalization is not an essential process and may be performed as necessary.

ステップS83では、代表波形演算部753が、正規化後の複数の左右ステップ波形Pjについて、各歩行位相ごとの波高値の平均値を求め、それらを時間軸方向にプロットして、左右ステップ波形の暫定的な平均波形V0を算出する。 In step S83, the representative waveform calculation unit 753 obtains the average value of the peak values for each walking phase for the normalized left and right step waveforms P j , plots them in the time axis direction, and displays the left and right step waveforms. The tentative average waveform V0 is calculated.

ステップS84では、代表波形演算部753が、左右ステップ波形Pjごとに暫定的な平均波形V0からのずれ量を算出し、そのずれ量が一定レベル以内である左右ステップ波形のみを処理対象として残す。例えば、左右ステップ波形Pjごとに、その左右ステップ波形と暫定的な平均波形V0との間で波高値の差分(絶対値)を歩行位相ごとに求めてそれらを積算した値を求める。そして、求めた値が所定の閾値を超える場合に、その左右ステップ波形を処理対象から除外する。これにより、通常の歩行運動ではない偶発的な動作などに対応する異常波形を処理対象から取り除くことができる。 At step S84, the representative waveform calculation unit 753 calculates the amount of deviation from the provisional average waveform V0 for each right and left step waveform P j, leaving only the left and right step waveform the shift amount is within a predetermined level for processing . For example, for each left and right step waveform P j , a difference (absolute value) in peak value between the left and right step waveform and the provisional average waveform V0 is obtained for each walking phase, and a value obtained by integrating them is obtained. When the obtained value exceeds a predetermined threshold, the left and right step waveforms are excluded from the processing target. Thereby, an abnormal waveform corresponding to an accidental motion that is not a normal walking motion can be removed from the processing target.

ステップS85では、代表波形演算部753が、異常波形が除外された複数の左右ステップ波形についての代表的な波形である代表波形V1を算出する。本例では、代表波形V1として、平均波形を算出する。   In step S85, the representative waveform calculation unit 753 calculates a representative waveform V1, which is a representative waveform for a plurality of left and right step waveforms from which abnormal waveforms have been excluded. In this example, an average waveform is calculated as the representative waveform V1.

ステップS86では、波高値ばらつき演算部754が、異常波形が除外された複数の左右ステップ波形について、歩行位相ごとに左右ステップ波形の波高値のばらつきの程度を算出する。ばらつきの程度としては、例えば、分散や標準偏差を用いることができる。本例では、ばらつきの程度として、標準偏差を算出する。   In step S86, the peak value variation calculation unit 754 calculates the degree of variation in the peak value of the left and right step waveforms for each walking phase with respect to the plurality of left and right step waveforms from which the abnormal waveforms are excluded. As the degree of variation, for example, dispersion or standard deviation can be used. In this example, the standard deviation is calculated as the degree of variation.

ステップS87では、グラフ生成部755が、横軸を時間もしくは歩行位相、縦軸を波高値とする座標系において、左右ステップ波形の代表波形V1と、各歩行位相φkごとに波高値の標準偏差σkに応じた幅を有するばらつきバーBkとが描かれた左右ステップ波形グラフGを生成する。 In step S87, the graph generation unit 755, the horizontal axis represents time or walking phase, the vertical axis in a coordinate system with its peak value, the representative waveform V1 of the left and right step waveform, the standard deviation of the peak value for each walking phase phi k A left and right step waveform graph G in which a variation bar B k having a width corresponding to σ k is drawn is generated.

図24は、生成された左右ステップ波形グラフGの一例を示す図である。   FIG. 24 is a diagram illustrating an example of the generated left and right step waveform graph G.

本例では、グラフ生成部755は、図24に示すように、左右ステップ波形の代表波形V1における各ピーク波形について、そのピーク波形の極大値mfを、歩行の「強さ」を表す指標値とし、その極大値mfを取る歩行位相での標準偏差σfを、歩行の「ばらつき」を表す指標値とし、これらの情報がさらに含まれるように左右ステップ波形グラフGを生成する。このようにすれば、操作者11は、左右ステップ波形グラフGを参照することで、患者10の左足及び右足の踵着地及びつま先蹴りのそれぞれの動作に対応した歩行位相φfにおける上下方向加速度成分az,fについて、その大きさと安定性を把握することができ、これらの情報に基づいて、患者10の歩行評価を行うことができる。 In this example, as shown in FIG. 24, the graph generation unit 755 uses the peak waveform maximum value m f for each peak waveform in the representative waveform V1 of the left and right step waveforms as an index value indicating the “strength” of walking. The standard deviation σ f at the walking phase taking the maximum value m f is used as an index value representing “variation” of walking, and the left and right step waveform graph G is generated so that these pieces of information are further included. In this way, the operator 11 refers to the left and right step waveform graph G, so that the vertical acceleration component in the walking phase φ f corresponding to the movements of the left foot and the right foot of the patient 10 and the toe kick of the patient 10 is obtained. About az, f , the magnitude | size and stability can be grasped | ascertained, and the gait evaluation of the patient 10 can be performed based on these information.

図5に戻り、ステップS9では、表示制御部310が、ディスプレイ部302を制御して、その画面にグラフGを表示させる。   Returning to FIG. 5, in step S <b> 9, the display control unit 310 controls the display unit 302 to display the graph G on the screen.

以上、本実施形態によれば、歩行期間特定部73の構成及びその歩行期間特定処理により、加速度データ取得期間内において患者10の通常歩行期間を特定することができる。これにより、解析対象を、患者10が通常の歩行を安定に行っている期間に得られたデータに絞ることができ、高精度な解析を行うことができる。故に、患者10の歩行運動の客観的な評価が可能になる。   As described above, according to the present embodiment, the normal walking period of the patient 10 can be specified within the acceleration data acquisition period by the configuration of the walking period specifying unit 73 and the walking period specifying process. As a result, the analysis target can be narrowed down to data obtained during a period in which the patient 10 stably performs normal walking, and high-precision analysis can be performed. Therefore, objective evaluation of the walking motion of the patient 10 becomes possible.

本実施形態によれば、ステップ基準時刻検出部74の構成及びそのステップ基準時刻検出処理により、患者10の一歩ごとの前進動作の基準となる時刻を検出することができる。このような基準時刻を用いることで、患者10の一歩または複数歩ずつの動作が行われているときの加速度データを抽出したり、その動作の所要時間を測定したりすることができ、患者10の一歩一歩の動作に着目した解析を行うことができる。故に、本実施形態は、患者10の歩行運動の客観的な評価に有効である。   According to the present embodiment, it is possible to detect a time that is a reference for the forward movement of each step of the patient 10 by the configuration of the step reference time detection unit 74 and the step reference time detection process. By using such a reference time, it is possible to extract acceleration data when one step or a plurality of steps of the patient 10 is performed, and to measure the time required for the operation. It is possible to perform an analysis focusing on the operation of each step. Therefore, this embodiment is effective for objective evaluation of the walking motion of the patient 10.

本実施形態によれば、ステップ波形グラフ生成部75及びそのステップ波形グラフ生成処理により、患者10の左右ステップ波形の代表波形を求めることができる。操作者11は、この左右ステップ波形の代表波形を参照することで、歩行運動における患者10に固有の特徴的な動作を理解することができる。故に、本実施形態は、患者10の歩行運動の客観的な評価に有効である。   According to this embodiment, the representative waveform of the left and right step waveforms of the patient 10 can be obtained by the step waveform graph generation unit 75 and the step waveform graph generation process. The operator 11 can understand the characteristic motion unique to the patient 10 in the walking motion by referring to the representative waveform of the left and right step waveforms. Therefore, this embodiment is effective for objective evaluation of the walking motion of the patient 10.

また、本実施形態によれば、抽出された複数の左右ステップ波形Pjについての歩行位相ごとに波高値のばらつきの程度を表すばらつきバーBkが表示されるので、左右ステップ波形Pjの代表波形V1の信頼性や歩行位相φごとの安定性を認識することができる。これにより、操作者11は、患者10の歩行運動そのものの不安定さや、歩行運動中に不安定な動作が行われるタイミングなどを把握することができる。 In addition, according to the present embodiment, the variation bar B k representing the degree of variation in the peak value is displayed for each walking phase of the plurality of extracted left and right step waveforms P j , so that the representative of the left and right step waveforms P j is displayed. The reliability of the waveform V1 and the stability for each walking phase φ can be recognized. Accordingly, the operator 11 can grasp the instability of the walking motion of the patient 10 and the timing at which an unstable motion is performed during the walking motion.

また、本実施形態によれば、左右ステップ波形Pjの代表波形V1におけるピーク波形の極大値mfと、その極大値を取る歩行位相φfでの左右ステップ波形のばらつきの程度とが表示されるので、操作者11は、これら極大値に対応した歩行運動の主要動作である、一方の足の踵着地、他方の足のつま先蹴り、他方の足の踵着地、一方の足のつま先蹴りの動作について、その力強さと安定度とを定量的に把握することができる。各動作の力強さは、患者10の足の筋力を計る指標になる。各動作の安定度は、患者10が自身の体重を足でどの程度支えきれているかの指標になる。操作者11は、これらの情報を基に患者10の歩行運動を客観的に評価することができる。 Further, according to the present embodiment, the maximum value m f of the peak waveform in the representative waveform V1 of the left and right step waveform P j and the degree of variation in the left and right step waveforms at the walking phase φ f taking the maximum value are displayed. Therefore, the operator 11 is one of the main motions of the walking motion corresponding to these maximum values, ie, the foot landing on one foot, the toe kick on the other foot, the foot landing on the other foot, and the toe kick on one foot. It is possible to quantitatively grasp the strength and stability of the movement. The strength of each action is an index for measuring the muscle strength of the foot of the patient 10. The stability of each operation is an index of how much the patient 10 can support his / her weight with his / her foot. The operator 11 can objectively evaluate the walking motion of the patient 10 based on such information.

操作者11は、これらの総合的な評価に基いて患者10の歩行中の動きを詳細に把握し、例えば効果的な歩行訓練プランを作成することができる。   Based on these comprehensive evaluations, the operator 11 can grasp in detail the movement of the patient 10 during walking, and can create, for example, an effective walking training plan.

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。   The invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

例えば、本実施形態では、左右ステップ波形を抽出する際に、患者10の歩行運動中における上下方向加速度成分azを処理対象としているが、これに限定されず、例えば、患者10の左右方向加速度成分axや前後方向の加速度成分ayを処理対象としてもよい。すなわち、左右方向加速度成分axの時間変化を表す左右方向加速度波形Wxや前後方向加速度成分ayの時間変化を表す前後方向加速度波形Wyにおいて、左右ステップ波形を抽出し、その代表波形や波高値のばらつきの程度などを求めるようにしてもよい。なお、左右方向加速度波形Wxや前後方向加速度波形Wyにおいては、左右ステップ波形の特徴が上下方向加速度波形Wzほど明確に現れない場合がある。この場合には、一旦、上下方向加速度波形Wzの波形形状に基づいてステップの基準時刻tbjを検出したり、波形形状のパターンマッチングを行ったりして、左右ステップ波形に対応する時間範囲trjを特定する。そして、左右方向加速度波形Wxや前後方向加速度波形Wyにおける当該時間範囲trjの部分波形を左右ステップ波形Pjとして抽出するとよい。 For example, in this embodiment, when the left and right step waveforms are extracted, the vertical acceleration component a z during the walking motion of the patient 10 is a processing target. However, the present invention is not limited to this. The component a x and the longitudinal acceleration component a y may be processed. That is, in the lateral direction acceleration waveform W x and the longitudinal acceleration waveform W y which represents the time variation of the longitudinal acceleration component a y representing the time variation of the lateral direction acceleration component a x, extracts the right and left step waveform, Ya representative waveform You may make it obtain | require the grade etc. of the dispersion | variation in a crest value. In the left-right acceleration waveform W x and the front-rear acceleration waveform W y , the characteristics of the left-right step waveform may not appear as clearly as the vertical acceleration waveform W z . In this case, the time range tr corresponding to the left and right step waveforms is detected by detecting the reference time tb j of the step based on the waveform shape of the vertical acceleration waveform W z or performing pattern matching of the waveform shape. Specify j . A partial waveform in the time range tr j in the left-right acceleration waveform W x and the front-rear acceleration waveform W y may be extracted as the left-right step waveform P j .

また例えば、本実施形態では、部分波形の抽出、代表波形や波高値のばらつき程度の算出などの処理を行う際に、連続的な左右一歩ずつの前進動作を1つの単位として扱っているが、片足一歩だけの前進動作や、連続的な三歩以上の前進動作を1つの単位として扱ってもよい。   In addition, for example, in this embodiment, when performing processing such as extraction of partial waveforms and calculation of the degree of variation of representative waveforms and peak values, the forward movement of each step on the left and right is handled as one unit. A forward movement of only one step on one foot or a forward movement of three or more consecutive steps may be treated as one unit.

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、発明を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。   In addition, for example, the present embodiment is an example in which the invention is applied to a person's walking motion, but the invention can also be applied to another movement motion of a person, for example, a running motion of a person.

また例えば、本実施形態は、上述したように人に取り付けられた加速度センサから得られた加速度データを解析する移動運動解析装置であるが、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。   Further, for example, the present embodiment is a mobile motion analysis device that analyzes acceleration data obtained from an acceleration sensor attached to a person as described above, but a program for causing a computer to function as such a device is also used. It is one of the embodiments of the invention.

1 歩行解析システム
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 歩行解析装置
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 加速度データ取得制御部
307 加速度データ解析部
310 表示制御部
312 記憶部
41 データベース
42 記憶媒体
71 加速度成分算出部
72 加速度波形生成部
73 歩行期間特定部
74 ステップ基準時刻検出部
741 上下方向加速度波形読取部
742 上下加速度反映波形生成部
743 極大値特定部(特定手段)
744 閾値決定部(決定手段)
745 踵着地認識部(対応付け手段)
75 ステップ波形グラフ生成部
751 ステップ波形抽出部
752 ステップ波形正規化部
753 代表波形演算部
754 波高値ばらつき演算部
755 グラフ生成部
1 Gait Analysis System 10 Patient 11 Operator 2 Acceleration Sensor Module 21 Processor 22 Acceleration Sensor 23 Memory 24 Communication I / F
25 Battery 201 Acceleration sensor unit 202 Sampling unit 203 Transmitting unit 3 Walking analysis device 31 Processor 32 Display 33 Operation unit 34 Memory 35 Communication I / F
36 battery 301 operation unit 302 display unit 303 patient information reception unit 304 reception unit 305 acceleration data acquisition control unit 307 acceleration data analysis unit 310 display control unit 312 storage unit 41 database 42 storage medium 71 acceleration component calculation unit 72 acceleration waveform generation unit 73 Walking period specifying unit 74 Step reference time detecting unit 741 Vertical acceleration waveform reading unit 742 Vertical acceleration reflected waveform generating unit 743 Maximum value specifying unit (specifying means)
744 Threshold value determination unit (determination means)
745 Landing recognition unit (association means)
75 step waveform graph generation unit 751 step waveform extraction unit 752 step waveform normalization unit 753 representative waveform calculation unit 754 peak value variation calculation unit 755 graph generation unit

Claims (12)

加速度センサを用いて得られた人の移動運動中における上下方向の加速度を表す波形における極大値及び極小値のいずれか一方である極値を特定する特定手段と、
前記特定された極値のうち所定の閾値を超える極値に対応した時刻の時間間隔のばらつき度が最小となるように前記閾値を決定する決定手段と、
前記特定された極値のうち前記決定された閾値を超える極値に対応した時刻を前記人の足が着地した時刻として検出する検出手段とを備えた移動運動解析装置。
A specifying means for specifying an extreme value that is one of a local maximum value and a local minimum value in a waveform representing acceleration in the vertical direction during movement of a person obtained by using an acceleration sensor;
Determining means for determining the threshold value so that the degree of variation of the time interval of the time corresponding to the extreme value exceeding a predetermined threshold value among the specified extreme values is minimized;
A mobile motion analysis apparatus comprising: a detecting unit configured to detect a time corresponding to an extreme value exceeding the determined threshold among the specified extreme values as a time when the human foot has landed.
加速度センサを用いて得られた人の移動運動中における上下方向の加速度に基づいて演算された量を表す波形における極大値及び極小値のいずれか一方である極値を特定する特定手段と、
前記特定された極値のうち所定の閾値を超える極値に対応した時刻の時間間隔のばらつき度が最小となるように前記閾値を決定する決定手段と、
前記特定された極値のうち前記決定された閾値を超える極値に対応した時刻を前記人の足が着地した時刻として検出する検出手段とを備えた移動運動解析装置。
A specifying means for specifying an extreme value that is one of a maximum value and a minimum value in a waveform representing an amount calculated based on an acceleration in a vertical direction during the movement of a person obtained by using an acceleration sensor;
Determining means for determining the threshold value so that the degree of variation of the time interval of the time corresponding to the extreme value exceeding a predetermined threshold value among the specified extreme values is minimized;
A mobile motion analysis apparatus comprising: a detecting unit configured to detect a time corresponding to an extreme value exceeding the determined threshold among the specified extreme values as a time when the human foot has landed.
前記演算された量は、前記上下方向の加速度の項を含む演算式により演算される請求項2に記載の移動運動解析装置。   The mobile motion analysis apparatus according to claim 2, wherein the calculated amount is calculated by an arithmetic expression including a term of the vertical acceleration. 前記演算された量は、前記上下方向の加速度の二階微分を表す項をk乗(k≧1)した項を含む演算式により演算される請求項2または請求項3に記載の移動運動解析装置。   The mobile motion analysis device according to claim 2, wherein the calculated amount is calculated by an arithmetic expression including a term obtained by raising a term representing the second derivative of the vertical acceleration to the k-th power (k ≧ 1). . 前記k乗は、3乗である請求項4に記載の移動運動解析装置。   The mobile motion analysis apparatus according to claim 4, wherein the k-th power is the third power. 前記検出手段は、前記閾値を超える極値が所定時間幅内に複数存在するときに、該複数の極値に対応した時刻を平均化して成る時刻を、前記足が着地した時刻として検出する請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の移動運動解析装置。   The detection means detects a time obtained by averaging the times corresponding to the plurality of extreme values as the time when the foot has landed when there are a plurality of extreme values exceeding the threshold within a predetermined time width. The moving motion analysis apparatus according to any one of claims 1 to 5. 前記所定時間幅は、前記時間間隔の平均の半分以下である請求項6に記載の移動運動解析装置。   The mobile motion analysis apparatus according to claim 6, wherein the predetermined time width is equal to or less than half of an average of the time intervals. 前記ばらつき度は、前記時間間隔の分散または標準偏差である請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の移動運動解析装置。   The mobile motion analysis apparatus according to claim 1, wherein the variation degree is a dispersion or a standard deviation of the time interval. 前記波形は、高周波成分を除去する処理が施されている請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の移動運動解析装置。   The mobile motion analysis apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the waveform is subjected to processing for removing a high-frequency component. 前記移動運動は、歩行である請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の移動運動解析装置。   The mobile motion analysis apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the mobile motion is walking. 前記加速度センサと、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の移動運動解析装置とを備えた移動運動解析システム。   The mobile motion analysis system provided with the said acceleration sensor and the mobile motion analysis apparatus as described in any one of Claims 1-10. コンピュータを請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の移動運動解析装置として機能させるためのプログラム。
A program for causing a computer to function as the mobile motion analysis apparatus according to any one of claims 1 to 10.
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