JP6552875B2

JP6552875B2 - 移動運動解析装置、方法及びプログラム

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Publication number: JP6552875B2
Application number: JP2015108073A
Authority: JP
Inventors: 裕一太田
Original assignee: 株式会社早稲田エルダリーヘルス事業団
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2015-05-28
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2035-05-28
Also published as: JP2016220779A

Description

本発明は、人の歩行などの移動運動を評価するための技術に関する。

従来、医療施設や介護施設等において、歩行障害を持つ患者に対するリハビリテーション（rehabilitation）が行われている。

このリハビリテーションでは、一般的に、患者に適した歩行訓練プログラム（program）を作成したり、患者の回復レベル（level）を把握したりするために、理学療法士などの指導員が、患者の歩行運動を繰り返し評価する。

しかし、一般的に、理学療法士などの指導員が患者の歩行運動を評価する場合、指導員は患者の歩行運動を目視で観察し主観的に評価する。そのため、評価結果が指導員の癖や習熟度、評価の時期などの違いによってばらつく傾向にあり、客観的な評価が難しい。

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

特開２０１３−０５９４８９号公報

しかし、人の歩行運動などの移動運動の客観的な評価を、より適切に行ない、その評価結果を知ることができる技術が望まれている。

本願発明者は、鋭意検討及び実験の結果、人の移動運動の客観的な評価をより適切に行なうことができるパラメータを特定し本願発明に至った。すなわち、一の観点の発明は、一方の足と他方の足とを交互に踏み出して移動する運動を行なう人の移動速度、この人の移動におけるステップ幅及び前記人の移動方向における加速度のばらつきのうちの少なくとも一つと、前記人の一方の足の一ステップにかかる時間と前記人の他方の足の一ステップにかかる時間との比較結果を示す値及び前記人の一方の足の一ステップにおける速度と前記人の他方の足の一ステップにおける速度との比較結果を示す値のうち少なくとも一つと、前記人の一方の足の一ステップにかかる時間と前記人の他方の足の一ステップにかかる時間とを合わせた合算時間のばらつき及び前記人における鉛直方向の加速度のばらつきのうち少なくとも一つとに基づいて、前記人の運動の評価を行なう評価部と、この評価部の評価結果を表示する表示部と、を備えることを特徴とする移動運動解析装置である。

他の観点の発明は、一方の足と他方の足とを交互に踏み出して移動する人の移動速度、この人の移動におけるステップ幅及び前記人の移動方向における加速度のばらつきのうちの少なくとも一つに基づいて、前記人の移動における推進力に関する評価を行なう第一評価部と、前記人の一方の足の一ステップにかかる時間と前記人の他方の足の一ステップにかかる時間との比較結果を示す値及び前記人の一方の足の一ステップにおける速度と前記人の他方の足の一ステップにおける速度との比較結果を示す値のうち少なくとも一つに基づいて、前記人の一方の足のステップと他方の足のステップとのバランスに関する評価を行なう第二評価部と、前記人の一方の足の一ステップにかかる時間と前記人の他方の足の一ステップにかかる時間とを合わせた合算時間のばらつき及び前記人における鉛直方向の加速度のばらつきのうち少なくとも一つに基づいて、前記人の移動のリズムに関する評価を行なう第三評価部と、前記第一評価部、前記第二評価部及び前記第三評価部の各々の評価結果を表示する表示部と、を備えることを特徴とする移動運動解析装置である。

上記一の観点の発明によれば、前記評価部によって人の移動の評価が行われ、その評価結果が前記表示部に表示されるので、人の移動運動の客観的な評価を、より適切に行なうことができ、その評価結果を知ることができる。

上記他の観点の発明によれば、前記第一評価部によって得られる評価、すなわち前記人の移動における推進力に関する評価と、前記第二評価部によって得られる評価、すなわち前記人の一方の足のステップと他方の足のステップとのバランスに関する評価と、前記第三評価部によって得られる評価、すなわち前記人の移動のリズムに関する評価とが行われ、これらの評価結果の各々が表示される。従って、人の移動運動における推進力、バランス及びリズムの各々についての客観的な評価を行なうことができ、その評価結果を知ることができる。

実施形態における歩行解析システムの構成を概略的に示す図である。図１に示す歩行解析システムを構成する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。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。パラメータ算出部の機能的な構成を示す機能ブロック図である。第一実施形態に係る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。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。評価値が表示されたディスプレイの一例を示す図である。第一実施形態の変形例における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。評価値と歩行年齢との対応関係を示す関数を示す図である。第一実施形態の変形例において評価値とともに歩行年齢が表示されたディスプレイの一例を示す図である。第二実施形態に係る評価値算出部の機能的な構成を示す機能ブロック図である。第二実施形態に係る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。第一評価値、第二評価値及び第三評価値が表示されたディスプレイの一例を示す図である。第二実施形態の変形例に係る評価値算出部の機能的な構成を示す機能ブロック図である。第二実施形態の変形例に係る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。第二実施形態の変形例におけるディスプレイの一例を示す図である。

以下、発明の実施形態について説明する。なお、これにより発明は限定されない。

図１は、歩行解析システム（system）１の構成を概略的に示す図である。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。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。

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。本例では、歩行解析装置３はスマートフォンである。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。

（第一実施形態）
先ず、第一実施形態について説明する。図３に示すように、加速度センサモジュール２は、加速度センサ部２０１と、サンプリング（sampling）部２０２と、送信部２０３とを有している。なお、サンプリング部２０２及び送信部２０３は、プロセッサ２１がメモリ２３に記憶されている所定のプログラム（program）を読み出して実行することにより実現される。

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

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

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

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

歩行解析装置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３０６と、パラメータ算出部３０７と、評価値算出部３０８と、時計部３０９と、表示制御部３１０と、記憶部３１１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３０６、パラメータ算出部３０７、評価値算出部３０８、時計部３０９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。

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、医師や理学療法士などの指導員である。

ディスプレイ部３０２は、画像を表示する。ディスプレイ部３０２は、例えば、液晶パネル、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）パネルなどにより構成されている。ディスプレイ部３０２は、発明における表示部の一例である。

時計部３０９は、時計機能を有しており、時刻を表す情報を出力する。なお、時刻は、あるタイミングを基準とした相対的なものであってもよい。

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３１１に記憶させる。

受信部３０４は、加速度センサモジュール２の送信部２０３から送信された加速度データを無線で受信する。なお、送信部２０３と受信部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。

加速度データ取得制御部３０５は、患者１０の加速度データを取得するよう受信部３０４及び記憶部３１１を制御する。加速度データ取得制御部３０５は、データ収集開始から終了までの各時刻における加速度データを収集する。加速度データには、そのデータが取得された時刻情報が付帯される。時刻は、時計部３０９の出力に基づいて特定される。

加速度データ解析部３０６は、収集された加速度データに対して解析処理を行って、その解析結果を出力する。本例では、加速度データ解析部３０６は、収集された加速度データに基づいて、データ収集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ａ_x，ａ_y，ａ_zをそれぞれ特定する。本例では、これらの加速度成分ａ_x，ａ_y，ａ_zは、重力加速度ｇの成分を除去して、患者１０の純粋な運動により生じた加速度成分として算出し特定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（患者１０の移動方向）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。

加速度データ解析部３０６は、特定された各方向の加速度成分について、その時間変化を表す加速度波形グラフのデータを生成してもよい。

パラメータ算出部３０７は、図４に示すように、移動速度算出部７１、ステップ幅算出部７２、第一ばらつき算出部７３、第一比較値算出部７４、第二比較値算出部７５、第二ばらつき算出部７６及び第三ばらつき算出部７７を有する。詳細は後述する。

評価値算出部３０８は、患者１０の歩行運動の評価を行なう。評価値算出部は、パラメータ算出部３０７で算出されたパラメータ値に基づいて、後述の演算式を演算して、患者１０の歩行運動の評価値を算出する。評価値算出部３０８は、発明における評価部の実施の形態の一例である。

表示制御部３１０は、ディスプレイ部３０２の画面に、評価値算出部３０８によって算出された評価値を表示する。

記憶部３１１は、入力された患者情報、収集された加速度データ、加速度データの解析結果、評価値などを記憶する。なお、これらの情報は、必要に応じて、歩行解析装置３にＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット（internet）を介して接続されたデータベース（database）４１や外付けの記憶媒体４２等に保存される。記憶媒体４２としては、例えば、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカード（memory card）などが含まれる。

これより、第一実施形態に係る歩行解析システム１における処理の流れについて説明する。

図５は、第一実施形態に係る歩行解析システム１における処理の流れを示すフロー（flow）図である。

ステップ（step）Ｓ０では、準備段階として、加速度センサモジュール２を患者１０の腰部に取り付ける。

ステップＳ１では、患者情報の入力を受け付ける。具体的には、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３１１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、この加速度データの解析結果、評価値などは、この患者情報と対応付けて記憶部３１１に記憶される。

ステップＳ２では、加速度データ取得制御部３０５は、受信部３０４及び記憶部３１１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。具体的に説明すると、まず、操作者１１は、歩行解析装置３の操作部３０１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３１１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、所要の距離歩行してもらう。歩行距離は、例えば１０ｍである。この患者１０の歩行は、発明における右足と左足とを交互に踏み出して移動する運動の実施の形態の一例である。

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の歩行中における左右方向、前後方向、上下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３１１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。

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が生成されてもよい。この場合、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Ｋ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が生成される。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。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は、ディスプレイ部３０２に表示されてもよい。

図６に、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の一例を示す。

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。一方の足の踵着地から、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を経て、再び一方の足の踵着地が行われるまでの動作を一ストライドというものとする。

上下方向加速度波形Ｗzにおいては、図６に示すように、歩行運動を構成する一方の足の踵着地と他方の足の踵着地に対応して、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。

前後方向加速度波形Ｗzにおいては、図６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。

次に、ステップＳ３では、評価値算出部３０７が、下記（式１）を演算して、患者１０の歩行運動の評価値Ｖを算出する。
Ｖ＝ｃ１×Ｘ＋ｃ２×Ｙ＋ｃ３×Ｚ・・・（式１）
（式１）において、ｃ１、ｃ２、ｃ３は、任意の係数である。これらｃ１、ｃ２、ｃ３は、操作者１１が操作部３０１によって設定できるようになっていてもよい。これにより、操作者１１は、Ｘ、Ｙ、Ｚのいずれのパラメータに重みを置くかを設定することができる。

また、（式１）において、
Ｘ＝ｃ４×Ｘ１＋ｃ５×Ｘ２＋ｃ６×Ｘ３・・・（式２）
Ｙ＝ｃ７×Ｙ１＋ｃ８×Ｙ２・・・（式３）
Ｚ＝ｃ９×Ｚ１＋ｃ１０×Ｚ２・・・（式４）
である。

（式２）において、ｃ４、ｃ５、ｃ６は任意の係数であり、（式３）において、ｃ７、ｃ８は任意の係数である。また、（式４）において、ｃ９、ｃ１０は任意の係数である。

（式２）において、Ｘ１は患者１０の歩行速度である。移動速度算出部７１は、歩行開始から歩行停止までの１０ｍの距離の歩行にかかった時間ｔに基づいて、患者１０の歩行速度を算出する。例えば、時間ｔは、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である。時間ｔは、時計部３０９の出力によって特定される。

時間ｔ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することによって特定されてもよい。また、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が、時間ｔとして特定されてもよい。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。

（式２）において、Ｘ２は患者１０のステップ幅である。ステップ幅算出部７２は、歩行開始から歩行停止までの１０ｍの距離を、歩行開始から歩行停止までの患者１０のステップ数で除することにより、ステップ幅を算出する。患者１０のステップ数は、例えば上下方向加速度波形Ｗｚにおいて所定の閾値以上である極大点の数により特定される。

（式２）において、Ｘ３は歩行期間における患者１０の前後方向における加速度のばらつきである。具体的には、第一ばらつき算出部７３が、前後方向加速度波形Ｗｙにおいて所定の閾値以上である加速度の極大値の標準偏差を、Ｘ３として算出する。前後方向加速度波形Ｗｙにおいて所定の閾値以上である加速度の極大値は、発明における人の移動方向における加速度のうち、前記人の移動における複数のステップの各々における最大加速度の実施の形態の一例である。

ただし、歩行期間における患者１０の前後方向における加速度のばらつきは、前記標準偏差に限られるものではない。

（式２）において、Ｘ１の項、Ｘ２の項、Ｘ３の項は、患者１０の歩行運動における推進力の評価に関する項である。（式２）において、Ｘ１の項、Ｘ２の項、Ｘ３の項のうち、少なくともいずれか一つが存在していればよい。言い換えれば、ｃ４、ｃ５、ｃ６のうち、少なくとも一つが零でなければよい。

次に、（式３）において、Ｙ１は、患者１０の一方の足の一ステップにかかる時間と患者１０の他方の足の一ステップにかかる時間との比較結果を示す値である。具体的には、第一比較値算出部７４が、患者１０の一方の足の一ステップにかかる時間と患者１０の他方の足の一ステップにかかる時間との比を、Ｙ１として算出する。より詳細には、先ず、第一比較値算出部７４は、例えば上下方向加速度波形Ｗｚの極大点に基づいて、患者１０の歩行期間における一方の足の一ステップにかかる時間の平均値Ｔａｖ１と、患者１０の歩行期間における他方の足の一ステップにかかる時間の平均値Ｔａｖ２とを算出する。そして、第一比較値算出部７４は、平均値Ｔａｖ１と平均値Ｔａｖ２との比をＹ１として算出する。

第一比較値算出部７４は、平均値Ｔａｖ１と平均値Ｔａｖ２との比の代わりに、平均値Ｔａｖ１と平均値Ｔａｖ２との差をＹ１として算出してもよい。

（式３）において、Ｙ２は、患者１０の一方の足の一ステップにおける速度と患者１０の他方の足の一ステップにおける速度との比較結果を示す値である。具体的には、第二比較値算出部７５が、患者１０の一方の足の一ステップにおける最大速度と患者１０の他方の足の一ステップにおける最大速度との比をＹ２として算出する。より詳細には、先ず、第二比較値算出部７５は、例えば前後方向加速度波形Ｗｙを積分して前後方向速度波形（図示省略）を生成する。次に、第二比較値算出部７５は、前後方向速度波形において、患者１０の歩行期間における一方の足の一ステップにおける最大速度の平均値Ｖａｖ１と、患者１０の歩行期間における他方の足の一ステップにおける最大速度の平均値Ｖａｖ２とを算出する。次に、第二比較値算出部７５は、平均値Ｖａｖ１と平均値Ｖａｖ２との比をＹ２として算出する。

第二比較値算出部７５は、平均値Ｖａｖ１と平均値Ｖａｖ２との比の代わりに、平均値Ｖａｖ１と平均値Ｖａｖ２との差をＹ２として算出してもよい。

（式３）において、Ｙ１の項、Ｙ２の項は、患者１０の歩行運動における一方の足のステップと他方の足のステップのバランスの評価、言い換えれば患者１０の歩行運動における一方の足と他方の足とを同じように踏み出せているか否かの評価に関する項である。（式３）において、Ｙ１の項、Ｙ２の項のうち、少なくともいずれか一つが存在していればよい。言い換えれば、ｃ７及びｃ８のうち、少なくとも一つが零でなければよい。

次に、（式４）において、Ｚ１は、歩行期間における患者１０の一方の足の一ステップにかかる時間と患者１０の他方の足の一ステップにかかる時間（患者１０の一ステップにかかる時間と次の一ステップに係る時間）とを合わせた合算時間のばらつきである。具体的には、第二ばらつき算出部７６が、例えば上下方向加速度波形Ｗｚの極大点に基づいて一ステップを特定し、一方の足の一ステップにかかる時間と他方の足の一ステップにかかる時間とを合わせた合算時間Ｔａｄｄの患者１０の歩行期間における標準偏差Ｓを算出する。また、第二ばらつき算出部７６は、患者１０の歩行期間における合算時間Ｔａｄｄの平均値Ｔａｄａを算出する。そして、第二ばらつき算出部７６は、標準偏差Ｓを平均値Ｔａｄａで除する（Ｓ／Ｔａｄａ）ことにより、Ｚ１として変動係数を得る。

ただし、歩行期間における患者１０の一方の足の一ステップにかかる時間と患者１０の他方の足の一ステップにかかる時間とを合わせた合算時間のばらつきは、前記変動係数に限られるものではない。

（式４）において、Ｚ２は、歩行期間における患者１０の鉛直方向の加速度のばらつきである。具体的には、第三ばらつき算出部７７が、上下方向加速度波形Ｗzにおいて所定の閾値以上である加速度の極大値の標準偏差を、Ｚ２として算出する。上下方向加速度波形Ｗzにおいて所定の閾値以上である加速度の極大値は、発明において、加速度センサによって検出された鉛直方向における加速度のうち、前記人の移動における複数のステップの各々における最大加速度の実施の形態の一例である。

ただし、歩行期間における患者１０の鉛直方向の加速度のばらつきは、前記標準偏差に限られるものではない。

（式４）において、Ｚ１の項、Ｚ２の項は、患者１０の歩行運動において、一方の足のステップと他方の足のステップ（一ステップと次の一ステップ）とからなる一ストライドのリズム、言い換えれば一ストライドの安定性の評価に関する項である。（式４）において、Ｚ１の項、Ｚ２の項のうち、少なくともいずれか一つが存在していればよい。言い換えれば、ｃ９及びｃ１０のうち、少なくとも一つが零でなければよい。

ｃ４〜ｃ１０についても、操作者１１が操作部３０１によって設定できるようになっていてもよい。これにより、操作者１１は、（式２）〜（式４）における各項のいずれに重みを置くかを設定することができる。

評価値Ｖは、０以上１００以下の範囲であるものとする。従って、０≦Ｖ≦１００となるように、（式１）〜（式４）が設定される。

ステップＳ４では、表示制御部３１０が、図７に示すように、評価値Ｖを含む数字Ｎをディスプレイ部３０２に表示する。数字Ｎは、評価値Ｖの数字（本例では、Ｖ＝８５）と満点の数字「１００」とを含む。これにより、操作者１１は、１００点満点中、評価値Ｖが何点であるかを知ることができる。

本例によれば、（式１）が演算されて評価値Ｖが算出されることにより、患者１０の歩行運動の客観的な評価をより適切に行なうことができる。

次に、第一実施形態の変形例について説明する。図８に示すように、歩行解析装置３は、上述した構成のほか、運動年齢特定部３１２を有している。運動年齢特定部３１２は、評価値Ｖが算出されると、算出された評価値Ｖに対応する患者１０の歩行年齢を特定する。運動年齢特定部３１２は、発明における運動年齢特定部の実施の形態の一例である。

運動年齢特定部３１２は、例えば図９に示すように、評価値Ｖと人の運動年齢との対応関係を示す関数Ｆに基づいて、評価値算出部３０８によって算出された評価値Ｖに対応する歩行年齢を特定する。関数Ｆは、本例では、評価値Ｖが零である場合には歩行年齢が９０歳であり、評価値Ｖが１００である場合には歩行年齢が２０歳である一次関数である。ただし、関数Ｆは一次関数である場合に限られるものではない。関数Ｆは、評価値が高くなるほど歩行年齢が低くなる関数であればよい。

関数Ｆは、年齢ごとに存在していてもよい。この場合、例えば４０歳代、５０歳代など、ある範囲の年齢ごとに関数Ｆが存在していてもよい。この場合、評価値Ｖに基づいて、患者１０の年齢に応じた歩行年齢が特定されるので、より適切な歩行運動の評価を行なうことができる。

運動年齢特定部３１２によって特定された歩行年齢Ａｇは、図１０に示すように、表示制御部３１０によってディスプレイ３０２に表示される。図１０では、歩行年齢Ａｇは評価値Ｖとともに表示されている。

（第二実施形態）
次に、第二実施形態について説明する。図１１は、第二実施形態に係る評価値算出部の機能的な構成を示す機能ブロック図である。なお、第二実施形態の加速度センサモジュール２及び歩行解析装置３のハードウェアの構成及びパラメータ算出部３０７の機能的な構成は、第一実施形態と同一であり、図３を援用して説明を省略する。以下、第一実施形態と異なる事項について説明する。

本例では、評価値算出部３０８は、第一評価値算出部８１、第二評価値算出部８２及び第三評価値算出部８３を有している。

第二実施形態に係る歩行解析システム１における処理の流れについて、図１２のフロー図に基づいて説明する。

ステップＳ１０〜Ｓ１２については、第一実施形態のＳ０〜Ｓ２と同一であり、説明を省略する。ステップＳ１３では、第一評価値算出部８１が、第一実施形態で説明した（式２）を演算して、Ｘを算出する。本例では、Ｘは第一評価値である。本例では、第一評価値Ｘが、０≦Ｘ≦１０の範囲となるように、（式２）が設定される。

上述のように、（式２）において、Ｘ１の項、Ｘ２の項、Ｘ３の項は、患者１０の歩行運動における推進力の評価に関する項であるので、第一評価値Ｘは、患者１０の歩行運動における推進力の評価に関する値である。第一評価値算出部８１は、発明における第一評価部の実施の形態の一例である。

また、ステップＳ１３では、第二評価値算出部８２が、第一実施形態で説明した（式３）を演算して、Ｙを算出する。本例では、Ｙは第二評価値である。本例では、第二評価値Ｙが、０≦Ｙ≦１０の範囲となるように、（式３）が設定される。

上述のように、（式３）において、Ｙ１の項、Ｙ２の項は、患者１０の歩行運動における一方の足のステップと他方の足のステップのバランスの評価に関する項であるので、第二評価値Ｙは、患者１０の歩行運動における一方の足のステップと他方の足のステップのバランスの評価に関する値である。第二評価値算出部８２は、発明における第二評価部の実施の形態の一例である。

また、ステップＳ１３では、第三評価値算出部８３が、第一実施形態で説明した（式４）を演算して、Ｚを算出する。本例では、Ｚは第三評価値である。本例では、第三評価値Ｚが、０≦Ｚ≦１０の範囲となるように、（式４）が設定される。

上述のように、（式４）において、Ｚ１の項、Ｚ２の項は、患者１０の歩行運動において、一方の足のステップと他方の足のステップとからなる一ストライドのリズムの評価に関する項であるので、第三評価値Ｚは、患者１０の歩行運動において、一ストライドのリズムの評価に関する値である。第三評価値算出部８３は、発明における第三評価部の実施の形態の一例である。

ステップＳ１４では、表示制御部３１０が、図１３に示すように、第一評価値Ｘ、第二評価値Ｙ及び第三評価値Ｚをディスプレイ部３０２に表示する。第一評価値Ｘ、第二評価値Ｙ及び第三評価値Ｚは、１０点満点中何点であるかが分かるように表示される。また、表示制御部３１０は、第一評価値Ｘ、第二評価値Ｙ及び第三評価値Ｚを示すレーダーチャートＬｃをディスプレイ部３０２に表示する。ディスプレイ部３０２に表示された第一評価値Ｘ、第二評価値Ｙ及び第三評価値Ｚ及びレーダーチャートＬｃは、発明における表示部に表示された第一評価部、第二評価部及び第三評価部の各々の評価結果の実施の形態の一例である。

本例によれば、操作者１１は、第一評価値Ｘ、第二評価値Ｙ及び第三評価値Ｚの各々を知ることができるので、患者１０の歩行運動における要素である推進力、バランス及びリズムの各々についての客観的な評価を知ることができる。これにより、操作者１１は、患者１０の歩行運動において、どの要素に障害があるかを容易に把握することができる。

次に、第二実施形態の変形例について説明する。本例では、図１４に示すように、評価値算出部３０８は、上述の構成のほか、第四評価値算出部８４を有している。第四評価値算出部８４は、発明における第四評価部の実施の形態の一例である。

この変形例では、図１５のフロー図のステップＳ１３′において、第一評価値Ｘ、第二評価値Ｙ及び第三評価値Ｚが算出されるほか、第四評価値算出部８４が、第一評価値Ｘ、第二評価値Ｙ及び第三評価値Ｚを用いて、第一実施形態で説明した（式１）の演算を行ない、評価値Ｖを算出する。この評価値Ｖは、第一評価値Ｘ、第二評価値Ｙ及び第三評価値Ｚの全てが考慮された総合評価値であり、発明における第四評価値の実施の形態の一例である。第一実施形態と同様に、０≦Ｖ≦１００である。

ステップＳ１４′では、表示制御部３１０が、図１６に示すように、第一評価値Ｘ、第二評価値Ｙ、第三評価値Ｚ及びレーダーチャートＬｃと、評価値Ｖを含む数字Ｎとをディスプレイ部３０２に表示する。

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

例えば、上記実施形態において、評価値Ｖを算出するための（式１）は一例であり、これに限定されるものではない。評価値Ｖは、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３の少なくとも一つと、Ｙ１及びＹ２の少なくとも一つと、Ｚ１及びＺ２の少なくとも一つとを含む演算式によって算出されればよい。

また例えば、上記実施形態は、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。

また、一方の足と他方の足とを交互に踏み出して移動する運動の一例として、上記実施形態では、歩行運動を挙げたが、本発明においては、これに限られるものではない。例えば、一方の足と他方の足とを交互に踏み出して移動する運動には、走る運動も含まれる。

１歩行解析システム
２加速度センサモジュール
３歩行解析装置
１０患者
１１操作者
２１プロセッサ
２２加速度センサ
３１プロセッサ
３２ディスプレイ
３０２ディスプレイ部
３０８評価値算出部
８１第一評価値算出部
８２第二評価値算出部
８３第三評価値算出部
８４第四評価値算出部
３０９表示制御部
３１２運動年齢特定部

Claims

一方の足と他方の足とを交互に踏み出して移動する運動を行なう人の移動速度、該人の移動におけるステップ幅及び前記人の移動方向における加速度のばらつきのうちの少なくとも一つと、前記人の一方の足の一ステップにかかる時間と前記人の他方の足の一ステップにかかる時間との比較結果を示す値及び前記人の一方の足の一ステップにおける速度と前記人の他方の足の一ステップにおける速度との比較結果を示す値のうち少なくとも一つと、前記人の一方の足の一ステップにかかる時間と前記人の他方の足の一ステップにかかる時間とを合わせた合算時間のばらつき及び前記人における鉛直方向の加速度のばらつきのうち少なくとも一つとに基づいて、前記人の運動の評価を行なう評価部と、
該評価部の評価結果を表示する表示部と、
を備えることを特徴とする移動運動解析装置。
人の運動の評価結果と人の運動年齢との対応関係に基づいて、前記評価部の評価結果に対応する前記人の運動年齢を特定する運動年齢特定部を備え、
前記表示部には、前記運動年齢特定部によって特定された運動年齢が表示される
ことを特徴とする請求項１に記載の移動運動解析装置。
一方の足と他方の足とを交互に踏み出して移動する人の移動速度、該人の移動におけるステップ幅及び前記人の移動方向における加速度のばらつきのうちの少なくとも一つに基づいて、前記人の移動における推進力に関する評価を行なう第一評価部と、
前記人の一方の足の一ステップにかかる時間と前記人の他方の足の一ステップにかかる時間との比較結果を示す値及び前記人の一方の足の一ステップにおける速度と前記人の他方の足の一ステップにおける速度との比較結果を示す値のうち少なくとも一つに基づいて、前記人の一方の足のステップと他方の足のステップとのバランスに関する評価を行なう第二評価部と、
前記人の一方の足の一ステップにかかる時間と前記人の他方の足の一ステップにかかる時間とを合わせた合算時間のばらつき及び前記人における鉛直方向の加速度のばらつきのうち少なくとも一つに基づいて、前記人の移動のリズムに関する評価を行なう第三評価部と、
前記第一評価部、前記第二評価部及び前記第三評価部の各々の評価結果を表示する表示部と、
を備えることを特徴とする移動運動解析装置。
前記第一評価部の評価結果と、前記第二評価部の評価結果と、前記第三評価部の評価結果とに基づいて、前記人の運動の評価を行なう第四評価部を備え、
前記表示部には、第四評価部の評価結果が表示される
ことを特徴とする請求項３に記載の移動運動解析装置。
前記人の移動方向における加速度のばらつきは、前記人に取り付けられた加速度センサによって検出された前記人の移動方向における加速度のうち、前記人の移動における複数のステップの各々における最大加速度の標準偏差であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の移動運動解析装置。
前記人の一方の足の一ステップにかかる時間と前記人の他方の足の一ステップにかかる時間との比較結果を示す値は、前記人の移動期間における前記人の一方の足の一ステップにかかる時間の平均値と、前記人の移動期間における前記人の他方の足の一ステップにかかる時間の平均値との比又は差であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の移動運動解析装置。
前記人の一方の足の一ステップにおける速度と前記人の他方の足の一ステップにおける速度との比較結果を示す値は、前記人の移動期間における前記人の一方の足の一ステップにおける最大速度の平均値と、前記人の移動期間における前記人の他方の足の一ステップにおける最大速度の平均値との比又は差であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の移動運動解析装置。
前記人の一方の足の一ステップにかかる時間と前記人の他方の足の一ステップにかかる時間とを合わせた合算時間のばらつきは、前記人の移動期間における前記合算時間の標準偏差を、前記人の移動期間における前記合算時間の平均値で除した値であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の移動運動解析装置。
前記人の右足の一ステップにかかる時間及び前記人の左足の一ステップにかかる時間は、前記人に取り付けられた加速度センサで検出された加速度に基づいて特定されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の移動運動解析装置。
前記人における鉛直方向の加速度のばらつきは、前記人に取り付けられた加速度センサによって検出された鉛直方向における加速度のうち、前記人の移動における複数のステップの各々における最大加速度の標準偏差であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の移動運動解析装置。
一方の足と他方の足とを交互に踏み出して移動する運動を行なう人の移動速度、該人の移動におけるステップ幅及び前記人の移動方向における加速度のばらつきのうちの少なくとも一つと、前記人の一方の足の一ステップにかかる時間と前記人の他方の足の一ステップにかかる時間との比較結果を示す値及び前記人の一方の足の一ステップにおける速度と前記人の他方の足の一ステップにおける速度との比較結果を示す値のうち少なくとも一つと、前記人の一方の足の一ステップにかかる時間と前記人の他方の足の一ステップにかかる時間とを合わせた合算時間のばらつき及び前記人における鉛直方向の加速度のばらつきのうち少なくとも一つとに基づいて、前記人の運動の評価を行なうステップと、
前記人の運動の評価の評価結果を表示するステップと、
を含むことを特徴とする移動運動解析方法。
一方の足と他方の足とを交互に踏み出して移動する人の移動速度、該人の移動におけるステップ幅及び前記人の移動方向における加速度のばらつきのうちの少なくとも一つに基づいて、前記人の移動における推進力に関する評価を行なうステップと、
前記人の一方の足の一ステップにかかる時間と前記人の他方の足の一ステップにかかる時間との比較結果を示す値及び前記人の一方の足の一ステップにおける速度と前記人の他方の足の一ステップにおける速度との比較結果を示す値のうち少なくとも一つに基づいて、前記人の一方の足のステップと他方の足のステップとのバランスに関する評価を行なうステップと、
前記人の一方の足の一ステップにかかる時間と前記人の他方の足の一ステップにかかる時間とを合わせた合算時間のばらつき及び前記人における鉛直方向の加速度のばらつきのうち少なくとも一つに基づいて、前記人の移動のリズムに関する評価を行なうステップと、
前記人の移動における推進力に関する評価、前記人の一方の足のステップと他方の足のステップとのバランスに関する評価及び前記人の移動のリズムに関する評価の各々の評価結果を表示するステップと、
を含むことを特徴とする移動運動解析方法。
コンピュータを、請求項１〜１０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。