JP6593683B2 - 歩行評価システム - Google Patents

Description

本発明は、歩行評価技術に関し、特に、歩行（走行は歩行の一形態とする。）中の被検者の状態の評価に適用して有効な技術に関する。

特開２０１２−３４３号公報（特許文献１）には、下肢の関節の動作を把握可能で、歩行状態をより細かく評価することのできる歩行解析システムに関する技術が記載されている。

特開２０１３−５９４８９号公報（特許文献２）には、被検者の足首部の加速度を用いて歩行評価を行う装置に関する技術が記載されている。

特開２０１２−３４３号公報 特開２０１３−５９４８９号公報

特許文献１、２に記載のような技術では、下肢や足首部にセンサを装着して、歩行状態を評価（解析）している。一方、歩行状態を指導する専門家（例えば、理学療法士）は、被検者の歩行状態を目視で観測する際に、特に、体幹の動揺に着目し、指導を行っている。しかしながら、体幹動揺に着目して歩行状態を評価する場合であっても、多くの経験を積んだ専門家の主観に頼らざるを得ず、このため指導を行うのが容易ではない。

本発明の目的は、歩行状態を容易に評価することのできる技術を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明の一解決手段に係る歩行評価方法は、被検者の歩行状態を評価する歩行評価方法であって、（ａ）歩行中における被検者の体幹の動揺を計測して計測値を取得する工程と、（ｂ）前記計測値から被検者の体幹軌跡として体幹左側のループ軌跡および体幹右側のループ軌跡を取得する工程と、（ｃ）前記体幹左側のループ軌跡および前記体幹右側のループ軌跡のそれぞれから歩行状態を評価する指標となる左側指標および右側指標を取得する工程と、（ｄ）前記左側指標および前記右側指標を比較する工程と、を含む。

これによれば、従来では経験が必要とされた目視に対して、体幹動揺による体幹軌跡から歩行状態を評価する定量的な指標（数値）を取得することで、歩行状態を容易に評価することができる。また、歩行中の変動（変位）の激しい肢体（例えば、脚）の動きに対して、体幹の動揺を計測することで、歩行状態を正確に評価することができる。

前記一解決手段に係る歩行評価方法において、前記（ｃ）工程では、被検者前額面に投影された前記体幹軌跡から、前記体幹左側のループ軌跡が囲む領域の左側面積および該体幹左側のループ軌跡の被検者上下方向における最上点と最下点との間の左側縦幅を算出し、前記左側面積を前記左側縦幅で除算した左側除算値を含む前記左側指標と、前記体幹右側のループ軌跡が囲む領域の右側面積および該体幹右側のループ軌跡の被検者上下方向における最上点と最下点との間の右側縦幅を算出し、前記右側面積を前記右側縦幅で除算した右側除算値を含む前記右側指標と、を取得し、前記（ｄ）工程では、前記左側除算値および前記右側除算値を比較することがより好ましい。これによれば、歩行時に体幹を滑らかに動かせているかを評価することができる。

ここで、前記（ｄ）工程では、前記左側除算値と前記右側除算値の差分をとり比較することがより好ましい。これによれば、歩行時の動きの左右差を評価することができる。

また、前記一解決手段に係る歩行評価方法において、前記（ｃ）工程では、被検者前額面に投影された前記体幹軌跡から、前記体幹左側のループ軌跡の被検者上下方向における最下点の左側高さを含む前記左側指標と、前記体幹右側のループ軌跡の被検者上下方向における最下点の右側高さを含む前記右側指標と、を取得し、前記（ｄ）工程では、前記左側高さから前記右側高さを減算して比較することがより好ましい。これによれば、歩行時の動きの左右差を評価することができる。

また、前記一解決手段に係る歩行評価方法において、前記（ａ）工程では、被検者の体幹上部および体幹下部のそれぞれの動揺を計測した上部計測値および下部計測値を含む前記計測値を取得し、前記（ｂ）工程では、前記上部計測値から算出された体幹上部の前記体幹軌跡と、前記下部計測値から算出された体幹下部の前記体幹軌跡を取得し、前記（ｃ）工程では、被検者前額面に投影された前記体幹下部の体幹軌跡から前記体幹左側のループ軌跡の被検者上下方向の最下点になる左側時刻および前記体幹右側のループ軌跡の被検者上下方向の最下点になる右側時刻を算出し、前記体幹上部の体幹軌跡の前記左側時刻の点と前記体幹下部の体幹軌跡の前記左側時刻の点との間の被検者左右方向における左側横幅を含む前記左側指標と、前記体幹下部の体幹軌跡の前記右側時刻の点と前記体幹上部の体幹軌跡の前記右側時刻の点との間の被検者左右方向における右側横幅を含む前記右側指標と、を取得し、前記（ｄ）工程では、前記左側横幅および前記右側横幅を比較することがより好ましい。これによれば、下肢および体幹の筋力と柔軟性を評価することができる。

また、前記一解決手段に係る歩行評価方法において、前記（ｃ）工程では、前記体幹左側のループ軌跡の被検者上下方向における最下点およびその前後の躍度から算出した左側ＲＭＳ値を含む前記左側指標と、前記体幹右側のループ軌跡の被検者上下方向における最下点およびその前後の躍度から算出した右側ＲＭＳ値を含む前記右側指標と、を取得し、前記（ｄ）工程では、前記左側ＲＭＳ値および前記右側ＲＭＳ値を比較することがより好ましい。これによれば、歩行中の接地時の動きの滑らかさを評価することができる。

また、前記一解決手段に係る歩行評価方法において、前記（ａ）工程では、被検者の体幹の動揺を計測する器具として、加速度および角速度を計測可能なモーションセンサを用いることがより好ましい。回転運動（腰の捻れなど）を含む歩行の場合、単純に加速度の計測値を用いて処理しても動揺量（変位）の体幹軌跡を取得することはできない。そこで、角速度の計測値を用いて姿勢演算することで、歩行中の体幹の見たままの動揺を体幹軌跡として取得することができる。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次のとおりである。本発明の一解決手段に係る歩行評価方法によれば、歩行状態を容易に評価することができる。

直交座標系における被検者の説明図である。 本発明の一実施形態に係る歩行評価方法の概略流れ図である。 一被検者の体幹軌跡の説明図である。 他の被検者の体幹軌跡の説明図である。 他の被検者の体幹軌跡の説明図である。 本発明の一実施形態に係る歩行評価システムの概略構成図である。 体幹軌跡から取得する一指標の取得方法の概略流れ図である。 図７に対応する一指標の説明図である。 体幹軌跡から取得する他の指標の取得方法の概略流れ図である。 体幹軌跡から取得する他の指標の取得方法の概略流れ図である。 図１０に対応する他の指標の説明図である。 体幹軌跡から取得する他の指標の取得方法の概略流れ図である。 図１２に対応する体幹軌跡から取得する他の指標の説明図である。 体幹軌跡から取得する他の指標の取得方法の概略流れ図である。 図１４に対応する体幹軌跡から取得する他の指標の説明図である。 体幹軌跡から取得する他の指標の取得方法の概略流れ図である。 図１６に対応する他の指標の説明図である。 図１６に対応する他の指標の説明図である。 本発明の他の実施形態に係る歩行評価システムの概略構成図である。

以下の本発明における実施形態では、必要な場合に複数のセクションなどに分けて説明するが、原則、それらはお互いに無関係ではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細などの関係にある。このため、全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、構成要素の数（個数、数値、量、範囲などを含む）については、特に明示した場合や原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。また、構成要素などの形状に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。

（実施形態１）
本発明の実施形態に係る歩行評価技術について図面を参照して説明する。図１は直交座標系における被検者１０の説明図である。本実施形態では、被検者１０の左右方向がＸ軸方向、上下方向がＹ軸方向、前後方向がＺ軸方向としている。また、図２は歩行評価方法の概略流れ図である。また、図３〜５はそれぞれ異なる被検者１０の体幹軌跡８０の説明図である。図３〜図５に示す体幹軌跡８０は、例えば、１周期目から３周期目まで（６歩分）の軌跡を平均化したものである。平均化することで各周期の軌跡のばらつきを均している。また、図６は本実施形態に係る歩行評価システム３０の概略構成図である。

本実施形態に係る歩行評価方法について概略して説明する。まず、歩行中の被検者１０の体幹１２の動揺を計測して計測値を取得する（工程Ｓ１０）。具体的には、被検者１０の体幹１２に器具２０を装着して、器具２０の運動から体幹動揺を計測して計測値を取得する。本実施形態では、より精度の高い評価を行うために、被検者１０の体幹上部１２Ｕ（例えば、胸背部）および体幹下部１２Ｂ（例えば、腰部）のそれぞれに器具２０、２０を装着している。

器具２０については、図１に示すように、体幹上部１２Ｕに装着されたものを器具２０Ｕ、体幹下部１２Ｂに装着されたものを器具２０Ｂとして示している。体幹上部１２Ｕとしての胸背部の具体的位置は、胸椎の後弯の頂点付近である。胸椎は、脊椎を構成する部位の１つであり肩甲骨付近に位置する。また、体幹下部１２Ｂとしての腰部の具体的位置は、下位腰椎から仙骨付近である。仙骨は、脊椎の下部に位置しており骨盤を構成する部位である。

次いで、被検者１０の体幹１２の動揺を計測した計測値から被検者１０の体幹軌跡８０を取得する（工程Ｓ２０）。体幹軌跡８０は立体的に描かれるものであるが、図３〜図５では、体幹軌跡８０を平面的に示している（リサジュー曲線）。リサジュー曲線は、互いに垂直の方向に単振動を合成して描かれる曲線である。具体的には、体幹軌跡８０について、矢状面（Ｙ−Ｚ平面）に投影されたもの、前額面（Ｘ−Ｙ平面）に投影されたもの、水平面（Ｘ−Ｚ平面）に投影されたものを示している。図３〜図５では、体幹軌跡８０について、器具２０Ｕの上部計測値から取得されたもの（すなわち、体幹上部１２Ｕの動揺）を体幹軌跡８０Ｕとし、器具２０Ｂの下部計測値から取得されたもの（すなわち、体幹下部１２Ｂの動揺）を体幹軌跡８０Ｂとして、重ね合わせて示している。なお、矢状面（Ｙ−Ｚ平面）、前額面（Ｘ−Ｙ平面）、水平面（Ｘ−Ｚ平面）の各軸の単位は［ｍｍ］である。

立体的に描かれる体幹軌跡８０は、図３〜図５から明らかなように、立体的に交差するループ軌跡であり、体幹左側のループ軌跡８０Ｌおよび体幹右側のループ軌跡８０Ｒに分かれて構成されている。例えば、図３〜図５に示す前額面での体幹軌跡８０は、横８の字状を一筆書きで描くようなループ軌跡（図３の前額面に示す矢印方向のループ軌跡）であり、体幹左側のループ軌跡８０Ｌと体幹右側のループ軌跡８０Ｒとが交点Ｉで交差している（接している）。このように、被検者１０の体幹１２の動揺を計測した計測値から被検者１０の体幹軌跡８０として体幹左側のループ軌跡８０Ｌおよび体幹右側のループ軌跡８０Ｒを取得している。

ここで、図３に示す体幹軌跡８０は、専門家によって、バランスが良くなめらかな歩行であると評価された被検者１０のものである。また、図４に示す体幹軌跡８０は、専門家によって、腰部への負担が大きい歩行であると評価された被検者１０のものである。図５に示す体幹軌跡８０は、専門家によって、左右バランスが悪い歩行であると評価された被検者１０のものである。ここから、例えば、理想的な歩行であると評価された被検者１０の体幹軌跡８０を基準にして、図３〜図５に示す体幹軌跡８０を単に見比べて評価することもできる。しかしながら、この評価は主観的となってしまう。

そこで、更に、体幹軌跡８０から歩行状態を評価する指標を取得し（工程Ｓ３０）、取得した指標を評価（比較）する（工程Ｓ４０）。指標については、後述するが、体幹軌跡８０からの情報（例えば、軌跡内の面積や軌跡の大きさなど）から算出（抽出）して取得されるものである。

図３〜図５に示す体幹軌跡８０が異なるように、これら体幹軌跡８０から取得される指標も異なるため、各被検者１０の歩行状態を比較して評価することができる。特に、体幹左側のループ軌跡８０Ｌおよび体幹右側のループ軌跡８０Ｒのそれぞれから歩行状態を評価する指標となる左側指標および右側指標を取得し、これらを比較する。これにより、同じ被検者１０であっても、体幹左側のループ軌跡８０Ｌおよび体幹右側のループ軌跡８０Ｒから取得される指標を比較して評価することもできる。また、同じ被検者１０であっても、体幹上部１２Ｕおよび体幹下部１２Ｂのそれぞれの体幹軌跡８０Ｕおよび体幹軌跡８０Ｂから取得した指標を比較することで、例えば、体幹下部１２Ｂの動揺は良いが、体幹上部１２Ｕの動揺が良くないといったことも評価することができる。

このような歩行評価技術によれば、従来では経験が必要とされた目視に対して、体幹動揺（器具２０の運動）による体幹軌跡８０から歩行状態を評価する定量的な指標（数値）を取得することで、歩行状態を容易に評価することができる。また、歩行中の変動（変位）の激しい肢体（例えば、脚）の動きに対して、体幹１２の動揺を計測することで、歩行状態を正確に評価することができる。

次に、本実施形態に係る歩行評価システム３０について概略して説明する。図６に示すように、歩行評価システム３０は、被検者１０の体幹１２に装着される器具２０と、歩行中における被検者１０の体幹の動揺（器具２０の運動）を計測した計測値から被検者１０の歩行状態を評価する指標を取得する指標取得部４０とを備えている。本実施形態では、器具２０と指標取得部４０との間は、無線通信機能によって計測値の送受信が可能に構成されている。無線通信機能としては、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などを採用することができる。なお、器具２０と指標取得部４０との間を有線によって接続して計測値の送受信を行うこともできる。

本実施形態に係る器具２０は、加速度および角速度を計測可能なモーションセンサを有している。モーションセンサは、例えば、３軸加速度センサと３軸角速度センサとが一体に構成され、ＸＹＺ軸の各加速度および各角速度を計測可能な６軸モーションセンサである。また、器具２０は、指標取得部４０に無線で計測値（加速度および角速度）を送信可能な送信部を有している。これにより、器具２０は、歩行中における被検者１０の体幹１２の動揺を計測して計測値を取得し、その計測値を指標取得部４０に送信することができる。

本実施形態では、被検者１０の体幹上部１２Ｕ（例えば、胸背部）および体幹下部１２Ｂ（例えば、腰部）のそれぞれに器具２０、２０を装着している。これにより、例えば、被検者１０の身体的特徴（体幹１２のずれ、傾斜、捻れなど）を取得することもでき、図３〜図５に示したような体幹軌跡８０Ｕと体幹軌跡８０Ｂを重ね合わせたものを取得する際に、身体的特徴を考慮して補正させておくことができる。

指標取得部４０は、例えば、コンピュータであって、本体４２と、モニタ４４と、キーボード４６と、マウス４８とを有して構成されている。本体４２は、制御部５０と、記憶部５２と、内部バス５４と、受信部５６とを有している。そして、制御部５０は、内部バス５４を介して、モニタ４４、キーボード４６、マウス４８および記憶部５２（例えば、ハードディスクドライブなど）と接続されている。制御部５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを有し、制御プログラムに基づいて種々の手段（工程）が実行されるよう構成されている。すなわち、この制御プログラムは、制御部５０に予め記憶されており、制御部５０に種々の手段を実行させる。なお、制御部５０は、器具２０の計測値や、体幹軌跡８０などを記憶部５２に記憶させておくことができる。

また、制御部５０は、器具２０からの計測値を受信可能な受信部５６と接続されている。すなわち、制御部５０は、器具２０からの計測値を、受信部５６を介して取得する。器具２０を装着した被検者１０が歩行することで、歩行中における被検者１０の体幹の動揺を器具２０で計測して、指標取得部４０の制御部５０では、計測値を収集することができる。具体的には、６軸モーションセンサ（器具２０）から所定間隔で、Ｘ軸方向の加速度の計測値、Ｙ軸方向の加速度の計測値、Ｚ軸方向の加速度の計測値、Ｘ軸方向の角速度の計測値、Ｙ軸方向の角速度の計測値、Ｚ軸方向の角速度の計測値が出力され、制御部５０に入力される。なお、制御部５０は、入力された各計測値を記憶部５２に記憶させておくことができる。

このような、制御部５０は、算出機能部５８と、画面作成機能部６４と、を有している。算出機能部５８は、例えば、器具２０からの計測値に基づいて指標を算出する手段である。画面作成機能部６４は、例えば、算出機能部５８で算出された体幹軌跡８０、指標などをモニタ４４に表示させる手段である。

算出機能部５８は、フィルタ部６０を有している。フィルタ部６０は、例えば、ハイパスフィルタであって、計測値のうちの低周波成分を除去し、高周波成分のみを残すフィルタリング処理する手段である。特に、計測値が加速度の場合、歩行中の移動変位が含まれているので、歩行中の移動変位を除いて処理することが有用である。

また、算出機能部５８は、積分処理部６２を有している。積分処理部６２は、例えば、フィルタリング処理によって抽出された振動成分を積分処理する手段である。算出機能部５８は、加速度の計測値の振動成分（積分処理しないもの）を動揺加速度、加速度の計測値の振動成分を１回積分処理したものを動揺速度、加速度の計測値の振動成分を２回積分処理したものを動揺量（変位）として算出する。また、算出機能部５８は、角速度の計測値の振動成分（積分処理しないもの）を動揺角速度、角速度の計測値の振動成分を１回積分処理したものを動揺角度として算出する。

次いで、算出機能部５８は、図３〜図５に示したような体幹軌跡８０を取得するために、歩行の回転運動（腰の捻れなど）を考慮し、角速度の計測値によって姿勢演算して動揺量を算出する。すなわち、算出機能部５８は、器具２０の計測値から被検者１０の体幹軌跡８０として体幹左側のループ軌跡８０Ｌおよび体幹右側のループ軌跡８０Ｒを算出（取得）する。

そして、算出機能部５８は、体幹左側のループ軌跡８０Ｌおよび体幹右側のループ軌跡Ｒのそれぞれから歩行状態を評価する指標（定量的な数値）となる左側指標および右側指標を算出（取得）し、その左側指標および右側指標を比較する。比較にあたっては、例えば、数値範囲を設定し、どの範囲に指標が該当するか判別し、図３に示したようなバランスが良くなめらかな歩行であるとの評価、図４に示したような腰部への負担が大きい歩行であるとの評価、図５に示したような左右バランスが悪い歩行であるとの評価とすることができる。もちろん、左側指標および右側指標をモニタ４４に表示させて専門家などの使用者に比較を行わせることもできる。以下では、算出機能部５８によって算出される指標に含まれる種々の指数について具体的に説明する。

（動揺なめらか指数）
被検者１０が歩行時に体幹１２を滑らかに動かせているかを評価する指標を、なめらか指数と呼んで説明する。指標取得部４０によるなめらか指数の算出方法について図面を参照して説明する。図７は体幹軌跡８０から取得するなめらか指数の取得方法の概略流れ図である。図８は図７に対応するなめらか指数の説明図であり、前額面（Ｘ−Ｙ平面）に投影された平均周期の体幹軌跡８０を示している。

指標取得部４０は、器具２０から随時送信されてくる計測値を基に１周期ごとの体幹軌跡８０を算出機能部５８で算出していき、例えば、１周期目から３周期目までの体幹軌跡８０を平均化した平均軌跡を算出する（工程Ｓ１１０）。これにより、図８に示すような前額面に投影した体幹軌跡８０を取得することができる。次いで、指標取得部４０は、ＸＹＺ座標軸の再設定を行う（工程Ｓ１２０）。例えば、体幹下部１２Ｂにおいて立体的に描かれる体幹軌跡８０の体幹左側のループ軌跡８０Ｌと体幹右側のループ軌跡８０Ｒとの交点ＩがＸＹＺ座標の原点となるよう再設定を行う。

次いで、指標取得部４０は、被検者１０の前額面に投影された体幹下部１２Ｂの体幹軌跡８０Ｂ（図８）から、体幹左側のループ軌跡８０Ｌが囲む領域の左側面積ＳＬを算出する（工程Ｓ１３０）。また、指標取得部４０は、体幹左側のループ軌跡８０Ｌの被検者１０の上下方向における最上点Ｐ１と最下点Ｐ２との間の左側縦幅ＨＬを算出する（工程Ｓ１４０）。そして、指標取得部４０は、左側面積ＳＬを左側縦幅ＨＬで除算した左側除算値を算出することで、左側なめらか指数を取得することができる。また、指標取得部４０は、この左側なめらか指数を、モニタ４４に表示させたり、記憶部５２に記憶させたりすることができる。

右側なめらか指数も同様に、指標取得部４０は、体幹右側のループ軌跡８０Ｒが囲む領域の右側面積ＳＲを算出する（工程Ｓ１３０）。また、指標取得部４０は、体幹右側のループ軌跡８０Ｒの被検者１０の上下方向における最上点と最下点との間の右側縦幅ＨＲを算出する（工程Ｓ１４０）。そして、指標取得部４０は、右側面積ＳＲを右側縦幅ＨＲで除算した右側除算値を算出することで、右側なめらか指数を取得することができる。また、指標取得部４０は、この右側なめらか指数を、モニタ４４に表示させたり、記憶部５２に記憶させたりすることができる。

指標取得部４０によって取得された左側なめらか指数および右側なめらか指数を比較して被検者１０の歩行状態を評価するにあたり、なめらか指数の特徴が考慮される。すなわち、全体として曲率変化が少なく体幹軌跡８０が丸みを帯びている方が軌跡に囲まれる領域の面積が大きくなる傾向がある。また、面積（左側面積ＳＬや右側面積ＳＲで示されるもの）の大きさが同じであれば、上下方向の縦幅（左側縦幅ＨＬや右側縦幅ＨＲで示されるもの）と比較し、左右方向の横幅が大きい方が評価は高くなる。また、同様にして、体幹上部１２Ｕの体幹軌跡８０から被検者１０の前額面に投影された体幹軌跡８０Ｕ（図８）に対応するなめらか指数を取得することもできる。そして、体幹下部１２Ｂと体幹上部１２Ｕのなめらか指数を比較することもできる。

なお、平均化された体幹軌跡８０からなめらか指数を算出した場合について説明したが、各周期の体幹軌跡８０からなめらか指数を算出してから平均化されたなめらか指数を算出してもよい。このように１周期毎になめらか指数を算出することは、その分散や標準偏差を算出することにより歩行の安定性を評価する上で効果的である。例えば、各周期のなめらか指数が同じであれば、体幹動揺が安定している（再現性が高い）と判定することができる。

（動揺左右差指数）
被検者１０の歩行中における動揺の左右差を評価する指標を、左右差指数と呼んで説明する。指標取得部４０による左右差指数の算出方法について図面を参照して説明する。図９は体幹軌跡８０から取得する左右差指数の取得方法の概略流れ図である。

指標取得部４０は、例えば、記憶部５２に記憶されている、前述した左側なめらか指数および右側なめらか指数を呼び出す（工程Ｓ２１０、Ｓ２２０）。そして、指標取得部４０は、左側なめらか指数（図８に示す左側面積ＳＬを左側縦幅ＨＬで除算した左側除算値）と右側なめらか指数（図８に示す右側面積ＳＲを右側縦幅ＨＲで除算した右側除算値）の差分をとることで、左右差指数を取得することができる。例えば、左側なめらか指数から右側なめらか指数を減算したり、その絶対値をとったりして、左右差指数を取得することができる。

指標取得部４０によって取得された左側なめらか指数および右側なめらか指数を比較して被検者１０の歩行状態を評価するにあたり、左右差指数の特徴が考慮される。すなわち、左右バランスがよい（体幹軌跡８０が左右対称である）ほど、左右差指数の値は小さくなる。

（歩幅左右差指数）
被検者１０の歩行中における歩幅（動揺）の左右差を評価する指標を、歩幅の左右差指数と呼んで説明する。指標取得部４０による歩幅の左右差指数の算出方法について図面を参照して説明する。図１０は体幹軌跡８０から取得する歩幅の左右差指数の取得方法の概略流れ図である。図１１は図１０に対応する歩幅の左右差指数の説明図であり、前額面（Ｘ−Ｙ平面）に投影された平均周期の体幹軌跡８０を示している。

指標取得部４０は、図７を参照して説明した工程と同様に、例えば、１周期目から３周期目までの体幹軌跡８０を平均化した平均軌跡を算出して（工程Ｓ１１０）、図１１に示すような前額面に投影した体幹軌跡８０を取得することができる。次いで、指標取得部４０は、例えば、体幹下部１２Ｂにおいて立体的に描かれる体幹軌跡８０の体幹左側のループ軌跡８０Ｌと体幹右側のループ軌跡８０Ｒとの交点ＩがＸＹＺ座標の原点となるよう再設定を行う（工程Ｓ１２０）。

次いで、指標取得部４０は、被検者１０の前額面に投影された体幹下部１２Ｂの体幹軌跡８０Ｂ（図１１）から、体幹左側のループ軌跡８０Ｌの被検者１０の上下方向における最下点の左側高さＰＬＢを算出する（工程Ｓ３１０）。また、指標取得部４０は、体幹右側のループ軌跡８０Ｒの被検者１０の上下方向における最下点の右側高さＰＲＢを算出する（工程Ｓ３２０）。そして、指標取得部４０は、左側高さＰＬＢから右側高さＰＲＢを減算することで、歩幅の左右差指数を取得することができる。また、指標取得部４０は、この歩幅の左右差指数を、モニタ４４に表示させたり、記憶部５２に記憶させたりすることができる。

被検者１０の歩行状態を評価するにあたり、歩幅の左右差指数の特徴が考慮される。すなわち、歩幅を大きくすると被検者１０の身体の上下動が大きくなり、着地時の体幹下部１２Ｂ（仙骨付近）の高さは低くなる傾向があるため、体幹下部１２Ｂの最下点の高さ（左側高さＰＬＢおよび右側高さＰＲＢ）に左右差がある場合、左右の歩幅に差があることが考えられる。また、同様にして、体幹上部１２Ｕの体幹軌跡８０から被検者１０の前額面に投影された体幹軌跡８０Ｕ（図１１）に対応する歩幅の左右差指数を取得することもできる。そして、体幹下部１２Ｂと体幹上部１２Ｕの歩幅の左右差指数を比較することもできる。

（モンロー指数）
被検者１０の下肢および体幹１２の筋力と柔軟性を評価する指標を、モンロー指数と呼んで説明する。指標取得部４０によるモンロー指数の算出方法について図面を参照して説明する。図１２は体幹軌跡８０から取得する左側モンロー指数の取得方法の概略流れ図である。図１３は図１２に対応する左側モンロー指数の説明図であり、前額面（Ｘ−Ｙ平面）に投影された平均周期の体幹軌跡８０を示している。図１４は体幹軌跡８０から取得する右側モンロー指数の取得方法の概略流れ図である。図１５は図１４に対応する右側モンロー指数の説明図であり、前額面（Ｘ−Ｙ平面）に投影された平均周期の体幹軌跡８０を示している。

指標取得部４０は、図７を参照して説明した工程と同様に、例えば、１周期目から３周期目までの体幹軌跡８０を平均化した平均軌跡を算出して（工程Ｓ１１０）、図１３および図１５に示すような前額面に投影した体幹軌跡８０を取得することができる。次いで、指標取得部４０は、例えば、体幹下部１２Ｂにおいて立体的に描かれる体幹軌跡８０の体幹左側のループ軌跡８０Ｌと体幹右側のループ軌跡８０Ｒとの交点ＩがＸＹＺ座標の原点となるよう再設定を行う（工程Ｓ１２０）。

次いで、指標取得部４０は、被検者１０の前額面に投影された体幹下部１２Ｂの体幹軌跡８０Ｂから、下部左側のループ軌跡８０Ｌの被検者１０の上下方向の最下点ＰＬＢおよびこのときの左側時刻ｔＬを算出する（工程Ｓ４１０）。次いで、指標取得部４０は、体幹上部１２Ｕの体幹軌跡８０Ｕの左側時刻ｔＬの点ＰＬＵ（位置）を算出する（工程Ｓ４２０）。そして、指標取得部４０は、体幹上部１２Ｕの体幹軌跡８０Ｕの左側時刻ｔＬの点ＰＬＵと体幹下部１２Ｂの体幹軌跡８０Ｂの左側時刻ｔＬの点ＰＬＢとの間の被検者左右方向における左側横幅（ＰＬＵ−ＰＬＢ）を算出して、左側モンロー指数を取得することができる。具体的には、指標取得部４０は、体幹上部１２Ｕの体幹軌跡８０Ｕの左側時刻ｔＬの点ＰＬＵ（位置）から、体幹下部１２Ｂの体幹軌跡８０Ｂのループ軌跡８０Ｌの左側時刻ｔＬの点ＰＬＢ（位置）を減算することで、左側モンロー指数を取得することができる。また、指標取得部４０は、この左側モンロー指数を、モニタ４４に表示させたり、記憶部５２に記憶させたりすることができる。

また、指標取得部４０は、被検者１０の前額面に投影された体幹下部１２Ｂの体幹軌跡８０Ｂから、下部右側のループ軌跡８０Ｒの被検者１０の上下方向の最下点ＰＲＢおよびこのときの右側時刻ｔＲを算出する（工程Ｓ４３０）。次いで、指標取得部４０は、体幹上部１２Ｕの体幹軌跡８０Ｕの右側時刻ｔＲの点ＰＲＵ（位置）を算出する（工程Ｓ４４０）。そして、指標取得部４０は、体幹下部１２Ｂの体幹軌跡８０Ｂの右側時刻ｔＲの点ＰＲＢと体幹上部１２Ｕの体幹軌跡８０Ｕの右側時刻ｔＲの点ＰＲＵとの間の被検者左右方向における右側横幅（ＰＲＢ−ＰＲＵ）を算出して、右側モンロー指数を取得することができる。具体的には、指標取得部４０は、体幹下部１２Ｂの体幹軌跡８０Ｂの右側時刻ｔＲの点ＰＲＢ（位置）から、体幹上部１２Ｕの体幹軌跡８０Ｕの右側時刻ｔＲの点ＰＲＵ（位置）を減算することで、右側モンロー指数を取得することができる。また、指標取得部４０は、この右側モンロー指数を、モニタ４４に表示させたり、記憶部５２に記憶させたりすることができる。

指標取得部４０によって取得された左側横幅（ＰＬＵ−ＰＬＢ）および右側横幅（ＰＲＢ−ＰＲＵ）を比較して被検者１０の歩行状態を評価するにあたり、モンロー指数の特徴が考慮される。すなわち、下肢および体幹１２の筋力と柔軟性に富む場合、体幹下部１２Ｂが主導で体重を左右の足に移し替えることができるので、モンロー指数は正の数になる。他方、下肢や体幹１２の筋力が弱い場合、代償運動として体幹上部１２Ｕを大きく左右に振ることで体重を左右の足に移し替えるので、モンロー指数は負の数になる。

（接地躍度）
被検者１０の接地時の動きのなめらかさを評価する指標を、接地躍度と呼んで説明する。指標取得部４０による接地躍度の算出方法について図面を参照して説明する。図１６は体幹軌跡８０から取得する接地躍度の取得方法の概略流れ図である。図１７および図１８はそれぞれ異なる被検者１０の図１６に対応する接地躍度の説明図であり、前額面（Ｘ−Ｙ平面）に投影された単一周期の体幹軌跡８０を示している。

指標取得部４０は、加速度の計測値の振動成分を微分処理したものを躍度として算出する。躍度は、前述したなめらか指数などの指標のように、前額面（Ｘ−Ｙ平面）に投影された平均周期の体幹軌跡８０から取得されるものではなく、器具２０の計測値から算出された３次元のベクトルとして取得されるものである。このため、躍度Ｊ（Ｊｘ，Ｊｙ、Ｊｚ）の大きさは、｜Ｊ｜＝ｓｑｒｔ（Ｊｘ＾２＋Ｊｙ＾２＋Ｊｚ＾２）として表される。また、接地躍度は、接地前後の数点について躍度の大きさ｜Ｊ｜から算出された、二乗平均平方根（ＲＭＳ）値である。

指標取得部４０は、器具２０から随時送信されてくる計測値を基に躍度を算出する（工程Ｓ５１０）。また、指標取得部４０は、器具２０から随時送信されてくる計測値を基に１周期の体幹軌跡８０を算出機能部５８で算出する（工程Ｓ５２０）。これにより、図１７および図１８に示すような前額面に投影した体幹下部１２Ｂの体幹軌跡８０を取得することができる。

次いで、指標取得部４０は、接地フェーズを同定する（工程Ｓ５３０）。例えば、被検者１０の体幹下部１２Ｂの体幹軌跡８０Ｂ（図１７、図１８）の左側最下点ＰＬＢおよび右側最下点ＰＲＢをそれぞれ左側接地点および右側接地点と同定する。ここで、加速度の計測値を考慮して、接地が更に確からしいタイミングになるよう微調整して接地フェーズを同定することもできる。図１７および図１８には、体幹軌跡８０の躍度として軌跡の各点（位置）におけるひげ状のものを示しており、体幹左側の接地付近のものを接地躍度ＪＬ、体幹右側の接地付近のものを接地躍度ＪＲとして示している。なお、図１７および図１８に示す前額面（Ｘ−Ｙ平面）の各軸の単位は体幹軌跡８０の［ｍｍ］の他に、躍度の［ｍ／ｓｅｃ＾３］である。

次いで、指標取得部４０は、左側接地点（左側最下点ＰＬＢ）およびその前後の躍度から算出した接地フェーズの躍度の左側ＲＭＳ値（左側接地躍度）を算出する（工程５４０）。また、指標取得部４０は、右側接地点（右側最下点ＰＲＢ）およびその前後の躍度から算出した接地フェーズの躍度の右側ＲＭＳ値（右側接地躍度）を算出する（工程５４０）。指標取得部４０は、この左側接地躍度および右側接地躍度を、モニタ４４に表示させたり、記憶部５２に記憶させたりすることができる。なお、指標取得部４０は、体幹軌跡８０のすべての躍度を算出せずに、接地フェーズを同定してから、その接地前後の躍度を算出してＲＭＳ値を算出することもできる。

指標取得部４０によって取得された左側接地躍度および右側接地躍度を比較して被検者１０の歩行状態を評価するにあたり、接地躍度の特徴が考慮される。すなわち、接地時に加わる力の向きが急激に変化する場合（接地時のねじれがある）などに値が大きくなる（図１７参照）。また、値が小さい方が動きはなめらかで（接地時のねじれがない）、体への負担が小さい（図１８参照）。

なお、前述したなめらか指数などの指標のように、前額面（Ｘ−Ｙ平面）に投影された平均周期の体幹軌跡８０から躍度を算出すると、歩行時の体幹動揺の特徴が失われてしまうことが高い。そこで、平均接地躍度を算出する際には、１周期ごとの接地躍度を算出して、それを平均化することが好ましい。

（実施形態２）
前記実施形態１では、器具２０にモーションセンサを用いて計測値を取得した場合について説明した。本実施形態では、器具２０にマーカを用いて高速度カメラで撮影された画像から計測値を取得する場合について図面を参照して説明する。図１９は本実施形態に係る歩行評価システム３０の概略構成図である。

本実施形態に係る歩行評価システム３０について概略して説明する。図１９に示すように、歩行評価システム３０は、被検者１０の体幹１２に装着される器具２０と、歩行中における被検者１０の体幹の動揺（器具２０の運動）を計測した計測値から被検者１０の歩行状態を評価する指標を取得する指標取得部４０とを備えている。本実施形態では、器具２０がマーカを有している。そして、被検者１０の体幹上部１２Ｕ（例えば、胸背部）および体幹下部１２Ｂ（例えば、腰部）のそれぞれに器具２０、２０を装着している。また、本実施形態では、指標取得部４０が高速度カメラ９０を有している。高速度カメラ９０は、例えば、一秒間に数十フレームを連続撮影できるカメラであり、公知のものを採用することができる。高速度カメラ９０は、複数台設けられる。これにより、器具２０のマーカを異なる位置で撮影することが可能となり、測定の精度を上げることができる。

撮影された画像データは器具２０の計測値として、指標取得部４０に入力される。すなわち、歩行中における被検者１０の体幹１２の動揺を計測して計測値を取得することができる。これから、指標取得部４０は、前記実施形態１と同様にして、計測値から被検者１０の体幹軌跡８０を取得し、これから各指標を算出して被検者の歩行状態を評価することができる。また、指標取得部４０では、制御部５０が実現する画面作成機能部６４が入力された画像データにおける器具２０Ｕ、２０Ｂの各マーカの動作状況をモニタ４４に表示させる。このとき、複数の高速度カメラ９０によって、異なる位置からの画像データが指標取得部４０に入力されるが、各マーカの位置が３次元的に動作する状況、すなわち各マーカの移動軌跡を表示させるとよい（図示せず）。

以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、次のとおり、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施形態１で説明した６軸モーションセンサと、前記実施形態２で説明したマーカとを含む器具を用いた歩行評価システムとすることもできる。これによれば、それぞれから算出される指標を相互補完的に用いることができ、歩行状態をより正確に評価することができる。

１０ 被検者； １２ 体幹； ２０ 器具；
３０ 歩行評価システム； ４０ 指標取得部； ４２ 本体；
４４ モニタ； ４６ キーボード； ４８ マウス；
５０ 制御部； ５２ 記憶部； ５４ 内部バス；
５６ 受信部； ５８ 算出機能部； ６０ フィルタ部；
６２ 積分処理部； ６４ 画面作成機能部； ８０ 体幹軌跡；
９０ 高速度カメラ。

Claims (3)

1. 歩行中における被検者の体幹の動揺を計測した計測値から被検者の歩行状態を評価する指標を取得する指標取得部を備え、
   前記指標取得部が、
   前記計測値から被検者の体幹軌跡として体幹左側のループ軌跡および体幹右側のループ軌跡を取得する第１手段と、
   前記体幹左側のループ軌跡および前記体幹右側のループ軌跡のそれぞれから左側指標および右側指標を取得する第２手段と、を有し、
   前記第２手段は、被検者前額面に投影された前記体幹軌跡から、前記体幹左側のループ軌跡が囲む左側面積および該体幹左側のループ軌跡の被検者上下方向における最上点と最下点との間の左側縦幅を算出し、前記左側面積を前記左側縦幅で除算した左側除算値を含む前記左側指標と、前記体幹右側のループ軌跡が囲む右側面積および該体幹右側のループ軌跡の被検者上下方向における最上点と最下点との間の右側縦幅を算出し、前記右側面積を前記右側縦幅で除算した右側除算値を含む前記右側指標と、を取得することを特徴とする歩行評価システム。
2. 請求項１に記載の歩行評価システムにおいて、
   前記第１手段は、被検者の体幹上部の動揺を計測した上部計測値から算出された体幹上部の前記体幹軌跡と、被検者の体幹下部の動揺を計測した下部計測値から算出された体幹下部の前記体幹軌跡と、を取得し、
   前記第２手段は、被検者前額面に投影された前記体幹下部の体幹軌跡から前記体幹左側のループ軌跡の被検者上下方向の最下点になる左側時刻および前記体幹右側のループ軌跡の被検者上下方向の最下点になる右側時刻を算出し、前記体幹上部の体幹軌跡の前記左側時刻の点と前記体幹下部の体幹軌跡の前記左側時刻の点との間の被検者左右方向における左側横幅を含む前記左側指標と、前記体幹下部の体幹軌跡の前記右側時刻の点と前記体幹上部の体幹軌跡の前記右側時刻の点との間の被検者左右方向における右側横幅を含む前記右側指標と、を取得することを特徴とする歩行評価システム。
3. 請求項１〜２のいずれか一項に記載の歩行評価システムにおいて、
   前記第２手段は、前記体幹左側のループ軌跡の被検者上下方向における最下点およびその前後の躍度から算出した左側ＲＭＳ値を含む前記左側指標と、前記体幹右側のループ軌跡の被検者上下方向における最下点およびその前後の躍度から算出した右側ＲＭＳ値を含む前記右側指標と、を取得することを特徴とする歩行評価システム。