JP6853532B2 - 指標値算出装置、指標値算出方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、指標値算出装置、指標値算出方法及びプログラムに関する。

人の転倒リスクに関連して、特許文献１には、ＬＴＣ（Light Touch Contact）を疑似的に実現する姿勢安定補助システムが開示されている。この姿勢安定補助システムは、利用者の指先など利用者の体の一部に装着した筐体の位置を算出し、筐体が備える刺激付与部から筐体の変位に応じた刺激を利用者に与える。

また、特許文献２には、sensory reweighting（状況に応じた平衡感覚の重み付けの調整）の過渡状態を補助する指標値算出システムが開示されている。この指標値算出システムは、例えば疑似的なＬＴＣの実施の有無を切り替えるなど、被検者の平衡感覚に関する刺激を受容する感覚器に与える刺激の発生条件を切り替える。そして、この指標値算出システムは、刺激の発生条件の切り替えの前後での、変動量（被検者の姿勢の変動に関する量）の変化に基づいて、被検者の平衡感覚に関する指標値を算出する。

特開２０１４−１６８５９０号公報 特開２０１６−２１４６７１号公報

被検者が自らの姿勢の安定性を把握する観点から、被検者の姿勢の安定性を示す情報を分かり易く提示できることが好ましい。一方、被検者の姿勢の安定性には複数の要因が影響している。このため、被検者の姿勢の安定性に影響する複数の要因を反映し、かつ、被検者の姿勢の安定性を分かり易く提示する情報を得られることが好ましい。

本発明は、被検者の姿勢の安定性に影響する複数の要因を反映し、かつ、被検者の姿勢の安定性を比較的分かり易く提示する情報を得られる指標値算出装置、指標値算出方法及びプログラムを提供する。

本発明の第１の態様によれば、指標値算出装置は、立位の被検者の体の一部に装着され、装着された部分の物体への接触を模擬する接触模擬部と、前記接触模擬部による前記接触の模擬の有無を切り替える切り替え部と、前記接触模擬部が前記接触の模擬を行っている状態でのセンサ測定値、及び、前記接触模擬部が前記接触の模擬を行っていない状態でのセンサ測定値を用いて算出する変動量を含む、立位の前記被検者の動きを示す２つ以上の変動量を取得する変動量取得部と、前記２つ以上の変動量を予め定められた関数に適用して、前記被検者の立位姿勢の安定性を１つのスカラ量で示す指標値を算出する指標値算出部と、を備える。

前記指標値算出部は、前記２つ以上の変動量の重み付け合計を算出する演算を含む前記予め定められた関数に基づいて前記指標値を算出するようにしてもよい。

前記指標値算出部は、前記被検者について得られた前記２つ以上の変動量を、年齢と２つ以上の変動量との関係を示す統計データに基づいて予め定められた関数に適用して、前記被検者の立位姿勢に関する年齢を示す前記指標値を算出するようにしてもよい。

前記指標値算出部は、前記２つ以上の変動量の重み付け合計を指数関数に適用する演算を含む前記予め定められた関数に基づいて前記指標値を算出するようにしてもよい。

本発明の第２の態様によれば、指標値算出方法は、立位の被検者の体の一部に装着され、装着された部分の物体への接触を模擬する接触模擬部が前記接触の模擬を行っている状態でのセンサ測定値、及び、前記接触模擬部が前記接触の模擬を行っていない状態でのセンサ測定値を用いて算出する変動量を含む、立位の前記被検者の動きを示す２つ以上の変動量を取得し、前記２つ以上の変動量を予め定められた関数に適用して、前記被検者の立位姿勢の安定性を１つのスカラ量で示す指標値を算出することを含む。

本発明の第３の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、立位の被検者の体の一部に装着され、装着された部分の物体への接触を模擬する接触模擬部が前記接触の模擬を行っている状態でのセンサ測定値、及び、前記接触模擬部が前記接触の模擬を行っていない状態でのセンサ測定値を用いて算出する変動量を含む、立位の前記被検者の動きを示す２つ以上の変動量を取得させ、前記２つ以上の変動量を予め定められた関数に適用させて、前記被検者の立位姿勢の安定性を１つのスカラ量で示す指標値を算出させるプログラムである。

本発明によれば、被検者の姿勢の安定性に影響する複数の要因を反映し、かつ、被検者の姿勢の安定性を比較的分かり易く提示する情報を得られる。

一実施形態に係る指標値算出システムの概略図である。 一実施形態に係る振動子の振動強度の算出方法を示す図である。 一実施形態に係るＶＬＴＣ生成システムの計算装置の構成を示す概略ブロック図である。 一実施形態に係る指標値算出装置の構成を示す概略ブロック図である。 一実施形態に係る変動量取得部が取得する変動量の第一例を示す図である。 一実施形態に係る変動量取得部が取得する変動量の第二例を示す図である。 一実施形態に係る変動量と実年齢との関係の例を示す図である。 一実施形態に係る指標値算出装置の動作を示すフローチャートである。 一実施形態に係る指標値の算出処理の動作を示すフローチャートである。 一実施形態に係るＶＬＴＣ生成システムの動作を示すフローチャートである。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。

以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、一実施形態に係る指標値算出システムの概略図である。
本実施形態に係る指標値算出システム１は、被検者の立位姿勢の安定性を示す指標値を算出する。特に、指標値算出システム１は、立位の被検者の動きを示す２つ以上の変動量を取得し、取得した変動量に基づいて、被検者の立位姿勢の安定性を１つのスカラ量で示す指標値を算出する。ここでいう被検者は、立位姿勢の安定性評価の対象者である。ここでいう変動量は、指標値算出システム１が備えるセンサによる測定値そのものであってもよいし、測定値に基づいて計算される計算値であってもよい。
指標値算出システム１が、２つ以上の変動量に基づいて指標値を算出することで、被検者の姿勢の安定性に影響する複数の要因を反映した指標値を算出することができる。また、指標値算出システム１が、被検者の立位姿勢の安定性を１つのスカラ量で示す指標値を算出することで、被検者の姿勢の安定性を比較的分かり易く提示する情報を得られる。

指標値算出システム１は、ＶＬＴＣ（Virtual Light Touch Contact）生成システム１０、フォースプレート２０、指標値算出装置３０を備える。
ＶＬＴＣ生成システム１０は、被検者にＶＬＴＣに係る刺激を与えるシステムである。ここでいうＶＬＴＣは、模擬的なＬＴＣ（Light Touch Contact）である。ここでいうＬＴＣは、体の一部が物に触れた際の触覚フィードバックによって姿勢を安定させる技術である。

以下では、ＶＬＴＣ生成システム１０が、被検者の指先の物体への接触を模擬することでＶＬＴＣを実現させる場合を例に説明する。但し、ＶＬＴＣ生成システム１０が刺激を与える体の部分は指先に限らず、いろいろな部分とすることができる。
また、ＶＬＴＣ又はＬＣＴは、指標値算出システム１が指標値を算出するために必須ではない。一方、指標値算出システム１がＶＬＴＣを用いて得られたデータで指標値を算出することで、良好な結果が得られている。

フォースプレート２０は、床圧力（床にかかる圧力）を検出し、検出した床圧力から被検者のＣＯＰ（center of pressure：足圧中心）を算出する。これにより、フォースプレート２０は、自装置に乗った被検者のＣＯＰを検出するセンサとして機能する。ＣＯＰは、重心位置を示す情報の例に該当する。なお、フォースプレート２０に代えて例えば指標値算出装置３０など他の装置が、床圧力から被検者のＣＯＰを算出するようにしてもよい。
指標値算出装置３０は、フォースプレート２０による重心位置の測定データに基づいて、被検者の立位姿勢の安定性を示す指標値を算出する。特に、指標値算出装置３０は、被検者の立位姿勢の安定性を１つのスカラ量で示す指標値を算出する。

ＶＬＴＣ生成システム１０は、刺激装置１００、モーションキャプチャ装置２００、計算装置３００、増幅器４００を備える。
刺激装置１００は、被検者の指先に装着可能な筐体１１０と、筐体１１０に設けられた振動子１２０とを備える。本実施形態における振動子１２０は、振動することにより被検者の指先に対して刺激を与える。
刺激装置１００は、接触模擬部の例に該当し、計算装置３００の制御に従って指先の物体への接触を模擬する。指標値算出システム１は、この模擬を用いてＶＬＴＣを実現する。

モーションキャプチャ装置２００は、被検者を撮像した画像を解析し、筐体１１０の位置を算出して位置情報を計算装置３００に出力する。当該位置情報は、空間上の所定の位置を原点とした３次元の絶対座標系の値である。なお、モーションキャプチャ装置２００は、筐体１１０に付与されたマーカーを検出することで筐体１１０の位置を算出しても良いし、筐体１１０をマーカーとして認識することで筐体１１０の位置を算出しても良い。あるいは、モーションキャプチャ装置２００が、筐体１１０に設けられた加速度センサ又は位置センサを備えるなど、画像解析以外の方法で筐体１１０の位置を検出するようにしてもよい。あるいは、モーションキャプチャ装置２００が、筐体１１０の位置に加えて、あるいは代えて、被検者の身体位置を検出するようにしてもよい。

また、モーションキャプチャ装置２００は、フォースプレート２０と共に被検者のＣＯＭ（center of mass：身体重心）の検出に用いられる。
例えば、モーションキャプチャ装置２００が、被検者の重心の高さ方向の位置を検出する。一般に、立位姿勢における重心の位置は臍からやや下の位置である。被検者の重心付近と思われる位置にマーカーを付しておき、モーションキャプチャ装置２００がマーカーの画像を検出して重心の高さ方向の位置を算出するようにしてもよい。あるいは、モーションキャプチャ装置２００が被検者の画像に対するパターンマッチングによって、重心の位置として予め定められている位置を検出し、重心の高さ方向の位置を算出するようにしてもよい。
また、フォースプレート２０が検出するＣＯＭを、被検者の重心の水平方向（前後方向及び左右方向）の位置情報として用いることができる。
以下では、左右方向、前後方向、上下方向を、それぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向と表記する。これらＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、例えばフォースプレート２０の向きを基準に定められる。
ＣＯＭは、ＣＯＰと同様、重心位置を示す情報の例に該当する。

計算装置３００は、モーションキャプチャ装置２００から取得する位置情報に基づいて、被検者の体幹から筐体１１０までの距離ならびに筐体１１０の速度および加速度を算出する。計算装置３００は、算出結果に基づいて刺激装置１００の振動子１２０を振動させる信号を生成する。
増幅器４００は、計算装置３００が生成した信号を増幅して振動子１２０に出力する。
振動子１２０は、増幅器４００が出力する信号により振動する。

ここで、振動子１２０の振動強度の算出方法について説明する。
図２は、一実施形態に係る振動子の振動強度の算出方法を示す図である。
本実施形態に係るＶＬＴＣ生成システム１０は、図２（Ａ）に示すように、被検者の体幹を中心にインピーダンス特性を有する中空球状の仮想壁である仮想球が配置されていると仮定して、筐体１１０が当該仮想壁に侵入したときに生じる反力に相当する強度で振動子１２０を振動させる。これにより、ＶＬＴＣ生成システム１０は、仮想的な壁に対するＬＴＣを被検者に提示することができる。

本実施形態では、図２（Ｂ）に示すモデルに基づき、筐体１１０が当該仮想壁に侵入したときに生じる反力Ｆ_ｏ（ｔ）を、式（１）に基づいて計算する。

ここで、ｄＸ_ｏ（ｔ）は、時刻ｔにおける被検者の体幹を中心とした仮想球の内壁から筐体１１０への法線ベクトルを示す。法線ベクトルは、仮想球の内壁と筐体１１０との間の距離と方向を示すものである。つまり、ｄＸ_ｏ（ｔ）の１階微分であるｄＸ_ｏ′（ｔ）は、時刻ｔにおける筐体１１０の速度を示し、ｄＸ_ｏ（ｔ）の２階微分であるｄＸ_ｏ″（ｔ）は、時刻ｔにおける筐体１１０の加速度を示す。なお、Ｍ_ｏは、仮想慣性を示す定数である。また、Ｂ_ｏは、仮想粘性を示す定数である。また、Ｋ_ｏは、仮想剛性を示す定数である。

図３は、一実施形態に係るＶＬＴＣ生成システムの計算装置の構成を示す概略ブロック図である。
計算装置３００は、位置受信部３０１、体幹位置記憶部３０２、ベクトル算出部３０３、ベクトル記憶部３０４、速度算出部３０５、加速度算出部３０６、条件記憶部３０７、タイミング決定部３０８、タイミング通知部３０９、条件変更部３１０、強度算出部３１１、信号出力部３１２を備える。

位置受信部３０１は、モーションキャプチャ装置２００から筐体１１０の位置情報を逐次受信する。
体幹位置記憶部３０２は、被検者の体幹の位置情報を記憶する。例えば、体幹位置記憶部３０２は、被験者の体幹の位置情報として予め定められた定点の位置情報を記憶する。
ベクトル算出部３０３は、体幹位置記憶部３０２が記憶する位置情報が示す位置と位置受信部３０１が受信した最新の位置情報が示す位置とを用いて、式（２）に基づいて被検者の体幹を中心とした仮想球の内壁から筐体１１０への法線ベクトルｄＸ_ｏ（ｔ）を算出し、ベクトル記憶部３０４に記録する。

ここで、Ｘ（ｔ）は、体幹位置記憶部３０２が記憶する位置情報が示す位置から位置受信部３０１が受信した最新の位置情報が示す位置へ向かうベクトルである。また、ｒは仮想球の内壁の半径である。

ベクトル記憶部３０４は、ベクトル算出部３０３が算出した法線ベクトルを時系列に記憶する。
速度算出部３０５は、ベクトル記憶部３０４が記憶する最新の所定数の法線ベクトルを微分することで筐体１１０の速度を算出する。
加速度算出部３０６は、ベクトル記憶部３０４が記憶する最新の所定数の法線ベクトルを２階微分することで、筐体１１０の加速度を算出する。

条件記憶部３０７は、式（１）の各定数を記憶する。
タイミング決定部３０８は、刺激の発生条件の切り替えタイミングを決定する。タイミング決定部３０８が決定する刺激の発生条件の切り替えタイミングを、単に切り替えタイミングとも称する。
具体的には、タイミング決定部３０８は、乱数を用いて、２つの連続する切り替えタイミング間の時間が、指標値算出装置３０による指標値の算出に用いられるサンプリング時間より長くなるように所定数（例えば、３つ）の切り替えタイミングを決定する。

タイミング通知部３０９は、タイミング決定部３０８が決定した切り替えタイミングを指標値算出装置３０に通知する。
条件変更部３１０は、タイミング決定部３０８が決定した切り替えタイミングで、条件記憶部３０７が記憶する各定数を書き換える。具体的には、条件記憶部３０７が記憶する各定数が初期値である場合、条件変更部３１０は、各定数を０に書き換える。他方、条件記憶部３０７が記憶する各定数が０である場合、条件変更部３１０は、各定数を初期値に書き換える。つまり、本実施形態における刺激の発生条件の切り替えは、ＶＬＴＣの提示の有無の切り替えである。このように、条件変更部３１０は切り替え部の例に該当し、刺激装置１００による接触の模擬の有無を切り替える。

強度算出部３１１は、ベクトル算出部３０３、速度算出部３０５および加速度算出部３０６の算出結果、ならびに条件記憶部３０７が記憶する定数を用いて、上述した式（１）に基づいて振動子１２０の振動強度を算出する。
信号出力部３１２は、強度算出部３１１が算出した強度を示す信号を増幅器４００に出力する。

図４は、一実施形態に係る指標値算出装置の構成を示す概略ブロック図である。
指標値算出装置３０は、開始指示部３１、測定データ取得部３２、測定データ記録部３３、測定データ記憶部３４、タイミング取得部３５、変動量取得部３６、指標値算出部３７、提示部３８を備える。
開始指示部３１は、ＶＬＴＣ生成システム１０に刺激の付与の開始を指示する。
測定データ取得部３２は、フォースプレート２０及びモーションキャプチャ装置２００から被検者の重心位置を示すＣＯＰ及びＣＯＭを逐次取得する。
測定データ記録部３３は、測定データ取得部３２が取得したＣＯＰ及びＣＯＭを測定データ記憶部３４に記録する。
測定データ記憶部３４は、被検者のＣＯＰ及びＣＯＭを時系列に記憶する。

タイミング取得部３５は、ＶＬＴＣ生成システム１０が被検者に与える刺激の発生条件の切り替えタイミングの通知をタイミング通知部３０９（図３）から取得する。
変動量取得部３６は、測定データ記憶部３４が記憶するＣＯＰ及びＣＯＭに基づいて２つ以上の変動量を算出する。変動量取得部３６が、指標値算出システム１を用いた１回の測定時間全体のデータに基づいて変動量を算出するようにしてもよいし、１回の測定時間を切り替えタイミングで分割した時間毎に変動量を算出するようにしてもよいし、両方を算出すようにしてもよい。

例えば、１回の測定時間を切り替えタイミングで分割した時間毎に変動量を算出する場合、変動量取得部３６は、タイミング取得部３５が取得した最初の切り替えタイミングの前の所定のサンプリング時間におけるＣＯＰ及びＣＯＭを測定データ記憶部３４から取得する。そして、変動量取得部３６は、取得したＣＯＰ及びＣＯＭに基づいて、最初の切り替えタイミング前の変動量を算出する。
また、変動量取得部３６は、最初の切り替えタイミング後の所定のサンプリング時間におけるＣＯＰ及びＣＯＭを取得し、取得したＣＯＰ及びＣＯＭに基づいて、最初の切り替えタイミング後の変動量を算出する。
さらに、変動量取得部３６は、２回目以降の切り替えタイミングの各々についても、初回の切り替えタイミングの場合と同様に、切り替えタイミング後の所定のサンプル時間におけるＣＯＰ及びＣＯＭを取得する。そして、変動量取得部３６は、取得したＣＯＰ及びＣＯＭに基づいて、各切り替えタイミング後の変動量を算出する。

このように、変動量取得部３６が、測定データ記憶部が記憶しているデータのうち所定のサンプリング時間分のデータを抽出して変動量を算出するようにしてもよい。あるいは、変動量取得部３６が、測定データ記憶部が記憶しているデータのうち定められた時間（指標値算出システム１を用いた１回の測定時間全体、又は、１回の測定時間を切り替えタイミングで分割した各時間）全体分のデータを用いて変動量を算出するようにしてもよい。
あるいは、変動量取得部３６が、切り替えタイミングにおけるセンサ測定値を変動量として取得するなど、センサ測定値そのものを変動量として取得するようにしてもよい。

指標値算出部３７は、変動量取得部３６が取得した変動量に基づいて指標値を算出する。
提示部３８は、被検者に対する指示および指標値算出部３７が算出した指標値を提示する。

ここで、指標値算出部３７が算出する指標値について説明する。
図５は、一実施形態に係る変動量取得部が取得する変動量の第一例を示す図である。図５の例では、変動量取得部３６が１人の被検者について取得する１５個の変動量がレーダーチャートの形式で示されている。レーダーチャートの軸Ｘ１〜Ｘ１５の各々には、以下の変動量が示されている。

Ｘ１：ＣＯＰ総軌跡長（ＸＹ座標平面におけるＣＯＰの軌跡の長さ）
Ｘ２：ＣＯＰ矩形面積（Ｘ座標に平行な辺とＹ座標に平行な辺とで構成され、ＣＯＰの軌跡に外接する矩形の面積（Ｘ座標におけるＣＯＰの最大値と最小値との差と、Ｙ座標におけるＣＯＰの最大値と最小値との差との積））
Ｘ３：ＣＯＰ外周面積（ＸＹ座標平面においてＣＯＰ軌跡によって囲まれる領域の面積）
Ｘ４：ＣＯＰ速度平均（ＸＹ座標平面におけるＣＯＰの移動速度の平均値）
Ｘ５：ＣＯＰ平均動揺ベクトル長（単位時間毎の重心の動揺をベクトル表示した重心動揺ベクトルの長さの平均値）

Ｘ６：ＣＯＭ総軌跡長（ＸＹＺ座標空間におけるＣＯＭの軌跡の長さ）
Ｘ７：ＣＯＭ・Ｘ方向速度平均（Ｘ座標方向におけるＣＯＭの移動速度の平均値）
Ｘ８：ＣＯＭ・Ｙ方向速度平均（Ｙ座標方向におけるＣＯＭの移動速度の平均値）
Ｘ９：ＣＯＭ・Ｚ方向速度平均（Ｚ座標方向におけるＣＯＭの移動速度の平均値）

Ｘ１０、Ｘ１１、Ｘ１２：切り替えタイミング前後３秒間の評価値（変動量取得部３６が、３回の切り替えタイミングの各々について、切り替えタイミング前後３秒間のＣＯＭを測定データ記憶部３４から読み出し、予め定められている評価式に代入して評価値を算出する）
Ｘ１３、Ｘ１４、Ｘ１５：１ヘルツ以上の周波数成分の割合（変動量取得部３６が、予め定められているサンプリング時間毎にＣＯＭを測定データ記憶部３４から読み出し、１ヘルツ以上の周波数成分の割合を算出する）

これらの変動量のいずれも、値が小さいほど立位姿勢が安定していると評価できる。
図５に示すレーダーチャートでは、変動量の各々を規格化した値が示されている。変動量取得部３６は、例えば変動量毎に、被検者の変動量を測定対象者全員の変動量の平均値で除算することで規格化を行う。

図６は、一実施形態に係る変動量取得部が取得する変動量の第二例を示す図である。図６の例では、図５の場合とは異なる１人の被検者について変動量取得部３６が取得する１５個の変動量がレーダーチャートの形式で示されている。レーダーチャートの各軸に示される変動量は、図５の場合と同様である。変動量取得３６が変動量の規格化を行う点も、図５の場合と同様である。

図５の例と図６の例とを比較すると、軸Ｘ１〜Ｘ９、Ｘ１３〜Ｘ１５に示される変動量は、図５の場合よりも図６の場合のほうが大きい。一方、軸Ｘ１０、Ｘ１１に示される変動量は、図５の場合と図６の場合とでほぼ同様となっている。また、軸Ｘ１２に示される変動量は、図５の場合よりも図６の場合のほうが小さい。
このように、同一の被検者であっても変動量によって値（規格化された値）にばらつきがある。従って、評価者が１つの変動量を参照して立位姿勢の安定性を評価する場合、参照する変動量によって評価が異なる。変動量によって値にばらつきが生じる理由の１つとして、立位姿勢の安定性には複数の要因があり、変動量毎に影響を受ける要因又は影響の度合いが異なることが考えられる。

評価者が何れか１つの変動量を選択して立位姿勢の安定性を評価し、転倒防止トレーニングの要否を判定する場合、変動量の選択のために専門的な知識が必要であり、評価を行える者が限定されてしまう。また、評価者の技能によって選択する変動量が異なることが考えられ、評価者によって評価結果に差が生じてしまう可能性がある。
また、転倒リスクへの対応の観点から被検者自らが測定結果を把握することが好ましいが、一般的には被検者は変動量に関する専門的な知識を有しておらず、評価者など専門的な知識を有する者による説明が必要であり、専門的な知識を有する者に負担が生じる。また、専門的な知識を有する者が多忙であり説明の時間をとれない場合など、被験者が説明を受けられない場合、被験者は自らの測定結果を把握できない。

立位姿勢の安定性評価のもう１つの方法として、評価者が図５及び図６のレーダーチャートを参照するなど、２つ以上の変動量に基づいて総合的な評価を行うことが考えられる。この方法でも、２つ以上の変動量に基づいて総合的な評価を行うために専門的な知識が必要であり、評価を行える者が限定されてしまう。また、評価者の技能によって評価結果に差が生じてしまう可能性がある。
被検者自らが測定結果を把握する点に関しても、一般的には被検者単独ではレーダーチャートを読むことができず、評価者など専門的な知識を有する者による説明が必要であり、専門的な知識を有する者に負担が生じる。また、専門的な知識を有する者が多忙であり説明の時間をとれない場合など、被験者が説明を受けられない場合、被験者は自らの測定結果を把握できない。

このように、変動量に関する専門的な知識を有する者の負担の増加を抑制でき、かつ、被検者の姿勢の安定性に影響する複数の要因を総合的に評価して安定的な評価を行えることが求められるという課題が見出された。
そこで、指標値算出部３７は、２つ以上の変動量を予め定められた関数に適用して、被検者の立位姿勢の安定性を１つのスカラ量で示す指標値を算出する。
例えば、指標値算出部３７は、２つ以上の変動量を式（３）に代入して指標値Ｓ（Ｉ）を算出する。

ここで、Ｎ_ｍａｘは、指標値算出部３７が式（３）に代入する変動量の数を示す。ｌ_ｎ（ｎ＝１、２、・・・Ｎ_ｍａｘ）の各々は、変動量を示す。
指標値算出部３７は、規格化された変動量を式（３）に代入する。変動量の規格化は、変動量の重み付けの例に該当する。規格化された変動量を式（３）に代入して指標値を算出する処理は、２つ以上の変動量の重み付け合計を算出する演算を含む予め定められた関数に基づいて指標値を算出する処理の例に該当する。

このように、指標値算出部３７が、２つ以上の変動量に基づいて指標値を算出することで、被検者の姿勢の安定性に影響する複数の要因を反映した指標値を算出できる。
また、指標値算出部３７が、被検者の立位姿勢の安定性を１つのスカラ量で示す指標値を算出することで、指標値を参照する者（例えば、評価者又は被検者）は、指標値の大小によって姿勢の安定性を把握することができる。

指標値算出部３７が、立位姿勢の安定性を年齢で示す指標値を算出するようにしてもよい。以下では、立位姿勢の安定性を年齢で示す指標値を、立位年齢と称する。
図７は、一実施形態に係る変動量と実年齢との関係の例を示す図である。図７に示すグラフの横軸は実年齢を示す。縦軸は式（３）のＳ（Ｉ）を示す。
ここで、２００人以上の測定対象者の各々について、ＶＴＬＣを用いてＣＯＰ及びＣＯＭを測定し、Ｓ（Ｉ）を算出したところ、測定対象者の実年齢と、実年齢毎のＳ（Ｉ）の平均値との間に、図７の例のように指数関数で近似されるという関係が見出された。
なお、測定では、ＶＬＴＣの提示有り、提示無し、提示有り、提示無しの順に切り替えてＣＯＰ及びＣＯＭを測定した。変動量としては、ＣＯＰ総軌跡長、ＣＯＰ矩形面積、ＣＯＰ外周面積、ＣＯＰ速度平均、ＣＯＰ平均動揺ベクトル長、ＣＯＭ総軌跡長、ＣＯＭ・Ｘ方向速度平均、ＣＯＭ・Ｙ方向速度平均、及び、ＣＯＭ・Ｚ方向速度平均の９つの変動量を算出した。

この実年齢とＳ（Ｉ）の平均値との関係から、指標値算出部３７が２つ以上の変動量の重み付け合計を指数関数に適用して被検者の立位年齢を算出することで、高精度な立位年齢を算出できると期待される。
指標値算出部３７は、例えば式（４）に基づいて立位年齢Ｓ_ａｇｅを算出する。

ここで、α、βは、いずれも実数定数の係数である。例えば、上記の実測データで、最小二乗法を用いてα＝２．７８、β＝０．０３５と決定したところ、近似誤差０．８７という結果が得られた。

次に、本実施形態に係る指標値算出システム１による指標値の提示方法を説明する。
図８は、一実施形態に係る指標値算出装置の動作を示すフローチャートである。
指標値算出装置３０が起動すると、提示部３８は、被検者に対し、開眼でフォースプレート２０上に起立する指示を提示する（ステップＳ１）。次に、指標値算出装置３０は、被検者の開眼時における指標値の算出処理を行う（ステップＳ２）。なお指標値の算出処理の詳細は、後述する。指標値算出装置３０が開眼時における指標値を算出すると、提示部３８は、被検者に対し、閉眼でフォースプレート２０上に起立する指示を提示する（ステップＳ３）。次に、指標値算出装置３０は、被検者の閉眼時における指標値の算出処理を行う（ステップＳ４）。指標値算出装置３０が閉眼時における指標値を算出すると、提示部３８は、開眼時および閉眼時の指標値を提示する（ステップＳ５）。
あるいは、指標値算出システム１を用いて開眼時または閉眼時のいずれか一方のみの測定を行うようにしてもよい。

次に、指標値算出装置３０による指標値の算出処理について詳述する。
図９は、一実施形態に係る指標値の算出処理の動作を示すフローチャートである。
指標値算出装置３０がステップＳ２またはステップＳ４にて指標値の算出処理を開始すると、開始指示部３１は、ＶＬＴＣ生成システム１０に刺激の付与の開始を指示する（ステップＳ１０１）。

ＶＬＴＣ生成システム１０が刺激の付与を開始すると、指標値算出装置３０は、所定の計測時間の間、以下に示すステップＳ１０２およびステップＳ１０３の処理を繰り返し実行する。すなわち、計測時間の間、測定データ取得部３２は、フォースプレート２０及びモーションキャプチャ装置２００から被検者のＣＯＰ及びＣＯＭを取得する（ステップＳ１０２）。測定データ記録部３３は、測定データ取得部３２が取得したＣＯＰ及びＣＯＭを測定データ記憶部３４に記録する（ステップＳ１０３）。

計測時間が終了すると、タイミング取得部３５は、ＶＬＴＣ生成システム１０から切り替えタイミングの通知を取得する（ステップＳ１０４）。次に、変動量取得部３６は、計測時間を切り替えタイミングで分割した各時間における所定のサンプリング時間の間の変動量を算出する（ステップＳ１０５）。

次に、指標値算出部３７は、ステップＳ１０６で得られた変動量に基づいて指標値を算出する（ステップＳ１０６）。

次に、指標値算出装置３０から刺激の付与の開始指示を受け付けたときのＶＬＴＣ生成システム１０の動作について説明する。
図１０は、一実施形態に係るＶＬＴＣ生成システムの動作を示すフローチャートである。
まず、計算装置３００が指標値算出装置３０から刺激の付与の開始指示を受け付けると、タイミング決定部３０８は、乱数を用いて、２つの連続する切り替えタイミング間の時間がサンプリング時間より長くなるように所定数の切り替えタイミングを決定する（ステップＳ２０１）。計測時間が６０秒であり、サンプリング時間が５秒であり、切り替えタイミングの数が３つである場合、タイミング決定部３０８は、例えば、１４秒目、２２秒目および３８秒目を切り替えタイミングに決定する。

次に、位置受信部３０１は、モーションキャプチャ装置２００から新たな位置情報を受信する（ステップＳ２０２）。次に、ベクトル算出部３０３は、体幹位置記憶部３０２が記憶する位置情報が示す位置から、位置受信部３０１が受信した位置情報が示す位置へ向かうベクトルを算出する（ステップＳ２０３）。次に、ベクトル算出部３０３は、上記式（２）に基づいて被検者の体幹を中心とした仮想球の内壁から筐体１１０へ向かう法線ベクトルを算出する（ステップＳ２０４）。

次に、ベクトル算出部３０３は、算出した法線ベクトルをベクトル記憶部３０４に記録する（ステップＳ２０５）。次に、速度算出部３０５は、ベクトル記憶部３０４が記憶する最新の所定数の法線ベクトルについて微分フィルタを掛けることにより、筐体１１０の速度を示すベクトルを算出する（ステップＳ２０６）。また、加速度算出部３０６は、ベクトル記憶部３０４が記憶する最新の所定数の法線ベクトルについて微分フィルタを２回掛けることにより、筐体１１０の加速度を示すベクトルを算出する（ステップＳ２０７）。

次に、強度算出部３１１は、ベクトル算出部３０３が算出した法線ベクトルの方向が、被検者の体幹から離間する方向であるか否かを判定する（ステップＳ２０８）。強度算出部３１１は、法線ベクトルの方向が被検者の体幹に対向する方向であると判定した場合（ステップＳ２０８：ＮＯ）、筐体１１０が仮想球の内壁に達していないため、振動子１２０の振動の強度を０とする（ステップＳ２０９）。
他方、強度算出部３１１は、法線ベクトルの方向が被検者の体幹から離間する方向であると判定した場合（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、式（１）に基づいて振動子１２０の振動の強度を算出する（ステップＳ２１０）。

そして、信号出力部３１２は、強度算出部３１１がステップＳ２０９またはステップＳ２１０で算出した強度を示す信号を、増幅器４００を介して刺激装置１００に出力する（ステップＳ２１１）。これにより、刺激装置１００の振動子１２０は、仮想球の内壁に接触したときの反力に応じた振動刺激を被検者に与えることができる。なお、条件記憶部３０７が記憶する各定数がいずれも０である場合、ステップＳ２１０で算出される振動の強度は０となる。つまり、条件記憶部３０７が記憶する各定数がいずれも０である場合、ＶＬＴＣ生成システム１０は被検者にＶＬＴＣを提示しない。

次に、条件変更部３１０は、現在時刻がタイミング決定部３０８が決定した切り替えタイミングに達しているか否かを判定する（ステップＳ２１２）。現在時刻が切り替えタイミングである場合（ステップＳ２１２：ＹＥＳ）、条件変更部３１０は、条件記憶部３０７が記憶する定数が初期値であるか否かを判定する（ステップＳ２１３）。条件記憶部３０７が記憶する定数が初期値である場合（ステップＳ２１３：ＹＥＳ）、条件変更部３１０は、当該定数を０に書き換える（ステップＳ２１４）。他方、条件記憶部３０７が記憶する定数が０である場合（ステップＳ２１３：ＮＯ）、条件変更部３１０は、当該定数を初期値に書き換える（ステップＳ２１５）。

現在時刻が切り替えタイミングでない場合（ステップＳ２１２：ＮＯ）、またはステップＳ２１４もしくはステップＳ２１５で条件変更部３１０が定数を書き換えた場合、計算装置３００は、処理の開始時刻からの経過時間が所定の計測時間に達したか否かを判定する（ステップＳ２１６）。経過時間が計測時間に達していない場合（ステップＳ２１６：ＮＯ）、計算装置３００は、処理をステップＳ２０２に戻り、処理を継続する。他方、経過時間が計測時間に達した場合（ステップＳ２１６：ＹＥＳ）、タイミング通知部３０９は、タイミング決定部３０８が決定した切り替えタイミングを、指標値算出装置３０に通知し（ステップＳ２１７）、処理を終了する。
上述した処理により、ＶＬＴＣ生成システム１０は、切り替えタイミングごとにＶＬＴＣの提示の有無を切り替えることができる。

以上のように、変動量取得部３６は、立位の被検者の動きを示す２つ以上の変動量を取得する。指標値算出部３７は、２つ以上の変動量を予め定められた関数に適用して、被検者の立位姿勢の安定性を１つのスカラ量で示す指標値を算出する。
指標値算出部３７が、２つ以上の変動量に基づいて指標値を算出することで、被検者の姿勢の安定性に影響する複数の要因を反映した指標値を算出できる。また、指標値算出部３７が、被検者の立位姿勢の安定性を１つのスカラ量で示す指標値を算出することで、指標値を参照する者（例えば、評価者又は被検者）は、指標値の大小によって姿勢の安定性を把握することができる。
このように、指標値算出システム１によれば、被検者の姿勢の安定性に影響する複数の要因を反映し、かつ、被検者の姿勢の安定性を比較的分かり易く提示する指標値を得られる。

また、刺激装置１００は、被検者の指先に装着され、装着された部分の物体への接触を模擬する。条件変更部３１０は、刺激装置１００による接触の模擬の有無を切り替える。
変動量取得部３６は、２つ以上の変動量のうち少なくとも１つを、刺激装置１００が接触の模擬を行っている状態でのフォースプレート２０及びモーションキャプチャ装置２００による測定値、及び、刺激装置１００が接触の模擬を行っていない状態でのフォースプレート２０及びモーションキャプチャ装置２００による測定値を用いて算出する。
指標値算出部３７は、この変動量を用いて指標値を算出することで、ＶＬＴＣの提示の有無の切り替わりの際の姿勢の安定性を反映した指標値を算出することができる。
ＶＬＴＣの提示の有無が切り替わる状態は、sensory reweighting（状況に応じた平衡感覚の重み付けの調整）の過渡状態の例に該当する。sensory reweightingの過渡状態における姿勢の安定性は、状況変化への適応能力を示しており、立位姿勢の安定性に大きく影響を及ぼす重要な要因といえる。指標値算出部３７が、sensory reweightingの過渡状態における姿勢の安定性を評価対象に含む指標値を算出する点で、被検者の姿勢の安定性を高精度に評価することができる。
また、ＶＬＴＣの提示の有無が切り替えによって被検者がバランスを崩した状態を疑似的に作り出すことができ、安全に転倒リスクを評価することができる。

また、指標値算出部３７は、２つ以上の変動量の重み付け合計を算出する演算を含む予め定められた関数に基づいて指標値を算出する。
指標値算出部３７が、重み付け平均という比較的簡単な演算を行って指標値を算出できる点で、指標値算出部３７の負荷が比較的小さくて済む。
また、指標値算出部３７は、変動量の重み付けによって変動量を規格化することができる。この規格化により、２つ以上の変動量を同等の重要度で指標値に反映させることができる。この点で、指標値算出部３７が算出する指標値によって、被検者の姿勢の安定性を高精度に評価することができる。

また、指標値算出部３７は、被検者について得られた２つ以上の変動量を、年齢と２つ以上の変動量との関係を示す統計データに基づいて予め定められた関数に適用して、被検者の立位年齢を算出する。
指標値算出部３７が被検者の立位年齢を算出することで、この立位年齢を参照する者は、被検者の実年齢を考慮した上での姿勢の安定性の優劣を容易に判定することができる。例えば評価者が、被検者の立位年齢が実年齢よりも所定年数（例えば１０年）以上高い場合に転倒防止トレーニングが必要と判断するなど、被検者の実年齢を考慮した上での姿勢の安定性を、立位年齢と実年齢の比較により容易に評価することができる。

また、指標値算出部３７は、２つ以上の変動量の重み付け合計を指数関数に適用する演算を含む予め定められた関数に基づいて被検者の立位年齢を算出する。
図７を参照して説明したように、ＣＯＰ及びＣＯＭの実測データにおいて、測定対象者の実年齢と、測定対象者毎に２つ以上の変動量の重み付け合計を算出して実年齢毎に平均した平均値との間に、指数関数で近似されるという関係が見出された。このことから、指標値算出部３７が、２つ以上の変動量の重み付け合計を指数関数に適用して被検者の立位年齢を算出することで、高精度な立位年齢を算出できると期待される。
また、姿勢の安定性評価手法の１つである重心動揺検査では、３０歳〜５０歳代について大きな差を見いだせなかった。これに対し、指標値算出部３７が算出する立位年齢は、実年齢が３０歳〜５０歳代の被検者についても、実年齢の増加に応じて増加傾向を示しており、実年齢の差を立位年齢に反映できていると評価できる。

また、実測データにて、転倒歴のある人は転倒歴のない人よりも立位年齢が高くなる傾向、及び、体力テストの成績が比較的悪い人は、体力テストの成績が比較的良い人よりも立位年齢が高くなる傾向が見受けられた。
これらの傾向から、立位年齢が、姿勢の安定性評価の指標値として適切であることが期待される。

以上、図面を参照して実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、本実施形態に係る指標値算出システム１は、刺激の発生条件の切り替えとして、ＶＬＴＣの提示の有無を切り替えるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る指標値算出システム１は、式（１）の定数を他の値に変更すること、仮想球の半径を変更すること、法線ベクトルの向きを逆転させることなどによって、発生条件を切り替えても良い。

また、本実施形態に係るＶＬＴＣ生成システム１０は、モーションキャプチャ装置２００が検出した刺激装置１００の位置情報に基づいて刺激装置１００と体幹との距離を検出するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係るＶＬＴＣ生成システム１０は、被検者の体幹と刺激装置１００とにそれぞれ通信機を設け、当該通信機の送受信電力比に基づいて刺激装置１００と体幹との距離を検出しても良い。

また、本実施形態に係る指標値算出システム１は、被検者にＶＬＴＣに係る刺激を与えるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る指標値算出システム１は、被検者に物理的なＬＴＣに係る刺激を与えても良い。
なお、ＬＴＣに係る刺激を与える場合、例えば評価者が、切り替えタイミングにおいて、被検者が触れる対象物を触れることのできない位置に移動させる。

また、他の実施形態に係る指標値算出システム１は、ＶＬＴＣおよびＬＴＣ以外の方法で他の受容器への刺激の発生条件を切り替えても良い。例えば、他の実施形態に係る指標値算出システム１は、ＶＬＴＣ生成システム１０に代えて、被検者の両側乳様突起や隆椎への電気刺激を与える装置を用いても良い。また、他の実施形態に係る指標値算出システム１は、ＶＬＴＣ生成システム１０に代えて、被検者のアキレス腱への振動刺激を与える装置を用いても良い。

また、他の実施形態に係る指標値算出システム１は、体性感覚以外の平衡感覚への刺激の発生条件を切り替えるものであっても良い。例えば、他の実施形態に係る指標値算出システム１は、被検者の視界の遮断の有無を切り替えることで、視覚への刺激の発生条件を切り替えても良い。また例えば、他の実施形態に係る指標値算出システム１は、被検者の三半規管への電気刺激の有無を切り替えることで、前庭感覚への刺激の発生条件を切り替えても良い。つまり、被検者の目は、視覚に関する刺激を受容する感覚器である。また、被検者の三半規管は、前庭感覚に関する刺激を受容する感覚器である。

また、本実施形態に係る指標値算出システム１においては、ＶＬＴＣ生成システム１０が決定した切り替えタイミングを指標値算出装置３０に通知することで、タイミング取得部３５が切り替えタイミングを取得するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係るＶＬＴＣ生成システム１０が刺激の発生条件を切り替える度に発する切り替えの通知の受信時刻に基づいて、タイミング取得部３５が切り替えタイミングを特定しても良い。
また他の実施形態では、タイミング取得部３５が切り替えタイミングを決定し、当該切り替えタイミングをＶＬＴＣ生成システム１０に通知しても良い。

また、本実施形態では、計算装置３００と指標値算出装置３０とを別の装置として設けるが、これに限られない。例えば他の実施形態に係る指標値算出システム１は、計算装置３００および指標値算出装置３０に代えて、計算装置３００の機能と指標値算出装置３０の機能とを両方備える１つの装置を備えても良い。

図１１は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ９０は、ＣＰＵ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、インタフェース９４を備える。
上述の指標値算出装置３０および計算装置３００は、それぞれコンピュータ９０に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置９３に記憶されている。ＣＰＵ９１は、プログラムを補助記憶装置９３から読み出して主記憶装置９２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ９１は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域を主記憶装置９２に確保する。

なお、少なくとも１つの実施形態において、補助記憶装置９３は、一時的でない有形の媒体の一例である。一時的でない有形の媒体の他の例としては、インタフェース９４を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等が挙げられる。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９０に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９０が当該プログラムを主記憶装置９２に展開し、上記処理を実行しても良い。

また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。
さらに、当該プログラムは、前述した機能を補助記憶装置９３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１ 指標値算出システム
１０ ＶＬＴＣ生成システム
２０ フォースプレート
３０ 指標値算出装置
３６ 変動量取得部
３７ 指標値算出部

Claims (6)

1. 立位の被検者の体の一部に装着され、装着された部分の物体への接触を模擬する接触模擬部と、
   前記接触模擬部による前記接触の模擬の有無を切り替える切り替え部と、
   前記接触模擬部が前記接触の模擬を行っている状態でのセンサ測定値、及び、前記接触模擬部が前記接触の模擬を行っていない状態でのセンサ測定値を用いて算出する変動量を含む、立位の前記被検者の動きを示す２つ以上の変動量を取得する変動量取得部と、
   前記２つ以上の変動量を予め定められた関数に適用して、前記被検者の立位姿勢の安定性を１つのスカラ量で示す指標値を算出する指標値算出部と、
   を備える指標値算出装置。
2. 前記指標値算出部は、前記２つ以上の変動量の重み付け合計を算出する演算を含む前記予め定められた関数に基づいて前記指標値を算出する、
   請求項１に記載の指標値算出装置。
3. 前記指標値算出部は、前記被検者について得られた前記２つ以上の変動量を、年齢と２つ以上の変動量との関係を示す統計データに基づいて予め定められた関数に適用して、前記被検者の立位姿勢に関する年齢を示す前記指標値を算出する、
   請求項１に記載の指標値算出装置。
4. 前記指標値算出部は、前記２つ以上の変動量の重み付け合計を指数関数に適用する演算を含む前記予め定められた関数に基づいて前記指標値を算出する、
   請求項３に記載の指標値算出装置。
5. 立位の被検者の体の一部に装着され、装着された部分の物体への接触を模擬する接触模擬部が前記接触の模擬を行っている状態でのセンサ測定値、及び、前記接触模擬部が前記接触の模擬を行っていない状態でのセンサ測定値を用いて算出する変動量を含む、立位の前記被検者の動きを示す２つ以上の変動量を取得し、
   前記２つ以上の変動量を予め定められた関数に適用して、前記被検者の立位姿勢の安定性を１つのスカラ量で示す指標値を算出する
   ことを含む指標値算出方法。
6. コンピュータに、
   立位の被検者の体の一部に装着され、装着された部分の物体への接触を模擬する接触模擬部が前記接触の模擬を行っている状態でのセンサ測定値、及び、前記接触模擬部が前記接触の模擬を行っていない状態でのセンサ測定値を用いて算出する変動量を含む、立位の前記被検者の動きを示す２つ以上の変動量を取得させ、
   前記２つ以上の変動量を予め定められた関数に適用させて、前記被検者の立位姿勢の安定性を１つのスカラ量で示す指標値を算出させる
   プログラム。

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