JP6960151B2 - 足裏観察装置および足裏観察方法 - Google Patents

Description

本発明は、歩行中の被観察者の足裏を観察する足裏観察装置および足裏観察方法に関する。

高齢者の転倒（つまずきを含む）は、要介護認定の主な原因の一つとされており、高齢者の転倒防止対策が看護や医療の分野において重要な課題となっている。転倒防止対策として、足にかかる荷重分布や重心位置を観測することや足指を観察することで、転倒リスクを測定することが効果的であるとされている。

足にかかる荷重分布や重心位置の観測は、足裏を観測することで行うことができる。足裏の観測には、圧力センサやＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）センサなどが用いられる。しかしながら、これらのセンサから得られる足裏に関する情報は限定されている。例えば、足裏の正確な接地領域や足裏の皮膚の状況等は、これらのセンサから取得することは難しい。

より詳細な足裏の情報を取得するため、カメラにより撮像された画像が用いられている。特許文献１には、ガラス板上の足裏の接地部分の画像から重心位置を解析する重心位置解析方法が記載されている。特許文献１に記載の重心位置解析方法は、ガラスに映し出された足の底圧に相関する輝度に基づいた足裏接地部画像データを簡易に算出でき、被測定者の重心位置を高精度に解析できる。

特許第５４１７６５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の重心位置解析方法は、ガラス板上に直立した被測定者の足裏を観察するものであり、歩行中の被測定者の足裏を観察するものではない。
歩行中の被測定者の足裏を観察することができれば、足指の使い方等の詳細情報を取得することができ、転倒リスクをより高精度に測定することが可能となる。

上記事情を踏まえ、本発明は歩行中の被測定者の足裏を容易に観察することができる足裏観察装置および足裏観察方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の足裏観察装置は、被観察者の足裏を接触させる透明の中底部と、前記中底部を挟んで前記足裏の反対側に配置された反射板と、前記反射板に映る足裏像を撮影する撮像部と、前記足裏と前記中底部とを接触させる足固定部と、前記中底部と、前記反射板と、前記撮像部と、前記足固定部とを支持する靴底部と、を備える。

本発明の足裏観察方法は、上記の足裏観察装置により、前記足裏の画像を取得する足裏画像取得工程と、取得された前記画像から、前記足裏が前記中底部に接触する接触領域を認定する足裏接触領域認定工程と、前記接触領域の時間的変化から、前記接触領域の画素数の上位二つのピークを算出し、前記上位二つのピークの差分を算出するピーク差分算出工程と、を備える。

本発明の足裏観察装置によれば、歩行中の被観察者の足裏を容易に観察することができる。

本発明の第一実施形態に係る足裏観察装置の一部を取り除いた構成の分解図である。 本発明の第一実施形態に係る足裏観察装置の全体構成を示す側面図である。 本発明の第一実施形態に係る足裏観察装置が屈曲状態である場合の全体構成を示す側面図である。 本発明の第一実施形態に係る足裏観察装置の平面図である。 本発明の第一実施形態に係る足裏観察装置の中底部と反射板の断面図である。 本発明の第一実施形態に係る足裏観察装置が屈曲状態である場合の中底部と反射板の断面図である。 本発明の第一実施形態に係る足裏観察装置の靴底部の側面図である。 本発明の第一実施形態に係る足裏観察装置の撮像部と第一靴底部の側面図である。 本発明の第一実施形態に係る足裏観察装置のカメラの撮像視野を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る足裏観察方法の足裏接触領域認定工程における接触領域に含まれる画素数の時間的変化を示すグラフである。 本発明の第二実施形態に係る足裏観察方法の足裏接触領域認定工程における接触領域に含まれる画素数の時間的変化を示すグラフである。 本発明の第二実施形態に係る足裏観察方法のつまずきのリスク予測に用いる正規化されたピーク差分を示すグラフである。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態に係る足裏観察装置１００について、図１から図９を参照して説明する。なお、図面を見やすくするため、各構成要素の厚さや寸法の比率は適宜調整されている。

図１は、足裏観察装置１００の一部を取り除いた構成の分解図である。図２は、足裏観察装置１００の全体構成を示す側面図である。図３は、屈曲している足裏観察装置１００の全体構成を示す側面図である。図４は、足裏観察装置１００の平面図である。
足裏観察装置１００は、図１から図３に示すように、中底部１と、反射板４と、靴底部５と、撮像部６と、足固定部７と、を備える。図２および図３に示すように、足裏観察装置１００は、被観察者が履く（装着する）ことができる靴のように構成されている。

中底部１は、図１に示すように、透明板２と、緩衝部材３と、を有している。図２に示すように、足裏観察装置１００を装着した被観察者の足裏Ｐは、中底部１に接触する。

透明板２は、透明の板状部材である。本実施形態においては、透明板２と被観察者の足裏Ｐの間に、柔軟性を有する透明の緩衝部材３が設けられており、被観察者が歩行した際の接地による衝撃を吸収することができる。緩衝部材３は、例えば、シリコンで薄板状に形成されている。ここで、緩衝部材３は必須ではなく、設けられていなくてもよい。

透明板２は、被観察者の足裏Ｐ全体を、緩衝部材３を介して接触させることができる接触面２ａを有している。接触面２ａは板厚方向に垂直な面に形成されている。本実施形態において、透明板の接触面２ａは平面状であるが、被観察者の歩行のしやすさ等を考慮して、接触面２ａを曲面状に形成してもよい。

透明板２は、接触面２ａの法線方向から見て、略長円形状に形成されている。透明板２は、靴の中敷のように、接触面２ａが被観察者の足裏Ｐを置くことができる面積を有しいれば十分であり、その面積を大幅に上回る面積を有することは、歩行のしやすさの観点から望ましくない。

透明板２は、透明な部材であり、例えば、アクリルで形成されたアクリル板である。図１に示すように、中底部１に接触させた足裏Ｐを、透明板２の接触面２ａの反対側の面である観察面２ｂから、観察することができる。
透明板２は、全体が透明に形成されているため、後述する反射板４が反射する光を十分に靴底部５の内部に取り組むことができる。

透明板２は、図１に示すように、板厚方向の厚さがいずれの場所においても同じになっている。透明板２は、強度等を考慮して、板厚方向の厚さが異なる部分があってもよい。

透明板２は、図３に示すように、歩行中の被観察者の足根中足関節または中足趾節間関節（ＭＰ関節）が屈曲した場合であっても、足裏Ｐ全体と中底部１との接触を維持するために、第一透明板２１と第二透明板２２とに分割されている。透明板２は、図４に示すように、接触面２ａの法線方向から見て、かかとからつま先に向かう方向（以降「歩行方向Ｗ」と称す）に対して垂直な分割線Ｄで分割されている。
第一透明板２１は、中足趾節間関節付近からつま先までの足裏部分を置く板状部材である。
第二透明板２２は、中足趾節間関節付近からかかとまでの足裏部分を置く板状部材である。

緩衝部材３は柔軟性を有する素材で形成されているため、透明板２のように分割されている必要はない。被観察者の足根中足関節または中足趾節間関節（ＭＰ関節）の屈曲に合わせて、緩衝部材３も屈曲する。

反射板４は、図１に示すように、光を反射する反射面４ａを有する板状部材であり、例えば、鏡である。
反射板の反射面４ａは、足裏の像（足裏像）を鮮明に映すために使用するため、反射面４ａの光の反射率は高いことが好ましい。また、反射面４ａは、映された足裏の像が湾曲しないように、平面状に形成されている。反射板４は、反射面４ａの法線方向から見て、略長円形状に形成されている。

図５は、足裏観察装置１００の中底部１と反射板４の断面図である。図６は、屈曲している足裏観察装置１００の中底部１と反射板４の断面図である。
反射板４は、図５に示すように、透明板２の観察面２ｂ側に、反射面４ａが透明板２の観察面２ｂと対向するように配置される。反射板４の反射面４ａは、透明板２を挟んで反対側にある足裏Ｐの像（足裏像）Ｑを映す。

反射板４は、図１に示すように、透明板２同様、第一反射板４１と第二反射板４２とに分割されている。反射板４は、図１に示すように、透明板２の接触面２ａの法線方向から見て、分割線Ｄで分割されている。
図６に示すように、歩行中の被観察者の足が足根中足関節または中足趾節間関節（ＭＰ関節）付近で屈曲した場合も、その屈曲角度に合わせて、第二反射板４２は第一反射板４１に対して相対移動することができる。

第一反射板４１は、図５に示すように、透明板２の接触面２ａの法線方向から見て、第一透明板２１と重なる位置に配置される。
第二反射板４２は、図５に示すように、透明板２の接触面２ａの法線方向から見て、第二透明板２２と重なる位置に配置される。

靴底部５は、透明板２と、反射板４と、後述する撮像部６と、後述する足固定部７と、を支持する支持部材である。靴底部５は、図１に示すように、地面と接地する底部５ａと、底部の周辺に立設する側部５ｂと、を有する。

底部５ａは、図１に示すように、地面と接地する接地面５ｃを有しており、接地面５ｃは平面状に形成されている。底部５ａは、接地面５ｃの法線方向から見て、略長円形状に形成されている。
側部５ｂは、図１に示すように、底部５ａにおける歩行方向Ｗの前方部分を除く周辺から、接地面５ｃの法線方向と反対方向に立設されている。

側部５ｂは、透明板２の周辺を支持する。そのため、靴底部５と、周辺を靴底部５に支持された透明板２とは、被観察者が足裏観察装置１００を履いた際に、被観察者を支えることができる程度の剛性を有する。

側部５ｂは、透明板２と底部５ａとの間に、反射板４を支持する。透明板２と反射板４は、図５に示すように、歩行方向Ｗの後方から、歩行方向Ｗの前方に向かうに従って、両者間の距離が長くなるように支持されている。透明板２と反射板４とのなす角度は、例えば５度程度である。本実施形態においては、透明板２と反射板４とは、歩行方向Ｗの後方端部において接触している。

靴底部５は、図１に示すように、透明板２同様、第一靴底部５１と第二靴底部５２とに分割されている。靴底部５は、図１に示すように、透明板２の接触面２ａの法線方向から見て、分割線Ｄで分割されている。
すなわち、透明板２と反射板４と靴底部５とは、いずれも、透明板２の接触面２ａの法線方向から見て、分割線Ｄで分割されている。

第一靴底部５１は、第一透明板２１および第一反射板４１を支持している。一方、第二靴底部５２は、第二透明板２２および第二反射板４２を支持している。

図７は、靴底部５の側面図である。
第一靴底部５１と第二靴底部５２とは、図７に示すように、第一回転軸５３を中心に回動自在に連結されている。
第二靴底部５２は、図７に示すように、第一透明板２１の接触面２１ａの法線と、第二透明板２２の接触面２２ａの法線とが、略平行となる位置（以降「初期位置Ｓ１」と称する）から、第一透明板２１の接触面２１ａの法線と、第二透明板２２の接触面２２ａの法線とがなす角度が大きくなる方向（以降「回転方向Ｒ１」と称する）に回転することができる。第二靴底部５２は、第一靴底部５１に対して相対的に４０度程度まで回転することができる。一方、第二靴底部５２は、初期位置Ｓ１から、回転方向Ｒ１の反対方向には回転できない。

第一回転軸５３は、被観察者の中足趾節間関節付近に、歩行方向Ｗに対して垂直に設けられている。そのため、図３に示すように、歩行中の被観察者の中足趾節間関節が屈曲した場合、第二靴底部５２は、後述する足固定部７によって被観察者の足がある方向に引き上げられる。その結果、第二靴底部５２は第一回転軸５３を中心に第一靴底部５１に対して相対的に回転方向Ｒ１に回転する。

第一靴底部５１と第二靴底部５２とは、弾性部材５４で連結されている。初期位置Ｓ１にある第二靴底部５２が、第一靴底部５１に対して回転方向Ｒ１に相対回転した際に、弾性部材５４は、第二靴底部５２が初期位置Ｓ１に戻るように弾性力を加える。

第一靴底部５１と第二靴底部５２とは、被観察者の中足趾節間関節付近で回動自在に連結されている。そのため、歩行中の被観察者の足が中足趾節間関節付近で屈曲した場合も、その屈曲角度に合わせて、第二靴底部５２は第一靴底部５１に対して相対回転することができる。
一方、屈曲した被観察者の足が屈曲しない状態に戻る際は、弾性部材５４の弾性力によって、スムーズに第二靴底部５２は初期位置に戻ることができる。
このように構成された靴底部５は、被観察者が足裏観察装置１００を装着して歩行する際、足裏Ｐを中底部１に接触させつつ、スムーズに屈曲動作を行うことができる。

第二靴底部５２が第一靴底部５１に対して相対回転した場合であっても、図６に示すように、第一透明板２１と第一反射板４１とのなす角度は、第二靴底部５２が初期状態にあるときと同じである。
また、同様に、第二靴底部５２が第一靴底部５１に対して相対回転した場合であっても、第二透明板２２と第二反射板４２とのなす角度は、第二靴底部５２が初期状態にあるときと同じである。

撮像部６は、図１に示すように、カメラ６１と、アーム６２と、を備えている。撮像部６は、第一靴底部５１に回動自在に取り付けられ、反射板４に映る足裏Ｐの像（足裏像）Ｑを撮影する。

図８は、撮像部６と第一靴底部５１の側面図である。
アーム６２は、図８が示すように、第一靴底部５１と、第二回転軸６３を中心に回動自在に連結されている。
アーム６２は、図８に示すように、第一靴底部５１の底部５１ａの接地面５１ｃとアーム６２の長手軸方向とがなす角度がα度となる位置（以降「初期位置Ｓ２」と称する）から、接地面５１ｃとアーム６２の長手軸方向とがなす角度が大きくなる方向（以降「回転方向Ｒ２」と称する）に回転することができる。アーム６２は、図８に示すように、第一靴底部５１に対して相対的にβ度程度まで回転することができる。一方、アーム６２は、初期位置Ｓ２から、回転方向Ｒ２の反対方向には回転できない。

第二回転軸６３は、歩行方向Ｗに対して垂直に設けられている。そのため、図３に示すように、足裏観察装置１００を装着した被観察者が歩行する際に、第一靴底部５１が歩行方向Ｗに対して傾き、底部５１ａの接地面５１ｃが地面から離れ、アーム６２が地面に接触した場合、アーム６２は第二回転軸６３を中心に第一靴底部５１に対して相対的に回転方向Ｒ２に回転する。

アーム６２と第一靴底部５１とは、弾性部材６４で連結されている。初期位置Ｓ２にあるアーム６２が、第一靴底部５１に対して回転方向Ｒ２に相対回転した際に、弾性部材６４は、アーム６２が初期位置Ｓ２に戻るように弾性力を加える。

カメラ６１は、アーム６２の先端に、撮像視野を調整可能に支持されている。カメラ６１は公知の小型カメラから適宜選択して使用することができる。カメラ６１は、例えば、解像度が６４０Ｘ４８０のカラー動画像や静止画像を撮影できる。ここで、より詳細に足裏Ｐを観察するため、カメラ６１の撮影解像度はより高いものが望ましい。

図９は、カメラ６１の撮像視野を示す図である。
カメラ６１は、図９に示すように、撮像方向が、靴底部５の歩行方向Ｗの前方側の開口５ｄに向けて設置されている。

カメラ６１は、アーム６２に対して水平方向に相対回転させることができる。また、カメラ６１は、アーム６２に対して垂直方向に相対回転させることができる。カメラ６１をアーム６２に対して相対回転させることで、カメラ６１の向きを調整することができる。
カメラ６１のアーム６２に対する相対回転角度は、開口５ｄが、撮像視野に含まれるように調整されている。また、カメラ６１自体の視野調整機能を使って、開口５ｄが、撮像視野に含まれるように調整してもよい。

図４および図９に示すように、カメラ６１の水平方向の撮像視野角γは、被観察者の足が含まれるように調整されている。被観察者の足の大きさに合わせて撮像視野角γを調整することが好ましい。

アーム６２が初期位置Ｓ２にある場合、図５に示すように、カメラ６１は、反射板４に映った、透明板２を挟んで反対側にある足裏Ｐの像（足裏像）Ｑを映す。カメラ６１の位置、カメラ６１の撮像視野角、および反射板４の透明板２に対する角度は、カメラ６１が足裏像Ｑを撮像できように調整されている。カメラ６１の位置等が足裏像Ｑの全体を撮像できように調整されていることが好ましい。
足裏像Ｑの全体を撮像できように調整することが難しい場合は、転倒リスクの測定等に対する情報をより多く取得できるつま先付近が含まれるように調整を行う。

図６に示すように、アーム６２が初期位置Ｓ２から第一靴底部５１に対して回転方向Ｒ２に相対回転した場合であっても、反射板４に映った、透明板２を挟んで反対側にある足裏Ｐの像（足裏像）Ｑを映すことができるように、カメラ６１の位置、カメラ６１の撮像視野角、および反射板４の透明板２に対する角度が調整されている。

アーム６２と、第一靴底部５１とは、第二回転軸６３を中心に回動自在に連結されている。足裏観察装置１００を装着した被観察者が歩行する際に、第一靴底部５１が歩行方向Ｗに対して傾き、底部５１ａの接地面５１ｃが地面から離れ、アーム６２が地面に接触した場合、アーム６２は第二回転軸６３を中心に第一靴底部５１に対して相対的に回転方向Ｒ２に回転する。この場合においても、カメラ６１は反射板４に映った足裏Ｐの像（足裏像）Ｑを映すことができる。
一方、第一靴底部５１の底部５１ａの接地面５１ｃが、再び地面に接地された場合、弾性部材６４の弾性力によって、アーム６２は初期位置Ｓ２に戻る。この場合においても、カメラ６１は反射板４に映った足裏Ｐの像（足裏像）Ｑを映すことができる。
このように構成された撮像部６は、歩行中の被観察者の足裏Ｐを常に観察することができる。

カメラ６１により撮影された画像は、有線もしくは無線による通信によって、画像を表示する機器や画像を解析する手段を有する機器、例えばコンピュータに転送される。

足固定部７は、図２および図３に示すように、靴のアッパー部に相当する部分であり、足の甲を覆う部材である。足固定部７は、柔軟性を有する材料、例えば布などで形成されている。

足固定部７は、靴底部５に取り付けられている。足固定部７は、図２および図３が示すように、一対の第一接続部７１および一対の第二接続部７２により、靴底部５に取り付けられている。一対の第一接続部７１が第一靴底部５１に取り付けられており、一対の第二接続部７２が第二靴底部５２に取り付けられている。

一対の第一接続部７１は、第一靴底部５１の側部５１ｂのうち、歩行方向Ｗに垂直な方向に対向する箇所に設けられている。

一対の第一接続部７１は、第一靴底部５１において、被観察者の趾節間関節（ＩＰ関節）に近い箇所に設けられていることが望ましい。図３に示すように、歩行中の被観察者の中足趾節間関節（ＭＰ関節）が屈曲した場合、第一靴底部５１が支持する第一透明板２１のうち、被観察者の趾節間関節（ＩＰ関節）に近い箇所にある足裏部分が第一透明板２１から離れやすいためである。一対の第一接続部７１が、第一靴底部５１において、被観察者の趾節間関節（ＩＰ関節）に近い箇所に設けられていれば、歩行中において、足裏Ｐが第一透明板２１から離れにくい。

また、一対の第一接続部７１は、第一靴底部５１に対して、回動自在に取り付けられていてもよい。一対の第一接続部７１が第一靴底部５１に対して、回動不能に取り付けられていると、歩行中の被観察者の中足趾節間関節（ＭＰ関節）が屈曲した場合、中足趾節間関節（ＭＰ関節）の屈曲に合わせて足固定部７が第一靴底部５１に対して相対回転できない。そのため、被観察者が、中足趾節間関節（ＭＰ関節）付近に柔軟性がなく、不快に感じる場合があるからである。

一対の第二接続部７２は、第二靴底部５２の側部５２ｂのうち、歩行方向Ｗに垂直な方向に対向する箇所に設けられている。

足固定部７は、被観察者の足裏Ｐを、歩行中においても、中底部１に接触させる機能を担っている。歩行中の被観察者の中足趾節間関節（ＭＰ関節）が屈曲した場合、足固定部７は第二靴底部５２を地面から引き上げる。その結果、第二靴底部５２は第一回転軸５３を中心に第一靴底部５１に対して相対的に回転方向Ｒ１に回転する。

足固定部７は、被観察者の足裏Ｐを、歩行中においても、中底部１に密着させる観点から、被観察者の足裏Ｐと中底部１との間に隙間を生じさせないように、被観察者の足裏Ｐが中底部１を押さえつける形状を有することが好ましい。足固定部７が柔軟性および弾力性がある素材で形成され、足を密着させて収容できる形状であることが好ましい。

また、被観察者の足裏Ｐを、歩行中においても、中底部１に接触させる観点から、足固定部７のかかと部分を、被観察者のかかとに密着させることが重要である。足固定部７のかかと部分が被観察者のかかとが密着している方が、歩行中の被観察者の中足趾節間関節（ＭＰ関節）が屈曲した場合に、足固定部７が第二靴底部５２を引き上げやすい。例えば、足固定部７のかかと部分を、長さの調整可能なストラップ等で構成してもよい。

次に、足裏観察装置１００の動作について説明する。
はじめに、被観察者に足裏観察装置１００を装着させる。足固定部７がストラップ等の調整機構を有する場合は、足固定部７を中底部１に密着させるように、ストラップ等を調整する。

次に、カメラ６１の位置を調整する。被観察者の足の大きさに合わせて、カメラ６１の向き、撮像視野を調整する。

次に、カメラ６１の撮影を開始し、被観察者の足裏Ｐの観察を開始する。足裏観察装置１００を装着した被観察者を直立させた後、被観察者に歩行を開始させる。歩行中の被観察者の足裏Ｐをカメラ６１により撮像し、撮像した画像は、画像を表示する機器や画像を解析する手段を有する機器、例えばコンピュータに転送される。

（第一実施形態の効果）
歩行中の被観察者の足裏Ｐをカメラにより観察する場合、カメラを靴に装備する方法が考えられる。しかしながら、足裏Ｐを直接観察できるようにカメラを靴に設置することは、設置場所やカメラ視野を確保する観点から難しい。
本実施形態の足裏観察装置１００は、中底部１を透明な部材で形成し、反射板４に映った足裏Ｐの像Ｑをカメラ６１により撮影する。このような構成を有する足裏観察装置１００は、設置場所やカメラ視野を十分に確保でき、また、歩行中であっても容易に被観察者の足裏Ｐを観察できる。

本実施形態の足裏観察装置１００によれば、歩行中の被観察者の足が中足趾節間関節（ＭＰ関節）付近で屈曲した場合も、その屈曲に合わせて、被観察者の足裏Ｐを中底部１に接触させた状態を維持することができる。
また、第一靴底部５１が歩行方向Ｗに対して傾き、底部５１ａの接地面５１ｃが地面から離れ、アーム６２が地面に接触した場合、アーム６２は第二回転軸６３を中心に第一靴底部５１に対して相対的に回転方向Ｒ２に回転する。この場合においても、カメラ６１は反射板４に映った足裏Ｐの像（足裏像）Ｑを映すことができる。

本実施形態の足裏観察装置１００によれば、圧力センサやＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）センサなど比較して、足裏の正確な接地領域や足裏の皮膚の状況等の、詳細な情報を取得することができる。例えば、足裏の皮膚の状況を正確に観察することで、足裏の異常を早期発見することができ、足病変の予防に有益である。足病変の早期発見は難しいとされており、足裏の皮膚の状況、特に足裏の血流や皮膚の状況を観察することが早期発見に効果的であるといわれている。本実施形態の足裏観察装置１００は、被観察者の足裏の血流や皮膚の状況を容易に観察でき、足病変の早期発見にも活用することができる。

（変形例）
以上、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、上述の第一実施形態および以下で示す変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。

例えば、かかと部分を観察する必要がない場合、第二透明板は透明でなくともよく、また、第二反射板４２は反射面４ａを有さなくてもよい。転倒リスクの測定等に対する情報をより多く取得できるつま先付近のみを観察できるようにして、足裏観察装置１００の製造コストを削減してもよい。
また、上記つま先付近の内、足の親指部分だけを観察できるように、アーム６２とカメラ位置調整機能を省略してもよい。転倒リスクの測定等に対する情報をより多く取得できる足の親指部分のみを観察できるようにして、足裏観察装置１００の製造コストを削減してもよい。

（第二実施形態）
本発明の第二実施形態について、図１０から図１２を参照して説明する。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態に係る足裏観察方法は、足裏観察装置１００を用いて足裏Ｐを観察する方法である。本実施形態に係る足裏観察方法は、足裏観察装置１００により観察した歩行中の被観察者の足裏Ｐの画像から、転倒リスクを予測する方法である。

足裏観察装置１００は、歩行中の被観察者の足裏Ｐの動画像を取得する（足裏画像取得工程）。ここで取得した動画像は、例えばＲＧＢフォーマットの画像データである。

次に、取得した動画像の各フレームから、被観察者のつま先部分が撮影されている領域（以降「つま先領域」という）を抜き出す。つま先領域の画像データが観察対象のデータとなる。ここで、被観察者の足裏Ｐが中底部１に接触している領域（以降「接触領域」という）は、毛細血管内の血流が遮断されるため、白色に近づくように変化している。

次に、つま先領域の画像をＨＳＶフォーマットに変換し、各画素ごとに、ＨＳＶデータが所定の範囲（例えば、白色に近い色の範囲）に含まれる画素を、接触領域に含まれる画素と認定する。つま先領域の画像データは、接触領域と、接触していない領域と、の二つ領域のいずれかを示す二値データとして保存される（足裏接触領域認定工程）。

次に、二値化されたつま先領域のデータから、接触領域に含まれる画素をカウントする。図１０および図１１は、歩行中の足が１ストロークする間の、接触領域に含まれる画素数の時間的変化を示すグラフである。図１０はつまずき経験がある被観察者のグループ（以降「Ａグループ」という）から取得した画像から取得したグラフである。図１１はつまずき経験がない被観察者のグループ（以降「Ｂグループ」という）から取得した画像から取得したグラフである。

接触領域の画素数の時間的変化において、図１０や図１１に示すように、歩行中の足が１ストロークする間に、二つのピークがある。歩行動作における、中足趾節間関節（ＭＰ関節）付近で屈曲する「Ｐｕｓｈ−ｏｆｆ」フェーズにおいて、接触領域の画素数は最も多くなる（Ａｐｅａｋ１）。また、靴底部５が接地する直前の「Ｆｏｏｔ Ｓｔｒｉｋｅ」フェーズにおいて、接触領域の画素数は二番目に多くなる（Ａｐｅａｋ２）。
この二つのピークの差分を、ＤＰＣＡ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｗｏ Ｐｅａｋ Ｃｏｎｔａｃｔ Ａｒｅａｓ）と称す。ＤＰＣＡは、Ａｐｅａｋ１からＡｐｅａｋ２を減算することで求めることができる（ピーク差分算出工程）。

ＡグループとＢグループとの結果を比べるために、以下の示すように正規化したＤＰＣＡ（ＮＤＰＣＡ）を算出する。ここで、Ａｍｉｎは、接触領域の最小画素数を示している。

図１２は、ＡグループとＢグループのＮＤＰＣＡの示すグラフである。図１２が示すように、ＡグループのＮＤＰＣＡの方が、ＢグループのＮＤＰＣＡより大きい。
図１２に示すように、Ａグループの結果とＢグループの結果とから算出した統計的な有意差検定結果Ｐは０．０５以下（Ａグループの結果とＢグループの結果における分布の重なりの確率が５％以下）となり、Ａグループの結果とＢグループの結果とは別分布であることが示される。
すなわち、ＮＤＰＣＡの結果から、被観察者がＡグループもしくはＢグループのいずれに属するかを予測することができる可能性が高いと考察される。

足裏観察装置１００を用いて取得した歩行中の足裏Ｐから、接触領域が画素数の二つのピークの差分を算出する。ピーク差分が小さい場合、つま先の活動は活発ではないため、つまずきのリスクが大きくなると考えられる。そのため、ピーク差分が大きい場合、つまずきのリスクは小さいと予測することができ、またピーク差分が小さい場合、つまずきのリスクは大きいと予測することができる。

上記の工程は、画像を解析する手段を有する機器、例えばコンピュータにおいて、実行可能なソフトウェアによって実行されるように構成してもよい。

（第二実施形態の効果）
本実施形態の足裏観察方法によれば、歩行中の被観察者の足裏Ｐの画像を取得し、足裏Ｐと中底部１が接触している接触領域を認定し、その接触領域の時間的変化から、被観察者のつま先の活動傾向を把握することができる。つま先の活動傾向からつまずきのリスクを予測することができる。

本実施形態の足裏観察方法においては、つま先の活動傾向をつまずきのリスクの予測に用いたが、つま先の活動傾向は他の用途にも使用することができる。例えば、スポーツ時の身体状況の把握にも使用することができる。

本発明は、足裏を観察する必要がある医療や介護分野に適用することができる。

１００ 足裏観察装置
１ 中底部
２ 透明板
２ａ 接触面
２ｂ 観察面
２１ 第一透明板
２１ａ 接触面
２２ 第二透明板
２２ａ 接触面
３ 緩衝部材
４ 反射板
４ａ 反射面
４１ 第一反射板
４２ 第二反射板
５ 靴底部
５ａ 底部
５ｂ 側部
５ｃ 接地面
５ｄ 開口
５１ 第一靴底部
５１ａ 底部
５１ｂ 側部
５１ｃ 接地面
５２ 第二靴底部
５２ｂ 側部
５３ 第一回転軸
５４ 弾性部材
６ 撮像部
６１ カメラ
６２ アーム
６３ 第二回転軸
６４ 弾性部材
７ 足固定部
７１ 第一接続部
７２ 第二接続部
Ｐ 足裏
Ｄ 分割線

Claims (9)

1. 被観察者の足裏を接触させる透明の中底部と、
   前記中底部を挟んで前記足裏の反対側に配置された反射板と、
   前記反射板に映る足裏像を撮影する撮像部と、
   前記足裏と前記中底部とを接触させる足固定部と、
   前記中底部と、前記反射板と、前記撮像部と、前記足固定部とを支持する靴底部と、を備える足裏観察装置。
2. 前記中底部および前記反射板は、前記中底部において前記足裏を接触させる接触面の反対側の面である観察面が、前記反射板において前記足裏像を映す反射面と対向するように配置される、
   請求項１に記載の足裏観察装置。
3. 前記中底部および前記反射板は、前記足裏のかかとからつま先に向かう歩行方向の後方から、前記歩行方向の前方に向かうに従って、両者間の距離が長くなるように支持されている、
   請求項１または請求項２に記載の足裏観察装置。
4. 前記撮像部は、前記歩行方向の前方側から前記反射板に映る前記足裏像を撮影する、
   請求項３に記載の足裏観察装置。
5. 前記中底部は、第一透明板と第二透明板とを有し、
   前記反射板は、第一反射板と第二反射板とを有し、
   前記靴底部は、第一靴底部と第二靴底部とを有し、
   前記第一靴底部は、前記第一透明板および前記第一反射板を支持し、
   前記第二靴底部は、前記第二透明板および前記第二反射板を支持し、
   前記第二靴底部は、前記第一靴底部に対して回動自在に連結されている、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の足裏観察装置。
6. 前記第二靴底部は、前記第一靴底部と、前記足裏のかかとからつま先に向かう方向と垂直な回転軸で連結されており、
   前記回転軸は、前記足固定部に固定された前記被観察者の足の中足趾節間関節付近に設けられている、
   請求項５に記載の足裏観察装置。
7. 前記撮像部は、前記靴底部に対して回動自在に連結されている、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の足裏観察装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の足裏観察装置により、前記足裏の画像を取得する足裏画像取得工程と、
   取得された前記画像から、前記足裏が前記中底部に接触する接触領域を認定する足裏接触領域認定工程と、
   前記接触領域の時間的変化から、前記接触領域の画素数の上位二つのピークを算出し、前記上位二つのピークの差分を算出するピーク差分算出工程と、を備える、
   足裏観察方法。
9. 前記足裏接触領域認定工程において、前記画像において画素の色が白色に近い色の範囲である領域を、前記接触領域と認定する、
   請求項８に記載の足裏観察方法。

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