JPH0222654B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の目的」 （産業上の利用分野） 病院等における人の平衡機能の検査に関する。

（従来の技術） 足踏検査とは、人の平衡機能の検査の一方法で
第８図に示すように、次の手順により行う（福田
精著「運動と平衡の反射生理」1957年、医学書
院）。

(1) 床上に30度ずつ分度された半径0.5m，1m及
び1.5mの三つの同心円１３を描き、この同心
円の中心に被験者１４を両足を揃えて起立させ
る。

(2) つぎに被験者を布片で軽く遮眼して視覚を奪
い、両側上肢を前方に伸展し、起立位置で脚を
高くあげ、しかし余り力を入れずに軽く足踏を
させる。足踏は普通の歩調（１分間110歩内外）
にして、歩数を50歩或いは100歩とする。足踏
検査に際しては一方的な明りのない静粛な部屋
を選び、検査中は話しかけずに光、或いは音の
刺激によつて被験者に自身の身体位置の変化を
判断させなくする。

(3) 被検者は足踏している被検者について、 ａ 身体の動揺の有無、動揺があればその方
向、 ｂ 頭部の身体に対する相対的位置の変化、 ｃ 両側上肢が原位置（前方伸展位）より上行
するか下行するか或いは側方に片寄るか、 ｄ 両足跡移動の軌跡Ｌ、 (4) 命じた回数の足踏を終り停止すれば、停止位
置に静止起立させ、身体が自身の長軸を軸とし
て何度回転したか、足踏を開始した原起立位置
より身体が何糎何度移動したかを床上に描いた
分度した同心によつて数量的に測定する。

こうして本法によつて足踏をなすことにより無
意識に身体が回転し、或いは原位置より移動した
場合、これを足踏偏倚と名付け第８図ｂのように
回転角AOR、移行角AOD、移行距離ｒを測定し
客観的に足踏偏倚の性質と程度を記載する。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、従来の方法には次の問題点がある。

(1) 観測はすべて目視にて行われるため、正確な
数量把握ができない。

(2) 両足跡移動の軌跡についても、検者の目視に
よる観察のために正確さに乏しく、また、時間
的経過の記録が困難である。

(3) 足踏が終了した時点での回転角、移行角及び
移行距離を測定するのみであり、それらの時間
的経過が数量的に把握できない。

(4) 足踏終了時点での回転角、移行角及び移行距
離の測定についても、30度ずつに分度した
0.5m間隔の同心円を基準に測定するため十分
な精度が期待できない。

(5) 全般的に主観的要素が多々あるので、十分な
知識及び経験を持つた検者でなければ、的確な
検査を行う事ができない。

一方、従来床反力計あるいはいわゆる重心動揺
計が製作されている。床反力計とは、十分な剛性
を持つた測定板と称する平板を３個以上の重量セ
ンサで支持し、重量センサにかかる荷重に比例し
た電気信号を出力する装置である。また重心動揺
計とは、床反力計の出力を演算処理して、測定板
上の荷重分布の二次元上の中心位置を出力する装
置で、通常Ｘ方向及びＹ方向の出力を持ち、各々
の座標値に比例する電気信号を出力する。そして
その出力によつて示される点を重心と称してい
る。これらの中には足踏試験解析重心計として市
販されている装置もある。しかし、この装置は、
単に測定板上で足踏した時の測定板上の荷重の二
次元上の中心位置すなわち足圧分布中心（以下、
同様に呼称する）を出力するだけであり、足踏検
査における測定項目である回転角、移行角、移行
距離及び移行軌跡を直接に測定する事はできな
い。

（発明の目的） 本発明の目的は次の通りである。

(1) 足踏検査における測定項目である回転角、移
行角、移行距離及び移行軌跡の測定及び記録を
自動的にしかも高い精度で行う。

(2) 従来測定できなかつた、回転角、移行角およ
び移行距離の時間的経過を測定し、記録する。

(3) 足踏中の足圧分布中心も記録する事により、
身体の動揺と足踏偏倚とを対比させる事を可能
にする。

(4) 測定終了後に、測定結果の解析がしやすいよ
うな形で結果を記録する。

「発明の構成」 （問題点を解決するための手段） 第１図に例示するように床反力計部１と解析部
２と外部装置３に大きく分けられる装置を用い
る。

床反力計部１は、測定板４の四隅に重量センサ
CH１〜CH４を配し、重量センサの出力信号を
十分な大きさに増幅する。

解析部は、床反力計部からの４点の重量信号を
アナログ―デジタル変換し、マイクロコンピユー
タにより解析し、解析結果を外部装置（プリン
タ、ブロツク、パーソナルコンピユータ等）に出
力する。

足踏データの解析のアルゴリズムは、次の三つ
に大きく分けられる。

(1) ４点のデータから足圧分布中心を算出する。

(2) 足圧分布中心の変化あるいは総重量の変化か
ら、その瞬間における足踏の状態を判断し、足
踏中に過渡的に片足立ちとなつた時の接地して
いる方の足の測定板上での代表位置を求めてい
る。

(3) 一歩毎の足の代表位置から、その時々の身体
の中心及び向きを求め、身体の回転角、移行角
及び移行距離を求める。

解析処理を行つた結果を外部装置に出力する。

（作用） 床反力計部は、測定板上で被検者が足踏みをし
た時に各重量センサにかかる荷重を電気信号とし
て十分な大きさまで増幅して出力する。

解析部は、床反力計部からの各重量信号をアナ
ログ−デジタル変換器によつてデジタル値に変換
し、これを解析する。以下に、第２図〜第４図を
用いて解析のアルゴリズムを解説する。

(1) 足圧分布中心の算出 デジタル値に変換された各センサにかかる重
量のデータから足圧分布中心を算出する。第２
図に示すように、正方形の測定板を持つ床反力
計の場合の足圧分布中心Ｐ（ｘ，ｙ）を求める
計算式は次式で与えられる。

ｘ＝ｌ×（W2−W02）＋（W3−W03）／（W1−W0
1）＋（W2−W02）＋（W3−W03）＋（W4−W04） ｙ＝ｌ×（W3−W03）＋（W4−W04）／（W1−W0
1）＋（W2−W02）＋（W3−W03）＋（W4−W04） ｌ：ｘ軸及びｙ軸方向のセンサ間距離 ｘ：足圧分布中心のｘ座標 ｙ：足圧分布中心のｙ座標 wi：センサｉにかかつている荷重（ｉ＝１〜
４） （Ａ／Ｄ）コンバータからの入力データ） woi：測定台上に負荷がない時にセンサｉにか
かる荷重 上の計算を毎秒50回のサンプルについて行
う。

(2) 足踏の状態の判断及び足の代表位置の算出 次に足踏の状態（片足で立つているか、それ
とも足の踏み替え中であるか）の判断を行い、
足の踏み替えが始まつたと判断した時点で、そ
の直前に片足で立つていた時の接地していた足
の代表位置を求める。

足踏の状態の判断には次のような方法が考え
られる。

ａ 足圧分布中心の移動速度の大小により判断
する。

ｂ 測定板にかかる総荷重の変化により判断す
る。

ｃ 被験者に固定した座標系を考え、この座標
系内での足圧分布中心により判断する。

ここではａ、の方法について説明する。

すなわち測定板上で被験者が足踏みをした時
の、足圧分布中心のｘ座標、ｙ座標及び移動速
度は、それぞれ第３図ａ，ｂ及びｃに示すよう
に変化する。ただし、第３図は被験者がｙ軸の
正の方向を向いて足踏をしたときのものであ
る。すなわち、ｙ軸の正の方向が被験者の前
方、負の方向が後方、ｘ軸の正の方向が右方、
負の方向が左方である。

一般に、足圧分布中心のｘ座標及びｙ座標の
グラフは、被験者がどの位置でどちらを向いて
足踏みするかによつて異なる。しかし、足圧分
布中心移動速度のグラフは測定板上でどの位
置、どの向きであつても変化しない。しかも、
移動速度は、足を踏み替える時に大きな値をと
り、片足立ちの期間はほとんど零になる。そこ
でこれを使つて足踏みの状態を判断する。しか
し、そのままでは、短い周期での上下があるの
で第３図ｄのようにフイルタ処理を行つて、滑
らかなグラフとする。移動速度にフイルタ処理
を行つた後の値がしきい値よりも大きい区間を
足の踏み替え中、しきい値よりも小さい区間を
片足立ちの区間と判断し、さらに第３図ｄに示
すように片足立ちの区間で最小値をとつた時に
対応する足圧分布中心を第３図ａ，ｂに示すよ
うに接地している足の代表位置Ｓとみなす。

(3) 身体の中心位置及び向きの算出 正常な足踏においては、一歩毎の身体の中心
位置及び方向の変化は少ないので、第４図に示
すように、連続する足の代表位置をＳ（Ｎ），Ｓ
（Ｎ＋１）を結んだ線分Ｌの中点が身体の中心
位置Ｍ（Ｎ，Ｎ＋１）、この線分に直角の方向が
身体の方向Ｄ（Ｎ，Ｎ＋１）とみなせる。ただ
し、これだけでは向きは定まらない。そこで正
常な足踏においては、一歩で身体の向きが±90
度以上変化する事はないことから、足踏開始時
doから順次追跡していく事によつて身体の向
きｄ（Ｎ，Ｎ＋１）を決めている。

その時点での体の中心位置及び向きと足踏開
始時の身体の中心位置及び向きとから、第４図
に示すように、その時点での身体の回転角
AOR（Ｎ，Ｎ＋１）、移行角AOD（Ｎ，Ｎ＋１）
及び移行距離Ｒ（Ｎ，Ｎ＋１）を算出する。

所定の歩数の足踏の測定を行い、得られたデ
ータを上記(1)〜(3)の手順に従つて解析し、その
結果を外部装置へ出力する。

（実施例） 第１図にこの発明の足踏検査装置の一実施例の
ブロツク図を示す。

この装置は床反力計部１と解析部２と外部装置
３に大きく分けられる。

床反力計部１は、原理的には他の形であつても
さしつかえないが一辺1.5mの正方形の測定板４
の四隅に重量センサCH１〜CH４を配する形に
した。各重量センサの出力信号を増幅回路５でそ
れぞれ十分な大きさに増幅する。

解析部２は、床反力計部１からの４点の重量信
号をマルチプレクサ６で剰次取込み、サンプルホ
ールド回路７を介してＡ／Ｄコンバータ８で各々
50サンプル毎秒でアナログ−デジタル変換し、マ
イクロコンピユータ９により解析し、解析結果を
プリンタ１０、プロツタ１１、パーソナルコンピ
ユータ１２等の外部装置３に出力する。

動作の手順は第５図に、また測定すなわち足の
代表位置を求める処理手順は第６図に示す通りで
データの解析の仕方は前記作用の項で説明した通
りである。処理はすべてマイクロコンピユータ９
によるデジタル処理で行つているが、処理の一部
をアナログ回路で行う事もできる。

解析処理を行つた結果をプロツタ１１に出力し
図示した例を第７図に示す。

「発明の効果」 この発明により次の効果が得られる。

(1) 足踏検査の測定及び記録の自動化により、特
に熟練しない検者でも、容易に足踏検査を行う
事ができる。

(2) 測定結果を客観的でしかも理解しやすい記録
として残す事ができる。

(3) 従来目視でしか測定できなかつた足踏の軌跡
を正確に測定する事ができる。特に、軌跡の一
歩毎の経過が明確になる。

(4) 従来数値的な把握が困難であつた。回転角、
移行距離の一歩毎の経過を数値として把握する
事ができる。

(5) 足圧分布中心位置の動きと足踏偏倚とも対比
させた分析が可能になる。

(6) 測定結果及び解析結果を他のコンピユータに
転送できるので、より高度な解析あるいはデー
タの保存が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の足踏検査装置の一実施例の
ブロツク図、第２図はこの発明における足圧分布
中心の算出法を例示した図、第３図はこの発明に
おける足踏の状態の判断および足の代表位置の算
出法を例示した図、第４図はこの発明における身
体の中心位置および向きの決め方と身体の回転
角、移行角および移行距離の算出法を例示した
図、第５図はこの発明の実施例装置の動作を示す
流れ図、第６図は同じく実施例装置における測定
すなわち足の代表位置を求める処理手順を示す流
れ図、第７図ａおよびｂはプロツタに出力された
解析結果の一例を示す図、第８図ａおよびｂは従
来の測定方法を示す図である。 １……床反力計部、２……解析部、３……外部
装置、４……測定板、９……マイクロコンピユー
タ、１１……プロツタ、CH１〜CH４……重量
センサ、Ｐ……足圧分布中心、Ｓ……足の代表位
置、Ｌ……線分、Ｍ……身体の中心位置、Ｄ……
身体の方向、ｄ……身体の向き、AOR……身体
の回転角、AOD……身体の移行角、Ｒ……身体
の移行距離。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 測定板を三個以上の重量センサで支持し、各
   重量センサにかかる荷重に比例した電気信号を出
   力する床反力計部と、この床反力計部からの出力
   を演算処理する解析部と、その解析結果を記録あ
   るいは別途解析する外部装置から構成され、前記
   測定板上で足踏みする人の荷重に基づいた信号を
   床反力計部が出力し、この出力に基づいて解析部
   で、足圧分布中心を算出し、次いでこの足圧分布
   中心から測定板を踏んでいる足の代表位置を求
   め、次いでこの足の代表位置からそのときの身体
   の中心位置と身体の方向を求めて、これと足踏み
   開始時から順次追跡して把握している一歩手前ま
   での身体の向きとからその時の身体の向きを求
   め、これから足踏みによる身体の回転角と、身体
   の移行角と、身体の移行距離を算出し、以上の解
   析部で求めた各値を前記外部装置で記録あるいは
   解析するようにしたことを特徴とする足踏検査装
   置。