JPH07250822A - 重心動揺計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 求められた多数の重心位置からより正確な重
心中心に近い重心中心を求めることができる重心揺動計
を提供する。 【構成】 被検体の各足が乗せられる検出板１１と、検
出板１１に設けられて被検体の各足にかかる全荷重の中
心を検出する複数の荷重検出手段１２と、荷重検出手段
１２からの検出信号に基づき、被検体の重心位置を算出
する演算手段１３と、演算手段１３によって算出された
重心位置を予め設定されたＸ−Ｙ座標上の位置に変換す
るとともに、変換された連続的あるいは断続的なＸＹ座
標位置を多数のＸＹ座標として記憶するＸＹ座標位置記
憶手段１４と、ＸＹ座標位置記憶手段１４によって記憶
された多数のＸＹ座標位置を、それぞれＸ座標位置、Ｙ
座標位置毎にその加重平均を求めて加重平均ＸＹ座標位
置を算出し、算出された加重平均ＸＹ座標位置を重心中
心位置に決定する決定手段１５とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、何等かの障害によりバ
ランス機能が低下した被検体のバランス機能回復訓練
や、運動工学、人間工学等の分野において被検体の重心
を測定する場合などに用いられる重心動揺計に関する。

【０００２】

【従来の技術】下肢の骨折や切断の手術後、または関節
の手術後や、あるいは脳卒中片マヒ後などのリハビリテ
ーションにおいては、例えば、最初に立位姿勢をとった
被検体である患者の身体の重心位置の変動を少なくする
ような訓練が行われ、この訓練後に、椅子や床からバラ
ンスよく立ち上がるための訓練が行われる。このような
訓練を行うにあたり、特に立位姿勢をとったときの重心
位置の変動を少なくする訓練を行う場合には、従来、例
えば図３に示すような重心動揺計１が用いられている。

【０００３】この重心動揺計１は、患者が両足を乗せる
矩形状の検出板２と、この検出板２の前部、および左後
部、右後部にそれぞれ設けられた荷重検出センサ３‥
と、これら荷重検出センサ３‥によって検出された荷重
から荷重中心を求め、これを患者の重心中心とする演算
部４と、この演算部４によって求められた重心中心を連
続的に表示する表示装置５とを有して構成されたもので
ある。そして、このような構成により重心動揺計１は、
患者が検出板２に両足を乗せて立位姿勢をとると、各荷
重検出センサ３‥がそれぞれの位置にかかる荷重を検出
し、それぞれに検出された検出値から演算部４により患
者の荷重中心（重心）を求め、さらに求められた重心を
表示装置５により、例えば図４に示すような重心の移動
を示す軌跡Ｋとして表示することができるようになって
いる。

【０００４】このような訓練によれば、表示装置５に表
示される軌跡Ｋを見ることによって患者の重心の変動の
状態が分かることから、この軌跡Ｋを見ることによって
患者が自分の重心の変動をなくそうとする意志と、実際
に起こる重心の変動とを比較し、これにより医師や患者
自身が訓練による回復状態を把握することができるよう
になっている。すなわち、図４中に示す軌跡Ｋの外形線
Ｌ１によって形成される図形より、その中心点を推定し
てこれを患者の見掛け上の重心中心位置Ｇ１として特定
し、この重心中心位置Ｇ１から前後左右のいずれに多
く、あるいは少なく重心が移るかをみることにより、患
者の回復がどの程度進んでいるかなどが分かるのであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記重
心動揺計１による訓練では以下に述べる不都合がある。
この訓練では、軌跡Ｋの外形線Ｌ１によって形成される
図形から、その中心点を推定してこれを患者の見掛け上
の重心中心位置Ｇ１として特定しているが、例えば図４
中Ｐで示すよう外形線Ｌ１によって囲まれた図形から大
きく離間した重心位置が検出されると、当然その外形線
は図５に示すような外形線Ｌ２となってしまい、したが
ってこの外形線Ｌ２によって形成される図形の中心点、
すなわち見掛け上の重心中心位置Ｇ２は、Ｐが検出され
なかった場合のＧ１から大きく離れてしまう。

【０００６】しかして、このようにして特定された重心
中心位置Ｇ２を基準とし、重心が変動する具合を調べて
回復の度合いの目安にするのでは、例えば前記Ｐが瞬間
的に検出された重心位置であってもこれが全体の重心中
心位置Ｇ２を特定するのに大きな影響を与えてしまうた
め、この見掛け上の重心中心位置Ｇ２が本来の重心中心
と大きく異なってしまうものとなり、その場合に患者の
回復程度の把握が正確に行えなくなってしまう。

【０００７】また、健康な人間が両足を揃えて立位姿勢
をとった場合の両足間における真の重心位置は、一般に
両足間の中心点にあると考えられているが、前記重心動
揺計１では、特定された見掛け上の重心中心位置Ｇ１あ
るいはＧ２が真の重心位置に対してどのような位置にあ
るかが分からず、したがって立位姿勢そのものが基本的
に傾いた状態になっているのか否か、また傾いていると
すれば左右前後のいずれに傾いているのかが分からない
といった不満がある。

【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、求められた多数の重心位
置からより正確な重心中心位置に近い重心中心位置を求
めることができ、さらに真の重心位置と測定された重心
中心位置との位置関係をも調べることのできる、重心動
揺計を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明における請求項１
記載の重心動揺計では、被検体の各足が全て乗せられる
検出板と、該検出板に設けられて前記被検体の各足にか
かる全荷重の中心を連続的あるいは断続的に検出する複
数の荷重検出手段と、これら荷重検出手段からの検出信
号に基づき、前記被検体の重心位置を算出する演算手段
とを具備し、さらに前記演算手段によって算出された重
心位置を予め設定されたＸ−Ｙ座標上の位置に変換する
とともに、変換された連続的あるいは断続的なＸＹ座標
位置を予め設定された単位時間毎に認識された多数のＸ
Ｙ座標として記憶するＸＹ座標位置記憶手段と、このＸ
Ｙ座標位置記憶手段によって記憶された多数のＸＹ座標
位置を、それぞれＸ座標位置、Ｙ座標位置毎にその加重
平均を求めて加重平均ＸＹ座標位置を算出し、算出され
た加重平均ＸＹ座標位置を重心中心位置に決定する決定
手段とを備えたことを前記課題の解決手段とした。

【００１０】請求項２記載の重心動揺計では、前記検出
板の表面の、予め設定されたＸ−Ｙ座標上の原点と対応
する位置に目印が設けられていることを前記課題の解決
手段とした。請求項３記載の重心動揺計では、前記演算
手段が、荷重検出手段からの検出信号に基づいて前記被
検体の重心位置を実時間で算出するよう構成されてな
り、かつ、前記記憶手段によって記憶された多数のＸＹ
座標位置と、前記決定手段によって決定された重心中心
位置とを表示する表示手段を備えてなることを前記課題
の解決手段とした。

【００１１】

【作用】請求項１記載の重心動揺計によれば、ＸＹ座標
位置記憶手段により、演算手段によって算出された重心
位置をＸ−Ｙ座標上の位置に変換するとともに、変換さ
れた連続的あるいは断続的なＸＹ座標位置を予め設定さ
れた単位時間毎に認識された多数のＸＹ座標として記憶
し、さらに、決定手段により、記憶された多数のＸＹ座
標位置を、それぞれＸ座標位置、Ｙ座標位置毎にその加
重平均を求めて加重平均ＸＹ座標位置を算出し、算出さ
れた加重平均ＸＹ座標位置を重心中心位置に決定するの
で、例えば被検体の重心が瞬間的に大きく動いてしまっ
ても、そのときに検出された重心位置は瞬間的であるこ
とから、単位時間毎に認識され記憶された検出値として
はその頻度が少ないものとなり、したがってこの検出値
が、重心中心位置を特定するにあたって連続的あるいは
断続的に検出され求められた検出値全体に対して影響を
及ぼす度合いが小となり、その分得られた重心中心位置
が本来の重心中心位置にほぼ一致するものとなる。

【００１２】請求項２記載の重心動揺計によれば、検出
板の表面の、予め設定されたＸ−Ｙ座標上の原点と対応
する位置に目印が設けられていることから、検出板に各
足を乗せる際、この目印に各足間の中心点を合わせるこ
とにより、真の重心位置が検出された重心中心位置に対
してどこに位置しているかを検知することが可能にな
る。請求項３記載の重心動揺計によれば、表示装置によ
り、記憶手段によって記憶された多数のＸＹ座標位置
と、決定手段によって決定された重心中心位置とを表示
することができるので、被検体または医師等がこれを見
ることにより、検出された重心位置がより本来のものに
近い正確な見掛け上の重心中心位置に対してどのように
変動しているかが分かる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳しく説明す
る。図１は本発明の重心動揺計の一実施例を示す図であ
り、この図において符号１０は重心動揺計である。この
重心動揺計１０は、被検者（患者）の両足が乗せられる
略三角形状の検出板１１と、該検出板１１に設けられて
患者の両足にかかる荷重中心を連続的あるいは断続的に
検出する３個のロードセル（荷重検出手段）１２‥と、
これらロードセル１２‥からの検出信号に基づき、患者
の重心位置を算出する演算手段１３と、演算手段１３に
よって算出された重心位置を予め設定されたＸ−Ｙ座標
上の位置に変換するとともに、変換されたＸＹ座標位置
を予め設定された単位時間毎に認識された多数のＸＹ座
標として記憶するＸＹ座標位置記憶手段１４と、ＸＹ座
標位置記憶手段１４によって記憶された多数のＸＹ座標
位置を、それぞれＸ座標位置、Ｙ座標位置毎にその加重
平均を求めて加重平均ＸＹ座標位置を算出し、算出され
た加重平均ＸＹ座標位置を重心中心位置に決定する決定
手段１５と、前記ＸＹ座標位置記憶手段１４によって記
憶された多数のＸＹ座標位置と、前記決定手段１５によ
って決定された重心中心位置とを表示する表示装置（表
示手段）１６とを備えて構成されたものである。

【００１４】ここで、演算手段１３は、中央演算処理ユ
ニット（ＣＰＵ）、および内部記憶装置となるＲＡＭ、
ＲＯＭ等のメモリを備えた演算処理装置（コンピュータ
ー）に記憶されたものであり、またＸＹ座標位置記憶手
段１４、決定手段１５は、この演算処理装置、あるいは
光磁気ディスク等の補助記憶装置に記憶されたものであ
る。

【００１５】ロードセル１２‥は、略三角形状の検出板
１１の各隅部に、正三角形の各頂点をなすようにしてそ
れぞれ配設されたものであり、これらロードセル１２‥
にはそれぞれその出力を増幅するためのアンプ１７が接
続され、さらにこれらアンプ１７‥にはフィルタ１８、
ＡＤ変換器１９を介して演算手段１３となる演算処理装
置が接続されている。なお、検出板１１の足を乗せる面
には、各ロードセル１２‥の中心となる位置に点、ある
いは丸といった足の位置を合わせるための目印２０が設
けられている。

【００１６】演算手段１３は、ロードセル１２‥からの
検出信号がアンプ１７によって増幅され、フィルタ１８
によって不要周波数帯域がカットされ、さらにＡＤ変換
器１９によってＡＤ変換された信号を入力し、これによ
り各ロードセル１２‥が受けた荷重からその重心位置を
実時間、すなわちリアルタイムに算出するものである。
なお、ロードセル１２‥では連続的に荷重が検出される
が、演算手段１３ではこれを０.５秒、１.０秒あるいは
２.０秒といったような単位時間毎に、すなわち断続的
に演算処理してその重心位置を算出している。そして、
このようにして断続的に処理されて得られた重心位置の
データは、その個々のデータがＣＲＴ等からなる表示装
置１６によって連続的（ミクロ的には断続的）に表示さ
れ、これにより測定開始時からの重心位置の移動が図２
に示すような軌跡Ｋとして表示されるようになってい
る。

【００１７】また、ＸＹ座標位置記憶手段１４は、演算
手段１３によって算出された重心位置を予め設定された
Ｘ−Ｙ座標上の位置に変換する変換機能１４ａと、変換
されたＸＹ座標位置を予め設定された単位時間毎に認識
された多数のＸＹ座標として記憶する記憶機能１４ｂと
からなるものである。ここで、予め設定されたＸ−Ｙ座
標とは、この例では、前記目印２０の位置を原点とし、
ロードセル１２‥が形成する正三角形の底辺（足を検出
板１１に乗せた際踵が向く側の辺）がＸ軸と平行となる
ように設定されたものであり、また、このＸ−Ｙ座標も
図２に示すように表示装置１６に表示されるようになっ
ている。

【００１８】また、決定手段１５は、ＸＹ座標位置記憶
手段１４によって記憶された多数のＸＹ座標位置を、そ
れぞれＸ座標位置、Ｙ座標位置毎にその加重平均を求め
て加重平均ＸＹ座標位置を算出する算出機能１５ａと、
算出機能１５ａによって得られた加重平均ＸＹ座標位置
を重心中心位置として決定し、この位置を信号として出
力する出力機能１５ｂとからなるもので、出力機能１５
ｂによって出力した信号を表示装置１６に送り、重心位
置の軌跡Ｋとともに、該軌跡Ｋ内に重心中心位置Ｇ０を
も表示できるように構成されたものである。

【００１９】ここで、算出手段１５ａおよび出力機能１
５ｂは、測定時間、あるいはＸＹ座標位置記憶手段１４
によって得られたデータの数が予め設定された時間ある
いは数になったら、自動的に加重平均ＸＹ座標位置を算
出し、結果を出力するようになっており、したがって例
えば測定時間（訓練時間）をそのまま設定時間にすれ
ば、測定（訓練）終了後、測定中の全重心位置の中心が
出力されるようになっている。

【００２０】なお、本実施例の重心動揺計１０には、演
算手段１３、ＸＹ座標位置記憶手段１４、決定手段１５
を構成するコンピューターシステムにプリンター（図示
略）が設けられており、これによって表示装置１６に表
示される画像と同様のデータ、すなわちＸ−Ｙ座標や重
心位置の軌跡、重心中心位置がプリントアウトされるよ
うになっている。

【００２１】次に、このような構成の重心動揺計１０を
用い、リハビリテーションのため患者（被検体）の重心
位置を測定する方法について説明する。なお、この例で
は、決定手段１５の算出機能１５ａ、出力機能１５ｂを
起動させる設定時間として、全測定時間をそのまま用い
ている。

【００２２】まず、検出板１１の上に患者を乗せるとと
もに、図１中二点鎖線で示すようにその両足間の中心位
置を目印２０に合わせ、その状態で重心動揺計１０の測
定系のスイッチをオンする。すると、患者の両足にかか
る荷重が三個のロードセル１２…によって検出され、そ
れぞれの検出信号がアンプ１７、フィルタ１８、ＡＤ変
換器１９を介して演算手段１３に送られる。演算手段１
３では、送られてきた各検出信号を入力し、従来の重心
動揺計と同様の演算処理によって各ロードセル１２‥が
受けた荷重から患者の重心位置を予め設定された単位時
間毎に算出し、得られた結果を表示装置１６に送ってこ
れを表示する。したがって、表示装置１６では、演算手
段１５で算出された重心位置が順次表示されていき、こ
れにより患者の測定開始後の重心の移動が図２中の軌跡
Ｋとして表示される。

【００２３】また、このようにして演算手段１３で算出
された重心位置は、ＸＹ座標位置記憶手段１４の変換機
能１４ａによって予め設定されたＸ−Ｙ座標上の位置に
変換され、単位時間毎に認識された多数のＸＹ座標とし
て記憶される。そして、重心位置測定が終了すると、算
出機能１５ａ、出力機能１５ｂが起動し、記憶された多
数のＸＹ座標から算出機能１５ａによってそれぞれＸ座
標位置、Ｙ座標位置毎にその加重平均が求められ、加重
平均ＸＹ座標位置が算出される。さらに、算出された加
重平均ＸＹ座標位置は、出力機能１５ｂによって重心中
心位置Ｇ０に決定され、図２に示すように表示装置１６
やプリンタによって重心位置の軌跡Ｋとともにその位置
が表示される。

【００２４】このような重心動揺計１０にあっては、測
定終了後、重心の移動を示す軌跡とともに、重心の中心
位置Ｇ０が表示装置１６上にあるいはプリントアウトさ
れたものとして示されることから、医師あるいは患者自
身がこれらを比較することにより、重心が重心中心位置
Ｇ０からどの方向に多く、あるいは大きく移動していた
かが分かる。また、測定中、例えば患者の重心が瞬間的
に大きく動いてしまっても、そのときに検出された重心
位置は瞬間的であることから、単位時間毎に認識され記
憶された検出値としてはその頻度が少ないものとなり、
したがってこの検出値が重心中心を決定するにあたって
大きく影響を及ぼすことがなく、その分得られた重心中
心位置Ｇ０が本来の重心中心にほぼ一致するものとな
る。

【００２５】また、検出板１１の表面に、Ｘ−Ｙ座標上
の原点と対応する目印２０が設けられているので、検出
板１１に両足を乗せる際、この目印２０に両足間の中心
点を合わせて測定すれば、測定後表示装置１６あるいは
プリントアウトされたデータ上におけるＸ−Ｙ座標の原
点Ｏと重心中心位置Ｇ０とを比較することにより、原点
Ｏに対応する真の重心位置が検出された重心中心位置Ｇ
０に対してどこに位置しているかを検知することができ
る。

【００２６】なお、前記実施例では本発明の重心動揺計
を主にリハビリテーションを目的として使用したが、運
動工学、人間工学等の分野において被検者の重心を測定
する場合などにも用いることができるのはもちろん、人
間以外の動物の重心の動揺を調べるのにも用いることが
できる。また、前記実施例では被検体の各足にかかる荷
重中心を検出するためのロードセル１２が３個備えられ
ている例を示したが、ロードセルを４個としてもよく、
その場合には検出板１１を矩形状にしてその四隅部にそ
れぞれロードセルが配設されるように構成するのが好ま
しい。また、検出板についても、一つでなく両足にそれ
ぞれ対応するよう二つ用いてもよい。

【００２７】また、決定手段１５を算出機能１５ａと出
力機能１５ｂとから構成したが、例えば、演算手段１３
によって認識され記憶された多数のＸＹ座標データか
ら、統計上の異常値（例えば平均値から標準偏差の３倍
の値をプラス・マイナスした範囲から外れた値）を除く
異常値削除機能を決定手段１５に加え、残りのデータの
みから前記算出機能１５ａと出力機能１５ｂとによって
重心中心位置が求められるようにしてもよい。なぜな
ら、このような異常値は必ずしも被検体自身に起因して
生じた値でなく、外部からの何等かの要因に基づいて生
じてしまった場合が多いからである。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明における請求
項１記載の重心動揺計は、ＸＹ座標位置記憶手段によ
り、演算手段によって算出された重心位置をＸ−Ｙ座標
上の位置に変換するとともに、変換された連続的あるい
は断続的なＸＹ座標位置を予め設定された単位時間毎に
認識された多数のＸＹ座標として記憶し、さらに、決定
手段により、記憶された多数のＸＹ座標位置を、それぞ
れＸ座標位置、Ｙ座標位置毎にその加重平均を求めて加
重平均ＸＹ座標位置を算出し、算出された加重平均ＸＹ
座標位置を重心中心位置に決定するものである。したが
って、決定された重心中心位置が重心の移動を示す軌跡
中のどこに位置しているかを調べることにより、被検体
の重心が重心中心位置からどの方向に多く、あるいは大
きく移動していたかが分かり、これから、例えばリハビ
リテーションを行っている場合であればその回復状態を
把握することができる。

【００２９】また、測定中、例えば患者の重心が瞬間的
に大きく動いてしまっても、そのときに検出された重心
位置は瞬間的であることから、単位時間毎に認識され記
憶された検出値としてはその頻度が少ないものとなり、
したがってこの検出値が重心中心を決定するにあたって
大きく影響を及ぼすことがなく、これによりその分得ら
れた重心中心が本来の重心中心にほぼ一致するものとな
るため、正確な測定を行うことができる。

【００３０】請求項２記載の重心動揺計は、検出板の表
面の、予め設定されたＸ−Ｙ座標上の原点と対応する位
置に目印を設けたものであるから、検出板に各足を乗せ
る際、この目印に各足間の中心点を合わせることによ
り、真の重心位置が検出された重心中心位置に対してど
こに位置しているかを検知することができ、したがって
立位姿勢そのものが基本的に傾いた状態になっているの
か否か、また傾いているとすれば左右前後のいずれに傾
いているのかを調べることができる。

【００３１】請求項３記載の重心動揺計は、表示装置を
設けたことにより、記憶手段によって記憶された多数の
ＸＹ座標位置と、決定手段によって決定された重心中心
位置とを表示することができるようにしたものであるか
ら、被検体または医師等がこれを見ることにより、検出
された重心位置がより本来のものに近い正確な見掛け上
の重心中心位置に対してどのように変動しているかを容
易に観測することができる。また、演算手段が被検体の
重心位置を実時間で算出することから、表示装置による
表示も実時間によるものとなり、したがって被検体ある
いは医師等は表示装置を見ながらそのときの状況と重心
の移動とを同時に把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の重心動揺計の一実施例を示す概略構成
図。

【図２】図１に示した重心動揺計によって得られる重心
位置の軌跡を示す図。

【図３】従来の重心動揺計の一例を示す概略構成図。

【図４】図３に示した重心動揺計によって得られる重心
位置の軌跡を示す図。

【図５】図３に示した重心動揺計によって得られる重心
位置の軌跡を示す図。

【符号の説明】

１０ 重心動揺計 １１ 検出板 １２ ロードセル（荷重検出手
段） １３ 演算手段 １４ ＸＹ座標位置記憶手段 １５ 決定手段 １６ 表示装置 ２０ 目印

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体の各足が全て乗せられる検出板
   と、該検出板に設けられて前記被検体の各足にかかる全
   荷重の中心を連続的あるいは断続的に検出する複数の荷
   重検出手段と、これら荷重検出手段からの検出信号に基
   づき、前記被検体の重心位置を算出する演算手段とを具
   備してなり、 前記演算手段によって算出された重心位置を予め設定さ
   れたＸ−Ｙ座標上の位置に変換するとともに、変換され
   た連続的あるいは断続的なＸＹ座標位置を予め設定され
   た単位時間毎に認識された多数のＸＹ座標として記憶す
   るＸＹ座標位置記憶手段と、 このＸＹ座標位置記憶手段によって記憶された多数のＸ
   Ｙ座標位置を、それぞれＸ座標位置、Ｙ座標位置毎にそ
   の加重平均を求めて加重平均ＸＹ座標位置を算出し、算
   出された加重平均ＸＹ座標位置を重心中心位置に決定す
   る決定手段とを備えたことを特徴とする重心動揺計。
2. 【請求項２】 請求項１記載の重心動揺計において、前
   記検出板の表面の、予め設定されたＸ−Ｙ座標上の原点
   と対応する位置に目印が設けられていることを特徴とす
   る重心動揺計。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の重心動揺計におい
   て、前記演算手段が、荷重検出手段からの検出信号に基
   づいて前記被検体の重心位置を実時間で算出するよう構
   成されてなり、かつ、前記記憶手段によって記憶された
   多数のＸＹ座標位置と、前記決定手段によって決定され
   た重心中心位置とを表示する表示手段を備えてなること
   を特徴とする重心動揺計。