JPWO2004014230A1 - 平衡状態解析装置、平衡状態解析方法、そのプログラム、記録媒体 - Google Patents

Abstract

被験者が運動する領域または姿勢の自由度が限定されることが少ない平衡状態解析装置、平衡状態解析方法、そのプログラム、記録媒体を提供すること。人体の体幹部に装着され、水平面内の少なくとも１方向に生じる加速度を検出する加速度情報検出手段１と、前記検出された加速度を記憶する運動情報記憶手段と３、前記記憶された加速度情報を利用して、人体の平衡状態を解析する平衡状態解析手段４と、を備える平衡状態解析装置。

Description

本発明は、重心動揺計など身体機能を検査する装置、高齢者を含む人々の自活支援、リハビリテーション支援を行う機器、サービス、居住施設等に応用可能な平衡状態解析装置、平衡状態解析方法、そのプログラム、記録媒体に関する。

近年、高齢社会の到来という背景のもとに高齢者の介護が注目されている。特に、足腰の機能低下が見うけられる高齢者にとって、転倒による事故は問題視されている。また、リハビリテーションについては高齢者の社会復帰という観点から今後役割が急激に増大していくことが考えられる。さらに、近年、高齢者に限らず一般の生活者にとっても健康管理の意識は増大してきている。
このような背景から転倒の防止、および健康管理の指標やリハビリテーションの進行具合を客観的に判断できる指標の確立については今後大変重要になると考えられる。
従来、転倒の検出手法としては加速度センサや傾斜センサなどの出力からのものなどが提案されている。またリハビリテーションについては、医者や介護者が常時付き添って経過を見守り、進行具合の判断については医者や介護者にゆだねられている。
また、一般的に重心動揺が大きいほど転倒の可能性が大きいことから、転倒の危険性を図る尺度として重心動揺の度合を測定する手法が用いられており、実際の医療現場にも重心動揺検出装置として徐々に導入されてきている。なお、この装置による重心動揺の時系列的な変化を観察することによりリハビリテーションの度合を測ることにも使用されている。この重心動揺検出装置としては、圧力検知プレートの上に乗り、重心動揺を記録する装置（床反力計）などがすでに存在している（例えば、特許第２７６０４７２号公報、特許第２８２３８４１号公報、特許第２８２３８４２号公報を参照。上記の文献の全ての開示は、そっくりそのまま引用することにより、ここに一体化する。）。
上述のように、転倒防止やリハビリテーションといった観点における重心動揺の検出装置として、一部の装置の導入が開始されてきているが、その装置の価格としては数百万以上と大変高価なものである。そのため、装置の重要性は充分認知されているにもかかわらず一般的な病院に普及しているとは言えず、神経内科などの重心動揺検出装置のデータ自体に興味のある医師のみが所有しているにすぎない。
また、従来の装置は据えつけタイプであるため、専用の設置場所が必要となるのとともに、計測にも手間がかかり使い勝手がよいとは言えない。
また、これら従来の技術によると平衡状態の解析は、圧力検知プレートなどの荷重検出手段上に被験者が乗って行わねばならず、運動の行われる領域、姿勢が極めて狭小に限定される、という課題も有する。

上記課題を鑑みて、本発明は、被験者が運動する領域または姿勢の自由度が限定されることが少ない平衡状態解析装置、平衡状態解析方法、そのプログラム、記録媒体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、第１の本発明は、人体の体幹部に装着され、水平面内の少なくとも１方向に生じる加速度を検出する加速度情報検出手段と、
前記検出された加速度を記憶する運動情報記憶手段と、
前記記憶された加速度情報を積分することにより、人体の平衡状態を解析する平衡状態解析手段と、を備える平衡状態解析装置である。
第２の本発明は、前記加速度情報検出手段は、水平面内で直交するｘ、ｙ方向に生じる加速度を検出することができ、
前記平衡状態解析手段は、前記ｘ方向に生じる加速度、および前記ｙ方向に生じる加速度をそれぞれ積分することにより速度を算出して出力する、第１の本発明の平衡状態解析装置である。
第３の本発明は、前記ｘ方向の加速度をＡｘｔとし、前記ｙ方向の加速度をＡｙｔとしたとき（ｔはサンプリングタイミング、ｔ＝０，１，２．．．Ｐ／Ｉ、Ｐは計測時間、Ｉはサンプリング間隔をそれぞれ示すである。）、前記速度（Ｖｔ）は、

で算出され、前記平衡状態解析手段は、前記算出された速度（Ｖｔ）から、計測時間Ｐにわたる平均速度を算出して出力する、第２の本発明の平衡状態解析装置である。
第４の本発明は、前記出力されたデータを表示するための表示装置をさらに備え、
前記運動情報記憶手段は、前記算出された平均速度、および前記計測が行われた日付データを記憶し、
前記平衡状態解析手段は、前記運動情報記憶手段に記憶されている前記日付データに対応する前記算出された平均速度を、経時的に前記表示装置に表示する、第３の本発明の平衡状態解析装置である。
第５の本発明は、個人特有のＩＤを設定する個人情報設定手段と、
前記各ＩＤに対応する、前記平衡状態解析手段からの出力を管理する情報管理手段と、をさらに備え、
前記各ＩＤに対応する、前記平衡状態解析手段からの出力を指標として提供する、第２の本発明の平衡状態解析装置である。
第６の本発明は、前記平衡状態解析手段は、前記加速度の計測の開始から終了までの時間に相当する前記記憶された加速度情報を積算して出力する、第１の本発明の平衡状態解析装置である。
第７の本発明は、前記出力されたデータを表示するための表示装置をさらに備え、
前記運動情報記憶手段は、前記積算された加速度、および前記計測が行われた日付データを記憶し、
前記平衡状態解析手段は、前記運動情報記憶手段に記憶されている前記日付データに対応する前記積算された加速度を、経時的に前記表示手段に出力する、第６の本発明の平衡状態解析装置である。
第８の本発明は、前記平衡状態解析手段は、前記積算された加速度情報をランク分けする、第６の本発明の平衡状態解析装置である。
第９の本発明は、前記加速度情報検出手段は、水平面内で直交するｘ、ｙ方向に生じる加速度を検出することができ、
前記平衡状態解析手段は、前記ｘ方向に生じる加速度、および前記ｙ方向に生じる加速度をそれぞれ２回積分することにより、前記人体の重心の変位を算出して出力する、第１の本発明の平衡状態解析装置である。
第１０の本発明は、前記ｘ方向の加速度をＡｘｔとし、前記ｙ方向の加速度をＡｙｔとしたとき（ｔはサンプリングタイミング、ｔ＝０，１，２．．．Ｐ／Ｉ、Ｐは計測時間、Ｉはサンプリング間隔をそれぞれ示す。）、前記変位（Ｓｔ）および重心動揺指数（Ｇｎ）（ｎは測定回数）は、

で算出されて、前記平衡状態解析手段は前記算出された変位および重心動揺指数を出力する、第９の本発明の平衡状態解析装置である。
第１１の本発明は、前記平衡状態解析手段は、前記算出されたＧｎを、Ｇ１，Ｇ２、．．．Ｇｎ−１と比較し、Ｇｎ＜Ｇｎ−１であれば、「良好」を出力し、Ｇｎ＝Ｇｎ−１であれば「普通」を出力し、Ｇｎ＞Ｇｎ−１であれば、「注意」を出力する、第１０の本発明の平衡状態解析装置である。
第１２の本発明は、前記平衡状態解析手段は、前記変位が人体の重心位置から所定領域内にあるときは、前記人体が制止立位にあると判定し、前記変位が前記所定領域外にあるときは、前記人体が転倒または転倒への移行状態にあることを判定する、第１０の本発明の平衡状態解析装置である。
第１３の本発明は、前記平衡状態解析手段に接続された、立位信号を入力するための立位信号入力手段をさらに備え、
前記立位信号入力手段に前記立位信号が入力されたとき、前記平衡状態解析手段は、前記平衡状態の解析を開始する、第１の本発明の平衡状態解析装置である。
第１４の本発明は、人体の体幹部に装着された加速度情報検出手段により、水平面内の少なくとも１方向に生じる加速度を検出する加速度情報検出工程と、
前記検出された加速度を記憶する運動情報記憶工程と、
前記記憶された加速度情報を積分することにより、人体の平衡状態を解析する平衡状態解析工程と、を備える平衡状態解析方法である。
第１５の本発明は、第１の本発明の平衡状態解析装置の、前記検出された加速度を記憶する運動情報記憶手段と、前記記憶された加速度情報を積分することにより、人体の平衡状態を解析する平衡状態解析手段として、コンピュータを機能させるためのプログラムである。
第１６の本発明は、第１５の本発明のプログラムを担持させた記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体である。
被験者が運動する領域または姿勢の自由度が限定されることが少ない平衡状態解析装置、平衡状態解析方法、そのプログラム、記録媒体を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態１の平衡状態解析装置のブロック図である。
図２は、本発明の実施の形態１の平衡状態解析装置の概略図である。
図３は、本発明の実施の形態１の加速度情報検出手段の装着例を示す上面図である。
図４は、本発明の実施の形態１の平衡状態解析装置における重心動揺指数の模式図である。
図５は、本発明の実施の形態１平衡状態解析装置の動作を示すフロー図である。
図６は、本発明の実施の形態１の平衡状態解析装置から出力される表示手段への表示例である。
図７は、本発明の実施の形態２の平衡状態解析装置のブロック図である。
図８は、本発明の実施の形態２の平衡状態解析装置に使用される加速度情報検出手段の装着例である。
図９は、本発明の実施の形態２の平衡状態解析装置の動作を示すフロー図である。
図１０は、本発明の実施の形態３の平衡状態解析装置のブロック図である。
図１１は、本発明の実施の形態３の平衡状態解析装置の使用形態図である。
図１２は、本発明の実施の形態４にかかる平衡状態検出装置の概略構成図である。
図１３は、本発明の実施の形態４の平衡状態解析装置の使用例を示す図である。
図１４は、本発明の実施の形態４の平衡状態解析装置テンプレート例の模式図である。
図１５は、本発明の実施の形態４の平衡状態解析装置における平衡状態の時系列変化の模式図である。
図１６は、本発明の実施の形態５の平衡状態解析装置を利用した平衡状態検出システムの概略構成図である。
図１７は、本発明の実施の形態６の平衡状態解析装置を利用した平衡状態検出システムの概略構成図である。
図１８は、本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置のブロック図である。
図１９は、本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置のブロック図である。
図２０は、本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置の使用状況を説明する概略図である。
図２１は、本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置の動作フローを示す図である。
図２２は、本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置における運動解析のフローにおいて水平面上における重心位置と任意の時間における前後方向の加速度と左右方向との関係を示した図である。
図２３は、本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置における、解析の開始からから所定の時間までの重心の軌跡を示した図である。
図２４は、本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置における、立位人体の骨盤の高さにおけると装着具と加速度検知部の位置関係を示したものである。
図２５は、本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置の立位人体の骨盤の高さにおけると装着具と加速度検知部の位置関係を示したものである。
図２６は、図２２に示した座標平面上に設定した基底面の例を示した図である。

符号の説明

１ 加速度情報検出手段
２ 計測制御手段
３ 運動情報記憶手段
４ 平衡状態解析手段
５ 表示手段
６、２０ 装着手段
７ 立位信号入力手段
８ コンピュータ
９ 個人情報設定手段
１０ 情報管理手段
１１ 管理情報提示手段
１２ ホストコンピュータ
１９ 人体
２２ 人体の前向きを示す矢印
２３ 人体の右向きを示す矢印
ｓ１ 計測時間設定ステップ
ｓ２ 加速度情報入力ステップ
ｓ３ 平衡状態解析ステップ
ｓ４ 運動情報記憶ステップ
ｓ５ 身体情報入力ステップ
ｓ６ 身体情報判定ステップ
ｓ７ 出力ステップ
１１１．平衡状態検出装置
１１２．加速度センサ
１１３．信号処理手段
１１４．収集用ＲＯＭ
１１５．算出手段
１１６．ＲＯＭ
１１７．表示手段
１１８．保持部材
１２１．スイッチ
１３１．加速度収集結果
１４１．蓄積手段
１５１．情報送信手段
１５２．情報受信手段
１６１．携帯電話
１６２．使用者
２０１，２１１，２１６ 加速度検知部
２０２ 通信制御部
２０３ 運動解析部
２０４ 情報提示部
２０５ 情報管理部

以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
人間が立位で一見静止しているときでも人体は常に揺らぎながら立位の保持を行う。この揺らぎが重心動揺であり、その程度を示す指標が重心動揺指数である。重心動揺指数は人間の姿勢反射、立位保持機能などの運動機能の測定に用いられ、めまいや平衡機能障害の障害箇所や障害の程度の評価に用いられる。図１は本発明の実施の形態１の平衡状態解析装置のブロック図である。１は加速度情報検出手段、２は計測制御手段、３は運動情報記憶手段、４は重心動揺解析手段、５は表示手段、６は装着手段である。
本実施の形態においては、図２に示すように、加速度情報検出手段１は装着手段６により、人体の腰部すなわち、右側の腸骨稜近傍に固定されている。計測制御手段２、平衡状態解析手段４、運動情報記憶手段３、表示手段５はパーソナルコンピュータ８をベースとしたシステム上で作動している。加速度情報検出手段１を人体の右側の腸骨稜近傍に装着した場合の加速度検出方向を図３に示す。図３は人体を上から鳥瞰した図で、図中に示す１９は人体、２０は人体に巻いたベルト状の装着具、２２は人体の前後方向（前向きを正の向きとする）、２３は人体の左右方向（右向きを正の向きとする）を示す。本実施の形態においては、水平面上に生じる加速度を検出するために、水平面上で直交するｘ軸およびｙ軸を人体の前後方向および左右方向とし、それぞれの方向における加速度を検出できるように加速度情報検出手段１においては２軸構成の加速度センサを配置している。この配置により体動にともない加速度情報検出手段１は、水平面上に生じる加速度を電圧値として検出し、Ａ／Ｄ変換後デジタル値として出力する。
このとき計測制御手段２は、Ａ／Ｄ変換の際のサンプリング間隔の設定、および加速度情報検出手段１の動作の開始・終了のスイッチングを行なう。従って、加速度情報検出手段１は、設定されたサンプリング間隔で計測の開始から終了までの水平面内に生じる加速度をデジタル値として出力する。また、加速度情報検出手段１は、加速度情報を検出した年月日、時刻を有するカレンダー情報を加速度情報に併せて運動情報記憶手段３に出力する。
平衡状態解析手段４は、運動情報記憶手段３から加速度データを時系列に沿って入力し、重心動揺指数を演算し、運動情報記憶手段３および／または、表示手段５へ出力する。運動情報記憶手段３は計測された加速度情報と共に重心動揺指数の蓄積も行う。表示手段５は平衡状態解析手段４から出力される重心動揺指数を、付帯情報であるカレンダー情報とともに提示する。これらの構成は１人の個人に対して、被験者の平衡状態解析からその結果の提示までを行うことを可能にする。
図４に平衡状態解析手段１において出力される重心動揺指数の模式図を示した。図４において、人体の重心の水平面上への射影をＧとし、経過時間をｔで表し、計測開始時間Ｔ経過後のＧの軌跡および、Ｔにおける重心移動の速度変化を示す動揺速度をＶＴとしている。この場合、Ｔにおける重心動揺指数は、ＶＴの経過時間（ｔ＝０からｔ＝Ｔ）の区間平均で定義される。一般的に、重心動揺が大きくなると図４に示した軌跡長は長くなる。人間は重心の運動の方向を筋活動により微妙に変化させることで、足底で構成される安定基底面から重心が外れないように調節している。しかし重心が動揺する場合は、筋活動に伴い加速度が発生し重心の運動の速度の大きさ・向きに変化を生じ、一定時間で重心の軌跡が生じる。本実施の形態における重心動揺指数はこのときの速度変化の大きさＶＴを用いて表現されている。
本実施の形態１の重心動揺解析装置の具体的な重心動揺の解析アルゴリズムを図５に示す。ｓ１は計測時間設定ステップ、ｓ２は加速度情報入力ステップ、ｓ３は重心動揺解析ステップ、ｓ４は運動情報記憶ステップ、ｓ７は出力ステップを表す。アルゴリズムの開始とともに、計測時間設定ステップｓ１において、サンプリング間隔Ｉ、計測時間設定ステップＰを入力する。このとき計測時間がＰ、サンプリング間隔がＩのとき、２軸の加速度情報Ａｘ_ｔ、Ａｙ_ｔの入力回数はＰ／Ｉとなる。加速度情報入力ステップｓ２にて２軸の加速度情報Ａｘ_ｔ、Ａｙ_ｔの入力が行なわれ、キャリブレーションに基づき加速度の単位を付加する。キャリブレーションにおいては、加速度情報検出手段１からの０Ｇのときの出力値および１Ｇのときの出力値を平衡状態解析手段４に記憶しておき、Ａｘ_ｔ、Ａｙ_ｔを加速度換算する。本実施の形態においては、一例としてサンプリング間隔（Ｉ）を１秒、計測時間（Ｐ）を３０秒とした。
そして（数１）に示すように、重心動揺解析ステップｓ３においてＡｘ_ｔ、Ａｙ_ｔを一秒間積分し、それぞれの平方和に対し、平方根をとることで２軸の加速度情報Ａｘ_ｔ、Ａｙ_ｔの入力に対して秒速Ｖｔを算出する。そしてＶｔに対しＰ秒の区間における時間平均を算出し、この値によって、重心動揺指数を定義する。なお、積分に際して、ｔ＝０のとき、Ｖｔ＝０（すなわち、計測開始時は、被験者は立位であり静止状態である。）という初期条件を使用する。

そして、以上の動作が繰り返されると複数の重心動揺指数が蓄積され、蓄積された複数の重心動揺指数の管理が可能となる。例えば、重心動揺指数にカレンダー情報を付随させ、蓄積された複数の重心動揺指数を時系列情報として出力することができる。
本実施の形態の場合、Ｐ＝３０、Ｉ＝１としたので、加速度情報Ａｘ_ｔ、Ａｙ_ｔの入力回数は３０となりＰに等しい。本実施の形態においては、あらかじめ計測時間設定ステップｓ１において、サンプリング間隔Ｉを１秒、計測時間をＰ＝３０秒と設定しておき、被験者が立位になったときに動作を開始させる。動作開始とともに、加速度情報入力ステップｓ２にて２軸の加速度情報Ａｘ_ｔ、Ａｙ_ｔの入力が３０秒間行なわれ、キャリブレーションに基づき加速度の単位が付加される。このとき計測時間Ｐが３０、サンプリング間隔Ｉが１なので、２軸の加速度情報Ａｘ_ｔ、Ａｙ_ｔの入力回数はＰに等しい３０となる。そして重心動揺解析ステップｓ３においてＡｘ_ｔ、Ａｙ_ｔを一秒間積分し、それぞれを平方した和に対し、平方根をとることで２軸の加速度情報Ａｘ_ｔ、Ａｙ_ｔの入力に対して秒速Ｖｔを算出する。そしてＶｔに対し３０秒の区間における時間平均を算出し、この値によって、重心動揺指数を定義する。そして、重心動揺指数にカレンダー情報を付随させ時系列情報Ｖ（Ｄ）として出力する。本実施の形態においては配列の添字Ｄは、例えば入力した加速度情報の記録を行った日付の順序に従い、整数が割り当てられる。
図６は本実施の形態における平衡状態解析装置を用いて、下肢の骨格筋の縫合手術を行った患者の重心動揺指数の術後経過を出力ステップｓ７から出力・表示したものである。このように本実施の形態にかかる平衡状態解析装置によれば、加速度情報を用いた重心動揺指数の日観比較を実施することが可能になる。
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２の平衡状態解析装置のブロック図である。７は立位信号入力手段である。本実施の形態においては、図８に示すように、加速度情報検出手段１は装着手段６により、人体の右側の腸骨稜近傍および腹部に固定されている。図８は人体を上から鳥瞰した図で、図中に示す１９は人体、２０は人体に巻いたベルト状の装着具、２２は人体の前後方向（前向きを正の向きとする）、２３は人体の左右方向（右向きを正の向きとする）、１は人体に装着された加速度情報検出手段を示す。その他の構成は、実施の形態１の場合と同様であり、その、説明を省略する。
本実施の形態においては、水平面上に生じる加速度を検出するために、水平面上で直交するｘ軸およびｙ軸を人体の前後方向および左右方向とし、それぞれの方向における加速度を検出できる。本実施の形態においては加速度情報検出手段１として１軸構成の加速度センサを用い、装着具２０により、加速度情報検出手段１を２個、図８に示すように人体に装着している。この配置により体動にともない水平面上に生じる加速度を電圧値として検出し、Ａ／Ｄ変換後デジタル値を出力する。
平衡状態解析手段４において出力される重心動揺指数は、実施の形態１と同様である。
本実施の形態における重心動揺解析のアルゴリズムを図９に示す。ｓ１は計測時間設定ステップ、ｓ５は身体情報入力ステップ、ｓ６は身体情報判定ステップ、ｓ３は重心動揺解析ステップ、ｓ４は運動情報記憶ステップ、ｓ７は出力ステップを表す。
本実施の形態において、身体情報Ｆｐ_ｔはコンピュータ８のキーボードから入力するが、キャリッジリターンコードに例えば”ｓｔａｎｄｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ”の文字列を割り付け、それ以外のキー入力に対しては例えば””（空白）を割り付けて入力する。また、アルゴリズムの実行が開始されてからは、身体情報Ｆｐ_ｔはキー入力が行われない限り、以前の入力である身体情報Ｆｐ_ｔ−１を保持する。そして身体情報判定ステップｓ６で身体情報Ｆｐ_ｔが立位（”ｓｔａｎｄｉｎｇ ｐｏｓｔｕｒｅ”）か否かにより条件分岐し、ｔｒｕｅの場合、重心動揺解析ステップ３を実行し、ｆａｌｓｅの場合は引き続き身体情報入力ステップｓ５を実行する。このように本実施の形態にかかる平衡状態解析装置によれば、立位時のみの加速度情報を用いた重心動揺指数の日観比較を実施することが可能になる。
（実施の形態３）
図１０は本発明の実施の形態３の平衡状態解析装置のブロック図である。９は個人情報設定手段、１０は情報管理手段、１１は管理情報提示手段である。図１１は本実施の形態を示すイメージ図である。
本実施の形態においても実施の形態１と同様、図１１に示すように、加速度情報検出手段１は装着手段６により、人体の腰部すなわち、右側の腸骨稜近傍に固定されている。また、検出する水平面上の互いに直交する２軸（ｘ軸およびｙ軸）も実施の形態１と同様である。計測制御手段２、平衡状態解析手段４、運動情報記憶手段３、表示手段５、立位信号入力手段７、個人情報設定手段９はパーソナルコンピュータ８をベースとしたシステム上で作動している。実施の形態２の場合と同様に、平衡状態解析手段４は姿勢情報が立位を表す場合にのみ作動し、加速度情報検出手段１から加速度データを時系列に沿って入力し、重心動揺指数を演算し、出力する。また、このとき、加速度情報検出手段１から出力されたカレンダー情報は、個人情報設定手段９から入力された個人特有のＩＤ番号とともに算出された重心動揺指数の付帯情報として運動情報記憶手段３に保持される。
運動情報記憶手段３は、個人ＩＤ番号、カレンダー情報と共に重心動揺指数の蓄積を行う。表示手段５は運動情報記憶手段４に蓄積された重心動揺指数を、付帯情報であるカレンダー情報とともに提示する。情報管理手段１０は、ネットワークに接続されている複数または単数の運動情報記憶手段３に記憶されている重心動揺指数ならびに付帯情報を読み込み、ＩＤ番号およびカレンダー情報を参照することで複数の個人にわたる長期間の重心動揺指数の管理を行なう。また管理情報提示手段１１は、ＩＤ番号別に重心動揺指数の経時変化を提示することができる。平衡状態解析手段４から出力される重心動揺指数は、実施の形態１の場合と同様である。本実施の形態においては情報管理手段１０ならびに管理情報提示手段１１としてホストコンピュータ１２を用いている。ホストコンピュータ１２は、各個人のＩＤごとに対応付けされたコンピュータ８とＬＡＮにより通信回線を確保している。
このように、本実施の形態の平衡状態解析装置により、複数の個人の立位時のみの加速度情報を用いた重心動揺指数の日間比較とその結果の提示までを行うことを可能にする。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４の平衡状態解析装置について図面を参照しながら説明する。図１２は、本実施の形態の平衡状態解析装置の概略構成を示すものである。
図１２は、平衡状態解析装置１１における加速度取得手段の方式として加速度センサを用いた場合の構成を示している。
平衡状態解析装置１１１は、加速度情報を取得する加速度センサ１１２（本発明の加速度情報検出手段に一例として対応）、加速度センサ１１２から得た加速度情報にともなう出力を処理する信号処理手段１１３、信号処理手段１１３からの処理信号を積算する収集用ＲＡＭ１１４、積算した信号をあらかじめ規定したしきい値と比較することにより重心の動揺の度合に対応した指標をランク分けする算出手段１１５、しきい値を格納しておくＲＯＭ１１６ならびに算出手段１１５の算出結果を表示する表示手段１１７から構成される。
人体には平衡状態解析装置１１１が装着される。人体の体幹である腰部に装着するため、専用の保持部材１１８を装備しておいてもよい。ここでは平衡状態解析装置１１１全体を装着することを想定して図示しているが、かならずしもこれに限らず、加速度センサ１１２が腰部に配置されていればよく、他の部分については必ずしも腰部に装着する必要はない。
人体が動揺計測開始から動揺するに伴い加速度センサ１１２に出力が生じる。信号処理手段１１３は順次加速度センサ１１２から出力されるアナログ信号をあらかじめ規定したサンプリングレートでＡ／Ｄ変換してデジタル出力に変換する。変換されたデジタル出力は、一定時間積算され、収集用ＲＡＭ１１４に一時保存される。算出手段１１５は収集用ＲＡＭ１１４に格納された積算出力を参照するとともに、ＲＯＭ１１６に格納したしきい値を参照して、人体の動揺の度合をランク分けする。算出結果は表示手段１１７に表示する。
図１３は平衡状態解析装置１１１の実際の使用方法を示したものである。図１３（ａ）に示す構成は、図１２で示した装置の加速度収集用ＲＡＭ１１４にさらに信号入力手段として押しスイッチ１２１が接続されている。本装置の使用者は、重心動揺を検出するタイミングに基づきスイッチ１２１を押す（図１３（ｂ）参照）。スイッチ１２１が押されたときに生じる入力信号に同期して、加速度収集用ＲＡＭ１１４において加速度情報の収集を開始する。なお、収集開始のタイミングをスイッチにする必要は必ずしもなく、表示手段１１７に開始を表す表示をしてもよい。また、さらにブザーを装備し、加速度収集が完了したことを知らせる構成にしてもよい。
図１４は、重心動揺の算出手段１１５における動揺算出用のテンプレート例について示したものである。図１４（ｂ）に示したように、あらかじめ算出結果の範囲１３１を細分化しておき、図１４（ａ）のように収集した加速度出力の積算と比較してランク分けする。なお、ランク分けの２００００−２２０００などの数値の単位は、積分値である。大きい方が動揺度が大きくなることを示す。１０，１１などは単なる例である。
また、図１５（ａ）は、図１２の構成にさらに蓄積手段１４１を装備したものを示し、図１５（ｂ）は、時系列的にランクの遷移を示した模式図を示したものである。例として脚部のリハビリテーション中の使用者が長期間継続使用し、日が経過するにつれて患部が治癒していく過程を示している。この結果から、徐々に積算結果が小さくなっていき、ランク分けのレベルが小さくなっていくことから、患部の治癒が順調に進行していっていることを客観的な指標で示すことができるようになることがわかる。この経過を表示手段に表示することにより、本人や担当医などが治癒状況を把握することができる。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５の平衡状態解析システムについて図面を参照しながら説明する。図１６は本発明の実施の形態の平衡状態解析システムの概略構成図を示すものである。以下に本実施の形態における構成を説明する。
本実施の形態５は、図１２で示した平衡状態解析装置１１１をベースに、算出手段１１５内にさらに情報送信手段１５１を装備し、さらに情報受信手段１５２を装備するシステム構成である。
平衡状態解析装置１１１は、図１２と同様に使用者の加速度情報を取得、収集し、動揺を示す指標を算出する。算出された動揺に伴う情報は情報送信手段１５１により情報受信手段１５２に送信される。情報受信手段１５２が患者の重心の動揺に関する情報を受信することにより、遠隔地にいる家族や医者などがリハビリテーションの進行状況を知ることができる。
（実施の形態６）
本実施の形態６の平衡状態解析システムについて図面を参照しながら説明する。図１７は本実施の形態の平衡状態解析システムの概略構成図を示すものである。以下に本実施の形態における構成を説明する。図１７は、情報受信手段１５１として携帯電話１６１を用い、複数の使用者における使用状況を示したものである。
使用者６２が装着した平衡状態解析装置１１１から算出手段１１５により算出された算出結果を、情報送信手段１５１はそれぞれの使用者１６２があらかじめ登録した担当医あるいは家族などが所有する携帯電話に個別に情報を送信する。このような情報を受信した携帯電話１６１を介して、例えば独自の着信音やバイブレーション機能を用いて使用者１６２のリハビリテーションの進行状況を遠隔的に把握することができる。
なお、本構成にさらに中継器（図示せず）を装備し、平衡状態解析装置１１１において算出された個々の算出結果に独自のＩＤ情報を付加するとともに、中継器が送信登録情報を所持しており、平衡状態解析装置１１１と携帯電話１６１の間を中継し、算出結果がいずれの使用者１６２のものであるかを特定し、個々の登録した携帯電話１６１に送信する構成にしてもよい。
以上の説明から明らかなように、実施の形態５、６の平衡状態解析システムによれば、現在まで安価でコンパクトな方法が存在していなかった、重心動揺の度合を検出する装置およびシステムの実現が可能になる。
また、取りつけ位置を腰部などの体幹にすることにより取得データの位置を実際の重心に近づけることができ、取得情報の信頼性も向上できる。
また、算出結果を時系列的に蓄積する蓄積手段をさらに備えて蓄積結果を使用者や担当医に表示することで、一般の健康管理という観点からも有効に機能する。
なお、重心動揺の測定を開始する方式として、押しボタンなどの信号入力手段をさらに備えて装着者が自主的に開始する構成にしてもよいし、表示手段により開始時間を指示する構成にしてもよい。
さらに測定終了時刻をブザーにて通知することにより明確に測定終了時期を測定者が知る構成にしてもよい。また、算出結果を医者の所有する携帯電話などに自動通知するようなシステムにしてもよい。
（実施の形態７）
図１８は本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置のブロック図である。２０１は本発明の加速度情報検出手段の一例である加速度検知部、２０２は通信制御部、２０３は平衡状態解析部、２０４は情報提示部である。加速度検知部２０１は、人体に対して前後方向、左右方向、上下（鉛直）方向のうち、少なくとも１方向における人体腰部の加速度を検知し、通信制御部２０２を介して人体加速度を平衡状態解析部２０３へ出力する。通信制御部２０２は少なくとも１方向の加速度データに対し１チャンネル、または一つの加速度検知部２０１に対し１チャンネルを割り当て、複数方向の加速度データを、あるいは複数の加速度検知部からの出力を、一つの平衡状態解析部２０３へ無線または有線にて伝送する。
平衡状態解析部２０３は通信制御部２０２から入力された加速度データをチャンネルごとに時系列に沿って蓄積し、上記加速度データを一連の波形データとして蓄積し、波形解析を行う。
情報提示部２０４は平衡状態解析部２０３の解析結果を提示する。これらの構成は１人の被験者に対して、上記被験者の平衡状態解析からその結果の提示までを行うことを可能にする。
図１９は、本実施の形態の平衡状態解析装置をさらに詳しく説明するためのブロック図である。同じ構成要素は同じ番号を付している。２０５は情報管理部、２０６は管理情報提示部である。
加速度検知部１は、人体に対して前後方向、左右方向、上下（鉛直）方向のうち、少なくとも１方向における人体腰部の加速度を検知し、通信制御部２０２を介して人体加速度を平衡状態解析部２０３へ出力する。通信制御部２０２は少なくとも１方向の加速度データに対し１チャンネル、または一つの加速度検知部に対し１チャンネルを割り当て、複数方向の加速度データを、あるいは複数の加速度検知部からの出力を、一つの平衡状態解析部２０３へ無線または有線にて伝送する。平衡状態解析部２０３は通信制御部から入力された加速度データをチャンネルごとに時系列に沿って蓄積し、上記加速度データを一連の波形データとして蓄積し、波形解析を行う。情報提示部２０４は平衡状態解析部２０３の解析結果を提示する。
情報管理部２０５は所定の通信プロトコルによって複数の平衡状態解析部２０３から出力される解析結果を収集し、複数の被験者の平衡状態解析結果を一括管理し、管理情報提示部２０６によりその管理情報を提示する。
図２０は、本実施の形態にかかる平衡状態解析装置を、複数の高齢者が居住するケアハウスに設置したものである。ここで２１１は加速度検知部、２１２は通信制御部、２１３は平衡状態解析部２０３と情報提示部２０４を含むパーソナルコンピュータ、２１５は情報管理部と管理情報提示部を含むパーソナルコンピュータ、２１６、２１７、２１８は二人目の被験者に配給されたそれぞれ加速度検知部、通信制御部、情報提示部である。
２１１および２１６は被験者の骨盤の高さに装着具により固定された加速度検知部であり、立位人体に対して前後方向、左右方向、上下方向の３軸の加速度を検出する。２１２、２１７の通信制御部は所定の通信プロトコルによって、人体加速度を平衡状態解析部２０３へ出力する。通信制御部２０２は少なくとも１方向の加速度データに対し１チャンネルを割り当て、３軸方向の加速度データをパーソナルコンピュータ２１３、２１８へ無線で伝送する。パーソナルコンピュータ２１５に含まれる情報管理部は所定の通信プロトコルにより随時、パーソナルコンピュータ２１３の平衡状態解析部のデータ収集を行い、ケアハウスのスタッフに被験者ごとの平衡状態解析結果を提示する。この構成により、複数の高齢者の運動を日常の生活において客観的に効率よく見守ることが可能となる。
図２１は図２０に示した本実施の形態における平衡状態解析方法のフローを示すものである。これは平衡状態解析方法の一例であり、平衡状態解析部２０３における平衡状態解析方法は立位人体に対する前後方向の加速度と左右方向の加速度から重心動揺を算出するものである。すなわち、平衡状態解析は被験者が通常の静止立位であることを確認して、所定の機会に平衡状態解析を開始し（Ｓｔｅｐ０）、開始と同時に計時を開始し、カウンタ（ｍ）をリセットし（Ｓｔｅｐ１）、Ｓｔｅｐ２にて左右方向の加速度（Ａｘ）および前後方向の加速度（Ａｙ）を入力し、Ｓｔｅｐ３にてＳｔｅｐ０から所定の時間間隔（ｔ）における重心位置（Ｓ_ｔ）を算出する。Ｓｔｅｐ３の処理が所定の時間（Ｔ）に達するまでＳｔｅｐ２からＳｔｅｐ４を繰り返す。Ｓｔｅｐ３の処理が所定の回数に達したならば、Ｓｔｅｐ５において、ｔ＝０からｔ＝Ｔの区間を対象に重心位置（Ｓ_ｔ）の積分を行い、その積分値を重心動揺指数（Ｇ_ｎ）に代入する。上記の数式を（数２）に示す。

平衡状態解析部２０３は内部に蓄積データ（Ｇ_１，Ｇ_２，・・・，Ｇ_{ｎ− １}）を有し、Ｓｔｅｐ６にて、上記蓄積データの中で最新の重心動揺指数（Ｇ_ｎ−１）を入力し、Ｓｔｅｐ７にて最新の重心動揺指数Ｇ_ｎとの比較を行う。Ｇ_ｎがＧ_ｎ−１よりも小さいときは重心のぶれが改善している（Ｓｔｅｐ７）と判断し良好な傾向であると出力し（Ｓｔｅｐ８）、将来の参照データとする（Ｓｔｅｐ１３）。Ｇ_ｎがＧ_ｎ−１と等しいときは重心のぶれが維持されていると判断し（Ｓｔｅｐ９）普通のであると出力し（Ｓｔｅｐ１０）、将来の参照データとする（Ｓｔｅｐ１３）。それ以外の場合は重心のぶれが悪化していると判断し注意の必要な状態であると判断される（Ｓｔｅｐ１１）。この場合はスタッフの判断（Ｓｔｅｐ１２）を経た上で、将来に対する参照データとする（Ｓｔｅｐ１３）。Ｓｔｅｐ１３終了をもって所定の平衡状態解析を終了する。
図２２は平衡状態解析のフローにおいてｔ＝０の重心の位置を原点とする時間ｔにおける重心位置を水平面上に投影したもので、原点からの距離（すなわち変位（Ｓ_ｔ））とｔにおける前後方向の加速度（Ａｙ）と左右方向（Ａｘ）との関係を示したものである。
図２３はｔ＝０から所定の時間ＴまでのＳ_ｔの軌跡を示したもので、Ｓｔｅｐ５における重心動揺指数（Ｇ_ｎ）は重心動揺の量に対応することを示す。
Ｓ_ｔのように、水平面に投影されるデータを用いることは、立体的な平衡状態の解析というより、寝たきりの主因となる転倒の予防支援を簡便におこなうことが可能である。水平面上に位置する人体の接触面または接触点をすべて含む包絡線のうち、その外周が最短の包絡線を外周とする平面を支持基底とし、人体の重心から鉛直方向に投影した線を重力線とした場合、一般的に、人体の安定性は、重力線が支持基底内を通ることにより保たれ、支持基底面積が重心の高さに対して相対的に大きく、重力線が支持基底の中心部を通る場合により増加する。
したがって、人体の安定性は、両足の接地位置により決定される支持基底と、重力線と水平面との交点との位置関係により評価することができる。本実施の形態のＳ_ｔは、水平面上に投影され、重力線と水平面との交点を近似する点であり、水平面上に一定の領域を設定し、その領域を仮の基底面とすることにより、Ｓ_ｔと基底面との相対的関係から安定性を評価できる。
図２６は図１６に示した座標平面上に設定した基底面の例である。図２６の場合、座標軸の原点を基底面の中心と一致させている。図２６中の記号Ａ，Ｂ，Ｃは領域を示し、領域Ａは人体の肩幅（Ｒｘ）と足（ｆｏｏｔ）の長軸方向の長さ（Ｒｙ）から仮に設定された基底面である。この領域にＳ_ｔが存在すれば姿勢を保持できる領域である。領域Ｂは領域Ａを各軸方向に、個人に依存する所定の比率（本実施例の場合約１３０％）で拡大したもので、この領域にＳ_ｔが存在すれば転倒を避けるために足の位置など、姿勢を変えることが必要とされる領域である。Ｃはそれ以外の領域を示し、Ｓ_ｔがこの領域内に存在する場合は、立位の保持が不可能、すなわち転倒を余儀なくされる場合である。立位の場合の姿勢保持はＳ_ｔが領域Ｃに存在しないことで成立する。すなわち、Ｓ_ｔが領域Ａにのみ含まれている場合が静止立位で、最も姿勢保持能力が高く、Ｓ_ｔが領域Ｂにも存在する場合は、Ｓ_ｔが領域Ｃに移る予兆を含む。このように、Ｓ_ｔと基底面との相対的関係に所定の条件を設定することで転倒の予測が可能となり、転倒の予防を支援することができる。
図２４は、立位人体の骨盤の高さにおける装着具と加速度検知部の位置関係を示したものである。２１９は上面からみた人体であり、２２０は加速度検知部装着具、２２１は一方向のみ、または二方向の加速度を検知する加速度検知部、２２２は加速度検知部２２１の検知する前後方向の加速度の前向き（正）を示し、２２３は加速度検知部２２１の検知する左右方向の加速度の右向き（正）を示す。
加速度検知部２２１が二方向の加速度を検知するものである場合、他の検知すべき加速度の軸をこの図において鉛直方向に設定すれば、二軸の加速度センサで三軸の加速度の検知が可能となる。
図２５は、別の例による立位人体の骨盤の高さにおけると装着具と加速度検知部２２４の位置関係を示したものである。２２４は二方向または三方向の加速度を検知する加速度検知部を示す。
なお、加速度検知部２２１、２２４は、立位骨盤の高さにおいて保持され、かつ、立位人体に対して前後方向、左右方向、上下方向のすくなくとも一つの方向の加速度が検知できれば、その位置についてそれ以上の限定は必要ない。
また、本実施の形態の平衡状態解析装置によれば、人体の重心の運動計測領域を宅内に拡張し、いわゆる重心動揺以外にも歩行や転倒などの基本的な運動の解析を行うことができる。
なお、以上までの説明において、本発明の加速度情報検出手段は装着手段６により、人体の腰部すなわち、腸骨稜近傍または腹部に固定されているとしたが、本発明の加速度情報検出手段は、上記の例に限定されず、人体の体幹部に装着されれば、人体の重心の動揺を検出することができるので上記と同様の効果を得ることができる。
尚、本発明のプログラムは、上述した本発明の平衡状態解析装置の全部又は一部の手段（又は、装置、素子等）の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。
又、本発明の記録媒体は、上述した本発明の平衡状態解析装置の全部又は一部の手段（又は、装置、素子等）の全部又は一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを担持した記録媒体であり、コンピュータにより読み取り可能且つ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協動して前記機能を実行する記録媒体である。
尚、本発明の上記「一部の手段（又は、装置、素子等）」とは、それらの複数の手段の内の、一つ又は幾つかの手段を意味する。
又、本発明の上記「手段（又は、装置、素子等）の機能」とは、前記手段の全部又は一部の機能を意味する。
又、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
又、本発明のプログラムの一利用形態は、伝送媒体中を伝送し、コンピュータにより読みとられ、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
又、本発明のデータ構造としては、データベース、データフォーマット、データテーブル、データリスト、データの種類などを含む。
又、記録媒体としては、ＲＯＭ等が含まれ、伝送媒体としては、インターネット等の伝送媒体、光・電波・音波等が含まれる。
又、上述した本発明のコンピュータは、ＣＰＵ等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、ＯＳ、更に周辺機器を含むものであっても良い。
尚、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。

本発明にかかる平衡状態解析装置、平衡状態解析方法、そのプログラム、記録媒体は、被験者が運動する領域または姿勢の自由度が限定されることが少ないというを有し、平衡状態解析装置、平衡状態解析システム等として有用である。

【書類名】 明細書
【特許請求の範囲】
【請求項１】 人体の体幹部に装着され、水平面内の少なくとも１方向に生じる加速度を検出する加速度情報検出手段と、
前記検出された加速度を記憶する運動情報記憶手段と、
前記記憶された加速度情報を積分することにより、人体の平衡状態を解析する平衡状態解析手段と、を備える平衡状態解析装置。
【請求項２】 前記加速度情報検出手段は、水平面内で直交するｘ、ｙ方向に生じる加速度を検出することができ、
前記平衡状態解析手段は、前記ｘ方向に生じる加速度、および前記ｙ方向に生じる加速度をそれぞれ積分することにより速度を算出して出力する、請求項１に記載の平衡状態解析装置。
【請求項３】 前記ｘ方向の加速度をＡｘ_tとし、前記ｙ方向の加速度をＡｙ_tとしたとき（ｔはサンプリングタイミング、ｔ＝０，１，２．．．Ｐ／Ｉ、Ｐは計測時間、Ｉはサンプリング間隔をそれぞれ示す。）、前記速度（Ｖ_t）は、
【数１】

で算出され、前記平衡状態解析手段は、前記算出された速度（Ｖ_t）から、計測時間Ｐにわたる平均速度を算出して出力する、請求項２に記載の平衡状態解析装置。
【請求項４】 前記出力されたデータを表示するための表示装置をさらに備え、
前記運動情報記憶手段は、前記算出された平均速度、および前記計測が行われた日付データを記憶し、
前記平衡状態解析手段は、前記運動情報記憶手段に記憶されている前記日付データに対応する前記算出された平均速度を、経時的に前記表示装置に表示する、請求項３に記載の平衡状態解析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重心動揺計など身体機能を検査する装置、高齢者を含む人々の自活支援、リハビリテーション支援を行う機器、サービス、居住施設等に応用可能な平衡状態解析装置、平衡状態解析方法、そのプログラム、記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高齢社会の到来という背景のもとに高齢者の介護が注目されている。特に、足腰の機能低下が見うけられる高齢者にとって、転倒による事故は問題視されている。また、リハビリテーションについては高齢者の社会復帰という観点から今後役割が急激に増大していくことが考えられる。さらに、近年、高齢者に限らず一般の生活者にとっても健康管理の意識は増大してきている。
【０００３】
このような背景から転倒の防止、および健康管理の指標やリハビリテーションの進行具合を客観的に判断できる指標の確立については今後大変重要になると考えられる。
【０００４】
従来、転倒の検出手法としては加速度センサや傾斜センサなどの出力からのものなどが提案されている。またリハビリテーションについては、医者や介護者が常時付き添って経過を見守り、進行具合の判断については医者や介護者にゆだねられている。
【０００５】
また、一般的に重心動揺が大きいほど転倒の可能性が大きいことから、転倒の危険性を図る尺度として重心動揺の度合を測定する手法が用いられており、実際の医療現場にも重心動揺検出装置として徐々に導入されてきている。なお、この装置による重心動揺の時系列的な変化を観察することによりリハビリテーションの度合を測ることにも使用されている。この重心動揺検出装置としては、圧力検知プレートの上に乗り、重心動揺を記録する装置（床反力計）などがすでに存在している（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３を参照。上記の文献の全ての開示は、そっくりそのまま引用することにより、ここに一体化する。）。
【特許文献１】
特許第２７６０４７２号公報
【特許文献２】
特許第２８２３８４１号公報
【特許文献３】
特許第２８２３８４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、転倒防止やリハビリテーションといった観点における重心動揺の検出装置として、一部の装置の導入が開始されてきているが、その装置の価格としては数百万以上と大変高価なものである。そのため、装置の重要性は充分認知されているにもかかわらず一般的な病院に普及しているとは言えず、神経内科などの重心動揺検出装置のデータ自体に興味のある医師のみが所有しているにすぎない。
【０００７】
また、従来の装置は据えつけタイプであるため、専用の設置場所が必要となるのとともに、計測にも手間がかかり使い勝手がよいとは言えない。
【０００８】
また、これら従来の技術によると平衡状態の解析は、圧力検知プレートなどの荷重検出手段上に被験者が乗って行わねばならず、運動の行われる領域、姿勢が極めて狭小に限定される、という課題も有する。
【０００９】
上記課題を鑑みて、本発明は、被験者が運動する領域または姿勢の自由度が限定されることが少ない平衡状態解析装置、平衡状態解析方法、そのプログラム、記録媒体を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の本発明は、人体の体幹部に装着され、水平面内の少なくとも１方向に生じる加速度を検出する加速度情報検出手段と、
前記検出された加速度を記憶する運動情報記憶手段と、
前記記憶された加速度情報を積分することにより、人体の平衡状態を解析する平衡状態解析手段と、を備える平衡状態解析装置である。
【００１１】
第２の本発明は、前記加速度情報検出手段は、水平面内で直交するｘ、ｙ方向に生じる加速度を検出することができ、
前記平衡状態解析手段は、前記ｘ方向に生じる加速度、および前記ｙ方向に生じる加速度をそれぞれ積分することにより速度を算出して出力する、第１の本発明の平衡状態解析装置である。
【００１２】
第３の本発明は、前記ｘ方向の加速度をＡｘｔとし、前記ｙ方向の加速度をＡｙｔとしたとき（ｔはサンプリングタイミング、ｔ＝０，１，２．．．Ｐ／Ｉ、Ｐは計測時間、Ｉはサンプリング間隔をそれぞれ示すである。）、前記速度（Ｖｔ）は、
【００１３】
【数１】

【００１４】
で算出され、前記平衡状態解析手段は、前記算出された速度（Ｖｔ）から、計測時間Ｐにわたる平均速度を算出して出力する、第２の本発明の平衡状態解析装置である。
【００１５】
第４の本発明は、前記出力されたデータを表示するための表示装置をさらに備え、
前記運動情報記憶手段は、前記算出された平均速度、および前記計測が行われた日付データを記憶し、
前記平衡状態解析手段は、前記運動情報記憶手段に記憶されている前記日付データに対応する前記算出された平均速度を、経時的に前記表示装置に表示する、第３の本発明の平衡状態解析装置である。
【００１６】
第５の本発明は、個人特有のＩＤを設定する個人情報設定手段と、
前記各ＩＤに対応する、前記平衡状態解析手段からの出力を管理する情報管理手段と、をさらに備え、
前記各ＩＤに対応する、前記平衡状態解析手段からの出力を指標として提供する、第２の本発明の平衡状態解析装置である。
【００１７】
第６の本発明は、前記平衡状態解析手段は、前記加速度の計測の開始から終了までの時間に相当する前記記憶された加速度情報を積算して出力する、第１の本発明の平衡状態解析装置である。
【００１８】
第７の本発明は、前記出力されたデータを表示するための表示装置をさらに備え、
前記運動情報記憶手段は、前記積算された加速度、および前記計測が行われた日付データを記憶し、
前記平衡状態解析手段は、前記運動情報記憶手段に記憶されている前記日付データに対応する前記積算された加速度を、経時的に前記表示手段に出力する、第６の本発明の平衡状態解析装置である。
【００１９】
第８の本発明は、前記平衡状態解析手段は、前記積算された加速度情報をランク分けする、第６の本発明の平衡状態解析装置である。
【００２０】
第９の本発明は、前記加速度情報検出手段は、水平面内で直交するｘ、ｙ方向に生じる加速度を検出することができ、
前記平衡状態解析手段は、前記ｘ方向に生じる加速度、および前記ｙ方向に生じる加速度をそれぞれ２回積分することにより、前記人体の重心の変位を算出して出力する、第１の本発明の平衡状態解析装置である。
【００２１】
第１０の本発明は、前記ｘ方向の加速度をＡｘｔとし、前記ｙ方向の加速度をＡｙｔとしたとき（ｔはサンプリングタイミング、ｔ＝０，１，２．．．Ｐ／Ｉ、Ｐは計測時間、Ｉはサンプリング間隔をそれぞれ示す。）、前記変位（Ｓｔ）および重心動揺指数（Ｇｎ）（ｎは測定回数）は、
【００２２】
【数２】

【００２３】
で算出されて、前記平衡状態解析手段は前記算出された変位および重心動揺指数を出力する、第９の本発明の平衡状態解析装置である。
【００２４】
第１１の本発明は、前記平衡状態解析手段は、前記算出されたＧｎを、Ｇ１，Ｇ２、．．．Ｇｎ−１と比較し、Ｇｎ＜Ｇｎ−１であれば、「良好」を出力し、Ｇｎ＝Ｇｎ−１であれば「普通」を出力し、Ｇｎ＞Ｇｎ−１であれば、「注意」を出力する、第１０の本発明の平衡状態解析装置である。
【００２５】
第１２の本発明は、前記平衡状態解析手段は、前記変位が人体の重心位置から所定領域内にあるときは、前記人体が制止立位にあると判定し、前記変位が前記所定領域外にあるときは、前記人体が転倒または転倒への移行状態にあることを判定する、第１０の本発明の平衡状態解析装置である。
【００２６】
第１３の本発明は、前記平衡状態解析手段に接続された、立位信号を入力するための立位信号入力手段をさらに備え、
前記立位信号入力手段に前記立位信号が入力されたとき、前記平衡状態解析手段は、前記平衡状態の解析を開始する、第１の本発明の平衡状態解析装置である。
【００２７】
第１４の本発明は、人体の体幹部に装着された加速度情報検出手段により、水平面内の少なくとも１方向に生じる加速度を検出する加速度情報検出工程と、
前記検出された加速度を記憶する運動情報記憶工程と、
前記記憶された加速度情報を積分することにより、人体の平衡状態を解析する平衡状態解析工程と、を備える平衡状態解析方法である。
【００２８】
第１５の本発明は、第１の本発明の平衡状態解析装置の、前記検出された加速度を記憶する運動情報記憶手段と、前記記憶された加速度情報を積分することにより、人体の平衡状態を解析する平衡状態解析手段として、コンピュータを機能させるためのプログラムである。
【００２９】
第１６の本発明は、第１５の本発明のプログラムを担持させた記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体である。
【００３０】
被験者が運動する領域または姿勢の自由度が限定されることが少ない平衡状態解析装置、平衡状態解析方法、そのプログラム、記録媒体を提供することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
人間が立位で一見静止しているときでも人体は常に揺らぎながら立位の保持を行う。この揺らぎが重心動揺であり、その程度を示す指標が重心動揺指数である。重心動揺指数は人間の姿勢反射、立位保持機能などの運動機能の測定に用いられ、めまいや平衡機能障害の障害箇所や障害の程度の評価に用いられる。図１は本発明の実施の形態１の平衡状態解析装置のブロック図である。１は加速度情報検出手段、２は計測制御手段、３は運動情報記憶手段、４は重心動揺解析手段、５は表示手段、６は装着手段である。
【００３２】
本実施の形態においては、図２に示すように、加速度情報検出手段１は装着手段６により、人体の腰部すなわち、右側の腸骨稜近傍に固定されている。計測制御手段２、平衡状態解析手段４、運動情報記憶手段３、表示手段５はパーソナルコンピュータ８をベースとしたシステム上で作動している。加速度情報検出手段１を人体の右側の腸骨稜近傍に装着した場合の加速度検出方向を図３に示す。図３は人体を上から鳥瞰した図で、図中に示す１９は人体、２０は人体に巻いたベルト状の装着具、２２は人体の前後方向（前向きを正の向きとする）、２３は人体の左右方向（右向きを正の向きとする）を示す。本実施の形態においては、水平面上に生じる加速度を検出するために、水平面上で直交するｘ軸およびｙ軸を人体の前後方向および左右方向とし、それぞれの方向における加速度を検出できるように加速度情報検出手段１においては２軸構成の加速度センサを配置している。この配置により体動にともない加速度情報検出手段１は、水平面上に生じる加速度を電圧値として検出し、Ａ／Ｄ変換後デジタル値として出力する。
【００３３】
このとき計測制御手段２は、Ａ／Ｄ変換の際のサンプリング間隔の設定、および加速度情報検出手段１の動作の開始・終了のスイッチングを行なう。従って、加速度情報検出手段１は、設定されたサンプリング間隔で計測の開始から終了までの水平面内に生じる加速度をデジタル値として出力する。また、加速度情報検出手段１は、加速度情報を検出した年月日、時刻を有するカレンダー情報を加速度情報に併せて運動情報記憶手段３に出力する。
【００３４】
平衡状態解析手段４は、運動情報記憶手段３から加速度データを時系列に沿って入力し、重心動揺指数を演算し、運動情報記憶手段３および／または、表示手段５へ出力する。運動情報記憶手段３は計測された加速度情報と共に重心動揺指数の蓄積も行う。表示手段５は平衡状態解析手段４から出力される重心動揺指数を、付帯情報であるカレンダー情報とともに提示する。これらの構成は１人の個人に対して、被験者の平衡状態解析からその結果の提示までを行うことを可能にする。
【００３５】
図４に平衡状態解析手段１において出力される重心動揺指数の模式図を示した。図４において、人体の重心の水平面上への射影をＧとし、経過時間をｔで表し、計測開始時間Ｔ経過後のＧの軌跡および、Ｔにおける重心移動の速度変化を示す動揺速度をＶＴとしている。この場合、Ｔにおける重心動揺指数は、ＶＴの経過時間（ｔ＝０からｔ＝Ｔ）の区間平均で定義される。一般的に、重心動揺が大きくなると図４に示した軌跡長は長くなる。人間は重心の運動の方向を筋活動により微妙に変化させることで、足底で構成される安定基底面から重心が外れないように調節している。しかし重心が動揺する場合は、筋活動に伴い加速度が発生し重心の運動の速度の大きさ・向きに変化を生じ、一定時間で重心の軌跡が生じる。本実施の形態における重心動揺指数はこのときの速度変化の大きさＶＴを用いて表現されている。
【００３６】
本実施の形態１の重心動揺解析装置の具体的な重心動揺の解析アルゴリズムを図５に示す。ｓ１は計測時間設定ステップ、ｓ２は加速度情報入力ステップ、ｓ３は重心動揺解析ステップ、ｓ４は運動情報記憶ステップ、ｓ７は出力ステップを表す。アルゴリズムの開始とともに、計測時間設定ステップｓ１において、サンプリング間隔Ｉ、計測時間設定ステップＰを入力する。このとき計測時間がＰ、サンプリング間隔がＩのとき、２軸の加速度情報Ａｘ_t、Ａｙ_tの入力回数はＰ／Ｉとなる。加速度情報入力ステップｓ２にて２軸の加速度情報Ａｘ_t、Ａｙ_tの入力が行なわれ、キャリブレーションに基づき加速度の単位を付加する。キャリブレーションにおいては、加速度情報検出手段１からの０Ｇのときの出力値および１Ｇのときの出力値を平衡状態解析手段４に記憶しておき、Ａｘ_t、Ａｙ_tを加速度換算する。本実施の形態においては、一例としてサンプリング間隔（Ｉ）を１秒、計測時間（Ｐ）を３０秒とした。
【００３７】
そして（数１）に示すように、重心動揺解析ステップｓ３においてＡｘ_t、Ａｙ_tを一秒間積分し、それぞれの平方和に対し、平方根をとることで２軸の加速度情報Ａｘ_t、Ａｙ_tの入力に対して秒速Ｖｔを算出する。そしてＶｔに対しＰ秒の区間における時間平均を算出し、この値によって、重心動揺指数を定義する。なお、積分に際して、ｔ＝０のとき、Ｖｔ＝０（すなわち、計測開始時は、被験者は立位であり静止状態である。）という初期条件を使用する。
【００３８】
【数１】

【００３９】
そして、以上の動作が繰り返されると複数の重心動揺指数が蓄積され、蓄積された複数の重心動揺指数の管理が可能となる。例えば、重心動揺指数にカレンダー情報を付随させ、蓄積された複数の重心動揺指数を時系列情報として出力することができる。
【００４０】
本実施の形態の場合、Ｐ＝３０、Ｉ＝１としたので、加速度情報Ａｘ_t、Ａｙ_tの入力回数は３０となりＰに等しい。本実施の形態においては、あらかじめ計測時間設定ステップｓ１において、サンプリング間隔Ｉを１秒、計測時間をＰ＝３０秒と設定しておき、被験者が立位になったときに動作を開始させる。動作開始とともに、加速度情報入力ステップｓ２にて２軸の加速度情報Ａｘ_t、Ａｙ_tの入力が３０秒間行なわれ、キャリブレーションに基づき加速度の単位が付加される。このとき計測時間Ｐが３０、サンプリング間隔Ｉが１なので、２軸の加速度情報Ａｘ_t、Ａｙ_tの入力回数はＰに等しい３０となる。そして重心動揺解析ステップｓ３においてＡｘ_t、Ａｙ_tを一秒間積分し、それぞれを平方した和に対し、平方根をとることで２軸の加速度情報Ａｘ_t、Ａｙ_tの入力に対して秒速Ｖｔを算出する。そしてＶｔに対し３０秒の区間における時間平均を算出し、この値によって、重心動揺指数を定義する。そして、重心動揺指数にカレンダー情報を付随させ時系列情報Ｖ（Ｄ）として出力する。本実施の形態においては配列の添字Ｄは、例えば入力した加速度情報の記録を行った日付の順序に従い、整数が割り当てられる。
【００４１】
図６は本実施の形態における平衡状態解析装置を用いて、下肢の骨格筋の縫合手術を行った患者の重心動揺指数の術後経過を出力ステップｓ７から出力・表示したものである。このように本実施の形態にかかる平衡状態解析装置によれば、加速度情報を用いた重心動揺指数の日観比較を実施することが可能になる。
【００４２】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２の平衡状態解析装置のブロック図である。７は立位信号入力手段である。本実施の形態においては、図８に示すように、加速度情報検出手段１は装着手段６により、人体の右側の腸骨稜近傍および腹部に固定されている。図８は人体を上から鳥瞰した図で、図中に示す１９は人体、２０は人体に巻いたベルト状の装着具、２２は人体の前後方向（前向きを正の向きとする）、２３は人体の左右方向（右向きを正の向きとする）、１は人体に装着された加速度情報検出手段を示す。その他の構成は、実施の形態１の場合と同様であり、その説明を省略する。
【００４３】
本実施の形態においては、水平面上に生じる加速度を検出するために、水平面上で直交するｘ軸およびｙ軸を人体の前後方向および左右方向とし、それぞれの方向における加速度を検出できる。本実施の形態においては加速度情報検出手段１として１軸構成の加速度センサを用い、装着具２０により、加速度情報検出手段１を２個、図８に示すように人体に装着している。この配置により体動にともない水平面上に生じる加速度を電圧値として検出し、Ａ／Ｄ変換後デジタル値を出力する。
【００４４】
平衡状態解析手段４において出力される重心動揺指数は、実施の形態１と同様である。
本実施の形態における重心動揺解析のアルゴリズムを図９に示す。ｓ１は計測時間設定ステップ、ｓ５は身体情報入力ステップ、ｓ６は身体情報判定ステップ、ｓ３は重心動揺解析ステップ、ｓ４は運動情報記憶ステップ、ｓ７は出力ステップを表す。
【００４５】
本実施の形態において、身体情報Ｆｐ_tはコンピュータ８のキーボードから入力するが、キャリッジリターンコードに例えば”ｓｔａｎｄｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ”の文字列を割り付け、それ以外のキー入力に対しては例えば””（空白）を割り付けて入力する。また、アルゴリズムの実行が開始されてからは、身体情報Ｆｐ_tはキー入力が行われない限り、以前の入力である身体情報Ｆｐ_t-1を保持する。そして身体情報判定ステップｓ６で身体情報Ｆｐ_tが立位（”ｓｔａｎｄｉｎｇ ｐｏｓｔｕｒｅ”）か否かにより条件分岐し、ｔｒｕｅの場合、重心動揺解析ステップ３を実行し、ｆａｌｓｅの場合は引き続き身体情報入力ステップｓ５を実行する。このように本実施の形態にかかる平衡状態解析装置によれば、立位時のみの加速度情報を用いた重心動揺指数の日観比較を実施することが可能になる。
（実施の形態３）
図１０は本発明の実施の形態３の平衡状態解析装置のブロック図である。９は個人情報設定手段、１０は情報管理手段、１１は管理情報提示手段である。図１１は本実施の形態を示すイメージ図である。
【００４６】
本実施の形態においても実施の形態１と同様、図１１に示すように、加速度情報検出手段１は装着手段６により、人体の腰部すなわち、右側の腸骨稜近傍に固定されている。また、検出する水平面上の互いに直交する２軸（ｘ軸およびｙ軸）も実施の形態１と同様である。計測制御手段２、平衡状態解析手段４、運動情報記憶手段３、表示手段５、立位信号入力手段７、個人情報設定手段９はパーソナルコンピュータ８をベースとしたシステム上で作動している。実施の形態２の場合と同様に、平衡状態解析手段４は姿勢情報が立位を表す場合にのみ作動し、加速度情報検出手段１から加速度データを時系列に沿って入力し、重心動揺指数を演算し、出力する。また、このとき、加速度情報検出手段１から出力されたカレンダー情報は、個人情報設定手段９から入力された個人特有のＩＤ番号とともに算出された重心動揺指数の付帯情報として運動情報記憶手段３に保持される。
【００４７】
運動情報記憶手段３は、個人ＩＤ番号、カレンダー情報と共に重心動揺指数の蓄積を行う。表示手段５は運動情報記憶手段４に蓄積された重心動揺指数を、付帯情報であるカレンダー情報とともに提示する。情報管理手段１０は、ネットワークに接続されている複数または単数の運動情報記憶手段３に記憶されている重心動揺指数ならびに付帯情報を読み込み、ＩＤ番号およびカレンダー情報を参照することで複数の個人にわたる長期間の重心動揺指数の管理を行なう。また管理情報提示手段１１は、ＩＤ番号別に重心動揺指数の経時変化を提示することができる。平衡状態解析手段４から出力される重心動揺指数は、実施の形態１の場合と同様である。本実施の形態においては情報管理手段１０ならびに管理情報提示手段１１としてホストコンピュータ１２を用いている。ホストコンピュータ１２は、各個人のＩＤごとに対応付けされたコンピュータ８とＬＡＮにより通信回線を確保している。
【００４８】
このように、本実施の形態の平衡状態解析装置により、複数の個人の立位時のみの加速度情報を用いた重心動揺指数の日間比較とその結果の提示までを行うことを可能にする。
【００４９】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４の平衡状態解析装置について図面を参照しながら説明する。図１２は、本実施の形態の平衡状態解析装置の概略構成を示すものである。
【００５０】
図１２は、平衡状態解析装置１１における加速度取得手段の方式として加速度センサを用いた場合の構成を示している。
【００５１】
平衡状態解析装置１１１は、加速度情報を取得する加速度センサ１１２（本発明の加速度情報検出手段に一例として対応）、加速度センサ１１２から得た加速度情報にともなう出力を処理する信号処理手段１１３、信号処理手段１１３からの処理信号を積算する収集用ＲＡＭ１１４、積算した信号をあらかじめ規定したしきい値と比較することにより重心の動揺の度合に対応した指標をランク分けする算出手段１１５、しきい値を格納しておくＲＯＭ１１６ならびに算出手段１１５の算出結果を表示する表示手段１１７から構成される。
【００５２】
人体には平衡状態解析装置１１１が装着される。人体の体幹である腰部に装着するため、専用の保持部材１１８を装備しておいてもよい。ここでは平衡状態解析装置１１１全体を装着することを想定して図示しているが、かならずしもこれに限らず、加速度センサ１１２が腰部に配置されていればよく、他の部分については必ずしも腰部に装着する必要はない。
【００５３】
人体が動揺計測開始から動揺するに伴い加速度センサ１１２に出力が生じる。信号処理手段１１３は順次加速度センサ１１２から出力されるアナログ信号をあらかじめ規定したサンプリングレートでＡ／Ｄ変換してデジタル出力に変換する。変換されたデジタル出力は、一定時間積算され、収集用ＲＡＭ１１４に一時保存される。算出手段１１５は収集用ＲＡＭ１１４に格納された積算出力を参照するとともに、ＲＯＭ１１６に格納したしきい値を参照して、人体の動揺の度合をランク分けする。算出結果は表示手段１１７に表示する。
【００５４】
図１３は平衡状態解析装置１１１の実際の使用方法を示したものである。図１３（ａ）に示す構成は、図１２で示した装置の加速度収集用ＲＡＭ１１４にさらに信号入力手段として押しスイッチ１２１が接続されている。本装置の使用者は、重心動揺を検出するタイミングに基づきスイッチ１２１を押す（図１３（ｂ）参照）。スイッチ１２１が押されたときに生じる入力信号に同期して、加速度収集用ＲＡＭ１１４において加速度情報の収集を開始する。なお、収集開始のタイミングをスイッチにする必要は必ずしもなく、表示手段１１７に開始を表す表示をしてもよい。また、さらにブザーを装備し、加速度収集が完了したことを知らせる構成にしてもよい。
【００５５】
図１４は、重心動揺の算出手段１１５における動揺算出用のテンプレート例について示したものである。図１４（ｂ）に示したように、あらかじめ算出結果の範囲１３１を細分化しておき、図１４（ａ）のように収集した加速度出力の積算と比較してランク分けする。なお、ランク分けの２００００−２２０００などの数値の単位は、積分値である。大きい方が動揺度が大きくなることを示す。１０，１１などは単なる例である。
【００５６】
また、図１５（ａ）は、図１２の構成にさらに蓄積手段１４１を装備したものを示し、図１５（ｂ）は、時系列的にランクの遷移を示した模式図を示したものである。例として脚部のリハビリテーション中の使用者が長期間継続使用し、日が経過するにつれて患部が治癒していく過程を示している。この結果から、徐々に積算結果が小さくなっていき、ランク分けのレベルが小さくなっていくことから、患部の治癒が順調に進行していっていることを客観的な指標で示すことができるようになることがわかる。この経過を表示手段に表示することにより、本人や担当医などが治癒状況を把握することができる。
【００５７】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５の平衡状態解析システムについて図面を参照しながら説明する。図１６は本発明の実施の形態の平衡状態解析システムの概略構成図を示すものである。以下に本実施の形態における構成を説明する。
【００５８】
本実施の形態５は、図１２で示した平衡状態解析装置１１１をベースに、算出手段１１５内にさらに情報送信手段１５１を装備し、さらに情報受信手段１５２を装備するシステム構成である。
【００５９】
平衡状態解析装置１１１は、図１２と同様に使用者の加速度情報を取得、収集し、動揺を示す指標を算出する。算出された動揺に伴う情報は情報送信手段１５１により情報受信手段１５２に送信される。情報受信手段１５２が患者の重心の動揺に関する情報を受信することにより、遠隔地にいる家族や医者などがリハビリテーションの進行状況を知ることができる。
【００６０】
（実施の形態６）
本実施の形態６の平衡状態解析システムについて図面を参照しながら説明する。図１７は本実施の形態の平衡状態解析システムの概略構成図を示すものである。以下に本実施の形態における構成を説明する。図１７は、情報受信手段１５１として携帯電話１６１を用い、複数の使用者における使用状況を示したものである。
【００６１】
使用者６２が装着した平衡状態解析装置１１１から算出手段１１５により算出された算出結果を、情報送信手段１５１はそれぞれの使用者１６２があらかじめ登録した担当医あるいは家族などが所有する携帯電話に個別に情報を送信する。このような情報を受信した携帯電話１６１を介して、例えば独自の着信音やバイブレーション機能を用いて使用者１６２のリハビリテーションの進行状況を遠隔的に把握することができる。
【００６２】
なお、本構成にさらに中継器（図示せず）を装備し、平衡状態解析装置１１１において算出された個々の算出結果に独自のＩＤ情報を付加するとともに、中継器が送信登録情報を所持しており、平衡状態解析装置１１１と携帯電話１６１の間を中継し、算出結果がいずれの使用者１６２のものであるかを特定し、個々の登録した携帯電話１６１に送信する構成にしてもよい。
【００６３】
以上の説明から明らかなように、実施の形態５、６の平衡状態解析システムによれば、現在まで安価でコンパクトな方法が存在していなかった、重心動揺の度合を検出する装置およびシステムの実現が可能になる。
【００６４】
また、取りつけ位置を腰部などの体幹にすることにより取得データの位置を実際の重心に近づけることができ、取得情報の信頼性も向上できる。
【００６５】
また、算出結果を時系列的に蓄積する蓄積手段をさらに備えて蓄積結果を使用者や担当医に表示することで、一般の健康管理という観点からも有効に機能する。
【００６６】
なお、重心動揺の測定を開始する方式として、押しボタンなどの信号入力手段をさらに備えて装着者が自主的に開始する構成にしてもよいし、表示手段により開始時間を指示する構成にしてもよい。
【００６７】
さらに測定終了時刻をブザーにて通知することにより明確に測定終了時期を測定者が知る構成にしてもよい。また、算出結果を医者の所有する携帯電話などに自動通知するようなシステムにしてもよい。
【００６８】
（実施の形態７）
図１８は本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置のブロック図である。２０１は本発明の加速度情報検出手段の一例である加速度検知部、２０２は通信制御部、２０３は平衡状態解析部、２０４は情報提示部である。加速度検知部２０１は、人体に対して前後方向、左右方向、上下（鉛直）方向のうち、少なくとも１方向における人体腰部の加速度を検知し、通信制御部２０２を介して人体加速度を平衡状態解析部２０３へ出力する。通信制御部２０２は少なくとも１方向の加速度データに対し１チャンネル、または一つの加速度検知部２０１に対し１チャンネルを割り当て、複数方向の加速度データを、あるいは複数の加速度検知部からの出力を、一つの平衡状態解析部２０３へ無線または有線にて伝送する。
【００６９】
平衡状態解析部２０３は通信制御部２０２から入力された加速度データをチャンネルごとに時系列に沿って蓄積し、上記加速度データを一連の波形データとして蓄積し、波形解析を行う。
【００７０】
情報提示部２０４は平衡状態解析部２０３の解析結果を提示する。これらの構成は１人の被験者に対して、上記被験者の平衡状態解析からその結果の提示までを行うことを可能にする。
【００７１】
図１９は、本実施の形態の平衡状態解析装置をさらに詳しく説明するためのブロック図である。同じ構成要素は同じ番号を付している。２０５は情報管理部、２０６は管理情報提示部である。
【００７２】
加速度検知部１は、人体に対して前後方向、左右方向、上下（鉛直）方向のうち、少なくとも１方向における人体腰部の加速度を検知し、通信制御部２０２を介して人体加速度を平衡状態解析部２０３へ出力する。通信制御部２０２は少なくとも１方向の加速度データに対し１チャンネル、または一つの加速度検知部に対し１チャンネルを割り当て、複数方向の加速度データを、あるいは複数の加速度検知部からの出力を、一つの平衡状態解析部２０３へ無線または有線にて伝送する。平衡状態解析部２０３は通信制御部から入力された加速度データをチャンネルごとに時系列に沿って蓄積し、上記加速度データを一連の波形データとして蓄積し、波形解析を行う。情報提示部２０４は平衡状態解析部２０３の解析結果を提示する。
【００７３】
情報管理部２０５は所定の通信プロトコルによって複数の平衡状態解析部２０３から出力される解析結果を収集し、複数の被験者の平衡状態解析結果を一括管理し、管理情報提示部２０６によりその管理情報を提示する。
【００７４】
図２０は、本実施の形態にかかる平衡状態解析装置を、複数の高齢者が居住するケアハウスに設置したものである。ここで２１１は加速度検知部、２１２は通信制御部、２１３は平衡状態解析部２０３と情報提示部２０４を含むパーソナルコンピュータ、２１５は情報管理部と管理情報提示部を含むパーソナルコンピュータ、２１６、２１７、２１８は二人目の被験者に配給されたそれぞれ加速度検知部、通信制御部、情報提示部である。
【００７５】
２１１および２１６は被験者の骨盤の高さに装着具により固定された加速度検知部であり、立位人体に対して前後方向、左右方向、上下方向の３軸の加速度を検出する。２１２、２１７の通信制御部は所定の通信プロトコルによって、人体加速度を平衡状態解析部２０３へ出力する。通信制御部２０２は少なくとも１方向の加速度データに対し１チャンネルを割り当て、３軸方向の加速度データをパーソナルコンピュータ２１３、２１８へ無線で伝送する。パーソナルコンピュータ２１５に含まれる情報管理部は所定の通信プロトコルにより随時、パーソナルコンピュータ２１３の平衡状態解析部のデータ収集を行い、ケアハウスのスタッフに被験者ごとの平衡状態解析結果を提示する。この構成により、複数の高齢者の運動を日常の生活において客観的に効率よく見守ることが可能となる。
【００７６】
図２１は図２０に示した本実施の形態における平衡状態解析方法のフローを示すものである。これは平衡状態解析方法の一例であり、平衡状態解析部２０３における平衡状態解析方法は立位人体に対する前後方向の加速度と左右方向の加速度から重心動揺を算出するものである。すなわち、平衡状態解析は被験者が通常の静止立位であることを確認して、所定の機会に平衡状態解析を開始し（Ｓｔｅｐ０）、開始と同時に計時を開始し、カウンタ（ｍ）をリセットし（Ｓｔｅｐ１）、Ｓｔｅｐ２にて左右方向の加速度（Ａｘ）および前後方向の加速度（Ａｙ）を入力し、Ｓｔｅｐ３にてＳｔｅｐ０から所定の時間間隔（ｔ）における重心位置（Ｓ_t）を算出する。Ｓｔｅｐ３の処理が所定の時間（Ｔ）に達するまでＳｔｅｐ２からＳｔｅｐ４を繰り返す。Ｓｔｅｐ３の処理が所定の回数に達したならば、Ｓｔｅｐ５において、ｔ＝０からｔ＝Ｔの区間を対象に重心位置（Ｓ_t）の積分を行い、その積分値を重心動揺指数（Ｇ_n）に代入する。上記の数式を（数２）に示す。
【００７７】
【数２】

【００７８】
平衡状態解析部２０３は内部に蓄積データ（Ｇ₁，Ｇ₂，・・・，Ｇ_n-1）を有し、Ｓｔｅｐ６にて、上記蓄積データの中で最新の重心動揺指数（Ｇ_n-1）を入力し、Ｓｔｅｐ７にて最新の重心動揺指数Ｇ_nとの比較を行う。Ｇ_nがＧ_n-1よりも小さいときは重心のぶれが改善している（Ｓｔｅｐ７）と判断し良好な傾向であると出力し（Ｓｔｅｐ８）、将来の参照データとする（Ｓｔｅｐ１３）。Ｇ_nがＧ_n-1と等しいときは重心のぶれが維持されていると判断し（Ｓｔｅｐ９）普通のであると出力し（Ｓｔｅｐ１０）、将来の参照データとする（Ｓｔｅｐ１３）。それ以外の場合は重心のぶれが悪化していると判断し注意の必要な状態であると判断される（Ｓｔｅｐ１１）。この場合はスタッフの判断（Ｓｔｅｐ１２）を経た上で、将来に対する参照データとする（Ｓｔｅｐ１３）。Ｓｔｅｐ１３終了をもって所定の平衡状態解析を終了する。
【００７９】
図２２は平衡状態解析のフローにおいてｔ＝０の重心の位置を原点とする時間ｔにおける重心位置を水平面上に投影したもので、原点からの距離（すなわち変位（Ｓ_t））とｔにおける前後方向の加速度（Ａｙ）と左右方向（Ａｘ）との関係を示したものである。
【００８０】
図２３はｔ＝０から所定の時間ＴまでのＳ_tの軌跡を示したもので、Ｓｔｅｐ５における重心動揺指数（Ｇ_n）は重心動揺の量に対応することを示す。
【００８１】
Ｓ_tのように、水平面に投影されるデータを用いることは、立体的な平衡状態の解析というより、寝たきりの主因となる転倒の予防支援を簡便におこなうことが可能である。水平面上に位置する人体の接触面または接触点をすべて含む包絡線のうち、その外周が最短の包絡線を外周とする平面を支持基底とし、人体の重心から鉛直方向に投影した線を重力線とした場合、一般的に、人体の安定性は、重力線が支持基底内を通ることにより保たれ、支持基底面積が重心の高さに対して相対的に大きく、重力線が支持基底の中心部を通る場合により増加する。
【００８２】
したがって、人体の安定性は、両足の接地位置により決定される支持基底と、重力線と水平面との交点との位置関係により評価することができる。本実施の形態のＳ_tは、水平面上に投影され、重力線と水平面との交点を近似する点であり、水平面上に一定の領域を設定し、その領域を仮の基底面とすることにより、Ｓ_tと基底面との相対的関係から安定性を評価できる。
【００８３】
図２６は図１６に示した座標平面上に設定した基底面の例である。図２６の場合、座標軸の原点を基底面の中心と一致させている。図２６中の記号Ａ，Ｂ，Ｃは領域を示し、領域Ａは人体の肩幅（Ｒｘ）と足（ｆｏｏｔ）の長軸方向の長さ（Ｒｙ）から仮に設定された基底面である。この領域にＳ_tが存在すれば姿勢を保持できる領域である。領域Ｂは領域Ａを各軸方向に、個人に依存する所定の比率（本実施例の場合約１３０％）で拡大したもので、この領域にＳ_tが存在すれば転倒を避けるために足の位置など、姿勢を変えることが必要とされる領域である。Ｃはそれ以外の領域を示し、Ｓ_tがこの領域内に存在する場合は、立位の保持が不可能、すなわち転倒を余儀なくされる場合である。立位の場合の姿勢保持はＳ_tが領域Ｃに存在しないことで成立する。すなわち、Ｓ_tが領域Ａにのみ含まれている場合が静止立位で、最も姿勢保持能力が高く、Ｓ_tが領域Ｂにも存在する場合は、Ｓ_tが領域Ｃに移る予兆を含む。このように、Ｓ_tと基底面との相対的関係に所定の条件を設定することで転倒の予測が可能となり、転倒の予防を支援することができる。
【００８４】
図２４は、立位人体の骨盤の高さにおける装着具と加速度検知部の位置関係を示したものである。２１９は上面からみた人体であり、２２０は加速度検知部装着具、２２１は一方向のみ、または二方向の加速度を検知する加速度検知部、２２２は加速度検知部２２１の検知する前後方向の加速度の前向き（正）を示し、２２３は加速度検知部２２１の検知する左右方向の加速度の右向き（正）を示す。
【００８５】
加速度検知部２２１が二方向の加速度を検知するものである場合、他の検知すべき加速度の軸をこの図において鉛直方向に設定すれば、二軸の加速度センサで三軸の加速度の検知が可能となる。
【００８６】
図２５は、別の例による立位人体の骨盤の高さにおけると装着具と加速度検知部２２４の位置関係を示したものである。２２４は二方向または三方向の加速度を検知する加速度検知部を示す。
【００８７】
なお、加速度検知部２２１、２２４は、立位骨盤の高さにおいて保持され、かつ、立位人体に対して前後方向、左右方向、上下方向のすくなくとも一つの方向の加速度が検知できれば、その位置についてそれ以上の限定は必要ない。
【００８８】
また、本実施の形態の平衡状態解析装置によれば、人体の重心の運動計測領域を宅内に拡張し、いわゆる重心動揺以外にも歩行や転倒などの基本的な運動の解析を行うことができる。
【００８９】
なお、以上までの説明において、本発明の加速度情報検出手段は装着手段６により、人体の腰部すなわち、腸骨稜近傍または腹部に固定されているとしたが、本発明の加速度情報検出手段は、上記の例に限定されず、人体の体幹部に装着されれば、人体の重心の動揺を検出することができるので上記と同様の効果を得ることができる。
【００９０】
尚、本発明のプログラムは、上述した本発明の平衡状態解析装置の全部又は一部の手段（又は、装置、素子等）の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。
【００９１】
又、本発明の記録媒体は、上述した本発明の平衡状態解析装置の全部又は一部の手段（又は、装置、素子等）の全部又は一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを担持した記録媒体であり、コンピュータにより読み取り可能且つ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協動して前記機能を実行する記録媒体である。
【００９２】
尚、本発明の上記「一部の手段（又は、装置、素子等）」とは、それらの複数の手段の内の、一つ又は幾つかの手段を意味する。
【００９３】
又、本発明の上記「手段（又は、装置、素子等）の機能」とは、前記手段の全部又は一部の機能を意味する。
【００９４】
又、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【００９５】
又、本発明のプログラムの一利用形態は、伝送媒体中を伝送し、コンピュータにより読みとられ、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【００９６】
又、本発明のデータ構造としては、データベース、データフォーマット、データテーブル、データリスト、データの種類などを含む。
【００９７】
又、記録媒体としては、ＲＯＭ等が含まれ、伝送媒体としては、インターネット等の伝送媒体、光・電波・音波等が含まれる。
【００９８】
又、上述した本発明のコンピュータは、ＣＰＵ等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、ＯＳ、更に周辺機器を含むものであっても良い。
【００９９】
尚、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。
【０１００】
【発明の効果】
本発明にかかる平衡状態解析装置、平衡状態解析方法、そのプログラム、記録媒体は、被験者が運動する領域または姿勢の自由度が限定されることが少ないというを有し、平衡状態解析装置、平衡状態解析システム等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施の形態１の平衡状態解析装置のブロック図である。
【図２】
本発明の実施の形態１の平衡状態解析装置の概略図である。
【図３】
本発明の実施の形態１の加速度情報検出手段の装着例を示す上面図である。
【図４】
本発明の実施の形態１の平衡状態解析装置における重心動揺指数の模式図である。
【図５】
本発明の実施の形態１平衡状態解析装置の動作を示すフロー図である。
【図６】
本発明の実施の形態１の平衡状態解析装置から出力される表示手段への表示例である。
【図７】
本発明の実施の形態２の平衡状態解析装置のブロック図である。
【図８】
本発明の実施の形態２の平衡状態解析装置に使用される加速度情報検出手段の装着例である。
【図９】
本発明の実施の形態２の平衡状態解析装置の動作を示すフロー図である。
【図１０】
本発明の実施の形態３の平衡状態解析装置のブロック図である。
【図１１】
本発明の実施の形態３の平衡状態解析装置の使用形態図である。
【図１２】
本発明の実施の形態４にかかる平衡状態検出装置の概略構成図である。
【図１３】
本発明の実施の形態４の平衡状態解析装置の使用例を示す図である。
【図１４】
本発明の実施の形態４の平衡状態解析装置テンプレート例の模式図である。
【図１５】
本発明の実施の形態４の平衡状態解析装置における平衡状態の時系列変化の模式図である。
【図１６】
本発明の実施の形態５の平衡状態解析装置を利用した平衡状態検出システムの概略構成図である。
【図１７】
本発明の実施の形態６の平衡状態解析装置を利用した平衡状態検出システムの概略構成図である。
【図１８】
本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置のブロック図である。
【図１９】
本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置のブロック図である。
【図２０】
本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置の使用状況を説明する概略図である。
【図２１】
本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置の動作フローを示す図である。
【図２２】
本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置における運動解析のフローにおいて水平面上における重心位置と任意の時間における前後方向の加速度と左右方向との関係を示した図である。
【図２３】
本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置における、解析の開始からから所定の時間までの重心の軌跡を示した図である。
【図２４】
本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置における、立位人体の骨盤の高さにおけると装着具と加速度検知部の位置関係を示したものである。
【図２５】
本発明の実施の形態７の平衡状態解析装置の立位人体の骨盤の高さにおけると装着具と加速度検知部の位置関係を示したものである。
【図２６】
図２２に示した座標平面上に設定した基底面の例を示した図である。
【符号の説明】
１ 加速度情報検出手段
２ 計測制御手段
３ 運動情報記憶手段
４ 平衡状態解析手段
５ 表示手段
６、２０ 装着手段
７ 立位信号入力手段
８ コンピュータ
９ 個人情報設定手段
１０ 情報管理手段
１１ 管理情報提示手段
１２ ホストコンピュータ
１９ 人体
２２ 人体の前向きを示す矢印
２３ 人体の右向きを示す矢印
ｓ１ 計測時間設定ステップ
ｓ２ 加速度情報入力ステップ
ｓ３ 平衡状態解析ステップ
ｓ４ 運動情報記憶ステップ
ｓ５ 身体情報入力ステップ
ｓ６ 身体情報判定ステップ
ｓ７ 出力ステップ
１１１．平衡状態検出装置
１１２．加速度センサ
１１３．信号処理手段
１１４．収集用ＲＯＭ
１１５．算出手段
１１６．ＲＯＭ
１１７．表示手段
１１８．保持部材
１２１．スイッチ
１３１．加速度収集結果
１４１．蓄積手段
１５１．情報送信手段
１５２．情報受信手段
１６１．携帯電話
１６２．使用者
２０１，２１１，２１６ 加速度検知部
２０２ 通信制御部
２０３ 運動解析部
２０４ 情報提示部
２０５ 情報管理部

【特許請求の範囲】
【請求項１】 人体の体幹部に装着され、水平面内の少なくとも１方向に生じる加速度を検出する加速度情報検出手段と、
前記検出された加速度を記憶する運動情報記憶手段と、
前記記憶された加速度情報を積分することにより、人体の平衡状態を解析する平衡状態解析手段と、を備える平衡状態解析装置。
【請求項２】 前記加速度情報検出手段は、水平面内で直交するｘ、ｙ方向に生じる加速度を検出することができ、
前記平衡状態解析手段は、前記ｘ方向に生じる加速度、および前記ｙ方向に生じる加速度をそれぞれ積分することにより速度を算出して出力する、請求項１に記載の平衡状態解析装置。
【請求項３】 前記ｘ方向の加速度をＡｘ_tとし、前記ｙ方向の加速度をＡｙ_tとしたとき（ｔはサンプリングタイミング、ｔ＝０，１，２．．．Ｐ／Ｉ、Ｐは計測時間、Ｉはサンプリング間隔をそれぞれ示す。）、前記速度（Ｖ_t）は、
【数１】

で算出され、前記平衡状態解析手段は、前記算出された速度（Ｖ_t）から、計測時間Ｐに
わたる平均速度を算出して出力する、請求項２に記載の平衡状態解析装置。
【請求項４】 前記出力されたデータを表示するための表示装置をさらに備え、
前記運動情報記憶手段は、前記算出された平均速度、および前記計測が行われた日付データを記憶し、
前記平衡状態解析手段は、前記運動情報記憶手段に記憶されている前記日付データに対応する前記算出された平均速度を、経時的に前記表示装置に表示する、請求項３に記載の平衡状態解析装置。
【請求項５】 個人特有のＩＤを設定する個人情報設定手段と、
前記各ＩＤに対応する、前記平衡状態解析手段からの出力を管理する情報管理手段と、をさらに備え、
前記各ＩＤに対応する、前記平衡状態解析手段からの出力を指標として提供する、請求項２記載の平衡状態解析装置。
【請求項６】 前記平衡状態解析手段は、前記加速度の計測の開始から終了までの時間に相当する前記記憶された加速度情報を積算して出力する、請求項１記載の平衡状態解析装置。
【請求項７】 前記出力されたデータを表示するための表示装置をさらに備え、
前記運動情報記憶手段は、前記積算された加速度、および前記計測が行われた日付データを記憶し、
前記平衡状態解析手段は、前記運動情報記憶手段に記憶されている前記日付データに対応する前記積算された加速度を、経時的に前記表示手段に出力する、請求項６記載の平衡状態解析装置。
【請求項８】 前記平衡状態解析手段は、前記積算された加速度情報をランク分けする、請求項６記載の平衡状態解析装置。
【請求項９】 前記加速度情報検出手段は、水平面内で直交するｘ、ｙ方向に生じる加速度を検出することができ、
前記平衡状態解析手段は、前記ｘ方向に生じる加速度、および前記ｙ方向に生じる加速度をそれぞれ２回積分することにより、前記人体の重心の変位を算出して出力する、請求項１記載の平衡状態解析装置。
【請求項１０】 前記ｘ方向の加速度をＡｘｔとし、前記ｙ方向の加速度をＡｙｔとしたとき（ｔはサンプリングタイミング、ｔ＝０，１，２．．．Ｐ／Ｉ、Ｐは計測時間、Ｉはサンプリング間隔をそれぞれ示す。）、前記変位（Ｓｔ）および重心動揺指数（Ｇｎ）（ｎは測定回数）は、
【数２】

で算出されて、前記平衡状態解析手段は前記算出された変位および重心動揺指数を出力する、請求項９記載の平衡状態解析装置。
【請求項１１】 前記平衡状態解析手段は、前記算出されたＧｎを、Ｇ１，Ｇ２、．．．Ｇｎ−１と比較し、Ｇｎ＜Ｇｎ−１であれば、「良好」を出力し、Ｇｎ＝Ｇｎ−１であれば「普通」を出力し、Ｇｎ＞Ｇｎ−１であれば、「注意」を出力する、請求項１０記載の平衡状態解析装置。
【請求項１２】 前記平衡状態解析手段は、前記変位が人体の重心位置から所定領域内にあるときは、前記人体が制止立位にあると判定し、前記変位が前記所定領域外にあるときは、前記人体が転倒または転倒への移行状態にあることを判定する、請求項１０記載の平衡状態解析装置。
【請求項１３】 前記平衡状態解析手段に接続された、立位信号を入力するための立位信号入力手段をさらに備え、
前記立位信号入力手段に前記立位信号が入力されたとき、前記平衡状態解析手段は、前記平衡状態の解析を開始する、請求項１記載の平衡状態解析装置。
【請求項１４】 人体の体幹部に装着された加速度情報検出手段により、水平面内の少なくとも１方向に生じる加速度を検出する加速度情報検出工程と、
前記検出された加速度を記憶する運動情報記憶工程と、
前記記憶された加速度情報を積分することにより、人体の平衡状態を解析する平衡状態解析工程と、を備える平衡状態解析方法。
【請求項１５】 請求項１記載の平衡状態解析装置の、前記検出された加速度を記憶する運動情報記憶手段と、前記記憶された加速度情報を積分することにより、人体の平衡状態を解析する平衡状態解析手段として、コンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項１６】 請求項１５記載のプログラムを担持させた記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体。

【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
人間が立位で一見静止しているときでも人体は常に揺らぎながら立位の保持を行う。この揺らぎが重心動揺であり、その程度を示す指標が重心動揺指数である。重心動揺指数は人間の姿勢反射、立位保持機能などの運動機能の測定に用いられ、めまいや平衡機能障害の障害箇所や障害の程度の評価に用いられる。図１は本発明の実施の形態１の平衡状態解析装置のブロック図である。１は加速度情報検出手段、２は計測制御手段、３は運動情報記憶手段、４は平衡状態解析手段、５は表示手段、６は装着手段である。

図１２は、平衡状態解析装置１１１における加速度取得手段の方式として加速度センサを用いた場合の構成を示している。

（実施の形態６）
本実施の形態６の平衡状態解析システムについて図面を参照しながら説明する。図１７は本実施の形態の平衡状態解析システムの概略構成図を示すものである。以下に本実施の形態における構成を説明する。図１７は、情報受信手段１５２として携帯電話１６１を用い、複数の使用者における使用状況を示したものである。

使用者１６２が装着した平衡状態解析装置１１１から算出手段１１５により算出された算出結果を、情報送信手段１５１はそれぞれの使用者１６２があらかじめ登録した担当医あるいは家族などが所有する携帯電話に個別に情報を送信する。このような情報を受信した携帯電話１６１を介して、例えば独自の着信音やバイブレーション機能を用いて使用者１６２のリハビリテーションの進行状況を遠隔的に把握することができる。

Claims (4)

1. 人体の体幹部に装着され、水平面内の少なくとも１方向に生じる加速度を検出する加速度情報検出手段と、
   前記検出された加速度を記憶する運動情報記憶手段と、
   前記記憶された加速度情報を積分することにより、人体の平衡状態を解析する平衡状態解析手段と、を備える平衡状態解析装置。
2. 前記加速度情報検出手段は、水平面内で直交するｘ、ｙ方向に生じる加速度を検出することができ、
   前記平衡状態解析手段は、前記ｘ方向に生じる加速度、および前記ｙ方向に生じる加速度をそれぞれ積分することにより速度を算出して出力する、請求項１に記載の平衡状態解析装置。
3. 前記ｘ方向の加速度をＡｘ_ｔとし、前記ｙ方向の加速度をＡｙ_ｔとしたとき（ｔはサンプリングタイミング、ｔ＝０，１，２．．．Ｐ／Ｉ、Ｐは計測時間、Ｉはサンプリング間隔をそれぞれ示す。）、前記速度（Ｖ_ｔ）は、
   

   

   で算出され、前記平衡状態解析手段は、前記算出された速度（Ｖ_ｔ）から、計測時間Ｐにわたる平均速度を算出して出力する、請求項２に記載の平衡状態解析装置。
4. 前記出力されたデータを表示するための表示装置をさらに備え、
   前記運動情報記憶手段は、前記算出された平均速度、および前記計測が行われた日付データを記憶し、
   前記平衡状態解析手段は、前記運動情報記憶手段に記憶されている前記日付データに対応する前記算出された平均速度を、経時的に前記表示装置に表示する、請求項３に記載の平衡状態解析装置。

Images