JPWO2008093406A1

JPWO2008093406A1 - 歩行能力診断システム

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Publication number: JPWO2008093406A1
Application number: JP2008555976A
Authority: JP
Inventors: 葉一四宮; 和弘越智; 尚久小澤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2027-01-30
Also published as: KR101134433B1; CN101594822A; KR20100004967A; US20100035728A1; WO2008093406A1; US7972246B2; EP2111791A4; JP4862895B2; EP2111791A1

Abstract

使用者の歩行動作を検出するために建物内に設置されるセンサユニットと、通信ネットワークを介して上記センサユニットに接続されるサーバーと、ネットワークを介してサーバーに接続された情報報知装置及び運動器具を備える。サーバーは、上記センサユニットからの歩行信号の時系列データを分析して使用者の歩行能力を判定して歩行能力データを作成する診断部と、歩行能力データを情報放置装置や運動器具へ提供する情報提供部とを構成する。情報報知装置は判定された歩行能力を使用者に対して報知させる報知手段を備え、運動器具は歩行能力に応じた運動を使用者に与えるよう制御部を備える。

Description

本発明は、使用者の日常動作から歩行能力を判定するための歩行能力診断システムに関するものである。

日本特許公開平９−１６８５２９号公報では、使用者の歩行時の歩幅、歩行速度、体重移動を計測する装置を開示している。この装置は、歩行の形態を分析して使用者の歩行能力を判定するように使用されることができる。しかしながら、この装置では装置に備えたマット上で使用者を歩行させるものであり、日常の動作を忠実に再現することが難しい。このため、日常の動作に必要な身体能力を日常動作に基づいて測定することができないという問題がある。特に、高齢者にとっては、日常の動作に必要な身体能力を調べることが重要であるため、これを実現するシステムが望まれる。

本発明は、上記の課題を解決するために為されたものであり、その目的は、建物や病院などにおいて、日常動作に基づく使用者の身体能力を判定して、これを使用者に知らせることができる歩行能力診断システムを提供することである。

本発明に係る歩行能力診断システムは、使用者の歩行動作を検出するために建物内に設置されるセンサユニットと、建物内に設けられた通信ネットワークを介して上記センサユニットに接続されるサーバーと、上記通信ネットワークを介して上記サーバーに接続された情報報知装置とを備える。上記センサユニットは使用者の歩行動作に伴う歩行信号を出力するように構成される。上記サーバーは、上記センサユニットから送られる歩行信号の時系列データを蓄積するセンサ情報処理部と、上記の時系列データを分析して使用者の歩行能力を判定して、歩行能力データを作成する診断部と、作成された歩行能力データを上記ネットワークに送出する情報提供部とを構成する。上記情報報知装置は、上記の診断部で選択された歩行能力データを使用者に対して報知させる報知手段を備える。この構成により、建物内で日常動作を行っている間に使用者の歩行能力を判定することができる。また、センサユニットからの出力が通信ネットワークを通してサーバーに送信するため、センサユニットとサーバーとを離れた場所に配置することができ、施行の自由度が高くて建物の内部構造に応じた設置が可能となる。特に、センサユニットを建物内で多様な配置ができるため、使用者の日常動作を精度良く検出できることが出来る。

上記のサーバーには、判定データテーブルを備えることが好ましい。この場合、上記の診断部は、所定の時間範囲内の上記時系列データから、使用者の脚強度を分析してこれを歩行能力データとして判定し、この歩行データを判定時刻と関連させて上記の判定データテーブルに記録するように構成される。この場合、上記情報報知装置は、上記の判定データテーブルから最新の歩行能力データを読み出してこれを報知するように形成される。この構成により、使用者は日常動作における自身の歩行能力レベルを、最新のデータから知ることができる。

好ましくは、上記の診断部が、所定の時間範囲内の上記時系列データから左右の脚強度を分析し、上記左右の脚強度の代表値、及び左右の脚強度の比である脚バランス比を判定し、脚強度の代表値と脚バランス比とで上記の歩行能力データを構成し、この歩行データを判定時刻と関連させて上記の判定データテーブルに記録するように構成される。この構成により、使用者は日常の歩行動作における左右の脚強度のずれを、脚強度と共に知ることが出来る。

更に、本システムでは、使用者の身体特徴データを取得する認証情報取得手段と、複数の使用者の特性データを保持する使用者テーブルとが備えられることが好ましい。上記の使用者テーブルは、使用者コード及び各使用者の身体的特徴を特定する身体判定データが記録されるように構成される。これに対応して、上記の判定データテーブルは上記の使用者コードを記録するように構成される。上記サーバーは使用者認識部を有し、この使用者認識部は上記の認証取得手段で得られた身体特徴データから上記使用者テーブルの上記身体判定データに合致する上記使用者コードを選択して、この使用者コードを上記診断部に与える。上記診断部は、判定された歩行能力データを上記の使用者コードに関連づけて上記の判定データテーブルに記録する。上記情報報知装置には、上記の使用者テーブルから上記使用者コードを特定する使用者選択手段が備えられ、選択された使用者コードに対応する歩行能力データを上記の判定データテーブルから読み出してこれを表示するように構成される。このような認証方式を加えることで、複数の使用者がシステムを利用でき、各個人が自身の歩行能力を知ることが出来る。

上記センサユニットは、建物内の床に設置された複数の床荷重センサで構成することができる。この場合、上記診断部は、上記の脚強度を、以下の何れか一つとして規定することが出来る。
a)右脚及び左脚がそれぞれ床面に着地してから離れる迄の左右の接床時間 TR、TLの内の長い方の接床時間、
b)右脚及び左脚がそれぞれ床に加わる左右の荷重FR、FLの内、大きい方の荷重、
c)右脚及び左脚がそれぞれ行う左右の歩幅の内、大きい方の歩幅、
d)体重心の移動軌跡から左右に離れた左右の各脚の着床位置までのずれ幅の内、ずれ幅が小さい方の脚が床に与える荷重。
また、上記診断部は、上記の脚バランス比を以下の何れか一つとして規定することができる。
e)左右の脚の接床時間の比、
f)左右の脚の床への荷重の比、
g)左右の脚の歩幅の比、
h)体重心の移動軌跡から左右に離れた左右の各脚の着床位置までのずれ幅の比、
i)左右の脚のつま先角度の比

更に、上記センサユニットを、建物内の床に設置された複数の床荷重センサと、
建物内の階段や廊下の手摺にその長さ方向に沿って配置された複数の手摺荷重センサとで構成することも可能である。この場合、上記診断部は、階段を歩行する際に生じる床荷重センサからの床信号と、手摺荷重センサからの手摺信号とから、左脚と右脚とについて、階段に与える脚荷重に対して手摺に加える手荷重との荷重比率を求め、荷重比率の小さい方を上記の脚強度の代表値として選択し、左右の脚の荷重比率の比を上記の脚バランス比として決定するように構成する。このため、階段歩行時における使用者の歩行能力を知ることが出来る。

また、上記サーバーは、判定された歩行能力データに対応する運動を計画して、運動計画を上記の判定データテーブルに記録する運動計画部を備え、上記システムは上記の運動計画を使用者に実行させる運動器具を含むことが好ましい。この運動器具は使用者の身体に外力を加える可動部を備える。この場合、上記の情報提供部は上記の運動計画を上記のネットワークを介して上記の運動器具に送信する。上記の運動器具は、上記の運動計画に基づいて、上記の運動計画に応じた運動を使用者に与えるように、上記の可動部を制御する制御部を備える。このような構成を採用することにより、使用者が日常の歩行動作を行う上で最適な運動計画を実行させることが可能となる。

これに関連して、上記の運動器具は、上記の使用者テーブルから使用者コードを選択する使用者選択手段を備え、選択された使用者コードに関する最新の運動計画を上記の判定データテーブルから読み出して、この運動計画を上記の制御部に与えるように構成される。このため、複数の使用者がある場合でも、各使用者に対して自信の歩行能力に応じた最適な運動計画に基づいた運動を行わせることが出来る。

特に、上記の運動器具と上記の情報報知装置が一体の構造物に組み込まれることが好ましく、これにより、使用者は自身の歩行能力を認識して運動器具を使用することができる。

更に、上記の運動器具は、上記の運動計画に基づいて、使用者に対して他動的な筋収縮を生じさせる運動を上記可動部で作り出すように構成されることが好ましい。これにより、
使用者に対して、無意識のうちに適切な運動を行わせることが出来る。

上記運動器具の一例として、可動部が座姿勢の使用者が臀部を載せる座部と、使用者が足を載せる足置部とで構成されたものが使用できる。上記の座部は上記の運動計画に基づいてその位置が変化するように制御され、上記の足置部は上記座部の位置に拘わらず使用者の膝関節の曲げ角度を一定に維持するように構成される。このため、膝関節に大きな負担を掛けることなく脚を強化する運動を与えることが出来る。

更に、この運動器具は、基台と、上記座部を基台の上方で移動させる駆動機構とを備え、上記足置部は基台の横方向に沿って離間した左右一対の足載せ台で構成されることが好ましい。上記駆動機構は、中立位置の座部と左の足載せ台とを含む垂直面内で座部を中立位置と左の足載せ台に近づく位置との間で往復移動させる左脚運動と、中立位置の座部と右の足載せ台とを含む垂直面内で座部を中立位置と右の足載せ台に近づく位置との間で往復移動させる右脚運動とを交互に行うように構成される。この場合、上記制御部は、左脚運動と右脚運動において、それぞれ、足載せ台側への上記座部の移動量を変化させるように構成され、上記制御部は、上記の運動計画で規定される上記の脚強度と上記の脚バランス比に応じて左脚運動と右脚運動における座部の移動量を個別に決定するように構成される。
このような構成の運動器具を使用することにより、左右の脚力のバランスが崩れた使用者に対して、脚バランスの矯正を行いながら歩行能力を向上させるために適した運動負荷を与えることが出来る。

また、上記の駆動機構は、上記座部の上記基台からの高さを調整する高さ調整手段と、上記の左右脚運動におけるそれぞれの移動量を調整する移動量調整手段と、上記の左右脚運動における往復動周期を変化させる周期調整手段と、上記座部の駆動時間を調整するタイマーとを備えることが好ましい。この場合、上記制御部は、上記運動計画に含まれる上記の脚強度と上記の脚バランス比に基づいて、上記の高さ調整手段、移動量調整手段、周期調整手段、タイマーの内の少なくとも一つを制御することで、使用者の歩行能力に最適の運動負荷を与えることが出来る。

更に、上記使用者テーブルには使用者の身長データを記録するように構成されることが好ましい。この場合、上記の診断部は、該当する使用者コードに基づいて上記使用者テーブルから身長データを読み出して、上記運動計画に身長データを付加する。上記制御部はこの身長データに応じて上記座部の高さを変化させるように構成される。これにより、使用者の身長に応じた適切な膝角度を指定することが出来る。

本システムでは、上記の運動器具における高さ調整手段、移動量調整手段、手記調整手段、タイマーにおいて変化する各パラメータを、上記の運動計画で規定される歩行能力データに対応させた運動制御情報を保持する運動制御テーブルを備えることが好ましい。この場合、上記の運動器具の制御部は、判定データテーブルから取得した歩行能力データに対応する運転制御情報に基づいて、上記の可動部を制御することで、使用者に対して最適の運動負荷を与えることが出来る。

この運転制御テーブルはネットワークを介して上記サーバーに接続されるデータサーバーに形成されるか、或いは上記サーバー内に構築されることができる。

更に、本システムで使用するセンサユニットは、使用者の歩行姿勢の画像を撮像してこれを歩行信号として出力するカメラで構成することも可能である。この場合、上記診断部は、上記の歩行姿勢の画像から使用者の歩行能力を判定して歩行能力をする。

本システムには、更に、複数種類の運動器具についてそれぞれ運動器具コードとそれぞれの運動器具で行われる運動特性を保持した運動器具テーブルを備えることも可能である。この場合、上記診断部は、判定された歩行能力データに最適の運動器具を示す運動器具コードを、上記の運動器具テーブルから取得して、上記情報報知部に送信し、上記情報報知部は、送信された運動器具コードに対応する運動器具情報を報知するように構成される。この構成により、複数の運動器具の中から使用者の歩行能力に適した運動器具を選択することが出来る。

本発明の一実施形態に係る歩行能力診断システムの構成を示すブロック図。上記のシステムの一使用例を示す概略図。上記のシステムに使用する運動器具の使用形態を示す概略図。上記のシステムに使用する他の運動器具の使用形態を示す概略図。上記のシステムに使用するセンサユニットの施行形態を示す概略図。上記のシステムにおける歩行能力を判定するための第1の手法を示すグラフ図。上記のシステムにおける歩行能力を判定するための第2の手法を示すグラフ図。上記のシステムに使用される第1の運動器具の一例を示す斜視図。上記の第1の運動器具の動作を説明する概略図。上記の第1の運動器具の動作を説明する概略図。上記の第1の運動器具の動作を説明する概略図。上記の第1の運動器具の動作を説明する概略図。上記の第1の運動器具の動作を説明する概略図。上記のシステムに使用される第２の運動器具の一例を示す斜視図。上記の第２の運動器具の動作を説明する概略図。上記の第２の運動器具の動作を説明する概略図。上記の第２の運動器具の動作を説明する概略図。上記の第２の運動器具の動作を説明する概略図。上記のシステムにおいて作成される測定データを示す説明図。上記のシステムにおいて作成される使用者テーブルを示す説明図。上記のシステムにおいて作成される判定データテーブルを示す説明図。上記のシステムにおいて作成される使用者判定データ履歴ビューを示す説明図。上記のシステムにおいて参照される脚強度換算表を示す説明図。上記のシステムにおいて作成される運動計画制御パラメータを示す説明図。上記のシステムにおいて参照される運動器具テーブルを示す説明図。上記のシステムにおいて参照される運動制御テーブルを示す説明図。上記のシステムにおける歩行能力を判定するための第３の手法を示す説明図。同上の手法に用いる測定データを示す説明図。上記のシステムにおける歩行能力を判定するための第４の手法を示す説明図。同上の手法に用いる測定データを示す説明図。上記のシステムにおける歩行能力を判定するための第５の手法を示す説明図。同上の手法に用いる測定データを示す説明図。上記のシステムに使用するセンサユニットを階段に施行した例における使用者の歩行姿勢を示す概略図。階段歩行時の歩行能力を判定する手法に用いる測定データを示す説明図。

本発明に係る歩行能力診断システムの一実施形態を図面に基づいて説明する。本システムは、図２に示すように、住宅や或いは診療施設のような建物内に設置され、建物内で行われる日常の歩行動作に基づいて使用者の歩行能力を診断して診断結果を使用者に報知し、必要であれば、診断結果に応じた運動計画を提示し、この運動計画に沿った運動を使用者に行わせるように構成される。図１は、本システムの基本構成を示し、寝室、台所、廊下などの適切な箇所の床に設置されて使用者が歩行する際の歩行状態を検出するセンサユニット１０と、このセンサユニット１０からの出力を建物内に構築されたネットワーク４０を介して受信するサーバー１００と、サーバー１００内に実現した診断部によって判定される歩行能力データを報知する情報報知装置５０と、運動器具２００、３００が備えられる。情報報知装置５０及び運動器具２００、３００はそれぞれネットワーク４０を介して上記のサーバー１００に接続される。運動器具としては、図３や図４に示すような異なる種類の運動器具２００、３００が使用され、建物内の適宜の場所、例えば、洗面所に設置される。
更に、本システムには使用者の認識情報を取得するための認識情報取得手段２０が備えられる。この認識情報取得手段２０は使用者の顔画像を撮像するカメラ２２と、通信インターフェース２８とで構成され、後述するように、顔画像を分析して使用者を特定することで、複数の使用者毎に歩行能力の診断が行われる。

センサユニット１０は、図５に示すように、複数の床荷重センサ１２と通信インターフェース１８とで構成され、床面にマトリックス状に配置された荷重センサ１２において使用者の歩行に伴って生じる床面への荷重データを歩行信号としてサーバー１００へ通信インターフェース１８を介して送信する。

サーバー１００は、CPUを備えるマイクロ演算手段、ハードディスク、メモリ、通信インターフェース１０８で構成され、図１に示すように、使用者認識部１１０、センサ情報処理部１２０、診断部１３０、運動計画部１４０、情報提供部１５０、使用者テーブル１０４、判定データテーブル１０６を構築する。

情報報知装置５０は、CPUを備えるマイクロ演算手段、メモリ、入力インターフェース、通信インターフェース５８、ディスプレイ５６で構成され、使用者によって操作される使用者入力手段５２及び使用者選択手段５４を構築する。

サーバー１００内で実現する使用者テーブル１０４は、図２０に示すようなデータ構造を有し、使用者認識部１１０がカメラ２２で撮像した顔画像を分析して得られる顔判定データを、使用者コード、年齢、性別、身長、更新日と共に記録する。即ち、カメラ２２で得られた顔画像の特徴が、使用者テーブル１０４に保存されている顔判定データと異なる場合は、使用者認識部１１０が、顔画像の特徴を示すデータを顔判定データとして、新たな使用者コードを付与して新たなレコードを作成し、この使用者コードに対応する使用者情報（名前、年齢、性別、身長）の入力を促す入力要求信号を情報報知装置５０の使用者入力手段５２に送信する。使用者入力手段５２はこの入力要求信号を受けて、必要な使用者情報の入力を使用者に促し、入力された使用者情報は使用者認識部１１０に送信され、使用者認識部１１０によって使用者テーブル１０４での新たな使用者データを完成させ、診断部１３０該当する使用者コードを送る。その後、システムは使用者の歩行動作を診断部１３０によって分析する分析モードに移行し、診断部１３０はここで得られる分析結果をこの使用者コードに対応させて、判定データテーブル１０６に記録する。一方、カメラで得られた顔画像の特徴が、使用者テーブル１０４に保存されている顔判定データの一つに一致すると判断すると、使用者認識部１１０は該当する使用者コードを読み出して診断部１３０に送り、診断部１３０は分析結果をこの使用者コードに対応させて判定データテーブルに記録する。

上記の分析モードでは、荷重センサ１２から送られる歩行信号の時系列データである測定データは、センサ情報処理部１２０にデータ取得時刻と共に蓄積され、診断部１３０はこの時系列データを分析して使用者の歩行能力を数値化して判定データテーブル１０６に記録する。

診断部１３０は、所定の時間範囲内の上記時系列データから左右の脚強度を分析し、上記左右の脚強度の代表値、及び左右の脚強度の比である脚バランス比を判定し、脚強度の代表値と脚バランス比とで上記の歩行能力データを構成し、この歩行データを判定時刻と関連させて上記の判定データテーブル１０６に記録する。脚強度の代表値としては、以下の何れか一つから選択される。
a)右脚及び左脚がそれぞれ床面に着地してから離れる迄の左右の接床時間 TR、TLの内の長い方の接床時間、
b)右脚及び左脚がそれぞれ床に加わる左右の荷重FR、FLの内、大きい方の荷重、
c)右脚及び左脚がそれぞれ行う左右の歩幅の内、大きい方の歩幅、
d)体重心の移動軌跡から左右に離れた左右の各脚の着床位置までのずれ幅の内、ずれ幅が小さい方の脚が床に与える荷重。
また、脚バランス比としては、下の何れかの一つが選択される。
e)左右の脚の接床時間の比、
f)左右の脚の床への荷重の比、
g)左右の脚の歩幅の比、
h)体重心の移動軌跡から左右に離れた左右の各脚の着床位置までのずれ幅の比、
i)左右の脚のつま先角度の比。

このため、上記のセンサ情報処理部１２０は、上の分析に必要な測定パラメータを蓄積する。

次に、診断部１３０で行う分析手法の一例を図６に基づいて説明する。一般に、使用者の歩行に伴う床への荷重変化は図６に示すような波形で示され、強い方の脚は弱い方の脚に比べて、荷重及び接床時間が大きくなることが知られている。図の波形は、左脚の荷重（FL）が右脚の荷重（FR）よりも大きく、左脚の接床時間（TL）が右脚の接床時間（TR）よりも大きくて、左脚の脚強度に比べて右脚の脚強度が弱い例を示している。このような歩行能力を判定するための一つの分析手法として、脚強度を、右脚及び左脚がそれぞれ床面に着地してから離れる迄の左右の接床時間TR、TLの内の長い方の接床時間として規定し、脚バランス比を、左右の脚の接床時間の比として規定した例について説明する。

センサ情報処理部１２０は、図１９に示すように、左脚接床時間（TL）と右脚接床時間（TR）を蓄積するように構成され、診断部１３０は所定時間内の測定データから、TLの平均値とTRの平均値を求め、長い方（この例では左脚）の接床時間TLの平均値を脚強度として選択し、一方の着長時間に対する他方の接床時間の比を脚バランス比（TL／TR）として選択する。脚強度（LS）は、図２３に示す脚強度換算表に基づいて決定されるレベルを示す。脚バランス比は常に１以上となるように、低い方の数値を分母とする比の百分率として計算され、左脚が強い場合は（＋）、右脚が強い場合は（−）の符号が付され、図２１に示すようなデータ構造の判定データテーブル１０６へ、脚強度、使用者コード、及び判定時刻と共に記録される。

図７に示すように、左右の脚の床への荷重に基づいて歩行能力を診断する場合、センサ情報処理部１２０は、左脚荷重及び右脚荷重に関する時系列データを蓄積するように構成され、診断部１３０は、脚強度として荷重の平均値の大きい方を選択し、脚バランス比として左右の脚の荷重比を選択し、脚強度のレベルは、図２３の脚強度変換表に基づいて決定する。脚強度変換表は診断部１３０内に保持されるように構成されるか、或いは、別途のデータサーバー６０に保持するように構成することが出来る。後者の場合、診断部１３０はネットワーク４０を介して脚強度変換表を参照するように構成される。歩行能力の分析手法の他の例については後述する。

サーバー１００に設けた情報提供部１５０は、診断部１３０にて判定した歩行能力に関するデータを、情報報知装置５０及び運動器具２００に送信する。情報報知装置５０は使用者選択手段５４を備え、ここで選択される使用者コードが情報提供部１５０に送信される。情報提供部１５０は、この使用者コードに該当する最新のデータを判定データテーブル１０６から読み出して、これを情報報知装置５０のディスプレイ５６に表示させる。表示内容は、脚強度、脚バランス比の他に、使用者の歩行能力を向上させるための運動計画を含む。この運動計画は、サーバー１００内の運動計画部１４０にて作成されたものであり、推奨する運動器具の種類と運動処方が決定される。また、情報報知装置５０は、指定する使用者に関する履歴データを、判定データテーブル１０６から読み出して、図２２に示すような形式で、ディスプレイ５６に表示させるように構成される。

運動計画部１４０は、診断部１３０にて決定した脚強度、脚バランス比に基づいて、これらで規定される歩行能力を向上させるために、使用者の身体的特徴（身長、年齢、性別）を使用者テーブルから読み出し、これらの要素を加えた運動計画と、この運動計画を果たすための有効な運動器具を示すデータを作成し、これを判定データテーブル１０６に記録する。

本システムに適用可能な運動器具の種類及びその特性を示すデータは、データサーバー６０に設けた運動器具テーブル６４に記録されており、運動計画部１４０はネットワーク２０と通信インターフェース６８を介して、図２５に示すようなデータ構造を有する運動器具テーブル６４からこれらのデータを読み込んで運動計画を作成する。また、このデータサーバー６０には、図２６に示すようなデータ構造を有する運動制御テーブル６６が、各運動器具２００別に保持されており、各運動器具２００は、運動計画を実行するための各種のパラメータをこの運動制御テーブル６６から読み出す。

図２６に示す運動制御テーブル６６は、図８〜１３に示す第１の運動器具２００を制御するために用意されており、以下、この運動器具２００の動作について説明する。運動器具２００は、通信インターフェース２０４を備え、サーバー１００からネットワーク４０を介して送られる運動計画に基づいて、使用者に対して他動的な筋収縮を生じさせる運動をもたらすための可動部２４０を基台２０２上に備えるもので、可動部２４０は、座姿勢の使用者が臀部を載せる座部２４２と、使用者が足を載せる足置部２４４とで構成される。座部２４２は運動計画に応じてその位置が変化するように制御され、足置部２４４は座部２４２の位置に拘わらず使用者の膝関節の曲げ角度を一定に維持するように構成される。座部２４２は、駆動機構２３０を介して基台２０２に支持され、図１１に示すように、左右の脚の大腿部に対して交互に負荷を与えるように駆動される。足置部２４４は基台２０２の横方向に沿って離間した左右一対の足載せ台２４５で構成され、各足載せ台２４５はバネ２４６によって基台２０２に浮遊支持される。駆動機構２３０は、中立位置にある座部２４２と左の足載せ台２４５とを含む垂直面内で座部を中立位置と左の足載せ台２４５に近づく位置との間で往復移動させる左脚運動と、中立位置の座部と右の足載せ台とを含む垂直面内で座部を中立位置と右の足載せ台２４５に近づく位置との間で往復移動させる右脚運動とを交互に行うように構成される。即ち、座部２４２は、図１２に示すように、中立位置から左右の足載せ台２４５に近づく方に所定の運動角度範囲（θR、θL）でそれぞれ交互に往復運動を行い、左右の両脚の筋力を向上させる運動を使用者に与える。左右の運動角度範囲（θR、θL）は、後述するように、診断部１３０で判定された脚強度と脚バランス比によって決定される。このような脚運動に伴って脚全体が変位するものの、各足載せ台２４５はバネ２４６の作用によって脚を載せたまま上下に移動することで、膝関節の角度が所定の角度に維持される。

上記の座部２４２は駆動機構２３０によって、基台からの高さが調整されるように構成され、使用者の身長を考慮して、膝関節の曲げ角度を所定の角度に位置するように高さが決定される。駆動機構３００には、座部の高さ、左右の運動角度範囲、即ち移動量、移動の周期、運動時間を調整する高さ調整手段２３２、移動量調整手段２３４、周期調整手段２３６、タイマー２３８が備えられ、制御部２２０によってこれらの手段が調整され、運動計画に応じた適切な運動を使用者に与える。運動器具２００には、更に使用者選択手段２１０が設けられ、選択された使用者に該当する運動計画をサーバー１００から読み出して、これを実行させる。使用者選択手段２１０での入力は、運動器具２００に設けたハンドル２５０の中央のパネル２５２に形成するタッチパネル（図示せず）、或いは同等の入力手段によって行われ、選択された運動計画はこのパネル２５２上に表示される。

次に、上述の運動器具２００の制御について説明する。判定データテーブル１０６から送信される運動計画には、図２４に示すように、脚強度、基準の脚を示す基準脚（L、R）、脚バランス比、身長、BMI、性別の制御パラメータが含まれる。BMI（ボディ・マス・インデックス）は、使用者テーブルから読み出した使用者の身長と、荷重センサから求められる荷重から推定する使用者の体重から算出される。制御部２１０は、このような運動計画を読み込むと、前述した運動制御テーブル６６を参照して、運動計画に含まれる脚強度に対応する膝角度（°）、運動角度範囲（θ）、移動周期（秒）、運動時間（秒）の各パラメータを取得する。この時、運動計画に含まれる脚バランス比に基づいて、左右の運動角度範囲の一方、即ち、脚力が弱いと判断された側の脚の運動範囲を大きくするように補正する、例えば、運動制御テーブル６６から取得した運動角度範囲に、脚バランス比を積算した値を、弱い方の脚に設定する。これに代えて或いは加えて、弱い方の脚の運動の移動周期を脚バランス比に応じて大きくするように補正することも可能である。更に、運動計画に含まれる性別情報や身長情報、BMIに基づいて、膝角度、運動角度範囲、移動周期を補正することも可能である。以上のような制御により、運動器具２００は使用者に適した運動計画を実行させて、歩行能力の改善を促進させることができる。

図１４〜図１８は、本システムに適用される第２の運動器具３００を示す。この運動器具３００は立ち姿勢での運動を使用者に与えるもので、基台３０２に、可動部として左右一対の可動式の足載せ台３４５を配置している。各足載せ台３４５は、図１４で示すｘ、ｙ、ｚ軸に関して、図１５に示すようなｘ−ｙ座標内での移動、図１６に示すx軸回りの回転、図１７に示すｙ軸回りの回転、図１８に示すｚ軸回りの回転が、それぞれ個別或いは任意の組み合わせで行われるように、駆動手段（図示せず）によって駆動される。この運動器具３００も、上記の第１の運動器具２００と同様に、通信インターフェース、制御部、使用者選択手段が備えられ、サーバー１００から送信される運動計画に基づいて、左右の足載せ台を所定の範囲、所定の周期で往復移動させることで、歩行能力を改善するための適切な運動を使用者に与えることができる。使用者選択手段は、基台３０２の上方に配置したパネル３５２に形成され、このパネルには運動計画を表示するディスプレイ３５４が設けられる。

本実施形態では、２種の運動器具を例示したが、本発明のシステムには、これら以外の各種の運動器具が適用可能である。

次に、診断部１３０における歩行能力の分析を行う他の手法について説明する。図２７で示す手法は、左右の脚についてのそれぞれの歩幅SL、SRから脚強度及び脚バランス比を求める。このため、センサユニット１０としては、使用者の脚が床面に与える圧力分布を測定する複数の圧力センサを備えたものが使用され、各圧力センサからは左右の各脚の足形を表す歩行信号がサーバー１００へ送信される。センサ情報処理部１２０は、図２８に示すように、この歩行信号から得られる左右の各脚の歩幅SL、SRの時系列データを集める。診断部１３０はこの時系列データから左右の各歩幅SL、SRの平均値を求め、大きい方の歩幅の平均値を脚強度の代表値として選択し、左右の歩幅の平均値の比を脚バランス比として選択する。次に、診断部１３０は脚強度換算表を参照して、脚強度として選択された左右何れかの歩幅に対応する脚強度のレベルを読み取り、これを脚強度として、脚バランス比及びその他のデータと共に判定データテーブル１０６に記録する。脚の障害により左右の脚に脚力の違いがある場合、弱い方の脚の歩幅が強い方の脚よりも歩幅が小さくなるため、本システムは、強い方の脚（図示の例では左脚）の歩幅SLを使用者の通常の脚強度を示すものと判断して、この脚強度を基準にして、弱い方の脚の筋力を改善させるような情報や運動計画を使用者に与える。

図２９及び図３０は、歩行能力の分析についての更に他の手法を示す。この手法は、センサユニット１０として上述の複数の圧力センサを備えたものを使用し、脚強度については、圧力センサで計測される圧力値を基準にして求め、脚バランス比については、左右の各脚についてのつま先角度（θL、θR）の比として求める。図２９に示すように、左右の脚力のバランスが崩れると、弱い方の脚（図示例では右脚）のつま先角度θRが他の脚のつま先角度θLよりも小さくなる。このため、左右のつま先角度を比べることで、脚バランス比を求めると共に、強い方の脚を判定し、強い方の脚が床面に与える圧力を脚強度の代表値として選択する。センサ情報処理部１２０は、圧力センサからの信号から、図２０に示すような、左右の各脚のつま先角度及び圧力値の時系列データを集める。診断部１３０はこの時系列データを分析して、左右のつま先角度の平均値の比を、脚バランス比として選択する。脚強度は、つま先角度の大きい方の脚について測定された圧力値の平均値から求められる。つま先角度は、図２９に示すように、左右各脚についての基準線L、Rに対する、傾斜線KL、KRの角度として求められる。基準線L、Rは、各脚について圧力分布から求めた重心を結ぶ線として求め、傾斜線としては、かかとの着地点とつま先側のけり出し点とを結ぶ線として求められる。また、脚強度を規定する圧力値は足裏全体にかかる圧力の総和として求められ、実質的には各脚が床面に加える荷重と同等である。

図３１及び図３２は、歩行能力の分析についての更に他の手法を示す。この手法も、センサユニット１０として上述の複数の圧力センサを備えたものを使用し、脚強度については、体重心の移動軌跡から左右に離れた左右の各脚の着床位置までのずれ幅DL、DRの内、ずれ幅が小さい方の脚が床に与える圧力（荷重）として規定し、脚バランス比としては、体重心の移動軌跡から左右に離れた左右の各脚の着床位置までのずれ幅の比（DL/DR、DR／DL）として規定する。図３１に示すように、左右の脚力のバランスが崩れると、体重心から横方向へのずれ幅が弱い方の脚（図示例では右脚）で小さくなる。このため、左右の各脚について体重心を結ぶ基準線Mからの左右へのずれ幅DL、DRを分析することで、脚強度と脚バランス比が求められるとともに、強い方の脚を判定し、強い方の脚が床面に与える圧力を脚強度の代表値として選択する。センサ情報処理部１２０は、圧力センサからの信号から、図３２に示すような、左右の各脚のずれ幅DL、DR及び圧力値の時系列データを集める。診断部１３０はこの時系列データを分析して、左右の脚のずれ幅の平均値の比を、脚バランス比として選択する。脚強度は、ずれ幅が小さい方の脚について測定された圧力値の平均値から求められる。基準線Mは、左右のかかとの着地点を結ぶ線Hの中心点をとおる線として規定され、左右のずれ幅DL、DRはこの基準線Mから各脚の足裏の重心を結ぶ距離として規定される。この場合も、脚強度を規定する圧力値は足裏全体にかかる圧力の総和として求められ、実質的には各脚が床面に加える荷重と同等である。
図３３及び図３４は、手摺を備えた階段を歩行する際の歩行能力を分析する手法を示す。この手法では、センサユニット１０として、階段の各ステップに設置した複数の荷重センサ１２と、手摺に設置した荷重センサ１３とを備えるものを使用する。また、手摺にはその長さ方向に沿って複数の圧力センサが並べられ、手摺を持つ使用者の位置の変化を検出して、階段の上がり下がりを決定する出力を与える。更に、階段に設置される荷重センサは各ステップの左右方向にも複数配列されており、階段の上がり下がりに応じて、右脚と左脚のどちらが階段に荷重を加えているかを検出できる。階段を歩行する場合、脚力が弱くなると手摺に加える荷重が多くなり、階段に加わる荷重と手摺に加わる荷重の比率は、左右の脚強度の違いによっても変化する。この例では、この現象を利用して、脚強度と脚バランス比を求めるもので、脚強度の代表値としては、左右の各脚について手摺荷重／床荷重の比（H／F）が小さいものと規定し、脚バランス比は、この比の割合として規定する。この場合、センサ情報処理部１２０は、図３４に示すように、階段に加えられる床荷重と手摺に加えられる手摺荷重の時系列データを集め、診断部１３０はこの時系列データを分析して、左右の各脚の階段への荷重時における手摺荷重／床荷重の比の平均値を求め、小さい方の手摺荷重／床荷重の比を示す側を脚強度の代表値として選択し、左右の各脚の手摺荷重／床荷重の比の割合を脚バランス比として選択する。このようにして得られた脚強度の代表値から、上述の脚強度換算表と同様に所定の分類に従ってランクされた、脚強度を選択する。

上で開示した脚強度と脚バランス比を求める手法は、適宜に組み合わせることができ、一つの手法で求めた脚強度と他の手法で求めた脚バランス比とを組み合わせることができる。

尚、上記の実施形態では、左右の脚強度の脚バランス比を求めて、左右の脚に異なる運動負荷を与える運動計画を与えることを開示しているが、本発明は必ずしも、これのみに限定されるものではなく、判定された脚強度のみを報知したり、左右の区別のない運動計画を作成したりすることも可能である。

また、上記の実施形態では、床面に設置される荷重センサや圧力センサを用いて使用者の歩行能力を分析する手法を示したが、本発明は必ずしもこれのみに限定されるものではなく、使用者の歩行姿勢を撮影するカメラをセンサとして使用して、歩行姿勢の画像から使用者の歩行能力或いは運動能力を推定して、運動能力の報知や運動能力を改善するための運動計画を作成することができる。この場合、センサユニットはカメラで撮像した画像をサーバーへ送信するための通信インターフェースを備え、画像の時系列データをサーバーへ送信する。サーバーにはこの時系列データを一時的に保持するセンサ出力処理部が備えられ、サーバーに設けた診断部は、この時系列データについて画像処理に基づく分析を行って使用者の歩行能力を判定する。例えば、画像処理により歩行中の足首関節や膝関節の角度変化を抽出し、これらの少なくとも一方の角度変化を示す指標によって、歩行能力を判定することができる。この指標とは、例えば、足首角度の最小値や、足首角度が最小となる時点（脚のけり出し時点）からの足首角度の増加率などである。更には、画像処理によって脚の形状がX脚であるかO脚であるかを判定して、正常な脚形状となるような運動計画を与えるように構成することも可能である。

Claims

使用者の歩行動作を検出するために建物内に設置されるセンサユニットと、
建物内に設けられた通信ネットワークを介して上記センサユニットに接続されるサーバーと、
上記通信ネットワークを介して上記サーバーに接続された情報報知装置とを備え、
上記センサユニットは使用者の歩行動作に伴う歩行信号を出力し、
上記サーバーは、
上記センサユニットから送られる歩行信号の時系列データを蓄積するセンサ情報処理部と、
上記の時系列データを分析して使用者の歩行能力を判定して、歩行能力データを作成する診断部と、
選択された歩行能力データを上記ネットワークに送出する情報提供部とを構成し、
上記情報報知装置は、上記の診断部で選択された歩行能力データを使用者に対して報知させる報知手段を備えたことを特徴とする歩行能力診断システム。
上記サーバーは、判定データテーブルを備え、
上記の診断部は、所定の時間範囲内の上記時系列データから使用者の脚強度を分析してこれを歩行能力データとして判定し、この歩行データを判定時刻と関連させて上記の判定データテーブルに記録するように構成され、
上記情報報知装置は、上記の判定データテーブルから最新の歩行能力データを読み出してこれを報知するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の歩行能力診断システム。
上記サーバーは、判定データテーブルを備え、
上記の診断部は、所定の時間範囲内の上記時系列データから左右の脚強度を分析し、上記左右の脚強度の代表値、及び左右の脚強度の比である脚バランス比を判定し、脚強度の代表値と脚バランス比とで上記の歩行能力データを構成し、この歩行データを判定時刻と関連させて上記の判定データテーブルに記録するように構成され、
上記情報報知装置は、上記の判定データテーブルから最新の歩行能力データを読み出してこれを報知するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の歩行能力診断システム。
上記のシステムは、使用者の身体特徴データを取得する認証情報取得手段と、複数の使用者の特性データを保持する使用者テーブルを備え、上記使用者テーブルには使用者コード及び各使用者の身体的特徴を特定する身体判定データが記録される、
上記の判定データテーブルは、上記の使用者コードを記録するように構成され、
上記サーバは使用者認識部を有し、この使用者認識部は上記の認証取得手段で得られた身体特徴データから上記使用者テーブルの上記身体判定データに合致する上記使用者コードを選択して、この使用者コードを上記診断部に与え、
上記診断部は、判定された歩行能力データを上記の使用者コードに関連づけて上記の判定データテーブルに記録し、
上記情報報知装置には、上記の使用者テーブルから上記使用者コードを特定する使用者選択手段が備えられ、選択された使用者コードに対応する歩行能力データを上記の判定データテーブルから読み出してこれを表示するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の歩行能力診断システム。
上記センサユニットは、建物内の床に設置された複数の床荷重センサで構成され、
上記診断部は、上記床荷重センサからの歩行信号を分析して、右脚及び左脚についてそれぞれ床面に着地してから離れる迄の接床時間TR、TLを求め、接床時間の長い方を、上記の脚強度として選択し、左右の脚の接床時間の比を上記の脚バランス比として決定するように構成されたことを特徴とする請求項３または４に記載の歩行能力診断システム。
上記センサユニットは、建物内の床に設置された複数の床荷重センサで構成され、
上記診断部は、上記床荷重センサからの歩行信号を分析して、右脚及び左足についてそれぞれ床に加わる荷重FR、FLを求め、荷重の大きい方を、上記の脚強度として選択し、左右の脚の荷重の比を上記の脚バランス比として決定するように構成されたことを特徴とする請求項３または４に記載の歩行能力診断システム。
上記センサユニットは、建物内の床に設置された複数の床荷重センサで構成され、
上記診断部は、上記床荷重センサからの歩行信号を分析して、右脚及び左脚についてそれぞれ歩幅を求め、歩幅の大きい方を、上記の脚強度として選択し、左右の脚の歩幅の比を上記の脚バランス比として決定するように構成されたことを特徴とする請求項３または４に記載の歩行能力診断システム。
上記センサユニットは、
建物内の床に設置された複数の床荷重センサと、
建物内の階段や廊下の手摺にその長さ方向に沿って配置された複数の手摺荷重センサとで構成され、
上記診断部は、階段を歩行する際に生じる床荷重センサからの床信号と、手摺荷重センサからの手摺信号とから、左脚と右脚とについて、階段に与える脚荷重に対して手摺に加える手荷重との荷重比率を求め、荷重比率の小さい方を上記の脚強度の代表値として選択し、左右の脚の荷重比率の比を上記の脚バランス比として決定するように構成されたことを特徴とする請求項３または４に記載の歩行能力診断システム。
上記サーバーは、判定された歩行能力データに対応する運動を計画する運動計画部を備え、この運動計画部で作成する運動計画を上記判定データテーブルに書き込む、
上記システムは更に、上記の運動計画を使用者に実行させる運動器具を含み、この運動器具は使用者の身体に外力を加える可動部を備え、
上記の情報提供部は上記の運動計画を上記のネットワークを介して上記の運動器具に送信し、
上記の運動器具は、上記の運動計画に基づいて、上記の運動計画に応じた運動を使用者に与えるように、上記の可動部を制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の歩行能力診断システム。
上記のシステムは、使用者の身体特徴データを取得する認証情報取得手段と、複数の使用者の特性データを保持する使用者テーブルを備え、上記使用者テーブルには使用者コード及び各使用者の身体的特徴を特定する身体判定データが記録される、
上記の判定データテーブルは、上記の使用者コードを記録するように構成され、
上記サーバは使用者認識部を有し、この使用者認識部は上記の認証取得手段で得られた身体特徴データから上記使用者テーブルの上記身体判定データに合致する上記使用者コードを選択して、この使用者コードを上記診断部に与え、
上記診断部は、判定された歩行能力データを上記の使用者コードに関連づけて上記の判定データテーブルに記録し、
上記の運動器具は、上記の使用者テーブルから使用者コードを選択する使用者選択手段を備え、選択された使用者コードに関する最新の運動計画を上記の判定データテーブルから読み出して、この運動計画を上記の制御部に与えることを特徴とする請求項９に記載の歩行能力診断システム。
上記の運動器具と上記の情報報知装置が一体の構造物に組み込まれたことを特徴とする請求項１０に記載の歩行能力診断システム。
上記の運動器具は、上記の運動計画に基づいて、使用者に対して他動的な筋収縮を生じさせる運動を上記可動部で作り出すように構成されたことを特徴とする請求項１０に記載の歩行能力診断システム。
上記の運動器具の可動部は、座姿勢の使用者が臀部を載せる座部と、使用者が足を載せる足置部とで構成され、
上記の座部は上記の運動計画に基づいてその位置が変化するように制御され、
上記の足置部は上記座部の位置に拘わらず使用者の膝関節の曲げ角度を一定に維持するように構成されたことを特徴とする請求項１２に記載の歩行能力診断システム。
上記の運動器具は基台と、上記座部を基台の上方で移動させる駆動機構とを備え、上記足置部は基台の横方向に沿って離間した左右一対の足載せ台で構成され、
上記駆動機構は、中立位置の座部と左の足載せ台とを含む垂直面内で座部を中立位置と左の足載せ台に近づく位置との間で往復移動させる左脚運動と、中立位置の座部と右の足載せ台とを含む垂直面内で座部を中立位置と右の足載せ台に近づく位置との間で往復移動させる右脚運動とを交互に行うように構成され、
上記制御部は、左脚運動と右脚運動において、それぞれ、足載せ台側への上記座部の移動量を変化させるように構成され、
上記制御部は、上記の運動計画で規定される上記の脚強度と上記の脚バランス比に応じて左脚運動と右脚運動における座部の移動量を個別に決定することを特徴とする請求項１３に記載の歩行能力診断システム。
上記の診断部は上記の脚強度を、以下の何れか一つとして規定し、
a)右脚及び左脚がそれぞれ床面に着地してから離れる迄の左右の接床時間 TR、TLの内の長い方の接床時間、
b)右脚及び左脚がそれぞれ床に加わる左右の荷重FR、FLの内、大きい方の荷重、
c)右脚及び左脚がそれぞれ行う左右の歩幅の内、大きい方の歩幅、
d)体重心の移動軌跡から左右に離れた左右の各脚の着床位置までのずれ幅の内、ずれ幅が小さい方の脚が床に与える荷重、
上記の診断部は上記の脚バランス比を以下の何れかの一つとして規定し、
e)左右の脚の接床時間の比、
f)左右の脚の床への荷重の比、
g)左右の脚の歩幅の比、
h)体重心の移動軌跡から左右に離れた左右の各脚の着床位置までのずれ幅の比、
i)左右の脚のつま先角度の比
上記の診断部は、得られた脚強度と脚バランス比を上記の判定データテーブルに記録することを特徴とする請求項１４に記載の歩行能力診断システム。
上記センサユニットは、
建物内の床に設置された複数の床荷重センサと、
建物内の階段や廊下の手摺にその長さ方向に沿って配置された複数の手摺荷重センサとで構成され、
上記診断部は、階段を歩行する際に生じる床荷重センサからの床信号と、手摺荷重センサからの手摺信号とから、左脚と右脚とについて、階段に与える脚荷重に対して手摺に加える手荷重との荷重比率を求め、荷重比率の小さい方を上記の脚強度の代表値として選択し、左右の脚の荷重比率の比を上記の脚バランス比として決定するように構成されたことを特徴とする請求項１４に記載の歩行能力診断システム。
上記の駆動機構は
上記座部の上記基台からの高さを調整する高さ調整手段と、
上記の左右脚運動におけるそれぞれの移動量を調整する移動量調整手段と、
上記の左右脚運動における往復動周期を変化させる周期調整手段と、
上記座部の駆動時間を調整するタイマーと、
を備え、
上記制御部は、上記運動計画に含まれる上記の脚強度と上記の脚バランス比に基づいて、上記の高さ調整手段、移動量調整手段、周期調整手段、タイマーの内の少なくとも一つを制御することを特徴とする請求項１４に記載の歩行能力診断システム。
上記の駆動機構は上記座部の上記基台からの高さを調整できるように構成され、
上記使用者テーブルには使用者の身長データを記録するように構成され、
上記の診断部は、該当する使用者コードに基づいて上記使用者テーブルから身長データを読み出して、上記運動計画に身長データを付加し、
上記制御部はこの身長データに応じて上記座部の高さを変化させるように構成されたことを特徴とする請求項１４に記載の歩行能力診断システム。
上記システムは、上記の運動器具における高さ調整手段、移動量調整手段、手記調整手段、タイマーにおいて変化する各パラメータを、上記の運動計画で規定される歩行能力データに対応させた運動制御情報を保持する運動制御テーブルを備え、
上記の運動器具の制御部は、判定データテーブルから取得した歩行能力データに対応する運転制御情報に基づいて、上記の可動部を制御するように構成されたことを特徴とする請求項９に記載の歩行能力診断システム。
上記の運転制御テーブルがネットワークを介して上記サーバーに接続されるデータサーバーに形成されたことを特徴とする請求項１６に記載の歩行能力診断システム。
上記の運転制御テーブルが上記サーバー内に構築されたことを特徴とする請求項１６に記載の歩行能力診断システム。
上記センサユニットは使用者の歩行姿勢の画像を撮像してこれを歩行信号として出力するカメラであり、
上記診断部は、上記の歩行姿勢の画像から使用者の歩行能力を判定して歩行能力をすることを特徴とする請求項１または９に記載の歩行能力診断システム。
上記システムは、複数種類の運動器具についてそれぞれ運動器具コードとそれぞれの運動器具で行われる運動特性を保持した運動器具テーブルを備え、
上記診断部は、判定された歩行能力データに最適の運動器具を示す運動器具コードを、上記の運動器具テーブルから取得して、上記情報報知部に送信し、
上記情報報知部は、送信された運動器具コードに対応する運動器具情報を報知するように構成されたことを特徴とする請求項９に記載の歩行能力診断システム。