JPWO2014049639A1 - 足圧分布計測システムおよび情報処理装置 - Google Patents

Abstract

センサ部１１１と接続され、被検者の足圧分布データを算出する情報処理装置１２０であって、前記被検者の指先部分が検出された足圧分布データと前記被検者のかかと部分が検出された足圧分布データとを取得し、該取得した足圧分布データを重ね合わせることで、前記被検者の足裏の形状を識別し、前記被検者の足裏の前方部分と後方部分とを規定する分割位置算出部２１１と、前記前方部分の荷重値と、前記後方部分の荷重値との比率を、前記被検者の足圧分布データとともに表示する体重移動定量化処理部２１２とを備える。

Description

本発明は、被検者の足圧分布を計測する足圧分布計測システム及び該システムを構成する情報処理装置に関するものである。

脳卒中などの脳神経系疾患を発症して右片または左片が麻痺した患者や、間接症などの運動器に関連する疾患を有する患者に対しては、従来より、理学療法士の指導／監視のもとで運動機能回復訓練が行われてきた。運動機能回復訓練の具体例としては、例えば、左右の足の体重移動をスムーズに行うための訓練が挙げられる。当該訓練では、各足に加えられる荷重を計測するために、２台の体重計を設置し、それぞれの出力値の比率を算出することで、左右の足の体重移動の状態を定量的に把握している。

また、運動機能回復訓練の他の具体例としては、例えば、各足の前後方向の体重移動をスムーズに行うための訓練が行われる。各足の前後方向の体重移動をスムーズに行うことは、歩行を行う上で特に重要となってくる。

ここで、各足の前後方向の体重移動の状態を監視するためには、例えば、足圧分布計測装置を用いることが有効と考えられる。

一方で、従来より、被検者の足圧分布をリアルタイムに計測・表示する足圧分布計測装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１１−０７８５３４号公報

しかしながら、従来の足圧分布計測装置の場合、医療現場における上記運動機能回復訓練等への適用を前提して構成されたものではない。このため、適用に際しては、医療現場固有のデータを算出する機能を付加する必要があり、上記運動機能回復訓練においては、例えば、各足の前後方向の体重移動の状態を定量的に把握するための機能が望まれている。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、被検者の各足の前後方向の体重移動を定量的に把握することが可能な足圧分布計測システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る情報処理装置は、以下のような構成を備える。即ち、
複数の圧力センサが配列されたセンサ部と接続され、被検者の足圧分布データを算出する情報処理装置であって、
前記被検者の足圧分布データにおいて、前記被検者の足裏の前方部分と後方部分とを規定する規定手段と、
前記被検者の足圧分布データのうち、前記前方部分において検出された足圧分布データを加算することにより得られた第１の荷重値と、前記後方部分において検出された足圧分布データを加算することにより得られた第２の荷重値とを算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記第１の荷重値と前記第２の荷重値とを比較可能に表示する表示手段とを備える。

本発明によれば、被検者の各足の前後方向の体重移動を定量的に把握することが可能な足圧分布計測システムを提供することができる。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明の第１実施形態に係る足圧分布計測システムの外観構成を示す図である。 足圧分布計測システムを構成する情報処理装置の機能構成を示す図である。 右足が麻痺した被検者の足圧分布データを示す図である。 足圧分布を前方部分と後方部分とに分割するための分割位置を示す分割線を算出する分割位置算出処理の流れを示すフローチャートである。 各足の前後方向の体重移動を定量化するための体重移動定量化処理の流れを示すフローチャートである。 分割位置算出処理において計測された複数の足圧分布データを示す図である。 複数の足圧分布データを重ね合わせることにより生成された足圧分布データを示す図である。 分割位置を示す分割線を説明するための図である。 体重移動定量化処理において表示された足圧分布データを示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
＜１．足圧分布計測システムの外観構成＞
第１実施形態における足圧分布計測システム１００について、図１を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態の足圧分布計測システム１００における外観構成の一例を示す図である。図１に示すように、足圧分布計測システム１００は、足圧分布計測センサ１１０と情報処理装置１２０とを備える。

足圧分布計測センサ１１０は、センサ部１１１、ベース部１１２およびスロープ部１１３を備える。センサ部１１１は、複数の圧力センサが二次元的に配列されており、ベース部１１２に対して段差が生じないように埋め込まれている。センサ部１１１では、直立した被検者の両足が載置された場合に、センサ部１１１内に配された各圧力センサが当該圧力（荷重）を検知し、検知した荷重に対応した電気信号を出力することで、被検者の足圧分布データを所定の周期で計測することができる。

スロープ部１１３は、ベース部１１２の外周部側面に設けられており、足圧分布計測センサ１１０が載置された床面とベース部１１２との間の段差を滑らかにつないでいる。これにより、例えば、被検者が、センサ部１１１上に両足を載置する際に、つま先が床面とベース部１１２との間の段差に引っかかり、転倒してしまうといったリスクを回避することができる。

情報処理装置１２０は、センサ部１１１によって計測された足圧分布データをケーブル１３０を介して取得し、表示部２０４に表示する。また、被検者の各足の前後方向の体重移動を定量化したデータを足圧分布データとあわせて表示部２０４に表示する。

＜２．足圧分布計測システムの情報処理装置の機能構成＞
次に、情報処理装置１２０の機能構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、足圧分布計測システム１００を構成する情報処理装置１２０の機能構成を示す図である。図２に示すように、情報処理装置１２０は、制御部（コンピュータ）２０１と、メモリ部２０２と、記憶部２０３と、表示部２０４と、入力部２０５と、外部機器Ｉ／Ｆ部２０６とを備え、各部は、バス２０７を介して接続されている。

記憶部２０３には、制御部２０１によって実行されることで分割位置算出部２１１及び体重移動定量化処理部２１２として機能するプログラムが格納されている。当該プログラムは、制御部２０１による制御のもと、ワークエリアとして機能するメモリ部２０２に適宜読み込まれ、制御部２０１によって実行される。これにより、当該プログラムは、分割位置算出部２１１（取得手段、規定手段）及び体重移動定量化処理部２１２(算出手段、表示手段)として機能する。本実施形態の体重移動定量化処理部２１２では、各足の足圧分布データを前後方向に分割し、前方部分の荷重値（第１の荷重値）と後方部分の荷重値（第２の荷重値）とを算出することにより、各足の前後方向の体重移動を定量化する。また、分割位置算出部２１１では、体重移動定量化処理部２１２において各足の足圧分布を前後方向に分割する際の分割位置を示す分割線を算出する。なお、分割位置算出部２１１及び体重移動定量化処理部２１２の詳細については後述する。

表示部２０４は、ブラウン管や液晶などのディスプレイによって構成されており、制御部２０１に当該プログラムを実行させるためのユーザインタフェースを表示したり、取得した足圧分布データを表示したりする。入力部２０５は、キーボードやマウスなどによって構成されており、当該プログラムを実行させるための指示を入力する。外部機器Ｉ／Ｆ部２０６は、センサ部１１１において計測された足圧分布データを情報処理装置内に取り込むためのＩ／Ｆである。

＜３．分割位置算出部の機能について＞
次に、分割位置算出部２１１の機能について説明する。上述したように、分割位置算出部２１１では、体重移動定量化処理部２１２が体重移動定量化処理において各足の足圧分布を前後方向に分割する際の分割位置を示す分割線を算出する。以下、図３を参照しながら、分割位置算出部２１１の機能について詳細に説明する。

図３は、右足が麻痺した被検者の足圧分布データを示す図である。図３に示すように、右足が麻痺した患者の場合、健常側の足（左足）と麻痺側の足（右足）とでは、足裏の接地領域が大きく異なっている。右足が麻痺した患者では、健常側の足（左足）は、足裏のうち、つま先側の一部とかかと側の一部とが接地しているのに対して、麻痺側の足（右足）は、つま先側の一部のみが接地している尖足の状態がある。

このため、麻痺側の足（右足）の足圧分布データのみでは、麻痺側の足（右足）の足裏全体の形状（足型）を把握することができず、前後方向に分割する際の分割位置を示す分割線を算出することができない。そこで、本実施形態に係る分割位置算出部２１１では、健常側の足（左足）の足圧分布データに基づいて算出した分割線を、麻痺側の足（右足）にも適用するよう構成されている。

通常の場合は、健常側の足型を元に、つま先側の端点及びかかと側の端点を抽出し、両端点に基づいて分割位置を示す分割線を算出する。しかし、図３に示すように、健常側の足（左足）についても、足裏のうち、つま先側の一部とかかと側の一部のみが足圧分布データとして検出されているだけであり、つま先側の端点及びかかと側の端点までは検出することは難しい。つまり、各足の足圧分布データを前後方向に分割するにあたり、足裏全体の形状（足型）を正確に認識することができないため、足裏全体を２つに正確に分割するための中心位置を求めることができない場合がある。

本実施形態に係る分割位置算出部２１１では、被検者に前方向に体重移動させた際（あるいはユーザ（例えば、理学療法士等）が被検者の足の甲を押した際）の足圧分布データ及び被検者に後方向に体重移動させた際（あるいはユーザが被検者のかかとを押した際）の足圧分布データをそれぞれ計測し、当該足圧分布データに基づいて足裏全体の形状（足型）を識別するとともに、つま先側の端点及びかかと側の端点を抽出し、両端点に基づいて分割位置を示す分割線を算出する構成としている。

これにより、図３に示すような足圧分布データの場合でも、体重移動定量化処理部２１２による体重移動定量化処理において用いられる分割線を算出することができる。

＜４．分割位置算出部における処理の流れ＞
次に、上記分割位置算出部２１１における分割位置算出処理の流れについて、図４Ａ及び図５〜図７を用いて具体的に説明する。図４Ａは、分割位置算出部２１１における分割位置算出処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ４０１では、被検者の指先部分が検出された足圧分布データとかかと部分が検出された足圧分布データを含む複数の足圧分布データを、足圧分布計測センサ１１０から取得する。具体的には、まず、被検者の体を前方向に体重移動させた際の、あるいは、ユーザ（例えば、理学療法士等）が被検者の足の甲を上から押した際の足圧分布データを取得する。

図５の５ａは、被検者の体を前方向に体重移動させた際に、あるいは、ユーザが被検者の足の甲を上から押した際に計測された足圧分布データを示す図である。図５の５ａに示すように、被検者が前方向に体重移動することにより、あるいは、ユーザが被検者の足の甲を上から押すことにより、被検者の健常側の足（左足）のつま先まで荷重がかかるため、各指の指先部分が検出された足圧分布データを取得することができる。なお、分割位置算出部２１１では、このとき取得した足圧分布データを、記憶部２０３に記憶する。

続いて、被検者の体を後方向に体重移動させた際に、あるいは、ユーザが被検者のかかとを上から押した際に計測された足圧分布データを取得する。

図５の５ｂは、被検者の体を後方向に体重移動させた際に、あるいは、ユーザ被検者の足のかかとを上から押した際に計測された足圧分布データを示している。図５の５ｂに示すように、被検者が後方向に体重移動することにより、あるいは、ユーザが被検者の足のかかとを上から押すことにより、被検者の健常側の足（左足）のかかとに荷重がかかるため、かかと部分が検出された足圧分布データを取得することができる。分割位置算出部２１１では、このとき取得した足圧分布データを、記憶部２０３に記憶する。

このようにして、分割位置算出部２１１では、複数の足圧分布データを取得することができる。なお、本実施形態において分割位置算出部２１１は、前後方向に体重移動させることにより２つの足圧分布データを取得する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、被検者の体を前後方向に体重移動させることに加えて、左右方向に体重移動させることにより、３つ以上の足圧分布データを取得するように構成してもよい。また、１つの足圧分布データにより、後述する被検者の足型を識別できる際には、１つの足圧分布データのみを取得するように構成してもよい。

ステップＳ４０２では、記憶部２０３に記憶された複数の足圧分布データを用いて被検者の足型を識別する。上述したように、記憶部２０３に記憶された複数の足圧分布データには、各指の指先部分が検出された足圧分布データと、かかと部分が検出された足圧分布データとが含まれる。そこで、記憶部２０３に記憶された当該複数の足圧分布データを重ね合わせることで、被検者の足型を識別することができる。また、１つの足圧分布データのみを取得するように構成した場合には、当該１つの足圧分布データのみから被検者の足型を識別する。

複数の足圧分布データを重ね合わせる構成においては、具体的には、図５の５ａに示す足圧分布データと図５の５ｂに示す足圧分布データとを重ね合わせることにより、図６に示す足圧分布データを生成することができる。図６は、図５の５ａに示す足圧分布データと、図５の５ｂに示す足圧分布データとを重ねあわせることにより生成された足圧分布データである。このように記憶部２０３に記憶された複数の足圧分布データを重ね合わせることにより分割位置算出部２１１では、被検者の足型６０１を識別することができる。１つの足圧分布データのみを取得するように構成した場合においては、このような重ね合わせは不要である。なお、識別した足型６０１は、記憶部２０３に記憶される。

ステップＳ４０３では、ステップＳ４０２において識別した足型６０１に基づいて、つま先側の前方部分とかかと側の後方部分とを規定する。具体的には、図７に示すように、ステップＳ４０２で識別した足型６０１に基づいて、つま先側の端点とかかと側の端点とを抽出し、つま先側の端点とかかと側の端点との中心位置を算出する。更に、算出した中心位置を通り、足型６０１の長軸方向に略直交する線を分割線７０１として規定し、当該分割線７０１よりもつま先側の部分を前方部分と規定し、かかと側の部分を後方部分と規定する。

ステップＳ４０４では、ステップＳ４０３において規定された前方部分及び後方部分を示す位置座標を記憶部２０３に記憶する。

＜５．体重移動定量化処理部における処理の流れ＞
次に体重移動定量化処理部２１２における体重移動定量化処理の流れについて図４Ｂ及び図８を用いて説明する。図４Ｂは、体重移動定量化処理部２１２における体重移動定量化処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ４１１では、被検者が直立した状態における足圧分布データを足圧分布計測センサ１１０から取得し、表示する。ステップＳ４１２では、ステップＳ４１１において取得した足圧分布データに、記憶部２０３に記憶された足型６０１を重ね合わせる。

ステップＳ４１３では、ステップＳ４１１において取得された足圧分布データのうち、記憶部２０３に記憶された前方部分の位置座標に対応する各圧力センサの圧力データを加算することにより、前方部分に加えられた荷重の合計値を算出する。更に、ステップＳ４１１において取得された足付分布データのうち、記憶部２０３に記憶された後方部分の位置座標に対応する各圧力センサの圧力データを加算することにより、後方部分に加えられた荷重の合計値を算出する。

ステップＳ４１４では、ステップＳ４１３において算出された前方部分に加えられた荷重の合計値と後方部分に加えられた荷重の合計値とを比較可能に表示部２０４に表示する。なお、本実施形態では、ステップＳ４１３において、更に、前方部分に加えられた荷重の合計値と後方部分に加えられた荷重の合計値との比率を算出し、ステップＳ４１４において、その比率を荷重の合計値とともに表示部２０４に表示するように構成してもよい。

図８は、ステップＳ４１１において取得された足圧分布データに、足型６０１を重ね合わせた上で、前方部分に加えられた荷重の合計値及び後方部分に加えられた荷重の合計値、ならびに、前方部分に加えられた荷重の合計値と後方部分に加えられた荷重の合計値との比率を表示部２０４に表示した様子を示している。

このように、前方部分に加えられた荷重の合計値と後方部分に加えられた荷重の合計値との比率を表示部２０４にリアルタイムに表示する構成とすることで、被検者の前後方向の体重移動を定量的に把握することが可能となる。

なお、図８の例では、被検者の一方の足（健常側の足（左足））について足型を識別し、その足型に基づいて、前方部分および後方部分を規定する場合について説明したが、被検者の他方の足（麻痺側の足（右足））については、健常側の足（左足）において識別した足型６０１を代用することにより、前方部分および後方部分を規定することができる。

例えば、分割位置算出部２１１では、ステップＳ４０２において認識された健常側の足（左足）の足型を、麻痺側の足（右足）に合うように左右反転（変更）して適用する。これにより、麻痺側の足（右足）についても前方部分および後方部分を規定することができる。

以上の説明から明らかなように、第１実施形態の足圧分布計測システムでは、
分割位置算出部を設け、被検者の各指の指先部分が検出された足圧分布データとかかと部分が検出された足圧分布データとを取得し、これらの足圧分布データを重ね合わせることで、被検者の足型を識別する構成とした。また、識別した足型に基づいて分割線を算出することで、前方部分と後方部分とを規定する構成とした。

そして、体重移動定量化処理部にて足圧分布データを表示するにあたり、前方部分に対応する荷重の合計値と後方部分に対応する荷重の合計値との比率を合わせて表示する構成とした。

この結果、被検者の各足の前後方向の体重移動を定量的に把握することが可能となった。

［第２実施形態］
第１実施形態の足圧分布計測システム１００では、情報処理装置１２０が、足圧分布計測センサ１１０によって計測された足圧分布データを、ケーブル１３０を介して直接取得する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、情報処理装置１２０が、ブルートゥースなどの無線を介して取得する構成としてもよい。

また、足圧分布計測センサ１１０内にメモリを配し、足圧分布計測センサ１１０において計測された足圧分布データを一旦当該メモリに記憶しておくように構成してもよい。このように構成した場合、足圧分布計測センサ１１０が情報処理装置１２０にケーブル１３０を介して接続できる距離に設置できないとき、即ち、ケーブル１３０の長さが足りないときであっても、所定の場所で足圧分布データを計測することができる。この場合、足圧分布データを計測した後で足圧分布計測センサ１１０を情報処理装置１２０にケーブル１３０を介して接続し、情報処理装置１２０に当該足圧分布データを取得させることができる。

また、第１実施形態では、足圧分布計測センサ１１０が１つのベース部１１２および１つのセンサ部１１１によって形成される構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ベース部１１２およびセンサ部１１１をそれぞれ、右足用および左足用の別体とし、着脱可能な構成または折り畳み可能な構成としてもよい。この場合、スロープ部１１３は、ベース部１１２に対して着脱可能に構成されてもよい。

更に、上記第１実施形態の分割位置算出部２１１では、ステップＳ４０２において、複数の足圧分布データに基づいて足型を識別する構成としたが、本発明はこれに限定されず、足型以外の他の図形（例えば、四角形あるいは楕円形）を用いるように構成してもよい。

なお、上記の実施形態では、自動で被検者の足裏の前方部分と後方部分とを規定する規定手段を有する構成を説明しているが、それに限定されない。例えば、規定手段は、理学療法士が手動で脚の中心位置を入力するように構成されていてもよい。

また、上記の実施形態では、前方部分と後方部分の位置座標を固定しているが、計測途中で足が動く可能性があるため、その際には、位置座標を更新できるように構成してもよい。

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

上記目的を達成するために、本発明に係る情報処理装置は、以下のような構成を備える。即ち、
複数の圧力センサが配列されたセンサ部と接続され、前記センサ部からのデータに基づいて被検者の足圧分布を求める情報処理装置であって、
前記被検者の足裏のうち指先部分を前記センサ部に押し付けたときの足圧分布を示す第１データ、および前記被検者の足裏のうちかかと部分を前記センサ部に押し付けたときの足圧分布を示す第２データを前記センサ部から取得する第１取得手段と、
前記第１取得手段により取得された前記第１データおよび前記第２データの各々における足圧分布を合成した結果に基づいて前記被検者の足型を生成し、当該足型の前方部分と後方部分とを規定する規定手段と、
前記被検者が前記センサ部の上に乗ったときの足圧分布を示すデータを前記センサ部から取得する第２取得手段と、
前記第２取得手段により取得されたデータにおける足圧分布に、前記規定手段により生成された前記足型を重ね合わせることにより、前記足型の前記前方部分における当該足圧分布の荷重の合計値を示す第１の荷重値と、前記後方部分における当該足圧分布の荷重の合計値を示す第２の荷重値とを算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記第１の荷重値と前記第２の荷重値とを表示する表示手段とを含む。

Claims (11)

1. 複数の圧力センサが配列されたセンサ部と接続され、被検者の足圧分布データを算出する情報処理装置であって、
   前記被検者の足圧分布データにおいて、前記被検者の足裏の前方部分と後方部分とを規定する規定手段と、
   前記被検者の足圧分布データのうち、前記前方部分において検出された足圧分布データを加算することにより得られた第１の荷重値と、前記後方部分において検出された足圧分布データを加算することにより得られた第２の荷重値とを算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された前記第１の荷重値と前記第２の荷重値とを比較可能に表示する表示手段と、
   を備えることを特徴とする情報処理装置。
2. 前記被検者の指先部分が検出された足圧分布データと前記被検者のかかと部分が検出された足圧分布データとを含む複数の足圧分布データを取得する取得手段を更に有し、
   前記規定手段は、前記取得手段により取得された前記足圧分布データに基づいて前記被検者の足裏の形状を識別し、前記被検者の足裏の前方部分と後方部分とを規定する、ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記取得手段は、前記被検者の複数の足圧分布データを取得し、
   前記規定手段は、前記複数の足圧分布データを重ね合わせることで前記被検者の足裏の形状を識別し、前記被検者の足裏の前方部分と後方部分とを規定する、ことを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
4. 前記規定手段は、前記被検者の足裏のつま先側の端点と、かかと側の端点との間の所定の位置を通り、前記被検者の足裏の長軸方向に略直交する方向に延びる分割線により、前記前方部分と前記後方部分とを規定することを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
5. 前記所定の位置は、前記被検者の足裏のつま先側の端点と、かかと側の端点との間の中心位置であることを特徴とする請求項４に記載の情報処理装置。
6. 前記規定手段は、前記被検者の一方の足の前記複数の足圧分布データに基づいて規定した前記前方部分と前記後方部分とに基づいて、前記被検者の他方の足の前方部分と後方部分とを規定することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の情報処理装置。
7. 前記算出手段は、前記第１の荷重値と前記第２の荷重値との比率を算出し、
   前記表示手段は、前記第１の荷重値と前記第２の荷重値との比率を表示する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の情報処理装置。
8. 前記表示手段は、更に、前記規定手段により識別された前記被検者の足裏の形状を表示することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の情報処理装置。
9. 前記表示手段は、更に、前記算出手段により算出された第１の荷重値と前記第２の荷重値とを表示することを特徴とする請求項８に記載の情報処理装置。
10. 請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の情報処理装置と、
    複数の圧力センサが配列されたセンサ部と
    を備えることを特徴とする足圧分布計測システム。
11. 請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の情報処理装置の各手段を、コンピュータに実行させるためのプログラム。