WO2004014230A1

WO2004014230A1 - 平衡状態解析装置

Info

Publication number: WO2004014230A1
Application number: PCT/JP2003/010108
Authority: WO
Inventors: Shinji Tanaka; Shigeyuki Inoue; Hiroshi Yamamoto; Sachio Nagamitsu; Yoshitaka Kawasaki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2004-02-19
Also published as: JP4603884B2; JPWO2004014230A1; CN1610518A; EP1527734A4; US7031872B2; EP1527734A1; CN1297228C; US20050021312A1

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

明細書平衡状態解析装置技術分野

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。背景技術

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。

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 2 7 6 0 4 7 2号公報、特許第 2 8 2 3 8 4 1号公報、特許第 2 8 2 3 8 4 2号公報を参照。上記の文献の全ての開示は、そつ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レ、。

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。発明の開示

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 A x tとし、前記 y方向の加速度を A y tとしたとき ( tはサンプリングタイミング、 t = 0 , 1 , 2 . . . P'Z 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（V t ) は、

(数 1 )

v = Average (Vt) (t=0，1，2，■ ' 'T) 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、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 I Dを設定する個人情報設定手段と、前記各 I D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 I D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 W 200

5

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^である c 第 1 0の本発明は、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 c ) 、前記変位（S t ) および重心動摇指数（Gn) (nは測定回数）は

(数 2)

S_t=1/2xt² X (Ax²+Ay²)¹ゾ 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ょぴ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 1 1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、 G l , G 2、 . . . Gn— 1と比較し、 011<011— 1でぁれば、「良好」を出力し、 Gn=Gn— 1であれば「普通」を出力し、 Gn >G n— 1であれば、「注意」を出力する、第 1 0の本発明の平衡状態解析装置である。

第 1 2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 1 0の本発明の平衡状態解析装置である。

第 1 3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 1 4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 1 5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 1 6の本発明は、第 1 5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。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態 1の平衡状態解析装置のプロック図である。

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摇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口一図である。

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プロック図である。 ' 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一図である。 '

図 1 0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 1 1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 1 2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 1 3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 1 4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 1 5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 1 6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 1 7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 1 8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める。

図 1 9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 2 0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 2 1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 2 2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 2 3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 2 4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 2 5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 2 6は、図 2 2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、 2 0

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 1 0 情報管理手段

1 1 管理情報提示手段 1 2 ホストコンピュータ 1 9 人体

2 2 人体の前向きを示す矢印 2 3 人体の右向きを示す矢印 s 1 計測時間設定ステップ s 2 加速度情報入力ステップ s 3 平衡状態解析ステップ s 4 運動情報記憶ステップ s 5 身体情報入力ステップ s 6 身体情報判定ステップ s 7 出力ステップ

1 1 1. 平衡状態検出装置

1 1 2. カロ速度センサ

1 1 3. 信号処理手段

1 1 4. 収集用 ROM

1 1 5. 算出手段 1 1 6 ROM

1 1 7 表示手段

1 18 保持部材

1 21 スィッチ

1 31 加速度収集結果

141

1 5 1 情報送信手段

1 52 情報受信手段

16 1

1 62 使用者

201 21 1， 2 6 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 情報管理部発明を実施するための最良の形態

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は重心動摇解析手段、 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 1 9は人体、 2 0は人体に卷いたベルト状の装着具、 2 2は人体の前後方向（前向きを正の向きとする）、 2 3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、 AZ 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、 AZD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 ·終了のスィツチングを行なう。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億手段 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の軌跡おょぴ、 Tにおける重心移動の速度変化を示す動摇速度を V Tとしている。この場合、 T における重心動揺指数は、 V Tの経過時間（ = 0からセ =丁）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。しかし重心が動摇する場合は、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 V T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。 s 1は計測時間設定ステップ、 s 2は加速度情報入力ステップ、 s 3は重心動揺解析ステップ、 s 4は運動情報記憶ステップ、 s 7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 s 1において、サンプリング間隔 I、計測時間設定ステツプ 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 A x t、 A y _tの入力回数は P / I となる。加速度情報入力ステップ s 2にて 2軸の加速度情報 A x _t、 A y _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。キヤリブ.レーションにおいては、加速度情報検出手段 1からの 0 Gのときの出力値おょぴ 1 G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 3 0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 s 3において A x 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 V tを算出する ₍ そして V tに対し P秒の区間における時間平均を算出し、この値によつて、重心動揺指数を定義する。なお、積分に際して、 t = 0;のとき、 V t = 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 c ) という初期条件を使用する。

(数 1 )

V_t = Λ/i Axt dt)²+ ( JAyt dt)²

一 ^τ ' . t-1 t-1

v = Average (Vt) (t=0，1，2，…丁) 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、重心動揺指数に力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 = 3 0、 1 = 1としたので、加速度情報 Ax _t、 Ay _tの入力回数は 3 0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 s 1において、サンプリング間隔 I を 1秒、計測時間を P = 3 0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 s 2にて 2軸の加速度情報 A x _t、 A y _tの入力が 3 0秒間行なわれ、キャリプレーシヨ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 3 0、サンプリング間隔 Iが 1なので、 2軸の加速度情報 A x _t、 A y _tの入力回数は Pに等しい 3 0となる。そして重心動揺解析ステップ s 3において A x _t、 A y _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 A x _t、 A y _tの入力に対して秒速 V tを算出する。そして V tに対し 3 0秒の区間における時間平均を算出し、この値によって、重心動摇指数を定義する。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摇指数の術後経過を出力ステップ s 7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摇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プロック図である。

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ょぴ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 1 9は人体、 2 0は人体に卷いたベルト状の装着具、 2 2は人体の前後方向（前向きを正の向きとする）、 2 3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軸おょぴ 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、 AZD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。 s 1 は計測時間設定ステップ、 s 5は身体情報入力ステップ、 _s 6は身体情報判定ステップ、 s 3は重心動揺解析ステップ、 s 4は運動情報記憶ステツプ、 s 7は出力ステップを表す。

本実施の形態において、身体情報 F p _tはコンピュータ 8のキーポードから入力するが、キヤリッジリターンコードに例えば" s t a n d i n g o s i t i o n" 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 F p _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 F p _t- を保持する。そして身体情報判定ステツプ s 6で身体' [f幸 ft F p _tが立位 (" s t a n d i n g p o s t u r e " ) か否かにより条件分岐し、 t r u eの場合、重心動揺解析ステツプ 3を実行し、 f a 1 s eの場合は引き続き身体情報入力ステップ s 5 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摇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 1 0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、 1 0は情報管理手段、 1 1は管理情報提示手段である。図 1 1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 1 1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軸おょぴ 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をべ一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、重心動摇指数を演算し、出力する。また、このとき、加速度情報検出手段 1から出力された力レンダー情報は、個人情報設定手段 9から入力された個人特有の I D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 I D番号、カレンダー情報と共に重心動摇指数の蓄積を行う。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 1 0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ぴに付帯情報を読み込み、 I D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 1 1 は、 I D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 1 0ならびに管理情報提示手段 1 1としてホストコンピュータ 1 2を用いている。ホストコンピュータ 1 2は、各個人の I Dごとに対応付けされたコンピュータ 8と L A N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 1 2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 1 2は、平衡状態解析装置 1 1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 1 1 1は、加速度情報を取得する加速度センサ 1 1 2 (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 1 1 2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 1 1 3 、信号処理手段 1 1 3からの処理信号を積算する収集用 R AM I 1 4、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 1 1 5、しきい値を格納しておく R OM 1 1 6ならびに算出手段 1 1 5の算出結果を表示する表示手段 1 1 7から構成される。

人体には平衡状態解析装置 1 1 1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 1 1 8を装備しておいてもよい。ここでは平衡状態解析装置 1 1 1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 1 1 2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。人体が動摇計測開始から動揺するに伴い加速度センサ 1 1 2に出力が生じる。信号処理手段 1 1 3は順次加速度センサ 1 12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 AZD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 RAMI 14に一時保存される。算出手段 1 1 5は収集用 RAMI 14に格納された積算出力を参照するとともに、 ROM1 1 6 に格納レ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 1 1 7に表示する。

図 1 3は平衡状態解析装置 1 1 1の実際の使用方法を示したものである。図 1 3 (a) に示す構成は、図 1 2で示した装置の加速度収集用 R AM 1 14にさらに信号入力手段として押しスィツチ 1 2 1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 1 21を押す（図 13 (b) 参照）。スィッチ 1 21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 RAMI 14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ィッチにする必要は必ずしもなく、表示手段 1 1 7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 1 1 5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， 1 1などは単なる例である。

また、図 1 5 (a) は、図 1 2の構成にさらに蓄積手段 141を装備したものを示し、図 1 5 ( 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つていき、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 1 6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 1 2で示した平衡状態解析装置 1 1 1をベースに、算出手段 1 1 5内にさらに情報送信手段 1 5 1を装備し、さらに情報受信手段 1 5 2を装備するシステム構成である。

平衡状態解析装置 1 1 1は、図 1 2と同様に使用者の加速度情報を取得、収集し、動摇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 1 5 1により情報受信手段 1 5 2に送信される。情報受信手段 1 5 2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 1 7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 1 7は、情報受信手段 1 5 1として携帯電話 1 6 1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 6 2が装着した平衡状態解析装置 1 1 1から算出手段 1 1 5により算出された算出結果を、情報送信手段 1 5 1はそれぞれの使用者 1 6 2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 1 6 1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 1 6 2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 _c 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 1 1 1において算出された個々の算出結果に独自の I D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 1 1 1と携帯電話 1 6 1の間を中継し、算出結果がいずれの使用者 1 6 2のものであるかを特定し、個々の登録した携帯電話 1 6 1に送信する構成にしてもよレ、。

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つた、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、押しポ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 1 8は本発明の実施の形態 7の平衡状態解析装置のプロック図である。 2 0 1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、 2 0 2は通信制御部、 2 0 3は平衡状態解析部、 2 0 4は情報提示部である。加速度検知部 2 0 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 2 0 2を介して人体加速度を平衡状態解析部 2 0 3へ出力する。通信制御部 2 0 2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 2 0 1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 2 0 3へ無線または有線にて伝送する。

平衡状態解析部 2 0 3は通信制御部 2 0 2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つて蓄積し、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 2 0 4は平衡状態解析部 2 0 3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 1 9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。 2 0 5は情報管理部、 2 0 6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 2 0 2を介して人体加速度を平衡状態解析部 2 0 3へ出力する _c 通信制御部 2 0 2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 2 0 3へ無線または有線にて伝送する。平衡状態解析部 2 0 3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 2 0 4は平衡状態解析部 2 0 3の解析結果を提示する。

情報管理部 2 0 5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 2 0 3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 2 0 6によりその管理情報を提示する。

図 2 0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 2 1 1は加速度検知部、 2 1 2は通信制御部、 2 1 3は平衡状態解析部 2 0 3と情報提示部 2 0 4を含むパーソナルコンピュータ、 2 1 5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、 2 1 6、 2 1 7、 2 1 8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。

, 2 1 1および 2 1 6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。 2 1 2、 2 1 7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 2 0 3へ出力する。通信制御部 2 0 2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 2 1 3、 2 1 8へ無線で伝送する。パーソナルコンピュータ 2 1 5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、パーソナルコンビュータ 2 1 3の平衡状態解析部のデータ収集を行い、ケアハウスのスタツ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 2 1は図 2 0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 20 3 ·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（S t e p 0) 、開始と同時に計時を開始し、カウンタ（m) をリセットし（S t e p l) 、 S t e p 2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、 S t e p 3にて S t e p 0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。 S t e p 3の処理が所定の時間（T) に達するまで S t e p 2力ら S t e p 4を繰り返す。 S t e p 3の処理が所定の回数に達したならば、 S t e p 5において、 t == 0から t =Tの区間を対象に重心位置（S の積分を行い、その積分値を重心動揺指数（G„) に代入する。上記の数式を（数 2) に示す。

(数 2)

S_t=1/2xt² (Ax²+Ay²)¹⁷² S_t dt

平衡状態解析部 20 3は内部に蓄積データ（Gi, G₂， '… .， G„- i) を有し、 S t e p 6にて、上記蓄積データの中で最新の重心動揺指数

(G„-i) を入力し、 S t e p 7にて最新の重心動揺指数 G_nとの比較を行う。 Gnが Gn-iよりも小さいときは重心のぶれが改善している（S t e p 7) と判断し良好な傾向であると出力し（S t e p 8) 、将来の参照データとする（S t e p 1 3) 。 G_nが G_n一と等しいときは重心のぶれが維持されていると判断し（S t e p 9) 普通のであると出力し（S t e p 1 0) 、将来の参照データとする（S t e p l 3) 。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（S t e p l l ) 。この場合はスタッフの判断（S t e p 1 2 ) を経た上で、将来に対する参照データとする (S t e 1 3) 。 S t e 1 3終了をもって所定の平衡状態解析を終了する。

図 2 2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 2 3は t = 0から所定の時間丁までの S _tの軌跡を示したもので、 S t e p 5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ベ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 2 6は図 1 6に示した座標平面上に設定した基底面の例である。図 2 6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 2 6中の記号 A， B , Cは領域を示し、領域 Aは人体の肩幅（R x ) と足（ f o o t ) の長軸方向の長さ（R y ) 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 1 3 0 %) 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 2 4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。 2 1 9は上面からみた人体であり、 2 2 0 は加速度検知部装着具、 2 2 1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、 2 2 2は加速度検知部 2 2 1の検知する前後方向の加速度の前向き（正）を示し、 2 2 3は加速度検知部 2 2 1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 2 2 1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 2 5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 2 2 4の位置関係を示したものである。 2 2 4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 2 2 1、 2 2 4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ビユ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つても良い。

又、本発明のデータ構造としては、データベース、データフォーマツト、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、 R O M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、 C P U等の純然たるハードウエアに限らず、ファームウェアや、 O S、更に周辺機器を含むものであつても良い。 .

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。産業上の利用可能性

本発明にかかる平衡状態解析装置、平衡状態解析方法、そのプロダラム、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。

Claims

請求の範囲

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 A x _tとし、前記 y方向の加速度を A y _t としたとき（ tはサンプリングタイミング、 t - 0 , 1， 2 . . . V / 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 )

V_t = /( J Axt dt) ²+ ( J Ayt dt) 2

t-1 t-1

V ： Average (Vt) (t=0，1 ,2， · - -T)

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。