WO2013046515A1 - 整形疾患リスク評価システム及び情報処理装置 - Google Patents

整形疾患リスク評価システム及び情報処理装置 Download PDF

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WO2013046515A1
WO2013046515A1 PCT/JP2012/004679 JP2012004679W WO2013046515A1 WO 2013046515 A1 WO2013046515 A1 WO 2013046515A1 JP 2012004679 W JP2012004679 W JP 2012004679W WO 2013046515 A1 WO2013046515 A1 WO 2013046515A1
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foot
risk
hallux valgus
pressure distribution
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光 ▲高▼橋
大輔 宮野
敬亮 吉野
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テルモ株式会社
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/1036Measuring load distribution, e.g. podologic studies
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/50Clinical applications
    • A61B6/505Clinical applications involving diagnosis of bone

Definitions

  • the present invention relates to an orthopedic disease risk evaluation system that evaluates the risk of an orthopedic disease of a subject and an information processing apparatus that constitutes the system.
  • risk factors that cause orthopedic diseases include flat feet, hallux valgus, hallux valgus, and O-legs. This is because when these risk factors progress, the mechanical relationship related to the joint portion is broken, and an extra force is applied to the joint portion.
  • flat feet which are arch collapses, are considered to be the main factors that cause hallux valgus and O-legs, so it is important to detect the progress of flat feet early and to accurately evaluate the risk of causing orthopedic diseases.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a system that can accurately evaluate the risk of causing a shaping disease by measuring the state of the foot.
  • an information processing apparatus comprises the following arrangement. That is, An area defined by using an index representing a foot pressure distribution of a subject measured by a foot pressure distribution detection sensor in which a plurality of pressure sensors are two-dimensionally arranged, First acquisition means for acquiring an area composed of a plurality of risk areas with different risks to be caused; Second data for obtaining a hallux valgus angle indicating the angle of the thumb relative to the inner boundary position of the subject's foot and a club foot angle indicating the angle of the child's finger relative to the outer boundary position of the subject's foot.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an external configuration of a shaping disease risk evaluation system 100 according to the present embodiment.
  • reference numeral 110 denotes a sensor unit.
  • a plurality of pressure sensors are two-dimensionally arranged, and a foot that detects foot pressure distribution of both feet of the subject when the feet of the subject standing upright are placed.
  • a pressure distribution detection sensor unit 111 is disposed.
  • foot pressure distribution data (measurement results) measured by the foot pressure distribution detection sensor unit 111 via the cable 130. Moreover, the acquired foot pressure distribution data is analyzed, and an evaluation value is calculated based on an index indicating the progression of a risk factor that causes an orthopedic disease.
  • the calculated evaluation value is analyzed, a risk area used for determining the risk of causing the shaping disease is obtained, and a risk determination process is performed using the risk area.
  • the risk determination process is performed in consideration of the hallux valgus angle and the hallux valgus angle acquired separately (details will be described later).
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of the information processing apparatus 120 that constitutes the orthopedic disease risk evaluation system 100.
  • the information processing apparatus 120 includes a control unit 200, a display unit 210, an input unit 220, and a storage unit 230.
  • the control unit 200 analyzes the foot pressure distribution data measured by the foot pressure distribution detection sensor unit 111 based on an index indicating the progression of the risk factor causing the shaping disease, thereby obtaining an evaluation value.
  • a grounding area analysis unit 201 and a gravity center position analysis unit 202 are provided.
  • a hallux valgus angle acquisition unit 205 and a hallux valgus angle acquisition unit 206 which are second acquisition means, for acquiring the hallux valgus angle and the hallux valgus angle input through the input unit 220 are provided.
  • the acquisition of the hallux valgus angle and the hallux valgus angle is not limited to the case where it is acquired via the input unit 220.
  • a device for measuring the hallux valgus angle and the hallux valgus angle (the hallux valgus angle measuring unit 241)
  • An anti-casket angle measurement unit 242) may be provided separately, and the measurement angle output from the measurement unit may be directly acquired.
  • a risk determination unit 203 that performs a risk determination process using the varnished gavel angle is provided.
  • an evaluation value calculated in advance by the ground contact region analysis unit 201 and a gravity center position analysis unit 202 are calculated.
  • An evaluation value analysis unit 204 that analyzes the evaluation value as teacher data is provided.
  • control unit 200 may be realized using dedicated hardware, or may be realized by a CPU (computer) executing a program for realizing these functions. Good.
  • the display unit 210 displays the foot pressure distribution data measured by the foot pressure distribution detection sensor unit 111, displays the determination result in the risk determination unit 203 of the control unit 200, and the analysis content in the evaluation value analysis unit 204. .
  • the input unit 220 inputs necessary data (for example, the hallux valgus angle and the hallux valgus angle) and various instructions when each unit of the control unit 200 executes processing.
  • the storage unit 230 stores various data transmitted from the sensor unit 110, and stores information related to the risk area calculated by the evaluation value analysis unit 204.
  • the function of each unit included in the control unit 200 is realized by a CPU (computer) executing a program, the program is stored in the storage unit 230 so as to be readable.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of foot pressure distribution data measured by the foot pressure distribution detection sensor unit 111.
  • 3a is a diagram displaying foot pressure distribution data of a healthy person and barycentric position data calculated based on the foot pressure distribution data
  • 3b is foot pressure distribution data of the flat foot person and the foot pressure distribution. It is the figure which displayed the gravity center position data calculated based on data.
  • the star on the right indicates the center of gravity of the right foot
  • the star on the left indicates the center of gravity of the left foot.
  • the cross in the center indicates the position of the center of gravity of both feet.
  • the contact area of the sole is greatly different between a healthy person and a flat foot person.
  • a healthy person only the part of the toe side and the part of the heel side are grounded and the center part is not grounded in the whole sole, whereas in the case of a flat footed person In the entire sole, not only a part on the toe side and a part on the heel side but also the outer side of the central part is grounded. Therefore, it can be said that it is effective to pay attention to the ground contact area (ground contact area) of the sole in order to represent the progress of the flat foot, which is a risk factor causing the orthopedic disease.
  • FIG. 4A is a diagram schematically showing the difference between the center of gravity positions of the normal person and the flat foot person shown in FIG.
  • the center of gravity of the left foot and the center of gravity of the right foot are shifted outward. For this reason, it can be said that it is effective to pay attention to the shift of the center of gravity of each foot in the outward direction in order to represent the progress of the flat foot, which is a risk factor causing the orthopedic disease.
  • FIG. 4B is a diagram schematically showing the sole portion in order to explain the hallux valgus angle and the hallux valgus angle.
  • 413 is an inner straight line passing through the inner boundary position 412 of the sole portion 411
  • 415 is an outer straight line passing through the outer boundary position 414 of the sole portion 411.
  • the hallux valgus angle is the angle ⁇ of the thumb with respect to the inner straight line 413
  • the hallux valgus angle is the angle of the little finger with respect to the outer straight line 415 is the hallux valgus angle ⁇ .
  • the hallux valgus angle ⁇ and the hallux valgus angle ⁇ increase as the flat foot advances (goes in the directions of arrows 416 and 417).
  • FIG. 5A is a flowchart showing the flow of the ground contact area analysis process executed by the ground contact area analysis unit 201.
  • step S501 a pixel having a pressure value equal to or higher than a predetermined threshold value among the pressure values of each pixel included in the foot pressure distribution data (a pixel corresponding to the ground region; refer to the sole portion 601 of 6a in FIG. 6) is extracted. To do.
  • step S502 a circumscribed rectangle (see 602 in FIG. 6a) is calculated based on the pixel position information extracted in step S501.
  • step S503 the area B of the circumscribed rectangle 602 is calculated, and in step S504, the area A of the sole portion 601 is calculated.
  • the ground contact area effective for representing the progress of the flat foot which is a risk factor causing the orthopedic disease, it depends on the characteristics (foot size, shape, etc.) for each subject.
  • the ground contact area is normalized by dividing it by the circumscribed rectangular area, and this is used as one of the indices indicating the progression of the risk factor causing the orthopedic disease.
  • FIG. 5B is a flowchart showing the flow of the center-of-gravity position analysis process executed by the center-of-gravity position analysis unit 202.
  • step S511 out of the pressure values of each pixel included in the foot pressure distribution data
  • a pixel having a pressure value equal to or greater than a predetermined threshold is extracted.
  • step S512 the barycentric position (see 612 in 6b of FIG. 6) is calculated based on the position information and pressure value of the pixel extracted in step S511.
  • step S513 the inner boundary position 613 and the outer boundary position 614 of the sole portion 611 are extracted based on the pixel position information extracted in step S511, and the foot width Xmax is calculated.
  • step S51 a distance (centroid distance) X from the inner boundary position 613 of the sole portion 611 extracted in step S513 to the centroid position 612 calculated in step S512 is calculated.
  • the position of the center of gravity that is effective for representing the progress of the flat foot which is a risk factor causing the shaping disease
  • it depends on the characteristics (foot size, shape, etc.) for each subject.
  • it is normalized by dividing the distance of the center of gravity by the foot width, and this is used as one of the indices indicating the progression of risk factors that cause the shaping disease.
  • FIG. 5C is a flowchart showing the flow of the fingertip angle input process executed by the hallux valgus angle acquisition unit 205 and the hallux valgus angle acquisition unit 206.
  • the hallux valgus angle acquisition unit 205 measures the hallux valgus angle of the subject (refer to the angle ⁇ of 6c in FIG. 6) that is measured in advance and input via the input unit 220. If the hallux valgus angle measurement unit 241 is connected, the hallux valgus angle measurement unit 241 directly acquires the hallux valgus angle.
  • step S532 the hallux valgus angle acquisition unit 206 acquires a subject's hallux valgus angle (see angle ⁇ in 6c of FIG. 6) that is measured in advance and input via the input unit 220.
  • the varus gavel angle measuring unit 242 directly acquires the valgus gavel angle measuring unit 242.
  • the hallux valgus angle ⁇ and the hallux valgus angle ⁇ acquired in the fingertip angle input process are used as parameters for correcting the evaluation value calculated based on the index (details will be described later).
  • the plotted evaluation value approaches a straight line. Therefore, the validity of the index can be judged by performing linear regression analysis on the plotted evaluation values and comparing the determination coefficients.
  • a regression line indicated by 701 was obtained, and the coefficient of determination was calculated as 0.3619.
  • the same linear regression analysis was performed by taking the area of the sole part on the horizontal axis and the center of gravity distance on the vertical axis, and the coefficient of determination was calculated to be 0.1346. It was done.
  • using the area ratio and the center of gravity distance as an index indicating the progression of risk factors that cause orthopedic diseases is a more appropriate index than using at least the area of the sole and the center of gravity distance. it can.
  • FIG. 8 shows the area ratio on the horizontal axis and the distance ratio on the vertical axis as an index showing the progression of risk factors that cause shaping diseases.
  • An example of a result of plotting evaluation values of a plurality of subjects in an area (risk area defined by an index) is shown.
  • a regression line indicated by 801 was obtained, and the coefficient of determination was calculated as 0.3847. That is, when the horizontal axis is the area of the sole part and the vertical axis is the center of gravity distance (0.1346), the horizontal axis is the area ratio, and the vertical axis is the center of gravity distance The coefficient of determination higher than any of the coefficient of determination (0.3619) could be obtained.
  • using the area ratio and the distance ratio as an index indicating the progression of the risk factor causing the orthopedic disease uses at least the area of the sole portion and the center of gravity distance, and uses the area ratio and the center of gravity distance. It can be said that this is a more appropriate index than the case.
  • the area ratio and the center-of-gravity distance, and the area ratio and the distance ratio will be used below as indices indicating the progression of risk factors that cause the shaping disease.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a flow of evaluation value analysis processing (processing for determining a risk determination boundary surface) executed by the evaluation value analysis unit 204.
  • step S901 the evaluation values of the group diagnosed as the healthy subject group and the flat foot are read out, respectively, and in step S902, the intergroup variance value of each group, Calculate the variance value.
  • a longitudinal risk determination boundary surface is determined by determining a position where the intergroup variance value / intragroup variance value is maximized.
  • step S904 the evaluation values of the group with poor joint alignment, such as the group of healthy subjects and the O-leg, are read out respectively, and in step S905, between the groups of each group The variance value and the within-group variance value are calculated.
  • a lateral risk determination boundary surface is determined by determining a position where the intergroup variance value / intragroup variance value is maximized.
  • the area is divided into four (1011 to 1014, 1111 to 1114) by the vertical direction risk determination boundary surfaces (1001, 1101) and the horizontal direction risk determination boundary surfaces (1002, 1102).
  • the ratio between the variance value in the region of the evaluation value included in each region and the variance value between the regions is maximized).
  • Information regarding the determined risk area is stored in the storage unit 230.
  • 12a in FIG. 12 is a diagram showing the flow of risk determination processing when the area ratio and the center-of-gravity distance are used as an index indicating the progression of the risk factor causing the shaping disease
  • 12b in FIG. 12 shows the shaping disease. It is a figure which shows the flow of the risk determination process at the time of using an area ratio and a distance ratio as a parameter
  • step S1201 the foot pressure distribution data measured by the foot pressure distribution detection sensor unit 111 is calculated by analyzing the ground pressure region analysis unit 201 and the gravity center position analysis unit 202. The area ratio and the centroid distance are read out and plotted in the evaluation value space shown in FIG.
  • step S1202 a predetermined correction amount corresponding to the hallux valgus angle acquired in the hallux valgus angle acquisition unit 205 and the hallux valgus angle acquired in the hallux valgus angle acquisition unit 206 is acquired. Furthermore, the evaluation value plotted in step S1201 is moved in a direction parallel to the regression line 701 according to the acquired correction amount.
  • step S1203 the area where the evaluation value (corrected evaluation value) after movement moved in step S1202 is plotted is identified.
  • step S1204 the risk is determined according to the identified area. Specifically, when the area where the corrected evaluation value is plotted is identified as the risk area 1011, it is determined that the subject has a low risk of causing the shaping disease. On the other hand, when the area where the corrected evaluation value is plotted is identified as the risk area 1012 or 1013, it is determined that the risk that the subject causes the shaping disease is moderate. Furthermore, when the area
  • step S1211 the foot pressure distribution data measured by the foot pressure distribution detection sensor unit 111 is calculated by analyzing the ground pressure region analysis unit 201 and the gravity center position analysis unit 202. The obtained area ratio and distance ratio are read out and plotted in the evaluation value space shown in FIG.
  • step S1212 a predetermined correction amount corresponding to the hallux valgus angle acquired in the hallux valgus angle acquisition unit 205 and the hallux valgus angle acquired in the hallux valgus angle acquisition unit 206 is acquired. Furthermore, the evaluation value plotted in step S1211 is moved in a direction parallel to the regression line 801 in accordance with the acquired correction amount.
  • the correction amount corresponding to the hallux valgus angle and the hallux valgus angle is determined in advance and stored in the storage unit 230.
  • step S1213 the area where the evaluation value (corrected evaluation value) after movement moved in step S1212 is plotted is identified.
  • the risk is determined according to the identified area. Specifically, when the area where the corrected evaluation value is plotted is identified as the risk area 1111, it is determined that the subject has a low risk of causing the shaping disease. On the other hand, when the area where the corrected evaluation value is plotted is identified as the risk area 1112 or 1113, it is determined that the subject has a moderate risk of causing the shaping disease. Furthermore, when the area
  • the area ratio and the center-of-gravity distance (or distance) based on the foot pressure distribution data as an index indicating the progression of the risk factor causing the orthopedic disease. Ratio).
  • the evaluation value space formed when the area ratio and the center-of-gravity distance (or distance ratio) are the vertical axis and the horizontal axis, respectively has different risks based on the variance of evaluation values for a plurality of subjects. It was set as the structure divided
  • the distance from the inner boundary position of the sole portion to the center of gravity position is used to determine the distance ratio as an index indicating the progression of the risk factor causing the orthopedic disease (i.e., Lateral distance ratio), the present invention is not limited to this.
  • the distance from the heel side boundary position of the sole portion to the center of gravity position may be used (that is, the distance ratio in the vertical direction may be used).
  • the index indicating the progression of the risk factor causing the orthopedic disease is not limited to these, and another index indicating the flat foot may be used. However, regardless of which index is used, the risk is evaluated after correcting the evaluation value in the evaluation value space in accordance with the hallux valgus angle and the hallux valgus angle.
  • the evaluation value is calculated for one foot among the foot pressure distribution data measured by the foot pressure distribution detection sensor unit 111, and the risk determination process is performed.
  • the evaluation value may be calculated for both feet and risk determination processing may be performed, or the evaluation value calculated for each foot is weighted and summed. Then, risk determination processing may be performed.
  • the measurement method of the hallux valgus angle and the hallux valgus angle by the hallux valgus angle measurement unit 241 and the hallux valgus angle measurement unit 242 is not particularly mentioned, but any method can be used as the measurement method. It can be adopted.
  • the end of the contact member is pivotally supported by a mounting portion (foot pressure distribution detection sensor unit 111) on which the subject's foot is mounted, and the subject places the mounting It may be configured such that it automatically rotates by placing the foot on the part, and the central part of the contact member contacts the side surface of the thumb of the subject's foot.
  • the hallux valgus angle can be measured by measuring the rotation angle of the contact member with respect to the inner boundary position.
  • the placement unit on which the subject's foot is placed may be provided integrally with the foot pressure distribution detection sensor unit 111 or may be provided separately from the foot pressure distribution detection sensor unit 111.
  • the position of the finger can be identified on the foot pressure distribution data by guiding the subject to put weight on the toes, and the calculation can be made using the foot pressure distribution data.
  • the hallux valgus angle and club valgus angle are calculated by separately irradiating the patient's foot with X-rays and measuring the angles of the thumb and phalanx bones from the captured images taken by X-ray irradiation. You may comprise.
  • the evaluation value calculated for each index is corrected in a direction parallel to the regression line using a correction amount corresponding to the hallux valgus angle and the hallux valgus angle.
  • the invention is not limited to this, and other methods may be used for the correction amount and the correction direction.
  • the correction evaluation value for the risk of causing the shaping disease is output.
  • the present invention is not limited to this, and for example, the correction evaluation for a specific subject is performed. You may comprise so that the time-dependent change of a value may be displayed as a trend graph.

Abstract

 整形疾患を引き起こすリスクを精度よく評価するシステムを提供する。本発明に係る情報処理装置は、足圧分布検出センサにより計測された、被検者の足圧分布を表す指標を用いて規定される領域であって、予め算出された、整形疾患を引き起こすリスクの異なる複数のリスク領域からなる評価領域を取得する手段と、被検者の足部の外反母趾角度と内反小趾角度とに関するデータを取得する手段と、前記指標に基づいて算出された被検者の評価値を、前記取得された被検者の前記外反母趾角度及び内反小趾角度に関するデータに基づいて補正することで補正評価値を算出し、該算出した補正評価値が、前記リスク領域のいずれに属するかによって、該被検者の整形疾患を引き起こすリスクを判定する判定手段とを備えることを特徴とする。

Description

整形疾患リスク評価システム及び情報処理装置
 本発明は、被検者の整形疾患のリスクを評価する整形疾患リスク評価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。
 一般に、高齢になるに従い、膝関節痛や股関節痛、腰痛などの整形疾患を患う人が増える傾向にある。このような整形疾患は、慢性的な痛みを伴い、ひどくなると寝たきりの状態になることから、早期に処置を施すことが重要である。
 整形疾患を引き起こすリスク因子としては、例えば、扁平足、外反母趾、内反小趾、O脚等が挙げられる。これらのリスク因子が進行すると、関節部分に係る力学的関係が崩れ、関節部分に余分な力がかかるためである。その中でも、足のアーチ崩れである扁平足は、外反母趾やO脚を引き起こす主要因と考えられることから、扁平足の進行を早期に発見し、整形疾患を引き起こすリスクについて的確に評価することが重要となってくる。
 一方で、従来より、足部の状態を計測するためのシステムとして、足圧分布検出センサや重心動揺計等から構成されるシステムが提案されており(例えば、下記特許文献1、2参照)、これらのシステムを利用すれば、被検者の扁平足の程度や、重心位置の揺れ等を計測することができる。
特開平08-145826号公報 特開平10-228540号公報
 しかしながら、上記従来のシステムはいずれも、整形疾患という観点からデータを解析するものではなく、したがって、整形疾患を引き起こすリスクについて評価する構成とはなっていない。一方で、このような評価を行うためには、足部の状態についての計測結果を、リスク因子の進行を表す指標(特に主要因である扁平足を表す指標)を用いて的確に解析することが必要である。加えて、扁平足を主要因として引き起こされる外反母趾や内反小趾の状態も含めて総合的に解析することで、更に精度が向上することが期待される。
 本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、足部の状態を計測することで、整形疾患を引き起こすリスクを精度よく評価可能なシステムを提供することを目的とする。
 上記の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2次元に配列された足圧分布検出センサにより計測された、被検者の足圧分布を表す指標を用いて規定される領域であって、予め算出された、整形疾患を引き起こすリスクの異なる複数のリスク領域からなる領域を取得する第1の取得手段と、
 被検者の足の内側境界位置に対する親指の角度を示す外反母趾角度と、該被検者の足の外側境界位置に対する子指の角度を示す内反小趾角度とに関するデータを取得する第2の取得手段と、
 前記指標に基づいて算出された被検者の評価値を、前記第2の取得手段により取得された該被検者の前記外反母趾角度及び内反小趾角度に関するデータに基づいて補正することで補正評価値を算出し、該算出した補正評価値が、前記リスク領域のいずれに属するかによって、該被検者の整形疾患を引き起こすリスクを判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
 本発明によれば、足部の状態を計測することで、整形疾患を引き起こすリスクを精度よく評価可能なシステムを提供することが可能となる。
 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。
本発明の一実施形態にかかる整形疾患リスク評価システムの外観構成を示す図である。 整形疾患リスク評価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。 足圧分布検出センサにおいて計測された足圧分布データの一例を示す図である。 整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標を説明するための図である。 整形疾患を引き起こすリスク因子の進行に関連するパラメータを説明するための図である。 接地領域解析処理の流れを示すフローチャートである。 重心位置解析処理の流れを示すフローチャートである。 指先角度入力処理の流れを示すフローチャートである。 整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標及び関連するパラメータを算出する方法を説明するための図である。 整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標に基づいて算出された、複数の被検者の評価値をプロットした図である。 整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標に基づいて算出された、複数の被検者の評価値をプロットした図である。 評価値解析処理の流れを示すフローチャートである。 リスク判定処理に用いられる各リスク領域を説明するための図である。 リスク判定処理に用いられる各リスク領域を説明するための図である。 リスク判定処理の流れを示すフローチャートである。
 以下、必要に応じて添付図面を参照しながら本発明の各実施形態の詳細を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能であるものとする。
 [第1の実施形態]
 <1.整形疾患リスク評価システムの外観構成>
 図1は、本実施形態に係る整形疾患リスク評価システム100の外観構成の一例を示す図である。
 図1において、110はセンサ部であり、複数の圧力センサが2次元に配列され、直立した被検者の両足が載置された場合に、被検者の両足の足圧分布を検出する足圧分布検出センサ部111が配されている。
 120は情報処理装置であり、足圧分布検出センサ部111において計測された足圧分布データ(計測結果)をケーブル130を介して取得する。また、取得した足圧分布データを解析し、整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標に基づいて評価値を算出する。
 更に、算出した評価値を解析し、整形疾患を引き起こすリスクの判定に用いられるリスク領域を求めるとともに、当該リスク領域を用いてリスク判定処理を行う。なお、当該リスク判定処理においては、別途取得された外反母趾角度及び内反小趾角度を加味して行う(詳細は後述)。
 <2.整形疾患リスク評価システムの情報処理装置の機能構成>
 図2は、整形疾患リスク評価システム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200と、表示部210と、入力部220と、記憶部230とを備える。
 制御部200は、足圧分布検出センサ部111において計測された足圧分布データを、整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標に基づいて解析することで、評価値を算出する第1の取得手段である接地領域解析部201と重心位置解析部202とを備える。
 また、入力部220を介して入力された外反母趾角度及び内反小趾角度を取得する、第2の取得手段である外反母趾角度取得部205及び内反小趾角度取得部206を備える。なお、外反母趾角度及び内反小趾角度の取得は、入力部220を介して取得する場合に限定されず、例えば、外反母趾角度及び内反小趾角度を計測する装置(外反母趾角度計測部241、内反小趾角度計測部242)を別途設け、当該計測部より出力された計測角度を直接取得するように構成してもよい。
 また、接地領域解析部201において算出された評価値と重心位置解析部202において算出された評価値と、外反母趾角度取得部205において取得された外反母趾角度と、内反小趾角度取得部206において取得された内反小趾角度とを用いて、リスク判定処理を行うリスク判定部203を備える。
 更に、リスク判定部203におけるリスク判定処理に用いられるリスク領域(指標により規定される領域)を求めるために、予め接地領域解析部201において算出された評価値と重心位置解析部202において算出された評価値とを教師データとして解析する、評価値解析部204を備える。
 なお、制御部200に含まれる各部の機能は、専用のハードウェアを用いて実現されてもよいし、これらの機能を実現するためのプログラムをCPU(コンピュータ)が実行することにより実現されてもよい。
 表示部210は、足圧分布検出センサ部111において計測された足圧分布データを表示したり、制御部200のリスク判定部203における判定結果や評価値解析部204における解析内容を表示したりする。入力部220は、制御部200の各部が処理を実行するにあたり、必要なデータ(例えば、上記外反母趾角度や内反小趾角度)を入力したり、各種指示を入力したりする。
 記憶部230は、センサ部110より送信された各種データを記憶したり、評価値解析部204において算出されたリスク領域に関する情報を記憶したりする。なお、制御部200に含まれる各部の機能を、CPU(コンピュータ)がプログラムを実行することによって実現する場合にあっては、当該プログラムは記憶部230に読み出し可能に記憶されるものとする。
 <3.足圧分布データ>
 図3は、足圧分布検出センサ部111において計測された足圧分布データの一例を示す図である。
 図3において、3aは健常者の足圧分布データと該足圧分布データに基づいて算出される重心位置データとを表示した図であり、3bは扁平足者の足圧分布データと該足圧分布データに基づいて算出される重心位置データとを表示した図である。なお、重心位置データのうち、右側の星印は右足の重心位置を、左側の星印は左足の重心位置をそれぞれ示している。また、中央の十字印は、両足の重心位置を示している。
 図3から明らかなように、健常者と扁平足者とでは、足裏の接地領域が大きく異なる。つまり、健常者の場合には、足裏全体のうち、つま先側の一部とかかと側の一部のみが接地しており、中央部は接地していないのに対して、扁平足者の場合には、足裏全体のうち、つま先側の一部とかかと側の一部のみならず、中央部外側も接地している。したがって、整形疾患を引き起こすリスク因子である扁平足の進行を表すためには、足裏の接地領域(接地面積)に着目することが有効であるといえる。
 更に、健常者と扁平足者とでは、左右それぞれの重心位置も異なる。図4Aは、図3に示す健常者と扁平足者の左右の重心位置の違いを模式的に示した図である。図4Aに示すように、扁平足者の方が、左足の重心位置も右足の重心位置も外側にずれている。このようなことから、整形疾患を引き起こすリスク因子である扁平足の進行を表すためには、各足の重心位置の外側方向へのずれに着目することも有効であるといえる。
 一方で、図3に示すような足圧分布データには現れてこないが、一般に、健常者と扁平足者とでは、外反母趾角度や内反小趾角度においても差異が生じている(扁平足を主要因として外反母趾や内反小趾が引き起こされるからである)。これについて、図4Bを用いて説明する。
 図4Bは、外反母趾角度及び内反小趾角度を説明するために足裏部分を模式的に示した図である。図4Bにおいて、413は足裏部分411の内側境界位置412を通る内側直線であり、415は足裏部分411の外側境界位置414を通る外側直線である。外反母趾角度は内側直線413に対する親指の角度αであり、内反小趾角度は外側直線415に対する小指の角度は内反小趾角度βである。そして、外反母趾角度α及び内反小趾角度βは、扁平足が進行することにより角度が大きくなる(矢印416、417方向に進む)。
 つまり、整形疾患を引き起こすリスクは、扁平足の進行が、外反母趾角度α及び内反小趾角度βの拡大となってあらわれることで、更に高まるといえる。したがって、整形疾患を引き起こすリスクを評価するにあたっては、外反母趾角度α及び内反小趾角度βを加味することが有効である。
 <4.接地領域解析部及び重心位置解析部における処理の説明>
 次に、図3に示す足圧分布データを用いて接地領域解析部201により実行される接地領域解析処理の流れ、重心位置解析部202により実行される重心位置解析処理の流れ、及び、外反母趾角度取得部205及び内反小趾角度取得部206により実行される指先角度入力処理の流れを図5A~図5C及び図6を用いて説明する。
 図5Aは、接地領域解析部201により実行される接地領域解析処理の流れを示すフローチャートである。ステップS501では、足圧分布データに含まれる各画素の圧力値のうち、所定の閾値以上の圧力値を有する画素(接地領域に対応する画素。図6の6aの足裏部分601参照)を抽出する。
 ステップS502では、ステップS501において抽出した画素の位置情報に基づいて、外接長方形(図6の6aの602参照)を算出する。
 また、ステップS503では、外接長方形602の面積Bを算出し、ステップS504では、足裏部分601の面積Aを算出する。
 ステップS505では、ステップS503及びS504において算出された外接長方形の面積Bと足裏部分の面積Aとの比(面積比=(A/B)×100)を算出することで、足裏部分の接地面積を正規化する。
 このように、本実施形態では、整形疾患を引き起こすリスク因子である扁平足の進行を表すのに有効な接地面積に着目したうえで、被検者ごとの特性(足の大きさや形等)に依存することがないよう、接地面積を外接長方形面積で割ることで正規化し、これを整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標の1つとしている。
 図5Bは、重心位置解析部202により実行される重心位置解析処理の流れを示すフローチャートであり、処理が開始されると、ステップS511では、足圧分布データに含まれる各画素の圧力値のうち、所定の閾値以上の圧力値を有する画素(接地領域に対応する画素。図6の6bの足裏部分611参照)を抽出する。
 ステップS512では、ステップS511において抽出した画素の位置情報と圧力値とに基づいて、重心位置(図6の6bの612参照)を算出する。
 ステップS513では、ステップS511において抽出した画素の位置情報に基づいて、足裏部分611の内側境界位置613と外側境界位置614とを抽出し、足幅Xmaxを算出する。
 ステップS514では、ステップS513において抽出した足裏部分611の内側境界位置613から、ステップS512において算出された重心位置612までの距離(重心距離)Xを算出する。
 ステップS515では、ステップS513及びS514において算出された足幅Xmaxと重心距離Xとの比(距離比=(X/Xmax)×100)を算出することで、重心距離を正規化する。
 このように、本実施形態では、整形疾患を引き起こすリスク因子である扁平足の進行を表すのに有効な重心位置に着目したうえで、被検者ごとの特性(足の大きさや形等)に依存することがないよう、重心距離を足幅で割ることで正規化し、これを整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標の1つとしている。
 図5Cは、外反母趾角度取得部205及び内反小趾角度取得部206により実行される指先角度入力処理の流れを示すフローチャートである。ステップS531では、外反母趾角度取得部205が、予め計測され、入力部220を介して入力された被検者の外反母趾角度(図6の6cの角度α参照)を取得する。なお、外反母趾角度計測部241が接続されている場合にあっては、外反母趾角度計測部241より、直接、外反母趾角度を取得する。
 ステップS532では、内反小趾角度取得部206が、予め計測され、入力部220を介して入力された被検者の内反母趾角度(図6の6cの角度β参照)を取得する。なお、内反小趾角度計測部242が接続されている場合にあっては、内反小趾角度計測部242より、直接、内反小趾角度を取得する。
 指先角度入力処理において取得された、外反母趾角度α及び内反小趾角度βは、上記指標に基づいて算出された評価値を補正する際のパラメータとして用いられる(詳細は後述)。
 <5.評価値解析処理の説明>
 次に評価値解析部204において実行される評価値解析処理について説明する。はじめに、評価値解析処理に用いられる、整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標の妥当性について検討する。
 (1)指標の妥当性
 (a)指標として、面積比と重心距離とを用いることの妥当性
 図7は、整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標として、面積比を横軸にとり、重心距離を縦軸にとった領域(指標により規定されるリスク領域)に、複数の被検者の評価値をプロットした結果を示している。
 整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標が適切である場合、プロットした評価値は直線に近づくことになる。このため、指標の妥当性は、プロットした評価値について線形回帰分析を行い、決定係数を比較することにより判断することができる。
 図7の例では、701に示す回帰直線が得られ、決定係数は0.3619と算出された。なお、参考までに、同じ被検者について、横軸に足裏部分の面積をとり、縦軸に重心距離をとって、同様の線形回帰分析を行ったところ、決定係数は0.1346と算出された。
 したがって、整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標として、面積比と重心距離とを用いることは、少なくとも足裏部分の面積と重心距離とを用いた場合よりも妥当な指標であるということができる。
 (b)指標として、面積比と距離比とを用いることの妥当性
 図8は、整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標として、面積比を横軸にとり、距離比を縦軸にとった領域(指標により規定されるリスク領域)に、複数の被検者の評価値をプロットした結果の一例を示している。
 図8の例では、801に示す回帰直線が得られ、決定係数は0.3847と算出された。つまり、横軸に足裏部分の面積をとり、縦軸に重心距離をとった場合の決定係数(0.1346)、及び、横軸に面積比をとり、縦軸に重心距離をとった場合の決定係数(0.3619)のいずれよりも高い決定係数を得ることができた。
 したがって、整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標として、面積比と距離比とを用いることは、少なくとも足裏部分の面積と重心距離とを用いる場合、及び、面積比と重心距離とを用いる場合よりも更に妥当な指標であるということができる。
 以上のことから、整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標として、以下では、面積比と重心距離、及び、面積比と距離比、を用いることとする。
 (2)評価値解析処理の流れ
 次に、妥当性が評価された上記2組の指標を用いて、評価値解析処理を行う場合の処理(具体的には、リスク判定境界面決定のための処理)の流れについて説明する。図9は、評価値解析部204により実行される評価値解析処理(リスク判定境界面決定のための処理)の流れを示す図である。
 縦方向リスク判定境界面(1001、1101)決定処理において、ステップS901では、健常者群と扁平足と診断された群の評価値をそれぞれ読み出し、ステップS902では、各群の群間分散値、群内分散値を算出する。
 ステップS903では、群間分散値/群内分散値が最大になる位置を決定することにより、縦方向リスク判定境界面を決定する。
 続いて、横方向リスク判定境界面(1002、1102)決定処理において、ステップS904では、健常者群とO脚など関節アライメントが悪い群の評価値をそれぞれ読み出し、ステップS905では、各群の群間分散値、群内分散値を算出する。
 ステップS906では、群間分散値/群内分散値が最大になる位置を決定することにより、横方向リスク判定境界面を決定する。
 上記処理の結果、縦方向リスク判定境界面(1001、1101)および横方向リスク判定境界面(1002、1102)により、領域が4分割(1011~1014、1111~1114)される(各境界面により分割されることで、各領域に含まれる評価値の領域内における分散値と、領域間における分散値との比は最大となっている)。なお、決定されたリスク領域に関する情報は、記憶部230に記憶される。
 <6.リスク判定処理の流れ>
 次に、リスク判定部203におけるリスク判定処理の流れについて説明する。図12の12aは、整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標として、面積比と重心距離とを用いた場合のリスク判定処理の流れを示す図であり、図12の12bは、整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標として、面積比と距離比とを用いた場合のリスク判定処理の流れを示す図である。
 図12の12aに示すように、ステップS1201では、足圧分布検出センサ部111において計測された足圧分布データについて、接地領域解析部201と重心位置解析部202にて解析することで算出された、面積比と重心距離とを読み出し、図10に示す評価値空間内にプロットする。
 ステップS1202では、外反母趾角度取得部205において取得された外反母趾角度と、内反小趾角度取得部206において取得された内反小趾角度とに対応する予め定められた補正量を取得する。更に、取得した補正量に応じて、ステップS1201にてプロットされた評価値を、回帰直線701に平行な方向に移動させる。
 なお、外反母趾角度と内反小趾角度に対応する補正量は予め定められており、記憶部230に格納されているものとする。
 ステップS1203では、ステップS1202において移動された移動後の評価値(補正評価値)がプロットされた領域を識別し、ステップS1204では、識別した領域に従って、リスクを判定する。具体的には、補正評価値がプロットされた領域がリスク領域1011であると識別された場合には、当該被検者が整形疾患を引き起こすリスクは低いと判定する。一方、補正評価値がプロットされた領域がリスク領域1012または1013であると識別された場合には、当該被検者が整形疾患を引き起こすリスクは中程度であると判定する。更に、補正評価値がプロットされた領域が、リスク領域1014であると識別された場合には、当該被検者が整形疾患を引き起こすリスクは高いと判定する。
 また、図12の12bに示すように、ステップS1211では、足圧分布検出センサ部111において計測された足圧分布データについて、接地領域解析部201と重心位置解析部202にて解析することで算出された、面積比と距離比とを読み出し、図11に示す評価値空間内にプロットする。
 ステップS1212では、外反母趾角度取得部205において取得された外反母趾角度と、内反小趾角度取得部206において取得された内反小趾角度とに対応する予め定められた補正量を取得する。更に、取得した補正量に応じて、ステップS1211にてプロットされた評価値を、回帰直線801に平行な方向に移動させる。
 なお、図12の12aと同様に、外反母趾角度と内反小趾角度に対応する補正量は予め定められており、記憶部230に格納されているものとする。
 ステップS1213では、ステップS1212において移動された移動後の評価値(補正評価値)がプロットされた領域を識別し、ステップS1213では、識別した領域に従って、リスクを判定する。具体的には、補正評価値がプロットされた領域がリスク領域1111であると識別された場合には、当該被検者が整形疾患を引き起こすリスクは低いと判定する。一方、補正評価値がプロットされた領域がリスク領域1112または1113であると識別された場合には、当該被検者が整形疾患を引き起こすリスクは中程度であると判定する。更に、補正評価値がプロットされた領域が、リスク領域1114であると識別された場合には、当該被検者が整形疾患を引き起こすリスクは高いと判定する。
 以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る整形疾患リスク評価システムでは、整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標として、足圧分布データに基づいて、面積比と重心距離(または距離比)とを算出する構成とした。更に、面積比及び重心距離(または距離比)をそれぞれ縦軸及び横軸とした場合に形成される評価値空間を、複数の被検者についての評価値の分散値に基づいて、リスクの異なる複数の領域に分割する構成とした。更に、被検者の評価値が、分割された複数の領域のいずれに属するかにより整形疾患を引き起こすリスクを評価する構成とした。そして、リスクの評価にあたっては、外反母趾角度及び内反小趾角度を考慮し、これらの角度に応じて、評価値空間において評価値を補正したうえで、評価を行う構成とした。
 この結果、整形疾患を引き起こすリスクをより精度よく評価することが可能となった。
 [第2の実施形態]
 上記第1の実施形態では、整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標として、距離比を求めるにあたり、足裏部分の内側境界位置から重心位置までの距離とを用いることとしたが(すなわち、横方向の距離比)、本発明はこれに限定されない。例えば、足裏部分のかかと側境界位置から重心位置までの距離を用いるように構成してもよい(すなわち、縦方向の距離比を用いるように構成してもよい)。あるいは、横方向の距離比と縦方向の距離比とのベクトル和を用いるように構成してもよい。
 更に、整形疾患を引き起こすリスク因子の進行を示す指標はこれらに限定されず、扁平足を示す他の指標を用いるようにしてもよい。ただし、いずれの指標を用いた場合であっても、外反母趾角度及び内反小趾角度に応じて、評価値空間において評価値を補正したうえで、リスクの評価を行うものとする。
 [第3の実施形態]
 上記第1の実施形態では、足圧分布検出センサ部111において計測された足圧分布データのうち、一方の足について評価値を算出し、リスク判定処理を行うこととしたが、本発明はこれに限定されず、例えば、両方の足について評価値を算出し、リスク判定処理を行うようにしてもよいし、それぞれの足について算出された評価値に重み付けをして和算した評価値を用いて、リスク判定処理を行うようにしてもよい。
 [第4の実施形態]
 上記第1の実施形態では、外反母趾角度計測部241及び内反小趾角度計測部242による外反母趾角度及び内反小趾角度の計測方法について特に言及しなかったが、計測方法としては任意の方法が採用されうるものとする。
 一例として、接触部材を用いて機械的に計測する方法が挙げられる。具体的には、被検者の足が載置される載置部(足圧分布検出センサ部111)に、接触部材の端部を回動可能に軸支させ、被検者が当該載置部に足を載置することで自動的に回動し、該接触部材の中央部が該被検者の足の親指の側面に接触するように構成してもよい。これにより、内側境界位置に対する該接触部材の回動角度を計測することで外反母趾角度を計測することができる。なお、被検者の足が載置される載置部は、足圧分布検出センサ部111と一体的に設けてもよいし、足圧分布検出センサ部111とは別個に設けてもよい。また、接触部材の回動は、載置部上に設けたスイッチを被検者が足で押圧することにより開始するように構成してもよい。なお、内反小趾角度についても同様の構成とする。
 また、他の一例として、光学レーザを用いて電気的に計測する方法が挙げられる。あるいは、被検者がつま先に体重をかけるように導くことで、指の位置が足圧分布データ上で識別できるようにしておき、当該足圧分布データを用いて算出するように構成してもよい。あるいは、別途被検者の足部にX線を照射し、X線照射により撮影された撮影画像より親指及び子指の骨の角度を計測することで、外反母趾角度及び内反小趾角度を算出するように構成してもよい。
 [第5の実施形態]
 上記第1の実施形態では、各指標について算出された評価値を、外反母趾角度及び内反小趾角度に応じた補正量を用いて、回帰直線に平行な方向に補正する構成としたが、本発明はこれに限定されず、補正量及び補正方向については他の方法を用いてもよい。
 [第6の実施形態]
 上記第1乃至第5の実施形態では、整形疾患を引き起こすリスクについての補正評価値を出力する構成としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、特定の被検者について、当該補正評価値の経時変化をトレンドグラフとして表示す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。
 本願は、2011年9月27日提出の日本国特許出願特願2011-211570を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (8)

  1.  複数の圧力センサが2次元に配列された足圧分布検出センサにより計測された、被検者の足圧分布を表す指標を用いて規定される領域であって、予め算出された、整形疾患を引き起こすリスクの異なる複数のリスク領域からなる領域を取得する第1の取得手段と、
     被検者の足部の内側境界位置に対する親指の角度を示す外反母趾角度と、該被検者の足部の外側境界位置に対する子指の角度を示す内反小趾角度とに関するデータを取得する第2の取得手段と、
     前記指標に基づいて算出された被検者の評価値を、前記第2の取得手段により取得された該被検者の前記外反母趾角度及び内反小趾角度に関するデータに基づいて補正することで補正評価値を算出し、該算出した補正評価値が、前記リスク領域のいずれに属するかによって、該被検者の整形疾患を引き起こすリスクを判定する判定手段と
     を備えることを特徴とする情報処理装置。
  2.  前記算出した補正評価値の経時変化をトレンドグラフとして表示する表示手段を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
  3.  前記第2の取得手段は、
      被検者の足部が載置される載置部に、端部が回動可能に軸支されており、回動した場合に中央部が該被検者の足部の親指の側面と接触するように構成された接触部材と、
      前記接触部材の前記内側境界位置に対する回動角度を計測する計測手段と、を備える外反母趾角度計測部より、前記外反母趾角度に関するデータを取得することを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
  4.  前記第2の取得手段は、
      X線照射により撮影された被検者の足部の撮影画像より、該被検者の足部の内側境界位置に対する親指の骨の角度を計測する外反母趾角度計測部より、前記外反母趾角度に関するデータを取得することを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
  5.  前記指標は、
     前記足圧分布検出センサにより計測された足圧分布に基づいて、前記足圧分布検出センサに接地している前記被検者の足部の足裏部分の面積を算出するとともに、該被検者の足部の足裏部分の外接長方形の面積を算出することで得られる、該足裏部分の面積と該足裏部分の外接長方形の面積との比である面積比を含むことを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
  6.  前記指標は、
     前記足圧分布検出センサにより計測された足圧分布に基づいて、前記被検者の足部の重心位置を算出するとともに、該被検者の足部の内側境界位置を抽出することで得られる、該内側境界位置から該重心位置までの距離を表す重心距離を含むことを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
  7.  請求項1乃至6のいずれか1項に記載の情報処理装置と、
     複数の圧力センサが2次元に配列され、直立した被検者の足圧分布を検出するよう構成された足圧分布検出センサと
     を備えることを特徴とする整形疾患リスク評価システム。
  8.  コンピュータを、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の情報処理装置の各手段として機能させるためのプログラム。
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