WO2013065563A1 - 歩行特性取得装置 - Google Patents

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WO2013065563A1
WO2013065563A1 PCT/JP2012/077565 JP2012077565W WO2013065563A1 WO 2013065563 A1 WO2013065563 A1 WO 2013065563A1 JP 2012077565 W JP2012077565 W JP 2012077565W WO 2013065563 A1 WO2013065563 A1 WO 2013065563A1
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WO
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leg
subject
walking
speed
acquisition device
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/077565
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
智規 森口
高橋　正樹
哲哉 松村
Original Assignee
村田機械株式会社
学校法人慶應義塾
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Publication date
Application filed by 村田機械株式会社, 学校法人慶應義塾 filed Critical 村田機械株式会社
Priority to JP2013541733A priority Critical patent/JP5828905B2/ja
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/112—Gait analysis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/1036—Measuring load distribution, e.g. podologic studies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/04—Arrangements of multiple sensors of the same type
    • A61B2562/046—Arrangements of multiple sensors of the same type in a matrix array

Definitions

  • the present invention relates to a walking characteristic acquisition device.
  • Patent Document 1 discloses a floor reaction force measuring device that measures a load applied during walking. According to this floor reaction force measuring device, by adjusting the position of the load meter according to the stepping position of the left and right feet, it is easy to align the walking practitioner at the start of walking, and load measurement can be performed easily and in a short time. It can be carried out.
  • Patent Document 2 discloses a footprint analysis device that records walking training data, quantitatively grasps the training status, and can apply the training data to a diagnostic device by comparison with past data.
  • the footprint analyzer includes an image capturing device that captures a walking image, an image arithmetic device that performs arithmetic processing on an image of the image capturing device, a display device that displays the arithmetic result of the image arithmetic device, and a memory that stores the arithmetic result. Device. Then, from the image captured by the image calculation device, the floor contact position of each foot and the temporal change for each foot of the floor surface contact position are calculated, and the temporal change for each foot of the floor contact position is calculated on the display device. Is displayed.
  • the floor reaction force measuring device described in Patent Document 1 it cannot be recognized as the walking behavior of the foot unless the foot touches the floor. For this reason, for example, it is impossible to grasp the movement of the foot when a person tries to step forward with a foot but hesitates in the middle and steps right.
  • the floor reaction force measuring device detects whether or not the foot is in contact with the tread with a load sensor having a plurality of load cells, and is therefore expensive and large.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a walking characteristic acquisition device capable of reducing the size and weight of the device and reducing the cost, and further reducing the processing time.
  • the purpose is to provide.
  • the walking characteristic acquisition device emits a detection wave so as to scan in the horizontal direction, detects the distance from the object that reflected the detection wave based on the reflection state of the detection wave, and And distance information acquisition means for acquiring distance information, and based on the distance information acquired by the distance information acquisition means, the leg of the subject is detected, and the position of the detected leg is specified,
  • the storage means for storing the leg position specified by the leg detection means in association with the time information, and the walking of the subject based on the temporal change in the position of the leg stored in the storage means in association with the time information.
  • the leg of the subject is detected and the position of the leg of the subject is specified based on the distance information acquired by the distance information acquisition means. And a test subject's walking characteristic is acquired based on the time-dependent change of the specified leg position. Therefore, since walking characteristics can be acquired without using a floor reaction force measuring device, it is possible to reduce the size and weight of the device and reduce the cost.
  • the leg can be detected from the distance information acquired based on the reflection state of the detection wave emitted while scanning in the horizontal direction, processing with high load such as image processing is performed to detect the leg. There is no need to do. Therefore, the processing load on the apparatus can be reduced and the processing speed can be increased. As a result, according to the walking characteristic acquisition device of the present invention, it is possible to reduce the size and weight of the device and reduce the cost, and to further shorten the processing time.
  • a walking characteristic acquisition device is provided on a floor surface, includes a plurality of sections, and includes a walking area that is axisymmetric when viewed in plan, and distance information acquisition means is provided on the outside of the walking area. It is preferable to scan along the walking area, which is arranged along the target axis of the area.
  • the subject walks under a uniform and constant condition by having the subject walk between a plurality of sections constituting a line-symmetric walking area and detecting the leg of the subject at that time. It is possible to acquire characteristics.
  • a walking characteristic acquisition device is a target position with respect to the symmetry axis of the walking area, and a pair of columnar members arranged in advance at a position where the positional relationship with the walking area is defined in advance, And a columnar member detecting means for detecting the position of each of the pair of columnar members based on distance information between the pair of columnar members acquired by the distance information acquiring means, and the storage means detects by the columnar member detecting means When the position of each of the pair of columnar members stored is acquired and the walking characteristics of the subject are acquired, the leg detection unit determines the position of the leg of the subject based on the position of the columnar member stored in the storage unit. Is preferably specified.
  • the pair of columnar members is a target position with respect to the symmetry axis of the walking area, and the relative positional relationship with the walking area is arranged at a predetermined position. Therefore, even if the distance information acquisition means is installed at a position deviated from the predetermined installation position on the symmetry axis of the walking area, or the direction of the distance information acquisition means is installed with bending with respect to the target axis of the walking area Even if the position of the pair of columnar members is detected in advance, the position of the pair of columnar members and the relative position of the walking region with respect to the position of the pair of columnar members are stored in advance.
  • the walking characteristic acquisition device includes, in advance, leg detection parameter acquisition means for calculating the thickness of the subject's leg based on distance information with respect to the subject's leg acquired by the distance information acquisition means.
  • the storage means stores the leg thickness of the subject calculated by the leg detection parameter acquisition means, and the leg detection means detects the leg thickness detected by the leg detection means when acquiring the walking characteristics of the subject. It is preferable to detect the leg of the subject based on the comparison result between the thickness of the leg of the subject stored in the storage means.
  • the thickness of the leg of the subject is acquired and stored in advance, and when the walking characteristic of the subject is acquired, the detected leg thickness is compared with the stored leg thickness. Depending on the result, it is determined whether it is the subject's leg or not. Therefore, even when the thickness of the leg portion varies depending on the subject, the leg portion of the subject can be detected more accurately.
  • the walking characteristic acquisition device includes a moving direction presentation unit that presents a moving direction to the subject.
  • the leg detection unit obtains the detected center point of each leg and the center point between the two legs, and the storage unit detects the leg detection unit. It is preferable to store the position of the center point obtained by the above in association with the time information.
  • the center of both legs (that is, the center of the body) is detected in addition to the legs. Therefore, it is possible to detect the position and movement of the subject in a double system (for example, determine that the subject has stopped when both the leg and the center of the body have stopped). Therefore, even when the acquired leg distance information includes noise, it is difficult to be affected by the noise, and more accurate determination can be made.
  • the walking characteristic acquisition device preferably includes a classification unit that classifies the state of the subject's leg into a plurality of patterns based on the number and arrangement of the center points obtained by the leg detection unit.
  • the walking characteristic acquisition device is a speed calculation means for obtaining a speed of a leg from a temporal change between the position of the leg detected by the leg detection means and the position of the leg stored in the storage means.
  • the storage means stores the leg speed determined by the leg speed calculation means in association with the time information.
  • the acquisition means determines that the subject has started walking when the speed of the leg exceeds the threshold and the amount of change in the position of the leg exceeds the threshold. It is preferable.
  • the acquisition means determines whether or not the subject has stopped based on the speed of the leg of the subject, and when it is determined that the subject has stopped, both legs of the subject It is preferable to determine whether is in the correct compartment.
  • the acquisition means includes the detected movement direction and the subject based on the detected position and speed of the leg and the time information stored in association with the position and speed. It is determined whether or not the movement direction of the subject is the same, the time from when the subject starts moving until the movement is completed, and / or the time from when the moving direction is presented until the movement starts. It is preferable to acquire the walking characteristics of the subject based on the result of the determination.
  • the gait characteristics of the subject can be quantitatively evaluated from the viewpoints of accuracy of recognition / motion, movement time, and reaction time (time from when the moving direction is presented to when the movement starts). can do. That is, it is possible to determine and evaluate the walking characteristics of the subject from the viewpoints of whether the movement is surely performed, whether the movement is smooth, and whether the movement completion time and the reaction time are appropriate.
  • the apparatus can be reduced in size and weight and the cost can be reduced, and the processing time can be further shortened.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of the walking characteristic acquisition device 1.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a functional configuration of the electronic control device 50 that constitutes the walking characteristic acquisition device 1.
  • the walking characteristic acquisition device 1 presents a moving direction to the subject 100 to walk on the mat 10 and detects the position / movement of the leg of the subject 100 using the laser range finder 20 at that time. Based on the detection result, the walking characteristics of the subject 100 are acquired.
  • the walking characteristic acquisition device 1 is suitably used as a walking characteristic acquisition device or the like in, for example, training for improving dual task processing ability.
  • the walking characteristic acquisition apparatus 1 includes a mat 10 on which the subject 100 walks, a laser range finder 20 that detects the distance from the leg of the subject 100, and poles 30 and 31 for calibrating the zero point of the laser range finder 20.
  • the display 40 that displays the moving direction and the determination result for the subject 100, and the display control of the display 40, and the electronic control device 50 that calculates the leg position and speed of the subject 100 and acquires the walking characteristics. It has. Next, each of these components will be described in detail.
  • the mat 10 is composed of a plurality (five in this embodiment) of square sections and is provided on the floor surface.
  • the mat 10 is arranged by combining five sections in a cross shape (that is, line symmetrical) when viewed in plan (viewed from the vertical direction).
  • one side of each square section is set to 0.445 m.
  • the mat 10 corresponds to the walking area described in the claims.
  • the subject 100 moves from the central section (hereinafter also referred to as “home position”) 10a to the front, rear, left, and right sections according to the instruction direction displayed on the display 40, and then returns to the home position 10a again.
  • home position the central section
  • the front / rear / left / right directions are defined with the direction in which the display 40 is disposed as the front.
  • the laser range finder 20 is disposed on the outside (front) of the mat 10 along the target axis of the mat 10 so as to face the mat 10.
  • the laser range finder 20 is preferably installed at a height from the ankle of the subject 100 to below the knee from the viewpoint of noise reduction.
  • the laser range finder 20 emits a laser (detection wave) and reflects the emitted laser with a rotating mirror to scan the region including the mat 10 horizontally in a fan shape with a central angle of 240 ° in a cycle of about 100 ms. To do.
  • the laser range finder 20 detects, for example, a laser beam that has been reflected and returned by the leg of the subject 100, and detects the detection angle (scanning angle) of the laser (reflected wave) and reflects the laser beam after emitting the laser. By measuring the time (propagation time) until it is returned, the angle and distance from the leg are detected. That is, the laser range finder 20 functions as the distance information acquisition unit described in the claims.
  • a laser range finder 20 having a maximum measurement distance of 4.0 m, a measurement angle of 240 deg, and an angular resolution of 360/1024 deg is used.
  • the laser range finder 20 is connected to the electronic control unit 50 and outputs distance information and angle information with respect to the detected leg to the electronic control unit 50.
  • Each of the pair of poles 30 and 31 is a columnar member formed in a columnar shape or a cylindrical shape and having a height of about 20 cm and a diameter of about 10 cm. That is, the pair of poles 30 and 31 correspond to the columnar members described in the claims.
  • the pair of poles 30 and 31 is a target position with respect to the symmetry axis of the mat 10 (the symmetry axis passing through the laser range finder 20), and the geometric positional relationship with the mat 10 is a predetermined position.
  • two poles 30 and 31 are disposed at each intersection of a virtual line extending forward from the left and right edges of the mat 10 and a virtual line extending from the front edges of the mat 10 to the left and right. did.
  • the walking characteristic acquisition device 1 the position of the pair of poles 30 and 31 is detected in advance (before the walking characteristic is acquired), and the zero point of the laser range finder 20 is calibrated. Details of calibration will be described later.
  • the display 40 is, for example, an LCD display, and displays, for example, an arrow or a character based on an image signal from the electronic control device 50 to present the moving direction to the subject.
  • the display 40 also displays a determination result (for example, ⁇ or X) regarding whether or not the movement has been performed correctly, for example. That is, the display 40 functions as a moving direction presentation unit described in the claims.
  • the rule may be determined so as to move (walk) in a direction opposite to the direction displayed on the display 40. Moreover, it is good also as a structure which shows a moving direction with an audio
  • the electronic control device 50 performs display control of the display 40 and calculates the position / velocity of the leg based on the distance / angle information of the leg of the subject 100 acquired by the laser range finder 20. Get the walking characteristics of. Therefore, the electronic control device 50 includes a pole detection unit 51, a leg detection parameter acquisition unit 52, a leg detection unit 53, a speed calculation unit 54, a storage unit 55, a pattern classification unit 56, and a walking characteristic acquisition unit 57. Yes.
  • the electronic control unit 50 for example, a personal computer or a dedicated control computer is preferably used.
  • the electronic control unit 50 includes a control unit (CPU) that controls the execution of the walking characteristic acquisition program, a hard disk (or ROM) that stores the walking characteristic acquisition program, a memory (RAM), a CD-ROM, and the like. And a reading device capable of reading the recording medium.
  • the electronic control unit 50 can perform the above-described pole detection unit 51, leg detection parameter acquisition unit 52, leg detection. Functions as a unit 53, a speed calculation unit 54, a storage unit 55, a pattern classification unit 56, and a walking characteristic acquisition unit 57. Next, each component of the electronic control unit 50 will be described.
  • the pole detection unit 51 Prior to acquiring the walking characteristics of the subject 100, the pole detection unit 51 detects the positions of the pair of poles 30 and 31 in advance and calibrates the zero point of the laser range finder 20. That is, the pole detection unit 51 functions as a columnar member detection unit described in the claims.
  • the pole detection unit 51 functions as a columnar member detection unit described in the claims.
  • the horizontal axis is the laser scanning angle (emission angle) ⁇
  • the vertical axis is the distance R to the obstacle (in this case, the poles 30 and 31).
  • the positions of the poles 30 and 31 and the zero point of the laser range finder 20 obtained by the pole detection unit 51 are output and stored in the storage unit 55, and when acquiring the walking characteristics of the subject 100, the mat 10 Used for coordinate conversion to the field fixed coordinate system.
  • the first axis of this field coordinate system is defined by a straight line connecting the centers of the pole 30 and the pole 31.
  • the leg detection parameter acquisition unit 52 performs calibration of the leg thickness (leg detection parameter) of the subject 100 prior to acquisition of the walking characteristics of the subject 100. That is, the leg detection parameter acquisition unit 52 functions as a leg detection parameter acquisition unit described in the claims.
  • the leg detection parameter acquisition unit 52 detects a point (edge) where the distance data changes, and specifies the length between the detected edges, that is, the thickness of the leg. .
  • the scanning angle of the laser range finder 20 is known, if the distance from the leg portion can be obtained, the thickness of the leg portion can be obtained.
  • the thickness of the leg of the subject obtained by the leg detection parameter acquisition unit 52 is output and stored in the storage unit 55, and is used when acquiring the walking characteristics of the subject 100.
  • the leg detection unit 53 When acquiring the walking characteristics of the subject 100, the leg detection unit 53 detects the leg of the subject 100 based on the distance information acquired by the laser range finder 20, and specifies the position of the detected leg. To do. That is, the leg detection unit 53 functions as a leg detection unit described in the claims. At that time, the leg detection unit 53 compares the detected thickness of the object (leg) with the thickness of the leg of the subject 100 (leg detection parameter) stored in the storage means 55, It is determined whether or not the subject 100 is a leg. That is, the leg detection unit 53 is the leg of the subject 100 when the thickness of the leg of the subject 100 acquired and stored in advance substantially matches the detected thickness of the leg. judge.
  • the leg detection unit 53 When the leg of the subject 100 is detected, the leg detection unit 53, as shown in FIG. 7, the center point of each detected leg and between the two legs, that is, the body Find the center point of. At that time, the leg detection unit 53 has the above-described three center points, that is, the subject 100 of the subject 100 in the field fixed coordinate system based on the zero point of the laser range finder 20 stored in the storage unit 55. Identify leg and body positions. The position of the leg (center point) of the subject detected by the leg detection unit 53 is output to the speed calculation unit 54 and is also output to the storage unit 55 and stored in association with time information.
  • the speed calculation unit 54 includes the position of the leg and the body center point (current value) detected by the leg detection unit 53 and the leg and body center points stored in the storage unit 55 in association with the time information.
  • the velocity of the leg of the subject 100 and the center point of the body is obtained from the change with time (previous value). That is, the speed calculator 54 functions as a speed calculator described in the claims.
  • the leg and body speeds (speeds of the respective center points) obtained by the speed calculation unit 54 are output to the storage unit 55 and stored in association with the time information.
  • the storage unit 55 stores the positions of the pair of poles 30 and 31 acquired in advance by the pole detection unit 51 and the zero point of the laser range finder 20.
  • the storage unit 55 stores the leg thickness (leg detection parameter) of the subject 100 acquired in advance by the leg detection parameter acquisition unit 52.
  • the storage unit 55 stores the position of the leg and the body specified by the leg detection unit 53 (the position of each center point) in association with the time information.
  • the storage unit 55 stores the leg and body speeds (speeds of the respective central points) obtained by the leg speed calculation unit 54 in association with the time information.
  • the storage unit 55 functions as a storage unit described in the claims.
  • the position of the leg / body (position of each center point) and speed (speed of each center point) stored in the storage unit 55 are output to the pattern classification unit 56 and the walking characteristic acquisition unit 57.
  • the pattern classification unit 56 sets a plurality of states of the leg of the subject 100 based on the number and arrangement of both legs and the center point of the body obtained by the leg detection unit 53 (this embodiment).
  • the pattern classification unit 56 functions as classification means described in the claims. More specifically, in a rectangular field fixed coordinate system in which polar coordinates are transformed, the three center points of both legs and the body are the first axis defining the field fixed coordinate system (between the center points of both poles 30, 31).
  • the subject 100 is in a standing state when it is determined that the distance is substantially the same in the direction orthogonal to the first axis.
  • the subject 100 is walking. It is determined that there is.
  • the subject 100 is in a state where both legs are closed.
  • the patterns classified by the pattern classification unit 56 are output to the walking characteristic acquisition unit 57.
  • the gait characteristics acquisition unit 57 is based on temporal changes in the positions of the legs and the body (positions of the center points) stored in the storage unit 55 in association with the time information, the classification pattern, and the like, based on the gait characteristics of the subject 100. To get. That is, the walking characteristic acquisition unit 57 functions as acquisition means described in the claims.
  • the walking characteristic acquisition unit 57 has a leg speed (speed of the center point of the leg) that exceeds a threshold value, and a displacement amount of the leg position (a displacement amount of the center point of the leg part, That is, when the movement distance from the center of the home position 10a exceeds a threshold value, it is determined that the subject 100 has started moving.
  • the walking characteristic acquisition unit 57 determines whether or not the subject 100 has stopped based on the legs of the subject 100 and the speed of the body (the speed of each center point). When the walking characteristic acquisition unit 57 determines that the subject 100 has stopped, both legs of the subject 100 are in the correct compartment on the mat 10 (that is, in the presented compartment) using the three classification patterns described above. It is determined whether or not.
  • the walking characteristic acquisition unit 57 for example, based on the position and speed of the detected leg and body (each center point), time information stored in association with the position and speed, and the classified pattern For example, whether or not the presented moving direction matches the moving direction of the subject 100, the length of time from when the subject 100 starts moving to when the moving is completed, and / or the moving direction is The length of time from the presentation to the start of movement is determined, and the walking characteristics of the subject 100 are acquired based on the determination result.
  • the walking characteristic (determination / evaluation result) acquired by the walking characteristic acquisition unit 57 is output and displayed on the display 40.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of walking characteristic acquisition processing by the walking characteristic acquisition device 1. This process is executed at a predetermined timing in the electronic control unit 50.
  • step S100 the laser range finder 20 is driven, and the laser is scanned on the mat 10 in the horizontal direction.
  • step S102 the distances and angles between the poles 30 and 31 are detected, the positions of the poles 30 and 31 are specified, and the center position between the poles 30 and 31 and the direction connecting the laser range finder 20 Is set and stored as the zero point of the laser range finder 20.
  • the setting method of the zero point of the laser range finder 20 is as above-mentioned, detailed description is abbreviate
  • the walking area is converted from the polar coordinate system to the field coordinate system. More specifically, an orthogonal coordinate system is created in which a straight line connecting the center positions of the pole 30 and the pole 31 is a first axis and a straight line orthogonal to the first axis is a second axis. The walking area is developed in the system. A straight line (first axis) connecting the center positions of the pole 30 and the pole 31 is a reference line.
  • step S104 an angle and a distance from the leg of the subject 100 who is standing on the mat 10 are detected, and the thickness of the leg on the front side of the subject 100 (leg detection parameter) is specified.
  • leg detection parameter the thickness of the leg on the front side of the subject 100
  • step S106 the laser range finder 20 is driven to acquire the walking characteristics of the subject 100, and the laser moves horizontally on the mat 10. Scanned.
  • step S108 the position of the leg and the body (the position of each center point) is detected. Further, based on the detected position of the leg and the body (position of each center point), the state of the leg is classified into the three patterns described above, and the position of the subject 100 is specified according to the classification result.
  • the detection method of the leg part and body position (position of each center point) of the subject 100 and the pattern classification method are as described above, detailed description is omitted here.
  • step S110 based on the determination result in step S108, it is determined whether or not the subject 100 is standing in the center section (home position) 10a.
  • a process transfers to step S114.
  • a process transfers to step S112.
  • step S112 the moving direction of the subject 100 is determined. Thereafter, the process proceeds to step S106 described above, and the processes after step S106 are repeatedly executed.
  • step S114 whether or not the acquisition of the walking characteristics of the subject 100 has been completed, that is, whether all moving directions have been presented. A determination is made as to whether or not.
  • the process proceeds to step S118.
  • step S118 the next moving direction is displayed on the display 40.
  • the subject 100 starts moving according to the display on the display 40. And a process transfers to step S106 mentioned above, and the process after step S106 is performed again.
  • step S116 when the acquisition is completed, after the determination / evaluation result of the walking characteristics of the subject 100 is displayed on the display 40 in step S116, the process is exited. Since the walking characteristic determination / evaluation method is as described above, detailed description thereof is omitted here.
  • FIG. 9 is a diagram showing measurement results of the positions of the legs and the body in the left-right direction (X direction) when the subject 100 walks left and right
  • FIG. 10 shows the case where the subject 100 walks back and forth. It is a figure which shows the measurement result of the position of the leg part and the front-back direction (Y direction) of a body.
  • FIG. 9 is a diagram showing measurement results of the positions of the legs and the body in the left-right direction (X direction) when the subject 100 walks left and right
  • FIG. 10 shows the case where the subject 100 walks back and forth. It is a figure which shows the measurement result of the position of the leg part and the front-back direction (Y direction) of a body.
  • FIG. 9 is a diagram showing measurement results of the positions of the legs and the body in the left-right direction (X direction) when the subject 100 walks left and right
  • FIG. 10 shows the case where the subject 100 walks back and forth. It is a figure which shows the measurement result of the position of the leg part and the front-back direction (
  • FIG. 11 is a figure which shows the measurement result of the speed of a leg part and a body when the test subject 100 walks left and right (X direction)
  • FIG. 12 is a test result when the test subject 100 walks back and forth. It is a figure which shows the measurement result of the speed of the front-back direction (Y direction) of a leg part and a body.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating walking characteristics when the subject 100 walks from the central section 10a to the right section and then returns to the central section 10a.
  • the positions (displacements) of the legs and the body of the subject 100 were measured through the following steps (1) to (4).
  • the moving direction (right arrow) is displayed on the display 40 so as to move to the right side.
  • the subject 100 moves from the center section (home position) 10a to the right section, and after the movement is completed, returns to the center section 10a.
  • the moving direction (left arrow) is displayed on the display 40 so as to move to the left side.
  • the subject 100 moves from the center section (home position) 10a to the left section, and after the movement is completed, returns to the center section 10a.
  • the horizontal axis represents time (s), and the vertical axis represents position (displacement from the center of the central section 10a) (m).
  • the center position of the central section 10a is zero, the left direction is positive (+), and the right direction is negative ( ⁇ ).
  • the center position of the body is indicated by a solid line
  • the center position of the right leg is indicated by a broken line
  • the center position of the left leg is indicated by a one-dot chain line.
  • the position (displacement) in the left and right direction (X direction) of the leg and the body when the subject 100 walks in the left and right direction according to the display on the display 40 can be accurately measured. confirmed.
  • the position (displacement) of the leg and body of the subject 100 was measured through the following steps (5) to (8).
  • the moving direction (down arrow) is displayed on the display 40 so as to move backward.
  • the subject 100 moves from the center section (home position) 10a to the rear section, and after the movement is completed, returns to the center section 10a.
  • the moving direction (up arrow) is displayed on the display 40 so as to move forward.
  • the subject 100 moves from the center section (home position) 10a to the front section, and after the movement is completed, returns to the center section 10a.
  • the horizontal axis represents time (s), and the vertical axis represents position (displacement from the center of the central section 10a) (m).
  • the center position of the central section 10a is zero, the backward direction is positive (+), and the forward direction is negative ( ⁇ ).
  • the center position of the body is indicated by a solid line
  • the center position of the right leg is indicated by a broken line
  • the center position of the left leg is indicated by a one-dot chain line.
  • the position (displacement) of the leg and the body in the front-rear direction (Y direction) when the subject 100 walks in the front-rear direction according to the display on the display 40 can be accurately measured. confirmed.
  • the horizontal axis represents time (s) and the vertical axis represents speed (m / s).
  • the speed in the left direction is positive (+), and the speed in the right direction is negative ( ⁇ ).
  • the speed of the center of the body is indicated by a solid line
  • the speed of the center of the right leg is indicated by a broken line
  • the speed of the center of the left leg is indicated by a dashed line.
  • the left leg when moving from the central section 10a to the left section, first, the left leg starts moving, so that the speed of the left leg once increases from zero to the + side, and then decelerates again. Return to zero (ie the left leg stops at the left compartment). Synchronously with the movement of the left leg, the body speed also rises from zero, then decelerates and returns to zero again. Thereafter, when the right leg starts moving, the speed of the right leg once rises from zero, and then decelerates back to zero (that is, the right leg stops at the left compartment). Synchronously with the movement of the right leg, the body speed also temporarily increases from zero, then decelerates and returns to zero again.
  • the right leg starts moving, so that the speed of the right leg once increases from zero to the minus side, and then decelerates to zero again (ie, the right leg Stops at the central compartment 10a).
  • the body speed also temporarily increases from zero, then decelerates and returns to zero again.
  • the left leg starts to move, the speed of the left leg once rises from zero, and then decelerates back to zero (that is, the left leg stops at the central section 10a).
  • the body speed also rises from zero, then decelerates and returns to zero again.
  • the left leg when returning from the right section to the center section 10a, the left leg first starts to move, so that the speed of the left leg once increases from zero to the + side, then decelerates and returns to zero again (that is, the left leg Stops at the central compartment 10a). Synchronously with the movement of the left leg, the body speed also rises from zero, then decelerates and returns to zero again. Thereafter, when the right leg starts to move, the speed of the right leg temporarily increases from zero, and then decelerates back to zero (that is, the right leg stops at the central section 10a). Synchronously with the movement of the right leg, the body speed also temporarily increases from zero, then decelerates and returns to zero again.
  • the walking characteristic acquisition device 1 it was confirmed that the speed of the legs and the body in the left-right direction (X direction) when the subject 100 walks in the left-right direction according to the display 40 can be accurately measured. .
  • the horizontal axis represents time (s) and the vertical axis represents speed (m / s).
  • the backward speed is positive (+) and the forward speed is negative ( ⁇ ).
  • the speed of the center of the body is indicated by a solid line
  • the speed of the center of the right leg is indicated by a broken line
  • the speed of the center of the left leg is indicated by a dashed line.
  • the left leg when moving from the central section 10a to the rear section, first, the left leg starts moving, so that the speed of the left leg once increases from zero to the + side, and then decelerates again. Return to zero (ie the left leg stops at the rear compartment). Synchronously with the movement of the left leg, the body speed also rises from zero, then decelerates and returns to zero again. Thereafter, when the right leg starts moving, the speed of the right leg temporarily increases from zero, and then decelerates back to zero (that is, the right leg stops in the rear compartment). Synchronously with the movement of the right leg, the body speed also temporarily increases from zero, then decelerates and returns to zero again.
  • the right leg when returning from the rear compartment to the central compartment 10a, the right leg first starts moving, so that the speed of the right leg once increases from zero to the minus side, then decelerates and returns to zero again (that is, the right leg Stops at the central compartment 10a). Synchronously with the movement of the right leg, the body speed also temporarily increases from zero, then decelerates and returns to zero again. Thereafter, when the left leg starts to move, the speed of the left leg once rises from zero, then decelerates and returns to zero again (that is, the left leg stops at the central section 10a). Synchronously with the movement of the left leg, the body speed also rises from zero, then decelerates and returns to zero again.
  • the right leg begins to move, so that the speed of the right leg temporarily increases from zero to the minus side, then decelerates and returns to zero again (that is, the right leg).
  • the leg stops at the front compartment).
  • the body speed also temporarily increases from zero, then decelerates and returns to zero again.
  • the left leg starts to move, the speed of the left leg once increases from zero, and then decelerates back to zero (that is, the left leg stops at the front section).
  • the body speed also rises from zero, then decelerates and returns to zero again.
  • the left leg starts to move, so that the speed of the left leg once increases from zero to the + side, then decelerates and returns to zero again (that is, the left leg Stops at the central compartment 10a).
  • the body speed also rises from zero, then decelerates and returns to zero again.
  • the right leg starts to move, the speed of the right leg once increases from zero, and then decelerates back to zero (that is, the right leg stops at the central section 10a).
  • the body speed also temporarily increases from zero, then decelerates and returns to zero again.
  • the walking characteristic acquisition apparatus 1 it was confirmed that the speed of the leg part and the body in the front-rear direction (Y direction) when the subject 100 walks in the front-rear direction according to the display 40 can be accurately measured. .
  • FIG. 13 is a diagram showing the walking characteristics when the subject 100 walks from the central compartment 10a to the right compartment and then returns to the central compartment 10a.
  • the measurement result of the position (displacement) in the left and right direction (X direction) of the leg and the body when walking is associated with the measurement result of the speed in the left and right direction of the leg and body when the subject 100 walks to the right side. Is shown.
  • the time for each leg to start moving and the time to complete the movement were measured as walking characteristics. Then, from the measurement result, the time from when the moving direction was displayed until the movement was started, that is, the reaction time, and the movement time required from the start to the completion of the movement were obtained.
  • the speed of the leg exceeds a threshold (for example, 0.25 m / s)
  • a threshold value for example, 0.2225 m
  • the moving direction is displayed on the display 40 at 0.396 seconds after the start of measurement. Thereafter, the movement of the left leg was started at 1.096 seconds, and the movement of the left leg was stopped at 1.589 seconds. Furthermore, the movement of the right leg was started at 1.688 seconds, and the movement of the right leg was stopped at 2.086 seconds. Based on this measurement result, it was acquired that the reaction time of the subject 100 was 0.700 seconds and the movement time was 0.990 seconds.
  • the walking characteristic acquisition device 1 the walking characteristic when the subject 100 walks in the right direction according to the display on the display 40 is accurately acquired, and from the result, the time required for recognition (cognitive function), and The time required for exercise (motor function) could be obtained quantitatively. That is, according to the walking characteristic acquisition device 1, the walking characteristic of the subject 100 is acquired, and from the result, for example, the fall of an elderly person due to a decrease in the function of simultaneously performing cognition and exercise (so-called dual task processing ability). It was confirmed that it is possible to quantitatively determine the ease.
  • the leg of the subject 100 is detected based on the distance information acquired by the laser range finder 20, and the position of the leg of the subject 100 is determined. Identified. And a test subject's walking characteristic is acquired based on the time-dependent change of the specified leg position. Therefore, since walking characteristics can be acquired without using a floor reaction force measuring device, it is possible to reduce the size and weight of the device and reduce the cost.
  • the leg can be detected from the distance information acquired based on the reflection state of the laser emitted while scanning in the horizontal direction, high-load processing such as image processing is performed to detect the leg. There is no need to do it. Therefore, the processing load on the apparatus can be reduced and the processing speed can be increased.
  • the apparatus can be reduced in size and weight (improved portability) and cost can be reduced, and the processing time can be further shortened.
  • a personal computer can be used as the electronic control unit 50, versatility can be improved.
  • the mat 10 is provided in which five square sections are combined in a cross shape, and the laser range finder 20 scans the area of the mat 10 to specify the position of the leg. The Therefore, by having the subject 100 walk between the five sections in the front, rear, left, and right directions, and detecting the leg of the subject 100 at that time, the walking characteristics of the subject 100 under a uniform and constant condition are acquired. can do.
  • the pair of poles 30 and 31 is a target position with respect to the symmetry axis of the mat 10 and is disposed at a position where the positional relationship with the mat 10 is defined in advance. Therefore, even if the laser range finder 20 is installed at a position shifted from a predetermined installation position on the symmetry axis of the mat 10, or the laser range finder 20 is installed with the direction of the laser range finder 20 bent with respect to the target axis of the mat 10.
  • the installation position of the laser range finder 20 relative to the mat 10 By correcting the relative displacement of the installation angle, the position of the leg portion on the mat 10 (that is, the position in the field fixed coordinate system) can be accurately specified. Therefore, the positional accuracy of the laser range finder 20 with respect to the mat 10 can be relaxed, and the labor for installing the apparatus can be reduced.
  • the leg thickness (leg detection parameter) of the subject 100 is acquired and stored in advance, and when the walking characteristics of the subject 100 are acquired, the detected leg thickness and The stored thickness of the leg is compared, and it is determined whether or not it is the leg of the subject 100 according to the result. Therefore, even if the thickness of the leg varies depending on the subject 100, the leg of the subject 100 can be detected more accurately.
  • the display 40 which displays a moving direction to the test subject 100 is provided,
  • the center of both legs (that is, the center of the body) is detected in addition to the legs, so that the position / movement of the subject 100 is detected in a double system, for example, the center of the leg and the body When both of them stop, it can be determined that the subject has stopped. Therefore, even when the acquired leg distance information includes noise, it is difficult to be affected by the noise, and more accurate determination can be made.
  • the leg detection unit 53 from the number and arrangement of the center points determined by the leg detection unit 53, for example, a state where both legs are standing apart, a state where both legs are attached, and a state where they are walking Can be classified.
  • the speed of the leg is obtained from the temporal change between the position of the leg detected by the leg detection unit 53 and the position of the leg stored in the storage unit 54.
  • the leg speed is stored in association with the time information. Therefore, for example, it is possible to determine whether the subject 100 is walking or stopped (or stopped) from the speed of the leg.
  • the subject 100 has started walking when the speed of the leg exceeds the threshold and the amount of change in the position of the leg exceeds the threshold. Therefore, the influence of noise can be reduced compared with the case where the start of walking is determined only from the speed of the leg or only from the position, and whether or not the subject 100 has started to move more accurately is detected. It becomes possible.
  • the subject 100 it is determined whether or not the subject 100 has stopped based on the speed of the leg of the subject 100, and when it is determined that the subject 100 has stopped, according to the classification pattern, the subject It is determined whether 100 legs are in the correct compartment. Therefore, it can be determined whether or not the leg has stopped, and if the leg has stopped, it can be determined whether or not the position of the leg is correctly contained in the designated section. Therefore, it is possible to determine and evaluate whether or not the vehicle can move accurately as instructed.
  • the presented moving direction and the moving direction of the subject 100 are the same. Whether or not the test subject 100 starts moving after the subject 100 starts moving and / or the time until the moving starts after the moving direction is presented, and the result of the determination Based on this, the walking characteristics of the subject 100 are acquired. Therefore, the walking characteristics of the subject 100 can be quantitatively evaluated from the viewpoints of recognition / movement accuracy, travel time, and reaction time. That is, the walking characteristics of the subject 100 (2) from the viewpoint of whether the movement has been performed without error, whether the movement has been performed smoothly, and whether the movement completion time and the reaction time (the time from when the movement direction is presented until the movement starts) are appropriate. It is possible to determine and evaluate (multiple task processing ability).
  • the five sections constituting the mat 10 are arranged in a cross shape, but the arrangement of the sections constituting the mat 10 is not limited to a cross shape.
  • the sections may be arranged in a 3 ⁇ 3 matrix (a grid shape), and may be moved diagonally forward and diagonally in addition to the front, rear, left, and right.
  • the shape of the sections constituting the mat 10 is not limited to a square.
  • the walking characteristic is acquired from the position and speed of the leg / body.
  • the acceleration of the leg / body may be obtained, and the walking characteristic may be acquired in consideration of the acceleration. .
  • the shape, size, arrangement and the like of the pair of poles 30 and 31 are not limited to the above embodiment. Further, the method of presenting the moving direction for the subject 100 is not limited to the above embodiment.

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Abstract

　装置の小型軽量化及び低コスト化を図ることができ、かつ、処理時間をより短縮することが可能な歩行特性取得装置を提供する。　歩行特性取得装置（１）は、床面に設けられ、５つの区画が十字状に組み合わされて配置されているマット（１０）と、マット（１０）の外側に、該マット（１０）の対象軸に沿って配置され、マット（１０）上を水平方向に走査して物体との距離情報を取得するレーザレンジファインダ（２０）と、レーザレンジファインダ（２０）により取得された距離情報に基づいて、被験者（１００）の脚部を検出し、検出された脚部の位置を特定する脚部検出部（５３）と、脚部検出部（５３）により特定された脚部の位置を時刻情報と関連付けて記憶する記憶部（５５）と、記憶部（５５）に時刻情報と関連付けて記憶されている脚部の位置の経時変化に基づいて、被験者（１００）の歩行特性を取得する歩行特性取得部（５７）とを備える。

Description

歩行特性取得装置
　本発明は、歩行特性取得装置に関する。
　従来から、足腰の弱った高齢者、又は、足腰の不自由な方（例えば手術後の患者等）が歩行訓練を行う際に、その方の歩行時における歩行特性（足の運び）を取得し、その結果を用いて、歩行機能の回復に好適なリハビリプログラムを組み立てること等が行われている。また、運動機能・認知機能の低下による高齢者の転倒のし易さを判定・評価する際に、歩行特性を取得し、その結果から、運動・認知を同時に遂行する機能（所謂二重課題処理能力）の低下を判定する試みがなされている。従来、人の歩行特性は、例えば、床反力計測装置からの出力、又は、ビデオカメラにより撮像された映像の処理画像を利用して取得されていた。
　ここで、特許文献１には、歩行時に加えられる荷重を測定する床反力計測装置が開示されている。この床反力計測装置によれば、左右の足の足踏み位置に合わせて荷重計の位置を調節することにより、歩行練習者の歩き始めの位置合わせを容易にし、荷重測定を簡易かつ短時間に行うことができる。
　また、特許文献２には、歩行訓練のデータを記録して、訓練状況を定量的に把握し、過去のデータとの比較により訓練データを診断装置に応用することができる足跡分析装置が開示されている。この足跡分析装置は、歩行画像を取り込む画像取り込み装置と、この画像取り込み装置の画像を演算処理する画像演算装置と、この画像演算装置の演算結果を表示する表示装置と、演算結果を記憶する記憶装置とを備えている。そして、画像演算装置が取り込んだ画像から、各足の床面接触位置及び床面面接触位置の各足毎の経時変化が演算され、表示装置に床面接触位置の各足毎の経時変化が表示される。
特開２００３－３３９６８３号公報 特開２００２－３４５７８５号公報
　ここで、特許文献１記載の床反力計測装置を採用する場合、足が床面に接地しないと足の歩行挙動として認識することができない。このため、例えば、人が足を前に踏み出そうとしたが、途中で躊躇して右に踏み出したといった足の動きを把握することができない。また、床反力計測装置は、踏板への足の接地の有無を複数のロードセルを備えた荷重センサで検出するものであるため、高価で且つ大型化してしまう。
　一方、特許文献２記載の足跡分析装置によれば、足が床面に接地しなくても足の挙動を認識することができる。しかしながら、この足跡分析装置では、動画を扱うために、処理すべきデータ量が多くなり、処理負荷が大きくなる。そのため、処理時間が遅延するおそれがある。
　本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、装置の小型軽量化及び低コスト化を図ることができ、かつ、処理時間をより短縮することが可能な歩行特性取得装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る歩行特性取得装置は、水平方向に走査するように、検出波を射出するとともに、該検出波の反射状態に基づいて該検出波を反射した物体との距離を検出して、物体との距離情報を取得する距離情報取得手段と、距離情報取得手段により取得された距離情報に基づいて、被験者の脚部を検出し、検出した脚部の位置を特定する脚部検出手段と、脚部検出手段により特定された脚部の位置を時刻情報と関連付けて記憶する記憶手段と、記憶手段に時刻情報と関連付けて記憶されている脚部の位置の経時変化に基づいて、被験者の歩行特性を取得する取得手段とを備えることを特徴とする。
　本発明に係る歩行特性取得装置によれば、距離情報取得手段により取得された距離情報に基づいて、被験者の脚部が検出されるとともに、該被験者の脚部の位置が特定される。そして、特定された脚部位置の経時変化に基づいて、被験者の歩行特性が取得される。よって、床反力計測装置を用いることなく歩行特性を取得することができるため、装置の小型軽量化、及び低コスト化を図ることができる。また、水平方向に走査させつつ射出される検出波の反射状態に基づいて取得される距離情報から脚部を検出することができるため、脚部を検出するために画像処理等の負荷の高い処理を行う必要がない。よって、装置の処理負荷を低減し、処理速度を高速化することができる。これらの結果、本発明に係る歩行特性取得装置によれば、装置の小型軽量化及び低コスト化を図ることができ、かつ、処理時間をより短縮することが可能となる。
　本発明に係る歩行特性取得装置は、床面に配設され、複数の区画からなり、平面視した場合に線対称な歩行領域を備え、距離情報取得手段が、歩行領域の外側に、該歩行領域の対象軸に沿って配置され、歩行領域内を走査することが好ましい。
　この場合、線対称な歩行領域を構成する複数の区画の間を被験者に歩行してもらい、その際の被験者の脚部を検出することにより、統一された一定の条件の下での被験者の歩行特性を取得することが可能となる。
　本発明に係る歩行特性取得装置は、上記歩行領域の対称軸に対して対象な位置であって、歩行領域との位置関係が予め規定された位置に配置された一対の柱状部材と、事前に、距離情報取得手段により取得された一対の柱状部材との距離情報に基づいて、一対の柱状部材それぞれの位置を検出する柱状部材検出手段とをさらに備え、記憶手段が、柱状部材検出手段により検出された一対の柱状部材それぞれの位置を記憶し、被験者の歩行特性を取得する際に、脚部検出手段が、記憶手段に記憶されている柱状部材の位置に基づいて、被験者の脚部の位置を特定することが好ましい。
　この場合、一対の柱状部材は、歩行領域の対称軸に対して対象な位置であって、かつ、歩行領域との相対的な位置関係が予め規定された位置に配置される。そのため、距離情報取得手段が歩行領域の対称軸上の所定の設置位置からずれた位置に設置されていたとしても、又は、距離情報取得手段の向きが歩行領域の対象軸に対して曲がって設置されていたとしても、一対の柱状部材の位置を事前に検出して、該一対の柱状部材の位置及び該一対の柱状部材の位置に対する歩行領域の相対的な位置を予め記憶しておくことにより、歩行領域に対する距離情報取得手段の設置位置・設置角度の相対的なずれを補正し、脚部の歩行領域上の位置を正確に特定することができる。よって、歩行領域に対する距離情報取得手段の位置精度を緩くすることができ、装置を設置する際の労力を低減することが可能となる。
　本発明に係る歩行特性取得装置は、事前に、距離情報取得手段により取得された被験者の脚部との距離情報に基づいて、該被験者の脚部の太さを算出する脚部検出パラメータ取得手段を備え、記憶手段が、脚部検出パラメータ取得手段により算出された被験者の脚部の太さを記憶し、被験者の歩行特性を取得する際に、脚部検出手段が、検出した脚部の太さと、記憶手段に記憶されている被験者の脚部の太さとの比較結果に基づいて、該被験者の脚部を検出することが好ましい。
　この場合、被験者の脚の太さが予め取得されて記憶されており、該被験者の歩行特性を取得する際に、検出された脚部の太さと記憶されている脚部の太さとが比較され、その結果に応じて被験者の脚であるか否かが判定されて検出される。そのため、被験者によって脚部の太さが異なる場合であっても、より正確に被験者の脚部を検出することが可能となる。
　本発明に係る歩行特性取得装置は、被験者に移動方向を提示する移動方向提示手段を備えることが好ましい。
　このようにすれば、提示された移動方向の認知と、移動（運動）とを同時に遂行する機能、所謂、二重課題処理能力を評価することが可能となる。
　本発明に係る歩行特性取得装置では、脚部検出手段が、検出された各脚それぞれの中心点、及び２本の脚と脚との間の中心点を求め、記憶手段が、脚部検出手段により求められた中心点の位置を時刻情報と関連付けて記憶することが好ましい。
　この場合、脚部に加えて両脚部の中心（すなわち身体の中心）も検知される。そのため、被験者の位置・動きを二重系で検出すること（例えば、脚と身体の中心が両方止まった場合に被験者が止まったと判定すること）ができる。よって、取得された脚部の距離情報にノイズが含まれている場合であっても、ノイズの影響を受け難く、より正確な判定をすることが可能となる。
　本発明に係る歩行特性取得装置は、脚部検出手段により求められた上記中心点の数及び配置に基づいて、被験者の脚部の状態を複数のパターンに分類する分類手段を備えることが好ましい。
　このようにすれば、中心点の数及び配置から、例えば、両脚を離して立っている状態、両脚をくっつけて立っている状態、及び、歩いている状態等を分類することが可能となる。
　本発明に係る歩行特性取得装置は、脚部検出手段により検出された脚部の位置と、記憶手段に記憶されている脚部の位置との経時変化から該脚部の速度を求める速度演算手段を備え、記憶手段が、脚部速度演算手段により求められた脚部の速度を時刻情報と関連付けて記憶することが好ましい。
　このようにすれば、例えば、脚部の速度から、被験者が歩行しているか、止まったか（又は止まっているか）等を判定することが可能となる。
　本発明に係る歩行特性取得装置では、取得手段が、脚部の速度が閾値を超え、かつ、該脚部の位置の変化量が閾値を超えた場合に、被験者が歩行を開始したと判定することが好ましい。
　このようにすれば、脚部の速度のみ、又は位置のみから歩行開始を判定する場合と比較して、ノイズの影響を低減することができ、より正確に被験者が動き始めたか否かを判定することが可能となる。
　本発明に係る歩行特性取得装置では、取得手段が、被験者の脚部の速度に基づいて、被験者が停止したか否かを判定し、被験者が停止したと判定されたときに、該被験者の両脚が正しい区画内に入っているか否かを判定することが好ましい。
　このようにすれば、被験者が止まったか否かを判定するとともに、被験者が止まった場合には、被験者の位置が指示された区画の中に正しく入っているか否かを判定することができる。よって、指示通りに正確に移動できているか否かを判定・評価することが可能となる。
　本発明に係る歩行特性取得装置では、取得手段が、検出された脚部の位置、速度、及び、該位置及び速度と関連付けて記憶されている時刻情報に基づいて、提示された移動方向と被験者の移動方向とが一致しているか否か、被験者が移動を開始してから、移動を完了するまでの時間、及び／又は、移動方向が提示されてから移動を開始するまでの時間を判定し、該判定の結果に基づいて、被験者の歩行特性を取得することが好ましい。
　このようにすれば、認知・運動の正確性、移動時間、及び、反応時間（移動方向が提示されてから移動を開始するまでの時間）の観点から、被験者の歩行特性を、定量的に評価することができる。すなわち、間違いなく移動できたか、スムーズに移動できたか、移動完了時間および反応時間は適切か、といった観点から被験者の歩行特性を判定・評価することが可能となる。
　本発明によれば、装置の小型軽量化及び低コスト化を図ることができ、かつ、処理時間をより短縮することが可能となる。
実施形態に係る歩行特性取得装置の全体構成を示す図である。 実施形態に係る歩行特性取得装置を構成する電子制御装置の機能構成を示すブロック図である。 歩行特性取得装置による歩行特性取得処理の処理手順を示すフローチャートである。 レーザレンジファインダのキャリブレーション処理を説明するための図である。 レーザレンジファインダのキャリブレーション処理を説明するための図である。 脚部検出パラメータのキャリブレーション処理を説明するための図である。 脚部の検出結果の一例を示す図である。 脚部のパターン分類の仕方を説明するための図である。 被験者が左右に歩行したときの脚部及び身体の位置の測定結果を示す図である。 被験者が前後に歩行したときの脚部及び身体の位置の測定結果を示す図である。 被験者が左右に歩行したときの脚部及び身体の速度の測定結果を示す図である。 被験者が前後に歩行したときの脚部及び身体の速度の測定結果を示す図である。 被験者が中央の区画から右側の区画に歩行した後、中央の区画に戻った場合の歩行特性を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
　まず、図１及び図２を併せて用いて、実施形態に係る歩行特性取得装置１の全体構成、及び、該歩行特性取得装置１を構成する電子制御装置５０の機能構成について説明する。図１は、歩行特性取得装置１の全体構成を示す図である。図２は、歩行特性取得装置１を構成する電子制御装置５０の機能構成を示すブロック図である。
　歩行特性取得装置１は、被験者１００に対して移動方向を提示してマット１０上を歩行してもらい、その際の被験者１００の脚部の位置・動きをレーザレンジファインダ２０を用いて検知し、その検知結果に基づいて、該被験者１００の歩行特性を取得するものである。歩行特性取得装置１は、例えば二重課題処理能力の向上訓練における歩行特性取得装置等として好適に用いられる。
　そのため、歩行特性取得装置１は、被験者１００が歩行するマット１０、被験者１００の脚部との距離を検出するレーザレンジファインダ２０、レーザレンジファインダ２０のゼロ点をキャリブレーションするためのポール３０，３１、被験者１００に対して移動方向並びに判定結果を表示するディスプレイ４０、及び、ディスプレイ４０の表示制御を行うとともに、被験者１００の脚部位置・速度等を演算して歩行特性を取得する電子制御装置５０を備えている。次に、これらの各構成要素について詳細に説明する。
　マット１０は、複数（本実施形態では５つ）の正方形の区画からなり、床面に設けられている。マット１０は、平面視した（鉛直方向から見た）場合に、５つの区画が十字状に（すなわち線対称に）組み合されて配置されている。なお、本実施形態では正方形の各区画の一辺を０．４４５ｍに設定した。マット１０は、請求の範囲に記載の歩行領域に相当する。なお、各区画の大きさは被験者１００の体格や運動機能に応じて適宜変更してもよい。例えば、足の運びがおぼつかない被験者１００に対しては、各区画の一辺を０．３ｍ程度に設定することが好ましい。
　例えば、被験者１００は、ディスプレイ４０に表示される指示方向に従って、中央の区画（以下「ホームポジション」ともいう）１０ａから、前後左右の区画に移動した後、再び、ホームポジション１０ａに戻るといった歩行動作を行う。なお、ここで、被験者１００がマット１０のホームポジション１０ａに立ったときに、ディスプレイ４０が配置されている方向を前方として、前後左右の向きを規定する。
　レーザレンジファインダ２０は、マット１０の方向を向くようにして、マット１０の外側（前方）に、かつ、マット１０の対象軸に沿って配置されている。また、レーザレンジファインダ２０は、ノイズ低減の観点から、被験者１００の足首から膝下までの高さに設置されることが好ましい。レーザレンジファインダ２０は、レーザ（検出波）を射出するとともに、射出したレーザを回転ミラーで反射させることで、約１００ｍｓ周期で、マット１０を含む領域を中心角２４０°の扇状に水平方向に走査する。そして、レーザレンジファインダ２０は、例えば被験者１００の脚部で反射されて戻ってきたレーザを検出し、レーザ（反射波）の検出角度（走査角度）、及びレーザを射出してから脚部で反射されて戻ってくるまでの時間（伝播時間）を計測することにより、脚部との角度及び距離を検出する。すなわち、レーザレンジファインダ２０は、請求の範囲に記載の距離情報取得手段として機能する。
　なお、本実施形態では、レーザレンジファインダ２０として、最大測域距離が４．０ｍ、測域角度が２４０ｄｅｇ、角度分解能が３６０／１０２４ｄｅｇのものを用いた。レーザレンジファインダ２０は、電子制御装置５０と接続されており、検出した脚部との距離情報・角度情報を電子制御装置５０に出力する。
　一対のポール３０，３１それぞれは、円柱状又は円筒状に形成された、高さが約２０ｃｍ程度、直径が約１０ｃｍ程度の柱状部材である。すなわち、一対のポール３０，３１は、請求の範囲に記載の柱状部材に相当する。一対のポール３０，３１は、マット１０の対称軸（レーザレンジファインダ２０を通る対称軸）に対して対象な位置であって、マット１０との幾何学的な位置関係が予め規定された位置に配置されている。本実施形態では、マット１０の左右の端辺それぞれを前方に延長した仮想線と、マット１０の前方の端辺を左右に延ばした仮想線との各交点に２本のポール３０，３１を配置した。歩行特性取得装置１では、事前に（歩行特性の取得を行う前に）、一対のポール３０，３１の位置を検出してレーザレンジファインダ２０のゼロ点のキャリブレーションが行われる。なお、キャリブレーションの詳細については後述する。
　ディスプレイ４０は、例えばＬＣＤディスプレイであり、電子制御装置５０からの画像信号に基づいて、例えば矢印や文字を表示して、被験者に対して移動方向を提示する。また、ディスプレイ４０には、例えば、正しく移動できたか否かに関する判定結果（例えば○又は×）等も表示される。すなわち、ディスプレイ４０は、請求の範囲に記載の移動方向提示手段として機能する。なお、ディスプレイ４０に表示された方向と反対の方向に移動（歩行）するようにルールを決めてもよい。また、ディスプレイ４０による表示に代えて、又は加えて、音声などで移動方向を提示する構成としてもよい。
　電子制御装置５０は、ディスプレイ４０の表示制御を行うとともに、レーザレンジファインダ２０により取得された被験者１００の脚部の距離・角度情報に基づいて、脚部の位置・速度等を演算して被験者１００の歩行特性を取得する。そのため、電子制御装置５０は、ポール検出部５１、脚部検出パラメータ取得部５２、脚部検出部５３、速度演算部５４、記憶部５５、パターン分類部５６、及び歩行特性取得部５７を備えている。
　電子制御装置５０としては、例えば、パーソナルコンピュータ、又は専用の制御用コンピュータが好適に用いられる。電子制御装置５０は、歩行特性取得プログラムの実行等を制御する制御部（ＣＰＵ）と、歩行特性取得プログラム等が記憶されたハードディスク（又はＲＯＭ）と、メモリ（ＲＡＭ）と、ＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体を読み取り可能な読取装置とを備えている。ここで、例えばハードディスクに記憶されている歩行特性取得プログラムがメモリに展開されて実行されることにより、電子制御装置５０は、上述したポール検出部５１、脚部検出パラメータ取得部５２、脚部検出部５３、速度演算部５４、記憶部５５、パターン分類部５６、及び歩行特性取得部５７として機能する。次に、電子制御装置５０の各構成要素について説明する。
　ポール検出部５１は、被験者１００の歩行特性の取得に先立ち、事前に、一対のポール３０，３１の位置を検出して、レーザレンジファインダ２０のゼロ点のキャリブレーションを行う。すなわち、ポール検出部５１は、請求の範囲に記載の柱状部材検出手段として機能する。レーザレンジファインダ２０のゼロ点のキャリブレーションを行う際には、まず、一対のポール３０，３１が所定の位置に設置された後、図４に示されるように、レーザが水平方向に走査されて、ポール３０，３１との角度及び距離が検出される。
　そして、図５に示されるように、横軸をレーザの走査角度（射出角度）θとし、縦軸を障害物（この場合にはポール３０，３１）との距離Ｒとして、走査角度毎に検出された距離データを並べると、ポール３０，３１が存在している箇所で距離データが変化する。ポール検出部５１は、距離データが変化するポイント（エッジ）を検出して、ポール３０，３１の位置を特定する。そして、ポール３０とポール３１との中心位置と、レーザレンジファインダ２０とを結ぶ方向をレーザレンジファインダ２０のゼロ点として設定する。なお、ポール検出部５１により求められたポール３０，３１の位置及びレーザレンジファインダ２０のゼロ点は、記憶部５５に出力されて記憶され、被験者１００の歩行特性を取得する際に、マット１０のフィールド固定座標系への座標変換に用いられる。このフィールド座標系の第１の軸は、ポール３０とポール３１の中心間を結ぶ直線で規定される。
　脚部検出パラメータ取得部５２は、被験者１００の歩行特性の取得に先立ち、被験者１００の脚部の太さ（脚部検出パラメータ）のキャリブレーションを行う。すなわち、脚部検出パラメータ取得部５２は、請求の範囲に記載の脚部検出パラメータ取得手段として機能する。
　脚部検出パラメータのキャリブレーションを行う際には、まず、被験者１００にマット１０の中央の区画１０ａに立ってもらい、レーザレンジファインダ２０が水平方向に走査されて、被験者１００の脚部との角度及び距離が検出される。そして、脚部検出パラメータ取得部５２は、図６に示されるように、距離データが変化するポイント（エッジ）を検出し、検出されたエッジ間の長さ、すなわち脚部の太さを特定する。なお、レーザレンジファインダ２０の走査角度は既知であるため、脚部との距離が取得できれば、脚部の太さを求めることができる。脚部検出パラメータ取得部５２により求められた被験者の脚部の太さは、記憶部５５に出力されて記憶され、被験者１００の歩行特性を取得する際に用いられる。
　脚部検出部５３は、被験者１００の歩行特性を取得する際に、レーザレンジファインダ２０により取得された距離情報に基づいて、被験者１００の脚部を検出し、検出された脚部の位置を特定する。すなわち、脚部検出部５３は、請求の範囲に記載の脚部検出手段として機能する。その際に、脚部検出部５３は、検出した物体（脚部）の太さと、記憶手段５５に記憶されている被験者１００の脚部の太さ（脚部検出パラメータ）とを比較し、該被験者１００の脚部であるか否かを判定する。すなわち、脚部検出部５３は、予め取得されて記憶されている被験者１００の脚部の太さと、検出された脚部の太さとが略一致する場合には、被験者１００の脚部であると判定する。
　被験者１００の脚部が検出されたときに、脚部検出部５３は、図７に示されるように、検出された各脚それぞれの中心点、及び２本の脚と脚との間、すなわち身体の中心点を求める。なお、その際に、脚部検出部５３は、記憶部５５に記憶されているレーザレンジファインダ２０のゼロ点を基準にしたフィールド固定座標系において、上述した３つの中心点、すなわち、被験者１００の脚部及び身体の位置を特定する。脚部検出部５３により検出された被験者の脚部（中心点）の位置は、速度演算部５４に出力されるともに、記憶部５５に出力され、時刻情報と関連付けて記憶される。
　速度演算部５４は、脚部検出部５３により検出された脚部及び身体の中心点の位置（今回値）と、記憶部５５に時刻情報と関連付けて記憶されている脚部及び身体の中心点の位置（前回値）との経時変化から被験者１００の脚部及び身体の中心点の速度を求める。すなわち、速度演算部５４は、請求の範囲に記載の速度演算手段として機能する。速度演算部５４により求められた脚部及び身体の速度（各中心点の速度）は、記憶部５５に出力され、時刻情報と関連付けて記憶される。
　記憶部５５は、ポール検出部５１により事前に取得された一対のポール３０，３１それぞれの位置、及び、レーザレンジファインダ２０のゼロ点を記憶する。また、記憶部５５は、脚部検出パラメータ取得部５２により事前に取得された被験者１００の脚部の太さ（脚部検出パラメータ）を記憶する。さらに、記憶部５５は、脚部検出部５３により特定された脚部及び身体の位置（各中心点の位置）を時刻情報と関連付けて記憶する。また、記憶部５５は、脚部速度演算部５４により求められた脚部及び身体の速度（各中心点の速度）を時刻情報と関連付けて記憶する。記憶部５５は、請求の範囲に記載の記憶手段として機能する。なお、記憶部５５に記憶されている脚部・身体の位置（各中心点の位置）及び速度（各中心点の速度）は、パターン分類部５６及び歩行特性取得部５７に出力される。
　パターン分類部５６は、図８に示されるように、脚部検出部５３により求められた両脚部及び身体の中心点の数及び配置に基づいて、被験者１００の脚部の状態を複数（本実施形態では３つ）のパターン、すなわち、両足を開いて立っている状態（ＬＡ：ｔｗｏ　Ｌｅｇｓ　Ａｐａｒｔ）、片足を踏み出して歩いている状態（ＦＳ：Ｆｏｒｗａｒｄ　Ｓｔｒａｄｄｌｅ）、及び、両脚が閉じている状態（ＳＬ：Ｓｉｎｇｌｅ　Ｌｅｇ）に分類する。パターン分類部５６は、請求の範囲に記載の分類手段として機能する。より具体的には、極座標を座標変換した矩形のフィールド固定座標系において、両脚及び身体の３つの中心点が、フィールド固定座標系を規定する第１の軸（両ポール３０，３１の中心点間を結ぶ直線）から、該第１の軸と直交する方向にそれぞれ略同じ距離にあると判断された場合には、被験者１００が立っている状態であると判定される。一方、両脚及び身体の３つの中心点が、上記第１の軸から、該第１の軸と直交する方向にそれぞれ異なる距離にあると判断された場合には、被験者１００が歩いている状態であると判定される。また、両脚及び身体の中心点が１点しか検出されなかったときには、被験者１００が両脚を閉じている状態であると判定される。なお、パターン分類部５６により分類されたパターンは、歩行特性取得部５７に出力される。
　歩行特性取得部５７は、記憶部５５に時刻情報と関連付けて記憶されている脚部及び身体の位置（各中心点の位置）の経時変化及び上記分類パターン等に基づいて、被験者１００の歩行特性を取得する。すなわち、歩行特性取得部５７は、請求の範囲に記載の取得手段として機能する。
　より詳細には、歩行特性取得部５７は、脚部の速度（脚部の中心点の速度）が閾値を超え、かつ、該脚部の位置の変位量（脚部の中心点の変位量、すなわちホームポジション１０ａの中心からの移動距離）が閾値を超えた場合に、被験者１００が移動を開始したと判定する。また、歩行特性取得部５７は、被験者１００の脚部及び身体の速度（各中心点の速度）に基づいて、被験者１００が停止したか否かを判定する。そして、歩行特性取得部５７は、被験者１００が停止したと判定したときに、上述した３つの分類パターンを用いて、被験者１００の両脚がマット１０上の正しい区画内（すなわち提示された区画内）に入っているか否かを判定する。
　さらに、歩行特性取得部５７は、例えば、検出された脚部及び身体（各中心点）の位置、速度、該位置及び速度と関連付けて記憶されている時刻情報、及び分類されたパターンに基づいて、例えば、提示された移動方向と被験者１００の移動方向とが一致しているか否か、被験者１００が移動を開始してから移動を完了するまでの時間の長さ、及び／又は、移動方向が提示されてから移動を開始するまでの時間の長さなどを判定し、その判定結果に基づいて、被験者１００の歩行特性を取得する。歩行特性取得部５７により取得された歩行特性（判定・評価結果）は、ディスプレイ４０に出力されて表示される。
　次に、図３を参照しつつ、歩行特性取得装置１の動作について説明する。図３は、歩行特性取得装置１による歩行特性取得処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、本処理は、電子制御装置５０において所定のタイミングで実行される。
　始めに、レーザレンジファインダ２０のゼロ点及び脚部検出パラメータのキャリブレーションが行われる。そのため、まず、ステップＳ１００では、レーザレンジファインダ２０が駆動されて、レーザがマット１０上を水平方向に走査される。
　続くステップＳ１０２では、各ポール３０，３１との距離・角度が検出され、ポール３０，３１の位置が特定されるとともに、ポール３０とポール３１との中心位置と、レーザレンジファインダ２０とを結ぶ方向がレーザレンジファインダ２０のゼロ点として設定され、記憶される。なお、レーザレンジファインダ２０のゼロ点の設定方法は上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。また、ステップＳ１０２では、歩行領域の極座標系からフィールド座標系への変換が行われる。より具体的には、ポール３０とポール３１の中心位置を結ぶ直線を第１の軸とし、この第１の軸と直交する直線を第２の軸とした直交座標系が作成され、この直交座標系において歩行領域が展開される。なお、ポール３０とポール３１の中心位置を結ぶ直線（第１の軸）が基準線となる。
　続いて、ステップＳ１０４では、マット１０上に立ってもらった被験者１００の脚部との角度及び距離が検出され、被験者１００の正面側の脚部の太さ（脚部検出パラメータ）が特定される。なお、脚部の太さの求め方は上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
　レーザレンジファインダ２０及び脚部検出パラメータのキャリブレーションが終了した後、ステップＳ１０６では、被験者１００の歩行特性を取得するために、レーザレンジファインダ２０が駆動されて、レーザがマット１０上を水平方向に走査される。
　次に、ステップＳ１０８では、脚部及び身体の位置（各中心点の位置）が検出される。また、検出された脚部及び身体の位置（各中心点の位置）に基づいて、脚部の状態が上述した３つのパターンに分類され、その分類結果に応じて、被験者１００の位置が特定される。なお、被験者１００の脚部及び身体の位置（各中心点の位置）の検出方法、及び、パターンの分類方法については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
　続いて、ステップＳ１１０では、ステップＳ１０８における判定結果に基づいて、被験者１００が中央の区画（ホームポジション）１０ａに立っているか否かについての判断が行われる。ここで、被験者１００がホームポジション１０ａに立っていると判定された場合には、ステップＳ１１４に処理が移行する。一方、被験者１００がホームポジション１０ａ以外の区画にいると判定されたときには、ステップＳ１１２に処理が移行する。
　ステップＳ１１２では、被験者１００の移動方向が判定される。その後、上述したステップＳ１０６に処理が移行し、該ステップＳ１０６以降の処理が再度繰り返して実行される。
　一方、ステップＳ１１０において被験者１００がホームポジション１０ａに立っていると判定されたときには、ステップＳ１１４では、被験者１００の歩行特性の取得が終了したか否か、すなわち、すべての移動方向提示が行われたか否かについての判断が行われる。ここで、歩行特性の取得がまだ終了していないときには、ステップＳ１１８に処理が移行する。
　ステップＳ１１８では、次の移動方向がディスプレイ４０に表示される。被験者１００は、ディスプレイ４０の表示に従って移動を開始する。そして、上述したステップＳ１０６に処理が移行し、ステップＳ１０６以降の処理が再度実行される。
　一方、取得が終了した場合には、ステップＳ１１６において、ディスプレイ４０に被験者１００の歩行特性の判定・評価結果が表示された後、本処理から抜ける。なお、歩行特性の判定・評価方法については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
　次に、被験者１００がマット１０上を左右方向へ歩行したとき、及び前後方向へ歩行したときの脚部と身体の位置と速度を測定し、その測定結果から歩行特性を評価した。続いて、図９～図１３を合わせて参照しつつ、脚部と身体の位置並びに速度の測定結果、及び取得された歩行特性について説明する。ここで、図９は、被験者１００が左右に歩行したときの脚部及び身体の左右方向（Ｘ方向）の位置の測定結果を示す図であり、図１０は、被験者１００が前後に歩行したときの脚部及び身体の前後方向（Ｙ方向）の位置の測定結果を示す図である。また、図１１は、被験者１００が左右に歩行したときの脚部及び身体の左右方向（Ｘ方向）の速度の測定結果を示す図であり、図１２は、被験者１００が前後に歩行したときの脚部及び身体の前後方向（Ｙ方向）の速度の測定結果を示す図である。図１３は、被験者１００が中央の区画１０ａから右側の区画に歩行した後、中央の区画１０ａに戻った場合の歩行特性を示す図である。
　まず、図９を参照しつつ、被験者１００が左右に歩行したときの脚部及び身体の左右方向（Ｘ方向）の位置（変位）の測定結果について説明する。ここでは、次の（１）～（４）のステップを通して、被験者１００の脚部と身体の位置（変位）を測定した。
（１）ディスプレイ４０に、右側へ移動するように移動方向（右矢印）が表示される。
（２）被験者１００は、中央の区画（ホームポジション）１０ａから右側の区画に移動し、移動が完了した後、中央の区画１０ａに戻る。
（３）被験者が中央の区画１０ａに戻ったことが確認された場合、ディスプレイ４０に、左側へ移動するように移動方向（左矢印）が表示される。
（４）被験者１００は、中央の区画（ホームポジション）１０ａから左側の区画に移動し、移動が完了した後、中央の区画１０ａに戻る。
　図９のグラフは、横軸が時間（ｓ）、縦軸が位置（中央の区画１０ａの中心からの変位）（ｍ）である。図９のグラフでは、中央の区画１０ａの中心位置をゼロとし、左方向を正（＋）、右方向を負（－）とした。また、図９のグラフでは、身体の中心の位置を実線で、右脚の中心の位置を破線で、左脚の中心の位置を一点鎖線で示した。
　図９に示されるように、中央の区画１０ａから左側の区画へ移動する際には、まず左脚の位置が左側へ動き、それに伴い身体の位置が左側へ動き、その後、右脚の位置が左側へ動いた後、停止する（すなわち左側の区画への移動が完了する）ことが計測された。その後、左側の区画から中央の区画１０ａへ戻る際には、まず右脚の位置が右側へ動き、それに伴い身体の位置が右側へ動き、その後、左脚の位置が右側へ動いた後、停止する（すなわち中央の区画１０ａへの移動が完了する）ことが計測された。
　一方、中央の区画１０ａから右側の区画へ移動する際には、まず右脚の位置が右側へ動き、それに伴い身体の位置が右側へ動き、その後、左脚の位置が右側へ動いて、停止する（すなわち右側の区画への移動が完了する）ことが計測された。その後、右側の区画から中央の区画１０ａへ戻る際には、まず左脚の位置が左側へ動き、それに伴い身体の位置が左側へ動き、その後、右脚の位置が左側へ動いて、停止する（すなわち中央の区画への移動が完了する）ことが計測された。
　このように、歩行特性取得装置１によれば、被験者１００がディスプレイ４０の表示に従って左右方向に歩行したときの脚部及び身体の左右方向（Ｘ方向）の位置（変位）を的確に測定できることが確認された。
　続いて、図１０を参照しつつ、被験者１００が前後に歩行したときの脚部及び身体の前後方向（Ｙ方向）の位置（変位）の測定結果について説明する。ここでは、次の（５）～（８）のステップを通して、被験者１００の脚部と身体の位置（変位）を測定した。
（５）ディスプレイ４０に、後方へ移動するように移動方向（下矢印）が表示される。
（６）被験者１００は、中央の区画（ホームポジション）１０ａから後方の区画に移動し、移動が完了した後、中央の区画１０ａに戻る。
（７）被験者が中央の区画１０ａに戻ったことが確認された場合、ディスプレイ４０に、前方へ移動するように移動方向（上矢印）が表示される。
（８）被験者１００は、中央の区画（ホームポジション）１０ａから前方の区画に移動し、移動が完了した後、中央の区画１０ａに戻る。
　図１０のグラフは、横軸が時間（ｓ）、縦軸が位置（中央の区画１０ａの中心からの変位）（ｍ）である。図１０のグラフでは、中央の区画１０ａの中心位置をゼロとし、後方向を正（＋）、前方向を負（－）とした。また、図１０のグラフでは、身体の中心の位置を実線で、右脚の中心の位置を破線で、左脚の中心の位置を一点鎖線で示した。
　図１０に示されるように、中央の区画１０ａから後方の区画へ移動する際には、まず左脚の位置が後方へ動き、それに伴い身体の位置が後方へ動き、その後、右脚の位置が後方へ動いた後、停止する（すなわち後方の区画への移動が完了する）ことが計測された。その後、後方の区画から中央の区画１０ａへ戻る際には、まず右脚の位置が前方へ動き、それに伴い身体の位置が前方へ動き、その後、左脚の位置が前方へ動いた後、停止する（すなわち中央の区画１０ａへの移動が完了する）ことが計測された。
　一方、中央の区画１０ａから前方の区画へ移動する際には、まず右脚の位置が前方へ動き、それに伴い身体の位置が前方へ動き、その後、左脚の位置が前方へ動いて、停止する（すなわち前方の区画への移動が完了する）ことが計測された。その後、前方の区画から中央の区画１０ａへ戻る際には、まず左脚の位置が後方へ動き、それに伴い身体の位置が後方へ動き、その後、右脚の位置が後方へ動いて、停止する（すなわち中央の区画への移動が完了する）ことが計測された。
　このように、歩行特性取得装置１によれば、被験者１００がディスプレイ４０の表示に従って前後方向に歩行したときの脚部及び身体の前後方向（Ｙ方向）の位置（変位）を的確に測定できることが確認された。
　次に、図１１を参照しつつ、被験者１００が左右に歩行したときの脚部及び身体の左右方向（Ｘ方向）の速度の測定結果について説明する。ここでは、上述した（１）～（４）と同じステップを通して、被験者１００の脚部と身体の速度を測定した。
　図１１のグラフは、横軸が時間（ｓ）、縦軸が速度（ｍ／ｓ）である。図１１のグラフでは、左方向の速度を正（＋）、右方向の速度を負（－）とした。また、図１１のグラフでは、身体の中心の速度を実線で、右脚の中心の速度を破線で、左脚の中心の速度を一点鎖線で示した。
　図１１に示されるように、中央の区画１０ａから左側の区画へ移動する際には、まず左脚が動き出すことによって、左脚の速度がゼロから＋側へ一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る（すなわち左脚が左側の区画で停止する）。この左脚の動きに同期して身体の速度もゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る。その後、右脚が動き出すことによって、右脚の速度がゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る（すなわち右脚が左側の区画で停止する）。この右脚の動きに同期して身体の速度もゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る。その後、左側の区画から中央の区画１０ａへ戻る際には、まず右脚が動き出すことによって、右脚の速度がゼロから－側へ一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る（すなわち右脚が中央の区画１０ａで停止する）。この右脚の動きに同期して身体の速度もゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る。その後、左脚が動き出すことによって、左脚の速度がゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る（すなわち左脚が中央の区画１０ａで停止する）。この左脚の動きに同期して身体の速度もゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る。
　一方、中央の区画１０ａから右側の区画へ移動する際には、まず右脚が動き出すことによって、右脚の速度がゼロから－側へ一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る（すなわち右脚が右側の区画で停止する）。この右脚の動きに同期して身体の速度もゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る。その後、左脚が動き出すことによって、左脚の速度がゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る（すなわち左脚が右側の区画で停止する）。この左脚の動きに同期して身体の速度もゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る。その後、右側の区画から中央の区画１０ａへ戻る際には、まず左脚が動き出すことによって、左脚の速度がゼロから＋側へ一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る（すなわち左脚が中央の区画１０ａで停止する）。この左脚の動きに同期して身体の速度もゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る。その後、右脚が動き出すことによって、右脚の速度がゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る（すなわち右脚が中央の区画１０ａで停止する）。この右脚の動きに同期して身体の速度もゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る。
　このように、歩行特性取得装置１によれば、被験者１００がディスプレイ４０の表示に従って左右方向に歩行したときの脚部及び身体の左右方向（Ｘ方向）の速度を的確に測定できることが確認された。
　次に、図１２を参照しつつ、被験者１００が前後に歩行したときの脚部及び身体の前後方向（Ｙ方向）の速度の測定結果について説明する。ここでは、上述した（５）～（８）と同じステップを通して、被験者１００の脚部と身体の速度を測定した。
　図１２のグラフは、横軸が時間（ｓ）、縦軸が速度（ｍ／ｓ）である。図１２のグラフでは、後方向の速度を正（＋）、前方向の速度を負（－）とした。また、図１２のグラフでは、身体の中心の速度を実線で、右脚の中心の速度を破線で、左脚の中心の速度を一点鎖線で示した。
　図１２に示されるように、中央の区画１０ａから後方の区画へ移動する際には、まず左脚が動き出すことによって、左脚の速度がゼロから＋側へ一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る（すなわち左脚が後方の区画で停止する）。この左脚の動きに同期して身体の速度もゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る。その後、右脚が動き出すことによって、右脚の速度がゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る（すなわち右脚が後方の区画で停止する）。この右脚の動きに同期して身体の速度もゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る。その後、後方の区画から中央の区画１０ａへ戻る際には、まず右脚が動き出すことによって、右脚の速度がゼロから－側へ一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る（すなわち右脚が中央の区画１０ａで停止する）。この右脚の動きに同期して身体の速度もゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る。その後、左脚が動き出すことによって、左脚の速度がゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る（すなわち左脚が中央の区画１０ａで停止する）。この左脚の動きに同期して身体の速度もゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る。
　一方、中央の区画１０ａから前方の区画へ移動する際には、まず右脚が動き出すことによって、右脚の速度がゼロから－側へ一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る（すなわち右脚が前方の区画で停止する）。この右脚の動きに同期して身体の速度もゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る。その後、左脚が動き出すことによって、左脚の速度がゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る（すなわち左脚が前方の区画で停止する）。この左脚の動きに同期して身体の速度もゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る。その後、前方の区画から中央の区画１０ａへ戻る際には、まず左脚が動き出すことによって、左脚の速度がゼロから＋側へ一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る（すなわち左脚が中央の区画１０ａで停止する）。この左脚の動きに同期して身体の速度もゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る。その後、右脚が動き出すことによって、右脚の速度がゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る（すなわち右脚が中央の区画１０ａで停止する）。この右脚の動きに同期して身体の速度もゼロから一旦上昇した後、減速して再びゼロに戻る。
　このように、歩行特性取得装置１によれば、被験者１００がディスプレイ４０の表示に従って前後方向に歩行したときの脚部及び身体の前後方向（Ｙ方向）の速度を的確に測定できることが確認された。
　次に、図１３を参照しつつ、被験者１００が中央の区画（ホームポジション）１０ａから右側の区画に移動した後、中央の区画１０ａに戻った場合を例にして、被験者１００の歩行特性について説明する。ここで、図１３は、被験者１００が中央の区画１０ａから右側の区画に歩行した後、中央の区画１０ａに戻った場合の歩行特性を示す図であり、図の左右に、被験者１００が右側に歩行したときの脚部及び身体の左右方向（Ｘ方向）の位置（変位）の測定結果と、被験者１００が右側に歩行したときの脚部及び身体の左右方向の速度の測定結果とが対応付けて示されている。
　ここでは、歩行特性として、各脚が移動を開始する時間、及び移動を完了する時間を計測した。そして、その計測結果から、移動方向が表示されてから移動を開始するまでの時間、すなわち反応時間、及び、移動を開始してから完了するまでに要した移動時間を求めた。ここで、被験者１００が移動を開始したか否かの判定については、脚部の速度（脚部の中心点の速度）が閾値（例えば０．２５ｍ／ｓ）を超え、かつ、該脚部の位置の変位量（脚部の中心点の変位量）が閾値（例えば０．２２２５ｍ）を超えた場合に、被験者１００が移動を開始したと判定した。そして、被験者１００が移動を開始したと判定された場合には、時間をさかのぼって、位置が変化し始めたポイント（時刻）、速度がゼロから変化し始めたポイント（時刻）を取得し、そのポイント（時刻）を移動開始時刻とした。
　図１３に示されるように、計測開始後０．３９６秒の時点で、ディスプレイ４０に移動方向が表示された。その後、同１．０９６秒の時点で左脚の移動が開始され、同１．５８９秒の時点で左脚の移動が停止された。さらに、同１．６８８秒の時点で右脚の移動が開始され、同２．０８６秒の時点で右脚の移動が停止された。本測定結果に基づき、被験者１００の反応時間は、０．７００秒、移動時間は、０．９９０秒であることが取得された。
　このように、歩行特性取得装置１によれば、ディスプレイ４０の表示に従って被験者１００が右方向に歩行したときの歩行特性を的確に取得し、その結果から、認知に要する時間（認知機能）、及び、運動に要する時間（運動機能）を定量的に取得することができた。すなわち、歩行特性取得装置１によれば、被験者１００の歩行特性を取得し、その結果から、例えば、認知・運動を同時に遂行する機能（所謂二重課題処理能力）の低下による高齢者の転倒のし易さを定量的に判定することが可能なことが確認された。
　以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、レーザレンジファインダ２０により取得された距離情報に基づいて、被験者１００の脚部が検出されるとともに、該被験者１００の脚部の位置が特定される。そして、特定された脚部位置の経時変化に基づいて、被験者の歩行特性が取得される。よって、床反力計測装置を用いることなく歩行特性を取得することができるため、装置の小型軽量化、及び低コスト化を図ることができる。また、水平方向に走査させつつ射出されるレーザの反射状態に基づいて取得される距離情報から脚部を検出することができるため、脚部を検出するために画像処理等の負荷の高い処理を行う必要がない。よって、装置の処理負荷を低減し、処理速度を高速化することができる。その結果、本実施形態によれば、装置の小型軽量化（可搬性向上）及び低コスト化を図ることができ、かつ、処理時間をより短縮することが可能となる。また、本実施形態によれば、電子制御装置５０として、パーソナルコンピュータを用いることができるため、汎用性を高めることができる。
　本実施形態によれば、５つの正方形の区画が十字状に組み合されて配置されたマット１０を備え、レーザレンジファインダ２０によって、マット１０のエリア内が走査されて脚部の位置が特定される。そのため、５つの区画の間を前後左右に被験者１００に歩行してもらい、その際の被験者１００の脚部を検出することにより、統一された一定の条件の下での被験者１００の歩行特性を取得することができる。
　本実施形態によれば、一対のポール３０，３１は、マット１０の対称軸に対して対象な位置であって、かつ、マット１０との位置関係が予め規定された位置に配置される。そのため、レーザレンジファインダ２０がマット１０の対称軸上の所定の設置位置からずれた位置に設置されていたとしても、又は、レーザレンジファインダ２０の向きがマット１０の対象軸に対して曲がって設置されていたとしても、一対のポール３０，３１の位置及びポール間の中心（レーザレンジファインダ２０のゼロ点）を検出して記憶しておくことにより、マット１０に対するレーザレンジファインダ２０の設置位置・設置角度の相対的なずれを補正し、脚部のマット１０上の位置（すなわちフィールド固定座標系における位置）を正確に特定することができる。よって、マット１０に対するレーザレンジファインダ２０の位置精度を緩くすることができ、装置を設置する際の労力を低減することが可能となる。
　本実施形態によれば、被験者１００の脚の太さ（脚部検出パラメータ）が予め取得されて記憶されており、該被験者１００の歩行特性を取得する際に、検出された脚部の太さと記憶されている脚部の太さとが比較され、その結果に応じて被験者１００の脚であるか否かが判定されて検出される。そのため、被験者１００によって脚部の太さが異なる場合であっても、より正確に被験者１００の脚部を検出することが可能となる。
　本実施形態によれば、被験者１００に移動方向を表示するディスプレイ４０を備えており、表示された移動方向の認知と、移動（運動）とを同時に遂行する機能、所謂、二重課題処理能力を評価することが可能となる。
　本実施形態によれば、脚部に加えて両脚部の中心（すなわち身体の中心）も検知されるため、被験者１００の位置・動きを二重系で検出すること、例えば、脚と身体の中心が両方止まった場合に被験者が止まったと判定することができる。よって、取得された脚部の距離情報にノイズが含まれている場合であっても、ノイズの影響を受け難く、より正確な判定をすることが可能となる。
　本実施形態によれば、脚部検出部５３により求められた中心点の数及び配置から、例えば、両脚を離して立っている状態、両脚をくっつけて立っている状態、及び、歩いている状態を分類することが可能となる。
　本実施形態によれば、脚部検出部５３により検出された脚部の位置と、記憶部５４に記憶されている脚部の位置との経時変化から該脚部の速度が求められ、求められた脚部の速度が時刻情報と関連付けて記憶される。そのため、例えば、脚部の速度から、被験者１００が歩行しているか、止まったか（又は止まっているか）等を判定することが可能となる。
　本実施形態によれば、脚部の速度が閾値を超え、かつ、該脚部の位置の変化量が閾値を超えた場合に、被験者１００が歩行を開始したと判定される。よって、脚部の速度のみ、又は位置のみから歩行開始を判定する場合と比較して、ノイズの影響を低減することができ、より正確に被験者１００が動き始めたか否かを検出する。ことが可能となる。
　本実施形態によれば、被験者１００の脚部の速度に基づいて、被験者１００が停止したか否かを判定し、被験者１００が停止したと判定されたときに、分類パターンに応じて、該被験者１００の両脚が正しい区画内に入っているか否かが判定される。そのため、脚が止まったか否かを判定するとともに、脚が止まった場合には、脚の位置が指示された区画の中に正しく納まっているか否かを判定することができる。よって、指示通りに正確に移動できているか否かを判定・評価することが可能となる。
　本実施形態によれば、検出された脚部の位置、速度、及び、該位置及び速度と関連付けて記憶されている時刻情報に基づいて、提示された移動方向と被験者１００の移動方向とが一致しているか否か、被験者１００が移動を開始してから移動を完了するまでの時間、及び／又は、移動方向が提示されてから移動を開始するまでの時間を判定し、該判定の結果に基づいて、被験者１００の歩行特性が取得される。そのため、認知・運動の正確性、移動時間、及び、反応時間の観点から、被験者１００の歩行特性を、定量的に評価することができる。すなわち、間違いなく移動できたか、スムーズに移動できたか、移動完了時間および反応時間（移動方向が提示されてから移動を開始するまでの時間）は適切か、といった観点から被験者１００の歩行特性（二重課題処理能力）を判定・評価することが可能となる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、マット１０を構成する５つの区画を十字状に配置したが、マット１０を構成する区画の配置は、十字状には限られない。例えば、４５°回転させて、Ｘ字状に区画を配置し、前後左右に代えて、斜め前方（右前・左前）及び斜め後方（右後・左後）に移動する構成としてもよい。また、３×３のマトリックス状（升目状）に区画を配置し、前後左右に加えて、斜め前方及び斜め後方に移動するようにしてもよい。また、マット１０を構成する区画の形状は、正方形には限られない。
　また、上記実施形態では、脚部・身体の位置及び速度から歩行特性を取得したが、さらに、脚部・身体の加速度を求め、該加速度をも考慮して歩行特性を取得する構成としてもよい。
　さらに、一対のポール３０，３１の形状、大きさ、配置等は、上記実施形態には限られない。また、被験者１００に対する移動方向の提示方法も上記実施形態には限られない。
　１　歩行特性取得装置
　１０　マット
　２０　レーザレンジファインダ
　３０，３１　ポール
　４０　ディスプレイ
　５０　電子制御装置
　５１　ポール検出部
　５２　脚部検出パラメータ取得部
　５３　脚部検出部
　５４　速度演算部
　５５　記憶部
　５６　パターン分類部
　５７　歩行特性取得部

Claims (18)

  1. 　水平方向に走査するように、検出波を射出するとともに、該検出波の反射状態に基づいて該検出波を反射した物体との距離を検出して、物体との距離情報を取得する距離情報取得手段と、
    　前記距離情報取得手段により取得された前記距離情報に基づいて、被験者の脚部を検出し、検出した脚部の位置を特定する脚部検出手段と、
    　前記脚部検出手段により特定された脚部の位置を時刻情報と関連付けて記憶する記憶手段と、
    　前記記憶手段に時刻情報と関連付けて記憶されている脚部の位置の経時変化に基づいて、被験者の歩行特性を取得する取得手段と、を備えることを特徴とする歩行特性取得装置。
  2. 　床面に配設され、複数の区画からなり、平面視した場合に線対称な歩行領域を備え、
    　前記距離情報取得手段は、前記歩行領域の外側に、該歩行領域の対象軸に沿って配置され、前記歩行領域内を走査することを特徴とする請求項１に記載の歩行特性取得装置。
  3. 　前記歩行領域の前記対称軸に対して対象な位置であって、前記歩行領域との位置関係が予め規定された位置に配置された一対の柱状部材と、
    　事前に、前記距離情報取得手段により取得された前記一対の柱状部材との距離情報に基づいて、前記一対の柱状部材それぞれの位置を検出する柱状部材検出手段と、をさらに備え、
    　前記記憶手段は、前記柱状部材検出手段により検出された前記一対の柱状部材それぞれの位置を記憶し、
    　被験者の歩行特性を取得する際に、前記脚部検出手段は、前記記憶手段に記憶されている前記柱状部材の位置に基づいて、被験者の脚部の位置を特定することを特徴とする請求項２に記載の歩行特性取得装置。
  4. 　事前に、前記距離情報取得手段により取得された被験者の脚部との距離情報に基づいて、該被験者の脚部の太さを算出する脚部検出パラメータ取得手段を備え、
    　前記記憶手段は、前記脚部検出パラメータ取得手段により算出された被験者の脚部の太さを記憶し、
    　被験者の歩行特性を取得する際に、前記脚部検出手段は、検出した脚部の太さと、前記記憶手段に記憶されている前記被験者の脚部の太さとの比較結果に基づいて、該被験者の脚部を検出することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の歩行特性取得装置。
  5. 　被験者に移動方向を提示する移動方向提示手段を備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の歩行特性取得装置。
  6. 　前記脚部検出手段は、検出された各脚それぞれの中心点、及び２本の脚と脚との間の中心点を求め、
    　前記記憶手段は、前記脚部検出手段により求められた中心点の位置を時刻情報と関連付けて記憶することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の歩行特性取得装置。
  7. 　前記脚部検出手段により求められた前記中心点の数及び配置に基づいて、被験者の脚部の状態を複数のパターンに分類する分類手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の歩行特性取得装置。
  8. 　前記脚部検出手段により検出された脚部の位置と、前記記憶手段に記憶されている脚部の位置との経時変化から該脚部の速度を求める速度演算手段を備え、
    　前記記憶手段は、前記脚部速度演算手段により求められた脚部の速度を時刻情報と関連付けて記憶することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の歩行特性取得装置。
  9. 　前記取得手段は、脚部の速度が閾値を超え、かつ、該脚部の位置の変化量が閾値を超えた場合に、被験者が歩行を開始したと判定することを特徴とする請求項８に記載の歩行特性取得装置。
  10. 　前記取得手段は、被験者の脚部の速度に基づいて、被験者が停止したか否かを判定し、被験者が停止したと判定されたときに、該被験者の両脚が正しい区画内に入っているか否かを判定することを特徴とする請求項９に記載の歩行特性取得装置。
  11. 　前記取得手段は、検出された脚部の位置、速度、及び、該位置及び速度と関連付けて記憶されている時刻情報に基づいて、提示された移動方向と被験者の移動方向とが一致しているか否か、被験者が移動を開始してから、移動を完了するまでの時間、及び／又は、移動方向が提示されてから移動を開始するまでの時間を判定し、該判定の結果に基づいて、被験者の歩行特性を取得することを特徴とする請求項１０に記載の歩行特性取得装置。
  12. 　被験者に移動方向を提示する移動方向提示手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の歩行特性取得装置。
  13. 　前記脚部検出手段は、検出された各脚それぞれの中心点、及び２本の脚と脚との間の中心点を求め、
    　前記記憶手段は、前記脚部検出手段により求められた中心点の位置を時刻情報と関連付けて記憶することを特徴とする請求項１２に記載の歩行特性取得装置。
  14. 　前記脚部検出手段により求められた前記中心点の数及び配置に基づいて、被験者の脚部の状態を複数のパターンに分類する分類手段を備えることを特徴とする請求項１３に記載の歩行特性取得装置。
  15. 　前記脚部検出手段により検出された脚部の位置と、前記記憶手段に記憶されている脚部の位置との経時変化から該脚部の速度を求める速度演算手段を備え、
    　前記記憶手段は、前記脚部速度演算手段により求められた脚部の速度を時刻情報と関連付けて記憶することを特徴とする請求項１４に記載の歩行特性取得装置。
  16. 　前記取得手段は、脚部の速度が閾値を超え、かつ、該脚部の位置の変化量が閾値を超えた場合に、被験者が歩行を開始したと判定することを特徴とする請求項１５に記載の歩行特性取得装置。
  17. 　前記取得手段は、被験者の脚部の速度に基づいて、被験者が停止したか否かを判定し、被験者が停止したと判定されたときに、該被験者の両脚が正しい区画内に入っているか否かを判定することを特徴とする請求項１６に記載の歩行特性取得装置。
  18. 　前記取得手段は、検出された脚部の位置、速度、及び、該位置及び速度と関連付けて記憶されている時刻情報に基づいて、提示された移動方向と被験者の移動方向とが一致しているか否か、被験者が移動を開始してから、移動を完了するまでの時間、及び／又は、移動方向が提示されてから移動を開始するまでの時間を判定し、該判定の結果に基づいて、被験者の歩行特性を取得することを特徴とする請求項１７に記載の歩行特性取得装置。
     
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