WO2023127008A1 - 動的バランス推定装置、動的バランス推定システム、動的バランス推定方法、および記録媒体 - Google Patents

動的バランス推定装置、動的バランス推定システム、動的バランス推定方法、および記録媒体 Download PDF

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WO2023127008A1
WO2023127008A1 PCT/JP2021/048550 JP2021048550W WO2023127008A1 WO 2023127008 A1 WO2023127008 A1 WO 2023127008A1 JP 2021048550 W JP2021048550 W JP 2021048550W WO 2023127008 A1 WO2023127008 A1 WO 2023127008A1
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WO
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dynamic balance
data
feature amount
user
estimation
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PCT/JP2021/048550
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English (en)
French (fr)
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晨暉 黄
史行 二瓶
シンイ オウ
浩司 梶谷
善喬 野崎
謙一郎 福司
Original Assignee
日本電気株式会社
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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

Definitions

  • the present disclosure relates to a dynamic balance estimating device or the like that estimates dynamic balance using sensor data related to leg movements.
  • gait characteristics included in walking patterns.
  • characteristics also called gait
  • techniques for analyzing gaits based on sensor data measured by sensors mounted on footwear such as shoes have been developed.
  • Characteristics of gait events (also called gait events) associated with physical conditions appear in time-series data of sensor data.
  • Patent Document 1 discloses a device that detects foot abnormalities based on the walking characteristics of a pedestrian.
  • the device of Patent Literature 1 uses data acquired from sensors installed on the footwear to extract characteristic walking feature amounts in the walking of a pedestrian wearing footwear.
  • the device of Patent Literature 1 detects an abnormality of a pedestrian walking while wearing footwear, based on the extracted walking feature amount. For example, the device of Patent Literature 1 extracts characteristic regions related to hallux valgus from walking waveform data for one step cycle.
  • the device of Patent Literature 1 estimates the state of progression of hallux valgus using the gait feature amount of the extracted feature site.
  • Patent Document 2 discloses an evaluation method for collectively collecting data of a plurality of users from information obtained from users' daily walking motions.
  • a sensor provided in the insole of shoes used by a plurality of users is used to acquire sole pressure data for a predetermined period of time while walking and standing still.
  • the acquired data is analyzed to determine the sole pressure parameter, the central foot pressure parameter, and the time parameter during walking, and the sole pressure parameter and the central foot pressure parameter during standing still. , is acquired and accumulated for each user.
  • Patent Document 2 discloses that user data having items (attributes) such as gender, date of birth, height, and weight are held in a database.
  • Dynamic balance ability is an important index for evaluating frailty and fall risk. Dynamic balance ability can be evaluated by the performance of the Functional Reach Test (FRT). The performance of FRT is evaluated by the distance between fingertips (also called FR distance) in a state in which the upper limbs are moved (reached) as far forward as possible from a state in which both hands are raised at 90 degrees to the horizontal plane.
  • FRT Functional Reach Test
  • Non-Patent Document 1 reports the results of verification that the muscle activity of the multifidus muscle, the long head of the biceps femoris, the soleus muscle, and the medial head of the flexor hallucis brevis muscle increased during functional reach.
  • Non-Patent Document 2 shows the results of a correlation between the hip abductor muscle and the FR distance.
  • Non-Patent Document 3 reports that, as a result of verification of multidirectional FRT, there is a high correlation between the strength of the iliopsoas muscle and the FR distance.
  • Non-Patent Document 4 discloses the consideration that stability is acquired by changing the angle of the foot as a compensatory action for the decline in balance ability and muscle function associated with aging.
  • Patent Literature 1 does not disclose estimating dynamic balance using walking feature amounts of characteristic regions extracted from data acquired from sensors installed on footwear.
  • parameters such as a sole pressure parameter, a foot pressure center parameter, and a time parameter during walking are acquired using sole pressure data for a predetermined period of time measured by a sensor provided in the insole. and accumulate.
  • the method of Patent Document 2 estimates the user's physical condition by analyzing the accumulated parameters.
  • Patent Document 2 discloses that attributes such as gender, date of birth, height, and weight are stored, but does not disclose specific uses.
  • Non-Patent Documents 1 to 3 if FRT performance can be evaluated, dynamic balance can be evaluated. However, Non-Patent Documents 1 to 3 do not disclose a method for evaluating dynamic balance such as FRT in daily life.
  • An object of the present disclosure is to provide a dynamic balance estimation device or the like that can appropriately estimate dynamic balance in daily life.
  • a dynamic balance estimation device includes a data acquisition unit that acquires feature amount data including a feature amount used for estimating a user's dynamic balance, which is extracted from sensor data relating to user's leg movements. a storage unit that stores an estimation model that outputs a dynamic balance index according to the input of feature amount data; a storage unit that inputs the acquired feature amount data to the estimation model; and an estimating unit for estimating the user's dynamic balance, and an output unit for outputting information on the estimated user's dynamic balance.
  • a program includes a process of acquiring feature amount data including a feature amount used for estimating the user's dynamic balance, which is extracted from sensor data relating to the movement of the user's feet; A process of inputting data into an estimation model that outputs a dynamic balance index according to the input of feature data, and a process of estimating the user's dynamic balance according to the dynamic balance index output from the estimation model. , and outputting information about the estimated dynamic balance of the user.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a configuration of a dynamic balance estimation system according to a first embodiment
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a gait measuring device included in the dynamic balance estimation system according to the first embodiment
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing an arrangement example of a gait measuring device according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining an example of the relationship between a local coordinate system and a world coordinate system set in the gait measuring device according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a human body surface used in explaining the gait measuring device according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a walking cycle used in explaining the gait measuring device according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining gait parameters used in the explanation of the gait measuring device according to the first embodiment
  • 5 is a graph for explaining an example of time-series data of sensor data measured by the gait measuring device according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an example of normalization of walking waveform data extracted from time-series data of sensor data measured by the gait measuring device according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining an example of a walking phase cluster from which feature amounts are extracted by a feature amount data generation unit of the gait measuring device according to the first embodiment
  • 1 is a block diagram showing an example of a configuration of a dynamic balance estimation device included in the dynamic balance estimation system according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining a functional reach distance estimated by the dynamic balance estimation system according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining a functional reach distance estimated by the dynamic balance estimation system according to the first embodiment
  • 4 is a table relating to specific examples of feature values extracted by the gait measuring device included in the dynamic balance estimation system according to the first embodiment to estimate the functional reach distance
  • 4 is a graph showing the correlation between the feature amount F1 extracted by the gait measuring device included in the dynamic balance estimation system according to the first embodiment and the actually measured functional reach distance
  • 4 is a graph showing the correlation between the feature amount F2 extracted by the gait measuring device included in the dynamic balance estimation system according to the first embodiment and the actually measured functional reach distance
  • 7 is a graph showing the correlation between the feature quantity F3 extracted by the gait measuring device included in the dynamic balance estimation system according to the first embodiment and the actually measured functional reach distance
  • It is a graph which shows correlation with the feature-value F4 which the gait measuring device with which the dynamic balance estimation system which concerns
  • 4 is a graph showing the correlation between the feature amount F5 extracted by the gait measuring device included in the dynamic balance estimation system according to the first embodiment and the actually measured functional reach distance;
  • 4 is a block diagram showing an example of estimation of functional reach distance (dynamic balance index) by a dynamic balance estimation device included in the dynamic balance estimation system according to the first embodiment;
  • FIG. Correlation between estimated functional reach distance estimated using an estimation model generated by learning with gender, age, height, weight, and walking speed as explanatory variables and measured functional reach distance It is a graph showing the relationship.
  • 4 is a graph showing the correlation between the estimated value of the functional reach distance estimated by the dynamic balance estimation device provided in the dynamic balance estimation system according to the first embodiment and the measured value of the functional reach distance. .
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining an example of the operation of the gait measuring device included in the dynamic balance estimation system according to the first embodiment; 4 is a flowchart for explaining an example of the operation of the dynamic balance estimation device included in the dynamic balance estimation system according to the first embodiment;
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining an application example of the dynamic balance estimation system according to the first embodiment;
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of the configuration of a learning system according to a second embodiment;
  • FIG. FIG. 11 is a block diagram showing an example of the configuration of a learning device included in a learning system according to a second embodiment;
  • FIG. FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining an example of learning by a learning device included in a learning system according to a second embodiment;
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of the configuration of a dynamic balance estimation device according to a third embodiment;
  • FIG. It is a block diagram showing an example of hardware constitutions which perform control and processing of each embodiment.
  • the dynamic balance estimation system of the present embodiment measures sensor data relating to the movement of the user's feet as they walk.
  • the dynamic balance estimation system of this embodiment uses the measured sensor data to estimate the user's dynamic balance.
  • an example of estimating the performance of a Functional Reach Test will be given as dynamic balance.
  • FRT Functional Reach Test
  • the distance between the fingertips in a state in which the upper limbs are moved (reach) as far forward as possible from a standing position with both hands raised at 90 degrees with respect to the horizontal surface also referred to as a functional reach distance
  • Functional reach distance (hereinafter referred to as FR distance) is the performance value of FRT.
  • the technique of this embodiment can be applied to other than FRT performed with both hands.
  • the technique of the present embodiment can be applied to one-handed FRT and other variations of FRT.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a dynamic balance estimation system 1 according to this embodiment.
  • a dynamic balance estimation system 1 includes a gait measurement device 10 and a dynamic balance estimation device 13 .
  • the gait measuring device 10 and the dynamic balance estimating device 13 are configured as separate hardware will be described.
  • the gait measuring device 10 is installed on the footwear or the like of a subject (user) who is an estimation target of dynamic balance.
  • the function of the dynamic balance estimation device 13 is installed in a mobile terminal carried by a subject (user).
  • the configurations of the gait measuring device 10 and the dynamic balance estimating device 13 will be individually described below.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the gait measuring device 10. As shown in FIG. The gait measuring device 10 has a sensor 11 and a feature quantity data generator 12 . In this embodiment, an example in which the sensor 11 and the feature amount data generation unit 12 are integrated will be given. The sensor 11 and feature amount data generator 12 may be provided as separate devices.
  • the sensor 11 has an acceleration sensor 111 and an angular velocity sensor 112.
  • FIG. 2 shows an example in which the sensor 11 includes an acceleration sensor 111 and an angular velocity sensor 112 .
  • Sensors 11 may include sensors other than acceleration sensor 111 and angular velocity sensor 112 . Description of sensors other than the acceleration sensor 111 and the angular velocity sensor 112 that may be included in the sensor 11 is omitted.
  • the acceleration sensor 111 is a sensor that measures acceleration in three axial directions (also called spatial acceleration).
  • the acceleration sensor 111 measures acceleration (also referred to as spatial acceleration) as a physical quantity related to foot movement.
  • the acceleration sensor 111 outputs the measured acceleration to the feature quantity data generator 12 .
  • the acceleration sensor 111 can be a sensor of a piezoelectric type, a piezoresistive type, a capacitive type, or the like. As long as the sensor used as the acceleration sensor 111 can measure acceleration, the measurement method is not limited.
  • the angular velocity sensor 112 is a sensor that measures angular velocities around three axes (also called spatial angular velocities).
  • the angular velocity sensor 112 measures angular velocity (also referred to as spatial angular velocity) as a physical quantity relating to foot movement.
  • the angular velocity sensor 112 outputs the measured angular velocity to the feature quantity data generator 12 .
  • the angular velocity sensor 112 can be a vibration type sensor or a capacitance type sensor. As long as the sensor used as the angular velocity sensor 112 can measure the angular velocity, the measurement method is not limited.
  • the sensor 11 is realized, for example, by an inertial measurement device that measures acceleration and angular velocity.
  • An example of an inertial measurement device is an IMU (Inertial Measurement Unit).
  • the IMU includes an acceleration sensor 111 that measures acceleration along three axes and an angular velocity sensor 112 that measures angular velocity around three axes.
  • the sensor 11 may be implemented by an inertial measurement device such as VG (Vertical Gyro) or AHRS (Attitude Heading).
  • the sensor 11 may be realized by GPS/INS (Global Positioning System/Inertial Navigation System).
  • the sensor 11 may be implemented by a device other than an inertial measurement device as long as it can measure physical quantities related to foot movement.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example in which the gait measuring device 10 is arranged inside the shoe 100 of the right foot.
  • the gait measuring device 10 is installed at a position corresponding to the back side of the foot arch.
  • the gait measuring device 10 is arranged on an insole that is inserted into the shoe 100 .
  • the gait measuring device 10 may be arranged on the bottom surface of the shoe 100 .
  • the gait measuring device 10 may be embedded in the body of the shoe 100 .
  • the gait measuring device 10 may be detachable from the shoe 100 or may not be detachable from the shoe 100 .
  • the gait measuring device 10 may be installed at a position other than the back side of the arch as long as it can measure sensor data relating to the movement of the foot. Also, the gait measuring device 10 may be installed on a sock worn by the user or an accessory such as an anklet worn by the user. Also, the gait measuring device 10 may be attached directly to the foot or embedded in the foot. FIG. 3 shows an example in which the gait measuring device 10 is installed on the shoe 100 of the right foot. The gait measuring device 10 may be installed on the shoes 100 of both feet.
  • a local coordinate system is set with the gait measuring device 10 (sensor 11) as a reference, including the x-axis in the horizontal direction, the y-axis in the front-back direction, and the z-axis in the vertical direction.
  • the x-axis is positive to the left
  • the y-axis is positive to the rear
  • the z-axis is positive to the top.
  • the directions of the axes set in the sensors 11 may be the same for the left and right feet, or may be different for the left and right feet.
  • the vertical directions (directions in the Z-axis direction) of the sensors 11 placed in the left and right shoes 100 are the same. .
  • the three axes of the local coordinate system set in the sensor data derived from the left leg and the three axes of the local coordinate system set in the sensor data derived from the right leg are the same on the left and right.
  • FIG. 4 shows a local coordinate system (x-axis, y-axis, z-axis) set in the gait measuring device 10 (sensor 11) installed on the back side of the foot and a world coordinate system set with respect to the ground.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining (X-axis, Y-axis, Z-axis);
  • the world coordinate system X-axis, Y-axis, Z-axis
  • the user's lateral direction is the X-axis direction (leftward is positive)
  • the user's back direction is The Y-axis direction (backward is positive) and the direction of gravity is set to the Z-axis direction (vertically upward is positive).
  • FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the plane set for the human body (also called the human body plane).
  • a sagittal plane that divides the body left and right a coronal plane that divides the body front and back, and a horizontal plane that divides the body horizontally are defined.
  • the world coordinate system and the local coordinate system coincide with each other when the user stands upright with the center line of the foot facing the direction of travel.
  • rotation in the sagittal plane with the x-axis as the rotation axis is roll
  • rotation in the coronal plane with the y-axis as the rotation axis is pitch
  • rotation in the horizontal plane with the z-axis as the rotation axis is yaw.
  • the rotation angle in the sagittal plane with the x-axis as the rotation axis is the roll angle
  • the rotation angle in the coronal plane with the y-axis as the rotation axis is the pitch angle
  • the rotation angle in the horizontal plane with the z-axis as the rotation axis is defined as the yaw angle.
  • the feature amount data generation unit 12 (also called a feature amount data generation device) has an acquisition unit 121, a normalization unit 122, an extraction unit 123, a generation unit 125, and a feature amount data output unit 127.
  • the feature amount data generator 12 is implemented by a microcomputer or microcontroller that performs overall control and data processing of the gait measuring device 10 .
  • the feature data generator 12 has a CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, and the like.
  • the feature amount data generator 12 controls the acceleration sensor 111 and the angular velocity sensor 112 to measure angular velocity and acceleration.
  • the feature amount data generator 12 may be mounted on a mobile terminal (not shown) carried by a subject (user).
  • the acquisition unit 121 acquires acceleration in three axial directions from the acceleration sensor 111 . Also, the obtaining unit 121 obtains angular velocities about three axes from the angular velocity sensor 112 . For example, the acquisition unit 121 performs AD conversion (Analog-to-Digital Conversion) on physical quantities (analog data) such as the acquired angular velocity and acceleration. Physical quantities (analog data) measured by acceleration sensor 111 and angular velocity sensor 112 may be converted into digital data by acceleration sensor 111 and angular velocity sensor 112, respectively. The acquisition unit 121 outputs converted digital data (also referred to as sensor data) to the normalization unit 122 . Acquisition unit 121 may be configured to store sensor data in a storage unit (not shown).
  • the sensor data includes at least acceleration data converted into digital data and angular velocity data converted into digital data.
  • the acceleration data includes acceleration vectors in three axial directions.
  • the angular velocity data includes angular velocity vectors around three axes. Acceleration data and angular velocity data are associated with acquisition times of those data. Further, the acquisition unit 121 may apply corrections such as mounting error correction, temperature correction, and linearity correction to the acceleration data and the angular velocity data.
  • the normalization unit 122 acquires sensor data from the acquisition unit 121.
  • the normalization unit 122 extracts time-series data (also referred to as walking waveform data) for one step cycle from the time-series data of the acceleration in the three-axis direction and the angular velocity around the three axes included in the sensor data.
  • the normalization unit 122 normalizes (also referred to as first normalization) the time of the extracted walking waveform data for one step cycle to a walking cycle of 0 to 100% (percentage). Timings such as 1% and 10% included in the 0-100% walking cycle are also called walking phases.
  • the normalization unit 122 normalizes the first normalized walking waveform data for one step cycle so that the stance phase is 60% and the swing phase is 40% (also referred to as second normalization). do.
  • the stance phase is the period during which at least part of the sole of the foot is in contact with the ground.
  • the swing phase is the period during which the sole of the foot is off the ground.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining the step cycle based on the right foot.
  • the step cycle based on the left foot is also the same as the right foot.
  • the horizontal axis of FIG. 6 represents one gait cycle of the right foot starting when the heel of the right foot lands on the ground and ending when the heel of the right foot lands on the ground.
  • the horizontal axis in FIG. 6 is first normalized with the stride cycle as 100%.
  • the horizontal axis in FIG. 6 is second normalized so that the stance phase is 60% and the swing phase is 40%.
  • One walking cycle of one leg is roughly divided into a stance phase in which at least part of the sole of the foot is in contact with the ground, and a swing phase in which the sole of the foot is separated from the ground.
  • the stance phase is further subdivided into a load response period T1, a middle stance period T2, a final stance period T3, and an early swing period T4.
  • the swing phase is further subdivided into early swing phase T5, middle swing phase T6, and final swing phase T7.
  • FIG. 6 is an example, and does not limit the periods constituting the one-step cycle, the names of those periods, and the like.
  • E1 represents an event (heel contact) in which the heel of the right foot touches the ground (HC: Heel Contact).
  • E2 represents an event in which the toe of the left foot leaves the ground while the sole of the right foot is in contact with the ground (OTO: Opposite Toe Off).
  • E3 represents an event (heel rise) in which the heel of the right foot is lifted while the sole of the right foot is in contact with the ground (HR: Heel Rise).
  • E4 is an event in which the heel of the left foot touches the ground (opposite heel strike) (OHS: Opposite Heel Strike).
  • E5 represents an event (toe off) in which the toe of the right foot leaves the ground while the sole of the left foot is in contact with the ground (TO: Toe Off).
  • E6 represents an event (Foot Adjacent) in which the left foot and the right foot cross each other while the sole of the left foot is in contact with the ground (FA: Foot Adjacent).
  • E7 represents an event (tibia vertical) in which the tibia of the right foot becomes almost vertical to the ground while the sole of the left foot is in contact with the ground (TV: Tibia Vertical).
  • E8 represents an event (heel contact) in which the heel of the right foot touches the ground (HC: Heel Contact).
  • E8 corresponds to the end point of the walking cycle starting from E1 and the starting point of the next walking cycle. Note that FIG. 6 is an example, and does not limit the events that occur during walking and the names of those events.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining an example of gait parameters.
  • Right foot step length S R is the difference in Y coordinates between the right heel and the left heel when the left foot sole is in contact with the ground and the right heel is swung in the direction of travel and landed on the ground.
  • the left foot step length S L is the difference between the Y coordinates of the heel of the left foot and the heel of the right foot when transitioning from a state in which the sole of the right foot is on the ground to a state in which the heel of the left foot is swung in the direction of travel and is on the ground. be.
  • the stride length T is the sum of the right foot step length S R and the left foot step length S L .
  • the step distance W is the distance between the right foot and the left foot. In FIG. 7, the step distance W is the difference between the X coordinate of the center line of the heel of the right foot in contact with the ground and the X coordinate of the center line of the heel of the left foot in contact with the ground.
  • the foot angle F is the angle between the center line of the foot and the traveling direction (Y-axis) when the sole of the foot is in contact with the ground. In this embodiment, in the swing phase, the foot angle is evaluated while the foot is in the air.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an example of detecting heel contact HC and toe off TO from time-series data (solid line) of traveling direction acceleration (Y-direction acceleration).
  • the timing of heel contact HC is the timing of the minimum peak immediately after the maximum peak appearing in the time-series data of traveling direction acceleration (Y-direction acceleration).
  • the maximum peak that marks the timing of heel contact HC corresponds to the maximum peak of the walking waveform data for one step cycle.
  • the interval between successive heel strikes HC is the stride period.
  • the timing of the toe-off TO is the timing of the rise of the maximum peak that appears after the period of the stance phase in which no change appears in the time-series data of the acceleration in the traveling direction (the Y-direction acceleration).
  • time-series data (dashed line) of the roll angle (angular velocity around the X-axis).
  • the midpoint timing between the timing when the roll angle is minimum and the timing when the roll angle is maximum corresponds to the middle stage of stance.
  • parameters also called gait parameters
  • walking speed stride length
  • circumcision internal rotation/external rotation
  • plantarflexion/dorsiflexion etc.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an example of walking waveform data normalized by the normalization unit 122.
  • the normalization unit 122 detects heel contact HC and toe off TO from the time-series data of traveling direction acceleration (Y-direction acceleration).
  • the normalization unit 122 extracts the interval between consecutive heel strikes HC as walking waveform data for one step cycle.
  • the normalization unit 122 converts the horizontal axis (time axis) of the walking waveform data for one step cycle into a walking cycle of 0 to 100% by the first normalization.
  • the walking waveform data after the first normalization is indicated by a dashed line.
  • the timing of the toe take-off TO deviates from 60%.
  • the normalization unit 122 normalizes the section from the heel contact HC at 0% in the walking phase to the toe-off TO following the heel contact HC to 0-60%. Further, the normalization unit 122 normalizes the section from the toe-off TO to the heel-contact HC in which the walking phase subsequent to the toe-off TO is 100% to 60 to 100%.
  • the gait waveform data for one step cycle is normalized into a section of 0 to 60% of the gait cycle (stance phase) and a section of 60 to 100% of the gait cycle (swing phase).
  • the walking waveform data after the second normalization is indicated by a solid line. In the second normalized walking waveform data (solid line), the timing of the toe take-off TO coincides with 60%.
  • FIGS. 8 and 9 show an example of extracting/normalizing walking waveform data for one step cycle based on the acceleration in the direction of travel (acceleration in the Y direction).
  • the normalization unit 122 extracts/normalizes the walking waveform data for one step cycle in accordance with the walking cycle of the acceleration in the direction of travel (the acceleration in the Y direction).
  • the normalization unit 122 may generate time-series data of angles about three axes by integrating time-series data of angular velocities about three axes.
  • the normalization unit 122 also extracts/normalizes the walking waveform data for one step cycle in accordance with the walking cycle of the acceleration in the direction of travel (acceleration in the Y direction) for angles around the three axes.
  • the normalization unit 122 may extract/normalize walking waveform data for one step cycle based on acceleration/angular velocity other than acceleration in the direction of travel (acceleration in the Y direction) (not shown). For example, the normalization unit 122 may detect heel contact HC and toe off TO from time series data of vertical direction acceleration (Z direction acceleration).
  • the timing of the heel contact HC is the timing of a sharp minimum peak appearing in the time-series data of vertical acceleration (Z-direction acceleration). At the timing of the sharp minimum peak, the value of the vertical acceleration (Z-direction acceleration) becomes almost zero.
  • the minimum peak that marks the timing of heel contact HC corresponds to the minimum peak of walking waveform data for one step cycle.
  • the interval between successive heel strikes HC is the stride period.
  • the timing of the toe-off TO is the inflection point during which the time-series data of the vertical acceleration (Z-direction acceleration) gradually increases after the maximum peak immediately after the heel contact HC, and then passes through a section with small fluctuations. It's timing.
  • the normalization unit 122 may extract/normalize the walking waveform data for one step cycle based on both the traveling direction acceleration (Y-direction acceleration) and the vertical direction acceleration (Z-direction acceleration).
  • the normalization unit 122 extracts/normalizes the walking waveform data for one step cycle based on acceleration, angular velocity, angle, etc. other than the traveling direction acceleration (Y direction acceleration) and vertical direction acceleration (Z direction acceleration). may
  • the extraction unit 123 acquires walking waveform data for one step cycle normalized by the normalization unit 122 .
  • the extraction unit 123 extracts a feature amount used for estimating dynamic balance from the walking waveform data for one step cycle.
  • the extraction unit 123 extracts a feature amount for each walking phase cluster from walking phase clusters obtained by integrating temporally continuous walking phases based on preset conditions.
  • a walking phase cluster includes at least one walking phase.
  • a gait phase cluster also includes a single gait phase. The walking waveform data and the walking phase from which the feature amount used for estimating the dynamic balance is extracted will be described later.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining extraction of feature values for estimating dynamic balance from walking waveform data for one step cycle.
  • the extraction unit 123 extracts temporally continuous walking phases i to i+m as a walking phase cluster C (i and m are natural numbers).
  • the walking phase cluster C includes m walking phases (components). That is, the number of walking phases (constituent elements) constituting the walking phase cluster C (also referred to as the number of constituent elements) is m.
  • FIG. 10 shows an example in which the walking phase is an integer value, the walking phase may be subdivided to the decimal point.
  • the number of constituent elements of the walking phase cluster C is a number corresponding to the number of data points in the section of the walking phase cluster.
  • the extraction unit 123 extracts feature amounts from each of the walking phases i to i+m.
  • the extraction unit 123 extracts the feature quantity from the single walking phase j (j is a natural number).
  • the generation unit 125 applies the feature quantity constitutive formula to the feature quantity (first feature quantity) extracted from each of the walking phases that make up the walking phase cluster, and generates the feature quantity (second feature quantity) of the walking phase cluster.
  • the feature quantity constitutive formula is a calculation formula set in advance to generate the feature quantity of the walking phase cluster.
  • the feature quantity configuration formula is a calculation formula regarding the four arithmetic operations.
  • the second feature amount calculated using the feature amount construction formula is the integral average value, arithmetic average value, inclination, variation, etc. of the first feature amount in each walking phase included in the walking phase cluster.
  • the generation unit 125 applies a calculation formula for calculating the slope and variation of the first feature amount extracted from each of the walking phases forming the walking phase cluster as the feature amount configuration formula. For example, if the walking phase cluster is composed of a single walking phase, the inclination and the variation cannot be calculated, so a feature value constitutive formula that calculates an integral average value or an arithmetic average value may be used.
  • the feature amount data output unit 127 outputs feature amount data for each walking phase cluster generated by the generation unit 125 .
  • the feature amount data output unit 127 outputs the feature amount data of the generated walking phase cluster to the dynamic balance estimation device 13 that uses the feature amount data.
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of the configuration of the dynamic balance estimation device 13. As shown in FIG. The dynamic balance estimation device 13 has a data acquisition section 131 , a storage section 132 , an estimation section 133 and an output section 135 .
  • the data acquisition unit 131 acquires feature amount data from the gait measurement device 10 .
  • the data acquisition unit 131 outputs the received feature amount data to the estimation unit 133 .
  • the data acquisition unit 131 may receive the feature amount data from the gait measurement device 10 via a cable such as a cable, or may receive the feature amount data from the gait measurement device 10 via wireless communication. .
  • the data acquisition unit 131 receives feature data from the gait measuring device 10 via a wireless communication function (not shown) conforming to standards such as Bluetooth (registered trademark) and WiFi (registered trademark). Configured.
  • the communication function of the data acquisition unit 131 may conform to standards other than Bluetooth (registered trademark) and WiFi (registered trademark).
  • the storage unit 132 stores an estimation model for estimating the FR distance as dynamic balance using the feature amount data extracted from the walking waveform data.
  • the storage unit 132 stores feature amount data relating to FR distances of a plurality of subjects and an estimation model that has learned the relationship between the FR distances.
  • the storage unit 132 stores an estimation model for estimating the FR distance learned for a plurality of subjects. Height affects the FR distance. Therefore, the storage unit 132 may store an estimation model corresponding to attribute data related to height.
  • FIG. 12 and 13 are conceptual diagrams for explaining the FR distance.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing a state in which both hands are raised 90 degrees with respect to the horizontal plane.
  • FIG. 12 shows the position A of the raised fingertips of both hands.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing a state in which the upper limb is moved (reached) as far forward as possible from the state in FIG. 12 .
  • FIG. 13 shows fingertip position A in the state of FIG. 12 and fingertip position B in a state in which the upper limb is moved as far forward as possible.
  • a distance d between the positions A and B corresponds to the FR distance.
  • Dynamic balance can be evaluated according to the value of the FR distance. When the FR distance is 30 cm (centimeter) or more, the dynamic balance is high and the fall risk is low. Dynamic balance is average when the FR distance is in the range of 25-30 cm. If the FR distance is in the range of 20-25 cm, the dynamic balance is low and there is a fall risk. If the FR distance is less than 20 cm, the dynamic balance is rather poor and the fall risk is very high.
  • the evaluation criteria for the dynamic balance according to the FR distance given here are only guidelines, and may be set according to the situation. For example, the evaluation criteria for dynamic balance according to the FR distance values differ depending on the subject's pre-existing conditions.
  • the estimation model may be stored in the storage unit 132 at times such as when the product is shipped from the factory or during calibration before the dynamic balance estimation system 1 is used by the user.
  • an estimation model stored in a storage device such as an external server may be used.
  • the estimated model may be used via an interface (not shown) connected to the storage device.
  • the estimation unit 133 acquires feature amount data from the data acquisition unit 131 .
  • the estimation unit 133 estimates the FR distance as dynamic balance using the acquired feature amount data.
  • the estimation unit 133 inputs the feature data to the estimation model stored in the storage unit 132 .
  • the estimation unit 133 outputs an estimation result according to the dynamic balance (FR distance) output from the estimation model.
  • the estimation unit 133 is configured to use the estimation model via an interface (not shown) connected to the storage device. be done.
  • the output unit 135 outputs the result of dynamic balance estimation by the estimation unit 133 .
  • the output unit 135 displays the dynamic balance estimation result on the screen of the subject's (user's) mobile terminal.
  • the output unit 135 outputs the estimation result to an external system or the like that uses the estimation result.
  • the use of the dynamic balance output from the dynamic balance estimation device 13 is not particularly limited.
  • the dynamic balance estimation device 13 is connected to an external system built on a cloud or server via a mobile terminal (not shown) carried by the subject (user).
  • a mobile terminal (not shown) is a portable communication device.
  • the mobile terminal is a mobile communication device having a communication function such as a smart phone, a smart watch, or a mobile phone.
  • the dynamic balance estimation device 13 is connected to the mobile terminal via a wire such as a cable.
  • the dynamic balance estimation device 13 is connected to the mobile terminal via wireless communication.
  • the dynamic balance estimation device 13 is connected to a mobile terminal via a wireless communication function (not shown) conforming to standards such as Bluetooth (registered trademark) and WiFi (registered trademark).
  • the communication function of the dynamic balance estimation device 13 may conform to standards other than Bluetooth (registered trademark) and WiFi (registered trademark).
  • the dynamic balance estimation results may be used by an application installed on the mobile device. In that case, the mobile terminal executes processing using the estimation result by application software or the like installed in the mobile terminal.
  • FIG. 14 is a correspondence table summarizing the feature values used for estimating the FR distance.
  • the correspondence table in FIG. 14 associates the number of the feature quantity, the walking waveform data from which the feature quantity is extracted, the walking phase (%) from which the walking phase cluster is extracted, and the related muscles.
  • the FR distance is correlated with the activity of the gluteus maxims, iliac muscle, hamstrings (long head of biceps femoris), tibialis anterior, etc., and the magnitude of compensatory movements that turn the toes outward. . Therefore, the feature amounts F1 to F5 extracted from the walking phases in which these features appear are used for estimating the FR distance.
  • Figures 15 to 19 are the verification results of the correlation between the FR distance and the feature amount data.
  • FIGS. 15 to 19 show the results of verification performed on a total of 62 subjects, 27 males and 35 females aged 60 to 85 years.
  • 15 to 19 show the estimated value estimated using the feature amount extracted according to the walking wearing the footwear equipped with the gait measuring device 10, and the measured value (true value) of the FR distance. shows the result of verifying the correlation of
  • the feature quantity F1 is extracted from the walking phase 75-79% section of the walking waveform data Ay related to the time-series data of the traveling direction acceleration (Y-direction acceleration).
  • the gait phase 75-79% is included in mid-swing T6.
  • the feature quantity F1 mainly includes features related to the movement of the tibialis anterior muscle and the short head of the biceps femoris muscle.
  • FIG. 15 shows verification results of the correlation between the feature amount F1 and the FR distance.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 15 is normalized acceleration.
  • a correlation coefficient R between the feature amount F1 and the FR distance was 0.343.
  • the feature amount F2 is extracted from the walking phase 62% section of the walking waveform data Az related to the vertical acceleration (Z-direction acceleration) time-series data. 62% of the walking phase is included in the swing initial stage T5.
  • the feature quantity F2 mainly includes features relating to the movement of the iliac muscle.
  • FIG. 16 shows verification results of the correlation between the feature amount F2 and the FR distance. The horizontal axis of the graph in FIG. 16 is normalized acceleration. A correlation coefficient R between the feature amount F2 and the FR distance was -0.321.
  • the feature quantity F3 is extracted from the walking phase 7-8% section of the walking waveform data Gy regarding the time-series data of the angular velocity in the coronal plane (around the Y axis).
  • the walking phase 7-8% is included in the load response period T1.
  • the feature amount F3 mainly includes features related to the movement of the gluteus maxims.
  • FIG. 17 shows verification results of the correlation between the feature quantity F3 and the FR distance.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 17 is the angle in the coronal plane.
  • a correlation coefficient R between the feature amount F3 and the FR distance was -0.349.
  • the feature amount F4 is extracted from the walking phase 57% to 58% section of the walking waveform data Ez regarding the time-series data of the angle (posture angle) in the horizontal plane (around the Z axis).
  • the walking phase 57-58% is included in the early swing phase T4.
  • the feature amount F4 mainly includes features related to compensatory actions. Compensatory movements are movements that acquire stability by changing the angle of the foot in order to compensate for the decline in balance ability and muscle function associated with aging.
  • FIG. 18 shows verification results of the correlation between the feature quantity F4 and the FR distance.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 18 is the angle in the horizontal plane (plantar angle).
  • a correlation coefficient R between the feature quantity F4 and the FR distance was -0.286.
  • the feature value F5 is the average value of the foot angles in the horizontal plane during the swing phase.
  • the feature amount F5 is the average value in the swing phase of the walking waveform data Ez.
  • the feature amount F5 is the integral value of the walking waveform data Gz regarding the time-series data of the angular velocity in the horizontal plane (around the Z-axis).
  • the feature amount F5 mainly includes features related to compensatory actions. Compensatory movements are movements that acquire stability by changing the angle of the foot in order to compensate for the decline in balance ability and muscle function associated with aging.
  • FIG. 19 shows verification results of the correlation between the feature amount F5 and the FR distance.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 19 is the angle in the coronal plane.
  • a correlation coefficient R between the feature amount F5 and the FR distance was -0.353.
  • FIG. 20 shows that by inputting the feature amounts F1 to F5 extracted from the sensor data measured along with the user's walking to the pre-built estimation model 151 for estimating the FR distance as dynamic balance
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing an example in which an estimated value of FR distance is output;
  • the estimation model 151 outputs the FR distance, which is an index of dynamic balance, according to the input of the feature quantities F1 to F5.
  • the estimation model 151 is generated by learning using teacher data with the feature quantities F1 to F5 used for estimating the FR distance as explanatory variables and the FR distance as the objective variable.
  • the estimation result of the estimation model 151 is not limited as long as the estimation result of the FR distance, which is an index of the dynamic balance, is output according to the input of the feature amount data for estimating the FR distance.
  • the estimation model 151 may be a model that estimates the FR distance using attribute data (height) as an explanatory variable in addition to the feature quantities F1 to F5 used for estimating the FR distance.
  • the storage unit 132 stores an estimation model for estimating the FR distance using the multiple regression prediction method.
  • the storage unit 132 stores parameters for estimating the FR distance using Equation 1 below.
  • FR distance a1 ⁇ F1+a2 ⁇ F2+a3 ⁇ F3+a4 ⁇ F4+a5 ⁇ F5+a0
  • F1, F2, F3, F4, and F5 are feature amounts for each walking phase cluster used for estimating the FR distance shown in the correspondence table of FIG. a1, a2, a3, a4, and a5 are coefficients by which F1, F2, F3, F4, and F5 are multiplied.
  • a0 is a constant term.
  • the storage unit 132 stores a0, a1, a2, a3, a4, and a5.
  • FIG. 21 a verification example in which dynamic balance (FR distance) is estimated using the subject's attributes (including walking speed), and a dynamic balance (FR distance) using the subject's gait feature amount is compared with the verification example (FIG. 22) in which . 21 and 22 show the results of testing the estimation model generated using the measurement data of 61 people using the measurement data of the remaining 1 person by the LOSO (Leave-One-Subject-Out) method. indicates FIG. 21 and FIG. 22 show the results of performing LOSO on all (62) subjects and matching the predicted values from the test with the measured values (true values).
  • LOSO Leave-One-Subject-Out
  • the LOSO test results were evaluated by the values of intraclass correlation coefficients (ICC), mean absolute errors (MAE), and coefficients of determination R2 .
  • ICC intraclass correlation coefficients
  • MAE mean absolute errors
  • R2 coefficients of determination
  • FIG. 21 shows the results of verification of an estimation model of a comparative example that has been trained with teacher data using sex, age, height, weight, and walking speed as explanatory variables and FR distance as an objective variable.
  • the intraclass correlation coefficient ICC(2, 1) was 0.18
  • the mean absolute error MAE was 5.31
  • the coefficient of determination R 2 was 0.06.
  • FIG. 22 shows the results of verification of the estimation model 151 of the present embodiment, which is learned with teacher data using the feature quantities F1 to F5, age, and height as explanatory variables and the FR distance as the objective variable.
  • the estimation model 151 of this embodiment had an intraclass correlation coefficient ICC(2, 1) of 0.644, a mean absolute error MAE of 4.17, and a coefficient of determination R 2 of 0.44. That is, the estimation model 151 of the present embodiment has high reliability, small error, and sufficient explanation of the objective variable by explanatory variables, as compared with the estimation model of the comparative example. That is, according to the method of the present embodiment, compared to an estimation model that uses only attributes and walking speed, the estimation model 151 is highly reliable, has a small error, and the objective variable is sufficiently explained by the explanatory variables. can be generated.
  • the operation of the dynamic balance estimation system 1 will be described with reference to the drawings.
  • the gait measuring device 10 and the dynamic balance estimating device 13 included in the dynamic balance estimating system 1 will be individually described.
  • the operation of the feature amount data generation unit 12 included in the gait measuring device 10 will be described.
  • FIG. 23 is a flow chart for explaining the operation of the feature amount data generator 12 included in the gait measuring device 10. As shown in FIG. In the description along the flow chart of FIG. 23, the feature amount data generation unit 12 will be described as an operator.
  • the feature amount data generation unit 12 acquires time-series data of sensor data related to foot movement (step S101).
  • the feature amount data generation unit 12 extracts walking waveform data for one step cycle from the time-series data of the sensor data (step S102).
  • the feature amount data generator 12 detects heel contact and toe off from the time-series data of the sensor data.
  • the feature amount data generator 12 extracts the time-series data of the interval between successive heel strikes as walking waveform data for one step cycle.
  • the feature amount data generation unit 12 normalizes the extracted walking waveform data for one step cycle (step S103).
  • the feature amount data generator 12 normalizes the walking waveform data for one step cycle to a walking cycle of 0 to 100% (first normalization). Further, the feature amount data generator 12 normalizes the ratio of the stance phase and the swing phase of the walking waveform data for the first normalized step cycle to 60:40 (second normalization).
  • the feature amount data generation unit 12 extracts feature amounts from the walking phase used for estimating the dynamic balance with respect to the normalized walking waveform (step S104). For example, the feature amount data generation unit 12 extracts feature amounts input to an estimation model constructed in advance.
  • the feature quantity data generation unit 12 uses the extracted feature quantity to generate a feature quantity for each walking phase cluster (step S105).
  • the feature amount data generation unit 12 integrates the feature amounts for each walking phase cluster to generate feature amount data for the one step cycle (step S106).
  • the feature amount data generation unit 12 outputs the generated feature amount data to the dynamic balance estimation device 13 (step S107).
  • FIG. 24 is a flowchart for explaining the operation of the dynamic balance estimation device 13.
  • the dynamic balance estimation device 13 acquires feature amount data generated using sensor data related to foot movement (step S131).
  • the dynamic balance estimation device 13 inputs the acquired feature amount data to an estimation model for estimating the dynamic balance (FR distance) (step S132).
  • the dynamic balance estimation device 13 estimates the user's dynamic balance according to the output (estimated value) from the estimation model (step S133). For example, the dynamic balance estimation device 13 estimates the user's FR distance as dynamic balance.
  • the dynamic balance estimation device 13 outputs information on the estimated dynamic balance (step S134).
  • the dynamic balance is output to a terminal device (not shown) carried by the user.
  • the dynamic balance is output to a system that performs processing using the dynamic balance.
  • the function of the dynamic balance estimating device 13 installed in the mobile terminal carried by the user uses the feature amount data measured by the gait measuring device 10 placed on the shoe.
  • FIG. 25 is a conceptual diagram showing an example of displaying the estimation result by the dynamic balance estimation device 13 on the screen of the mobile terminal 160 carried by the user walking wearing the shoes 100 on which the gait measurement device 10 is arranged.
  • FIG. 25 is an example of displaying on the screen of the mobile terminal 160 information corresponding to the result of dynamic balance estimation using feature amount data corresponding to sensor data measured while the user is walking.
  • FIG. 25 is an example of information displayed on the screen of the mobile terminal 160 according to the estimated value of the FR distance, which is the dynamic balance.
  • the estimated value of the FR distance is displayed on the display unit of the mobile terminal 160 as the estimation result of the dynamic balance.
  • the information about the dynamic balance estimation result of "dynamic balance is declining" is displayed on the display unit of the mobile terminal 160 according to the estimated value of the FR distance, which is the dynamic balance. to be displayed.
  • recommendation information according to the estimation result of dynamic balance such as “Training A is recommended. is displayed on the display unit of the mobile terminal 160 .
  • the user can practice training that leads to an increase in dynamic balance by exercising with reference to the training A video in accordance with the recommended information.
  • the dynamic balance estimation system of this embodiment includes a gait measuring device and a dynamic balance estimation device.
  • a gait measuring device includes a sensor and a feature amount data generator.
  • the sensor has an acceleration sensor and an angular velocity sensor.
  • the sensor measures spatial acceleration using an acceleration sensor.
  • the sensor measures the spatial angular velocity using an angular velocity sensor.
  • the sensor uses the measured spatial acceleration and spatial angular velocity to generate sensor data regarding foot movement.
  • the sensor outputs the generated sensor data to the feature data generator.
  • the feature amount data generation unit acquires time-series data of sensor data related to foot movement.
  • the feature amount data generation unit extracts walking waveform data for one step cycle from the time-series data of the sensor data.
  • the feature amount data generator normalizes the extracted walking waveform data.
  • the feature amount data generation unit extracts, from the normalized walking waveform data, a feature amount used for estimating dynamic balance from a walking phase cluster composed of at least one temporally continuous walking phase.
  • the feature amount data generation unit generates feature amount data including the extracted feature amount.
  • the feature amount data generation unit outputs the generated feature amount data.
  • a dynamic balance estimation device includes a data acquisition unit, a storage unit, an estimation unit, and an output unit.
  • the data acquisition unit acquires feature amount data including feature amounts used for estimating the dynamic balance of the user, which are extracted from sensor data relating to the movement of the user's feet.
  • the storage unit stores an estimation model that outputs a dynamic balance index according to input of feature amount data.
  • the estimation unit inputs the acquired feature amount data to the estimation model.
  • the estimation unit estimates the user's dynamic balance according to the dynamic balance index output from the estimation model.
  • the output unit outputs information about the estimated dynamic balance.
  • the dynamic balance estimation system of this embodiment estimates the user's dynamic balance using features extracted from sensor data relating to the movement of the user's feet. Therefore, according to the dynamic balance estimation system of the present embodiment, dynamic balance can be appropriately estimated in daily life without using a device for measuring dynamic balance.
  • the data acquisition unit acquires feature amount data including feature amounts extracted from walking waveform data generated using time-series data of sensor data related to foot movements.
  • the data acquisition unit acquires feature quantity data including a feature quantity used for estimating a functional reach test performance value (functional reach distance) as a dynamic balance index. According to this aspect, it is possible to appropriately estimate the dynamic balance in daily life by using the sensor data related to the movement of the foot without using a device for measuring the dynamic balance.
  • the storage unit stores an estimation model generated by learning using teacher data regarding a plurality of subjects.
  • the estimation model is generated by learning using teacher data in which the feature values used for estimating the dynamic balance index are explanatory variables and the dynamic balance indexes of a plurality of subjects are objective variables.
  • the estimating unit inputs the feature amount data acquired regarding the user to the estimating model.
  • the estimation unit estimates the user's dynamic balance according to the user's dynamic balance index output from the estimation model. According to this aspect, dynamic balance can be appropriately estimated in daily life without using a device for measuring dynamic balance.
  • the storage unit stores an estimation model learned using explanatory variables including subject attribute data (height).
  • the estimation unit inputs feature data and attribute data (height) regarding the user to the estimation model.
  • the estimation unit estimates the user's dynamic balance according to the user's dynamic balance index output from the estimation model.
  • dynamic balance is estimated including attribute data (height) that affects dynamic balance. Therefore, according to this aspect, the dynamic balance can be measured with higher accuracy.
  • the storage unit stores an estimation model generated by learning using teacher data regarding a plurality of subjects.
  • the estimation model is a model generated by learning using supervised data in which the feature values extracted from the walking waveform data of multiple subjects are used as explanatory variables and the dynamic balance indexes of multiple subjects are used as objective variables.
  • the explanatory variables include the feature amount relating to the activity of the gluteus maxims muscle extracted from the load response period.
  • the explanatory variable includes a feature amount relating to the activity of the iliac muscle extracted from the early stage of the swing.
  • the explanatory variables include the feature amount of the tibialis anterior muscle and the short head of the biceps femoris extracted from the mid-swing phase, and the feature amount of the compensatory motion of the foot angle in the swing phase.
  • the estimating unit inputs the feature amount data acquired according to the user's walking to the estimating model.
  • the estimation unit estimates the user's dynamic balance according to the user's dynamic balance index output from the estimation model. According to this aspect, it is possible to estimate dynamic balance more suitable for physical activity by using an estimation model that has learned feature amounts according to muscle activity that affects dynamic balance.
  • the storage unit includes teacher data that uses, as explanatory variables, a plurality of feature amounts extracted from walking waveform data for a plurality of subjects, and dynamic balance regarding the subject's dynamic balance index as an objective variable.
  • the explanatory variables include a feature amount extracted from the load response period of the walking waveform data of the angular velocity in the coronal plane.
  • the explanatory variables include the feature amount extracted from the initial stage of swing of the walking waveform data of vertical acceleration.
  • the explanatory variable includes a feature amount extracted from the mid-swing phase of the walking waveform data of the acceleration in the traveling direction.
  • the explanatory variables include the feature amount extracted from the swing phase of the walking waveform data of the angles in the horizontal plane.
  • the explanatory variable includes a feature amount related to the foot angle in the swing phase.
  • the data acquisition unit acquires feature amount data including the feature amount extracted according to the walking of the user.
  • the data acquisition unit acquires the feature quantity of the load response period of the walking waveform data of the angular velocity in the coronal plane.
  • the data acquisition unit acquires the feature amount of the walking waveform data of the vertical acceleration at the initial stage of the swinging leg.
  • the data acquisition unit acquires the feature amount of the walking waveform data of the acceleration in the traveling direction in the mid-swing period.
  • the data acquisition unit acquires the feature amount of the walking waveform data of the angle in the horizontal plane in the early stage of swing.
  • the data acquisition unit acquires the feature amount of the foot angle in the swing phase.
  • the estimation unit inputs the acquired feature amount data to the estimation model.
  • the estimation unit estimates the user's dynamic balance according to the user's dynamic balance index output from the estimation model.
  • sensor data relating to leg movements is used. can be used to estimate a dynamic balance better adapted to physical activity.
  • the dynamic balance estimation device is implemented in a terminal device having a screen viewable by the user.
  • the dynamic balance estimating device causes the screen of the terminal device to display information about the dynamic balance estimated according to the movement of the user's feet.
  • the dynamic balance estimation device causes the screen of the terminal device to display recommendation information corresponding to the dynamic balance estimated according to the movement of the user's feet.
  • the dynamic balance estimation device displays, on the screen of the terminal device, a video about training for training body parts related to dynamic balance as recommended information corresponding to the dynamic balance estimated according to the movement of the user's legs.
  • the dynamic balance estimated according to the feature amount extracted from the sensor data relating to the movement of the user's foot is displayed on a screen that can be visually recognized by the user. You can check the information according to
  • the learning system of the present embodiment generates an estimation model for estimating dynamic balance in accordance with input of feature values through learning using feature value data extracted from sensor data measured by a gait measuring device. do.
  • FIG. 26 is a block diagram showing an example of the configuration of the learning system 2 according to this embodiment.
  • the learning system 2 includes a gait measuring device 20 and a learning device 25 .
  • the gait measuring device 20 and the learning device 25 may be wired or wirelessly connected.
  • the gait measuring device 20 and the learning device 25 may be configured as a single device.
  • the learning system 2 may be configured with only the learning device 25 excluding the gait measuring device 20 from the configuration of the learning system 2 .
  • one gait measuring device 20 may be arranged for each of the left and right feet.
  • the learning device 25 may be configured to perform learning using feature amount data generated by the gait measuring device 20 in advance and stored in a database without being connected to the gait measuring device 20. good.
  • the gait measuring device 20 is installed on at least one of the left and right feet.
  • the gait measuring device 20 has the same configuration as the gait measuring device 10 of the first embodiment.
  • Gait measuring device 20 includes an acceleration sensor and an angular velocity sensor.
  • the gait measuring device 20 converts the measured physical quantity into digital data (also called sensor data).
  • the gait measuring device 20 generates normalized gait waveform data for one step cycle from time-series data of sensor data.
  • the gait measuring device 20 generates feature amount data used for estimating dynamic balance.
  • the gait measuring device 20 transmits the generated feature amount data to the learning device 25 .
  • the gait measuring device 20 may be configured to transmit feature amount data to a database (not shown) accessed by the learning device 25 .
  • the feature amount data accumulated in the database is used for learning by the learning device 25 .
  • the learning device 25 receives feature amount data from the gait measuring device 20 .
  • the learning device 25 receives the feature amount data from the database.
  • the learning device 25 performs learning using the received feature amount data.
  • the learning device 25 learns teacher data using feature amount data extracted from a plurality of subject walking waveform data as explanatory variables and values relating to dynamic balance according to the feature amount data as objective variables.
  • the learning algorithm executed by the learning device 25 is not particularly limited.
  • the learning device 25 generates an estimated model trained using teacher data regarding a plurality of subjects.
  • the learning device 25 stores the generated estimation model.
  • the estimation model learned by the learning device 25 may be stored in a storage device external to the learning device 25 .
  • FIG. 27 is a block diagram showing an example of the detailed configuration of the learning device 25. As shown in FIG. The learning device 25 has a receiving section 251 , a learning section 253 and a storage section 255 .
  • the receiving unit 251 receives feature amount data from the gait measuring device 20 .
  • the receiving unit 251 outputs the received feature amount data to the learning unit 253 .
  • the receiving unit 251 may receive the feature amount data from the gait measurement device 20 via a cable such as a cable, or may receive the feature amount data from the gait measurement device 20 via wireless communication.
  • the receiving unit 251 is configured to receive feature amount data from the gait measuring device 20 via a wireless communication function (not shown) conforming to standards such as Bluetooth (registered trademark) and WiFi (registered trademark). be done.
  • the communication function of the receiving unit 251 may conform to standards other than Bluetooth (registered trademark) and WiFi (registered trademark).
  • the learning unit 253 acquires feature amount data from the receiving unit 251 .
  • the learning unit 253 performs learning using the acquired feature amount data.
  • the learning unit 253 learns, as teacher data, a data set in which feature amount data extracted from sensor data measured according to the movement of the subject's foot is used as an explanatory variable, and the subject's FR distance is used as an objective variable.
  • the learning unit 253 generates an estimation model for estimating the FR distance according to input of feature amount data learned about a plurality of subjects.
  • the learning unit 253 generates an estimation model according to attribute data (height).
  • the learning unit 253 estimates the FR distance as a dynamic balance using the feature amount data extracted from the sensor data measured according to the movement of the subject's legs and the attribute data (height) of the subject as explanatory variables. Generate an estimation model that The learning unit 253 causes the storage unit 255 to store the estimated model learned for a plurality of subjects.
  • the learning unit 253 performs learning using a linear regression algorithm.
  • the learning unit 253 performs learning using a Support Vector Machine (SVM) algorithm.
  • the learning unit 253 performs learning using a Gaussian Process Regression (GPR) algorithm.
  • the learning unit 253 performs learning using a random forest (RF) algorithm.
  • the learning unit 253 may perform unsupervised learning for classifying the subjects who generated the feature amount data according to the feature amount data.
  • a learning algorithm executed by the learning unit 253 is not particularly limited.
  • the learning unit 253 may perform learning using the walking waveform data for one step cycle as an explanatory variable. For example, the learning unit 253 uses the walking waveform data of the acceleration in the three-axis direction, the angular velocity around the three axes, and the angle (attitude angle) around the three axes as explanatory variables, and the correct value of the dynamic balance index as the objective variable. Perform ari learning. For example, if the walking phase is set in increments of 1% in the walking cycle from 0% to 100%, the learning unit 253 learns using 909 explanatory variables.
  • FIG. 28 is a conceptual diagram for explaining learning for generating an estimation model.
  • FIG. 28 is a conceptual diagram showing an example of learning by the learning unit 253 using a data set of the feature values F1 to F5 as explanatory variables and the FR distance (dynamic balance index) as the objective variable as teacher data.
  • the learning unit 253 learns data on a plurality of subjects, and an estimation model that outputs an output (estimated value) regarding the FR distance (dynamic balance index) according to the input of the feature amount extracted from the sensor data. Generate.
  • the storage unit 255 stores estimated models learned for a plurality of subjects.
  • the storage unit 255 stores an estimation model for estimating dynamic balance that has been learned for a plurality of subjects.
  • the estimation model stored in the storage unit 255 is used for dynamic balance estimation by the dynamic balance estimation device 13 of the first embodiment.
  • the learning system of this embodiment includes a gait measuring device and a learning device.
  • a gait measuring device acquires time-series data of sensor data relating to leg movements.
  • the gait measuring device extracts walking waveform data for one step cycle from time-series data of sensor data, and normalizes the extracted walking waveform data.
  • the gait measuring device extracts, from the normalized walking waveform data, a feature quantity used for estimating the user's dynamic balance from a walking phase cluster composed of at least one temporally continuous walking phase.
  • the gait measuring device generates feature amount data including the extracted feature amount.
  • the gait measuring device outputs the generated feature amount data to the learning device.
  • the learning device has a receiving unit, a learning unit, and a storage unit.
  • the receiving unit acquires feature amount data generated by the gait measuring device.
  • the learning unit performs learning using the feature amount data.
  • the learning unit creates an estimation model that outputs a dynamic balance according to the input of the feature amount (second feature amount) of the walking phase cluster extracted from the time-series data of the sensor data measured as the user walks. Generate.
  • the estimation model generated by the learning unit is stored in the storage unit.
  • the learning system of this embodiment uses the feature amount data measured by the gait measuring device to generate an estimation model. Therefore, according to this aspect, it is possible to generate an estimation model that enables appropriate estimation of dynamic balance in daily life without using a device for measuring dynamic balance.
  • the dynamic balance estimation device of this embodiment has a simplified configuration of the dynamic balance estimation device included in the dynamic balance estimation system of the first embodiment.
  • FIG. 29 is a block diagram showing an example of the configuration of the dynamic balance estimation device 33 according to this embodiment.
  • the dynamic balance estimation device 33 includes a data acquisition section 331 , a storage section 332 , an estimation section 333 and an output section 335 .
  • the data acquisition unit 331 acquires feature amount data including the feature amount used for estimating the user's dynamic balance index, which is extracted from the sensor data regarding the movement of the user's feet.
  • the storage unit 332 stores an estimation model that outputs a dynamic balance index according to input of feature amount data.
  • the estimation unit 333 inputs the acquired feature amount data to the estimation model, and estimates the user's dynamic balance according to the dynamic balance index output from the estimation model.
  • the output unit 335 outputs information regarding the estimated dynamic balance.
  • the dynamic balance of the user is estimated using the feature amount extracted from the sensor data regarding the movement of the user's feet. Therefore, according to the present embodiment, dynamic balance can be appropriately estimated in daily life without using a device for measuring dynamic balance.
  • the information processing device 90 includes a processor 91, a main storage device 92, an auxiliary storage device 93, an input/output interface 95, and a communication interface 96.
  • the interface is abbreviated as I/F (Interface).
  • Processor 91 , main storage device 92 , auxiliary storage device 93 , input/output interface 95 , and communication interface 96 are connected to each other via bus 98 so as to enable data communication.
  • the processor 91 , the main storage device 92 , the auxiliary storage device 93 and the input/output interface 95 are connected to a network such as the Internet or an intranet via a communication interface 96 .
  • the processor 91 loads the program stored in the auxiliary storage device 93 or the like into the main storage device 92 .
  • the processor 91 executes programs developed in the main memory device 92 .
  • a configuration using a software program installed in the information processing device 90 may be used.
  • the processor 91 executes control and processing according to each embodiment.
  • the main storage device 92 has an area in which programs are expanded.
  • a program stored in the auxiliary storage device 93 or the like is developed in the main storage device 92 by the processor 91 .
  • the main memory device 92 is realized by a volatile memory such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory). Further, as the main storage device 92, a non-volatile memory such as MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) may be configured/added.
  • the auxiliary storage device 93 stores various data such as programs.
  • the auxiliary storage device 93 is implemented by a local disk such as a hard disk or flash memory. It should be noted that it is possible to store various data in the main storage device 92 and omit the auxiliary storage device 93 .
  • the input/output interface 95 is an interface for connecting the information processing device 90 and peripheral devices based on standards and specifications.
  • a communication interface 96 is an interface for connecting to an external system or device through a network such as the Internet or an intranet based on standards and specifications.
  • the input/output interface 95 and the communication interface 96 may be shared as an interface for connecting with external devices.
  • Input devices such as a keyboard, mouse, and touch panel may be connected to the information processing device 90 as necessary. These input devices are used to enter information and settings.
  • a touch panel is used as an input device, the display screen of the display device may also serve as an interface of the input device. Data communication between the processor 91 and the input device may be mediated by the input/output interface 95 .
  • the information processing device 90 may be equipped with a display device for displaying information.
  • the information processing device 90 is preferably provided with a display control device (not shown) for controlling the display of the display device.
  • the display device may be connected to the information processing device 90 via the input/output interface 95 .
  • the information processing device 90 may be equipped with a drive device. Between the processor 91 and a recording medium (program recording medium), the drive device mediates reading of data and programs from the recording medium, writing of processing results of the information processing device 90 to the recording medium, and the like.
  • the drive device may be connected to the information processing device 90 via the input/output interface 95 .
  • the above is an example of the hardware configuration for enabling control and processing according to each embodiment of the present invention.
  • the hardware configuration of FIG. 30 is an example of a hardware configuration for executing control and processing according to each embodiment, and does not limit the scope of the present invention.
  • the scope of the present invention also includes a program that causes a computer to execute control and processing according to each embodiment.
  • the scope of the present invention also includes a program recording medium on which the program according to each embodiment is recorded.
  • the recording medium can be implemented as an optical recording medium such as a CD (Compact Disc) or a DVD (Digital Versatile Disc).
  • the recording medium may be implemented by a semiconductor recording medium such as a USB (Universal Serial Bus) memory or an SD (Secure Digital) card.
  • the recording medium may be realized by a magnetic recording medium such as a flexible disk, or other recording medium.
  • each embodiment may be combined arbitrarily. Also, the components of each embodiment may be realized by software or by circuits.
  • (Appendix 1) a data acquisition unit that acquires feature amount data including a feature amount used for estimating the user's dynamic balance, which is extracted from sensor data relating to the movement of the user's feet; a storage unit that stores an estimation model that outputs a dynamic balance index according to the input of the feature amount data; an estimation unit that inputs the acquired feature amount data to the estimation model and estimates the dynamic balance of the user according to the dynamic balance index output from the estimation model; and an output unit that outputs information about the estimated dynamic balance of the user.
  • the data acquisition unit A feature amount used for estimating a functional reach test score value as the dynamic balance index extracted from the gait waveform data generated using the time-series data of the sensor data related to foot movement.
  • the dynamic balance estimating device according to appendix 1, which acquires the feature amount data including.
  • the storage unit The estimation model generated by learning using teacher data in which the feature values used for estimating the dynamic balance index for a plurality of subjects are explanatory variables, and the dynamic balance indexes of the plurality of subjects are objective variables.
  • the estimation unit Supplementary note 2 wherein the feature amount data acquired regarding the user is input to the estimation model, and the dynamic balance of the user is estimated according to the dynamic balance index of the user output from the estimation model.
  • a dynamic balance estimator as described. (Appendix 4) The storage unit storing the estimated model learned using explanatory variables including the heights of the plurality of subjects; The estimation unit 3. The feature amount data and height relating to the user are input to the estimation model, and the dynamic balance of the user is estimated according to the dynamic balance index of the user output from the estimation model. dynamic balance estimator. (Appendix 5) The storage unit With respect to the walking waveform data of the plurality of subjects, the feature amount related to the activity of the gluteus maxims muscle extracted from the load response period, the feature amount related to the activity of the iliac muscle extracted from the early stage of the swing, and the feature amount related to the activity of the iliac muscle extracted from the middle stage of the swing.
  • the storage unit With respect to the plurality of subjects, the feature amount extracted from the load response period of the walking waveform data of angular velocity in the coronal plane, the feature amount extracted from the initial swing phase of the walking waveform data of vertical acceleration, and the direction of travel A feature amount extracted from the middle swing phase of the walking waveform data of acceleration, a feature amount extracted from the early swing phase of the walking waveform data of the angle in the horizontal plane, and a feature amount related to the foot angle in the swing phase.
  • the data acquisition unit Feature quantity of the load response period of the walking waveform data of the angular velocity in the coronal plane, feature quantity of the walking waveform data of the vertical acceleration at the initial stage of swing, and acceleration in the traveling direction, which are extracted according to the walking of the user.
  • the estimation unit The motion according to appendix 5, wherein the acquired feature amount data is input to the estimation model, and the dynamic balance of the user is estimated according to the dynamic balance index of the user output from the estimation model.
  • balance estimator (Appendix 7) The estimation unit estimating information about the dynamic balance of the user according to the dynamic balance metric estimated for the user; The output unit 7.
  • the dynamic balance estimation device according to any one of appendices 3 to 6, which outputs information about the estimated dynamic balance.
  • (Appendix 8) the dynamic balance estimation device according to any one of Appendices 1 to 7;
  • the sensor that is installed in the footwear of the user whose dynamic balance is to be estimated, measures spatial acceleration and spatial angular velocity, and generates sensor data relating to foot movement using the measured spatial acceleration and spatial angular velocity.
  • a sensor that outputs data and time-series data of the sensor data including gait features are acquired, walking waveform data for one step cycle is extracted from the time-series data of the sensor data, and the extracted walking waveform is obtained.
  • Data is normalized, and from the normalized gait waveform data, a feature quantity used for estimating the dynamic balance is extracted from a gait phase cluster composed of at least one temporally continuous gait phase, and extracted.
  • a gait measuring device having a feature quantity data generating unit that generates feature quantity data including the calculated feature quantity and outputs the generated feature quantity data to the dynamic balance estimating device; .
  • the dynamic balance estimator implemented in a terminal device having a screen viewable by the user, The dynamic balance estimation system according to appendix 8, wherein the information about the dynamic balance estimated according to the movement of the user's foot is displayed on the screen of the terminal device.
  • the dynamic balance estimator The dynamic balance estimation system according to appendix 9, wherein recommendation information corresponding to the dynamic balance estimated according to the movement of the user's foot is displayed on the screen of the terminal device.
  • Reference Signs List 1 dynamic balance estimation system 2 learning system 10, 20 gait measuring device 11 sensor 12 feature amount data generation unit 13 dynamic balance estimation device 25 learning device 111 acceleration sensor 112 angular velocity sensor 121 acquisition unit 122 normalization unit 123 extraction unit 125 Generation unit 127 Feature amount data output unit 131, 331 Data acquisition unit 132, 332 Storage unit 133, 333 Estimation unit 135, 335 Output unit 251 Reception unit 253 Learning unit 255 Storage unit

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Abstract

日常生活において動的バランスを適宜推定するために、ユーザの足の動きに関するセンサデータから抽出された、ユーザの動的バランスの推定に用いられる特徴量を含む特徴量データを取得するデータ取得部と、特徴量データの入力に応じた動的バランス指標を出力する推定モデルを記憶する記憶部と、取得された特徴量データを推定モデルに入力し、推定モデルから出力された動的バランス指標に応じて、ユーザの動的バランスを推定する推定部と、推定されたユーザの動的バランスに関する情報を出力する出力部と、を備える動的バランス推定装置とする。

Description

動的バランス推定装置、動的バランス推定システム、動的バランス推定方法、および記録媒体
　本開示は、足の動きに関するセンサデータを用いて、動的バランスを推定する動的バランス推定装置等に関する。
　ヘルスケアへの関心の高まりに伴って、歩行パターンに含まれる特徴（歩容とも呼ぶ）に応じた情報を提供するサービスに注目が集まっている。例えば、靴等の履物に実装されたセンサによって計測されるセンサデータに基づいて、歩容を解析する技術が開発されている。センサデータの時系列データには、身体状態と関連する歩容事象（歩行イベントとも呼ぶ）の特徴が現れる。
　特許文献１には、歩行者の歩行の特徴に基づいて足の異常を検出する装置について開示されている。特許文献１の装置は、履物に設置されたセンサから取得されたデータを用いて、履物を履いた歩行者の歩行において特徴的な歩行特徴量を抽出する。特許文献１の装置は、抽出された歩行特徴量に基づいて、履物を履いて歩行する歩行者の異常を検出する。例えば、特許文献１の装置は、一歩行周期分の歩行波形データから、外反母趾に関する特徴部位を抽出する。特許文献１の装置は、抽出された特徴部位の歩行特徴量を用いて、外反母趾の進行状態を推定する。
　特許文献２には、ユーザの日常の歩行動作から得られる情報から、複数のユーザのデータを統一的に収集する評価方法について開示されている。特許文献２の評価方法では、複数のユーザが使用する靴のインソールに設けられたセンサを用いて、歩行時および静止立位時における所定時間の足底圧のデータを取得する。特許文献２の評価方法では、取得されたデータを解析して、歩行時における足底圧パラメータ、足圧中心パラメータおよび時間パラメータと、静止立位時における足底圧パラメータおよび足圧中心パラメータとを、ユーザごとに取得して蓄積する。特許文献２には、性別や生年月日、身長、体重等の項目（属性）を有するユーザデータがデータベースに保持されることが開示されている。
　歩行の動的安定性を保つためには、突然の外乱に対してバランスをとる能力に相当する動的バランス能力が重要である。動的バランス能力は、フレイルや転倒リスクを評価するための重要な指標である。動的バランス能力は、ファンクショナル・リーチ・テスト（ＦＲＴ：Functional Reach Test）の成績で評価できる。ＦＲＴの成績は、両手を水平面に対して９０度挙上した状態から、可能な限り前方へ上肢を移動（リーチ）させた状態における指先間の距離（ＦＲ距離とも呼ぶ）で評価する。
　非特許文献１には、ファンクショナル・リーチ動作中において、多裂筋や大腿二頭筋長頭、ひらめ筋、短母趾屈筋内側頭の筋活動量が増加した検証結果が報告されている。非特許文献２には、股関節外転筋とＦＲ距離との間に相関が認められた結果が示されている。非特許文献３には、多方向ＦＲＴの検証の結果、腸腰筋の筋力とＦＲ距離との間に高い相関関係があると報告されている。非特許文献４には、加齢に伴うバランス能力や筋機能の低下に対する代償作用として、足角を変化させて安定性を獲得しているという考察が開示されている。
国際公開第２０２１／１４０６５８号 特開２０２１－１６６８９８号公報
佐々木賢太郎ら, "ファンクショナル・リーチ動作の筋電図学的解析", 理学療法科学, Vol. 24 (6), pp.813-816，2009. 平野孝行ら, "地域在住高齢者の筋力と骨格筋量および身体機能との関連性", 名古屋学院大学論集 医学・健康科学・スポーツ科学篇,Vol.4 (2), pp.23-33, 2016. 小野晃ら, "高齢者における下肢筋力と多方向functional reach の関係", 体育測定評価研究, Vol.1, pp.119-126, 2001. 白尾泰宏, "歩行時足角と下肢捻転角の関係", 理学療法学Supplement, Vol. 41 Suppl. No.2 (第49回日本理学療法学術大会抄録集), pp.0433, 2014.
　特許文献１の手法では、履物に設置されたセンサから取得されたデータから抽出された特徴部位の歩行特徴量を用いて、外反母趾の進行状態を推定する。特許文献１には、履物に設置されたセンサから取得されたデータから抽出された特徴部位の歩行特徴量を用いて、動的バランスを推定することは開示されていない。
　特許文献２の手法では、インソールに設けられたセンサによって計測される所定時間の足底圧のデータを用いて、歩行時における足底圧パラメータ、足圧中心パラメータ、および時間パラメータ等のパラメータを取得して蓄積する。特許文献２の手法では、蓄積されたパラメータを解析することによって、ユーザの身体状態を推定する。特許文献２には、性別や生年月日、身長、体重等の属性を保持することが開示されているが、具体的な用途については開示されていない。
　非特許文献１～３のように、ＦＲＴの成績を評価できれば、動的バランスを評価できる。しかしながら、非特許文献１～３には、日常生活において、ＦＲＴ等の動的バランスを評価する手法については開示されていない。
　本開示の目的は、日常生活において、動的バランスを適宜推定できる動的バランス推定装置等を提供することにある。
　本開示の一態様の動的バランス推定装置は、ユーザの足の動きに関するセンサデータから抽出された、ユーザの動的バランスの推定に用いられる特徴量を含む特徴量データを取得するデータ取得部と、特徴量データの入力に応じた動的バランス指標を出力する推定モデルを記憶する記憶部と、取得された特徴量データを推定モデルに入力し、推定モデルから出力された動的バランス指標に応じて、ユーザの動的バランスを推定する推定部と、推定されたユーザの動的バランスに関する情報を出力する出力部と、を備える。
　本開示の一態様の動的バランス推定方法においては、ユーザの足の動きに関するセンサデータから抽出された、ユーザの動的バランスの推定に用いられる特徴量を含む特徴量データを取得し、取得された特徴量データを、特徴量データの入力に応じた動的バランス指標を出力する推定モデルに入力し、推定モデルから出力された動的バランス指標に応じて、ユーザの動的バランスを推定し、推定されたユーザの動的バランスに関する情報を出力する。
　本開示の一態様のプログラムは、ユーザの足の動きに関するセンサデータから抽出された、ユーザの動的バランスの推定に用いられる特徴量を含む特徴量データを取得する処理と、取得された特徴量データを、特徴量データの入力に応じた動的バランス指標を出力する推定モデルに入力する処理と、推定モデルから出力された動的バランス指標に応じて、ユーザの動的バランスを推定する処理と、推定されたユーザの動的バランスに関する情報を出力する処理と、をコンピュータに実行させる。
　本開示によれば、日常生活において、動的バランスを適宜推定できる動的バランス推定装置等を提供することが可能になる。
第１の実施形態に係る動的バランス推定システムの構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る動的バランス推定システムが備える歩容計測装置の構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る歩容計測装置の配置例を示す概念図である。 第１の実施形態に係る歩容計測装置に設定されるローカル座標系と世界座標系の関係の一例について説明するための概念図である。 第１の実施形態に係る歩容計測装置に関する説明で用いられる人体面について説明するための概念図である。 第１の実施形態に係る歩容計測装置に関する説明で用いられる歩行周期について説明するための概念図である。 第１の実施形態に係る歩容計測装置に関する説明で用いられる歩容パラメータについて説明するための概念図である。 第１の実施形態に係る歩容計測装置が計測するセンサデータの時系列データの一例について説明するためのグラフである。 第１の実施形態に係る歩容計測装置が計測するセンサデータの時系列データから抽出される歩行波形データの正規化の一例について説明するための図である。 第１の実施形態に係る歩容計測装置の特徴量データ生成部が特徴量を抽出する歩行フェーズクラスターの一例について説明するための概念図である。 第１の実施形態に係る動的バランス推定システムが備える動的バランス推定装置の構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る動的バランス推定システムが推定するファンクショナル・リーチ距離について説明するための概念図である。 第１の実施形態に係る動的バランス推定システムが推定するファンクショナル・リーチ距離について説明するための概念図である。 第１の実施形態に係る動的バランス推定システムが備える歩容計測装置がファンクショナル・リーチ距離を推定するために抽出する特徴量の具体例に関する表である。 第１の実施形態に係る動的バランス推定システムが備える歩容計測装置が抽出した特徴量Ｆ１と、実測されたファンクショナル・リーチ距離との相関関係を示すグラフである。 第１の実施形態に係る動的バランス推定システムが備える歩容計測装置が抽出した特徴量Ｆ２と、実測されたファンクショナル・リーチ距離との相関関係を示すグラフである。 第１の実施形態に係る動的バランス推定システムが備える歩容計測装置が抽出した特徴量Ｆ３と、実測されたファンクショナル・リーチ距離との相関関係を示すグラフである。 第１の実施形態に係る動的バランス推定システムが備える歩容計測装置が抽出した特徴量Ｆ４と、実測されたファンクショナル・リーチ距離との相関関係を示すグラフである。 第１の実施形態に係る動的バランス推定システムが備える歩容計測装置が抽出した特徴量Ｆ５と、実測されたファンクショナル・リーチ距離との相関関係を示すグラフである。 第１の実施形態に係る動的バランス推定システムが備える動的バランス推定装置によるファンクショナル・リーチ距離（動的バランス指標）の推定例を示すブロック図である。 性別、年齢、身長、体重、および歩行速度を説明変数とした学習によって生成された推定モデルを用いて推定されたファンクショナル・リーチ距離の推定値と、ファンクショナル・リーチ距離の計測値との相関関係を示すグラフである。 第１の実施形態に係る動的バランス推定システムが備える動的バランス推定装置によって推定されたファンクショナル・リーチ距離の推定値と、ファンクショナル・リーチ距離の計測値との相関関係を示すグラフである。 第１の実施形態に係る動的バランス推定システムが備える歩容計測装置の動作の一例について説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態に係る動的バランス推定システムが備える動的バランス推定装置の動作の一例について説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態に係る動的バランス推定システムの適用例について説明するための概念図である。 第２の実施形態に係る学習システムの構成の一例を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る学習システムが備える学習装置の構成の一例を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る学習システムが備える学習装置による学習の一例について説明するための概念図である。 第３の実施形態に係る動的バランス推定装置の構成の一例を示すブロック図である。 各実施形態の制御や処理を実行するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
　以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお、以下の実施形態の説明に用いる全図においては、特に理由がない限り、同様箇所には同一符号を付す。また、以下の実施形態において、同様の構成・動作に関しては繰り返しの説明を省略する場合がある。
　（第１の実施形態）
　まず、第１の実施形態に係る動的バランス推定システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の動的バランス推定システムは、ユーザの歩行に応じた足の動きに関するセンサデータを計測する。本実施形態の動的バランス推定システムは、計測されたセンサデータを用いて、そのユーザの動的バランスを推定する。
　本実施形態では、動的バランスとして、ファンクショナル・リーチ・テスト（ＦＲＴ：Functional Reach Test）の成績を推定する例を挙げる。本実施形態では、両手を水平面に対して９０度挙上して立位した状態から、可能な限り前方へ上肢を移動（リーチ）させた状態における指先間の距離（ファンクショナル・リーチ距離とも呼ぶ）で、ＦＲＴの成績を評価する。ファンクショナル・リーチ距離（以下、ＦＲ距離と呼ぶ）は、ＦＲＴの成績値である。ＦＲ距離が大きいほど、ＦＲＴの成績が高い。本実施形態の手法は、両手で行われるＦＲＴ以外にも適用できる。例えば、本実施形態の手法は、片手で行われるＦＲＴや、その他のＦＲＴのバリエーションにも適用できる。
　（構成）
　図１は、本実施形態に係る動的バランス推定システム１の構成の一例を示すブロック図である。動的バランス推定システム１は、歩容計測装置１０と動的バランス推定装置１３を備える。本実施形態においては、歩容計測装置１０と動的バランス推定装置１３が別々のハードウェアに構成される例について説明する。例えば、歩容計測装置１０は、動的バランスの推定対象である被験者（ユーザ）の履物等に設置される。例えば、動的バランス推定装置１３の機能は、被験者（ユーザ）の携帯する携帯端末にインストールされる。以下においては、歩容計測装置１０および動的バランス推定装置１３の構成について、個別に説明する。
　〔歩容計測装置〕
　図２は、歩容計測装置１０の構成の一例を示すブロック図である。歩容計測装置１０は、センサ１１と特徴量データ生成部１２を有する。本実施形態においては、センサ１１と特徴量データ生成部１２が一体化された例を挙げる。センサ１１と特徴量データ生成部１２は、別々の装置として提供されてもよい。
　図２のように、センサ１１は、加速度センサ１１１と角速度センサ１１２を有する。図２には、加速度センサ１１１と角速度センサ１１２が、センサ１１に含まれる例を挙げる。センサ１１には、加速度センサ１１１および角速度センサ１１２以外のセンサが含まれてもよい。センサ１１に含まれうる加速度センサ１１１および角速度センサ１１２以外のセンサについては、説明を省略する。
　加速度センサ１１１は、３軸方向の加速度（空間加速度とも呼ぶ）を計測するセンサである。加速度センサ１１１は、足の動きに関する物理量として、加速度（空間加速度とも呼ぶ）を計測する。加速度センサ１１１は、計測した加速度を特徴量データ生成部１２に出力する。例えば、加速度センサ１１１には、圧電型や、ピエゾ抵抗型、静電容量型等の方式のセンサを用いることができる。加速度センサ１１１として用いられるセンサは、加速度を計測できれば、その計測方式に限定を加えない。
　角速度センサ１１２は、３軸周りの角速度（空間角速度とも呼ぶ）を計測するセンサである。角速度センサ１１２は、足の動きに関する物理量として、角速度（空間角速度とも呼ぶ）を計測する。角速度センサ１１２は、計測した角速度を特徴量データ生成部１２に出力する。例えば、角速度センサ１１２には、振動型や静電容量型等の方式のセンサを用いることができる。角速度センサ１１２として用いられるセンサは、角速度を計測できれば、その計測方式に限定を加えない。
　センサ１１は、例えば、加速度や角速度を計測する慣性計測装置によって実現される。慣性計測装置の一例として、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）が挙げられる。ＩＭＵは、３軸方向の加速度を計測する加速度センサ１１１と、３軸周りの角速度を計測する角速度センサ１１２を含む。センサ１１は、ＶＧ（Vertical Gyro）やＡＨＲＳ（Attitude Heading）などの慣性計測装置によって実現されてもよい。また、センサ１１は、ＧＰＳ／ＩＮＳ（Global Positioning System／Inertial Navigation System）によって実現されてもよい。センサ１１は、足の動きに関する物理量を計測できれば、慣性計測装置以外の装置によって実現されてもよい。
　図３は、右足の靴１００の中に、歩容計測装置１０が配置される一例を示す概念図である。図３の例では、足弓の裏側に当たる位置に、歩容計測装置１０が設置される。例えば、歩容計測装置１０は、靴１００の中に挿入されるインソールに配置される。例えば、歩容計測装置１０は、靴１００の底面に配置されてもよい。例えば、歩容計測装置１０は、靴１００の本体に埋設されてもよい。歩容計測装置１０は、靴１００から着脱できてもよいし、靴１００から着脱できなくてもよい。歩容計測装置１０は、足の動きに関するセンサデータを計測できさえすれば、足弓の裏側ではない位置に設置されてもよい。また、歩容計測装置１０は、ユーザが履いている靴下や、ユーザが装着しているアンクレット等の装飾品に設置されてもよい。また、歩容計測装置１０は、足に直に貼り付けられたり、足に埋め込まれたりしてもよい。図３には、右足の靴１００に歩容計測装置１０が設置される例を示す。歩容計測装置１０は、両足の靴１００に設置されてもよい。
　図３の例では、歩容計測装置１０（センサ１１）を基準として、左右方向のｘ軸、前後方向のｙ軸、上下方向のｚ軸を含むローカル座標系が設定される。ｘ軸は左方を正とし、ｙ軸は後方を正とし、ｚ軸は上方を正とする。センサ１１に設定される軸の向きは、左右の足で同じでもよく、左右の足で異なっていてもよい。例えば、同じスペックで生産されたセンサ１１が左右の靴１００の中に配置される場合、左右の靴１００に配置されるセンサ１１の上下の向き（Ｚ軸方向の向き）は、同じ向きである。その場合、左足に由来するセンサデータに設定されるローカル座標系の３軸と、右足に由来するセンサデータに設定されるローカル座標系の３軸とは、左右で同じにある。
　図４は、足弓の裏側に設置された歩容計測装置１０（センサ１１）に設定されるローカル座標系（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）と、地面に対して設定される世界座標系（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）について説明するための概念図である。世界座標系（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）では、進行方向に正対した状態のユーザが直立した状態で、ユーザの横方向がＸ軸方向（左向きが正）、ユーザの背面の方向がＹ軸方向（後ろ向きが正）、重力方向がＺ軸方向（鉛直上向きが正）に設定される。なお、図４の例は、ローカル座標系（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）と世界座標系（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の関係を概念的に示すものであり、ユーザの歩行に応じて変動するローカル座標系と世界座標系の関係を正確に示すものではない。
　図５は、人体に対して設定される面（人体面とも呼ぶ）について説明するための概念図である。本実施形態では、身体を左右に分ける矢状面、身体を前後に分ける冠状面、身体を水平に分ける水平面が定義される。なお、図５のように、足の中心線を進行方向に向けて直立した状態では、世界座標系とローカル座標系が一致する。本実施形態においては、ｘ軸を回転軸とする矢状面内の回転をロール、ｙ軸を回転軸とする冠状面内の回転をピッチ、ｚ軸を回転軸とする水平面内の回転をヨーと定義する。また、ｘ軸を回転軸とする矢状面内の回転角をロール角、ｙ軸を回転軸とする冠状面内の回転角をピッチ角、ｚ軸を回転軸とする水平面内の回転角をヨー角と定義する。
　図２のように、特徴量データ生成部１２（特徴量データ生成装置とも呼ぶ）は、取得部１２１、正規化部１２２、抽出部１２３、生成部１２５、および特徴量データ出力部１２７を有する。例えば、特徴量データ生成部１２は、歩容計測装置１０の全体制御やデータ処理を行うマイクロコンピュータまたはマイクロコントローラによって実現される。例えば、特徴量データ生成部１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等を有する。特徴量データ生成部１２は、加速度センサ１１１および角速度センサ１１２を制御して、角速度や加速度を計測する。例えば、特徴量データ生成部１２は、被験者（ユーザ）の携帯する携帯端末（図示しない）の側に実装されてもよい。
　取得部１２１は、加速度センサ１１１から、３軸方向の加速度を取得する。また、取得部１２１は、角速度センサ１１２から、３軸周りの角速度を取得する。例えば、取得部１２１は、取得された角速度および加速度等の物理量（アナログデータ）をＡＤ変換（Analog-to-Digital Conversion）する。なお、加速度センサ１１１および角速度センサ１１２によって計測された物理量（アナログデータ）は、加速度センサ１１１および角速度センサ１１２の各々においてデジタルデータに変換されてもよい。取得部１２１は、変換後のデジタルデータ（センサデータとも呼ぶ）を正規化部１２２に出力する。取得部１２１は、図示しない記憶部に、センサデータを記憶させるように構成されてもよい。センサデータには、デジタルデータに変換された加速度データと、デジタルデータに変換された角速度データとが少なくとも含まれる。加速度データは、３軸方向の加速度ベクトルを含む。角速度データは、３軸周りの角速度ベクトルを含む。加速度データおよび角速度データには、それらのデータの取得時間が紐付けられる。また、取得部１２１は、加速度データおよび角速度データに対して、実装誤差や温度補正、直線性補正などの補正を加えてもよい。
　正規化部１２２は、取得部１２１からセンサデータを取得する。正規化部１２２は、センサデータに含まれる３軸方向の加速度および３軸周りの角速度の時系列データから、一歩行周期分の時系列データ（歩行波形データとも呼ぶ）を抽出する。正規化部１２２は、抽出された一歩行周期分の歩行波形データの時間を、０～１００％（パーセント）の歩行周期に正規化（第１正規化とも呼ぶ）する。０～１００％の歩行周期に含まれる１％や１０％などのタイミングを、歩行フェーズとも呼ぶ。また、正規化部１２２は、第１正規化された一歩行周期分の歩行波形データに関して、立脚相が６０％、遊脚相が４０％になるように正規化（第２正規化とも呼ぶ）する。立脚相は、足の裏側の少なくとも一部が地面に接している期間である。遊脚相は、足の裏側が地面から離れている期間である。歩行波形データを第２正規化すれば、特徴量が抽出される歩行フェーズのずれが、外乱の影響でぶれることを抑制できる。
　図６は、右足を基準とする一歩行周期について説明するための概念図である。左足を基準とする一歩行周期も、右足と同様である。図６の横軸は、右足の踵が地面に着地した時点を起点とし、次に右足の踵が地面に着地した時点を終点とする右足の一歩行周期である。図６の横軸は、一歩行周期を１００％として第１正規化されている。また、図６の横軸は、立脚相が６０％、遊脚相が４０％になるように第２正規化されている。片足の一歩行周期は、足の裏側の少なくとも一部が地面に接している立脚相と、足の裏側が地面から離れている遊脚相とに大別される。立脚相は、さらに、荷重応答期Ｔ１、立脚中期Ｔ２、立脚終期Ｔ３、遊脚前期Ｔ４に細分される。遊脚相は、さらに、遊脚初期Ｔ５、遊脚中期Ｔ６、遊脚終期Ｔ７に細分される。なお、図６は一例であって、一歩行周期を構成する期間や、それらの期間の名称等を限定するものではない。
　図６のように、歩行においては、複数の事象（歩行イベントとも呼ぶ）が発生する。Ｅ１は、右足の踵が接地する事象（踵接地）を表す（ＨＣ：Heel Contact）。Ｅ２は、右足の足裏が接地した状態で、左足の爪先が地面から離れる事象（反対足爪先離地）を表す（ＯＴＯ：Opposite Toe Off）。Ｅ３は、右足の足裏が接地した状態で、右足の踵が持ち上がる事象（踵持ち上がり）を表す（ＨＲ：Heel Rise）。Ｅ４は、左足の踵が接地した事象（反対足踵接地）である（ＯＨＳ：Opposite Heel Strike）。Ｅ５は、左足の足裏が接地した状態で、右足の爪先が地面から離れる事象（爪先離地）を表す（ＴＯ：Toe Off）。Ｅ６は、左足の足裏が接地した状態で、左足と右足が交差する事象（足交差）を表す（ＦＡ：Foot Adjacent）。Ｅ７は、左足の足裏が接地した状態で、右足の脛骨が地面に対してほぼ垂直になる事象（脛骨垂直）を表す（ＴＶ：Tibia Vertical）。Ｅ８は、右足の踵が接地する事象（踵接地）を表す（ＨＣ：Heel Contact）。Ｅ８は、Ｅ１から始まる歩行周期の終点に相当するとともに、次の歩行周期の起点に相当する。なお、図６は一例であって、歩行において発生する事象や、それらの事象の名称を限定するものではない。
　図７は、歩容パラメータの一例について説明するための概念図である。図７には、右足ステップ長ＳR、左足ステップ長ＳL、ストライド長Ｔ、歩隔Ｗ、および足角Ｆを図示する。右足ステップ長ＳRは、左足の足裏が接地した状態から、進行方向に振り出された右足の踵が着地した状態に遷移した際の、右足の踵と左足の踵のＹ座標の差である。左足ステップ長ＳLは、右足の足裏が接地した状態から、進行方向に振り出された左足の踵が着地した状態に遷移した際の、左足の踵と右足の踵のＹ座標の差である。ストライド長Ｔは、右足ステップ長ＳRと左足ステップ長ＳLの和である。歩隔Ｗは、右足と左足の間隔である。図７において、歩隔Ｗは、接地した状態の右足の踵の中心線のＸ座標と、接地した状態の左足の踵の中心線のＸ座標との差である。足角Ｆは、足裏面が接地した状態において、足の中心線と進行方向（Ｙ軸）が成す角度である。本実施形態においては、遊脚相において、足が宙に浮いている状態の足角を評価する。
　図８は、進行方向加速度（Ｙ方向加速度）の時系列データ（実線）から、踵接地ＨＣや爪先離地ＴＯを検出する一例について説明するための図である。踵接地ＨＣのタイミングは、進行方向加速度（Ｙ方向加速度）の時系列データに表れる極大ピークの直後の極小ピークのタイミングである。踵接地ＨＣのタイミングの目印になる極大ピークは、一歩行周期分の歩行波形データの最大ピークに相当する。連続する踵接地ＨＣの間の区間が、一歩行周期である。爪先離地ＴＯのタイミングは、進行方向加速度（Ｙ方向加速度）の時系列データに変動が表れない立脚相の期間の後に表れる極大ピークの立ち上がりのタイミングである。図８には、ロール角（Ｘ軸周り角速度）の時系列データ（破線）も示す。ロール角が最小のタイミングと、ロール角が最大のタイミングとの中点のタイミングが、立脚中期に相当する。例えば、歩行速度や、歩幅、分回し、内旋／外旋、底屈／背屈などのパラメータ（歩容パラメータとも呼ぶ）は、立脚中期を基準として求めることができる。
　図９は、正規化部１２２によって正規化された歩行波形データの一例について説明するための図である。正規化部１２２は、進行方向加速度（Ｙ方向加速度）の時系列データから、踵接地ＨＣと爪先離地ＴＯを検出する。正規化部１２２は、連続する踵接地ＨＣの間の区間を、一歩行周期分の歩行波形データとして抽出する。正規化部１２２は、第１正規化によって、一歩行周期分の歩行波形データの横軸（時間軸）を、０～１００％の歩行周期に変換する。図９には、第１正規化後の歩行波形データを破線で示す。第１正規化後の歩行波形データ（破線）では、爪先離地ＴＯのタイミングが６０％からずれている。
　図９の例において、正規化部１２２は、歩行フェーズが０％の踵接地ＨＣから、その踵接地ＨＣに後続する爪先離地ＴＯまでの区間を０～６０％に正規化する。また、正規化部１２２は、爪先離地ＴＯから、爪先離地ＴＯに後続する歩行フェーズが１００％の踵接地ＨＣまでの区間を６０～１００％に正規化する。その結果、一歩行周期分の歩行波形データは、歩行周期が０～６０％の区間（立脚相）と、歩行周期が６０～１００％の区間（遊脚相）とに正規化される。図９には、第２正規化後の歩行波形データを実線で示す。第２正規化後の歩行波形データ（実線）では、爪先離地ＴＯのタイミングが６０％に一致する。
　図８～図９には、進行方向加速度（Ｙ方向加速度）に基づいて、一歩行周期分の歩行波形データを抽出／正規化する例を示した。進行方向加速度（Ｙ方向加速度）以外の加速度／角速度に関して、正規化部１２２は、進行方向加速度（Ｙ方向加速度）の歩行周期に合わせて、一歩行周期分の歩行波形データを抽出／正規化する。また、正規化部１２２は、３軸周りの角速度の時系列データを積分することで、３軸周りの角度の時系列データを生成してもよい。その場合、正規化部１２２は、３軸周りの角度に関しても、進行方向加速度（Ｙ方向加速度）の歩行周期に合わせて、一歩行周期分の歩行波形データを抽出／正規化する。
　正規化部１２２は、進行方向加速度（Ｙ方向加速度）以外の加速度／角速度に基づいて、一歩行周期分の歩行波形データを抽出／正規化してもよい（図面は省略）。例えば、正規化部１２２は、垂直方向加速度（Ｚ方向加速度）の時系列データから、踵接地ＨＣや爪先離地ＴＯを検出してもよい。踵接地ＨＣのタイミングは、垂直方向加速度（Ｚ方向加速度）の時系列データに表れる急峻な極小ピークのタイミングである。急峻な極小ピークのタイミングにおいては、垂直方向加速度（Ｚ方向加速度）の値がほぼ０になる。踵接地ＨＣのタイミングの目印になる極小ピークは、一歩行周期分の歩行波形データの最小ピークに相当する。連続する踵接地ＨＣの間の区間が、一歩行周期である。爪先離地ＴＯのタイミングは、垂直方向加速度（Ｚ方向加速度）の時系列データが、踵接地ＨＣの直後の極大ピークの後に変動の小さい区間を経た後に、なだらかに増大する途中の変曲点のタイミングである。また、正規化部１２２は、進行方向加速度（Ｙ方向加速度）および垂直方向加速度（Ｚ方向加速度）の両方に基づいて、一歩行周期分の歩行波形データを抽出／正規化してもよい。また、正規化部１２２は、進行方向加速度（Ｙ方向加速度）および垂直方向加速度（Ｚ方向加速度）以外の加速度や角速度、角度等に基づいて、一歩行周期分の歩行波形データを抽出／正規化してもよい。
　抽出部１２３は、正規化部１２２によって正規化された一歩行周期分の歩行波形データを取得する。抽出部１２３は、一歩行周期分の歩行波形データから、動的バランスの推定に用いられる特徴量を抽出する。抽出部１２３は、予め設定された条件に基づいて、時間的に連続する歩行フェーズを統合した歩行フェーズクラスターから、歩行フェーズクラスターごとの特徴量を抽出する。歩行フェーズクラスターは、少なくとも一つの歩行フェーズを含む。歩行フェーズクラスターには、単一の歩行フェーズも含まれる。動的バランスの推定に用いられる特徴量が抽出される歩行波形データや歩行フェーズについては、後述する。
　図１０は、一歩行周期分の歩行波形データから、動的バランスを推定するための特徴量を抽出することについて説明するための概念図である。例えば、抽出部１２３は、時間的に連続する歩行フェーズｉ～ｉ＋ｍを、歩行フェーズクラスターＣとして抽出する（ｉ、ｍは自然数）。歩行フェーズクラスターＣは、ｍ個の歩行フェーズ（構成要素）を含む。すなわち、歩行フェーズクラスターＣを構成する歩行フェーズ（構成要素）の数（構成要素数とも呼ぶ）は、ｍである。図１０には、歩行フェーズが整数値の例を挙げるが、歩行フェーズは小数点以下まで細分化されてもよい。歩行フェーズが小数点以下まで細分化される場合、歩行フェーズクラスターＣの構成要素数は、歩行フェーズクラスターの区間のデータ点数に応じた数になる。抽出部１２３は、歩行フェーズｉ～ｉ＋ｍの各々から特徴量を抽出する。歩行フェーズクラスターＣが単一の歩行フェーズｊによって構成される場合、抽出部１２３は、その単一の歩行フェーズｊから特徴量を抽出する（ｊは自然数）。
　生成部１２５は、歩行フェーズクラスターを構成する歩行フェーズの各々から抽出された特徴量（第１特徴量）に特徴量構成式を適用して、歩行フェーズクラスターの特徴量（第２特徴量）を生成する。特徴量構成式は、歩行フェーズクラスターの特徴量を生成するために、予め設定された計算式である。例えば、特徴量構成式は、四則演算に関する計算式である。例えば、特徴量構成式を用いて算出される第２特徴量は、歩行フェーズクラスターに含まれる各歩行フェーズにおける第１特徴量の積分平均値や算術平均値、傾斜、ばらつきなどである。例えば、生成部１２５は、歩行フェーズクラスターを構成する歩行フェーズの各々から抽出された第１特徴量の傾斜やばらつきを算出する計算式を、特徴量構成式として適用する。例えば、歩行フェーズクラスターが単独の歩行フェーズで構成される場合は、傾斜やばらつきを算出できないため、積分平均値や算術平均値などを計算する特徴量構成式を用いればよい。
　特徴量データ出力部１２７は、生成部１２５によって生成された歩行フェーズクラスターごとの特徴量データを出力する。特徴量データ出力部１２７は、生成された歩行フェーズクラスターの特徴量データを、その特徴量データを使用する動的バランス推定装置１３に出力する。
　〔動的バランス推定装置〕
　図１１は、動的バランス推定装置１３の構成の一例を示すブロック図である。動的バランス推定装置１３は、データ取得部１３１、記憶部１３２、推定部１３３、および出力部１３５を有する。
　データ取得部１３１は、歩容計測装置１０から特徴量データを取得する。データ取得部１３１は、受信された特徴量データを推定部１３３に出力する。データ取得部１３１は、ケーブルなどの有線を介して特徴量データを歩容計測装置１０から受信してもよいし、無線通信を介して特徴量データを歩容計測装置１０から受信してもよい。例えば、データ取得部１３１は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉＦｉ（登録商標）などの規格に則した無線通信機能（図示しない）を介して、特徴量データを歩容計測装置１０から受信するように構成される。なお、データ取得部１３１の通信機能は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉＦｉ（登録商標）以外の規格に則していてもよい。
　記憶部１３２は、歩行波形データから抽出された特徴量データを用いて、動的バランスとしてＦＲ距離を推定する推定モデルを記憶する。記憶部１３２は、複数の被験者のＦＲ距離に関する特徴量データと、ＦＲ距離との関係を学習した推定モデルを記憶する。例えば、記憶部１３２は、複数の被験者に関して学習された、ＦＲ距離を推定する推定モデルを記憶する。ＦＲ距離には、身長の影響が出る。そのため、記憶部１３２は、身長に関する属性データに応じた推定モデルを記憶してもよい。
　図１２～図１３は、ＦＲ距離について説明するための概念図である。図１２は、両手を水平面に対して９０度挙上した状態を示す概念図である。図１２には、挙上された両手の指先の位置Ａを示す。図１３は、図１２の状態から、可能な限り前方へ上肢を移動（リーチ）させた状態を示す概念図である。図１３には、図１２の状態における指先の位置Ａとともに、可能な限り前方へ上肢を移動させた状態における指先の位置Ｂとを示す。位置Ａと位置Ｂの距離ｄが、ＦＲ距離に相当する。
　動的バランスは、ＦＲ距離の値に応じて評価できる。ＦＲ距離が３０ｃｍ（センチメートル）以上の場合、動的バランスが高く、転倒リスクが低い。ＦＲ距離が２５～３０ｃｍの範囲内の場合、動的バランスは平均的である。ＦＲ距離が２０～２５ｃｍの範囲内の場合、動的バランスが低く、転倒リスクがある。ＦＲ距離が２０ｃｍの未満の場合、動的バランスがかなり低く、転倒リスクが非常に高い。ここで挙げたＦＲ距離に応じた動的バランスの評価基準は、目安であって、状況に応じて設定されればよい。例えば、ＦＲ距離の値に応じた動的バランスの評価基準は、被験者の既往症によって異なる。
　推定モデルは、製品の工場出荷時や、動的バランス推定システム１をユーザが使用する前のキャリブレーション時等のタイミングで、記憶部１３２に記憶させておけばよい。例えば、外部のサーバ等の記憶装置に保存された推定モデルを用いるように構成してもよい。その場合、その記憶装置と接続されたインターフェース（図示しない）を介して、推定モデルを用いるように構成すればよい。
　推定部１３３は、データ取得部１３１から特徴量データを取得する。推定部１３３は、取得された特徴量データを用いて、動的バランスとしてＦＲ距離の推定を実行する。推定部１３３は、記憶部１３２に記憶された推定モデルに特徴量データを入力する。推定部１３３は、推定モデルから出力される動的バランス（ＦＲ距離）に応じた推定結果を出力する。クラウドやサーバ等に構築された外部の記憶装置に保存された推定モデルを用いる場合、推定部１３３は、その記憶装置と接続されたインターフェース（図示しない）を介して、推定モデルを用いるように構成される。
　出力部１３５は、推定部１３３による動的バランスの推定結果を出力する。例えば、出力部１３５は、被験者（ユーザ）の携帯端末の画面に、動的バランスの推定結果を表示させる。例えば、出力部１３５は、推定結果を使用する外部システム等に対して、その推定結果を出力する。動的バランス推定装置１３から出力された動的バランスの使用に関しては、特に限定を加えない。
　例えば、動的バランス推定装置１３は、被験者（ユーザ）が携帯する携帯端末（図示しない）を介して、クラウドやサーバに構築された外部システム等に接続される。携帯端末（図示しない）は、携帯可能な通信機器である。例えば、携帯端末は、スマートフォンや、スマートウォッチ、携帯電話等の通信機能を有する携帯型の通信機器である。例えば、動的バランス推定装置１３は、ケーブルなどの有線を介して、携帯端末に接続される。例えば、動的バランス推定装置１３は、無線通信を介して、携帯端末に接続される。例えば、動的バランス推定装置１３は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉＦｉ（登録商標）などの規格に則した無線通信機能（図示しない）を介して、携帯端末に接続される。なお、動的バランス推定装置１３の通信機能は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉＦｉ（登録商標）以外の規格に則していてもよい。動的バランスの推定結果は、携帯端末にインストールされたアプリケーションによって使用されてもよい。その場合、携帯端末は、その携帯端末にインストールされたアプリケーションソフトウェア等によって、推定結果を用いた処理を実行する。
　〔ＦＲ距離推定〕
　次に、ＦＲ距離と特徴量データとの相関関係について、検証例を交えて説明する。図１４は、ＦＲ距離の推定に用いられる特徴量をまとめた対応表である。図１４の対応表は、特徴量の番号、特徴量が抽出される歩行波形データ、歩行フェーズクラスターが抽出される歩行フェーズ（％）、および関連筋肉を対応付ける。ＦＲ距離は、中殿筋や腸骨筋、ハムストリングス（大腿二頭筋長頭）、前脛骨筋等の活動、および足先の向きを外側にする代償動作の大きさとの間に相関がある。そのため、ＦＲ距離の推定には、これらの特徴が表れる歩行フェーズから抽出される特徴量Ｆ１～Ｆ５が用いられる。
　図１５～図１９は、ＦＲ距離と特徴量データとの相関関係の検証結果である。図１５～図１９には、年齢が６０～８５歳の男性２７人および女性３５人の合計６２人の被験者に対して、検証を行った結果を示す。図１５～図１９には、歩容計測装置１０が搭載された履物を履いた歩行に応じて抽出された特徴量を用いて推定された推定値と、ＦＲ距離の計測値（真値）との相関関係を検証した結果を示す。
　特徴量Ｆ１は、進行方向加速度（Ｙ方向加速度）の時系列データに関する歩行波形データＡｙの歩行フェーズ７５－７９％の区間から抽出される。歩行フェーズ７５－７９％は、遊脚中期Ｔ６に含まれる。特徴量Ｆ１には、主に、前脛骨筋や大腿二頭筋短頭の動きに関する特徴が含まれる。図１５は、特徴量Ｆ１とＦＲ距離との相関関係の検証結果である。図１５のグラフの横軸は、正規化された加速度である。特徴量Ｆ１とＦＲ距離との相関係数Ｒは、０．３４３であった。
　特徴量Ｆ２は、垂直方向加速度（Ｚ方向加速度）の時系列データに関する歩行波形データＡｚの歩行フェーズ６２％の区間から抽出される。歩行フェーズ６２％は、遊脚初期Ｔ５に含まれる。特徴量Ｆ２には、主に、腸骨筋の動きに関する特徴が含まれる。図１６は、特徴量Ｆ２とＦＲ距離との相関関係の検証結果である。図１６のグラフの横軸は、正規化された加速度である。特徴量Ｆ２とＦＲ距離との相関係数Ｒは、－０．３２１であった。
　特徴量Ｆ３は、冠状面内（Ｙ軸周り）における角速度の時系列データに関する歩行波形データＧｙの歩行フェーズ７～８％の区間から抽出される。歩行フェーズ７～８％は、荷重応答期Ｔ１に含まれる。特徴量Ｆ３には、主に、中殿筋の動きに関する特徴が含まれる。図１７は、特徴量Ｆ３とＦＲ距離との相関関係の検証結果である。図１７のグラフの横軸は、冠状面内の角度である。特徴量Ｆ３とＦＲ距離との相関係数Ｒは、－０．３４９であった。
　特徴量Ｆ４は、水平面内（Ｚ軸周り）における角度（姿勢角）の時系列データに関する歩行波形データＥｚの歩行フェーズ５７～５８％の区間から抽出される。歩行フェーズ５７～５８％は、遊脚前期Ｔ４に含まれる。特徴量Ｆ４には、主に、代償動作に関する特徴が含まれる。代償動作は、加齢に伴うバランス能力や筋機能の低下を補うために、足角を変化させて安定性を獲得する動作である。図１８は、特徴量Ｆ４とＦＲ距離との相関関係の検証結果である。図１８のグラフの横軸は、水平面内の角度（足底角）である。特徴量Ｆ４とＦＲ距離との相関係数Ｒは、－０．２８６であった。
　特徴量Ｆ５は、遊脚相における水平面内における足角の平均値である。例えば、特徴量Ｆ５は、歩行波形データＥｚの遊脚相における平均値である。言い換えると、特徴量Ｆ５は、水平面内（Ｚ軸周り）の角速度の時系列データに関する歩行波形データＧｚの積分値である。特徴量Ｆ５には、主に、代償動作に関する特徴が含まれる。代償動作は、加齢に伴うバランス能力や筋機能の低下を補うために、足角を変化させて安定性を獲得する動作である。図１９は、特徴量Ｆ５とＦＲ距離との相関関係の検証結果である。図１９のグラフの横軸は、冠状面内の角度である。特徴量Ｆ５とＦＲ距離との相関係数Ｒは、－０．３５３であった。
　図２０は、動的バランスとしてＦＲ距離を推定するために予め構築された推定モデル１５１に、ユーザの歩行に伴って計測されたセンサデータから抽出される特徴量Ｆ１～Ｆ５を入力することで、ＦＲ距離の推定値が出力される一例を示す概念図である。推定モデル１５１は、特徴量Ｆ１～Ｆ５の入力に応じて、動的バランスの指標であるＦＲ距離を出力する。例えば、推定モデル１５１は、ＦＲ距離の推定に用いられる特徴量Ｆ１～Ｆ５を説明変数とし、ＦＲ距離を目的変数とする教師データを用いた学習で生成される。ＦＲ距離を推定するための特徴量データの入力に応じて、動的バランスの指標であるＦＲ距離に関する推定結果が出力されれば、推定モデル１５１の推定結果には限定を加えない。例えば、推定モデル１５１は、ＦＲ距離の推定に用いられる特徴量Ｆ１～Ｆ５に加えて、属性データ（身長）を説明変数として、ＦＲ距離を推定するモデルであってもよい。
　例えば、記憶部１３２には、重回帰予測法を用いて、ＦＲ距離を推定する推定モデルが記憶される。例えば、記憶部１３２には、以下の式１を用いて、ＦＲ距離を推定するためのパラメータが記憶される。
ＦＲ距離＝ａ１×Ｆ１＋ａ２×Ｆ２＋ａ３×Ｆ３＋ａ４×Ｆ４＋ａ５×Ｆ５＋ａ０・・・（１）
上記の式１において、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５は、図１４の対応表に示したＦＲ距離の推定に用いられる歩行フェーズクラスターごとの特徴量である。ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５は、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５に掛け合わされる係数である。ａ０は、定数項である。例えば、記憶部１３２には、ａ０、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５を記憶させておく。
　次に、上述した６２名の被験者の計測データを用いて生成された推定モデル１５１を評価した結果を示す。ここでは、被験者の属性（歩行速度を含む）を用いて動的バランス（ＦＲ距離）を推定した検証例（図２１）と、被験者の歩容の特徴量を用いて動的バランス（ＦＲ距離）を推定した検証例（図２２）とを比較する。図２１および図２２には、６１人の計測データを用いて生成された推定モデルを、ＬＯＳＯ（Leave-One-Subject-Out）の方法によって、残りの１人の計測データを用いてテストした結果を示す。図２１および図２２には、全員（６２人）の被験者に対してＬＯＳＯを行い、テストによる予測値と計測値（真値）とを対応させた結果を示す。ＬＯＳＯのテスト結果は、級内相関係数ＩＣＣ（Intraclass Correlation Coefficients）、平均絶対誤差ＭＡＥ（Mean Absolute Error）、決定係数Ｒ2の値で評価した。級内相関係数ＩＣＣには、検者間信頼性を評価するために、級内相関係数ＩＣＣ（２、１）を用いた。
　図２１は、性別、年齢、身長、体重、および歩行速度を説明変数とし、ＦＲ距離を目的変数とした教師データを学習させた比較例の推定モデルの検証結果である。比較例の推定モデルでは、級内相関係数ＩＣＣ（２、１）が０．１８、平均絶対誤差ＭＡＥが５．３１、決定係数Ｒ2が０．０６であった。
　図２２は、特徴量Ｆ１～Ｆ５、年齢、および身長を説明変数とし、ＦＲ距離を目的変数とした教師データを学習させた本実施形態の推定モデル１５１の検証結果である。本実施形態の推定モデル１５１は、級内相関係数ＩＣＣ（２、１）が０．６４４、平均絶対誤差ＭＡＥが４．１７、決定係数Ｒ2が０．４４であった。すなわち、本実施形態の推定モデル１５１は、比較例の推定モデルと比較して、信頼性が高く、誤差が小さく、説明変数によって目的変数が十分に説明されている。すなわち、本実施形態の手法によれば、属性および歩行速度のみを用いた推定モデルと比較して、信頼性が高く、誤差が小さく、説明変数によって目的変数が十分に説明された推定モデル１５１を生成できる。
　（動作）
　次に、動的バランス推定システム１の動作について図面を参照しながら説明する。ここでは、動的バランス推定システム１に含まれる歩容計測装置１０および動的バランス推定装置１３について、個別に説明する。歩容計測装置１０に関しては、歩容計測装置１０に含まれる特徴量データ生成部１２の動作について説明する。
　〔歩容計測装置〕
　図２３は、歩容計測装置１０に含まれる特徴量データ生成部１２の動作について説明するためのフローチャートである。図２３のフローチャートに沿った説明においては、特徴量データ生成部１２を動作主体として説明する。
　図２３において、まず、特徴量データ生成部１２は、足の動きに関するセンサデータの時系列データを取得する（ステップＳ１０１）。
　次に、特徴量データ生成部１２は、センサデータの時系列データから一歩行周期分の歩行波形データを抽出する（ステップＳ１０２）。特徴量データ生成部１２は、センサデータの時系列データから踵接地および爪先離地を検出する。特徴量データ生成部１２は、連続する踵接地間の区間の時系列データを、一歩行周期分の歩行波形データとして抽出する。
　次に、特徴量データ生成部１２は、抽出された一歩行周期分の歩行波形データを正規化する（ステップＳ１０３）。特徴量データ生成部１２は、一歩行周期分の歩行波形データを０～１００％の歩行周期に正規化する（第１正規化）。さらに、特徴量データ生成部１２は、第１正規化された一歩行周期分の歩行波形データの立脚相と遊脚相の比を６０：４０に正規化する（第２正規化）。
　次に、特徴量データ生成部１２は、正規化された歩行波形に関して、動的バランスの推定に用いられる歩行フェーズから特徴量を抽出する（ステップＳ１０４）。例えば、特徴量データ生成部１２は、予め構築された推定モデルに入力される特徴量を抽出する。
　次に、特徴量データ生成部１２は、抽出された特徴量を用いて、歩行フェーズクラスターごとの特徴量を生成する（ステップＳ１０５）。
　次に、特徴量データ生成部１２は、歩行フェーズクラスターごとの特徴量を統合して、一歩行周期分の特徴量データを生成する（ステップＳ１０６）。
　次に、特徴量データ生成部１２は、生成された特徴量データを動的バランス推定装置１３に出力する（ステップＳ１０７）。
　〔動的バランス推定装置〕
　図２４は、動的バランス推定装置１３の動作について説明するためのフローチャートである。図２４のフローチャートに沿った説明においては、動的バランス推定装置１３を動作主体として説明する。
　図２４において、まず、動的バランス推定装置１３は、足の動きに関するセンサデータを用いて生成された特徴量データを取得する（ステップＳ１３１）。
　次に、動的バランス推定装置１３は、取得した特徴量データを、動的バランス（ＦＲ距離）を推定する推定モデルに入力する（ステップＳ１３２）。
　次に、動的バランス推定装置１３は、推定モデルからの出力（推定値）に応じて、ユーザの動的バランスを推定する（ステップＳ１３３）。例えば、動的バランス推定装置１３は、ユーザのＦＲ距離を動的バランスとして推定する。
　次に、動的バランス推定装置１３は、推定された動的バランスに関する情報を出力する（ステップＳ１３４）。例えば、動的バランスは、ユーザの携帯する端末装置（図示しない）に出力される。例えば、動的バランスは、動的バランスを用いた処理を実行するシステムに出力される。
　（適用例）
　次に、本実施形態に係る適用例について図面を参照しながら説明する。以下の適用例において、靴に配置された歩容計測装置１０によって計測された特徴量データを用いて、ユーザが携帯する携帯端末にインストールされた動的バランス推定装置１３の機能が、動的バランスに関する情報を推定する例を示す。
　図２５は、歩容計測装置１０が配置された靴１００を履いて歩行するユーザの携帯する携帯端末１６０の画面に、動的バランス推定装置１３による推定結果を表示させる一例を示す概念図である。図２５は、ユーザの歩行中に計測されたセンサデータに応じた特徴量データを用いた動的バランスの推定結果に応じた情報を、携帯端末１６０の画面に表示させる例である。
　図２５は、動的バランスであるＦＲ距離の推定値に応じた情報が、携帯端末１６０の画面に表示される例である。図２５の例では、動的バランスの推定結果として、ＦＲ距離の推定値が、携帯端末１６０の表示部に表示される。また、図２５の例では、動的バランスであるＦＲ距離の推定値に応じて、「動的バランスが低下しています。」という動的バランスの推定結果に関する情報が、携帯端末１６０の表示部に表示される。また、図２５の例では、動的バランスであるＦＲ距離の推定値に応じて、「トレーニングＡを推奨します。下記の動画をご覧ください。」という動的バランスの推定結果に応じた推薦情報が、携帯端末１６０の表示部に表示される。携帯端末１６０の表示部に表示された情報を確認したユーザは、推薦情報に応じて、トレーニングＡの動画を参照して運動することによって、動的バランスの増大につながるトレーニングを実践できる。
　以上のように、本実施形態の動的バランス推定システムは、歩容計測装置および動的バランス推定装置を備える。歩容計測装置は、センサと特徴量データ生成部を備える。センサは、加速度センサと角速度センサを有する。センサは、加速度センサを用いて、空間加速度を計測する。センサは、角速度センサを用いて、空間角速度を計測する。センサは、計測した空間加速度および空間角速度を用いて、足の動きに関するセンサデータを生成する。センサは、生成したセンサデータを特徴量データ生成部に出力する。特徴量データ生成部は、足の動きに関するセンサデータの時系列データを取得する。特徴量データ生成部は、センサデータの時系列データから一歩行周期分の歩行波形データを抽出する。特徴量データ生成部は、抽出された歩行波形データを正規化する。特徴量データ生成部は、正規化された歩行波形データから、動的バランスの推定に用いられる特徴量を、時間的に連続する少なくとも一つの歩行フェーズによって構成される歩行フェーズクラスターから抽出する。特徴量データ生成部は、抽出された特徴量を含む特徴量データを生成する。特徴量データ生成部は、生成された特徴量データを出力する。
　動的バランス推定装置は、データ取得部、記憶部、推定部、および出力部を備える。データ取得部は、ユーザの足の動きに関するセンサデータから抽出された、ユーザの動的バランスの推定に用いられる特徴量を含む特徴量データを取得する。記憶部は、特徴量データの入力に応じた動的バランス指標を出力する推定モデルを記憶する。推定部は、取得された特徴量データを推定モデルに入力する。推定部は、推定モデルから出力される動的バランス指標に応じて、ユーザの動的バランスを推定する。出力部は、推定された動的バランスに関する情報を出力する。
　本実施形態の動的バランス推定システムは、ユーザの足の動きに関するセンサデータから抽出された特徴量を用いて、ユーザの動的バランスを推定する。そのため、本実施形態の動的バランス推定システムによれば、動的バランスを計測するための器具を用いずに、日常生活において動的バランスを適宜推定できる。
　本実施形態の一態様において、データ取得部は、足の動きに関するセンサデータの時系列データを用いて生成された歩行波形データから抽出された特徴量を含む特徴量データを取得する。データ取得部は、動的バランス指標としてファンクショナル・リーチ・テストの成績値（ファンクショナル・リーチ距離）を推定するために用いられる特徴量を含む特徴量データを取得する。本態様によれば、足の動きに関するセンサデータを用いることで、動的バランスを計測するための器具を用いずに、日常生活において動的バランスを適宜推定できる。
　本実施形態の一態様において、記憶部は、複数の被験者に関する教師データを用いた学習によって生成された推定モデルを記憶する。推定モデルは、動的バランス指標の推定に用いられる特徴量を説明変数とし、複数の被験者の動的バランス指標を目的変数とする教師データを用いた学習によって生成される。推定部は、ユーザに関して取得された特徴量データを推定モデルに入力する。推定部は、推定モデルから出力されたユーザの動的バランス指標に応じて、ユーザの前記動的バランスを推定する。本態様によれば、動的バランスを計測するための器具を用いずに、日常生活において動的バランスを適宜推定できる。
　本実施形態の一態様において、記憶部は、被験者の属性データ（身長）を含めた説明変数を用いて学習された推定モデルを記憶する。推定部は、ユーザに関する特徴量データおよび属性データ（身長）を推定モデルに入力する。推定部は、推定モデルから出力されたユーザの動的バランス指標に応じて、ユーザの動的バランスを推定する。本態様では、動的バランスに影響を与える属性データ（身長）を含めて、動的バランスを推定する。そのため、本態様によれば、動的バランスをより高精度に計測できる。
　本実施形態の一態様において、記憶部は、複数の被験者に関する教師データを用いた学習によって生成された推定モデルを記憶する。推定モデルは、複数の被験者の歩行波形データから抽出された特徴量を説明変数とし、複数の被験者の動的バランス指標を目的変数とする教師データを用いた学習によって生成されたモデルである。例えば、荷重応答期から抽出された中殿筋の活動に関する特徴量が、説明変数に含まれる。例えば、遊脚初期から抽出された腸骨筋の活動に関する特徴量が、説明変数に含まれる。例えば、遊脚中期から抽出される前脛骨筋および大腿二頭筋短頭に関する特徴量、および遊脚相における足角の代償動作に関する特徴量が、説明変数に含まれる。推定部は、ユーザの歩行に応じて取得された特徴量データを推定モデルに入力する。推定部は、推定モデルから出力されたユーザの動的バランス指標に応じて、ユーザの動的バランスを推定する。本態様によれば、動的バランスに影響を与える筋肉の活動に応じた特徴量を学習させた推定モデルを用いることによって、身体活動により適合した動的バランスを推定できる。
　本実施形態の一態様において、記憶部は、複数の被験者に関して、歩行波形データから抽出された複数の特徴量を説明変数とし、被験者の動的バランス指標に関する動的バランスを目的変数とする教師データを用いた学習によって生成された推定モデルを記憶する。例えば、冠状面内における角速度の歩行波形データの荷重応答期から抽出された特徴量が、説明変数に含まれる。例えば、垂直方向加速度の歩行波形データの遊脚初期から抽出された特徴量が、説明変数に含まれる。例えば、進行方向加速度の歩行波形データの遊脚中期から抽出された特徴量が、説明変数に含まれる。例えば、水平面内における角度の歩行波形データの遊脚前期から抽出された特徴量が、説明変数に含まれる。例えば、遊脚相における足角に関する特徴量が、説明変数に含まれる。データ取得部は、ユーザの歩行に応じて抽出された特徴量を含む特徴量データを取得する。例えば、データ取得部は、冠状面内における角速度の歩行波形データの荷重応答期の特徴量を取得する。例えば、データ取得部は、垂直方向加速度の歩行波形データの遊脚初期の特徴量を取得する。例えば、データ取得部は、進行方向加速度の歩行波形データの遊脚中期の特徴量を取得する。例えば、データ取得部は、水平面内における角度の歩行波形データの遊脚前期の特徴量を取得する。例えば、データ取得部は、遊脚相における足角の特徴量を取得する。推定部は、取得された特徴量データを推定モデルに入力する。推定部は、推定モデルから出力されたユーザの動的バランス指標に応じて、ユーザの動的バランスを推定する。本態様によれば、動的バランスに影響を与える筋肉の活動に応じた特徴が含まれる歩行波形データから抽出された特徴量を学習させた推定モデルを用いることによって、足の動きに関するセンサデータを用いて、身体活動により適合した動的バランスを推定できる。
　本実施形態の一態様において、動的バランス推定装置は、ユーザによって視認可能な画面を有する端末装置に実装される。例えば、動的バランス推定装置は、ユーザの足の動きに応じて推定された動的バランスに関する情報を、端末装置の画面に表示させる。例えば、動的バランス推定装置は、ユーザの足の動きに応じて推定された動的バランスに応じた推薦情報を、端末装置の画面に表示させる。例えば、動的バランス推定装置は、ユーザの足の動きに応じて推定された動的バランスに応じた推薦情報として、動的バランスに関する身体部位を鍛えるためのトレーニングに関する動画を端末装置の画面に表示させる。本態様によれば、ユーザの足の動きに関するセンサデータから抽出される特徴量に応じて推定された動的バランスを、ユーザによって視認可能な画面に表示させることによって、ユーザが自身の動的バランスに応じた情報を確認できる。
　（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態に係る学習システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の学習システムは、歩容計測装置によって計測されたセンサデータから抽出された特徴量データを用いた学習によって、特徴量の入力に応じて動的バランスを推定するための推定モデルを生成する。
　（構成）
　図２６は、本実施形態に係る学習システム２の構成の一例を示すブロック図である。学習システム２は、歩容計測装置２０および学習装置２５を備える。歩容計測装置２０と学習装置２５は、有線で接続されてもよいし、無線で接続されてもよい。歩容計測装置２０と学習装置２５は、単一の装置で構成されてもよい。また、学習システム２の構成から歩容計測装置２０を除き、学習装置２５だけで学習システム２が構成されてもよい。図２６には歩容計測装置２０を一つしか図示していないが、左右両足に歩容計測装置２０が一つずつ（計二つ）配置されてもよい。また、学習装置２５は、歩容計測装置２０に接続されず、予め歩容計測装置２０によって生成されてデータベースに格納されていた特徴量データを用いて、学習を実行するように構成されてもよい。
　歩容計測装置２０は、左右の足のうち少なくとも一方に設置される。歩容計測装置２０は、第１の実施形態の歩容計測装置１０と同様の構成である。歩容計測装置２０は、加速度センサおよび角速度センサを含む。歩容計測装置２０は、計測された物理量をデジタルデータ（センサデータとも呼ぶ）に変換する。歩容計測装置２０は、センサデータの時系列データから、正規化された一歩行周期分の歩行波形データを生成する。歩容計測装置２０は、動的バランスの推定に用いられる特徴量データを生成する。歩容計測装置２０は、生成された特徴量データを学習装置２５に送信する。なお、歩容計測装置２０は、学習装置２５によってアクセスされるデータベース（図示しない）に、特徴量データを送信するように構成されてもよい。データベースに蓄積された特徴量データは、学習装置２５の学習に用いられる。
　学習装置２５は、歩容計測装置２０から特徴量データを受信する。データベース（図示しない）に蓄積された特徴量データを用いる場合、学習装置２５は、データベースから特徴量データを受信する。学習装置２５は、受信された特徴量データを用いた学習を実行する。例えば、学習装置２５は、複数の被験者歩行波形データから抽出された特徴量データを説明変数とし、その特徴量データに応じた動的バランスに関する値を目的変数とする教師データを学習する。学習装置２５が実行する学習のアルゴリズムには、特に限定を加えない。学習装置２５は、複数の被験者に関する教師データを用いて学習された推定モデルを生成する。学習装置２５は、生成された推定モデルを記憶する。学習装置２５によって学習された推定モデルは、学習装置２５の外部の記憶装置に格納されてもよい。
　〔学習装置〕
　次に、学習装置２５の詳細について図面を参照しながら説明する。図２７は、学習装置２５の詳細構成の一例を示すブロック図である。学習装置２５は、受信部２５１、学習部２５３、および記憶部２５５を有する。
　受信部２５１は、歩容計測装置２０から特徴量データを受信する。受信部２５１は、受信された特徴量データを学習部２５３に出力する。受信部２５１は、ケーブルなどの有線を介して特徴量データを歩容計測装置２０から受信してもよいし、無線通信を介して特徴量データを歩容計測装置２０から受信してもよい。例えば、受信部２５１は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉＦｉ（登録商標）などの規格に則した無線通信機能（図示しない）を介して、特徴量データを歩容計測装置２０から受信するように構成される。なお、受信部２５１の通信機能は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉＦｉ（登録商標）以外の規格に則していてもよい。
　学習部２５３は、受信部２５１から特徴量データを取得する。学習部２５３は、取得された特徴量データを用いて学習を実行する。例えば、学習部２５３は、被験者の足の動きに応じて計測されたセンサデータから抽出された特徴量データを説明変数とし、その被験者のＦＲ距離を目的変数とするデータセットを教師データとして学習する。例えば、学習部２５３は、複数の被験者に関して学習された、特徴量データの入力に応じてＦＲ距離を推定する推定モデルを生成する。例えば、学習部２５３は、属性データ（身長）に応じた推定モデルを生成する。例えば、学習部２５３は、被験者の足の動きに応じて計測されたセンサデータから抽出された特徴量データと、被験者の属性データ（身長）とを説明変数として、動的バランスとしてＦＲ距離を推定する推定モデルを生成する。学習部２５３は、複数の被験者に関して学習された推定モデルを記憶部２５５に記憶させる。
　例えば、学習部２５３は、線形回帰のアルゴリズムを用いた学習を実行する。例えば、学習部２５３は、サポートベクターマシン（ＳＶＭ：Support Vector Machine）のアルゴリズムを用いた学習を実行する。例えば、学習部２５３は、ガウス過程回帰（ＧＰＲ：Gaussian Process Regression）のアルゴリズムを用いた学習を実行する。例えば、学習部２５３は、ランダムフォレスト（ＲＦ：Random Forest）のアルゴリズムを用いた学習を実行する。例えば、学習部２５３は、特徴量データに応じて、その特徴量データの生成元の被験者を分類する教師なし学習を実行してもよい。学習部２５３が実行する学習のアルゴリズムには、特に限定を加えない。
　学習部２５３は、一歩行周期分の歩行波形データを説明変数として、学習を実行してもよい。例えば、学習部２５３は、３軸方向の加速度、３軸周りの角速度、３軸周りの角度（姿勢角）の歩行波形データを説明変数とし、動的バランス指標の正解値を目的変数とした教師あり学習を実行する。例えば、０～１００％の歩行周期において歩行フェーズが１％刻みで設定されている場合、学習部２５３は、９０９個の説明変数を用いて学習する。
　図２８は、推定モデルを生成するための学習について説明するための概念図である。図２８は、説明変数である特徴量Ｆ１～Ｆ５と、目的変数であるＦＲ距離（動的バランス指標）とのデータセットを教師データとして、学習部２５３に学習させる一例を示す概念図である。例えば、学習部２５３は、複数の被験者に関するデータを学習し、センサデータから抽出された特徴量の入力に応じて、ＦＲ距離（動的バランス指標）に関する出力（推定値）を出力する推定モデルを生成する。
　記憶部２５５は、複数の被験者に関して学習された推定モデルを記憶する。例えば、記憶部２５５は、複数の被験者に関して学習された、動的バランスを推定する推定モデルを記憶する。例えば、記憶部２５５に記憶された推定モデルは、第１の実施形態の動的バランス推定装置１３による動的バランスの推定に用いられる。
　以上のように、本実施形態の学習システムは、歩容計測装置および学習装置を備える。歩容計測装置は、足の動きに関するセンサデータの時系列データを取得する。歩容計測装置は、センサデータの時系列データから一歩行周期分の歩行波形データを抽出し、抽出された歩行波形データを正規化する。歩容計測装置は、正規化された歩行波形データから、ユーザの動的バランスの推定に用いられる特徴量を、時間的に連続する少なくとも一つの歩行フェーズによって構成される歩行フェーズクラスターから抽出する。歩容計測装置は、抽出された特徴量を含む特徴量データを生成する。歩容計測装置は、生成された特徴量データを学習装置に出力する。
　学習装置は、受信部、学習部、および記憶部を有する。受信部は、歩容計測装置によって生成された特徴量データを取得する。学習部は、特徴量データを用いて学習を実行する。学習部は、ユーザの歩行に伴って計測されるセンサデータの時系列データから抽出される歩行フェーズクラスターの特徴量（第２特徴量）の入力に応じて、動的バランスを出力する推定モデルを生成する。学習部によって生成された推定モデルは、記憶部に保存される。
　本実施形態の学習システムは、歩容計測装置によって計測された特徴量データを用いて、推定モデルを生成する。そのため、本態様によれば、動的バランスを計測するための器具を用いずに、日常生活において動的バランスを適宜推定することを可能とする推定モデルを生成できる。
　（第３の実施形態）
　次に、第３の実施形態に係る動的バランス推定装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の動的バランス推定装置は、第１の実施形態の動的バランス推定システムに含まれる動的バランス推定装置を簡略化した構成である。
　図２９は、本実施形態に係る動的バランス推定装置３３の構成の一例を示すブロック図である。動的バランス推定装置３３は、データ取得部３３１、記憶部３３２、推定部３３３、および出力部３３５を備える。
　データ取得部３３１は、ユーザの足の動きに関するセンサデータから抽出された、ユーザの動的バランス指標の推定に用いられる特徴量を含む特徴量データを取得する。記憶部３３２は、特徴量データの入力に応じた動的バランス指標を出力する推定モデルを記憶する。推定部３３３は、取得された特徴量データを推定モデルに入力し、推定モデルから出力された動的バランス指標に応じて、ユーザの動的バランスを推定する。出力部３３５は、推定された動的バランスに関する情報を出力する。
　以上のように、本実施形態では、ユーザの足の動きに関するセンサデータから抽出された特徴量を用いて、ユーザの動的バランスを推定する。そのため、本実施形態によれば、動的バランスを計測するための器具を用いずに、日常生活において動的バランスを適宜推定できる。
　（ハードウェア）
　ここで、本開示の各実施形態に係る制御や処理を実行するハードウェア構成について、図３０の情報処理装置９０を一例として挙げて説明する。なお、図３０の情報処理装置９０は、各実施形態の制御や処理を実行するための構成例であって、本開示の範囲を限定するものではない。
　図３０のように、情報処理装置９０は、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５、および通信インターフェース９６を備える。図３０においては、インターフェースをＩ／Ｆ（Interface）と略記する。プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５、および通信インターフェース９６は、バス９８を介して、互いにデータ通信可能に接続される。また、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、および入出力インターフェース９５は、通信インターフェース９６を介して、インターネットやイントラネットなどのネットワークに接続される。
　プロセッサ９１は、補助記憶装置９３等に格納されたプログラムを、主記憶装置９２に展開する。プロセッサ９１は、主記憶装置９２に展開されたプログラムを実行する。本実施形態においては、情報処理装置９０にインストールされたソフトウェアプログラムを用いる構成とすればよい。プロセッサ９１は、各実施形態に係る制御や処理を実行する。
　主記憶装置９２は、プログラムが展開される領域を有する。主記憶装置９２には、プロセッサ９１によって、補助記憶装置９３等に格納されたプログラムが展開される。主記憶装置９２は、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリによって実現される。また、主記憶装置９２として、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）などの不揮発性メモリが構成／追加されてもよい。
　補助記憶装置９３は、プログラムなどの種々のデータを記憶する。補助記憶装置９３は、ハードディスクやフラッシュメモリなどのローカルディスクによって実現される。なお、種々のデータを主記憶装置９２に記憶させる構成とし、補助記憶装置９３を省略することも可能である。
　入出力インターフェース９５は、規格や仕様に基づいて、情報処理装置９０と周辺機器とを接続するためのインターフェースである。通信インターフェース９６は、規格や仕様に基づいて、インターネットやイントラネットなどのネットワークを通じて、外部のシステムや装置に接続するためのインターフェースである。入出力インターフェース９５および通信インターフェース９６は、外部機器と接続するインターフェースとして共通化してもよい。
　情報処理装置９０には、必要に応じて、キーボードやマウス、タッチパネルなどの入力機器が接続されてもよい。それらの入力機器は、情報や設定の入力に使用される。なお、タッチパネルを入力機器として用いる場合は、表示機器の表示画面が入力機器のインターフェースを兼ねる構成としてもよい。プロセッサ９１と入力機器との間のデータ通信は、入出力インターフェース９５に仲介させればよい。
　また、情報処理装置９０には、情報を表示するための表示機器を備え付けてもよい。表示機器を備え付ける場合、情報処理装置９０には、表示機器の表示を制御するための表示制御装置（図示しない）が備えられていることが好ましい。表示機器は、入出力インターフェース９５を介して情報処理装置９０に接続すればよい。
　また、情報処理装置９０には、ドライブ装置が備え付けられてもよい。ドライブ装置は、プロセッサ９１と記録媒体（プログラム記録媒体）との間で、記録媒体からのデータやプログラムの読み込み、情報処理装置９０の処理結果の記録媒体への書き込みなどを仲介する。ドライブ装置は、入出力インターフェース９５を介して情報処理装置９０に接続すればよい。
　以上が、本発明の各実施形態に係る制御や処理を可能とするためのハードウェア構成の一例である。なお、図３０のハードウェア構成は、各実施形態に係る制御や処理を実行するためのハードウェア構成の一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。また、各実施形態に係る制御や処理をコンピュータに実行させるプログラムも本発明の範囲に含まれる。さらに、各実施形態に係るプログラムを記録したプログラム記録媒体も本発明の範囲に含まれる。記録媒体は、例えば、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光学記録媒体で実現できる。記録媒体は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリやＳＤ（Secure Digital）カードなどの半導体記録媒体によって実現されてもよい。また、記録媒体は、フレキシブルディスクなどの磁気記録媒体、その他の記録媒体によって実現されてもよい。プロセッサが実行するプログラムが記録媒体に記録されている場合、その記録媒体はプログラム記録媒体に相当する。
　各実施形態の構成要素は、任意に組み合わせてもよい。また、各実施形態の構成要素は、ソフトウェアによって実現されてもよいし、回路によって実現されてもよい。
　以上、実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
　ユーザの足の動きに関するセンサデータから抽出された、前記ユーザの動的バランスの推定に用いられる特徴量を含む特徴量データを取得するデータ取得部と、
　前記特徴量データの入力に応じた動的バランス指標を出力する推定モデルを記憶する記憶部と、
　取得された前記特徴量データを前記推定モデルに入力し、前記推定モデルから出力された前記動的バランス指標に応じて、前記ユーザの前記動的バランスを推定する推定部と、
　推定された前記ユーザの前記動的バランスに関する情報を出力する出力部と、を備える動的バランス推定装置。
（付記２）
　前記データ取得部は、
　足の動きに関する前記センサデータの時系列データを用いて生成された歩行波形データから抽出された、前記動的バランス指標としてファンクショナル・リーチ・テストの成績値を推定するために用いられる特徴量を含む前記特徴量データを取得する付記１に記載の動的バランス推定装置。
（付記３）
　前記記憶部は、
　複数の被験者に関して、前記動的バランス指標の推定に用いられる特徴量を説明変数とし、複数の前記被験者の前記動的バランス指標を目的変数とする教師データを用いた学習によって生成された前記推定モデルを記憶し、
　前記推定部は、
　前記ユーザに関して取得された前記特徴量データを前記推定モデルに入力し、前記推定モデルから出力された前記ユーザの前記動的バランス指標に応じて、前記ユーザの前記動的バランスを推定する付記２に記載の動的バランス推定装置。
（付記４）
　前記記憶部は、
　複数の前記被験者の身長を含めた説明変数を用いて学習された前記推定モデルを記憶し、
　前記推定部は、
　前記ユーザに関する前記特徴量データおよび身長を前記推定モデルに入力し、前記推定モデルから出力された前記ユーザの前記動的バランス指標に応じて、前記ユーザの前記動的バランスを推定する付記３に記載の動的バランス推定装置。
（付記５）
　前記記憶部は、
　複数の前記被験者の前記歩行波形データに関して、荷重応答期から抽出された中殿筋の活動に関する特徴量、遊脚初期から抽出された腸骨筋の活動に関する特徴量、遊脚中期から抽出される前脛骨筋および大腿二頭筋短頭に関する特徴量、および遊脚相における足角の代償動作に関する特徴量を説明変数とし、複数の前記被験者の前記動的バランス指標を目的変数とする教師データを用いた学習によって生成された前記推定モデルを記憶し、
　前記推定部は、
　前記ユーザの歩行に応じて取得された前記特徴量データを前記推定モデルに入力し、前記推定モデルから出力された前記ユーザの前記動的バランス指標に応じて、前記ユーザの前記動的バランスを推定する付記３または４に記載の動的バランス推定装置。
（付記６）
　前記記憶部は、
　複数の前記被験者に関して、冠状面内における角速度の前記歩行波形データの荷重応答期から抽出された特徴量と、垂直方向加速度の前記歩行波形データの遊脚初期から抽出された特徴量と、進行方向加速度の前記歩行波形データの遊脚中期から抽出された特徴量と、水平面内における角度の前記歩行波形データの遊脚前期から抽出された特徴量と、遊脚相における足角に関する特徴量とを説明変数とし、複数の前記被験者の前記動的バランス指標を目的変数とする教師データを用いた学習によって生成された前記推定モデルを記憶し、
　前記データ取得部は、
　前記ユーザの歩行に応じて抽出された、冠状面内における角速度の前記歩行波形データの荷重応答期の特徴量と、垂直方向加速度の前記歩行波形データの遊脚初期の特徴量と、進行方向加速度の前記歩行波形データの遊脚中期の特徴量と、水平面内における角度の前記歩行波形データの遊脚前期の特徴量と、遊脚相における足角の特徴量とを含む前記特徴量データを取得し、
　前記推定部は、
　取得された前記特徴量データを前記推定モデルに入力し、前記推定モデルから出力された前記ユーザの前記動的バランス指標に応じて、前記ユーザの前記動的バランスを推定する付記５に記載の動的バランス推定装置。
（付記７）
　前記推定部は、
　前記ユーザに関して推定された前記動的バランス指標に応じて、前記ユーザの前記動的バランスに関する情報を推定し、
　前記出力部は、
　推定された前記動的バランスに関する情報を出力する付記３乃至６のいずれか一つに記載の動的バランス推定装置。
（付記８）
　付記１乃至７のいずれか一つに記載の動的バランス推定装置と、
　動的バランスの推定対象であるユーザの履物に設置され、空間加速度および空間角速度を計測し、計測した前記空間加速度および前記空間角速度を用いて足の動きに関するセンサデータを生成し、生成した前記センサデータを出力するセンサと、歩容の特徴を含む前記センサデータの時系列データを取得し、前記センサデータの時系列データから一歩行周期分の歩行波形データを抽出し、抽出された前記歩行波形データを正規化し、正規化された前記歩行波形データから、前記動的バランスの推定に用いられる特徴量を、時間的に連続する少なくとも一つの歩行フェーズによって構成される歩行フェーズクラスターから抽出し、抽出された特徴量を含む特徴量データを生成し、生成された前記特徴量データを前記動的バランス推定装置に出力する特徴量データ生成部と有する歩容計測装置と、を備える動的バランス推定システム。
（付記９）
　前記動的バランス推定装置は、
　前記ユーザによって視認可能な画面を有する端末装置に実装され、
　前記ユーザの足の動きに応じて推定された前記動的バランスに関する情報を、前記端末装置の画面に表示させる付記８に記載の動的バランス推定システム。
（付記１０）
　前記動的バランス推定装置は、
　前記ユーザの足の動きに応じて推定された前記動的バランスに応じた推薦情報を、前記端末装置の画面に表示させる付記９に記載の動的バランス推定システム。
（付記１１）
　前記動的バランス推定装置は、
　前記ユーザの足の動きに応じて推定された前記動的バランスに応じた前記推薦情報として、前記動的バランスに関する身体部位を鍛えるためのトレーニングに関する動画を前記端末装置の画面に表示させる付記１０に記載の動的バランス推定システム。
（付記１２）
　コンピュータが、
　ユーザの足の動きに関するセンサデータから抽出された、前記ユーザの動的バランスの推定に用いられる特徴量を含む特徴量データを取得し、
　取得された前記特徴量データを、前記特徴量データの入力に応じた動的バランス指標を出力する推定モデルに入力し、
　前記推定モデルから出力された前記動的バランス指標に応じて、前記ユーザの前記動的バランスを推定し、
　推定された前記ユーザの前記動的バランスに関する情報を出力する動的バランス推定方法。
（付記１３）
　ユーザの足の動きに関するセンサデータから抽出された、前記ユーザの動的バランスの推定に用いられる特徴量を含む特徴量データを取得する処理と、
　取得された前記特徴量データを、前記特徴量データの入力に応じた動的バランス指標を出力する推定モデルに入力する処理と、
　前記推定モデルから出力された前記動的バランス指標に応じて、前記ユーザの前記動的バランスを推定する処理と、
　推定された前記ユーザの前記動的バランスに関する情報を出力する処理と、をコンピュータに実行させるプログラム。
　１　　動的バランス推定システム
　２　　学習システム
　１０、２０　　歩容計測装置
　１１　　センサ
　１２　　特徴量データ生成部
　１３　　動的バランス推定装置
　２５　　学習装置
　１１１　　加速度センサ
　１１２　　角速度センサ
　１２１　　取得部
　１２２　　正規化部
　１２３　　抽出部
　１２５　　生成部
　１２７　　特徴量データ出力部
　１３１、３３１　　データ取得部
　１３２、３３２　　記憶部
　１３３、３３３　　推定部
　１３５、３３５　　出力部
　２５１　　受信部
　２５３　　学習部
　２５５　　記憶部

Claims (13)

  1. 　ユーザの足の動きに関するセンサデータから抽出された、前記ユーザの動的バランスの推定に用いられる特徴量を含む特徴量データを取得するデータ取得手段と、
    　前記特徴量データの入力に応じた動的バランス指標を出力する推定モデルを記憶する記憶手段と、
    　取得された前記特徴量データを前記推定モデルに入力し、前記推定モデルから出力された前記動的バランス指標に応じて、前記ユーザの前記動的バランスを推定する推定手段と、
    　推定された前記ユーザの前記動的バランスに関する情報を出力する出力手段と、を備える動的バランス推定装置。
  2. 　前記データ取得手段は、
    　足の動きに関する前記センサデータの時系列データを用いて生成された歩行波形データから抽出された、前記動的バランス指標としてファンクショナル・リーチ・テストの成績値を推定するために用いられる特徴量を含む前記特徴量データを取得する請求項１に記載の動的バランス推定装置。
  3. 　前記記憶手段は、
    　複数の被験者に関して、前記動的バランス指標の推定に用いられる特徴量を説明変数とし、複数の前記被験者の前記動的バランス指標を目的変数とする教師データを用いた学習によって生成された前記推定モデルを記憶し、
    　前記推定手段は、
    　前記ユーザに関して取得された前記特徴量データを前記推定モデルに入力し、前記推定モデルから出力された前記ユーザの前記動的バランス指標に応じて、前記ユーザの前記動的バランスを推定する請求項２に記載の動的バランス推定装置。
  4. 　前記記憶手段は、
    　複数の前記被験者の身長を含めた説明変数を用いて学習された前記推定モデルを記憶し、
    　前記推定手段は、
    　前記ユーザに関する前記特徴量データおよび身長を前記推定モデルに入力し、前記推定モデルから出力された前記ユーザの前記動的バランス指標に応じて、前記ユーザの前記動的バランスを推定する請求項３に記載の動的バランス推定装置。
  5. 　前記記憶手段は、
    　複数の前記被験者の前記歩行波形データに関して、荷重応答期から抽出された中殿筋の活動に関する特徴量、遊脚初期から抽出された腸骨筋の活動に関する特徴量、遊脚中期から抽出される前脛骨筋および大腿二頭筋短頭に関する特徴量、および遊脚相における足角の代償動作に関する特徴量を説明変数とし、複数の前記被験者の前記動的バランス指標を目的変数とする教師データを用いた学習によって生成された前記推定モデルを記憶し、
    　前記推定手段は、
    　前記ユーザの歩行に応じて取得された前記特徴量データを前記推定モデルに入力し、前記推定モデルから出力された前記ユーザの前記動的バランス指標に応じて、前記ユーザの前記動的バランスを推定する請求項３または４に記載の動的バランス推定装置。
  6. 　前記記憶手段は、
    　複数の前記被験者に関して、冠状面内における角速度の前記歩行波形データの荷重応答期から抽出された特徴量と、垂直方向加速度の前記歩行波形データの遊脚初期から抽出された特徴量と、進行方向加速度の前記歩行波形データの遊脚中期から抽出された特徴量と、水平面内における角度の前記歩行波形データの遊脚前期から抽出された特徴量と、遊脚相における足角に関する特徴量とを説明変数とし、複数の前記被験者の前記動的バランス指標を目的変数とする教師データを用いた学習によって生成された前記推定モデルを記憶し、
    　前記データ取得手段は、
    　前記ユーザの歩行に応じて抽出された、冠状面内における角速度の前記歩行波形データの荷重応答期の特徴量と、垂直方向加速度の前記歩行波形データの遊脚初期の特徴量と、進行方向加速度の前記歩行波形データの遊脚中期の特徴量と、水平面内における角度の前記歩行波形データの遊脚前期の特徴量と、遊脚相における足角の特徴量とを含む前記特徴量データを取得し、
    　前記推定手段は、
    　取得された前記特徴量データを前記推定モデルに入力し、前記推定モデルから出力された前記ユーザの前記動的バランス指標に応じて、前記ユーザの前記動的バランスを推定する請求項５に記載の動的バランス推定装置。
  7. 　前記推定手段は、
    　前記ユーザに関して推定された前記動的バランス指標に応じて、前記ユーザの前記動的バランスに関する情報を推定し、
    　前記出力手段は、
    　推定された前記動的バランスに関する情報を出力する請求項３乃至６のいずれか一項に記載の動的バランス推定装置。
  8. 　請求項１乃至７のいずれか一項に記載の動的バランス推定装置と、
    　動的バランスの推定対象であるユーザの履物に設置され、空間加速度および空間角速度を計測し、計測した前記空間加速度および前記空間角速度を用いて足の動きに関するセンサデータを生成し、生成した前記センサデータを出力するセンサと、歩容の特徴を含む前記センサデータの時系列データを取得し、前記センサデータの時系列データから一歩行周期分の歩行波形データを抽出し、抽出された前記歩行波形データを正規化し、正規化された前記歩行波形データから、前記動的バランスの推定に用いられる特徴量を、時間的に連続する少なくとも一つの歩行フェーズによって構成される歩行フェーズクラスターから抽出し、抽出された特徴量を含む特徴量データを生成し、生成された前記特徴量データを前記動的バランス推定装置に出力する特徴量データ生成手段と有する歩容計測装置と、を備える動的バランス推定システム。
  9. 　前記動的バランス推定装置は、
    　前記ユーザによって視認可能な画面を有する端末装置に実装され、
    　前記ユーザの足の動きに応じて推定された前記動的バランスに関する情報を、前記端末装置の画面に表示させる請求項８に記載の動的バランス推定システム。
  10. 　前記動的バランス推定装置は、
    　前記ユーザの足の動きに応じて推定された前記動的バランスに応じた推薦情報を、前記端末装置の画面に表示させる請求項９に記載の動的バランス推定システム。
  11. 　前記動的バランス推定装置は、
    　前記ユーザの足の動きに応じて推定された前記動的バランスに応じた前記推薦情報として、前記動的バランスに関する身体部位を鍛えるためのトレーニングに関する動画を前記端末装置の画面に表示させる請求項１０に記載の動的バランス推定システム。
  12. 　コンピュータが、
    　ユーザの足の動きに関するセンサデータから抽出された、前記ユーザの動的バランスの推定に用いられる特徴量を含む特徴量データを取得し、
    　取得された前記特徴量データを、前記特徴量データの入力に応じた動的バランス指標を出力する推定モデルに入力し、
    　前記推定モデルから出力された前記動的バランス指標に応じて、前記ユーザの前記動的バランスを推定し、
    　推定された前記ユーザの前記動的バランスに関する情報を出力する動的バランス推定方法。
  13. 　ユーザの足の動きに関するセンサデータから抽出された、前記ユーザの動的バランスの推定に用いられる特徴量を含む特徴量データを取得する処理と、
    　取得された前記特徴量データを、前記特徴量データの入力に応じた動的バランス指標を出力する推定モデルに入力する処理と、
    　前記推定モデルから出力された前記動的バランス指標に応じて、前記ユーザの前記動的バランスを推定する処理と、
    　推定された前記ユーザの前記動的バランスに関する情報を出力する処理と、をコンピュータに実行させるプログラムを記録させた非一過性の記録媒体。
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