重心動揺型分類装置
【課題】被計測者の歩行に関する運動能力を容易に判断する。
【解決手段】検知部１３１の重心算出部１３３が、圧力分布センサ１１上における立位静止状態の被計測者の重心位置を算出する。重心動揺型分類部１４１が、制御周期毎に被計測者の重心位置を検出すると共に、先の制御周期で検出した重心位置からの移動方向及び移動距離を算出する。方向別積算部１４４が、解析結果記憶部１４３に記憶された内容に基づいて、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のそれぞれについて、移動距離を積算する。分類部１４６が、積算結果に基づいて、重心位置記憶部１３４を参照して、被計測者の重心動揺型を、集中型、前後型、左右型、斜め型、複合型及び分散型のいずれかに分類する。
【解決手段】検知部１３１の重心算出部１３３が、圧力分布センサ１１上における立位静止状態の被計測者の重心位置を算出する。重心動揺型分類部１４１が、制御周期毎に被計測者の重心位置を検出すると共に、先の制御周期で検出した重心位置からの移動方向及び移動距離を算出する。方向別積算部１４４が、解析結果記憶部１４３に記憶された内容に基づいて、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のそれぞれについて、移動距離を積算する。分類部１４６が、積算結果に基づいて、重心位置記憶部１３４を参照して、被計測者の重心動揺型を、集中型、前後型、左右型、斜め型、複合型及び分散型のいずれかに分類する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加齢、病気及びケガなどにより歩行に関する運動能力が低下している患者に対して、運動能力を回復させる運動プログラムを提供するにあたって、当該患者の運動能力を判断するために用いられる重心動揺型分類装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加齢、病気及びケガなどにより歩行に関する運動能力が低下している患者の運動能力を回復させるため、ロードセルを用いて患者が自身の立位状態における重心位置を確認しつつ、指示された重心位置と一致するように自身の重心位置を移動させる訓練を行う技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−２７５３０７号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
患者によって運動能力が異なるため、上述した技術では、当該患者の運動能力を回復させるのに適切な訓練が行われていない可能性がある。この点、指導員が患者に様々な動作を指示することによって患者の運動能力を把握した後に、当該患者の運動能力を回復させるのに適切な運動プログラムを指示することが行われているが、患者の運動能力の把握は、指導員の長年の経験に基づいてなされるため、患者の運動能力を正確に把握することが難しい。
【０００５】
本発明の主たる目的は、被計測者の歩行に関する運動能力を容易に把握することができる重心動揺型分類装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の重心動揺型分類装置は、被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有する圧力分布センサと、被計測者が前記圧力分布センサ上で静止したときに、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値から、前記圧力分布センサ上における被計測者の荷重状態を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に基づいて、静止状態における被計測者の重心動揺型を分類する重心動揺型分類手段とを備えている。
【０００７】
本発明によると、圧力分布センサを用いて、歩行に関する運動能力の指標となる被計測者の重心動揺型を分類するため、被計測者の歩行に関する運動能力を容易に把握することができる。これにより、被計測者の運動能力を回復させる適切な運動プログラムを容易に指示することができる。
【０００８】
本発明においては、前記重心動揺型分類手段は、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置の軌跡が、所定の範囲内にのみ存在しているときは、当該被計測者の重心動揺が小さく安定している集中型に、前記集中型でなく且つ前記軌跡における総移動距離に対する当該被計測者の前後方向に関する移動距離の比率が第１閾値以上となっているときは、当該被計測者の重心動揺が前記前後方向に関して最も大きくなっている前後型に、前記集中型でなく且つ前記軌跡における総移動距離に対する当該被計測者の左右方向に関する移動距離の比率が前記第１閾値以上となっているときは、当該被計測者の重心動揺が前記左右方向に関して最も大きくなっている左右型に、当該被計測者の重心動揺型を分類することが好ましい。これによると、被計測者の重心動揺型を、歩行に関する運動能力を判断するのに好適な、集中型、前後型及び左右型に分類することができる。ここで、前後方向には、被計測者の前方向及び後方向をそれぞれ中央とする所定範囲内の角度を有する全ての方向が含まれており、左右方向には、被計測者の左方向及び後方向をそれぞれ中央とする所定範囲内の角度を有する全ての方向が含まれている。
【０００９】
このとき、前記重心動揺型分類手段は、前記集中型でなく且つ前記軌跡における総移動距離に対する前記前後方向と前記左右方向との間の方向である斜め方向に関する移動距離の比率が前記第１閾値以上となっているときは、当該被計測者の重心動揺が前記斜め方向に関して最も大きくなっている斜め型に、前記集中型でなく且つ前記軌跡における総移動距離に対する前記前後方向、前記左右方向及び前記斜め方向のうちいずれか２つの各方向の移動距離の比率が全て第２閾値以上となっているときは、当該被計測者の重心動揺が前記２つの各方向に関して大きくなっている複合型に、前記集中型、前記前後型、前記左右型、前記斜め型及び前記複合型のいずれでもないときは、当該被計測者の重心動揺が全ての方向に関して大きくなっている分散型に、当該被計測者の重心動揺型を分類することがより好ましい。これによると、被計測者の重心動揺型を、集中型、前後型及び左右型に加えて、斜め型、分散型及び複合型に分類することができる。これにより、指導者が、被計測者の歩行に関する運動能力を正確に把握することができるため、指導者が、被計測者に対してより適切な運動プログラムを指示することができる。ここで、斜め方向は２つあり、斜め方向の一方には、被計測者の前方向と右方向との間の方向及び後方向と左方向との間の方向をそれぞれ中央とする所定範囲内の角度を有する全ての方向が含まれており、斜め方向の他方には、被計測者の前方向と左方向との間の方向及び後方向と右方向との間の方向をそれぞれ中央とする所定範囲内の角度を有する全ての方向が含まれている。
【００１０】
本発明においては、前記重心動揺型分類手段は、所定の周期毎に前記重心位置を検出すると共に、先の周期で検出した前記重心位置からの移動方向及び移動距離を算出する重心位置解析手段と、前記重心位置解析手段によって検出された前記重心位置に関する前記移動方向及び前記移動距離を周期毎に記憶する記憶手段と、前記記憶手段に周期毎に記憶された前記移動方向を、前記前後方向、前記左右方向及び前記斜め方向のいずれかに分類すると共に、分類された各方向について前記移動距離を積算する積算手段と、前記重心位置の総移動距離に対する、各方向に関する前記移動距離の積算値の比に基づいて、被計測者の重心動揺型を分類することが好ましい。これにより、被計測者の重心動揺型を簡単なアルゴリズムで分類することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る好適なの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、第１の実施形態の重心動揺型分類装置の概略構成を示す外観図である。図２は、重心動揺型分類装置１の機能ブロック図である。
【００１２】
重心動揺型分類装置１は、被計測者が圧力分布センサ１１上で静止した立位静止状態にあるときの当該被計測者の重心位置の動揺パターン（以下、重心動揺型と称す）を、歩行に関する運動能力の特性に対応する、集中型、前後型、左右型、斜め型、複合型及び分散型（図４参照後述）に分類するものである。指導者は、重心動揺型分類装置１による被計測者の重心動揺型の分類結果に基づいて、被計測者の歩行に関する運動能力を把握し、当該被計測者に対して運動能力を回復させる運動プログラムを指示する。
【００１３】
図１に示すように、重心動揺型分類装置１は、シート状の圧力分布センサ１１と、圧力分布センサ１１に接続された圧力検出部１２と、パーソナルコンピュータ（パソコン）２０と、圧力検出部１２とパソコン２０とを接続する接続ユニット４０とを備えている。接続ユニット４０は、インターフェースボックス４５及びインターフェースケーブル４６を含んでおり、その両端が圧力検出部１２及びパソコン２０の各入出力インターフェース（図示しない）に接続されている。
【００１４】
圧力分布センサ１１は、多数の感圧センサ１１ａが格子状に配置された圧力検知領域を有している。圧力分布センサ１１の厚さは、約０．１〜０．２ｍｍである。被計測者がその上に立つための十分な剛性を有する検出板は必要ではなく、被計測者の両足は圧力分布センサ１１上に載せることができる。また、圧力分布センサ１１は、シート単体での使用も可能であるが、シートの保護の観点から、ゴムシートを緩衝用に積層してもよい。また、床上へのセッティングを容易にする目的でセンサを保持するアルミなどの金属製や樹脂製の板の上に積層してもよい。
【００１５】
圧力検出部１２は、多数の感圧センサ１１ａのそれぞれに接続されており、各感圧センサ１１ａの状態を検出する。本実施形態においては、各感圧センサ１１ａの状態は、それらに加えられる圧力に対応した０〜２５５のデジタル出力値によって表される。圧力検出部１２は、このデジタル出力値をパソコン２０に対して出力する。
【００１６】
パソコン２０は、ディスプレイ２１と、キーボード２５と、マウス２６と、制御部３０（図２参照）とを有している。ここで、制御部３０には、重心動揺型分類装置１に係る各種動作を制御する重心動揺型分類プログラムやデータなどが格納されたハードディスク、重心動揺型分類装置１の各部の動作を制御する信号を生成するために各種演算を実行するＣＰＵ、ＣＰＵでの演算結果などのデータを一時保管するＲＡＭなどが含まれている。
【００１７】
制御部３０は、図２に示すように、検知部１３１と、重心動揺型分類部１４１と、表示制御部１５１とを有している。また、制御部３０には、ディスプレイ２１と、キーボード２５と、マウス２６とが接続されている。
【００１８】
検知部１３１は、圧力分布センサ１１上における被計測者の重心位置（荷重状態）を検知するものであり、圧力分布データ記憶部１３２と、重心算出部１３３と、重心位置記憶部１３４とを有している。
【００１９】
圧力分布データ記憶部１３２は、圧力検出部１２から接続ユニット４０を介してパソコン２０に送信された圧力分布データを記憶するものである。圧力分布データ記憶部１３２には、圧力分布センサ１１に格子状に配置された多数の感圧センサ１１ａ毎に、計測時間内におけるサンプル時間おきの圧力分布データが記憶されている。つまり、各サンプル時間に対応する１つの検知時刻における多数の感圧センサ１１ａの圧力分布データが、検知時刻の数だけ記憶されている。従って、この圧力分布データに基づいて、各感圧センサ１１ａで検知される圧力の時間的な変化を把握することができる。また、圧力分布センサ１１で検出される圧力分布の時間的な変化を検知することができる。
【００２０】
重心算出部１３３は、圧力分布データ記憶部１３２に記憶された圧力分布データに基づいて、検知時刻ごとに圧力分布センサ１１上の被計測者の重心位置を算出するものである。
【００２１】
重心算出部１３３における重心位置の算出方法について、図３を参照して説明する。図３は、所定時間において多数の感圧センサ１１ａで検知される圧力分布データを示している。本実施形態の圧力分布センサ１１では、多数の感圧センサ１１ａが、Ｘ軸方向（図中左右方向）にｍ＋１列に配置されていると共に、Ｙ軸方向（図中上下方向）にｎ＋１列に配置されている。従って、多数の感圧センサ１１ａは、（ｍ＋１）×（ｎ＋１）の格子状に配置されている。
【００２２】
また、図３では、各感圧センサ１１ａで検知された圧力データが記号で示されている。例えば、Ｘ軸方向にはｕ列目であって且つＹ軸方向にはｖ列目に対応する感圧センサ１１ａによって検知される圧力データは、ａ（ｕ、ｖ）（但し、ｕは０以上ｍ以下の整数、ｖは０以上ｎ以下の整数）と表されている。
【００２３】
この場合のＸ軸方向の重心位置Ｃｆｘは、次式で算出される。
【数１】
【００２４】
また、Ｙ軸方向の重心位置Ｃｆｙは、次式で算出される。
【数２】
【００２５】
図２に戻って、重心位置記憶部１３４は、重心算出部１３３が算出した重心位置を記憶するものである。
【００２６】
重心動揺型分類部１４１は、検知部１３１の検知結果、すなわち、重心位置記憶部１３４に記憶された重心位置に基づいて、被験者の重心動揺型を分類するものである。本実施形態においては、被験者が計測時間内において圧力分布センサ１１上で立位静止状態をとったときの重心位置動揺型を分類する。また、重心動揺型分類部１４１は、重心解析部１４２と、解析結果記憶部１４３と、方向別積算部１４４と、積算距離記憶部１４５と、分類部１４６とを有している。
【００２７】
重心解析部１４２は、重心位置記憶部１３４の記憶内容に基づいて、制御周期（例えば、１０ｍｓｅｃ）毎に被計測者の重心位置を検出すると共に、先の制御周期で検出した重心位置からの移動方向及び移動距離を算出するものである。
【００２８】
解析結果記憶部１４３は、重心解析部１４２の解析結果、すなわち、制御周期毎の重心位置に関する移動方向及び移動距離を制御周期毎に記憶するものである。
【００２９】
方向別積算部１４４は、解析結果記憶部１４３に制御周期毎に記憶された移動方向を、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のいずれかに分類すると共に、分類された各方向について移動距離を積算するものである。なお、移動方向の分類については、被計測者の前方を０°としたとき、移動方向が、前方０°を中央とする４５°の範囲（３３７．５°以上２２．５°未満）又は後方１８０°を中央とする４５°の範囲（１５７．５°以上２０２．５°未満）にあるときは、当該移動方向を前後方向に分類し、移動方向が、右方９０°を中央とする４５°の範囲（６７．５°以上１１２．５°未満）又は左方２７０°を中央とする４５°の範囲（２４７．５°以上２９２．５°未満）にあるときは、当該移動方向を左右方向に分類し、移動方向が、右前方４５°を中央とする４５°の範囲（２２．５°以上６７．５°未満）又は左後方２２５°を中央とする４５°の範囲（２０２．５°以上２４７．５°未満）にあるときは、当該移動方向を斜め方向の一方に分類し、移動方向が、左前方３１５°を中央とする４５°の範囲（２９２．５°以上３３７．５°未満）又は右後方１３５°を中央とする４５°の範囲（１１２．５°以上１５７．５°未満）にあるときは、当該移動方向を斜め方向の他方に分類する（図５参照）。積算距離記憶部１４５は、方向別積算部１４４によって積算された移動距離を、移動方向毎に記憶するものである。
【００３０】
分類部１４６は、積算距離記憶部１４５に記憶された内容に基づいて、当該被計測者の重心位置動揺型を分類するものである。
【００３１】
ここで、圧力分布センサ１１上における被験者の立位静止状態について、図４を参照しつつ説明する。図４は立位静止状態を説明するための図であり、図中に示された足形は、圧力分布センサ１１上に配置された被計測者の足の配置位置を示している。また、図中の曲線は、被計測者の重心位置の軌跡Ｃである。
【００３２】
図４に示すように、被計測者が圧力分布センサ１１上で立位静止状態となっているとき、時間の経過（計測時間）に伴って被計測者の重心位置が動揺する。このとき、被計測者の歩行に関する運動能力によって、重心位置の軌跡パターンに一定の特徴が表れる。本実施形態においては、この歩行に関する運動能力に対応する重心位置の軌跡パターンの特徴によって、重心動揺型を分類する。ここで、分類する重心動揺型について、図５を参照しつつ説明する。図５は、重心動揺型分類装置１が分類する重心動揺型を説明するための図である。上述したように、重心動揺型分類装置１は、被計測者の重心動揺型を、集中型、前後型、左右型、斜め型、複合型及び分散型のいずれかに分類する。
【００３３】
図５に示すように、前後型は、重心位置の軌跡Ｃにおける総移動距離に対する被計測者を基準とする前後方向に関する移動距離の比率が、５０％（第１閾値）以上となっているときの重心動揺型である。この前後型は、当該被計測者の重心動揺が前後方向に関して最も大きくなった不安定な状態であり、歩行に関する運動能力が低下していることを示している。
【００３４】
左右型は、重心位置の軌跡Ｃにおける総移動距離に対する被計測者を基準とする左右方向に関する移動距離の比率が、５０％以上となっているときの重心動揺型である。この左右型は、当該被計測者の重心動揺が左右方向に関して最も大きくなった不安定な状態であり、歩行に関する運動能力が低下していることを示している。
【００３５】
斜め型は、重心位置の軌跡Ｃにおける総移動距離に対する被計測者を基準とする斜め方向（前後方向と左右方向との間４５°又は−４５°の方向）に関する移動距離の比率が、５０％以上となっているときの重心動揺型である。この前後型は、当該被計測者の重心動揺が斜め方向に関して最も大きくなった不安定な状態であり、歩行に関する運動能力が低下していることを示している。
【００３６】
複合型は、重心位置の軌跡Ｃにおける総移動距離に対する前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のうちいずれか２つの各方向の移動距離の比率が全て３３．３３％（第２閾値）以上となっているときの重心動揺型である。この複合型は、当該被計測者の重心動揺が２つの方向に関して大きくなった不安定な状態であり、歩行に関する運動能力が低下していることを示している。
【００３７】
集中型は、被計測者の重心動揺型が、前後型、左右型、斜め型及び複合型でない場合、重心位置の軌跡Ｃが、所定の範囲Ａ内にのみ存在しているときの重心動揺型である。この集中型は、当該被計測者の重心動揺が小さく安定しており、歩行に関する運動能力が正常であることを示している。本実施形態において、範囲Ａは、被計測者の理想的な重心位置を中心に配置された１ｃｍ×１ｃｍの矩形領域である。なお、範囲Ａは任意の形状及びサイズを有していてよい。例えば、一方向に延在する矩形領域であってもよいし円形領域であってもよい。
【００３８】
分散型は、被計測者の重心動揺型が、集中型、前後型、左右型、斜め型及び複合型のいずれでもない場合の重心動揺型である。この複合型は、当該被計測者の重心動揺が全ての方向に関して大きくなった不安定な状態であり、歩行に関する運動能力が低下していることを示している。
【００３９】
図２に戻って、表示制御部１５１は、被計測者を圧力分布センサ１１上で立位静止状態をとらせる指示内容と、当該被計測者の重心動揺型とをディスプレイ２１に表示させるものである。
【００４０】
次に、図６を参照しつつ重心動揺型分類装置１の動作について説明する。図６は、重心動揺型分類装置１の動作を示すフローチャートである。計測が開始されると、まず、表示制御部１５１が、被計測者に対して圧力分布センサ１１上で立位静止状態をとることを指示する内容をディスプレイ２１に表示させる。被計測者は、ディスプレイ２１に表示されている内容にしたがって、圧力分布センサ１１で計測時間の間、静止状態をとる。このとき、図６に示すように、被計測者の重心位置の解析を行う（ステップＳ１０１）。
【００４１】
具体的には、検知部１３１の重心算出部１３３が、圧力分布センサ１１上における被計測者の重心位置を算出すると共に、重心位置記憶部１３４に記憶する。そして、重心動揺型分類部１４１の重心解析部１４２が、重心位置記憶部１３４に記憶された内容に基づいて制御周期毎に被計測者の重心位置を検出すると共に、先の制御周期で検出した重心位置からの移動方向及び移動距離を算出し、その内容を解析結果記憶部１４３に記憶させる。さらに、方向別積算部１４４が、解析結果記憶部１４３に記憶された内容に基づいて、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のそれぞれについて、移動距離を積算し、その結果を積算距離記憶部１４５に記憶させる。
【００４２】
その後、分類部１４６が、積算距離記憶部１４５に記憶された内容に基づいて、軌跡Ｃの総移動距離に対する、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のいずれか１つの方向に関する移動距離の比率が５０％以上であるか否か判断する（ステップＳ１０２）。分類部１４６は、いずれか１つの方向に関する移動距離の比率が５０％以上であると判断したとき（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、当該方向が、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のいずれかを判断する（ステップＳ１０３）。分類部１４６は、当該方向が前後方向であると判断すれば（Ｓ１０３：前後）、当該被計測者の重心動揺型を前後型に分類し（ステップＳ１０４）、当該方向が左右方向であると判断すれば（Ｓ１０３：左右）、当該被計測者の重心動揺型を左右型に分類し（ステップＳ１０５）、当該方向が斜め方向であると判断すれば（Ｓ１０３：斜め）、当該被計測者の重心動揺型を斜め型に分類する（ステップＳ１０６）。そして、それぞれについて、ディスプレイ２１に分類結果を表示して当該計測を終了する。
【００４３】
分類部１４６が、いずれか１つの方向に関する移動距離の比率が５０％以上でないと判断したとき（Ｓ１０２：ＮＯ）、軌跡Ｃの総移動距離に対する、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のうちいずれか２つの各方向の移動距離の比率が全て３３．３３％以上であるか否かを判断する（Ｓ１０７）。分類部１４６が、２つの各方向の移動距離の比率が全て３３．３３％以上であると判断したときは（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、当該被計測者の重心動揺型を複合型に分類し（ステップＳ１０８）、ディスプレイ２１に分類結果を表示して当該計測を終了する。
【００４４】
分類部１４６が、２つの各方向の移動距離の比率が全て３３．３３％以上でないと判断したとき（Ｓ１０７：ＮＯ）、言い替えると、当該被計測者の重心動揺型が前後型、左右型、斜め型及び複合型のいずれでもないと判断したとき、重心位置記憶部１３４に記憶された内容に基づいて、重心位置の軌跡Ｃが、範囲Ａ内にのみ存在しているか否かを判断する（ステップＳ１０９）。分類部１４６が、重心位置の軌跡Ｃが範囲Ａ内にのみ存在していないと判断したときは（Ｓ１０９：ＮＯ）、当該被計測者の重心動揺型を分散型に分類し（ステップＳ１１０）、ディスプレイ２１に分類結果を表示して当該計測を終了する。分類部１４６が、重心位置の軌跡Ｃが範囲Ａ内にのみ存在していると判断したときは（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、当該被計測者の重心動揺型を集中型に分類し（ステップＳ１１１）、ディスプレイ２１に分類結果を表示して当該計測を終了する。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態の重心動揺型分類装置１によると、圧力分布センサ１１を用いて、被計測者の重心動揺を、歩行に関する運動能力の指標となる被計測者の重心動揺型に分類するため、分類結果に基づいて、被計測者の歩行に関する運動能力を容易に把握することができる。これにより、指導者が、被計測者の運動能力を回復させる適切な運動プログラムを指示することができる。
【００４６】
また、重心動揺型分類装置１が、被計測者の重心動揺型を、歩行に関する運動能力を判断するのに好適な、集中型、前後型、左右型、斜め型、複合型及び分散型に分類する。これにより、指導者が、被計測者の歩行に関する運動能力をより正確に把握することができるため、被計測者に対してより適切な運動プログラムを指示することができる。
【００４７】
さらに、方向別積算部１４４が、解析結果記憶部１４３に記憶された内容に基づいて、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のそれぞれについて、移動距離を積算し、分類部１４６が、積算結果に基づいて重心動揺型を分類するため、簡単なアルゴリズムで、被計測者の重心動揺型を分類することができる。
【００４８】
＜変形例＞
次に、重心動揺型の判断手順が異なる変形例に係る重心動揺型分類装置１の動作について図７を参照しつつ説明する。図７は、変形例に係る重心動揺型分類装置１の動作を示すフローチャートである。
【００４９】
図７に示すように、計測が開始されると、まず、上述したように、被計測者の重心位置の解析を行う（ステップＳ２０１）。そして、重心位置記憶部１３４に記憶された内容に基づいて、重心位置の軌跡Ｃが、範囲Ａ内にのみ存在しているか否かを判断する（ステップＳ２０２）。なお、ここでの範囲Ａは、被計測者の理想的な重心位置を中心に配置された１．２ｃｍ×１．２ｃｍ（１．４４ｃｍ２）〜１．３ｃｍ×１．３ｃｍ（１．６９ｃｍ２）の矩形領域であることが好ましい。分類部１４６が、重心位置の軌跡Ｃが範囲Ａ内にのみ存在していると判断したときは（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、当該被計測者の重心動揺型を集中型に分類し（ステップＳ２０３）、ディスプレイ２１に分類結果を表示して当該計測を終了する。
【００５０】
分類部１４６が、重心位置の軌跡Ｃが範囲Ａ内にのみ存在していないと判断したときは（Ｓ２０２：ＮＯ）、分類部１４６が、積算距離記憶部１４５に記憶された内容に基づいて、軌跡Ｃの総移動距離に対する、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のいずれか１つの方向に関する移動距離の比率が５０％以上であるか否か判断する（ステップＳ２０４）。分類部１４６は、いずれか１つの方向に関する移動距離の比率が５０％以上であると判断したとき（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、当該方向が、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のいずれかを判断する（ステップＳ２０５）。分類部１４６は、当該方向が前後方向であると判断すれば（Ｓ２０５：前後）、当該被計測者の重心動揺型を前後型に分類し（ステップＳ２０６）、当該方向が左右方向であると判断すれば（Ｓ１０３：左右）、当該被計測者の重心動揺型を左右型に分類し（ステップＳ２０７）、当該方向が斜め方向であると判断すれば（Ｓ２０５：斜め）、当該被計測者の重心動揺型を斜め型に分類する（ステップＳ２０８）。そして、それぞれについて、ディスプレイ２１に分類結果を表示して当該計測を終了する。
【００５１】
分類部１４６が、いずれか１つの方向に関する移動距離の比率が５０％以上でないと判断したとき（Ｓ２０４：ＮＯ）、重心位置記憶部１３４に記憶された内容に基づいて、重心位置の軌跡Ｃが、範囲Ｂ内にのみ存在しているか否かを判断する（ステップＳ２０９）。なお、ここでの範囲Ｂは、被計測者の理想的な重心位置を中心に配置された２．０ｃｍ×２．０ｃｍ（４．０ｃｍ２）〜２．２ｃｍ×２．２ｃｍ（４．８４ｃｍ２）の矩形領域であることが好ましい。分類部１４６が、重心位置の軌跡Ｃが範囲Ｂ内にのみ存在している（実質的に、被計測者の重心動揺型が、集中型、前後型、左右型及び斜め型でなく、且つ、軌跡Ｃが範囲Ａ外であって範囲Ｂ内に存在している）と判断したときは（Ｓ２０９：ＹＥＳ）、当該被計測者の重心動揺型を複合型に分類し（ステップＳ２１０）、ディスプレイ２１に分類結果を表示して当該計測を終了する。
【００５２】
分類部１４６が、重心位置の軌跡Ｃが範囲Ｂ外に存在していると判断したときは（Ｓ２０９：ＮＯ）、当該被計測者の重心動揺型を分散型に分類し（ステップＳ２１１）、ディスプレイ２１に分類結果を表示して当該計測を終了する。
【００５３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述の実施形態では、重心動揺型分類装置１が、被計測者の重心動揺型を、集中型、前後型、左右型、斜め型、複合型及び分散型の６つに分類する構成であるが、集中型、前後型、左右型、斜め型の４つに分類する構成であってもよいし、他の歩行に関する運動能力に対応する重心動揺型に分類する構成であってもよい。
【００５４】
上述した本実施形態においては、方向別積算部１４４が、解析結果記憶部１４３に記憶された内容に基づいて、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のそれぞれについて、移動距離を積算し、分類部１４６が、積算結果に基づいて重心動揺型を分類する構成であるが、軌跡Ｃが占有する領域の形状から重心動揺型を分類する構成であってもよい。この場合、例えば、軌跡Ｃの範囲を矩形領域で画定し、この矩形領域の前後方向と左右方向との比率によって、重心動揺型を分類してもよい。
【００５５】
上述した本実施形態においては、被計測者の重心動揺型を分類するにあたって、最初に、当該重心動揺型が、前後型、左右型及び斜め型か否かを判断し、さらに、複合型か否かを判断し、最後に、集中型か分散型かを判断する構成になっているが、集中型、前後型、左右型、斜め型、複合型及び分散型の判断は、任意の順で行ってよい。
【００５６】
また、上述した本実施形態においては、重心動揺型分類装置１は、重心動揺型を分類するに留まる構成であるが、重心動揺型を分類した後に、分類された重心動揺型に対応する運動機能を改善するための運動プログラムをディスプレイ２１に表示する構成であってもよい。
【００５７】
さらに、上述した本実施形態においては、重心動揺型分類装置１が重心動揺型の分類結果のみをディスプレイ２に表示する構成であるが、分類結果と共に軌跡Ｃをディスプレイ２に表示させる構成であってもよい。これにより、指導員は被計測者の運動能力さらに詳細に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る重心動揺型分類装置の概略構成を示す外観図である。
【図２】図１の重心動揺型分類装置の機能ブロック図である。
【図３】図１に示す感圧センサで検知される圧力分布データを示す図である。
【図４】図１に示す圧力分布センサ上における被計測者の立位静止状態を説明するための図である。
【図５】図１に示すに重心動揺型分類装置が分類する重心動揺型を説明するための図である。
【図６】図１に示す重心動揺型分類装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 重心動揺型分類装置
１１ａ 各感圧センサ
１１ 圧力分布センサ
１１ａ 感圧センサ
１２ 圧力検出部
２０ パソコン
２１ ディスプレイ
２５ キーボード
２６ マウス
３０ 制御部
４０ 接続ユニット
４５ インターフェースボックス
４６ インターフェースケーブル
１３１ 検知部
１３２ 圧力分布データ記憶部
１３３ 重心算出部
１３４ 重心位置記憶部
１４１ 重心動揺型分類部
１４２ 重心解析部
１４３ 解析結果記憶部
１４４ 方向別積算部
１４５ 積算距離記憶部
１４６ 分類部
１５１ 表示制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加齢、病気及びケガなどにより歩行に関する運動能力が低下している患者に対して、運動能力を回復させる運動プログラムを提供するにあたって、当該患者の運動能力を判断するために用いられる重心動揺型分類装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加齢、病気及びケガなどにより歩行に関する運動能力が低下している患者の運動能力を回復させるため、ロードセルを用いて患者が自身の立位状態における重心位置を確認しつつ、指示された重心位置と一致するように自身の重心位置を移動させる訓練を行う技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−２７５３０７号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
患者によって運動能力が異なるため、上述した技術では、当該患者の運動能力を回復させるのに適切な訓練が行われていない可能性がある。この点、指導員が患者に様々な動作を指示することによって患者の運動能力を把握した後に、当該患者の運動能力を回復させるのに適切な運動プログラムを指示することが行われているが、患者の運動能力の把握は、指導員の長年の経験に基づいてなされるため、患者の運動能力を正確に把握することが難しい。
【０００５】
本発明の主たる目的は、被計測者の歩行に関する運動能力を容易に把握することができる重心動揺型分類装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の重心動揺型分類装置は、被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有する圧力分布センサと、被計測者が前記圧力分布センサ上で静止したときに、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値から、前記圧力分布センサ上における被計測者の荷重状態を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に基づいて、静止状態における被計測者の重心動揺型を分類する重心動揺型分類手段とを備えている。
【０００７】
本発明によると、圧力分布センサを用いて、歩行に関する運動能力の指標となる被計測者の重心動揺型を分類するため、被計測者の歩行に関する運動能力を容易に把握することができる。これにより、被計測者の運動能力を回復させる適切な運動プログラムを容易に指示することができる。
【０００８】
本発明においては、前記重心動揺型分類手段は、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置の軌跡が、所定の範囲内にのみ存在しているときは、当該被計測者の重心動揺が小さく安定している集中型に、前記集中型でなく且つ前記軌跡における総移動距離に対する当該被計測者の前後方向に関する移動距離の比率が第１閾値以上となっているときは、当該被計測者の重心動揺が前記前後方向に関して最も大きくなっている前後型に、前記集中型でなく且つ前記軌跡における総移動距離に対する当該被計測者の左右方向に関する移動距離の比率が前記第１閾値以上となっているときは、当該被計測者の重心動揺が前記左右方向に関して最も大きくなっている左右型に、当該被計測者の重心動揺型を分類することが好ましい。これによると、被計測者の重心動揺型を、歩行に関する運動能力を判断するのに好適な、集中型、前後型及び左右型に分類することができる。ここで、前後方向には、被計測者の前方向及び後方向をそれぞれ中央とする所定範囲内の角度を有する全ての方向が含まれており、左右方向には、被計測者の左方向及び後方向をそれぞれ中央とする所定範囲内の角度を有する全ての方向が含まれている。
【０００９】
このとき、前記重心動揺型分類手段は、前記集中型でなく且つ前記軌跡における総移動距離に対する前記前後方向と前記左右方向との間の方向である斜め方向に関する移動距離の比率が前記第１閾値以上となっているときは、当該被計測者の重心動揺が前記斜め方向に関して最も大きくなっている斜め型に、前記集中型でなく且つ前記軌跡における総移動距離に対する前記前後方向、前記左右方向及び前記斜め方向のうちいずれか２つの各方向の移動距離の比率が全て第２閾値以上となっているときは、当該被計測者の重心動揺が前記２つの各方向に関して大きくなっている複合型に、前記集中型、前記前後型、前記左右型、前記斜め型及び前記複合型のいずれでもないときは、当該被計測者の重心動揺が全ての方向に関して大きくなっている分散型に、当該被計測者の重心動揺型を分類することがより好ましい。これによると、被計測者の重心動揺型を、集中型、前後型及び左右型に加えて、斜め型、分散型及び複合型に分類することができる。これにより、指導者が、被計測者の歩行に関する運動能力を正確に把握することができるため、指導者が、被計測者に対してより適切な運動プログラムを指示することができる。ここで、斜め方向は２つあり、斜め方向の一方には、被計測者の前方向と右方向との間の方向及び後方向と左方向との間の方向をそれぞれ中央とする所定範囲内の角度を有する全ての方向が含まれており、斜め方向の他方には、被計測者の前方向と左方向との間の方向及び後方向と右方向との間の方向をそれぞれ中央とする所定範囲内の角度を有する全ての方向が含まれている。
【００１０】
本発明においては、前記重心動揺型分類手段は、所定の周期毎に前記重心位置を検出すると共に、先の周期で検出した前記重心位置からの移動方向及び移動距離を算出する重心位置解析手段と、前記重心位置解析手段によって検出された前記重心位置に関する前記移動方向及び前記移動距離を周期毎に記憶する記憶手段と、前記記憶手段に周期毎に記憶された前記移動方向を、前記前後方向、前記左右方向及び前記斜め方向のいずれかに分類すると共に、分類された各方向について前記移動距離を積算する積算手段と、前記重心位置の総移動距離に対する、各方向に関する前記移動距離の積算値の比に基づいて、被計測者の重心動揺型を分類することが好ましい。これにより、被計測者の重心動揺型を簡単なアルゴリズムで分類することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る好適なの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、第１の実施形態の重心動揺型分類装置の概略構成を示す外観図である。図２は、重心動揺型分類装置１の機能ブロック図である。
【００１２】
重心動揺型分類装置１は、被計測者が圧力分布センサ１１上で静止した立位静止状態にあるときの当該被計測者の重心位置の動揺パターン（以下、重心動揺型と称す）を、歩行に関する運動能力の特性に対応する、集中型、前後型、左右型、斜め型、複合型及び分散型（図４参照後述）に分類するものである。指導者は、重心動揺型分類装置１による被計測者の重心動揺型の分類結果に基づいて、被計測者の歩行に関する運動能力を把握し、当該被計測者に対して運動能力を回復させる運動プログラムを指示する。
【００１３】
図１に示すように、重心動揺型分類装置１は、シート状の圧力分布センサ１１と、圧力分布センサ１１に接続された圧力検出部１２と、パーソナルコンピュータ（パソコン）２０と、圧力検出部１２とパソコン２０とを接続する接続ユニット４０とを備えている。接続ユニット４０は、インターフェースボックス４５及びインターフェースケーブル４６を含んでおり、その両端が圧力検出部１２及びパソコン２０の各入出力インターフェース（図示しない）に接続されている。
【００１４】
圧力分布センサ１１は、多数の感圧センサ１１ａが格子状に配置された圧力検知領域を有している。圧力分布センサ１１の厚さは、約０．１〜０．２ｍｍである。被計測者がその上に立つための十分な剛性を有する検出板は必要ではなく、被計測者の両足は圧力分布センサ１１上に載せることができる。また、圧力分布センサ１１は、シート単体での使用も可能であるが、シートの保護の観点から、ゴムシートを緩衝用に積層してもよい。また、床上へのセッティングを容易にする目的でセンサを保持するアルミなどの金属製や樹脂製の板の上に積層してもよい。
【００１５】
圧力検出部１２は、多数の感圧センサ１１ａのそれぞれに接続されており、各感圧センサ１１ａの状態を検出する。本実施形態においては、各感圧センサ１１ａの状態は、それらに加えられる圧力に対応した０〜２５５のデジタル出力値によって表される。圧力検出部１２は、このデジタル出力値をパソコン２０に対して出力する。
【００１６】
パソコン２０は、ディスプレイ２１と、キーボード２５と、マウス２６と、制御部３０（図２参照）とを有している。ここで、制御部３０には、重心動揺型分類装置１に係る各種動作を制御する重心動揺型分類プログラムやデータなどが格納されたハードディスク、重心動揺型分類装置１の各部の動作を制御する信号を生成するために各種演算を実行するＣＰＵ、ＣＰＵでの演算結果などのデータを一時保管するＲＡＭなどが含まれている。
【００１７】
制御部３０は、図２に示すように、検知部１３１と、重心動揺型分類部１４１と、表示制御部１５１とを有している。また、制御部３０には、ディスプレイ２１と、キーボード２５と、マウス２６とが接続されている。
【００１８】
検知部１３１は、圧力分布センサ１１上における被計測者の重心位置（荷重状態）を検知するものであり、圧力分布データ記憶部１３２と、重心算出部１３３と、重心位置記憶部１３４とを有している。
【００１９】
圧力分布データ記憶部１３２は、圧力検出部１２から接続ユニット４０を介してパソコン２０に送信された圧力分布データを記憶するものである。圧力分布データ記憶部１３２には、圧力分布センサ１１に格子状に配置された多数の感圧センサ１１ａ毎に、計測時間内におけるサンプル時間おきの圧力分布データが記憶されている。つまり、各サンプル時間に対応する１つの検知時刻における多数の感圧センサ１１ａの圧力分布データが、検知時刻の数だけ記憶されている。従って、この圧力分布データに基づいて、各感圧センサ１１ａで検知される圧力の時間的な変化を把握することができる。また、圧力分布センサ１１で検出される圧力分布の時間的な変化を検知することができる。
【００２０】
重心算出部１３３は、圧力分布データ記憶部１３２に記憶された圧力分布データに基づいて、検知時刻ごとに圧力分布センサ１１上の被計測者の重心位置を算出するものである。
【００２１】
重心算出部１３３における重心位置の算出方法について、図３を参照して説明する。図３は、所定時間において多数の感圧センサ１１ａで検知される圧力分布データを示している。本実施形態の圧力分布センサ１１では、多数の感圧センサ１１ａが、Ｘ軸方向（図中左右方向）にｍ＋１列に配置されていると共に、Ｙ軸方向（図中上下方向）にｎ＋１列に配置されている。従って、多数の感圧センサ１１ａは、（ｍ＋１）×（ｎ＋１）の格子状に配置されている。
【００２２】
また、図３では、各感圧センサ１１ａで検知された圧力データが記号で示されている。例えば、Ｘ軸方向にはｕ列目であって且つＹ軸方向にはｖ列目に対応する感圧センサ１１ａによって検知される圧力データは、ａ（ｕ、ｖ）（但し、ｕは０以上ｍ以下の整数、ｖは０以上ｎ以下の整数）と表されている。
【００２３】
この場合のＸ軸方向の重心位置Ｃｆｘは、次式で算出される。
【数１】
【００２４】
また、Ｙ軸方向の重心位置Ｃｆｙは、次式で算出される。
【数２】
【００２５】
図２に戻って、重心位置記憶部１３４は、重心算出部１３３が算出した重心位置を記憶するものである。
【００２６】
重心動揺型分類部１４１は、検知部１３１の検知結果、すなわち、重心位置記憶部１３４に記憶された重心位置に基づいて、被験者の重心動揺型を分類するものである。本実施形態においては、被験者が計測時間内において圧力分布センサ１１上で立位静止状態をとったときの重心位置動揺型を分類する。また、重心動揺型分類部１４１は、重心解析部１４２と、解析結果記憶部１４３と、方向別積算部１４４と、積算距離記憶部１４５と、分類部１４６とを有している。
【００２７】
重心解析部１４２は、重心位置記憶部１３４の記憶内容に基づいて、制御周期（例えば、１０ｍｓｅｃ）毎に被計測者の重心位置を検出すると共に、先の制御周期で検出した重心位置からの移動方向及び移動距離を算出するものである。
【００２８】
解析結果記憶部１４３は、重心解析部１４２の解析結果、すなわち、制御周期毎の重心位置に関する移動方向及び移動距離を制御周期毎に記憶するものである。
【００２９】
方向別積算部１４４は、解析結果記憶部１４３に制御周期毎に記憶された移動方向を、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のいずれかに分類すると共に、分類された各方向について移動距離を積算するものである。なお、移動方向の分類については、被計測者の前方を０°としたとき、移動方向が、前方０°を中央とする４５°の範囲（３３７．５°以上２２．５°未満）又は後方１８０°を中央とする４５°の範囲（１５７．５°以上２０２．５°未満）にあるときは、当該移動方向を前後方向に分類し、移動方向が、右方９０°を中央とする４５°の範囲（６７．５°以上１１２．５°未満）又は左方２７０°を中央とする４５°の範囲（２４７．５°以上２９２．５°未満）にあるときは、当該移動方向を左右方向に分類し、移動方向が、右前方４５°を中央とする４５°の範囲（２２．５°以上６７．５°未満）又は左後方２２５°を中央とする４５°の範囲（２０２．５°以上２４７．５°未満）にあるときは、当該移動方向を斜め方向の一方に分類し、移動方向が、左前方３１５°を中央とする４５°の範囲（２９２．５°以上３３７．５°未満）又は右後方１３５°を中央とする４５°の範囲（１１２．５°以上１５７．５°未満）にあるときは、当該移動方向を斜め方向の他方に分類する（図５参照）。積算距離記憶部１４５は、方向別積算部１４４によって積算された移動距離を、移動方向毎に記憶するものである。
【００３０】
分類部１４６は、積算距離記憶部１４５に記憶された内容に基づいて、当該被計測者の重心位置動揺型を分類するものである。
【００３１】
ここで、圧力分布センサ１１上における被験者の立位静止状態について、図４を参照しつつ説明する。図４は立位静止状態を説明するための図であり、図中に示された足形は、圧力分布センサ１１上に配置された被計測者の足の配置位置を示している。また、図中の曲線は、被計測者の重心位置の軌跡Ｃである。
【００３２】
図４に示すように、被計測者が圧力分布センサ１１上で立位静止状態となっているとき、時間の経過（計測時間）に伴って被計測者の重心位置が動揺する。このとき、被計測者の歩行に関する運動能力によって、重心位置の軌跡パターンに一定の特徴が表れる。本実施形態においては、この歩行に関する運動能力に対応する重心位置の軌跡パターンの特徴によって、重心動揺型を分類する。ここで、分類する重心動揺型について、図５を参照しつつ説明する。図５は、重心動揺型分類装置１が分類する重心動揺型を説明するための図である。上述したように、重心動揺型分類装置１は、被計測者の重心動揺型を、集中型、前後型、左右型、斜め型、複合型及び分散型のいずれかに分類する。
【００３３】
図５に示すように、前後型は、重心位置の軌跡Ｃにおける総移動距離に対する被計測者を基準とする前後方向に関する移動距離の比率が、５０％（第１閾値）以上となっているときの重心動揺型である。この前後型は、当該被計測者の重心動揺が前後方向に関して最も大きくなった不安定な状態であり、歩行に関する運動能力が低下していることを示している。
【００３４】
左右型は、重心位置の軌跡Ｃにおける総移動距離に対する被計測者を基準とする左右方向に関する移動距離の比率が、５０％以上となっているときの重心動揺型である。この左右型は、当該被計測者の重心動揺が左右方向に関して最も大きくなった不安定な状態であり、歩行に関する運動能力が低下していることを示している。
【００３５】
斜め型は、重心位置の軌跡Ｃにおける総移動距離に対する被計測者を基準とする斜め方向（前後方向と左右方向との間４５°又は−４５°の方向）に関する移動距離の比率が、５０％以上となっているときの重心動揺型である。この前後型は、当該被計測者の重心動揺が斜め方向に関して最も大きくなった不安定な状態であり、歩行に関する運動能力が低下していることを示している。
【００３６】
複合型は、重心位置の軌跡Ｃにおける総移動距離に対する前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のうちいずれか２つの各方向の移動距離の比率が全て３３．３３％（第２閾値）以上となっているときの重心動揺型である。この複合型は、当該被計測者の重心動揺が２つの方向に関して大きくなった不安定な状態であり、歩行に関する運動能力が低下していることを示している。
【００３７】
集中型は、被計測者の重心動揺型が、前後型、左右型、斜め型及び複合型でない場合、重心位置の軌跡Ｃが、所定の範囲Ａ内にのみ存在しているときの重心動揺型である。この集中型は、当該被計測者の重心動揺が小さく安定しており、歩行に関する運動能力が正常であることを示している。本実施形態において、範囲Ａは、被計測者の理想的な重心位置を中心に配置された１ｃｍ×１ｃｍの矩形領域である。なお、範囲Ａは任意の形状及びサイズを有していてよい。例えば、一方向に延在する矩形領域であってもよいし円形領域であってもよい。
【００３８】
分散型は、被計測者の重心動揺型が、集中型、前後型、左右型、斜め型及び複合型のいずれでもない場合の重心動揺型である。この複合型は、当該被計測者の重心動揺が全ての方向に関して大きくなった不安定な状態であり、歩行に関する運動能力が低下していることを示している。
【００３９】
図２に戻って、表示制御部１５１は、被計測者を圧力分布センサ１１上で立位静止状態をとらせる指示内容と、当該被計測者の重心動揺型とをディスプレイ２１に表示させるものである。
【００４０】
次に、図６を参照しつつ重心動揺型分類装置１の動作について説明する。図６は、重心動揺型分類装置１の動作を示すフローチャートである。計測が開始されると、まず、表示制御部１５１が、被計測者に対して圧力分布センサ１１上で立位静止状態をとることを指示する内容をディスプレイ２１に表示させる。被計測者は、ディスプレイ２１に表示されている内容にしたがって、圧力分布センサ１１で計測時間の間、静止状態をとる。このとき、図６に示すように、被計測者の重心位置の解析を行う（ステップＳ１０１）。
【００４１】
具体的には、検知部１３１の重心算出部１３３が、圧力分布センサ１１上における被計測者の重心位置を算出すると共に、重心位置記憶部１３４に記憶する。そして、重心動揺型分類部１４１の重心解析部１４２が、重心位置記憶部１３４に記憶された内容に基づいて制御周期毎に被計測者の重心位置を検出すると共に、先の制御周期で検出した重心位置からの移動方向及び移動距離を算出し、その内容を解析結果記憶部１４３に記憶させる。さらに、方向別積算部１４４が、解析結果記憶部１４３に記憶された内容に基づいて、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のそれぞれについて、移動距離を積算し、その結果を積算距離記憶部１４５に記憶させる。
【００４２】
その後、分類部１４６が、積算距離記憶部１４５に記憶された内容に基づいて、軌跡Ｃの総移動距離に対する、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のいずれか１つの方向に関する移動距離の比率が５０％以上であるか否か判断する（ステップＳ１０２）。分類部１４６は、いずれか１つの方向に関する移動距離の比率が５０％以上であると判断したとき（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、当該方向が、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のいずれかを判断する（ステップＳ１０３）。分類部１４６は、当該方向が前後方向であると判断すれば（Ｓ１０３：前後）、当該被計測者の重心動揺型を前後型に分類し（ステップＳ１０４）、当該方向が左右方向であると判断すれば（Ｓ１０３：左右）、当該被計測者の重心動揺型を左右型に分類し（ステップＳ１０５）、当該方向が斜め方向であると判断すれば（Ｓ１０３：斜め）、当該被計測者の重心動揺型を斜め型に分類する（ステップＳ１０６）。そして、それぞれについて、ディスプレイ２１に分類結果を表示して当該計測を終了する。
【００４３】
分類部１４６が、いずれか１つの方向に関する移動距離の比率が５０％以上でないと判断したとき（Ｓ１０２：ＮＯ）、軌跡Ｃの総移動距離に対する、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のうちいずれか２つの各方向の移動距離の比率が全て３３．３３％以上であるか否かを判断する（Ｓ１０７）。分類部１４６が、２つの各方向の移動距離の比率が全て３３．３３％以上であると判断したときは（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、当該被計測者の重心動揺型を複合型に分類し（ステップＳ１０８）、ディスプレイ２１に分類結果を表示して当該計測を終了する。
【００４４】
分類部１４６が、２つの各方向の移動距離の比率が全て３３．３３％以上でないと判断したとき（Ｓ１０７：ＮＯ）、言い替えると、当該被計測者の重心動揺型が前後型、左右型、斜め型及び複合型のいずれでもないと判断したとき、重心位置記憶部１３４に記憶された内容に基づいて、重心位置の軌跡Ｃが、範囲Ａ内にのみ存在しているか否かを判断する（ステップＳ１０９）。分類部１４６が、重心位置の軌跡Ｃが範囲Ａ内にのみ存在していないと判断したときは（Ｓ１０９：ＮＯ）、当該被計測者の重心動揺型を分散型に分類し（ステップＳ１１０）、ディスプレイ２１に分類結果を表示して当該計測を終了する。分類部１４６が、重心位置の軌跡Ｃが範囲Ａ内にのみ存在していると判断したときは（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、当該被計測者の重心動揺型を集中型に分類し（ステップＳ１１１）、ディスプレイ２１に分類結果を表示して当該計測を終了する。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態の重心動揺型分類装置１によると、圧力分布センサ１１を用いて、被計測者の重心動揺を、歩行に関する運動能力の指標となる被計測者の重心動揺型に分類するため、分類結果に基づいて、被計測者の歩行に関する運動能力を容易に把握することができる。これにより、指導者が、被計測者の運動能力を回復させる適切な運動プログラムを指示することができる。
【００４６】
また、重心動揺型分類装置１が、被計測者の重心動揺型を、歩行に関する運動能力を判断するのに好適な、集中型、前後型、左右型、斜め型、複合型及び分散型に分類する。これにより、指導者が、被計測者の歩行に関する運動能力をより正確に把握することができるため、被計測者に対してより適切な運動プログラムを指示することができる。
【００４７】
さらに、方向別積算部１４４が、解析結果記憶部１４３に記憶された内容に基づいて、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のそれぞれについて、移動距離を積算し、分類部１４６が、積算結果に基づいて重心動揺型を分類するため、簡単なアルゴリズムで、被計測者の重心動揺型を分類することができる。
【００４８】
＜変形例＞
次に、重心動揺型の判断手順が異なる変形例に係る重心動揺型分類装置１の動作について図７を参照しつつ説明する。図７は、変形例に係る重心動揺型分類装置１の動作を示すフローチャートである。
【００４９】
図７に示すように、計測が開始されると、まず、上述したように、被計測者の重心位置の解析を行う（ステップＳ２０１）。そして、重心位置記憶部１３４に記憶された内容に基づいて、重心位置の軌跡Ｃが、範囲Ａ内にのみ存在しているか否かを判断する（ステップＳ２０２）。なお、ここでの範囲Ａは、被計測者の理想的な重心位置を中心に配置された１．２ｃｍ×１．２ｃｍ（１．４４ｃｍ２）〜１．３ｃｍ×１．３ｃｍ（１．６９ｃｍ２）の矩形領域であることが好ましい。分類部１４６が、重心位置の軌跡Ｃが範囲Ａ内にのみ存在していると判断したときは（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、当該被計測者の重心動揺型を集中型に分類し（ステップＳ２０３）、ディスプレイ２１に分類結果を表示して当該計測を終了する。
【００５０】
分類部１４６が、重心位置の軌跡Ｃが範囲Ａ内にのみ存在していないと判断したときは（Ｓ２０２：ＮＯ）、分類部１４６が、積算距離記憶部１４５に記憶された内容に基づいて、軌跡Ｃの総移動距離に対する、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のいずれか１つの方向に関する移動距離の比率が５０％以上であるか否か判断する（ステップＳ２０４）。分類部１４６は、いずれか１つの方向に関する移動距離の比率が５０％以上であると判断したとき（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、当該方向が、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のいずれかを判断する（ステップＳ２０５）。分類部１４６は、当該方向が前後方向であると判断すれば（Ｓ２０５：前後）、当該被計測者の重心動揺型を前後型に分類し（ステップＳ２０６）、当該方向が左右方向であると判断すれば（Ｓ１０３：左右）、当該被計測者の重心動揺型を左右型に分類し（ステップＳ２０７）、当該方向が斜め方向であると判断すれば（Ｓ２０５：斜め）、当該被計測者の重心動揺型を斜め型に分類する（ステップＳ２０８）。そして、それぞれについて、ディスプレイ２１に分類結果を表示して当該計測を終了する。
【００５１】
分類部１４６が、いずれか１つの方向に関する移動距離の比率が５０％以上でないと判断したとき（Ｓ２０４：ＮＯ）、重心位置記憶部１３４に記憶された内容に基づいて、重心位置の軌跡Ｃが、範囲Ｂ内にのみ存在しているか否かを判断する（ステップＳ２０９）。なお、ここでの範囲Ｂは、被計測者の理想的な重心位置を中心に配置された２．０ｃｍ×２．０ｃｍ（４．０ｃｍ２）〜２．２ｃｍ×２．２ｃｍ（４．８４ｃｍ２）の矩形領域であることが好ましい。分類部１４６が、重心位置の軌跡Ｃが範囲Ｂ内にのみ存在している（実質的に、被計測者の重心動揺型が、集中型、前後型、左右型及び斜め型でなく、且つ、軌跡Ｃが範囲Ａ外であって範囲Ｂ内に存在している）と判断したときは（Ｓ２０９：ＹＥＳ）、当該被計測者の重心動揺型を複合型に分類し（ステップＳ２１０）、ディスプレイ２１に分類結果を表示して当該計測を終了する。
【００５２】
分類部１４６が、重心位置の軌跡Ｃが範囲Ｂ外に存在していると判断したときは（Ｓ２０９：ＮＯ）、当該被計測者の重心動揺型を分散型に分類し（ステップＳ２１１）、ディスプレイ２１に分類結果を表示して当該計測を終了する。
【００５３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述の実施形態では、重心動揺型分類装置１が、被計測者の重心動揺型を、集中型、前後型、左右型、斜め型、複合型及び分散型の６つに分類する構成であるが、集中型、前後型、左右型、斜め型の４つに分類する構成であってもよいし、他の歩行に関する運動能力に対応する重心動揺型に分類する構成であってもよい。
【００５４】
上述した本実施形態においては、方向別積算部１４４が、解析結果記憶部１４３に記憶された内容に基づいて、前後方向、左右方向及び２つの斜め方向のそれぞれについて、移動距離を積算し、分類部１４６が、積算結果に基づいて重心動揺型を分類する構成であるが、軌跡Ｃが占有する領域の形状から重心動揺型を分類する構成であってもよい。この場合、例えば、軌跡Ｃの範囲を矩形領域で画定し、この矩形領域の前後方向と左右方向との比率によって、重心動揺型を分類してもよい。
【００５５】
上述した本実施形態においては、被計測者の重心動揺型を分類するにあたって、最初に、当該重心動揺型が、前後型、左右型及び斜め型か否かを判断し、さらに、複合型か否かを判断し、最後に、集中型か分散型かを判断する構成になっているが、集中型、前後型、左右型、斜め型、複合型及び分散型の判断は、任意の順で行ってよい。
【００５６】
また、上述した本実施形態においては、重心動揺型分類装置１は、重心動揺型を分類するに留まる構成であるが、重心動揺型を分類した後に、分類された重心動揺型に対応する運動機能を改善するための運動プログラムをディスプレイ２１に表示する構成であってもよい。
【００５７】
さらに、上述した本実施形態においては、重心動揺型分類装置１が重心動揺型の分類結果のみをディスプレイ２に表示する構成であるが、分類結果と共に軌跡Ｃをディスプレイ２に表示させる構成であってもよい。これにより、指導員は被計測者の運動能力さらに詳細に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る重心動揺型分類装置の概略構成を示す外観図である。
【図２】図１の重心動揺型分類装置の機能ブロック図である。
【図３】図１に示す感圧センサで検知される圧力分布データを示す図である。
【図４】図１に示す圧力分布センサ上における被計測者の立位静止状態を説明するための図である。
【図５】図１に示すに重心動揺型分類装置が分類する重心動揺型を説明するための図である。
【図６】図１に示す重心動揺型分類装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 重心動揺型分類装置
１１ａ 各感圧センサ
１１ 圧力分布センサ
１１ａ 感圧センサ
１２ 圧力検出部
２０ パソコン
２１ ディスプレイ
２５ キーボード
２６ マウス
３０ 制御部
４０ 接続ユニット
４５ インターフェースボックス
４６ インターフェースケーブル
１３１ 検知部
１３２ 圧力分布データ記憶部
１３３ 重心算出部
１３４ 重心位置記憶部
１４１ 重心動揺型分類部
１４２ 重心解析部
１４３ 解析結果記憶部
１４４ 方向別積算部
１４５ 積算距離記憶部
１４６ 分類部
１５１ 表示制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有する圧力分布センサと、
被計測者が前記圧力分布センサ上で静止したときに、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値から、前記圧力分布センサ上における被計測者の荷重状態を検知する検知手段と、
前記検知手段の検知結果に基づいて、静止状態における被計測者の重心動揺型を分類する重心動揺型分類手段とを備えていることを特徴とする重心動揺型分類装置。
【請求項２】
前記重心動揺型分類手段は、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置の軌跡が、所定の範囲内にのみ存在しているときは、当該被計測者の重心動揺が小さく安定している集中型に、前記集中型でなく且つ前記軌跡における総移動距離に対する当該被計測者の前後方向に関する移動距離の比率が第１閾値以上となっているときは、当該被計測者の重心動揺が前記前後方向に関して最も大きくなっている前後型に、前記集中型でなく且つ前記軌跡における総移動距離に対する当該被計測者の左右方向に関する移動距離の比率が前記第１閾値以上となっているときは、当該被計測者の重心動揺が前記左右方向に関して最も大きくなっている左右型に、当該被計測者の重心動揺型を分類することを特徴とする請求項１に記載の重心動揺型分類装置。
【請求項３】
前記重心動揺型分類手段は、前記集中型でなく且つ前記軌跡における総移動距離に対する前記前後方向と前記左右方向との間の方向である斜め方向に関する移動距離の比率が前記第１閾値以上となっているときは、当該被計測者の重心動揺が前記斜め方向に関して最も大きくなっている斜め型に、前記集中型でなく且つ前記軌跡における総移動距離に対する前記前後方向、前記左右方向及び前記斜め方向のうちいずれか２つの各方向の移動距離の比率が全て第２閾値以上となっているときは、当該被計測者の重心動揺が前記２つの各方向に関して大きくなっている複合型に、前記集中型、前記前後型、前記左右型、前記斜め型及び前記複合型のいずれでもないときは、当該被計測者の重心動揺が全ての方向に関して大きくなっている分散型に、当該被計測者の重心動揺型を分類することを特徴とする請求項２に記載の重心動揺型分類装置。
【請求項４】
前記重心動揺型分類手段は、
所定の周期毎に前記重心位置を検出すると共に、先の周期で検出した前記重心位置からの移動方向及び移動距離を算出する重心位置解析手段と、
前記重心位置解析手段によって検出された前記重心位置に関する前記移動方向及び前記移動距離を周期毎に記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に周期毎に記憶された前記移動方向を、前記前後方向、前記左右方向及び前記斜め方向のいずれかに分類すると共に、分類された各方向について前記移動距離を積算する積算手段と、
前記重心位置の総移動距離に対する、各方向に関する前記移動距離の積算値の比に基づいて、被計測者の重心動揺型を分類することを特徴とする請求項３に記載の重心動揺型分類装置。
【請求項１】
被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有する圧力分布センサと、
被計測者が前記圧力分布センサ上で静止したときに、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値から、前記圧力分布センサ上における被計測者の荷重状態を検知する検知手段と、
前記検知手段の検知結果に基づいて、静止状態における被計測者の重心動揺型を分類する重心動揺型分類手段とを備えていることを特徴とする重心動揺型分類装置。
【請求項２】
前記重心動揺型分類手段は、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置の軌跡が、所定の範囲内にのみ存在しているときは、当該被計測者の重心動揺が小さく安定している集中型に、前記集中型でなく且つ前記軌跡における総移動距離に対する当該被計測者の前後方向に関する移動距離の比率が第１閾値以上となっているときは、当該被計測者の重心動揺が前記前後方向に関して最も大きくなっている前後型に、前記集中型でなく且つ前記軌跡における総移動距離に対する当該被計測者の左右方向に関する移動距離の比率が前記第１閾値以上となっているときは、当該被計測者の重心動揺が前記左右方向に関して最も大きくなっている左右型に、当該被計測者の重心動揺型を分類することを特徴とする請求項１に記載の重心動揺型分類装置。
【請求項３】
前記重心動揺型分類手段は、前記集中型でなく且つ前記軌跡における総移動距離に対する前記前後方向と前記左右方向との間の方向である斜め方向に関する移動距離の比率が前記第１閾値以上となっているときは、当該被計測者の重心動揺が前記斜め方向に関して最も大きくなっている斜め型に、前記集中型でなく且つ前記軌跡における総移動距離に対する前記前後方向、前記左右方向及び前記斜め方向のうちいずれか２つの各方向の移動距離の比率が全て第２閾値以上となっているときは、当該被計測者の重心動揺が前記２つの各方向に関して大きくなっている複合型に、前記集中型、前記前後型、前記左右型、前記斜め型及び前記複合型のいずれでもないときは、当該被計測者の重心動揺が全ての方向に関して大きくなっている分散型に、当該被計測者の重心動揺型を分類することを特徴とする請求項２に記載の重心動揺型分類装置。
【請求項４】
前記重心動揺型分類手段は、
所定の周期毎に前記重心位置を検出すると共に、先の周期で検出した前記重心位置からの移動方向及び移動距離を算出する重心位置解析手段と、
前記重心位置解析手段によって検出された前記重心位置に関する前記移動方向及び前記移動距離を周期毎に記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に周期毎に記憶された前記移動方向を、前記前後方向、前記左右方向及び前記斜め方向のいずれかに分類すると共に、分類された各方向について前記移動距離を積算する積算手段と、
前記重心位置の総移動距離に対する、各方向に関する前記移動距離の積算値の比に基づいて、被計測者の重心動揺型を分類することを特徴とする請求項３に記載の重心動揺型分類装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−６９２３７（Ｐ２０１０−６９２３７Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４２８８０（Ｐ２００８−２４２８８０）
【出願日】平成２０年９月２２日（２００８．９．２２）
【出願人】（０００１１１０８５）ニッタ株式会社 (588)
【出願人】（３０７０２０５４５）公立大学法人岡山県立大学 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２２日（２００８．９．２２）
【出願人】（０００１１１０８５）ニッタ株式会社 (588)
【出願人】（３０７０２０５４５）公立大学法人岡山県立大学 (8)
【Ｆターム（参考）】
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