(57)【要約】【課題】  歩容の第一歩目の足裏圧力を確実に検出して、そのデータを蓄積、解析することにより、軽度認知症を早期発見することができる歩容解析システムを提供すること。【解決手段】  圧力検知装置１と歩容解析装置２と表示装置３とを備えた歩容解析システムであって、圧力検知装置は、圧力センサ部１１と、圧力信号を出力する出力部１２を備え、歩容解析装置は、両足検出部２１及び一歩目検出部２２を備えた歩容検出部２０と一歩目データベース２３と解析部とを備え、表示装置は、歩容解析装置により解析された解析結果を表示する表示部３１を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
足裏の圧力を検知してその圧力信号を出力する圧力検知装置と、前記圧力信号を入力し、特定の歩容の状態を検出して解析する歩容解析装置と、該歩容解析装置による解析結果を表示させる表示装置とを備えた歩容解析システムであって、
前記圧力検知装置は、面状に分布する複数の点の荷重を検知する圧力センサ部と、前記圧力センサ部により検知された圧力信号を出力する出力部を備え、
前記歩容解析装置は、前記圧力検知装置から出力された圧力信号から、両足の足裏の圧力を同時に検出するとともに該両足の足裏データを取得する両足検出部及び、そこからの第一歩目を検出するとともに、該第一歩目の足裏データを取得する一歩目検出部を備えた歩容検出部と、
検出した前記両足の足裏データ及び前記第一歩目の足裏データを登録する一歩目データベースと、
該一歩目データベースに登録された、最新の第一歩目データと過去の第一歩目データを比較、解析して、その変化量から特定の変化の有無を解析する解析部とを備え、
前記表示装置は、前記歩容解析装置により解析された解析結果を表示する表示部を備えることを特徴とする歩容解析システム。
【請求項２】
前記一歩目検出部が、前記両足検出部で検出した両足の足裏の圧力を同時に検知した状態から第一歩目を検出するまでの時間と、第一歩目の足裏の所定の複数個所の圧力及び所定の複数個所の移動時間を検出することを特徴とする請求項１に記載の歩容解析システム。
【請求項３】
前記圧力検知装置と前記歩容解析装置と前記表示装置の少なくともいずれかが無線で接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の歩容解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩容解析システムに関するものであり、詳しくは、歩容において、停止状態から第一歩目の状態を解析することにより、軽度の認知症を発見するための歩容解析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の高齢者の人口増加に伴って認知症患者が増加しており、大きな社会問題となっている。このような問題に対しては、認知症の前駆症状（予兆の把握）を明らかにし、軽度認知症の早期発見・早期介入システムの構築が、我が国の超高齢者社会インフラを構築・整備するうえで喫緊の課題となっている。
【０００３】
上記の軽度認知症の早期発見の方法としては、従来、病歴、現症、身体所見、神経心理検査、血液検査、画像検査等の鑑別診断により行われており、特に、単純ＣＴ又はＭＲＩによる脳の形態画像検査が推奨されている。
【０００４】
一方、認知機能低下の要因は、脳内の領域の変化や神経路の信号伝達の阻害と考えられており、近年の研究では、軽度認知症が、目や喉、また歩容等の制動力に現れることが報告されており、特に歩容の制動から軽度認知症の早期発見を試みることが行われている（非特許文献１〜３を参照）。
【０００５】
これらの研究によれば、「歩行の開始や停止、障害物の回避などの動作は、注意や正確な制御を必要とする随意的な動作であるが、定常状態の歩行のリズミカルな手足の動きや姿勢の調整など、自動的に遂行される定型的動作には我々は注意を払うことはない。すべての歩行動作には、これに最適な姿勢制御が先行している」として、第一歩目を振り出す際の運動と神経機構との関係に着目して研究が進められている。
【０００６】
このように、歩行の第一歩目は、大脳皮質や脳幹など広範囲の領域と複数の神経伝達路が複雑に関係している。これらの領域と神経路は、タンパク質の付着や器質変化の影響を受け易く、ここに何らかの障害が発生すると第一歩目の踏み出しの動作に異常な変化が起こると考えられている。そして、タンパク質の付着や器質変化は認知症の発症の原因と一致しており、普段の生活の中で認知機能の低下を検知する上で、歩行の踏み出しの変化を観察することが脳内の領域や神経路の異常を定量的に検出するのに有効であると考えられる。一方、これまでに、歩容を観察するシステムは種々提案されている（例えば、特許文献１、２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１８−１２１９３０号公報
【特許文献２】特開２０１７−０３８６５８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】旭川医科大学  高草木薫著「大脳基底核による運動の制御」論文 2009年
【非特許文献２】旭川医科大学  高草木薫著「大脳皮質・脳幹‐脊髄による姿勢と歩行の制御機構」日本脊髄外科学会誌 2013年
【非特許文献３】旭川医科大学  高草木薫著「歩行の神経機構」ブレーンメディカル誌 2007年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、これら特許文献１、２に開示されている従来の提案は、歩容を観察、評価することにより歩行を補助したり、歩行の訓練に利用するものであり、軽度認知症の早期発見を目的とするものではなかった。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、歩容の第一歩目の足裏圧力を確実に検出して、そのデータを蓄積、解析することにより、軽度認知症を早期発見することができる歩容解析システムを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、以下に示す歩容解析システムが提供される。
第１に、足裏の圧力を検知してその圧力信号を出力する圧力検知装置と、前記圧力信号を入力し、特定の歩容の状態を検出して解析する歩容解析装置と、該歩容解析装置による解析結果を表示させる表示装置とを備えた歩容解析システムであって、前記圧力検知装置は、面状に分布する複数の点の荷重を検知する圧力センサ部と、前記圧力センサ部により検知された圧力信号を出力する出力部を備え、前記歩容解析装置は、前記圧力検知装置から出力された圧力信号から、両足の足裏の圧力を同時に検出するとともに該両足の足裏データを取得する両足検出部及び、そこからの第一歩目を検出するとともに、該第一歩目の足裏データを取得する一歩目検出部を備えた歩容検出部と、検出した前記両足の足裏データ及び前記第一歩目の足裏データを登録する一歩目データベースと、該一歩目データベースに登録された、最新の第一歩目データと過去の第一歩目データを比較、解析して、その変化量から特定の変化の有無を解析する解析部とを備え、前記表示装置は、前記歩容解析装置により解析された解析結果を表示する表示部を備えることを特徴とする。
【００１２】
第２に、前記第１の発明の歩容解析システムにおいて、前記一歩目検出部が、前記両足検出部で検出した両足の足裏の圧力を同時に検知した状態から第一歩目を検出するまでの時間と、第一歩目の足裏の所定の複数個所の圧力及び所定の複数個所の移動時間を検出することが好ましい。
【００１３】
第３に、前記第１又は第２の発明の歩容解析システムにおいて、前記圧力検知装置と前記歩容解析装置と前記表示装置の少なくともいずれかが無線で接続されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の歩容解析システムによれば、歩容の第一歩目の足裏圧力を確実に検出して、そのデータを蓄積、解析することにより、軽度認知症を早期に発見することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の歩容解析システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】歩容における起立状態と第一歩目の着地位置を示す概略図である。
【図３】圧力検知装置の設置場所の実施形態を示す概略見取り図である。
【図４】本発明の歩容解析システムの動作を示す概略フロー図である。
【図５】歩容解析装置をインターネットを介してサーバーに設けた実施形態示す模式図である。
【図６】一歩目データベースをインターネットを介してサーバーに設けた実施形態示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る歩容解析システムの実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の歩容解析システムの一実施形態の全体構成を示す模式図である。本発明の歩容解析システムは、足裏の圧力を検知して、その圧力信号を出力する圧力検知装置１と、圧力信号を入力し、特定の歩容の状態を検出して解析する歩容解析装置２と、歩容解析装置２による解析結果を表示させる表示装置３とを備えている。以下に各々の構成及び機能について詳述する。
【００１８】
＜圧力検知装置＞
圧力検知装置１は、足裏に掛る圧力を検知する装置であって、面状に分布する複数の点の荷重を検知する圧力センサ部１１と、圧力センサ部１１により検知された圧力信号を出力する出力部１２を備えたマット状の装置である。
【００１９】
（圧力センサ部）
圧力センサ部１１は、通常、硬質基板と可撓性を有するプラスチックやゴム製のシートの間に感圧センサを挟み込んだ構成を有しており、感圧センサは、ＸＹ座標の各点の位置に対応するように、複数が規則性をもってマトリクス状に配設されている。なお、感圧センサは、上部からの押圧による圧力に応じて、電気的な物理量の変化を検知するものであり、例えば、圧電素子や静電容量式圧力センサ等からなる感圧センサを挙げることができる。被験者が圧力センサ部１１の上に乗って上方から掛かる圧力が高くなると、各感圧センサの抵抗値が変化し、その圧力がかかった点の正確な位置と正確な圧力変化を検知する。そして、各感圧センサの圧力変化は電気的なアナログ信号として出力部１２に送られる。
【００２０】
（出力部）
出力部１２には、圧力センサ部１１の各感圧センサからの配線が引き込まれており、圧力センサが検知した位置の座標情報と、各点の圧力変化のアナログ信号が入力される。また、出力部１２には、アナログ−デジタル変換回路が設けられており、入力された各点の位置及び圧力変化のアナログ信号はデジタル信号に変換されて歩容解析装置２に出力される。
【００２１】
圧力検知装置１の大きさや形状は、使用する場所や状況等に応じて適宜決定することができるが、少なくとも両足を揃えた状態から第一歩目を検知可能な大きさが必要であり、具体的には縦１５０ｃｍ×横１００ｃｍ程度の大きさが考慮される。
【００２２】
＜歩容解析装置＞
歩容解析装置２は、圧力センサ部１１の出力部１２から出力された圧力信号のデジタル信号を入力して、特定の歩容の状態を解析する装置であり、歩容検出部２０と一歩目データベース２３及び解析部２４とを備えている。
【００２３】
歩容解析装置２は、一般的なパーソナルコンピュータや、シングルボードコンピュータ、ワンボードマイコン等の機能を備えた装置であり、入出力部（Ｉ／Ｏ）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、条件設定部、演算部及び記憶装置により構成される。また、歩容解析装置２の有する上記各要素は、バス（Bus）によって接続されている。
【００２４】
（歩容検出部）
歩容検出部２０は、圧力検知装置１から出力された圧力信号から、両足の足裏の圧力が同時に掛ったことを検出する両足検出部２１及び、その状態からの第一歩目を検出するとともに、該第一歩目の足裏データを取得する一歩目検出部２２を備えている。
【００２５】
[両足検出部]
両足検出部２１は、入力された圧力信号から左右の足裏の圧力を同時に認識した場合に、起立状態と判断し、その状態をスタンバイ状態とする機能を備えている。
【００２６】
具体的には、図２に示すように、圧力センサ部１１の出力部１２から出力された圧力デジタル信号から、圧力を感知した範囲を面で特定し、その形状が人間の足裏の面形状、大きさ、輪郭線の形状に類似する面が同時に２か所、左右に離れた箇所で前方に足が向いている状態（図２（Ａ））のときに両足が揃った状態であると認識する。
【００２７】
[一歩目検出部]
一歩目検出部２２は、両足検出部２１におけるスタンバイ状態を受けて、そのスタンバイ状態から左右何れかの足裏の圧力信号が消えた後、次に、前方の位置に検出した圧力信号を第一歩目として認識し、その第一歩目の圧力信号についてのデータを取得する機能を備えている。
【００２８】
歩行開始の第一歩目（踏み出し）は、足を揃えた状態（起立状態）からの一歩目であり、両足が揃った状態から左右何れかの片方の足が前方に振り出されて着地した位置が第一歩目の位置である（図２（Ｂ））。
【００２９】
具体的な第一歩目で足が床に接地するまでの一連の流れは以下に示す１〜４のとおりである。
１．左右の足が揃った状態になる（起立状態）。
２．左右何れかの片足の足底が床を離れる。
３．床を離れた足が前方に振り出される。
４．振り出された足が床面に着地する（第一歩目）。
【００３０】
また、一歩目検出部２２は、両足検出部２１で検出した両足の足裏の圧力を同時に検知した状態から第一歩目を検出するまでの時間と、第一歩目の足裏の所定の複数個所の圧力及び該所定の複数個所の移動時間を検出する。なお、所定の複数個所とは、例えば、踵部、第５足趾球、第１足趾球、第１指を挙げることができるが、さらに細かく分類することもできる。各箇所における具体的な取得データ及び取得内容を下記表１に示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
また、本発明の歩容解析システムに用いる歩容解析装置２においては、複数のユーザーを検知して分類することができる。ユーザー検知の方法としては、ユーザー毎に、体重、足サイズ、足底の荷重検出面の輪郭線形状、足を揃えた際の両足各々の角度、左右の足の間隔の規則性、踏み出しの歩幅等の属性を検知し、これらを個人情報として標準サンプルの数値と形状として登録する。検知機序は標準サンプルの数値と形状とを新たに取得した属性の値とで各々に比較して、それらを組み合わせて全体の差から類似度を導出することでユーザーを検知する。
【００３３】
なお、上記のように、歩容解析装置から取得した情報から装置が自動的に個人を特定する方法のほか、氏名など個人を特定する情報を予め情報処理端末に登録しておき、歩容解析の実施前後の何れかのタイミングで登録情報を選択することで個人を特定することもできる。
【００３４】
（一歩目データベース）
一歩目データベース２３は、両足検出部２１及び一歩目検出部２２で検出した足裏データを登録するデータベースであり、ユーザー毎に取得した、予め設定した項目の歩容データが全て記録されて蓄積される。
【００３５】
（解析部）
解析部２４は、一歩目データベース２３に登録された最新の第一歩目データと、過去の第一歩目データを比較、解析して、その変化量から歩容の変化の有無を解析する機能を備えている。
【００３６】
本発明における過去の第一歩目とは、記録された直前の第一歩目のデータであっても、過去に蓄積された第一歩目のデータにおける標準偏差等の加工されたデータであっても構わない。
【００３７】
標準偏差のデータ生成は、例えば、過去に取得した数値と平均の差の２乗との合計をデータの総数ｎ（時間により増加）で除した値の正の平方根として導出される。つまり、分散（偏差を２乗した値の平均値）の平方根となり、標準偏差の値が大きいと収集したデータの散らばりの度合いが大きいことを示し、標準偏差の値が小さいと収集したデータの平均値前後にデータが集中していることを示す。
【００３８】
なお、本発明の歩容解析システムは、歩容における過去の一歩目のデータと最新の一歩目のデータを比較して解析するシステムであるので、初めて登録された第一歩目のデータに関しては蓄積のみで解析は行われない。
【００３９】
解析部２４において、最新の第一歩目のデータと過去の第一歩目データの解析は、予め設定した各項目、例えば、上記表１に示す各項目について行う。ここで、過去の第一歩目のデータと最新の第一歩目のデータを比較した結果、予め規定した特定の差異が確認された場合に、異常の可能性を有する旨の情報を出力する。
【００４０】
また、異常の可能性の検出においては、例えば、被験者の歩容データと、年齢や性別、身長や体重等の身体的な特徴の似た他の被験者の歩容データとの比較により、足の運びの乱れ等など明らかに異常な歩容と判断した場合を異常の可能性を有するとして出力することも可能である。
【００４１】
予め規定した特定の差異の検出方法としては、以下に示す足裏の幾何学的な特徴の差異として、画像の色分布や輪郭線等、形の情報（輪郭線の情報や面の情報）等が挙げられる。面の情報としては、曲面の基本タイプの情報、平面の法線ベクトルの方向、水平面の高さ等を用いることができる。
【００４２】
色分布の類似度は、一般的に広く行われている画像処理手法であり、ＯｐｅｎＣＶアプリケーション等にも標準に実装されており入手が可能である。具体的には、二つの色分布のヒストグラムを作成しその間で類似度を計算することで、色分布画像の間の色が似ているかどうかの判定を行う。
【００４３】
画像内の特定の領域（または全体）における色の分布を調べてヒストグラムにしたものを色ヒストグラムと呼ぶ。分類に際してはピクセル単位でＲＧＢを使用する。色ヒストグラムに変換後は、ユークリッド距離やコサイン類似度を用いて類似度を計算し、その結果を各画像で算出して色ヒストグラムとして得ることで、画像間の類似度を確認することができる。
【００４４】
輪郭線の情報は、２次元平面の特徴を表すものでフーリエ記述子等がある。これらは、必要に応じて、大きさや回転等に対して不変な値となる。
【００４５】
フーリエ記述子は、平面図形を周波数平面でみたもので、形態の全体的な特徴が幾つかの周波数成分（振幅，位相）によって記述される。さらに一部の周波数成分を取り除いて形態を再構成することによって形態のフィルター化が可能であり、分析的な解釈もできる。
【００４６】
＜表示装置＞
表示部３１は、歩容解析装置２の解析部２４において、過去の第一歩目のデータと最新の第一歩目のデータを比較した結果を表示させる装置であり、異常の可能性の有無を表示するための表示部３１を備えている。
【００４７】
表示部３１は、上記歩容解析装置２による解析結果が表示できれば表示形態は特に限定されるものではなく、仕様により適宜決定することができる。具体的には、例えば図２に示すような足裏の圧力分布画像を液晶画面に表示させるとともに、歩容解析装置２による解析結果を点数で表示させたり、正常、要検査等のシグナル表示とすることができる。さらに、画像による表示とともに、スピーカーを設けて音声によるメッセージを出力させることもできる。
【００４８】
また、被験者の氏名、足底全体の圧力分布画面、足裏の圧力測定する各々の箇所で圧力を検知した時間と過去のデータ群との差異を数値で表した詳細な情報を表示させることもできる。
【００４９】
上記に説明した本発明の歩容解析システムのうち、特に圧力検知装置１は、家庭内、施設内の特定の場所に設置することにより、歩容における第一歩目のデータを確実かつ正確に取得することができる。
【００５０】
具体的な設置場所としては、図３に示すような、玄関４１や寝室４２のベッド脇、トイレ４３や洗面所４４、浴室４５の脱衣所等を挙げることができる。これらの場所は、通常、必ず一旦停止して起立状態となるため、第一歩目のデータを取得しやすい。
【００５１】
また、上記の設置場所を考慮した場合、圧力検知装置１と歩容解析装置２と表示装置３の少なくともいずれかを無線で接続することが好ましい。この場合、圧力検知装置一歩容解析装置２、表示装置３には通信装置を内蔵させ、該通信装置を介して無線接続してデータの送受信を行う。具体的な通信方式としては、例えば、ＷｉＦｉ（登録商標）等の無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＬＥ（Bluetooth Low Energy（登録商標））、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）等のＷＰＡＮ（Wireless Personal Area Network）、ＮＦＣ（Near Field Communication）等の近接場型無線通信を用いることができる。
【００５２】
以下、本発明の歩容解析システムの動作の機序について図４のフロー図を用いて詳細に説明する。
【００５３】
まず、被験者が圧力検知装置１の圧力センサ部１１の上に乗ると、足裏の位置及び圧力情報は出力部１２でデジタルデータに変換されて歩容解析装置２に出力される。
【００５４】
次に、歩容解析装置２では、入力された足裏の位置及び圧力情報のデータから、歩容検出部２０の両足検出部２１で足裏圧を同時に検出した場合に起立状態であると検知し、一歩目検出部２２にデータを出力する。また、そのときの両足裏の位置及び圧力データを一歩目データベース２３に出力し保存する。
【００５５】
起立状態である情報を受け取った一歩目検出部２２はスタンバイ状態となり、両足のいずれか一方の足裏圧力が消滅してから、前方の位置に足裏圧力を検出した場合に、その圧力を第一歩目と検知して、一歩目検出までの時間、位置、圧力のデータを取得する。また、第一歩目の足裏の所定の圧力の移動データも取得して一歩目データベース２３に出力し保存する。
【００５６】
次に、一歩目データベース２３に新たな一歩目のデータが保存された情報を受けて、解析部２４では最新のデータに対する過去のデータの有無を判断し、過去のデータが存在する場合に、最新の第一歩目のデータと過去の第一歩目のデータを比較して解析する。なお、過去のデータが存在しない場合には解析は行われない。解析部２４における解析は、一歩目データベース２３に保存されている第一歩目の時間、位置、圧力等の各項目のデータから、各々の項目について予め設置した特定の閾値を超えているか否かを判断する。そして、更に変化量を総合的に解析して歩容についての異常の有無を解析する。
【００５７】
次に、上記解析部２４で得た解析結果を表示装置３に出力し、表示部３１に表示させる。図３に示す実施形態では、解析部２４において解析結果の異常の有無を二値化したものを、正常、要検査として表示させている。これにより、被験者は圧力検知装置１に乗るだけで歩容の変化を視覚的に認識することができる。
【００５８】
以上、本発明を一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更が可能である。
【００５９】
例えば、上記実施形態では、歩容解析装置２の接続を圧力検知装置１及び表示装置３と有線接続あるいは近接場型無線通信するものとして説明したが、例えば、図５に示すように、歩容解析装置２をサーバー５として、インターネット７を介して圧力検知装置１及び表示装置３と接続することもできる。この場合には、各々の装置にネットワーク接続部６を設けてインターネット７に接続可能とする。また、図６に示すように、歩容解析装置２内の一歩目データベース２３のみをサーバー５やクラウドに設けることもできる。
【００６０】
また、各装置の接続をインターネット接続とした場合には、表示装置３は通常のパソコンや、スマートフォン、タブレット等の情報端末装置とすることができる。
【００６１】
さらに、上記実施形態では、圧力検知装置１の形態をマット状として説明したが、靴の中敷状の形態としたり、建築物、移動体の床に内蔵することもできる。
【００６２】
本発明の歩容解析システムによれば、歩容の第一歩目の足裏圧力を確実に検出して、そのデータを蓄積、解析することにより、軽度認知症を早期に発見することが可能となる。
【符号の説明】
【００６３】
１  圧力検知装置
１１  圧力センサ部
１２  出力部
２  歩容解析装置
２０  歩容検出部
２１  両足検出部
２２  一歩目検出部
２３  一歩目データベース
２４  解析部
３  表示装置
３１  表示部
４１  玄関
４２  寝室
４３  トイレ
４４  洗面所
４５  浴室
５  サーバー
６  ネットワーク接続部
７  インターネット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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