(57)【要約】【課題】加速度を検出する軸方向を増やすことなく、歩数や歩行距離、歩行速度、歩幅などの歩行パラメータと同時に、歩行動作の左右バランスを判定する。【解決手段】１軸加速度センサであるセンサ部１は、身体に装着されて歩行に起因する身体部位の左右軸方向以外の単一軸方向の加速度を検出する。演算処理部３は、センサ部１の検出結果から生成される加速度波形の特徴量（極大値、極小値など）を抽出し、歩行周期における左右脚の動作にそれぞれ対応した立脚期の加速度波形の特徴量を用いて、歩行動作の左右バランスが正常であるか否かを判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体に装着されて歩行に起因する身体部位の左右軸方向以外の単一軸方向の加速度を検出する１軸加速度センサと、
前記１軸加速度センサの検出結果から生成される加速度波形の特徴量を抽出し、歩行周期における左右脚の動作にそれぞれ対応した立脚期の加速度波形の特徴量を用いて、歩行動作の左右バランスが正常であるか否かを判定する演算処理部と
を備えることを特徴とする歩行動作分析装置。
【請求項２】
前記１軸加速度センサは、前記単一軸方向が鉛直軸方向になるように前記身体に装着されることを特徴とする請求項１記載の歩行動作分析装置。
【請求項３】
前記１軸加速度センサは、前記単一軸方向が、前記身体が歩行する方向である進行軸方向になるように当該身体に装着されることを特徴とする請求項１記載の歩行動作分析装置。
【請求項４】
前記演算処理部は、前記加速度波形の特徴量として加速度波形の極値を抽出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の歩行動作分析装置。
【請求項５】
前記演算処理部は、前記加速度波形の特徴量として加速度波形の最大振幅の大きさを抽出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の歩行動作分析装置。
【請求項６】
前記演算処理部は、前記加速度波形の特徴量として加速度波形と時間軸とで囲まれた面積を抽出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の歩行動作分析装置。
【請求項７】
前記演算処理部は、歩行周期における左脚の動作に対応した立脚期の加速度波形と右脚の動作に対応した立脚期の加速度波形との相関関数を用いて、歩行動作の左右バランスが正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の歩行動作分析装置。
【請求項８】
加速度波形の基準波形の特徴量を予め記憶する記憶部を備え、
前記演算処理部は、前記１軸加速度センサの検出結果から生成される加速度波形の特徴量と前記記憶部に記憶されている基準波形の特徴量とを比較することによって、歩行動作の左右バランスが正常であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の歩行動作分析装置。
【請求項９】
前記記憶部に記憶されている基準波形は、前記１軸加速度センサで予め検出された加速度波形であることを特徴とする請求項８記載の歩行動作分析装置。
【請求項１０】
前記加速度波形の特徴量の基準値を予め記憶する記憶部を備え、
前記演算処理部は、前記１軸加速度センサの検出結果から生成される加速度波形の特徴量と前記記憶部に記憶されている基準値とを比較することによって、歩行動作を判定する
ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の歩行動作分析装置。
【請求項１１】
前記記憶部に記憶されている基準値は、前記１軸加速度センサで予め検出された加速度波形から算出された値であることを特徴とする請求項１０記載の歩行動作分析装置。
【請求項１２】
前記演算処理部で判定された歩行動作判定結果を出力する出力部を備えることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の歩行動作分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行に起因する身体部位の加速度変化から、被験者の歩行動作を判定するための歩行動作分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、健康意識の高まりから、単に歩くだけではなく、いかに姿勢よく綺麗に歩くか、あるいはいかにエクササイズ効果を高められるかなどの歩き方の分析が行われている。
【０００３】
これまで歩行の分析方法は、歩行画像を撮影する方法、足裏圧力や床反力から足が床面に接触する際の時間経過に対する変化を分析する方法などが開発されている。例えば、特許文献１には、歩行画像と各足の接触位置の経時変化から、被験者の歩行速度、足の間隔、左右のふらつきなどを測定するものが開示されている。特許文献２には、歩行中における足圧分布から歩行評価を点数化するものが開示されている。
【０００４】
また、歩行画像や足裏圧力以外の方法として、加速度計を身体に装着し、歩行に起因する身体部位の加速度変化から歩行に関するパラメータを分析する方法が開発されている。加速度計を用いた一般的な歩行の分析方法としては、歩行に伴う腰部の鉛直方向加速度を検出し、出力信号が予め設定された閾値を超えた回数を歩数とし、さらに予め入力されていた歩幅を乗ずることで歩行距離を算出したり、加速度から歩幅を推定したりする方法がある。例えば、特許文献３には、加速度センサの出力により検出される人体の上下動に基づく歩行信号の発生回数から歩数を測定するものが開示されている。また、特許文献４には、加速度データから導出された周期と振幅を用いて、被験者の歩行ピッチや、歩幅、歩行速度を演算部で算出するものが開示されている。
【０００５】
特許文献３，４のような加速度を用いた歩行評価の従来技術は、日常の歩行管理を目的として、身体の体重心に近い腰背部などに装着した加速度センサによって、鉛直軸方向や進行軸方向の加速度データから歩数や歩行距離、歩行速度、歩幅などの歩行パラメータを提示するものである。これは、歩行に起因する身体部位の加速度変化に伴って出力される加速度波形において、それぞれの左右脚が踵接地あるいは爪先離地するなどの歩行動作のタイミングが、鉛直軸方向や進行軸方向の加速度の波形ピークや最大振幅に対応していることを利用したものである。
【特許文献１】特開２００２−３４５７８５号公報
【特許文献２】特許第３７２５７８８号公報
【特許文献３】特許第２６７５８４２号公報
【特許文献４】特開２００６−１１８９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、どのような歩き方であるかを分析するという点では、歩数や歩行距離、歩行速度、歩幅などの歩行パラメータだけでは十分ではなく、左右方向に対してバランスよく歩けていることが重要な要素となる。
【０００７】
従来、左右方向に対してバランスよく歩けていることをみるためには、主に歩行画像を撮影する方法や足裏圧力や床反力から足が床面に接触する際の時間経過に対する変化を分析する方法などが用いられていた。しかしながら、このような方法には、画像取得用カメラや圧力・床反力センサシートを設置する必要があることから、測定環境の制限が大きいという問題があった。
【０００８】
上記問題を解決する方法として、左右軸方向の加速度センサを追加し、加速度波形の左右対称性を分析する方法が考えられる。
【０００９】
しかしながら、左右軸方向の加速度センサを追加すると、検出する軸が増え、構造が複雑になったり、消費電力が増加することで連続稼動時間が短くなったりするという問題があった。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的は、加速度を検出する軸方向を増やすことなく、歩数や歩行距離、歩行速度、歩幅などの歩行パラメータと同時に、歩行動作の左右バランスを判定することができる歩行動作分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、身体に装着されて歩行に起因する身体部位の左右軸方向以外の単一軸方向の加速度を検出する１軸加速度センサと、前記１軸加速度センサの検出結果から生成される加速度波形の特徴量を抽出し、歩行周期における左右脚の動作にそれぞれ対応した立脚期の加速度波形の特徴量を用いて、歩行動作の左右バランスが正常であるか否かを判定する演算処理部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記１軸加速度センサは、前記単一軸方向が鉛直軸方向になるように前記身体に装着されることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記１軸加速度センサは、前記単一軸方向が、前記身体が歩行する方向である進行軸方向になるように当該身体に装着されることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか１項の発明において、前記演算処理部は、前記加速度波形の特徴量として加速度波形の極値を抽出することを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１乃至３の何れか１項の発明において、前記演算処理部は、前記加速度波形の特徴量として加速度波形の最大振幅の大きさを抽出することを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１乃至３の何れか１項の発明において、前記演算処理部は、前記加速度波形の特徴量として加速度波形と時間軸とで囲まれた面積を抽出することを特徴とする。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項１乃至３の何れか１項の発明において、前記演算処理部は、歩行周期における左脚の動作に対応した立脚期の加速度波形と右脚の動作に対応した立脚期の加速度波形との相関関数を用いて、歩行動作の左右バランスが正常であるか否かを判定することを特徴とする。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項１乃至７の何れか１項の発明において、加速度波形の基準波形の特徴量を予め記憶する記憶部を備え、前記演算処理部は、前記１軸加速度センサの検出結果から生成される加速度波形の特徴量と前記記憶部に記憶されている基準波形の特徴量とを比較することによって、歩行動作の左右バランスが正常であるか否かを判定することを特徴とする。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項８の発明において、前記記憶部に記憶されている基準波形は、前記１軸加速度センサで予め検出された加速度波形であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０の発明は、請求項１乃至９の何れか１項の発明において、前記加速度波形の特徴量の基準値を予め記憶する記憶部を備え、前記演算処理部は、前記１軸加速度センサの検出結果から生成される加速度波形の特徴量と前記記憶部に記憶されている基準値とを比較することによって、歩行動作を判定することを特徴とする。
【００２１】
請求項１１の発明は、請求項１０の発明において、前記記憶部に記憶されている基準値は、前記１軸加速度センサで予め検出された加速度波形から算出された値であることを特徴とする。
【００２２】
請求項１２の発明は、請求項１乃至１１の何れか１項の発明において、前記演算処理部で判定された歩行動作判定結果を出力する出力部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明によれば、１軸加速度センサで検出された身体の左右軸以外の単一軸方向の加速度を用いることによって、３軸方向の加速度を用いる場合に比べて、簡単な構成で歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００２４】
請求項２の発明によれば、歩数や歩行距離、歩行速度、歩幅などの歩行パラメータを算出するために必要である鉛直軸方向の加速度を検出するだけで、他の軸方向の加速度を検出することなく、歩数や歩行距離、歩行速度、歩幅などの歩行パラメータとともに、歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００２５】
請求項３の発明によれば、歩数や歩行距離、歩行速度、歩幅などの歩行パラメータを算出するために必要である進行軸方向の加速度を検出するだけで、他の軸方向の加速度を検出することなく、歩数や歩行距離、歩行速度、歩幅などの歩行パラメータとともに、歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００２６】
請求項４の発明によれば、連続する加速度波形信号の中からでも単純な信号処理で抽出が可能な極値を加速度波形の特徴量として用いることができるので、より簡便に歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００２７】
請求項５の発明によれば、加速度波形の特徴量として連続する加速度波形信号の最大振幅を用いることによって、同一軸内で両方向（鉛直軸方向であれば鉛直上方向と鉛直下方向、進行軸方向であれば前方向と後方向）に関する分析を一度に行うことができ、詳細に歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００２８】
請求項６の発明によれば、加速度波形の特徴量として連続する波形信号と時間軸から算出される面積を用いることによって、歩行周期における左右脚の動作全体を反映する指標による分析を行うことができ、より詳細に歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００２９】
請求項７の発明によれば、左脚の動作における加速度波形と右脚の動作における加速度波形との相関関数を用いることによって、さらに詳細に歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００３０】
請求項８の発明によれば、検出結果から生成される加速度波形の特徴量と基準波形の特徴量とを比較することによって、基準時（正常歩行時）との差に基づいて歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００３１】
請求項９の発明によれば、被験者自身の測定波形を基準波形とすることによって、以前測定したときからの被験者自身の変化度合いに基づいて歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００３２】
請求項１０の発明によれば、１軸加速度センサで検出された身体の左右軸以外の単一軸方向の加速度を用いることによって、３軸方向の加速度を用いる場合に比べて、簡単な構成で歩行動作を判定することができる。
【００３３】
請求項１１の発明によれば、被験者自身の測定波形から算出された値を基準値とすることによって、以前測定したときからの変化度合いに基づいて歩行動作の円滑さを判定することができる。
【００３４】
請求項１２の発明によれば、歩行動作の左右バランスに関する判定結果を被験者に知らせることによって、被験者に対して歩行動作の改善や歩行動作の変化の確認を促すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（実施形態１）
まず、実施形態１の歩行動作分析装置の構成について説明する。この歩行動作分析装置は、図１に示すように、身体に装着されて歩行に起因する身体部位の左右軸以外の単一軸方向の加速度を検出するセンサ部１と、センサ部１の検出結果から加速度波形を生成する信号生成回路部２と、信号生成回路部２で生成された加速度波形の特徴量を抽出して歩行動作を判定する演算処理部３と、データを記憶する記憶部４と、ユーザが電源のオンオフなどを行うための入力部５と、種々の情報を出力する出力部６とを備えている。
【００３６】
センサ部１は、作用する加速度に応じて抵抗値の変化するピエゾ抵抗からの加速度信号を電圧値として出力する１軸加速度センサである。１軸加速度センサは、他にも、静電容量型や熱検知型など、どのような原理であってもよい。
【００３７】
センサ部１である加速度センサは、主に身体の重心に近い腰背部中央に装着されるが、身体の正中線上などで左右対称性を分析することができれば装着場所は任意でよい。また、センサ部１である加速度センサの装着方法としては、加速度センサに取り付けられたクリップを腰ベルトやズボンに留めたり、加速度センサを固定するサポータを腰に巻きつけたりする方法がある。
【００３８】
加速度センサは、測定データを本体に蓄積するメモリを搭載したものや、パソコンと連携してリアルタイムに測定できる無線モジュールを搭載したものがある。パソコンと連携してリアルタイムに測定する場合には、歩行動作の妨げにならないように、ケーブルなどを必要とせず、無線送信を可能とする装置が好ましい。この場合、被験者は、測定中であることを意識することなく自由に歩くことができるので、被験者の意識に影響されない測定が可能である。被験者は、加速度センサを装着した後、普段通りの歩き方でまっすぐに自然歩行する。測定場所は、平坦な直線区間を確保できる場所が好ましい。
【００３９】
信号生成回路部２は、センサ部１に接続され、センサ部１で検出された加速度のアナログ電圧値をディジタル電圧値に変換し、演算処理部３で処理可能なデータに変換する回路である。この信号生成回路部２は、アナログ信号をフィルタリングするフィルタ２０と、アナログ信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換回路（図１のＡ／Ｄ）２１とを備えている。信号生成回路部２では、演算処理部３で加速度波形の振幅の極大値や極小値などの加速度波形の特徴を比較することができればよく、例えば、サンプリング周波数を２００Ｈｚとし、１００Ｈｚのローバスフィルタを通過させ、アナログ／ディジタル変換した加速度波形信号を演算処理部３に出力する。
【００４０】
記憶部４は、センサ部１で検出され信号生成回路部２で生成された加速度波形を記憶する測定波形記憶部４０を備えている。記憶部４は、例えば、演算処理部３のいわゆるワーキングメモリとなるＲＡＭなどの揮発性の記憶素子、ＲＯＭなどの不揮発性の記憶素子などで構成される。記憶部４で一旦記憶された測定波形が演算処理部３に出力される。
【００４１】
演算処理部３は、例えばマイクロプロセッサ及びその周辺機器などを備え、信号生成回路部２からの加速度波形から特徴量を抽出する波形解析部３０と、１歩行周期における加速度波形の特徴量を比較する比較部３１と、比較部３１の比較結果に基づいて左右の対称性を分析する歩行状態判定部３２とを備えている。
【００４２】
なお、本実施形態の加速度波形だけでは左右どちらの脚の動作に起因するか判別できず、左右のどちら側に偏っているかはわからないため、左右の対称性に差があることだけを判定する。
【００４３】
加速度波形の特徴が左右どちらの脚の動作に起因するかを判別するセンサとしては、例えばフットスイッチを備えて被験者の左右の足裏に装着するものがある。これにより、左右のどちらに偏っているかを特定することができる。
【００４４】
ここで、本実施形態の演算処理部３による演算処理方法について説明する。本実施形態では、センサ部１の単一軸方向が鉛直軸方向になるようにセンサ部１が身体に装着される場合について説明する。図２は、センサ部１である加速度センサを腰背部に装着したときの１歩行周期における鉛直軸方向の加速度波形である。図２では、１歩行周期が約１秒となっており、０〜０．５秒の間に右脚が初期接地から立脚、立脚から足離地し、０．５秒〜１秒の間に左脚が初期接地から立脚、立脚から脚離地している状態を示している。したがって、右脚と左脚の歩行動作を比較するには、０〜０．５秒の間の加速度波形と０．５秒〜１秒の間の加速度波形を比較すればよい。
【００４５】
被験者間で加速度波形の振幅レベルに違いはあるものの、鉛直軸方向の加速度波形において、図２のような波形パターンは被験者間でも類似するため、加速度波形の極大値、極小値などの特徴の出現タイミングで左右脚の動作に対応した連続する２つの立脚期を特定することが可能である。
【００４６】
図３は、１歩行周期における鉛直軸方向の加速度波形を示す。図３（ａ）では、左右脚の動作に対応した連続する２つの立脚期の加速度波形において、右脚の動作における極大値ＲＡ１と左脚の動作における極大値ＬＡ１とを比較する。比較する方法としては、極大値ＲＡ１と極大値ＬＡ１の差である値Ｓ１＝ＬＡ１−ＲＡ１、極大値ＲＡ１と極大値ＬＡ１の比である値Ｓ２＝ＬＡ１／ＲＡ１、値Ｓ３＝（ＬＡ１−ＲＡ１）／（ＬＡ１＋ＲＡ１）などがある。
【００４７】
値Ｓ１を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ１が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ２を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ２が１に近いほど左右バランスがよいと判定する。値Ｓ３を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ３が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ３は、上方向の加速度の左右差の割合を表していることになるため、算出した結果を、歩幅や歩行速度を変えたときの同一被験者内での比較や、別の被験者間での比較などに用いることができる。なお、比較する方法は、極大値ＲＡ１と極大値ＬＡ１の差を比較できる方法であれば、値Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に限定されるものではない。
【００４８】
また、演算処理部３は、図４（ａ）に示すように、加速度波形と閾値との交点を計数することによって、加速度信号のピークの発生回数を計数する。これにより、演算処理部３は、歩数を計測することができる。
【００４９】
上記演算処理部３は、加速度波形を２階積分することによって、歩幅を求めることができる。なお、歩幅を求める方法は、上記以外にも、図４（ｂ）に示すように、歩行ピッチと歩幅の関係を示すテーブルを用いて、加速度波形から求めた歩行ピッチに対応する歩幅を求めることができる。なお、歩行ピッチに代えて加速度波形の振幅でもよい。
【００５０】
上記のようにして求めた歩数と歩幅とを用いて、演算処理部３は、（歩行距離）＝（歩数）×（歩幅）から求めることができる。
【００５１】
また、歩行速度に関しては、（歩行速度）＝（歩幅）／（１歩あたりの所要時間）、（歩行速度）＝（歩行距離）／（所要時間）から求めることができる。
【００５２】
図１に示す入力部５は、例えば、歩行状態分析装置の電源をオンオフする電源スイッチや、加速度波形の演算処理の開始を指示する演算処理開始スイッチ、タイマなど、歩行状態分析装置に指示を与える各種のスイッチを備える。
【００５３】
出力部６は、例えばＣＲＴディスプレイなどの表示装置やスピーカなどの音出力装置であり、演算処理部３で判定された歩行動作判定結果を出力する。歩行動作判定結果は、歩行動作後に被験者が確認できるようにしてもよいし、被験者が歩いている最中にスピーカから音声などによってリアルタイムで知らせるようにしてもよい。
【００５４】
以上、本実施形態によれば、１軸加速度センサで検出された身体の左右軸以外の単一軸方向の加速度を用いることによって、３軸方向の加速度を用いる場合に比べて、簡単な構成で歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００５５】
また、本実施形態によれば、歩数や歩行距離、歩行速度、歩幅などの歩行パラメータを算出するために必要である鉛直軸方向の加速度を検出するだけで、他の軸方向の加速度を検出することなく、歩数や歩行距離、歩行速度、歩幅などの歩行パラメータとともに、歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００５６】
さらに、本実施形態によれば、連続する加速度波形信号の中からでも単純な信号処理で抽出が可能な極値を加速度波形の特徴量として用いることができるので、より簡便に歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００５７】
本実施形態によれば、歩行動作の左右バランスに関する判定結果を被験者に知らせることによって、被験者に対して歩行動作の改善や歩行動作の変化の確認を促すことができる。
【００５８】
なお、実施形態１の変形例として、図３（ｂ）では、左右脚の動作に対応した連続する２つの立脚期の加速度波形において、右脚の動作における極小値ＲＢ１と左脚の動作における極小値ＬＢ１とを比較するものであってもよい。比較する方法としては、極小値ＲＢ１と極小値ＬＢ１の差である値Ｓ４＝ＬＢ１−ＲＢ１、極小値ＲＢ１と極小値ＬＢ１の比である値Ｓ５＝ＬＢ１／ＲＢ１、値Ｓ６＝（ＬＢ１−ＲＢ１）／（ＬＢ１＋ＲＢ１）などがある。
【００５９】
値Ｓ４を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ４が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ５を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ５が１に近いほど左右バランスがよいと判定する。値Ｓ６を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ６が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ６は、下方向の加速度の左右差の割合を表していることになるため、算出した結果を、歩幅や歩行速度を変えたときの同一被験者内での比較や、別の被験者間での比較などに用いることができる。なお、比較する方法は、極小値ＲＢ１と極小値ＬＢ１の差を比較できる方法であれば、値Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６に限定されるものではない。
【００６０】
（実施形態２）
実施形態２の歩行動作分析装置は、図５に示すように、演算処理部３が、加速度波形の特徴量として加速度波形の最大振幅の大きさを抽出する点で、実施形態１の歩行動作分析装置と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６１】
図５では、左右脚の動作に対応した連続する２つの立脚期の加速度波形において、右脚の動作における上下方向の最大振幅ＲＣ１と左脚の動作における上下方向の最大振幅ＬＣ１とを比較する。比較する方法としては、最大振幅ＲＣ１と最大振幅ＬＣ１の差である値Ｓ７＝ＬＣ１−ＲＣ１、最大振幅ＲＣ１と最大振幅ＬＣ１の比である値Ｓ８＝ＬＣ１／ＲＣ１、値Ｓ９＝（ＬＣ１−ＲＣ１）／（ＬＣ１＋ＲＣ１）などがある。
【００６２】
値Ｓ７を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ７が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ８を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ８が１に近いほど左右バランスがよいと判定する。値Ｓ９を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ９が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ９は、上下方向の加速度の左右差の割合を表していることになるため、算出した結果を、歩幅や歩行速度を変えたときの同一被験者内での比較や、別の被験者間での比較などに用いることができる。なお、比較する方法は、最大振幅ＲＣ１と最大振幅ＬＣ１の差を比較できる方法であれば、値Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９に限定されるものではない。
【００６３】
以上、本実施形態によれば、加速度波形の特徴量として連続する加速度波形信号の最大振幅を用いることによって、同一軸内で両方向（鉛直上方向と鉛直下方向）に関する分析を一度に行うことができ、詳細に歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００６４】
（実施形態３）
実施形態３の歩行動作分析装置は、図６（ａ）に示すように、演算処理部３が、加速度波形の特徴量として加速度波形と時間軸とで囲まれた面積を抽出する点で、実施形態１の歩行動作分析装置と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６５】
図６は、１歩行周期における鉛直軸方向の加速度波形を示す。図６（ａ）では、左右脚の動作に対応した連続する２つの立脚期の加速度波形において、右脚の動作における面積ＲＤ１と左脚の動作における面積ＬＤ１とを比較する。比較する方法としては、面積ＲＤ１と面積ＬＤ１の差である値Ｓ１０＝ＬＤ１−ＲＤ１、面積ＲＤ１と面積ＬＤ１の比である値Ｓ１１＝ＬＤ１／ＲＤ１、値Ｓ１２＝（ＬＤ１−ＲＤ１）／（ＬＤ１＋ＲＤ１）などがある。
【００６６】
値Ｓ１０を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ１０が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ１１を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ１１が１に近いほど左右バランスがよいと判定する。値Ｓ１２を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ１２が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ１２は、上方向の加速度の左右差の割合を表していることになるため、算出した結果を、歩幅や歩行速度を変えたときの同一被験者内での比較や、別の被験者間での比較などに用いることができる。なお、比較する方法は、面積ＲＤ１と面積ＬＤ１との差を比較できる方法であれば、値Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２に限定されるものではない。
【００６７】
以上、本実施形態によれば、加速度波形の特徴量として連続する波形信号と時間軸から算出される面積を用いることによって、歩行周期における左右脚の動作全体を反映する指標による分析を行うことができ、より詳細に歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００６８】
なお、実施形態３の変形例として、図６（ｂ）では、左右脚の動作に対応した連続する２つの立脚期の加速度波形において、右脚の動作における面積ＲＥ１と左脚の動作における面積ＬＥ１とを比較する。比較する方法としては、面積ＲＥ１と面積ＬＥ１の差である値Ｓ１３＝ＬＥ１−ＲＥ１、面積ＲＥ１と面積ＬＥ１の比である値Ｓ１４＝ＬＥ１／ＲＥ１、値Ｓ１５＝（ＬＥ１−ＲＥ１）／（ＬＥ１＋ＲＥ１）などがある。
【００６９】
値Ｓ１３を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ１３が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ１４を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ１４が１に近いほど左右バランスがよいと判定する。値Ｓ１５を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ１５が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ１５は、下方向の加速度の左右差の割合を表していることになるため、算出した結果を、歩幅や歩行速度を変えたときの同一被験者内での比較や、別の被験者間での比較などに用いることができる。なお、比較する方法は、面積ＲＥ１と面積ＬＥ１との差を比較できる方法であれば、値Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５に限定されるものではない。
【００７０】
また、実施形態３の他の変形例として、図６（ｃ）では、左右脚の動作に対応した連続する２つの立脚期の波形において、右脚の動作における面積ＲＦ１と左脚の動作における面積ＬＦ１とを比較する。比較する方法としては、面積ＲＦ１と面積ＬＦ１の差である値Ｓ１６＝ＬＦ１−ＲＦ１、面積ＲＦ１と面積ＬＦ１の比である値Ｓ１７＝ＬＦ１／ＲＦ１、値Ｓ１８＝（ＬＦ１−ＲＦ１）／（ＬＦ１＋ＲＦ１）などがある。
【００７１】
値Ｓ１６を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ１６が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ１７を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ１７が１に近いほど左右バランスがよいと判定する。値Ｓ１８を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ１８が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ１８は、上下方向の加速度の左右差の割合を表していることになるため、算出した結果を、歩幅や歩行速度を変えたときの同一被験者内での比較や、別の被験者間での比較などに用いることができる。なお、比較する方法は、面積ＲＦ１と面積ＬＦ１の差を比較できる方法であれば、値Ｓ１６，Ｓ１７，Ｓ１８に限定されるものではない。
【００７２】
（実施形態４）
実施形態４の歩行動作分析装置は、演算処理部３が、歩行周期における左脚の動作に対応した立脚期の加速度波形の振幅値と右脚の動作に対応した立脚期の加速度波形の振幅値とを相関関数を用いて比較する点で、実施形態１の歩行動作分析装置と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７３】
本実施形態の演算処理部３は、図７に示すような加速度波形の特徴量として単位時間ごとに加速度波形の振幅値を抽出し、歩行周期における左脚の動作に対応した立脚期の加速度波形の振幅値と右脚の動作に対応した立脚期の加速度波形の振幅値とを相関関数を用いて比較することによって、歩行動作の左右バランスが正常であるか否かを判定する。
【００７４】
本実施形態では、数１に示す相互相関関数Ｆｃを演算する。
【００７５】
【数１】
2010005033.tif 000003
【００７６】
数１において、ＸＴｉは、図７の時間ｔ１２〜ｔ１４の加速度波形Ｌにおけるｉ番目のサンプリング時点の値であり、Ｘｉ＋ｐは、図７の時間０〜ｔ１２の加速度波形Ｒにおけるｉ＋ｐ番目のサンプリング時点の値である。ｎは、加速度波形Ｌにおけるサンプリングの総数である。ｐは、０以上の整数値である。
【００７７】
以上、本実施形態によれば、左脚の動作における加速度波形と右脚の動作における加速度波形との相関関数を用いることによって、歩行周期における左右脚の動作全体を、サンプリング周波数に基づく単位時間ごとに分析を行うことができ、さらに詳細に歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００７８】
なお、実施形態４の変形例として、加速度波形Ｒと加速度波形Ｌの差の２乗平均である関数Ｆｅ（数２）を用いてもよい。
【００７９】
【数２】
2010005033.tif 000004
【００８０】
数２において、ＸＴｉは、図７の時間ｔ１２〜ｔ１４の加速度波形Ｌにおけるｉ番目のサンプリング時点の値であり、Ｘｉ＋ｐは、図７の時間０〜ｔ１２の加速度波形Ｒにおけるｉ＋ｐ番目のサンプリング時点の値である。ｎは、加速度波形Ｌにおけるサンプリングの総数である。ｐは、０以上の整数値である。
【００８１】
（実施形態５）
実施形態５の歩行動作分析装置は、図８（ａ）に示すように、３歩行周期における鉛直軸方向の加速度波形での左右バランスを比較する点で、実施形態１の歩行動作分析装置と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８２】
本実施形態の演算処理部３は、連続する複数の歩行周期における加速度波形の極大値や極小値などの特徴を交互にそれぞれ加算平均して比較することで連続した時間内における左右の対称性を分析する。
【００８３】
図８（ａ）では、左右脚の動作に対応した連続する２つの立脚期の加速度波形において、極大値ＲＡ１，ＲＡ２，ＲＡ３の平均値である平均極大値ＲＡｘと極大値ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ３の平均値である平均極大値ＬＡｘとを比較する。比較する方法としては、平均極大値ＲＡｘと平均極大値ＬＡｘの差である値Ｓ１９＝ＬＡｘ−ＲＡｘ、平均極大値ＲＡｘと平均極大値ＬＡｘの比である値Ｓ２０＝ＬＡｘ／ＲＡｘ、値Ｓ２１＝（ＬＡｘ−ＲＡｘ）／（ＬＡｘ＋ＲＡｘ）などがある。ただし、ＬＡｘ＝（ＬＡ１＋ＬＡ２＋ＬＡ３）／３であり、ＲＡｘ＝（ＲＡ１＋ＲＡ２＋ＲＡ３）／３である。
【００８４】
値Ｓ１９を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ１９が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ２０を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ２０が１に近いほど左右バランスがよいと判定する。値Ｓ２１を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ２１が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ２１は、上方向の加速度の左右差の割合を表していることになるため、算出した結果を、歩幅や歩行速度を変えたときの同一被験者内での比較や、別の被験者間での比較などに用いることができる。なお、比較する方法は、平均極大値ＲＡｘと平均極大値ＬＡｘとの差を比較できる方法であれば、値Ｓ１９，Ｓ２０，Ｓ２１に限定されるものではない。
【００８５】
なお、実施形態５では３歩行周期の例を示したが、さらに多数の歩行周期において比較してもよい。
【００８６】
また、実施形態５の変形例として、図８（ｂ）では、左右脚の動作に対応した連続する２つの立脚期の加速度波形において、極小値ＲＢ１，ＲＢ２，ＲＢ３の平均値である平均極小値ＲＢｘと極小値ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ３の平均値である平均極小値ＬＢｘとを比較する。比較する方法としては、平均極小値ＲＢｘと平均極小値ＬＢｘの差である値Ｓ２２＝ＬＢｘ−ＲＢｘ、平均極小値ＲＢｘと平均極小値ＬＢｘの比である値Ｓ２３＝ＬＢｘ／ＲＢｘ、値Ｓ２４＝（ＬＢｘ−ＲＢｘ）／（ＬＢｘ＋ＲＢｘ）などがある。ただし、ＬＢｘ＝（ＬＢ１＋ＬＢ２＋ＬＢ３）／３であり、ＲＢｘ＝（ＲＢ１＋ＲＢ２＋ＲＢ３）／３である。
【００８７】
値Ｓ２２を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ２２が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ２３を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ２３が１に近いほど左右バランスがよいと判定する。値Ｓ２４を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ２４が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ２４は、下方向の加速度の左右差の割合を表していることになるため、算出した結果を、歩幅や歩行速度を変えたときの同一被験者内での比較や、別の被験者間での比較などに用いることができる。なお、比較する方法は、平均極小値ＲＢｘと平均極小値ＬＢｘとの差を比較できる方法であれば、値Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４に限定されるものではない。
【００８８】
さらに、実施形態５の他の変形例として、図８（ｃ）では、左右脚の動作に対応した連続する２つの立脚期の波形において、最大振幅ＲＣ１，ＲＣ２，ＲＣ３の平均値である平均最大振幅ＲＣｘと最大振幅ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３の平均値である平均最大振幅ＬＣｘとを比較する。比較する方法としては、平均最大振幅ＲＣｘと平均最大振幅ＬＣｘの差である値Ｓ２５＝ＬＣｘ−ＲＣｘ、平均最大振幅ＲＣｘと平均最大振幅ＬＣｘの比である値Ｓ２６＝ＬＣｘ／ＲＣｘ、値Ｓ２７＝（ＬＣｘ−ＲＣｘ）／（ＬＣｘ＋ＲＣｘ）などがある。ただし、ＬＣｘ＝（ＬＣ１＋ＬＣ２＋ＬＣ３）／３であり、ＲＣｘ＝（ＲＣ１＋ＲＣ２＋ＲＣ３）／３である。
【００８９】
値Ｓ２５を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ２５が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ２６を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ２６が１に近いほど左右バランスがよいと判定する。値Ｓ２７を用いた場合、演算処理部３は、値Ｓ２７が０に近いほど左右バランスがよいと判定する。また、値Ｓ２７は、上下方向の加速度の左右差の割合を表していることになるため、算出した結果を、歩幅や歩行速度を変えたときの同一被験者内での比較や、別の被験者間での比較などに用いることができる。なお、比較する方法は、平均最大振幅ＲＣｘと平均最大振幅ＬＣｘとの差を比較できる方法であれば、値Ｓ２５，Ｓ２６，Ｓ２７に限定されるものではない。
【００９０】
（実施形態６）
実施形態６の歩行動作分析装置は、図１に示す記憶部４が、加速度波形の基準波形の特徴量を予め記憶する基準波形記憶部４１を備え、演算処理部３が、センサ部１の検出結果から生成される加速度波形の特徴量と記憶部４に記憶されている基準波形の特徴量とを比較する点で、実施形態１の歩行動作分析装置と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９１】
記憶部４に記憶されている基準波形は、センサ部１で予め検出された加速度波形である。
【００９２】
本実施形態の演算処理部３は、上記比較を行うことによって、歩行動作の左右バランスが正常であるか否かを判定する。
【００９３】
以上、本実施形態によれば、検出結果から生成される加速度波形の特徴量と基準波形の特徴量とを比較することによって、基準時（正常歩行時）との差に基づいて歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００９４】
また、本実施形態によれば、被験者自身の測定波形を基準波形とすることによって、以前測定したときからの被験者自身の変化度合いに基づいて歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【００９５】
（実施形態７）
実施形態７の歩行動作分析装置は、図９に示すように、記憶部４が、加速度波形の特徴量の基準値を予め記憶する基準値記憶部４２を備え、演算処理部３が、センサ部１の検出結果から生成される加速度波形の特徴量と記憶部４に記憶されている基準値（基準範囲を含む）とを比較する点で、実施形態１の歩行動作分析装置と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９６】
記憶部４に記憶されている基準値は、センサ部１で予め検出された加速度波形から算出された値である。
【００９７】
本実施形態の演算処理部３は、上記比較を行うことによって、歩行動作の円滑さを判定する。
【００９８】
図９（ａ）では、センサ部１で検出する鉛直軸方向の加速度波形の極大値Ｍａｘが、鉛直軸方向に対して上方向に予め設けた加速度波形の振幅の基準範囲（Ａ−Ｂ）に入っていることを示す。図９（ｂ）では、極大値Ｍａｘが、鉛直軸方向に対して上方向に予め設けた加速度波形の振幅の基準範囲（Ａ−Ｂ）に入っていないことを示す。
【００９９】
自然歩行をするとき、鉛直軸方向において、身体の上下動が起こる。これは、二足歩行をする際、左右それぞれの脚が両脚支持から単脚支持にかけて鉛直線に対して上体が上方向に移動し、単脚支持から両脚支持にかけて鉛直線に対して上体が下方向に移動するためである。このため、上下動に伴って最低限の加速度が生じるものの、必要以上に激しい上下動があると円滑な歩行動作とはいえなくなる。このため、演算処理部３は、極大値Ｍａｘが基準範囲（Ａ−Ｂ）に入っていれば円滑に歩行できていると判定する。
【０１００】
図９（ｃ）では、センサ部１で検出する鉛直軸方向の加速度波形の極小値Ｍｉｎが、鉛直軸方向に対して下方向に予め設けた加速度波形の振幅の基準範囲（Ｃ−Ｄ）に入っていることを示す。図９（ｄ）では、センサ部１で検出する鉛直軸方向の加速度波形の極大値Ｍａｘと極小値Ｍｉｎが、鉛直軸方向に対して上方向と下方向の両方に予め設けた加速度波形の振幅の基準範囲（Ａ−Ｂ）及び基準範囲（Ｃ−Ｄ）に入っていることを示す。
【０１０１】
円滑と判定する加速度の範囲としては、例えば、重力加速度を差し引いて、上方向は０．２Ｇから１Ｇの範囲、下方向は−０．２Ｇから−１Ｇの範囲とする。
【０１０２】
以上、本実施形態によれば、センサ部１で検出された身体の左右軸以外の単一軸方向の加速度を用いることによって、３軸方向の加速度を用いる場合に比べて、簡単な構成で歩行動作の円滑さを判定することができる。
【０１０３】
また、本実施形態によれば、被験者自身の測定波形から算出された値を基準値とすることによって、以前測定したときからの変化度合いに基づいて歩行動作の円滑さを判定することができる。
【０１０４】
なお、実施形態７では、加速度波形の特徴量として加速度波形の極値（極大値、極小値）を用いているが、円滑さを判定する際の加速度波形の特徴量として、図示はしないが他に最大振幅、面積、相関関数の演算値などを用いてもよい。
【０１０５】
また、実施形態７では、センサ１で検出する加速度波形を分析して左右バランスがよいと判定された上で、上述の方法によって加速度波形の振幅を基準値と比較し、円滑さを判定するものとする。ただし、左右バランスの判定をしなくても、円滑さのみ判定することもできるものとする。
【０１０６】
（実施形態８）
実施形態８の歩行動作分析装置は、センサ部１の単一軸方向が、身体が歩行する方向である進行軸方向である点で、実施形態１の歩行動作分析装置と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０７】
図１０は、センサ部１である加速度センサを腰背部に装着したときの１歩行周期における進行軸方向の加速度波形の一例である。図１０では、１歩行周期が約１秒となっており、０〜０．５秒の間に右脚が初期接地から立脚、立脚から足離地し、０．５秒〜１秒の間に左脚が初期接地から立脚、立脚から脚離地している状態を示している。したがって、右脚と左脚の歩行動作を比較するには、０〜０．５秒の間の加速度波形と０．５秒〜１秒の間の加速度波形を比較すればよい。
【０１０８】
以上、本実施形態においても、センサ部１の単一軸方向を鉛直軸方向にしたときと同様に、歩数や歩行距離、歩行速度、歩幅などの歩行パラメータを算出するために必要である進行軸方向の加速度を検出するだけで、他の軸方向の加速度を検出することなく、歩数や歩行距離、歩行速度、歩幅などの歩行パラメータとともに、歩行動作の左右バランスを判定することができる。
【０１０９】
（実施形態９）
実施形態９の歩行動作分析装置は、図１１に示すように、１歩行周期における進行軸方向の加速度波形での円滑さを比較する点で、実施形態７の歩行動作分析装置と相違する。なお、実施形態７と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１１０】
図１１（ａ）では、センサ部１で検出する進行軸方向の加速度波形の極大値Ｍａｘが、進行軸方向に対して前方向に予め設けた加速度波形の振幅の基準値Ａを超えていないことを示す。図１１（ｂ）では、極大値Ｍａｘが、進行軸方向に対して前方向に予め設けた加速度波形の振幅の基準値Ａを超えていることを示す。
【０１１１】
自然歩行をするとき、進行軸方向において、等速運動であれば加速度は０となることから、進行軸方向に対してより円滑に歩行していると加速度は小さくなる。このため、演算処理部３は、極大値Ｍａｘが基準値Ａを超えなければ円滑に歩行できていると判定する。
【０１１２】
図１１（ｃ）では、センサ部１で検出する進行軸方向の加速度波形の極小値Ｍｉｎが、進行軸方向に対して後方向に予め設けた加速度波形の振幅の基準値Ｂを超えていないことを示す。図１１（ｄ）では、センサ部１で検出する進行軸方向の加速度波形の極大値Ｍａｘと極小値Ｍｉｎが、進行軸方向に対して前方向と後方向の両方に予め設けた加速度波形の振幅の基準値Ａ，Ｂを超えていないことを示す。
【０１１３】
円滑な歩行動作には加速度が小さいほどよいが、円滑と判定する加速度としては、例えば、前方向は０．５Ｇ以下、後方向は−０．５Ｇ以上とする。
【０１１４】
なお、実施形態９では、加速度波形の特徴量として加速度波形の極値（極大値、極小値）を用いているが、円滑さを判定する際の加速度波形の特徴量として、図示はしないが他に最大振幅、面積、相関関数の演算値などを用いてもよい。
【０１１５】
また、実施形態１乃至９では、主に歩行動作の判定に用いるが、実施形態１乃至９の変形例として、歩行以外にも走行時においても同様の方法によって左右バランスと円滑さを判定することができるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】実施形態１に係る歩行動作分析装置の構成を示すブロック図である。
【図２】１歩行周期における鉛直軸方向の加速度波形を示す図である。
【図３】実施形態１において、鉛直軸方向の加速度波形での左右バランス比較を説明する図である。
【図４】同上において、歩数や歩幅の求め方を説明する図である。
【図５】実施形態２において、鉛直軸方向の加速度波形での左右バランス比較を説明する図である。
【図６】実施形態３において、鉛直軸方向の加速度波形での左右バランス比較を説明する図である。
【図７】実施形態４において、鉛直軸方向の加速度波形での左右バランス比較を説明する図である。
【図８】実施形態５において、鉛直軸方向の加速度波形での左右バランス比較を説明する図である。
【図９】実施形態７において、鉛直軸方向の加速度波形での円滑さ比較を説明する図である。
【図１０】１歩行周期における進行軸方向の加速度波形を示す図である。
【図１１】実施形態９において、進行軸方向の加速度波形での円滑さ比較を説明する図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１  センサ部
３  演算処理部
４  記憶部
【図１】
2010005033.tif 000005
【図２】
2010005033.tif 000006
【図３】
2010005033.tif 000007
【図４】
2010005033.tif 000008
【図５】
2010005033.tif 000009
【図６】
2010005033.tif 000010
【図７】
2010005033.tif 000011
【図８】
2010005033.tif 000012
【図９】
2010005033.tif 000013
【図１０】
2010005033.tif 000014
【図１１】
2010005033.tif 000015