(57)【要約】【課題】重心動揺の周波数解析において健常者と患者との分布上の差異を明確にする。【解決手段】フォースプレートと、前記フォースプレートにより検出された荷重データを用いてＸＹ平面上の重心座標の時系列データを取得する重心座標取得手段と、取得した重心座標に関するパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出手段と、算出したパワースペクトルと周波数との関係から周波数解析を行う周波数解析手段と、を備えた重心動揺解析装置である。前記周波数解析手段は、各周波数について、被験者の重心動揺におけるパワースペクトルと健常者の重心動揺におけるパワースペクトルとの比率を計算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォースプレートと、
前記フォースプレートにより検出された荷重データを用いてＸＹ平面上の重心座標の時系列データを取得する重心座標取得手段と、
取得した重心座標に関するパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出手段と、
算出したパワースペクトルと周波数との関係から周波数解析を行う周波数解析手段と、
を備え、
前記周波数解析手段は、各周波数について、被験者の重心動揺におけるパワースペクトルと健常者の重心動揺におけるパワースペクトルとの比率を計算するものである、
重心動揺解析装置。
【請求項２】
前記重心座標に関するパワースペクトルは、重心点のＸ方向動揺のパワースペクトル、重心点のＹ方向動揺のパワースペクトル、重心点の動揺速度ベクトル長のパワースペクトル、のいずれかである、請求項１に記載の重心動揺解析装置。
【請求項３】
前記周波数解析手段による周波数解析結果を、縦軸を比率、横軸を周波数として表示する表示手段を備える、請求項１、２いずれか１項に記載の重心動揺解析装置。
【請求項４】
前記表示手段には、前記比率の移動平均が表示される、請求項３に記載の重心動揺解析装置。
【請求項５】
前記周波数解析手段による周波数解析結果を、横軸の周波数を所定の帯域毎に区分けし、縦軸を帯域毎の比率の度数（比率の平均）とするヒストグラムとして表示する表示手段を備える、請求項１、２いずれか１項に記載の重心動揺解析装置。
【請求項６】
前記健常者の重心動揺におけるパワースペクトルは、年代別の健常者について取得したパワースペクトル（健常値）の平均値である、請求項１〜５いずれか１項に記載の重心動揺解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重心動揺解析装置に係り、詳しくは、重心動揺の周波数解析に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
重心動揺計を用いた重心動揺検査（すなわち計測された重心動揺の解析）は多面的な角度から行われ、重心動揺検査項目としては、動揺パターン検査、面積・軌跡長検査（外周面積、単位軌跡長、単位面積軌跡長、Ｘ軸変位、Ｙ軸変位、ロンベルグ率等）、パワースペクトル検査（周波数解析）、位置・速度ベクトル検査、振幅確率密度分布検査などが知られている。重心動揺の周波数解析については、幾つもの報告があり、例えば、非特許文献１を参照することができる。
【０００３】
パワースペクトル検査では、重心動揺を構成する揺れの周波数とその強さを検査する。検査の周波数範囲は、例えば、０．０２Hz〜１０Hzであり、Ｘ軸には周波数を対数目盛あるいは実数目盛で示し、Ｙ軸にはパワーを対数目盛あるいはルート目盛で示す。従来の重心動揺計の周波数解析は、重心（ＣＯＰ）の前後または左右方向の時系列の変化に対し、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）やＭＥＭ（最大エントロピー法）といったパワースペクトル解析手法を用い、振動の周波数分布を観察する手法がとられている。図２Ａが「健常者」、図２Ｂが「脊髄小脳変性症初期の患者」の重心動揺に対しＭＥＭによる周波数解析を行った結果を示すが、分布上の差は明確には分らない。
【０００４】
また、生体の姿勢維持のために、どの機能がどの周波数帯に関与しているかという報告は、幾つもなされており、低周波領域が視覚制御、中周波領域が前庭と体性感覚、高周波領域が固有受容器と筋活動による制御であるとされている。帯域の区分については、０〜０．３Hzが低周波、０．３〜１Hzが中周波、１Hz以上が高周波といったもの；０．１〜２．４Hz（低）、２．４〜３．５Hz（中）、３．５〜８Hz（高）；０．１Hzを境界にして高低周波を分けたもの；１Hzを境界にして高低周波を分けたもの；等がある。本出願人の周波数解析では、周波数範囲を３つの領域：Ａ（０．０２〜０．２Hz）、Ｂ（０．２〜１Hz）、Ｃ(１Hz 以上)に分け、それぞれの領域の比率を評価に使用していた。例えば、低域の面積をＡ、中域の面積をＢ、高域の面積をＣとし、Ａ：Ｂ：Ｃの比率の変化で評価を行っていたが、Ａの変化に比べＣの変化が極めて小さいため、重心動揺の評価パラメータとしては、必ずしも全ての場合に有効であるとは限らなかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】耳鼻臨床80:6;891-898,1987重心動揺の周波数分析. 初鹿  信一 、船坂宗太郎、 佐藤恒正、鈴木. 秀明
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、重心動揺の周波数解析において健常者と患者との分布上の差異、および疾患特有の分布パターンを明確にすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明が採用した重心動揺解析装置は、
フォースプレートと、
前記フォースプレートにより検出された荷重データを用いてＸＹ平面上の重心座標の時系列データを取得する重心座標取得手段と、
取得した重心座標に関するパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出手段と、
算出したパワースペクトルと周波数との関係から周波数解析を行う周波数解析手段と、
を備え、
前記周波数解析手段は、各周波数について、被験者の重心動揺におけるパワースペクトルと健常者の重心動揺におけるパワースペクトルとの比率を計算するものである。
【０００８】
典型的な態様では、前記重心座標に関するパワースペクトルは、重心点のＸ方向動揺のパワースペクトル、重心点のＹ方向動揺のパワースペクトル、重心点の動揺速度ベクトル長のパワースペクトル、のいずれかである。
重心動揺の周波数解析において、これらの項目のパワースペクトルを計算すること自体は公知である。
パワースペクトル算出手段としては、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）やＭＥＭ（最大エントロピー法）を例示することができる。
【０００９】
１つの態様では、前記周波数解析手段による周波数解析結果を、縦軸を比率、横軸を周波数として表示する表示手段を備える。
１つの態様では、縦軸は、パワースペクトル密度のルートの比であるが、縦軸のスケールは限定されず、リニアスケールや対数スケールを用いることも可能である。
１つの態様では、横軸は、リニアスケールであるが、対数スケールを用いることも可能である。
１つの態様では、横軸は、少なくとも０Hz〜１０Hzに亘っている。
１つの態様では、横軸の刻みは０．００１Hzである。
【００１０】
１つの態様では、前記表示手段には、前記比率の移動平均が表示される。
【００１１】
１つの態様では、前記周波数解析手段による周波数解析結果を、横軸の周波数を所定の帯域毎に区分けし、縦軸を帯域毎の比率の度数（比率の平均）とするヒストグラムとして表示する表示手段を備える。
１つの態様では、周波数を０．５Ｈｚ帯域毎に区分けし、ＰＳＤ比を０．５Ｈｚ帯域毎に平均化した値を縦軸の度数とする。
【００１２】
１つの態様では、前記健常者の重心動揺におけるパワースペクトルは、年代別（例えば、１０代、・・・・４０代、５０代、６０代、７０代、８０代、等）の健常者について取得したパワースペクトル（健常値）の平均値である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る重心動揺の周波数解析では、パワースペクトルについて「健常者の分布を基準とした比率」で観測を行うという手法を採用したことで、健常者と患者との分布上の差異、および疾患特有の分布パターンを明確にすることができた。従来の解析方法では、どの周波数帯域も同じスケールで比較していたのに対して、本発明では、パワーの大きな低周波域は大きなスケールで、パワーの小さな高周波域は小さなスケールで解析することで、健常者と患者との分布上の差異が明確となった。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】重心動揺解析装置の概略図である。
【図２Ａ】健常者の重心動揺に対しＭＥＭによる周波数解析を行った結果を示す（Ｘ方向動揺・開眼）。重心動揺検査の時間：６０秒、周期：５０ms（２０Hz）、ＭＥＭ次数：１２０、スケール：Ｘ軸＝リニア、Ｙ軸＝ルート、である。
【図２Ｂ】脊髄小脳変性症初期の患者の重心動揺に対しＭＥＭによる周波数解析を行った結果を示す（Ｘ方向動揺・開眼）。重心動揺検査の時間：６０秒、周期：５０ms（２０Hz）、ＭＥＭ次数：１２０、スケール：Ｘ軸＝リニア、Ｙ軸＝ルート、である。
【図３】健常者の周波数解析の結果を２００人程度重ね合わせ、この健常者データの平均値を基準として計測データ（図２Ｂに示す脊髄小脳変性症患者のデータ）の比を求め、これをグラフ化したものである。
【図４】健常者との比のデータ（０．００１Hz刻み）を0.5Ｈｚ刻みの帯域ごとに平均化し、ヒストグラムを描いたものを示す図である。
【図５】図３と類似の図である（Ｘ方向動揺・開眼）。
【図６】図４と類似の図である（Ｘ方向動揺・開眼）。
【図７】図３と類似の図である（Ｙ方向動揺・開眼）。
【図８】図４と類似の図である（Ｙ方向動揺・開眼）。
【図９】図３と類似の図である（動揺速度ベクトル長・開眼）。
【図１０】図４と類似の図である（動揺速度ベクトル長・開眼）。
【図１１】図３と類似の図である（Ｘ方向動揺・閉眼）。
【図１２】図４と類似の図である（Ｘ方向動揺・閉眼）。
【図１３】図３と類似の図である（Ｙ方向動揺・閉眼）。
【図１４】図４と類似の図である（Ｙ方向動揺・閉眼）。
【図１５】図３と類似の図である（動揺速度ベクトル長・閉眼）。
【図１６】図４と類似の図である（動揺速度ベクトル長・閉眼）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
重心動揺計測システムは、重心動揺計と、１つあるいは複数のコンピュータ（データを入力するための入力手段、処理されたデータを出力するための出力手段、主としてＣＰＵから構成される演算手段／制御手段、所定のプログラム、入力データ、計測データ、算出データ等を記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶手段、これらを接続するバス、を備えている）と、計測データ、算出データ等の各種データを表示する表示部と、から構成することができる。表示部は前記コンピュータの構成要素であってもよい。
【００１６】
重心動揺計は、被験者が載る足載せ台と、足載せ台の所定の複数箇所に作用する荷重を検出する荷重検出手段と、を備えるフォースプレートと、前記荷重データを用いてＸＹ平面上の重心座標（ＣＯＰ）の時系列データを取得する重心座標取得手段と、を備えている。重心動揺計は、さらに、重心座標（ＣＯＰ）の時系列データを用いてＸＹ平面上の重心移動速度を取得する重心移動速度取得手段を備えている。重心座標取得手段、重心移動速度取得手段は、コンピュータの演算手段によって構成することができる。重心座標（ＣＯＰ）の時系列データから重心図（ＸＹ平面上にＣＯＰの移動軌跡を表示した図：重心動揺Ｘ−Ｙ記録）、重心移動速度の時系列データから速度図（ＸＹ平面上に重心移動速度の軌跡を表示した図：重心動揺速度Ｘ−Ｙ記録）を取得することができる。
【００１７】
１つの実施形態では、フォースプレートは、平面視二等辺三角形状の形状を備えた可搬式のフォースプレートである。フォースプレートは、平面視二等辺三角形状の踏み台と、踏み台の３つの頂点の下方に位置して配置された３つのロードセル（荷重検知センサ）と、を備えている。ロードセルは３分力センサで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の荷重出力を検出する。フォースプレートの形状や荷重センサの個数は限定されず、例えば、略四角形状の踏み板と、踏み板の四隅部に配置した４つのロードセルと、からなるフォースプレートを用いてもよい。
【００１８】
３つの荷重センサで取得された値から荷重の作用中心点（ＣＯＰ：Center  of  Pressure）が取得され、ＣＯＰをＸＹ座標上での重心位置とみなす。ＣＯＰの座標は、踏み台（床面）の面方向のＸＹ平面として、ＸＹ座標で取得される。各ロードセルで取得される荷重情報（ｚ、ｙ、ｚ方向）は、逐次コンピュータに送信され、コンピュータの演算手段でＣＯＰを逐次（０.０１秒、０．００５秒、０．００１秒等の単位時間毎）求めることで、ＣＯＰ（ＸＹ座標値）の時系列データを取得することができる。重心位置の計算に用いた荷重情報及び得られた重心位置のデータ（ＸＹ座標値）は、取得時間と共に記憶手段に記憶され、測定開始時から測定終了時までの重心位置の経時的な移動軌跡が得られる。得られた移動軌跡は、表示手段に重心図として表示され、移動軌跡の形状は平衡機能検査に用いられる。
【００１９】
また、取得した重心座標（ＣＯＰ）のデータ（ＸＹ座標）と取得時刻から重心の移動速度（ｘ方向速度、ｙ方向速度）を所定時間毎に算出することができる。典型的には、得られた重心移動速度の軌跡は、表示手段に速度図として表示されるが、重心移動速度（ｘ方向速度、ｙ方向速度）がデータとして得られていればよく、本発明において、重心移動速度を表示手段に表示することは必須ではない。なお、重心移動速度を求めることは公知であって、例えば特許第２８３１６１９号に記載されている。
【００２０】
重心動揺解析装置は、重心座標に関するパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出手段と、算出したパワースペクトルと周波数との関係から周波数解析を行う周波数解析手段と、を備えている。本実施形態では、前記重心座標に関するパワースペクトルは、重心点のＸ方向動揺のパワースペクトル、重心点のＹ方向動揺のパワースペクトル、重心点の動揺速度ベクトル長のパワースペクトル、を含む。パワースペクトル算出手段は、当業者において良く知られており、例えば、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）やＭＥＭ（最大エントロピー法）を例示することができる。
【００２１】
重心点のＸ方向動揺のパワースペクトルは、重心座標のＸ（左右）軸方向の揺れに含まれる周波数成分を表す。重心点のＹ方向動揺のパワースペクトルは、重心座標のＹ（前後）軸方向の揺れに含まれる周波数成分を表す。重心動揺の周波数解析において、これらのパワースペクトルを計算すること自体は公知である。
【００２２】
重心点の動揺速度ベクトル長について説明する。
任意の時刻における重心の座標をPｔ（Xｔ、Yｔ）とすると、
速度は、VXｔ＝（Xｔ−Xｔ−１）/Δｔ、VYｔ＝（Yｔ−Yｔ−１）/Δｔ（Δｔ：サンプリング周期）となり、
速度ベクトル長は、｜Vｔ｜＝√（VXｔ２＋VYｔ２）となり、
この｜Vｔ｜の時間変化に対して、パワースペクトルを計算することで周波数解析を行う。
重心動揺の周波数解析において、重心点の動揺速度ベクトル長のパワースペクトルを計算すること自体は公知である。
【００２３】
本実施形態に係る周波数解析手段は、各周波数について、被験者の重心動揺におけるパワースペクトルと健常者の重心動揺におけるパワースペクトルとの比率を計算する。すなわち、周波数解析手段は、各周波数について、被験者の重心動揺におけるパワースペクトル／健常者の重心動揺におけるパワースペクトルを計算してパワースペクトル比率を取得し、これを、縦軸：比率、横軸：周波数としてコンピュータの表示画面に表示する。
【００２４】
このように、従来の周波数解析がＦＦＴにしてもＭＥＭにしても、パワーの絶対値の観察であったものを、健常者との比をとってこれを観察できるようにした。これによりパワーの絶対値が小さい高周波領域でも、その増減を把握しやすくなった。
【００２５】
本実施形態では、健常者の周波数解析の結果を、年代毎に２００人程度重ね合わせ、この健常者データの平均値を基準として計測データの比を求め、これをグラフ化する。図２Ｂに示す「脊髄小脳変性症患者」のデータにこの処理を行ったものが図３である。図３には、健常者を基準にした比のデータ、この比のデータを移動平均を行って平滑化したもの、健常者の基準値、２ＳＤ（点線）が表示されている。３Ｈｚあたりに健常者の２ＳＤを越えるピークが検出されるが、これは、「脊髄小脳変性症患者」特有の周波数ピークと言われており、従来では症状が重くならないと検出されなかった周波数ピークである。また、得られた比のデータの移動平均を取ることにより、特徴ピークが分りやすくなる。
【００２６】
また、健常者との比のデータ（０．００１Hz刻み）を0.5Ｈｚ刻みの帯域ごとに平均化し、ヒストグラムを描いたものを図４に示す。この表現でも３Ｈｚ近辺にピークがあることを、容易に確認できる。帯域ごとのヒストグラムを作成することで特徴ピークを検出しやすくしただけでなく、結果のデータ量を抑えることで、他の解析を行いやすくなる。
【００２７】
本実施形態では、健常値は１０歳単位で基準値を作成し、年齢変動に対応させている。各年代毎の基準値（０．００１Hz刻みの重心点のＸ方向動揺のパワースペクトル、重心点のＹ方向動揺のパワースペクトル、重心点の動揺速度ベクトル長のパワースペクトル）を予め計算して用意しておきコンピュータの記憶部に格納しておく。
【００２８】
本実施形態では、重心点のＸ方向動揺、重心点のＹ方向動揺、重心点の動揺速度ベクトル長について周波数解析を行うが、それぞれ開眼と閉眼のデータがあるので、合計６種類のパワースペクトルの健常比が計算される。これら６種類の基準値（多数の健常者のデータの平均値）が予め取得され記憶部に格納されており、健常比の計算に用いられる。図５、図６は、Ｘ方向動揺（開眼）、図７、図８は、Ｙ方向動揺（開眼）、図９、図１０は、動揺速度ベクトル長（開眼）、図１１、図１２は、Ｘ方向動揺（閉眼）、図１３、図１４は、Ｙ方向動揺（閉眼）、図１５、図１６は、動揺速度ベクトル長（閉眼）、についてのパワースペクトルの健常比である。各図に示すように、いずれの場合においても、周波数の分布パターンが得られ、現象の現れる方向によって、疾患の特定を容易に行い得ることが判る。
【図１】
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【図２Ａ】
2014171821.tif 000004
【図２Ｂ】
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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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【図７】
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【図８】
2014171821.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2014171821.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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