(57)【要約】【課題】立位姿勢バランス機能の維持・向上のためのトレーニングを行うとともにＣＯＰ動揺および体幹部動揺に基づいて立位姿勢バランスを総合的に評価するためのシステムを提供する。【解決手段】立位姿勢バランス評価訓練システム（１００）は、人（２００）が両足で立って乗ることができる踏み板を有し、踏み板上の人の足圧中心の動揺により所定方向に傾動し、当該傾斜を検出するバランスボード（２０）と、バランスボードに乗っている人の頭部の動揺を検出する頭部動揺検出器（３０）と、バランスボードおよび頭部動揺検出器の各検出結果を受け、バランスボードの傾斜変動とそれに乗っている人の頭部の動揺とに基づいてその人の立位姿勢バランスを評価する処理装置（４０）とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人が両足で立って乗ることができる踏み板を有し、前記踏み板上の人の足圧中心の動揺により所定方向に傾動し、当該傾斜を検出するバランスボードと、
前記バランスボードに乗っている人の頭部の動揺を検出する頭部動揺検出器と、
前記バランスボードおよび前記頭部動揺検出器の各検出結果を受け、前記バランスボードの傾斜変動とそれに乗っている人の頭部の動揺とに基づいてその人の立位姿勢バランスを評価する処理装置とを備えている
ことを特徴とする立位姿勢バランス評価訓練システム。
【請求項２】
前記頭部動揺検出器が、前記バランスボードに乗っている人の頭部を上部から撮影する撮像装置である、請求項１に記載の立位姿勢バランス評価訓練システム。
【請求項３】
前記バランスボードが所定位置に配置される基台と、
前記基台から延びて前記所定位置の真上の位置で前記撮像装置を支持する支持アームとを備えている、請求項２に記載の立位姿勢バランス評価訓練システム。
【請求項４】
前記バランスボードが、前記バランスボードの傾斜を検出して当該検出結果を前記処理装置に無線伝送する傾斜検出器を有する、請求項１から３のいずれか一つに記載の立位姿勢バランス評価訓練システム。
【請求項５】
前記バランスボードの傾斜変動を視覚的に表示する表示装置を備えている、請求項１から４のいずれか一つに記載の立位姿勢バランス評価訓練システム。
【請求項６】
前記バランスボードが一方向にのみ傾動する、請求項１から５のいずれか一つに記載の立位姿勢バランス評価訓練システム。
【請求項７】
前記バランスボードが全方向に傾動する、請求項１から５のいずれか一つに記載の立位姿勢バランス評価訓練システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人の立位姿勢バランスを評価およびトレーニングするための立位姿勢バランス評価訓練システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人の重要な身体機能の一つに立位姿勢バランスがある。立位姿勢バランスとは、姿勢を安定させるための生理機能のことをいう。
【０００３】
立位姿勢バランスは、静的バランスと動的バランスとに大別される。静的バランスは、支持脚または足部の位置を固定した状態、すなわち、両足または片足立ちしたときの支持面を固定した状態で、体幹部を安定化させることを目的とする制御機能である。例えば、Standing still、Ankle strategy、Knee strategy、Hip strategyなどが静的バランスに含まれる。
【０００４】
一方、動的バランスは、脚または足部の位置が移動することにより支持面が変容することで、身体重心位置の移動を補償して転倒を回避させる制御機能である。例えば、step strategyなどが動的バランスに含まれる。脚または脚部の位置を固定したままで身体各部位の運動を認める場合、hip strategyが見かけ上の動的バランスに含まれることもある。
【０００５】
人の安静立位姿勢を評価する方法として、人の足圧中心（ＣＯＰ：Center of Pressure）を記録するＣＯＰ記録法と、頭部の動揺を記録するCephalogram法とがある。前者については、例えば、被験者をフォースプレート上に立たせてフォースプレートに加わった荷重中心の動揺を計測している。後者については、例えば、頭頂部を示すマーカーが付いたキャップを被験者に被らせて、上からカメラで被験者の頭部を撮影して当該マーカーの動きを追跡することで頭部の動揺を計測している（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００６】
また、安静立位姿勢にある人に外乱を与えて強制的に立位姿勢バランスを崩してその人の静的および動的バランスをトレーニングするための姿勢バランス測定装置が本願発明者によって提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−３１５３８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】張元、渡部和彦、「コンピュータの活用によるCephalogram法の改良と姿勢保持研究への応用」、体育測定評価研究、日本体育測定評価学会、２００２年、Vol.2 別刷、P.49-55
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
人の立位姿勢バランスは高齢になるにつれて低下する。バランス機能は筋力の衰えに比べて著しく低下するため、高齢になるとちょっとしたことで転倒してしまう危険性が増大する。したがって、転倒防止のためにもトレーニングによって立位姿勢バランス機能を維持・向上することが重要である。
【００１０】
Ankle strategy、Knee strategy、Hip strategyなどのように足首、膝、腰などを小刻みに動かして立位姿勢バランスを取る場合、ＣＯＰは大きく動揺するが体幹部のバランスが取れているため転倒が回避される。すなわち、ＣＯＰ動揺が大きいからといって一概にバランス機能が低下しているとはいえないことがある。したがって、ＣＯＰ動揺だけではなく体幹部の動揺も含めて立位姿勢バランスを総合的に評価する必要がある。
【００１１】
上記問題に鑑み、本発明は、立位姿勢バランス機能の維持・向上のためのトレーニングを行うとともにＣＯＰ動揺および体幹部動揺に基づいて立位姿勢バランスを総合的に評価するためのシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一局面に従った立位姿勢バランス評価訓練システムは、人が両足で立って乗ることができる踏み板を有し、前記踏み板上の人の足圧中心の動揺により所定方向に傾動し、当該傾斜を検出するバランスボードと、前記バランスボードに乗っている人の頭部の動揺を検出する頭部動揺検出器と、前記バランスボードおよび前記頭部動揺検出器の各検出結果を受け、前記バランスボードの傾斜変動とそれに乗っている人の頭部の動揺とに基づいてその人の立位姿勢バランスを評価する処理装置とを備えている。
【００１３】
これによると、バランスボードの傾斜変動はＣＯＰ動揺に相関し、人の頭部の動揺は体幹部動揺に相関するため、バランスボードの傾斜変動およびそれに乗っている人の頭部の動揺を検出することで、ＣＯＰ動揺および体幹部動揺に基づいた立位姿勢バランスを総合的に評価することができる。また、バランスボードを用いることで合わせてバランストレーニングを行うことができる。
【００１４】
例えば、前記頭部動揺検出器は、前記バランスボードに乗っている人の頭部を上部から撮影する撮像装置である。さらに、上記の立位姿勢バランス評価訓練システムは、前記バランスボードが所定位置に配置される基台と、前記基台から延びて前記所定位置の真上の位置で前記撮像装置を支持する支持アームとを備えていてもよい。
【００１５】
前記バランスボードが、前記バランスボードの傾斜を検出して当該検出結果を前記処理装置に無線伝送する傾斜検出器を有していてもよい。
【００１６】
上記の立位姿勢バランス評価訓練システムは、さらに、前記バランスボードの傾斜変動を視覚的に表示する表示装置を備えていてもよい。
【００１７】
前記バランスボードは一方向にのみ傾動してもよいし、あるいは、全方向に傾動してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、立位姿勢バランス機能の維持・向上のためのトレーニングを行うことができるとともに、ＣＯＰ動揺および体幹部動揺に基づいて立位姿勢バランスを総合的に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る立位姿勢バランス評価訓練システムの外観図
【図２】一例に係るバランスボードの外観図
【図３】別例に係るバランスボードの外観図
【図４】頭部動揺検出器によって撮影される映像フレーム例を示す図
【図５】立位姿勢バランス評価訓練システムの機能ブロック図
【図６】画面表示の一例を示す図
【図７】画面表示の別例を示す図
【図８】複数のシステムを接続したときの画面表示例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る立位姿勢バランス評価訓練システムの外観を示す。本実施形態に係る立位姿勢バランス評価訓練システム１００は、基台１０、手摺り１１、支持アーム１２、バランスボード２０、頭部動揺検出器３０、処理装置４０、および表示装置５０を備えている。
【００２２】
基台１０は、剛性の高い材料でできた板状形状をした台であり、床上などの任意の場所に設置できるようになっている。基台１０の所定位置にバランスボード２０が配置される。当該所定位置は基台１０上にマークで示してもよいし、基台１０にバランスボード２０を配置するための凹みや枠を設けるようにしてもよい。
【００２３】
基台１０には手摺り１１が取り付けられている。手摺り１１は、人２００がバランスボード２０に乗るときやバランスボード２０上でバランスを崩したときに身体を支えることができるように、バランスボード２０に乗った人２００の両側に位置するように設けられている。
【００２４】
バランスボード２０には人２００が直立姿勢で乗るため、手摺り１１は、バランスボード２０上の人２００が腕を下ろしたときの手先の位置、すなわち大腿部の横あたりの高さに設けるのが適当である。なお、さまざまな身長に対応できるように、図示したように、手摺り１１を水平ではなくやや傾斜させて設けてもよい。
【００２５】
図２は、一例に係るバランスボード２０の外観を示す。図２（ａ）は裏返した状態のバランスボード２０の斜視図、図２（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は側面図、図２（ｄ）は底面図である。
【００２６】
バランスボード２０は、踏み板２１、突起部材２２、および傾斜検出器２３を備えている。踏み板２１は、人２００が両足で立って乗ることができる大きさの板である。踏み板２１の形状は、図示したような円形のほか、四角形、多角形、楕円形などであってもよい。
【００２７】
突起部材２２は、断面がかまぼこ形状をした適当な幅厚を有する部材である。突起部材２２は、かまぼこ形状の直線部分が踏み板２１の底面の中心線と直交し、かつ、かまぼこ形状の円弧部分が踏み板２１の底面から突出する向きで、踏み板２１の底面の中心に対して対称な２箇所に取り付けられている。
【００２８】
かかる構造により、バランスボード２０は、踏み板２１の上に人２００が乗っていないときには水平状態、すなわち、傾斜ゼロの状態を保つ。一方、踏み板２１の上に人２００が乗るとバランスボード２０は動作不安定な状態となり、人２００のＣＯＰ動揺に応じて踏み板２１が動揺する。すなわち、バランスボード２０は、二つの突起部材２２を結ぶ線を軸として、当該軸に直交する方向へのＣＯＰ動揺に応じて傾動する。例えば、人２００が二つの突起部材２２を結ぶ線に直交する向きで踏み板２１の上に乗った場合、踏み板２１は前後方向に傾動する。一方、人２００が二つの突起部材２２を結ぶ線に平行な向きで踏み板２１に乗った場合、踏み板２１は左右方向に傾動する。
【００２９】
このように、バランスボード２０はそれに人２００が乗ることで不規則な外乱が引き起こされるため、バランスボード２０に乗ることで静的および動的バランスのトレーニングを行うことができる。
【００３０】
バランスボード２０上での立位姿勢バランスの取り易さまたは取り難さは、突起部材２２の円弧部分の曲率に応じて変わり得る。したがって、被験者の能力に適した曲率を採用すればよい。例えば、異なる曲率の突起部材２２を有するバランスボード２０を複数個用意して被験者の能力に応じて使用するバランスボード２０を取り替えるようにしてもよい。あるいは、突起部材２２を踏み板２１の裏面に着脱自在に構成して、被験者の能力に応じて最適な曲率の突起部材２２に取り替えるようにしてもよい。
【００３１】
傾斜検出器２３は、踏み板２１の底面の中心部分に取り付けられている。傾斜検出器２３は、例えば、１軸の加速度センサーやジャイロスコープなどで実現することができる。上記のように、傾斜検出器２３は踏み板２１に一体的に取り付けられているため、バランスボード２０が傾動するとそれに応じて傾斜検出器２３も傾動する。これにより、傾斜検出器２３は、バランスボード２０の傾斜を検出することができる。
【００３２】
バランスボード２０の傾斜の検出結果は処理装置４０に伝送される。傾斜検出器２３は、処理装置４０と無線通信を行う機能を有していてもよい。例えば、傾斜検出器２３は、検出結果を適当なサンプリング周期で数値データにＡＤ変換して当該データを処理装置４０に無線伝送する。通信方式として、Ｗｉ-Ｆｉ（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などを用いることができる。
【００３３】
なお、上記の二つの突起部材２２に代えて、１個の細長のかまぼこ状の突起部材を用いてもよい。
【００３４】
また、突起部材２２は、バランスボード２０ではなく立位姿勢バランス評価訓練システム１００の基台１０の側に設けてもよい。
【００３５】
図３は、別例に係るバランスボード２０の外観を示す。図３（ａ）は裏返した状態のバランスボード２０の斜視図、図３（ｂ）は正面図および側面図、図３（ｃ）は底面図である。
【００３６】
バランスボード２０は、踏み板２１、突起部材２４、および傾斜検出器２５を備えている。踏み板２１は、上記と同様に人２００が両足で立って乗ることができる大きさの板である。
【００３７】
突起部材２４は、球体の一部を切り欠いた部分球体の形状をした部材である。突起部材２４は、切り欠き面が踏み板２１の底面に接し、かつ、球体部分が踏み板２１の底面から突出する向きで、踏み板２１の底面の中心に取り付けられている。かかる構造により、踏み板２１は、その上に人２００が乗っていないときには水平状態、すなわち、傾斜ゼロの状態を保つ。一方、踏み板２１の上に人２００が乗っている場合、バランスボード２０は、ＣＯＰ動揺に応じて前後左右方向に傾動する。
【００３８】
傾斜検出器２５は、踏み板２１の底面の中心部分に取り付けられている。傾斜検出器２５として、例えば、２軸の加速度センサーやジャイロスコープなどを用いることで、踏み板２１の全方向への傾斜を検出することができる。
【００３９】
なお、上記と同様に、傾斜検出器２５は、処理装置４０と無線通信を行う機能を有していてもよい。
【００４０】
また、突起部材２４は、バランスボード２０ではなく立位姿勢バランス評価訓練システム１００の基台１０の側に設けてもよい。
【００４１】
図１に戻り、頭部動揺検出器３０は、バランスボード２０に乗っている人２００の頭部の動揺を検出する機器である。頭部動揺検出器３０は、基台１０から延びる支持アーム１２に支持されて、バランスボード２０が配置される所定位置の真上に配置されている。頭部動揺検出器３０が配置される高さは、バランスボード２０の踏み板２１の上面から２メートル程度である。
【００４２】
頭部動揺検出器３０は、バランスボード２０に乗っている人２００の頭部を上部から撮影することで人２００の頭部の動揺を検出することができる。頭部動揺検出器３０は、例えば、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどの撮像装置で実現することができる。頭部動揺検出器３０が撮影した映像は処理装置４０に伝送される。頭部動揺検出器３０は、処理装置４０と無線通信を行う機能を有していてもよい。また、頭部動揺検出器３０は、頭部（すなわち、体幹部）動揺解析のために、頭頂部の位置で画像の校正を行ってもよい。
【００４３】
図４は、頭部動揺検出器３０によって撮影される映像フレーム例を示す。図４に示したように、人２００は頭頂部を示すマーカー３０１が付いたキャップ３００を被ってもよい。これにより、映像フレーム内でマーカー３０１の動きを追うことで人２００の頭部の動揺を容易に検出することができる。キャップ３００を被らなくても、映像フレーム内で人２００の頭部の形状を追跡することで人２００の頭部の動揺を検出することができる。
【００４４】
図１に戻り、処理装置４０は、バランスボード２０および頭部動揺検出器３０の各検出結果を受けて、バランスボード２０に乗っている人２００の立位姿勢バランスを評価する。これ以外に、処理装置４０は、バランスボード２０および頭部動揺検出器３０の各検出結果を表示装置５０に表示させるための処理や、各種バランストレーニングの制御などを行う。処理装置４０は、例えば、ＰＣやサーバーコンピュータなどで実現することができる。
【００４５】
図１では表示装置５０と一体化された処理装置４０の例を示しているが、処理装置４０は表示装置５０と分離されていてもよい。処理装置４０は、バランスボード２０および頭部動揺検出器３０の近くに設置する必要はなく、別室や遠隔地に設置してＬＡＮやインターネットに接続することでバランスボード２０および頭部動揺検出器３０と通信することができる。
【００４６】
表示装置５０は、バランスボード２０の傾斜変動や頭部動揺を表示したり、各種バランストレーニングを表示したりする。表示装置５０は、バランスボード２０に乗った人２００から見えやすい距離および高さに設置されている。例えば、図１に示したように、左右の手摺り１１を掛け渡す前方の手摺り１１に表示装置５０を設置するとよい。
【００４７】
表示装置５０は、例えば、液晶ディスプレイなどのフラットディスプレイパネルで実現することができる。表示装置５０は、インタラクティブな操作ができるようにタッチパネル式のディスプレイであってもよい。
【００４８】
図５は、立位姿勢バランス評価訓練システム１００の機能ブロック図である。処理装置４０は、通信インタフェース４１、ＣＰＵ４２、およびディスプレイドライバ４３を備えている。頭部動揺検出器（撮像装置）３０およびバランスボード２０における傾斜検出器２３，２５は、通信インタフェース４１を通じて処理装置４０と通信する。当該通信は有線方式および無線方式のいずれであってもよい。また、有線方式および無線方式が混在してもよい。
【００４９】
ＣＰＵ４２は、バランスボード２０および頭部動揺検出器３０から送られてくるデータを通信インタフェース４１を介して取得する。ＣＰＵ４２は、取得した各データを解析して、バランスボード２０の傾斜変動およびそれに乗っている人２００の頭部の動揺をそれぞれ評価する。さらに、ＣＰＵ４２は、バランスボード２０の傾斜変動とそれに乗っている人２００の頭部の動揺とに基づいて人２００の立位姿勢バランスを評価する。バランスボード２０の傾斜変動はＣＯＰ動揺に相関し、人２００の頭部の動揺は体幹部の動揺に相関する。したがって、本実施形態に係る立位姿勢バランス評価訓練システム１００によって、ＣＯＰ動揺および体幹部動揺に基づいた総合的な立位姿勢バランスを評価することができる。
【００５０】
ＣＰＵ４２による評価結果はディスプレイドライバ４３を介して表示装置５０に表示される。例えば、表示装置５０の画面の所定位置にバランスボード２０の傾斜ゼロのときの点をプロットし、バランスボード２０の傾斜に応じてその点を動かすことができる。同様に、表示装置５０の画面の所定位置に人２００の頭頂部を示す点（例えば、図４に示したマーカー３０１）をプロットし、頭部の動揺に応じてその点を動かすことができる。また、それら点の軌跡を描くようにしてもよい。
【００５１】
図６は、表示装置５０の画面表示の一例を示す。本例は、図３に示したような全方向に傾動するバランスボード２０を用いてバランストレーニングを行うときの画面表示例である。本例では、バランスボード２０を傾斜させて輪を描く課題がトレーニーに課される。トレーニーは、図６に細線で示したような課題の輪からはみ出ないようにバランスボード２０上でバランスを取りながらバランスボード２０を傾斜させる。バランスボード２０の傾斜変動の軌跡は、図中の太線で示したようにリアルタイムで画面に表示される。
【００５２】
図７は、表示装置５０の画面表示の別例を示す。本例も、図３に示したような全方向に傾動するバランスボード２０を用いてバランストレーニングを行うときの画面表示例である。本例では、バランスボード２０を傾斜させてクランクを描く課題がトレーニーに課される。トレーニーは、図７に細線で示したような課題のクランクからはみ出ないようにバランスボード２０上でバランスを取りながらバランスボード２０を傾斜させる。図中の太線で表示したように、バランスボード２０の傾斜変動の軌跡はリアルタイムで画面に表示される。
【００５３】
なお、課題の達成度に応じてスコアを表示するようにしてもよい。
【００５４】
また、複数の立位姿勢バランス評価訓練システム１００で１個の処理装置４０をシェアするようにしてもよい。これにより、各立位姿勢バランス評価訓練システム１００の表示装置５０に、他の立位姿勢バランス評価訓練システム１００におけるバランスボード２０の傾斜変動や頭部動揺を表示することができる。図８は、複数のシステムを接続したときの各表示装置５０の画面表示例を示す。本例では、３台の立位姿勢バランス評価訓練システム１００を接続して３人のトレーニーＡ、Ｂ、Ｃがバランス機能を競っている。各トレーニーには、バランスボード２０上で静止状態を１５秒間保つ課題が課される。ＣＯＰの動揺および頭部の動揺によりスコアが減点され、それがグラフとしてリアルタイムに表示される。
【００５５】
このように、バランストレーニングにゲーム性を取り入れることで、トレーニーはバランストレーニングを飽きることなく楽しみながら行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係る立位姿勢バランス評価訓練システムは、立位姿勢バランス機能の維持・向上のためのトレーニングを行うことができるとともに、ＣＯＰ動揺および体幹部動揺に基づいて立位姿勢バランスを総合的に評価することができるため、高齢者や福祉・リハビリ向けのトレーニングシステムとして有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１００  立位姿勢バランス評価訓練システム
１０    基台
１２    支持アーム
２０    バランスボード
２１    踏み板
２３    傾斜検出器
２５    傾斜検出器
３０    頭部動揺検出器（撮像装置）
４０    処理装置
５０    表示装置
【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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【図７】
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【図８】
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