(57)【要約】      （修正有）【課題】利用者の指先に刺激を与えてＬＴＣ（Ｌｉｇｈｔ  Ｔｏｕｃｈ  Ｃｏｎｔａｃｔ）を実現することで、姿勢安定用の補助装置を提供する。【解決手段】姿勢安定補助システム１は、補助装置１００、モーションキャプチャ装置２００（撮像部）、計算装置３００、増幅器４００を備える。モーションキャプチャ装置は、利用者を撮像した画像を解析し、利用者の体の一部に装着した筐体１１０の位置を算出して、筐体の変位に関する物理量に応じて筐体に装着された刺激付与部（振動子１２０）を振動させることにより、利用者の指先に対して刺激を与える。【選択図】図１
2014168590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者の姿勢を安定させるために用いられる姿勢安定用の補助装置であって、
前記利用者の体の一部に装着可能な筐体と、
前記筐体に設けられ、前記筐体の変位に関する物理量に応じて前記筐体が装着された部位に刺激を与える刺激付与部と
を備えることを特徴とする姿勢安定用の補助装置。
【請求項２】
前記刺激付与部は、前記筐体が装着された部位と異なる部位である基準部位を基準とした、前記筐体の変位に関する物理量に応じて、前記筐体が装着された部位に刺激を与える
ことを特徴とする請求項１に記載の姿勢安定用の補助装置。
【請求項３】
前記基準部位は、前記利用者の体幹であることを特徴とする請求項２に記載の姿勢安定用の補助装置。
【請求項４】
前記変位に関する物理量は、前記基準部位から前記筐体までの距離を含み、
前記刺激付与部は、前記距離が所定の閾値以上である場合に、前記部位に刺激を与える
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の姿勢安定用の補助装置。
【請求項５】
前記変位に関する物理量は、前記基準部位から前記筐体までの距離を含み、
前記刺激付与部は、前記距離が長いほど強い刺激を前記部位に刺激を与える
ことを特徴とする請求項２から請求項４の何れか１項に記載の姿勢安定用の補助装置。
【請求項６】
前記変位に関する物理量は、前記筐体の加速度を含み、
前記刺激付与部は、前記加速度が高いほど強い刺激を前記部位に与える
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の姿勢安定用の補助装置。
【請求項７】
前記利用者を撮像する撮像部と、
前記撮像装置が撮像した画像に基づいて前記筐体の変位に関する物理量を算出する物理量算出部と
を備え、
前記刺激付与部は、前記物理量算出部が算出した物理量に応じて前記筐体が装着された部位に刺激を与える
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の姿勢安定用の補助装置。
【請求項８】
利用者の姿勢を安定させる姿勢安定補助方法であって、
前記利用者の体の一部に装着可能な筐体に設けられた刺激付与部により、前記筐体が装着された部位に前記筐体の変位に関する物理量に応じて刺激を与えるステップ
を有することを特徴とする姿勢安定補助方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者の姿勢を安定させるために用いられる姿勢安定用の補助装置及び姿勢安定補助方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーキンソン病などに代表される運動機能障害は姿勢動揺を増加させ、転倒事故を引き起こす原因となっている。転倒事故の大きな原因には立位バランス能力の低下が影響していることを鑑みれば、人間の姿勢制御機能の補助が必要である。
これに対し、非特許文献１には、体性感覚系の姿勢制御能力において固定点へ指先で軽く触れることが直立姿勢時の動揺を顕著に減少させることが示されている。この現象はＬＴＣ（Ｌｉｇｈｔ  Ｔｏｕｃｈ  Ｃｏｎｔａｃｔ）と呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｊ．Ｊ．Ｊｅｋａ、Ｌｉｇｈｔ  Ｔｏｕｃｈ  Ｃｏｎｔａｃｔ  ａｓ  ａ  Ｂａｌａｎｃｅ  Ａｉｄ、「Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｔｈｅｒａｐｙ」、１９９７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＬＴＣの効果を得るためには、指先の固定点への接触が必要であるため、機械的支持がない場所ではこの効果を得ることができないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、利用者の姿勢を安定させるために用いられる姿勢安定用の補助装置であって、前記利用者の体の一部に装着可能な筐体と、前記筐体に設けられ、前記筐体の変位に関する物理量に応じて前記筐体が装着された部位に刺激を与える刺激付与部とを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明において前記刺激付与部は、前記筐体が装着された部位と異なる部位である基準部位を基準とした、前記筐体の変位に関する物理量に応じて、前記筐体が装着された部位に刺激を与えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明において前記基準部位は、前記利用者の体幹であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明において前記変位に関する物理量は、前記基準部位から前記筐体までの距離を含み、前記刺激付与部は、前記距離が所定の閾値以上である場合に、前記部位に刺激を与えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明において前記変位に関する物理量は、前記基準部位から前記筐体までの距離を含み、前記刺激付与部は、前記距離が長いほど強い刺激を前記部位に刺激を与えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明において前記変位に関する物理量は、前記筐体の加速度を含み、前記刺激付与部は、前記加速度が高いほど強い刺激を前記部位に与えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記利用者を撮像する撮像部と、前記撮像装置が撮像した画像に基づいて前記筐体の変位に関する物理量を算出する物理量算出部とを備え、前記刺激付与部は、前記物理量算出部が算出した物理量に応じて前記筐体が装着された部位に刺激を与えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、利用者の姿勢を安定させる姿勢安定補助方法であって、前記利用者の体の一部に装着された筐体に設けられた刺激付与部により、前記筐体が装着された部位に前記筐体の変位に関する物理量に応じて刺激を与えるステップを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、筐体に設けられた刺激付与部により、筐体の変位に関する物理量に応じて利用者に対して刺激を与えるため、機械的支持なしにＬＴＣを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る姿勢安定補助システムの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る振動子の強度の算出方法を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る計算装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る姿勢安定補助システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る姿勢安定補助システムの構成を示す概略図である。
【図６】本発明の実施例に係る実験時の被験者の様子を示す写真である。
【図７】本実施例に係るＶＬＴＣタスクの計測データを示す図である。
【図８】本実施例に係るタスクごとの１０［ｓ］間の計測データを示す図である。
【図９】本実施例に係るタスクごとに得られた６０［ｓ］間のＣＯＰ軌跡の一例を示す図である。
【図１０】本実施例に係るタスクごとの評価指標値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
《第１の実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る姿勢安定補助システム１の構成を示す概略図である。
姿勢安定補助システム１は、利用者の指先に刺激を与えてＬＴＣを実現することで、利用者の姿勢の安定を補助するシステムである。姿勢安定補助システム１は、補助装置１００、モーションキャプチャ装置２００（撮像部）、計算装置３００、増幅器４００を備える。
【００１６】
補助装置１００は、利用者の指先に装着可能な筐体１１０と、当該筐体１１０に設けられた振動子１２０とを備える。本実施形態における振動子１２０は、刺激付与部の一例であり、振動子１２０が振動することにより利用者の指先に対して刺激を与える。
モーションキャプチャ装置２００は、利用者を撮像した画像を解析し、筐体１１０の位置を算出して位置情報を計算装置３００に出力する。当該位置情報は、空間上の所定の位置を原点とした３次元の絶対座標系の値である。なお、モーションキャプチャ装置２００は、筐体１１０に付与されたマーカーを検出することで筐体１１０の位置を算出しても良いし、筐体１１０をマーカーとして認識することで筐体１１０の位置を算出しても良い。
計算装置３００は、利用者の体幹から筐体１１０までの距離、速度及び加速度を算出し、補助装置１００の振動子１２０を振動させる信号を生成する。
増幅器４００は、計算装置３００が算出した信号を増幅して振動子１２０に出力することで、振動子１２０を振動させる。
【００１７】
ここで、振動子１２０の強度の算出方法について説明する。
図２は、第１の実施形態に係る振動子１２０の強度の算出方法を示す図である。
第１の実施形態に係る姿勢安定補助システム１は、図２（Ａ）に示すように、利用者の体幹を中心にインピーダンス特性を有する中空球状の仮想壁である仮想球が配置されていると仮定して、筐体１１０が当該壁に侵入したときに生じる反力に相当する強度で振動子１２０を振動させる。これにより、姿勢安定補助システム１は、仮想的な壁に対するＬＴＣを利用者に提示することができる。
【００１８】
第１の実施形態では、図２（Ｂ）に示すモデルに基づき、筐体１１０が当該壁に侵入したときに生じる反力Ｆｏ（ｔ）を、式（１）に基づいて計算する。
【００１９】
【数１】
2014168590.tif 000003
【００２０】
ここで、ｄＸｏ（ｔ）は、時刻ｔにおける利用者の体幹を中心とした仮想球の内壁から筐体１１０への法線ベクトルを示す。法線ベクトルは、仮想球の内壁と筐体１１０との間の距離と方向を示すものである。つまり、ｄＸｏ（ｔ）の１階微分であるｄＸｏ´（ｔ）は、時刻ｔにおける筐体１１０の速度を示し、ｄＸｏの２階微分であるｄＸｏ´´（ｔ）は、時刻ｔにおける筐体１１０の加速度を示す。また、Ｍｏは、仮想慣性を示す定数である。また、Ｂｏは、仮想粘性を示す定数である。また、Ｋｏは、仮想剛性を示す定数である。
【００２１】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る計算装置３００の構成を示す概略ブロック図である。
計算装置３００は、位置受信部３０１、体幹位置記録部３０２、体幹位置記憶部３０３、ベクトル算出部３０４、ベクトル記憶部３０５、速度算出部３０６、加速度算出部３０７、強度算出部３０８、信号出力部３０９を備える。ここで、ベクトル算出部３０４、速度算出部３０６及び加速度算出部３０７は、物理量算出部の一例である。
【００２２】
位置受信部３０１は、モーションキャプチャ装置２００から筐体１１０の位置情報を逐次受信する。
体幹位置記録部３０２は、利用者が筐体１１０を体幹に当てているときに、位置受信部３０１が受信した筐体１１０の位置情報を体幹位置記憶部３０３に記録する。
体幹位置記憶部３０３は、利用者の体幹（基準部位）の位置情報を記憶する。
【００２３】
ベクトル算出部３０４は、体幹位置記憶部３０３が記憶する位置情報が示す位置と位置受信部３０１が受信した最新の位置情報が示す位置とを用いて、式（２）に基づいて利用者の体幹を中心とした仮想球の内壁から筐体１１０への法線ベクトルｄＸｏ（ｔ）を算出し、ベクトル記憶部３０５に記録する。
【００２４】
【数２】
2014168590.tif 000004
【００２５】
ここで、Ｘ（ｔ）は、体幹位置記憶部３０３が記憶する位置情報が示す位置から筐体１１０位置記憶部が記憶する最新の位置情報が示す位置へのベクトルである。また、ｒは仮想球の内壁の半径である。
【００２６】
ベクトル記憶部３０５は、ベクトル算出部３０４が算出した法線ベクトルを時系列に記憶する。
速度算出部３０６は、ベクトル記憶部３０５が記憶する最新の所定数の法線ベクトルを微分することで筐体１１０の速度を算出する。
加速度算出部３０７は、ベクトル記憶部３０５が記憶する最新の所定数の法線ベクトルを２階微分することで、筐体１１０の加速度を算出する。
【００２７】
強度算出部３０８は、距離算出部、速度算出部３０６及び加速度算出部３０７の算出結果を用いて、上述した式（１）に基づいて振動子１２０の振動の強度を算出する。
信号出力部３０９は、強度算出部３０８が算出した強度を示す信号を増幅器４００に出力する。
【００２８】
次に、本発明の第１の実施形態に係る姿勢安定補助システム１の動作について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る姿勢安定補助システム１の動作を示すフローチャートである。
まず、利用者は、筐体１１０を体幹に当て、計算装置３００に対し、キャリブレーションを指示する（ステップＳ１）。キャリブレーションの指示の方法としては、予め筐体１１０にスイッチを設けておき、当該スイッチを押下することで計算装置３００に対して指示を出力する方法や、利用者とは別の補助者が計算装置３００に設けられたボタンを押下することで指示を出力しても良い。次に、計算装置３００の体幹位置記録部３０２は、キャリブレーションの指示を受け付けたときに位置受信部３０１がモーションキャプチャ装置２００から受信した位置情報を、体幹位置記憶部３０３に記録する（ステップＳ２）。
これにより、計算装置３００は、利用者の体幹の位置を基準とすることで位置情報のキャリブレーションを行うことができる。
【００２９】
体幹位置記録部３０２が、体幹位置記憶部３０３に利用者の体幹の位置を示す位置情報を記録すると、位置受信部３０１は、モーションキャプチャ装置２００から新たな位置情報を受信する（ステップＳ３）。次に、ベクトル算出部３０４は、体幹位置記憶部３０３が記憶する位置情報が示す位置から、位置受信部３０１が受信した位置情報が示す位置へのベクトルを算出する（ステップＳ４）。次に、ベクトル算出部３０４は、上記式（２）に基づいて利用者の体幹を中心とした仮想球の内壁から筐体１１０への法線ベクトルを算出する（ステップＳ５）。
【００３０】
次に、ベクトル算出部３０４は、算出した法線ベクトルをベクトル記憶部３０５に記録する（ステップＳ６）。次に、速度算出部３０６は、ベクトル記憶部３０５が記憶する最新の所定数の法線ベクトルについて微分フィルタを掛けることにより、筐体１１０の速度を示すベクトルを算出する（ステップＳ７）。また、加速度算出部３０７は、ベクトル記憶部３０５が記憶する最新の所定数の法線ベクトルについて微分フィルタを２回掛けることにより、筐体１１０の加速度を示すベクトルを算出する（ステップＳ８）。
【００３１】
次に、強度算出部３０８は、ベクトル算出部３０４が算出した法線ベクトルの方向が、利用者の体幹から離間する方向であるか否かを判定する（ステップＳ９）。強度算出部３０８は、法線ベクトルの方向が利用者の体幹に対向する方向であると判定した場合（ステップＳ９：ＮＯ）、筐体１１０が仮想球の内壁に達していないため、振動子１２０の振動の強度を０とする（ステップＳ１０）。
【００３２】
他方、強度算出部３０８は、法線ベクトルの方向が利用者の体幹から離間する方向であると判定した場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、式（１）に基づいて振動子１２０の振動の強度を算出する（ステップＳ１１）。
そして、信号出力部３０９は、強度算出部３０８がステップＳ９またはステップＳ１０で算出した強度を示す信号を、増幅器４００を解して補助装置１００に出力する（ステップＳ１２）。これにより、補助装置１００の振動子１２０は、仮想球の内壁に接触したときの反力に応じた振動刺激を利用者に与えることができる。
【００３３】
次に、計算装置３００は、利用者などによる操作や割り込み処理などにより、外部から処理の終了要求の入力を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１３）。計算装置３００は、外部から終了要求の入力を受け付けていないと判定した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、ステップＳ３に戻り、処理を継続する。他方、計算装置３００は、外部から終了要求の入力を受け付けたと判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、処理を終了する。
【００３４】
このように、第１の実施形態によれば、補助装置１００は、筐体１１０の変位に関する物理量に応じて筐体１１０が装着された部位に刺激を与える。これにより、補助装置１００は、機械的支持なしにＬＴＣを実現することができる。
【００３５】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
本発明の第１の実施形態では、モーションキャプチャ装置２００が撮像した画像により筐体１１０の位置を特定する場合について説明した。本発明の第２の実施形態では、無線センサ５００を用いて筐体１１０の位置を特定する。
【００３６】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る姿勢安定補助システム１の構成を示す概略図である。
第２の実施形態に係る姿勢安定補助システム１は、モーションキャプチャ装置２００に代えて測位機能を有する無線センサ５００Ａ及び無線センサ５００Ｂを備える。無線センサ５００Ａ及び無線センサ５００Ｂとしては、例えば、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ−ｗｉｄｅ  ｂａｎｄ）−ＢＡＮ（Ｂｏｄｙ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）センサを用いることができる。無線センサ５００Ａは利用者の体幹に装着され、無線センサ５００Ｂは補助装置１００に設けられる。無線センサ５００Ａ、無線センサ５００Ｂ、及び計算装置３００は、それぞれ無線通信により接続される。
また、第２の実施形態に係る姿勢安定補助システム１では、増幅器４００は補助装置１００に内蔵される。
【００３７】
そして、計算装置３００は、無線センサ５００Ａ及び無線センサ５００Ｂから位置情報を取得して、第１の実施形態と同様の処理により生成した信号を、無線通信により無線センサ５００Ｂに送信する。そして、無線センサ５００Ｂは、計算装置３００から受信した信号を増幅器４００を介して振動子１２０に出力する。これにより、補助装置１００は、利用者の姿勢安定を補助することができる。
【００３８】
このように、第２の実施形態によれば、姿勢安定補助システム１は、モーションキャプチャ装置２００を備えることなく姿勢安定の補助を行うことができる。
【００３９】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述した実施形態では、刺激付与部の例として振動子１２０を用いる場合について説明したが、これに限られない。例えば、電気刺激を与える導子、ジャイロ機構、触覚ディスプレイなどその他の刺激を与える構成を用いても良い。
【００４０】
また、上述した実施形態では、補助装置を利用者の指先に装着する場合について説明したが、これに限られず、補助装置は他の部位に装着される物であっても良い。
【００４１】
また、上述した実施形態では、強度算出部３０８が体幹から筐体１１０への距離及び方向、並びに筐体１１０の速度及び加速度に基づいて振動子１２０の振動の強度を算出する場合について説明したが、これに限られず、筐体１１０の変位に関する物理量の少なくとも１つを用いて強度を算出すれば良い。例えば、強度算出部３０８は、体幹から筐体１１０への距離のみを用いて振動子１２０の振動の強度を算出しても良いし、筐体１１０の加速度のみを用いて振動子１２０の振動の強度を算出しても良い。なお、実験の結果、体幹から筐体１１０への距離を用いた場合と、筐体１１０の加速度を用いた場合に、特にＬＴＣの効果が得られることが分かっている。
【００４２】
なお、上述の計算装置３００は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００４３】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【実施例】
【００４４】
ここで、本発明の第１の実施形態に係る姿勢安定補助システム１の実施例について説明する。
姿勢安定補助システム１の有効性を確認するため、健常な大学生９名（２２．８±１．３０歳）に対して第１の実施形態に係る姿勢安定補助の効果の検証を行った。姿勢動揺の大きさは３軸加速度センサ（ＭＡ３＝０４  Ａｃ，Ｍｉｃｒｏｓｔｏｎｅ  社）およびフォースプレート（ＴＦ−４０６０，テック技販社）を用いて計測した。
【００４５】
図６は、本発明の実施例に係る実験時の被験者の様子を示す写真である。
被験者には右手の第２指と第３指付近に補助装置１００と反射マーカーを装着し、第７頚椎と右仙骨付近の皮膚表面に３軸加速度センサを医療用テープで固定した。本実験では、被験者にフォースプレートの上に目を閉じた状態でタンデム（右足のかかとに左足の第１指をつけた立位）姿勢を可能な限り維持するよう指示し、以下に示す５つのタスクを実行させた。
（ａ）両手が身体に触れない状態で自然にタンデム姿勢をとるタスク（ＮＣ）
（ｂ）仮想球の内壁を触るように手を振るタスク（触覚フィードバックなし、ＮＦ）
（ｃ）指先に一定振幅、一定周波数の定常刺激を受けるタスク（振動振幅値Ａｍａｘ，ＣＳ）
（ｄ）ハンガーラックにテープで取り付けた紙（２９７×２１０ｃｍ）を軽く触り続けるタスク（ＬＴＣ）
（ｅ）第１の実施形態に係る補助装置１００による刺激を受けるタスク（ＶＬＴＣ）
【００４６】
本実施例では姿勢の安定性を評価するために、以下に示す１０個の評価指標を用いている。
（１）  姿勢保持時間Ｔ
（２）  首付近の姿勢動揺の大きさＲｓ
（３）  腰付近の姿勢動揺の大きさＲｈ
（４）  二乗平均平方根偏差Ｍｒ
（５）  身体重心速度Ｍｖ
（６）  前額面動揺幅Ｗｘ
（７）  矢状面動揺幅Ｗｙ
（８）  矩形面積Ｓｗ
（９）  標準偏差面積Ｓσ
（１０）  被験者の主観評価Ｌｖ
【００４７】
なお、姿勢保持時間Ｔはフォースプレート上でタンデム姿勢を維持できた時間であって、姿勢維持中にフォースプレート（サンプリング周波数：ｆｐ［Ｈｚ］）から計測されたデータ数ｎ（ｎ＝１，…，Ｎ）を用いて以下に示す式（３）により定義される。
【００４８】
【数３】
2014168590.tif 000005
【００４９】
姿勢維持中の姿勢動揺の大きさは第７頚椎（首）および右仙骨（腰）付近に装着した加速度センサ（サンプリング周波数：ｆａ［Ｈｚ］）の各軸成分から算出した二乗和平方根の平均値をＲｓ、Ｒｈ（ＲｓとＲｈはそれぞれ第７頚椎、右仙骨付近の加速度）として利用した。
【００５０】
指標（４）〜（９）は、一般に重心動揺評価に用いられるものであり、フォースプレートから計測された足圧中心（Ｃｅｎｔｅｒ  ｏｆ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ；以下、ＣＯＰ）座標（ｘｎ，ｙｎ）（ｘｎは前額面座標、ｙｎは矢状面座標）を利用して算出する。
【００５１】
二乗平均平方根偏差Ｍｒは平均重心点からのばらつき、身体重心速度Ｍｒは動揺の平均速度を表す指標として、それぞれ以下に示す式（４）、式（５）により定義される。
【００５２】
【数４】
2014168590.tif 000006
【００５３】
【数５】
2014168590.tif 000007
【００５４】
ただし、バー付きのＸ及びバー付きのＹは、ＣＯＰ座標の平均値を示す。また、ｅｘｎ、ｅｙｎは、ＣＯＰの変化量（ｅｘｎ＝ｘｎ＋１−ｘｎ、ｅｙｎ＝ｙｎ＋１−ｙｎ）を示す。
【００５５】
前額面動揺幅Ｗｘと矢状面動揺幅Ｗｙは、それぞれ前額面方向および矢状面方向の最大変位幅を示しており，各軸のＣＯＰ座標の最大値と最小値を用いて、それぞれ以下に示す式（６）、式（７）により算出される。
【００５６】
【数６】
2014168590.tif 000008
【００５７】
【数７】
2014168590.tif 000009
【００５８】
矩形面積Ｓｗは重心移動範囲を示した面積、標準偏差面積Ｓσははずれ値を除外した動揺面積であり、式（４）及び式（５）で求めた指標Ｍｒ、Ｍｖを用いて、それぞれ以下に示す式（８）、式（９）により算出される。
【００５９】
【数８】
2014168590.tif 000010
【００６０】
【数９】
2014168590.tif 000011
【００６１】
ただし、σｘ、σｙは、ＣＯＰ座標の標準偏差を表す。
【００６２】
また、実験直後に被験者の主観を評価するためにＶＡＳ（Ｖｉｓｕａｌ  Ａｎａｌｏｇｕｅ  Ｓｃａｌｅ）による評価を行った。具体的には、被験者に線分を提示し、当該線分の左端を全く安定しない、右端を非常に安定するとした場合に、自身の姿勢がどの程度安定したかを直線上の位置に対応させて回答するよう指示した。評価には左端から被験者が回答した点までの距離であるＶＡＳ値Ｌｖを利用した。
【００６３】
本実施例では、ＶＬＴＣタスクを行う際、式（１）の各係数として、Ｍｏ＝１．０［ｋｇ］、Ｂｏ＝１０．０［Ｎｓ／ｍ］、Ｋｏ＝５０．０［Ｎ／ｍ］を用いた。また、振動子１２０による振動の振幅の最大値は０．０８［Ｖ］であり、増幅器４００によるゲインは０．００５［Ｖ／ｍ］とした。また、仮想球の内壁までの距離ｒ及び外壁までの距離Ｒには、それぞれ体幹の中心から被験者が最も仮想球の内壁を触りやすいと答えた位置と腕を伸ばした際の手先位置との距離の大きさの値を用いた。また、モーションキャプチャ装置２００のサンプリング周波数は、１００［Ｈｚ］とした。
また，ＬＴＣタスクを行う際は被験者が紙を最も触りやすいと答えた位置にハンガーラックを設置した。
【００６４】
信号計測のサンプリング周波数はｆａを１００［Ｈｚ］、ｆｐを５［ｋＨｚ］とし、振動子１２０の振動周波数は人間が最も感じやすいとされる２５０［Ｈｚ］とした。なお，試行回数は各タスク１１回ずつとし，姿勢は６０［ｓ］を上限として可能な限り維持させた。
【００６５】
図７は、本実施例に係るＶＬＴＣタスクの計測データを示す図である。
図７は、上から順にモーションキャプチャから得られた位置情報Ｘ（ｔ）、位置情報のユークリッドノルム｜Ｘ（ｔ）｜、変位｜ｄＸｏ（ｔ）｜、速度｜ｄＸｏ´（ｔ）｜、加速度｜ｄＸｏ´´（ｔ）｜、仮想反力｜Ｆｏ（ｔ）｜、振動子１２０の振幅Ａｍ（ｔ）を示している。なお、図７において陰影を付した領域は、筐体１１０が仮想球の内壁に接触している区間を示している。
【００６６】
図７から、ＶＬＴＣタスクにおいては、被験者が仮想球の内壁に接触した際に、変位、速度及び加速度の大きさに応じて反力が算出され、当該反力の大きさに応じた振動が提示できており、仮想球の設置と情報のフィードバックが行えていることが確認できる。
【００６７】
図８は、本実施例に係るタスクごとの１０［ｓ］間の計測データを示しており、上から順にモーションキャプチャから得られた３次元位置情報Ｘｘ（ｔ）、Ｘｙ（ｔ）、Ｘｚ（ｔ）、第７頚椎および右仙骨に装着した加速度センサから算出した二乗和平方根、ならびに前額面座標および矢状面座標のＣＯＰ位置を表している。
【００６８】
図８より、ＮＦタスクとＶＬＴＣタスクの指先位置は手を振っているため周期的に変化しており、また加速度波形の二乗和平方根は他のタスク（ＮＦ、ＣＳ、ＬＴＣ）より大きく動揺していることが確認できる。
【００６９】
図９は、本実施例に係るタスクごとに得られた６０［ｓ］間のＣＯＰ軌跡の一例を示す図である。図９において、横軸は前額面座標を示し、縦軸は矢状面座標を示す。
図９からは、フォースプレートから計測したＣＯＰ軌跡がなす面積がＮＣタスク、ＮＦタスク、ＣＳタスクに比べＶＬＴＣタスクのほうが明らかに小さく、ＬＴＣタスクのなす面積の大きさに近いことが分かる。
【００７０】
図１０は、本実施例に係るタスクごとの評価指標値を示す図である。
図１０（ａ）は、それぞれＮＣタスクの平均値で正規化した評価指標値を示している。各指標に対し多重比較検定（Ｈｏｌｍ法）を行った結果、姿勢保持時間Ｔ（図１０（ａ）（ｉ））ではタスクごとの有意差は得られなかった。次に、首の加速度信号の二乗和平方根の平均値Ｒｓ（図１０（ａ）（ｉｉ））は、ＮＣタスクでは１．００±０．２６、ＶＬＴＣタスクでは１．０７±０．３１となった。また、腰の加速度信号の二乗和平方根の平均値Ｒｈ（図１０（ａ）（ｉｉｉ））は、ＮＣタスクでは１．００  ±０．２１、ＶＬＴＣタスクでは１．０９±０．２５となった。
【００７１】
（図１０（ａ）（ｉｉ）、（ｉｉｉ））を参照すると、ＲｈではＮＣタスクに対してＶＬＴＣタスクは５％で有意な増加が認められた。この振動は図８からも確認でき、手振りの運動が大きく身体加速度に影響を与えたこと示唆される。
他方、図１０（ｂ）は、Ｒｓ、ＲｈをＮＦタスクの平均値で正規化したグラフであるが、図１０（ｂ）を参照すると、ＲｓとＲｈでＮＦタスクとＶＬＴＣタスクの間で有意な減少傾向が認められる。このことから、ＶＬＴＣタスクでは手振り運動による加速度増加が抑えられていることが分かる。
【００７２】
平均重心点からのばらつきを表す指標Ｍｒ（図１０（ａ）（ｉｖ））の平均値はそれぞれ１．００±０．２３（ＮＣ）、０．９９±０．２２（ＮＦ）、１．０１±０．２４（ＣＳ）、０．８７±０．１９（ＬＴＣ）、０．９０±０．２０（ＶＬＴＣ）であった。このとき，ＬＴＣタスクおよびＶＬＴＣタスクはＮＣタスクと比べてそれぞれ有意水準０．１％および５％で有意な減少が認められた。
【００７３】
身体重心速度Ｍｖ（図１０（ａ）（ｖ））の平均値は、それぞれ１．００±０．１１（ＮＣ）、１．０７±０．１４（ＮＦ）、１．０２±０．１５（ＣＳ）、０．９１±０．１３（ＬＴＣ）、１．０３±０．１６（ＶＬＴＣ）であり、ＬＴＣタスクのみＮＣタスクに対する有意な減少が得られた。
【００７４】
ＣＯＰの揺れ幅を表す前額面動揺幅Ｗｘと矢状面動揺幅Ｗｙ（図１０（ａ）（ｖｉ）、（ｖｉｉ））では、前額面方向でタスクごとに有意な減少は認められなかったものの、矢状面方向では有意な減少が認められた。２つの動揺面積Ｓｒ、Ｓσ（図１０（ａ）（ｖｉｉｉ）、（ｉｘ））ではＮＣタスクとの間に有意な減少が認められた。そして、被験者の主観評価であるＶＡＳ値Ｌｖ（図１０（ａ）（ｘ））の平均値は、それぞれ１．００±０．４７（ＮＣ）、０．８５±０．４２（ＮＦ），１．１６±０．５１（ＣＳ）、２．３４±０．４５（ＬＴＣ）、１．９２±０．７９（ＶＬＴＣ）となった。
【００７５】
このように、ＲｓとＲｈ以外の指標では、ＮＣタスクとＶＬＴＣタスクとの間に有意な増加が認められていない。このことから、ＶＬＴＣタスクを行う際の手振りはみかけの加速度動揺は増加させるが、その増加が重心動揺そのものを増加させるものではないと考えられる。
【００７６】
本実施例の結果から目を閉じた状態でのタンデム姿勢では姿勢が不安定になるのに対し、ＬＴＣを行うと姿勢が安定することが確認できた。また、本発明の第１の実施形態に係る姿勢安定補助システム１を用いることで、両手が何にも触れない状態よりも二乗平均平方根偏差Ｍｒ、矢状面動揺幅Ｗｙ、動揺面積（Ｓｗ、Ｓσ）が顕著に減少することがわかる。
【００７７】
特に、平均重心点からのばらつき具合を表すＭｒはＮＣタスクとＶＬＴＣタスクとの間に有意水準５％で減少傾向が認められる。これらの減少はＬＴＣ  と同様の傾向である。この現象は手を振った際の触覚フィードバックがない場合（ＮＦ）や指先に振動刺激を与え続けた場合（ＣＳ）には現れていないことから，自身の運動と関連づけられた触覚フィードバックによるものだと推測される。
【００７８】
被験者は触覚フィードバックによって３次元空間上の座標を知覚することで求心性情報を取得し、ＬＴＣのような効果が得られたと考えられる。なおタスクごとに姿勢保持時間Ｔに大きな変化が現れなかったのは、被験者のバランス能力が高く重心点が支持基底面から外れるほどの大きな動揺が生じなかったためと考えられる。
以上の結果から、本発明によれば物理的なＬＴＣと同様に、姿勢動揺を低下できることが分かる。
【符号の説明】
【００７９】
１…姿勢安定補助システム  １００…補助装置  １１０…筐体  １２０…振動子  ２００…モーションキャプチャ装置  ３００…計算装置  ３０１…位置受信部  ３０２…体幹位置記録部  ３０３…体幹位置記憶部  ３０４…ベクトル算出部  ３０５…ベクトル記憶部  ３０６…速度算出部  ３０７…加速度算出部  ３０８…強度算出部  ３０９…信号出力部  ４００…増幅器  ５００…無線センサ
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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