(57)【要約】【課題】被験者の視力の状態に係わらず、体重移動動作の測定を可能にする体重移動動作測定システムを提供する。【解決手段】この体重移動動作測定システム１は、被験者荷重中心位置を計測する荷重中心測定装置２と、提示音を発生させ得る提示音発生装置３と、目標荷重中心位置を制御する目標荷重中心位置制御機能と、左側又は右側から被験者Ｐに聞こえるようにし、かつ目標荷重中心位置に対する被験者荷重中心位置の誤差に応じて周波数が変化する所定の第１提示音を含む前記提示音を制御する提示音制御機能と、目標荷重中心位置が設定されてから被験者荷重中心位置が所定の目標位置に達するまでの立ち上がり時間を測定する立ち上がり時間測定、及びその後の一定時間における前記誤差の平均を測定して制御誤差とする制御誤差測定、を行う体重移動動作測定機能と、を有する体重移動動作測定制御装置４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の両足が計測面に乗せられ、その計測面における被験者荷重中心位置を計測する荷重中心測定装置と、
被験者の左側及び右側から聞こえるように提示音を発生させ得る提示音発生装置と、
前記計測面における目標とする目標荷重中心位置を制御する目標荷重中心位置制御機能と、前記目標荷重中心位置が前記被験者荷重中心位置よりも左側に有ると左側から、前記目標荷重中心位置が前記被験者荷重中心位置よりも右側に有ると右側から、それぞれ被験者に聞こえるようにし、かつ前記目標荷重中心位置に対する被験者荷重中心位置の誤差に応じて周波数が変化する所定の第１提示音を含む前記提示音を制御する提示音制御機能と、前記目標荷重中心位置が設定されてから前記被験者荷重中心位置が前記目標荷重中心位置によって決まる所定の目標位置に達するまでの立ち上がり時間を測定する立ち上がり時間測定、及び前記所定の目標位置に達した後の一定時間における前記目標荷重中心位置に対する被験者荷重中心位置の誤差の平均を測定して制御誤差とする制御誤差測定、を行う体重移動動作測定機能と、を有する体重移動動作測定制御装置と、
を備えることを特徴とする体重移動動作測定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の体重移動動作測定システムにおいて、
前記第１提示音の周波数は、前記被験者荷重中心位置と前記目標荷重中心位置の距離が小さくなるにつれて、低くなることを特徴とする体重移動動作測定システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の体重移動動作測定システムにおいて、
前記提示音は、前記目標荷重中心位置が設定された直後に短時間発生する所定の第２提示音を更に含むことを特徴とする体重移動動作測定システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の体重移動動作測定システムにおいて、
前記制御誤差測定は、前記所定の目標位置に達した時点からの第１の一定時間における前記誤差の平均を測定して第１制御誤差とする第１制御誤差測定と、前記第１の一定時間経過後の第２の一定時間における前記誤差の平均を測定して第２制御誤差とする第２制御誤差測定と、を含むことを特徴とする体重移動動作測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、福祉或いはリハビリテーションなどの施設において好適に用いられる体重移動動作測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、平衡機能を評価することは、被験者が高齢者の場合や事故・病気などによる障害者などの場合に、福祉或いはリハビリテーションなどの施設において身体機能を向上させるために行われている。その評価方法として、被験者の直立静止姿勢において、重心動揺軌跡を解析したり、外乱を与えてその応答を解析したりすることがかなり以前から行われている。
【０００３】
これに対して、非特許文献１及び非特許文献２に記載されているような体重移動動作測定システムを用いて、随意的に体重を移動させる動作（体重移動動作）を解析し、動的な平衡機能を評価する方法が知られている。非特許文献１及び非特許文献２の体重移動動作測定システムでは、床反力計（荷重中心測定装置）の上に直立した被験者に、体重移動の目標となる目標荷重中心位置を情報ディスプレイ装置によって提示して、体重移動を行わせ、床反力計における被験者の荷重中心位置を計測している。
【０００４】
また、体重移動動作測定システムに近いシステムとしては、特許文献１に記載されているようなリハビリテーション支援装置が知られている。特許文献１には、仮想世界の画像をディスプレイ装置に表示し、効果音、警告音、衝突音をスピーカから発し、重心動揺計（荷重中心測定装置）の上に立った被験者が仮想世界を移動しながらリハビリテーションを行うリハビリテーション支援装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１２０４６４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】小堀聡、外４名、“床反力作用点のトラッキング動作から見た動的平衡機能の評価”、バイオメカニズム学会誌、バイオメカニズム学会、１９８８年、第９巻、ｐ．１８７−１９５
【非特許文献２】小堀聡、外１名、“体重移動動作の基本的特性と学習過程”、バイオメカニズム学会誌、バイオメカニズム学会、２００４年、第２８巻、第３号、ｐ．１３６−１４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、非特許文献１、非特許文献２及び特許文献１を含む従来のシステムでは、被験者に提示されるのは視覚を通じた情報のみである。そのため、年齢又は障害等により被験者の視力が低下している場合、目標荷重中心位置を判別するまでにかなりの時間を要し、体重移動動作の測定が実質上困難なことも有り得る。
【０００８】
本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、被験者の視力の状態に係わらず、体重移動動作の測定を可能にする体重移動動作測定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の体重移動動作測定システムは、被験者の両足が計測面に乗せられ、その計測面における被験者荷重中心位置を計測する荷重中心測定装置と、被験者の左側及び右側から聞こえるように提示音を発生させ得る提示音発生装置と、前記計測面における目標とする目標荷重中心位置を制御する目標荷重中心位置制御機能と、前記目標荷重中心位置が前記被験者荷重中心位置よりも左側に有ると左側から、前記目標荷重中心位置が前記被験者荷重中心位置よりも右側に有ると右側から、それぞれ被験者に聞こえるようにし、かつ前記目標荷重中心位置に対する被験者荷重中心位置の誤差に応じて周波数が変化する所定の第１提示音を含む前記提示音を制御する提示音制御機能と、前記目標荷重中心位置が設定されてから前記被験者荷重中心位置が前記目標荷重中心位置によって決まる所定の目標位置に達するまでの立ち上がり時間を測定する立ち上がり時間測定、及び前記所定の目標位置に達した後の一定時間における前記目標荷重中心位置に対する被験者荷重中心位置の誤差の平均を測定して制御誤差とする制御誤差測定、を行う体重移動動作測定機能と、を有する体重移動動作測定制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の体重移動動作測定システムは、請求項１に記載の体重移動動作測定システムにおいて、前記第１提示音の周波数は、前記被験者荷重中心位置と前記目標荷重中心位置の距離が小さくなるにつれて、低くなることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の体重移動動作測定システムは、請求項１又は２に記載の体重移動動作測定システムにおいて、前記提示音は、前記目標荷重中心位置が設定された直後に短時間発生する所定の第２提示音を更に含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の体重移動動作測定システムは、請求項１〜３のいずれか１項に記載の体重移動動作測定システムにおいて、前記制御誤差測定は、前記所定の目標位置に達した時点からの第１の一定時間における前記誤差の平均を測定して第１制御誤差とする第１制御誤差測定と、前記第１の一定時間経過後の第２の一定時間における前記誤差の平均を測定して第２制御誤差とする第２制御誤差測定と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の体重移動動作測定システムによれば、被験者の視力の状態に係わらず、体重移動動作の測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る体重移動動作測定システムを示す模式図である。
【図２】同上の体重移動動作測定システムの荷重中心測定装置の計測面における被験者荷重中心位置と目標荷重中心位置を示す模式的な平面図である。
【図３】同上の体重移動動作測定システムの被験者荷重中心位置と目標荷重中心位置を示す波形図である。
【図４】図３の一部を拡大して示す波形図である。
【図５】同上の体重移動動作測定システムの変形例を示す模式図である。
【図６】同上の体重移動動作測定システムの実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係る体重移動動作測定システム１は、図１に示すように、荷重中心測定装置２と提示音発生装置３と体重移動動作測定制御装置４とを備えている。
【００１６】
荷重中心測定装置２は、被験者Ｐの両足が計測面２ａに乗せられ、計測面２ａにおける被験者荷重中心位置αを計測するものである。この荷重中心測定装置２は、既知の床反力計を用いることができる。被験者荷重中心位置αは、被験者Ｐが直立した自然体の姿勢ならば、計測面２ａの中央位置γ又はその近傍に有る。被験者Ｐが身体を傾かせて体重移動を開始すると、身体の重心は移動し、それに対応して、計測面２ａに作用する身体による荷重の中心位置である被験者荷重中心位置αは移動する。図２は、被験者荷重中心位置αが左側に移動（被験者Ｐ自身としては右側に体重移動）したときの例であり、中央の小点は中央位置γ、左側の十字は被験者荷重中心位置α、更に左側の円は後述する目標荷重中心位置βを示している。
【００１７】
提示音発生装置３は、被験者Ｐの左側及び右側から聞こえるように提示音を発生させ得るものである。この提示音発生装置３は、既知のヘッドホンを用いることができ、また、そのかわりに、被験者Ｐの左側及び右側に設置されたスピーカを用いることも可能である。
【００１８】
体重移動動作測定制御装置４は、ハードウェアとして、ＣＰＵ４１、記憶部４２、入出力制御部４３、入力装置４４、モニター装置４５、荷重中心測定信号入力部４６などを有するコンピュータ装置である。体重移動動作測定制御装置４は、目標荷重中心位置制御機能、提示音制御機能、及び体重移動動作測定機能などを有する。
【００１９】
記憶部４２は、体重移動動作測定制御装置４の目標荷重中心位置制御機能、提示音制御機能、及び体重移動動作測定機能を実現させるための目標荷重中心位置制御プログラム４２ａ、提示音制御プログラム４２ｂ、及び体重移動動作測定プログラム４２ｃを含む制御プログラムが記憶されており、その他、制御プログラムの動作のために必要なデータなどが記憶されている。ＣＰＵ４１は、記憶部４２に記憶された制御プログラムに従って、各機能を実現する。
【００２０】
入力装置４４は、被験者Ｐの平衡機能を検査する人、或いは被験者Ｐ自身が操作して、体重移動動作測定システム１の開始及び停止、或いは検査の詳細の設定を行う。モニター装置４５は、その画面に、荷重中心測定装置２の計測面２ａに対応して、図２に示したような、被験者荷重中心位置αと目標荷重中心位置βが表示される。被験者荷重中心位置αは例えば赤色の十字、目標荷重中心位置βは例えば青色の円で表される。モニター装置４５の画面により、体重移動動作測定システム１が正常に動作していることの確認が可能である。荷重中心測定信号入力部４６は、荷重中心測定装置２からの被験者荷重中心位置αについての信号を入力し、例えば、その振幅の増幅やＡ／Ｄ変換等を行う。入出力制御部４３は、ＣＰＵ４１がこれを介して、提示音発生装置３に信号を送り、入力装置４４での操作内容を検出し、モニター装置４５の画面に画像を表示し、荷重中心測定信号入力部４６からのデータを入力する。
【００２１】
体重移動動作測定制御装置４が有する目標荷重中心位置制御機能について説明する。体重移動動作測定制御装置４は、記憶部４２の目標荷重中心位置制御プログラム４２ａに従って動作し、計測面２ａにおける目標とする目標荷重中心位置βを制御する。その制御により設定される目標荷重中心位置βは、図２に示すように、荷重中心測定装置２の計測面２ａの中央位置γに対して左側又は右側の位置である。体重移動動作測定制御装置４は、図３中の破線に示すように、目標荷重中心位置βを設定して所定の維持時間ＨＴ（例えば、約６．５ｓｅｃ〜約９．５ｓｅｃ）の後に中央位置γに戻る動作を、目標荷重中心位置βの設定位置を変えながら、所定回数繰り返す制御を行う。なお、図３においては、中央位置γを座標値０とし、左右のいずれか一方の位置を正値、他方の位置を負値としている。また、図３中の実線は、被験者荷重中心位置αを示している。
【００２２】
体重移動動作測定制御装置４が有する提示音制御機能について説明する。体重移動動作測定制御装置４は、提示音発生装置３で発生する提示音を制御する。提示音には、所定の第１提示音と所定の第２提示音が含まれる。
【００２３】
第１提示音は、目標荷重中心位置βが被験者荷重中心位置αよりも左側に有ると左側から、目標荷重中心位置βが被験者荷重中心位置αよりも右側に有ると右側から、それぞれ被験者Ｐに聞こえるように制御される。具体的には、提示音発生装置３の左右の音量バランスが制御される。第１提示音は、限定されるものではないが、正弦波による連続した音を用いることができる。また、被験者Ｐの聴力に応じて、第１提示音の音量を調整することも可能である。
【００２４】
また、第１提示音は、目標荷重中心位置βに対する被験者荷重中心位置αの誤差に応じて周波数が変化するように制御される。
【００２５】
このように、目標荷重中心位置βに対する被験者荷重中心位置αの誤差を音の方向と周波数で提示する。このことは、音源の場所の判別能力は高くないが周波数の判別能力は高いという人間の聴覚特性に適合したものとなっており、被験者Ｐは目標荷重中心位置βを迅速に的確に把握できるようになる。被験者Ｐは、目標荷重中心位置βを迅速に的確に把握しながら体重移動を行うことによって、目標荷重中心位置βに対する被験者荷重中心位置αの誤差を修正することができる。
【００２６】
第１提示音の周波数は、被験者荷重中心位置αと目標荷重中心位置βの距離が小さくなるにつれて、低くなるようにするのがよい。このようにすると、被験者Ｐは、その心理状態において、被験者荷重中心位置αと目標荷重中心位置βの距離が小さくなると落ち着き、遠くになると注意喚起がされ易くなる。目標荷重中心位置βが設定された直後では、被験者荷重中心位置αと目標荷重中心位置βの距離は通常大きいので、第１提示音は高い周波数になる。
【００２７】
具体的な第１提示音の周波数の設定方法としては、目標荷重中心位置βに対する被験者荷重中心位置αの誤差の可能な最大値と、第１提示音の周波数の最高値と、が対応するようにするのがよい。第１提示音の周波数の最低値は、所定値（例えば５０Ｈｚ）とし、設定した目標荷重中心位置βに対して被験者荷重中心位置αが一致したときや目標荷重中心位置βが中央位置γに戻っている状態のときなどには、この最低値の周波数の第１提示音が中央、すなわち左右両側から被験者Ｐに聞こえるようにすればよい。
【００２８】
第２提示音は、目標荷重中心位置βが設定された直後に短時間（例えば、１．０ｓｅｃ）、発生させられる。第２提示音は、目標荷重中心位置βが荷重中心測定装置２の計測面２ａの中央位置γよりも左側に有ると左側から、目標荷重中心位置βが荷重中心測定装置２の計測面２ａの中央位置γより右側に有ると右側から、それぞれ被験者Ｐに聞こえるように、また目標荷重中心位置βが荷重中心測定装置２の計測面２ａの中央位置γに有ると中央、すなわち左右両側から被験者Ｐに聞こえるように、制御される。具体的には、提示音発生装置３の左右の音量バランスが制御される。第２提示音は、矩形波による音を用いることができる。被験者Ｐは、第２提示音が発生すると、直立した自然体の姿勢から、第２提示音の聞こえる方に体重移動を開始することができる。
【００２９】
なお、第２提示音は、第１提示音と明確に区別できるものならば、矩形波による音以外の音を用いることも可能である。また、第２提示音は、それにより目標荷重中心位置βが新しく設定されたことについて被験者Ｐに注意を喚起し易くなるが、場合によっては、省略することも可能である。この場合、第１提示音のみが用いられる。
【００３０】
次に、体重移動動作測定制御装置４が有する体重移動動作測定機能について説明する。体重移動動作測定制御装置４は、被験者Ｐの平衡機能の評価値として、立ち上がり時間ＲＴと第１制御誤差ＥＲ１と第２制御誤差ＥＲ２を測定（算出）する。立ち上がり時間ＲＴは、図４に示すように、目標荷重中心位置βが設定されてから被験者荷重中心位置αが目標荷重中心位置βによって決まる所定の目標位置β’（計測面２ａの中央位置γから目標荷重中心位置βまでの距離の所定の割合（例えば、９０％））に達するまでの時間である。立ち上がり時間ＲＴは、動作の素早さを示す。第１制御誤差ＥＲ１は、所定の目標位置β’に達した時点からの第１の一定時間ＥＴ１（例えば、１．５ｓｅｃ）における目標荷重中心位置βに対する被験者荷重中心位置αの誤差の平均である。第１制御誤差ＥＲ１は、動作の正確さを示す。第２制御誤差ＥＲ２は、第１の一定時間ＥＴ１経過後の第２の一定時間ＥＴ２（例えば、１．５ｓｅｃ）における目標荷重中心位置βに対する被験者荷重中心位置αの誤差の平均である。第２制御誤差ＥＲ２は、動作の安定性を示す。
【００３１】
なお、第１制御誤差ＥＲ１と第２制御誤差ＥＲ２はともに、所定の目標位置β’に達した後の一定時間における目標荷重中心位置βに対する被験者荷重中心位置αの誤差の平均を測定して得る制御誤差に含まれるものである。第１制御誤差ＥＲ１と第２制御誤差ＥＲ２は、ともに測定し、被験者Ｐの平衡機能の評価値とすべきであるが、この２個の制御誤差ＥＲ１、ＥＲ２のいずれかを省略して被験者Ｐの平衡機能の評価値とすることも場合によっては可能である。
【００３２】
以上説明した体重移動動作測定システム１では、提示音を用いた聴覚情報により、被験者Ｐに目標荷重中心位置βを提示することで、視力の状態に係わらず、目標荷重中心位置βを迅速に的確に判別できるようになる。よって、年齢又は障害等により被験者の視力が低下している場合でも、視力の状態に係わらず、体重移動動作の測定が可能になる。それにより、高齢者、障害者を含めた多くの人の平衡機能を評価することができるようになる。体重移動動作測定システム１は、得られた平衡機能の評価値を評価し、更に被験者Ｐの動的な平衡機能を訓練するシステムとして利用することもできる。
【００３３】
なお、高齢者の転倒という問題があるため転倒予防は重要な課題であり、平衡機能の評価・訓練システムの必要性は高い。だが、高齢者は年齢とともに視力も低下していることが多い。そのような視力が低下している高齢者はもちろんのこと、視力の低下がなくても注意力が低下している高齢者に対しても、体重移動動作測定システム１は有効である。
【００３４】
次に、体重移動動作測定システム１を変形して、聴覚情報に視覚情報を追加することも可能である。この体重移動動作測定システム１’では、図５に示すように、体重移動動作測定システム１に情報ディスプレイ装置５を追加しており、視覚情報も提示することができる。情報ディスプレイ装置５の画面の表示は、モニター装置４５の画面とほぼ同じでよい。
【００３５】
この体重移動動作測定システム１’は、聴覚情報と視覚情報の両方を提示することができるので、聴覚機能が健常であるが視覚機能が低下している被験者のみならず、視覚機能が健常であるが聴覚機能が低下している被験者に対しても対応可能である。
【００３６】
次に、体重移動動作測定システム１が実用可能なことを示すために、本願発明者が行った実験について述べる。聴覚情報のみを提示する場合（体重移動動作測定システム１を用いた場合）、視覚情報のみを提示する場合（体重移動動作測定システム１’から聴覚情報を除いた場合）、聴覚情報と視覚情報の両方を提示する場合（体重移動動作測定システム１’を用いた場合）、の３つの場合について、健常な大学生２１名を被験者とし、各人が５回試行し、立ち上がり時間ＲＴと第１制御誤差ＥＲ１と第２制御誤差ＥＲ２についての平均値を取った。立ち上がり時間ＲＴについての所定の目標位置β’は、計測面２ａの中央位置γから目標荷重中心位置βまでの距離の９０％とした。第１制御誤差ＥＲ１についての第１の一定時間ＥＴ１は、１．５ｓｅｃとした。第２制御誤差ＥＲ２についての第２の一定時間ＥＴ２は、１．５ｓｅｃとした。
【００３７】
目標荷重中心位置βは、中央位置γに対して左側と右側を交互に繰り返した（図３参照）。目標荷重中心位置βの維持時間ＨＴは、６．５ｓｅｃ〜９．５ｓｅｃとした。設定する目標荷重中心位置βの中央位置γからの距離Ｍは、６．０ｃｍ〜８．０ｃｍの間で変化させた。この繰り返しを約７０ｓｅｃ行い、これを１回の試行とした。第１提示音は、周波数の最高値を１０ＫＨｚとし、最低値を５０Ｈｚとした。第２提示音の発生時間は、１．０ｓｅｃとした。被験者の両足の内側の距離は２０ｃｍとするようにした。視覚情報のみを提示する場合と聴覚情報と視覚情報の両方を提示する場合に用いる情報ディスプレイ装置５は、被験者の頭部から約１．３ｍの場所に設置した。
【００３８】
図６に、その実験結果を示す。図６において、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ、聴覚情報のみを提示する場合、視覚情報のみを提示する場合、聴覚情報と視覚情報の両方を提示する場合、を示している。立ち上がり時間ＲＴは左側の座標値、第１制御誤差ＥＲ１と第２制御誤差ＥＲ２は右側の座標値が対応する値である。
【００３９】
図６によると、立ち上がり時間ＲＴについては、Ａの場合が約１．４ｓｅｃ、Ｂの場合が約１．２５ｓｅｃ、Ｃの場合が約１．１ｓｅｃであり、Ａ、Ｂ、Ｃの各場合の間で有意差が見られなかった。第１制御誤差ＥＲ１については、Ａの場合が約１．６５ｍｍ、Ｂの場合が約０．９５ｍｍ、Ｃの場合が約１．０ｍｍであり、Ａの場合は他の２つの場合に比べて統計的に有意に若干大きくなっていた。第２制御誤差ＥＲ２については、Ａの場合が約１．０ｍｍ、Ｂの場合が約０．３５ｍｍ、Ｃの場合が約０．４ｍｍであり、Ａの場合は他の２つの場合に比べて統計的に有意に若干大きくなっていた。
【００４０】
よって、聴覚情報のみの提示は、体重移動の際の正確さや体重移動後の安定性を若干低下させるが、動作の素早さには影響を及ぼさないことが分かる。これより、聴覚情報のみの提示であっても、体重移動動作自体は十分に行えるので、体重移動動作測定システム１は実用可能であることが分かる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態に係る体重移動動作測定システムについて説明したが、本発明は、実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内での様々な設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１    体重移動動作測定システム
２    荷重中心測定装置
２ａ  計測面
３    提示音発生装置
４    体重移動動作測定制御装置
４２ａ  目標荷重中心位置制御プログラム
４２ｂ  提示音制御プログラム
４３ｃ  体重移動動作測定プログラム
α    被験者荷重中心位置
β    目標荷重中心位置
Ｐ    被験者
【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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