(57)【要約】  足底圧測定器は、被験者の足底部に設置され前記被験者の足底部に加えられた圧力を測定する測定部と、測定された圧力のデータを出力する出力部とを備える。
2019035444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の足底部に設置され、前記被験者の足底部に加えられた圧力を測定する測定部と、
測定された前記圧力のデータを出力する出力部と、
を備える足底圧測定器。
【請求項２】
前記測定部は、前記足底部の単位面積当たりにかかる圧力の平均値の2倍以上の圧力のかかる部位又はその付近に設置される請求項１に記載の足底圧測定器。
【請求項３】
前記測定部は、加圧接触を感知する感圧部を備え、
前記感圧部の形状は、縦横比が異なる帯状である請求項１又は２に記載の足底圧測定器。
【請求項４】
前記感圧部が、前記被験者の足底部の拇指球、小指球、および踵部のうち少なくとも1カ所に、骨の長軸方向に沿って配置される請求項１から３のいずれか一項に記載の足底圧測定器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の足底圧測定器と、
前記足底圧測定器によって測定された前記圧力のデータに基づいて、前記被験者の走行時の足底圧の変動から走行安定性の指標を判定し、判定された前記指標に応じて前記被験者の能力に応じた負荷情報を提供する情報提供部と、
を備える情報提供装置。
【請求項６】
前記足底圧測定器によって測定された前記圧力のデータに基づいて、所定の演算を行う演算部と、
前記演算部による演算結果に基づく情報を表示する表示部と、
をさらに備える、請求項５に記載の情報提供装置。
【請求項７】
請求項１から４のいずれか一項に記載の足底圧測定器によって測定された前記圧力のデータに基づいて、前記被験者の走行時の足底圧の変動を走行安定性の指標を判定し、判定された前記指標に応じて前記被験者の能力に応じた負荷情報を提供する運動負荷情報提供ステップを有する情報提供方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、足底圧測定器、情報提供装置及び情報提供方法に関する。
本願は、２０１７年８月１６日に、日本に出願された特願２０１７−１５７０４９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
近年、運動は身体能力の向上や健康増進に及ぼす効果が非常に大きいことが注目されてきている。特に競技スポーツ分野では、新たな視点や方法による、より効率的な運動トレーニング、競技力の向上が期待されている。また、医学分野においても、歩行のリハビリテーションは重要な項目であり、安全で効率的な歩行訓練を支援する機器が求められている。
昨今、各種センサー、インターフェースを備えたウェアラブル機器やスマートフォンなどの技術革新が進んでいる。このような機器により、運動をターゲットにした新たな技術の導入が可能となっている（例えば、非特許文献１参照）。体調不良、疲労、及び持病の悪化は、走運動のバランスやリズムを悪化させる。したがって、走運動の状況をモニタリングし、センサーから取得されるデータに基づき、走運動のバランスやリズムの異常な変動を検出し、走運動のバランスやリズムが悪化した際に早期に介入することによって、過労や体調不良に伴う事故や、大きな故障の発生を未然に防ぐことが可能になる。
ウェアラブルセンサーが検出する情報としては、心拍、筋電、脳波から体温など多岐に渡るが、その中でも足底圧は走者の走行・歩行状態を直接評価可能であり、乳酸濃度などの負荷情報に変換可能であるので、走者にとって足底圧は非常に重要な情報である。【０００３】
一方、リハビリテーションの歩行訓練においては、患側（麻痺側や患肢）を装具や支持装置で支えながら健側の脚力及び上肢や体幹などの全身の筋力を動員して姿勢維持と歩行運動を行う必要がある。歩行訓練の進捗には病状や筋力、意欲などにより個人差が大きく、客観的かつ簡便に歩容を計測する機器が必要とされている。つまり、リハビリ運動中の歩容を足底圧のピーク値の変化や歩行リズム、スピードから評価することは有用である。
また患者から懸垂装置や歩行器等の支持装置を外し、患者が自立歩行に移行してよいかどうかの見極めは主観的評価に依るところが大きく、患者の転倒リスクを低減させるための観点から、客観的評価指標の導入が望まれている。さらに近年、ロボット技術を用いた歩行訓練装置が発達しており、患側の運動は機械による支持運動と健側の随意運動の相互関係やリハビリの進捗度を知る上で足底圧のデータと歩容の特徴との分析技術は重要視されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“C3fit IN-pulse”、［online］、インターネット＜URL: http://www.goldwin.co.jp/ec/contents/c3fit/inpulse/about.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、足のサイズ、骨格のサイズの違いにより、例えば靴や靴下のサイズが同じ被験者であっても、足の最大圧力の加わる場所は一致しない。特に踵骨の骨端部下縁、中足骨の骨端部下縁は床反力の作用点として重要であり、その直下の足底圧の正確な測定が求められるが、被験者の骨のサイズによって作用点の位置がずれるため、例えば小型の円形の圧力センサーの定点への設置では作用点の中央を外れることがある。さらに、この作用点は走行や歩行の速度、方向、傾斜等によってずれることが多く、計測の誤差の原因となっている。【０００６】
この課題に対して、足底圧の測定装置には、２次元的な圧力分布を計測するセンサーや多数の感圧点を持つセンサーが使用されてきた。しかしながら、検出回路の大型化、重量の増大、センサー部の複雑化による短寿命や故障頻度の高さなどの課題があり、そのような足底圧の測定装置は広く普及してはいない。特にセンサー部の面積を拡大することは、感圧センサーの多くが曲げや引っ張りストレスによって誤差を生じる特性を持っていることから、着地等の衝撃や足の屈曲伸展、ステップ時の横や前後方向のストレスを受けることによって形状変化を生じるため、足底圧の測定に誤差を生じるという欠点があった。
被験者である選手の走行能力を強化する上で、走行時の跳躍に必要なフォースおよびストライドの向上が重要である。足底圧の測定器を用いた測定により、坂道走行時の足底圧は１．１〜３倍と増加しており、坂道走行時には、平坦路よりも高い足底圧（フォース）が必要であることが確認できる。坂道走行のトレーニングにおいては、走者の能力に合わせた勾配と走速度の設定が不可欠であるが、その調整は経験的に行われており、足底圧の測定に適切な設定値の決定が課題となっていた。【０００７】
より精密に足底圧の分布を測定するため、足底圧の測定装置においては、小さい面積のセンサーを数多く足底全面に配置することによって詳細な圧力分布を測定している。しかしこのような構造ではシステムが複雑となり、信号チャネルも多くなり、データ処理がより煩雑となる。あわせてコストが上がり、またセンサー交換が簡便ではないため、競技の現場あるいは日常生活の中で使う測定器としては十分な性能を備えていなかった。
大型化したセンサーは、走運動時の足底の変形や複雑な力の作用によりセンサーの形状の歪み、部分的な折れ曲がりや伸張を生じ、センサーの特性に大きな誤差を生じさせる。一方、センサーの小型化は上記誤差を抑制する点で有利ではあるものの、計測面積が縮小するため、センサーが最大加圧点から逸脱して感度が低下するなど新たな誤差を生じさせる原因となっていた。
上記のように、従来の技術では、歩行又は走行の運動強度の測定の際に被験者や測定者に負担がかかるという問題があった。【０００８】
上記事情に鑑み、本発明は、歩行又は走行の運動強度を被験者や測定者に負担を課さずに測定することができる技術の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、被験者の足底部に設置され、前記被験者の足底部に加えられた圧力を測定する測定部と、測定された前記圧力のデータを出力する出力部と、を備える足底圧測定器である。【００１０】
本発明の一態様の足底圧測定器において、前期測定部は、前記足底部の単位面積あたりにかかる圧力の平均値の２倍以上の圧力がかかる部位又はその付近に設置されるのが好ましい。【００１１】
本発明の一態様の足底圧測定器において、前記測定部は、加圧接触を感知する感圧部を備え、前記感圧部の形状は、縦横比が異なる帯状であることが好ましい。【００１２】
本発明の一態様の足底圧測定器において、前記感圧部が前記被験者の足底部の拇指球、小指球、および踵部のうち少なくとも1カ所に、骨の長軸方向に沿って配置されることが好ましい。【００１３】
本発明の一態様は、上記の足底圧測定器と、前記足底圧測定器によって測定された前記圧力のデータに基づいて、前記被験者の走行時の足底圧の変動を走行安定性の指標を判定し、判定された前記指標に応じて前記被験者の能力に応じた負荷情報を提供する情報提供部とを備える情報提供装置である。【００１４】
本発明の一態様の情報提供装置において、前記足底圧測定器によって測定された前記圧力のデータに基づいて、所定の演算を行う演算部と、前記演算部による演算結果に基づく情報を表示する表示部とをさらに備えることが好ましい。【００１５】
本発明の一態様は、上記の足底圧測定器によって測定された前記圧力のデータに基づいて、前記被験者の走行時の足底圧の変動を走行安定性の指標を判定し、判定された前記指標に応じて前記被験者の能力に応じた負荷情報を提供する運動負荷情報提供ステップを有する情報提供方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、歩行又は走行の運動強度を被験者や測定者に過大な負担をかけずに測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態の情報提供システムを示す斜視図である。
【図２Ａ】一実施形態における足圧センサーの構成を示す平面図である。
【図２Ｂ】一実施形態における足圧センサーの配置位置の一例を示す平面図である。
【図２Ｃ】一実施形態における足圧センサーの配置位置の他の例を示す平面図である。
【図２Ｄ】一実施形態における足圧センサーの配置位置のさらに他の例を示す平面図である。
【図３Ａ】一実施例において、各足圧センサーの位置における足底圧（フォース）の経時変化の測定例を示すグラフである
【図３Ｂ】一実施形態における足圧センサーの配置位置を示す平面図である。
【図４Ａ】一実施形態における足底圧のピーク値の経時変化の一例を示すグラフである。
【図４Ｂ】一実施形態における足底圧のピーク値の経時変化の他の例を示すグラフである。
【図４Ｃ】一実施形態における足底圧のピーク値の経時変化のさらに他の例を示すグラフである。
【図５】一実施形態における走速度と足底圧のピーク値の標準偏差の変化とを示すグラフである。
【図６】一実施形態における走速度と血中乳酸濃度との関係を示すグラフである。
【図７Ａ】一実施形態において坂道走行における走者の足の接地回数と一接地毎の足底圧の積算値との関係を示すグラフである。
【図７Ｂ】一実施形態において平地走行における走者の足の接地回数と一接地毎の足底圧の積算値との関係を示すグラフである。
【図８】一実施形態において平地走行と坂道走行とにおけるピッチ、ストライド及び血中乳酸濃度の関係を対比した結果を示す表である。
【図９】一実施形態における情報提供装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、情報提供システム１００のシステム構成図である。情報提供システム１００は、単数又は複数の足圧センサー１０（足底圧の測定部）、中継装置２０（出力部）、情報提供装置３０及び負荷付与装置６０を備える。足圧センサー１０と、中継装置２０とは、有線ケーブル４０を介して接続されている。また、中継装置２０と情報提供装置３０とは、有線通信又は無線通信により通信を行う。
足圧センサー１０は、被験者５０の足底部に設置される。ここで、被験者とは、歩行又は走行の運動強度の測定対象となる人物である。足圧センサー１０は、被験者の足底に加えられた圧力（以下「足底圧」という。）を測定する。足圧センサー１０は、測定結果（測定された足底圧）を、有線ケーブル４０を介して中継装置２０に送信する。
【００１９】
中継装置２０は、足圧センサー１０から送信された測定結果を受信する。中継装置２０は、受信した測定結果を情報提供装置３０に送信する。
情報提供装置３０は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置を用いて構成される。
情報提供装置３０は、中継装置２０から送信された測定結果に基づいて、被験者５０の歩行中又は走行中の足底圧（フォース）のピーク値（最大足底圧）の標準偏差等を計算し、計算結果を表示する。また、情報提供装置３０は、被験者の能力に応じた負荷を与えるための情報（以下「負荷情報」という。）を提供する。ここで、負荷情報とは、例えば、負荷付与装置６０の傾斜角θと走速度ｖに関する情報である。また、情報提供装置３０は、走行時の足底圧の変動を走行安定性の指標として、被験者の持久運動能力、走行技術の巧拙、また運動の継続に伴う被験者の疲労の程度、あるいは被験者の走行方法（全力走かマラソンなどの一定速度走か）を判定する。
負荷付与装置６０は、被験者に対して負荷を与える装置である。負荷付与装置６０は、例えばトレッドミル、ルームランナー、ステッパー等の歩行走行をアシストする。不可付与装置６０においては、コンベアベルトの角度θ、及び走速度ｖの調整が可能である。
【００２０】
次に、図２Ａ〜図２Ｄを用いて足圧センサー１０の構成及び設置方法について説明する。
図２Ａに示すように、足圧センサー１０は、長方形の平面型の構成であり、足底部のうち圧力が閾値以上かかる部位又はその付近に設置される。例えば、足圧センサー１０は、足底の単位面積当たりにかかる圧力の平均値の２倍以上の圧力がかかる部分（圧力集中部）又はその付近に設置される。圧力集中部とは、例えば拇指球１３、小指球１４及び踵骨１５が位置する部分である。
足圧センサー１０は、被験者の足裏の拇指球１３、小指球１４及び踵骨１５が位置する部位に接着される。また、足圧センサー１０は、被験者の装着した靴下の拇指球１３、小指球１４及び踵骨１５が位置する足底部に取り付けられてもよい。さらに、足圧センサー１０は、拇指球１３、小指球１４及び踵骨１５が位置する運動靴の中敷きに取り付けられてもよい。
図２Ａにおいて、足圧センサー１０内の点線で示される領域は、センサーの感圧部１１である。感圧部１１は、加圧接触で圧力を感知する。感圧部１１は、縦横比が１：２以上の帯状に長い形状である。図２Ａでは、被験者５０の足底部に足圧センサー１０が３か所に備えられているが、足圧センサー１０は少なくとも１か所に備えられていればよい。また、感圧部１１内の＋で示される部分１２は、感圧部１１内にかかる圧力の中心を表す。
【００２１】
図２Ｂは中足骨１３に沿って足圧センサー１０が配置されている例を示す。図２Ｃは中足骨１４に沿って足圧センサー１０が配置されている例を示す。図２Ｄは踵骨１５に沿って足圧センサー１０が配置されている例を示す。
図２Ｂ〜図２Ｄに示すように、足圧センサー１０は解剖学的に足の骨（踵骨、中足骨、足趾の骨）の長軸方向に沿って配置される。また、足圧センサー１０は、調節部を備える。調節部は、圧力分布の個人差や足圧センサー１０の感圧部の消耗等による感度の変化が閾値以上である場合、感圧部のアナログ信号の増幅装置の利得やベースラインを調節する。また、調節部は、アナログデジタル変換後の信号処理により増幅装置の利得やベースラインを調節する。
【００２２】
図３Ａは、足圧センサー１０を装着した状態での走行時の各足圧センサー１０の位置における足底圧（フォース）の経時変化の測定例を示すグラフである。また、図３Ｂは、足圧センサー１０の位置を示す図である。図３Ａに示す測定結果の測定条件としては、負荷付与装置６０を１３％傾斜させ、分速１５０ｍの走速度で被験者５０を走行させた。このとき、被験者５０の両足の足底部に、図３Ｂに示すように、それぞれ３つの足圧センサー１０を装着させている。図３Ａにおけるｃｈ１、ｃｈ２、およびｃｈ３は、図３Ｂにおける位置１、２および３にそれぞれ足圧センサー１０を配置して足底圧（フォース）を測定した結果を表す。例えば、図３Ａにおけるｃｈ１は、図３Ｂにおける位置１に足圧センサー１０を配置して足底圧（フォース）を測定した結果を表す。
【００２３】
図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃは、各々短距離走者、中距離走者および非経験者の足底圧（フォース）のピーク値の経時変化を示す図である。図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、足底圧（フォース）のピーク値の変動の大きさは、走者および走行状態によって変わり、走行の安定性を示す指標としての利用が可能である。
すなわち、図４Ａに示す短距離走者の場合には、一歩ごとの足底圧（接地圧力）のぱらつきが見られ、走りの安定性はやや低い。したがって、この短距離走者は、運動効率はそれほど良くないといえる。図４Ｂに示す中距離走者の場合には、一歩ごとの足底圧（接地圧力）のばらつきがほとんどなく、走りの安定性が非常に高い。したがって、この中距離走者は、運動効率が高いといえる。図４Ｃに示す陸上競技の非経験者の場合には、一歩ごとの足底圧（接地圧力）のばらつきが大きく、走りの安定性が低い。したがって、この非経験者は、運動効率が悪いといえる。
このように、図４Ｂに示すように、効率の高い走運動が必要となる中距離走者は足底圧（接地圧力）の変動が少なく、図４Ｃに示すように、運動非経験者は、足底圧（接地圧力）の変動が大きく、安定性が低いことがわかる。また、図４Ａに示すように、短い時間で全力を発揮する短距離走者は、足底圧（接地圧力）の変動はやや大きく、やや不安定であることがわかる。すなわち、ある程度長い時間運動を維持する中・長距離走では接地時の足底圧は安定した状態を維持している事も明らかである。
【００２４】
中距離走者は、非経験者や短距離走者と比較し、走運動の効率が高い。図４Ｂに示すように、中距離走者の接地時の足底圧のピーク値（最大足底圧）は一定である。これに対して、図４Ａに示すように、短距離走者の場合は、接地時の足底圧のピーク値は不安定で１ステップ毎のピーク値の強弱が認められる。さらに、図４Ｃに示すように、非経験者では、接地時の足底圧のピーク値はより不安定で１ステップ毎のピーク値の強弱がより顕著になっている。すなわち走運動の効率の高い、中距離走者の接地時の足底圧のピーク値の変動（ばらつき）は少ない。情報提供装置３０は、この接地時の足底圧のピーク値（最大足底圧）の変動（ばらつき）により走運動の効率および巧拙を評価する。
【００２５】
上記の接地時の足底圧のピーク値（最大足底圧）の変動（ばらつき）が増大する運動強度は、乳酸性閾値（lactate threshold）の運動強度と相関している。したがって、運動強度を漸増して接地時の足底圧のピーク値（最大足底圧）の変動（ばらつき）の増大を変化点として検出することにより、乳酸性閾値を推定することができる。
走行時の足底圧の経時変化を測定し、走行安定性を示す指標として着地−跳躍の繰り返し動作における足底圧（フォース）のピーク値の変動を特徴量として利用する。走速度が増加するにつれ、足底面での足底圧（フォース）は増加し、これに伴い足底圧のピーク値の変動は徐々に大きくなる。変動の大きさは、被験者の走行技術の巧拙の指標となる。同時に足底圧のピーク値の変動が大きい事は被験者にとってのトレーニング強度としては、至適強度よりも高いことを示す。長時間の走行により足底圧のピーク値の変動は経時的に変化し、走者の疲労の進行を示す指標としても活用することができる。
【００２６】
足底圧（フォース）のピーク値の変動（ばらつき）の算出には、統計処理に用いられる各種指標を用いることができる。各種指標としては、例えば標準偏差、分散、標準誤差、範囲、四分位範囲、平均差、平均絶対偏差等がある。またそれら指標の計算の過程で必要に応じてデータを正規化しても良い。
より効率的な走行トレーニングとして坂道（勾配付きのトレッドミル）でのトレーニングが知られている。足圧センサー１０を用いた測定の結果から、坂道走行時には足底圧が平地走行と比較して１．１〜３倍に増加し、より高いフォースを発揮している。走運動能力の向上には、より大きなストライドを身につけることが重要であるとされ、より大きなフォースを発揮することが推奨されている。上記の測定結果は、坂道の走運動は、平地での走運動より大きなフォースの発揮が必要であることを示しており、坂道の走運動は、より大きなストライドを身につける上で効果的なトレーニングであることを示唆している。
【００２７】
図５は、走速度と拇指球（図３Ｂの位置４）における足底圧のピーク値の標準偏差の変化とを示す図である。図５では、ある走者の走速度を増加させていった場合の足底圧のピーク値の変動の程度（ある走速度における足底圧のピーク値の標準偏差）を示している。走速度の増加に伴い、走者への負荷が大きくなり、走者にとってはよりきつい状態となる。走速度の増加に伴い足底圧のピーク値の標準偏差は増加する傾向を示し（拇指球（図３Ｂの位置４）、３００ｍ／ｍｉｎ以上の走速度では足底圧のピーク値の変動が大きい不安定な状態へと遷移していることが示されている。
【００２８】
足底圧のピーク値の変動の大きさの変化は、同時に測定した走速度２６０〜３００ｍ／ｍｉｎ以上における血中乳酸濃度の増加とも対応する。すなわち、図６において、走速度３２５ｍ／ｍｉｎ以上の血中乳酸濃度は、走者にとって長時間維持する事が困難な４ｍｍｏｌ／ｌ以上の状態となっている。これは走行時の足底圧のピーク値の変動が、走者のきつさに対応することを示す。すなわち、走者にとってよりきつくなる負荷において、足底圧のピーク値の変動が大きくなっている。走速度が低く、走行が安定している状態ではピーク値の変動も低い状態を維持している（図５）。
また、足底圧のピーク値変動のこうした性質を利用して、乳酸性閾値を非侵襲的に決定することができる。走者にとって運動強度が高すぎるのか低すぎるのかを判定する事ができ、至適な運動強度を設定するための指標として利用できる。
【００２９】
図７Ａおよび図７Ｂは、情報提供システム１００で測定した坂道走行による運動負荷量の増大の様子を示す図である。図７Ａおよび図７Ｂにおいて、横軸は走者の接地回数を表し、縦軸は接地毎の積算圧を表す。この積算圧とは、一定のサンプリング周期で計測された足底圧の値を一接地毎に加算した値である。図７Ａは、坂道走行における一接地毎の積算圧を示し、図７Ｂは、平地走行における一接地毎の積算圧を示している。図７Ａに示すように、坂道走行では全接地における足底圧の積算圧の平均が、図７Ｂに示される平地走行の全接地における足底圧の積算圧の平均に比べて約１．５倍に増加している。
【００３０】
足底圧（フォース）とピッチは、足圧センサー１０で同時に測定できる。情報提供装置３０は、被験者の能力に応じて最適な足底圧（フォース）を達成するための負荷付与装置６０の勾配および速度、ならびにピッチを判定し、それらを負荷付与装置６０に提供して、被験者により効果的なトレーニングを提供する。例えば、初級者においては走速度の上昇に伴ってストライドよりもピッチをあげることによって対応するが、ある程度以上のピッチに達すると、足底圧（フォース）のピーク値の変動が増え、走運動の効率が低下する傾向が認められる。
そのため、情報提供装置３０は、足底圧のピーク値の変動が増える変化点を目安に、効率の高い安定した走運動ができる情報（負荷付与装置６０の勾配および速度、ならびに被験者のピッチ）を提供することによって、より効果的な練習や、マラソン大会等で棄権や失速を防ぐ走り方を身につけることができる。
【００３１】
また、中級者においてはより走運動の効率化によりパフォーマンスを向上させるために、足底圧（フォース）のピーク値を観測しながら徐々に傾斜角度θを上げてフォースを増やし、より大きなストライドを可能にするための強化練習を行うことができる。この場合、過度の傾斜角θやピッチによる練習は走運動の効率を低下させ、急激な疲労を誘発するため、足底圧（フォース）のピーク値の変動が予め定められた大きさを超えない範囲に抑えた負荷をかけて練習することによって、効率的に強化練習を行うことができる。
上級者においては、平坦路従来のトレーニング方法に比べてより精密で効果的なトレーニング方法を提供することができる。さらに実フィールドのさまざまなシーンでのフォース計測、追い越しや飛び出しなど、ストライドやピッチを可変させた走りを実施した際のフォース、走運動、疲労による影響がどのように変化しているかを、負荷付与装置６０により、感覚的ではなく、数値として把握することができるため、セルフフィードバック、再現性の高い訓練や競技シミュレーションが可能となる。
【００３２】
図８は、平地走行と坂道走行とのピッチ、ストライド及び血中乳酸濃度の関係を対比した結果を示す図である。図８に示すように、走行速度ｖ＝２００ｍ／ｍｉｎにおいて平地と坂道とを走行する場合を比較すると、坂道走行の場合は平地走行の場合に比べて、ピッチが上がる（高い）ととともにストライドは短くなり、血中乳酸濃度は上昇している。走行速度ｖ＝２２５ｍ／ｍｉｎにおいて平地と坂道とを走行する場合とを比較すると、坂道走行の場合では、平地走行の場合に比べて、ピッチが上がるとともにストライドが短くなり、血中乳酸濃度は著しく上昇している。ストライドが長くなるときには、足底圧（フォース）が高くなる。すなわち、坂道走行においては足底圧（フォース）が高くなり、血中乳酸濃度も上昇していて、走者にとってより高い負荷がかかっている。
【００３３】
上記の点を踏まえると、トレーニングにおいて、走速度の増加に対してピッチ制限を行い、フォースを上げる（ストライドを維持するあるいは上げる）ことによって速度を維持するよう指導し、より効率的にフォース向上を図ることにより、フォース（ストライド）向上にフォーカスしたトレーニングが実施できる。
情報提供装置３０は、フォースとピッチを測定することができるので、選手の能力に応じて適切な負荷付与装置６０の勾配、走速度、フォース、ピッチの組み合わせを案出することができ、より効率的な指導ができる。
例えば、情報提供装置３０は、図５−８の測定対象となった被験者（走者）に対し、勾配３％、速度ｖ＝２００ｍ／ｍｉｎで、ピッチ１６０になるよう情報を提供する。被験者が、提供された情報に基づく条件下でトレーニングを行うと、足底圧は１．５倍となり、被験者のフォース（ストライド）向上を図るのに適切な運動強度が得られることになる。
【００３４】
図９は、情報提供装置３０の機能構成を表す概略ブロック図である。
情報提供装置３０は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、提供プログラムを実行する。提供プログラムの実行によって、情報提供装置３０は、取得部３０１、演算部３０２、表示制御部３０３、表示部３０４、情報提供部３０５を備える装置として機能する。なお、情報提供装置３０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、提供プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、提供プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。
【００３５】
取得部３０１は、足圧センサー１０によって測定された測定結果を、中継装置２０から取得する。取得部３０１は、取得した測定結果を演算部３０２に出力する。
演算部３０２は、取得部３０１から出力された測定結果に対して、所定の演算を行う。ここで所定の演算とは、例えば標準偏差、分散、標準誤差、範囲、四分位範囲、平均差、平均絶対偏差等である。
表示制御部３０３は、表示部３０４に対して演算結果に基づく情報を表示させる。例えば、表示制御部３０３は、図５〜８に示すグラフを表示部３０４に対して表示させる。
【００３６】
表示部３０４は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等の画像表示装置である。表示部３０４は、画像表示装置を情報提供装置３０に接続するためのインターフェースであってもよい。この場合、表示部３０４は、情報を表示するための映像信号を生成し、自身に接続されている画像表示装置に映像信号を出力する。
【００３７】
情報提供部３０５は、圧力の測定データに基づいて得られる走行時の足底圧の変動を走行安定性の指標として、被験者の持久運動能力、走行技術の巧拙、運動の継続に伴う被験者の疲労の程度、あるいは被験者の走行方法（全力走行またはマラソンなどの一定速度走行）を判定し、判定結果に応じて被験者の能力に応じた負荷情報を提供する。情報提供部３０５は、判定テーブルを保持する。判定テーブルは、被験者５０の運動時における状態を判定するために用いられるテーブルである。判定テーブルには、走行時の足底圧の変動と、判定対象（被験者の持久運動能力、走行技術の巧拙、運動の継続に伴う被験者の疲労の程度、被験者の走行方法）の情報とが対応付けられている。すなわち、走行時の足底圧の変動に応じて、被験者の持久運動能力、走行技術の巧拙、運動の継続に伴う被験者の疲労の程度、及び被験者の走行方法の状態が判定される。情報提供部３０５は、判定テーブルを参照して、圧力の測定データに基づいて得られた変動に応じて、被験者の持久運動能力、走行技術の巧拙、運動の継続に伴う被験者の疲労の程度、あるいは被験者の走行方法を判定する。なお、判定テーブルには、走行時の足底圧の変動に対して、全ての判定対象が対応付けられている必要はなく、一部の判定対象のみが対応付けられていてもよい。また、判定対象は、被験者毎に設定されていてもよいし、その都度設定されてもよい。
【００３８】
また、情報提供部３０５は、負荷情報テーブルを保持する。負荷情報テーブルは、被験者の能力に応じた負荷情報を決定する際に使用される。負荷情報テーブルには、判定結果と、判定結果に応じた負荷情報とが対応付けられている。情報提供部３０５は、負荷情報テーブルを参照して、判定結果に応じて被験者の能力に応じた負荷情報を取得する。その後、情報提供部３０５は、取得した負荷情報を提供する。例えば、情報提供部３０５は、負荷情報を表示部３０４に表示させることによって負荷情報を提供してもよいし、音声により負荷情報を読み上げることによって負荷情報を提供してもよいし、負荷情報を印刷することによって負荷情報を提供してもよい。
【００３９】
また、情報提供部３０５は、接地時の足底圧のピーク値（最大足底圧）の偏差（ばらつき）により走運動の効率、巧拙を評価する。例えば、情報提供部３０５は、接地時の足底圧のピーク値（最大足底圧）の偏差（ばらつき）が第１の閾値以上である場合には、走運動の効率、巧拙が非常に悪いと評価する。また、例えば、情報提供部３０５は、接地時の足底圧のピーク値（最大最大足底圧）の偏差（ばらつき）が第１の閾値よりも小さい第２の閾値以上であり、第１の閾値未満である場合には、走運動の効率、巧拙が悪いと評価する。また、例えば、情報提供部３０５は、接地時の足底圧のピーク値（最大足底圧）の偏差（ばらつき）が第２の閾値未満である場合には、走運動の効率、巧拙が良いと評価する。
【００４０】
以上のように構成された情報提供システム１００によれば、非侵襲的に運動情報を測定することができる。具体的には、情報提供システム１００では、足圧センサー１０が、被験者の足底部に設置され、被験者の足底部に加えられた圧力を測定する。これにより、被験者は、歩行又は走行するだけで良い。そのため、非侵襲的に運動情報を測定することができる。
【００４１】
情報提供システム１００は、縦横比が異なる足圧センサー１０の設置により、骨のサイズバリエーションに対応する幅を広げることができる。また、感圧部の短辺をやや広めに取ることによって（例えば幅０．５〜１．０ｃｍ）、走行や歩行の状態変化により足底力の加わる方向が主に前後軸（骨の長軸に近い）傾くことから、状態変化に対しても安定した計測が実現できる。足圧センサー１０の設計において、一方向の曲げに対応したセンサーを用いることで大型センサーの持つ前述の形状歪みによる誤差を回避することができる。
【００４２】
前述の足圧センサー１０の形状により、感圧面積は従来のセンサーに比べて広く、また感圧部１１のカバーする範囲と、配置箇所を最適化することによってセンサー数を少なく、なおかつ個人差のある足底面積、圧力分布、歩容の変化に伴う足底部の変形や力の方向の変化に対応できる。さらに走運動に伴う機械的ストレスによるセンサーの感度の変動や、耐久性の課題に対して、センサー交換および感度調整を簡便にする。
上記足圧センサー１０によって、実験室だけでなく、フィールドでの実走行をしながら精密な走行状況を把握することができる。競技および日常生活の中で継続的に活用できる汎用の足底圧センサーシステムとなる。
【００４３】
また、足圧センサー１０を用いることにより、勾配の変化による足底圧（フォース）の増加を精密に測定することができる。そのため、情報提供装置３０は、被験者の能力に応じてトレーニング効果が得られる最適な足底圧（フォース）となるような運動情報を提供することができる。そして、被験者は、提供された情報に応じた設定（例えば、勾配や、走速度等）で走行することにより、より効率的なトレーニングが可能となる。
【００４４】
＜変形例＞
情報提供装置３０が備える各機能部の一部は、他の装置に備えられてもよい。例えば、情報提供装置３０が備える表示部３０４が他の装置（例えば、単体の表示装置）に備えられ、表示部３０４を除く他の機能部が情報提供装置３０に備えられてもよい。この場合、例えば、情報提供装置３０は被験者５０の近くに配置され、表示部３０４を備える他の装置は被験者５０がいる場所から離れた場所（例えば、隣の部屋等）に配置される。このように構成される場合、表示制御部３０３は、表示部３０４に表示させるための情報を、表示部３０４を備える他の装置に送信する。
これにより、測定者が被験者の近くにいない場合であっても、測定者は被験者の情報を把握することができる。
情報提供システム１００は、情報提供部３０５の負荷情報と、過去の運動履歴とに基づいて、トレッドミルやルームランナー、ステッパー等の歩行走行をアシストする負荷付与装置６０の走速度や傾斜地を変更して負荷量を至適域に調節する調節部をさらに備えるように構成されてもよい。調節部は、例えば負荷付与装置６０に備えられる。このように構成される場合、調節部は、情報提供部３０５から負荷情報を取得する。また、調節部は、被験者５０の過去の運動履歴の情報を保持する。過去の運動履歴の情報は、例えば、被験者５０が負荷付与装置６０で所定の期間内に行った運動時の走速度及び傾斜地に関する情報である。そして、調節部は、取得した負荷情報と、保持している過去の運動履歴とに基づいて、負荷付与装置６０における変更後の走速度及び傾斜地を決定する。例えば、調節部は、負荷情報と、保持している過去の運動履歴とに基づいて、平均的な走速度及び傾斜地を決定してもよい。調節部は、決定した走速度及び傾斜地となるように、負荷付与装置６０の走速度及び傾斜地を調節する。なお、調節部は、負荷付与装置６０における変更後の走速度及び傾斜地として、平均的な走速度及び傾斜地ではなく、他の統計値（例えば、最頻値、最大値等）における走速度及び傾斜地を決定してもよい。さらに、被験者の持久能力と過去の運動履歴から、運動負荷が被験者に対して過小である場合には至適負荷に達するように徐々に、もしくはインターバル走的に一定時間負荷を増強させても良く、逆に運動負荷が被験者の持久力に対して過剰である場合には、徐々に負荷量を軽減もしくは一定の徐行区間を与えることによって負荷量を適正化しても良い。
これにより、被験者５０に対して与える負荷を動的に調節することができる。
【００４５】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の足底圧測定装置により、歩行又は走行の運動強度を被験者や測定者に過大な負担をかけずに測定することが可能となる。
【符号の説明】
【００４７】
１０  足圧センサー
２０  中継装置
３０  情報提供装置
４０  有線ケーブル
６０  負荷付与装置
３０１  取得部
３０２  演算部
３０３  表示制御部
３０４  表示部
３０５  情報提供部
【図１】
2019035444.tif 000003
【図２Ａ】
2019035444.tif 000004
【図２Ｂ】
2019035444.tif 000005
【図２Ｃ】
2019035444.tif 000006
【図２Ｄ】
2019035444.tif 000007
【図３Ａ】
2019035444.tif 000008
【図３Ｂ】
2019035444.tif 000009
【図４Ａ】
2019035444.tif 000010
【図４Ｂ】
2019035444.tif 000011
【図４Ｃ】
2019035444.tif 000012
【図５】
2019035444.tif 000013
【図６】
2019035444.tif 000014
【図７Ａ】
2019035444.tif 000015
【図７Ｂ】
2019035444.tif 000016
【図８】
2019035444.tif 000017
【図９】
2019035444.tif 000018
【国際調査報告】
2019035444.tif 000019
2019035444.tif 000020
2019035444.tif 000021
2019035444.tif 000022