(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの運動の非対称性を検出するための、加速度計（１７）を実装する方法であって、
（ａ）装置が、電気的に自己完結型であり、三軸加速度計（１７）とデジタルプロセッサ（１９）とを有し、前記ユーザの重力中心（ＣＧ）の近傍の前記ユーザの胴部上に前記装置（１）を固定するステップと、
（ｂ）前記ユーザが、少なくとも１つの運動を行っている間に、前記加速度計を使用して少なくとも垂直方向に沿って一連の加速度データ（ａｖ）を測定するステップと、
（ｃ）この運動中に又はこの運動の最後に、前記加速度データに基づいて前記ユーザの運動中の少なくとも１つの非対称性を有する生体力学的パラメータを前記プロセッサに計算させるステップとを有する当該方法において、
走者であるユーザのストライドの生体力学的パラメータを分析するため、
前記ユーザが、ランニングコース上で距離（Ｄ）を走っている間に、少なくとも垂直方向の前記一連の加速度データ（ａｖ）が、前記加速度計を使用して測定され、前記距離が、予め定められるか又は手動で入力されるか又は衛星受信機によって特定され、
前記ランニングコースの途中か又は最後に、前記走者の前記ストライドの前記生体力学的パラメータが、前記加速度データと、前記距離（Ｄ）と、前記装置のストップウォッチ（１６）によって測定された期間（Ｔ）とに基づいて前記プロセッサによって計算され、
前記パラメータは、前記装置のディスプレイ（１１）上に表示され、
前記プロセッサによって計算された前記生体力学的パラメータは、前記走者の重力中心の射出角度（Ａｄｅｃｏ）及び前記走者の脚の着地角度（Ａｐｏｓｅ）のうちの少なくとも１つの角度を有する当該方法。
【請求項２】
前記生体力学的パラメータは、以下のパラメータ、すなわちバランス（Ｐ１）と爆発力（Ｐ２）と運動機能（Ｐ３）と耐久力（Ｐ４）と安定性（Ｐ５）とのうちの少なくとも１つを有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記生体力学的パラメータは、前記加速度データによって特定された運動の規則性指標を有する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記生体力学的パラメータは、前記規則性指標に基づく疲労レベル指標を有する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記生体力学的パラメータは、左脚の少なくとも１つの運動と右脚の少なくとも１つの対応する運動との間の非対称性を有し、及び／又は前記ユーザの少なくとも１つの前方運動と前記ユーザの少なくとも１つの対応する後方運動との間の非対称性を有し、
前記生体力学的パラメータは、前記非対称性に基づいて計算された怪我危険性指標を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも前後方向の一連の加速度データは、前記加速度計（１７）によって測定され、少なくとも幾つかの前記パラメータを計算するために垂直方向の前記一連の加速度データとは別に処理される請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも横方向の一連の加速度データは、前記加速度計によって測定され、少なくとも幾つかの前記パラメータを計算するために垂直方向の前記一連の加速度データとは別に処理される請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前後方向は、その変位がより大きい空間方向を特定することによって特定される請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記装置は、パラメータに依存し、且つ前記ユーザの技術的資質又は筋肉の資質を改善するように設計された個別のトレーニング・スケジュールを提案する請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記生体力学的パラメータを有するレーダーチャート又はキビアット図を計算して表示することを有する請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法を実施するため、マイクロプロセッサによって実行されるように設計されたコンピュータプログラムを半永久的に記憶するコンピュータデータキャリア。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法を実施するために設計された装置において、
自己完結型電源（１８）と、
前記ユーザが、少なくとも１つの運動を行っている間に、少なくとも垂直方向の少なくとも１つの一連の加速度データ（ａｖ）を供給可能である三軸加速度計（１７）と、
前記運動中又は前記運動の終了時に、前記加速度データに基づいて、前記ユーザの運動の少なくとも１つの非対称性の検出を可能にする生体力学的パラメータを計算するためにプログラムされたデジタルプロセッサ（１９）とを有する当該装置。
【請求項１３】
ストップウォッチ（１６）と、
ベルト（１５）と、
前記パラメータを表示するためのディスプレイ（１１）とをさらに有する請求項１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザの力学的機能低下を検出するための、特にユーザの動きの非対称性を検出するための方法、及び加速度計を備える一体型携帯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走者の結果は、基本的に、心血管持久力の特質及びストライドの力学的効率に依存する。最新の技術では、心血管機能に関する動作性を測定するための、多くの装置及びテストが知られている。例えば、多くの走者は、いつでも、その心拍数を示す心拍数モニタと共にトレーニングを行うが、様々なテストにより、例えば、単位時間当りに肺から摂取され、筋肉により消費される最大酸素体積（ＶＯ２ｍａｘ）を測定することができる。
【０００３】
本発明は、より正確には、ストライドの生体力学的効率を測定するための方法及び装置に関する。各ストライドの効率を改善することにより、走者は、所与のエネルギー量で、より速く、又はより長く走ることができる。しかし、経験豊かなコーチに付き添われた走者でさえ、測定装置を用いることなく、自分のストライドの効率を客観的に測定し、効率を改善するのは難しい。特に、簡単で、携帯可能で、自己完結型であり、実時間で、及び走行直後に、ストライドを分析するのに有用なパラメータを供給することができる方法及び装置が必要である。
【０００４】
走者は、過剰トレーニング、疲労、さらには怪我の危険性を避けるのも難しい。その警告サインは、知覚するのが難しく、先行技術には、筋肉疲労又は怪我の危険性を検出し、評価するための簡単な装置が存在しない。
【０００５】
最新の技術では、例えば、足を床上に置くたびに、床上の反力を極めて高い精度で測定することができる力センサを備えるルームランナが、しばしば使用される。しかし、これらの装置は、費用がかかり、例えば、スポーツ会館又は病院内に、コーチによる専門的用途にあてられる。これらの装置は、足が床に触れたときの力のみを測定することができるが、足が空中にあるときの走者の動きに関するいかなる指標も供給しない。さらに、ルームランナ上のランニングスタイルは、屋外で、又は持久走中に採り入れられるランニングスタイルと大きく異なり、その結果、これらの装置により供給される指標は、解釈を加えられる必要がある。
【０００６】
慣性センサを備え、何よりもまず第一に走る走者のために設計された腕時計も知られている。１つの例は、特許文献１に説明されている。しかし、走者の腕は、運動選手の質量中心の軌道と大きく異なる軌道をたどり、各ステップにおいて少しの間、後方に戻りさえする。そうした装置は、ランニング時間中に走った距離又は消費されたカロリー数を概算するのに有用である可能性があるが、ストライドを正確に分析することができない。
【０００７】
これに関連して、表現「質量中心」及び「重力中心」は、等しいものとみなさなければならない。これらは、走者の重心を指す。走者の位置により、質量中心又は重力中心が、走者の体の外にあるとき、質量中心又は重力中心は、質量中心又は重力中心に最も近い点と重なり、走者の体に属する。言い換えれば、それは、センサの固定点である。
【０００８】
特許文献２は、格闘技用に設計され、打撃中の前腕部の一連の加速度を測定することができる加速度計を備える腕時計を説明する。特許文献３は、格闘技中に加速度を測定するように設計された別のシステムを説明する。これらの装置は、ランニング用には適していない。
【０００９】
さらに、様々な会社が、靴内又は靴上に加速度計を配置することを提案している。１つの例は、特許文献４に説明されている。この位置では、２つの足の一方の軌道を極めて近くで追うことができる。しかし、加速度計は、走者の重力中心から大きく離れており、したがって、例えば、走者の胴部が不適当に振動しているか、又は揺れているかを検出することができない。さらに、このセンサは、他方の足がしていることを無視し、各ストライドにおける走者の空中時間などを測定することができない。このセンサは、重力中心の挙動を分析することもできず、したがって、ストライドの正確な分析ができない。
【００１０】
特許文献５は、様々なスポーツ用のトレーニング補助装置を説明する。これは、足首又は膝の上に加速度計を使用する。さらに、これらの様々な場所は、運動選手の重力中心及びその対称面から隔たっており、その結果、供給される測定値は、不正確であるか、又はランニングスタイルを分析するのに適していない。
【００１１】
特許文献４は、腕上など、足上のそれ自体の位置を特定することができる加速度計を説明する。
【００１２】
特許文献６は、運動中の体の軌道を分析するために、運動選手の体全体に分布する、加速度計及びジャイロスコープを含むシステムを説明する。様々なセンサにより供給されるデータは、遠隔のパーソナルコンピュータに伝達される。したがって、このシステムは、ストライドを分析するのに有用なパラメータを、実時間で、又は走行直後に供給することができない。このシステムは、特に、複雑で、費用がかかり、脆弱である。同様の装置は、特許文献７にも説明されている。
【００１３】
短いテストにより、運動選手の筋肉パラメータを測定することができる慣性センサを備える装置も知られている。例えば、特許文献８は、短いウエイトリフティング運動中に運動選手の筋肉活動を測定するように設計された装置を説明する。この装置は、短いテストにのみ適しており、ランニングなどには適していない。他の例は、出願人が出願した特許出願の特許文献９、特許文献１０、又は特許文献１１にも説明されている。これらの装置は、何よりもまず筋肉トレーニング用に設計されており、例えば、一連の跳躍などを介して、筋肉の力、パワー、又は凝りを測定することができる。これらの筋肉パラメータは、走者にも有用であるが、ストライドを分析するために筋肉パラメータを使用することは示唆されておらず、ランニングテストから筋肉パラメータを特定することも示唆されていない。
【００１４】
さらに、人が持ち上げることができる最大重量を決定することができる、特許文献１２は、同じ制限を受ける。
【００１５】
特許文献１３は、重力中心の近傍に配置された慣性センサにより、運動する人の進行状態を測定するための装置を説明する。速度及び他のパラメータは、比例定数ｋを使用することにより、最大垂直加速度に基づいて、又は場合により最小垂直加速度に基づいて決定される。しかし、この文献には説明されていない、この定数ｋは、必ず、変位のタイプ、移動手段、及びランニングスタイルに依存しており、したがって、計算結果は、曖昧であるか、又は定数ｋに関する検証できない仮説に依存する。この文献の目的は、何よりもまず、進んだ距離、ステップの数、又は速度などを表示するために、各ストライドにおいて得られる指標を加えることであるが、各ストライドの効率を分析することができるパラメータを表示することではない。
【００１６】
特許文献１４は、走者の瞬間加速度を測定することにより、走者のストライドの効率を決定することができる方法を説明する。速度は、１つの定数内でのみ決定することができる。この装置は、調和加速度の合計と速度との比率である全体効率指数を計算し、表示する。しかし、ユーザは、この全体効率指数を改善するために行わなければならないことがわからず、この装置は、自分のストライドに関する、かつ走者が自分のランニングスタイルを直接改善できるようにする他のパラメータを供給しない。
【００１７】
特許文献１５は、加速度計を用いて、垂直加速度の方向変化の数及び頻度を数えることにより、走者の速度を特定するための方法及び装置を説明する。
【００１８】
これらの装置は、水平方向に沿った加速度の二重積分を通して、進行距離の決定を概略的に行うことを助けるものとしての慣性センサを含む。しかし、この測定は、様々な理由により不正確である。第一に、積分の事実自体は、センサからの誤差及び不正確性の蓄積をもたらす。ランニングは、各ストライドにおいて、かなりの衝撃をもたらし、その結果、加速度信号は、特に、靴内、足首又は腕の上などの要素上に加速度計を担持するとき、極めてノイズが多い。さらに、走者が進む前後方向を決定すること、及び体の揺れにより生じる垂直又は横の加速度による成分を除去することは難しい。これは、進行距離の不正確な特定をもたらし、この不正確性をさらに抱えるこの距離に基づいて全てのパラメータの計算を行う。
【００１９】
さらに、ユーザの活動レベル及び１日に燃焼したカロリー数を測定するために、加速度計及び液晶ディスプレイを備える装置を説明する、特許文献１６も知られている。この装置は、スポーツトレーニング用に設計されておらず、運動選手の筋肉パラメータ又は生体力学的パラメータを測定することができない。
【００２０】
特許文献１７は、１日又は１週間などの長期間にわたる活動レベルを判定するために、人の体に接続するようにさらに設計された装置を説明する。同様の装置は、特許文献１８にも説明されている。
【００２１】
特許文献１９は、運動選手の努力を監視するために、加速度計、ジャイロスコープ、ＧＰＳ受信機、磁力計、及び心臓計を備えるセンサを説明する。この装置は、複雑であり、走行中にストライドを改善するのに有用な指標を供給しない。
【００２２】
さらに、加速度計及びジャイロスコープに基づいており、野球のバット（特許文献２０）又はゴルフクラブなどのスポーツ装備品の軌道を分析することができる、他の装置が知られている。
【００２３】
特許文献２１は、三軸加速度計を含む、身体運動の姿勢及び強度を測定するための装置に関する。この装置は、パラメータ、特に、走者が進んだ距離に依存せず、ストップウォッチにより測定される時間にも依存しない、ＰＥＥ（位置エネルギー消費量）及びＫＥＥ（運動エネルギー消費量）を計算することができる。
【００２４】
特許文献２２は、文脈から歩行者の位置の状態変化を特定し、ユーザが進んだ距離全体、自分の速度、及び地上の２つの衝突点間の距離を計算することができる装置を説明する。
【００２５】
特許文献２３は、ユーザの健康度レベルを監視し、評価し、予測するための装置に関する。この装置は、ユーザの胸部の周りに自分の心臓のレベルで固定するシステムを含む。この装置は、ユーザが進む距離を計算するために、ユーザの個人データ、加速度計により与えられる垂直加速度、及び実時間時計を使用する。装置による健康度評価／予測中に計算されるパラメータは、活動時間、燃焼したカロリーの総量、進んだ距離、健康度、平均心拍数、ＥＥ（エネルギー消費量）の傾き、及び心拍数に対する遮断量を含む。これらの結果は、ユーザからの要求に応じて供給される。
【００２６】
特許文献２４は、胴部、靴、又は人の腕上に担持される運動センサにより人の運動を検出するための装置を説明する。測定信号は、既知の人に関して同様に測定することができる所定の基準信号と比較される。測定信号と所定の基準信号との間の比較に基づいて認識動作が行われ、認識動作の結果、認識又は非認識となる。この装置は、走者のストライドの生体力学的パラメータを分析するのに適しておらず、その目的は、識別及び／又は認証のために、人の運動を認識することである。
【００２７】
特許文献２５は、合計ランニング時間、平均及び最高速度、進んだ合計距離、ならびに平均及び最大心拍数などの走者の情報を測定するための装置に関する。垂直加速度のみを測定する加速度計を含む装置は、走者の胴部上に固定されており、走者の腕上に担持される別の受信装置と通信し、その受信装置上に情報が表示される。
【００２８】
特許文献２６は、１つの位置又は複数の位置を少なくとも１つの平面上に投影し、この平面上に投影された１つの位置又は複数の位置から運動を計算するために、歩行者の少なくとも１つの確認部分の少なくとも１つの位置を特定することにある、歩行者の運動を評価するための装置及び方法を説明する。この装置は、ストップウォッチがなければ、複雑な方法で、要素の方向ならびにステップの方向及び長さを特定することができるだけである。
【００２９】
これら全ての文献は、走者の重力中心、特に走者の重力中心の垂直変位につながる、走者のストライドの生体力学的パラメータを単純かつ迅速に特定することができない。表現「質量中心又は重力中心の垂直変位」は、水平面内で起こる、その理想的な変位を指す。言い換えれば、この表現は、走行開始時に質量中心又は重力中心が属する水平面に対する質量中心又は重力中心のうねりを意味し、このうねりは、この水平面に対する質量中心又は重力中心の上下動の和から生じる。
【００３０】
このパラメータは、可能な最も効率的な方法で走るために、２００ｍなどの単距離を短い経過時間で走る走者にとって極めて重要であり、自分の重力中心は、理想的には垂直に動くべきでない。このパラメータは、反対に質量中心の垂直振動、したがって自分の脚の地上における弾性反発を使用するマラソン走者にとっても重要である。
【００３１】
走者は、過剰トレーニングなどにより怪我の危険性が生じる前にトレーニングを中止すべきときを知るのも重要である。一方の脚の腱が他方の脚の腱よりも張るときなど、走行中にストライド又は他の運動の非対称性がしばしば怪我に先立つことは、本発明の枠内で観察されている。
【００３２】
非特許文献１は、ユーザの任意の体の部分上に固定され、セラピストによりプログラムされた角度の行過ぎ量を記録することができる電子傾斜計を説明する。しかし、この装置は、腰部の問題又は他の問題を防止し、又は処置するのに有用である可能性がある、傾き以外のパラメータを知ることができない。さらに、角度行過ぎ量を規定し、記録データを解釈するのに、セラピストの補助が必要である。
【００３３】
したがって、ユーザの運動の非対称性を簡単かつ迅速に検出することができる装置及び方法が必要である。例えば、ユーザは、非限定的であって、走者もしくは運動選手、会社従業員、被保険者、又は生体力学的テストを受けたい高齢者でさえある可能性がある。
【００３４】
これに関連して、語「非対称性」は、ユーザの１つの方向の運動と反対方向の同じ運動との間の異常な差により特徴付けられる整形外科的機能低下を示す。例えば、ユーザの左方向への運動と右方向への同じ運動との間、又は左要素の運動と対応する右要素の運動との間、又はさらに前方への運動と後方への同じ運動との間の非対称性が存在する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３５】
【特許文献１】欧州１８６２７６５号明細書
【特許文献２】米国特許第６３９７１５１号明細書
【特許文献３】独国特許第４４２６３０２号明細書
【特許文献４】国際公開第０９０９４７４６号明細書
【特許文献５】欧州特許第１８９７５９８号明細書
【特許文献６】米国特許第６１４８２８０号明細書
【特許文献７】欧州特許第４１８５４８号明細書
【特許文献８】米国特許第５４７４０８３号明細書
【特許文献９】国際公開第０７１０７４９１号明細書
【特許文献１０】欧州特許第２０２７８１７号明細書
【特許文献１１】国際公開第２０１００４６４４８号明細書
【特許文献１２】国際公開第２００７０３６６１１号明細書
【特許文献１３】米国特許出願第２００９００１８７９４号明細書
【特許文献１４】欧州特許第１７５４５２１号明細書
【特許文献１５】国際公開第２００７０１７４７１号明細書
【特許文献１６】米国特許第５７８８６５５号明細書
【特許文献１７】国際公開第２００５／０７４７９５号明細書
【特許文献１８】国際公開第０３０３２８２６号明細書
【特許文献１９】欧州特許第１９９２３８９号明細書
【特許文献２０】米国特許第５０５６７８３号
【特許文献２１】米国特許出願第２００８０２８８２００号
【特許文献２２】欧州特許第１２５３４０４号明細書
【特許文献２３】米国特許第５９７６０８３号明細書
【特許文献２４】国際公開第２００６０３００６５号明細書
【特許文献２５】欧州特許第１７６４５８３号明細書
【特許文献２６】国際公開第２００５０９１１１３号明細書
【非特許文献】
【００３６】
【非特許文献１】Ｃ．  Ｖａｎ  Ｄｏｎｇｅｎ、  Ｍａｉｎｓ  ｌｉｂｒｅｓ、「Ｓｕｉｖｅｚ  ｖｏｓ  ｐｅｎｃｈａｎｔｓ．．．  Ｐｏｕｒ  ｕｎ  ｓｕｉｖｉ  ｄｅｓ  ｌｏｍｂａｌｇｉｑｕｅｓ  ｐａｒ  ｌｅ  ｄｅｔｅｃｔｅｕｒ  ｄｅ  ｐｏｓｔｕｒｅ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ」（プログラム可能な姿勢検出器を有する、腰痛を監視するために．．．あなたの傾きに追随する）、Ｎ°  ８、２００６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３７】
本発明は、まず第一に、ユーザの運動の非対称性を測定することにより、いくつかの整形外科的機能低下を初期段階で検出することができるという知見に基づいている。
【００３８】
本発明の１つの目的は、既知の方法及び装置の制限がない方法及び装置、具体的には、ユーザの運動の非対称性を簡単かつ迅速に特定することができる方法及び装置を提案することである。
【００３９】
本発明の別の目的は、より正確で、対費用効果がより高く、より小型で、より扱いやすく、ならびに／又は実用的に迅速に、及び実時間で結果を供給する装置及び方法を提案することである。
【００４０】
本発明の別の目的は、運動の運動学特性（走者の加速度、速度、及び質量中心の位置）、ならびに、より広くは怪我の危険性を防止するために走者の技術的資質及び運動能力を特徴付けるパラメータの全てを測定及び分析するための装置及び方法を提案することである。
【００４１】
本発明の別の目的は、自己完結型で、携帯可能であり、走者が自分のストライドの規則性及び効率を改善し、疲労又は怪我の危険性を低減するのに有用である様々なパラメータを特定することができる装置及び方法を提案することである。
【００４２】
本発明は、特に、簡単な巧妙に配置された加速度計により、様々な生体力学的パラメータ、その中でも質量中心の上下動を意外にも高精度に測定及び計算することができるという知見に基づいている。これらのパラメータのいくつかは、これまで測定することができなかったが、例えば、いくつかのパラメータを抽出するために携帯型コンピュータ上での別の分析を要求することにより、極めて複雑で自己完結型でない装置のみを用いて他のパラメータを測定することができた。
【課題を解決するための手段】
【００４３】
本発明によれば、これらの目的は、特に、ユーザの運動の非対称性を検出するための、加速度計を実装する一体型携帯装置及び方法により達成され、本方法は、
（ａ）走者の胴部上の自分の重力中心（ＣＧ）の近傍に装置を固定するステップであって、前記装置は、電気的に自己完結型であり、三軸加速度計及びデジタルプロセッサを含む、ステップと、
（ｂ）ユーザが少なくとも１つの運動を行いながら、加速度計を使用して少なくとも垂直方向の一連の加速度データを測定するステップと、
（ｃ）この運動中、又はこの運動の最後に、加速度データに基づいてユーザの運動の少なくとも１つの非対称性を含む生体力学的パラメータをプロセッサに計算させるステップと
を含む。
【００４４】
本方法は、特に、簡易装置によっても、信頼できるパラメータを測定及び計算することができる利点を提供する。信頼性は、特に、ベルト又はクリップを用いて走者の重力中心の近傍に加速度計を固定することにより達成される。
【００４５】
本方法は、さらに、走者のストライドの生体力学的パラメータを分析するための、加速度計を実装する方法に関し、本方法は、
（ａ）走者の胴部上に装置を固定するステップであって、前記装置は、電気的に自己完結型であり、三軸加速度計、ストップウォッチ、デジタルプロセッサ、及びディスプレイを含む、ステップと、
（ｂ）走者がランニングコースに沿って一定の距離を走りながら、前記加速度計を使用して少なくとも垂直方向の一連の加速度データを測定するステップであって、前記距離は、予め定められ、又は手動で入力され、又は衛星受信機により特定される、ステップと、
（ｃ）このランニングコースの間、又はこのランニングコースの最後に、前記加速度データ、前記距離、及び前記ストップウォッチにより測定される時間に基づいて、前記走者のストライドの生体力学的パラメータを前記プロセッサに計算させるステップと、
（ｄ）前記パラメータを前記ディスプレイ上に表示するステップと
を含む。
【００４６】
本発明は、本発明の装置により実行される加速度測定に基づいてランニングトレーニングに有用ないくつかのパラメータを特定することができる驚くべき知見にも基づいている。本発明は、さらに、加速度測定のみを使用することにより、卓越した精度で先行技術と異なる方法で一連の非常に多くのパラメータを計算することができる、様々な手段及び方法ステップに関する。したがって、本発明は、走者又は自分のコーチが直接使用できる一連の非常に多くの生体力学的パラメータを計算し、表示することができる装置を提供する。
【００４７】
したがって、本発明は、より複雑な手段（三軸ジャイロスコープ、携帯型コンピュータなど）を有する先行技術と異なる方法で計算されたストライドの生体力学的パラメータ、又は計算するのが不可能であったか、もしくはこれまで誰も測定努力を行わなかったパラメータも計算するための新規の装置及び新規の方法を提供する。
【００４８】
腰背部内又は腹部上の装置の位置により、２本の脚のそれぞれにより各ストライドで行われる運動間のいかなる非対称性も測定することができる。したがって、巧妙に配置された単一のセンサ及び信号の十分な処理により、両脚の筋肉パラメータ及び生体力学的パラメータの非対称性を測定することができる。
【００４９】
計算済生体力学的パラメータは、足が地面に接地する時間の間に走者の質量中心が進む距離（接地中の距離）などを含む。この時間の開始及び終了は、足が地面を離れるか、又は着地する際に突然変化する、垂直方向又は前後方向の加速度などの加速度の測定に基づいて特定される。この距離の測定値は、前後方向の速度と接触時間との積により得られる。加速度計が走者の質量中心の近傍に配置されるので、重力中心の垂直上昇速度及び射出角度を正確に特定することもできる。
【００５０】
計算済生体力学的パラメータは、脚が着地する角度、及び足が地面に接触する瞬間と足が地面を離れる瞬間との間に脚により形成される角度である脚支持領域の角度などを含むこともできる。先行技術では、これらの異なる角度は、高周波数ビデオ画像に基づいて特定され、したがって、実時間で結果を供給することができない複雑な装置が必要であった。一連の加速度データに基づく信号処理動作及び計算動作は、これらの角度をほぼ瞬間的に測定する、より簡単で、より経済的で、より信頼できる手段を供給することが本発明の背景で発見された。
【００５１】
本方法及び装置により、ストライド規則性指標を新しい方法及び新しい手段で特定することもできる。この規則性指標は、例えば各ストライドで測定される様々なパラメータの分散、例えば応答性の分散、又はストライドに関する別のパラメータの分散に依存する。
【００５２】
一般に、本方法は、接地した際の脚の距離、地面との接触時間、走者の脚の剛性、及びストライド長に基づいて、新しい方法及び新しい手段で、ストライド効率指標を特定することもできる。
【００５３】
一般に、本方法は、筋肉疲労の少なくとも１つの指標、すなわち、例えば異常な疲労を明らかにするために絶対値又は時間的状態変化を使用することができる指標を示すことができる。疲労のレベルを特定するための加速度計の使用は、運動選手が自分のトレーニングを最適化する極めて簡単な可能性を提供する一方、過剰トレーニングの場合に頭打ちになる機能の危険を避ける。
【００５４】
計算済生体力学的パラメータは、左脚の少なくとも１つのパラメータと、右脚の少なくとも１つの対応するパラメータとの間の非対称性などを含むこともできる。例えば、本装置は、地面に接触する一方の脚により形成されるストライド長が他方よりも長いか、又は様々な着地角度又は射出角度が存在することを推定することを可能にするパラメータを検出及び表示することができる。これらの差は、例えば、脚の長さ又は筋肉トレーニングの差（特に、これらの差が長時間又はいくつかの連続するトレーニング・セッションの間持続する際）に対応する可能性があり、これらの差は、怪我又は疲労の警告又は予測因子サインを構成することもできる。したがって、本発明は、さらに、ランニングの際に怪我の危険性を検出し、短い運動のメディカルテストを人が受けるための装置としての加速度計の新しい使用法に関する。
【００５５】
さらに、本方法により、怪我の危険性の少なくとも１つの指標、すなわち絶対値又は時間的状態変化が怪我の危険性を示す指標を示すこともできる。例えば、脚筋肉の剛性の急速な変化又は異常なレベルの変化はしばしば怪我の前兆となり、この変化は、走者を保護するために検出及び表示することができる。
【００５６】
計算済生体力学的パラメータは、１ストライド中の質量中心の垂直速度、及び／又は１ストライド中の質量中心の垂直変位、及び／又は質量中心の射出角度などを含むこともできる。効率的なランニングスタイルは、一般に、できる限り水平な方向で、できる限り一定の０に近い垂直速度で、及びできる限り一定の高い前後軸の水平速度の走者の質量中心の変位を意味する。少なくとも前後方向の一連の加速度データは、さらに、前記加速度計により測定され、パラメータの少なくともいくつかを計算するために垂直方向の一連の加速度データとは別に処理されるのが好ましい。
【００５７】
計算済生体力学的パラメータは、例えば、ステップのリズム、地面との接触時間、空中時間、地面と接触する際の平均加速度、地上にある際の最大力、接地中の質量中心の水平速度、一方の脚又は両脚の筋肉の差分などの筋肉の剛性又は応答性を含むこともできる。
【００５８】
１つの実施形態では、各ストライドにおける胴部の回転及び揺れなどのパラメータの少なくともいくつかを計算するために、垂直方向の一連の加速度データとは別個に、少なくとも横方向の一連の加速度データをさらに測定及び処理する。左足により行うストライドと右足により行うストライドとを区別するために、このセンサを使用することもできる。
【００５９】
例えば、走者が静止している際に重力を測定することにより、垂直方向を特定する。有利にも、走行中に水平変位がより大きい空間方向を特定することにより、前後方向を特定又は補正する。
【００６０】
加速度計の軸が走者の垂直軸、水平軸、及び横軸とそれぞれ完全には一致しないので、「装置−走者」座標系の変換を行うのが好ましい。その結果、加速度計の三軸データは、走者の垂直軸、水平軸、及び／又は横軸にそれぞれ沿って投影される。したがって、本装置は、加速度計の軸に必ずしも一致せず、パラメータを計算するために別個に処理及び使用される、１つ、２つ、又は３つの一連の加速度データを供給する。
【００６１】
有利にも、本装置は、パラメータに依存し、走者などのユーザの技術的資質又は筋肉の資質を改善するように設計された個別のトレーニング・プランを提案する。例えば、トレーニング・プランは、好ましくは運動選手の弱点をトレーニングするために最適化することができる。運動は、ジャンプ、筋肉運動、又は伸展運動などを含む、ランニングと異なる運動を含むことができる。これらの運動中、前記トレーニング・プランの実行状態を監視するために、本装置を使用することもできる。
【００６２】
本装置は、ランニングコースの平面、上り坂、又は下り坂区画で行われるストライド間を区別することができ、これら３つのタイプの区画に関して差分されるパラメータ及び／又は推奨値を表示する。加速度計、衛星受信機、圧力センサにより、又は走者により供給される指示に基づいて、傾きの特定を行うことができる。
【００６３】
本システムは、変位の効率及び筋腱システムの保護を改善するための理想のタイプの靴に関するユーザの類型学に応じて、アドバイスを供給することができる。
【００６４】
本発明による方法は、有利にも、特に以下の生体力学的パラメータ、すなわちバランス、爆発力、運動機能、耐久力、安定性を計算することができる。用語「爆発力」は、できる限り迅速に、できる限り大きい力及び／又はパワーで応答するユーザの能力を表す。これらの生体力学的パラメータは、本発明による装置によりユーザが行う１つ又は複数の誘導される運動から推定することができる。レーダーチャートすなわちキビアット図により、同じ装置上、又はソケットなどを通して本発明の装置を接続することができる外部装置のディスプレイ上にこれらのパラメータを迅速かつ直感的に表示することができる。各パラメータは、「良好」、「十分」、及び「不十分」などの相当するグレードを与えることができ、例えば、スマイリーアイコンにより表示することができる。計算済パラメータに依存するトレーニング・スケジュールを表示することもできる。別の実施形態では、計算済パラメータに基づいて、検出された非対称性により明らかになった問題を処置するために医師に診てもらう前のタイムスパンなどの、ユーザの将来の健康に関する予測を提供することもできる。
【００６５】
本発明の別の実施形態によれば、本発明の装置により１つ又は複数の運動を行う前に、ユーザは、年齢、職業、活動性又はデスクワーク性のレベル、性別、身体運動の適性などの個人データに関する質問表の質問に答えなければならない。この質問表は、紙又は電子形式とすることができ、ユーザにより装置上、又はコンピュータ上、又はさらに１枚の紙上に記入することができる。ユーザの答えは、別の人により、又は自動的に読み取ることができる。自動の場合には、質問表は、光学的に、又は一般にコンピュータにより自動的に読むことができる。したがって、ユーザのレベルに適した１つ又は複数の運動を自分の答えに基づいてユーザに供給することができ、したがって、マラソン走者にウェイトを持ち上げさせること、又はかなり年をとった人を走らせることなどを避ける。ユーザの予防に関する一連の運動を提案することもできる。
【００６６】
別の態様によれば、１つ又は複数の運動が行われた後、本発明の装置は、生体力学的パラメータ、及び／もしくはトレーニング・プラン、及び／もしくはアドバイス、及び／もしくはレーダーチャートすなわちキビアット図を直接表示するか、又はこれを表示することができる外部装置に接続することができる。本発明の装置又は外部装置は、番号、もしくはキーワード、もしくはバーコード、又はこの番号及び／もしくはキーワード及び／もしくはバーコードを含むチケットを供給することもできる。その際、ユーザは、同じ装置又は外部装置を通してウェブサイトに接続し、生体力学的パラメータ、及び／又はトレーニング・プラン、及び／又はアドバイス、及び／又はレーダーチャートを表示するために、この番号及び／又はキーワード及び／又はバーコードを入力することができる。本発明の独立した態様によれば、本発明の装置及び質問表は、いくつかのクラスに分類された様々なモデルのうちから、スポーツ用品モデルを購買者が選ぶのを助けるために、スポーツ用品店又はスポーツ用品製造者が使用することができる。例えば、本装置は、計算済パラメータにより決定された自分のユーザタイプに最も一致する靴又はスポーツウェア衣類をユーザが選ぶことができる決定支援要素として使用することができる。例えば、跳びの大きい走者に適した靴のクラス及び地を這うような走者用の別のクラスを定義することができる。走者が回内運動に気を配るかどうか、正常であるかどうか、場合により回外筋に気を配るかどうかを特定するために、この装置を使用することもできる。ユーザにより行われる１つ又は複数の運動は、場合により質問表と組み合わせて、走者のタイプを定義することができ、したがって、対応するクラスの１つ又は複数の靴をユーザに提案することができる。スポーツ用品製造者は、彼らの顧客をより十分知り、顧客の要求に最もよく合った新しい項目を提案するために、有利にも、場合により質問表と組み合わせて、本装置により計算されたデータを利用することもできる。ユーザは、１つもしくは複数の運動を行い、及び／又は、店で直接、もしくは家でインターネットを介して、もしくは任意の場所で質問表に記入し、インターネットを介して最も適したスポーツ用品のクラスを発見することができる。
【００６７】
本発明の別の独立した態様によれば、本発明の装置は、ＧＰＳなどの地理的位置測定装置と結合することができ、特定の装置を必要とすることなく、しかし公園又は鉄道駅のベンチなどの、ＧＰＳにより指示された場所を利用して、ユーザが屋外トレーニングコースを実施することを可能にする。したがって、本装置は、行うべき運動のタイプをユーザに供給し、それを行うための最高の場所も供給する。
【００６８】
別の実施形態によれば、本発明の装置は、本発明の方法を実施するためにコンピュータプログラムを実行することができる、例えば携帯電話、スマートフォンなどの任意の携帯型装置とすることができる。
【００６９】
本発明の実施形態の例は、添付の図により例示される内容に示される。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による装置の例を示す図である。
【図２】本発明の装置の電子構成要素の簡易ブロック図である。
【図３】ベルトを用いて走者の胴部上に（重力中心にできる限り近づけるように腰背部又は腹部上に）装置を配置することを図式的に示す図である。
【図４】１ストライド中の垂直及び前後方向の加速度の測定の例を示す図である。
【図５】１ストライド中の走者の質量中心の振動（重力中心のうねり、上昇、下降、射出角度）を図式的に示す図である。
【図６】脚の着地角度、地面と接触する脚の領域の角度、及び接触中の距離を図式的に示す図である。
【図７Ａ】ユーザが、一方の脚のみに関する自分のバランス及び安定性を確認するために、本発明の装置により行うことができる、第１の可能な運動を示す図である。
【図７Ｂ】ユーザが、一方の脚のみに関する自分のバランス及び安定性を確認するために、本発明の装置により行うことができる、第１の可能な運動を示す図である。
【図８Ａ】ユーザが、自分の胴部の屈曲及び伸展における運動機能を確認するために、本発明の装置により行うことができる、第２の可能な運動を示す図である。
【図８Ｂ】ユーザが、自分の胴部の屈曲及び伸展における運動機能を確認するために、本発明の装置により行うことができる、第２の可能な運動を示す図である。
【図８Ｃ】ユーザが、自分の胴部の屈曲及び伸展における運動機能を確認するために、本発明の装置により行うことができる、第２の可能な運動を示す図である。
【図９Ａ】ユーザが、自分の脚のパワーを確認するために、本発明の装置により行うことができる、第３の可能な運動を示す図である。
【図９Ｂ】ユーザが、自分の脚のパワーを確認するために、本発明の装置により行うことができる、第３の可能な運動を示す図である。
【図１０Ａ】ユーザが、胴部回転中の自分の運動機能を確認するために、本発明の装置により行うことができる、第４の運動を示す図である。
【図１０Ｂ】ユーザが、胴部回転中の自分の運動機能を確認するために、本発明の装置により行うことができる、第４の運動を示す図である。
【図１１Ａ】ユーザが、自分の胴部の安定性を確認するために、本発明の装置により行うことができる、第５の運動を示す図である。
【図１１Ｂ】ユーザが、自分の胴部の安定性を確認するために、本発明の装置により行うことができる、第５の運動を示す図である。
【図１２】本発明による方法により得られるレーダーチャートの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
本発明による装置の例を図１に示す。本装置１は、１００グラム未満、好ましくは５０グラム未満（内容物を含む）の重量のプラスチックケースなどのケースを含む。運動選手は、フックアンドループバンド又は服に直接固定される爪により閉じられる伸張性ベルトなどのベルトを用いて、自分の臀部、腰背部内、又は腹部上にこのケースを取り付けることができる。ベルトにより、走者の重力中心の近傍に安定して固定することができる一方、質量中心に対する装置の振動及び変位を最小にすることができる。
【００７２】
本装置は、英数字ディスプレイ又はグラフィカルディスプレイ、好ましくは液晶ディスプレイなどのディスプレイ１１をさらに含む。このディスプレイは、制御メニュー、メモリ状態、バッテリ１８（図２）の状態、ならびにテスト中及びテスト後に決定される数値パラメータ及び質的パラメータを表示することができる。ボタン又は他の接触要素などの操作子１３は、メニューでナビゲートし、選択肢を選択し、データを入力し、表示すべき結果を選択することができる。図示した例では、本装置は、中央の確認ボタンの周りに配置された４つのナビゲーションボタンを含む。
【００７３】
本装置は、ＭＥＭＳ型の構成要素に基づく加速度計などの三軸加速度計１７を含み、これら３つの軸に沿って個別の加速度列を供給するのが好ましい。走者に対する装置及び／又は加速度計の向きは、静止状態で測定され、したがって、走者につながる、座標系における加速度を測定するために、「装置−走者」座標系を校正及び変換することができる。１つの異なる実施形態では、加速度計の三軸データは、軸の１つに沿って、又は２つの軸に沿って、又は３つの軸に沿って投影され、記憶される。加速度計は、他の軸よりも高い精度、分解能、測定範囲、及び／又は取得頻度を提供する特権軸（ｐｒｉｖｉｌｅｇｅｄ  ａｘｉｓ）を有することができる。この特権軸は、垂直方向の測定の質を改善するために、有利にも、通常の使用中、ほぼ垂直に向く。この特権軸に沿った測定範囲は、±８Ｇよりも大きいか、又はさらに±１０Ｇよりも大きいことが好ましい。この軸の分解能は、１０ビット又はさらに１２ビットを超えるのが好ましい。
【００７４】
本装置は、その費用、その消費電力、その占有空間、及びその複雑性を低減するために、有利にも、ジャイロスコープを備えていない。しかし、いくつかの用途のために、又は装置をより信頼できる方法で較正し、及び方向付けるために、１つ又はいくつかの軸を有するジャイロスコープの使用を考えることができる。
【００７５】
図２は、システムの主な構成要素の簡易ブロック図である。装置１は、電気的に自己完結型であり、ＵＳＢコネクタ又は適当な充電器を通して充電される蓄電池などのバッテリ１８を含むのが好ましい。具体的には、バッテリは、ＲＡＭ及び／又はＥＥＰＲＯＭメモリ１９０を備えるマイクロプロセッサ１９又はマイクロコントローラに供給する。マイクロプロセッサは、ディスプレイ１１を制御し、加速度計により供給される加速度データを分析するために、ＵＳＢ又はブルートゥース・インターフェースなどを介して更新することができるＥＥＰＲＯＭメモリプログラムを実行する。したがって、このプログラムは、１つ又はいくつかの軸に沿って測定された一連の加速度データに基づいてストライドの生体力学的パラメータを特定するために、計算手段を制御することができる。
【００７６】
本装置は、リアルタイムクロックＲＴＣに基づく電子ストップウォッチなどの、一時的時間Δｔを測定するためのストップウォッチ１６と、アラームまた音声を発生させるためにマイクロプロセッサ１９により制御されるラウドスピーカ又はブザー（図示せず）とをさらに含む。入出力万能非同期送受信機（ＵＡＲＴ）モジュール１４は、データを再プログラムし、及び／又は測定結果をパーソナルコンピュータ、携帯電話、又は他の任意の近距離データ処理装置に伝送するなど、外部装置とデータを交換することができる。ＵＡＲＴモジュールは、ＵＳＢタイプの有線コネクタ又はブルートゥースもしくはＺｉｇｂｅｅタイプの無線インターフェースなどに接続することができる。結果を記憶し、又は新しいプログラムもしくはトレーニング・プランなどをロードすることができるフラッシュメモリカード用にコネクタを供給することもできる。
【００７７】
図３は、ベルト１５によりユーザ２の腰背部（背中の窪み）内に装置１を配置することを図式的に示す。この配置は、さらに、装置が質量中心に対して振動し、又は動く可能性がなく、ほぼストライド全体の間に走者の質量中心の極めて近くの位置を確保する。本装置は、腹部上の同様に有利な位置にも配置することができる。要素上（例えば腕上、足上、又は膝の近く）への装置の配置は、この種の測定及び分析を全く行うことができず、したがって、運動選手の重力中心の近傍以外の他の場所に配置された装置を説明する先行技術の全ての用途及び発明を除外することをテストは示した。
【００７８】
走行の最後及び／又は走行中に、本装置は、信号処理により、以下の４つの基本パラメータ、
ＡＣＣ（一連の加速度データ）
ＴＣ（接触時間）
ＴＶ（空中時間）
Ｔ（走行時間）
を測定又は特定する。
【００７９】
さらに、ユーザは、走行前又は走行後に以下のパラメータを入力するのが好ましい。
Ｄ（走行距離）
Ｈ（ユーザの身長（センチメートル））
Ｍ（ユーザの質量）
加速度ＡＣＣは、いくつかの異なる軸に沿って取得されるのが好ましい。
【００８０】
したがって、本装置は、他の先行技術の装置に比べて、互いに別個に分析され、記憶される、いくつかの異なる加速度列を供給する。好ましい実施形態では、本装置は、垂直方向の一連の加速度データを特定する。好ましい実施形態では、本装置は、走者が進む前後方向の加速度をさらに特定する。好ましい実施形態では、本装置は、例えば、運動選手の体の横揺れ運動を特定するために、横方向の第３の連続する加速度データを供給することもできる。これら３つの方向は、加速度計の軸と異なる可能性がある軸に一致する可能性がある。
【００８１】
図４は、１ストライド中の垂直方向の加速度値ａｖ及び前後方向の加速度値ａａを示す２つの曲線を示す。前後方向は、走者が進む水平方向、すなわち脊柱に垂直な水平方向に相当する。走者に対する装置及び／又は加速度計の向きは、静止状態で測定され、したがって、「装置−走者」座標系を較正及び変換することができる。前後方向は、最初に概算され、続いて走者が最も長い距離を走る方向を測定することにより、走行の直線部分の後に補正することができる。有利にも、一連の加速度データが測定される座標系は、走者につながり、したがって、走者がスタジアムなどの周りを回る際に回転する。装置を間違って、又は不正確に配置した場合など、装置の加速度計の軸が垂直軸及び前後軸に一致しないとき、較正後及び／又は走行中に、座標系の補正が行われるのが好ましい。
【００８２】
瞬間ａｖ［１］で、走者は、踵を地面に置く。足に接した地面により及ぼされる上方の垂直加速度は、急速に増加するが、前後加速度ａａは、マイナスになり、走者は、地面に接した踵の衝撃によりスローダウンする。
【００８３】
次に、垂直加速度は、瞬間ａｖ［２］で足が完全に地上に接地するまで、急速に増加する。この瞬間、重力中心は、接地する脚の周りを前方に枢動する。
【００８４】
瞬間ａｖ［３］と瞬間ａｖ［４］との間で、走者の足は再び離陸し始め、この瞬間に垂直加速度は急速に減少するが、前後加速度はその最大値に近く、走者は前方に推進する。
【００８５】
瞬間ａｖ［４］から次の瞬間ａｖ［１］まで、走者は空中におり、その際、垂直加速度は、マイナスで、重力に一致する。走者の重力中心は、ほぼ一定の水平速度及びほぼ放物線状の軌道を有する弾道軌道を描く。
【００８６】
したがって、ストライド中の接触時間は、足が地面と接触する瞬間ａｖ［２］と、同じ足が再び離陸する瞬間ａｖ［３］との間の間隔ｔｃに相当する。空中時間ｔｖは、ａｖ［３］とａｖ［２］との間の補完時間に相当する。したがって、これら２つの時間は、簡単な信号処理及びストライド中の特定の点の決定により、一連の加速度データａｖ及び場合によりａａから直接特定することができる。好ましい実施形態では、空中時間及び接触時間は、テスト中に行われる全てのストライド中の空中時間及び接触時間を平均することにより計算され、テストの開始時、テストの終了時など、値が平均値から極めて大きく離れるとき、又は前後もしくは横方向の加速度が異常な値をとるとき、典型的でないストライドは、平均の計算から棄却されるのが好ましい。
【００８７】
走行中のストライドの生体力学的パラメータの測定は、有利にも、ランニングテスト中及びランニングテスト直後に、スタジアム内、道路上、スポーツ会館内などの較正されたランニングコースで、又は、加速度計による進んだ距離の測定に関連する不正確性、及び起伏地形で走行中に加速度計を破壊する可能性がある衝撃を克服するためにＧＰＳ型衛星受信機を使用することにより行われる。
【００８８】
運動の時間は、一体型ストップウォッチにより特定されるのが好ましい。１つの実施形態では、本装置は、ユーザをスローダウン又は反対にスピードアップするように誘導する音響信号などを発することにより、質的に（「ゆっくり走る」、「自分自身のペースで４００ｍを走る」など）又は量的に所定の速度で走るように走者を誘導する。
【００８９】
運動の開始は、例えば、ユーザがボタンを押すことによりカウントダウンを表示又は再開することができる装置により指示され、又は、プログラムが開始した後にユーザが走り始めると直ちに加速度計により検出される。同様に、運動の終了は、ユーザにより指示され、又は、ユーザが予定した距離を進むか、もしくは十分に減速すると直ちに加速度計により検出することができる。
【００９０】
ユーザは、進む距離を装置に入力するのが好ましい。例えば、本装置は、トラック上の１００メートル、４００メートル、１，０００メートル以上などの所定の距離を進むようにユーザを誘導するメッセージを表示することができ、次いで、ストライドの生体力学的パラメータは、この運動の終了時に表示される。ユーザは、さらに、自分自身が進んだ合計距離を入力し、又はメニューからその距離を選択することができる。連続した列を時間内に分析し、それらから、かなり前に述べた様々なパラメータの変動を抽出することができる。
【００９１】
１つの実施形態では、進んだ距離は、装置と一体化した、又は装置に接続したＧＰＳ受信機などの衛星受信機により特定される。正確でないが、前後方向の加速度の二重積分を使用して、この距離を特定することが場合により考えられる。
【００９２】
ユーザにより手動で入力されるのが好ましい他のデータは、自分の質量（キロ）及びサイズ（センチメートル）を含む。妥当性テストは、加速度計の測定結果に基づいてテスト中に行うことができ、例えば、ストライドの長さは、ユーザのサイズに対する妥当な比率内とならなければならない。
【００９３】
運動の終了時（又は運動中）に、本装置は、本装置により測定され、及び／又はユーザにより入力される上述のパラメータに基づいて、走者のストライドに関する一定の数の新しい生体力学的パラメータを計算する。
【００９４】
走行時間Ｔ内に進んだ距離Ｄにわたる平均速度Ｖｍｏｙは、式
Ｖｍｏｙ＝Ｄ／Ｔ
に基づいて計算及び表示される。
【００９５】
距離及び合計時間に基づいて計算される平均速度Ｖｍｏｙの使用は、驚くべきことに、前後加速度の積分により得ることができる、各ストライド中の瞬間速度Ｖを使用するよりも正確で信頼できることを証明することをテストは示した。しかし、１つの実施形態では、この測定された瞬間速度を使用することが考えられる。記号を簡単にするために、以下の公式は、瞬間速度Ｖを使用するが、距離及び進んだ時間に基づいて計算された平均速度Ｖｍｏｙ、又は場合により可能なＧＰＳにより供給される速度を使用することがほとんどの式において好ましいことを理解する必要がある。
【００９６】
検討中の時間中の１分当りのストライドの数Ｎは、この時間中のストライドの平均時間Ｔｖ＋Ｔｃの逆数である。
Ｎ＝１／（Ｔｖ＋Ｔｃ）
【００９７】
ストライドの平均長Ｌｆは、走行距離にわたる平均速度に基づいて計算することができる。その際、ストライド長は、
Ｌｆ＝Ｖ＊（Ｔｃ＋Ｔｖ）
に等しい。
【００９８】
ストライド効率を評価するための別の有用なパラメータは、重力中心ＣＧが進んだ距離Ｄａｐｐｕｉにより構成されるが、足は地上に接地している。このパラメータは、例えば式
Ｄａｐｐｕｉ＝Ｖ＊Ｔｃ
を介した加速度データから、又は各ストライド又は地面との各接触中の瞬間速度を使用することにより、得ることもできることが観察された。図６は、距離Ｄａｐｐｕｉを図式的かつ概略的に示す。
【００９９】
足の離陸中の垂直成分に沿った速度Ｖｄｅｃｏは、平均加速度Ａｍｏｙ及び接触時間Ｔｃに依存する。
Ｖｄｅｃｏ＝Ａｍｏｙ＊Ｔｃ／２
【０１００】
図５に示した重力中心の射出角度Ａｎｇｄｅｃｏは、ストライドを評価及び改善するための極めて有用な情報を供給することも観察された。さらに、この角度を測定するのにカメラは必須のものではなく、この角度は、加速度計により供給される加速度列、説明したように、特に垂直方向の加速度列より確実に評価することができることが初めて観察された。射出角度は、重力中心の軌道により形成される角度及び前後方向を示す。この射出角度は、式
Ａｎｇｄｅｃｏ＝１８０／π＊ｔａｎ−１（Ｖｍｏｙ／Ｖｄｅｃｏ）
により離陸の瞬間の平均速度Ｖｍｏｙ及び垂直速度Ｖｄｅｃｏから得ることができる。
【０１０１】
同様に、カメラなしで、加速度データから、式
Ａｎｇａｐｐ＝１８０／π＊（Ｖｍｏｙ＊Ｔｃ／Ｌｊ）
により接地領域の角度Ａｎｇａｐｐ（図６に示し、足が地面に接地しているとき、長さＬｊを有する脚が進んだ角度に相当する）を特定することができる。
【０１０２】
足が地面に接触する瞬間の脚の着地角度も図６に示す。着地角度は、最初にカメラを使用することなく、依然として加速度計からのデータに基づいて、式
Ａｎｇｐｏｓｅ＝（１８０−Ａｎｇａｐｐ）／２
により評価することができる。
【０１０３】
質量Ｍを有する走者の足に接した地面により及ぼされる最大力Ｆｍａｘは、式、
Ｆｍａｘ＝Ｍ＊ｇ＊π／２＊（Ｔｖ／Ｔｃ＋１）
により特定することができる。
【０１０４】
体重に対して規格化される接地の際の平均力Ｆｍｏｙ自体は、
Ｆｍｏｙ＝Ａｍｏｙ／ｇ＋１
に等しい。
【０１０５】
各ストライドにおける質量中心の下降距離Ａは、式
Ａ＝ｆ（Ｆｍａｘ，Ｔｃ，Ｍ）＝｜−（Ｆｍａｘ＊Ｔｃ２）／（Ｍ＊π２）＋（Ｇ＊Ｔｃ２）／８｜
を用いて、接触時間Ｔｃ及び走者の質量Ｍの最大支持力Ｆｍａｘの関数として得ることができる。
【０１０６】
同様に、質量中心の上昇距離Ｅは、式
Ｅ＝Ｖｄｅｃｏ２／（２＊Ｇ）
により計算することができ、ここで、Ｖｄｅｃｏは、離陸時の垂直速度に相当する。
【０１０７】
図５は、１ストライド中のパラメータＡ及びＥの意味を図式的に示す。効率的なランニングスタイルは、理想的には水平面で運動する、重力中心ＣＧの上下動の低減を全体的に含む。重力中心のうねりパラメータ、
ｕｎｄｕｌａｔｉｏｎ＝ｌｏｗｅｒｉｎｇ＋ｅｌｅｖａｔｉｏｎ（うねり＝下降距離＋上昇距離）
をこれら２つのパラメータの合計から計算することができる。
【０１０８】
多くの走者は、地面上の各衝突中の変形に耐える脚の筋肉の能力に関する情報、又は機能を低下させる重力中心の極めて大きい下降を避けるのに必要な十分な張力を脚の筋肉がもはや生み出さないかをもたらす、筋肉剛性にも興味がある。剛性パラメータは、足に接した地面によりもたらされる最大力Ｆｍａｘ及び下降距離Ａに応じて計算することができ、その値は、一般に、この最大力が及ぼされる瞬間に対応し、
ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ（剛性）＝Ｆｍａｘ／Ａ
となる。
【０１０９】
多くの走者は、彼らのストライドの規則性にも興味があり、不規則な方法よりも規則的な方法で走る方が効率的である。しかし、先行技術の装置は、ストライドの規則性を容易に測定することができない。しかし、加速度データの列は、例えば、速度分散、ストライド長分散、空中時間分散などに基づいて、信頼できる代表的な規則性指標を計算するのに使用することができることが観察された。しかし、例えば応答性Ｔｖ／Ｔｃの関数として、例えば応答性分散を計算することにより、規則性指標を特定することが特に興味深いことをテストは示した。
【０１１０】
不規則なランニングは、しばしば疲労の証拠となり、走者が疲れたとき、空中時間は減少し、地面との接触時間は増加する傾向がある。したがって、例えば式
【０１１１】
【数１】
0005849093.tif 000002
【０１１２】
を用いて、規則性に基づいて疲労のレベルを計算することができる。
【０１１３】
例えば、（重力中心の下降又はうねりに応じて）垂直力学的仕事量及び／又は水平力学的仕事量を特定し、それらに関わることもできる。
【０１１４】
ストライドの効率は、脚のそれぞれの間の非対称性により影響を及ぼされる可能性もある。例えば、非対称性のレベルは、加速度計により測定される、両脚のそれぞれの少なくとも１つのパラメータ間の差分を比較し、又は差分を実行することにより計算することができる。特に重要なテスト中、式
ａｓｙｍｍｅｔｒｙ（非対称性）＝（Ｔｃｍａｘ−Ｔｃｍｉｎ）／Ｔｃｍｉｎ
により、両脚のそれぞれの接触時間の間の差を特定することができることがわかった。
【０１１５】
例えば、両脚のそれぞれの空中時間の間の差も特定することができる。
【０１１６】
非対称性は、時々、怪我の危険性又はほとんど治癒していない怪我の警告サインでもある。したがって、例えば式
【０１１７】
【数２】
0005849093.tif 000003
【０１１８】
により、非対称性の関数として怪我の危険性を計算することができる。
【０１１９】
上述の様々なパラメータの組は、先行技術の装置により特定することができず、それぞれの個別のパラメータは、運動選手及びコーチにとって有用なそれ自体の意味を有し、他のパラメータと別個に特定することができる。
【０１２０】
例えば、４００メートル又は別の長さにわたるテスト中に各パラメータの平均値を計算することにより、テスト全体にわたる、これらのパラメータを測定することができる。例えば各ストライドの長さなどの、テスト中の各パラメータの状態変化を観察するために、一連の瞬間値を計算することもできる。別の実施形態では、進んだ距離は、異なる領域に自動又は手動で分けられ、各領域に対応するパラメータが計算され、表示される。例えば、領域は、距離を分割するか、又はさらに規則的な間隔の数秒の測定をパラメータ化するか、又はランニングコースの正確な位置で装置のボタンを意図的に押すことによるなど、所定の距離に対応することができる。本装置は、表示すべきパラメータ及び領域の選択を可能にする。
【０１２１】
異なる実施形態では、領域は、異なる傾きを有する区画、又は異なる速度で進む区画などの様々な特性を有する区画に対応する。パラメータは、例えば、全ての上り坂又は下り坂区画にわたりパラメータの平均を計算するために、不連続で自動的に再編成された区画の間に計算された平均に基づいて計算することもできる。ＧＰＳ型衛星受信機などからのデータに基づいて自動的に区画化を行うこともできる。
【０１２２】
生体力学的パラメータの測定は、示すように、スポーツ競技場のトラックの周回などの較正された距離でのテスト中に行うことができる。さらに、通常のトレーニング・セッション中に測定を行い、表示する一方、例えば、競技会などの間に屋外でジョギングすることもできる。測定は、地形による衝撃及び進んだ距離に関する不正確性により乱されるが、この動作モードにより、他の状態の同じパラメータ、又は、長時間トレーニング・セッション中もしくは運動選手が不均等な、すなわち水平でない地面で運動する際の例えばストライドの状態変化などの他のパラメータを測定することができる。例えば、平面、又は上り坂、又は下り坂での走行に関する微分された結果を供給することができる。この傾きは、衛星受信機により、ユーザ自身により、又は垂直及び／もしくは別の方向の加速度計により生成された信号を読み取ることにより特定することができる。
【０１２３】
本装置は、運動直後、又はさらに運動中にストライドに関する生体力学的パラメータを表示及び／又は再生する。したがって、走者は、それぞれの走行後の間に、パラメータの状態変化に気付くことができる。例えば、ユーザは、ストライド長、又は各ストライドにおける質量中心の水平変位を低減しているとき、又は筋肉疲労の警告もしくは表示のサインである、自分の筋肉剛性が減少するとき、通知される可能性がある。
【０１２４】
本装置は、上述の式を使用することにより、高い精度及び低い分散値を有する上述のパラメータを測定及び評価することを可能にすることをテストは示した。したがって、走者の技術的資質及び運動能力の両方を改善することを目標とする特定のトレーニング・プログラムを決定する一方、怪我及び疲労の危険性を防止し、ストライド効率を改善することができる。
【０１２５】
本装置は、有利にも、測定されたパラメータに基づいて筋肉トレーニング・スケジュールを生成することができ、ランニングスタイル及びストライド効率を改善する。例えば、本装置は、各ユーザ専用の方法で、いくつかのパラメータを強化するために、体操、筋肉強化運動、又は筋肉伸展運動を提案することができる。トレーニング用に提案された運動及びスケジュールは、本装置により視覚的及び／又は音響的に供給される、リズム及び／又は表示により個別のランニング・セッションを含むこともできる。
【０１２６】
本発明による方法は、有利にも、特に以下の生体力学的パラメータ、すなわちバランス、爆発力、運動機能、耐久力、安定性を計算することができる。用語「爆発力」は、できる限り迅速に、できる限り大きい力及び／又はパワーで応答するユーザの能力を表す。これらの生体力学的パラメータは、本発明による装置１によりユーザが行う１つ又は複数の誘導される運動から推定することができる。非限定的に、応答性、回転の安定性及び大きさ、ならびに／又は伸展及び／もしくは屈曲運動などの他の生体力学的パラメータを計算することもできる。
【０１２７】
図７Ａ及び７Ｂは、ユーザが、一方の脚のみに関する自分のバランス及び安定性を確認するために、本発明による装置１により行うことができる運動の第１の例を示す。ユーザは、立ちながら、重力中心ＣＧに近い胸部上に両手で装置１を保持する。ユーザは、準備できると直ちに、図１の円形ボタンなどの、本装置のボタン１３の１つを押し、図７Ｂに示すように、地面に接触することなく、一方の脚を上下させ始める。装置１は、音響信号（「警告音」）又は光信号などにより運動の開始を知らせることができる。この運動は、３０秒などの所定のタイムスパンを有する。この時間が経過した後、装置１は、二重警告音、又は様々な色の光、及び／又は点滅光などで運動の終了をユーザに示す。ユーザは、２本の指をテーブル上に載せることができ、この場合、ユーザは、１枚の紙上又は同じ装置１上に、運動を行うのに保持することが必要であることを書き留めるはずである。この運動の目的は、ユーザの一方の脚のみに関するバランス及び安定性を確認することである。運動中にユーザが自分のバランスを失うとき、装置１は、音響的又は光の手段でバランスを失う可能性を知らせることができる。この運動により、第２の脚で繰り返す際、左脚と右脚との間のバランス又は安定性の非対称の可能性を検出することもできる。
【０１２８】
図８Ａから８Ｃは、ユーザが、胴部の屈曲及び伸展における運動機能を確認するために、本発明による装置１により行うことができる運動の第２の例を示す。ユーザは、脚をまっすぐに、わずかに離して立ちながら、重力中心ＣＧに近い胸部上に両手で装置１を保持する。ユーザは、準備できると直ちに、図１の円形ボタンなどの、本装置のボタン１３の１つを押す。装置１は、音響信号（「警告音」）又は光信号などにより運動の開始を知らせることができる。次に、ユーザは、図８Ｂに示すように、胴部をできる限り前方に傾け始め、次の音響信号（「警告音」）又は光信号まで、この位置を維持する。この瞬間、ユーザは、最初の位置、すなわち図８Ａの位置に戻る。次の音響信号（「警告音」）又は光信号で、ユーザは、図８Ｃに示すように、胴部を後方に曲げ、新しい音響信号（「警告音」）又は光信号まで、この位置を維持し、次の瞬間に最初の位置、すなわち図８Ａの位置に戻る。その際、この一連の運動全体は、装置１又はユーザガイドにより与えられる指示により、１回、２回、又は数回繰り返すことができる。この運動により、胴部の前方と後方との間の屈曲の非対称の可能性を検出することができる。この場合、大多数のユーザが後方よりも前方にさらに曲げることができることを考慮すれば、非対称性は、前方傾斜角度と後方傾斜角度との間の予想外の差である。しかし、前方にさらに柔軟に曲げている人にとって、後方にも柔軟に曲げる必要がある（逆も同様）ことが予想され、互いに全く釣り合わない前方及び後方の結果は、非対称であるとみなされる。
【０１２９】
図９Ａ及び９Ｂは、ユーザが、脚のパワーを確認するために、本発明による装置１により行うことができる運動の可能な例を示す。ユーザは、場合により背中を円形部背もたれ１０２に載せながら、椅子１００に座る。ユーザの両脚は、わずかに離れ、互いに４５°の角度を形成することができる。場合により、地上に滑止マット及びマーカー線を使用することができる。ユーザは、準備できると直ちに、図１の円形ボタンなどの、本装置のボタン１３の１つを押す。装置１は、音響信号（「警告音」）又は光信号などにより運動の開始を知らせることができる。次に、ユーザは、繰り返し、できる限り迅速に、かつ力強く、椅子１００から立ち上がり始め、次に再び座る。この運動は、１分などの所定のタイムスパンを有する。この時間が経過した後、装置１は、二重警告音、又は様々な色の光、及び／又は点滅光などで運動の終了をユーザに示す。細いスカートなどの、ユーザが自由な運動を行うことを妨げる服を着けてこの運動を行うとき、これを１枚の紙又は同じ装置１上に書き留めるべきである。
【０１３０】
図１０Ａ及び１０Ｂは、ユーザが、胴部回転中の運動機能を確認するために、本発明による装置１により行うことができる第４の運動の例を示す。ユーザは、両脚をわずかに離して立ちながら、重力中心ＣＧに近い胸部上に両手で装置１を保持する。ユーザは、胴部を前方に曲げながら、テーブル２００上に寄り掛かることができる。装置１は、パッド付ケースに挿入することができる。ユーザは、準備できると直ちに、図１の円形ボタンなどの、本装置のボタン１３の１つを押す。装置１は、音響信号（「警告音」）又は光信号などにより運動の開始を知らせることができる。次に、ユーザは、図１０Ｂに示すように、できる限り右に（又は左に）胴部を回転させ始める。次の音響信号（「警告音」）又は光信号で、ユーザは、最初の位置、すなわち図１０Ｂの位置に戻る。新しい音響信号（「警告音」）又は光信号で、ユーザは、反対方向、例えばできる限り左（又は右）に回転し、次の音響信号（「警告音」）又は光信号までこの位置を維持し、その時点で、ユーザは、最初の位置に戻る。その際、この一連の運動全体は、装置１又はユーザガイドにより与えられる指示により、１回、２回、又は数回繰り返すことができる。この運動により、胴部の右への回転と左への回転との間の非対称の可能性を検出することができる。
【０１３１】
図１１Ａ及び１１Ｂは、ユーザが、胴部の安定性を確認するために、本発明による装置１により行うことができる第５の運動の例を示す。この場合、装置１は、ユーザが重力中心に近い胴部の周りに着けるベルト１５に固定される。ユーザは、図１１Ａに示す通り、自分の体が十分に揃うように、肘をテーブル上、自分の足を地上に載せる。場合により、地上に滑止マット及びマーカー線を使用することができる。ユーザは、準備できると直ちに、図１の円形ボタンなどの、本装置のボタン１３の１つを押す。装置１は、音響信号（「警告音」）又は光信号などにより運動の開始を知らせることができる。次に、ユーザは、地上から例えば約１０ｃｍの高さまで一方の足を上げ始め、その足を地上に戻した後、他方の足を上げる。この運動は、３０秒などの所定のタイムスパンを有する。この時間が経過した後、装置１は、二重警告音、又は様々な色の光、及び／又は点滅光などで運動の終了をユーザに示す。ユーザが自分の足を上げることができないとき、この運動は、静止して行うことができ、すなわち、図１１Ａの揃った位置が維持される。この場合、コメントは、シート又は同じ装置１上に作成する必要がある。この運動により、右脚と左脚との間の非対称の可能性を検出することもできる。
【０１３２】
これら５つの運動及び／又は他の可能な運動により、装置１は、記録された加速度データに基づいて、生体力学的パラメータを計算することができ、ユーザの運動の少なくとも１つの非対称性を検出することができる。レーダーチャートすなわちキビアット図により、同じ装置上、又はソケットなどを通して本発明の装置を接続することができる外部装置のディスプレイ上にこれらのパラメータを迅速かつ直感的に表示することができる。図１２は、レーダーチャートすなわちキビアット図の例を示す。
【０１３３】
計算済パラメータは、Ｐ１からＰ５の基準値により示される。この場合、パラメータの数は、行う運動の数に等しいが、これは、単一の運動が各パラメータに対応することを必ずしも意味しない。言い換えれば、各パラメータは、２つ又はいくつかの運動に基づいて計算することができる。各パラメータＰ１からＰ５は、「良好」、「十分」、及び「不十分」などの相当するグレードを与えることができ、例えば、スマイリーアイコンにより表示することができる。計算済パラメータに依存するトレーニング・スケジュールを表示することもできる。別の実施形態では、計算済パラメータに基づいて、検出された非対称性により明らかになった問題を処置するために医師に診てもらう前のタイムスパンなどの、ユーザの将来の健康に関する予測を提供することもできる。
【０１３４】
好ましい実施形態では、パラメータＰ１からＰ５は、バランス、爆発力、運動機能、耐久力、及び安定性にそれぞれ相当する。
【０１３５】
理想的なパラメータＰ１からＰ５は、この場合は正五角形である多角形２０の頂点に対応するものとして表示される。計算済パラメータＰ１からＰ５は、不等辺五角形２２の頂点に対応する。パラメータ標準を表す正五角形２４は、五角形２０内に含まれ、計算済パラメータが、Ｐ３の場合のように、五角形２４内にあるとき、このパラメータは標準よりも低い。したがって、ユーザは、爆発力などの正確な弱点を視覚的に知らせられ、次に、ユーザは、計算済パラメータに依存し、爆発力を改善することができる、提案されたトレーニング・スケジュールに従うことができる。
【０１３６】
本発明の別の異なる実施形態によれば、本発明の装置により１つ又は複数の運動を行う前に、ユーザは、年齢、職業、活動性又はデスクワーク性のレベル、性別、身体運動の適性などの個人データに関する質問表の質問に答えなければならない。この質問表は、ユーザにより装置１上に直接、又はコンピュータ上、又はさらに１枚の紙上に記入することができる。ユーザの答えは、別の人により、又は自動的に読み取ることができる。自動の場合には、質問表は、光学的に、又は一般にコンピュータにより自動的に読むことができる。したがって、ユーザのレベルに適した１つ又は複数の運動を自分の答えに基づいてユーザに供給することができ、したがって、マラソン走者にウェイトを持ち上げさせること、又はかなり年をとった人を走らせることなどを避ける。ユーザの予防に関する一連の運動を提案することもできる。
【０１３７】
別の態様によれば、１つ又は複数の運動が行われた後、本発明の装置は、生体力学的パラメータ、及び／もしくはトレーニング・プラン、及び／もしくはアドバイス、及び／もしくはレーダーチャートすなわちキビアット図を直接表示するか、又はこれを表示することができる外部装置に接続することができる。本発明の装置又は外部装置は、番号、もしくはキーワード、もしくはバーコード、又はこの番号及び／もしくはキーワード及び／もしくはバーコードを含むチケットを供給することもできる。その際、ユーザは、同じ装置又は外部装置を通してウェブサイトに接続し、生体力学的パラメータ、及び／又はトレーニング・プラン、及び／又はアドバイス、及び／又はレーダーチャートを表示するために、この番号及び／又はキーワード及び／又はバーコードを入力することができる。
【０１３８】
ユーザが、例えば会社の従業員又は被保険者であるとき、本発明による方法により、ユーザは、自分の健康状態について少なくとも部分的に知ることができる。雇用者は、従業員の健康問題の潜在的原因を低減及び／又は除去するために、必要に応じて、予防手段を準備することもできる。
【０１３９】
好ましい実施形態では、本発明による装置は、求める生体力学的パラメータを特定するために、そのデジタルプロセッサを用いて全ての計算を行う。その際、本装置は、ＵＳＢ接続、又は他の任意のタイプの有線接続もしくは無線接続などを介して、コンピュータなどの外部装置に接続することができる。次に、コンピュータは、インターネットを通して、計算済パラメータのデータベースを記憶するサーバにアクセスすることができる。別の実施形態では、装置１自体は、このサーバにアクセスすることができる。
【０１４０】
本発明の独立した態様によれば、本発明の装置及び質問表は、計算済パラメータから決定される商品のクラスに応じて、靴又はスポーツウェア衣類などのスポーツ用品項目を購買者が選ぶのを助けるために、スポーツ用品店又はスポーツ用品製造者が使用することができる。例えば、跳びの大きい走者に適した靴のクラス及び地を這うような走者用の別のクラスを定義することができる。ユーザにより行われる１つ又は複数の運動は、場合により質問表と組み合わせて、走者のタイプを定義することができ、したがって、対応するクラスの靴をユーザに提案することができる。スポーツ用品製造者は、彼らの顧客をより十分知り、顧客の要求に最もよく合った新しい項目を提案するために、有利にも、場合により質問表と組み合わせて、本装置により計算されたデータを利用することもできる。ユーザは、１つもしくは複数の運動を行い、及び／又は、店で直接、もしくは家でインターネットを介して、もしくは任意の場所で質問表に記入し、インターネットを介して最も適したスポーツ用品のクラスを発見することができる。
【０１４１】
本発明の別の独立した態様によれば、本発明の装置は、ＧＰＳなどの地理的位置測定装置と結合することができ、特定の装置を必要とすることなく、しかし公園又は鉄道駅のベンチなどの、ＧＰＳにより指示された場所を利用して、ユーザが屋外トレーニングコースを実施することを可能にする。したがって、本装置は、行うべき運動のタイプをユーザに供給し、それを行うための最高の場所も供給する。
【０１４２】
別の実施形態によれば、本発明の装置は、本発明の方法を実施するためにコンピュータプログラムを実行することができる、例えば携帯電話、スマートフォンなどの任意の携帯型装置とすることができる。
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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