(57)【要約】【課題】  計測時の制限を緩和しつつ、短時間かつ安価に人の姿勢や運動に関して定量的に解析し得る身体運動解析装置等を提供する。【解決手段】  装着具２の装着部５は、ベルト状の器具であり、センサユニット１０を被験者１の腰部に固定する。センサユニット１０の計測部９は、被験者１の状態や運動に伴って生じた加速度を計測する。信号発生部７は、被験者１による歩行開始と停止を表す指示に基づいて、解析対象のデータであることを表す区間特定信号を生成する。通信制御部８は、加速度データに区間特定信号を付加して身体運動解析装置２０の通信制御部１１に送信する。通信制御部１１は、受信したデータに区間特定信号が含まれているか否かを判別し、区間特定信号が含まれている場合は、その区間内の加速度データを運動解析部１２に送信する。運動解析部１２は、通信制御部１１から受信した加速度データを用いて被験者１の運動能力について解析を行う。【選択図】  図３
2006026092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の行動に応じた加速度を時間の経過に沿って計測する加速度計測手段と、
計測された前記加速度を表す情報を、人の身体運動について解析を行う身体運動解析装置に送信する情報送信手段と、
前記加速度を表す情報の一部が前記身体運動解析装置において解析対象とする区間の加速度を表す情報であることを表す区間特定信号を受け付ける信号受付手段とを備え、
前記情報送信手段は、
前記信号受付手段において前記区間特定信号が受け付けられた場合は、前記加速度を表す情報に前記区間特定信号を付加して前記送信を行う
ことを特徴とする加速度情報送信装置。
【請求項２】
前記信号受付手段は、
ユーザから所定のスイッチの押下を受け付け、当該受け付けられた押下に基づいて、前記解析対象とする区間を表し得る所定のフラグをセットする
ことを特徴とする請求項１記載の加速度情報送信装置。
【請求項３】
前記所定のフラグは、前記解析対象とする区間の始点と終点を表すフラグである
ことを特徴とする請求項２記載の加速度情報送信装置。
【請求項４】
前記加速度情報送信装置は、さらに、
前記身体運動解析装置から異常行動の発生に関する異常情報を受信する異常情報受信手段と、
受信した前記異常情報に基づいて異常行動の発生を報知する異常報知手段とを備える
ことを特徴とする請求項１記載の加速度情報送信装置。
【請求項５】
加速度を表す情報を受信する情報受信手段と、
受信された前記加速度を表す情報に解析対象区間の加速度を表す情報であることを表す区間特定信号が付加されているか否かを判別する信号判別手段と、
受信された前記加速度を表す情報に基づいて、一定時間毎に、当該情報に係る人が転倒した状態か否かを判定すると共に、前記加速度を表す情報に前記区間特定信号が付加されている場合は、当該区間特定信号によって表される解析対象区間の加速度を表す情報に基づいて運動機能を解析する判定解析手段と
を備えることを特徴とする身体運動解析装置。
【請求項６】
前記判定解析手段は、
受信された前記解析対象区間の加速度を表す情報に基づいて、歩幅、歩行速度、スタンスおよび左右の脚の速度差のうち、少なくとも一の運動機能について解析を行う
ことを特徴とする請求項５記載の身体運動解析装置。
【請求項７】
前記身体運動解析装置は、さらに、
受信した前記加速度を表す情報に基づいて、当該情報に係る人について異常行動が発生したか否かを判別する異常行動判別手段と、
前記異常行動の発生があったと判別された場合に、その旨を表す情報を前記加速度情報送信装置に送信する異常情報送信手段とを備える
ことを特徴とする請求項５記載の身体運動解析装置。
【請求項８】
人の行動に応じた加速度を測定し、当該加速度を表す加速度情報を送信する加速度情報送信装置と、受信した加速度を表す情報に基づいて人の運動機能について解析を行う身体運動解析装置とを備える身体運動解析システムであって、
前記加速度情報送信装置は、
人の行動に応じた加速度を時間の経過に沿って計測する加速度計測手段と、
計測された前記加速度を表す情報を、前記身体運動解析装置に送信する情報送信手段と、
前記加速度を表す情報の一部が前記身体運動解析装置において解析対象とする区間の加速度を表す情報であることを表す区間特定信号を受け付ける信号受付手段とを備え、
前記情報送信手段は、前記信号受付手段において前記区間特定信号が受け付けられた場合は、前記加速度を表す情報に前記区間特定信号を付加して前記送信を行い、
前記身体運動解析装置は、
送信された前記加速度を表す情報を受信する情報受信手段と、
受信された前記加速度を表す情報に前記区間特定信号が付加されているか否かを判別する信号判別手段と、
受信された前記加速度を表す情報に基づいて、一定時間毎に、当該情報に係る人が転倒した状態か否かを判定すると共に、前記加速度を表す情報に前記区間特定信号が付加されている場合は、当該区間特定信号によって表される解析対象区間の加速度を表す情報に基づいて運動機能を解析する判定解析手段と
を備えることを特徴とする身体運動解析システム。
【請求項９】
人の行動に応じた加速度を時間の経過に沿って計測する加速度計測ステップと、
計測された前記加速度を表す情報を、人の身体運動について解析を行う身体運動解析装置に送信する情報送信ステップと、
前記加速度を表す情報の一部が前記身体運動解析装置において解析対象とする区間の加速度を表す情報であることを表す区間特定信号を受け付ける信号受付ステップとを含み、
前記情報送信ステップでは、
前記信号受付ステップにおいて前記区間特定信号が受け付けられた場合は、前記加速度を表す情報に前記区間特定信号を付加して前記送信を行う
ことを特徴とする加速度情報送信方法。
【請求項１０】
加速度を表す情報を受信する情報受信ステップと、
受信された前記加速度を表す情報に解析対象区間の加速度を表す情報であることを表す区間特定信号が付加されているか否かを判別する信号判別ステップと、
受信された前記加速度を表す情報に基づいて、一定時間毎に、当該情報に係る人が転倒した状態か否かを判定すると共に、前記加速度を表す情報に前記区間特定信号が付加されている場合は、当該区間特定信号によって表される解析対象区間の加速度を表す情報に基づいて運動機能を解析する判定解析ステップと
を含むことを特徴とする身体運動解析方法。
【請求項１１】
加速度情報送信装置のためのプログラムであって、
人の行動に応じた加速度を時間の経過に沿って計測する加速度計測ステップと、
計測された前記加速度を表す情報を、人の身体運動について解析を行う身体運動解析装置に送信する情報送信ステップと、
前記加速度を表す情報の一部が前記身体運動解析装置において解析対象とする区間の加速度を表す情報であることを表す区間特定信号を受け付ける信号受付ステップとを含み、
前記情報送信ステップでは、
前記信号受付ステップにおいて前記区間特定信号が受け付けられた場合は、前記加速度を表す情報に前記区間特定信号を付加して前記送信を行う
ことを特徴とする、コンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１２】
身体運動解析装置のためのプログラムであって、
加速度を表す情報を受信する情報受信ステップと、
受信された前記加速度を表す情報に解析対象区間の加速度を表す情報であることを表す区間特定信号が付加されているか否かを判別する信号判別ステップと、
受信された前記加速度を表す情報に基づいて、一定時間毎に、当該情報に係る人が転倒した状態か否かを判定すると共に、前記加速度を表す情報に前記区間特定信号が付加されている場合は、当該区間特定信号によって表される解析対象区間の加速度を表す情報に基づいて運動機能を解析する判定解析ステップと
を含むことを特徴とする、コンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の姿勢や運動能力について解析を行うためのリハビリテーションシステム、スポーツトレーニング装置、行動異常検知装置などに利用可能な加速度送信装置、身体運動解析装置及びその方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の身体運動解析装置としては、被験者の行動を映像として記録するものがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の「身体特徴点検出装置および身体運動解析装置」では、身体運動の様子を撮影することによって収集した身体部品毎の運動上の特徴に基づいて運動解析を行っている。
【０００３】
図２２は、特許文献１の身体運動解析装置２００の機能構成を示すブロック図である。この身体運動解析装置２００は、身体の運動を撮影する撮影手段１３１、身体の知識を記憶する身体知識記憶手段１３２、撮影した画像から身体部のみを抽出する身体抽出手段１３３、抽出した身体部を、身体の部品に分ける身体部品抽出手段１３４、画像における身体の部品の中から身体特徴点を検出する可視特徴点検出手段１３５、身体の部品の中で画像中で見えない身体特徴点を検出する未知特徴点検出手段１３６、身体特徴点検出方法の結果を時系列の身体特徴点データとして記憶する身体特徴点記憶手段１３７、身体運動の知識を記憶する身体運動知識記憶手段１３８、運動に関する周囲の環境の知識を記憶する運動環境知識記憶手段１３９、運動環境知識を考慮して、時系列の身体特徴点データと身体運動の知識から、身体運動を解析する身体運動解析手段１４０、熟練者の身体運動の知識を記憶する熟練者身体運動知識記憶手段１４１、身体運動解析結果をもとに、用途に応じたアドバイスを与えるアドバイス作成手段１４２により構成される。
【特許文献１】特開平１０−１１１９４０号公報（第９頁、図１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の身体運動解析装置２００を用いて測定を行う場合は、特定の専門知識を有する必要があり、被験者自身が自分で計測することができない。また、特許文献１に示す身体運動解析装置においては、人体の運動(軌跡)の計測は、撮影手段１３１の設置された場所や光学的な視野内で行わねばならず、運動を行う領域、運動の種類などが限定されてしまうという問題がある。
【０００５】
さらに、従来の技術においては、取り扱うデータが膨大かつ冗長であるため、データ収集やデータ分析には多くの労力を要し、時間や費用などにおいて制約があるリハビリテーションやスポーツトレーニングの現場では活用される機会が極めて少ないという問題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、計測時の制限を緩和しつつ、短時間かつ安価に人の姿勢や運動に関して定量的に解析し得る身体運動解析装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る加速度情報送信装置は、人の行動に応じた加速度を時間の経過に沿って計測する加速度計測手段と、計測された前記加速度を表す情報を、人の身体運動について解析を行う身体運動解析装置に送信する情報送信手段と、前記加速度を表す情報の一部が前記身体運動解析装置において解析対象とする区間の加速度を表す情報であることを表す区間特定信号を受け付ける信号受付手段とを備え、前記情報送信手段は、前記信号受付手段において前記区間特定信号が受け付けられた場合は、前記加速度を表す情報に前記区間特定信号を付加して前記送信を行うことを特徴とする。
【０００８】
これにより、被験者が装着する加速度情報送信装置は、解析を希望する加速度データについては、被験者自身で決定したタイミングで加速度を計測して身体運動解析装置に送信するので、計測時の制限を緩和しつつ、短時間かつ安価に加速度データを取得することが可能となる。
【０００９】
さらに、上記目的を達成するために、本発明に係る身体運動解析装置は、加速度を表す情報を受信する情報受信手段と、受信された前記加速度を表す情報に解析対象区間の加速度を表す情報であることを表す区間特定信号が付加されているか否かを判別する信号判別手段と、受信された前記加速度を表す情報に基づいて、一定時間毎に、当該情報に係る人が転倒した状態か否かを判定すると共に、前記加速度を表す情報に前記区間特定信号が付加されている場合は、当該区間特定信号によって表される解析対象区間の加速度を表す情報に基づいて運動機能を解析する判定解析手段とを備える。
【００１０】
これにより、身体運動解析装置は、受信した情報に基づいて、一定時間毎に、当該情報に係る被験者が転倒した状態か否かを判定すると共に、その情報に区間特定信号が付加されている場合は、当該区間特定信号によって表される解析対象区間の加速度を表す情報に基づいて被験者の運動機能を解析することが可能となる。
【００１１】
なお、上記目的を達成するために、本発明は、上記加速度情報送信装置や身体運動解析装置の特徴的な構成手段をステップとする加速度情報送信方法や身体運動解析方法として実現したり、それらのステップを全て含むプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのプログラムは、加速度情報送信装置や身体運動解析装置が備えるＲＯＭ等に格納しておくだけでなく、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体や通信ネットワーク等の伝送媒体を介して流通させることもできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、被験者に加速度センサ装着させることによって、被験者の転倒事象を遂次監視すると共に、短時間かつ制約を受けることなく、宅内にて歩行機能等について、被験者自身が運動機能について自己管理することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施の形態において、本発明について図面を用いて説明するが、本発明はこれらに限定することを意図しない。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る身体運動解析システム１００の概略図である。この身体運動解析システム１００は、被験者１から取得した加速度データに基づいて、転倒の発生の検出や歩幅、歩行速度等を算出するシステムであり、装着具２と身体運動解析装置２０とを備える。
【００１４】
装着具２は、被験者１の腰部に装着されるベルト状の器具であり、後述するセンサユニット１０などを内蔵する。センサユニット１０は、被験者１の状態や歩行等の運動に伴って生じた加速度を計測し、そのデータを無線（例えば、bluetooth（「ザ  ブルートゥース  エスアイジー  インコーポレーテッド」の登録商標）に準拠した通信方式）で身体運動解析装置２０に送信する。
【００１５】
身体運動解析装置２０は、一般的なパーソナルコンピュータの機能を備えると共に、装着具２（より具体的にはセンサユニット１０）から送信された加速度データを、上記bluetoothに準じた通信方式等によって受信し、この加速度データに基づいて被験者１の転倒の発生の検出や歩幅、歩行速度等を算出する機能を有する。
【００１６】
なお、以下では、被験者１の状態（姿勢）や歩行等の運動に応じた前後方向、左右方向及び垂直方向の加速度を計測し、計測した加速度に基づいて転倒の発生の検出や歩幅、歩行速度、スタンス及び左右の脚の速度差等を算出する実施例について説明する。
【００１７】
図２は、本発明に係る装着具２に内蔵されているセンサユニット１０の装着位置とその座標軸との関係を模式的に示した図である。図２に示されるように、センサユニット１０は、装着部５によって、被験者１の背中側の腰部中央に固定される。また、本発明においては、被験者１の加速度を計測する際、左右方向をＸ軸方向（右方向を"正の方向"）とし、前後方向をＹ軸方向（前方向を"正の方向"）と定義することとする。
【００１８】
図３は、上記身体運動解析システム１００における装着具２および身体運動解析装置２０のそれぞれの機能構成を示すブロック図である。
まず、装着具２について説明する。装着具２は、装着部５、異常報知部６、信号発生部７、通信制御部８および計測部９を備える。
【００１９】
装着部５は、センサユニット１０を被験者１の腰部に固定するためのベルト状の器具であり、その内側にセンサユニット１０を格納するポケットを備えている。
異常報知部６は、通信制御部８からの指示により、被験者１又は周囲の人に対して音声、ブザー又は発光（例えば、ＬＥＤを用いる。）などによって警告を行う。
【００２０】
信号発生部７は、例えばトグル式のスイッチ及びスイッチの状態を表す２色のＬＥＤを備え、被験者１からの指示によって歩行の開始又は歩行の停止を表す信号（例えば、開始から停止までの期間中、所定のフラグを「１」に設定する。）を生成し、通信制御部８に送信する。
【００２１】
通信制御部８は、例えば、制御プログラム等を格納するＲＯＭやＲＡＭ等を備えるＣＰＵであり、センサユニット１０全体を制御する。さらに、通信制御部８は、計測部９において計測された加速度データを、例えば、上記bluetoothに準拠した通信方式によって身体運動解析装置２０に送信する。さらに、通信制御部８は、信号発生部７から歩行の開始／停止を表す信号を受信した場合は、これらの信号を加速度データに付加して（又は異なるチャンネルで）身体運動解析装置２０に送信する。
【００２２】
計測部９は、ＩＣ型の加速度センサ（例えば、３軸の加速度について計測が可能なセンサ）により、被験者１が歩行することによって生ずる、前後方向、左右方向又は上下方向の加速度を計測し、この加速度を表す情報（以下、「加速度データ」という。）を通信制御部８に送信する。より詳細に説明すると、例えば、所定の時間（例えば、１０秒間）、被験者１の歩行における前後方向の加速度をモニタリングし、最大±２Ｇ（１Ｇ＝９．８[m/s２]）の加速度に応じた電圧変化を１２５Ｈｚのサンプリング周波数、１６ビットの量子化ビット数でサンプリングしてＡ／Ｄ変換を行い、このＡ／Ｄ変換された加速度データを通信制御部８に送信する。
【００２３】
図４は、上記装着具２の具体的な構成例を示す図である。図４（ａ）は、装着具２を展開した場合の正面図である。また、図４（ｂ）は、センサポケット２８の位置において（装着具２の中央で）切断した場合の上面図である。図４（ａ）に示されるように、装着具２は、長さが１１０ｃｍの基底素材２３をベースとするベルトであり、中央にセンサポケット２８とバッテリポケット２９、および右端にＩ／Ｆ(インターフェイス)ポケット２２とを備える。ただし、センサポケット２８およびバッテリポケット２９が固定されるセンサ固定素材２５は、非伸縮性の繊維素材である。したがって、装着部５は、伸縮素材であるところの基底素材２３を用いた二つの領域とそれら領域に対して挟まれる形で接合されるセンサ固定素材２５からなる３つの領域によって構成される。
【００２４】
さらに、センサポケット２８は、ゴムを編み込みし、伸縮素材であるセンサ固定ベルト２６によって固定される。センサ固定ベルト２６は、中央でセンサポケットに接合縫製される。センサ固定ベルト２６の両端は、自由な着脱を可能にしたために、基底素材の伸縮を全く妨げない構成になっている。
【００２５】
図４（ｂ）は、センサ固定ベルト２６、基底素材２３、およびセンサポケット２８の相互の位置関係を示す図である。すなわち、センサポケット２８は、基底素材２３およびセンサ固定素材２５からなる帯状の面と、伸縮可能なセンサ固定ベルト２６に挟み込まれる形態を有する。このような形態を採ることにより、帯状の装着部５を人体の腰部に巻く形で装着した場合、基底素材２３の伸縮性により各ポケットが安定し、センサ固定ベルト２６の面ファスナ(雄)２７を基底素材２３の面ファスナ(雌)に接合させることで、図４（ｂ）に示すような分力が発生し、センサ位置を固定し、装着具２自身を安定して保持させることが可能となる。
【００２６】
図５は、上記図４（ａ）に示す装着具２を中央で切断した場合の断面図の一例である。図５に示すように、センサポケット２８は、センサ固定ベルト２６によって装着具２に固定される。
【００２７】
次に、身体運動解析装置２０について説明する。身体運動解析装置２０は、通信制御部１１、運動解析部１２、運動判定部１３、運動機能評価部１４および蓄積部１５を備える。
【００２８】
通信制御部１１は、上記装着具２における通信制御部８と同様に、制御プログラム等を格納するＲＯＭやＲＡＭ等を備えるＣＰＵであり、身体運動解析装置２０全体を制御する。さらに、通信制御部１１は、装着具２から送信されてきた加速度データを、例えば、上記bluetoothに準拠した通信方式によって受信し、運動解析部１２に送信する。
【００２９】
運動解析部１２は、通信制御部１１から受信した加速度データに対して所定の時間間隔で波形解析を行って、歩行周期を算出する。
図６は、運動解析部１２の詳細な機能構成を示すブロック図である。図６に示されるように、運動解析部１２は、周波数分析部３２、極大値検出部３３、極大値周波数検出部３４、最低周波数検出部３５、配列保存部３６及び評価部３７を備える。
【００３０】
周波数分析部３２は、通信制御部１１から受信した加速度データに対して周波数分析を実行する。極大値検出部３３は、周波数分析部３２から入力したパワースペクトラムからパワーの極大値を検出する。極大値周波数検出部３４は、極大値検出部３３において検出された極大値に対応する周波数を検出する。最低周波数検出部３５は、極大値周波数検出部３４において抽出された各周波数の中から、０Ｈｚを除いた最低の周波数を検出する。配列保存部３６は、最低の周波数、最低の周波数に対応する極大値、及び上記加速度データが計測された日時とを対応付けて保存する。評価部３７は、配列保存部３６に蓄積されているデータから、指定された日時のデータを読み出して通信制御部１１に出力する。
【００３１】
運動判定部１３は、上記運動解析部１２において算出された歩行周期を用いて、歩幅や歩行速度、歩行時のスタンス（左右方向の脚の開き）及び左右の脚の速度差を算出する一方、被験者１の運動が歩行か否かを判定する。さらに、運動判定部１３は、加速度データに基づいて、被験者１が転倒したか否かを検出する。例えば、歩行の途中に転倒した場合は、周期性の有る加速度データが突然一方向の重力のみ示す加速度データに変化するため、この変化を検出することによって可能となる。
【００３２】
運動機能評価部１４は、例えば液晶パネルなどの表示装置を備え、通信制御部２１の指示により、被験者１の運動に関する情報（例えば、歩幅や歩行速度など）について評価すると共に、被験者１の運動能力に関する情報を表示する。
【００３３】
蓄積部１５は、例えば、ＲＡＭや固定ディスク等からなる記憶装置であり、装着具２から受信した加速度を表す情報を記憶すると共に、運動判定部１３において検出された転倒の発生や、運動判定部１３において算出された歩幅、歩行速度、スタンスおよび左右の脚の速度差などを表す情報を記憶する。
【００３４】
次に、上記運動判定部１３における加速度データから歩行速度を算出する方法について、図７〜図９を参照しながら詳細に説明する。
図７は、被験者１の歩行機能テストにおける脚運びと加速度の変化との対応を時間の経過に従って示した一例である。図７における曲線４１は、被験者１が歩行機能テストを実施した際の左右方向の加速度の変化を示した図である。一方、曲線４２は、上記歩行機能テストを実施した際の前後方向の加速度の変動を示した図である。上記の図２において説明したように、左右方向の加速度に対しては「右向き」を正の方向と定義し、前後方向の加速度に対しては「前向き」を正の方向と定義している。本実施の形態においては、次の（１）式における歩行速度の定義を用いることとする。
【００３５】
歩行速度＝歩行周期×歩幅                                （１）
ここで、上記（１）式における「歩行周期」とは、図７における曲線４２（即ち、前後方向の加速度の変化）の平均周期（例えば、Ｔ(i)−Ｔ(i-1)[sec]に相当する１０周期の平均）とする。この場合、上記曲線４２においては、負の値から正の値に変化する過程でゼロクロスする、隣り合う２点を用いることとする。
【００３６】
さらに、上記（１）式における「歩幅」については、例えば上記の１０周期に亙って計測した前後方向の加速度の曲線４２をフーリエ変換してパワースペクトルを求め、さらにそのピーク値（これを「周波数パワー」という。）の常用対数を求める。
【００３７】
図８は、上記図７の曲線４２の周波数スペクトルを模式的に示した図である。図８に示される例では、周波数が「１」（即ち、１歩に要する時間が１秒）において周波数パワーが最大となる例（曲線５０１〜曲線５０４）を示しており、各々の最大パワーの常用対数値が示されている。従って、図８の曲線５０４の場合は、１秒間に８歩あるいたこととなる。
【００３８】
図９は、実験的に算出された、周波数パワーの常用対数と歩幅との関係を示す一例である。図９に示されるように、最大周波数パワーの常用対数と歩幅とは比例関係にある。図９の曲線６０１に基づいて、下記の（２）式が導出される（ここで、歩幅の単位は[cm]である。）。
【００３９】
歩幅＝１４３×(最大周波数パワーの常用対数)−２７１      （２）
なお、上記の関係は、個人毎に１つの曲線が定義され得る（従って、被験者が３人いる場合は、曲線６０１〜６０３のように３本の曲線が定義され得る。）。
【００４０】
以上の説明で明らかなように、上記（２）式で算出された「歩幅」を、上記（１）式に代入することにより「歩行速度」を算出することが可能となる。
なお、上記の歩幅と同様に、「スタンス」を算出することが可能である。つまり、歩幅は、前後方向の加速度の曲線４２に基づいて算出したが、スタンスは、左右方向の加速度の曲線４１に基づいて、同様の手法で算出することができる。
【００４１】
図１０は、歩行時のスタンスを変えて収集した左右方向の加速度波形のパワースペクトラムを用いて特定した、最低の周波数におけるパワー値を示すスタンス評価指数と歩行スタンスとの関係の一例を示す図である。図１０において、横軸が歩行スタンス[ｃｍ]を示し、縦軸が上記極大値を常用対数で表したスタンス評価指数である。図１０により、歩行時のスタンスと極大値との間には線形の関係があることがわかる。
【００４２】
次に、上記運動判定部１３における、被験者１の運動が歩行か否かを判定する方法について説明する。
図１１は、上記運動判定部１３において歩行判定時に参照される、被験者１の歩行時における上下方向の加速度の変化を示す波形の一部である。
【００４３】
一般に歩行時は、脚の接地に伴って床（又は地面）からの反力が律動的に生じる。図１１は、上記の床反力の変化を示している。
そこで、運動判定部１３は、以下に示す何れかの条件を満たした場合に「歩行」と判定する。すなわち、
（条件１）：
「規定時間（例えば、１６０[msec]）の上下方向の加速度において、「極大→極小→極大」の変化が発生し、かつ、極大値−極小値間（又は極小値−極大値間）の振幅（図１１の場合であれば、Ａ−Ｂ間又はＢ−Ｃ間の振幅）が規定値（例えば、０．１５Ｇ）以上であり、かつ極大値と極小値（又は極小値と極大値）の中点（図１１の場合であれば、Ｄ又はＥ）の値が規定範囲（例えば、０．５Ｇ〜１．５Ｇ）に収まる場合」
（条件２）：
「所定の時間（例えば２秒）に条件１が規定回数（例えば５回）以上発生し、その際の被験者の姿勢が立位の場合」
の２条件である。
【００４４】
さらに、以下では、上記運動判定部１３における、被験者１の歩行時の左右の脚の速度差を算出する方法について説明する。
上記図７は、運動判定部１３において左右の脚の速度差を算出する場合の処理内容を説明するための図でもあり、被験者１の脚運びと左右方向及び上下方向の加速度データとの対応関係を示した図である。
【００４５】
本実施の形態においては、被験者１の回復度を定量化することが特徴であるため、左右の脚の速度の差異を左右差判定ポイントとして、健常脚による速度に対する非健常脚による速度の比率（百分率）として定義することとする。即ち、
[左右差判定ポイント]
＝[非健常脚による速度]／[健常脚による速度]×１００        (３)
によって表現する。
【００４６】
図７に示されるように、左右の脚に起因する前後方向の速度は、前後方向の加速度の正の部分を時間軸に沿って積分した値で定義され、一つの積分区間は、前後方向の加速度が正になった時点から負になった時点までの区間で定義される。しかし、前後方向の加速度だけを参照した場合、加速度の有無は判別できても、その加速度が左右のどちらの脚に起因するのかを判別することは不可能である。そこで、本実施の形態では、左右方向の加速度を用いてこの問題を解決することとする。
【００４７】
即ち、左右方向の加速度の変動に対しては、脚の左右の運びの関与が強く、左脚が接地している時の左右方向の加速度は正の方向に偏位し、右足が接地している時の左右方向の加速度は負の方向に偏位することから、左右の脚に起因する前後方向の速度を算出する際に、左右方向の加速度データを参照することで、前後方向の加速度が左と右のどちらの脚に起因するのかを判別することが可能となる。
【００４８】
上記のように、本実施の形態においては、左右の脚に起因する速度を算出する際は、積分開始時点における左右方向の加速度が負である場合は右脚が接地しており、正である場合は左脚が接地しているという一定の関係を利用している。
【００４９】
なお、前記積分期間は、計測された加速度の時間的変化に基づいて周波数スペクトルを生成し、生成された周波数スペクトルの中から極大値を有する周波数スペクトルを特定する。さらに、特定された周波数スペクトルの周波数を特定し、特定された周波数の半周期をもって積分期間とする。
【００５０】
次に、上記のように構成される身体運動解析システム１００の動作について説明する。図１２は、身体運動解析システム１００の処理の流れを示すフローチャートである。
最初に、身体運動解析装置２０の通信制御部１１は、加速度モードフラグを初期化（０を設定）し（Ｓ１）、その後、一定時間毎に装着具２から送信されてくる加速度データを受信すると共に、この加速度データに付加されている加速度モードフラグの値を判別する（Ｓ２）。この「加速度モードフラグ」は、被験者１の歩行について計測中か否か（即ち、解析対象の加速度データか否か）を示すフラグであり、計測中を示す値は「１」である。
【００５１】
次に、身体運動解析装置２０の通信制御部１１は、装着具２から受信した加速度モードフラグが「１」の場合は（Ｓ４：ＹＥＳ）、運動解析処理（Ｓ６）、歩行速度算出処理（Ｓ７）及び左右差判定処理（Ｓ８）を実行する。
【００５２】
さらに、身体運動解析装置２０の運動機能評価部１４は、上記の各処理によって算出された歩行速度等に基づいて評価を行い、その評価結果を表示する（Ｓ９）。
一方、上記加速度モードフラグが「０」の場合は（Ｓ４：ＮＯ）、身体運動解析装置２０の運動判定部１３は、姿勢判定処理（Ｓ１２）を実行し、転倒していると判定した場合は（Ｓ１３：ＹＥＳ）、その旨を表す情報を通信制御部１１に送信する（Ｓ１４）。これにより、身体運動解析装置２０の通信制御部１１は、装着具２の通信制御部８に被験者１が転倒した旨表す情報を送信する。
【００５３】
この後、身体運動解析装置２０の通信制御部１１は、加速度モードフラグを初期化して、被験者１について歩行等の解析を継続する場合は（Ｓ１１：ＹＥＳ）、上記の処理を繰り返す（Ｓ２〜Ｓ１４）。
【００５４】
図１３は、上記図１２における運動解析処理（Ｓ５）の内容を示すフローチャートである。
最初に、周波数分析部３２は、通信制御部１１から加速度データを受信すると（Ｓ１３０１）、この加速度データに対して周波数分析を実行し（Ｓ１３０２）、その結果を極大値検出部３３に出力する。
【００５５】
次に、極大値検出部３３は、周波数分析部３２から入力したパワースペクトラムからパワーの極大値を検出する（Ｓ１３０３）。これにより、極大値周波数検出部３４は、極大値検出部３３において検出された極大値に対応する周波数を検出する（Ｓ１３０４）。
【００５６】
さらに、最低周波数検出部３５は、極大値周波数検出部３４において検出された各周波数の中から、０Ｈｚを除いた最低の周波数を検出する（Ｓ１３０５）。そして、配列保存部３６は、最低の周波数、最低の周波数に対応する極大値、及びそれらの計測日時とからなる配列を保存する。
【００５７】
評価部３７は、配列保存部３６に蓄積されているデータから、指定された日時のデータを読み出して通信制御部１１に出力する（Ｓ１３０６）。
図１４は、上記図１２における歩行速度算出処理（Ｓ７）の内容を示すフローチャートである。
【００５８】
最初に、身体運動解析装置２０の通信制御部１１は、装着具２から送信された加速度データを受信し（Ｓ１４０１：Ｙｅｓ）、この加速度データに基づいて、歩行周期を算出する（Ｓ１４０２）。次に、通信制御部１１は、受信した加速度データが左右方向の場合は（Ｓ１４０３：Ｙｅｓ）、算出した歩行周期の値を２倍する（Ｓ１３０４）。さらに、通信制御部１１は、受信した加速度データに基づいて歩幅を推定し（Ｓ１４０５）、上記歩行周期と歩幅から歩行速度を算出する（Ｓ１４０６）。
【００５９】
図１５は、上記図１２における左右差判定処理（Ｓ８）の内容を示すフローチャートである。
最初に、通信制御部１１を介して加速度データを受信すると（Ｓ１５０１）、運動解析部１２において加速度データが解析され、運動判定部１３において歩行速度が算出される（Ｓ１５０２）。さらに、運動判定部１３は、算出された歩行速度に基づいて、左右差判定ポイントを算出する（Ｓ１５０３）。運動機能評価部１４は、算出された左右差判定ポイント等を表示する（Ｓ１５０４）。
【００６０】
より詳細には、所定の時間区間内で同時に計測された前後方向の加速度情報と左右方向の加速度データが入力されると（Ｓ１５０１）、入力された加速度データに対して、一つの積分区間ごとにその積分値を算出し保持する。
【００６１】
さらに、各積分値に対して、その積分開始時における左右方向の加速度の符号を参照することにより、各積分値が左右どちらの脚に対応しているかを示すラベルを付与する。その様にして左右脚に振り分けられた積分値を平均して、健常脚による速度と非健常脚による速度を算出する（Ｓ１５０２）。
【００６２】
このとき、身体運動解析装置２０においては、予め、左右どちらの脚が非健常脚であり、他の足が非健常脚であるという情報を保持しており、最終的には、上記（３）式で定義した左右差判定ポイントを生成する。
【００６３】
なお、両足とも非健常脚の場合は加速の大きい方を健常脚とみなす。また、左右の脚の判別が困難な場合も同様である。
さらに、前記左右差の判定ステップ（Ｓ１５０３）で生成された左右差判定ポイントは運動機能評価部１４に送信され表示される（Ｓ１５０４）。
【００６４】
次に、運動機能評価部１４における各種データの表示例について説明する。
図１６は、被験者１に関する身体運動機能の一つである歩行速度の変化を表示した一例であり、例えば、股関節置換手術の患者を対象として術後のリハビリの回復過程における歩行速度の変化の様子を示したグラフである。図１６の例では、術後５日目から第１回目の計測を開始し、第１回目の計測値を１００とした場合の、その後の歩行速度変化率を術後の経過日数と対応付けて示した図である。図１６の例からわかるように、運動機能評価部１４は、１０日間毎の集計機能も有している。
【００６５】
図１７は、上記図１０の関係を利用して作成した、歩行テストによって得られたスタンスの変化の様子を示す一例である。図１７において、横軸は歩行テストの日付、縦軸は歩行スタンス評価指数を示している。図１７では、日付の進行に伴って左右方向の歩行スタンスが短縮しており、下肢機能不全患者（被験者１）の運動機能回復の度合いを定量的に把握することができる。
【００６６】
図１８は、運動機能評価部１４における、歩幅や歩行速度の最新の計測値と前回計測値との比較を行った場合の表示例である。
図１９は、上記運動機能評価部１４に表示された、被験者１の左右差判定ポイントの変化の様子を示す図であり、術後日数に対応する左右差判定ポイントをグラフ化したものである。医療施設のスタッフ等は、被験者１の回復状況を把握すると共に、適切なアドバイス等も行うことが可能となる。
【００６７】
図２０は、運動機能評価部１４に表示された、被験者１の身体運動機能の回復程度を定量的に表示した一例であり、上記（３）式で算出された左右差判定ポイントの表示例である。
【００６８】
なお、上記実施の形態の身体運動解析装置２０をインターネット等のネットワークを介して遠隔地にある医療施設の端末（例えば、パーソナルコンピュータ）に接続することも可能である。
【００６９】
図２１は、上記のように、被験者宅１０２にある身体運動解析装置２０と医療施設４の端末１２９とがネットワーク３を介して接続されている様子を示した図である。図２１に示されるように身体運動解析装置２０と端末１２９とをネットワーク３を介して接続することにより、被験者１の回復度等に関する情報を両装置で共有することが可能となる。
【００７０】
以上のように、本発明に係る身体運動解析システムを用いることにより、被験者の転倒事象を遂次監視すると共に、短時間かつ制約を受けることなく、宅内にて歩行機能等について、被験者自身が運動機能について計測を行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、本発明に係る加速度送信装置、身体運動解析装置及びその方法は、リハビリテーションシステム、スポーツトレーニング装置などとして適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る身体運動解析システムの概略図である。
【図２】本発明に係る装着具に内蔵されているセンサユニットの装着位置とその座標軸との関係を模式的に示した図である。
【図３】本発明に係る身体運動解析システムにおける装着具および身体運動解析装置のそれぞれの機能構成を示すブロック図である。
【図４】（ａ）は、装着具２を展開した場合の正面図である。（ｂ）は、センサポケット２８の位置において（装着具を切断した場合の上面図である。
【図５】図４（ａ）の装着具の断面図の一例を示す図である。
【図６】図３における運動解析部の詳細な機能構成を示すブロック図である。
【図７】被験者の歩行機能テストにおける脚運びと加速度の変化との対応を時間の経過に従って示した一例である。
【図８】前後方向の加速度曲線に関する周波数スペクトルを模式的に示した図である。
【図９】実験的に算出された、周波数パワーの常用対数と歩幅との関係を示す一例である。
【図１０】最低の周波数におけるパワー値を示すスタンス評価指数と歩行スタンスとの関係の一例を示す図である。
【図１１】運動判定部において歩行判定時に参照される、被験者の歩行時における上下方向の加速度の変化を示す波形の一部である。
【図１２】本発明に係る身体運動解析システムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】図１２における運動解析処理の内容を示すフローチャートである。
【図１４】図１２における歩行速度算出処理の内容を示すフローチャートである。
【図１５】図１２における左右差判定処理の内容を示すフローチャートである。
【図１６】被験者に関する身体運動機能の一つである歩行速度の変化を表示した一例である。
【図１７】図１０の関係を利用して作成した、歩行テストによって得られたスタンスの変化の様子を示す一例である。
【図１８】運動機能評価部における、歩幅や歩行速度の最新の計測値と前回計測値との比較を行った場合の表示例である。
【図１９】運動機能評価部に表示された、被験者の左右差判定ポイントの変化の様子を示す図である。
【図２０】運動機能評価部に表示された、被験者の身体運動機能の回復程度を定量的に表示した一例である。
【図２１】被験者宅にある身体運動解析装置と医療施設の端末とがネットワークを介して接続されている様子を示した図である。
【図２２】従来の身体運動解析装置の機能構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７３】
１    被験者
２    装着具
３    ネットワーク
４    医療施設
５    装着部
６    異常報知部
７    信号発生部
８    通信制御部
９    計測部
１０    センサユニット
１１    通信制御部
１２    運動解析部
１３    運動判定部
１４    運動機能評価部
１５    蓄積部
２０    身体運動解析装置
２１    通信制御部
２２    歩行速度検出部
２３    基底素材
２６    センサ固定ベルト
２８    センサポケット
２９    バッテリポケット
３２    周波数分析部
３３    極大値検出部
３４    極大値周波数検出部
３５    最低周波数検出部
３６    配列保存部
３７    評価部
１００    身体運動解析システム
１０２    被験者宅
１２９    端末
１３１    撮影手段
１３２    身体知識記憶手段
１３３    身体抽出手段
１３４    身体部品抽出手段
１３５    可視特徴点検出手段
１３６    未知特徴点検出手段
１３７    身体特徴点記憶手段
１３８    身体運動知識記憶手段
１３９    運動環境知識記憶手段
１４０    身体運動解析手段
１４１    熟練者身体運動知識記憶手段
１４２    アドバイス作成手段
２００    身体運動解析装置
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2006026092.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2006026092.tif 000018
【図１７】
2006026092.tif 000019
【図１８】
2006026092.tif 000020
【図１９】
2006026092.tif 000021
【図２０】
2006026092.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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