(57)【要約】【課題】一般家庭や介護施設への導入が簡便にでき、歩行機能の個人的環境変化について客観的エビデンス構築を可能とする歩行測定機及びこれを用いた歩行機能評価方法を提供する。【解決手段】歩行測定機は、歩行マット１の内部に６４ラインのセンサーを３０ｍｍ間隔で配置し、被測定者が足で踏んだ位置と時間をモニタリングし、歩幅と歩行スピードをパーソナルコンピュータ４により演算して計測された歩行データに基づき被測定者の歩行状態を解析し、被測定者が自己の歩行能力を確認する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定者の歩行状態を検出して当該被測定者の歩行データを計測する歩行状態計測手段と、該歩行状態計測手段により計測された歩行データに基づき被測定者の歩行状態を解析し、被測定者の歩行能力を算出する歩行状態解析手段を備えたことを特徴とする歩行測定機。
【請求項２】
前記歩行状態計測手段による測定項目は、（１）スタータの合図から被測定者の第１歩目が地面に着地するまでの時間、（２）スタート位置から第１歩目の着地点までの距離、（３）第１歩目のつま先が着いてから第２歩目のつま先が着くまでの時間、（４）第１歩目のつま先が着いた位置から第２歩目のつま先が着いた位置までの距離、さらに（５）第１歩目のつま先が着地してから検知終了までの時間であることを特徴とする請求項１記載の歩行測定機。
【請求項３】
前記歩行状態計測手段は、内部に複数のセンサーを所定の間隔で配置した歩行マットと、測定開始を合図するスタータと、センサーからの受圧力情報と離反速度データを歩行状態解析手段にデータ送信する中継制御装置とからなることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の歩行測定機。
【請求項４】
前記歩行マットは、歩行マット内部に複数のセンサーを配置し、該配置されたセンサーにより被測定者が踏んだ位置と着地してから離地するまでの時間をモニタし、被測定者の歩幅と歩行速度を測定することを特徴とする請求項３記載の歩行測定機。
【請求項５】
前記歩行状態解析手段は、前記中継制御装置からのデータを受信して解析する測定プログラムと、被測定者の身体情報、及び測定結果を登録するデータベースを備えた演算処理装置からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の歩行測定機。
【請求項６】
被測定者の第１歩目が地面に着地するまでの時間、スタート位置から第１歩目の着地点までの距離、第１歩目のつま先が着いてから第２歩目のつま先が着くまでの時間、第１歩目のつま先が着いた位置から第２歩目のつま先が着いた位置までの距離、第１歩目のつま先が着地してから検知終了までの時間、及び被測定者の身体情報を前記データベースに蓄積し、該蓄積されたデータと最新の測定結果の比較に基づいて、歩行機能を評価することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の歩行測定機を用いた歩行機能評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療及びリハビリテーションにおいて、患者の転倒の危険に深く関わる歩行能力を測定するために使用される歩行測定機及びこれを用いた歩行機能評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、高齢者は、加齢・四肢障害や脳障害等により、運動機能の低下が生じ、日常の歩行行動でのつまずき、転倒により怪我する事態が散見される。このため、日常の健康管理として、医師・看護師による面談・観察により運動範囲や運動量を指導することで予防措置がとられている。
【０００３】
例えば、日常生活における健康管理として、体重測定による肥満度から惹起される病気の予防を図るために体重計や体脂肪計が使用されるように、歩行機能性を定量的に知ることで同様の健康管理効果が得ることができる。
【０００４】
このような患者（被測定者）の歩行状態を計測する装置として、多数の圧力センサーを有する圧力分布センサーを備え、当該圧力分布センサー上を患者が歩行したときの足裏にかかる荷重と足位置とを計測する技術が知られている（特許文献１参照）。また、歩行者の歩行に基づく歩行データを計測する歩行計測部と、歩行計測部により計測された歩行データに基づき歩行者の歩行動作を解析する歩行解析部と、転倒に関連する疾病既往歴及び転倒経験の有無情報が健康診断情報として歩行者毎に登録した検診データベースとを備え、表示制御部は歩行解析部により解析された歩行者の転倒危険情報と、健康診断データベース内の歩行者に対応する健康診断情報とを入力すると、この歩行者に適合した歩行訓練指導情報を転倒予防指導計画として表示部に表示する転倒予防指導支援システム（特許文献２参照）等が提案されている。
【０００５】
また、歩行者の足部に装着され、加速度又は角速度の少なくともいずれかの検出データを所定のサンプリング周期で無線出力する歩行センサーと、検出データを受信する無線通信装置と、この無線通信装置を介して取得する検出データの加速度の絶対値に基づき、一歩毎のデータにおける前半部分の最大値のタイミングを離地時刻とし、後半部分の最大値のタイミングを接地時刻として算出する歩行解析装置とを備えた歩行分析システム（特許文献３参照）、さらには被計測者が圧力分布センサーからの圧力分布データに基づいて歩行機能を示すパラメータの値を算出し、複数のパラメータの値及び転倒履歴データベースを用いてロジスティック回帰分析により数値化された転倒危険度を蓄積した転倒危険度データベースを備え、パラメータ算出部によって算出された被計測者についてのパラメータの値及び転倒危険度データベースに基づいて、被計測者の転倒する危険を示す転倒危険度判定装置（特許文献４参照）等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３０８６９８号公報
【特許文献２】特開２００２−３４５７８６号公報
【特許文献３】特開２００８−１７５５５９号公報
【特許文献４】特開２００８−６１８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、測定が人手のために誤差が生じる、計測方法が煩雑である、複数の人員を要するといった問題点を鑑み、一般家庭や介護施設への導入が簡便にでき、歩行機能の個人環境変化について客観的エビデンス構築を可能とする歩行測定機及びこれを用いた歩行機能評価方法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】
【０００８】
このため本発明の歩行測定機は、被測定者の歩行状態を検出して当該被測定者の歩行データを計測する歩行状態計測手段と、該歩行状態計測手段により計測された歩行データに基づき被測定者の歩行状態を解析し、被測定者の歩行能力を算出する歩行状態解析手段を備えたことを第１の特徴とする。また、前記歩行状態計測手段による測定項目は、（１）スタータの合図から被測定者の第１歩目が地面に着地するまでの時間、（２）スタート位置から第１歩目の着地点までの距離、（３）第１歩目のつま先が着いてから第２歩目のつま先が着くまでの時間、（４）第１歩目のつま先が着いた位置から第２歩目のつま先が着いた位置までの距離、さらに（５）第１歩目のつま先が着地してから検知終了までの時間であることを第２の特徴とする。さらに、前記歩行状態計測手段は、内部に複数のセンサーを所定の間隔で配置した歩行マットと、測定開始を合図するスタータと、センサーからの受圧力情報と離反速度データを歩行状態解析手段にデータ送信する中継制御装置とからなることを第３の特徴とする。さらにまた、前記歩行マットは、歩行マット内部に複数のセンサーを配置し、該配置されたセンサーにより被測定者が踏んだ位置と着地してから離地するまでの時間をモニタし、被測定者の歩幅と歩行速度を測定することを第４の特徴とし、前記歩行状態解析手段は、前記中継制御装置からのデータを受信して解析する測定プログラムと、被測定者の身体情報、及び測定結果を登録するデータベースを備えた演算処理装置からなることを第５の特徴とする。
【０００９】
そして、本発明に係る歩行測定機を用いた歩行機能評価は、上記歩行測定機を用いて、被測定者の第１歩目が地面に着地するまでの時間、スタート位置から第１歩目の着地点までの距離、第１歩目のつま先が着いてから第２歩目のつま先が着くまでの時間、第１歩目のつま先が着いた位置から第２歩目のつま先が着いた位置までの距離、第１歩目のつま先が着地してから検知終了までの時間、及び被測定者の身体情報を前記データベースに蓄積し、該蓄積されたデータと最新の測定結果の比較に基づいて、歩行機能を評価することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
測定が人手のために誤差が生じる、計測方法が煩雑である、複数の人員を要するといった問題点を解決し、一般家庭や介護施設への導入が簡便にでき、歩行機能の個人環境変化について客観的エビデンス構築を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る歩行測定機を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明に係る歩行測定機の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る歩行マット構造を示す一部破断斜視図である。
【図４】歩行マットの敷設状態例を示す平面図である。
【図５】本発明の歩行測定機を模式的に示す平面図である。
【図６】測定プログラムの画面イメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図１乃至図６を参照して、本発明に係る歩行測定機及び歩行機能評価方法の実施の形態について説明する。尚、本発明が以下に記述する実施例に限定されないことは言うまでもない。
【実施例】
【００１３】
本発明に係る歩行測定機は、歩行マット１の内部に６４ラインのセンサーをＰ＝３０ｍｍ間隔で配置し、被測定者が足で踏んだ位置と時間をモニタリングし、歩幅と歩行スピードをパーソナルコンピュータ（以下ＰＣという）４により演算して測定するシステムである。すなわち、被測定者の歩行状態を検出して当該被測定者の歩行データを計測する歩行状態計測手段と、歩行状態計測手段により計測された歩行データに基づき被測定者の歩行状態を解析し、被測定者の歩行能力を算出する歩行状態解析手段を備えている。
【００１４】
歩行測定機の主たる構成は、足で踏んだ位置を測定するセンサーとして機能する歩行マット１、ランプ点灯により測定開始を指示するスタータとして機能すると共に、測定中を表示するステータスランプ２、歩行マット１からの歩行情報と時間を管理してＰＣ４にデータ送信する中継制御ボックス３と、中継制御ボックス３から送信されたデータを取得・分析し結果を表示する測定プログラム（アプリケーション）が搭載されたＰＣ４とから構成されている。
【００１５】
歩行マット１は、前記したセンサー信号ケーブル６が等間隔で配置された電極（ＰＥＴシート）５に導電布８で被覆したマットを、図４に示すように複数枚連続して配置して構成される。図中、９はＰＶＣ製のカバー、１０はケーブルカバーである。本実施例では、歩行マットの幅Ｗ＝５６０ｍｍ、マット一枚分の長さＬ１＝４７０ｍｍのものを使用した。これを４枚並べると、センサー同士の間隙ｄ＝１０ｍｍを加えて全長Ｌ２＝１９４０ｍｍとなる。
【００１６】
次いで、図５を参照に測定項目を挙げる。図５中、（１）ステータスランプが点灯し、スタートラインＳから踏み出して一歩目のつま先が着くまでの時間を測定、（２）スタート位置から一歩目のつま先が着いた距離を測定（以下、踏み出し距離）、（３）一歩目のつま先が着いてから二歩目のつま先が着くまでの時間を測定（以下、反対足着地時間）、（４）一歩目のつま先が着いた位置から二歩目のつま先が着いた位置までの距離を測定（以下、反対足着地距離）、（５）歩行時間（一歩目のつま先が着地してから検知終了までの時間）を測定する。また、図５右側に示すように、歩幅が短く、踏み下ろした足の踵と着地している足のつま先が、ある一本のセンサー信号ケーブル６上に被さった場合は、踵の着地を検出することが難しい。よって、センサー信号ケーブル６の検知方向は、図５下側に示した矢印方向、つまり歩行マット１の最後部からスタートラインＳに向かう方向に進み、着地したつま先を確実に検知するよう構成される。
【００１７】
中継制御ボックス３は、測定間隔（２０ｍｓ）毎の各センサー信号レベル（６４本分）のＡ／Ｄ変換制御、ステータスランプ２の点灯・消灯制御、ＵＳＢ通信制御を行うものである。すなわち、ＰＣ４からの測定開始要求受付、ステータスランプ２の点灯（被験者歩行開始）、歩行マット１からのセンサー信号（６４本分）をＡ／Ｄ変換してＰＣ４にデータ送信、検知終了（被験者が歩行マット１を通過したらＰＣ４の測定停止ボタンを押して測定完了、若しくはタイムアウト（時間超過）による自動停止による）後にステータスランプ２を消灯する。尚、本実施例では、スタータとしてステータスランプ２を使用しているが、視覚障害者を対象とする場合は、音声によって合図を行なうものでもよい。
【００１８】
ＰＣ４に搭載された測定プログラムは、図６に示すように、被測定者のナンバー、氏名、性別、年齢、体重、身長、足のサイズなどが入力される測定者情報部を有し、入力された測定者情報を保存、管理するデータベースをＰＣ４内に構築するよう構成される。また、上記した測定項目に関する測定データの管理を行う測定指示・データ管理部を有し、中継制御ボックス３から送信されたデータを構築されたデータベース内に保存、管理を行うとともに、ステータスランプ２への点灯指示、歩行マット１への測定指示を操作し、測定結果、過去の累積データの表示操作を行うことができるよう構成される。
【００１９】
通常歩行時の画像記録による測定と本発明の歩行測定機による測定（電子的測定）との比較検討を行なった。
（１）画像記録による測定
測定方法：床に１ｃｍ刻みで測定できる測定テープ２４０ｃｍを貼り、テープの終了部分（スタート位置から２４０ｃｍ前方）に被験者の目と同じ高さにランプを設置した。ランプの発光スイッチは実験者がもち、スイッチの操作は被験者に見られないように行なった。また、記録のために、ビデオカメラを設置した。設置場所は、測定テープの中央部前の台上であり、三脚を使用して高い位置から測定の様子が全て写るように撮影を行なった。直立姿勢からランプが点灯し、足を踏み出してつま先が着地するまでの踏み出し完了時間をＴ１（ｍｓｅｃ）、その踏み出した距離を踏み出し距離Ｄ１（ｃｍ）、上記の動作を終えてから次に反対足のつま先が着地するまでの反対足着地時間をＴ２（ｍｓｅｃ）、その距離を歩幅Ｄ２（ｃｍ）とした。踏み出し距離Ｄ１、歩幅Ｄ２については、１ｃｍ単位で、踏み出し着地時間Ｔ１、反対足着地時間Ｔ２については、ビデオ記録の１コマに相当する０．０３３秒単位で測定した。また、歩行時間をＴ３（ｍｓｅｃ）として測定した。
（２）電子的測定
測定方法：前述した歩行測定機を用いランプの発光にしたがって歩行し、Ｔ１、Ｄ１、Ｔ２、Ｄ２、Ｔ３を測定した。
（３）測定
被験者Ａ〜Ｆの６名により１０回の測定を行なった。被験者情報を表１に、各被験者の画像記録による測定、及び電子的測定の測定結果を表２〜表７に示す。表２〜７左上欄に、データ分類として、被験者番号Ａ〜Ｆに続き、Ｎ（負荷なし）またはＬ（錘負荷時）、Ｅ（電子測定）またはＶ（映像解析）とアルファベットを続けて記載している。尚、画像記録による測定においては、検出画角の関係上、Ｔ３の測定は行っていない。また、表中×印は、計測機器の調整不備等により実測されなかったことを示し、ＭＮは、測定結果の平均値、ＳＤは、測定結果の標準偏差値を示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
【表２】
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【表３】
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【表４】
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【表５】
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【表６】
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【表７】
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【００２２】
以上、６例の測定結果によれば、Ｔ１、Ｔ２などの時間測定では、最大４％程、Ｄ１、Ｄ２などの距離測定では、約６％の差が生じたものの、画像記録による測定と、電子的測定の値が極めて近い数値で記録された。画像記録による測定では、斜め上方から撮影した画像の記録確認となるため、視野角が生じる、画像的に不鮮明である等の理由により、着地の瞬間が不正確で測定誤差を生じる。一方、電子的測定は、歩行マットに足裏が接触し、センサーが受圧することで着地の瞬間を計測するため、接触を斜め上方から類推評価する画像記録と比較して、確実に測定を行うことができる。
【００２３】
また、被験者Ａの測定結果に注目すると、Ｔ１値平均の９３５ｍｓｅｃに対し、７回目のＴ１値は２４５ｍｓｅｃの遅延を生じて１１８０ｍｓｅｃを要している。すなわち、７回目の測定では上手く歩き出すことができず、さらにこの動揺が８回目の測定に影響してＴ１値が７００ｍｓｅｃと、平均値より短い時間でスタートラインＳから踏み出して一歩目のつま先が着いている。本来のペースが９００ｍｓｅｃ程度であるとすれば、８回目の測定においては、過剰適応を起こしている可能性がある。このように、本発明の歩行測定機による測定で歩行状態の異常を検出することができる。
【００２４】
［行動変容の模擬的な検出試験］
本来、歩行の態様が変化することは、その原因につき運動器の機能的変化が存在すると考え、上記の６名について、足首に巻き付き型の重り５００ｇを付け、合計１ｋｇの負荷をかけた状態で電子的測定を行い、数値の変化として認識されるか否かを検討した。測定方法は、上記方法と同じく、画像記録による測定と電子的測定を行った。被験者ごとの測定結果を表８〜表１３に示す。表８〜１３左上欄に、データ分類として、被験者番号Ａ〜Ｆに続き、Ｎ（負荷なし）またはＬ（錘負荷時）、Ｅ（電子測定）またはＶ（映像解析）とアルファベットを続けて記載している。尚、運動器とは、骨・関節・靱帯、脊椎・脊髄、筋肉・腱、末梢神経など、体を支え(支持)、動かす(運動・移動)役割をする器官の総称を示す。
【００２５】
【表８】
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【表９】
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【表１０】
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【表１１】
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【表１２】
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【表１３】
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【００２６】
この測定結果においても、画像記録による測定と電子的測定の値が極めて近い数値で記録された。被験者Ｄに注目すると、表５に示す無負荷時のＴ１平均値が１２５４ｍｓｅｃであったが、表１１に示す負荷時のＴ１平均値が１２０８ｍｓｅｃであり、４６ｍｓｅｃ増加しており、歩行の態様が変化することで運動器の機能的変化が存在することが実証された。また、被験者Ａにおいては、無負荷時と負荷時のＴ１平均値には変動が見られないものの、Ｔ３平均値が、１７０ｍｓｅｃ増加している。すなわち、歩行速度調節機能が遷延しており、運動量の必要性を自動的に調節する能力の低下が懸念される。被験者Ｆにおいても、被験者Ａと同様に負荷時にＴ３平均値が増加しているものの、被験者Ｆの体重が４７ｋｇと比較的軽量であり、体重あたり負荷量が被験者Ａの２倍近くになり、基本的な体力を反映した結果とみられる。
【００２７】
これらの測定結果から、踏み出し距離Ｄ１、歩幅Ｄ２の測定値の変化量は小さく、標準偏差ＳＤにみられるバラ付きも小さい。それだけに、この値の減少や異常がみられることは、重篤な変化が隠れている可能性が高く、測定値を確認することで健康管理の一環を担う。
【００２８】
［演算による機能評価］
以上のように、本発明は極めて短距離の歩行を行い、各種パラメータを測定する。また、測定されたデータをもって、種々の演算により歩行時の機能を評価し、機能に異常がみられた場合、転倒危険性が増加すると判断するものである。演算による評価の例として、スタータの合図によって歩行を開始し、足を踏み出してつま先が着地するまでの踏み出し完了時間Ｔ１に注目し、蓄積されたデータと直近に測定されたデータを比較することで歩行開始反応を算出する。歩行開始反応（％）＝踏み出し時間（直近）÷踏み出し時間（過去データ平均値）×１００とすることで、歩行開始反応の増加は、機敏な動作開始機能の低下を示し、危機に遭遇する確率を高めるため、被験者本人が体調変化を確認することで転倒防止に資することができる。
【００２９】
また、演算による機能評価の別例として、踏み出し距離Ｄ１を蓄積された過去データと直近に測定されたデータを比較することで、歩行開始意欲を算出する。歩行開始意欲（％）＝踏み出し距離（直近）÷踏み出し距離（過去データ平均値）×１００とすることで、歩行開始意欲の減少は、歩行に要する筋力の低下を示し、危険遭遇時の転倒回避が困難になる。また、歩行開始意欲の増加は、興奮や過度の筋力の発揮を示し、運動疲労や過信による事故を生じる要因となる。したがって、歩行開始意欲（％）を算出することで、被験者本人が体力発揮の変化を自覚することで転倒防止に資することができる。このように、歩行機能を測定、及び評価することで、歩行機能の個人環境変化について客観的エビデンス構築を可能とする。
【００３０】
さらに、データ比較を行う際に、被測定者の身体情報が用いられることが好ましい。例えば、被測定者の身体情報を基準値として、性別が同性、年齢の差分が５歳、身長の差分が１０ｃｍ、体重の差分が１０ｋｇ、及び足底の差分が１ｃｍ内の身体情報をもつ過去データ群との比較を行う、また例えば、被測定者と同性の過去データと比較して、被測定者の実年齢に対する歩行機能の評価を算出することも可能である。
【００３１】
尚、本実施例において、歩行マット１は、センサー信号ケーブル６が等間隔で配置された電極（ＰＥＴシート）５に導電布８で被覆しており、被測定者の踏圧を検知するよう構成されているが、本発明におけるセンサーは、歩行マット１内に収納され、かつ被測定者が踏んだ位置と着地してから離地するまでの時間をモニタリング可能なセンサーであれば何れでも使用することができる。このようなセンサーとして例えば、被測定者が踏んだ位置の温度変化を検出する温度センサーを用いても良い。また、測定プログラムを搭載するためにＰＣを使用しているが、例えば携帯電話、スマートフォン、もしくはタブレット端末等の測定プログラムを動作させることが可能な演算処理装置であれば何れでも使用することができ、本実施例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３２】
１    歩行マット
２    スタータ（ステータスランプ）
３    中継制御ボックス
４    ＰＣ
５    電極（ＰＥＴシート）
６    センサー信号ケーブル
７    絶縁スポンジ（ウレタン）
８    電極（導電布）
９    カバー（ＰＶＣ）
１０  ケーブルカバー
【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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