(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の腰に装着された加速度センサを用いて所定の計測周期で被験者の歩行中の左右方向の加速度を計測し、ある時点Ｔ0より所定時間ｔ2過去の時点がＴ2、前記時点Ｔ0より所定時間ｔ3過去の時点がＴ3であるときに（ただし、ｔ2＜ｔ3）、
時点Ｔ3と時点Ｔ2の間の左右方向の加速度の移動平均Ｙ3-2、
時点Ｔ2と時点Ｔ0の間の左右方向の加速度の移動平均Ｙ2-0、
移動平均Ｙ2-0と移動平均Ｙ3-2との差ΔＹ、
を算出し、
左右の一方の足（以下、第１足という）が前方へ動き出していると判定するためのΔＹの閾値ｙ1、及び他方の足（以下、第２足という）が前方へ動き出していると判定するためのΔＹの閾値ｙ2を設定し、
前記時点Ｔ0のΔＹと閾値ｙ1の大小関係、及び前記時点Ｔ0のΔＹと閾値ｙ2の大小関係に基づき、前記時点Ｔ0が、第１足が前方へ動き出してから第２足が前方に動き出すまでの状態（以下、第１足移行状態という）にあるか、第２足が前方へ動き出してから第１足が前方に動き出すまでの状態（以下、第２足移行状態という）にあるかを判定する歩行状態検査を周期的に行い、
第１足移行状態又は第２足移行状態の繰り返し周期を歩行周期とする歩行周期の検出方法。
【請求項２】
歩行状態検査において、ΔＹが閾値ｙ1以下の場合に第１足移行状態と判定され、ΔＹが閾値ｙ2以上の場合に第２足移行状態と判定されるように閾値ｙ1及びｙ2を設定した場合に、
前記時点Ｔ0におけるΔＹ≦ｙ1とΔＹ≧ｙ2の充足の有無を判断し、
ΔＹ≦ｙ1のとき、前記時点Ｔ0を第１足移行状態と判定し、
ΔＹ≧ｙ2のとき、前記時点Ｔ0を第２足移行状態と判定し、
ｙ1＜ΔＹ＜ｙ2 のとき、次の計測時点Ｔ0'におけるΔＹ≦ｙ1とΔＹ≧ｙ2の充足の有無を判断し、その時点Ｔ0'において
ΔＹ≦ｙ1のとき、前記時点Ｔ0を第２足移行状態と判定し、
ΔＹ≧ｙ2のとき、前記時点Ｔ0を第１足移行状態と判定する
請求項１記載の歩行周期の検出方法。
【請求項３】
前記加速度センサを用いて所定の計測周期で被験者の歩行中の鉛直方向の加速度を計測し、
時点Ｔ0より所定時間ｔ1過去の時点がＴ1（ただし、ｔ1＜ｔ2）であるときに、
時点Ｔ3と時点Ｔ2の間の鉛直方向の加速度の移動平均Ｘ3-2、
時点Ｔ2と時点Ｔ1の間の鉛直方向の加速度の移動平均Ｘ2-1、
移動平均Ｘ2-1と移動平均Ｘ3-2との差ΔＸ
を算出し、
第１足又は第２足が着床していると判定するためのΔＸの閾値ｘ1を設定し、
第１足又は第２足の着床の有無を判定する着床検査を行い、
着床検査で第１足又は第２足の着床ありと判定され、かつ歩行状態検査で第１足移行状態と判定された区間の最初の計測時を第１足の踵着地時とする請求項１又は２記載の歩行周期の検出方法。
【請求項４】
計測周期を１０Ｈｚ〜２５０Ｈｚとする請求項１〜３のいずれかに記載の歩行周期の検出方法。
【請求項５】
前記時点Ｔ2を、ある時点Ｔ0から６４ｍ秒〜１６００ｍ秒過去の時点とし、
前記時点Ｔ3を、ある時点Ｔ0から１９２ｍ秒〜４８００ｍ秒過去の時点とする請求項１〜４のいずれかに記載の歩行周期の検出方法。
【請求項６】
前記時点Ｔ1を、ある時点Ｔ0から３２ｍ秒〜８００ｍ秒過去の時点とする請求項３〜５のいずれかに記載の歩行周期の検出方法。
【請求項７】
歩行中の被験者の腰部の加速度から歩行周期を検出する歩行周期検出装置であって、
腰に装着され、歩行における腰部の左右方向の加速度を計測可能な加速度センサ、及び
加速度センサで計測された加速度から歩行周期を検出する演算装置を有し、
該演算装置が、
加速度センサで計測された左右方向の加速度を所定の計測周期で抽出する機能、
ある時点Ｔ0、該時点Ｔ0より所定時間ｔ2過去の時点がＴ2、及び前記時点Ｔ0より所定時間ｔ3過去の時点がＴ3であるときに（ただし、ｔ2＜ｔ3）、
時点Ｔ3と時点Ｔ2の間の左右方向の加速度の移動平均Ｙ3-2、
時点Ｔ2と時点Ｔ0の間の左右方向の加速度の移動平均Ｙ2-0、及び
移動平均Ｙ2-0と移動平均Ｙ3-2との差ΔＹ、
を算出する機能、
第１足が前方へ動き出していると判定するためのΔＹの閾値がｙ1、及び第２足が前方へ動き出していると判定するためのΔＹの閾値がｙ2であるときに、前記ΔＹと閾値ｙ1との大小関係、及び前記ΔＹと閾値ｙ2との大小関係に基づき、前記時点Ｔ0が第１足移行状態にあるか、第２足移行状態にあるかを判定する歩行状態検査を周期的に行う歩行状態検査機能、及び
第１足移行状態又は第２足移行状態の繰り返し周期を検出し、歩行周期として出力する機能、
を有する歩行周期検出装置。
【請求項８】
歩行状態検査において、ΔＹが閾値ｙ1以下の場合に第１足移行状態と判定され、ΔＹが閾値ｙ2以上の場合に第２足移行状態と判定されるように閾値ｙ1及びｙ2が設定された場合に、
前記時点Ｔ0におけるΔＹ≦ｙ1とΔＹ≧ｙ2の充足の有無を判断し、
ΔＹ≦ｙ1のとき、前記時点Ｔ0を第１足移行状態と判定し、
ΔＹ≧ｙ2のとき、前記時点Ｔ0を第２足移行状態と判定し、
ｙ1＜ΔＹ＜ｙ2 のとき、次の計測時点Ｔ0'におけるΔＹ≦ｙ1とΔＹ≧ｙ2の充足の有無を判断し、その時点Ｔ0'において
ΔＹ≦ｙ1のとき、前記時点Ｔ0を第２足移行状態と判定し、
ΔＹ≧ｙ2のとき、前記時点Ｔ0を第１足移行状態と判定する
請求項７記載の歩行周期検出装置。
【請求項９】
加速度センサが、歩行における腰部の左右方向の加速度と共に鉛直方向の加速度を計測可能であり、
時点Ｔ0より所定時間ｔ1過去の時点がＴ1であるときに（ただし、ｔ1＜ｔ2）、
演算装置が、
時点Ｔ3と時点Ｔ2の間の鉛直方向の加速度の移動平均Ｘ3-2、
時点Ｔ2と時点Ｔ1の間の鉛直方向の加速度の移動平均Ｘ2-1、
移動平均Ｘ2-1と移動平均Ｘ3-2との差ΔＸ
を算出する機能、
該ΔＸと、第１足又は第２足が着床していると判定するときのΔＸとして設定された閾値ｘ1に基づいて第１足又は第２足の着床の有無を判定する着床検査を行う機能、
着床検査で第１足又は第２足の着床ありと判定され、かつ歩行状態検査で第１足移行状態と判定された区間の最初の計測時を第１足の踵着地時として出力する機能、
を有する請求項７又は８記載の歩行周期検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行周期の検出方法及び検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
歩行において、片方の足の踵着地からその足の次の踵着地までは１歩行周期と言われ、歩行動作の詳細な解析を行う上で広く使用されている。
【０００３】
歩行周期の計測方法としては、被験者の画像を多方向から撮影し、３次元人物モデルの両脚のくるぶし間距離を算出し、その両脚のくるぶし間距離の最小値から歩行周期を算出する方法（特許文献１）、シート式圧力センサを使用して歩行周期を測定する方法（特許文献２）、被験者が携帯する加速度計によって歩行中の上下方向又は前後方向の加速度を計測し、計測した加速度を周波数解析してパワースペクトルのピークを検出し、そのピーク周波数に基づいて歩行周期を求める方法（特許文献３）などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８９６７１号公報
【特許文献２】特開２０１４―９４０６９号公報
【特許文献３】特開２００５−３４２２５４号公報
【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、特許文献１に記載のように、足の位置情報を利用して歩行周期を検出する場合、足に左右差がある被験者では両脚のくるぶし間距離から歩行周期を正確に検出することができない。また、複数台の撮像装置を用いて多方向から撮影することが必要とされるので、大掛かりな計測装置を設置できる専用の大きなスペースを必要とし、検出システムが複雑である。
【０００６】
特許文献２に記載のようにシート式圧力センサを使用すると、歩行特徴の検査会場などで被験者にシート式圧力センサ上を歩行してもらったときの歩行周期は正確に得られるが、そうして得られた歩行周期が、日常生活における歩行周期と一致するとは限らない。
【０００７】
特許文献３に記載のように被験者が携帯する加速度計を用いる方法によれば、日常生活における歩行周期を検出することができる。しかしながら、検出した加速度を周波数解析してパワースペクトルを求めることが必要とされるので、歩行周期を得るまでに多大な計算量が必要とされ、リアルタイムで簡便に歩行周期を求めることができない。
【０００８】
これに対し、本発明の課題は、日常生活の歩行周期を正確に、かつリアルタイムで検出可能とすることに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、歩行時に前方に動き出している足が右足であるか左足であるかに対応して腰が回旋することに着目し、腰に装着した加速度計によって検出される加速度から、前方に動き出している足が右足であるか左足であるかをリアルタイムで検査できるアルゴリズムを考案し、さらにその検査結果から歩行周期を検査する本発明を想到した。
【００１０】
即ち、本発明は、被験者の腰に装着された加速度センサを用いて所定の計測周期で被験者の歩行中の加速度を計測し、ある時点Ｔ0より所定時間ｔ2過去の時点がＴ2、前記時点Ｔ0より所定時間ｔ3過去の時点がＴ3であるときに（ただし、ｔ2＜ｔ3）、
時点Ｔ3と時点Ｔ2の間の左右方向の加速度の移動平均Ｙ3-2 、
時点Ｔ2と時点Ｔ0の間の左右方向の加速度の移動平均Ｙ2-0 、
移動平均Ｙ2-0 と移動平均Ｙ3-2 との差ΔＹ、
を算出し、
左右の一方の足（以下、第１足という）が前方へ動き出していると判定するためのΔＹの閾値ｙ1、及び他方の足（以下、第２足という）が前方へ動き出していると判定するためのΔＹの閾値ｙ2を設定し、
前記時点Ｔ0のΔＹと閾値ｙ1の大小関係、及び前記時点Ｔ0のΔＹと閾値ｙ2の大小関係に基づき、前記時点Ｔ0が、第１足が前方へ動き出してから第２足が前方に動き出すまでの状態（以下、第１足移行状態という）にあるか、第２足が前方へ動き出してから第１足が前方に動き出すまでの状態（以下、第２足移行状態という）にあるかを判定する歩行状態検査を周期的に行い、
第１足移行状態又は第２足移行状態の繰り返し周期を歩行周期とする歩行周期の検出方法を提供する。
【００１１】
また本発明は、上述の歩行周期の検出方法を実施する歩行周期検出装置として、歩行中の被験者の腰部の加速度から歩行周期を検出する歩行周期検出装置であって、
腰に装着され、歩行における腰部の左右方向の加速度を計測可能な加速度センサ、及び
加速度センサで計測された加速度から歩行周期を検出する演算装置を有し、
該演算装置が、
加速度センサで計測された左右方向の加速度を所定の計測周期で抽出する機能、
ある時点Ｔ0、該時点Ｔ0より所定時間ｔ2過去の時点がＴ2、及び前記時点Ｔ0より所定時間ｔ3過去の時点がＴ3であるときに（ただし、ｔ2＜ｔ3）、
時点Ｔ3と時点Ｔ2の間の左右方向の加速度の移動平均Ｙ3-2 、
時点Ｔ2と時点Ｔ0の間の左右方向の加速度の移動平均Ｙ2-0 、及び
移動平均Ｙ2-0 と移動平均Ｙ3-2 との差ΔＹ、
を算出する機能、
第１足が前方へ動き出していると判定するためのΔＹの閾値がｙ1、及び第２足が前方へ動き出していると判定するためのΔＹの閾値がｙ2であるときに、前記ΔＹと閾値ｙ1との大小関係、及び前記ΔＹと閾値ｙ2との大小関係に基づき、前記時点Ｔ0が第１足移行状態にあるか、第２足移行状態にあるかを判定する歩行状態検査を周期的に行う歩行状態検査機能、及び
第１足移行状態又は第２足移行状態の繰り返し周期を検出し、歩行周期として出力する機能、
を有する歩行周期検出装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被験者の腰に装着した加速度センサで計測される、被験者の左右方向の加速度を用いて、被験者の日常生活の歩行周期を正確に、かつリアルタイムで検出することができる。
【００１３】
特に、被験者の鉛直方向の加速度も用いた場合には、片方の足の踵着地からその足の次の踵着地までを正確に、かつリアルタイムで検出することができ、生体物理工学的に有用な歩行データを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施例の歩行周期の検出方法の流れ図である。
【図２】図２は、３軸加速度センサを使用した場合に、歩行周期の検出に使用する左右方向の加速度と鉛直方向の加速度の説明図である。
【図３】図３は、左右方向の加速度の移動平均と鉛直方向の加速度の移動平均の算出方法の説明図である。
【図４】図４は、ΔＹの波形とΔＸの波形の説明図である。
【図５】図５は、歩行状態検査におけるアルゴリズムの流れ図である。
【図６】図６は、３軸加速度センサにおける３軸の加速度のデータに、歩行状態検査及び着床検査の判定結果を重ねたものである。
【図７】図７は、実施例の装置により被験者１について検出した歩行周期に関する判定値のグラフである。
【図８】図８は、実施例の装置により被験者２について検出した歩行周期に関する判定値のグラフである。
【図９】図９は、実施例の装置により被験者３について検出した歩行周期に関する判定値のグラフである。
【図１０】図１０は、実施例の装置により被験者４について検出した歩行周期に関する判定値のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。
【００１６】
＜歩行周期検出装置＞
図１は、本発明の一実施例の歩行周期検出装置１で行われる歩行周期の検出方法の流れ図である。
【００１７】
この歩行周期検出装置１は、腰部に装着可能な携帯型の装置であって、加速度センサ２と演算装置３を備えており、加速度センサ２が、歩行に伴う腰の回旋の加速度を計測し、演算装置３が、加速度センサ２によって計測された加速度を特定の方法で処理することにより歩行周期を検出する。
【００１８】
＜加速度センサ＞
加速度センサ２としては、歩行中の被験者の腰部の少なくとも左右方向の加速度を計測可能なものを使用し、好ましくは後述するように腰部の鉛直方向の加速度も計測可能なものを使用する。例えば、図２に示すように３軸加速度センサ２を使用し、その加速度センサ２で計測される左右方向（Ｙ方向）の加速度を使用する。なお、歩行周期を検出するだけでなく、後述するように足の踵着地時も検出し、左右の片方の踵着地からその足の次の踵着地までの歩行周期を検出する場合には、左右方向（Ｙ方向）の加速度に加えて鉛直方向（即ち上下方向）（Ｘ方向）の加速度を使用する。
【００１９】
また、加速度センサ２は、被験者Ａの好ましくは左右の片側に寄った腰部に装着される。これにより歩行に伴う腰の回旋の加速度の変化が大きくなるので計測が容易になり、歩行周期の検出精度が向上する。
【００２０】
以下、一例として右腰に加速度センサを装着し、右足を第１足とし、左足を第２足とした場合について本発明を説明するが、左腰に加速度センサを装着し、左足を第１足とし、右足を第２足とする場合や、腰幅の中央に加速度センサを装着し、左右の一方の足を第１足とし、他方の足を第２足とする場合も、同様に検出できる。その場合、後述する閾値ｙ1、ｙ2を適宜設定することで、より精度よく、本発明によって歩行周期を検出することができる。
【００２１】
＜演算装置＞
（歩行周期の検出方法の概要）
演算装置３においては、概略、所定の計測周期で左右方向の加速度を抽出し、各計測時点における左右方向の加速度が、右足が前方へ動き出してから左足が前方へ動き出すまでの右足移行状態と、左足が前方へ動き出してから右足が前方に動き出すまでの左足移行状態のいずれに対応するかを判定する歩行状態検査を行い、その判定結果の右足移行状態又は左足移行状態の周期的繰り返しを検出することにより歩行周期を検出する。
【００２２】
（計測周期）
演算装置３は、上述の歩行状態検査を行うために、加速度センサ２から出力される左右方向の加速度信号を所定の計測周期で抽出し記憶する機能を有する。一般に人の歩行周期は０．８〜１．２秒であることを踏まえると、加速度の計測周期は、好ましくは１０Ｈｚ〜２５０Ｈｚとし、後述する特定のアルゴリズムで歩行状態検査を行う場合の誤判定を防止する点から、より好ましくは３２〜１２８Ｈｚとする。
【００２３】
（左右方向の移動平均）
歩行状態検査をより具体的に説明すると、演算装置は、任意のある時点Ｔ0における歩行状態を検査する場合に、図３に示すようにその時点Ｔ0より所定時間ｔ2過去の時点がＴ2、その時点Ｔ0より所定時間ｔ3過去の時点がＴ3であるときに（ただし、ｔ2＜ｔ3）、
時点Ｔ3と時点Ｔ2の間の左右方向の加速度の移動平均Ｙ3-2 、及び
時点Ｔ2と時点Ｔ0の間の左右方向の加速度の移動平均Ｙ2-0 、
を算出し、さらに移動平均Ｙ2-0 と移動平均Ｙ3-2 との差ΔＹ＝Ｙ2-0−Ｙ3-2
を算出する。
【００２４】
このようにある時点Ｔ0よりも所定時間過去の左右方向の移動平均Ｙ2-0 、Ｙ3-2 を用いてΔＹを算出することにより、ΔＹは当該時点Ｔ0における脚の前方方向への移行度合を示すものとなる。そして、所定周期で計測した左右方向の加速度について順次ΔＹを算出することにより、ΔＹは図４に示す周期的な波形を描く。
【００２５】
左右方向の加速度の移動平均を算出するにあたり、移行初期の左右方向の加速度合を検出するため、Ｔ2はある時点Ｔ0から６４ｍ秒〜１６００ｍ秒過去の時点とすることが好ましく、Ｔ3はある時点Ｔ0から１９２ｍ秒〜４８００ｍ秒過去の時点とすることが好ましい。
また、ある時点Ｔ0は現時点とすることができ、これによりリアルタイムで歩行周期を検出することが可能となる。
【００２６】
（ΔＹの閾値ｙ1、ｙ2）
一方、演算装置には、右足が前方へ動き出していると判定するためのΔＹの閾値ｙ1と、左足が前方へ動き出していると判定するためのΔＹの閾値ｙ2を設定しておく。
ΔＹが閾値ｙ1から閾値ｙ2に至る間は、右足が前方へ動き出してから左足が前方に動き出すまでの歩行状態であり、本発明ではこれを右足移行状態という。同様に、ΔＹが閾値ｙ2から閾値ｙ1に至る間は、左足が前方へ動き出してから右足が前方へ動き出すまでの歩行状態であり、本発明ではこれを左足移行状態という。
【００２７】
閾値ｙ1、ｙ2の設定においては、図４に示すように、右足移行状態に右足の遊脚期が含まれ、左足移行状態に左足の遊脚期が含まれるようにする。また、ΔＹの値から当該時点が右足移行状態であるか、左足移行状態であるかを判定する歩行状態検査を行うにあたり、誤判定を防止するため、ｙ1≠ｙ2とすることが好ましい。閾値ｙ1、ｙ2の差が小さすぎると、後述するように歩行状態検査と着床検査とを組み合わせて右足踵着地時を判定するときに誤判定が生じる場合があり、閾値ｙ1、ｙ2の差が大きすぎると、歩行時に腰の回旋が少ない被験者については歩行周期の検出が困難となる。好ましい閾値は、本発明の方法により検出した歩行周期が、モーションキャプチャシステム（例えば、複数のビデオカメラを使用する３次元動作解析システム、ＶＩＣＯＮ社製ＶＩＣＯＮＭＸシステム、ＶＩＣＯＮ  ＮＥＸＵＳ）あるいは床反力計により検出した歩行周期と一致するように適宜定めることができ、例えば、ΔＹの波形の最大値を＋８、最小値を−８とした場合に、ｙ1は−６〜−１とし、ｙ2は１〜６とすることが好ましい。
【００２８】
演算装置では、加速度センサーを装着する腰の位置、被験者の歩行時の腰の回旋の程度等に応じて閾値ｙ1、ｙ2の設定値を調整できるようにしてもよい。
【００２９】
（歩行状態検査）
歩行状態検査では、ΔＹの値と閾値ｙ1、ｙ2の大小関係に基づき、ある計測時点Ｔ0における歩行状態が、右足移行状態か左足移行状態かを判定をする。この判定は周期的に行う。好ましくは、所定の計測周期で抽出した各左右方向の加速度に対して、その加速度の計測周期と同じ周期で順次判定を行う。これにより、歩行時の加速度を計測するのと同時にリアルタイムで歩行周期を検出することができる。
【００３０】
（歩行状態検査におけるアルゴリズム）
演算装置では、歩行状態検査に要する計算量を少なくするため、例えば、図５に示すアルゴリズムにより、ある計測時点Ｔ0の歩行状態が右足移行状態か左足移行状態かを判定する。以下、この計測時点Ｔ0が現時点であるとしてアルゴリズムを説明する。
【００３１】
まず、現時点Ｔ0におけるΔＹ≦ｙ1とΔＹ≧ｙ2の充足の有無を判断し、Ｙ≦ｙ1のとき、現時点Ｔ0を右足移行状態と判定し、Ｙ≧ｙ2のとき、現時点Ｔ0を左足移行状態と判定する。
【００３２】
一方、現時点Ｔ0においてｙ1＜ΔＹ＜ｙ2 のとき、図４からわかるように、ΔＹは（ｄ）の右足移行状態であるか（ｂ）の左足移行状態であるかを判定することができない。そこで、次の計測時点Ｔ0’におけるΔＹ≦ｙ1又はΔＹ≧ｙ2の充足の有無を判断する。この時点Ｔ0’において、ΔＹが（ｃ）のΔＹ≦ｙ1のとき、現時点Ｔ0と次の計測時点Ｔ0’の間隔が前述の計測周期である点を踏まえると、現時点Ｔ0が（ｄ）の右足移行状態である可能性は排除してよい。したがって、次の計測時点Ｔ0’で（ｃ）のΔＹ≦ｙ1となったとき、現時点Ｔ0は（ｂ）の左足移行状態となる。同様に、次の計測時点Ｔ0’において、ΔＹが（ａ）のΔＹ≧ｙ2のとき、現時点Ｔ0が（ｂ）の左足移行状態である可能性は排除してよい。したがって、次の計測時点Ｔ0’で（ａ）のΔＹ≧ｙ2となったとき、現時点Ｔ0は（ｄ）の右足移行状態となる。
【００３３】
なお、図５には、現時点Ｔ0において、まず、ΔＹ≦ｙ1の真偽を判断し、次にΔＹ≧ｙ2の真偽を判断するフローを示し、次の計測時点Ｔ0’でもΔＹ≦ｙ1の真偽を判断し、次にΔＹ≧ｙ2の真偽を判断するフローを示したが、これらの判断において、まずΔＹ≧ｙ2の真偽を判断し、次にΔＹ≦ｙ1の真偽を判断してもよい。
【００３４】
また、次の計測時点Ｔ0’において、ΔＹ≦ｙ1又はΔＹ≧ｙ2にならなかったことにより現時点Ｔ0の歩行状態を判定できない場合には、次の計測時点Ｔ0’のさらに次の計測時点におけるΔＹ≦ｙ1又はΔＹ≧ｙ2の充足の有無を判断し、上述の次の計測時点Ｔ0’における判断と同様にして現時点Ｔ0における歩行状態を判定する。
【００３５】
こうして、ΔＹの波形を描いたり、ある時点Ｔ0におけるΔＹの傾きを算出したりすることなく、簡便な判定方法により、ある時点Ｔ0における歩行状態を判定することができる。よって、所定の計測周期で算出される左右方向の加速度に対して、リアルタイムでΔＹを算出し、さらに、リアルタイムで右足移行状態か、左足移行状態かも判定することができる。
【００３６】
歩行状態検査により得られる右足移行状態又は左足移行状態の繰り返し周期は歩行周期に対応する。したがって、判定結果の繰り返し周期から歩行周期を容易に検出することができる。
【００３７】
図４における歩行状態検査の判定値は、上述の歩行状態検査において、右足移行状態と判定された時点に数値５０を与え、左足以降状態と判定された時点に数値１００を与えたものである。このように右足移行状態と左足移行状態の判定値に異なる数値を与えることにより判定値は矩形のパルス型波形となり、１歩行周期をより一層容易に抽出することが可能となる。
【００３８】
なお、歩行周期は、一般には、片方の足の踵着地からその足の次の踵着地までの時間とされる。しかしながら、歩行周期は踵着地を基準とする場合でも、一歩行周期における任意の歩行期（例えば、足底接地、つま先離地など）を基準とする場合でも、歩行の繰り返し周期としては等しい。したがって、上述の判定結果の繰り返し周期から歩行周期を求めることができる。
【００３９】
（別法による歩行状態検査）
本発明において、ΔＹの波形と所定の閾値ｙ1又はｙ2から歩行周期を求める方法は、上述のアルゴリズムによる方法に限られない。例えば、図４に示したように、ΔＹの傾きがマイナスでかつΔＹが閾値ｙ1を下回るときが右足移行状態の開始時であり、また、当該時点におけるΔＹの傾きがプラスでかつ閾値ｙ2を超えるときが左足移行状態の開始時であるから、ΔＹの傾きと、ΔＹが閾値ｙ1、ｙ2をとる時点から右足移行状態の開始時又は左足移行状態の開始時を検出し、その繰り返し周期を検出することにより歩行周期を検出してもよい。計算をより簡便にする点からは、前述のアルゴリズムによる方法が好ましい。
【００４０】
（踵着地を基準とする歩行周期の検出）
一方、本発明において、右足の踵着地から次の右足の踵着地までという、踵着地を基準とした歩行周期を求める場合、左右方向の加速度と共に鉛直方向の加速度も計測する。鉛直方向の加速度は、左右方向の加速度の計測周期に同期させて同じ計測周期で計測することが好ましい。
【００４１】
右足の踵着地時は、鉛直方向の加速度を用いて、ある時点Ｔ0における足の着床の有無を判定する着床検査と、前述の歩行状態検査とを組み合わせて次のように検出することができる。まず、図３に示すように、ある時点Ｔ0より時間ｔ1過去の時点Ｔ1と、前述の時点Ｔ2、Ｔ3を考え（ただし、ｔ1＜ｔ2）、演算装置において、
時点Ｔ3と時点Ｔ2の間の鉛直方向の加速度の移動平均Ｘ3-2 、及び
時点Ｔ2と時点Ｔ1の間の鉛直方向の加速度の移動平均Ｘ2-1 、
を算出し、さらに移動平均Ｘ2-1 と移動平均Ｘ3-2 との差ΔＸ＝Ｘ2-1―Ｘ3-2を算出する。このように、ある時点Ｔ0における足の着床の有無を判定するために、ある時点Ｔ0の直近の加速度を含まない過去の移動平均Ｘ2-1、Ｘ3-2 の差ΔＸを算出するのは、脚の鉛直方向への振り上げ度合を検出するためである。このΔＸは図４に示すような周期的な波形となる。
【００４２】
鉛直方向の加速度の移動平均を算出するにあたり、踵着地を行う前の足の振り下ろしを検出するため、Ｔ1はある時点Ｔ0から３２ｍ秒〜８００ｍ秒過去の時点とし、時点Ｔ2及びＴ3は前述と同様にすることが好ましい。なお、左右方向の加速度の移動平均を求める場合と同様に、鉛直方向の加速度の移動平均を求める場合も、ある時点Ｔ0は現時点とすることができ、それにより踵着地を基準とした歩行周期をリアルタイムで検出することが可能となる。
【００４３】
（着床検査）
一方、足が着床していると判定するためのΔＸの値ｘ1を予め設定しておき、ΔＸの値に基づいて着床の有無を判定する着床検査を行う。より具体的には、ΔＸがｘ1以下になったときに右足又は左足が着床したと判定する閾値ｘ1を演算装置に設定しておく。また、演算装置には、ΔＸの傾きがマイナスでΔＸが閾値ｘ1以下になったときに、右足又は左足の着床有りと判定する着床検査の機能をもたせる。
【００４４】
閾値ｘ1のより具体的な設定方法としては、ΔＸの波形の最大値が＋８、最小値が−８の場合に、ｘ1を−１〜−６とすることが好ましい。このｘ1の数値は、本発明の方法により検出する踵着地時がモーションキャプチャシステム（例えば、複数のビデオカメラを使用する３次元動作解析システム、ＶＩＣＯＮ社製ＶＩＣＯＮＭＸシステム、ＶＩＣＯＮ  ＮＥＸＵＳ）、床反力計等により検出した踵着地時と一致するように経験的に定められる。
【００４５】
図４からわかるように、着床検査において着床有りの判定がなされる時点、即ち、ΔＸの傾きがマイナスでΔＸが閾値ｘ1以下となる時点には、右足踵着地時と左足踵着地時が含まれる。そこで、演算装置では、着床検査において着床有りと判定され、かつ前述の歩行状態検査において右足移行状態であると判定された区間の最初の計測時が右足踵着地時と判定されるようにする。そして、この右足踵着地時の繰り返し周期を検出することにより、右足踵着地を基準とする歩行周期を検出する。
【００４６】
図４における「着床検査＋歩行状態検査」の判定値は、上述の着床検査で着床有りと判定され、かつ歩行状態検査で右足移行状態と判定された場合に判定値５０を与え、それ以外に判定値１００を与えたものである。この矩形のパルス波形において判定値５０への立ち下がり部分が右足踵着地時となるから、右足踵着地を基準とする１歩行周期を容易に抽出することができる。
【００４７】
図６は、横軸に時間をとり、縦軸に３軸加速度センサで計測された左右方向の加速度、鉛直方向の加速度及び前後方向の加速度をとったグラフであって、上述の「着床検査＋歩行状態検査」の判定値の波形を書き入れたものである。このように、生の加速度データから直接的に歩行周期を抽出することは極めて困難であるが、着床検査と歩行状態検査の判定から容易に右足踵着地を基準とした１歩行周期を抽出できることがわかる。
【００４８】
右足踵着地を基準とする歩行周期を簡便に抽出できることは、例えば、大勢の被験者の歩行時の加速度データを解析するときに、右足踵着地から次の右足踵着地までの１ストライドという統一されたデータの抽出を可能とするので、生体力学的にも非常に意義が高く、日常生活における歩行の解析に有用なものとなる。
【００４９】
本発明は種々の態様をとることができる。
例えば、歩行周期検出装置は、演算装置が出力した歩行周期、歩行周期に関する判定値、右足の踵着地時等を表示する表示装置として、ディスプレイ、プリンタ等を備えることができる。
【００５０】
歩行周期検出装置は、加速度センサと演算装置が組み込まれた、好ましくはディスプレイも組み込こまれた携帯可能な装置に構成することができる。一方、加速度センサとして携帯電話等に組み込まれたものを使用する場合、歩行周期検出装置を構成する演算装置は、加速度センサとは別個に設けたものとすることが好ましい。この場合、加速度センサで計測された加速度データが公衆電気通信回線を通じて演算装置へ転送され、演算装置で検出された歩行周期、あるいはそれに関する判定値が公衆電気通信回線を通じて携帯電話等へ転送され、携帯電話等の例えば操作画面に表示される構成とすることができる。
【実施例】
【００５１】
以下、図面を参照しつつ本発明を具体的に説明する。
実施例
加速度センサとして３軸加速度センサ搭載データロガー（(株)アコーズ製）を使用し、加速度データがｂｌｕｅｔｏｏｔｈを利用してＰＣローカル環境に送信されるようにして、図１に示したフローで右踵着地に基づく歩行周期を検出する歩行周期検出装置を作製した。この場合、左右方向の加速度と鉛直方向の加速度が６４Ｈｚで計測されるようにし、計測した各加速度に対してリアルタイムで歩行状態検査と着床検査が行えるようにした。また、着床検査で着床有りと判定され、かつ歩行状態検査で右足移行状態と判定された場合の判定値を３５０をとし、それ以外の判定値を４５０とした。
【００５２】
２０代の健常な男性４名を被験者（被験者１〜被験者４）とした。各被験者が加速度センサを右腰（上前腸骨棘付近）に装着した状態で床反力計（ＢＰ４００６００−１０００Ｐ、Ａｍｔｉ社製）上を歩行し、この歩行中に床反力計で床反力を測定すると共に、実施例の歩行周期検出装置で上述の判定値を出力させる歩行周期検出試験を行った。各被験者について、この歩行周期検出試験を３回行った。結果を図７〜図９に示す。
【００５３】
一般に、右踵着地から次の右踵着地までの歩行周期は、床反力計で計測することが標準的な計測方法とされており、それによれば、右足着床時に床反力が急激に立ち上がり、右足着床に続く両足支持期、右足立脚期及び両足支持期に二山タイプの床反力が計測され、右足遊脚期で床反力はゼロとなる。
【００５４】
図７〜図９において、実施例の歩行周期検出装置による判定値が４５０から３５０に下がった時点は、床反力計による床反力が急激に立ち上がった時点と略一致している。
【００５５】
次に、実施例の歩行周期検出試験で判定値が３５０になった時点と、床反力計で計測された床反力の立ち上がり開始時点との差を、歩行周期検出装置による踵着地時の検出誤差として計算した。また、平均誤差として、各誤差の絶対値の平均を算出した。結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
この歩行周期検出試験において、加速度の計測周期は６４Ｈｚ（１５．６２５ｍｓｅｃ）だから、踵着地時の検出誤差は概ね加速度の計測間隔程度に収まっており、この歩行周期検出装置によれば、右足踵着地時を正確に検出できることがわかる。
【符号の説明】
【００５８】
１  歩行周期検出装置
２  加速度センサ又は３軸加速度センサ
３  演算装置
Ａ  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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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