(57)【要約】【課題】小スペース、低価格の装置で、歩行障害の有無・原因・度合いを的確に判定できる。【解決手段】人が歩行するときの足首の動きを正面側カメラと側面側カメラで撮影し、その時系列画像からコンピュータ処理により足首の位置変化の違いとして求め、これら位置変化の違いから歩行障害の有無、原因および歩行障害の度合いの評価情報を得る。  被験者Ｍが歩行路１を歩行するときに、被験者の足首の前部に装着された正面カラーマーカの部分を正面カメラ２で連続撮影し、被験者の足首の側部に装着された側面カラーマーカの部分を側面カメラ３で連続撮影し、コンピュータ４は正面カラーマーカの左右方向の位置変化と側面カラーマーカの上下方向の位置変化の違いから評価情報を得る。【選択図】  図１
2005160747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の歩行状態をカメラで撮影し、その時系列画像のコンピュータ処理によって歩行障害の有無・原因・度合い判定を支援する歩行障害の評価支援装置であって、
被験者が歩行すべき範囲と方向を指し示す歩行路の前方または後方に配置され、被験者が前記歩行路を前進歩行するときに、被験者の足首の前部または後部に装着された第１のマーカの部分を連続的に撮影する第１のカメラと、
前記歩行路の側面に配置され、被験者が前記歩行路を前進歩行するときに、被験者の足首の側部に装着された第２のマーカの部分を連続的に撮影する第２のカメラと、
前記第１のマーカの位置変化および前記第２のマーカの位置変化の違いによって被験者の歩行障害の有無、原因、度合いの評価情報を得るコンピュータ処理手段とを備えたことを特徴とする歩行障害の評価支援装置。
【請求項２】
前記コンピュータ処理手段は、前記第１のマーカの左右方向の位置変化から被験者の全歩行区間における足首の左右移動回数の比率を評価指標１として求め、前記第２のマーカの上下方向の位置変化から被験者の全歩行区間における足首の上下移動の標準誤差を評価指標２として求め、これら指標１および指標２を前記評価情報とすることを特徴とする請求項１に記載の歩行障害の評価支援装置。
【請求項３】
前記コンピュータ処理手段は、前記評価指標１を横軸に、前記評価指標２を縦軸にした分布グラフで表示印刷することを特徴とする請求項１または２に記載の歩行障害の評価支援装置。
【請求項４】
前記第１および第２のマーカは、それぞれ、被験者の左足首または右足首の一方に装着できる構成、または被験者の両足首にそれぞれ異なるマーカを装着できる構成とし、
前記コンピュータ処理手段は、前記第１のカメラおよび第２のカメラで撮影した各マーカの位置変化から前記評価情報を得ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の歩行障害の評価支援装置。
【請求項５】
人の歩行状態をカメラで撮影し、その時系列画像のコンピュータ処理によって歩行障害の有無・原因・度合い判定を支援する歩行障害の評価支援方法であって、
被験者が歩行すべき範囲と方向を指し示す歩行路を前進歩行するときに、被験者の足首部分に装着された第１のマーカの部分を第１のカメラで連続的に撮影し、
被験者が前記歩行路を前進歩行するときに、被験者の足首の側部に装着された第２のマーカの部分を第２のカメラで連続的に撮影し、
前記第１のマーカの位置変化および前記第２のマーカの位置変化の違いにより被験者の歩行障害の有無、原因、度合いの評価情報を得ることを特徴とする歩行障害の評価支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人の歩行状態をカメラで撮影し、その時系列画像のコンピュータ処理によって歩行障害の評価（障害の有無・原因・度合い判定）を支援する歩行障害の評価支援装置および支援方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
歩行障害は、骨格系や筋肉系の障害のみならず、末梢神経系、中枢神経系などの障害とその複雑な組み合わせによって起きる。現在、人の歩行状態から歩行障害の有無、歩行動作の分析、計測を支援するシステムとしては、以下のようなものがある。
【０００３】
・人の左右の眼の一方に散瞳剤希釈液を点眼し、２台のビデオカメラで左右の瞳孔を撮影し、瞳孔の拡大率からアルツハイマー病か否か診断する装置（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
・人がシートの上を歩くことによってディスプレイに映し出される足型から、歩行状態を把握し、歩行の基本データ分析を支援するシステム（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
・歩行状態を多数のカメラで撮影した３次元画像データから運動・動作の分析を支援するシステム。
【０００６】
・人が円盤の上に立ち、重心の移動状態から重心動揺や平衡感覚機能などの計測を支援するシステム。
【特許文献１】特開平１０−０２８６７４号公報
【特許文献２】特開２００２−２７７２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来システムは、リハビリ科、整形外科、神経内科などの医療現場のみならず、各種リハビリ施設や運動解析の必要な施設で広く利用されているが、以下の問題がある。
【０００８】
・従来システムは身体全体の動きを撮影する多数のカメラの設置を必要とするなど、大掛かりな各種計測装置を設置できる専用の大きなスペース・部屋が必要となるし、高価な設備になる。また、多数のカメラ操作や計測装置の操作に熟練した専門のオペレータを必要とするし、システムの維持管理費も高くなる。
【０００９】
・特化されたシステムになるため、特定の障害や運動機能の評価にしか利用できない。また、的確な科学的根拠の下に客観的評価を行うのを難しくしており、患者に対する的確な診断および治療や処置の支援を難しくしている。
【００１０】
例えば、歩行状態には、正常歩行と、小脳障害、左半身マヒ、パーキンソン病などを原因とする歩行障害があり、従来システムでは歩行障害の有無判定を支援できても、歩行障害の原因や度合いの的確な評価を支援できるものでなかった。
【００１１】
本発明の目的は、上記の課題を解決した歩行障害の評価支援装置および支援方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、歩行障害の原因および度合いの違いは人が歩行するときの足首の動きの違いに顕著に表れること、すなわち、「健常者は足の上げ下げが大きくかつ左右のぶれがほとんどなく、パーキンソン病患者は足の左右のぶれはほとんどないがすり足で歩き、小脳障害者は足の左右のぶれが大きく、左半身マヒ患者は足がやや左右にぶれる」という足首の動きの違いに着目し、人が歩行するときの足首の動きを正面側カメラと側面側カメラで撮影し、これらカメラで撮影した時系列画像からコンピュータ処理により足首の位置変化の違いとして求め、これら位置変化の違いから歩行障害の有無、原因および歩行障害の度合いの評価情報を得るようにしたもので、以下の装置および方法を特徴とする。
【００１３】
（１）人の歩行状態をカメラで撮影し、その時系列画像のコンピュータ処理によって歩行障害の有無・原因・度合い判定を支援する歩行障害の評価支援装置であって、
被験者が歩行すべき範囲と方向を指し示す歩行路の前方または後方に配置され、被験者が前記歩行路を前進歩行するときに、被験者の足首の前部または後部に装着された第１のマーカの部分を連続的に撮影する第１のカメラと、
前記歩行路の側面に配置され、被験者が前記歩行路を前進歩行するときに、被験者の足首の側部に装着された第２のマーカの部分を連続的に撮影する第２のカメラと、
前記第１のマーカの位置変化および前記第２のマーカの位置変化の違いによって被験者の歩行障害の有無、原因、度合いの評価情報を得るコンピュータ処理手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
（２）前記コンピュータ処理手段は、前記第１のマーカの左右方向の位置変化から被験者の全歩行区間における足首の左右移動回数の比率を評価指標１として求め、前記第２のマーカの上下方向の位置変化から被験者の全歩行区間における足首の上下移動の標準誤差を評価指標２として求め、これら指標１および指標２を前記評価情報とすることを特徴とする。
【００１５】
（３）前記コンピュータ処理手段は、前記評価指標１を横軸に、前記評価指標２を縦軸にした分布グラフで表示印刷することを特徴とする。
【００１６】
（４）前記第１および第２のマーカは、それぞれ、被験者の左足首または右足首の一方に装着できる構成、または被験者の両足首にそれぞれ異なるマーカを装着できる構成とし、
前記コンピュータ処理手段は、前記第１のカメラおよび第２のカメラで撮影した各マーカの位置変化から前記評価情報を得ることを特徴とする。
【００１７】
（５）人の歩行状態をカメラで撮影し、その時系列画像のコンピュータ処理によって歩行障害の有無・原因・度合い判定を支援する歩行障害の評価支援方法であって、
被験者が歩行すべき範囲と方向を指し示す歩行路を前進歩行するときに、被験者の足首部分に装着された第１のマーカの部分を第１のカメラで連続的に撮影し、
被験者が前記歩行路を前進歩行するときに、被験者の足首の側部に装着された第２のマーカの部分を第２のカメラで連続的に撮影し、
前記第１のマーカの位置変化および前記第２のマーカの位置変化の違いにより被験者の歩行障害の有無、原因、度合いの評価情報を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上のとおり、本発明によれば、人が歩行するときの足首の動きを正面側カメラと側面側カメラで撮影し、これらカメラで撮影した時系列画像からコンピュータ処理により足首の位置変化の違いとして求め、この位置変化の違いから歩行障害の有無、原因および歩行障害の度合いの評価情報を得るようにしたため、以下の効果がある。
【００１９】
・装置としては、被験者が数歩だけ前進歩行するための歩行路スペースと、被験者の足首に装着するマーカと、ビデオカメラなどの低価格の２台のカメラと、パーソナルコンピュータなどの低価格で小規模のコンピュータで済み、小スペース、低価格の装置になる。また、操作上は、カメラ設置と撮影という補助的で簡単な操作で済み、専門のオペレータが不要になる。
【００２０】
・歩行障害の有無の判定の他、小脳障害、左半身マヒ、パーキンソン病などを原因とする歩行障害の原因および度合いの判定が可能となり、歩行障害者に対する的確な診断および治療や処置の支援ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の実施形態を示す歩行障害の評価支援装置の全体構成図である。以下の説明では、マーカとしてカラーマーカを使用する場合で説明するが、被験者の皮膚や被服とは画像的に区別できるカメラ画像が得られるものであればよく、例えば、白黒模様を印したマーカとすることができる。
【００２２】
歩行路１は、歩行障害の評価対象者になる人（被験者）Ｍが歩行できる幅で、５歩程度の前進歩行ができる長さを有して室内に設置される。この歩行路１は、歩行用の板やシートなどを床に設置する構成、床そのものに歩行枠形状を印した構成など、被験者が歩行すべき範囲と方向を指し示すことができるものであればよい。
【００２３】
正面カメラ２は、歩行路１の先端部から一定距離だけ離れた位置で床面に置かれ、被験者Ｍが歩行路１の上を前進歩行するときに、被験者の足首部分前面に予め装着した正面カラーマーカ部分を正面から撮影する。
【００２４】
側面カメラ３は、歩行路１の側面から一定距離だけ離れた位置に設置され、被験者Ｍが歩行路１の上を前進歩行するときに、被験者の足首部分の右側部または左側部に予め装着した側面カラーマーカ部分を側面から撮影する。この側面カメラ３は、例えば、歩行路１の歩行方向の中間位置（図示のＬ1＝Ｌ2）から横方向に一定距離離れて床面に置かれ、歩行開始位置から終了位置までの全領域を撮影可能にする。
【００２５】
これらカメラ２、３は、被験者Ｍが歩行路を前進歩行するときのカラーマーカの動きを、被験者の正面と側面からトラッキングした時系列画像として得るもので、例えば、カラーマーカの動きをリアルタイムで映像として得ることができるビデオカメラ、またはカラーマーカの動きを一定時間間隔の自動シャッタ操作で撮影し、多数のコマ画像として得ることができるディジタルカメラを利用することができる。
【００２６】
コンピュータ４は、例えば出力装置としてのディスプレイ装置、外部記憶装置としてのハードディスク等をもつパーソナルコンピュータを使用し、両カメラ２、３とはＵＳＢケーブル（必要に応じて電源付きのケーブル）５、６で接続し、両カメラ２、３で撮影したカラーマーカの時系列画像を時間的に同期させてデータ収集し、これらカラーマーカの時系列画像データを基に被験者の足首の動きをディスプレイ装置に画面表示およびコンピュータ処理で解析することで、歩行障害の有無、原因および歩行障害の度合いを的確に評価するための情報を提供する。
【００２７】
被験者の足首に装着するカラーマーカ７、８は、例えば、マジックテープ（登録商標）を止め具とする布シートにカラーワッペンを取り付けた構造にされる。
【００２８】
図２はコンピュータ４による解析処理フローチャートを示す。同図において、カメラ２、３による撮影（計測）開始前のファイルメンテナンス処理として、装置で使用する全てのファイルを生成し、その初期化をしておく（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）。
【００２９】
次に、歩行路１上を被験者が歩行するときの歩行開始から終了までを、カメラ２、３で撮影したカラーマーカの時系列画像を収集するための計測処理を行う（Ｓ４）。この計測処理は、カメラ２、３で連続撮影したカラーマーカのＸ，Ｙ軸方向の位置変化をカメラ別のトラッキングデータとして収集し、データファイルに保存・格納する。
【００３０】
図３は、計測処理（Ｓ４）の詳細なフローチャートを示す。まず、撮影準備として、正面カメラ２を起動し、被験者の足首部分前面に装着した正面カラーマーカがカメラ２の視野内中央部に位置するよう、カメラ２の向きを調節する（Ｓ１１，Ｓ１２）。次に、側面カメラ３を起動し、被験者の足首側部に装着した側面カラーマーカがカメラ３の視野内端部（被験者の歩行開始位置）に位置するよう、カメラ３の向きを調節する（Ｓ１３，Ｓ１４）。
【００３１】
上記のカメラ２、３の撮影準備終了で、カメラ２、３の撮影を開始し、正面および側面カラーマーカのトラッキングを開始する（Ｓ１５）。このトラッキングは、被験者の歩行開始から終了までの時間だけ継続し（Ｓ１６，Ｓ１７）、被験者の歩行終了で停止、すなわち撮影を終了する（Ｓ１８）。なお、トラッキング開始と終了は、例えば、計測担当者による被験者の歩行状態確認とカメラの撮影開始ボタン操作、またはコンピュータ４による両カメラ２、３の撮影開始ボタンの自動制御で行うことができる。
【００３２】
トラッキング終了後、正面カメラ２で撮影した時系列画像を正面トラッキングデータとしてハードディスク等にファイル保存・格納し（Ｓ１９）、同様に側面カメラ３で撮影した時系列画像を側面トラッキングデータとしてファイル保存・格納する（Ｓ２０）。
【００３３】
最後に、正面カメラ２と側面カメラ３を停止させ（次の計測のための撮影待機状態や収納するなど）、計測処理を終了する（Ｓ２１，Ｓ２２）。
【００３４】
図４〜図７は、計測処理（Ｓ４）で得られた歩行障害原因別のトラッキングデータ例を示す。図４は小脳障害の例を、図５は左半身マヒの例を、図６は健常者の例を、図７はパーキンソン病の例を示す。各図中、横軸には時系列画像のコマ数を、縦軸にはカラーマーカの初期位置からの位置変化量（被験者の足首の実際の動きに換算した変化量：単位はドット）を示す。また、正面Ｘは正面カメラ２により撮影したカラーマーカのＸ軸方向（横方向）の位置変化を示し、正面Ｙは正面カメラにより撮影したカラーマーカのＹ軸方向（高さ方向）の位置変化を示す。同様に、側面Ｘと側面Ｙは側面カメラ３により撮影したカラーマーカのＸ軸方向とＹ軸方向の位置変化を示す。
【００３５】
これら図４〜図７のカラーマーカの位置変化からも明らかなように、歩行障害の原因の違いによって人が歩行するときの足首の動きの違いが顕著に表れる。
【００３６】
図２に戻って、計測処理（Ｓ４）により得たトラッキングデータを基に、歩行状態の評価指標を求める評価処理を行う（Ｓ５）。この評価処理は、正面カメラ２のトラッキングデータから被験者の足首の左右（Ｘ軸方向）の位置変化を求め、この位置変化から全歩行区間における左右移動回数（移動と停止）の比率を指標１として求める。また、側面カメラ３のトラッキングデータから被験者の足首の上下（Ｙ軸方向）の位置変化を求め、この位置変化から全歩行区間における上下移動の標準誤差を指標２として求める。
【００３７】
図８は、評価処理（Ｓ５）の詳細な処理フローを示す。まず、正面カメラ２で撮影してファイル保存した正面Ｘ軸のトラッキングデータを読み出し（Ｓ３１）、この正面Ｘ方向データから移動区間を抜き出す（Ｓ３２）。この処理により、被験者が歩行開始から歩行終了するまでのトラッキングデータのみを抜き出し、その他のデータを解析対象区間外として除外する。
【００３８】
図９〜図１２は、正面カメラ２による健常者と歩行障害のトラッキングデータから正面Ｘ軸データを抜き出した例をグラフで示す。図１３は、図１１の健常者のトラッキングデータを表で示す。この表中、Ｎｏ.はファイル保存したコマ画像のインデックスを示し、生データは各コマ画像での正面カラーマーカのＸ軸方向の位置を示す。移動／停止は１つ前のインデックスでのＸ軸方向の位置との偏差量を示し、正負いずれかに偏差があれば移動、偏差が０であれば停止になる。
【００３９】
次に、移動／停止回数カウンタ（Ａ，Ｂ）をリセットする（Ｓ３３）。また、移動区間インデックス（Ｉ）をリセットする（Ｓ３４）。これらはプログラム上では評価指標１の計算のための変数として定義される。
【００４０】
次に、移動区間の全データについて、左右移動回数を求める。この処理は、移動区間インデックス（Ｉ）で指し示すデータを取り出し、このデータの直前のデータの値と比較し（Ｓ３６）、変化の有無を判定する（Ｓ３７）。これをデータが無くなるまで繰り返す（Ｓ３５）。
【００４１】
この判定で、前のデータから変化があれば左方向または右方向のいずれかに移動したとしてカウンタＢの値をインクリメント（＋１）し（Ｓ３８）、変化がなければ停止したままとしてカウンタＡの値をインクリメントし（Ｓ３９）、これらカウンタ処理が１つの区間について終了したとしてインデックスＩをインクリメントする。
【００４２】
これらカウンタＡ，Ｂの値から移動と停止の比率Ｂ／（Ａ＋Ｂ）を指標１として計算する（Ｓ４１）。
【００４３】
次に、側面カメラ２で撮影してファイル保存した側面Ｙ軸トラッキングデータを読み出し（Ｓ４２）、この側面Ｙ方向データから移動区間を抜き出す（Ｓ４３）。この処理により、被験者が歩行開始から歩行終了するまでのトラッキングデータのみを抜き出し、その他のデータを解析対象区間外として除外する。最後に、移動区間データに対し、被験者の足首の上下（Ｙ軸方向）の位置変化から上下移動の標準誤差を指標２として求める（Ｓ４４）。
【００４４】
図１４〜図１７は、側面カメラ３による健常者と歩行障害者のトラッキングデータから側面Ｙ軸データを抜き出した例をグラフで示す。図１８は、図１４の小脳障害者のトラッキングデータを表で示す。この表中、Ｎｏ.はファイル保存したコマ画像のインデックスを示し、生データは各コマ画像での側面カラーマーカのＹ軸方向の位置を示す。指標２になる標準誤差は原点を０にしたＹ軸方向の偏差の程度を示す。なお、解析対象区間はインデックスＮｏ.５が起点になる。また、インデックスＮｏ.−１が最終データであるが、Ｎｏ.−１とＮｏ.−２は同じ値のため、Ｎｏ.５からＮｏ.−２までを解析対象区間とする。
【００４５】
図２に戻って、計測処理Ｓ４で求めたグラフおよび評価処理Ｓ５で求めた表および指標１および指標２のデータ、および医師等が判定を容易にするために加工したデータを、ディスプレイ装置に表示およびプリンタで印刷し、歩行障害の有無・原因および度合いの判定データとして出力する（Ｓ６）。また、これらグラフ、表、指標１、２のデータをハードディスク等の記憶装置に保存する（Ｓ７）。
【００４６】
図１９は、健常者と歩行障害者別の、正面Ｘ軸方向の変動（指標１）と、側面Ｙ軸方向の変動（指標２）の分布グラフで示すものである。同図からも明らかなように、健常者は足の上げ下げが大きくかつ左右のぶれがほとんどなく、パーキンソン病患者は足の左右のぶれはほとんどないが上げ下げが小さく（すり足）、左半身マヒ患者は足の上げ下げは健常者と同等であるが左右のぶれが大きく、小脳障害者は足が大きく左右にぶれることになり、医師等はこの分布グラフから歩行障害の有無、原因の的確な判定をすることができる。また、同じ歩行障害であっても左右・上下の変動の分散の違いから歩行障害の度合いを判定することができる。
【００４７】
以上までの、実施形態において、正面カメラ２は、歩行路１の歩行開始位置の後部に設置して被験者の足首部分の後部に装着したカラーマーカ部分を背後から撮影する構成として同等の作用効果を得ることができる。
【００４８】
また、人の足首部分の正面および側面に取り付ける各カラーマーカは、人の左足首または右足首の一方に装着するに限らず、両足首にそれぞれ異なる色のカラーマーカを装着して両足首の動きを計測し、両足首の動きから評価することもできる。この場合、側面カメラは、歩行路１の進行方向の左右２カ所に設ける。この方式では、両足首の動きから評価することで、一層的確な評価が期待できる。
【００４９】
また、コンピュータ４は、両カメラ２、３で撮影したカラーマーカの時系列画像データをリアルタイムで収集するのに代えて、この時系列画像データをカメラ２、３の記憶媒体に一旦保存し、この記憶媒体の情報を遠隔地に伝送し、遠隔地の医師等による診断、判定に利用する遠隔診断も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態を示す歩行障害の評価支援装置の全体構成図。
【図２】実施形態における解析処理フローチャート。
【図３】実施形態における計測処理の詳細なフローチャート。
【図４】小脳障害のトラッキングデータ例。
【図５】左半身マヒのトラッキングデータ例。
【図６】健常者のトラッキングデータ例。
【図７】パーキンソン病のトラッキングデータ例。
【図８】実施形態における評価処理の詳細なフローチャート。
【図９】小脳障害の正面Ｘデータ例。
【図１０】左半身マヒの正面Ｘデータ例。
【図１１】健常者の正面Ｘデータ例。
【図１２】パーキンソン病の正面Ｘデータ例。
【図１３】健常者の正面Ｘのトラッキングデータの例。
【図１４】小脳障害の側面Ｙデータ例。
【図１５】左半身マヒの側面Ｙデータ例。
【図１６】健常者の側面Ｙデータ例。
【図１７】パーキンソン病の側面Ｙデータ例。
【図１８】小脳障害の側面Ｙのトラッキングデータの例。
【図１９】実施形態による歩行状態の分布グラフの例。
【符号の説明】
【００５１】
１  歩行路
２  正面カメラ
３  側面カメラ
４  コンピュータ
５、６  ＵＳＢケーブル
７、８  カラーマーカ
【図１】
2005160747.tif 000003
【図２】
2005160747.tif 000004
【図３】
2005160747.tif 000005
【図４】
2005160747.tif 000006
【図５】
2005160747.tif 000007
【図６】
2005160747.tif 000008
【図７】
2005160747.tif 000009
【図８】
2005160747.tif 000010
【図９】
2005160747.tif 000011
【図１０】
2005160747.tif 000012
【図１１】
2005160747.tif 000013
【図１２】
2005160747.tif 000014
【図１３】
2005160747.tif 000015
【図１４】
2005160747.tif 000016
【図１５】
2005160747.tif 000017
【図１６】
2005160747.tif 000018
【図１７】
2005160747.tif 000019
【図１８】
2005160747.tif 000020
【図１９】
2005160747.tif 000021