(57)【要約】【課題】被計測者の荷重状態の高度な解析を行いつつ、小型化及び低コスト化を図る。【解決手段】被計測者が、計測領域決定部１４０によって決定された計測領域上を順に移動する「ステップ歩行」を行ったとき、解析部１３１のパラメータ算出部１４１が、被計測者の重心位置と接触面積中心との相対距離を示す「総中心変位長」、各計測領域における被計測者の接触面積中心と当該計測領域の中心との距離を示す「総領域中心離隔距離」、各計測領域における被計測者の重心位置の移動軌跡長を示す「単位重心移動軌跡長」及び各計測領域における被計測者が片足立ちしているときの重心位置の移動軌跡が描かれた領域を含む外周面積である「完全遊脚立位外周面積」を算出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有しており、表面に被計測者の両足が左右方向に揃った状態で配置しうる両足配置領域が複数形成されている圧力分布センサと、
複数の前記両足配置領域から順次選択されたいずれか１つを計測領域として記憶する計測領域記憶手段と、
前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値に基づいて、前記計測領域記憶手段に記憶された前記計測領域における被計測者の荷重状態を解析する解析手段とを備えていることを特徴とする歩行訓練支援装置。
【請求項２】
前記解析手段が、
前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値と閾値とを比較する比較手段と、
前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を第１所定値に変換する第１の変換手段と、
前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値より小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を前記第１所定値とは異なる第２所定値に変換する第２の変換手段と、
被計測者から前記第１の変換手段によって前記第１所定値に変換された出力値及び前記第２の変換手段によって前記第２所定値に変換された出力値に対応した圧力が前記複数の圧力検知領域に対してそれぞれ加えられた場合の被計測者の重心位置を基準位置として算出する基準位置算出手段と、
前記重心位置算出手段が算出した重心位置と前記基準位置算出手段が算出した基準位置との相対距離である中心変位長をサンプリング時間ごとに算出する中心変位長算出手段と、
計測時間内において、前記中心変位長算出手段が算出した前記中心変位長を積算した総中心変位長を算出する総中心変位長算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項３】
前記解析手段が、
前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値と閾値とを比較する比較手段と、
前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を第１所定値に変換する第１の変換手段と、
前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値より小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を前記第１所定値とは異なる第２所定値に変換する第２の変換手段と、
被計測者から前記第１の変換手段によって前記第１所定値に変換された出力値及び前記第２の変換手段によって前記第２所定値に変換された出力値に対応した圧力が前記複数の圧力検知領域に対してそれぞれ加えられた場合の被計測者の重心位置を基準位置として算出する基準位置算出手段と、
前記計測領域の中心と前記基準位置算出手段が算出した前記基準位置との相対距離である領域中心離隔距離をサンプリング時間ごとに算出する領域中心離隔距離算出手段と、
被計測者が前記計測領域上に両足を配置した状態で静止している静止時間を算出する静止時間算出手段と、
前記静止時間算出手段が算出した静止時間内において、前記領域中心離隔距離算出手段が算出した前記領域中心離隔距離を積算した総領域中心離隔距離を算出する総領域離隔距離算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項４】
前記総領域中心離隔距離算出手段が、各計測領域について算出した前記総領域中心離隔距離の平均値をさらに算出することを特徴とする請求項３に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項５】
前記解析手段が、
前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
被計測者が前記計測領域上に両足を配置した状態で静止している静止時間を算出する静止時間算出手段と、
前記静止時間算出手段が算出した静止時間内における、前記重心位置算出手段が算出した前記重心位置の移動軌跡長を算出する重心移動軌跡長算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項６】
前記重心軌移動跡長算出手段が算出した前記移動軌跡長に、前記静止時間算出手段が算出した静止時間に対する所定の単位時間の比を乗ずることによって単位重心移動軌跡長を算出する単位重心移動軌跡長算出手段をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項７】
前記単位重心移動軌跡長算出手段が、各計測領域について算出した前記単位重心移動軌跡長の平均値をさらに算出することを特徴とする請求項６に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項８】
前記静止時間算出手段が、前記計測領域における被計測者の両足と接触している領域が所定の範囲内で一致している間の時間を静止時間として算出することを特徴とする請求項３〜請求項７のいずれかに記載の歩行訓練支援装置。
【請求項９】
前記解析手段が、
前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
被計測者の左右いずれか一方の足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているときの前記計測領域における、前記重心位置算出手段が算出した前記重心位置の移動軌跡が描かれた領域の面積である完全遊脚立位外周面積を算出する完全遊脚立位外周面積算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項１０】
前記完全遊脚立位外周面積算出手段が、各計測領域について算出した前記完全遊脚立位外周面積の平均値をさらに算出することを特徴とする請求項９に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項１１】
前記計測領域記憶手段に前記両足配置領域が記憶される毎に、被計測者に当該両足配置領域上に移動することを指示する指示手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の歩行訓練支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加齢、病気及びケガなどにより歩行機能が低下している場合に、歩行機能を回復させるために行われる歩行訓練を支援する歩行訓練支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
歩行機能の向上を図る歩行訓練の支援装置としては、被験者が歩行可能となっている圧力分布センサを備え、当該圧力分布センサ上を被験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）。この技術によると、被験者の歩行状態が数値化されて理想的な歩行状態との差を客観的に把握することができ、歩行訓練を効率よく行うことができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０８６９８号公報（図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した技術によると、被験者が通常の歩行を行うことができる表面積を確保する必要があるため、圧力分布センサが大型化する。また、圧力分布センサは高価であるため、歩行訓練支援装置の製造コストも高くなる。
【０００５】
本発明の主たる目的は、荷重状態の高度な解析を行いつつ、小型化及び低コスト化を図ることができる歩行訓練支援装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明の歩行訓練支援装置は、被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有しており、表面に被計測者の両足が左右方向に揃った状態で配置しうる両足配置領域が複数形成されている圧力分布センサと、複数の前記両足配置領域から順次選択されたいずれか１つを計測領域として記憶する計測領域記憶手段と、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値に基づいて、前記計測領域記憶手段に記憶された前記計測領域における被計測者の荷重状態を解析する解析手段とを備えている。
【０００７】
本発明によると、被計測者が両足配置領域間を移動することができるように圧力分布センサを形成すればよいため、被計測者が通常の歩行を行うことができるように形成した圧力分布センサと比較して圧力分布センサの表面積を小さくすることができる。これにより、圧力分布センサの小型化及び低コスト化を図ることができる。
【０００８】
また、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値と閾値とを比較する比較手段と、前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を第１所定値に変換する第１の変換手段と、前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値より小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を前記第１所定値とは異なる第２所定値に変換する第２の変換手段と、被計測者から前記第１の変換手段によって前記第１所定値に変換された出力値及び前記第２の変換手段によって前記第２所定値に変換された出力値に対応した圧力が前記複数の圧力検知領域に対してそれぞれ加えられた場合の被計測者の重心位置を基準位置として算出する基準位置算出手段と、前記重心位置算出手段が算出した重心位置と前記基準位置算出手段が算出した基準位置との相対距離である中心変位長をサンプリング時間ごとに算出する中心変位長算出手段と、計測時間内において、前記中心変位長算出手段が算出した前記中心変位長を積算した総中心変位長を算出する総中心変位長算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、総中心変位長算出手段が、ふらつき度との間で相関関係を有する中心変位長に基づいて総中心変位長を算出するため、被計測者のふらつき度を正確に計測することができる。
【０００９】
また、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値と閾値とを比較する比較手段と、前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を第１所定値に変換する第１の変換手段と、前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値より小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を前記第１所定値とは異なる第２所定値に変換する第２の変換手段と、被計測者から前記第１の変換手段によって前記第１所定値に変換された出力値及び前記第２の変換手段によって前記第２所定値に変換された出力値に対応した圧力が前記複数の圧力検知領域に対してそれぞれ加えられた場合の被計測者の重心位置を基準位置として算出する基準位置算出手段と、前記計測領域の中心と前記基準位置算出手段が算出した前記基準位置との相対距離である領域中心離隔距離をサンプリング時間ごとに算出する領域中心離隔距離算出手段と、被計測者が前記計測領域上に両足を配置した状態で静止している静止時間を算出する静止時間算出手段と、前記静止時間算出手段が算出した静止時間内において、前記領域中心離隔距離算出手段が算出した前記領域中心離隔距離を積算した総領域中心離隔距離を算出する総領域中心離隔距離算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、被計測者が両足配置領域において静止しているときのふらつき度を計測することができる。
【００１０】
このとき、前記総領域中心離隔距離算出手段が、各計測領域について算出した前記総領域中心離隔距離の平均値をさらに算出してもよい。これによると、各両足配置領域において算出された総領域中心離隔距離を平均化するため、被計測者が両足配置領域において静止しているときのふらつき度を正確に把握することができる。
【００１１】
さらに、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、被計測者が前記計測領域上に両足を配置した状態で静止している静止時間を算出する静止時間算出手段と、前記静止時間算出手段が算出した静止時間内における、前記重心位置算出手段が算出した前記重心位置の移動軌跡長を算出する重心移動軌跡長算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、被計測者が両足配置領域において静止しているときのふらつき度を計測することができる。
【００１２】
加えて、前記重心軌移動跡長算出手段が算出した前記移動軌跡長に、前記静止時間算出手段が算出した静止時間に対する所定の単位時間の比を乗ずることによって単位時間移動軌跡長を算出する単位重心移動軌跡長算出手段をさらに備えていることが好ましい。これによると、各両足配置領域における静止時間にばらつきがある場合であっても、被計測者のふらつき度を把握することができる。
【００１３】
このとき、前記単位重心移動軌跡長算出手段が、各計測領域について算出した前記単位重心移動軌跡長の平均値をさらに算出してもよい。これによると、各両足配置領域において算出された単位重心移動軌跡長を平均化するため、被計測者が両足配置領域において静止しているときのふらつき度をより正確に把握することができる。
【００１４】
また、本発明においては、前記静止時間算出手段が、前記計測領域における被計測者の両足と接触している領域が所定の範囲内で一致している間の時間を静止時間として算出することが好ましい。これによると、被計測者が両足配置領域において静止している状態を確実に判別することができるため、ふらつき度をより正確に把握することができる。
【００１５】
さらに、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、被計測者の左右いずれか一方の足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているときの前記計測領域における、前記重心位置算出手段が算出した前記重心位置の移動軌跡が描かれた領域の面積である完全遊脚立位外周面積を算出する完全遊脚立位外周面積算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、被計測者がふらつきやすい片足立ちをしているときの重心位置の移動軌跡を算出することができるため、被計測者のふらつき度を正確に計測することができる。
【００１６】
このとき、前記完全遊脚立位外周面積算出手段が、各計測領域について算出した前記完全遊脚立位外周面積の平均値をさらに算出してもよい。これによると、各両足配置領域において算出された完全遊脚立位外周面積を平均化するため、被計測者が片足立ちしているときのふらつき度を正確に把握することができる。
【００１７】
加えて、本発明においては、前記計測領域記憶手段に前記両足配置領域が記憶される毎に、被計測者に当該両足配置領域上に移動することを指示する指示手段をさらに備えていることが好ましい。これによると、被計測者に計測に係る適切な動作を指示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る歩行訓練支援装置の概略構成を示す外観図である。図２は、図１の歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１９】
図１に示すように、歩行訓練支援装置１は、シート状の圧力分布センサ１１と、圧力分布センサ１１に接続された圧力検出部１２と、パーソナルコンピュータ（パソコン）２０と、圧力検出部１２とパソコン２０とを接続する接続ユニット４０とを備えている。接続ユニット４０は、インターフェースボックス４５及びインターフェースケーブル４６を含んでおり、その両端が圧力検出部１２及びパソコン２０の各入出力インターフェース（図示しない）に接続されている。歩行訓練支援装置１は、被計測者が圧力分布センサ１１上で後述する「ステップ動作」を行ったときの、被計測者の荷重状態を解析するものである。
【００２０】
圧力分布センサ１１は、被計測者がその上に立つ場合に、被計測者の両足から加えられる圧力を検知する圧力検知領域となる多数の感圧センサ１１ａが格子状に配置されているものである。圧力検出部１２は、多数の感圧センサ１１ａのそれぞれに接続されており、各感圧センサ１１ａの状態を検出する。本実施の形態では、圧力分布センサ１１の厚さは、約０．１〜０．２ｍｍである。ここで、本実施の形態では、各感圧センサ１１ａの状態は、それらに加えられる圧力に対応した０〜２５５のデジタル出力値によって表され、その出力値がパソコン２０に対して出力される。また、圧力分布センサ１１上には、矩形状を有する６つの両足配置領域１１ｂが形成されている。各両足配置領域１１ｂは、被計測者の両足が左右方向に揃った状態で配置可能な面積を有している。各両足配置領域１１ｂには番号「１」〜「６」が付されている。なお、両足配置領域１１ｂの数は６に限られるものではなく、圧力分布センサの面積に応じて任意の数の両足配置領域が形成されてよい。
【００２１】
このように、圧力分布センサ１１は、シート単体での使用も可能であるが、シートの保護の観点から、ゴムシートを緩衝用に積層してもよい。また、床上へのセッティングを容易にする目的でセンサを保持するアルミなどの金属製や樹脂製の板の上に積層してもよい。
【００２２】
パソコン２０は、ディスプレイ２１と、キーボード２５と、マウス２６と、制御部３０（図２参照）とを有している。ここで、制御部３０には、歩行訓練支援装置１に係る各種動作を制御する歩行訓練支援プログラムやデータなどが格納されたハードディスク、歩行訓練支援装置１の各部の動作を制御する信号を生成するために各種演算を実行するＣＰＵ、ＣＰＵでの演算結果などのデータを一時保管するＲＡＭなどが含まれている。
【００２３】
制御部３０は、図２に示すように、圧力分布データ記憶部１３２と、解析部１３１と、計測領域記憶部１３３と、重心位置記憶部１３４と、基準位置記憶部１３５と、中心変位長記憶部１３６と、領域中心離隔距離記憶部１３７と、表示制御部１４２とを有している。また、制御部３０には、ディスプレイ２１と、キーボード２５と、マウス２６とがそれぞれ接続されている。
【００２４】
圧力分布データ記憶部１３２は、圧力検出部１２から接続ユニット４０を介してパソコン２０に送信された圧力分布データを記憶するものである。圧力分布データ記憶部１３２には、圧力分布センサ１１に格子状に配置された多数の感圧センサ１１ａごとに、計測時間内におけるサンプリング時間ごとの圧力分布データが記憶されている。つまり、各サンプリング時間における多数の感圧センサ１１ａの圧力分布データが、計測時間におけるサンプリング時間の数だけ記憶されている。従って、この圧力分布データに基づいて、各感圧センサ１１ａで検知される圧力の時間的な変化を検知することができる。
【００２５】
解析部１３１は、圧力分布データ記憶部１３２に記憶されている圧力分布データに基づいて、圧力分布センサ１１上で被計測者が所定の動作である「ステップ歩行」を行ったときの荷重状態を解析するものである。ここで「ステップ歩行」の動作内容について図３を参照しつつ説明する。図３は「ステップ歩行」の動作内容を示した図である。なお、図３中に示された足形は、圧力分布センサ１１上に配置された被計測者の足の配置位置を示している。また、図３中の矢印は、被計測者の移動方向を示している。
【００２６】
「ステップ歩行」は、図３に示すように、被計測者が、各両足配置領域１１ｂに両足を左右方向に揃った状態で配置させつつ両足配置領域１１ｂ間を移動する動作をいう。なお、図３においては、被計測者が両足配置領域１１ｂ「１」から両足配置領域１１ｂ「２」に移動する場合が示されている。後述するように、被計測者が移動すべき両足配置領域１１ｂが計測領域１１ｃとなる。解析部１３１は、計測領域１１ｃ上に被計測者が移動することを前提に解析を行う。
【００２７】
図２に戻って、解析部１３１は、計測領域決定部１４０と、重心算出部１４３と、比較部１４４と、変換部１４５と、基準位置算出部１４６と、中心変位長算出部１４７と、静止時間算出部１４８と、領域中心離隔距離算出部１４９と、重心移動軌跡長算出部１５０と、パラメータ算出部１４１とを有している。
【００２８】
計測領域決定部１４０は、両足配置領域１１ｂ「１」〜「６」から順次選択されたいずれか１つを計測領域１１ｃとして決定すると共に決定した計測領域１１ｃを計測領域記憶部１３３に記憶するものである（図３参照）。計測領域１１ｃは、「ステップ歩行」において被計測者が次に移動すべき両足配置領域１１ｂである。例えば、図３においては、両足配置領域１１ｂ「２」が計測領域１１ｃとして決定されている。計測領域決定部１４０は、被計測者が各両足配置領域１１ｂ上で静止してから所定時間経過するごとに、予め定められたパターンに基づいて次の計測領域１１ｃを決定する。なお、計測領域１１ｃは両足配置領域１１ｂ「１」〜「６」からランダムに決定されてもよいし、オペレータからの指示に基づいて決定されてもよい。また、計測領域１１ｃを決定するタイミングも任意のものであってもよい。
【００２９】
重心算出部１４３は、圧力分布データ記憶部１３２に記憶された圧力分布データに基づいて、サンプリング時間ごとに圧力分布センサ１１上の被計測者の重心位置Ｃｆ（図５参照）を算出すると共に算出した重心位置Ｃｆを重心位置記憶部１３４に記憶するものである。
【００３０】
重心算出部１４３における重心位置Ｃｆの算出方法について、図４を参照して説明する。図４は、所定時間において多数の感圧センサ１１ａで検知される圧力分布データを示している。本実施の形態の圧力分布センサ１１では、多数の感圧センサ１１ａが、Ｘ軸方向（左右方向）にｍ＋１列に配置されていると共に、Ｙ軸方向（上下方向）にｎ＋１列に配置されている。従って、多数の感圧センサ１１ａは、（ｍ＋１）×（ｎ＋１）の格子状に配置されている。
【００３１】
また、図４では、各感圧センサ１１ａで検知された圧力データが記号で示されている。例えば、Ｘ軸方向にはｕ列目であって且つＹ軸方向にはｖ列目に対応する感圧センサ１１ａによって検知される圧力データは、ａ（ｕ、ｖ）（但し、ｕは０以上ｍ以下の整数、ｖは０以上ｎ以下の整数）と表されている。
【００３２】
この場合のＸ軸方向の重心位置Ｃｆｘは、次数式で算出される。
【００３３】
【数１】
2007289319.tif 000003
【００３４】
また、Ｙ軸方向の重心位置Ｃｆｙは、次数式で算出される。
【００３５】
【数２】
2007289319.tif 000004
【００３６】
比較部１４４は、各感圧センサ１１ａで検知された出力値と、閾値１とを比較するものである。上述したように、各感圧センサ１１ａで検知された出力値は、０〜２５５のデジタル出力値によって表される。各感圧センサ１１ａから出力がある場合には、その出力値は閾値１以上になる。
【００３７】
変換部１４５は、比較部１４４において、各感圧センサ１１ａで検知された出力値が閾値１以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を１（第１所定値）に変換し、比較部１４４において、各感圧センサ１１ａで検知された出力値が閾値１よりも小さいという比較結果が得られた場合、言い換えれば、検知された出力値が０の場合に、それらの出力値を０（第２所定値）に変換するものである。従って、変換部１４５は、圧力分布センサ１１において、被計測者の足裏が接触する領域である接触領域が１に、被計測者の足裏が接触しない領域である非接触領域が０になるように２値化変換する。
【００３８】
被計測者が計測領域記憶部１３３に記憶されている計測領域１１ｃ（両足配置領域１１ｂ）上に両足を配置したときの出力値が２値化変換されたものの一例を図５に示す。なお、図５においては、出力値が０に変換された領域を白で、出力値が１に変換された領域を黒で示している。図５に示すように、各感圧センサ１１ａの出力値が２値化変換されることにより、被計測者の両足と圧力分布センサ１１との接触領域を正確に検知することができる。
【００３９】
図２に戻って、基準位置算出部１４６は、サンプリング時間ごとに、圧力分布センサ１１における被計測者の足裏との接触領域の中心位置（面積中心）を基準位置Ｃｐとして算出するものである。このとき、Ｘ軸方向に関する基準位置Ｃｐｘは、次数式で算出される。
【００４０】
【数３】
2007289319.tif 000005
【００４１】
また、Ｙ軸方向にかかる基準位置Ｃｐｙは、次数式で算出される。
【００４２】
【数４】
2007289319.tif 000006
【００４３】
ここで、数式３及び数式４においては、圧力データａ（ｕ、ｖ）としては、変換部１４５によって変換された後の出力値が用いられる。つまり、各感圧センサ１１ａで検知された出力値が閾値１以上である場合には、それらの出力値は全て１として、一方、その出力値が閾値１より小さい場合には、それらの出力値は全て０として、数式３及び数式４によって基準位置Ｃｐが算出される。算出された基準位置Ｃｐは順次基準位置記憶部１３５に記憶される。つまり、サンプリング時間ごとに、被計測者の重心位置Ｃｆが重心位置記憶部１３４に記憶されると共に基準位置Ｃｐが基準位置記憶部１３５に記憶される。
【００４４】
中心変位長算出部１４７は、重心算出部１４３が算出した重心位置Ｃｆと、基準位置算出部１４６が算出した基準位置Ｃｐとの相対距離である「中心変位長」をサンプリング時間ごとに算出すると共に算出した「中心変位長」を中心変位長記憶部１３６に記憶するものである。つまり、「中心変位長」は、１つの計測時間内における各サンプリング時間に対応する数だけ算出される。
【００４５】
静止時間算出部１４８は、被計測者が計測領域記憶部１３３に記憶されている計測領域１１ｃ（両足配置領域１１ｂ）上に両足を配置した状態で静止している時間（以下、「静止時間」と称す）を算出するものである。静止時間算出部１４８は、計測領域記憶部１３３に記憶されている計測領域１１ｃにおける被計測者の両足と接触している接触領域が、前のサンプリング時間との間で７０％以上一致している間の時間を「静止時間」として算出する。
【００４６】
領域中心離隔距離算出部１４９について図６を参照しつつ説明する。図６は、計測領域記憶部１３３に記憶されている計測領域１１ｃにおける被計測者の足との接触領域を示した図である。図６に示すように、領域中心離隔距離算出部１４９は、基準位置算出部１４６が算出した基準位置Ｃｐと計測領域１１ｃの中心Ｅとの相対距離である「領域中心離隔距離」をサンプリング時間ごとに算出すると共に算出した「領域中心離隔距離」を領域中心離隔距離記憶部１３７に記憶するものである。つまり、「領域中心離隔距離」は、１つの計測時間内における各サンプリング時間に対応する数だけ算出される。
【００４７】
重心移動軌跡長算出部１５０について図７を参照しつつ説明する。図７は計測領域記憶部１３３に記憶されている計測領域１１ｃにおける被計測者の重心位置Ｃｆの移動軌跡を示した図である。図７に示すように、重心移動軌跡長算出部１５０は、静止時間算出部１４８が算出した「静止時間」における重心位置Ｃｆの移動軌跡長である「重心移動軌跡長」を算出するものである。具体的には、重心移動軌跡長算出部１５０は、静止時間算出部１４８によって算出された「静止時間」における各サンプリング時間に対応する重心位置Ｃｆを重心位置記憶部１３４から時間順に読み出しつつ、隣接するサンプリング時間の重心位置Ｃｆ間の相対距離を積算することによって「重心移動軌跡長」を算出する。
【００４８】
パラメータ算出部１４１は、計測結果となる各種パラメータ（本実施の形態では、「総中心変位長」、「総領域中心離隔距離」、「単位重心移動軌跡長」及び「完全遊脚立位外周面積」）を算出するものであり、総中心変位長算出部１４１ａと、総領域中心離隔距離算出部１４１ｂと、単位重心移動軌跡長算出部１４１ｃと、完全遊脚立位外周面積算出部１４１ｄとを含んでいる。
【００４９】
総中心変位長算出部１４１ａは、１つの計測時間内における各サンプリング時間に対応する「中心変位長」を中心変位長記憶部１３６から読み出して積算することによって「総中心変位長」を算出するものである。
【００５０】
総領域中心離隔距離算出部１４１ｂは、各計測領域１１ｃについて、静止時間算出部１４８が算出した「静止時間」におけるサンプリング時間に対応する「領域中心離隔距離」を領域中心離隔距離記憶部１３７から順次読み出して積算したものを「総領域中心離隔距離」として算出する。さらに、総領域中心離隔距離算出部１４１ｂは、各計測領域１１ｃについて算出した「総領域中心離隔距離」を平均化して最終的な「総領域中心離隔距離」を算出する。
【００５１】
単位重心移動軌跡長算出部１４１ｃは、各計測領域１１ｃについて、重心移動軌跡長算出部１５０が算出した「重心移動軌跡長」に、静止時間算出部１４８が算出した「静止時間」に対する単位時間の比を乗じたものを「単位重心移動軌跡長」として算出する。さらに、単位重心移動軌跡長算出部１４１ｃは、各計測領域１１ｃについて算出した「単位重心移動軌跡長」を平均化して最終的な「単位重心移動軌跡長」を算出する。なお、単位時間は任意の時間であってよい。
【００５２】
完全遊脚立位外周面積算出部１４１ｄについて図８を参照しつつ説明する。図８は、計測領域記憶部１３３に記憶されている計測領域１１ｃにおいて被計測者が片足立ちしているときにおける被計測者の重心位置Ｃｆの移動軌跡を示した図である。図８に示すように、完全遊脚立位外周面積算出部１４１ｄは、各計測領域１１ｃについて、被計測者の左右いずれかの一方の足のみが計測領域１１ｃに配置されている片足立ちとなっているときにおける被計測者の重心位置Ｃｆの移動軌跡が描かれた領域の面積を「完全遊脚立位外周面積」として算出する。さらに、完全遊脚立位外周面積算出部１４１ｄは、各計測領域１１ｃについて算出した「完全遊脚立位外周面積」を平均化して最終的な「完全遊脚立位外周面積」を算出する。
【００５３】
図２に戻って、前述したように、重心位置記憶部１３４は、重心算出部１４３が算出した重心位置Ｃｆをサンプリング時間ごとに記憶するものである。また、計測領域記憶部１３３は、計測領域決定部１４０が決定した計測領域１１ｃを記憶するものである。基準位置記憶部１３５は、基準位置算出部１４６が算出した基準位置Ｃｐをサンプリング時間ごとに記憶するものである。さらに、中心変位長記憶部１３６は、中心変位長算出部１４７が算出した「中心変位長」をサンプリング時間ごとに記憶するものである。加えて、領域中心離隔距離記憶部１３７は、領域中心離隔距離算出部１４９が算出した「領域中心離隔距離」をサンプリング時間ごとに記憶するものである。
【００５４】
表示制御部１４２は、被計測者に「ステップ歩行」の動作内容、及び、「ステップ歩行」係る計測結果をディスプレイ２１に表示させるものである。言い換えれば、表示制御部１４２は、被計測者に「ステップ歩行」の動作内容を指示するものである。
【００５５】
つまり、歩行訓練支援装置１の動作においては、まず、表示制御部１４２が被計測者に対して圧力分布センサ１１上における計測領域記憶部１３３に記憶されている計測領域１１ｃに被計測者の両足を配置させる旨をディスプレイ２１に表示させる。被計測者は、ディスプレイ２１に表示されている指示に従って計測領域１１ｃ上を移動し、「ステップ歩行」を行う。被計測者の「ステップ歩行」が完了すると、解析部１３１が被計測者の荷重状態を解析して、各パラメータを算出する。解析部１３１による各パラメータの算出が完了すると、表示制御部１４２は、算出された各パラメータをディスプレイ２１に表示させる。
【００５６】
表示制御部１４２がディスプレイ２１に表示させる解析結果について図９を参照しつつ説明する。図９は、「ステップ歩行」の解析結果の表示内容を示す図である。図９に示すように、表示制御部１４２は、圧力分布ウィンドウ５１及び結果表示ウィンドウ５２をディスプレイ２１に表示させる。
【００５７】
圧力分布ウィンドウ５１には、被計測者の両足から圧力分布センサ１１上に加えられる圧力分布６１が、圧力分布データ記憶部１３２に記憶されている圧力分布データに基づいて表示されている。ここで、圧力分布６１は、等圧線状に表示されており、圧力値の大きさが変化するのに伴って、段階的に変化する色のスケールにしたがって表示されている。また、圧力分布ウィンドウ５１には、重心位置記憶部１３４に記憶されている重心位置データに基づいて、被計測者の重心が移動するときの軌跡６２が描かれている。従って、オペレータは、圧力分布ウィンドウ５１を見ることによって、被計測者の両足の圧力分布６１及び重心位置Ｃｆの軌跡６２を把握することができる。
【００５８】
また、結果表示ウィンドウ５２には、パラメータ算出部１４１で算出された「総中心変位長」、「総領域中心離隔距離」、「単位重心移動軌跡長」及び「完全遊脚立位外周面積」の数値がそれぞれ表示される。これら各パラメータを参照することにより、被計測者が「ステップ歩行」を行ったときの荷重状態を客観的に把握することができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態の歩行訓練支援装置１によると、被計測者が両足配置領域１１ｂ間を移動することができるように圧力分布センサ１１を形成すればよいため、被計測者が通常歩行することができるように形成した圧力分布センサと比較して圧力分布センサ１１の表面積を小さくすることができる。これにより、圧力分布センサ１１によって被計測者が「ステップ歩行」を行ったときの荷重状態の高度な解析を行いつつ、圧力分布センサ１１を小型化することによって歩行訓練支援装置１の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００６０】
また、総中心変位長算出部１４１ａが、１つの計測時間内における各サンプリング時間に対応する「中心変位長」を中心変位長記憶部１３６から読み出して積算することによって「総中心変位長」を算出することにより、被計測者のふらつき度を正確に計測することができる。
【００６１】
さらに、総領域中心離隔距離算出部１４１ｂが、各計測領域１１ｃについて、静止時間算出部１４８が算出した「静止時間」におけるサンプリング時間に対応する「領域中心離隔距離」を領域中心離隔距離記憶部１３７から順次読み出して積算したものを「総領域中心離隔距離」として算出し、さらに、各計測領域１１ｃについて算出した「総領域中心離隔距離」を平均化して最終的な「総領域中心離散距離」を算出することにより、被計測者が両足配置領域１１ｂにおいて静止しているときのふらつき度を正確に把握することができる。
【００６２】
加えて、単位重心移動軌跡長算出部１４１ｃが、各計測領域１１ｃについて、重心移動軌跡長算出部１５０が算出した「重心移動軌跡長」に、静止時間算出部１４８が算出した「静止時間」に対する単位時間の比を乗じたものを「単位重心移動軌跡長」として算出し、さらに、各計測領域１１ｃについて算出した「単位重心移動軌跡長」を平均化して最終的な「単位重心移動軌跡長」を算出することにより、被計測者が両足配置領域１１ｂにおいて静止しているときのふらつき度をより正確に把握することができる。
【００６３】
また、完全遊脚立位外周面積算出部１４１ｄが、各計測領域１１ｃについて、被計測者が片足立ちとなっているときにおける被計測者の重心位置Ｃｐの移動軌跡が描かれた領域の面積を「完全遊脚立位外周面積」し、さらに、各計測領域１１ｃについて算出した「完全遊脚立位外周面積」を平均化して最終的な「完全遊脚立位外周面積」を算出することにより、被計測者が片足立ちしているときのふらつき度を正確に把握することができる。
【００６４】
さらに、静止時間算出部１４８が、被計測者が計測領域記憶部１３３に記憶されている計測領域１１ｃ上に両足を配置した状態で静止している時間を算出することにより、被計測者が計測領域１１ｃにおいて静止している状態を確実に判別することができるため、ふらつき度をより正確に把握することができる。
【００６５】
加えて、計測領域記憶部１３３に前記両足配置領域１１ｂが記憶される毎に、被計測者に当該両足配置領域１１ｂ上に移動することを指示する指示手段を備えていることにより、被計測者に計測に係る適切な動作を指示することができる。
【００６６】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、本発明の実施の形態では、変換部１４５において、各感圧センサ１１ａで検知された出力値が、閾値１以上である場合には、１に変換され、閾値１より小さい場合には、０に変換されているが、閾値は１に限られない。従って、出力値がデジタル出力値である場合には、閾値は２以上の整数であってもよい。また、出力値がアナログ出力値である場合には、閾値は０より大きく１より小さい数であってもよいし、１より大きい正の数であってもよい。また、出力値が閾値以上である場合に変換される第１所定値は、１に限られないで、その他の正の数であってもよい。同様に、出力値が閾値より小さい場合に変換される第２所定値は、０に限られないで、その他の数であってもよい。
【００６７】
また、本発明の実施の形態では、パラメータ算出部１４１が「総中心変位長」、「総領域中心離隔距離」、「単位重心移動軌跡長」及び「完全遊脚立位外周面積」を算出する構成であるが、パラメータ算出部１４１がこれらの少なくとも１つを算出する構成であってもよいし、他のパラメータを算出する構成であってもよい。
【００６８】
さらに、本発明の実施の形態では、被計測者への「ステップ歩行」の動作内容の指示は、表示制御部１４２がディスプレイ２１に表示させることによって行っていたが、動作内容の指示は、表示制御部１４２からの指示に限られない。従って、動作内容の指示は、装置からの音声による指示でもよい。また、装置が指示手段をもたずに、オペレータからの指示でもよい。
【００６９】
加えて、本発明の実施の形態では、計測領域決定部１４０は、両足配置領域１１ｂ「１」〜「６」から順次選択されたいずれか１つを計測領域１１ｃとして決定すると共に決定した計測領域１１ｃを計測領域記憶部１３３に記憶しているが、
計測領域記憶部１３３に記憶される計測領域１１ｃは計測領域決定部１４０が決定したものでなくてもよい。従って、計測領域決定部は、圧力分布センサ１１において、被計測者の動作に応じて、被計測者の足裏が接触している両足配置領域１１ｂを計測領域１１ｃとして決定してもよい。
【００７０】
また、表示制御部１４２は、結果表示ウィンドウ５２に、パラメータ算出部１４１で算出された「総中心変位長」、「総領域中心離隔距離」、「単位重心移動軌跡長」及び「完全遊脚立位外周面積」の数値がそれぞれ表示されるが、「単位重心移動軌跡長」及び「完全遊脚立位外周面積」の数値は、平均化する前の「単位重心移動軌跡長」及び「完全遊脚立位外周面積」の数値を表示してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態に係る歩行訓練支援装置の概略構成を示す外観図である。
【図２】図１の歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す歩行訓練支援装置における「ステップ歩行」の動作内容を示した図である。
【図４】図１に示す感圧センサで検知される圧力分布データを示す図である。
【図５】図１に示す圧力分布センサ上に被験者が両足を配置したときの出力値が２値化変換された状態を示す図である。
【図６】図１に示す圧力分布センサ上における被計測者の基準位置から両足配置領域の中心までの距離を示した図である。
【図７】図１に示す圧力分布センサ上における被計測者の重心位置の軌跡を示した図である。
【図８】図１に示す圧力分布センサ上における被計測者の重心位置の軌跡が描かれた領域の面積を示した図である。
【図９】図２に示す表示制御部による、計測結果の表示内容を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  歩行訓練支援装置
１１  圧力分布センサ
１１ａ  感圧センサ（圧力検知領域）
１１ｂ  両足配置領域
１１ｃ  計測領域
２０  パーソナルコンピュータ
２１  ディスプレイ
３０  制御部
１３１  解析部（解析手段）
１３２  圧力分布データ記憶部
１３３  計測領域記憶部
１３４  重心位置記憶部
１３５  基準位置記憶部
１３６  中心変位長記憶部
１３７  領域中心離隔距離記憶部
１４０  計測領域決定部
１４１  パラメータ算出部
１４１ａ  総中心変位長算出部（中心変位長算出手段）
１４１ｂ  総領域中心離隔距離算出部（領域中心離隔距離算出手段）
１４１ｃ  単位重心移動軌跡長算出部（重心移動軌跡長算出手段）
１４１ｄ  完全遊脚立位外周面積算出部
１４２  表示制御部（指示手段）
１４３  重心算出部（重心位置算出手段）
１４４  比較部（比較手段）
１４５  変換部（第１の変換手段、第２の変換手段）
１４６  基準位置算出部（基準位置算出手段）
１４８  静止時間算出部
【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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