(57)【要約】      （修正有）【課題】対象者に負担を掛けることなく、より高精度にすり足を判定する。【解決手段】歩行評価方法は、圧電センサ２０が設けられた敷物部材１０の上を対象者が歩いた際に圧電センサ２０の出力する電気信号を取得する、信号取得ステップと、取得した電気信号の波形を抽出し、該波形のパワースペクトルを作成する、パワースペクトル作成ステップと、作成したパワースペクトルに基づいて、対象者の歩行がすり足であるか否かを評価する、評価ステップと、を含む。【選択図】図１
2016174801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電センサが設けられた敷物部材の上を対象者が歩いた際に、前記圧電センサの出力した電気信号を取得する、信号取得ステップと、
前記取得した電気信号の波形を抽出し、該波形のパワースペクトルを作成する、パワースペクトル作成ステップと、
前記作成したパワースペクトルに基づいて、前記対象者の歩行がすり足であるか否かを評価する、評価ステップと、
を含むことを特徴とする、歩行評価方法。
【請求項２】
前記パワースペクトル作成ステップでは、前記パワースペクトルの作成に先立って、前記電気信号の波形について時間軸の正規化を施す、請求項１に記載の歩行評価方法。
【請求項３】
前記評価ステップでは、前記パワースペクトルについてパワー軸の正規化を施す、請求項１又は２に記載の歩行評価方法。
【請求項４】
前記評価ステップでは、前記パワースペクトルにおける所定周波数範囲でのパワースペクトルを抽出し、該抽出したパワースペクトルに基づいて、前記対象者歩行がすり足であるか否かを評価する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の歩行評価方法。
【請求項５】
前記評価ステップでは、前記抽出したパワースペクトルのパワーの平均値を算出し、該パワーの平均値を閾値と比較することで、前記対象者の歩行がすり足であるか否かを評価する、請求項４に記載の歩行評価方法。
【請求項６】
前記信号取得ステップ及び前記パワースペクトル作成ステップは、前記敷物部材ごとに行い、前記敷物部材ごとに得られたパワースペクトルの平均を算出し、算出した平均パワースペクトルに基づいて、前記対象者の歩行を評価する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の歩行評価方法。
【請求項７】
外部からの力に応じて電気信号を出力する圧電センサが設けられた敷物部材と、
前記敷物部材の上を対象者が歩く際に前記圧電センサの出力する前記電気信号を取得する、信号取得部と、
前記信号取得部が取得した前記電気信号の波形を抽出し、該波形のパワースペクトルを作成し、前記作成したパワースペクトルに基づいて、前記対象者の歩行がすり足であるか否かを評価する処理部と、
を備えることを特徴とする、歩行評価装置。
【請求項８】
前記敷物部材には、複数の前記圧電センサが設けられており、
前記複数の圧電センサは、互いから１５〜４３ｃｍの距離だけ離れて配置されている、請求項７に記載の歩行評価装置。
【請求項９】
前記敷物部材を複数備え、
前記信号取得部は、前記複数の敷物部材が床面に沿って並べられた状態で、前記複数の敷物部材の上を前記対象者が歩く際に前記電気信号を前記敷物部材ごとに取得し、
前記処理部は、前記敷物部材ごとに得られる前記電気信号に基づいて前記パワースペクトルを得て、前記敷物部材ごとに得られたパワースペクトルの平均を算出し、算出した平均パワースペクトルに基づいて、前記対象者の歩行を評価する、請求項７又は８に記載の歩行評価装置。
【請求項１０】
前記敷物部材が略正方形状に形成されており、前記敷物部材の一辺の長さが１５〜４３ｃｍである、請求項７〜９のいずれか一項に記載の歩行評価装置。
【請求項１１】
圧電センサから出力された、対象者の歩行に起因する電気信号の波形を抽出し、該波形のパワースペクトルを作成する、パワースペクトル作成ステップと、
前記作成したパワースペクトルに基づいて、前記対象者の歩行がすり足であるか否かを評価する、評価ステップと、
を処理装置に実行させるための、歩行評価プログラム。
【請求項１２】
前記パワースペクトル作成ステップでは、前記パワースペクトルの作成に先立って、前記電気信号の波形について時間軸の正規化を施す、請求項１１に記載の歩行評価プログラム。
【請求項１３】
前記評価ステップでは、前記パワースペクトルについてパワー軸の正規化を施す、請求項１１又は１２に記載の歩行評価プログラム。
【請求項１４】
前記評価ステップでは、前記パワースペクトルにおける所定周波数範囲でのパワースペクトルを抽出し、該抽出したパワースペクトルに基づいて、前記対象者歩行がすり足であるか否かを評価する、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の歩行評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象者の歩行がすり足であるか否かを評価するための方法、装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人は、高齢になると、筋力の低下等に起因して、すり足状態の歩行となる傾向がある。すり足状態の歩行になると、バランスを崩す等して転倒する可能性が高まり、いったん転倒すると、骨折して車椅子の生活となったり、打ち所が悪い場合には死に至るなどのおそれがある。そのため、すり足の歩行に起因した転倒を防止するため、転倒の前段階であるすり足を判定することが重要である。
【０００３】
歩行がすり足か否かを判定するための技術として、例えば、判定対象者の足に加速度センサを装着させて、加速度センサの出力に基づいて、足の関節の角度を求めて、求めた関節角度に基づいて歩行を評価する技術（例えば、特許文献１）を用いることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2012-343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、歩行がすり足か否かを把握するため、対象者に毎日欠かさず加速度センサを足に装着させることは、対象者にとって大きな負担となっていた。また、特に対象者が認知症を患っている場合には装着し忘れのおそれもあるため、実現性に乏しいという問題があった。また、特許文献１では、加速度センサの出力から求められる関節角度に基づいて、歩行の評価をしているが、そのような方法では、高精度にすり足を健常歩行と区別することは難しい、という問題があった。
よって、対象者に大きな負担を掛けることなく、高精度にすり足を判定できる手法が、求められている。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためにされたものであり、対象者に負担を掛けることなく、高精度にすり足を判定できる、歩行評価方法、歩行評価装置及び歩行評価プログラム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】
本発明の歩行評価方法は、
圧電センサが設けられた敷物部材の上を対象者が歩いた際に前記圧電センサの出力した電気信号を取得する、信号取得ステップと、
前記取得した電気信号の波形を抽出し、該波形のパワースペクトルを作成する、パワースペクトル作成ステップと、
前記作成したパワースペクトルに基づいて、前記対象者の歩行がすり足であるか否かを評価する、評価ステップと、
を含む。
本発明の歩行評価方法によれば、対象者に負担を掛けることなく、高精度にすり足を判定できる。
【０００８】
本発明の歩行評価方法において、前記パワースペクトル作成ステップでは、前記パワースペクトルの作成に先立って、前記電気信号の波形について時間軸の正規化を施すことが、好ましい。
これによれば、対象者毎の歩くスピードに関わらず、より高精度にすり足を判定できる。
【０００９】
本発明の歩行評価方法において、前記評価ステップでは、前記パワースペクトルについてパワー軸の正規化を施すことが、好ましい。
これによれば、対象者毎の体重にかかわらず、より高精度にすり足を判定できる。
【００１０】
本発明の歩行評価方法において、前記評価ステップでは、前記パワースペクトルにおける所定周波数範囲でのパワースペクトルを抽出し、該抽出したパワースペクトルに基づいて、前記対象者歩行がすり足であるか否かを評価することが、好ましい。
これによれば、すり足判定の精度を向上できる。
【００１１】
本発明の歩行評価方法において、前記評価ステップでは、前記抽出したパワースペクトルのパワーの平均値を算出し、該パワーの平均値を閾値と比較することで、前記対象者の歩行がすり足であるか否かを評価することが、好ましい。
これによれば、すり足判定の精度を向上できる。
【００１２】
本発明の歩行評価方法において、前記信号取得ステップ及び前記パワースペクトル作成ステップは、前記敷物部材ごとに行い、前記敷物部材ごとに得られたパワースペクトルの平均を算出し、算出した平均パワースペクトルに基づいて、前記対象者の歩行を評価することが、好ましい。
これによれば、すり足判定の精度を向上できる。
【００１３】
本発明の歩行評価装置は、
外部からの力に応じて電気信号を出力する圧電センサが設けられた敷物部材と、
前記敷物部材の上を対象者が歩く際に前記圧電センサの出力する前記電気信号を取得する、信号取得部と、
前記信号取得部が取得した前記電気信号の波形を抽出し、該波形のパワースペクトルを作成し、前記作成したパワースペクトルに基づいて、前記対象者の歩行がすり足であるか否かを評価する処理部と、
を備える。
本発明の歩行評価装置によれば、対象者に負担を掛けることなく、より高精度にすり足を判定できる。
【００１４】
本発明の歩行評価装置では、
前記敷物部材には、複数の前記圧電センサが設けられており、
前記複数の圧電センサは、互いから１５〜４３ｃｍの距離だけ離れて配置されていることが、好ましい。
これによれば、すり足判定の精度を向上できる。
【００１５】
本発明の歩行評価装置は、
前記敷物部材を複数備え、
前記信号取得部は、前記複数の敷物部材が床面に沿って並べられた状態で、前記複数の敷物部材の上を前記対象者が歩く際に前記電気信号を前記敷物部材ごとに取得し、
前記処理部は、前記敷物部材ごとに得られる前記電気信号に基づいて前記パワースペクトルを得て、前記敷物部材ごとに得られたパワースペクトルの平均を算出し、算出した平均パワースペクトルに基づいて、前記対象者の歩行を評価することが、好ましい。
これによれば、すり足判定の精度を向上できるとともに、敷物部材の配置自由度を向上できる。
【００１６】
本発明の歩行評価装置では、前記敷物部材が略正方形状に形成されており、前記敷物部材の一辺の長さが１５〜４３ｃｍであることが、好ましい。
これによれば、すり足判定の精度を向上できる。
【００１７】
本発明の歩行評価プログラムは、
圧電センサから出力された、対象者の歩行に起因する電気信号の波形を抽出し、該波形のパワースペクトルを作成する、パワースペクトル作成ステップと、
前記作成したパワースペクトルに基づいて、前記対象者の歩行がすり足であるか否かを評価する、評価ステップと、
を処理装置に実行させるための、歩行評価プログラムである。
本発明の歩行評価プログラムによれば、対象者に負担を掛けることなく、高精度にすり足を判定できる。
【００１８】
本発明の歩行評価プログラムにおいて、前記パワースペクトル作成ステップでは、前記パワースペクトルの作成に先立って、前記電気信号の波形について時間軸の正規化を施すことが、好ましい。
これによれば、対象者毎の歩くスピードに関わらず、高精度にすり足を判定できる。
【００１９】
本発明の歩行評価プログラムにおいて、前記評価ステップでは、前記パワースペクトルについてパワー軸の正規化を施すことが、好ましい。
これによれば、対象者毎の体重に関わらず、高精度にすり足を判定できる。
【００２０】
本発明の歩行評価プログラムにおいて、前記評価ステップでは、前記パワースペクトルにおける所定周波数範囲でのパワースペクトルを抽出し、該抽出したパワースペクトルに基づいて、前記対象者歩行がすり足であるか否かを評価することが、好ましい。
これによれば、すり足判定の精度を向上できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、対象者に負担を掛けることなく、高精度にすり足を判定できる、歩行評価方法、歩行評価装置及び歩行評価プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の歩行評価装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】図１に示す敷物部材の平面図である。
【図３】図１の処理部の処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】波形の切り出し処理を説明するための図である。
【図５】波形の切り出し後の波形の一例を示す図である。
【図６】時間軸の正規化が施された後の波形の一例を示す図である。
【図７】フーリエ変換により得られたパワースペクトルの一例を示す図である。
【図８】パワー軸の正規化が施された後のパワースペクトルの一例を示す図である。
【図９】パワースペクトルの平均の算出処理を説明するための図である。
【図１０】図１０（ａ）は健常歩行の波形の一例を示す図であり、図１０（ｂ）はすり足の波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に例示説明する。
【００２４】
本発明の一実施形態を、図１〜図１０を参照して説明する。本実施形態の歩行評価装置１は、評価対象者の歩行が、すり足であるか否かの評価（本明細書では、「すり足判定」ともいう。）をするものである。
（歩行評価装置）
まず、本実施形態の歩行評価装置１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１に示すように、歩行評価装置１は、１枚又は複数枚の敷物部材１０と、敷物部材１０に設けられた１つ又は複数の圧電センサ２０と、信号取得部３０と、処理部４０と、表示部５０と、記憶部６０と、入力部７０と、を備える。本例では、略正方形状の９枚の敷物部材１０が床面上にほとんど間隔を空けずに一列に並べられ、敷物部材１０のそれぞれに５つの圧電センサ２０が設置されている。
また、本例では、処理部４０、表示部５０、記憶部６０、及び入力部７０が、コンピュータ１００を構成しているが、これらはコンピュータ１００以外の機器を構成してもよい。また、信号取得部３０は、処理部４０、表示部５０、記憶部６０、及び入力部７０とともに、コンピュータ１００又は他の機器を構成してもよい。
【００２５】
敷物部材１０は、歩行者（測定対象者）の歩行経路上に配置され、その表面上を歩行者が歩くための部材である。敷物部材１０は、例えば、床面上に配置されるマットや絨毯等によって構成される。よって、測定者は、敷物部材１０を任意に配置することができ、また、その配置を変更することができるので、例えば本例の９枚の敷物部材１０の合計面積と同じ面積を持つ１枚の長尺な敷物部材１０を用いる場合に比べて、敷物部材１０の配置（一方向に沿って並べるか、途中で曲がるように並べるか等）の自由度を高めることができる。また、敷物部材１０は、床の一部を構成するパネル等であってもよい。
敷物部材１０は、敷物部材１０に設置された圧電センサ２０のそれぞれに、歩行者の歩行に基づく振動を伝達する。
【００２６】
圧電センサ２０は、圧電素子等の外部から加わる力（以下、外力という）を検出可能なセンサによって構成されており、本例では敷物部材１０の裏面（床面側の面）に固定される。また、敷物部材１０の内部に組み込まれてもよい。このように、圧電センサ２０を対象者側に露出させないことで、対象者の歩行を阻害しないようにすることができる。圧電センサ２０は、外力を電気信号に変換して、その電気信号を出力する。なお、本例において、圧電センサ２０は、電気信号として、電圧値を出力するが、電流値または電力値を電気信号として出力してもよい。
本例では、略円形状の５つの圧電センサ２０（２０ａ〜２０ｅ）が、互いから間隔を空けて敷物部材１０の裏面に配置されている。
【００２７】
信号取得部３０は、例えばＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換装置等によって構成される。本例では、信号取得部３０は、配線８０を介して各圧電センサ２０に接続されており、敷物部材１０の上を対象者が歩く際に圧電センサ２０から得られる電気信号を、それぞれ所定時間間隔（以下、「サンプリング周期Ｔ」という。）ごとに取得し、記録する。本例では、信号取得部３０が、敷物部材１０ごとに、それぞれの敷物部材１０に設けられた各圧電センサ２０から出力される電気信号どうしの合算を取得するように、配線８０が引かれている。なお、図１では、先頭の敷物部材１０に設けられた各圧電センサ２０から引かれた配線８０のみを示しており、他の敷物部材１０に設けられた各圧電センサ２０から引かれた配線８０の図示を省略している。本例では、説明の便宜上、１枚の敷物部材２０に設けられた各圧電センサ２０を、包括して「チャネル」というものとする。本例において、信号取得部３０は、各チャネルからの電気信号の記録データを、計測中に、又は計測後に、配線８１を介して、コンピュータ１００に送信する。
なお、信号取得部３０とコンピュータ１００との間の通信は、無線通信により行ってもよい。また、信号取得部３０が記録したデータを、計測後に、いったん外部メモリ（ＵＳＢやＣＤ等）に移して、この外部メモリをコンピュータ１００に接続して、外部メモリ内のデータをコンピュータ１００の記憶部６０に移すようにしてもよい。
【００２８】
記憶部６０は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び／又は外部メモリ等によって構成されている。記憶部６０は、処理部４０により実行されるプログラムを記憶するとともに、コンピュータ１００が、各チャネルからの電気信号の記録データを信号取得部３０から受け取ると、これを記憶する。
【００２９】
処理部４０（処理装置）は、例えばＣＰＵやＭＰＵ等によって構成されており、記憶部６０に記憶されたプログラムを実行して、記憶部６０に記憶される、信号取得部３０が取得した電気信号の記録データを処理する。より具体的には、処理部４０は、信号取得部３０が取得した電気信号の波形を抽出し、その波形のパワースペクトルを作成して、そのパワースペクトルに基づいて、対象者の歩行がすり足か否かを評価する。処理部４０が行うすり足判定の処理については、後に詳しく説明する。
本例において、処理部４０は、記憶部６０に記憶されたプログラムを実行して、コンピュータ１００全体の制御をも行う。
【００３０】
表示部５０は、例えばモニターやディスプレイ等により構成される。入力部７０は、例えばキーボードやマウス等により構成される。
ただし、歩行評価装置１は、表示部５０や入力部７０を備えていなくてもよい。
【００３１】
図２に示すように、本例の敷物部材１０は、略正方形状に形成される。
また、敷物部材１０および圧電センサ２０は、対象者の歩行を正しく検出できるように以下の２つの点を考慮して配置される。例えば、１つの敷物部材１０において、対象者の歩行・１歩を検出することを想定した場合、敷物部材１０は、対象者の歩幅に合わせて適切に配置される。また、例えば、敷物部材の形状等を考慮せず１つの圧電センサ２０において、対象者の歩行・１歩を検出することを想定した場合には、圧電センサ２０は、対象者の歩幅に合わせて適切に配置される。
【００３２】
１つの敷物部材１０において対象者の歩行・１歩を検出することを想定した場合、高齢者の歩幅は、例えば４３ｃｍ〜７６ｃｍ（吉名、伊東、長崎、橋詰、丸山、衣笠、「高齢者の歩行速度、歩幅、歩行率、および歩行パターン」、理学療法学第２巻学会特別号（第29回青森）、1994年  参照）であり、人間の足のサイズは１５ｃｍ〜３０ｃｍを想定すればおおよそカバーできるため、本例における敷物部材１０の一辺の長さは１５ｃｍ以上４３ｃｍ以下（１５〜４３ｃｍ）であることが好ましい。これにより、本例のように複数の敷物部材１０を床面上に一列にほとんど間隔を空けずに並べた場合、対象者は、これらの敷物部材１０の上を一歩ずつ踏み込むように歩くことができるので、１つの敷物部材１０で複数の歩行を検出することなく敷物部材１０ごとに好適なデータを得ることができ、ひいては、すり足判定の精度向上に繋がる。
また、対象者が敷物部材１０をその対角線方向に横切ることを想定すると、敷物部材１０の一辺の長さは、その対角線方向の長さが４３ｃｍ以下となるように１５ｃｍ以上３０．４ｃｍ以下（１５〜３０．４ｃｍ）であることが更に好ましい。
なお、敷物部材１０の形状は、略正方形状以外の略矩形状や略円形状等、任意の形状が可能である。
【００３３】
本例では、図２に示すように、敷物部材１０配置された５つの略円形状の圧電センサ２０ａ〜２０ｅのうち、４つの圧電センサ２０ａ〜２０ｄは、略正方形状の敷物部材１０の四隅近傍に配置されており、残りの１つの圧電センサ２０ｅは、敷物部材１０の中心に配置されている。また、圧電センサ２０は、敷物部材１０の任意の位置に配置されてもよい。
敷物部材１０による伝達を考慮せず圧電センサ２０のみにおいて対象者の歩行を検知することを考えた場合、敷物部材１０の場合と同様に隣接する圧電センサ２０間の距離Ｌは、１５ｃｍ以上４３ｃｍ以下であることが好ましい。
互いに隣接する圧電センサ２０間の距離Ｌは、上述した人間の足のサイズから３０ｃｍ以下であることが好ましく、敷物部材１０の四隅近傍にある圧電センサ２０ａ〜２０ｄ間の距離Ｌ１や、敷物部材１０の四隅近傍にある圧電センサ２０ａ〜２０ｄと敷物部材１０の中心にある圧電センサ２０ｅとの距離Ｌ２は、それぞれ３０ｃｍ以下に設定される。これにより、対象者が敷物部材１０を踏んだときに、少なくとも１つの圧電センサ２０に体重を掛けることができ、ひいては、すり足判定の精度向上に繋がる。なお、互いに隣接する圧電センサ２０間の距離Ｌとは、具体的には、互いに隣接する圧電センサ２０の中心点どうしの間の距離を指す。
本例の圧電センサ２０は、その直径は近接する圧電センサ２０どうしが重ならないように、また、コスト等に基づいて適宜設計・配置される。なお、圧電センサ２０の形状は、略円形に限らず対象者の歩行を正しく検知することができるのであればどのような形状であってもよい。
【００３４】
（歩行評価方法、歩行評価プログラム）
つぎに、図３〜図１０を参照して、本実施形態の歩行評価方法及び歩行評価プログラムについて、説明する。なお、本実施形態の歩行評価方法は、本例では、図１及び図２を参照して説明した歩行評価装置１を用いて（特に、信号取得部３０及び処理部４０により）実施されるが、その他の手段を用いて実行されてもよい。また、本実施形態の歩行評価プログラムは、本例では、記憶部６０に記憶され、処理部４０（処理装置）により実行されるものであり、これにより後述する図３の処理が行われる。しかし、本実施形態の歩行評価プログラムは、処理部４０以外の処理装置により実行されてもよい。
図１０は、あるチャネル（本例では、１枚の敷物部材１０に設けられた全ての圧電センサ２０）からの電気信号に基づき得られる波形の例を示している。図１０（ａ）は、健常歩行の１歩分の波形を示しており、図１０（ｂ）は、すり足歩行の１歩分の波形を示している。一般的に、すり足の波形は、すり足ではない通常の歩行（健常歩行等）の波形と比べて、小振幅で短周期（高周波数）の波が多数連続しており、どこからどこまでが一歩なのかが区別しにくいという特徴がある。本実施形態の歩行評価方法は、このようなすり足の波形の特徴を利用して、すり足判定を行うものであり、これにより高精度なすり足判定が可能となる。
【００３５】
まず、信号取得部３０は、各チャネルから電気信号を取得し（信号取得ステップ）、これを記録する。その後、記憶部６０は、信号取得部３０が取得した、各チャネルからの電気信号の記録データを、それぞれ記憶する。
図４は、図１の歩行評価装置１を用いてある対象者の歩行を測定することにより得られた、あるチャネルからの電気信号の波形を示している。図４に示す図において、横軸は時間を示しており、縦軸は電気信号の値（本例では、電圧値）を示している。この時間軸の１目盛分の時間間隔は、信号取得部３０が各チャネルから電気信号を取得するサンプリング周期Ｔに相当する。この波形は、４０個のデータからなる。
【００３６】
電気信号を取得した後の処理は、処理部４０によって行われる。図３は、処理部４０の処理の一例を示すフローチャートである。処理部４０は、各チャネルの波形について、それぞれ、始まりと終わりのうち少なくともいずれか一方の時間帯において、電気信号の値がほぼ０に維持されてほとんど変動していない波形部分（図４の例では、始まりの時間値１〜５での波形部分と、終わりの時間値３５〜４０での波形部分）を除去することにより、電気信号の値が実質的に変動している波形部分（図４の例では、中間の時間値５〜３５での波形部分）を切り出す（ステップＳ１）。図５は、図４の波形に対して、ステップＳ１の波形切り出しを行うことにより得られた波形を示している。図５の波形は、３１個のデータからなる。
【００３７】
ステップＳ１において、波形の始まりの時間帯において、電気信号の値がほぼ０に維持されてほとんど変動していない波形部分を除去する方法としては、例えば、最初の時点（図の例では、時間値が１の時点）から連続して、電気信号の絶対値が、所定閾値以下であるような、波形部分を除去する方法がある。この所定閾値は、０に等しい又は０に近い値に設定される。
また、最初の時点から所定時間（例えばサンプリング周期Ｔの５倍の時間）にわたる波形部分を除去するようにしてもよい。
また、ある時点から後に連続する所定時間（例えばサンプリング周期Ｔの５倍の時間）分のデータ（電気信号の値）の絶対値の合計を算出し、合計が所定閾値以下である場合は、その時点よりサンプリング周期Ｔだけ後の時点を起点として同様の計算を行い、これを、上記合計が所定閾値を超えるまで繰り返す。この所定閾値は、０に等しい又は０に近い値に設定される。そして、上記合計が所定閾値を超えた場合は、そのときに起点とした時点から後に連続する所定時間における真ん中の時点から前の波形部分を除去するようにしてもよい。
なお、波形の終わりの時間帯において、電気信号の値がほぼ０に維持されてほとんど変動していない波形部分を除去する方法についても、上述と同様の方法を採ることができる。
【００３８】
つぎに、処理部４０は、ステップＳ１で得た各チャネルの波形に対して、それぞれ時間軸の正規化を施す（ステップＳ２）。より具体的には、本例では、この後でパワースペクトルを作成するための高速フーリエ変換に適用するための事前準備として、波形を構成するデータ数が、所定の２のべき乗（本例では、６４個）になるように、ステップＳ１で得た各チャネルの波形を時間軸に沿って引き延ばす。図６は、例えば、３１個のデータからなる図５の波形に信号の値が０となる部分を１つ追加して３２個のデータとし、この３２個のデータを６４個のデータからなる波形へと引き延ばして得た波形を示している。
各チャネルの波形に対して時間軸の正規化を行うことにより、対象者毎の歩く速さに関わらず複数の対象者の波形（ひいてはパワースペクトル）どうしを適切に比較できるので、すり足判定の精度を向上できる。
なお、波形を構成するデータ数が、所定の２のべき乗になるように、各チャネルの波形を時間軸に沿って縮めてもよい。また、ステップＳ１で得た波形を構成するデータ数が、もともと所定の２のべき乗である場合は、ステップＳ２を省略してもよい。また、この後で高速フーリエ変換以外のフーリエ変換を行う場合には、波形を構成するデータ数が、任意の所定数となるように、ステップＳ１で得た各チャネルの波形に対して時間軸の正規化を施してよい。
【００３９】
つぎに、処理部４０は、ステップＳ２で時間軸の正規化が施された、各チャネルの波形に対して、パワースペクトルを作成する（ステップＳ３、パワースペクトル作成ステップ）。図７は、図６の波形に対して高速フーリエ変換を施すことにより得られた波形を示しており、横軸が周波数（単位時間当たりの繰り返し数）を示しており、縦軸がパワー値（該当する周波数の波形の元波形に対する寄与度）を示している。
例えば、図７では、周波数値が１〜３２まである。そして、周波数値７でのパワー値が２であり、すなわち、周波数値７を有する波が、フーリエ変換前の波形の中で占めていた割合がパワー値２であったことを意味している。
なお、ステップＳ３では、高速フーリエ変換以外のフーリエ変換や、その他の方法（周波数解析等）によって、パワースペクトルを作成してもよい。
【００４０】
つぎに、処理部４０は、ステップＳ３でフーリエ変換の施された、各チャネルの波形に対して、それぞれパワー軸の正規化を施す（ステップＳ４）。図８は、図７の波形に対してパワー軸の正規化を施すことにより得られた波形を示している。
一般的に、対象者の体重が重いほど、電気信号の波形の振幅が大きくなり、ひいては、パワースペクトルの振幅が大きくなる。各チャネルのパワースペクトルに対してパワー軸の正規化を施すことにより、例えば、対象者毎の体重のバラツキ等によって生じた電気信号の大小に関わらずに、複数の対象者のパワースペクトルどうし比較どうしを適切に比較できるので、すり足判定の精度を向上できる。
【００４１】
つぎに、本例のように複数のチャネル（ひいては複数枚の敷物部材１０）を用いる場合には、処理部４０は、ステップＳ４でパワー軸の正規化の施された、全てのチャネルのパワースペクトルの平均を算出して、図９に示すような平均パワースペクトルＷ１を得ることが好ましい（ステップＳ５）。
なお、参考のために、図９には、健常歩行をする別の対象者を測定した際に、ステップＳ１〜Ｓ５を行うことにより得られた平均パワースペクトルＷ２も示しており、また、各平均パワースペクトルＷ１、Ｗ２における標準偏差も図示している。
複数のチャネルのパワースペクトルどうしの平均を算出することにより得られる平均パワースペクトルＷ１に基づいてすり足判定を行うことにより、例えば１つのチャネルのパワースペクトルに基づいてすり足判定を行う場合に比べて、すり足判定の精度を向上できる。
なお、チャネルが１つしかない場合（ひいては敷物部材１０が１枚しかない場合）は、このステップＳ５を省略する。
【００４２】
つぎに、処理部４０は、ステップＳ５で得た平均パワースペクトルＷ１を用いて、対象者の歩行がすり足であるか否かの評価を行う（ステップＳ８、評価ステップ）。
この評価ステップにおいて、処理部４０は、平均パワースペクトルＷ１における所定周波数範囲Ｒ（図９の例では、周波数値８〜１６の範囲）を抽出し、抽出した平均パワースペクトルに基づいて、すり足判定を行う。
例えば、処理部４０は、この所定周波数範囲Ｒでの平均パワースペクトルの一部についてパワーの平均値を算出し（ステップＳ６）、そのパワーの平均値を所定閾値と比較し（ステップＳ７）、その比較結果に基づいて、すり足判定を行う。
【００４３】
ステップＳ６で用いる所定周波数範囲Ｒは、予め設定することが好ましい。所定周波数範囲Ｒとしては、例えば、健常歩行のパワースペクトルとすり足のパワースペクトルとが交差せず、健常歩行のパワーとすり足のパワーとの差が比較的大きく出ることが予測されるような、周波数範囲に設定するのが、すり足判定精度の観点からは好適である。
なお、図１０を参照して前述したように、すり足の場合、健常歩行の場合に比べて、圧電センサ２０からの電気信号の波形が短周期（高周波数）であることから、パワースペクトルにおいて、比較的低い周波数範囲では、健常歩行の方がすり足よりもパワーが高くなり、比較的高い周波数範囲では、すり足の方が健常歩行よりもパワーが高くなる傾向がある。上記所定数範囲Ｒとしては、すり足の方が健常歩行よりもパワーが高くなると予測される範囲に設定されると、すり足判定精度の観点から好適である。
ただし、上記所定周波数範囲Ｒとして設定されるのに好ましい範囲は、敷物部材１０の設けられる数、敷物部材１０の寸法、圧電センサ２０の配置、パワースペクトル作成前に行う時間軸の正規化を施された波形のデータ数等に依存するので、同じ条件下で健常歩行とすり足との実験データを予め実施して、経験的に求めるのが良い。特に、敷物部材１０の寸法および圧電センサ２０の配置は、１つの敷物部材１０において、対象者の１歩が検出されるように構成されることが好ましい。
図９の例では、平均パワースペクトルＷ１が、一辺が３０ｃｍの略正方形の敷物部材１０を９枚用いて歩行を測定して得られたものであり、パワースペクトル作成前に行う時間軸の正規化を施された波形のデータ数が６４個であり、パワースペクトル作成後に得られたパワースペクトルの周波数値が１〜３２であった。そして、所定周波数範囲Ｒとして、すり足の方が健常歩行よりもパワーが高くなることが予測される周波数値８〜１６の範囲に、予め設定している。
なお、本例のように、一辺が３０ｃｍの略正方形の敷物部材１０を９枚用いて歩行を測定し、パワースペクトル作成前に行う時間軸の正規化を施された波形のデータ数を６４個とし、パワースペクトル作成後に得られたパワースペクトルの周波数値が１〜３２である場合、１つの敷物部材１０において対象者の１歩を好適に検出することができる。また、この場合、上記所定周波数範囲Ｒは、例えば、平均パワースペクトルＷ１が平均パワースペクトルＷ２以上となる範囲、すなわち周波数値３〜３２の全部又は一部の範囲に設定されることが好ましく、標準偏差を考慮すると周波数値８〜１６の範囲に設定されることがより好ましく、周波数９〜１４の範囲に設定されることが更に好ましい。
【００４４】
ステップＳ７でパワー平均値と比較するための所定閾値は、予め設定することが好ましい。所定閾値としては、例えば、上記所定周波数範囲Ｒでの健常歩行のパワーの平均値がとり得ると予測される値の最大値以上で、かつ、上記所定周波数範囲Ｒでのすり足のパワーの平均値がとり得ると予測される値の最小値よりも小さいような、パワーに設定されると好適である。この場合、ステップＳ８において、ステップＳ６で算出したパワーの平均値が所定閾値よりも高い場合は、対象者の歩行がすり足であり、そうでない場合は、対象者の歩行が健常歩行である、との判定ができる。この判定方法によれば、図９の例における平均パワースペクトルＷ２がすり足のものであることがわかる。
なお、上記所定閾値として設定するのに好ましいパワー値は、敷物部材１０の設けられる数や敷物部材１０の寸法等に依存するので、同じ条件下で予め健常歩行とすり足との実験データを取る等して、経験的に求めるのが良い。
【００４５】
本実施形態によれば、対象者に圧電センサ２０の設けられた敷物部材１０の上を歩行してもらうだけで、必要なデータが得られるので、従来のように対象者に加速度センサを装着させる必要が無く、対象者に負担を何ら掛けずに簡単にすり足判定ができる。また、圧電センサからの電気信号の波形に基づいて得られるパワースペクトルを用いて、すり足判定を行うので、すり足の波形の特徴を活かした高精度なすり足判定が可能となる。
【００４６】
なお、ステップＳ８において、ステップＳ８で抽出する所定周波数範囲Ｒでのパワースペクトルの、パワー平均値を、所定閾値と比較する代わりに、該抽出する所定周波数範囲Ｒでのパワースペクトルに基づいて、任意の方法で、すり足判定を行うようにしてもよい。
例えば、ステップＳ８で抽出する所定周波数範囲Ｒでのパワースペクトルを、所定周波数範囲Ｒでの、基準となる（例えば健常歩行の）パワースペクトルと比較し、その比較結果に基づいてすり足判定を行ってもよい。
あるいは、ステップＳ８で抽出する所定周波数範囲Ｒでのパワースペクトルの、パワーの最小値を、所定閾値と比較し、その比較結果に基づいてすり足判定を行ってもよい。
【００４７】
また、上記の実施形態では、敷物部材１０に設けられた各圧電センサ２０からの電気信号の合算を、１つのチャネルの電気信号とみなして、チャネル毎（すなわち敷物部材１０毎）に、電気信号の取得およびパワースペクトルの作成を行ったが、これに限られない。
例えば、敷物部材１０に設けられた各圧電センサ２０からの電気信号のうちいずれか１つ（例えば波形の振幅が最も大きいもの）を、信号取得部３０又は処理部４０が選択して、選択された電気信号を、１つチャネルの電気信号とみなして、チャネル毎（すなわち敷物部材１０毎）に、パワースペクトルの作成をしてもよい。
あるいは、敷物部材１０に設けられた複数の圧電センサ２０をグループ分けして、１つのグループに属する各圧電センサ２０からの電気信号の合算、あるいはこれらの電気信号のうちいずれか１つを、１つのチャネルの電気信号とみなして、チャネル毎（すなわちグループ毎）に、パワースペクトルの作成をしてもよい。
【００４８】
また、複数枚の敷物部材１０を設ける場合、一部の敷物部材１０のみに圧電センサ２０を設けるようにしてもよい。例えば、圧電センサ２０の設けられた敷物部材１０と圧電センサ２０の設けられていない敷物部材１０とを交互に並べたり、複数枚の敷物部材１０のうち、互いに隣接して配置された一部の敷物部材１０のみに、圧電センサ２０を設けたりしてもよい。歩行評価装置１の存在を意識しない対象者の自然な歩行を検知することができる。
【００４９】
また、処理部４０がプログラムを実行することによりステップＳ１〜Ｓ８の全てを自動的に処理する代わりに、処理部４０が、その少なくとも一部のステップを、人によるコンピュータ１００の入力部７０の操作に従って、実行してもよい。
【実施例】
【００５０】
（実験）
上記実施形態の歩行評価装置１において、敷物部材１０への圧電センサ２０の配置の仕方のみを異ならせて、すり足歩行者（対象者）の歩行を測定する歩行測定実験１〜３を行い、どれだけの確率で正しくすり足の判定が出来たかを評価した。
すり足歩行者は、すり足をする８０代の女性であった。そのすり足歩行者には靴下を履かせた状態で、歩行測定実験１〜３のそれぞれの条件下で５回ずつ歩行の測定を行った。
歩行測定実験１では、図１の例と同様に、９枚の敷物部材１０のそれぞれに、圧電センサ２０を５つずつ設けた。
歩行測定実験２では、９枚の敷物部材１０のうち、歩行者から観たときの前半の５枚の敷物部材１０のみに圧電センサ２０を５つずつ設け、後半の４枚の敷物部材１０には圧電センサ２０を設けなかった。
歩行測定実験３では、９枚の敷物部材１０を、歩行者から観たときの最初（一番手前）の敷物部材１０に圧電センサ２０を５つずつ設け、それより先の敷物部材１０については、圧電センサ２０を設けていない敷物部材１０と圧電センサ２０を５つずつ設けた敷物部材とを交互に配置することにより、計５枚の敷物部材１０に圧電センサ２０を設けた。
なお、各歩行測定実験１〜３において、圧電センサ２０が設けられた敷物部材１０を平面視したときの、圧電センサ２０の配置は、図２の例と同様とした。また、敷物部材１０を平面視したときの敷物部材１０の寸法は、一辺が３０ｃｍの略正方形とした。
【００５１】
各歩行測定実験１〜３の条件下で、５回ずつ歩行測定を行った後は、上述したステップＳ１〜Ｓ８を実施することにより、歩行測定ごとに、所定周波数範囲Ｒでのパワー平均値を算出し、これを所定閾値と比較して、すり足判定を行った。そして、すり足であると判断した場合（パワー平均値が所定閾値よりも大きかった場合）には、正しくすり足判定が出来たと評価し、すり足ではないと判断した場合（パワー平均値が所定閾値よりも小さかった場合）には、正しくすり足判定が出来なかったと評価した。
【００５２】
なお、パワースペクトル作成前に行う時間軸の正規化（ステップＳ２）を施された波形のデータ数は６４個であり、パワースペクトルのデータ数は３２個であった。
所定周波数範囲Ｒとしては、周波数９〜１３、９〜１４、８〜１４、８〜１６の４通りの範囲を用いた。
所定閾値としては、歩行測定実験１と同じ条件下で、健常歩行をする対象者について、スリッパを履かせた状態で、５回測定を行い、歩行測定ごとに、所定周波数範囲Ｒでのパワー平均値を算出し、歩行測定毎のパワー平均値のうち最大のものに設定した。なお、健常歩行をする対象者にスリッパを履かせることより、歩行状態がすり足に近くなるようにし、ひいては、すり足判定の難易度を高めにした。
表１に、それぞれの所定周波数範囲Ｒにおける、所定閾値と、各歩行測定実験１〜３のすり足判定精度（５回の測定のうち正しくすり足判定ができた回数の割合）を示す。
【００５３】
【表１】
2016174801.tif 000003
【００５４】
（結果）
表１から判るように、測定実験１〜３のいずれにおいても、８０％以上という、十分に高いすり足判定精度が得られた。特に、互いに隣接して配置された複数の敷物部材１０を用いた測定実験１及び２では、１００％という、特に高いすり足判定精度が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の歩行評価方法、歩行評価装置及び歩行評価プログラムは、対象者の歩行がすり足であるか否かの判定に用いることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１  歩行評価装置
１０  敷物部材
２０、２０ａ〜２０ｅ  圧電センサ
３０  信号取得部
４０  処理部（処理装置）
５０  表示部
６０  記憶部
７０  入力部
８０、８１  配線
１００  コンピュータ
【図１】
2016174801.tif 000004
【図２】
2016174801.tif 000005
【図３】
2016174801.tif 000006
【図４】
2016174801.tif 000007
【図５】
2016174801.tif 000008
【図６】
2016174801.tif 000009
【図７】
2016174801.tif 000010
【図８】
2016174801.tif 000011
【図９】
2016174801.tif 000012
【図１０】
2016174801.tif 000013