特許 6243730 移動運動状態表示装置、方法及びシステム並びにプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6243730

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】移動運動状態表示装置、方法及びシステム並びにプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/11 20060101AFI20171127BHJP

   A61B 5/103 20060101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/10 310G

   A61B5/10ZDM

【請求項の数】16

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-269497(P2013-269497)

(22)【出願日】2013年12月26日

(65)【公開番号】特開2015-123215(P2015-123215A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2016年12月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】300019238

【氏名又は名称】ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(72)【発明者】

【氏名】矢崎 祐次郎

(72)【発明者】

【氏名】山浦 康太郎

(72)【発明者】

【氏名】マヨラン ラジェンドラ

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 裕輔

(72)【発明者】

【氏名】根岸 知広

【審査官】 九鬼 一慶

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０８９７４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５３８６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１２３６６９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／１１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加速度センサを用いて計測された人の移動運動中の各時刻における２方向の加速度成分について、前記２方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度を表す２次元マップであって、前記２方向の加速度成分を２軸とする座標系において、原点に近い領域にて第１のビンのサイズを有しており、前記原点から遠い領域にて前記第１のビンのサイズより大きい第２のビンのサイズを有している２次元ヒストグラムに基づく２次元マップを表示するよう表示部を制御する表示制御手段を備えた移動運動状態表示装置。

【請求項2】

前記２次元ヒストグラムは、前記座標系において、前記原点から遠い領域ほどビンのサイズが大きくなるヒストグラムである、請求項１に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項3】

前記２次元マップは、前記２次元ヒストグラムを表す画像にスムージング処理が施された画像である、請求項１または請求項２に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項4】

前記スムージング処理は、平滑化処理を含む、請求項３に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項5】

前記２次元ヒストグラムは、前記座標系において、前記２方向の加速度成分の組合せに対応するデータ点のプロット位置のばらつきが大きい領域ほどビンのサイズが大きくなるヒストグラムである、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項6】

前記２次元マップは、前記座標系において、前記２方向の加速度成分の組合せに対応する座標の画素を、該組合せの計測頻度に応じた色で表す画像であり、所定の間隔を有する複数の計数頻度の各々について同じ該計測頻度を表す画素同士を結んだ線を、該計測頻度に割り当てられた色で表す画像である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項7】

前記２次元マップは、前記座標系において、前記２方向の加速度成分の組合せに対応する座標の画素を、該組合せの計測頻度に応じた色で表す画像であり、該２次元マップが表す各画素を、該画素に対応した前記組合せの計測頻度に割り当てられた色で表す画像である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項8】

前記２次元マップは、前記座標系において、前記２方向の加速度成分の組合せに対応する座標の画素を、該組合せの計測頻度に応じた明度で表す画像であり、所定の間隔を有する複数の計数頻度の各々について同じ該計測頻度を表す画素同士を結んだ線を、該計測頻度に割り当てられた明度で表す画像である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項9】

前記２次元マップは、前記座標系において、前記２方向の加速度成分の組合せに対応する座標の画素を、該組合せの計測頻度に応じた明度で表す画像であり、該２次元マップが表す各画素を、該画素に対応した前記組合せの計測頻度に割り当てられた色で表す画像である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項10】

前記２方向は、前記人の左右方向、前後方向及び上下方向のうちの２方向である、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項11】

前記２方向は、前記人の左右方向及び前後方向である、請求項１０に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項12】

前記移動運動は、歩行運動である、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項13】

前記移動運動は、走行運動である、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項14】

加速度センサを用いて人の移動運動中の各時刻における２方向の加速度成分を計測するステップと、
計測された前記各時刻における２方向の加速度成分について、前記２方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度を表す２次元マップであって、前記２方向の加速度成分を２軸とする座標系において、原点に近い第１の領域でのビンのサイズを第１のサイズとし、前記原点から遠い第２の領域でのビンのサイズを前記第１のサイズより大きい第２のサイズとする２次元ヒストグラムに基づく２次元マップを表示するよう表示部を制御するステップと、を備えた移動運動状態表示方法。

【請求項15】

人に取り付けられる加速度センサと、
前記加速度センサを用いて計測された前記人の移動運動中の各時刻における２方向の加速度成分について、前記２方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度を表す２次元マップであって、前記２方向の加速度成分を２軸とする座標系において、原点に近い領域にて第１のビンのサイズを有しており、前記原点から遠い領域にて前記第１のビンのサイズより大きい第２のビンのサイズを有している２次元ヒストグラムに基づく２次元マップを表示するよう表示部を制御する表示制御手段と、を備えた移動運動状態表示システム。

【請求項16】

コンピュータを、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置として機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加速度センサ（sensor）を用いて人の歩行などの移動運動を評価するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、医療施設や介護施設等において、歩行障害を持つ患者に対するリハビリテーション（rehabilitation）が行われている。このリハビリテーションでは、一般的に、患者に適した歩行訓練プログラム（program）を作成したり、患者の回復レベル（level）を把握したりするために、理学療法士などの指導員が、患者の歩行運動を繰り返し評価する。この評価の基準には、例えば、患者の歩行中における体重バランス（balance）の移動範囲や集中領域などが含まれる。なお、体重バランスとは、体を移動させる向きやその強さを示す概念と考えることができる。

【0003】

一方、加速度センサを用いて人の歩行中に生じる加速度を測定し、その測定結果を用いて歩行運動の評価を行う試みが成されている（例えば、特許文献１，要約等参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−０５９４８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、上述のリハビリテーションにおいては、理学療法士などの指導員が患者の歩行運動を目視で確認し主観で判断するため、評価がばらつくことがある。また、既存の歩行評価技術においても、評価結果を客観的に示す方法は未だ確立されていない。特に、患者の歩行中における体重バランスの左右方向及び前後方向の動きを知ることは、患者の歩行評価に効果的であると考えられるが、そのような歩行運動の解析結果を効率的に確認できるものは、現時点において存在していない。

【0006】

このような事情により、人の歩行などの移動運動の評価に有用な移動運動の解析結果を効率的に確認できる技術が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の観点の発明は、
加速度センサを用いて計測された人の移動運動中の各時刻における２方向の加速度成分について、前記２方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度を表す２次元マップ（map）であって、前記２方向の加速度成分を２軸とする座標系において、原点に近い領域にて第１のビン（bin）のサイズ（size）を有しており、前記原点から遠い領域にて前記第１のビンのサイズより大きい第２のビンのサイズを有している２次元ヒストグラム（histogram）に基づく２次元マップを表示するよう表示部を制御する表示制御手段を備えた移動運動状態表示装置を提供する。

【0008】

第２の観点の発明は、
前記２次元ヒストグラムが、前記座標系において、前記原点から遠い領域ほどビンのサイズが大きくなるヒストグラムである、上記第１の観点の移動運動状態表示装置を提供する。

【0009】

第３の観点の発明は、
前記２次元マップが、前記２次元ヒストグラムを表す画像にスムージング（smoothing）処理が施された画像である、上記第１の観点または第２の観点の移動運動状態表示装置を提供する。

【0010】

第４の観点の発明は、
前記スムージング処理が、平滑化処理を含む、上記第３の観点の移動運動状態表示装置を提供する。

【0011】

第５の観点の発明は、
前記２次元ヒストグラムが、前記座標系において、前記２方向の加速度成分の組合せに対応するデータ（data）点のプロット（plot）位置のばらつきが大きい領域ほどビンのサイズが大きくなるヒストグラムである、上記第１の観点から第４の観点のいずれか一つの観点の移動運動状態表示装置を提供する。

【0012】

第６の観点の発明は、
前記２次元マップが、前記座標系において、前記２方向の加速度成分の組合せに対応する座標の画素を、該組合せの計測頻度に応じた色で表す画像であり、所定の間隔を有する複数の計数頻度の各々について同じ該計測頻度を表す画素同士を結んだ線を、該計測頻度に割り当てられた色で表す画像である、上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の移動運動状態表示装置を提供する。

【0013】

第７の観点の発明は、
前記２次元マップが、前記座標系において、前記２方向の加速度成分の組合せに対応する座標の画素を、該組合せの計測頻度に応じた色で表す画像であり、該２次元マップが表す各画素を、該画素に対応した前記組合せの計測頻度に割り当てられた色で表す画像である、上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の移動運動状態表示装置を提供する。

【0014】

第８の観点の発明は、
前記２次元マップが、前記座標系において、前記２方向の加速度成分の組合せに対応する座標の画素を、該組合せの計測頻度に応じた明度で表す画像であり、所定の間隔を有する複数の計数頻度の各々について同じ該計測頻度を表す画素同士を結んだ線を、該計測頻度に割り当てられた明度で表す画像である、上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の移動運動状態表示装置を提供する。

【0015】

第９の観点の発明は、
前記２次元マップが、前記座標系において、前記２方向の加速度成分の組合せに対応する座標の画素を、該組合せの計測頻度に応じた明度で表す画像であり、該２次元マップが表す各画素を、該画素に対応した前記組合せの計測頻度に割り当てられた色で表す画像である、上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の移動運動状態表示装置を提供する。

【0016】

第１０の観点の発明は、
前記２方向が、前記人の左右方向、前後方向及び上下方向のうちの２方向である、上記第１の観点から第９の観点のいずれか一つの観点の移動運動状態表示装置を提供する。

【0017】

第１１の観点の発明は、
前記２方向が、前記人の左右方向及び前後方向である、上記第１０の観点の移動運動状態表示装置を提供する。

【0018】

第１２の観点の発明は、
前記移動運動は、歩行運動である、上記第１の観点から第１１の観点のいずれか一つの観点の移動運動状態表示装置を提供する。

【0019】

第１３の観点の発明は、
前記移動運動が、走行運動である、上記第１の観点から第１１の観点のいずれか一つの観点の移動運動状態表示装置を提供する。

【0020】

第１４の観点の発明は、
加速度センサを用いて人の移動運動中の各時刻における２方向の加速度成分を計測するステップ（step）と、
計測された前記各時刻における２方向の加速度成分について、前記２方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度を表す２次元マップであって、前記２方向の加速度成分を２軸とする座標系において、原点に近い第１の領域でのビンのサイズを第１のサイズとし、前記原点から遠い第２の領域でのビンのサイズを前記第１のサイズより大きい第２のサイズとする２次元ヒストグラムに基づく２次元マップを表示するよう表示部を制御するステップと、を備えた移動運動状態表示方法を提供する。

【0021】

第１５の観点の発明は、
人に取り付けられる加速度センサと、
前記加速度センサを用いて計測された前記人の移動運動中の各時刻における２方向の加速度成分について、前記２方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度を表す２次元マップであって、前記２方向の加速度成分を２軸とする座標系において、原点に近い領域にて第１のビンのサイズを有しており、前記原点から遠い領域にて前記第１のビンのサイズより大きい第２のビンのサイズを有している２次元ヒストグラムに基づく２次元マップを表示するよう表示部を制御する表示制御手段と、を備えた移動運動状態表示システム（system）を提供する。

【0022】

第１６の観点の発明は、
コンピュータ（computer）を、上記第１の観点から第１３の観点のいずれか一つの観点の移動運動状態表示装置として機能させるためのプログラム（program）を提供する。

【発明の効果】

【0023】

上記観点の発明によれば、人の移動運動中の各時刻における互いに直交する２方向の加速度成分の２次元ヒストグラムに基づく２次元マップを生成する際に、当該２次元ヒストグラムを、これら２方向の加速度成分を２軸とする２次元座標系において、原点に近い第１の領域でのビンのサイズを第１のサイズとし、前記原点から遠い第２の領域でのビンのサイズを前記第１のサイズより大きい第２のサイズとしたものとするので、データ点が分散して目立ちにくい前記原点から離れた領域にあるビンについて、その面積及び頻度を大きくして強調させることができ、人の移動運動中における加速度を画像化して表示する際に、人の移動運動中における前記２方向の加速度成分の移動範囲及び集中領域を表示や視線の切換えなしに容易に把握できるよう表示することができる。当該移動範囲及び集中領域を把握することは、その人の移動運動における特徴的な動きを知る上で重要であり、移動運動の評価に有用である。よって、上記観点の発明によれば、操作者は、人の歩行などの移動運動の評価に有用な移動運動の解析結果を効率的に確認することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】歩行状態表示システムの構成を概略的に示す図である。

【図2】加速度センサモジュール及び歩行状態表示装置のハードウェアの構成を示す図である。

【図3】加速度センサモジュール及び歩行状態表示装置の機能的な構成を示す機能ブロック図である。

【図4】歩行状態表示システムにおける処理の流れを示すフロー図である。

【図5】患者の歩行中の各時刻における左右方向、前後方向及び上下方向の加速度成分の一例を示す図である。

【図6】２次元マップ生成処理のフロー図である。

【図7】本例のビンサイズ振分け方法によって定義される各ビンのサンプルを示す図である。

【図8】ビンのサイズが原点Ｏからの距離に応じて異なる２次元ヒストグラム画像のサンプルを示す図である。

【図9】ビンのサイズが１画素分で一定である２次元ヒストグラム画像Ｈのサンプルを示す図である。

【図10】スムージング処理済みの２次元ヒストグラム画像Ｈ′をカラー等高線表現形式に変換した２次元マップＭのサンプルを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、発明の実施形態について説明する。なお、これにより発明は限定されない。

【0026】

図１は、歩行状態表示システム（system）１の構成を概略的に示す図である。なお、歩行状態表示システム１は、発明における移動運動状態表示システムの一例である。

【0027】

歩行状態表示システム１は、図１に示すように、加速度センサモジュール（sensor module）２と、歩行状態表示装置３とを有している。加速度センサモジュール２は、患者１０の背面の腰部中央等に、粘着パッド（pad）やバンド（band）等により装着される。歩行状態表示装置３は、操作者１１が携帯したり操作したりして使用される。なお、歩行状態表示装置３は、発明における移動運動状態表示装置の一例である。

【0028】

図２は、加速度センサモジュール２及び歩行状態表示装置３のハードウェア（hardware）の構成を示す図である。

【0029】

図２に示すように、加速度センサモジュール２は、プロセッサ（processor）２１と、加速度センサ２２と、メモリ（memory）２３と、通信Ｉ／Ｆ（interface）２４と、バッテリ（battery）２５とを有している。歩行状態表示装置３は、例えば、スマートフォン（smart phone）、タブレット型コンピュータ（tablet computer）、ノートパソコン（note PC）などのコンピュータ端末であり、プロセッサ３１と、ディスプレイ３２と、操作部３３と、メモリ３４と、通信Ｉ／Ｆ３５と、バッテリ３６とを有している。なお、プロセッサ２１及びプロセッサ３１は、それぞれ、単一のプロセッサに限定されず、複数のプロセッサである場合も考えられる。

【0030】

図３は、加速度センサモジュール２及び歩行状態表示装置３の機能的な構成を示す機能ブロック（block）図である。

【0031】

加速度センサモジュール２は、図３に示すように、加速度センサ部２０１と、サンプリング（sampling）部２０２と、送信部２０３とを有している。なお、サンプリング部２０２及び送信部２０３は、プロセッサ２１がメモリ２３に記憶されている所定のプログラム（program）を読み出して実行することにより実現される。

【0032】

加速度センサ部２０１は、センサ本体を基準とした３次元直交座標系におけるｘ，ｙ，ｚの各軸方向の加速度成分について、その加速度成分に応じたアナログ（analog）信号をほぼリアルタイム（real time）に出力する。

【0033】

サンプリング部２０２は、そのアナログ信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてデジタル（digital）の加速度データに変換する。サンプリング周波数は、例えば１２８Ｈｚである。サンプリング部２０２は、例えば、１ｇ（重力加速度）＝９．８ｍ／ｓ²＝加速度データ値１２８となるスケール（scale）で、加速度データを出力する。なお、ここでは、加速度成分の正負は、右側寄り、前側寄り、上側寄りをそれぞれ正とする。

【0034】

送信部２０３は、サンプリングされた各時刻における加速度成分を表す加速度データをほぼリアルタイムにて無線で送信する。

【0035】

なお、本例では、加速度センサモジュール２は、センサ本体のｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向が、それぞれ、患者１０のＲＬ（Right-Left）方向、ＡＰ（Anterior-Posterior）方向及びＳＩ（Superior-Inferior）方向と一致するように取り付けられる。ＲＬ方向、ＡＰ方向及びＳＩ方向は、それぞれサジタル（sagittal）方向、コロナル（coronal）方向及びアキシャル（axial）方向とも言う。また、本例では、加速度センサモジュール２の姿勢（傾き）は、患者１０の歩行中において変化しないものと仮定する。

【0036】

歩行状態表示装置３は、図３に示すように、操作部３０１と、ディスプレイ（display）部３０２と、患者情報受付部３０３と、受信部３０４と、歩行加速度算出部３０５と、２次元マップ生成部３０６と、表示制御部３１０と、記憶部３１２とを有している。なお、患者情報受付部３０３、受信部３０４、歩行加速度算出部３０５、２次元マップ生成部３０６、及び表示制御部３１０は、プロセッサ３１がメモリ３４に記憶されている所定のプログラムを実行することにより実現される。また、２次元マップ生成部３０６及び表示制御部３１０は、発明における表示制御手段の一例である。

【0037】

操作部３０１は、操作者１１の操作を受け付ける。操作部３０１は、例えば、タッチパネル（touch panel）、タッチパッド（touch pad）、キーボード（keyboard）、マウス（mouse）などにより構成されている。なお、操作者１１は、例えば、理学療法士などの指導員である。

【0038】

ディスプレイ部３０２は、画像を表示する。ディスプレイ部３０２は、例えば、液晶パネル、有機ＥＬパネルなどにより構成されている。

【0039】

患者情報受付部３０３は、患者情報の入力を受け付け、入力された患者情報を記憶部３１２に記憶させる。

【0040】

受信部３０４は、加速度センサモジュール２の送信部２０３から送信された加速度データを無線で受信する。なお、送信部２０３と受信部３０４との無線通信には、例えば、ブルートゥース（Bluetooth（登録商標））等の規格を用いることができる。

【0041】

歩行加速度算出部３０５は、取得された加速度データに基づいて、患者１０の歩行中における左右方向、前後方向及び上下方向の加速度成分ａ_x，ａ_y，ａ_zをそれぞれ算出する。なお、本例では、これらの加速度成分ａ_x，ａ_y，ａ_zは、重力加速度ｇの成分を除去して、患者１０の純粋な歩行運動により生じた加速度成分として算出することを想定する。ただし、より簡便に、重力加速度ｇの成分を含む形で算出してもよい。また、左右方向、前後方向及び上下方向は、それぞれ、水平左右方向、水平進行方向及び鉛直方向を想定する。ただし、より簡便に、加速度センサモジュール２のセンサ本体を基準としたｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向としてもよい。

【0042】

２次元マップ生成部３０６は、患者１０の歩行中の各時刻においてサンプリングされた、患者１０の左右方向及び前後方向の加速度成分ａ_x，ａ_yの分布を表す２次元マップＭを生成する。２次元マップＭは、例えば、これら２方向の加速度成分ａ_x，ａ_yを２軸とする２次元座標系Ｋにおいて、患者１０の歩行中の各時刻におけるこれら２方向の加速度成分ａ_x，ａ_yに対応するデータ点をプロット（plot）することにより生成される。２次元マップＭは、例えば、患者１０の歩行中における水平面方向での体重バランスについて、移動範囲の広さや偏り、左右対称性、移動パターン等を評価するのに参照される。

【0043】

表示制御部３１０は、ディスプレイ部３０２に、２次元座標系Ｋと、２次元マップＭとを表示させる。これにより、患者１０の歩行中における水平面方向での体重バランスの移動範囲と集中領域とを容易に把握することができるようになる。

【0044】

記憶部３１２は、入力された患者情報、取得された加速度データ、算出された各加速度成分、生成された２次元マップなどのデータを記憶する。なお、これらのデータは、必要に応じて、歩行状態表示装置３に接続されたデータベース４１に転送されたり、外付けのＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカード（memory card）などの媒体や、インターネット（internet）を介して接続された外部の媒体などを含む記憶媒体４２に保存されたりする。

【0045】

これより、歩行状態表示システム１における処理の流れについて説明する。

【0046】

図４は、歩行状態表示システム１における処理の流れを示すフロー（flow）図である。

【0047】

ステップ（step）Ｓ１では、操作者１１が操作部３０１を操作して、患者１０の患者情報を歩行状態表示装置３に入力する。患者情報受付部３０３は、その患者情報の入力を受け付け、記憶部３１２に記憶させる。患者情報には、例えば、患者のＩＤ番号、氏名、年齢、性別、生年月日などが含まれる。なお、後述する患者１０の加速度データや、当該加速度データを基に得られたグラフ（graph）、解析結果などは、この患者情報と対応付けて記憶部３１２に記憶される。

【0048】

ステップＳ２では、患者１０の歩行中の各時刻ｔ_iにおける加速度データを取得する。ここでは、まず、操作者１１が、患者１０の腰部に加速度センサモジュール２を取り付ける。そして、患者１０に、標準的な歩行速度でしばらく歩行してもらう。歩行は、通常、距離にして５ｍ〜２０ｍ程度、時間にして２０秒〜３分程度、歩数にして１０歩〜４０歩程度である。加速度センサモジュール２のサンプリング部２０２は、加速度センサ部２０１の出力に基づいて、患者１０の歩行中におけるｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの加速度成分Ａ_x，Ａ_y，Ａ_zをサンプリングして計測する。加速度センサモジュール２の送信部２０３は、計測された加速度成分を表す加速度データをほぼリアルタイムで送信する。歩行状態表示装置３は、送信部２０３から送信された加速度データを、受信部３０４を用いて受信して取得する。取得された加速度データは、記憶部３１２に送信され記憶される。

【0049】

ステップＳ３では、歩行加速度算出部３０５が、取得された加速度データを記憶部３１２から読み出し、当該加速度データに基づいて、患者１０の歩行中の各時刻における左右方向、前後方向及び上下方向の加速度成分ａ_x，ａ_y，ａ_zを算出する。なお、ここでは、加速度データが表す加速度から重力加速度ｇの成分を除去する処理を含む所定のアルゴリズム（algorithm）を用いて、各加速度成分を算出する。算出された各加速度成分は、記憶部３１２に送信され記憶される。

【0050】

図５は、患者１０の歩行中の各時刻における左右方向、前後方向及び上下方向の加速度成分ａ_x，ａ_y，ａ_zの一例を示す図である。図５において、横軸は時間、縦軸は加速度成分の大きさ（相対値）をそれぞれ表している。

【0051】

ステップＳ４では、操作者１１が、操作部３０１を操作して、加速度成分の測定結果及び解析結果を表示するための複数の機能の中から、実行させたい所望の機能を選択する。本例では、操作者１１は、患者１０の左右方向及び前後方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度の分布を表す２次元マップを表示する機能を選択するものとする。このような２次元マップ表示によれば、患者１０の歩行中における水平面方向での加速度成分がどのように分布しているかを確認することができる。つまり、患者１０の体重バランスすなわち静止状態からの移動の向きと強さについて、集中領域やその集中度合い、移動範囲の広さや偏り、左右対称性、移動パターン（pattern）等を評価することができる。

【0052】

ステップＳ５では、２次元マップ生成部３０６が、ステップＳ４での操作者１１による選択操作に応答して、２次元マップＭを生成する。２次元マップＭは、ステップＳ３にて得られた各時刻における左右方向及び前後方向の加速度成分ａ_x，ａ_yについて、左右方向及び前後方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度の分布を表すマップである。

【0053】

本例では、次のフローにしたがって２次元マップを生成する。

【0054】

図６は、２次元マップ生成処理のフロー図である。

【0055】

ステップＳ５１では、取得された患者１０の各時刻ｔ_iにおける左右方向及び前後方向の加速度成分ａ_x(i),ａ_y(i)を、記憶部３１２から読み出す。

【0056】

ステップＳ５２では、取得された各時刻ｔ_iでの左右方向及び前後方向の加速度成分ａ_x(i),ａ_y(i)について、これら２方向の加速度成分の組合せごとにおける計測頻度を求める。

【0057】

ステップＳ５３では、これら２方向の加速度成分ａ_x，ａ_yを２軸とした２次元座標系Ｋを用意する。

【0058】

ステップＳ５４では、２次元座標系Ｋにおいて、ビンのサイズを振り分ける。

【0059】

本例では、２次元座標系Ｋにおける原点Ｏに近い領域よりも、原点Ｏから遠い領域の方がより大きくなるよう振り分けることにする。ここで、原点Ｏは、左右方向及び前後方向の加速度成分が共に０となる点である。ビンのサイズの振り分け方としては、例えば、原点Ｏから遠いほど、各ビンのサイズが徐々に大きくなるように振り分ける。なお、別の振り分け方として、データ点のプロット位置のばらつき（分散）が大きい領域において、ビンのサイズを大きくするように振り分けることもできる。２次元座標系Ｋにおける原点Ｏから遠い領域に位置するデータ点は、プロット位置のばらつきが多く、対応する計測頻度も小さくて目立たないことが多い。しかし、このように原点Ｏから遠い領域やデータ点のばらつきの大きい領域におけるビンのサイズをより大きくすることで、その存在を強調させることができる。その結果、患者１０の水平面方向における体重バランスの移動範囲をより容易に把握することが可能となる。

【0060】

図７は、本例のビンサイズ振分け方法によって定義される各ビンのサンプル（sample）を示す図である。図７中、破線は２次元ヒストグラムを表す画像空間における画素の境界を表しており、実線はビンの境界を表している。ここでは、２次元ヒストグラムを表す画像空間において、１画素の幅は、加速度データ値が１である幅に対応させる。そして、図７に示すように、原点Ｏを１×１画素で構成されるビンとし、原点Ｏからａ_x方向に離れるほど、ビンのａ_x方向の画素数を１ずつ増大させ、原点Ｏからａ_y方向に離れるほど、ビンのａ_y方向の画素数を１ずつ増大させる。なお、図７は、便宜上、ビンの数を実際の数より少なくして描いている。

【0061】

ステップＳ５５では、上記のようにビンのサイズが振り分けられた２次元座標系Ｋにおいて、上記組合せに対応した座標のビン内の各画素に、当該組合せの計測頻度を画素値として設定する。これにより、原点Ｏから遠い領域の方がビンのサイズが大きくなる２次元ヒストグラム画像Ｈが得られる。

【0062】

なお、２次元ヒストグラムを生成する際には、各ビンの値（度数）として、そのビンに含まれる加速度成分の組合せの計測頻度をそのまま用いてもよいが、計測頻度の平方根を用いてもよい。これにより、体重バランスの集中領域において同じビンのデータの計数頻度が突出して大きくなり、観察や加工がしづらいヒストグラムになることを防ぐことができる。

【0063】

図８に、ステップＳ５５で生成された、ビンのサイズが原点Ｏからの距離に応じて異なる２次元ヒストグラム画像Ｈ１のサンプルを示す。図８に示す２次元ヒストグラム画像Ｈ１は、度数が同レベルであるビン同士を結合させ、結合されたビンの外縁をそのビンの度数に応じた色で表したものである。また、図９に、比較参照用として、ビンのサイズが１画素分で一定である２次元ヒストグラム画像Ｈ０のサンプルを示す。

【0064】

ステップＳ５６では、観察がしやすくなるように、２次元ヒストグラム画像Ｈ１にスムージング（smoothing）処理を施して、粗い凹凸部分を滑らかに整形する。スムージング処理には、例えば、３×３画素や５×５画素などのマスク（mask）を用いた平滑化フィルタ（filter）処理等を用いることができる。また、スムージング処理は、１回だけでなく、複数回に渡り繰返し行ってもよい。

【0065】

ステップＳ５７では、スムージング処理済みの２次元ヒストグラム画像Ｈ２を、所定の表現形式による画像に変換することにより、２次元マップＭを生成する。記憶部３１２は、この２次元マップＭを記憶する。本例では、当該表現形式として、カラー（color）等高線表現形式を用いる。

【0066】

図１０に、スムージング処理済みの２次元ヒストグラム画像Ｈ２をカラー等高線表現形式に変換した２次元マップＭのサンプルを示す。

【0067】

カラー等高線表現形式とは、一定間隔を有する複数の計測頻度（画素値）について同じ計測頻度（画素値）を有する画素同士を線（以下、等高線という）で結ぶ表現形式であり、それら等高線を、対応する計測頻度（画素値）に応じた色で表す。例えば、２次元マップにおける計測頻度（画素値）の範囲である０から最大頻度（最大画素値）までのフルレンジ（full range）を正規化し、０〜１００％で表すようにする。このとき、計測頻度（画素値）のフルレンジ０〜１００％の各レベルに対して、互いに異なる複数の色を割り当てる。複数の色は、例えば、第１の色から第１の色とは異なる第２の色へと徐々に変化する過程における各色により構成される。そして、この０〜１００％の範囲において複数の特定レベルを一定間隔で均等に設定し、これら複数の特定レベルの各々について同じ特定レベルの計測頻度（画素値）を有する画素同士を線で結び、複数の等高線を生成する。各等高線は、対応するレベルに割り当てられた色で表される。本例では、計測頻度（画素値）のフルレンジ０〜１００％に対して、２０レベル、すなわち、５％，１０％，１５％，・・・，９５％，１００％の特定レベルを設定する。また、計測頻度（画素値）のフルレンジ０〜１００％に対して、寒色から暖色へ（例えば、青色→水色→緑色→黄色→橙色→赤色）と徐々に変化する各色を割り当てる。これにより、２次元マップＭを、寒色から暖色に変化する２０色の等高線で表すことができる。

【0068】

なお、上記の表現形式としては、カラー等高線表現形式の他、グレースケール（gray-scale）等高線表現形式、カラー分布表現形式、グレースケール分布表現形式等が考えられる。

【0069】

グレースケール等高線表現形式とは、上記のカラー等高線形式において、色の代わりに明暗を表す明度を用いる表現形式である。すなわち、計測頻度（画素値）のフルレンジに０〜１００％に対して、複数の明度例えば白色から黒色へと徐々に変化する過程における各明度を割り当て、各等高線を、対応するレベルに割り当てられた“明度”で表す。

【0070】

カラー分布表現形式とは、各画素をその計測頻度（画素値）の大きさに応じた色で表す表現形式である。例えば、２次元マップにおける計測頻度（画素値）の範囲である０から最大頻度（最大画素値）までの範囲を正規化し、０〜１００％で表すようにする。このとき、計測頻度（画素値）のフルレンジ０〜１００％の各レベルに対して、互いに異なる複数の色を割り当てる。そして、この０〜１００％の範囲を複数の領域に区分し、それぞれの領域に対応する計測頻度（画素値）を有する画素を、対応する色で表すようにする。例えば、計測頻度（画素値）のフルレンジ０〜１００％に対して、寒色から暖色へと徐々に変化する色をほぼ連続的に割り当てる。そして、計測頻度（画素値）のフルレンジ０〜１００％を２５６領域、すなわち、０〜100・1/256％，100・1/256〜100・2/256％，100・2/256〜100・3/256％，・・・，100・254/256〜100・255/256％，100・255/256〜100・256/256％の領域に区分する。これにより、２次元マップ全体を、計測頻度（画素値）別に２５６色で表すことができる。

【0071】

また、グレースケール分布表現形式とは、上記のカラー分布形式において、色の代わりに明暗を表す明度を用いる表現形式である。すなわち、計測頻度（画素値）のフルレンジ０〜１００％に対して、白色から黒色へと徐々に変化する明度を割り当て、区分した各領域の計測頻度（画素値）を有する画素を、対応するレベルに応じた“明度”で表す。

【0072】

なお、２次元マップＭは、スムージング処理していない画像Ｈを所定の表現形式に変換したものあってもよい。また、２次元マップＭは、スムージング処理なしの２次元ヒストグラム画像Ｈ１またはスムージング処理済みの２次元ヒストグラム画像Ｈ２を、カラー／グレースケール等高線表現形式かつカラー／グレースケール分布表現形式に変換したものであってもよい。

【0073】

ステップＳ６では、表示制御部３１０が、２次元座標系Ｋにおける２次元マップＭを、ディスプレイ部３０２の画面に表示させる。

【0074】

このような本実施形態によれば、２次元座標系Ｋには、患者１０の左右方向及び前後方向の加速度成分ａ_x，ａ_yの分布を表す２次元マップＭが表示される。そのため、操作者１１は、患者１０の歩行中における水平面方向での体重バランスの移動範囲や集中領域などを把握することができ、これら体重バランスの移動範囲と集中領域から、患者１０が理想的な体重移動をどの程度行っているか理解することができる。例えば、体重バランスの移動範囲が逆三角形を覆うような形状に近く、集中領域が逆三角形の頂点の位置に近いときは、理想的な体重移動が行われていると考えることができる。一方、体重バランスの移動範囲が台形をを覆うような形状に近く、集中領域が台形の頂点の位置に近いときは、理想から外れた体重移動が行われていると考えることができる。

【0075】

操作者１１は、このような評価に基いて患者１０の歩行中の動きを詳細に把握し、例えば効果的な歩行訓練プランを作成することができる。

【0076】

また、本実施形態によれば、患者１０の歩行運動中の各時刻における左右方向及び前後方向の加速度成分ａ_x，ａ_yの２次元ヒストグラム画像Ｈ１に基づく２次元マップＭを生成するが、この際に、２次元ヒストグラム画像Ｈ１を、これら２方向の加速度成分ａ_x，ａ_yを２軸とする２次元座標系Ｋにおいて、原点Ｏに近い第１の領域でのビンのサイズを第１のサイズとし、原点Ｏから遠い第２の領域でのビンのサイズを前記第１のサイズより大きい第２のサイズとしたものとする。そのため、分散して目立ちにくい原点Ｏから離れた位置にあるビンについて、その面積及び値（度数）を大きくして強調させることができ、患者１０の歩行運動中における体重バランスの移動範囲や集中領域を容易に把握できる。

【0077】

また、本実施形態では、表示された２次元マップＭにおける等高線または画素の色によって、体重バランスの集中度合が分かり、体重バランスの移動範囲も、等高線や着色された領域の外形によって明確に表現される。つまり、表示された２次元マップＭにより、患者１０の歩行中における体重バランスの「集中度合」と「移動範囲」とを同時に把握しやすい形態で表現させることができる。その結果、指導員などの操作者１１は、患者１０の歩行中における体重バランスの移動範囲と集中領域とを、表示の切換えや視線の切換えなしに容易に把握することができる。

【0078】

なお、発明は、上記実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

【0079】

例えば、本実施形態では、原点Ｏから離れるほどサイズが大きくなるビンによる２次元ヒストグラム画像Ｈ１を形成し、当該２次元ヒストグラム画像Ｈ１に対してスムージング処理を施して２次元マップＭを作成している。しかしながら、スムージング処理をどのタイミング（timing）でどのように施すかは、本実施形態に限定されず、種々のバリエーションが考えられる。例えば、まず、サイズが一定であるビンによる２次元ヒストグラム画像Ｈ０を形成し、当該２次元ヒストグラムの画像に対してスムージング処理を施し、その後、ビンのサイズを原点から離れるほど大きくなるように再定義して、スムージング処理済みの２次元ヒストグラム画像Ｈ２を形成し直すようにしてもよい。また、２次元マップＭは、Ｏ原点から離れるほどサイズが大きくなるビンによる２次元ヒストグラム画像Ｈ１のスムージング処理済みである２次元ヒストグラム画像Ｈ２に基いて作成したものに限定されない。例えば、２次元マップＭは、２次元ヒストグラム画像Ｈ１そのものや、２次元ヒストグラム画像Ｈ１にスムージング処理を施した２次元ヒストグラム画像Ｈ２であってもよい。

【0080】

また例えば、本実施形態では、２次元マップＭの基となる２次元ヒストグラム画像として、患者１０の左右方向及び前後方向の加速度成分ａ_x，ａ_yの２次元ヒストグラム画像を生成している。しかし、当該２次元ヒストグラム画像は、患者１０の左右方向及び上下方向の加速度成分ａ_x，ａ_zの２次元ヒストグラム画像であってもよいし、患者１０の前後方向及び上下方向の加速度成分ａ_y，ａ_zの２次元ヒストグラム画像であってもよい。

【0081】

また例えば、本実施形態は、発明を、人の歩行運動に適用した例であるが、人のその他の移動運動、例えば人の走行運動などにも適用することができる。

【0082】

また例えば、本実施形態は、人に装着した加速度センサの出力から人の移動運動中における加速度を基に、上記の２次元マップＭを生成し表示する装置であるが、コンピュータをこのような装置として機能させるためのプログラムもまた発明の実施形態の一つである。

【符号の説明】

【0083】

１ 歩行状態表示システム
１０ 患者
１１ 操作者
２ 加速度センサモジュール
２１ プロセッサ
２２ 加速度センサ
２３ メモリ
２４ 通信Ｉ／Ｆ
２５ バッテリ
２０１ 加速度センサ部
２０２ サンプリング部
２０３ 送信部
３ 歩行状態表示装置
３１ プロセッサ
３２ ディスプレイ
３３ 操作部
３４ メモリ
３５ 通信Ｉ／Ｆ
３６ バッテリ
３０１ 操作部
３０２ ディスプレイ部
３０３ 患者情報受付部
３０４ 受信部
３０５ 歩行加速度算出部
３０６ ２次元マップ生成部
３１０ 表示制御部
３１２ 記憶部
４１ データベース
４２ 記憶媒体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】