特許 6243731 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】6243731

(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

   A63B 69/00 20060101ALN20171127BHJP

   A63B 71/06 20060101ALN20171127BHJP

   A61H 1/02 20060101ALN20171127BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/10 310G

   A61B5/10ZDM

   !A63B69/00 C

   !A63B71/06 J

   !A61H1/02 R

【請求項の数】18

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-269498(P2013-269498)

(22)【出願日】2013年12月26日

(65)【公開番号】特開2015-123216(P2015-123216A)

(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】根岸 知広

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 裕輔

(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

【審査官】 九鬼 一慶

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０８９７４０（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対応するデータ点の分布または軌跡を表す２次元マップを表示するよう表示部を制御する第１の表示制御手段と、
前記２方向の加速度成分が計測された時間範囲内において注目時間範囲を設定する設定手段と、
設定された前記注目時間範囲内の各時刻における前記２方向の加速度成分に対応した各データ点を結んだ軌跡線を前記２次元マップ上に表示するよう表示部を制御する第２の表示制御手段と、を備えた移動運動状態表示装置。

【請求項2】

前記設定手段は、操作者により指定された時間範囲を前記注目時間範囲として設定する、請求項１に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項3】

前記設定手段は、前記２次元マップ上において前記操作者により指定されたデータ点に対応する前記２方向の加速度成分が計測された時刻を含む所定の時間範囲を前記注目時間範囲として設定する、請求項２に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項4】

前記設定手段は、前記２次元マップにおいて前記２方向の加速度成分が共に０（ゼロ）となる原点から最も離れたデータ点に対応する前記２方向の加速度成分が計測された時刻を含む所定の時間範囲を前記注目時間範囲として設定する、請求項１に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項5】

前記注目時間範囲は、移動運動の左右一歩ずつを含む一周期分の時間幅を有する、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】

前記注目時間範囲は、前記一周期に相当する期間である、請求項５に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項7】

前記第２の表示制御手段は、前記軌跡線を描くように動画的に表示させる、請求項１から請求項６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】

前記第２の表示制御手段は、前記軌跡線を、設定された速度レベルにて描くように表示させる、請求項７に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項9】

前記第２の表示制御手段は、前記注目時間範囲内の各時刻における前記２方向の加速度成分に対応した各データ点を、該加速度成分が計測された各タイミングと時間間隔同士の比率が同じである各タイミングで通過して描くように、前記軌跡線を表示させる、請求項７または請求項８に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項10】

前記第２の表示制御手段は、前記注目時間範囲内の各時刻における前記２方向の加速度成分に対応した各データ点を、該加速度成分が計測された順番とは逆の順番にて通過して描くように、前記軌跡線を表示させる、請求項７または請求項８に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項11】

前記２次元マップは、計測された前記各時刻における前記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画像である、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項12】

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２方向は、前記人の左右方向及び前後方向である、請求項１２に記載の移動運動状態表示装置。

【請求項14】

前記移動運動は、歩行運動である、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。

【請求項15】

前記移動運動は、走行運動である、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。

【請求項16】

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、
前記２方向の加速度成分が計測された時間範囲内において注目時間範囲を設定するステップと、
計測された前記各時刻における２方向の加速度成分に対応した各データ点の分布または軌跡を表す２次元マップと、設定された前記注目時間範囲内の各時刻における前記２方向の加速度成分に対応した各データ点を結んだ軌跡線とを対応付けて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17】

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対応するデータ点の分布または軌跡を表す２次元マップを表示するよう表示部を制御する第１の表示制御手段と、
前記２方向の加速度成分が計測された時間範囲内において注目時間範囲を設定する設定手段と、
設定された前記注目時間範囲内の各時刻における前記２方向の加速度成分に対応した各データ点を結んだ軌跡線を前記２次元マップ上に表示するよう表示部を制御する第２の表示制御手段と、を備えた移動運動状態表示システム。

【請求項18】

コンピュータを、
請求項１から請求項１５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）の変化の様子などが含まれる。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対応するデータ（data）点の分布または軌跡を表す２次元マップ（map）を表示するよう表示部を制御する第１の表示制御手段と、
前記２方向の加速度成分が計測された時間範囲内において注目時間範囲を設定する設定手段と、
設定された前記注目時間範囲内の各時刻における前記２方向の加速度成分に対応した各データ点を結んだ軌跡線を前記２次元マップ上に表示するよう表示部を制御する第２の表示制御手段と、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、
前記設定手段が、操作者により指定された時間範囲を前記注目時間範囲として設定する、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、
前記設定手段が、前記２次元マップ上において前記操作者により指定されたデータ点に対応する前記２方向の加速度成分が計測された時刻を含む所定の時間範囲を前記注目時間範囲として設定する、上記第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、
前記設定手段が、前記２次元マップにおいて前記２方向の加速度成分が共に０（ゼロ）となる原点から最も離れたデータ点に対応する前記２方向の加速度成分が計測された時刻を含む所定の時間範囲を前記注目時間範囲として設定する、上記第１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、
前記注目時間範囲が、移動運動の左右一歩ずつを含む一周期分の時間幅を有する、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、
前記注目時間範囲が、前記一周期に相当する期間である、上記第５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、
前記第２の表示制御手段が、前記軌跡線を描くように動画的に表示させる、上記第１の観点から第６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、
前記第２の表示制御手段が、前記軌跡線を、設定された速度レベル（level）にて描くように表示させる、上記第７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、
前記第２の表示制御手段が、前記注目時間範囲内の各時刻における前記２方向の加速度成分に対応した各データ点を、該加速度成分が計測された各タイミングと時間間隔同士の比率が同じである各タイミングで通過して描くように、前記軌跡線を表示させる、上記第７の観点または第８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、
前記第２の表示制御手段が、前記注目時間範囲内の各時刻における前記２方向の加速度成分に対応した各データ点を、該加速度成分が計測された順番とは逆の順番にて通過して描くように、前記軌跡線を表示させる、上記第７の観点または第８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次元マップが、計測された前記各時刻における前記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画像である、上記第１の観点から第１０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。

【0018】

第１２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２方向が、前記人の左右方向及び前後方向である、上記第１２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、
前記移動運動が、歩行運動である、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を提供する。

【0021】

第１５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を提供する。

【0022】

第１６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、
前記２方向の加速度成分が計測された時間範囲内において注目時間範囲を設定するステップと、
計測された前記各時刻における２方向の加速度成分に対応した各データ点の分布または軌跡を表す２次元マップと、設定された前記注目時間範囲内の各時刻における前記２方向の加速度成分に対応した各データ点を結んだ軌跡線とを対応付けて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。

【0023】

第１７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対応するデータ点の分布または軌跡を表す２次元マップを表示するよう表示部を制御する第１の表示制御手段と、
前記２方向の加速度成分が計測された時間範囲内において注目時間範囲を設定する設定手段と、
設定された前記注目時間範囲内の各時刻における前記２方向の加速度成分に対応した各データ点を結んだ軌跡線を前記２次元マップ上に表示するよう表示部を制御する第２の表示制御手段と、を備えた移動運動状態表示システム（system）を提供する。

【0024】

第１８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１５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】

【0025】

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２方向の加速度成分に対応するデータ点の分布または軌跡を表す２次元マップ上に、注目時間範囲内の各時刻における上記２方向の加速度成分に対応するデータ点を結んだ軌跡線を表示するので、加速度成分の分布情報、例えば体重バランスの移動範囲及び集中領域を示す情報だけでなく、加速度成分の時間的情報、例えば特定の体重バランスの移動についてどのような動きの中で発生したものなのかを示す情報をも得ることができる。操作者は、これらの情報を用いて、人の移動運動の総合的な評価を行うことができる。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】

【0026】

【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】表示された２次元マップの一例を示す図である。

【図7】２次元マップ上で所望のデータ点がポインタを用いて指定された様子を示す図である。

【図8】２次元マップ上に部分軌跡線が表示された様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

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。

【0028】

図１は、歩行状態表示システム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（system）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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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／Ｆ２４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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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（real time）にて無線で送信する。

【0037】

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。

【0038】

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、注目時間範囲設定部３０７と、部分軌跡線生成部３０８と、表示制御部３１０と、ＧＵＩ（Graphical User Interface）部３１１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、注目時間範囲設定部３０７、部分軌跡線生成部３０８、表示制御部３１０、及びＧＵＩ部３１１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、発明における第１の表示制御手段の一例である。注目時間範囲設定部３０７は、発明における設定手段の一例である。また、部分軌跡線生成部３０８及び表示制御部３１０は、発明における第２の表示制御手段の一例である。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

注目時間範囲設定部３０７は、上記２方向の加速度成分ａ_x，ａ_yが計測された時間範囲内において、すなわち、取得された加速度データに対応する最初の時刻から最後の時刻までの時間範囲内において、注目時間範囲Ｒ_tを設定する。本例では、操作者１１が、表示された２次元マップＭ上において所望のデータ点Ｄ_Aを指定し、注目時間範囲設定部３０７が、その指定されたデータ点Ｄ_Aに対応する加速度成分が計測された時刻ｔ_Aを含む所定の時間範囲を注目時間範囲Ｒ_tとして設定する。

【0046】

部分軌跡線生成部３０８は、２次元座標系Ｋにおいて、注目時間範囲Ｒ_t内の各時刻ｔ_A1〜ｔ_Anにおける上記２方向の加速度成分に対応した各データ点を時系列的な順番で結んだ部分軌跡線Ｌを生成する。

【0047】

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、部分軌跡線Ｌとを表示させる。

【0048】

ＧＵＩ部３１１は、いわゆるグラフィカル・ユーザ・インタフェースとして機能する。ＧＵＩ部３１１は、ディスプレイ部３０２の画面にポインタＰを表示させる。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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２次元マップと部分軌跡線とを表示する機能を選択するものとする。このような表示によれば、患者１０の歩行中における加速度成分について、水平面方向での全体的な移動範囲及び集中領域と、関心のある加速度成分がどのような時間的動きの中で計測されたものであるかとを確認することができる。

【0057】

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。本例では、２次元マップ生成部３０６は、２次元マップＭとして、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の分布を表すマップを生成する。２次元マップＭの生成方法は、例えば次の通りである。

【0058】

まず、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。次に、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。次いで、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。そして、この２次元座標系Ｋにおいて、上記組合せに対応した座標の画素に、当該組合せの計測頻度を画素値として設定する。各画素は、その画素値に応じた色や明度で表す。これにより、２次元マップＭが生成される。なお、本例におけるこの２次元マップＭは、いわゆる、各画素を２次元的なビンとした２次元ヒストグラム（histogram）である。

【0059】

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。

【0060】

図６は、表示された２次元マップＭの一例を示す図である。

【0061】

ステップＳ７では、ＧＵＩ部３１１が、ポインタ（pointer）Ｐをディスプレイ部３０２の画面に表示させる。操作者１１は、表示された２次元マップＭ上において、ポインタＰを用いて所望のデータ点Ｄ_Aを指定する。

【0062】

ステップＳ８では、注目時間範囲設定部３０７は、指定されたデータ点Ｄ_Aに対応する加速度成分が計測された時刻ｔ_Aを含む所定の時間範囲を注目時間範囲Ｒ_tとして設定する。

【0063】

図７は、２次元マップＭ上で所望のデータ点Ｄ_AがポインタＰを用いて指定された様子を示す図である。

【0064】

指定されたデータ点Ｄ_Aに対応する加速度成分が計測された時刻ｔ_Aと注目時間範囲Ｒ_tとの関係や注目時間範囲の時間幅Δｔは、所定の設定がプリセット（preset）されている。ただし、この設定は任意の設定に変更可能である。例えば、操作者１１による操作や他のアプリケーションプログラム（application program）等の出力に基づいて設定が変更される。プリセットでは、例えば、指定されたデータ点Ｄ_Aに対応する加速度成分が計測された時刻ｔ_Aを中心とし、所定の時間幅Δｔ１を有する時間範囲を、注目時間範囲Ｒ_tとして設定する。時間幅Δｔ１は、例えば、０．２秒〜２秒程度が想定される。また例えば、上記の時刻ｔ_Aを中心とし、加速度データの所定のサンプリング回数ｎ分に相当する時間長を時間幅とする時間範囲を、注目時間範囲Ｒ_tとして設定する。所定のサンプリング回数ｎは、サンプリング周波数を１２８Ｈｚとした場合には、例えば、２０〜２５０回程度が想定される。

【0065】

ステップＳ９では、部分軌跡線生成部３０８が、２次元座標系Ｋにおいて、注目時間範囲Ｒ_t内の各時刻ｔ_A1〜ｔ_Anにおける上記２方向の加速度成分ａ_x，ａ_yに対応した各データ点を時系列的な順番で結んだ部分軌跡線Ｌを生成する。部分軌跡線Ｌは、操作者１１が関心を持つデータ点に対応する加速度成分が計測された時刻を含む時間帯において、加速度成分の部分的な時間変化を表す軌跡を描く線となる。操作者１１は、このような部分軌跡線Ｌを参照することにより、患者１０の水平面方向における体重バランスの移動の中で関心のある移動がどのような動作の中で発生したものなのかを把握することができる。その結果、例えば、患者１０の歩行運動が理想的な動作の流れに沿って行われているかを位相ごとに詳しく調べたり、平均的な動作から外れた気になる動作に特化してその動作の流れを調べたりすることができる。

【0066】

ステップＳ１０では、表示制御部３１０が、この部分軌跡線Ｌを、設定された速度レベルにて、ペン（pen）で描くかの如く動画的に表示させる。

【0067】

図８は、２次元マップＭ上に部分軌跡線Ｌが表示された様子を示す図である。

【0068】

この部分軌跡線Ｌは、注目時間範囲Ｒ_tにおける上記２方向の加速度成分ａ_x，ａ_yの時間変化を表している。部分軌跡線Ｌは、データ点Ｄ間を直線で結んだ折れ線としてもよいが、図８の例のように、データ点間を曲線で結んだスムージング（smoothing）曲線としてもよい。部分軌跡線Ｌは、基本的には、注目時間範囲Ｒ_t内の各時刻における上記２方向の加速度成分ａ_x，ａ_yに対応した各データ点を、その加速度成分が計測された順番にて通過して描くように表示させる。すなわち、部分軌跡線Ｌは、注目時間範囲Ｒ_t内で最早の時刻ｔ_A1に計測された加速度成分に対応するデータ点Ｄ_A1から、最遅の時刻ｔ_Anに計測された加速度成分に対応するデータ点Ｄ_Anまでを、その時刻の順番に沿って結ぶように描かれる。しかし、部分軌跡線Ｌは、必要に応じてその逆方向に描かれるようにしてもよい。すなわち、注目時間範囲Ｒt内の各時刻における上記２方向の加速度成分ａx，ａyに対応した各データ点を、その加速度成分が計測された順番とは逆の順番にて通過して描くように表示させるようにしてもよい。部分軌跡線Ｌを描く速度レベルＶＬは、所定の速度レベルがプリセットされているが、任意の速度レベルに変更可能である。例えば、操作者１１による操作や他のアプリケーションプログラム等の出力に基づいて、部分軌跡線Ｌを描く速度レベルＶＬを上げたり下げたりすることができる。プリセットでは、例えば、部分軌跡線Ｌをすべて描くのに掛かる時間が所定の時間となるように設定される。この所定の時間は、例えば、１秒〜３秒程度が想定される。

【0069】

また、本例では、表示制御部３１０は、注目時間範囲Ｒ_t内の各時刻における上記２方向の加速度成分ａ_x，ａ_yに対応した各データ点を、その加速度成分が計測された各タイミング（timing）と時間間隔同士の比率が同じである各タイミングで通過して描くように、部分軌跡線Ｌを表示させる。別の言い方をすれば、時間的に互いに隣接するデータ点間ごとにおける部分軌跡線Ｌの描画時間の比率と、そのデータ点間ごとにおける加速度成分のサンプリング時刻間の時間の比率とが同じになるように、部分軌跡線Ｌを描く速度Ｖを調整する。これにより、部分軌跡線Ｌを描く際の各データ点を通過するタイミングの時間的な流れが、各データ点に対応する加速度成分が実際にサンプリングされたタイミングの時間的な流れを、速度を変えて（遅くして）再現したものとなる。すなわち、データ点Ｄが表す加速度成分の時間に対する変化の速さが部分軌跡線Ｌの描画速度に反映され、加速度成分の急激な変化と緩やかな変化が、部分軌跡線Ｌの高速な描画と低速な描画として再現される。その結果、操作者１１は、患者１０の体重バランスの移動の様子をより直感的に把握することができる。

【0070】

ステップＳ１１では、表示制御部３１０が、操作者１１の操作に応じて、新たなデータ点を指定し、新たな部分軌跡線Ｌの表示を行うか否かを決定する。新たな部分軌跡線Ｌの表示を行うと決定した場合には、ステップＳ４に戻り、新たな部分軌跡線Ｌの表示を行わないと決定した場合には、当該表示処理を終了する。

【0071】

このような本実施形態によれば、患者１０の歩行中の各時刻における２方向の加速度成分に対応するデータ点の分布または軌跡を表す２次元マップＭ上に、注目時間範囲Ｒ_t内の各時刻における上記２方向の加速度成分に対応するデータ点を結んだ部分軌跡線Ｌを表示するので、加速度成分の分布情報、例えば体重バランスの移動範囲及び集中領域を示す情報だけでなく、加速度成分の時間的情報、例えば特定の体重バランスの移動についてどのような動きの中で発生したものなのかを示す情報をも得ることができる。操作者１１は、これらの情報を用いて、患者１０の歩行運動の総合的な評価を行うことができる。よって、本実施形態によれば、患者１０の歩行評価に有用な歩行運動の解析結果を効率的に確認することができる。

【0072】

特に、本実施形態では、２次元座標系Ｋに、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。

【0073】

また、本実施形態では、上記２次元マップＭ上に、注目時間範囲Ｒ_t内の各時刻ｔ_A1〜ｔ_Anにおける上記２方向の加速度成分ａ_x，ａ_yによるデータ点Ｄを結ぶ部分軌跡線Ｌが表示される。そのため、２次元マップＭだけでは把握できない情報として、注目する時間帯における患者１０の体重バランスの移動経路（経過）を把握することができる。これにより、例えば、体重バランスの集中領域が、左前、右前、左後、及び右後の計４箇所あった場合に、患者１０の右足一歩の踏出し時の体重バランスの移動が、右後から右前なのか、左後から右前なのかを見ることができ、右後から右前なら腰曲がり歩行であり、左後から右前なら関節不良の歩行であると言ったように、患者１０の歩行タイプ（type）を切り分けることができる。

【0074】

また、本実施形態によれば、２次元マップＭ上で操作者１１により指定されたデータ点に対応する加速度成分が計測された時刻を含むように注目時間範囲Ｒ_tを設定しているので、操作者１１は、例えば、体重バランスの急激な移動や関心のある移動が認められるデータ点を指定することで、その体重バランスの移動が患者１０のどのような動きの中でどのタイミングで得られたものなのかを把握することができ、その移動が偶然起きた単発的なものであるか患者１０に特徴的なものであるかを切り分けることができる。

【0075】

操作者１１は、このような評価に基づいて患者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（plan）を作成することができる。

【0076】

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。

【0077】

例えば、本実施形態では、注目時間範囲設定部３０７は、２次元マップＭ上で操作者１１により指定されたデータ点Ｄ_Aに対応する加速度成分が計測された時刻ｔ_Aを含む所定の時間範囲を注目時間範囲Ｒ_tとして設定しているが、別法として、２次元マップＭにおいて上記２方向の加速度成分ａ_x，ａ_yが共に０となる原点Ｏから最も離れたデータ点Ｄ_Fに対応する加速度成分が計測された時刻ｔ_Fを含む所定の時間範囲を注目時間範囲Ｒ_tとして設定してもよい。この場合、部分軌跡線Ｌは、最も大きな加速度成分が得られた時刻ｔ_F周辺の加速度成分の時間変化を表す軌跡を描いた線となる。操作者１１は、このような部分軌跡線Ｌを参照することにより、患者１０の水平面方向における体重バランスの移動の中で最も急激な移動がどのような動作の中で発生したのかを把握することができる。その結果、例えば、患者１０が歩行中に体重バランスを大きく崩したときのその原因を読み解くことができる。

【0078】

また例えば、注目時間範囲設定部３０７は、２次元マップＭにおけるデータ点Ｄとは独立に、操作者１１により直接的に指定された所望の時間範囲を注目時間範囲Ｒ_tとして設定してもよい。この場合、部分軌跡線Ｌは、操作者１１が関心を持つ時間帯における加速度成分の時間変化を表す軌跡を描く線となる。操作者１１は、このような部分軌跡線Ｌを参照することにより、患者１０の水平面方向における体重バランスの移動の中で関心のある時間帯での移動がどのように発生したのかを把握することができる。その結果、例えば、対象者１０の歩行運動の開始直後や終了間際における動作の流れを調べることができる。

【0079】

あるいは、注目時間範囲設定部３０７は、指定されたデータ点Ｄ_Aに対応する加速度成分が計測された時刻ｔ_A周辺の各時刻における加速度成分（上下方向の加速度成分が好ましい）を解析して、その周期的な時間変化を認識し、上記の時刻ｔ_Aを含み、患者１０の左右一歩ずつの着地と踏切を含む一周期分の時間幅を有する時間範囲を、注目時間範囲Ｒ_tとして設定してもよい。この場合、部分軌跡線Ｌは、常に、歩行運動における左右一歩ずつの動作を含む一周期分の加速度成分の時間変化を表す軌跡を描く線となる。操作者（指導員）１１は、このような部分軌跡線Ｌを参照することにより、患者１０の水平面方向における体重バランスの移動の中で関心のある移動が、一周期分の歩行中においてどのようなタイミングで発生したものなのかを把握することができる。その結果、例えば、患者１０の左右一歩ずつの着地及び踏切が理想的に行われているかなどを調べることができる。なお、注目時間範囲Ｒ_tは、上記一周期に相当する期間であってもよい。この場合、注目時間範囲Ｒ_tは、左右一歩ずつの動作が途中で切れることなく確保され、操作者１１にとってよりイメージ（image）しやすく観察に適した形態にて部分軌跡線Ｌを表示することができる。

【0080】

また例えば、本実施形態では、２次元マップＭは、所定の２方向の加速度成分の取得頻度を表す２次元ヒストグラムであるが、上記２次元ヒストグラムにスムージング処理を施した後、一定の間隔を置いた複数の頻度値について同じ頻度値の画素を線で結んだ、いわゆる等高線表示で表現したものであってもよい。あるいは、当該２方向の加速度成分を表す各データ点を２次元座標系に単純にプロットしたものであってもよい。あるいは、当該２方向の加速度成分を表す各データ点を、時系列的に線で結んでなる全体軌跡線を表すものであってもよい。ただし、２次元マップＭをこの全体軌跡線を表すものとした場合、上記の部分軌跡線Ｌとこの全体軌跡線とを差別化するため、お互いに線の色や太さ、実線／破線の別などの表示形態を変える必要がある。

【0081】

また例えば、本実施形態では、対象者１０の歩行中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次元マップを生成し表示している。しかしながら、患者１０の歩行中における他の２方向の加速度成分、例えば、前後方向及び上下方向の加速度ａ_y，ａ_z、あるいは、左右方向及び上下方向の加速度ａ_x，ａ_zの２次元マップを生成し表示するようにしてもよい。

【0082】

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。

【0083】

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及び部分軌跡線Ｌ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】

【0084】

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
３０７ 注目時間範囲設定部
３０８ 部分軌跡線生成部
３１０ 表示制御部
３１１ ＧＵＩ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】