2023-8093 人体重心位置の簡易可視化システム、及び人体重心位置の簡易可視化方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023008093

(43)【公開日】2023-01-19

(54)【発明の名称】人体重心位置の簡易可視化システム、及び人体重心位置の簡易可視化方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/107 20060101AFI20230112BHJP

【ＦＩ】

A61B5/107 300

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021111373

(22)【出願日】2021-07-05

(71)【出願人】

【識別番号】505246789

【氏名又は名称】学校法人自治医科大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西村 智

【テーマコード（参考）】

4C038

【Ｆターム（参考）】

4C038VA11

4C038VB35

4C038VC20

(57)【要約】

【課題】被験者が所定の距離だけ離れた荷重検出器を把持するだけで、水平方向のみならず垂直方向に生じる荷重も検知し、被験者の重心の位置を正確に算出して表示でき、且つ、簡易的な構造を有する、人体重心位置の簡易可視化システムを提供する。
【解決手段】先端部とセンサ部を有する荷重検出器と、重心の位置を算出する演算部と、重心の位置を表示する表示部と、を備える人体重心位置の簡易可視化システムにおいて、演算部は、荷重検出器におけるセンサ部によって検知された荷重と、被験者が先端部以外で床面に体重をかけている体重作用点に生じる第２の荷重と、に基づいて、重心の位置を算出する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被験者の身体における重心の位置を算出し、該重心の位置を可視化する人体重心位置の簡易可視化システムであって、
前記被験者が、四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを載置する先端部、及び該先端部に生じる荷重を検知するセンサ部を有する荷重検出器と、
前記荷重検出器における前記センサ部によって検知された前記荷重の情報に基づいて前記重心の位置を算出する演算部と、
前記演算部で算出された前記重心の位置を表示する表示部と、
を備え、
前記演算部は、前記荷重検出器における前記センサ部によって検知された前記荷重と、前記被験者が前記先端部以外で床面に体重をかけている体重作用点に生じる第２の荷重と、に基づいて、前記重心の位置を動的に算出することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化システム。

【請求項2】

前記演算部は、さらに、前記先端部において、前記被験者が四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを載置する接触位置の前記床面からの高さと、前記接触位置と前記体重作用点の間の水平距離と、前記被験者の体重とに基づき、前記重心の位置を算出することを特徴とする、請求項１に記載の人体重心位置の簡易可視化システム。

【請求項3】

前記荷重検出器における前記先端部は、前記被験者が四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを載置する際に回転モーメントが生じ難い所定の低モーメント形状を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の人体重心位置の簡易可視化システム。

【請求項4】

前記低モーメント形状は、垂直方向に延びる板状の形状であることを特徴とする、請求項３に記載の人体重心位置の簡易可視化システム。

【請求項5】

前記表示部は、さらに、前記演算部で前記重心の位置が算出された時点以前における、前記重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の人体重心位置の簡易可視化システム。

【請求項6】

前記被験者の画像を撮像する撮像機をさらに備え、
前記表示部は、前記撮像機が撮像した前記被験者を動画像として表示し、該動画像に重ねて、前記演算部で算出された前記重心の位置および／または、前記演算部で算出された時点以前における、前記重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の人体重心位置の簡易可視化システム。

【請求項7】

被験者の身体における重心の位置を算出し、該重心の位置を可視化する人体重心位置の可視化方法であって、
荷重の情報の基となるパラメータを事前に入力する入力ステップと、
前記被験者が、垂直方向及び水平方向の荷重を検出可能な荷重検出器の先端部を、四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを前記先端部に載置することで、前記荷重を検知する荷重検知ステップと、
前記荷重検知ステップにおいて検知された前記荷重の情報に基づいて前記重心の位置を算出する重心位置算出ステップと、
前記重心位置算出ステップにおいて算出された前記重心の位置を表示する重心位置可視化ステップと、
を有し、
前記重心位置算出ステップにおいて、前記荷重検知ステップにおいて検知された前記荷
重と、前記被験者が前記先端部以外で床面に体重をかけている体重作用点に生じる第２の荷重と、に基づいて、前記重心の位置を動的に算出することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化方法。

【請求項8】

前記重心位置算出ステップにおいて、さらに、前記先端部において、前記被験者が四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを載置する接触位置の前記床面からの高さと、前記接触位置と前記体重作用点の間の水平距離と、前記被験者の体重とに基づき、前記重心の位置を算出することを特徴とする、請求項７に記載の人体重心位置の簡易可視化方法。

【請求項9】

前記重心位置算出ステップにおいて、前記荷重検知ステップにおいて検知されうる、前記先端部に生じる回転モーメントを無視して前記重心の位置を算出することを特徴とする、請求項７または８に記載の人体重心位置の簡易可視化方法。

【請求項10】

前記重心位置算出ステップにおいて、前記接触位置と前記体重作用点を前記被験者の身体を支える二点とし、前記接触位置における、垂直方向に生じる前記荷重と水平方向に生じる前記荷重との合力を第１荷重ベクトルとし、前記体重作用点における、垂直方向に生じる前記第２の荷重と水平方向に生じる前記第２の荷重との合力を第２荷重ベクトルとし、
前記第１荷重ベクトルと前記第２荷重ベクトルの交点を前記重心の位置とすることを特徴とする、請求項７から９のいずれか一項に記載の人体重心位置の簡易可視化方法。

【請求項11】

前記重心位置可視化ステップにおいて、さらに、前記重心位置算出ステップにおいて前記重心の位置が算出された時点以前における、前記重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することを特徴とする、請求項７から１０のいずれか一項に記載の人体重心位置の簡易可視化方法。

【請求項12】

前記重心位置可視化ステップにおいて、前記荷重検知ステップにおいて撮像した前記被験者を動画像として表示し、該動画像に重ねて、前記重心位置算出ステップにおいて算出された前記重心の位置および／または、前記重心位置算出ステップにおいて算出された時点以前における、前記重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することを特徴とする、請求項７から１０のいずれか一項に記載の人体重心位置の簡易可視化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人体重心位置の簡易可視化システム、及び人体重心位置の簡易可視化方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、天板と三分力ロードセルとを備えるフォースプレートと、三分力ロードセルから出力された荷重データに基づいて被験者の重心移動を測定するデータ処理装置と、を備える重心動揺システムが公知である。当該重心動揺システムとしては、天板には足踏み動作基準マーカが設けられ、データ処理装置は、天板上の足踏み位置に基づいて複数回の足踏み動作における足踏み位置関連パラメータを算出するＣＰＵを有し、ＣＰＵは、天板上の所定位置を原点として、左右各々の足毎に、各足踏み動作の際に足裏が接地した位置の絶対座標を算出して、複数回の足踏み動作における足底接地位置の中心位置及び前後左右方向のバラツキを算出する足踏み位置バラツキ算出処理を行う（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

また、測定面に作用する荷重を検出する荷重センサと、荷重センサの検出信号によって被検者の重心位置を検出する重心検出装置と、測定面に配された複数の圧力検出部を備える圧力分布センサと、圧力分布センサの検出信号によって被検者の足圧作用領域を検出する足圧領域検出装置と、重心変位方向における足圧作用領域の基準幅寸法を足圧作用領域の検出信号に基づいて設定する基準幅寸法設定装置と、足圧作用領域の基準幅寸法に対する幅方向寸法割合をもって被検者の重心位置の変位量を求める重心変位量演算装置と、重心変位量演算装置で求められた重心位置の変位量に基づいた測定結果を外部表示する表示装置と、を有するバランス能力測定装置も公知である（例えば、特許文献２参照）。

【0004】

一般的に、人間の体幹における重心の位置は、姿勢や立位の安定性、あるいは転倒のリスク評価等の観点から重要である。また、当該観点からは、人間が安定した立位を保持した状態における重心の位置より、何等かの動作をしている状態における重心の位置が、より重要と言える。上記の特許文献に示す重心動揺システム及びバランス能力測定装置について、通常これらは人間が上に立って使用するものであり、足底が接する部分に取り付けられた複数のセンサによって人間の体幹における重心の位置を測定する。ここで、上記の特許文献に示す重心動揺システム及びバランス能力測定装置において、足底に対して水平方向にかかる荷重の情報は得られるが、垂直方向にかかる荷重の情報は得られず、不明確である。重心がより低い位置にある場合には、姿勢としてより安定であることから、垂直方向の重心の位置を取得することは重要である。

【0005】

垂直方向における重心の位置に関する情報、すなわち、重心が高い位置にあるか低い位置にあるかの情報を取得するにあたり、既知の技術としては、例えばモーションキャプチャ等の技術を使用することが考えられる。しかし、このような技術を使用する場合には、例えば装置の設置場所が限られる、高コストのシステムを要するといった課題が生じる。特に、足底が接する部分にロードセル（荷重検出器）を適用する場合には、このような課題が顕著となる。また、このような装置を使用するにあたっては、健常な人体のモデルが必要であるため、例えば人体に不自由があるといった場合には、重心の位置が正確に算出できない場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１１－０５６２７８号公報

【特許文献2】特開２０１６－２０９５４６号公報

【特許文献3】特開２０１６－１７９０４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、被験者が所定の距離だけ離れた荷重検出器を把持するだけで、水平方向のみならず垂直方向にかかる荷重も検知し、被験者の重心の位置を正確に算出して表示でき、且つ、簡易的な構造を有する、人体重心位置の簡易可視化システムを提供することを最終的な目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するための本発明は、
被験者の身体における重心の位置を算出し、該重心の位置を可視化する人体重心位置の簡易可視化システムであって、
前記被験者が、四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを載置する先端部、及び該先端部に生じる荷重を検知するセンサ部を有する荷重検出器と、
前記荷重検出器における前記センサ部によって検知された前記荷重の情報に基づいて前記重心の位置を算出する演算部と、
前記演算部で算出された前記重心の位置を表示する表示部と、
を備え、
前記演算部は、前記荷重検出器における前記センサ部によって検知された前記荷重と、前記被験者が前記先端部以外で床面に体重をかけている体重作用点に生じる第２の荷重と、に基づいて、前記重心の位置を動的に算出することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化システムである。

【0009】

本発明によれば、簡易的に、且つ正確に、被験者の重心の位置を算出し、表示することができる。また、本発明における人体重心位置の簡易可視化システムは、一の荷重検出器を備えていればよいため、構造が簡易となる。そのため、容易に持ち運びが可能であり、本発明における人体重心位置の簡易可視化システムがあれば、例えば床の上等、場所を問わず被験者の重心の位置を算出できる。なお、表示部で表示する重心の位置は、座標上のポイントとして図示する態様の他、座標を数値で表示する態様も含む。

【0010】

また、本発明においては、前記演算部は、さらに、前記先端部において、前記被験者が四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを載置する接触位置の前記床面からの高さと、前記接触位置と前記体重作用点の間の水平距離と、前記被験者の体重とに基づき、前記重心の位置を算出することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化システムとしてもよい。ここで、接触位置の前記床面からの高さ、前記接触位置と前記体重作用点の間の水平距離、前記被験者の体重は、既知の数値として予め入力するようにしてもよい。これによれば、演算部における演算の内容を簡略化することができ、より簡易的に、且つ正確に、荷重を検知し、被験者の重心の位置を算出できる。

【0011】

また、本発明においては、前記荷重検出器における前記先端部は、前記被験者が四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを載置する際に回転モーメントが生じ難い所定の低モーメント形状を有することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化システムとしてもよい。これによれば、重心の位置を算出する際に回転モーメントを無視することが可能であり、モデルをより簡略化することで、より簡易的に重心の位置を算出できる。

【0012】

また、本発明においては、前記低モーメント形状は、垂直方向に延びる板状の形状であることを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化システムとしてもよい。これによれば、先端部に回転モーメントが生じ難い。

【0013】

また、本発明においては、前記表示部は、さらに、前記演算部で前記重心の位置が算出された時点以前における、前記重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化システムとしてもよい。これによれば、重心の位置の移動の度合いを把握することができ、例えば重心の位置の移動の度合いが大きい場合は、被験者の体勢が不安定な可能性があると分かる。

【0014】

また、本発明においては、前記被験者の画像を撮像する撮像機をさらに備え、前記表示部は、前記撮像機が撮像した前記被験者を動画像として表示し、該動画像に重ねて、前記演算部で算出された前記重心の位置および／または、前記演算部で算出された時点以前における、前記重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化システムとしてもよい。これによれば、表示部において、重心の位置の算出結果のみならず撮像した被験者を表示できるため、被験者の重心の位置がより明確に把握しやすい。

【0015】

また、本発明においては、
被験者の身体における重心の位置を算出し、該重心の位置を可視化する人体重心位置の簡易可視化方法であって、
荷重の情報の基となるパラメータを事前に入力する入力ステップと、
前記被験者が、垂直方向及び水平方向の荷重を検出可能な荷重検出器の先端部を、四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを前記先端部に載置することで、前記荷重を検知する荷重検知ステップと、
前記荷重検知ステップにおいて検知された前記荷重の情報に基づいて前記重心の位置を算出する重心位置算出ステップと、
前記重心位置算出ステップにおいて算出された前記重心の位置を表示する重心位置可視化ステップと、
を有し、
前記重心位置算出ステップにおいて、前記荷重検知ステップにおいて検知された前記荷重と、前記被験者が前記先端部以外で床面に体重をかけている体重作用点に生じる第２の荷重と、に基づいて、前記重心の位置を動的に算出することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化方法としてもよい。

【0016】

本発明によれば、簡易的なステップで、且つ正確に、被験者の重心の位置を算出し、表示することができる。

【0017】

また、本発明においては、前記重心位置算出ステップにおいて、さらに、前記先端部において、前記被験者が四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを載置する接触位置の前記床面からの高さと、前記接触位置と前記体重作用点の間の水平距離と、前記被験者の体重とに基づき、前記重心の位置を算出することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化方法としてもよい。これによれば、より簡易的に、且つ正確に、荷重を検知し、被験者の重心の位置を算出できる。

【0018】

また、本発明においては、前記重心位置算出ステップにおいて、前記荷重検知ステップにおいて検知されうる、前記先端部に生じる回転モーメントを無視して前記重心の位置を算出することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化方法としてもよい。これによれば、重心位置算出ステップにおける演算がより容易となり、重心の位置の算出結果が分かりやすい。

【0019】

また、本発明においては、前記重心位置算出ステップにおいて、前記接触位置と前記体重作用点を前記被験者の身体を支える二点とし、前記接触位置における、垂直方向に生じ
る前記荷重と水平方向に生じる前記荷重との合力を第１荷重ベクトルとし、前記体重作用点における、垂直方向に生じる前記第２の荷重水平方向に生じる前記第２の荷重との合力を第２荷重ベクトルとし、前記第１荷重ベクトルと前記第２荷重ベクトルの交点を前記重心の位置とすることを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化方法としてもよい。これによれば、重心の位置を算出するために必要な情報は、二種類の荷重ベクトルのみでよいため、より少ないシステムの容量で重心の位置を算出することができ、より短時間で重心の位置を把握できる。

【0020】

また、本発明においては、前記重心位置可視化ステップにおいて、さらに、前記重心位置算出ステップにおいて前記重心の位置が算出された時点以前における、前記重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化方法としてもよい。これによれば、重心の位置の変化が一目で把握しやすい。

【0021】

また、本発明においては、前記重心位置可視化ステップにおいて、前記荷重検知ステップにおいて撮像した前記被験者を動画像とし表示し、該動画像に重ねて、前記重心位置算出ステップにおいて算出された前記重心の位置および／または、前記重心位置算出ステップにおいて算出された時点以前における、前記重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化方法としてもよい。これによれば、表示部において、重心の位置の算出結果のみならず撮像した被験者を表示できるため、被験者の重心の位置がより明確に把握しやすい。

【0022】

なお、上記の課題を解決するための手段は、可能な限り互いに組み合わせて用いることができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、被験者が所定の距離だけ離れたロードセルを把持するだけで、水平方向のみならず垂直方向にかかる荷重も検知できる。その結果、体勢を変えた際やバランスを崩した際の被験者の重心の位置を正確に算出でき、例えば転倒の未然防止に活かすことができる。また、人体重心位置の簡易可視化方法について、プロトタイプは二次元であるが、同様の人体重心位置の簡易可視化システムを三次元に適応すれば、三次元動作における重心の位置を算出できるため、スポーツ医学等の面に応用することも可能である。

【0024】

本発明では、さらに、他の限定要素等が加わることで、次のような副次的効果を奏する。すなわち、本発明における人体重心位置の簡易可視化システムが撮像機を備えることで、被験者を撮像して動画像として表示し、その動画像の中に被験者の重心の位置を表示することができる。その結果、被験者が重心の位置を把握することがより容易になる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】図１は、実施例１における人体重心位置の簡易可視化システムの一例を示す概略図である。

【図2】図２は、実施例１における人体重心位置の簡易可視化システムを用いて荷重を検知する態様を示す説明図である。

【図3】図３は、実施例１における人体重心位置の簡易可視化システムを用いて被験者の重心の位置を算出する方法を示す模式図である。

【図4】図４は、実施例１における人体重心位置の簡易可視化システムにおけるＰＣのディスプレイに表示される重心の位置の算出結果の一例を示す説明図である。

【図5】図５は、実施例１における人体重心位置の簡易可視化システムを用いた人体重心位置の簡易可視化方法を示すフローチャートである。

【図6】図６は、実施例２における人体重心位置の簡易可視化システムの一例を示す概略図である。

【図7】図７は、実施例２における人体重心位置の簡易可視化システムを用いて荷重を検知する態様を示す説明図である。

【図8】図８は、実施例２における人体重心位置の簡易可視化システムにおけるＰＣのディスプレイに表示される重心の位置の算出結果の一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

〔実施例１〕
以下、本発明の実施例１に係る人体重心位置の簡易可視化システム、及び人体重心位置の簡易可視化方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施例はあくまで本発明に係る人体重心位置の簡易可視化システム、及び人体重心位置の簡易可視化方法の一例に過ぎず、その構成、形状、構造、方法等を限定する趣旨ではない。以下の実施形態においては、被験者が荷重検出器を把持するだけで、水平方向のみならず垂直方向にかかる荷重も検知でき、荷重の情報に基づいて被験者の重心の位置を算出して表示する人体重心位置の簡易可視化システムについて説明する。

【0027】

＜装置構成＞
図１は、本発明の実施形態における人体重心位置の簡易可視化システム１の全体構成の一例を示す概略図である。本発明の実施形態における人体重心位置の簡易可視化システム１は、荷重検出器としてのロードセル部２と、ＰＣ３と、Ａ／Ｄボード４とを備える。被験者が重心の位置を測定する際には、ロードセル部２に荷重をかけるようにロードセル部２の先端を指先で軽く把持する。ロードセル部２は、被験者がその先端部（後述）を把持することによって生じる荷重を検知する。ロードセル部２の構造については、以下の図２で説明する。ＰＣ３は、ロードセル部２において検知された荷重の情報を取得し、演算部としてのＣＰＵ３１において、荷重の情報に基づいて被験者の重心の位置を算出する。また、ＰＣ３は、表示部としてのディスプレイ３２に、算出結果を表示することで重心の位置を可視化する。Ａ／Ｄボード４は、ロードセル部２とＰＣ３に介在して接続される。Ａ／Ｄボード４は、ロードセル部２が発信するアナログ信号をサンプリングしてデジタルデータに変換した後、ＰＣ３にデジタルデータを送信する。なお、ロードセル部２とＡ／Ｄボード４の間の接続、及びＰＣ３とＡ／Ｄボード４の間の接続は、有線であっても無線であってもよい。また、ロードセル部２がデジタルデータを出力することが可能である場合は、人体重心位置の簡易可視化システム１の構成要素としてＡ／Ｄボード４は不要である。

【0028】

図２は、本発明の実施形態における人体重心位置の簡易可視化システム１を用いて荷重を検知する態様を示す説明図である。図２においては、Ａ／Ｄボード４の図示を省略する。ロードセル部２は、先端部２１とセンサ部２２を有する。被験者が重心の位置を測定する際には、例えば図２に示すように先端部２１を把持し、センサ部２２が先端部２１に生じる荷重を検知し、この荷重の情報がＰＣ３に送信され、ＰＣ３においてこの荷重の情報から重心の位置が算出される。ＰＣ３は、算出された時点の重心の位置をディスプレイ３２に表示する。なお、ディスプレイ３２には、算出された時点の重心の位置と共に当該時点の前の所定期間における重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することもできる。詳細は以下の図４で説明する。

【0029】

先端部２１は垂直方向に延びる略板状の形状を有する。その厚みは例えば１０ｍｍ以下であってもよい。また、先端に向かって細くなるように形成されていてもよい。さらに、弾性を有する部材で周囲を被覆していてもよい。被験者は、この先端部２１の先端を複数の指の先端で軽く摘まむ形で把持する。このため、被験者が先端部２１を把持する点においては回転モーメントが生じ難く、センサ部２２が先端部２１に生じる荷重を検知する際には回転モーメントの影響を無視することが可能となる。センサ部２２は、垂直方向（Ｚ方向ともいう）の荷重を検知する第１ロードセル２２ａと、水平方向（Ｘ方向ともいう）
の荷重を検知する第２ロードセル２２ｂを含む。そして、被験者が先端部２１を把持する点に対して垂直方向にかかる荷重（図２に示すＦ１）、及び被験者が先端部２１を把持する点に対して水平方向にかかる荷重（図２に示すｆ１）を検知する。

【0030】

人体重心位置の簡易可視化システム１を用いて被験者が重心の位置を算出する際には、被験者が先端部２１以外で、体重を支えている点（図２では左足を置いている点）にも荷重が生じる。具体的には、体重を支えている点に対して垂直方向にかかる荷重（図２に示すＦ２）、及び体重を支えている点に対して水平方向にかかる荷重（図２に示すｆ２）が生じる。ＰＣ３のＣＰＵ３１は、Ｆ２については被験者の体重からＦ１を減算した値、ｆ２についてはｆ１を反転した値として演算を実行する。ここで、Ｆ２及びｆ２は、本発明における第２の荷重に相当する。

【0031】

人体重心位置の簡易可視化システム１においては、ＰＣ３のデータ入力部（図示略）に事前に入力された以下の３つの情報に基づき、重心の位置を算出する。１つ目の情報は、上述のとおり被験者の体重である。２つ目の情報は、図２に示すＨである。Ｈは、被験者が先端部２１を把持する点と床面の間の垂直距離である。３つ目の情報は、図２に示すＤである。Ｄは、被験者が先端部２１を把持する点と、先端部２１以外（本実施例においては床面）で被験者の体重を支えている点の間の水平距離である。第２ロードセル２２ｂは、水平方向の荷重として、被験者が先端部２１を把持する点と、先端部２１以外で被験者の体重を支えている点を結んだ方向の力を検知可能に設置される。

【0032】

なお、図２に示す、荷重を検知する際の態様はあくまで一例である。例えば、先端部２１を把持する代わりに、先端部２１に片足を置く等の態様にしてもよい。他に、床面においては片足に体重をかけて立つ代わりに、両足を揃えて立つ、あるいは椅子等に座る等の態様にしてもよい。また、先端部２１の形状について、回転モーメントが生じ難い形状であれば図２に示す形状の限りではない。例えば径が１０ｍｍ以下程度であり垂直方向に延びる円柱状の形状であってもよい。

【0033】

＜測定方法＞
図３は、実施例１における人体重心位置の簡易可視化システム１を用いて被験者の重心の位置を算出する方法を示す模式図である。被験者が図２に示すような態様で重心の位置を算出する際には、被験者が先端部２１を把持する点（図３に示す点Ａ）、及び被験者が先端部２１以外に床面に体重をかけている点（図３に示す点Ｂ）の二点を、被験者の身体を支える二点として非常に単純化してモデル化している。なお、図３に示す荷重Ｆ１、ｆ１、Ｆ２、ｆ２、及びＨ、及びＤは、図２に示すものと同じである。また、図３に示す通り、Ｆ１、Ｆ２、ＨはＺ方向にかかる荷重及び寸法、ｆ１、ｆ２、ＤはＸ方向にかかる荷重及び距離である。ここで、点Ａは、本発明における接触位置に相当する。また、点Ｂは、本発明における体重作用点に相当する。

【0034】

上述の通り、被験者が先端部２１を把持する際には、被験者の体重、及びＨ、及びＤの３つの情報をＰＣ３のデータ入力部に事前に入力する。その場合、点Ａにおいて生じた垂直方向のＦ１と水平方向のｆ１に基づいて、点Ｂにおいて生じた垂直方向のＦ２と水平方向のｆ２が求まる。そして、Ｆ１とｆ１の合力が水平方向に対して成す角をθ１、Ｆ２とｆ２の合力が水平方向に対して成す角をθ２としたとき、以下の式（１）（２）が成立する。
ｔａｎθ１＝Ｆ１／ｆ１ θ１＝ａｒｃｔａｎ（Ｆ１／ｆ１）・・・・・（１）
ｔａｎθ２＝Ｆ２／ｆ２ θ２＝ａｒｃｔａｎ（Ｆ２／ｆ２）・・・・・（２）

【0035】

以上のように、荷重Ｆ１、ｆ１、Ｆ２、ｆ２の情報からθ１及びθ２の値が求まる。そうすると、座標平面上において、Ｆ１とｆ１の合力及びＦ２とｆ２の合力の交点Ｇが求ま
る。この交点Ｇが被験者の重心の位置である。このようにして、水平方向のみならず垂直方向における重心の位置を算出できる。ここで、Ｆ１とｆ１の合力は、本発明における第１荷重ベクトルに相当する。同様に、Ｆ２とｆ２の合力は、本発明における第２荷重ベクトルに相当する。

【0036】

＜システム構成＞
図４は、実施例１における人体重心位置の簡易可視化システム１におけるＰＣ３のディスプレイ３２に表示される画面の一例を示す説明図である。ＰＣ３のディスプレイ３２には、被験者の重心の位置、及びＰＣ３のＣＰＵ３１が取得した荷重の情報が表示される。荷重の情報に基づいて算出された被験者の重心の位置は、図２に示すＤの方向（水平方向）とＨの方向（垂直方向）を二軸とした座標平面上に表示される。重心の位置は時間経過に沿って継続的に測定されているため、上述の通り、座標平面上には、ＣＰＵ３１による算出時点における重心の位置を表示することができる。また、ＣＰＵ３１による算出時点の前の所定期間における重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することができる。ＣＰＵ３１による算出時点の重心の位置を示すマークは、例えば連続的な移動軌跡を示すマークと異なる色で表示する等、当該時点の重心の位置であることが分かるように表示されるようにしてもよい。なお、重心の位置を示す座標は、数値で表示するようにしてもよい。また、重心の位置に係るデータがロードセル部２に記録されるようにしてもよい。また、座標平面上には重心の位置の連続的な移動軌跡は表示せず、当該時点の重心の位置のみを表示するようにしてもよい。

【0037】

重心の位置としては、水平方向のみならず垂直方向の位置も表示されるため、被験者は重心の位置の高さを把握することが可能である。これによって、重心の位置が水平方向にのみ表示される場合と比較して、被験者は、体勢を変えた際やバランスを崩した際の重心の位置をより正確に把握し、例えば転倒の未然防止に活かすことができる。なお、一般的に、転倒の際には、何かに掴まろうとする動作が無意識に行われる。例えば、手を置く位置を身体から遠ざけていくと、重心の位置が足底の上部の範囲を超えて移行し、限界の範囲を超えると転倒するが、その際、腰を屈めるといった動作を保護的に行っている。本実施例に係る人体重心位置の簡易可視化システム１を用いて、例えばロードセル部２を水平方向及び垂直方向にスライドして被験者の身体から遠ざけていくテストを実施することで、上述のような動作の評価を行うことができる。ロードセル部２がある程度以上遠ざかると被験者は姿勢を維持できなくなるが、この過程の動作を評価することで、転倒等の偶発的なイベントの評価や管理に繋げることが可能である。なお、人体重心位置の簡易可視化システム１は、例えばモーター等のアクチュエータを有し、ロードセル部２が自動的にスライドするようにしてもよい。

【0038】

なお、図３に示す「Ｓｔａｒｔ」には重心の位置の算出の開始後の経過時間、「Ｌｏａｄｃｅｌｌ Ｘ」及び「Ｌｏａｄｃｅｌｌ Ｚ」には図２に示すｆ１及びＦ１の値、「ＢｏｄｙＧＣ Ｘ」及び「ＢｏｄｙＧＣ Ｚ」には図２に示すｆ２及びＦ２の値が表示される。これらの表記はあくまで一例であり、類似の意味であれば他の表記であってもよい。

【0039】

＜フローチャート＞
図５は、本発明の実施形態における人体重心位置の簡易可視化システム１を用いた人体重心位置の簡易可視化方法を示すフローチャートである。以下、図５を用いて人体重心位置の簡易可視化方法の流れについて説明する。本フローチャートでは、まず、被験者が荷重の情報の基となるパラメータをＰＣ３のデータ入力部に入力する（Ｓ１０１）。荷重の情報の基となるパラメータとは、被験者の体重、及び図２に示すＨ、及び図２に示すＤである。ここで、Ｓ１０１は、本発明における入力ステップに相当する。被験者がロードセル部２の先端部２１を把持することで、３つのパラメータに基づき、ロードセル部２のセンサ部２２が荷重Ｆ１、ｆ１を検知する（Ｓ１０２）。ここで、Ｓ１０２は、本発明にお
ける荷重検知ステップに相当する。ロードセル部２は、検知した荷重の情報をＰＣ３のＣＰＵ３１に伝達する（Ｓ１０３）。ＰＣ３のＣＰＵ３１は、荷重Ｆ１、ｆ１の情報に基づいて荷重Ｆ２、ｆ２を求める。具体的には、被験者の体重からＦ１を減算してＦ２を求め、ｆ１を反転してｆ２を求める。そして、荷重Ｆ１、ｆ１、Ｆ２、ｆ２と、Ｈ及びＤの情報に基づいて重心の位置を算出する（Ｓ１０４）。荷重の情報は時間経過に沿って継続的にＣＰＵ３１に伝達されており、それに伴って重心の位置も継続的に算出されている。ここで、Ｓ１０４は、本発明における重心位置算出ステップに相当する。算出された重心の位置は二次元の座標平面上に表示され、ＰＣ３のディスプレイ３２において、ＣＰＵ３１による算出時点の重心の位置と共に当該時点の前の所定期間における重心の位置の連続的な移動軌跡が表示される（Ｓ１０５）。

【0040】

また、実施例１における人体重心位置の簡易可視化システム１は容易に持ち運びが可能であり、人体重心位置の簡易可視化システム１があれば、例えば床の上等、場所を問わず被験者の重心の位置を測定できる。

【0041】

〔実施例２〕
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例においては、実施例１における人体重心位置の簡易可視化システム１に対して、被験者を撮像するためのカメラを構成要素として加えた例について説明する。

【0042】

＜装置構成＞
図６は、実施例２における人体重心位置の簡易可視化システム１０の一例を示す概略図である。実施例２における人体重心位置の簡易可視化システム１０は、構成要素として、ロードセル部２０、及びＰＣ３０、及びＡ／Ｄボード４０の他に、カメラ５を備える。カメラ５は、Ａ／Ｄボード４０を介してＰＣ３０に接続されている。カメラ５は荷重を検知する際の被験者を撮像し、得られた撮像データはアナログ信号としてＡ／Ｄボード４０に送信された後、デジタルデータに変換されてＰＣ３０に送信される。カメラ５は方向や角度を調整することができ、被験者を撮像する方向や角度は自由に変更することができる。なお、実施例１における人体重心位置の簡易可視化システム１の構成と同様に、カメラ５とＡ／Ｄボード４０の間の接続は、有線であっても無線であってもよい。また、ロードセル部２０やカメラ５がデジタルデータを出力することが可能である場合は、人体重心位置の簡易可視化システム１０の構成要素としてＡ／Ｄボード４０は不要である。また、ＰＣ３０が例えばカメラを内蔵し、被験者の撮像が可能である場合には、可視化システム１０は、構成要素としてカメラ５を備えていなくてもよい。ここで、カメラ５は、本発明における撮像機に相当する。

【0043】

図７は、実施例２における人体重心位置の簡易可視化システム１０を用いて荷重を検知する態様を示す説明図である。図７に示す荷重を検知する態様について、被験者がロードセル部２０の先端部２１０を掴んでいる状態をカメラ５で撮像し、ＰＣ３０のディスプレイ３２０にリアルタイムで動画像として表示する点以外は、実施例１の図２に示す荷重を検知する態様と同様である。なお、多様な方向や角度から被験者を撮像できるよう、カメラ５は複数あってもよい。

【0044】

＜システム構成＞
図８は、実施例２における人体重心位置の簡易可視化システム１０におけるＰＣ３０のディスプレイ３２０に表示される重心の位置の算出結果の一例を示す説明図である。ＰＣ３０のディスプレイ３２０には、実施例１の図４と同様に被験者の重心の位置、及びＰＣ３０のＣＰＵ３１０が取得した荷重の情報が表示され、さらに別画面において、カメラ５で撮像した動画像がリアルタイムで表示される。被験者の重心の位置を示す二次元の座標は、動画像における被験者に重ねて表示することができる。これによって、実施例１のよ
うに動画像が表示されない場合と比較して、被験者の重心の位置がより明確に可視化され、被験者はより容易に重心の位置を把握できる。また、カメラ５を例えばスマートフォンで代用した場合は、被験者を撮像することに加え、被験者の重心の位置の算出に必要な演算をスマートフォンにおいて実行することや、動画像を表示することや、重心の位置に係るデータを記録することが可能であり、人体重心位置の簡易可視化システム１０の構成要素としてＰＣ３０が不要となり、より簡易化することができる。

【0045】

なお、実施例２における人体重心位置の簡易可視化システム１０を用いた人体重心位置の簡易可視化方法について、被験者の重心の位置を算出する方法は、実施例１の図３と同様である。また、荷重の情報の基となるパラメータの入力から算出した重心の位置の表示までのフローは、実施例１の図５と同様である。実施例２においては、被験者がロードセル部２０の先端部２１０を掴んでいる状態をカメラ５で撮像するステップは、Ｓ１０２に含まれ、また、カメラ５で撮像した動画像をＰＣ３０のディスプレイ３２０にリアルタイムで表示するステップは、Ｓ１０５に含まれる。

【符号の説明】

【0046】

１、１０ ：人体重心位置の簡易可視化システム
２、２０ ：ロードセル部
２１、２１０ ：先端部
２２、２２０ ：センサ部
２２ａ、２２０ａ ：第１ロードセル
２２ｂ、２２０ｂ ：第２ロードセル
３、３０ ：ＰＣ
３１、３１０ ：ＣＰＵ
３２、３２０ ：ディスプレイ
４、４０ ：Ａ／Ｄボード
５ ：カメラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】