特開 2024-115479 運動機能測定プログラム、運動機能測定装置、運動機能測定システムおよび運動機能測定方法

(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】P2024115479

(43)【公開日】2024-08-26

(54)【発明の名称】運動機能測定プログラム、運動機能測定装置、運動機能測定システムおよび運動機能測定方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/11 20060101AFI20240819BHJP

【ＦＩ】

A61B5/11 210

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023021205

(22)【出願日】2023-02-14

(71)【出願人】

【識別番号】523053299

【氏名又は名称】佐藤 洋一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100110766

【弁理士】

【氏名又は名称】佐川 慎悟

(74)【代理人】

【識別番号】100165515

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 清子

(74)【代理人】

【識別番号】100169340

【弁理士】

【氏名又は名称】川野 陽輔

(74)【代理人】

【識別番号】100195682

【弁理士】

【氏名又は名称】江部 陽子

(74)【代理人】

【識別番号】100206623

【弁理士】

【氏名又は名称】大窪 智行

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 洋一郎

【テーマコード（参考）】

4C038

【Ｆターム（参考）】

4C038VA11

4C038VB14

4C038VB15

4C038VB16

4C038VC20

(57)【要約】

【課題】不安定な足場におけるバランス能力や運動機能を測定することができる運動機能測定プログラム、運動機能測定装置、運動機能測定システムおよび運動機能測定方法を提供する。
【解決手段】揺動可能な測定器具１０上に被測定者を立たせた状態で、足圧分布データ、足圧中心データおよび角速度データを取得する測定データ取得部４１と、足の裏の所定部位における足圧データを算出する足圧データ算出部４２と、角度変位データを算出する角度変位データ算出部４３と、揺れ協調性指数を算出する揺れ協調性指数算出部４５と、部位荷重割合を算出する部位荷重割合算出部４６と、揺れ協調性指数および部位荷重割合を表示手段２に出力する解析結果出力部４８としてコンピュータを機能させる。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

揺動可能な測定器具上に被測定者を立たせた状態で、前記測定器具に設けられた足圧分布計から、時系列の足圧分布データおよび時系列の足圧中心データを取得するとともに、前記測定器具に設けられた角速度計から時系列の角速度データを取得する測定データ取得部と、
前記足圧分布データに基づいて、足の裏の所定部位における時系列の足圧データを算出する足圧データ算出部と、
前記角速度データに基づいて、前後方向に沿うロール軸および左右方向に沿うピッチ軸のうち、少なくとも一方に関する角度変位データを算出する角度変位データ算出部と、
前記足圧中心データと前記角度変位データとに基づいて、前記測定器具の揺れに合わせてどの程度身体の揺れを協調させられたかを示す指標である揺れ協調性指数を算出する揺れ協調性指数算出部と、
前記足圧データに基づいて、所定部位における足圧を体重で除算してなる部位荷重割合の平均値または最大値の少なくとも一方を算出する部位荷重割合算出部と、
前記揺れ協調性指数、および前記部位荷重割合の平均値または最大値の少なくとも一方を表示手段に出力する解析結果出力部と
してコンピュータを機能させる運動機能測定プログラム。

【請求項2】

前記揺れ協調性指数算出部は、相互相関関数を用いて、タイムラグがゼロのときにおける、前記足圧中心データと前記角度変位データとの相関係数を前記揺れ協調性指数として算出する、請求項１に記載の運動機能測定プログラム。

【請求項3】

前記測定器具上で被測定者に所定の運動を行わせた場合における前記角速度データの測定時間内の平均値と、前記測定器具上で被測定者に姿勢を保持させた場合における前記角速度データの測定時間内の平均値とに基づいて、揺動中にどの程度姿勢を保持できたかを示す指標である姿勢保持能力指数を算出する姿勢保持能力指数算出部としてコンピュータを機能させる、請求項１に記載の運動機能測定プログラム。

【請求項4】

前記解析結果出力部は、足の裏の形状を示す足裏画像を前記表示手段に表示させるとともに、前記足裏画像における所定部位に対応させて前記部位荷重割合の平均値または最大値を前記表示手段に表示させる、請求項１に記載の運動機能測定プログラム。

【請求項5】

前記解析結果出力部は、前記角速度データおよび前記角度変位データを時系列で前記表示手段に表示させる、請求項１に記載の運動機能測定プログラム。

【請求項6】

前記測定器具が前記ロール軸および前記ピッチ軸の双方に関して揺動可能である場合、各時刻における、前記ロール軸および前記ピッチ軸に関する角速度の合計を前記角速度データとして算出するとともに、各時刻における、前記ロール軸および前記ピッチ軸に関する角度変位の合計を前記角度変位データとして算出する合計データ算出部としてコンピュータを機能させる、請求項１に記載の運動機能測定プログラム。

【請求項7】

足の裏の所定部位は、母趾、母趾の付け根、小指、小指の付け根および踵である、請求項１に記載の運動機能測定プログラム。

【請求項8】

揺動可能な測定器具上に被測定者を立たせた状態で、前記測定器具に設けられた足圧分布計から、時系列の足圧分布データおよび時系列の足圧中心データを取得するとともに、前記測定器具に設けられた角速度計から時系列の角速度データを取得する測定データ取得部と、
前記足圧分布データに基づいて、足の裏の所定部位における時系列の足圧データを算出する足圧データ算出部と、
前記角速度データに基づいて、前後方向に沿うロール軸および左右方向に沿うピッチ軸のうち、少なくとも一方に関する角度変位データを算出する角度変位データ算出部と、
前記足圧中心データと前記角度変位データとに基づいて、前記測定器具の揺れに合わせてどの程度身体の揺れを協調させられたかを示す指標である揺れ協調性指数を算出する揺れ協調性指数算出部と、
前記足圧データに基づいて、所定部位における足圧を体重で除算してなる部位荷重割合の平均値または最大値の少なくとも一方を算出する部位荷重割合算出部と、
前記揺れ協調性指数、および前記部位荷重割合の平均値または最大値の少なくとも一方を表示手段に出力する解析結果出力部と、
を有する、運動機能測定装置。

【請求項9】

請求項８に記載の運動機能測定装置と、前記測定器具とからなる運動機能測定システム。

【請求項10】

揺動可能な測定器具上に被測定者を立たせた状態で、前記測定器具に設けられた足圧分布計から、時系列の足圧分布データおよび時系列の足圧中心データを取得するとともに、前記測定器具に設けられた角速度計から時系列の角速度データを取得する測定データ取得ステップと、
前記足圧分布データに基づいて、足の裏の所定部位における時系列の足圧データを算出する足圧データ算出ステップと、
前記角速度データに基づいて、前後方向に沿うロール軸および左右方向に沿うピッチ軸のうち、少なくとも一方に関する角度変位データを算出する角度変位データ算出ステップと、
前記足圧中心データと前記角度変位データとに基づいて、前記測定器具の揺れに合わせてどの程度身体の揺れを協調させられたかを示す指標である揺れ協調性指数を算出する揺れ協調性指数算出ステップと、
前記足圧データに基づいて、所定部位における足圧を体重で除算してなる部位荷重割合の平均値または最大値の少なくとも一方を算出する部位荷重割合算出ステップと、
前記揺れ協調性指数、および前記部位荷重割合の平均値または最大値の少なくとも一方を表示手段に出力する解析結果出力ステップと、
を有する、運動機能測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、不安定な足場におけるバランス能力に基づいて運動機能を測定するための運動機能測定プログラム、運動機能測定装置、運動機能測定システムおよび運動機能測定方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、スポーツ選手や運動習慣のある人が、運動機能やパフォーマンスを向上させるためのトレーニング手段の一つとして、不安定な足場が利用されている。例えば、半球（ドーム）状の器具を球面部分を下側にして床面に置き、その上でバランスを保持するようなトレーニングが行われている。

【0003】

なお、運動機能を測定する技術として、例えば、特開２００３－３８４６９号公報には、歩行および走行に伴う身体の揺れを多軸加速度計で検出し、これを運動強度に換算することによって、定量的な運動強度や平衡機能を測定する運動機能測定装置が開示されている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－３８４６９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、従来、不安定な足場におけるバランス能力は、揺れの大きさおよび姿勢の保持時間のみによって評価されている。このため、単に、できるだけ長くバランスを保持する、というトレーニングしか行われておらず、不安定な足場でのバランス能力を適切に評価し、効率的に向上させる手法は未だ確立されていないという現状がある。

【0006】

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、不安定な足場におけるバランス能力や運動機能を測定することができる運動機能測定プログラム、運動機能測定装置、運動機能測定システムおよび運動機能測定方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者らは、鋭意研究の結果、不安定な足場で姿勢を保持するためには、接地部位である足の裏が、揺れに対して効果的に使えている必要があることを見出した。そこで、係る知見に基づいて下記の各発明を完成した。

【0008】

本発明に係る運動機能測定プログラムは、不安定な足場におけるバランス能力に基づいて運動機能を測定するという課題を解決するために、揺動可能な測定器具上に被測定者を立たせた状態で、前記測定器具に設けられた足圧分布計から、時系列の足圧分布データおよび時系列の足圧中心データを取得するとともに、前記測定器具に設けられた角速度計から時系列の角速度データを取得する測定データ取得部と、前記足圧分布データに基づいて、足の裏の所定部位における時系列の足圧データを算出する足圧データ算出部と、前記角速度データに基づいて、前後方向に沿うロール軸および左右方向に沿うピッチ軸のうち、少なくとも一方に関する角度変位データを算出する角度変位データ算出部と、前記足圧中心データと前記角度変位データとに基づいて、前記測定器具の揺れに合わせてどの程度身体の揺れを協調させられたかを示す指標である揺れ協調性指数を算出する揺れ協調性指数算出部と、前記足圧データに基づいて、所定部位における足圧を体重で除算してなる部位荷重割合の平均値または最大値の少なくとも一方を算出する部位荷重割合算出部と、前記揺れ協調性指数、および前記部位荷重割合の平均値または最大値の少なくとも一方を表示手段に出力する解析結果出力部としてコンピュータを機能させる。

【0009】

また、本発明の一態様として、測定器具の揺れに合わせてどの程度身体の揺れを協調させられたかを示す指標として適切な揺れ協調性指数を算出するという課題を解決するために、前記揺れ協調性指数算出部は、相互相関関数を用いて、タイムラグがゼロのときにおける、前記足圧中心データと前記角度変位データとの相関係数を前記揺れ協調性指数として算出してもよい。

【0010】

さらに、本発明の一態様として、揺動中にどの程度姿勢を保持できたかを示す指標として適切な姿勢保持能力指数を算出するという課題を解決するために、前記測定器具上で被測定者に所定の運動を行わせた場合における前記角速度データの測定時間内の平均値と、前記測定器具上で被測定者に姿勢を保持させた場合における前記角速度データの測定時間内の平均値とに基づいて、揺動中にどの程度姿勢を保持できたかを示す指標である姿勢保持能力指数を算出する姿勢保持能力指数算出部としてコンピュータを機能させてもよい。

【0011】

また、本発明の一態様として、解析結果を感覚的に把握し易くするという課題を解決するために、前記解析結果出力部は、足の裏の形状を示す足裏画像を前記表示手段に表示させるとともに、前記足裏画像における所定部位に対応させて前記部位荷重割合の平均値または最大値を前記表示手段に表示してもよい。

【0012】

さらに、本発明の一態様として、不安定な足場における揺れをどの程度制御できているかを確認するという課題を解決するために、前記解析結果出力部は、前記角速度データおよび前記角度変位データを時系列で前記表示手段に表示してもよい。

【0013】

また、本発明の一態様として、ロール軸またはピッチ軸に関して揺動可能な測定器具であっても、被測定者が測定器具の揺動をどの程度制御できているかを判定するという課題を解決するために、前記測定器具が前記ロール軸および前記ピッチ軸の双方に関して揺動可能である場合、各時刻における、前記ロール軸および前記ピッチ軸に関する角速度の合計を前記角速度データとして算出するとともに、各時刻における、前記ロール軸および前記ピッチ軸に関する角度変位の合計を前記角度変位データとして算出する合計データ算出部としてコンピュータを機能させてもよい。

【0014】

さらに、本発明の一態様として、足の裏の使い方を適切に把握するという課題を解決するために、足の裏の所定部位は、母趾、母趾の付け根、小指、小指の付け根および踵であってもよい。

【0015】

本発明に係る運動機能測定装置は、不安定な足場におけるバランス能力に基づいて運動機能を測定するという課題を解決するために、揺動可能な測定器具上に被測定者を立たせた状態で、前記測定器具に設けられた足圧分布計から、時系列の足圧分布データおよび時系列の足圧中心データを取得するとともに、前記測定器具に設けられた角速度計から時系列の角速度データを取得する測定データ取得部と、前記足圧分布データに基づいて、足の裏の所定部位における時系列の足圧データを算出する足圧データ算出部と、前記角速度データに基づいて、前後方向に沿うロール軸および左右方向に沿うピッチ軸のうち、少なくとも一方に関する角度変位データを算出する角度変位データ算出部と、前記足圧中心データと前記角度変位データとに基づいて、前記測定器具の揺れに合わせてどの程度身体の揺れを協調させられたかを示す指標である揺れ協調性指数を算出する揺れ協調性指数算出部と、前記足圧データに基づいて、所定部位における足圧を体重で除算してなる部位荷重割合の平均値または最大値の少なくとも一方を算出する部位荷重割合算出部と、前記揺れ協調性指数、および前記部位荷重割合の平均値または最大値の少なくとも一方を表示手段に出力する解析結果出力部と、を有する。

【0016】

本発明に係る運動機能測定システムは、不安定な足場におけるバランス能力に基づいて運動機能を測定するという課題を解決するために、上述したいずれかの態様に係る前記運動機能測定装置と、前記測定器具とからなる。

【0017】

本発明に係る運動機能測定方法は、不安定な足場におけるバランス能力に基づいて運動機能を測定するという課題を解決するために、揺動可能な測定器具上に被測定者を立たせた状態で、前記測定器具に設けられた足圧分布計から、時系列の足圧分布データおよび時系列の足圧中心データを取得するとともに、前記測定器具に設けられた角速度計から時系列の角速度データを取得する測定データ取得ステップと、前記足圧分布データに基づいて、足の裏の所定部位における時系列の足圧データを算出する足圧データ算出ステップと、前記角速度データに基づいて、前後方向に沿うロール軸および左右方向に沿うピッチ軸のうち、少なくとも一方に関する角度変位データを算出する角度変位データ算出ステップと、前記足圧中心データと前記角度変位データとに基づいて、前記測定器具の揺れに合わせてどの程度身体の揺れを協調させられたかを示す指標である揺れ協調性指数を算出する揺れ協調性指数算出ステップと、前記足圧データに基づいて、所定部位における足圧を体重で除算してなる部位荷重割合の平均値または最大値の少なくとも一方を算出する部位荷重割合算出ステップと、前記揺れ協調性指数、および前記部位荷重割合の平均値または最大値の少なくとも一方を表示手段に出力する解析結果出力ステップと、を有する。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、不安定な足場におけるバランス能力に基づいて運動機能を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係る運動機能測定プログラム、運動機能測定装置および運動機能測定システムの一実施形態を示すブロック図である。

【図2】本実施形態の測定器具に係る（ａ）球体状、（ｂ）円柱形状および（ｃ）半円柱形状の例を示す図である。

【図3】本実施形態における足圧分布データの一例を示す図である。

【図4】本実施形態の解析結果画面の一例を示す図である。

【図5】本実施形態の運動機能測定プログラム、運動機能測定装置および運動機能測定方法によって実行される処理を示すフローチャート図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明に係る運動機能測定プログラム、運動機能測定装置、運動機能測定システムおよび運動機能測定方法の実施形態について図面を用いて説明する。

【0021】

本実施形態の運動機能測定システム１００は、パーソナルコンピュータ、タブレット、スマートフォン等のコンピュータからなる運動機能測定装置１と、不安定な足場となる測定器具１０とから構成されている。以下、各構成について説明する。

【0022】

測定器具１０は、被測定者にとって不安定な足場となるものである。本実施形態では、図１に示すように、半球（ドーム）状の測定器具１０を使用しているが、この構成に限定されるものではない。測定器具１０は、少なくとも前後方向に沿うロール軸または左右方向に沿うピッチ軸のいずれか一方に揺動可能なものであればよく、例えば、測定器具１０の下面側は、図２に示すように、（ａ）球体（ボール）状、（ｂ）円柱形状、または（ｃ）半円柱形状等の他、自由に揺動可能な揺動機構等でもよい。

【0023】

また、測定器具１０の上面側には、図１に示すように、被測定者の足圧に関するデータを測定する足圧分布計１１と、測定器具１０の揺れを測定する角速度計１２とが設けられている。本実施形態において、足圧分布計１１は、複数の圧力センサがマス目状に配置されたマット状に構成されている。そして、被測定者には足圧分布計１１の上に両足で立たせた状態で、姿勢を保持させたりあるいはスクワット等の運動をさせながら、足圧の計測を行う。これにより、所定の測定時間中（最大３０秒間）、各圧力センサから所定のサンプリング周波数で圧力値が出力されるようになっている。

【0024】

また、本実施形態において、角速度計１２は、ジャイロセンサー等によって構成されており、測定器具１０の上面における略中央部に設置されている。そして、被測定者が測定器具１０上に立っている測定時間中、前後方向に沿うロール軸に関する角速度データと、左右方向に沿うピッチ軸に関する角速度データとを出力するようになっている。

【0025】

つぎに、本実施形態の運動機能測定装置１は、図１に示すように、主として、表示手段２と、記憶手段３と、演算処理手段４とを有している。

【0026】

表示手段２は、液晶ディスプレイやタッチパネル等で構成されており、ユーザに各種の情報を視認させるものである。本実施形態において、表示手段２は、後述するとおり、時系列の角速度データおよび時系列の角度変位データ、揺れ協調性指数、姿勢保持能力指数および部位荷重割合等を表示する。

【0027】

記憶手段３は、各種のデータを記憶するとともに、演算処理手段４が演算処理を行う際のワーキングエリアとして機能するものである。本実施形態において、記憶手段３は、ハードディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等で構成されており、図１に示すように、プログラム記憶部３１と、解析結果記憶部３２とを有している。

【0028】

プログラム記憶部３１には、本実施形態の運動機能測定プログラム１ａがインストールされている。そして、演算処理手段４が運動機能測定プログラム１ａを実行することにより、運動機能測定装置１としてのコンピュータを後述する各構成部として機能させるようになっている。

【0029】

なお、運動機能測定プログラム１ａの利用形態は、上記構成に限られるものではない。例えば、ＣＤ－ＲＯＭやＤＶＤ－ＲＯＭ等のように、コンピュータで読み取り可能な非一時的な記録媒体に運動機能測定プログラム１ａを記憶させておき、当該記録媒体から直接読み出して実行してもよい。また、外部サーバ等からクラウドコンピューティング方式やＡＳＰ（Application Service Provider）方式で運動機能測定プログラム１ａを利用してもよい。

【0030】

解析結果記憶部３２は、測定データおよび解析結果を記憶するものである。本実施形態において、解析結果記憶部３２には、被測定者ごとに、実測された足圧分布データ、足圧中心データおよび角速度データ等の測定データや、算出された足圧データ、角度変位データ、合計データ、揺れ協調性指数、部位荷重割合および姿勢保持能力指数等が記憶されている。

【0031】

演算処理手段４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等で構成されており、プログラム記憶部３１にインストールされた運動機能測定プログラム１ａを実行することにより、図１に示すように、測定データ取得部４１と、足圧データ算出部４２と、角度変位データ算出部４３と、合計データ算出部４４と、揺れ協調性指数算出部４５と、部位荷重割合算出部４６と、姿勢保持能力指数算出部４７と、解析結果出力部４８として機能する。以下、各構成部についてより詳細に説明する。

【0032】

測定データ取得部４１は、足圧分布計１１から時系列の足圧分布データおよび時系列の足圧中心データを取得するとともに、角速度計１２から時系列の角速度データを取得するものである。本実施形態において、足圧分布計１１から出力される生データ（各センサの圧力値）は、足圧分布計１１専用のソフトウエアによって、時系列の足圧分布データおよび時系列の足圧中心データに変換された後、測定データ取得部４１によって取得される。

【0033】

なお、足圧分布データは、図３に示すように、圧力センサの配置に対応するマス目状に構成されており、各マス目の圧力値によって、サンプリング周波数に応じた各時刻（例えば、1/100秒）における足圧の分布が示される。また、足圧中心（center of pressure：COP）とは、床反力作用点、圧力中心とも呼ばれ、床と身体との接触面に働く力の分布の中心点である。そして、この中心点の座標が足圧中心データとして取得される。

【0034】

足圧データ算出部４２は、足圧分布データに基づいて、足の裏の所定部位における時系列の足圧データを算出するものである。本実施形態では、足の裏の使い方を把握しやすくするため、足の裏の所定部位として、母趾、母趾の付け根、小指、小指の付け根および踵の５箇所を選択している。

【0035】

このため、足圧データ算出部４２は、まず、足圧分布データから母趾、母趾の付け根、小指、小指の付け根および踵に当たる部分の足圧分布データを抜き出す。例えば、図３に示す足圧分布データ（２３行×１０列）であれば、足の裏の形状と照合することで、以下に示す領域を各部位に相当する部分とすることができる。
・１～２行目かつ８～９列目の４マス分（２行×２列）→母趾
・７～８行目かつ８～９列目の４マス分（２行×２列）→母趾の付け根
・３～４行目かつ１～２列目の４マス分（２行×２列）→小指
・８～９行目かつ１～２列目の４マス分（２行×２列）→小指の付け根
・２０～２１行目かつ５～６列目の４マス分（２行×２列）→踵

【0036】

なお、足の裏の所定部位は、母趾、母趾の付け根、小指、小指の付け根および踵に限定されるものではなく、適宜選択することができる。また、足の裏の所定部位に相当する部分は、上記の行・列で指定された部分に限定されるものではなく、被測定者の足の裏の形状に応じて、適宜変更してもよい。

【0037】

つぎに、足圧データ算出部４２は、抜き出した各マスの圧力値を測定時間分の時系列データとして同定する。例えば、サンプリング周波数が５０Ｈｚで、測定時間が３０秒であれば、１５００個の時系列データとなる。そして、足圧データ算出部４２は、母趾に相当する４マス分の時系列データにおける同一時刻の和をそれぞれ算出し、その和の時系列データを母趾における時系列の足圧データとする。同様に、足圧データ算出部４２は、各部位に相当する４マス分の時系列データにおける同一時刻の和をそれぞれ算出し、その和の時系列データを各部位における時系列の足圧データとする。

【0038】

角度変位データ算出部４３は、角速度データに基づいて、測定器具１０の揺れを示す角度変位データを算出するものである。本実施形態において、角度変位データ算出部４３は、下記式（１）に基づいて、測定データ取得部４１によって測定された角速度データをサンプリングの時間ごとに時間積分することにより、角度変位データを算出する。
角度変位＝ω×Δｔ ・・・式（１）
ω：ある時刻の角速度
Δｔ：サンプリング周期（１００Ｈｚであれば、０．０１秒）

【0039】

なお、本実施形態において、角度変位データ算出部４３は、前後方向に沿うロール軸に関する角速度データに基づいて、当該ロール軸に関する角度変位データを算出するとともに、左右方向に沿うピッチ軸に関する角速度データに基づいて、当該ピッチ軸に関する角度変位データを算出している。しかしながら、角度変位データ算出部４３は、この構成に限定されるものではなく、測定器具１０の形状に応じて、ロール軸およびピッチ軸のうち、少なくとも一方に関する角度変位データを算出するものであればよい。

【0040】

合計データ算出部４４は、ロール軸およびピッチ軸の二軸を合計した角速度データおよび角度変位データを算出するものである。本実施形態において、合計データ算出部４４は、測定器具１０がロール軸およびピッチ軸の双方に関して揺動可能である場合、各時刻における、ロール軸およびピッチ軸に関する角速度の合計を角速度データとして算出する。また、合計データ算出部４４は、各時刻における、ロール軸およびピッチ軸に関する角度変位の合計を角度変位データとして算出する。

【0041】

揺れ協調性指数算出部４５は、測定器具１０の揺れに合わせてどの程度身体の揺れを協調させられたかを示す指標である揺れ協調性指数を算出するものである。本実施形態において、揺れ協調性指数算出部４５は、測定データ取得部４１によって取得された時系列の足圧中心データと、角度変位データ算出部４３によって算出された角度変位データとに基づき、相互相関関数を用いて、タイムラグがゼロのときにおける、足圧中心データと角度変位データとの相関係数を揺れ協調性指数として算出する。

【0042】

なお、相関係数は、－１から１までの値をとるため、本実施形態では、相関係数の絶対値を１００倍した値を揺れ協調性指数として使用している。しかしながら、この構成に限定されるものではなく、絶対値をそのまま使用してもよいし、他の値を掛け合わせて使用してもよい。

【0043】

部位荷重割合算出部４６は、足圧データに基づいて、各部位にかかる荷重の割合である部位荷重割合を算出するものである。本実施形態において、部位荷重割合算出部４６は、足圧データ算出部４２によって算出された各部位における足圧データを取得する。つぎに、部位荷重割合算出部４６は、足圧データの各時刻について、各部位における足圧を体重で除算してなる部位荷重割合を算出する。そして、部位荷重割合算出部４６は、測定時間内における部位荷重割合の平均値と、測定時間内における部位荷重割合の最大値とその時刻とを部位ごとに算出するようになっている。

【0044】

なお、本実施形態において、部位荷重割合算出部４６は、部位荷重割合の平均値と最大値の双方を算出しているが、この構成に限定されるものではなく、必要とされる解析結果に応じて、部位荷重割合の平均値または最大値の少なくとも一方を算出するものであればよい。

【0045】

姿勢保持能力指数算出部４７は、揺動中にどの程度姿勢を保持できたかを示す指標である姿勢保持能力指数を算出するものである。この姿勢保持能力指数を算出する場合は、測定器具１０上で被測定者に所定の運動を行わせた場合と、姿勢を保持させた場合とのそれぞれにおいて測定を実行し、測定データを収集する。

【0046】

そして、姿勢保持能力指数算出部４７は、測定器具１０上で被測定者に所定の運動を行わせた場合における角速度データの測定時間内の平均値（Ａ１）と、測定器具１０上で被測定者に姿勢を保持させた場合における角速度データの測定時間内の平均値（Ａ２）とに基づいて、姿勢保持能力指数を算出する。

【0047】

例えば、姿勢保持能力指数算出部４７は、Ａ１とＡ２との比（Ａ１／Ａ２）を姿勢保持能力指数として算出してもよい。この姿勢保持能力指数によれば、静的な姿勢保持能力に対する動的（動きのあるとき）な中での姿勢の保持能力の割合を判断することができる。つまり、この姿勢保持能力指数が大きいほど、動きのある中での姿勢保持能力が低い（揺れが大きい）ということを意味することとなる。

【0048】

なお、姿勢保持能力指数を算出する際、測定器具１０上で被測定者に行わせる所定の運動は、特に限定されるものではなく、スクワット等のように、測定器具１０上で簡単にでき、揺れを誘起するような運動であればよい。また、姿勢保持能力指数算出部４７は、測定器具１０上で被測定者に所定の運動を行わせた場合における角度変位データの測定時間内の平均値と、測定器具１０上で被測定者に姿勢を保持させた場合における角度変位データの測定時間内の平均値とに基づいて、姿勢保持能力指数を算出してもよい。

【0049】

解析結果出力部４８は、表示手段２に各種の解析結果を出力するものである。本実施形態において、解析結果出力部４８は、図４に示すように、表示データとして、測定データ取得部４１によって取得された時系列の角速度データおよび角度変位データ算出部４３によって算出された時系列の角度変位データ、揺れ協調性指数算出部４５によって算出された揺れ協調性指数、部位荷重割合算出部４６によって算出された部位荷重割合の平均値および最大値、姿勢保持能力指数算出部４７によって算出された姿勢保持能力指数等を表示手段２に出力する。

【0050】

なお、本実施形態において、部位荷重割合は、図４に示すように、平均値と最大値とが切替ボタンによって切り換え表示可能に構成されている。また、部位荷重割合の最大値を表示させた場合は、角速度データや角度変位データのグラフ上に、最大値となった時刻がマークされる。

【0051】

さらに、解析結果出力部４８は、解析結果を感覚的に把握し易くするため、図４に示すように、足の裏の形状を示す足裏画像を表示手段に表示させるとともに、当該足裏画像における各部位に対応させて部位荷重割合の平均値または最大値を表示手段に表示させるようになっている。

【0052】

また、解析結果出力部４８は、部位荷重割合を高さの順位に応じて異なる色で表示してもよく、左足と右足の優位性に応じて色を変えて表示してもよい。例えば、左足および右足にかかる各荷重が、被測定者の体重に対して４５～５５％の範囲であれば、左右均等（優位性なし）であると判定する一方、片方の足にかかる荷重が体重に対して５５％以上であれば、そちらの足が優位であると判定してもよい。

【0053】

なお、解析結果出力部４８が出力する解析結果としては、上述した全ての項目を含む必要はなく、揺れ協調性指数と、部位荷重割合の平均値または最大値の少なくとも一方を表示手段に出力するものであればよい。

【0054】

つぎに、本実施形態の運動機能測定プログラム１ａ、運動機能測定装置１、運動機能測定システム１００および運動機能測定方法による作用について説明する。

【0055】

本実施形態の運動機能測定装置１を用いて被測定者の運動機能を測定する場合、まず、測定器具１０の上に被測定者を立たせた状態で姿勢を保持させ、所定の測定時間、足圧分布計１１によって足圧を測定するとともに角速度計１２によって測定器具１０の角速度を測定する。これにより、不安定な足場に乗っている際に、被測定者が足の裏のどの部位にどの程度の力が入っているかが測定される。また、被測定者によって測定器具１０がどの程度揺らされたのかが測定される。

【0056】

被測定者の足圧および測定器具１０の角速度が測定されると、図５に示すように、測定データ取得部４１が、足圧分布計１１から時系列の足圧分布データおよび時系列の足圧中心データを取得するとともに、各速度計から時系列の角速度データを取得する（ステップＳ１：測定データ取得ステップ）。

【0057】

つぎに、足圧データ算出部４２が、ステップＳ１で取得された足圧分布データに基づいて、足の裏の各部位における時系列の足圧データを算出する（ステップＳ２：足圧データ算出ステップ）。これらの足圧データにより、被測定者が測定器具１０上で立っている間、足の裏の各部位にどの程度の力が入っていたかを評価することが可能となる。

【0058】

つづいて、角度変位データ算出部４３が、角速度データに基づいて、ロール軸およびピッチ軸に関する角度変位データを算出する（ステップＳ３：角度変位データ算出ステップ）。この角度変位データにより、被測定者が測定器具１０上で立っている間、測定器具１０がロール軸およびピッチ軸に関してどの程度傾いたかを評価することが可能となる。

【0059】

つぎに、測定器具１０が、ロール軸またはピッチ軸に関して揺動可能であれば（ステップＳ４：ＹＥＳ）、合計データ算出部４４が、ロール軸およびピッチ軸の二軸を合計した角速度データおよび角度変位データを算出する（ステップＳ５：合計データ算出ステップ）。これにより、ロール軸またはピッチ軸に関して揺動可能な測定器具１０であっても、被測定者が測定器具１０の揺動をどの程度制御できているかを判定することが可能となる。

【0060】

一方、ロール軸またはピッチ軸の一方に関してのみ揺動可能な測定器具１０であれば（ステップＳ４：ＮＯ）、合計する必要がないため、ステップＳ５はスキップしてもよい。ただし、ロール軸またはピッチ軸の一方に関してのみ揺動可能な測定器具１０であっても、他方の軸に関する角速度や角度変位がゼロになるだけであるから、合計データ算出部４４による算出値は同一となる。

【0061】

つづいて、揺れ協調性指数算出部４５が、ステップＳ１で取得された足圧中心データと、ステップＳ３で算出された角度変位データとに基づいて、揺れ協調性指数を算出する（ステップＳ６：揺れ協調性指数算出ステップ）。これにより、測定器具１０の揺れに合わせてどの程度身体の揺れを協調させられたかを示す指標である揺れ協調性指数が得られる。

【0062】

つぎに、部位荷重割合算出部４６が、ステップＳ２で算出された各部位における足圧データに基づいて、足の裏の各部位における部位荷重割合の平均値および最大値を算出する（ステップＳ７：部位荷重割合算出ステップ）。この部位荷重割合の平均値により、足の裏の各部位にどの程度荷重をかけているか、および足の裏にかかる荷重のバランス等を把握することが可能となる。また、部位荷重割合の最大値により、どの瞬間に最も荷重がかかっていたかを特定することができる。

【0063】

つづいて、姿勢保持能力指数を算出する場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、被測定者に測定器具１０上で所定の運動を行わせながら、測定データ取得部４１が、再度、角速度計１２から角速度データを取得する（ステップＳ９）。そして、姿勢保持能力指数算出部４７が、測定器具１０上で被測定者に所定の運動を行わせた場合における角速度データの測定時間内の平均値と、測定器具１０上で被測定者に姿勢を保持させた場合における角速度データの測定時間内の平均値とに基づいて、姿勢保持能力指数を算出する（ステップＳ１０：姿勢保持能力指数算出ステップ）。これにより、被測定者が揺動中にどの程度姿勢を保持できたかを示す指標である姿勢保持能力指数が得られる。

【0064】

最後に、解析結果出力部４８が、ステップＳ１で取得された時系列の角速度データ、ステップＳ３で算出された角度変位データ、ステップＳ６で算出された揺れ協調性指数、ステップＳ７で算出された母趾荷重割合、ステップＳ１０で算出された姿勢保持能力指数等の解析結果を表示手段２に出力する（ステップＳ１１：解析結果出力ステップ）。これにより、図４に示すように、表示手段２には、被測定者の測定時における時系列の角速度データ、時系列の角度変位データ、揺れ協調性指数、姿勢保持能力指数および部位荷重割合等が表示される。

【0065】

上記のような解析結果によれば、不安定な足場における被測定者のバランス能力や足の裏の使い方が客観的かつ正確に可視化される。このため、被測定者のバランス能力を高めるのに適切なトレーニングをカスタマイズしやすくなり、運動機能やパフォーマンスが効率的に向上する。

【0066】

例えば、揺れ協調性指数が低い場合は、被測定者が揺れを感知してから対応する運動を起こすまでの反応時間が遅いことが考えられる。このため、揺れを感知するための感覚を鍛えつつ、反応速度を高めるトレーニングを行うことで、運動機能やパフォーマンスの向上が期待される。

【0067】

また、ある部位の部位荷重割合が低い場合は、当該部位で荷重を受け切れていないことがわかる。このため、被測定者は、平地等にて当該部位へ荷重をかけるように意識する練習を行うことで、足の裏をバランスよく使えるようになることが見込まれる。なお、足の裏の部位を意識しにくい場合は、スポンジなどの刺激量を強調できる道具をその部位の下へ置くなど、刺激量を増やすとよい。

【0068】

さらに、ある部位の部位荷重割合が最大値となった瞬間が、被測定者自身が当該部位で踏ん張ったと感じた瞬間と一致しない場合、揺れに対する反応の自己感覚にズレがあることが考えられる。このため、感覚系のトレーニングを行うことによって自己感覚が研ぎ澄まされ、運動機能やバランス能力が向上する可能性がある。

【0069】

以上のような本実施形態によれば、以下のような作用効果を奏する。
１．不安定な足場におけるバランス能力や運動機能を測定することができる。
２．測定器具１０の揺れに合わせてどの程度身体の揺れを協調させられたかを示す指標として適切な揺れ協調性指数を算出することができる。
３．揺動中にどの程度姿勢を保持できたかを示す指標として適切な姿勢保持能力指数を算出することができる。
４．解析結果を感覚的に把握し易くすることができる。
５．不安定な足場における揺れをどの程度制御できているかを確認することができる。
６．ロール軸またはピッチ軸に関して揺動可能な測定器具１０であっても、被測定者が測定器具１０の揺動をどの程度制御できているかを判定することができる。
７．足の裏の使い方を適切に把握することができる。

【0070】

なお、本発明に係る運動機能測定プログラム１ａ、運動機能測定装置１、運動機能測定システム１００および運動機能測定方法は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。

【0071】

例えば、上述した本実施形態では、足圧分布計１１の上で被測定者を両足立ちさせて足圧データや角速度データを測定しているが、この構成に限定されるものではなく、運動能力の高いスポーツ選手等の被測定者については、片足で立たせた状態で測定してもよい。

【0072】

また、各種の解析結果に応じて、バランス能力や運動機能を向上させるトレーニング内容やアドバイスを予め記憶手段に記憶させておき、解析結果とともに表示手段等に出力させるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0073】

１ 運動機能測定装置
２ 表示手段
３ 記憶手段
４ 演算処理手段
１０ 測定器具
１１ 足圧分布計
１２ 角速度計
３１ プログラム記憶部
３２ 解析結果記憶部
４１ 測定データ取得部
４２ 足圧データ算出部
４３ 角度変位データ算出部
４４ 合計データ算出部
４５ 揺れ協調性指数算出部
４６ 部位荷重割合算出部
４７ 姿勢保持能力指数算出部
４８ 解析結果出力部
１００ 運動機能測定システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】