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(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】
(24)【登録日】2023-12-22
(45)【発行日】2024-01-05
(54)【発明の名称】姿勢安定用の補助装置
(51)【国際特許分類】
A61H 1/02 20060101AFI20231225BHJP
【ＦＩ】
A61H1/02 K
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020040301
(22)【出願日】2020-03-09
(65)【公開番号】P2021137504
(43)【公開日】2021-09-16
【審査請求日】2023-03-09
(73)【特許権者】
【識別番号】504182255
【氏名又は名称】国立大学法人横浜国立大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】島 圭介
(72)【発明者】
【氏名】上條 冬矢
(72)【発明者】
【氏名】坂田 茉実
【審査官】関本 達基
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－１６８５９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－００４９１０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｈ １／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
利用者の姿勢を安定させるために疑似的なライトタッチコンタクトを再現する姿勢安定用の補助装置であって、前記利用者の体の一部に装着可能な筐体と、
前記筐体が装着された部位に非周期的に変化する刺激を与える刺激付与部と
を備え、
前記刺激付与部は、乱数に基づいて前記刺激を変化させる
姿勢安定用の補助装置。
【請求項2】
前記刺激付与部は、前記筐体の振動により前記刺激を与える請求項１に記載の姿勢安定用の補助装置。
【請求項3】
前記刺激付与部は、前記振動の振幅を非周期的に変化させる請求項２に記載の姿勢安定用の補助装置。
【請求項4】
判定周期ごとに、前記乱数に基づいて前記刺激を変化させるか否かを判定する変化判定部を備え、前記刺激付与部は、前記刺激を変化させると判定された場合に、前記刺激を変化させる 請求項１に記載の姿勢安定用の補助装置。
【請求項5】
前記変化判定部によって前記刺激を変化させると判定される確率は、前記変化判定部によって前記刺激を変化させないと判定される確率より低い請求項４に記載の姿勢安定用の補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、利用者の姿勢を安定させるために用いられる姿勢安定用の補助装置に関する。
【背景技術】
【0002】
パーキンソン病などに代表される運動機能障害は姿勢動揺を増加させ、転倒事故を引き起こす原因となっている。転倒事故の大きな原因には立位バランス能力の低下が影響していることを鑑みれば、人間の姿勢制御機能の補助が必要である。
これに対し、体性感覚系の姿勢制御能力において固定点へ指先で軽く触れることが直立姿勢時の動揺を顕著に減少させることが知られている。この現象はライトタッチコンタクト（ＬＴＣ：Light Touch Contact)と呼ばれる。また、特許文献１には、人の周りに仮想的な壁を構成し、壁に触れた反力を振動刺激として指先に与えることで、ＬＴＣを仮想的に再現する発明が開示されている。
これに対し、体性感覚系の姿勢制御能力において固定点へ指先で軽く触れることが直立姿勢時の動揺を顕著に減少させることが知られている。この現象はライトタッチコンタクト（ＬＴＣ：Light Touch Contact)と呼ばれる。また、特許文献１には、人の周りに仮想的な壁を構成し、壁に触れた反力を振動刺激として指先に与えることで、ＬＴＣを仮想的に再現する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第６５３４０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、特許文献１に記載の発明によれば、仮想壁に触れるための随意的な指先の運動により、ＬＴＣを仮想的に再現する。一方で、ＬＴＣの効果は、指先を固定点に接触し続けた状態でも得ることができる。
本発明の目的は、随意的な運動を必ずしも必要とせずにＬＴＣの効果を得ることができる姿勢安定用の補助装置を提供することにある。
本発明の目的は、随意的な運動を必ずしも必要とせずにＬＴＣの効果を得ることができる姿勢安定用の補助装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の第１の態様によれば、姿勢安定用の補助装置は、利用者の姿勢を安定させるために疑似的なライトタッチコンタクトを再現する姿勢安定用の補助装置であって、前記利用者の体の一部に装着可能な筐体と、前記筐体が装着された部位に非周期的に変化する刺激を与える刺激付与部とを備える。
【0006】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係る姿勢安定用の補助装置において、前記刺激付与部は、前記筐体の振動により前記刺激を与えるものであってよい。
【0007】
本発明の第３の態様によれば、第２の態様に係る姿勢安定用の補助装置において、前記刺激付与部は、前記振動の振幅を非周期的に変化させるものであってよい。
【0008】
本発明の第４の態様によれば、第１から第３の何れかの態様に係る姿勢安定用の補助装置において、前記刺激付与部は、乱数に基づいて前記刺激を変化させるものであってよい。
【0009】
本発明の第５の態様によれば、第４の態様に係る姿勢安定用の補助装置が、判定周期ごとに、前記乱数に基づいて前記刺激を変化させるか否かを判定する変化判定部を備え、前記刺激付与部は、前記刺激を変化させると判定された場合に、前記刺激を変化させるものであってよい。
【0010】
本発明の第６の態様によれば、第５の態様に係る姿勢安定用の補助装置において、前記変化判定部によって前記刺激を変化させると判定される確率は、前記変化判定部によって前記刺激を変化させないと判定される確率より低いものであってよい。
【0011】
本発明の第７の態様によれば、第１から第３の何れかの態様に係る姿勢安定用の補助装置において、前記刺激付与部は、前記筐体の加速度に応じて前記刺激を変化させるものであってよい。
【0012】
本発明の第８の態様によれば、第１から第３の何れかの態様に係る姿勢安定用の補助装置において、前記刺激付与部は、前記筐体の加速度のノルムに応じて前記刺激を変化させるものであってよい。
【発明の効果】
【0013】
上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、利用者の体の一部に非周期的に変化する刺激を与えることで、利用者の随意的な運動を必ずしも必要とせずに利用者にＬＴＣの効果を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】第１の実施形態に係る補助装置の構成を示す概略図である。
【図2】第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図3】第１の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図4】第２の実施形態に係る補助装置の構成を示す概略図である。
【図5】第２の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図6】第２の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図7】少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
【図8】本発明の実施例に係る実験時の被験者の様子を示す写真である。
【図9】実験におけるＶＬＴＣタスクにおける第１筐体の加速度と振幅の関係を示す図である。
【図10】実験におけるＲＳタスクにおける第１筐体の加速度と振幅の関係を示す図である。
【図11】実験におけるＮＳタスクにおける第１筐体の加速度と振幅の関係を示す図である。
【図12】実験におけるＣＳタスクにおける第１筐体の加速度と振幅の関係を示す図である。
【図13】各タスクの足圧中心（ＣＯＰ）測定結果の一例を示す図である。
【図14】各評価指標の全被験者平均値をに示す図である。
【図15】全被験者のうち最もＬＴＣで姿勢動揺低減効果が得られた被験者の各評価指標の平均値を示す図である。
【図16】高齢被験者の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
〈第１の実施形態〉
《補助装置１００の構成》
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係る補助装置１００の構成を示す概略図である。
補助装置１００は、利用者の指先に刺激を与えて仮想的にＬＴＣを再現することで、利用者の姿勢の安定を補助するための装置である。
《補助装置１００の構成》
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係る補助装置１００の構成を示す概略図である。
補助装置１００は、利用者の指先に刺激を与えて仮想的にＬＴＣを再現することで、利用者の姿勢の安定を補助するための装置である。
【0016】
補助装置１００は、利用者の指先に装着可能な第１筐体１１０と、当該第１筐体１１０に設けられた振動子１２０と、振動子１２０に与える刺激を制御する制御装置１３０と、振動子１２０および制御装置１３０に電力を供給するバッテリ１４０と、制御装置１３０およびバッテリ１４０を収容する第２筐体１５０とを備える。
第１の実施形態における振動子１２０は、刺激付与部の一例であり、振動子１２０が振動することにより利用者の指先に対して刺激を与える。第２筐体１５０は、手首等に巻きつけられ、ケーブルによって振動子１２０と接続される。制御装置１３０の信号およびバッテリ１４０の電力は、ケーブルを介して振動子１２０に供給される。
第１の実施形態における振動子１２０は、刺激付与部の一例であり、振動子１２０が振動することにより利用者の指先に対して刺激を与える。第２筐体１５０は、手首等に巻きつけられ、ケーブルによって振動子１２０と接続される。制御装置１３０の信号およびバッテリ１４０の電力は、ケーブルを介して振動子１２０に供給される。
【0017】
《制御装置１３０のソフトウェア構成》
図２は、第１の実施形態に係る制御装置１３０の構成を示す概略ブロック図である。
制御装置１３０は、乱数発生部１３１、振動記憶部１３２、変化判定部１３３、信号生成部１３４、信号出力部１３５を備える。
図２は、第１の実施形態に係る制御装置１３０の構成を示す概略ブロック図である。
制御装置１３０は、乱数発生部１３１、振動記憶部１３２、変化判定部１３３、信号生成部１３４、信号出力部１３５を備える。
【0018】
乱数発生部１３１は、乱数を発生させる。乱数は、自然乱数であっても疑似乱数であってもよい。
振動記憶部１３２は、振動子１２０の現在の振動の振幅を記憶する。第１の実施形態において、振動子１２０の振動の振幅は、弱、中、強の三段階とする。各振幅の大きさは、振幅が切り替わったときに、ヒトがその変化を知覚し得る程度に異なる大きさに設定される。なお、第１の実施形態に係る弱の振幅は、ゼロより大きいものとする。
変化判定部１３３は、乱数発生部１３１が発生させた乱数に基づいて、振動子１２０の振動の振幅を変化させるか否かを判定する。また、変化判定部１３３は、振幅を変化させる場合に、乱数に基づいて当該振幅を決定する。
信号生成部１３４は、変化判定部１３３の判定結果に基づいて振動子１２０を所定の振幅で振動させるための信号を生成する。
信号出力部１３５は、信号生成部１３４が生成した信号を振動子１２０に出力する。
振動記憶部１３２は、振動子１２０の現在の振動の振幅を記憶する。第１の実施形態において、振動子１２０の振動の振幅は、弱、中、強の三段階とする。各振幅の大きさは、振幅が切り替わったときに、ヒトがその変化を知覚し得る程度に異なる大きさに設定される。なお、第１の実施形態に係る弱の振幅は、ゼロより大きいものとする。
変化判定部１３３は、乱数発生部１３１が発生させた乱数に基づいて、振動子１２０の振動の振幅を変化させるか否かを判定する。また、変化判定部１３３は、振幅を変化させる場合に、乱数に基づいて当該振幅を決定する。
信号生成部１３４は、変化判定部１３３の判定結果に基づいて振動子１２０を所定の振幅で振動させるための信号を生成する。
信号出力部１３５は、信号生成部１３４が生成した信号を振動子１２０に出力する。
【0019】
《制御装置１３０の動作》
図３は、第１の実施形態に係る制御装置１３０の動作を示すフローチャートである。
制御装置１３０は、所定の制御周期（例えば、３－１０ミリ秒）ごとに、図３に示す処理を実行する。
まず、乱数発生部１３１は、０以上９９以下の整数の乱数を発生させる（ステップＳ１）。変化判定部１３３は、振動記憶部１３２が記憶する振幅を参照し、現在の振幅を特定する（ステップＳ２）。
図３は、第１の実施形態に係る制御装置１３０の動作を示すフローチャートである。
制御装置１３０は、所定の制御周期（例えば、３－１０ミリ秒）ごとに、図３に示す処理を実行する。
まず、乱数発生部１３１は、０以上９９以下の整数の乱数を発生させる（ステップＳ１）。変化判定部１３３は、振動記憶部１３２が記憶する振幅を参照し、現在の振幅を特定する（ステップＳ２）。
【0020】
現在の振幅が弱である場合（ステップＳ２：弱）、変化判定部１３３は、ステップＳ１で発生させた乱数に基づいて振幅を変化させるか否かを判定する。具体的には、変化判定部１３３は、乱数が０以上９以下である場合に振幅を中に変化させると判定し、乱数が１０以上１９以下である場合に振幅を強に変化させると判定し、乱数が２０以上９９以下である場合に振幅を変化させないと判定する（ステップＳ３）。
現在の振幅が中である場合（ステップＳ２：中）、変化判定部１３３は、ステップＳ１で発生させた乱数に基づいて振幅を変化させるか否かを判定する。具体的には、変化判定部１３３は、乱数が０以上９以下である場合に振幅を弱に変化させると判定し、乱数が１０以上１９以下である場合に振幅を強に変化させると判定し、乱数が２０以上９９以下である場合に振幅を変化させないと判定する（ステップＳ４）。
現在の振幅が強である場合（ステップＳ２：強）、変化判定部１３３は、ステップＳ１で発生させた乱数に基づいて振幅を変化させるか否かを判定する。具体的には、変化判定部１３３は、乱数が０以上９以下である場合に振幅を弱に変化させると判定し、乱数が１０以上１９以下である場合に振幅を中に変化させると判定し、乱数が２０以上９９以下である場合に振幅を変化させないと判定する（ステップＳ５）。
つまり、変化判定部１３３は、９０％の確率で振幅を変化させず、１０％の確率で振幅を変化させる。
現在の振幅が中である場合（ステップＳ２：中）、変化判定部１３３は、ステップＳ１で発生させた乱数に基づいて振幅を変化させるか否かを判定する。具体的には、変化判定部１３３は、乱数が０以上９以下である場合に振幅を弱に変化させると判定し、乱数が１０以上１９以下である場合に振幅を強に変化させると判定し、乱数が２０以上９９以下である場合に振幅を変化させないと判定する（ステップＳ４）。
現在の振幅が強である場合（ステップＳ２：強）、変化判定部１３３は、ステップＳ１で発生させた乱数に基づいて振幅を変化させるか否かを判定する。具体的には、変化判定部１３３は、乱数が０以上９以下である場合に振幅を弱に変化させると判定し、乱数が１０以上１９以下である場合に振幅を中に変化させると判定し、乱数が２０以上９９以下である場合に振幅を変化させないと判定する（ステップＳ５）。
つまり、変化判定部１３３は、９０％の確率で振幅を変化させず、１０％の確率で振幅を変化させる。
【0021】
信号生成部１３４は、ステップＳ３－５の判定結果に従った振幅に係る信号を生成する（ステップＳ６）。また、信号生成部１３４は、ステップＳ３－５の判定結果に従った振幅の値を振動記憶部１３２に記憶させる（ステップＳ７）。信号出力部１３５は、ステップＳ６で生成した信号を、振動子１２０に出力する（ステップＳ８）。
【0022】
上記処理を繰り返し実行することで、負の二項分布に従った確率で非周期的に振動の振幅を変化させることができる。
つまり、制御装置１３０は、式（１）に従って振幅Ａｍ（ｔ）を決定する。
つまり、制御装置１３０は、式（１）に従って振幅Ａｍ（ｔ）を決定する。
【0023】
【数1】
【0024】
ただし、Ｎは、振幅の段階数（第１の実施形態では１－３）であり、ｎは１以上Ｎ以下の整数であり、ｒは確率変数であり、Ａｍａｘは最大振幅であり、Ａｎは確率変数ｒによって決まる振幅でありＡ０＝０である。
【0025】
このように、第１の実施形態によれば、補助装置１００は、第１筐体１１０が装着された部位に非周期的に変化する刺激を与えることができる。
【0026】
〈第２の実施形態〉
《補助装置１００の構成》
図４は、第２の実施形態に係る補助装置１００の構成を示す概略図である。
第２の実施形態に係る補助装置１００は、第１の実施形態の構成に加え、さらに加速度センサ１６０を備える。加速度センサ１６０は、第１筐体１１０の互いに直交する三軸に係る加速度を計測する。加速度センサ１６０は、第１筐体１１０に設けられる。加速度センサ１６０は、第２筐体１５０とケーブルによって接続される。加速度センサ１６０は、ケーブルを介してバッテリ１４０から電力の供給を受け、当該ケーブルを介して制御装置１３０に計測信号を出力する。
《補助装置１００の構成》
図４は、第２の実施形態に係る補助装置１００の構成を示す概略図である。
第２の実施形態に係る補助装置１００は、第１の実施形態の構成に加え、さらに加速度センサ１６０を備える。加速度センサ１６０は、第１筐体１１０の互いに直交する三軸に係る加速度を計測する。加速度センサ１６０は、第１筐体１１０に設けられる。加速度センサ１６０は、第２筐体１５０とケーブルによって接続される。加速度センサ１６０は、ケーブルを介してバッテリ１４０から電力の供給を受け、当該ケーブルを介して制御装置１３０に計測信号を出力する。
【0027】
《制御装置１３０のソフトウェア構成》
図５は、第２の実施形態に係る制御装置１３０の構成を示す概略ブロック図である。
第２の実施形態に係る制御装置１３０は、信号取得部２３１、ノルム算出部２３２、振幅決定部２３３、信号生成部２３４、信号出力部２３５を備える。
図５は、第２の実施形態に係る制御装置１３０の構成を示す概略ブロック図である。
第２の実施形態に係る制御装置１３０は、信号取得部２３１、ノルム算出部２３２、振幅決定部２３３、信号生成部２３４、信号出力部２３５を備える。
【0028】
信号取得部２３１は、加速度センサ１６０の計測信号を取得し、三軸それぞれの加速度を特定する。
ノルム算出部２３２は、信号取得部２３１が特定した三軸それぞれの加速度に基づいて加速度ノルムを算出する。
振幅決定部２３３は、ノルム算出部２３２が算出した加速度ノルムに基づいて、振動子１２０の振幅を決定する。
信号生成部２３４は、振幅決定部２３３が決定した振幅で振動子１２０を振動させるための信号を生成する。
信号出力部２３５は、信号生成部２３４が生成した信号を振動子１２０に出力する。
ノルム算出部２３２は、信号取得部２３１が特定した三軸それぞれの加速度に基づいて加速度ノルムを算出する。
振幅決定部２３３は、ノルム算出部２３２が算出した加速度ノルムに基づいて、振動子１２０の振幅を決定する。
信号生成部２３４は、振幅決定部２３３が決定した振幅で振動子１２０を振動させるための信号を生成する。
信号出力部２３５は、信号生成部２３４が生成した信号を振動子１２０に出力する。
【0029】
《制御装置１３０の動作》
図６は、第２の実施形態に係る制御装置１３０の動作を示すフローチャートである。
制御装置１３０は、所定の制御周期（例えば、３－１０ミリ秒）ごとに、図６に示す処理を実行する。
まず、信号取得部２３１は、加速度センサ１６０から計測信号を取得し、三軸それぞれの加速度を特定する（ステップＳ２１）。ノルム算出部２３２は、特定された加速度に基づいて、以下の式（２）により加速度ノルムＮａを算出する（ステップＳ２２）。
図６は、第２の実施形態に係る制御装置１３０の動作を示すフローチャートである。
制御装置１３０は、所定の制御周期（例えば、３－１０ミリ秒）ごとに、図６に示す処理を実行する。
まず、信号取得部２３１は、加速度センサ１６０から計測信号を取得し、三軸それぞれの加速度を特定する（ステップＳ２１）。ノルム算出部２３２は、特定された加速度に基づいて、以下の式（２）により加速度ノルムＮａを算出する（ステップＳ２２）。
【0030】
【数2】
【0031】
ここで、ａｘ、ａｙ、ａｚは、それぞれ加速度センサ１６０によるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に係る加速度の計測値である。
【0032】
次に、振幅決定部２３３は、ステップＳ２２で算出したノルムを用いて、以下の式（３）により振幅Ａｍ″（ｔ）を決定する（ステップＳ２３）。
【0033】
【数3】
【0034】
ここで、ｋおよびＮ０は定数である。Ｎ０は、例えば加速度センサ１６０のキャリブレーションによって決定される加速度ノルムの初期値であってよい。すなわち、振幅決定部２３３は、振動の振幅を、第１筐体１１０の加速度ノルムＮａと定数Ｎ０との和の絶対値に応じた値に決定する。
【0035】
信号生成部２３４は、ステップＳ２３で決定された振幅に係る信号を生成する（ステップＳ２４）。また、信号出力部２３５は、ステップＳ２４で生成した信号を、振動子１２０に出力する（ステップＳ２５）。
【0036】
このように、第１の実施形態によれば、補助装置１００は、第１筐体１１０が装着された部位に身体の揺らぎによる非周期的に変化する刺激を与えることができる。
【0037】
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。
例えば、上述した実施形態では、刺激付与部の例として振動子１２０を用いる場合について説明したが、これに限られない。例えば、電気刺激を与える導子、ジャイロ機構、触覚ディスプレイなどその他の刺激を与える構成を用いても良い。
例えば、上述した実施形態では、刺激付与部の例として振動子１２０を用いる場合について説明したが、これに限られない。例えば、電気刺激を与える導子、ジャイロ機構、触覚ディスプレイなどその他の刺激を与える構成を用いても良い。
【0038】
また、上述した実施形態では、第１筐体１１０を利用者の指先に装着する場合について説明したが、これに限られず、第１筐体１１０は他の部位に装着される物であっても良い。
【0039】
また、第２の実施形態では、振幅決定部２３３が第１筐体１１０の加速度に基づいて振動子１２０の振動の振幅を決定する場合について説明したが、これに限られない。例えば、振幅決定部２３３は、第１筐体１１０の変位や速度に基づいて振幅を決定してもよい。
【0040】
また、第２の実施形態では、制御装置１３０は、常に図５の手順により振動子１２０の振動の振幅を決定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、制御装置１３０は、第１筐体１１０の加速度または加速度の変化量が所定の閾値未満である場合（随意的な運動でないと判断される場合）に、上述の図５の手順により振動の振幅を決定し、第１筐体１１０の加速度または加速度の変化量が所定の閾値以上である場合（随意的な運動であると判断される場合）に、特許文献１に記載の手法などによって振動の振幅を決定してもよい。例えば、振幅決定部２３３は、第１筐体１１０の加速度または加速度の変化量が所定の閾値以上である場合において、基準部位である体幹から第１筐体１１０までの距離が閾値以上である場合に、振幅を正の値に決定し、距離が閾値未満である場合に振幅をゼロに決定してもよい。
【0041】
なお、第２の実施形態に係る定数Ｎ０を加速度ノルムの初期値以外の値としてもよい。この場合、式（３）によって振幅を決定することで、利用者の指先がほぼ静止している場合にも、振動を与え続けることができる。なお、利用者の指先の加速度ノルムが定数Ｎ０と一致する場合には振動が停止するが、定数Ｎ０が加速度ノルムの初期値でない場合、加速度ノルムが定数Ｎ０と一致する状態が長時間継続する可能性は限りなく低いため、第２の実施形態によれば、振動子１２０はほぼ絶えず振動し続ける。
【0042】
〈コンピュータ構成〉
図７は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ３００は、プロセッサ３０１、メインメモリ３０２、ストレージ３０３、インタフェース３０４を備える。
上述の制御装置１３０は、コンピュータ３００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ３０３に記憶されている。プロセッサ３０１は、プログラムをストレージ３０３から読み出してメインメモリ３０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ３０１は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ３０２に確保する。プロセッサ３０１の例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、マイクロプロセッサなどが挙げられる。
図７は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ３００は、プロセッサ３０１、メインメモリ３０２、ストレージ３０３、インタフェース３０４を備える。
上述の制御装置１３０は、コンピュータ３００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ３０３に記憶されている。プロセッサ３０１は、プログラムをストレージ３０３から読み出してメインメモリ３０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ３０１は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ３０２に確保する。プロセッサ３０１の例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、マイクロプロセッサなどが挙げられる。
【0043】
なお、他の実施形態においては、コンピュータ３００は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサ３０１によって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。このような集積回路も、プロセッサの一例に含まれる。
【0044】
ストレージ３０３の例としては、半導体メモリ、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク等が挙げられる。ストレージ３０３は、インタフェース３０４または通信回線を介してコンピュータ３００に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ３００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ３００が当該プログラムをメインメモリ３０２に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ３０３は、一時的でない有形の記憶媒体である。
【実施例】
【0045】
ここで、第１の実施形態および第２の実施形態に係る補助装置１００の実施例について説明する。
補助装置１００の有効性を確認するため、健常若年者６名（平均年齢２２．０±１．５歳）および健常高齢者１名（年齢：６３歳）に対して第１実施形態および第２実施形態による補助装置１００を用いた姿勢保持効果の検証を行った。
補助装置１００の有効性を確認するため、健常若年者６名（平均年齢２２．０±１．５歳）および健常高齢者１名（年齢：６３歳）に対して第１実施形態および第２実施形態による補助装置１００を用いた姿勢保持効果の検証を行った。
【0046】
図８は、本発明の実施例に係る実験時の被験者の様子を示す写真である。
実験では、フォースプレート（ＴＦ－３０４０、テック技研社製、サンプリング周波数：５ｋＨｚ）２台を使用した。被験者には利き手の第２指の指腹付近に振動子１２０が位置するように第１筐体１１０を取り付け、隙間なく並べた２台のフォースプレート上に目を閉じた状態でタンデム（片足のかかとにもう片足の第１指をつけた立位）姿勢をとらせ、以下のタスクを実行させた。
（ａ）自然にタンデム姿勢をとる（ＮＣ）
（ｂ）ハンガーラックにテープで張り付けた紙を軽く触り続けるタスク（ＬＴＣ）
（ｃ）特許文献１に記載の装置を使用するタスク（ＶＬＴＣ）
（ｄ）第１の実施形態に係る補助装置１００を使用するタスク（ＲＳ：Random Stimulation、式（５）においてＮ＝３）
（ｅ）第２の実施形態に係る補助装置１００を使用するタスク（ＮＳ：Norm Stimulation）
（ｆ）指先に一定振幅の振動刺激を与え続けるタスク（ＣＳ）
実験では、フォースプレート（ＴＦ－３０４０、テック技研社製、サンプリング周波数：５ｋＨｚ）２台を使用した。被験者には利き手の第２指の指腹付近に振動子１２０が位置するように第１筐体１１０を取り付け、隙間なく並べた２台のフォースプレート上に目を閉じた状態でタンデム（片足のかかとにもう片足の第１指をつけた立位）姿勢をとらせ、以下のタスクを実行させた。
（ａ）自然にタンデム姿勢をとる（ＮＣ）
（ｂ）ハンガーラックにテープで張り付けた紙を軽く触り続けるタスク（ＬＴＣ）
（ｃ）特許文献１に記載の装置を使用するタスク（ＶＬＴＣ）
（ｄ）第１の実施形態に係る補助装置１００を使用するタスク（ＲＳ：Random Stimulation、式（５）においてＮ＝３）
（ｅ）第２の実施形態に係る補助装置１００を使用するタスク（ＮＳ：Norm Stimulation）
（ｆ）指先に一定振幅の振動刺激を与え続けるタスク（ＣＳ）
【0047】
なお、予備実験により、タンデム姿勢において腕の姿勢の違いや補助装置１００の装着が姿勢同様に与える影響が小さいことを確認されたため、ＮＣ条件のみ、自然なタンデム姿勢を維持するために腕を下した状態を指示し、補助装置１００は指先に振動刺激を与える（ｃ）－（ｆ）条件のみで装着した。
【0048】
計測回数は各１０試行とし，各試行３０秒で各条件を無作為な順序で実施・計測した。また疲労が実験結果に与える影響を考慮し、各試行の間には被験者に十分な休憩をとらせた。姿勢の安定性評価にはフォースプレートを用いて計測した足圧中心（center of pressure ：ＣＯＰ）に対して，総軌跡長ＬＣＯＰ、前額面／矢状面方向の標準偏差σｘ、σｙ、標準偏差σＣＯＰ、前額面／矢状面方向の振幅ｘａｍｐ、ｙａｍｐ、矩形面積Ｓｒｅｘｔ、実効値面積Ｓｒｍｓ、標準偏差面積Ｓσの９個の指標を用いた。これらの指標は、出村慎一ら「静止立位姿勢における足圧中心同様の評価変数の検討～試行間信頼性と変数相互の関係の観点から～、Equilibrium Res、60(1)、pp.44-45、2001年」を参考に決定した。
【0049】
図９は、実験におけるＶＬＴＣタスクにおける第１筐体１１０の加速度と振幅の関係を示す図である。
図１０は、実験におけるＲＳタスクにおける第１筐体１１０の加速度と振幅の関係を示す図である。
図１１は、実験におけるＮＳタスクにおける第１筐体１１０の加速度と振幅の関係を示す図である。
図１２は、実験におけるＣＳタスクにおける第１筐体１１０の加速度と振幅の関係を示す図である。
図１０は、実験におけるＲＳタスクにおける第１筐体１１０の加速度と振幅の関係を示す図である。
図１１は、実験におけるＮＳタスクにおける第１筐体１１０の加速度と振幅の関係を示す図である。
図１２は、実験におけるＣＳタスクにおける第１筐体１１０の加速度と振幅の関係を示す図である。
【0050】
図９に示すように、ＶＬＴＣタスクでは、被験者の指先の３軸加速度（ａｘ、ａｙ、ａｚ）から一定周期での手振り運動が確認でき、加速度ノルムが点線で示される閾値以上になった際に仮想反力が推定され、振動がフィードバックされている。
【0051】
一方、ＲＳタスク、ＮＳタスク、およびＣＳタスクにおいては、指先の３軸加速度から手振り運動がないことがわかる。
図１０に示すように、ＲＳタスクでは指先の加速度ノルムに関係なく振動振幅がランダムに３段階に変動している。
図１１に示すように、ＮＳタスクでは身体の揺れに応じて変動した加速度ノルムＮａとキャリブレーション後の加速度ノルムの初期値Ｎ０（図中の点線）との絶対値差分に比例して振動振幅が変動している。
図１２に示すように、ＣＳタスクでは指先の加速度ノルムに関係なく一定振幅で振動が与え続けられていることが確認できる。
図１０に示すように、ＲＳタスクでは指先の加速度ノルムに関係なく振動振幅がランダムに３段階に変動している。
図１１に示すように、ＮＳタスクでは身体の揺れに応じて変動した加速度ノルムＮａとキャリブレーション後の加速度ノルムの初期値Ｎ０（図中の点線）との絶対値差分に比例して振動振幅が変動している。
図１２に示すように、ＣＳタスクでは指先の加速度ノルムに関係なく一定振幅で振動が与え続けられていることが確認できる。
【0052】
図１３は、各タスクの足圧中心（ＣＯＰ）測定結果の一例を示す図である。
図１３は各タスクで得られた３０秒間のＣＯＰ軌跡の一例であり、横軸が前額面座標であり、縦軸が矢状面座標である。図１３より，ＮＣ条件においては計測時間中のＣＯＰの動揺面積が大きくなり（図１３（ａ）），実際の紙に触れるＬＴＣ（図１３（ｂ））およびＶＬＴＣ（図１３（ｃ））条件において姿勢動揺が小さくなっている。また、第１の実施形態（ＲＳ）および第２の実施形態（ＮＳ）に係る振動刺激（図１３（ｄ）、（ｅ））に関してもＮＣ条件と比較して重心動揺が低減していることが確認され、ＣＳ条件（図１３（ｆ））よりもその効果が大きいことが分かる。
図１３は各タスクで得られた３０秒間のＣＯＰ軌跡の一例であり、横軸が前額面座標であり、縦軸が矢状面座標である。図１３より，ＮＣ条件においては計測時間中のＣＯＰの動揺面積が大きくなり（図１３（ａ）），実際の紙に触れるＬＴＣ（図１３（ｂ））およびＶＬＴＣ（図１３（ｃ））条件において姿勢動揺が小さくなっている。また、第１の実施形態（ＲＳ）および第２の実施形態（ＮＳ）に係る振動刺激（図１３（ｄ）、（ｅ））に関してもＮＣ条件と比較して重心動揺が低減していることが確認され、ＣＳ条件（図１３（ｆ））よりもその効果が大きいことが分かる。
【0053】
図１４は、各評価指標の全被験者平均値をに示す図である。図１４の縦軸はＮＣ条件の平均値で正規化した値である。結果から総軌跡長ＬＣＯＰ、矢状面方向の標準偏差σｙ、振幅ｙａｍｐでは全タスク間で差異は見られなかったが、標準偏差σＣＯＰ、前額面方向の標準偏差σｘ、振幅ｘａｍｐおよび３つの面積指標でＶＬＴＣタスク、ＲＳタスク、およびＮＳタスクは、ＮＣタスクと比較して低減が見られた。
【0054】
図１５は、全被験者のうち最もＬＴＣで姿勢動揺低減効果が得られた被験者の各評価指標の平均値を示す図である。図１５より、総軌跡長を除くすべての指標で値が減少しているのが見てとれる。Ｈｏｌｍ法で多重比較検定を行った結果、特に前額面方向の指標（σｘ、ｘａｍｐ）や面積指標（Ｓｒｅｃｔ、Ｓｒｍｓ、Ｓσ）において，ＮＣ－ＶＬＴＣ、ＮＣ－ＲＳ、ＮＣ－ＮＳ間で有意水準０．１～５％で有意差が認められた。
【0055】
【0056】
ここで標準偏差面積Ｓσに着目すると，ＮＣタスクと比較してＶＬＴＣタスクにおいてｐ＝０．０００２８で有意水準０．１％を満たし、ＲＳタスクにおいてｐ＝０．００２０３、ＮＳタスクにおいてｐ＝０．００７１８で有意水準１％で有意差が認められた。一方でＬＴＣタスクではＮＣ条件との有意差は標準偏差面積Ｓσのみであったことからも、提案法がより効果的に指先への注意力を向上させ、ＬＴＣ現象の効果を与えることが分かる。
【0057】
また、図１４に示すように、高齢被験者の結果から，ＮＣと比較して第１の実施形態に係るＲＳタスクで最も指標値が減少していることがわかる。このことから、高齢者に対してはＬＴＣ条件における紙からのわずかな反力の揺らぎよりも振動刺激に揺らぎ与えてフィードバックする提案法の方が指先への注意力が向上し姿勢動揺の低減効果が得られる可能性があることが分かる。また、図１３などに示すように、一定の刺激を与え続けるＣＳタスクでは、重心動揺の低減効果が低いことが分かる。これは、常に一定の刺激が与えられることで被験者が刺激に慣れ、指先への注意力が維持されないことと考察できる。これに対し、第１の実施形態および第２の実施形態に係る補助装置１００（ＲＳタスクおよびＮＳタスク）によれば、非周期的に変化する刺激を与えることで、被験者が刺激に慣れることなく、指先への注意力を維持させることができ、継続的に重心動揺の低減を図ることができる。
【符号の説明】
【0058】
１００ 補助装置
１１０ 第１筐体
１２０ 振動子
１３０ 制御装置
１４０ バッテリ
１５０ 第２筐体
１３１ 乱数発生部
１３２ 振動記憶部
１３３ 変化判定部
１３４ 信号生成部
１３５ 信号出力部
１６０ 加速度センサ
２３１ 信号取得部
２３２ ノルム算出部
２３３ 振幅決定部
２３４ 信号生成部
２３５ 信号出力部
３００ コンピュータ
３０１ プロセッサ
３０２ メインメモリ
３０３ ストレージ
３０４ インタフェース
１１０ 第１筐体
１２０ 振動子
１３０ 制御装置
１４０ バッテリ
１５０ 第２筐体
１３１ 乱数発生部
１３２ 振動記憶部
１３３ 変化判定部
１３４ 信号生成部
１３５ 信号出力部
１６０ 加速度センサ
２３１ 信号取得部
２３２ ノルム算出部
２３３ 振幅決定部
２３４ 信号生成部
２３５ 信号出力部
３００ コンピュータ
３０１ プロセッサ
３０２ メインメモリ
３０３ ストレージ
３０４ インタフェース
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
