JP2003038469A

JP2003038469A - 運動機能測定装置および運動機能測定システム

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Publication number: JP2003038469A
Application number: JP2001353935A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Ota; 茂太田; Tomohiro Tanigawa; 智宏谷川; Toshio Kishimoto; 俊夫岸本; Mitsushiro Nagao; 光城長尾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2003-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で正確な運動強度や平衡機能の測定
が可能な運動機能測定装置および運動機能測定システム
を提供すること。【解決手段】運動機能測定装置１０は、身体の揺れを検
出する多軸加速度計１１、検出された加速度情報を運動
強度に換算する制御ユニット１２、記憶ユニット１３、
インターフェイスユニット１４を含み、更に装置１０の
出力データを蓄積し、統計処理等を行う運動機能解析装
置３０を備える。本装置を身体に装着して、歩行および
走行に伴う身体の揺れを多軸加速度計で捉え、これを運
動強度に換算することによって、簡単な構成で定量的な
運動強度や平衡機能を容易に測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は運動機能測定装置お
よび運動機能測定システムに関し、特に簡単な構成で運
動強度や平衡機能の測定が可能な運動機能測定装置およ
び運動機能測定システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、正確な運動強度（エネルギー消費
量）の計測法としては、吸気と呼気のガス成分から最大
酸素摂取量を求め、この値を基準とした％最大酸素摂取
量が用いられている。しかし、測定が面倒であるため、
各人の％最大酸素摂取量と心拍数の関係に再現性が見ら
れることから、この心拍数をパラメータとして測定する
ことがしばしば行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、心拍数の測
定は％最大酸素摂取量の測定と比べると測定は簡単であ
るが、心拍数と運動強度との相関には個人差や遅延等が
あり、リアルタイムに正確な運動強度の測定ができない
という問題点があった。

【０００４】本発明の目的は、前記のような従来技術の
問題点を解決し、簡単な構成で正確な運動強度や平衡機
能の測定が可能な運動機能測定装置および運動機能測定
システムを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】運動時の身体の揺れは上
下方向だけではなく前後方向や左右方向の成分も存在す
る。実験によればこの成分比はある種の身体特性を表し
ており、当然ながら個人差が大きい。また、単一の人に
注目しても、歩行と走行では様相が異なるので、単軸で
しかも限られた状況下で測定した情報のみを運動強度の
指標として用いることは適切ではない。

【０００６】そこで、本発明の運動機能測定装置は、身
体の揺れを検出する多軸加速度検出手段と、前記多軸加
速度検出手段において検出された加速度情報を運動強度
に換算する換算手段とを含むことを特徴とする。また、
算出された各軸の運動強度の比率から平衡機能を示す指
標を求める平衡機能指標算出手段を備えた点にも特徴が
ある。更に、本発明の運動機能測定システムは、上記の
運動機能測定装置と、その出力を蓄積し、統計処理等を
行う運動機能解析装置からなる点に特徴がある。

【０００７】本発明者による実験の結果、歩行および走
行に伴う身体の揺れ、即ち加速度振幅を処理した値は運
動強度や平衡機能と強い相関のあることが判明した。そ
して、この判明した事項に基づく本発明の運動機能測定
装置においては、歩行および走行に伴う身体の揺れの変
化量を多軸加速度計で捉え、これを処理装置によって運
動強度に換算することによって、定量的な運動強度や平
衡機能を容易に測定できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。図１は、本発明を適用したシステム全体の
構成を示すブロック図である。運動機能測定装置１０に
は、公知の２軸あるいは３軸の多軸加速度計１１、例え
ばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート等を備えた周
知の１チップコンピュータからなる制御ユニット１２、
例えばフラッシュＲＯＭ等から記憶ユニット１３、公知
の無線あるいは有線のインタフェースユニット１４が備
えられている。運動機能測定装置１０は、例えば電池で
駆動され、腰など人体に装着して使用される。

【０００９】次に、運動機能測定装置１０の機能につい
て説明する。運動機能測定装置１０においては、多軸加
速度計１１で測定した値を後述する６種類の方法のいず
れかで処理して、その結果を運動強度の指標とする。ま
た、各軸の計測値（運動強度）の比率も運動機能や平衡
機能の指標とする。

【００１０】なお、多軸とは２軸または３軸を意味し、
２軸加速度計を用いる場合は、その軸が上下と前後方向
を指すように身体に取り付ける、つまり、加速度計を組
み込んだ測定器を左右の腰に装着するものとする。ま
た、３軸加速度計を用いる場合は、その軸が上下、前
後、左右方向を指すように測定器を身体に取り付ける。
この場合、測定器の装着部位としては、身体の重心に近
い部分、例えば、背中側の仙骨周辺か、腹側の臍周辺が
望ましい。

【００１１】なお、センサに搭載されている多軸加速度
計の直交座標軸と上述の計測軸との関係は装着方法を規
定しない限り一致しないので、以下の説明は上下、前
後、左右軸という言葉を用いて行う。また、２軸加速度
計を使用している場合は左右方向の加速度成分が０であ
るとみなす。なお、下記の文中の一定時間は用途によっ
て異なる値を使用する。例えば、瞬時の運動強度を求め
る場合は１分程度、長時間にわたる測定時には15分程度
と想定している。

【００１２】図３は、制御ユニットにおける第１実施例
の処理内容を示すフローチャートである。第１実施例
は、平均加速度振幅を求めるものである。まず、各軸に
ついて１歩または２歩毎に加速度の最大値と最小値を見
つけ、両者の差、つまり加速度振幅を求め、その一定時
間内の平均値を求める。次に、各軸の平均加速度振幅を
要素とするベクトルの大きさ、つまり絶対値をその時間
帯における運動強度（IEaa）とする。単位は(m/s²)であ
る。なお図３において、Ｓ１０〜Ｓ１４、Ｓ１５〜Ｓ１
９、Ｓ２０〜Ｓ２４の処理は時分割多重処理され、見か
け上同時に処理される（他の実施例も同じ）。

【００１３】Ｓ１０（Ｓ１５、Ｓ２０）においては、上
下（前後、左右）軸の加速度値を一定時間（例えば１分
間）サンプリングする。Ｓ１１（Ｓ１６、Ｓ２１）にお
いては、区域内の高域周波数をカットして平滑化する。
但し、この処理は波形に混入した雑音が少ない場合には
省略してもよい。Ｓ１２（Ｓ１７、Ｓ２２）において
は、区域内のドミナント周波数をＦＦＴ（高速フーリエ
変換）で見つける。なお、ドミナント周波数は振幅が最
も大きい軸だけについて求め、他の軸についてもその値
を採用してもよいし、全軸について求め平均した値を各
軸の値として採用してもよい。

【００１４】Ｓ１３（Ｓ１８、Ｓ２３）においては、上
記のドミナント周波数情報を基に区域内の波形の山と谷
を検出し、振幅を求める。図２は、各実施例の処理方法
を示す説明図である。図２（ａ）は第１実施例の処理方
法を示す説明図であり、Ｓ１３においては、図示するよ
うな加速度の振幅ａを求める。

【００１５】Ｓ１４（Ｓ１９、Ｓ２４）においては、上
下（前後、左右）軸の平均加速度振幅を求め、ａ_ud（ａ
_fr、ａ_rl）とする。Ｓ２５においては、図３のＳ２５の
ブロック内に示した式を用いて各軸の平均加速度振幅を
要素とするベクトルの大きさＩＥaaを求める。Ｓ２６に
おいては、上記の値ＩＥ_aaを時間帯ｉのデータとして記
憶ユニット１３に蓄積する。

【００１６】図４は、制御ユニットにおける第２実施例
の処理内容を示すフローチャートである。第２実施例
は、加速度振幅を１歩または２歩の時間によって正規化
した平均正規化加速度振幅を求めるものである。まず、
各軸について１歩または２歩毎に加速度の最大値と最小
値を見つけて両者の差である加速度振幅を求めると同時
に、その１歩または２歩移動するのに要した時間を求
め、前者を後者で除して正規化した加速度振幅を計算
し、更に、この値の一定時間内の平均値を求める。次
に、各軸の平均加速度振幅を要素とするベクトルの大き
さを、その時間帯における運動強度（IE_na）とする。単
位は(m/s³)である。

【００１７】Ｓ３０（Ｓ３７、Ｓ４４）においては、上
下（前後、左右）軸の加速度値を一定時間サンプリング
する。Ｓ３１（Ｓ３８、Ｓ４５）においては、区域内の
高域周波数をカットして平滑化する。但し、この処理は
波形に混入した雑音が少ない場合には省略してもよい。
Ｓ３２（Ｓ３９、Ｓ４６）においては、区域内のドミナ
ント周波数をＦＦＴ（高速フーリエ変換）で見つける。
なお、ドミナント周波数は振幅が最も大きい軸だけにつ
いて求め、他の軸についてもその値を採用してもよい
し、全軸について求め平均した値を各軸の値として採用
してもよい。

【００１８】Ｓ３３（Ｓ４０、Ｓ４７）においては、上
記の情報を基に区域内の波形の山と谷を検出し、振幅を
求める。Ｓ３３（Ｓ４０、Ｓ４７）においては、上記の
情報を基に区域内の波形の山と谷を検出し、振幅を求め
る。Ｓ３４（Ｓ４１、Ｓ４８）においては、上下（前
後、左右）軸の加速度振幅を求め、ａ_ud（ａ_fr、ａ_rl）
とする。Ｓ３５（Ｓ４２、Ｓ４９）においては、その時
の山と山の間隔を求め、ｔ_ud（ｔ_fr、ｔ_rl）とする。

【００１９】図２（ｂ）は第２実施例の処理方法を示す
説明図であり、Ｓ３４、３５においては、図示するよう
な加速度の振幅ａおよび時間間隔（周期）ｔを求める。
Ｓ３６（Ｓ４３、Ｓ５０）においては、上下（前後、左
右）軸の正規化加速度振幅ａ／ｔを求めた後、区間内の
平均値ｎ_ud（ｎ_fr、ｎ_rl）を求める。Ｓ５１において
は、図４のＳ５１のブロック内に示した式を用いて各軸
の平均加速度振幅を要素とするベクトルの大きさIE_naを
求める。Ｓ５２においては、上記の値ＩＥ _naを時間帯ｉ
のデータとして記憶ユニット１３に蓄積する。

【００２０】第２実施例においては、加速度振幅値を歩
行または走行時の周期で正規化するので、第１実施例よ
りも歩行または走行速度の違いによる運動強度の差をよ
り正確に反映することができる。

【００２１】図５は、制御ユニットにおける第３実施例
の処理内容を示すフローチャートである。第２実施例で
は、１歩または２歩の振幅を、それに要した時間で除し
て正規化した後に平均している。この１歩分のデータを
抽出する作業は、振幅変化が明瞭な高速走行時には容易
であり、コンピュータによる自動判定も可能であるが、
摺り足に代表される低速歩行時には肉眼での切り出しも
困難になる。

【００２２】しかし、第１実施例で述べた加速度振幅の
平均値は、１歩分のデータ切出時に多少の誤りがあった
としても、波形の山と谷さえ識別できれば正しい結果が
得られるので、第２実施例よりも実用性が高い。

【００２３】そこで、第３実施例においては、まず第１
実施例の方法で各軸の一定時間内の平均振幅を求め、こ
れに同区間内のデータを用いたＦＦＴによって得られた
ドミナント周波数（１歩進むのに要する時間の逆数）を
乗じることで、平均正規化加速度振幅を求めている。な
お、ドミナント周波数は振幅が最も大きい軸だけについ
て求め、他の軸についてもその値を採用してもよいし、
全軸について求め平均した値を各軸の値として採用して
もよい。

【００２４】Ｓ６０（Ｓ６５、Ｓ７０）においては、上
下（前後、左右）軸の加速度値を一定時間（例えば１分
間）サンプリングする。Ｓ６１（Ｓ６６、Ｓ７１）にお
いては、区域内の高域周波数をカットして平滑化する。
但し、この処理は波形に混入した雑音が少ない場合には
省略してもよい。Ｓ６２（Ｓ６７、Ｓ７２）において
は、区域内のドミナント周波数をＦＦＴ（高速フーリエ
変換）で見つけ、ｆ_ud（ｆ_fr、ｆ_rl）とする。なお、ド
ミナント周波数は振幅が最も大きい軸だけについて求
め、他の軸についてもその値を採用してもよいし、全軸
について求め平均した値を各軸の値として採用してもよ
い。これらの場合はｆ_ud＝ｆ_fr＝ｆ_rlとみなす。

【００２５】Ｓ６３（Ｓ６８、Ｓ７３）においては、上
下軸の加速度振幅の平均値を求め、ａ_udとする。Ｓ６４
（Ｓ６９、Ｓ７４）においては、それぞれ図示した式を
用いて上下（前後、左右）軸の平均正規化加速度振幅ｎ
_ud（ｎ_fr、ｎ_rl）を求める。

【００２６】Ｓ７５においては、図５のＳ７５のブロッ
ク内に示した式を用いて平均正規化加速度振幅のベクト
ルの大きさIE_naaaを求める。Ｓ７６においては、上記の
値ＩＥ_naaaを時間帯ｉのデータとして記憶ユニット１３
に蓄積する。

【００２７】図６は、制御ユニットにおける第４実施例
の処理内容を示すフローチャートである。第４実施例
は、加速度積算値を求めるものである。第４実施例にお
いては、各軸について、加速度のサンプリング時の計測
値の絶対値にサンプリング間隔時間を乗じた値を一定時
間積算してゆく。

【００２８】垂直方向には重力加速度が常に作用してい
るので、これを差引く必要があるが、加速度計の測定軸
は常に変化しているから、現実的対処方法として、上下
方向と決めた軸の測定値からのみ重力加速度成分を差し
引き、その後に積算を行う。次に、各軸の加速度積算値
を要素とするベクトルの大きさを、その時間帯における
運動強度（IE_ti）とする。単位は(m/s)である。

【００２９】Ｓ８０においては、上下軸の加速度値を一
定時間（例えば１分間）サンプリングし、重力加速度(1
G)を引いた値の絶対値を加算する。また、Ｓ８２（Ｓ８
４）においては、前後（左右）軸の加速度値を一定時間
サンプリングし、その絶対値を加算する。なお、積算時
間が短い時は、区域内高域周波数を取り除いて平滑化す
る。Ｓ８１（Ｓ８３、Ｓ８５）においては、上記の値に
サンプリング間隔の時間を乗じて、上下（前後、左右）
軸の加速度積算値ｓ_ud（ｓ_fr、ｓ_rl）とする。

【００３０】図２（ｃ）は第４実施例の処理方法を示す
説明図であり、Ｓ８１（Ｓ８３、Ｓ８５）においては、
図示するような加速度の積算値（面積）ｓを求める。Ｓ
８６においては、図６のＳ８６のブロック内に示した式
を用いて各軸の加速度積算値を要素とするベクトルの大
きさIE_tiを求める。Ｓ８７においては、上記の値ＩＥ_ti
を時間帯ｉのデータとして記憶ユニット１３に蓄積す
る。

【００３１】なお、図６のＳ８６においてベクトルの大
きさを求めているが、この際の計算式として次の単純な
加算式、ＩＥ_ti＝Ｓ_ud＋Ｓ_fr＋Ｓ_rlを用いて総和を求め
ることにより、計算量（ＣＰＵ負荷）を更に減少させる
ことも考えられる。第４実施例においては、波形解析の
ロジックが不要なため、プログラムが簡単になり、第
１、第２実施例と比べて処理能力の低いプロセッサでも
処理可能である。

【００３２】図７は、制御ユニットにおける第５実施例
の処理内容を示すフローチャートである。第５実施例は
面積加速度を指標として利用するものである。各軸の加
速度波形と、それを構成する各点の近傍における平均値
（以下、直流成分という）からなる曲線とで構成される
部分の面積は、その時点での運動強度に応じて増減する
から、加速度振幅と同様に運動強度を示す指標として利
用可能である。

【００３３】３軸加速度計の一軸を垂直線に一致させて
被験者の体幹に装着した理想的な立位姿勢では、重力加
速度は垂直軸のみに作用するはずであるが、被験者の姿
勢は刻々変化するので、このような状態はむしろ稀で、
むしろ、重力加速度は全ての軸に影響すると考えた方が
現実的である。ただし、静的な重力加速度の影響を受け
ない方式の加速度計については、上記の直流成分を求め
る手順は省略可能である。

【００３４】面積加速度は次のような手順で求める。ま
ず、一定時間（例えば１分間）各軸の加速度変化を連続
的に計測し、各軸の直流成分を移動平均法等の低域通過
フィルタを用いて求める。前述したように、被験者の姿
勢は刻々変化しているから緩やかではあっても直流成分
は常に変動している。

【００３５】次に各軸について、それぞれ、計測値から
直流成分を減じて重力の影響を除去した後、その結果の
絶対値を区間全域にわたって積算し、この結果にサンプ
リング間隔の時間を乗じて波形の面積を求める。加速度
の面積を符号付きで求める作業は積分に相当するもの
で、結果は速度の増減を示す。単位もm/sである。

【００３６】しかし、絶対値の積算は定速移動中でも正
の値しか示さず、この値は被験者の体幹の振動量、即
ち、運動量を示すものと考えることができる。この面
積、つまり、運動量は、積算時間が長くなれば当然増加
するので、この値を積算時間(s)で除すれば、１秒あた
りの運動強度が求められる。これを面積加速度と定義す
る。この単位は(m/s²)である。

【００３７】この面積加速度は走行／歩行を問わず幅広
い移動状況に対応でき、更に、加速度振幅より計算が容
易という優れた特質を持っており、実用性が高い運動強
度の指標といえる。

【００３８】Ｓ１００（Ｓ１０５、Ｓ１１０）において
は、上下（前後、左右）軸の加速度値を一定時間（例え
ば１分間）サンプリングする。Ｓ１０１（Ｓ１０６、Ｓ
１１１）においては区域内の高域周波数を除去して平滑
化する。但し、この処理は波形に混入した雑音が少ない
場合には省略してもよい。Ｓ１０２（Ｓ１０７、Ｓ１１
２）においては、例えば移動平均法等の低域通過フィル
タを用いて波形の直流成分を求める。

【００３９】Ｓ１０３（Ｓ１０８、Ｓ１１３）において
は上下（前後、左右）軸の計測値と直流成分の差の絶対
値を一定時間積算する。Ｓ１０４（Ｓ１０９、Ｓ１１
４）においては、上記の積算値にサンプリング間隔の時
間を乗じた後、積算した時間で除して得られた値をａ_ud
（ａ_fr、ａ_rl）とする。

【００４０】Ｓ１１５においては、図７のＳ１１５に記
載された式を用いて面積加速度のベクトルの大きさＩＥ
_araを求める。Ｓ１１６においては、ＩＥ_araを時間帯ｉ
のデータとして記憶ユニットに蓄積する。

【００４１】図８は、制御ユニットにおける第６実施例
の処理内容を示すフローチャートである。第６実施例は
正規化面積加速度を指標として利用するものである。正
規化面積加速度とは、第５実施例で述べた各軸の面積加
速度を１歩あたりの時間で除して正規化した値であり、
面積加速度同様、運動強度の指標として利用可能であ
る。ただし、１歩あたりの時間を求める手間を省くた
め、第３実施例と同様に、ＦＦＴで求めたドミナント周
波数を利用する。

【００４２】正規化面積加速度は次のような手順で求め
る。まず、一定時間（例えば１分間）各軸の加速度変化
を連続的に計測し、被験者の姿勢の変化に伴う各軸の直
流成分の緩やかな変動を移動平均法等の低域通過フィル
タを用いて求める。また、同区間内の計測値のドミナン
ト周波数をＦＦＴで求める。なお、ドミナント周波数は
振幅が最も大きい軸だけについて求め、他の軸について
もその値を採用してもよいし、全軸について求め平均し
た値を各軸の値として採用してもよい。

【００４３】次に各軸において、計測値から直流成分を
減じることで重力の影響を除去した後、その結果の絶対
値を区間全域にわたって積算し、この結果にサンプリン
グ間隔の時間を乗じて波形の面積を求め、更に、積算時
間で除して面積加速度を求める。次に、この値に平均歩
数の逆数であるドミナント周波数を乗じることで、１歩
あたりの値に正規化し、これを正規化面積加速度と定義
する。単位は(m/s³)である。

【００４４】この正規化面積加速度は、走行／歩行を問
わず適用できるだけでなく、低速から高速まで幅広い速
度域に対応でき、しかも正規化加速度振幅に比して計算
が容易という優れた特質を持っており、前述した面積加
速度と並んで、運動強度の指標として高い実用性を持っ
ている。

【００４５】Ｓ１２０（Ｓ１２７、Ｓ１３４）において
は、上下（前後、左右）軸の加速度値を一定時間（例え
ば１分間）サンプリングする。Ｓ１２１（Ｓ１２８、Ｓ
１３５）においては高域周波数を除去して平滑化する。
但し、この処理は波形に混入した雑音が少ない場合には
省略してもよい。Ｓ１２２（Ｓ１２９、Ｓ１３６）区域
内のドミナント周波数ｆ_ud（ｆ_fr、ｆ_rl）をFFTで見つ
ける。なお、ドミナント周波数は振幅が最も大きい軸だ
けについて求め、他の軸についてもその値を採用しても
よいし、全軸について求め平均した値を各軸の値として
採用してもよい。これらの場合はｆ_ud＝ｆ_fr＝ｆ_rlとみ
なす。

【００４６】Ｓ１２３（Ｓ１３０、Ｓ１３７）において
は移動平均法等の低域通過フィルタを用いて波形の直流
成分を求める。Ｓ１２４（Ｓ１３１、Ｓ１３８）におい
ては、上下（前後、左右）軸の計測値と直流成分の差の
絶対値を一定時間積算する。Ｓ１２５（Ｓ１３２、Ｓ１
３９）においては、上記積算値にサンプリング間隔の時
間を乗じた後、積算した時間で除して得られた値をａ_ud
（ａ_fr、ａ_rl）とする。

【００４７】Ｓ１２６（ＳＳ１３３、Ｓ１４０）におい
ては、図８のＳ１２６（Ｓ１３３、Ｓ１４０）に記載さ
れた式で上下（前後、左右）軸の正規化面積加速度、ｎ
_ud（ｎ_fr、ｎ_rl）を求める。Ｓ１４１においては、図８
のＳ１４１に記載された式を用いて正規化面積加速度の
ベクトルの大きさIE_naraを求める。Ｓ１４２において
は、上記IE_naraを時間帯ｉのデータとして記憶ユニットに蓄
積する。

【００４８】次に、身体特性に関する諸指標について説
明する。これまでに述べた３軸加速度計を用いて得られ
る諸指標は、単に、運動強度を示すだけでなく、各軸の
構成比自体が運動時の身体特性、例えば、歩行あるいは
走行時の姿勢や前後左右の体幹の揺動、つまり、脚筋力
を始めとする全身各部の筋力のバランスや平衡機能に関
する情報を含んでおり、被験者の身体特性を示す指標と
して有用である。

【００４９】具体的には、下記（１）〜（３）の運動強
度を示す指標の各軸比率を平衡機能に関する指標とす
る。なお、各軸の運動強度を示す指標としては第１実施
例から第６実施例までに示されている指標（ａ、ｎある
いはｓ）のいずれでもよい。また、これらの平衡機能に
関する指標については心拍計測は必須ではないが、同時
に計測すれば情報の精度が増すので、心拍を計測しない
場合、トレッドミル等を用いて一定速度を維持しながら
一定時間継続するか、歩行距離を固定しておいて、測定
終了後、到達するのに要した時間で除して平均速度に換
算する等の方法で計測環境を統一することが望ましい。（１）前後軸／上下軸比（２）左右軸／上下軸比（３）左右軸／前後軸比

【００５０】また、運動強度に関する各指標の低速歩行
時と高速歩行時の比率（４）も被験者の潜在的運動能力
あるいは運動余力（体力マージン）を推察する上で有用
である。統計的観点からは、低速および高速を定義して
おく必要があり、例えば、速度を３km/hと５km/hにする
とか各自の最大酸素摂取量の３０％と５０％にする方法
が考えられる。また、被験者の安全性確保の見地から
は、被験者の健康状態に合わせ、例えば、各自の最も急
いだ場合の速度を高速と定義し、最高速度の６０％の速
度を低速と定義する方法も考えられる。（４）高速歩行時／低速歩行時比測定が終了すると、例えばRS-232Cインターフェイス回
路等の有線あるいは無線を用いるリンク手段２０を介し
て測定装置１０と運動機能解析装置となるコンピュータ
３０とを接続する。そして、測定装置１０の記憶ユニッ
ト１３内の測定データ（ＩＥ）をコンピュータ３０に転
送し、保存する。転送データには測定時刻や測定装置の
ＩＤ情報、データの属性等が付加されていてもよい。

【００５１】運動機能解析装置であるコンピュータ３０
は、運動機能測定装置１０の出力情報を個人別に蓄積
し、週間、月間等の長期的傾向を統計的に解析し、必要
に応じて表示／印刷出力する。

【００５２】以上、本発明の実施例を開示したが、本発
明には下記のような変形例も考えられる。実施例におい
ては、測定終了後にデータを転送する例を開示したが、
加速度データあるいは運動強度（ＩＥ）データをリアル
タイムに、あるいは所定の周期で断続的に運動機能解析
装置へ伝送し、図３〜図８に示す処理の全部あるいは一
部を運動機能解析装置３０によって実行してもよい。

【００５３】また、この場合に、例えば携帯可能なコン
ピュータ３０を前段の処理装置として使用して短時間あ
るいは軽度の処理、記憶のみを行い、後段に別途設置す
る、より高機能なコンピュータで複雑な処理を行うよう
にしてもよい。

【００５４】なお、フローチャートではサンプリングを
行ってから演算処理を行うように記載されているが、加
速度のサンプリングと加速度振幅のベクトルの演算処理
とは時分割多重処理によって並行して行われる。

【００５５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の運動機能測
定装置においては、歩行および走行に伴う身体の揺れの
変化量を多軸加速度計で捉え、これを処理装置によって
運動強度に換算することによって、簡単な構成で、定量
的な運動強度を容易に測定できるという効果がある。ま
た、各軸の計測値（運動強度）の比率から被験者の平衡
機能を定量的に表現することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したシステム全体の構成を示すブ
ロック図である。

【図２】各実施例の処理方法を示す説明図である。

【図３】制御ユニットにおける第１実施例の処理内容を
示すフローチャートである。

【図４】制御ユニットにおける第２実施例の処理内容を
示すフローチャートである。

【図５】制御ユニットにおける第３実施例の処理内容を
示すフローチャートである。

【図６】制御ユニットにおける第４実施例の処理内容を
示すフローチャートである。

【図７】制御ユニットにおける第５実施例の処理内容を
示すフローチャートである。

【図８】制御ユニットにおける第６実施例の処理内容を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０…運動機能測定装置、１１…多軸加速度計、１２…
制御ユニット、１３…記憶ユニット、１４…インターフ
ェイスユニット、２０…接続リンク、３０…コンピュー
タ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岸本俊夫岡山県岡山市大井432−１ (72)発明者長尾光城岡山県倉敷市二子193−１二子レジデンスＢ−304

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】身体の揺れを検出して多軸の加速度情報を
出力する多軸加速度検出手段と、前記多軸加速度検出手段において検出された加速度情報
を運動強度に換算する換算手段とを含むことを特徴とす
る運動機能測定装置。
【請求項２】前記換算手段は、加速度情報のドミナント周波数を検出するドミナント周
波数検出手段と、所定の期間毎に、前記ドミナント周波数を参照して各軸
毎に加速度振幅を求め、その平均値を算出する平均加速
度振幅算出手段と、平均加速度振幅のベクトルの大きさを求めるベクトル絶
対値算出手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載
の運動機能測定装置。
【請求項３】前記換算手段は、加速度情報のドミナント周波数を検出するドミナント周
波数検出手段と、所定の期間毎に、前記ドミナント周波数を参照して各軸
毎に加速度振幅を算出する加速度振幅算出手段と、前記加速度振幅をそれに要した周期で除算することによ
り、正規化加速度振幅を求め、更に区間内の平均値を算
出する平均正規化加速度振幅算出手段と、平均正規化加速度振幅のベクトルの大きさを求めるベク
トル絶対値算出手段とを含むことを特徴とする請求項１
に記載の運動機能測定装置。
【請求項４】前記換算手段は、加速度情報のドミナント周波数を検出するドミナント周
波数検出手段と、所定の期間毎に、各軸毎に加速度振幅の平均値を算出す
る平均加速度振幅算出手段と、前記平均加速度振幅と前記ドミナント周波数とを乗算す
ることにより、平均正規化加速度振幅を求める平均正規
化加速度振幅算出手段と、平均正規化加速度振幅のベクトルの大きさを求めるベク
トル絶対値算出手段とを含むことを特徴とする請求項１
に記載の運動機能測定装置。
【請求項５】前記換算手段は、上下方向の加速度情報から重力加速度値を減算する減算
手段と、前記減算手段の出力情報および上下方向以外の加速度情
報の絶対値をそれぞれ所定期間加算する加算手段と、前記加算手段の出力値にサンプリング間隔値を乗算して
積算値を算出する積算値算出手段と、前記積算値のベクトルの大きさを求めるベクトル絶対値
算出手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の運
動機能測定装置。
【請求項６】前記換算手段は、各軸毎に、波形の直流成分を求める直流成分算出手段
と、各軸毎に、計測値と前記直流成分の差の絶対値を一定時
間積分する積分手段と、前記積算値にサンプリング間隔の時間を乗じた後、積算
した時間で除して面積加速度を算出する面積加速度算出
手段と、前記面積加速度のベクトルの大きさを求めるベクトル絶
対値算出手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載
の運動機能測定装置。
【請求項７】前記換算手段は、各軸毎に、波形の直流成分を求める直流成分算出手段
と、加速度情報のドミナント周波数を検出するドミナント周
波数検出手段と、各軸毎に、計測値と前記直流成分の差の絶対値を一定時
間積分する積分手段と、前記積算値にサンプリング間隔の時間を乗じた後、積算
した時間で除して面積加速度を算出する面積加速度算出
手段と、前記面積加速度と前記ドミナント周波数とを乗算するこ
とにより、正規化面積加速度を求める正規化面積加速度
算出手段と、前記正規化面積加速度のベクトルの大きさを求めるベク
トル絶対値算出手段とを含むことを特徴とする請求項１
に記載の運動機能測定装置。
【請求項８】身体の揺れを検出して多軸の加速度情報を
出力する多軸加速度検出手段と、前記多軸加速度検出手段において検出された加速度情報
を各軸の運動強度に換算する換算手段と、算出された各軸の運動強度の比率から平衡機能を示す指
標を求める平衡機能指標算出手段とを含むことを特徴と
する運動機能測定装置。
【請求項９】身体の揺れを検出して多軸の加速度情報を
出力する多軸加速度検出手段と、前記多軸加速度検出手
段において検出された加速度情報を運動強度に換算する
換算手段と、算出された各軸の運動強度の比率から平衡
機能を示す指標を求める平衡機能指標算出手段と、前記
換算手段および前記平衡機能指標算出手段の出力情報を
記憶する記憶手段と、記憶手段の内容を外部へ出力する
出力手段とを含む運動機能測定装置と、前記運動機能測定装置の出力情報を個人別に蓄積し、長
期的傾向を統計的に解析する運動機能解析装置とを含む
ことを特徴とする運動機能測定システム。