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JP2019084130A - Walking motion evaluation apparatus, walking motion evaluation method, and program - Google Patents

Walking motion evaluation apparatus, walking motion evaluation method, and program Download PDF

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JP2019084130A
JP2019084130A JP2017215352A JP2017215352A JP2019084130A JP 2019084130 A JP2019084130 A JP 2019084130A JP 2017215352 A JP2017215352 A JP 2017215352A JP 2017215352 A JP2017215352 A JP 2017215352A JP 2019084130 A JP2019084130 A JP 2019084130A
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walking motion
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joint
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英孝 岡田
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Abstract

【課題】歩行速度などの変化に影響されずに的確に歩行動作の評価ができるようにする。
【解決手段】少なくとも被評価対象者の歩行時の下肢の関節の角度及び角速度を歩行動作変数として取得する。そして、取得した歩行動作変数を、被評価対象者の歩行速度に基づいて調整し、調整された歩行動作変数を説明変数、年齢を目的変数とする回帰分析を行う。この回帰分析処理により回帰分析した結果から、被評価対象者の歩行動作の加齢度の指数を取得する。
【選択図】図9
An object of the present invention is to accurately evaluate walking motion without being influenced by changes in walking speed and the like.
At least an angle and an angular velocity of a joint of a lower leg at the time of walking of a person to be evaluated are acquired as a walking motion variable. Then, the acquired walking motion variable is adjusted based on the walking speed of the person to be evaluated, and regression analysis is performed using the adjusted walking motion variable as an explanatory variable and age as a target variable. From the result of regression analysis by this regression analysis process, an index of the degree of aging of the walking motion of the subject is obtained.
[Selected figure] Figure 9

Description

本発明は、歩行動作評価装置及び歩行動作評価方法、並びに歩行動作の評価を実行するプログラムに関する。   The present invention relates to a walking motion evaluation device and a walking motion evaluation method, and a program for performing evaluation of walking motion.

人間は1歳強でひとり歩き(二足歩行)を獲得し、その後、成年期を経て中年期以降は加齢の影響を受けて歩行動作が変容する。これは身体諸機能の加齢変化の総合的な結果である。成年期以降の加齢に伴う歩行動作の変容を知り、その動作学的原因を追及し、さらにはこれらのエビデンスに基づいて歩行動作や歩行能力の維持・改善の方策を探ることは、「健やかな長寿」を満たすために極めて重要な課題である。   Humans acquire single walking (bipedal walking) at the age of just over one year, and then, after adulthood and after middle age, the walking behavior changes due to the influence of aging. This is a comprehensive result of age-related changes in physical function. It is important to know the change of the walking movement with age after adulthood, to pursue its kinematic cause, and to search for measures for maintenance and improvement of the walking movement and walking ability based on these evidences. It is an extremely important issue to satisfy “long life”.

従来、歩行に関する評価手法として、例えば特許文献1に記載された技術が知られている。特許文献1には、シート式圧力センサを用いて歩行行為を計測すると共に、歩行速度を加速度センサで計測して、歩行年齢を評価する手法についての記載がある。この特許文献1に記載された手法では、歩行パラメータとして、右歩行角度、左歩行角度、歩行周期、両脚支持期時間、及び歩幅を使用し、これらを説明変数に含む重回帰式により、歩行年齢を算出するようにしている。   Conventionally, for example, a technique described in Patent Document 1 is known as an evaluation method regarding walking. Patent Document 1 describes a method of measuring a walking action using a sheet-type pressure sensor and measuring a walking speed with an acceleration sensor to evaluate a walking age. In the method described in this patent document 1, using the right walking angle, the left walking angle, the walking cycle, the both leg supporting period time, and the stride as the walking parameters, the walking age is obtained by the multiple regression equation including these as explanatory variables. Is calculated.

特開2014−94070号公報JP 2014-94070 A

特許文献1に記載されるように、歩行行為を計測して年齢を推定する評価手法は従来から各種提案されているが、より高度な年齢や加齢度の評価が求められていた。すなわち、従来から提案されている評価手法は、歩行動作が歩行速度によって変化することを考慮に入れていない。そのため、歩行者が少し速め、又は遅めの速度で歩くだけで、評価結果が大きく変わってしまい、得られた評価結果が個人固有の的確な評価であるとは言い難い。   As described in Patent Document 1, various evaluation methods for estimating the age by measuring the walking action have been conventionally proposed, but a more advanced evaluation of the age and the degree of aging has been required. That is, conventionally proposed evaluation methods do not take into consideration that the walking motion changes depending on the walking speed. Therefore, it is difficult to say that the evaluation result obtained is greatly different from the individual-specific accurate evaluation if the pedestrian walks at a slightly faster or slower speed, and the evaluation result greatly changes.

本発明は、かかる点に鑑み、歩行速度などの変化に影響されずに的確に歩行動作を評価することができる歩行動作評価装置、歩行動作評価方法及びプログラムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a walking motion evaluation device, a walking motion evaluation method, and a program capable of accurately evaluating a walking motion without being affected by a change in walking speed or the like.

本発明の歩行動作評価装置は、少なくとも被評価対象者の歩行時の下肢の関節の角度及び角速度を歩行動作変数として取得する歩行動作変数取得部と、歩行動作変数取得部で取得された歩行動作変数を、被評価対象者の歩行速度に基づいて調整する調整部と、調整部で調整された歩行動作変数を説明変数、年齢を目的変数とする回帰分析を行う回帰分析部と、回帰分析部で回帰分析した結果から、被評価対象者の歩行動作の加齢度の指数を取得する加齢度指数取得部と、を備える。   A walking motion evaluation device according to the present invention includes a walking motion variable acquisition unit that acquires at least an angle and an angular velocity of a joint of a lower limb during walking of a person to be evaluated as a walking motion variable, and a walking motion acquired by the walking motion variable acquisition unit An adjustment unit that adjusts a variable based on the walking speed of a person to be evaluated, a regression analysis unit that performs regression analysis using a walking motion variable adjusted by the adjustment unit as an explanatory variable and age as an objective variable, and a regression analysis unit And an age index acquisition unit for acquiring an index of the aging degree of the walking motion of the person to be evaluated from the result of the regression analysis.

また、本発明の歩行動作評価方法は、少なくとも被評価対象者の歩行時の下肢の関節の角度及び角速度を歩行動作変数として取得する歩行動作変数取得処理と、歩行動作変数取得処理により取得された歩行動作変数を、被評価対象者の歩行速度に基づいて調整する調整処理と、調整処理により調整された歩行動作変数を説明変数、年齢を目的変数とする回帰分析を行う回帰分析処理と、回帰分析処理により回帰分析した結果から、被評価対象者の歩行動作の加齢度の指数を取得する加齢度指数取得処理と、を含むものである。   Further, according to the walking motion evaluation method of the present invention, the walking motion variable acquisition processing for acquiring at least the angle and the angular velocity of the joints of the lower limbs at the time of walking of the evaluation target person as walking motion variables Adjustment processing for adjusting a walking motion variable based on the walking speed of a person to be evaluated, regression analysis processing for performing regression analysis using a walking motion variable adjusted by the adjustment processing as an explanatory variable and age as a target variable It includes an age index acquisition process for acquiring an index of the aging degree of the walking motion of the person to be evaluated from the result of the regression analysis by the analysis process.

また、本発明のプログラムは、上記歩行動作評価方法の歩行動作変数取得処理、調整処理、回帰分析処理、及び加齢度指数取得処理のそれぞれを実行する手順を、コンピュータに実行させるものである。   Further, the program of the present invention causes a computer to execute a procedure for executing each of the walking motion variable acquisition processing, adjustment processing, regression analysis processing, and degree-of-age index acquisition processing of the above-described walking motion evaluation method.

本発明によれば、歩行動作の加齢度を示すことができ、個人の歩行能力・動作の維持・改善を支援することができる。これは、高齢者が何歳になっても元気に歩き続けることを支援し、医療費の削減や健康長寿社会の実現に寄与することになる。また、高齢者はもとより、将来高齢者になる中年者や若年者に対して、歩行動作の維持・改善を啓蒙することもできる。さらに、本発明による加齢度評価を行うことで、歩行動作改善のためのトレーニング方法の開発にも寄与することができる。   According to the present invention, it is possible to indicate the degree of aging of the walking motion, and to support the maintenance and improvement of the walking ability and motion of the individual. This will help elderly people to keep walking well no matter how old they are, and will contribute to the reduction of medical expenses and the realization of a healthy longevity society. In addition, elderly people, as well as middle-aged and elderly people who will become elderly in the future, can also be educated about maintenance and improvement of walking motion. Furthermore, the evaluation of the degree of age according to the present invention can also contribute to the development of a training method for improving walking motion.

本発明の一実施の形態例による歩行動作評価装置の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing an example of composition of a walk movement evaluation system by a 1 embodiment example of the present invention. 本発明の一実施の形態例による歩行動作評価処理例を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows an example of walking movement evaluation processing by one example of an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態例による股関節、膝関節、足関節のトルクと角度の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the torque and angle of the hip joint according to one embodiment of this invention, a knee joint, and an ankle joint. 1サイクル(2歩)の歩行時の股関節の角度、角速度、トルク及びトルクパワーの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the angle of a hip joint at the time of walking of 1 cycle (two steps), angular velocity, torque, and torque power. 歩行速度と身長の調整前(図5A)と調整後(図5B)の例を示す図である。It is a figure which shows the example before adjustment (FIG. 5A) of a walking speed and a height, and after adjustment (FIG. 5B). 本発明の一実施の形態例による歩行動作加齢度指数の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the walking motion age-degree index by one example of embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態例によるZスコアを用いた歩行動作の加齢度指数の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the age-related index of walk operation | movement using Z score by one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態例による歩行動作の加齢度指数の分布例を示す図である。It is a figure which shows the example of distribution of the age-related index of the walking motion by one example of embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態例による歩行動作の加齢度指数のプロフィールの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the profile of the age-related-index of walk operation | movement by one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態例による年齢予測の重回帰分析結果(キネマティクス変数及びキネティクス変数から評価した場合)の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the multiple regression analysis result (when it evaluates from kinematics variable and kinetic variable) of age prediction by one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態例に適用した関節角度のピーク値定義を示す図である。It is a figure which shows the peak value definition of the joint angle applied to the example of one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態例に適用した関節角速度のピーク値定義を示す図である。It is a figure which shows the peak value definition of the joint angular velocity applied to the example of one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態例に適用した関節トルクのピーク値定義を示す図である。It is a figure which shows the peak value definition of the joint torque applied to the example of one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態例に適用した関節トルクパワーのピーク値定義を示す図である。It is a figure which shows the peak value definition of joint torque power applied to the example of one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態例による歩行動作の加齢度指数のプロフィールの別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the profile of the age-related-index of walk operation | movement by one example embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態例による年齢予測の重回帰分析結果(キネマティクス変数のみから評価した場合)の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the multiple regression analysis result (when it evaluates only from a kinematics variable) of the age prediction by one embodiment of this invention.

以下、本発明の一実施の形態例(以下、「本例」と称する)について、添付図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as "this example") will be described with reference to the attached drawings.

[1.歩行動作評価装置の構成]
図1は、本例の歩行動作評価装置10の構成を示す機能ブロック図である。本例の歩行動作評価装置10は、例えばコンピュータ装置に歩行動作評価処理を実行するプログラムを実装することで構成される。
[1. Configuration of walking motion evaluation device]
FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the walking motion evaluation device 10 of the present example. The walking motion evaluation device 10 of this example is configured, for example, by mounting a program for executing walking motion evaluation processing on a computer device.

図1に示す歩行動作評価装置10は、被評価対象者の歩行時の下肢(脚)の各関節の角度とトルクを取得する。具体的には、歩行動作評価装置10は、股関節情報取得部11と、膝関節情報取得部12と、足関節情報取得部13とを備え、それぞれの取得部11〜13で各関節の角度およびトルクを取得する。また、各取得部11〜13は、関節の角度を時間で微分した角速度を取得する。さらに、各取得部11〜13は、関節のトルクに角速度を乗算したトルクパワーを取得する。詳細は後述するが、歩行動作の評価を行う上で、これらの情報(角度、角速度、トルク、及びトルクパワー)の内の一部の情報のみを取得するようにしてもよい。   The walking motion evaluation apparatus 10 shown in FIG. 1 acquires the angle and torque of each joint of the lower leg (leg) at the time of walking of the person to be evaluated. Specifically, the walking motion evaluation apparatus 10 includes a hip joint information acquiring unit 11, a knee joint information acquiring unit 12, and an ankle joint information acquiring unit 13, and the respective acquiring units 11 to 13 determine the angles of the joints and Get the torque. Further, each acquisition unit 11 to 13 acquires an angular velocity obtained by differentiating the angle of the joint with respect to time. Furthermore, each acquisition unit 11 to 13 acquires torque power obtained by multiplying the torque of the joint by the angular velocity. Although details will be described later, only part of the information (angle, angular velocity, torque, and torque power) may be acquired in evaluating the walking motion.

各取得部11〜13は、被評価対象者の歩行状態を撮影した映像から、関節の角度を取得する。また、各取得部11〜13は、被評価対象者が歩行する箇所の床に敷設された力量計が検出した地面反力から、トルクを取得する。ここでの力量計としては、地面から足に加わる3軸方向の力が得られる、フォースプラットフォームと称されるセンサを使用するのが好ましい。但し、フォースプラットフォームを使用するのは一例であり、その他の力量計(例えば圧力分布を検出する圧力センサ)などから、各関節のトルクを得るようにしてもよい。さらに、被評価対象者の下肢に装着したセンサから、関節の角度又はトルクを得るようにしてもよい。これらの関節のトルクや角度の詳細については後述する。   Each acquisition part 11-13 acquires the angle of a joint from the image | video which image | photographed the walking state of the to-be-evaluated person. Moreover, each acquisition part 11-13 acquires a torque from the ground reaction force which the power meter laid on the floor of the location which a to-be-evaluated person walks detects. As a force meter here, it is preferable to use a sensor called a force platform which can obtain triaxial force applied to the foot from the ground. However, the use of a force platform is an example, and the torque of each joint may be obtained from another force meter (for example, a pressure sensor that detects a pressure distribution). Furthermore, the angle or the torque of the joint may be obtained from a sensor attached to the lower leg of the evaluation subject. Details of the torques and angles of these joints will be described later.

各取得部11〜13で取得した各関節の情報は、歩行動作変数取得部21に供給される。歩行動作変数取得部21は、これらの情報(各関節の角度、角速度、トルク、及びトルクパワー)を歩行動作変数として歩行速度・身長調整部22に供給する。歩行速度・身長調整部22は、供給される歩行動作変数を、歩行速度検出部14が検出した被評価対象者の歩行速度と、身長検出部15が検出した被評価対象者の身長に基づいて調整する。歩行速度・身長調整部22での調整処理の詳細については後述する。
歩行速度検出部14による歩行速度の検出や、身長検出部15による被評価対象者の身長の検出は、例えば被評価対象者の歩行状態を撮影した映像に基づいて行われる。あるいは、キーボードなどを使って、歩行速度の数値や身長の数値を直接入力するようにしてもよい。
The information on each joint acquired by each acquisition unit 11 to 13 is supplied to the walking motion variable acquisition unit 21. The walking motion variable acquisition unit 21 supplies the information (angle, angular velocity, torque, and torque power of each joint) to the walking speed / height adjusting unit 22 as a walking motion variable. The walking speed and height adjustment unit 22 determines the supplied walking motion variable based on the walking speed of the evaluation target person detected by the walking speed detection unit 14 and the height of the evaluation target person detected by the height detection unit 15. adjust. Details of the adjustment process in the walking speed / height adjusting unit 22 will be described later.
The detection of the walking speed by the walking speed detection unit 14 and the detection of the height of the evaluation subject by the height detection unit 15 are performed based on, for example, an image obtained by photographing the walking state of the evaluation subject. Alternatively, the walking speed and the height may be directly input using a keyboard or the like.

歩行速度・身長調整部22で歩行速度や身長が調整された歩行動作変数(各関節の角度、角速度、トルク、及びトルクパワー)の情報は、回帰分析部23に供給される。回帰分析部23は、供給される歩行動作変数を説明変数とし、年齢を目的変数とする回帰分析を行う。本例の回帰分析部23は、回帰分析の1手法として知られたステップワイズ重回帰分析を行う。   Information on the walking motion variables (angle, angular velocity, torque, and torque power of each joint) whose walking speed and height have been adjusted by the walking speed / height adjusting unit 22 is supplied to the regression analysis unit 23. The regression analysis unit 23 performs regression analysis with the supplied walking motion variable as an explanatory variable and age as a target variable. The regression analysis unit 23 of this example performs stepwise multiple regression analysis known as one method of regression analysis.

そして、回帰分析部23は、回帰分析で得られた目的変数である年齢の情報を、歩行動作加齢度指数取得部24に供給する。歩行動作加齢度指数取得部24は、年齢の情報を利用して、歩行動作加齢度指数を得る。本例の歩行動作加齢度指数取得部24が歩行動作加齢度指数を得る際には、分析手法の1つであるZスコアを使用して、歩行動作加齢度指数を得る。   Then, the regression analysis unit 23 supplies the information of the age that is the objective variable obtained by the regression analysis to the walking motion age index acquisition unit 24. The walking motion age index acquisition unit 24 obtains walking motion age index using information on age. When the walking motion age index acquisition unit 24 of this example obtains the walking motion age index, the walking motion age index is obtained using the Z score which is one of the analysis methods.

歩行動作加齢度指数取得部24が取得した歩行動作加齢度指数の情報は、表示データ作成部25に供給される。表示データ作成部25は、供給される歩行動作加齢度指数を表示する表示データを作成し、作成した表示データにより、歩行動作加齢度指数の表示を行う。   Information on the walking motion age index acquired by the walking motion age index acquisition unit 24 is supplied to the display data creation unit 25. The display data creation unit 25 creates display data for displaying the supplied walking motion age index, and displays the walking motion age index using the created display data.

[2.歩行動作評価処理全体の流れ]
図2は、歩行動作評価装置10が歩行動作評価処理を実行する際の処理の流れの概要を示すフローチャートである。
まず、歩行動作変数取得部21は、股関節、膝関節及び足関節のそれぞれについて、角度、角速度、トルク、及びトルクパワーを取得する歩行動作変数取得処理を行う(ステップS1)。
そして、歩行動作変数取得部21で取得された各関節の角度、角速度、トルク、及びトルクパワーは、歩行速度・身長調整部22で被評価対象者の歩行速度及び身長に基づいて調整される(ステップS2)。
[2. Flow of the entire walking motion evaluation process]
FIG. 2 is a flowchart showing an outline of a flow of processing when the walking motion evaluation device 10 executes the walking motion evaluation processing.
First, the walking motion variable acquisition unit 21 performs walking motion variable acquisition processing for acquiring the angle, the angular velocity, the torque, and the torque power for each of the hip joint, the knee joint, and the ankle joint (step S1).
Then, the angle, angular velocity, torque, and torque power of each joint acquired by the walking motion variable acquisition unit 21 are adjusted by the walking speed / height adjustment unit 22 based on the walking speed and height of the evaluation subject ( Step S2).

その後、回帰分析部23は、ステップワイズ重回帰分析により回帰分析を行う(ステップS3)。このとき、回帰分析部23は、歩行速度や身長が調整された歩行動作変数(角度、角速度、トルク、及びトルクパワー)を説明変数とし、年齢を目的変数として、回帰分析処理を行う。
さらに、回帰分析部23が回帰分析した結果に基づいて、歩行動作加齢度指数取得部24がZスコアを使用して歩行動作加齢度指数を得る(ステップS4)。そして、歩行動作加齢度指数取得部24で得られた歩行動作加齢度指数に基づいて表示データ作成部25は、表示データの作成処理を行い、さらに歩行動作加齢度指数を使った評価結果の出力処理を行う(ステップS5)。
Thereafter, the regression analysis unit 23 performs regression analysis by stepwise multiple regression analysis (step S3). At this time, the regression analysis unit 23 performs regression analysis processing with the walking motion variables (angle, angular velocity, torque, and torque power) whose walking speed and height have been adjusted as explanatory variables and age as a target variable.
Furthermore, based on the result of regression analysis by the regression analysis unit 23, the walking motion age index acquisition unit 24 obtains a walking motion age index using the Z score (step S4). Then, the display data creation unit 25 performs processing for creating display data based on the walking motion age index obtained by the walking motion age index acquisition unit 24 and further evaluation using the walking motion age index Output processing of the result is performed (step S5).

[3.取得するトルクと角度の例]
図3は、取得部11〜13が取得する各関節のトルク及び角度の例を示す。
本例の場合には、図3に示すように、被評価対象者の歩行動作を解析するために、股関節トルクTと、股関節角度θと、膝関節トルクTと、膝関節角度θと、足関節トルクTと、足関節角度θとが取得される。
股関節角度θは、体幹と大腿とが成す角度であり、股関節トルクTは、股関節で生じるトルクである。
[3. Example of torque and angle to be acquired]
FIG. 3 shows an example of the torque and angle of each joint acquired by the acquisition units 11 to 13.
In the case of this example, as shown in FIG. 3, in order to analyze the walking behavior of the evaluation target person, a hip torque T H, and hip joint angle theta H, and knee joint torque T K, the knee joint angle theta and K, and the ankle joint torque T A, and the ankle joint angle theta A is obtained.
Hip joint angle theta H is an angle formed by the trunk and thigh, hip torque T H is the torque produced by the hip.

膝関節角度θKは、大腿と下腿が成す角度であり、膝関節トルクTは、膝関節で生じるトルクである。
足関節角度θは、下腿と足(足首より先)とが成す角度であり、足関節トルクTは、足関節で生じるトルクである。
The knee joint angle θ K is an angle formed by the thigh and the lower leg, and the knee joint torque T K is a torque generated at the knee joint.
The ankle joint angle theta A, the angle formed by the lower leg and foot (before ankle), ankle torque T A is the torque generated by the ankle joint.

各関節の角度θ、θ、θは、時間で微分することで角速度ω、ω、ωを得ることができる。また、各関節のトルクT、T、Tと角速度を乗算することで、トルクパワーP、P、Pを得ることができる。 The angles θ H , θ K , θ A of the joints can be differentiated with respect to time to obtain angular velocities ω H , ω K , ω A. Further, torque powers P H , P K , and P A can be obtained by multiplying the torques T H , T K , and T A of the joints and the angular velocity.

図4は、歩行時の角度やトルクの取得状態の例を示す。
図4に示す各グラフは、歩行時の股関節について見たものである(股関節を例に説明するが、同様のグラフおよび特徴点を膝関節と足関節においても取得する)。ここでは、図4Aに示すように、一方の足(右足又は左足)の1サイクル(2歩)での動きを、100%に正規化して示すこととする。図4B〜Eの横軸は、0%(接地したタイミング)から100%(次の接地のタイミング)までの正規化値である。
FIG. 4 shows an example of the acquisition state of angle and torque at the time of walking.
Each graph shown in FIG. 4 is for a hip joint at the time of walking (the hip joint will be described as an example, but similar graphs and feature points are also acquired at the knee joint and the ankle joint). Here, as shown in FIG. 4A, the movement in one cycle (two steps) of one foot (right foot or left foot) is shown normalized to 100%. The horizontal axes of FIGS. 4B to 4E are normalized values from 0% (timing to ground) to 100% (timing to next grounding).

図4Bは、股関節角度θの1サイクルでの変化例を示す。図4Bの縦軸は角度の値を示す。
歩行時には、股関節角度θは、足が地面から離れる位置の近傍で最大の角度となり、離れた足が接地する位置の近傍で最小の角度になる。ここで、本例の歩行動作加齢度指数取得部24は、各サイクルでの股関節角度θの変化の内で、ピークとなる値を取得する。具体的には、図4Bに示す1サイクル期間の内で、最大の角度θH1と、最小の角度θH2とを特徴点情報として取得する。
FIG. 4B shows an example of change of the hip joint angle θ H in one cycle. The vertical axis in FIG. 4B indicates the value of the angle.
During walking, the hip joint angle θ H is the largest angle near the position where the foot leaves the ground, and the smallest angle near the position where the distant foot touches the ground. Here, the walking motion age index acquisition unit 24 of the present example acquires a peak value among changes in the hip joint angle θ H in each cycle. Specifically, within one cycle period shown in FIG. 4B, the largest angle θ H1 and the smallest angle θ H2 are acquired as feature point information.

図4Cは、股関節角速度ωの1サイクルでの変化例を示す。図4Cの縦軸は角速度の値を示す。
股関節角速度ωは、1サイクルの間に、正方向の値となる期間と負方向の値となる期間とがある。ここで、本例の歩行動作加齢度指数取得部24は、各サイクルでの股関節角速度ωの内で、ピーク又はボトムとなる3つの角速度ωH1,ωH2,ωH3を特徴点情報として取得する。
FIG. 4C shows an example of change in the hip joint angular velocity ω H in one cycle. The vertical axis | shaft of FIG. 4C shows the value of angular velocity.
The hip joint angular velocity ω H has a period in which the value in the positive direction and a period in which the value is in the negative direction during one cycle. Here, the walking motion age index acquisition unit 24 according to the present example uses three angular velocities ω H1 , ω H2 , and ω H3 as peak or bottom in the hip joint angular velocity ω H in each cycle as feature point information. get.

図4Dは、股関節トルクTの1サイクルでの変化例を示す。図4Dの縦軸はトルクの値を示す。
股関節トルクTについても、1サイクルの間に、正方向の値となる期間と負方向の値となる期間とがある。ここで、本例の歩行動作加齢度指数取得部24は、各サイクルでの股関節トルクTの内で、ピーク又はボトムとなる3つのトルクTH1,TH2,TH3を特徴点情報として取得する。
FIG. 4D shows an example of change of the hip joint torque T H in one cycle. The vertical axis in FIG. 4D indicates the value of torque.
For even hip torque T H, during a cycle, there is a period in which a positive-direction value to become period and negative values. Here, the walking motion age index acquisition unit 24 of this example uses three torques T H1 , T H2 , T H3 that become peaks or bottoms as the feature point information in the hip joint torque T H in each cycle. get.

図4Eは、股関節トルクパワーPの1サイクルでの変化例を示す。図4Eの縦軸はトルクパワーの値を示す。股関節トルクパワーPについても、1サイクルの間に、正方向の値となる期間と負方向の値となる期間とがある。ここで、本例の歩行動作加齢度指数取得部24は、各サイクルでの股関節トルクパワーPの内で、ピーク又はボトムとなる4つのトルクパワーPH1,PH2,PH3,PH4を特徴点情報として取得する。 Figure 4E shows a variation of a single cycle of the hip torque power P H. The vertical axis | shaft of FIG. 4E shows the value of torque power. For even hip torque power P H, during a cycle, there is a period in which a positive-direction value to become period and negative values. Here, the walking motion age index acquisition unit 24 of the present example determines four torque powers P H1 , P H2 , P H3 , and P H4 that become peaks or bottoms in the hip joint torque power P H in each cycle. Is acquired as feature point information.

[4.歩行速度と身長の調整]
図5は、歩行速度・身長調整部22が行う調整状態の例を示し、図5Aは調整前、図5Bは調整後を示す。この図5の例は、縦軸が膝関節トルクTの5番目の特徴点TK5の予測値を示し、横軸が膝関節トルクの観測値を示す。膝関節トルクTの5番目の特徴点TK5の意味は後述する。
調整は、次の[数1]式により実行される。[数1]式に示す各値の定義についても以下に示す。
[4. Adjustment of walking speed and height]
FIG. 5 shows an example of the adjustment state performed by the walking speed / height adjustment unit 22. FIG. 5A shows the state before adjustment and FIG. 5B shows the state after adjustment. In the example of FIG. 5, the vertical axis represents the predicted value of the fifth feature point T K5 of the knee joint torque T K , and the horizontal axis represents the observed value of the knee joint torque. The meaning of the fifth feature point T K5 of the knee joint torque T K will be described later.
The adjustment is performed by the following [Equation 1]. The definition of each value shown in the formula 1 is also shown below.

Figure 2019084130
Figure 2019084130

図5A,Bの横軸の観測値は、歩行速度と身長の影響が含まれる観測値であり、図5Aに示すグラフでは、歩行速度や身長の影響で、観測値と予測値の変化特性aは、歩行速度や身長に応じて直線的に増加する。これに対して、[数1]式に示す調整を行った図5Bに示すグラフでは、観測値と予測値の変化特性bは、一定であり、歩行速度と身長の影響が排除された観測値になっている。
なお、ここでは歩行速度と身長の2つで調整を行うようにしたが、例えば、歩行速度・身長調整部22が歩行速度のみの調整を行うようにしてもよい。
The observed values on the horizontal axis in FIGS. 5A and 5B are observed values including the effects of walking speed and height, and in the graph shown in FIG. 5A, change characteristics of observed values and predicted values a due to the effects of walking speed and height. Increases linearly according to walking speed and height. On the other hand, in the graph shown in FIG. 5B where the adjustment shown in [Equation 1] is performed, the change characteristic b of the observed value and the predicted value is constant, and the observed value in which the influence of walking speed and height is excluded It has become.
In addition, although adjustment was performed by two, walking speed and height here, you may make it the walking speed and height adjustment part 22 adjust only walking speed, for example.

[5.歩行動作の加齢変化の評価]
次に、歩行動作の加齢変化について説明する。
歩行動作の加齢変化の具体的な特徴としては、「ケイデンスが低い」、「遊脚期が短い」、「頭の上下動が小さい」、「骨盤の回転が小さい」、「支持期後半の足底屈が小さい」、「遊脚期前半の膝屈曲と踵拳上が小さい」、「遊脚期終わりのつま先拳上が低い」、「接地時の足部角度が小さい」、「肩の屈曲が小さい」、「肘の伸展が小さい」、「頭の左右変動が大きい」、「遊脚期のクリアランス(つま先と地面の距離)最小値が大きい」などを挙げることができる。
[5. Evaluation of Aging Change of Walking Action]
Next, an aging change of the walking motion will be described.
Specific characteristics of age-related change in walking motion are "low cadence", "short swing phase", "small head up and down movement", "small pelvic rotation", "late support period late Small plantar flexion, "small knee flexion and jerk on the first half of the swing phase,""low toe on the end of the swing phase,""small foot angle at touch,""shoulder"Bending is small", "extending of elbow is small", "a large variation in head side-to-side movement", "a large minimum value of clearance in the swing phase (distance between toe and ground)" and the like can be mentioned.

これらの歩行動作の変化は、歩行速度にも依存するため、高齢者の歩行動作の特徴は加齢による歩行動作の変化とゆっくり歩くことによる動作の変化の両方が合わさったものと考えることができる。若年者と同じ速度で歩いた場合の高齢者の歩行動作には、「ステップ長が短く、ステップ頻度が高い」、「歩行周期を通じて膝関節及び股関節がより屈曲位に、足関節がより背屈位にある」、「体幹の前傾が大きい」、「最大足底屈が小さい」、「遊脚期の膝関節及び股関節の関節角速度が大きい」などの特徴がみられる。   Since these changes in walking motion also depend on the walking speed, the characteristics of the walking motion of the elderly can be thought to be a combination of changes in walking motion due to aging and changes in motion due to slow walking . When walking at the same speed as a young person, the walking action of the elderly is “short step length and high step frequency”, “more knee and hip joints in flexion through walking cycle, more ankle joints dorsiflexion The characteristics are as follows: "the anteroposterior tilt of the trunk is large", "the maximum plantarflexion is small", and "the joint angular velocity of the knee joint and hip joint during the swing phase is large".

歩行中の下肢関節動作の加齢変化を、関節トルクパワーから見た場合、高齢者では支持期後半の正の足関節トルクパワーが若年者の3分の2程度に小さくなる。ここでの関節トルクパワーは、関節トルクに関節角速度を乗じて得られる値である。
支持期後半の正の足関節トルクパワーは、主に足関節底屈筋群の短縮性収縮によるものであり、身体を前方に加速しステップ長を増大する役割を担っている。このため、加齢にともなう支持期後半の足関節トルクパワーの低下は、高齢者のステップ長短縮の原因であると考えられている。
When age-related changes in lower extremity joint movement during walking are viewed from the joint torque power, in the elderly, the positive ankle joint torque power in the second half of the support period is reduced to about two thirds of the young. The joint torque power here is a value obtained by multiplying the joint torque by the joint angular velocity.
The positive ankle joint torque power in the second half of the support period is mainly due to the foreshortening contraction of the plantar flexor muscles and plays a role in accelerating the body forward and increasing the step length. For this reason, it is considered that the decrease in ankle torque power in the second half of the supporting period with aging is a cause of shortening of the step length of the elderly.

一方、遊脚期の膝関節の負のパワーと股関節の正のパワーは高齢者の方が若年者よりも大きい傾向がある。歩行中、膝関節は屈曲しながら離地し、遊脚期の中盤あたりまで屈曲し続けた後、遊脚期後半では伸展し、再びわずかに屈曲して接地を迎える。股関節は屈曲しながら離地し、遊脚期中盤まで屈曲し続け、遊脚期後半では伸展して接地を迎える。これらの下肢動作にともなう関節トルクパワーが大きいことは膝関節及び股関節の屈曲・伸展動作を速くし、ステップ頻度を高めることにつながる。同じ速度で歩行した場合に高齢者が若年者より短いステップ長と高いステップ頻度で歩くのは、これらの下肢関節パワー発揮の特徴をもつためである。   On the other hand, the negative power of the knee joint during the swing phase and the positive power of the hip tend to be greater in the elderly than in the young. During walking, the knee joint flexes and separates and continues to flex to the middle of the swing phase, then it extends in the late swing phase and slightly flexes again to reach the ground. The hip joint flexes and leaves, and continues to flex until the mid swing phase, and it extends and reaches the ground in the late swing phase. The large joint torque power associated with these lower-limb movements makes it possible to accelerate the flexion and extension movements of the knee joint and the hip joint and to increase the step frequency. When walking at the same speed, the elderly walk with a shorter step length and a higher step frequency than young people because of the characteristics of these lower extremity joint power exertion.

ここまでに述べてきたような歩行動作の加齢変化を踏まえて、本例の歩行動作評価装置10は、歩行動作の加齢度を評価するようにしたものである。
従来、加齢にともなう歩行動作の変容を評価する場合には、歩行動作の個人差(個人間のばらつき)が大きいことや、評価の基準となる標準値がないことから、歩行動作の加齢度を適切に評価することは困難であった。
一方、本例の場合には、個人間での動きのばらつきを考慮した上で運動技術を評価するようにした点を特徴の一つとする。
Based on the age-related change of the walking motion as described above, the walking motion evaluation device 10 of this example is configured to evaluate the aging degree of the walking motion.
Conventionally, when evaluating the change in walking motion accompanying aging, since the individual difference in walking motion (inter-individual variation) is large, and because there is no standard value that serves as a reference for evaluation, aging of the walking motion It was difficult to assess the degree appropriately.
On the other hand, in the case of this example, one of the features is that the exercise technique is evaluated in consideration of the variation in movement among individuals.

まず、健康な19歳から82歳までの177名を被験者(ここでは全て女性)とし、年齢により、若年者群(19歳以上50歳未満32名)、中年者群(50歳以上65歳未満36名)、高齢者群(65歳以上109名)の3群に分けた。なお、ここでの若年者群FY、中年者群FM、高齢者群FEは後述する図8に示す。
これらの被験者の歩行動作を計測し、下肢3関節(足、膝及び股関節)のキネマティクス(関節角度及び関節角速度)及びキネティクス(体重あたりの関節トルク及び関節トルクパワー)を算出した。その後、各パラメータの特徴点(ピーク値)を合計で43個を抽出した。この特徴点の抽出処理が、歩行動作変数取得部21で行われる。
First, 177 healthy subjects from 19 to 82 years are subjects (here all women), and depending on the age, young people group (32 over 19 years old and under 50 years old), middle aged people group (50 to 65 years old) Divided into 3 groups of less than 36 people, elderly people group (109 people over 65 years old). The young people group FY, the middle-aged people group FM, and the old people group FE here are shown in FIG. 8 described later.
The walking motions of these subjects were measured, and the kinematics (joint angle and joint angular velocity) and kinetics (joint torque per body weight and joint torque power) of the three lower limbs joints (foot, knee and hip joint) were calculated. After that, 43 feature points (peak values) of each parameter were extracted in total. The process of extracting feature points is performed by the walking motion variable acquisition unit 21.

次に、図6を参照して、歩行動作加齢度指数について説明する。
まず、歩行速度・身長調整部22は、上述した43個の特徴点データを歩行速度と身長で調整する。そして、回帰分析部23は、歩行速度・身長調整部22で調整された特徴点データを説明変数とし、年齢を目的変数とするステップワイズ重回帰分析を行う(ステップS11)。
Next, with reference to FIG. 6, the walking motion age index will be described.
First, the walking speed / height adjustment unit 22 adjusts the above-mentioned 43 feature point data with the walking speed and the height. Then, the regression analysis unit 23 performs stepwise multiple regression analysis using the feature point data adjusted by the walking speed / height adjustment unit 22 as an explanatory variable and age as a target variable (step S11).

ここで、説明変数の内、以下の2条件に当てはまらないものは重回帰分析から除外した(ステップS12)。
1.年齢との相関が有意である。
2.基準群(ここでは若年者群)内のばらつき(rmsCViFY)が50%未満である。
この重回帰分析によって得られた予測年齢をZスコアに変換し、これを歩行動作加齢度指数(GMAindex;Gait-Motion Aging index)と定義する(ステップS13)。
Among the explanatory variables, those which do not meet the following two conditions were excluded from the multiple regression analysis (step S12).
1. The correlation with age is significant.
2. Less than 50% variation (rms CV iFY) in the reference group (here the young people group).
The predicted age obtained by this multiple regression analysis is converted into a Z score, which is defined as a walking motion age index (GMA index; Gait-Motion Aging index) (step S13).

なお、予測年齢を変換するZスコアは、基準群のばらつきを考慮した上で個人の基準群平均からの逸脱度を得点化したものである。
すなわち、図7に示すように、基準群の平均と、対象者(被験者)の値とを比較して、逸脱度を算出し、その逸脱度を数値化したZスコアを用いて、歩行動作評価を行うようにした。ここで、Zスコアは、次の[数2]式から算出される。[数2]式において、yは対象者(被験者)の値、y( ̄)は基準群の平均値、SDは基準群の標準偏差を示す。なお、( ̄)は、本来は数2式に示すように、直前の符号yの上に表記される記号であるが、表記上の制約のために、y( ̄)と示す。
Note that the Z score for converting the predicted age is obtained by scoring the degree of deviation from the individual's standard group average in consideration of the variation of the standard group.
That is, as shown in FIG. 7, the average of the reference group is compared with the value of the subject (subject) to calculate the deviance degree, and the walking motion evaluation is performed using the z-score that quantifies the deviance degree. To do. Here, the Z score is calculated from the following [Equation 2]. In the equation (2), y is the value of the subject (subject), y c (̄) is the mean value of the reference group, and SD c is the standard deviation of the reference group. Note that (̄) is a symbol originally written on the immediately preceding code y c as shown in Equation 2, but is denoted as y c (̄) due to a notational restriction.

Figure 2019084130
Figure 2019084130

ここでは、歩行動作の加齢度を評価するために基準群を若年者群(FY)としているため、得られた歩行動作加齢度指数(GMAindex)は若年者群からの逸脱度を総合的に評価する指標になる。   Here, since the reference group is the young people group (FY) in order to evaluate the aging degree of the walking movement, the obtained walking movement aging degree index (GMAindex) comprehensively deviates from the young people group It becomes an index to evaluate.

図8は、得られた歩行動作加齢度指数(GMAindex:縦軸)と年齢(歴年齢:横軸)との関係を示す。
ここでは、歩行動作加齢度指数(GMAindex)が0に近いほど若年者に近い歩行動作をしていることを示し、大きいほど若年者の歩行動作から逸脱していることを意味している。すなわち、値が1増加するごとに、若年者群の平均から若年者群の標準偏差分だけ逸脱していることを意味する。
FIG. 8 shows the relationship between the obtained walking motion age index (GMA index: vertical axis) and age (age: historical axis: horizontal axis).
Here, the closer to 0 the walking motion age index (GMAindex) indicates that the walking motion closer to the young person is shown, and the larger the walking motion, it means that it deviates from the walking motion of the young person. That is, every increase of 1 means that the standard deviation of the young people group deviates from the average of the young people group.

図8に示すように、歩行動作加齢度指数(GMAindex)は年齢とともに増加するが、同じ歴年齢でも個人間に大きな偏差がみられることがわかる。図8の回帰線xは各年代における標準的な値を示している。すなわち、回帰線xより下に位置する個人は同年代の標準的な動作よりも若年者に近い歩行動作をしており、回帰線xより上に位置する個人は同年代の標準的動作と比べ年老いた歩行動作をしていると評価できる。   As shown in FIG. 8, it can be seen that the walking movement age index (GMAindex) increases with age, but a large deviation is seen between individuals even at the same history age. The regression line x in FIG. 8 indicates a standard value in each age. That is, an individual located below the regression line x walks closer to a younger person than the standard movement of the same age, and an individual located above the regression line x is older than the standard movement of the same age It can be evaluated as walking.

図8に示す被験者Aと被験者Bは、ともに60代後半である。
被験者Aの場合には、歩行動作加齢度指数(GMAindex)が0に近く、若年者に近い歩行動作であると考えられる。一方、被験者Bの場合には、若年者及び70歳の標準的な動作から大きく逸脱しており、歩行動作の加齢度が高いといえる。
The subject A and the subject B shown in FIG. 8 are both in their late 60's.
In the case of the subject A, the walking motion age index (GMAindex) is close to 0, and it is considered that the walking motion is close to a young person. On the other hand, in the case of the subject B, it is largely deviated from the standard movements of the young person and the 70-year-old, and it can be said that the aging degree of the walking movement is high.

歩行動作加齢度指数(GMAindex)は、重回帰分析により得られるため、重回帰式の各項は歩行動作加齢度指数(GMAindex)の内訳とみなすことができる。このため、この内訳を検討することにより、歩行動作の加齢度に影響を与える要因を個別に特定することが可能である。ステップワイズ重回帰分析の結果、重回帰式の各項として以下の5つの変数が残った。なお、各変数の意味については後述する(図11〜図14)。
1.接地直前の膝関節最大屈曲トルク:TK5(高齢者ほど屈曲トルクが大きい)
2.離地付近の足関節最大底屈角度:θA3(高齢者ほど底屈が小さい)
3.遊脚期の股関節最大屈曲角度:θH2(高齢者ほど屈曲が大きい)
4.支持期後半の足関節最大底屈トルク:TA2(高齢者ほど底屈トルクが小さい)
5.支持期後半の股関節屈曲トルクによる負のパワーの最大値:PH2(高齢者ほど負のパワーが大きい)
Since the walking motion age index (GMAindex) is obtained by multiple regression analysis, each term of the multiple regression equation can be regarded as a breakdown of the walking motion age index (GMAindex). For this reason, it is possible to identify separately the factor which affects the aging degree of walking motion by examining this breakdown. As a result of stepwise multiple regression analysis, the following five variables remained as each term of the multiple regression equation. The meaning of each variable will be described later (FIGS. 11 to 14).
1. Maximum knee flexion torque just before contact: T K5 (The flexion torque is greater for the elderly)
2. Ankle plantar flexion angle near the point of departure: θ A3 (The more the elderly, the smaller the plantar flexion)
3. Maximum hip flexion angle during swing phase: θ H2 (The flexion is greater for the elderly)
4. Ankle joint maximum plantar flexion torque in the second half of support period: T A2
5. Maximum value of negative power due to hip flexion torque in late support period: P H2 (negative power increases as elderly people)

図9は、この5つの変数TK5,θA3,θH2,TA2,PH2をZスコアに変換し、レーダーチャートとして示したものである。各変数のZスコアは若年者群平均(FY)がゼロであり、若年者群から逸脱しているほどチャートの内側にプロットがある。FEは高齢者平均である。
高齢者の被験者Aの特性Daは若年者群と似たプロットであるが、別の高齢者の被験者Bの特性Dbでは特に変数TK5、θA3、PH2の逸脱が大きいことが分かる。高齢者では股関節屈筋群の拘縮や足関節底屈筋群の筋力低下が見られることが知られているが、被験者Bにみられた変数θA3や変数PH2の逸脱はこれらの加齢変化が反映されたものと考えられる。
なお、例えば図9の例の足関節最大底屈角度θA3が二人の特性Da,Dbで大きく相違することから分かるように、足関節についての情報が加齢度に関して最も重要な情報が含まれる可能性が高く、加齢度を評価する上では、少なくとも足関節についての情報を利用することが重要である。
FIG. 9 is a radar chart obtained by converting the five variables T K5 , θ A3 , θ H2 , T A2 , and P H2 into Z scores. The z-score for each variable is zero for the young group average (FY), and there is a plot inside the chart the further from the young group. FE is the average of the elderly.
The characteristic Da of the subject A of the elderly is a plot similar to that of the young group, but it is understood that the deviation of the variables T K5 , θ A3 and P H2 is particularly large in the characteristic Db of the subject B of another elderly. It is known that in the elderly, contracture of the hip flexor group and muscle weakness of the plantar flexor group are observed, but the deviation of the variable θ A3 and the variable PH 2 observed in the subject B causes these age-related changes. Is considered to be reflected.
As can be seen from, for example, that the ankle joint maximum plantarflexion angle θ A3 in the example of FIG. 9 is largely different between the characteristics Da and Db of the two people, the information about the ankle joint contains the most important information regarding the aging degree It is important to use information on at least the ankle joint to assess the degree of aging.

この図9に示すレーダーチャートは、例えば表示データ作成部25が該当する表示を行う表示データを作成し、表示データ作成部25に接続された表示部(不図示)が、該当するレーダーチャートにより、歩行動作加齢度指数の表示を行う。図9の例では、重回帰分析の結果として最終的に残ったピーク(評価を行う上で重要なピーク)が5個であり、その5個のピークを5角形の図形として示したレーダーチャートである。重回帰分析の結果として最終的に残ったピークの数がこれとは異なる場合には、5角形以外のレーダーチャートで歩行動作加齢度指数を表示することになる。後述する図15のレーダーチャートは、重回帰分析の結果として別の3つのピークが残った場合の例である。   In the radar chart shown in FIG. 9, for example, display data to be displayed by the display data generation unit 25 is generated, and a display unit (not shown) connected to the display data generation unit 25 corresponds to the corresponding radar chart. Display the walking movement age index. In the example of FIG. 9, there are five peaks (important peaks for evaluation) finally remaining as a result of the multiple regression analysis, and the radar chart shows the five peaks as a pentagonal figure. is there. If the number of peaks finally left as a result of the multiple regression analysis is different from this, the walking movement age index will be displayed on a radar chart other than a pentagon. The radar chart of FIG. 15 described later is an example in the case where three other peaks remain as a result of the multiple regression analysis.

図10は、図9の年齢予測の重回帰分析結果を示した表である。すなわち、図9に示す重回帰分析を、キネマティクス変数及びキネティクス変数から評価した場合を、図10に示す。ここでは、相関係数R=0.269(p<0.001)である。
このとき、予測年齢[yrs]は、5個のピークの変数の偏回帰係数と定数項を使って、以下の式で求まる。
予測年齢[yrs]=−66.1409×TK5[N・m/kg]−0.4963×θA3[deg]−0.4962×θH2[deg]−19.7917×TA2[N・m/kg]−9.1245×PH2[W/kg]+207.0688
FIG. 10 is a table showing the results of multiple regression analysis of age prediction in FIG. That is, FIG. 10 shows the case where the multiple regression analysis shown in FIG. 9 is evaluated from the kinematics variable and the kinetic variable. Here, the correlation coefficient R 2 is 0.269 (p <0.001).
At this time, the predicted age [yrs] can be obtained by the following equation using partial regression coefficients of five peak variables and a constant term.
Predicted age [yrs] = − 66.1409 × T K5 [N · m / kg] −0.4963 × θ A3 [deg] −0.4962 × θ H2 [deg] -19.7917 × T A2 [N · m / kg] −9.1245 × P H2 [W / kg] + 207.0688

図11〜図14は、歩行動作変数取得部21が取得する各値のピーク値の具体的な例を示す。図11〜図14の各グラフの横軸は、右足又は左足の1周期の歩行(2歩)を100%で正規化した値であり、縦軸は角度、角速度、トルク、又はトルクパワーを示す。各グラフにおいて、丸印で示す箇所が、歩行動作変数取得部21により取得するピーク値である。   11 to 14 show specific examples of peak values of respective values acquired by the walking motion variable acquisition unit 21. FIG. The horizontal axis of each graph in FIGS. 11 to 14 is a value obtained by normalizing one cycle of walking (two steps) of the right foot or the left foot to 100%, and the vertical axis indicates angle, angular velocity, torque, or torque power. . In each graph, a portion indicated by a circle is a peak value acquired by the walking motion variable acquisition unit 21.

図11は、関節角度のピーク値の定義を示す。上段は股関節角度、中段は膝関節角度、下段は足関節角度を示す。
図11の上段の股関節角度は、1歩行周期内に、股関節伸展角度ピークθH1(離地直前)、及び股関節屈曲角度ピークθH2(遊脚期中盤)を、順に取得する。
図11の中段の膝関節角度は、1歩行周期内に、膝関節屈曲角度ピークθK1(接地直後)、膝関節伸展角度ピークθK2(支持期中盤)、膝関節屈曲角度ピークθK3(離地直後)、及び膝関節伸展角度ピークθK4(接地直前)を、順に取得する。
図11の下段の足関節角度は、1歩行周期内に、足関節底屈角度ピークθA1(接地直後)、足関節背屈角度ピークθA2(支持期後半)、及び足関節底屈角度ピークθA3(離地付近)を、順に取得する。
FIG. 11 shows the definition of peak values of joint angles. The upper stage shows the hip joint angle, the middle stage shows the knee joint angle, and the lower stage shows the ankle joint angle.
The hip joint angle in the upper part of FIG. 11 sequentially acquires a hip joint extension angle peak θ H1 (immediately before release) and a hip joint flexion angle peak θ H2 (middle swing phase) within one walking cycle.
The knee joint angle in the middle of FIG. 11 is, within one walking cycle, knee joint flexion angle peak θ K1 (immediately after grounding), knee joint extension angle peak θ K2 (support phase), knee joint flexion angle peak θ K3 Immediately after the ground, and knee joint extension angle peak θ K4 (immediately before contact) are acquired in order.
The ankle joint angle in the lower part of FIG. 11 is, within one walking cycle, ankle plantar flexion angle peak θ A1 (immediately after grounding), ankle dorsiflexion angle peak θ A2 (late support period), and ankle plantar flexion angle peak Acquire θ A3 (near off ground) in order.

図12は、関節角速度のピーク値の定義を示す。上段は股関節角速度、中段は膝関節角速度、下段は足関節角速度を示す。
図12の上段の股関節角速度は、1歩行周期内に、股関節伸展角速度極小値ωH1(接地直後)、股関節伸展角速度ピークωH2(支持期前半)、及び股関節屈曲角速度ピークωH3(離地付近)を、順に取得する。
図12の中段の膝関節角速度は、1歩行周期内に、膝関節屈曲角速度ピークωK1(接地直後)、膝関節伸展角速度ピークωK2(支持期前半)、膝関節屈曲角速度ピークωK3(離地付近)、及び膝関節伸展角速度ピークωK4(遊脚期後半)を、順に取得する。
図12の下段の足関節角速度は、1歩行周期内に、足関節底屈角速度ピークωA1(接地直後)、足関節背屈角速度ピークωA2(接地直後)、足関節底屈角速度ピークωA3(離地付近)、足関節背屈角速度ピークωA4(離地直後)、及び足関節底屈角速度ピークωA5(遊脚期後半)を、順に取得する。
FIG. 12 shows the definition of the peak value of the joint angular velocity. The upper stage shows the hip joint angular velocity, the middle stage shows the knee joint angular velocity, and the lower stage shows the ankle joint angular velocity.
The hip joint angular velocity in the upper part of FIG. 12 is the hip joint extension angular velocity minimum value ω H1 (immediately after grounding), the hip joint extension angular velocity peak ω H2 (first half of support period), and the hip joint bending angular velocity peak ω H3 ), In order.
The knee joint angular velocity shown in the middle of FIG. 12 is, within one walking cycle, knee joint flexion angular velocity peak ω K1 (immediately after grounding), knee joint extension angular velocity peak ω K2 (first half of support period), knee joint flexion angular velocity peak ω K3 Near the ground) and knee joint extension angular velocity peak ω K4 (late swing phase) are acquired in order.
Lower leg joint angular velocity in FIG. 12, in one walking period, ankle plantar屈角speed peak omega A1 (immediately after the ground), ankle dorsiflexion speed peak omega A2 (immediately after the ground), ankle plantar屈角speed peak omega A3 (Near the separation), the ankle dorsiflexion angular velocity peak ω A4 (immediately after the separation), and the ankle plantar flexion angular velocity peak ω A5 (the late swing phase) are sequentially acquired.

図13は、関節トルクのピーク値の定義を示す。上段は股関節トルク、中段は膝関節トルク、下段は足関節トルクを示す。
図13の上段の股関節トルクは、1歩行周期内に、股関節伸展トルクピークTH1(接地直後)、股関節屈曲トルクピークTH2(離地直前)、及び股関節伸展トルクピークTH3(接地直前)を、順に取得する。
図13の中段の膝関節トルクは、1歩行周期内に、膝関節屈曲トルクピークTK1(接地直後)、膝関節伸展トルクピークTK2(接地直後)、膝関節屈曲トルクピークTK3(支持期後半)、膝関節伸展トルクピークTK4(離地直前)、及び膝関節屈曲トルクピークTK5(接地直前)を、順に取得する。
図13の下段の足関節トルクは、1歩行周期内に、足関節背屈トルクピークTA1(接地直後)、及び足関節底屈トルクピークTA2(離地直前)を、順に取得する。
FIG. 13 shows the definition of the peak value of joint torque. The upper stage shows the hip joint torque, the middle stage shows the knee joint torque, and the lower stage shows the ankle joint torque.
Upper hip torque of FIG. 13, in one gait cycle, hip extension torque peak T H1 (immediately after the ground), hip flexion torque peak T H2 (Hanarechi immediately before), and hip extension torque peak T H3 (the ground just before) Get in order.
The knee joint torque in the middle of FIG. 13 is, within one walking cycle, knee joint flexion torque peak T K1 (immediately after grounding), knee joint extension torque peak T K2 (immediately after grounding), knee joint flexion torque peak T K3 (support period The second half), knee joint extension torque peak T K4 (immediately before release), and knee joint flexion torque peak T K5 (immediately before contact) are acquired in order.
The ankle joint torque torque T A1 (immediately after touching the ground) and the ankle plantar flexion torque peak T A2 (immediately before the release) are sequentially acquired in one walking cycle in the lower ankle joint torque in FIG. 13.

図14は、関節トルクパワーのピーク値の定義を示す。上段は股関節トルク、中段は膝関節トルク、下段は足関節トルクを示す。
図14の上段の股関節トルクは、1歩行周期内に、股関節伸展トルクによる正パワーピークPH1(接地直後)、股関節屈曲トルクによる負パワーピークPH2(支持期後半)、股関節屈曲トルクによる正パワーピークPH3(離地付近)、及び股関節伸展トルクによる正パワーピークPH4(接地直前)を、順に取得する。
図14の中段の膝関節トルクは、1歩行周期内に、膝関節屈曲トルクによる正パワーピークPK1(接地直後)、膝関節伸展トルクによる負パワーピークPK2(接地直後)、膝関節伸展トルクによる正パワーピークPK3(支持期前半)、膝関節伸展トルクによる負パワーピークPK4(離地直前)、及び膝関節屈曲トルクによる負パワーピークPK5(接地直前)を、順に取得する。
図14の下段の足関節トルクは、1歩行周期内に、足関節背屈トルクによる負パワーピークPA1(接地直後)、足関節底屈トルクによる負パワーピークPA2(支持期前半)、及び足関節底屈トルクによる正パワーピークPA3(離地直前)を、順に取得する。
FIG. 14 shows the definition of the peak value of joint torque power. The upper stage shows the hip joint torque, the middle stage shows the knee joint torque, and the lower stage shows the ankle joint torque.
The hip torque in the upper part of FIG. 14 is, within one walking cycle, positive power peak P H1 (immediately after grounding) by hip extension torque, negative power peak P H2 by hip flexion torque (later in support period), positive power by hip flexion torque The peak P H3 (near the release point) and the positive power peak P H4 (immediately before contact) by the hip joint extension torque are acquired in order.
The knee joint torque in the middle part of FIG. 14 is, within one walking cycle, positive power peak P K1 (immediately after grounding) by knee joint flexion torque, negative power peak P K2 (immediately grounding) by knee joint extension torque, knee joint extension torque Positive power peak P K3 (early supporting period), negative power peak P K4 (right before detachment) by knee joint extension torque, and negative power peak P K5 (right before grounding) by knee joint bending torque are acquired in order.
The ankle joint torque in the lower part of FIG. 14 is, within one walking cycle, a negative power peak P A1 (immediately after grounding) by ankle dorsiflexion torque, a negative power peak P A2 (early supporting period) by ankle plantar flexion torque, The positive power peak P A3 (immediately before the release) by the ankle plantar flexion torque is acquired in order.

これらのピーク値の中で、図9の例では、最終的に5つのピークTK5,θA3,θH2,TA2,PH2が回帰分析の結果として残り、この5つのピークTK5,θA3,θH2,TA2,PH2から、歩行動作加齢度指数(GMAindex)を得るようにしたものである。ここで示す5つのピークが歩行動作加齢度指数を得るための値として最終的に残るのは一例であり、回帰分析状態によってその他のピークが歩行動作加齢度指数を得るための値として残ることもある。 Among these peak values, in the example of FIG. 9, five peaks T K5 , θ A3 , θ H2 , T A2 , and P H2 finally remain as a result of the regression analysis, and the five peaks T K5 and θ The walking motion age index (GMAindex) is obtained from A3 , θ H2 , TA 2 and PH 2 . It is an example that the five peaks shown here finally remain as a value for obtaining the walking movement age index, and the remaining peaks remain as values for obtaining the walking movement aging index according to the state of regression analysis. Sometimes.

以上説明したように、歩行動作の加齢度を評価することで、高齢者はもとより、将来高齢者になる中年者、若年者に対して、歩行動作の維持・改善を啓蒙することが可能になる。また、具体的な動作の改善点が示されることで、動作改善のための適切なトレーニングを考案し、実施することが可能になる。   As described above, by evaluating the degree of aging of the walking motion, it is possible to enlighten the maintenance and improvement of the walking motion not only for the elderly but also for middle-aged and young people who will become elderly in the future become. Also, by showing specific improvement points in operation, it becomes possible to devise and implement appropriate training for operation improvement.

[6.変形例]
なお、上述した実施の形態例では、歩行動作変数取得部21が、股関節と膝関節と足関節のそれぞれについて、角度、角速度、トルク、及びトルクパワーを取得して、それらを使った回帰分析で得られたピークから、歩行動作加齢度指数を取得するようにした。これらのトルク及び角度を使うのは一例であり、これらのトルク及び角度の内の一部の情報だけを使って、歩行動作加齢度指数を取得するようにしてもよい。
[6. Modified example]
In the embodiment described above, the walking motion variable acquisition unit 21 acquires the angle, the angular velocity, the torque, and the torque power for each of the hip joint, the knee joint, and the ankle joint, and performs regression analysis using them. The walking motion age index was obtained from the obtained peaks. The use of these torques and angles is an example, and it is possible to obtain the walking movement age index using only a part of information of these torques and angles.

例えば、歩行動作変数取得部21が、股関節の角度及び角速度、膝関節の角度及び角速度と足関節の角度及び角速度を取得し、これらの角度及び角速度の情報について、歩行速度・身長調整部22が調整した後、回帰分析部23が回帰分析を行って、歩行動作加齢度指数取得部24が歩行動作加齢度指数を取得するようにしてもよい。   For example, the walking motion variable acquisition unit 21 acquires the angle and angular velocity of the hip joint, the angle and angular velocity of the knee joint, and the angle and angular velocity of the ankle joint. After adjustment, the regression analysis unit 23 may perform regression analysis, and the walking motion age index acquisition unit 24 may obtain the walking motion age index.

図15は、各関節の角度及び角速度を取得して、それらを使った回帰分析で得られた3つのピークから、歩行動作加齢度指数を取得する例を示す。
この例では、各関節の角度及び角速度を使ったステップワイズ重回帰分析の結果、重回帰式の各項として以下の3つの変数が残った。
1.遊脚期中盤の股関節最大屈曲角度:θH2
2.離地付近の足関節最大底屈角度:θA3
3.接地直後の足関節最大底屈曲角速度:ωA1
FIG. 15 shows an example in which the angle and angular velocity of each joint are acquired, and the walking motion age index is acquired from three peaks obtained by regression analysis using them.
In this example, as a result of stepwise multiple regression analysis using the angle and angular velocity of each joint, the following three variables remain as each term of the multiple regression equation.
1. Maximum hip flexion angle in the middle of swing phase: θ H2
2. Maximum ankle flexion angle near the ground: θ A3
3. Ankle joint maximum base bending angular velocity just after touch: ω A1

図15は、この3つの変数θH2,θA3,ωA1をZスコアに変換し、レーダーチャートとして示したものである。この図15の場合にも、図9と同様に、各変数のZスコアは若年者群平均(FY)がゼロであり、若年者群から逸脱しているほどチャートの内側にプロットがある。FEは高齢者平均である。
図15では、被験者BのスコアDc及び被験者AのスコアDdを示す。
FIG. 15 is a radar chart obtained by converting the three variables θ H2 , θ A3 and ω A1 into Z scores. Also in the case of FIG. 15, as in FIG. 9, the Z score of each variable is zero at the young group average (FY), and there is a plot inside the chart as it deviates from the young group. FE is the average of the elderly.
In FIG. 15, the score Dc of the subject B and the score Dd of the subject A are shown.

図16は、図15の年齢予測の重回帰分析結果を示した表である。すなわち、図15に示す重回帰分析を、キネマティクス変数から評価した場合を、図16に示す。ここでは、相関係数R=0.154(p<0.001)である。
このとき、予測年齢[yrs]は、3個のピークの変数の偏回帰係数と定数項を使って、以下の式で求まる。
予測年齢[yrs]=−0.6134×θH2[deg]−0.5116×θ_A3[deg]−3.3450×ω_A1[rad/s]+233.9590
FIG. 16 is a table showing the results of multiple regression analysis of age prediction in FIG. That is, FIG. 16 shows the case where the multiple regression analysis shown in FIG. 15 is evaluated from the kinematics variable. Here, the correlation coefficient R 2 = 0.154 (p <0.001).
At this time, the predicted age [yrs] is obtained by the following equation using partial regression coefficients and constant terms of three peak variables.
Predicted age [yrs] = − 0.6134 × θ H2 [deg] −0.5116 × θ_A3 [deg] −3.3450 × ω_A1 [rad / s] +233.9590

このように、下肢の各関節の角度と、その角度を時間で微分した角速度を使って、歩行動作加齢度指数を取得することもできる。この図15の例の場合には、キネマティクス変数である関節の角度及び角速度から予測年齢を求めるようにしたため、図9の例のようにキネマティクス変数及びキネティクス変数から評価した場合に比べて、予測年齢の精度が若干悪くなる可能性がある。但し、キネマティクス変数である関節の角度及び角速度は、被評価対象者の歩行状態をビデオカメラ等で撮影した映像のみから取得できるため、歩行動作変数の取得は、図9の例よりも容易にできる。また、図15の例の場合には、各関節の中で、加齢度を推定する上で重要な関節である足関節の角度を使った2つの変数から評価しているため、適切な評価ができる効果を持つ。
なお、歩行動作加齢度のプロフィールを、図9や図15に示す多角形のレーダーチャートとして示すのは一例であり、その他の表示形態の図やグラフで歩行動作加齢度のプロフィールを表示するようにしてもよい。
As described above, it is possible to obtain the walking motion age index by using the angle of each joint of the lower leg and the angular velocity obtained by differentiating the angle with time. In the case of the example of FIG. 15, since the predicted age is obtained from the angle and angular velocity of the joint which is the kinematics variable, as compared with the case of evaluation from the kinematics variable and the kinematics variable as in the example of FIG. The accuracy of the predicted age may be slightly worse. However, since the joint angle and angular velocity, which are the kinematics variables, can be acquired only from the video captured by the video camera etc. of the subject's walking condition, acquisition of the walking motion variables is easier than in the example of FIG. it can. Also, in the case of the example of FIG. 15, since each of the joints is evaluated from two variables using the angle of the ankle joint which is an important joint in estimating the degree of aging, an appropriate evaluation is made. Have the effect of
Note that the profile of the walking motion aging degree is shown as a polygonal radar chart shown in FIG. 9 and FIG. 15 as an example, and the profile of the walking motion aging degree is displayed in a figure or graph of another display form. You may do so.

また、上述した実施の形態例では、回帰分析部23が、ステップワイズ重回帰分析(線形回帰)を行うようにしたが、回帰分析部23がその他の回帰分析を行うようにしてもよい。
歩行動作加齢度指数を得る際に、Zスコアを使用する点についても一例であり、その他の分析手法で歩行動作加齢度に関する指数を得るようにしてもよい。
In the embodiment described above, the regression analysis unit 23 performs stepwise multiple regression analysis (linear regression), but the regression analysis unit 23 may perform other regression analysis.
The use of the Z score in obtaining the walking movement age index is also an example, and an index related to the walking movement aging degree may be obtained by another analysis method.

10…歩行動作評価装置、11…股関節情報取得部、12…膝関節情報取得部、13…足関節情報取得部、14…歩行速度検出部、15…身長検出部、21…歩行動作変数取得部、22…歩行速度・身長調整部、23…回帰分析部、24…歩行動作加齢度指数取得部、25…表示データ作成部、26…記憶部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Walking movement evaluation apparatus, 11 ... Hip joint information acquisition part, 12 ... Knee joint information acquisition part, 13 ... Ankle joint information acquisition part, 14 ... Walking speed detection part, 15 ... Height detection part, 21 ... Walking movement variable acquisition part , 22: walking speed / height adjustment unit, 23: regression analysis unit, 24: walking movement age index acquisition unit, 25: display data creation unit, 26: storage unit

Claims (8)

少なくとも被評価対象者の歩行時の下肢の関節の角度及び角速度を歩行動作変数として取得する歩行動作変数取得部と、
前記歩行動作変数取得部で取得された歩行動作変数を、被評価対象者の歩行速度に基づいて調整する調整部と、
前記調整部で調整された歩行動作変数を説明変数、年齢を目的変数とする回帰分析を行う回帰分析部と、
前記回帰分析部で回帰分析した結果から、前記被評価対象者の歩行動作の加齢度の指数を取得する加齢度指数取得部と、を備える
歩行動作評価装置。
A walking motion variable acquisition unit configured to obtain at least a joint angle and an angular velocity of a lower limb during walking of a person to be evaluated as a walking motion variable;
An adjusting unit that adjusts the walking motion variable acquired by the walking motion variable acquiring unit based on the walking speed of the person to be evaluated;
A regression analysis unit that performs regression analysis using the walking motion variable adjusted by the adjustment unit as an explanatory variable and age as a target variable;
A gait movement evaluation device comprising: an age index acquisition unit for acquiring an index of the aging degree of the walking motion of the person to be evaluated from the result of the regression analysis by the regression analysis unit.
前記歩行動作変数取得部は、前記下肢の関節である股関節、膝関節、及び足関節のうち少なくとも前記足関節を含む角度及び角速度を歩行動作変数として取得する
請求項1に記載の歩行動作評価装置。
The walking motion evaluation device according to claim 1, wherein the walking motion variable acquisition unit acquires, as a walking motion variable, an angle and an angular velocity including at least the ankle joint among a hip joint which is a joint of the lower leg, a knee joint, and an ankle joint. .
さらに、前記歩行動作変数取得部は、前記下肢の関節である股関節、膝関節、及び足関節のうち少なくとも前記足関節を含むトルク及びトルクパワーを歩行動作変数として取得し、
前記回帰分析部は、説明変数としてトルク及びトルクパワーを加える
請求項1又は2に記載の歩行動作評価装置。
Furthermore, the walking motion variable acquisition unit acquires, as a walking motion variable, a torque and torque power including at least the ankle joint among a hip joint, a knee joint, and an ankle joint, which are joints of the lower leg.
The walking motion evaluation device according to claim 1, wherein the regression analysis unit adds torque and torque power as explanatory variables.
前記加齢度指数取得部で取得した加齢度の指数を表示する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の歩行動作評価装置。
The walking movement evaluation device according to any one of claims 1 to 3, which displays an index of the degree of age acquired by the degree of age index acquiring unit.
さらに、前記回帰分析部での回帰分析結果としての、各歩行動作変数に対応する所定のピークを、歩行動作加齢度のプロフィールとして表示する
請求項4に記載の歩行動作評価装置。
The walking motion evaluation device according to claim 4, further comprising displaying predetermined peaks corresponding to each walking motion variable as a regression analysis result in the regression analysis unit as a profile of the walking motion aging degree.
前記調整部は、被評価対象者の身長に基づいた歩行動作変数の調整についても行う
請求項1〜5のいずれか1項に記載の歩行動作評価装置。
The walking operation evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the adjusting unit also adjusts a walking operation variable based on a height of the evaluation target person.
少なくとも被評価対象者の歩行時の下肢の関節の角度及び角速度を歩行動作変数として取得する歩行動作変数取得処理と、
前記歩行動作変数取得処理により取得された歩行動作変数を、被評価対象者の歩行速度に基づいて調整する調整処理と、
前記調整処理により調整された歩行動作変数を説明変数、年齢を目的変数とする回帰分析を行う回帰分析処理と、
前記回帰分析処理により回帰分析した結果から、前記被評価対象者の歩行動作の加齢度の指数を取得する加齢度指数取得処理と、を含む
歩行動作評価方法。
Walking motion variable acquisition processing for acquiring at least the angle and angular velocity of the joints of the lower limbs of the person to be evaluated during walking as the walking motion variable;
An adjustment process of adjusting the walking motion variable acquired by the walking motion variable acquisition process based on the walking speed of the person to be evaluated;
Regression analysis processing for performing regression analysis using the walking motion variable adjusted by the adjustment processing as an explanatory variable and age as a target variable;
A walking motion evaluation method, comprising: an aging degree index acquisition process for acquiring an index of the aging degree of the walking motion of the person to be evaluated from the result of regression analysis by the regression analysis process.
少なくとも被評価対象者の歩行時の下肢の関節の角度及び角速度を歩行動作変数として取得する歩行動作変数取得手順と、
前記歩行動作変数取得手順により取得された歩行動作変数を、被評価対象者の歩行速度に基づいて調整する調整手順と、
前記調整手順により調整された歩行動作変数を説明変数、年齢を目的変数とする回帰分析を行う回帰分析手順と、
前記回帰分析手順により回帰分析した結果から、前記被評価対象者の歩行動作の加齢度の指数を取得する加齢度指数取得手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。
A walking motion variable acquisition procedure for acquiring at least the angle and angular velocity of the joints of the lower limbs at the time of walking of the evaluation subject as walking motion variables,
An adjustment procedure for adjusting the walking motion variable acquired by the walking motion variable acquisition procedure based on the walking speed of the person to be evaluated;
A regression analysis procedure for performing regression analysis with the walking motion variable adjusted by the adjustment procedure as an explanatory variable and age as a target variable;
An age index acquisition procedure for acquiring an index of the aging degree of the walking motion of the person to be evaluated from the result of regression analysis according to the regression analysis procedure;
A program that causes a computer to execute.
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