JP6519981B2

JP6519981B2 - 歩容の評価方法

Info

Publication number: JP6519981B2
Application number: JP2014081753A
Authority: JP
Inventors: 元喜須藤; 真澄宮永
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2034-04-11
Also published as: JP2015202141A

Description

本発明は、歩行時の歩容の評価方法に関する。

床反力計は、被験者が乗るフォースプレートの四隅に三分力型ロードセルを設け、直交３成分（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の応力を測定できるようにしたものである。床反力計で健常者の歩行時のＺ軸方向の分力(垂直分力)Ｆzを測定し、垂直分力を時間に対してプロットすると、図３に示すように、二峰性のピークを有する床反力波形を得ることができる。この床反力波形は、歩行時の体重移動、制動力、駆動力、捻転力等の影響を受け、加齢や性別により変化する（非特許文献１）。そこで、床反力計を用いて歩容を評価したり（特許文献１）、つまずきのリスクを評価したりすること（特許文献２）等が提案されている。

特開平１１―１１３８８４号公報特開２０１３−１３８７８３号公報

リハビリテーション医学,vol.24,No.2,93(1987)

しかしながら、歩容によっては、床反力波形において二峰性のピークが現れずに一峰性のピークが現れる場合や、扁平でピークが現れない場合がある。また、老若男女、健常者、種々の歩行障害者の全ての床反力のデータを予め取得し、全ての歩容と床反力波形を関連づけておくこともできない。そのため、二峰性のピークを前提とした床反力波形の解析方法を任意の被験者に適用することはできず、任意の被験者に適用できる床反力波形の解析方法が求められている。

一方、歩行時の足裏の圧力を簡便に計測できる装置として、シート式圧力センサが知られている（例えば、アニマ株式会社製シート式下肢加重計シリーズウォークＷａｙ、ＡＭＴＩ社製床反力計等）。シート式圧力センサは床反力計に比して安価であるが、歩行時の足裏の圧力の測定精度が低い。

以上の従来技術に対し、本発明は、歩行時の足裏の圧力データを解析して歩容を評価するにあたり、より簡便で、また、任意の被験者の足裏の圧力データを解析対象にすることができる方法の提供を課題にする。

本発明者は、歩行時の足裏の圧力を経時的に計測することにより得た時系列データを経時的に３つの区間に分割した場合の第１区間の最大値、第２区間の平均値、及び第３区間の最大値の大小関係から歩容を評価できることを見出し、これらの大小関係を利用する本発明を想到するに到った。

即ち、本発明は、歩行時の足裏の圧力データの解析により歩容を評価する歩容の評価方法であって、歩行時の足裏の圧力の時系列データを得、該足裏の圧力の時系列データの立脚期を経時的に３つの区間に分割し、第１の区間の圧力の最大値、第２の区間の圧力の平均値、及び第３の区間の圧力の最大値を求め、これらの大小関係に基づいて歩容を評価する方法を提供する。

また、本発明は、歩容の評価結果の表示方法であって、歩行時の足裏の圧力の時系列データの立脚期を経時的に３つの区間に分割し、第１の区間の圧力の最大値、第２の区間の圧力の平均値、及び第３の区間の圧力の最大値を各々求め、第１の区間の圧力の最大値、第２の区間の圧力の平均値、及び第３の区間の圧力の最大値の大小関係から、歩容が、二峰性タイプ、踏み込み時にピークのある一峰性タイプ、蹴り出し時にピークのある一峰性タイプ、ピークのない平坦タイプの４タイプのいずれであるかを判定し、該判定結果を歩容の評価結果として表示する歩容の評価結果の表示方法を提供する。

本発明の評価方法によれば、任意の被験者について、歩行時の足裏の圧力の時系列データを解析し、歩容を評価することができる。この場合、足裏の圧力データは、床反力計で得たものに限られない。シート式圧力センサで計測した足裏の圧力データであってもよいし、その他、足裏の圧力を測れる装置であれば、いかなる態様のもののデータを用いてもよい。

また、本発明の表示方法によれば、本発明による歩容の評価結果を被験者にわかりやすく伝えることができる。

図１Ａは、二峰性の足圧波形の説明図である。図１Ｂは、踏み込み時にピークのある一峰性の足圧波形の説明図である。図１Ｃは、蹴り出し時にピークのある一峰性の足圧波形の説明図である。図１Ｄは、ピークの無い平坦な足圧波形の説明図である。図２は、足圧波形のタイプを示すために解析結果と共に表示する足裏画像である。図３は、二峰性のピークを有する床反力波形の説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明を具体的に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。

本発明の解析方法においては、まず、例えば床反力計などの計測装置を用いて歩行時の足裏の圧力データを計測し、時系列データを取得する。ここで、足裏の圧力データは、Ｚ軸方向あるいは垂直方向の圧力データをいう。

ここで足裏の圧力の計測装置としては、床反力計だけでなく、シート式圧力センサ（例えば、アニマ株式会社製シート式下肢加重計シリーズウォークＷａｙ、ＡＭＴＩ社製床反力計等）を使用することができる。

足裏の圧力の時系列データをシート式圧力センサを用いて得る場合、例えば、被験者が、５〜１０ｍの歩行路の中央に敷かれたシート式圧力センサの上を自由歩行したときの圧力を所定のサンプリング周期で計測すればよい。この場合、サンプリング周期としては、６０Ｈｚ以上が好ましく、１００Ｈｚ以上がより好ましい。

本発明では、上記のようにして計測され、記憶された足裏の圧力の時系列データを、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置を用いて解析するのが好ましく、さらに、情報処理装置に付属した表示装置にて結果を表示するのが好ましい。

本発明では、予め測定され、時系列で記憶された足裏の圧力データのうち、立脚期のデータを抽出して使用する。歩行では左右一方の足の踵が床に接地することにより踏み込みが始まり、歩行者に制動力がかかる。次いで、その足がつま先で床を後方に蹴ることにより歩行者に駆動力が生じ、更に蹴り出すことにより、その足が離床する。この足の接地から離床までの時間が立脚期であり、離床後、足が宙にういている時間（遊脚期）を経て、足は接地と離床を繰り返す。一方、この足の立脚期の間に、他方の足の接地が始まり、この足も接地と離床を繰り返す。すなわち、本発明では、足裏の圧力データのうち、足裏の圧力が０を超えてから０に戻るまでの区間のデータを用いる。容易に分かるように立脚期に費やされる時間は歩行ごとに異なり、左右の足でも異なる。そこで、左右それぞれの足について、立脚期の時間を１００％として、圧力データの時間軸を基準化する。

次に、抽出された圧力データの時間軸を３つの区間に区分する。この区分は、立脚期を３等分することが処理を単純にでき、情報処理装置で行うのが容易になるので好ましい。具体的には、例えば、上述のごとく立脚期の時間軸を基準化、すなわち時間軸が０〜１００となるように圧力データを時間軸方向で補完あるいは圧縮してから、第１の区間を立脚期の時間軸の０〜３３に割り当て、第２の区間を立脚期の時間軸の３４〜６６に割り当て、第３の区間を立脚期の時間軸の６７〜１００に割り当てる。このように区分することで。足圧波形にピークが存在する場合、ピークが第１の区間又は第３の区間に存在するようにできる。

情報処理装置を用いてデータ解析を行うにあたり、上述のごとく予め区分の割合を設定しておき、自動的に演算することが好ましいが、操作者が波形を観察して、区分を設定するようにしてもよい。

次に、足圧波形から歩容を評価するため、第１の区間、第２の区間、及び第３の区間の特徴量として、第１の区間の圧力の最大値Ｐ1、第２の区間の圧力の平均値Ｐ2、及び第３の区間の圧力の最大値Ｐ3を求め、これらの大小関係を比較する。
図１Ａ〜図１Ｄは、足裏の圧力データについて、時間に対して足裏の圧力をプロットした足圧波形の典型的な４パターンの模式図である。

例えば、第１の区間の最大値Ｐ1と第２の区間の平均値Ｐ2の大小を比較し、Ｐ1＞Ｐ2であれば、少なくとも第１の区間には、ピークがある。また、第２の区間の平均値Ｐ2と第３の区間の最大値Ｐ3の大小関係を比較し、Ｐ2＜Ｐ3であれば、少なくとも第３の区間にはピークがある。以上により、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3の大小関係から、足圧波形を圧力ピークの有無および位置に応じた次の４タイプのいずれに分類されるかを判定する。
(i)Ｐ1＞Ｐ2、Ｐ2＜Ｐ3の場合：図１Ａのような二峰性のピーク
(ii)Ｐ1＞Ｐ2、Ｐ2＞Ｐ3の場合、Ｐ1＝Ｐ2、Ｐ2＞Ｐ3の場合、又はＰ1＞Ｐ2、Ｐ2＝Ｐ3の場合：図１Ｂのような踏み込み時にピークのある一峰性タイプ
(iii)Ｐ1＜Ｐ2、Ｐ2＜Ｐ3の場合、Ｐ1＝Ｐ2、Ｐ2＜Ｐ3の場合、又はＰ1＜Ｐ2、Ｐ2＝Ｐ3の場合：図１Ｃのような蹴り出し時にピークのある一峰性タイプ
(iv)Ｐ1＜Ｐ2、Ｐ2＞Ｐ3の場合又はＰ1＝Ｐ2＝Ｐ3の場合：図１Ｄのようなピークの無い平坦タイプ

なお、足圧波形から歩容を分類するために、第２の区間の特徴量として、この区間の平均値Ｐ2を使用するのは、任意の被験者の足圧波形について、特徴量の大小関係から歩容を分類できるようにするためである。即ち、仮に、第２の区間の特徴量として第２の区間の最小値Ｐ2’を使用した場合、上述の(i)、(ii)、(iii)において、平均値Ｐ2に代えて最小値Ｐ2’を使用することにより、Ｐ1、Ｐ2'、Ｐ3の大小関係から図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃの足圧波形を分類することができる。しかしながら、図１Ｄの足圧波形の場合には、Ｐ1＝Ｐ2’のときに第１の区間にピークが無く、また、Ｐ2'＜Ｐ3であるにもかかわらず、第３の区間にピークが無い。このため、第１の区間、第２の区間及び第３の区間の特徴量の大小関係から統一的に足圧波形を分類することができない。

上述の(i)〜(iv)の判定により、次のように歩容を評価することができる。
(i)Ｐ1＞Ｐ2、Ｐ2＜Ｐ3の場合、踵の踏み込みとつま先の蹴り出しに十分な力がでており、歩行にめりはりがある。
(ii)Ｐ1＞Ｐ2、Ｐ2＞Ｐ3の場合、Ｐ1＝Ｐ2、Ｐ2＞Ｐ3の場合、又はＰ1＞Ｐ2、Ｐ2＝Ｐ3の場合：踵で踏み込む力は出ているが、つま先で蹴り出す力が不十分である。この歩容は、通常ふくらはぎの筋力が低下しているときに観察される。また、つまずいた後にもう片方の足を素早く着く筋瞬発力の低下が懸念される歩容である。
(iii)Ｐ1＜Ｐ2、Ｐ2＜Ｐ3の場合、Ｐ1＝Ｐ2、Ｐ2＜Ｐ3の場合、又はＰ1＜Ｐ2、Ｐ2＝Ｐ3の場合：踵で踏み込む力は不十分であるが、つま先で蹴り出す力は十分である。この歩容は、通常すねの筋力が低下しているときに観察される。これは、転倒のきっかけとなるつまずき頻度の増加が懸念される歩容である。
(iv)Ｐ1＜Ｐ2、Ｐ2＞Ｐ3の場合又はＰ1＝Ｐ2＝Ｐ3の場合：踵で踏み込む力もつま先で蹴り出す力も不十分である。これは、つまずきの増加と、筋瞬発力の低下をともなうすり足の歩容であり、転倒が懸念される。

本発明の評価方法では、左右の足のそれぞれについて圧力データを解析し、歩容を評価することができる。これにより、左右どちらの足の歩き方を改善すべきかが容易にわかる。

本発明の方法による評価結果の表示方法としては、表示用媒体であるディスプレイ又は紙面に、足圧波形が上述の４つのタイプ(i)〜(iv)のいずれであるかを表示すると共に、図１Ａ〜図１Ｄに示したような足圧波形を示すことが好ましい。これにより、解析結果を視覚的に容易に理解することができる。

その場合、第２の区間の圧力の平均値Ｐ2に対する第１の区間の圧力の最大値Ｐ1の比率（％）、及び第２の区間の圧力の平均値Ｐ2に対する第３の区間の圧力の平均値Ｐ3の比率（％）を合わせて表示することが好ましい。

さらに、解析された足圧波形が、４つのタイプ(i)〜(iv)のいずれであるかを示すために、評価結果と共に、図２に示す足裏の模式図１を表示することが好ましい。この足裏の模式図１は、踵の踏み込み力が十分な場合に、踵にマーク２を付し、つま先の蹴り出し力が十分な場合につま先にマーク２を付すものである。したがって、上述の(i)Ｐ1＞Ｐ2、Ｐ2＜Ｐ3の場合には、同図(i)の足裏画像を付し、(ii)Ｐ1＞Ｐ2、Ｐ2＞Ｐ3の場合、Ｐ1＝Ｐ2、Ｐ2＞Ｐ3の場合、又はＰ1＞Ｐ2、Ｐ2＝Ｐ3の場合には、同図(ii)の足裏画像を付し、(iii)Ｐ1＜Ｐ2、Ｐ2＜Ｐ3の場合、Ｐ1＝Ｐ2、Ｐ2＜Ｐ3の場合、又はＰ1＜Ｐ2、Ｐ2＝Ｐ3の場合には、同図(iii)の画像を付し、(iv)Ｐ1＜Ｐ2、Ｐ2＞Ｐ3の場合又はＰ1＝Ｐ2＝Ｐ3の場合には、同図(iV)の画像を付すことが好ましい。

本発明の解析方法は、歩容に基づき、歩き方、生活改善、健康増進モチベーション向上等のアドバイスをする場合に有用である。

１足裏の模式図
２マーク

Claims

歩行時の足裏の圧力データの解析により歩容を評価する歩容の評価方法であって、歩行時の足裏の圧力の時系列データを得、該足裏の圧力の時系列データの立脚期を経時的に第１の区間、第２の区間及び第３の区間に３等分し、第１の区間の圧力の最大値、第２の区間の圧力の平均値、及び第３の区間の圧力の最大値を求め、これらの大小関係に基づいて歩容を評価する歩容の評価方法。
第１の区間の圧力の最大値、第２の区間の圧力の平均値、及び第３の区間の圧力の最大値の大小関係から、立脚期における圧力ピークの有無を判断する請求項１記載の歩容の評価方法。
第１の区間の圧力の最大値、第２の区間の圧力の平均値、及び第３の区間の圧力の最大値の大小関係から、歩容を、二峰性タイプ、踏み込み時にピークのある一峰性タイプ、蹴り出し時にピークのある一峰性タイプ、ピークのない平坦タイプの４タイプに分類する請求項２記載の歩容の評価方法。
左右の足のそれぞれについて歩容を評価する請求項１〜３のいずれかに記載の歩容の評価方法。
歩容の評価結果の表示方法であって、歩行時の足裏の圧力の時系列データの立脚期を経時的に第１の区間、第２の区間及び第３の区間に３等分し、第１の区間の圧力の最大値、第２の区間の圧力の平均値、及び第３の区間の圧力の最大値を各々求め、第１の区間の圧力の最大値、第２の区間の圧力の平均値、及び第３の区間の圧力の最大値の大小関係から、歩容が、二峰性タイプ、踏み込み時にピークのある一峰性タイプ、蹴り出し時にピークのある一峰性タイプ、ピークのない平坦タイプの４タイプのいずれであるかを判定し、該判定結果を歩容の評価結果として表示する歩容の評価結果の表示方法。
前記歩容の評価結果を、時間軸に対して足裏の圧力をプロットした足圧波形と共に表示する請求項５記載の歩容の評価結果の表示方法。
前記歩容の評価結果を、第２の区間の圧力の平均値に対する第１の区間の圧力の最大値の比率、及び第２の区間の圧力の平均値に対する第３の区間の圧力の平均値の比率とともに表示する請求項６記載の歩容の評価結果の表示方法。
左右の各々の足の歩容の評価結果を表示する請求項５〜７のいずれかに記載の歩容の評価結果の表示方法。
二峰性タイプの足圧波形に、つま先と踵にマークを付した足裏画像を表示し、踏み込み時にピークのある一峰性タイプの足圧波形に、踵にマークを付した足裏画像を表示し、蹴り出し時にピークのある一峰性タイプの足圧波形につま先にマークを付した足裏画像を表示し、平坦タイプの足圧波形に、踵とつま先にマークの無い足裏画像を表示する請求項５〜８のいずれかに記載の歩容の評価結果の表示方法。