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WO2015129883A1 - 歩行状態検出方法及び歩行状態検出装置 - Google Patents

歩行状態検出方法及び歩行状態検出装置 Download PDF

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WO2015129883A1
WO2015129883A1 PCT/JP2015/055928 JP2015055928W WO2015129883A1 WO 2015129883 A1 WO2015129883 A1 WO 2015129883A1 JP 2015055928 W JP2015055928 W JP 2015055928W WO 2015129883 A1 WO2015129883 A1 WO 2015129883A1
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WO
WIPO (PCT)
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sensor
walking state
subject
monitor
angular velocity
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2015/055928
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English (en)
French (fr)
Inventor
市川　彰
白鳥　典彦
岡田　恵也
秀隆 野澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Microstone Corp
Original Assignee
Microstone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Microstone Corp filed Critical Microstone Corp
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Priority to US15/117,939 priority patent/US10285628B2/en
Priority to EP15755345.4A priority patent/EP3111840B1/en
Publication of WO2015129883A1 publication Critical patent/WO2015129883A1/ja
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    • A61B5/1122—Determining geometric values, e.g. centre of rotation or angular range of movement of movement trajectories
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    • A61B5/743—Displaying an image simultaneously with additional graphical information, e.g. symbols, charts, function plots

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus capable of detecting a walking state of a subject.
  • a method of analyzing a walking state using a motion sensor such as an acceleration sensor instead of taking a moving image has been proposed.
  • a plurality of sensors are attached so as to sandwich the hip joint, knee joint, and ankle joint of both feet of the subject, and when the subject walks The joint angle of the subject and other information are obtained based on the data from the attached sensor.
  • an acceleration sensor is attached to the foot near the ankle of the subject, and the acceleration signal is calculated based on the acceleration data of the foot measured by the acceleration sensor.
  • Frequency spectrum analysis is performed, and foot dragging, slipping, etc. can be evaluated.
  • the number of steps and the walking cycle can be easily measured using a sensor.
  • the motion state of the trunk during walking cannot be analyzed in detail.
  • the physical therapist visually observes the patient's walking state and gives guidance to the patient based on the result of judging the walking state. At this time, the physical therapist gives guidance to the patient by paying attention not only to the lower trunk of the patient, such as the lower lumbar vertebrae and the sacrum, but also to the size and balance of the upper trunk.
  • the lower trunk of the patient such as the lower lumbar vertebrae and the sacrum
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the purpose of the present invention is that, in the medical field such as rehabilitation, it is not necessary to perform complicated operation of the equipment to be used, and the walking state including the movement of the upper trunk can be easily performed. Is to provide a walking state detection method and a walking state detection device.
  • the present invention comprises the following arrangement. That is, according to the walking state detection method according to the present invention, when detecting the walking state of the subject, the subject is measured by measuring the operation state in at least two places of the waist and the chest back of the subject. It is characterized by detecting the walking state. According to this method, it is possible to grasp the condition of the upper body of the subject in particular based on the movement of the waist and back of the chest, so accurate judgment can be made without much experience in actual rehabilitation. It becomes.
  • the lumbar region may be near the lower lumbar vertebra on the sacral plane, and the chest back may be near the apex of the posterior rib of the thoracic vertebra.
  • the walking state of the subject can be accurately determined by detecting at least two movement states from the lower lumbar vertebra to the vicinity of the sacral plane and the apex of the back of the thoracic vertebra.
  • the operation situation in the at least two locations may be any one of acceleration, velocity, position, angular velocity, angle, or a combination thereof.
  • the operating situation at the at least two locations may be measured by analyzing an image taken by a high-speed camera. According to this configuration, it is not necessary to attach a sensor or the like to the subject, and the burden on the subject can be reduced.
  • the operation status in the at least two places may be measured based on data measured by a motion sensor attached to the at least two places.
  • the motion sensor may be any one of an acceleration sensor, an angular velocity sensor, a magnetic sensor, or a combination thereof.
  • the walking state detection device of the present invention based on the data measured by the monitor, the motion sensor attached to each of at least two portions of the waist and chest back of the subject, and the data measured by the motion sensor, It is characterized by comprising calculation means for calculating the operation status of the place and display screen creation means for displaying the operation status of the two places calculated by the calculation means on the monitor in a superimposed manner.
  • the motion sensor may be an acceleration sensor, an angular velocity sensor, a magnetic sensor, or a combination thereof.
  • the calculation means extracts the vibration component by filtering the data detected by the acceleration sensor, integrates the extracted vibration component, One of the fluctuation speed and the fluctuation amount may be calculated.
  • the vibration component by extracting only the vibration component from the acceleration data detected by the acceleration sensor, the movement displacement in the walking direction can be eliminated, so that the walking state can be accurately grasped.
  • the calculating means extracts only the vibration component by filtering the data detected by the angular velocity sensor, and integrates the extracted vibration component to obtain the vibration angular velocity and the vibration angle. Either of the above may be calculated.
  • the calculation means calculates the angle detected from the data detected by the angular velocity sensor, or calculates the angle by integrating the data detected by the angular velocity sensor. Also good.
  • the calculation means may calculate data detected by the magnetic sensor as an angle.
  • the display screen creating means creates the two Lissajous diagrams in the horizontal plane based on any of the shaking acceleration, the shaking speed, and the shaking amount calculated by the calculating means.
  • the Lissajous diagrams may be superimposed and displayed on a monitor. According to this configuration, the walking state of the subject, in particular, the waist and chest back can be visually confirmed very clearly.
  • the display screen creating means creates the two Lissajous diagrams in the horizontal plane based on either the shaking angular velocity or the shaking angle calculated by the calculating means, and displays the two Lissajous diagrams. It may be characterized by being displayed on a monitor in a superimposed manner. According to this configuration, the walking state of the subject, in particular, the waist and chest back can be visually confirmed very clearly.
  • Each of the motion sensors is a combination of a triaxial acceleration sensor and a triaxial angular velocity sensor, and the calculation means detects the direction of gravity from the data detected by the triaxial acceleration sensor, and the triaxial angular velocity Based on the detected gravity direction from the data detected by the sensor, the angular velocity or angle in the three-axis orthogonal coordinate system in the gravitational direction, the walking direction in the horizontal plane, and the horizontal direction in the horizontal plane is calculated, and the display screen is created
  • the means calculates the Lissajous figure by the respective gravitational direction, the walking direction in the horizontal plane, the respective angular velocities in the horizontal direction in the horizontal plane or the respective angles calculated by the calculating means, the walking direction in the horizontal plane, and the horizontal direction in the horizontal plane.
  • the Lissajous diagrams of the two motion sensors may be superimposed and displayed on the monitor. According to this configuration, the walking state can be confirmed more reliably.
  • the calculation means calculates the operation status of the two locations from the reference posture when the subject is stationary to the normal posture when the subject is stationary, and creates the display screen.
  • the means displays the two operation states on the monitor based on the data measured by the motion sensor, the means is in a state where the subject is stationary from the reference posture calculated by the calculation means. It may be characterized in that the operation states at the two places when the normal posture is reached are corrected and displayed on the monitor. According to this configuration, it is possible to calculate the positional relationship between the motion sensors (that is, positional deviation, inclination, torsion, etc.), and the subject's body is originally one of the shoulders down or stooped, etc. Physical characteristics other than when walking can be determined.
  • the reference posture in the present specification refers to a state in which two motion sensors are arranged on a vertical axis substantially at the center of the subject in the left-right direction, and the axial directions of the two motion sensors coincide with each other. Refers to posture.
  • the calculation means calculates the sensor position of each motion sensor from the central axis along the subject's vertical direction while the subject is walking, and the display screen creation means calculates the data measured by the motion sensor.
  • the sensor position of each of the motion sensors calculated by the calculation unit may be corrected and displayed on the monitor. According to this configuration, it is possible to calculate the positional relationship between the motion sensors during walking (that is, positional deviation, inclination, torsion, etc.). It is possible to judge physical characteristics other than walking. And when displaying the operation
  • the display screen creating means displays a connection line connecting the same time points in the Lissajous diagram of the two motion sensors, and displays the connection line so as to move with time. It is good. According to this configuration, the movement of the subject, particularly the lumbar region and the chest back region, is displayed in an easy-to-understand manner.
  • the display screen creating means displays an image of both soles of the subject on a monitor, and instructs the calculation means to calculate an impact value at the designated predetermined location by instructing a predetermined location on both soles. It is good also as displaying the made impact value on a monitor. According to this configuration, since the impact value applied to the sole can be grasped for each of the left and right feet, the walking state can be confirmed more reliably.
  • a monitor a monitor, markers attached to each of at least two portions of the waist and chest back of the subject, a plurality of high-speed cameras that capture each of the markers, And a display screen creating means for displaying the operation states of the respective markers photographed by the high-speed camera on a monitor in a superimposed manner.
  • a motion sensor attached to each of at least two places of the waist and back of the subject, and a calculation means for calculating the operation status of the two places based on data measured by the motion sensor.
  • the display screen creation means superimposes and displays the operation states of the markers photographed by the high-speed cameras on the monitor and superimposes the operation states of the two locations calculated by the calculation means. Display on a monitor. According to this configuration, based on both the operation state of each marker photographed by the high-speed camera and the operation state measured by the motion sensor, the operation state of the lumbar region and the chest back part can be easily confirmed based on the vision. be able to.
  • the calculating means calculates a positional relationship between the motion sensors taken by the high-speed cameras when the subject is stationary, and the display screen creating means is based on the data measured by the motion sensors.
  • the operation state is corrected based on the positional relationship between the motion sensors calculated by the calculation means and displayed on the monitor.
  • the positional relationship between the motion sensors at rest that is, positional deviation, inclination, torsion, etc.
  • the subject's body is originally either one of the shoulders down or the back of the subject. It is possible to judge physical features other than walking. And when displaying the operation
  • the walking state detection method and apparatus According to the walking state detection method and apparatus according to the present invention, it is possible to make an accurate determination in the rehabilitation field without actually gaining a lot of experience.
  • FIG. 1 shows a subject in the walking state detection method of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of the walking state detection device.
  • the operation state is measured at two places, that is, the waist 12 and the chest back 14 of the subject 10 to be detected in the walking state.
  • the specific position of the lumbar portion 12 may be in the vicinity of the sacrum from the lower lumbar vertebra of the subject.
  • the sacrum is located at the lower part of the spine and constitutes the pelvis.
  • the chest back portion 14 is preferably near the apex of the posterior heel of the thoracic vertebra.
  • the thoracic vertebra is one of the parts constituting the spine and is located near the scapula. It should be noted that at least two of the measurement positions of the operation status are necessary, but three or more measurement locations such as a head may be measured by measuring at other locations.
  • the walking state detection device 30 of the present embodiment includes motion sensors 18 and 20 attached to the waist 12 and the chest back 14 of the subject, a device main body 31, and a monitor 32, respectively.
  • triaxial acceleration sensors 18 and 20 are mounted as an example of a motion sensor on each of the waist 12 and the chest back 14 and the operating conditions of the waist 12 and the chest back 14 are measured.
  • the triaxial acceleration sensors 18 and 20 measure the acceleration in the direction of each axis when the horizontal direction in the horizontal plane is the x-axis direction, the walking direction in the horizontal plane is the y-axis direction, and the vertical direction is the z-axis direction. it can.
  • the two three-axis acceleration sensors 18 and 20 are connected to the device main body 31 of the walking state detection device 30 so that data communication is possible.
  • the triaxial acceleration sensors 18 and 20 and the apparatus main body 31 are connected by a data communication cable 33 or the like so that data can be transmitted and received.
  • the apparatus main body 31 includes a control unit 42 that operates based on a control program.
  • the control unit 42 includes a CPU, ROM, RAM, and the like (not shown).
  • the control unit 42 is connected to a storage device 44 such as a hard disk drive via an internal bus 43.
  • the storage device 44 is not limited to a hard disk drive.
  • control unit 42 is connected to an input device such as a keyboard 46 and a mouse 48 via an internal bus 43.
  • the control unit 42 implements a calculation unit 34 that calculates the exercise status at two locations based on the acceleration data from the triaxial acceleration sensors 18 and 20. Further, the control unit 42 realizes a display screen creation unit 36 that superimposes the two operation states calculated by the calculation unit 34 and displays them on the monitor 32.
  • the calculation means 34 receives acceleration data from two triaxial acceleration sensors 18 and 20.
  • the calculation means 34 includes a high-pass filter 35 that performs filtering processing on acceleration data measured at two locations.
  • the high-pass filter 35 removes low frequency components from the acceleration data, leaving only high frequency components.
  • the calculation means 34 removes the movement displacement during walking, which is a low-frequency component, from the acceleration data by the high-pass filter 35, and extracts only the vibration component, which is a high-frequency component.
  • the movement displacement during walking, which is a low-frequency component, in the calculation means 34 is not limited to the high-pass filter, but other filtering means such as a Kalman filter using signals from the angular velocity and / or magnetic sensor together. May be.
  • the calculating unit 34 may include an integrator 37, and may integrate the vibration component extracted by the filtering process.
  • the vibration component of acceleration data (not integrated) is the vibration acceleration, the vibration component of acceleration data is integrated once, the vibration speed, and the vibration component of acceleration data is 2
  • the value obtained by integrating the number of times is taken as the amount of shaking.
  • the display screen creating means 36 of the present embodiment creates two Lissajous diagrams in the horizontal plane based on the shaking acceleration, shaking speed or shaking amount calculated by the calculating means 34, and displays the two Lissajous diagrams. It operates to superimpose and display on the monitor 32.
  • the Lissajous diagram is a curve drawn by synthesizing simple vibrations in directions perpendicular to each other.
  • the vibration component is extracted by the calculation means 34, so that a Lissajous diagram can be created.
  • FIG.3 and FIG.4 The schematic explanatory drawing of other embodiment of a walking state detection apparatus is shown in FIG.3 and FIG.4.
  • symbol is attached
  • data can be transmitted and received between the triaxial acceleration sensors 18 and 20 and the apparatus main body 31 not by a data communication cable or the like but by a wireless communication function.
  • the triaxial acceleration sensors 18 and 20 are provided with data transmission units 22 and 24, respectively, so that the detected acceleration data can be transmitted wirelessly.
  • the apparatus main body 31 is provided with a data receiving unit 29, and can receive acceleration data transmitted from the data transmitting units 22 and 24.
  • As the wireless communication function Bluetooth (registered trademark) or the like can be employed.
  • data can be transmitted and received between the triaxial acceleration sensors 18 and 20 and the apparatus main body 31 by the wireless communication function, but the triaxial acceleration sensors 18 and 20 transmit one data. It is connected to the unit 25, and data from the two three-axis acceleration sensors 18 and 20 can be transmitted by one data transmission unit 25.
  • the apparatus main body 31 is provided with a data receiving unit 29 and can receive acceleration data transmitted from the data transmitting unit 25.
  • the Lissajous diagram here shows the amount of swaying of the waist 12 (near the sacrum) and the chest back 14 (near thoracic vertebra 6) when the horizontal axis is the horizontal direction of the horizontal plane and the vertical axis is the walking direction.
  • the amount of swaying of the lumbar part 12 (near the sacrum) and the chest back part 14 (near the thoracic vertebra 6) is a horizontally long circle having the same size. Further, the two horizontally long circles are substantially the same in the left-right direction and are at the same position.
  • a horizontally long circle of the waist 12 protrudes slightly in the walking direction
  • a horizontally long circle of the chest back part 14 is slightly behind.
  • the walking state is good. It can be judged.
  • the amount of swaying of the waist 12 is a slightly small horizontally long circle.
  • the amount of swaying of the chest back part 14 is a large horizontally long circle including the amount of swaying of the lumbar part 12 (near the sacrum).
  • the amount of shaking of the chest back portion 14 swells greatly to the left than the amount of shaking of the waist 12 (near the sacrum).
  • the amount of swaying of the waist 12 is a slightly small horizontally long circle.
  • the amount of swaying of the chest back part 14 is a large horizontally long circle that includes the amount of swaying of the lumbar part 12 (near the sacrum) on its inside and is considerably wide in the left-right direction.
  • none of the fluctuation amounts are shifted in the left-right direction.
  • Lissajous diagrams shown in FIGS. 5 to 7 illustrate the amount of vibration (the vibration component obtained by filtering the acceleration data twice integrated). Even the swaying speed can be displayed as a Lissajous diagram.
  • the first embodiment described above employs a triaxial acceleration sensor as a motion sensor, but an embodiment employing a triaxial angular velocity sensor as the motion sensor will be described with reference to FIG.
  • symbol is attached
  • Angular velocity data from two triaxial angular velocity sensors 38 and 40 are input to the calculating means 34.
  • the calculating means 34 includes a high-pass filter 35 that performs filtering processing on angular velocity data measured at two locations.
  • the high-pass filter 35 removes low frequency components from the angular velocity data and leaves only high frequency components.
  • the calculating means 34 includes an integrator 37 and integrates the vibration component extracted by the filtering process.
  • the vibration component of angular velocity data (not integrated) is the oscillation angular velocity
  • the vibration component of angular velocity data is integrated once is the oscillation angle.
  • data transmission / reception may be performed between the triaxial acceleration sensors 38 and 40 and the apparatus main body 31 by a wireless communication function instead of a data communication cable or the like.
  • the wireless communication function has the same configuration as that shown in FIG. 3 and FIG.
  • the display screen creation means 36 of the present embodiment creates two Lissajous diagrams in the horizontal plane based on the oscillation angular velocity and the oscillation angle calculated by the calculation unit 34, and superimposes the two Lissajous diagrams. It operates to display on the monitor 32. Although an example in the Lissajous diagram is not shown here, graphics similar to those in FIGS. 5 to 7 shown in the first embodiment are displayed.
  • the calculation means 34 to which the angular velocity data is input does not perform the filtering process and does not perform the integration process, and the display screen creating means 36 superimposes the two angular velocity data based on the angular velocity data as they are.
  • the display 32 may be displayed on the monitor 32. In this case, the calculation unit 34 in the control unit 42 may not exist.
  • FIG. 9 shows an example of a monitor display screen based on angular velocity data when the filtering process and the integration process are not performed.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 9 is “time (second)”, and the vertical axis is “angular velocity (deg / sec)”. If you look at this graph, you can see four large mountains. Since one mountain appears when one step is taken, in this graph, the subject is walking four steps. In this example of the subject, the angular velocity near the sacrum is small, so at least the waist is not twisted, but the rotation near the thoracic vertebra is large, so it can be determined that the upper trunk is twisted and walking.
  • the calculation means 34 to which the angular velocity data is input does not perform the filtering process, performs the integration process once to obtain the angle data, and the display screen creation means 36 displays the operation status on the monitor 32 based on the angle data. It may operate to
  • FIG. 10 shows an example of the monitor display screen based on the angle data when the integration process is performed once without performing the filtering process.
  • four needles in the right and left directions are displayed from the center of the circle, the upward direction in the drawing is the traveling direction, and 30 degrees, 60 degrees, and 90 degrees from the center of the circle to the right and left sides. Shaking the scale.
  • the two needles on the waist and back of the chest point to the maximum angle in the right and left directions, respectively. Thereby, the twist of the upper body at the time of walking can be determined.
  • the magnetic sensor can detect the angular component of the moving part by utilizing the fact that the geomagnetic field in the north direction is large. Therefore, the data detected by the three-axis magnetic sensor in this embodiment is angle data.
  • the three-axis magnetic sensors 39 and 41 are employed as motion sensors, they are attached to the waist 12 and the chest back 14, and the detected angle data is transmitted to the controller 42.
  • the angle data may be used as it is, and the display screen creation unit 36 may operate so that the angle data at two locations are superimposed and displayed on the monitor 32. For this reason, there is no need to provide calculation means for filtering and integrating data.
  • data transmission / reception may be performed between the three-axis magnetic sensors 39 and 41 and the apparatus main body 31 by a wireless communication function instead of a data communication cable or the like.
  • the wireless communication function has the same configuration as that shown in FIGS. 3 and 4, and thus detailed description thereof is omitted here.
  • An example of a monitor display screen based on angle data can be the same as that shown in FIG. 10, and the description thereof is omitted here.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram of the walking state detection device of the present embodiment.
  • symbol is attached
  • the motion sensors 56 and 58 are provided with data transmission units 22 and 24, respectively, so that the detected data can be transmitted wirelessly.
  • the apparatus main body 31 is provided with a data receiving unit 29, and can receive acceleration data transmitted from the data transmitting units 22 and 24.
  • Bluetooth registered trademark
  • the apparatus main body 31 includes a control unit 42 that operates based on a control program.
  • the control unit 42 starts a control program stored in advance, an operation screen shown in FIG. 13 is displayed on the monitor 32.
  • This operation screen is a screen for performing setting and calibration in each of the motion sensors 56 and 58.
  • connection setting of each of the motion sensors 56 and 58 is executed by the control unit 42 when the connection setting button 60 displayed on the upper left in FIG. In the vicinity of the connection setting button 60, a sensor disconnect button 61 is provided.
  • a display for calibration is made.
  • the purpose of this calibration is to reliably detect the gravitational direction and the horizontal direction perpendicular to the gravitational direction, and the operator can select either simple correction or standard correction.
  • the motion sensors 56 and 58 are placed on a horizontal plane to detect the direction of gravity.
  • Calibration is executed by the control unit 42 by pressing the calibration execution button 62 by operating the mouse 48 or the like.
  • a calibration data collection lamp for each of the motion sensors 56 and 58 is provided.
  • a motion sensor 56 is attached in the vicinity of the subject's sacrum, a motion sensor 58 is attached in the vicinity of the thoracic vertebra 6, and when the subject walks, the control unit 42 automatically collects walking data for a predetermined time.
  • the control unit 42 automatically collects walking data for a predetermined time.
  • acceleration data in the X-axis direction From the motion sensor 56 near the sacrum, acceleration data in the X-axis direction, acceleration data in the Y-axis direction, acceleration data in the Z-axis direction, angular velocity data in the X-axis direction, angular velocity in the Y-axis direction at predetermined intervals (for example, 5 ms).
  • Data and angular velocity data in the Z-axis direction are transmitted to the data receiving unit 29.
  • the axial velocity data in the axial direction and the angular velocity data in the Z-axis direction are transmitted to the data receiving unit 29.
  • Each data received by the data receiving unit 29 is also displayed as measurement data by the display screen creating means 36.
  • a display example of the measurement data is shown in FIG. In FIG. 14, with respect to the acceleration Ax in the X-axis direction, the acceleration Ay in the Y-axis direction, and the acceleration Az in the Z-axis direction by the acceleration sensor of the motion sensor 56 near the sacrum, the horizontal axis represents time (seconds) and the vertical axis represents acceleration ( m / s 2 ).
  • the horizontal axis represents time (seconds) and the vertical axis represents angular velocity (rad / s) is displayed in the graph 65.
  • the horizontal axis represents time (seconds) and the vertical axis represents acceleration (m / It is displayed in the graph 66 as s 2 ).
  • the horizontal axis represents time (seconds) and the vertical axis represents angular velocity ( rad / s).
  • a setting field 68 is provided in which the time from the start of measurement to the end of measurement can be set.
  • a remaining time display column 69 for displaying the remaining time during measurement is provided.
  • a measurement start / stop button 70 for instructing measurement start or measurement stop is provided. Note that the graph of FIG. 14 can display data being measured in real time, but can also display data measured in the past. When the data measured in the past is stored, the stored measurement data button 71 is pressed to read the stored data (measured and stored in the past) and displayed on each of the graphs 64 to 67. You can
  • FIG. 15 shows a screen for displaying the result of analyzing the data shown in FIG.
  • the calculation means 34 removes the low-frequency components of the acceleration Ax in the X-axis direction, the acceleration Ay in the Y-axis direction, and the acceleration Az in the Z-axis direction with the high-pass filter 35 for each of the motion sensors 56 and 58.
  • the integrator 37 of the calculating means 34 integrates each of the shaking accelerations extracted by the filtering process once to calculate the shaking speed, and integrates twice to calculate the shaking amount.
  • a graph 72 in the upper left of FIG. 15 displays the displacement of the motion sensor 56 near the sacrum in each of the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction.
  • the vertical axis of this graph 72 is displacement (mm), and the horizontal axis is time (seconds).
  • the displacement on the vertical axis indicates the displacement in each direction of the three axes with the stop position as the reference (0).
  • the 15 is a Lissajous diagram showing the displacement of the motion sensor 56 in the vicinity of the sacrum.
  • the vertical axis represents the vertical displacement (mm), and the horizontal axis represents the horizontal displacement (mm).
  • the upper right graph 76 in FIG. 15 displays the displacement of the motion sensor 58 near the thoracic vertebra 6 in each of the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction.
  • the vertical axis of this graph 76 is displacement (mm), and the horizontal axis is time (seconds).
  • the displacement on the vertical axis indicates the displacement in each direction of the three axes with the stop position as the reference (0).
  • the graph 78 at the lower right of FIG. 15 is a Lissajous diagram of the displacement of the motion sensor 58 near the thoracic vertebra 6, where the vertical axis is the vertical displacement (mm) and the horizontal axis is the horizontal displacement (mm). It is.
  • the trajectory graphs 74 and 78 in the Lissajous diagram of FIG. 15 can be changed by pressing the change button 79 to select the graph viewed from any plane of XY, YZ, or XZ. it can.
  • the XY plane is displayed as the front face, but when the change button 79 is pressed, the display is performed on either the YZ plane (the arrow plane) or the XZ plane (horizontal plane). it can.
  • the display data of the graphs 74 and 78 of the respective trajectories in FIG. 15 it is possible to select from when to when the walking cycle of the actually measured data is displayed as a graph.
  • the selection of the walking cycle is performed on the selection screen 80.
  • two cycles from the first cycle are displayed, but it is preferable to select a cycle in the middle stage where walking is stable.
  • the range of the walking cycle selected on the selection screen 80 is displayed as a range of two thick vertical lines 81 in the displacement graphs 72 and 76 of the motion sensors 56 and 58.
  • the calculation means 34 can calculate the walking pitch from the amount of fluctuation based on the data obtained from the measured motion sensors 56 and 58.
  • the walking pitch refers to the interval between a predetermined foot landing and the next landing of the same foot.
  • the calculated walking pitch is displayed in the extraction result column 83. Further, the calculation means 34 calculates the walking pitch within the upper limit range of the walking pitch set in the upper limit setting field 85 that can be operated by the operator.
  • Measurement data and analysis conditions in each graph displayed in FIG. 15 can be stored in the storage device 44 by pressing the save button 96.
  • Measurement data and analysis conditions can be stored in, for example, a CSV file.
  • FIG. 16 shows a screen that the display screen creation means 36 finally creates for the user.
  • the Lissajous figures by displacement near the sacrum and the vicinity of the thoracic vertebra 6 calculated by the motion sensors 56 and 58 are shown as a YZ plane (an arrowhead plane) 100, an XY plane (frontal plane plane) 102, X A feature is that three of the ⁇ Z plane (horizontal plane) 104 are displayed simultaneously.
  • three Lissajous diagrams for two pieces of data are arranged so as to be compared on the left and right sides, but display for one piece of data may be performed.
  • the display screen creation means 36 displays the connection line 82 that connects the same time points in the Lissajous diagram of the two motion sensors 56 and 58, and displays the connection line 82 so as to move with time. Can do.
  • the display of the connection line 82 is performed by the display screen creation means 36 when the operator presses the phase button 89 on the right side of the screen.
  • a playback button 92 is provided below the phase button 89.
  • the display screen creating means 36 reproduces and displays while moving the connection line 82 as time passes.
  • the reproduction display of the connection line 82 can be changed by changing the number in the double speed display column 93.
  • the number in the double speed display column 93 is 1.0, playback is in real time, and when the number is 0.5, playback is in half the real time.
  • a display column 105 to be displayed is provided for each Lissajous diagram.
  • the display screen creation means 36 calculates and displays the front-rear width (mm), vertical width (mm), and locus length (mm).
  • the display screen creation means 36 calculates and displays the horizontal width (mm), vertical width (mm), and locus length (mm).
  • the display screen creation means 36 calculates and displays the left and right width (mm), the front and rear width (mm), and the trajectory length (mm).
  • left and right sole diagrams 84a and 84b are displayed.
  • the impact value m / Display fields 86a and 86b for displaying s 2
  • instruction bars 87a and 87b for indicating arbitrary points on the soles are provided, and the operator operates the instruction bars 87a and 87b to operate the foot. Any point on the back can be indicated.
  • the calculating unit 34 calculates the vertical acceleration value in the motion sensor 56 at the position indicated in the instruction bars 87a and 87b, and the display screen creating unit 36 displays The acceleration values calculated in the fields 86a and 86b are displayed as impact values.
  • the last part of the horizontal 8 figure (infinite mark) of the XZ plane (horizontal plane) of the motion sensor 56 is at the heel landing and the foremost part is at the toe release. It can be grasped by doing.
  • the analysis result shown in FIG. 16 can be stored in the storage device 44 by pressing the save button 95.
  • the analysis result can be stored as, for example, a CSV file.
  • the scale of each Lissajous diagram of FIG. 16 can be changed by changing the number in the scale display field 97.
  • the display screen creating means 36 includes displacements in the YZ plane (the arrow plane) near the sacrum and the thoracic vertebra 6 calculated by the motion sensors 56 and 58, the displacement in the XY plane (frontal plane), Based on the displacement of the XZ plane (horizontal plane), it is also possible to create a moving image (animation) representing a state in which the subject is moving three-dimensionally.
  • the positions of the motion sensors may be measured, and the Lissajous diagram may be corrected based on this positional relationship.
  • the assistant may correct the posture, or may apply a destination tree to the subject. Then, have the subject relax and have the subject take a comfortable posture. Then, the amount of shaking when shifting from the reference posture to the original posture (physical feature) of the subject is calculated by the calculation means 34. That is, the displacement, inclination, twist, etc. of the position of the motion sensor on the back of the chest and the motion sensor on the waist are found. For example, if the subject's right shoulder is originally lowered, the motion sensor on the back of the chest is tilted to the right of the motion sensor on the hips. Leaning on.
  • the display screen creation unit 36 Correct the amount of Lissajous diagram so that it is shifted 1 cm to the right. In this way, it is possible to confirm the original physical characteristics of the subject regardless of when walking only by looking at the Lissajous diagram.
  • the Lissajous diagram may be displayed in consideration of the physical characteristics when walking instead of the physical characteristics of the subject when stationary. That is, even if the base posture is stationary, the posture may be deteriorated during walking, or the posture may be correct during walking.
  • the calculation unit 34 calculates a positional shift in the orthogonal coordinate system of each motion sensor during walking of the subject, and calculates the physical characteristics of the subject during walking. Then, the display screen creation means 36 corrects the Lissajous figure of the shaking amount based on the physical characteristics. In this way, just by looking at the Lissajous diagram, the physical characteristics during walking can be confirmed.
  • the high-speed camera 55 is a camera that can continuously shoot several tens of frames per second, and a known camera can be adopted. A plurality of high-speed cameras 55 can be provided, and photographing at different positions can improve measurement accuracy. Markers 50 and 52 are attached to the waist 12 and the chest back 14, respectively. Each high-speed camera 55 photographs the markers 50 and 52.
  • the captured image data is input to the apparatus main body 31.
  • the display screen creation means 36 realized by the control unit 42 causes the monitor 32 to display the operation status of the markers 50 and 52 in the input image data.
  • the image data from different positions is input to the apparatus main body 31 by the plurality of high-speed cameras 55, but the situation where the positions of the markers 50 and 52 operate three-dimensionally, that is, the movement of the markers 50 and 52 is performed.
  • a trajectory may be displayed (not shown).
  • the motion sensor in each of the above-described embodiments is arranged at the positions of the markers 50 and 52, and the operation status of the two places is calculated based on the data measured by the motion sensor. Means may be provided (not shown).
  • the display screen creation means 36 superimposes and displays the movement trajectories of the markers 50 and 52 photographed by the high-speed camera 55 on the monitor 32 and superimposes the two operation states calculated by the calculation means. In addition, it can be displayed on the monitor 32.
  • the positional relationship between the motion sensors when the subject is stationary may be measured using the high-speed camera 55.
  • the positional relationship between the motion sensors includes a positional shift, a tilt, a twist, and the like between the motion sensor on the back of the chest and the motion sensor on the waist. For example, if the subject's right shoulder is originally lowered, the motion sensor on the back of the chest is tilted to the right of the motion sensor on the hips. Leaning on.
  • the display screen creation means 36 can correct the Lissajous figure of the amount of shaking measured by the motion sensor and display it on the monitor 32 based on the positional relationship of each motion sensor. For example, if the motion sensor of the back of the chest is shifted 1 cm to the right of the motion sensor of the waist, the Lissajous figure of the amount of shaking in the back of the chest is corrected to shift 1 cm to the right. In this way, it is possible to confirm the original physical characteristics of the subject regardless of when walking only by looking at the Lissajous diagram.
  • lumbar part 12 and the chest back part 14 has been demonstrated, in addition to that, measurement places, such as a head, are added. You may measure in three or more places.
  • the acceleration sensor In each of the embodiments described above, only the acceleration sensor, the angular velocity sensor, and the magnetic sensor have been described. However, the acceleration sensor, the angular velocity sensor, and the magnetic sensor may be used in combination. In this case, a combination of acceleration, velocity, position, angular velocity, and angle can be detected as the detected physical quantity.
  • the monitor 32 may be a large monitor, and the subject may walk while looking at his / her posture. In this way, the subject can walk while correcting his / her walking, and a biofeedback effect can be obtained.
  • the display screen creation means 36 may display on the monitor 32 an anthropomorphic display by animation such as CG based on the analysis result of the Lissajous diagram. According to this method, the result can be displayed in a manner that is easy for the subject to understand.
  • Insoles for shoes are currently being developed by various manufacturers and are made of materials and shapes suitable for various applications such as running, mountain climbing and winter sports.
  • each piece of data can be changed by pressing a read button 90. Therefore, the test subject can collect data of each motion sensor a plurality of times by changing the presence or absence of the insole or changing the insole, and can display two data with different conditions on the monitor 32. By simultaneously displaying the data with the changed conditions on one screen as shown in FIG. 16, the walking state when the conditions are changed can be grasped at a glance.
  • the data 2 on the right side has larger blurring in the three directions of front and rear, left and right, and top and bottom, and it can be determined that the condition of the data 1 on the left side is the preferred walking state.
  • the effect of the insole could only be subjectively determined by the subject, such as whether the subject is easy to walk, but by using the walking state detection device, an objective judgment can be made very easily. Can do.
  • the walking state detection device can check not only the effect of the insole but also the quality of the shoes.
  • the subject can easily and objectively determine which shoe is in the preferred walking state by collecting the data of each motion sensor a plurality of times instead of the shoe.
  • the walking state detection device can further confirm the effect of rehabilitation. By collecting data of each motion sensor before and after rehabilitation, it can be objectively easily determined whether the rehabilitation effect is improved and the walking state is favorable.
  • the walking state detection device can further check the effects of training and stretching. By collecting data of each motion sensor before and after performing training or stretching, it is possible to easily and objectively determine whether the training or stretching effect is improved and the walking state is favorable.

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Abstract

　リハビリテーション等の医療現場において、用いる機器の複雑な操作等が必要なく、簡単に上体の動作を含めて歩行状態を検出できる方法及び装置を提供することを課題とする。　解決手段として、被検者（１０）の歩行状態を検出する際に、被検者の腰部（１２）及び胸背部（１４）の少なくとも２か所における動作状況を測定することによって被検者の歩行状態を検出する。

Description

歩行状態検出方法及び歩行状態検出装置
　本発明は、被検者の歩行の状態を検出することができる方法及び装置に関する。
　歩行状態を解析する場合には、高速度カメラなどを用いて動画撮影を行い、撮影された動画を解析することによって行われることが多かった。
　しかしながら、高速度カメラなどの装置が高価であること、また測定範囲が数ｍ四方の限定された範囲でしか行えないこと、動画の解析における解析手法が複雑であることが課題として挙がっている。
　一方、動画撮影をするのではなく、加速度センサなどのモーションセンサを用いて歩行状態を解析する方法も従来より提案されている。
　例えば、特許文献１に開示されている歩行状態の解析方法によれば、複数のセンサを被検者の両足の股関節、膝関節及び足関節を挟むように取り付け、被検者が歩行した際に、取り付けたセンサからのデータに基づいて被験者の関節角度やその他の情報を求めている。
　また、特許文献２に開示されている歩行評価装置によれば、被検者の足首付近の足部に加速度センサを装着し、加速度センサによって計測された足部の加速度データに基づいて加速度信号の周波数スペクトル分析を行い、足の引きずり、すり足等の評価が可能となっている。
特開２０１２－３４３号公報 特開２０１３－５９４８９号公報
　上述したような従来の解析方法等では、センサを用いて歩数や歩行周期（歩行ピッチ）などは容易に測定できる。しかし、歩行時における体幹部の動作状態を詳細に解析することはできない。
　なお、リハビリテーションの現場において、理学療法士は患者の歩行状態を目視で観測し、歩行状態を判断した結果に基づいて患者に指導を行っている。この際に理学療法士は患者の下部体幹、たとえば下位腰椎や仙骨付近だけではなく、上部体幹の動作における大きさやバランスに着目し、患者に指導を行う。
　しかし、四肢の動きだけではなく上・下部体幹の動きに着目して歩行状態を解析することは多くの経験を積む必要があり、このような解析は容易ではなかった。そこで、簡単に上体の動作を含めて歩行状態を解析することができる方法や装置が望まれているという課題がある。
　そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、リハビリテーション等の医療現場において、用いる機器の複雑な操作等が必要なく、簡単に上部体幹の動きを含めて歩行状態を検出できる歩行状態検出方法及び歩行状態検出装置を提供することにある。
　本発明は上記目的を達成すべく、以下の構成を備える。
　すなわち、本発明にかかる歩行状態検出方法によれば、被検者の歩行状態を検出する際に、被検者の腰部及び胸背部の少なくとも２か所における動作状況を測定することによって被検者の歩行状態を検出することを特徴としている。
　この方法によれば、腰部と胸背部における動作状況により、特に被検者の上体の状況が把握できるので、実際にリハビリテーションの現場などで、多くの経験を積まなくても的確な判断が可能となる。
　また、前記腰部は下位腰椎から仙骨平面上付近であり、前記胸背部は胸椎の後弯の頂点付近であることを特徴としてもよい。
　このように少なくとも下位腰椎から仙骨平面上付近と胸椎の後弯の頂点付近の２か所の動作状況を検出することにより、被検者の歩行状態が的確に判断できる。
　また、前記少なくとも２か所における動作状況は、加速度、速度、位置、角速度、角度、のいずれか又はこれらの組み合わせであることを特徴としてもよい。
　また、前記少なくとも２か所における動作状況は、高速度カメラによって撮影された画像を解析することによって測定されることを特徴としてもよい。
　この構成によれば、被検者にセンサ等を取り付けなくてもよく被検者の負担を軽減できる。
　また、前記少なくとも２か所における動作状況は、前記少なくとも２か所に装着したモーションセンサによって計測されたデータに基づいて測定されることを特徴としてもよい。
　さらに、前記モーションセンサは、加速度センサ、角速度センサ、磁気センサのいずれか又はこれらの組み合わせであることを特徴としてもよい。
　本発明にかかる歩行状態検出装置によれば、モニタと、被検者の腰部及び胸背部の少なくとも２か所のそれぞれに取り付けたモーションセンサと、モーションセンサによって計測されたデータに基づいて、前記２か所の動作状況を算出する算出手段と、算出手段で算出された前記２か所の動作状況を重ね合わせてモニタに表示させる表示画面作成手段とを具備することを特徴としている。
　この構成を採用することによって、腰部の動作状況と胸背部の動作状況が容易に視覚に基づいて確認することができるので、実際にリハビリテーションの現場などで、多くの経験を積まなくても的確な判断が可能となる。
　また、前記モーションセンサは、加速度センサ、角速度センサ、磁気センサのいずれか又はこれらの組み合わせであることを特徴としてもよい。
　また、前記算出手段は、前記モーションセンサが加速度センサの場合には、加速度センサで検出されたデータをフィルタリング処理して振動成分のみを抽出し、抽出した振動成分を積分処理することで動揺加速度、動揺速度、動揺量のいずれかを算出することを特徴としてもよい。
　このように、加速度センサで検出された加速度データから振動成分のみを抽出することで、歩行方向への移動変位を排除できるため、歩行状態の正確な把握ができる。
　また、前記算出手段は、前記モーションセンサが角速度センサの場合、角速度センサで検出されたデータをフィルタリング処理して振動成分のみを抽出し、抽出した振動成分を積分処理することで動揺角速度、動揺角度のいずれかを算出することを特徴としてもよい。
　このように、角速度センサで検出された角速度データから振動成分のみを抽出することで、歩行方向への移動変位を排除できるため、歩行状態の正確な把握ができる。
　また、前記算出手段は、前記モーションセンサが角速度センサの場合、角速度センサで検出されたデータを角速度とするか、または角速度センサで検出されたデータを積分処理して角度として算出することを特徴としてもよい。
　また、前記算出手段は、前記モーションセンサが磁気センサの場合、磁気センサで検出されたデータを角度として算出してもよい。
　さらに、前記表示画面作成手段は、前記算出手段によって算出された動揺加速度、動揺速度、動揺量のいずれかに基づいて、水平面内における前記２か所のリサジュー図を作成し、前記２か所のリサジュー図を重ね合わせてモニタに表示させることを特徴としてもよい。
　この構成によれば、被験者の特に腰部と胸背部の歩行状態を視覚的にきわめて明確に確認することができる。
　さらに、前記表示画面作成手段は、前記算出手段によって算出された動揺角速度、動揺角度のいずれかに基づいて、水平面内における前記２か所のリサジュー図を作成し、前記２か所のリサジュー図を重ね合わせてモニタに表示させることを特徴としてもよい。
　この構成によれば、被験者の特に腰部と胸背部の歩行状態を視覚的にきわめて明確に確認することができる。
　また、各前記モーションセンサは、それぞれが３軸加速度センサ及び３軸角速度センサの組み合わせであり、前記算出手段は、前記３軸加速度センサで検出されたデータから重力方向を検出し、前記３軸角速度センサで検出されたデータから、前記検出した重力方向に基づいて、重力方向、水平面内の歩行方向、水平面内の左右方向の３軸直交座標系における各角速度又は角度を算出し、前記表示画面作成手段は、前記算出手段で算出された、重力方向、水平面内の歩行方向、水平面内の左右方向のそれぞれの各角速度又は各角度によるリサジュー図を重力方向、水平面内の歩行方向、水平面内の左右方向のそれぞれにおいて、２か所のモーションセンサのリサジュー図を重ね合わせてモニタに表示させることを特徴としてもよい。
　この構成によれば、歩行状態をさらに確実に確認することができる。
　また、前記算出手段は、被験者の静止している状態における基準姿勢時から、被験者の静止している状態における通常の姿勢時に至るときの前記２か所の動作状況を算出し、前記表示画面作成手段は、モーションセンサによって計測されたデータに基づいて前記２か所の動作状況を重ね合わせてモニタに表示させる際に、前記算出手段によって算出された基準姿勢時から被験者の静止している状態における通常の姿勢時に至るときの前記２か所の動作状況を補正してモニタに表示させることを特徴としてもよい。
　この構成によれば、モーションセンサどうしの位置関係（すなわち、位置のずれ、傾斜、ねじれ等）を算出することができ、被験者の体がもともとどちらかの肩が下がっていたり、または猫背であるなど、歩行時以外の身体的特徴を判断できる。そして、歩行時の動作状況を表示させる際に、これらの身体的特徴についても合わせてモニタに表示することで、特にリハビリテーションなどで的確な判断ができる。
　なお、本明細書中でいう基準姿勢とは、被験者の左右方向のほぼ中心における鉛直方向の軸線上に２つのモーションセンサが配置され、且つ２つのモーションセンサの軸方向が一致している状態の姿勢をいう。
　また、前記算出手段は、被験者の歩行中において、被験者の鉛直方向に沿った中心軸からの各前記モーションセンサのセンサ位置を算出し、前記表示画面作成手段は、モーションセンサによって計測されたデータに基づいて前記２か所の動作状況を重ね合わせてモニタに表示させる際に、前記算出手段によって算出された各前記モーションセンサのセンサ位置を補正してモニタに表示させることを特徴としてもよい。
　この構成によれば、歩行時におけるモーションセンサどうしの位置関係（すなわち、位置のずれ、傾斜、ねじれ等）を算出することができ、被験者の体がもともとどちらかの肩が下がっていたり、または猫背であるなど、歩行時以外の身体的特徴を判断できる。そして、歩行時の動作状況を表示させる際に、これらの身体的特徴についても合わせてモニタに表示することで、特にリハビリテーションなどで的確な判断ができる。
　また、前記表示画面作成手段は、２か所のモーションセンサのリサジュー図における同一時点どうしを接続する接続線を表示させ、且つ該接続線を時間経過に伴って移動するように表示させることを特徴としてもよい。
　この構成によれば、被験者の特に腰部と胸背部の連動した動きがわかりやすく表示される。
　また、前記表示画面作成手段は、被験者の両足裏の画像をモニタに表示させ、両足裏の所定箇所を指示されることにより、指示された所定箇所における衝撃値を前記算出手段に算出させ、算出された衝撃値をモニタに表示させることを特徴としてもよい。
　この構成によれば、足裏にかかる衝撃値も左右の足ごとに把握することができるので、歩行状態の確認をさらに確実に行うことができる。
　本発明にかかる歩行状態検出装置によれば、モニタと、被検者の腰部及び胸背部の少なくとも２か所のそれぞれに取り付けたマーカーと、各前記マーカーを撮影する複数の高速度カメラと、各前記高速度カメラによって撮影された各前記マーカーの動作状況を重ね合わせてモニタに表示させる表示画面作成手段とを具備することを特徴としている。
　この構成を採用することによって、腰部の動作状況と胸背部の動作状況が容易に視覚に基づいて確認することができるので、実際にリハビリテーションの現場などで、多くの経験を積まなくても的確な判断が可能となる。
　また、被検者の腰部及び胸背部の少なくとも２か所のそれぞれに取り付けたモーションセンサと、モーションセンサによって計測されたデータに基づいて、前記２か所の動作状況を算出する算出手段とを具備し、前記表示画面作成手段は、各前記高速度カメラによって撮影された各前記マーカーの動作状況を重ね合わせてモニタに表示させるとともに、算出手段で算出された前記２か所の動作状況を重ね合わせてモニタに表示させることを特徴としてもよい。
　この構成によれば、高速度カメラによって撮影された各マーカーの動作状況と、モーションセンサによって計測された動作状況の双方に基づいて、腰部及び胸背部の動作状況が容易に視覚に基づいて確認することができる。
　また、前記算出手段は、各前記高速度カメラによって被験者の静止時に撮影された各前記モーションセンサどうしの位置関係を算出し、前記表示画面作成手段は、モーションセンサによって計測されたデータに基づいて前記２か所の動作状況を重ね合わせてモニタに表示させる際に、前記算出手段によって算出された各前記モーションセンサどうしの位置関係に基づいて動作状況を補正してモニタに表示させることを特徴としてもよい。
　この構成によれば、静止時におけるモーションセンサどうしの位置関係（すなわち、位置のずれ、傾斜、ねじれ等）を算出することで、被験者の体がもともとどちらかの肩が下がっていたり、または猫背であるなど、歩行時以外の身体的特徴を判断できる。そして、歩行時の動作状況を表示させる際に、これらの身体的特徴についても合わせてモニタに表示することで、特にリハビリテーションなどで的確な判断ができる。
　本発明にかかる歩行状態検出方法及び装置によれば、実際にリハビリテーションの現場などで、多くの経験を積まなくても的確な判断が可能となる。
歩行状態検出方法における被験者を示す説明図である。 第１の実施形態の歩行状態検出装置の説明図である。 無線通信機能による歩行状態検出装置の説明図である。 無線通信機能による歩行状態検出装置の他の実施形態の説明図である。 第１の実施形態の歩行状態検出装置によって表示されるリサジュー図の概念図である。 第１の実施形態の歩行状態検出装置によって表示されるリサジュー図の概念図である。 第１の実施形態の歩行状態検出装置によって表示されるリサジュー図の概念図である。 第２の実施形態の歩行状態検出装置の説明図である。 角速度データに基づいて表示される画面の例を示す説明図である。 角度データに基づいて表示される画面の例を示す説明図である。 第３の実施形態の歩行状態検出装置の説明図である。 第４の実施形態の歩行状態検出装置の説明図である。 第４の実施形態の歩行状態検出装置によって表示される、各モーションセンサの設定画面の説明図である。 第４の実施形態の歩行状態検出装置によって表示される、各モーションセンサからの計測データを表示する画面の説明図である。 第４の実施形態の歩行状態検出装置によって表示される、各モーションセンサからの計測データを解析して表示する画面の説明図である。 第４の実施形態の歩行状態検出装置によって表示される、図１５の解析結果を比較表示する画面の説明図である。 第５の実施形態の歩行状態検出装置の説明図である。
（第１の実施形態）
　以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
　図１に、本実施形態の歩行状態検出方法における被験者を示す。図２は、歩行状態検出装置の概略説明図である。
　本実施形態では、歩行状態の検出対象となる被検者１０の腰部１２と胸背部１４の２か所で動作状況を計測する。腰部１２の具体的位置としては、被検者の下位腰椎から仙骨付近とするとよい。仙骨は、脊椎の下部に位置しており骨盤を構成する部位である。また、胸背部１４としては、胸椎の後弯の頂点付近にするとよい。胸椎は、脊椎を構成する部位の１つであり肩甲骨付近に位置する。なお、動作状況の計測位置は、少なくともこの２か所が必要個所であるが、他の箇所で計測して、頭部など３か所以上の計測箇所であってもよい。
　このように、歩行状態を検出する場合に、脚ではなく、腰部と胸背部の少なくとも２か所で動作状況を計測することによって、特に上部体幹の動作を容易に把握することができ、歩行状態を正確に把握可能である。
　本実施形態の歩行状態検出装置３０は、被検者の腰部１２及び胸背部１４のそれぞれに取り付けられたモーションセンサ１８，２０と、装置本体３１と、モニタ３２とを備えている。
　本実施形態では、腰部１２及び胸背部１４のそれぞれに、モーションセンサの一例として３軸加速度センサ１８，２０を装着し、腰部１２及び胸背部１４の動作状況を計測している。
　３軸加速度センサ１８、２０によって水平面内の左右方向をｘ軸方向とし、水平面内の歩行方向をｙ軸方向とし、鉛直方向をｚ軸方向とした場合における装着個所の各軸方向の加速度が計測できる。
　２つの３軸加速度センサ１８、２０は歩行状態検出装置３０の装置本体３１にデータ通信可能に接続されている。３軸加速度センサ１８、２０と装置本体３１との間は、データ通信ケーブル３３等によって接続され、データの送受信が可能となっている。
　次に、歩行状態検出装置３０の装置本体３１の具体的構成について説明する。
　装置本体３１としては、一般的なコンピュータを採用することができる。
　コンピュータ３１は、制御プログラムに基づいて動作する制御部４２を具備している。制御部４２は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等から構成されている。制御部４２は、内部バス４３を介して、ハードディスクドライブ等の記憶装置４４と接続されている。ただし、記憶装置４４としては、ハードディスクドライブに限定するものではない。
　なお、制御部４２には、内部バス４３を介して入力装置であるキーボード４６およびマウス４８等のポインティングデバイスが接続されている。
　制御部４２は、３軸加速度センサ１８、２０からの加速度データに基づいて２か所の運動状況を算出する算出手段３４を実現する。
　さらに、制御部４２は、算出手段３４で算出された２か所の動作状況を重ね合わせてモニタ３２に表示させる表示画面作成手段３６を実現する。
　算出手段３４には、２か所の３軸加速度センサ１８、２０からの加速度データが入力される。
　算出手段３４は、２か所で計測された加速度データをフィルタリング処理するハイパスフィルタ３５を備えている。ハイパスフィルタ３５によって、加速度データのうちの低周波成分を除去し、高周波成分のみを残している。
　このようにフィルタリング処理する理由は以下の通りである。加速度データの場合、歩行時の移動変位が含まれているので、歩行時の移動変位を除いたデータで歩行状態を判断したいという要望がある。このため、算出手段３４では、加速度データをハイパスフィルタ３５によって低周波成分である歩行時の移動変位を除去し、高周波成分である振動成分のみを抽出している。
　なお、算出手段３４において低周波成分である歩行時の移動変位を除去するのはハイパスフィルタに限定するものではなく、角速度および／または磁気センサからの信号を併用したカルマンフィルタなど他のフィルタリング手段であってもよい。
　また、算出手段３４は、積分器３７を備えており、フィルタリング処理によって抽出された振動成分を積分処理してもよい。
　なお、本明細書および特許請求の範囲では、加速度データの振動成分（積分処理しないもの）を動揺加速度、加速度データの振動成分を１回積分処理したものを動揺速度、加速度データの振動成分を２回積分処理したものを動揺量とする。
　本実施形態の表示画面作成手段３６は、算出手段３４によって算出された動揺加速度、動揺速度または動揺量に基づいて、水平面内における２か所のリサジュー図を作成し、２か所のリサジュー図を重ね合わせてモニタ３２に表示させるように動作する。
　リサジュー図は、互いに垂直の方向に単振動を合成して描かれる曲線である。
　本実施形態では、上述してきたように算出手段３４によって振動成分を抽出しているので、リサジュー図が作成できるのである。
　図３及び図４に、歩行状態検出装置の他の実施形態の概略説明図を示す。なお、図２の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する場合もある。
　図３の場合においては、３軸加速度センサ１８、２０と装置本体３１との間は、データ通信ケーブル等ではなく、無線通信機能によってデータの送受信が可能となっている。
　３軸加速度センサ１８、２０にはそれぞれデータ送信部２２、２４が設けられており、検出された加速度データを無線送信可能である。また、装置本体３１にはデータ受信部２９が設けられており、各データ送信部２２、２４から送信されてきた加速度データを受信することができる。
　無線通信機能としては、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などを採用することができる。
　図４の場合も、３軸加速度センサ１８、２０と装置本体３１との間は、無線通信機能によってデータの送受信を可能としたものであるが、３軸加速度センサ１８、２０は１つのデータ送信部２５に接続され、２つの３軸加速度センサ１８、２０からのデータを１つのデータ送信部２５で送信可能としている。
　装置本体３１にはデータ受信部２９が設けられており、データ送信部２５から送信されてきた加速度データを受信することができる。
　表示画面作成手段３６によって作成されたリサジュー図の概念図を図５～図７に示す。
　ここでいうリサジュー図は、横軸を水平面の左右方向、縦軸を歩行方向とした場合の、腰部１２（仙骨付近）と胸背部１４（胸椎６番付近）の動揺量を示している。
　図５では、腰部１２（仙骨付近）と胸背部１４（胸椎６番付近）の動揺量は、２つともほぼ同じ大きさの横長の円形となっている。また、２つの横長の円形は、左右方向にはほぼズレがなく同じ位置である。歩行方向に対しては、腰部１２（仙骨付近）の横長の円形がやや歩行方向に出ており、胸背部１４（胸椎６番付近）の横長の円形がやや後ろ側にある。
　このように、腰部１２（仙骨付近）と胸背部１４（胸椎６番付近）の動揺量がほぼ同じ大きさであって、左右方向にもほぼずれが無い場合には、良好な歩行状態であるということが判断できる。
　図６では、腰部１２（仙骨付近）の動揺量は、やや小さい横長の円形となっている。胸背部１４（胸椎６番付近）の動揺量は腰部１２（仙骨付近）の動揺量をその内側に含む大きい横長の円形である。そして、胸背部１４（胸椎６番付近）の動揺量は、腰部１２（仙骨付近）の動揺量よりも左側に大きく膨らんでいる。
　このようなリサジュー図が表示される場合には、胸椎付近の変位が左側によっていることから、左足を接地したときに身体の上部が大きく左に傾いているということが推定できる。したがって、左足の立脚期（左足が地面に接地している期間）に問題があるということがわかる。
　図７では、腰部１２（仙骨付近）の動揺量は、やや小さい横長の円形となっている。胸背部１４（胸椎６番付近）の動揺量は腰部１２（仙骨付近）の動揺量をその内側に含み、左右方向にかなり広がっている大きい横長の円形である。図６とは異なり、いずれの動揺量も左右方向に偏移してはいない。
　このようなリサジュー図が表示される場合には、胸椎付近の変位が極めて大きい（特に左右方向に）ことがわかる。したがって、下部体幹筋が低下して上体を大きく振ることで推進力を得ている歩行であるということが推定できる。
　なお、図５～図７に示したリサジュー図は、動揺量（加速度データをフィルタリング処理して得られた振動成分を２回積分したもの）を図示したものであるが、上述したように動揺加速度、動揺速度であってもリサジュー図として表示することができる。
（第２の実施形態）
　上述した第１の実施形態は、モーションセンサとして３軸加速度センサを採用したものであるが、モーションセンサとして３軸角速度センサを採用した実施形態を図８に基づいて説明する。
　なお、上述した実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する場合もある。
　モーションセンサとして３軸角速度センサを採用した場合も、腰部１２及び胸背部１４のそれぞれに取り付けられ、検出された角速度データを算出手段３４に送信する。
　算出手段３４には、２か所の３軸角速度センサ３８、４０からの角速度データが入力される。
　算出手段３４は、２か所で計測された角速度データをフィルタリング処理するハイパスフィルタ３５を備えている。ハイパスフィルタ３５によって、角速度データのうちの低周波成分を除去し、高周波成分のみを残している。
　また、算出手段３４は、積分器３７を備えており、フィルタリング処理によって抽出された振動成分を積分処理している。
　なお、本明細書および特許請求の範囲では、角速度データの振動成分（積分処理しないもの）を動揺角速度、角速度データの振動成分を１回積分処理したものを動揺角度とする。
　なお、３軸加速度センサ３８，４０と装置本体３１との間は、データ通信ケーブル等ではなく、無線通信機能によってデータの送受信を行ってもよい。この場合、無線通信機能については、図３、図４に示すような構成と同様の構成となるので、ここでは詳細な説明は省略する。
　本実施形態の表示画面作成手段３６は、算出手段３４によって算出された動揺角速度、動揺角度に基づいて、水平面内における２か所のリサジュー図を作成し、２か所のリサジュー図を重ね合わせてモニタ３２に表示させるように動作する。
　なお、ここではリサジュー図における例は図示しないが、第１の実施形態で示した図５～図７と同じような図形が表示される。
　なお、角速度データの場合、歩行時の移動変位の影響が加速度データと比較して少ないことがある。
　したがって、角速度データが入力された算出手段３４では、フィルタリング処理を行わず、また積分処理を行わずに、そのままの角速度データに基づいて表示画面作成手段３６は、２か所の角速度データを重ね合わせてモニタ３２に表示させるように動作してもよい。
　なお、この場合、制御部４２内の算出手段３４は存在していなくてもよい。
　フィルタリング処理及び積分処理を行わない場合の角速度データによるモニタの表示画面の例を図９に示す。
　図９に示すグラフの横軸は「時間（秒）」であり、縦軸は「角速度（deg/sec）」である。
　このグラフを見ると、大きく山が４つ確認できる。１歩歩くと１つの山が出現するため、このグラフでは、被験者が４歩歩いているということになる。
　この被験者の例では、仙骨付近の角速度が小さいので、少なくとも腰付近をねじってはいないが、胸椎付近の回転が大きいので、上部体幹をねじって歩いているということが判断できる。
　また、角速度データが入力された算出手段３４では、フィルタリング処理を行わず、１回積分処理を行って角度データとし、この角度データに基づいて表示画面作成手段３６は、動作状況をモニタ３２に表示させるように動作してもよい。
　フィルタリング処理を行わず、１回積分処理を行った場合の角度データによるモニタの表示画面の例を図１０に示す。
　図１０の表示例では、円形の中心から右方向及び左方向の４本の針を表示させ、図面上方向を進行方向とし、円の中心から右側及び左側に３０度、６０度、９０度の目盛を振っている。
　４本の針のうち、２本は腰部における角度であり、他の２本は胸背部における角度である。腰部、胸背部の２本の針はそれぞれ、右方向及び左方向への最大角度を指している。
　これにより、歩行時における上体のねじれが判断できる。
（第３の実施形態）
　モーションセンサとして３軸磁気センサを採用した実施形態を図１１に基づいて説明する。
　なお、上述した実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する場合もある。
　磁気センサは、北方向の地磁気の磁界が大きいということを利用し、動作部分の角度成分を検出することができる。したがって、本実施形態における３軸磁気センサも検出されるデータは角度データである。
　モーションセンサとして３軸磁気センサ３９，４１を採用した場合も、腰部１２及び胸背部１４のそれぞれに取り付けられ、検出された角度データを制御部４２に送信する。
　本実施形態では、角度データをそのまま使用し、表示画面作成手段３６が２か所の角度データを重ね合わせてモニタ３２に表示させるように動作してもよい。
　このため、データをフィルタリング処理及び積分処理する算出手段は設けなくてもよい。
　なお、３軸磁気センサ３９，４１と装置本体３１との間は、データ通信ケーブル等ではなく、無線通信機能によってデータの送受信を行ってもよい。この場合、無線通信機能については、図３、図４に示すような構成と同様の構成となるので、ここでは詳細な説明は省略する。
　角度データによるモニタの表示画面の例は、図１０と同様の例が考えられ、ここでは説明を省略する。
（第４の実施形態）
　モーションセンサとして、３軸加速度センサと３軸角速度センサを組み合わせた実施形態を説明する。
　すなわち、仙骨付近に取り付けられるモーションセンサ５６に３軸加速度センサと３軸角速度センサが組み合わされており、胸椎付近に取り付けられるモーションセンサ５８にも３軸加速度センサと３軸角速度センサが組み合わされている。
　図１２に、本実施形態の歩行状態検出装置の説明図を示す。
　なお、上述してきた実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する場合もある。
　モーションセンサ５６、５８にはそれぞれデータ送信部２２、２４が設けられており、検出されたデータを無線送信可能である。また、装置本体３１にはデータ受信部２９が設けられており、各データ送信部２２、２４から送信されてきた加速度データを受信することができる。無線通信機能としては、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などを採用することができる。
　装置本体３１としては、一般的なコンピュータを採用することができる。コンピュータ３１は、制御プログラムに基づいて動作する制御部４２を具備している。
　制御部４２において、あらかじめ記憶された制御プログラムを起動すると、モニタ３２には、図１３に示す操作画面が表示される。この操作画面は、各モーションセンサ５６、５８における設定及び校正を行うための画面である。
　各モーションセンサ５６、５８の接続設定は、図１３の左上に表示される接続設定ボタン６０をマウス４８などの操作で押下することで、制御部４２が実行する。
　接続設定ボタン６０の近傍には、センサ切断ボタン６１が設けられている。
　図１３の操作画面の右側には、校正についての表示がなされている。
　この校正では、重力方向及び重力方向に直交する水平方向を確実に検出することを目的としており、操作者は、簡易補正又は標準補正のいずれかを選択可能となっている。
　簡易校正及び標準校正ともに、各モーションセンサ５６、５８を水平面に載置して重力方向を検出する。校正は、校正実行ボタン６２をマウス４８などの操作で押下することで制御部４２が実行する。校正実行ボタン６２の隣には、各モーションセンサ５６、５８ごとにおける校正データ収集ランプが設けられている。
　次に、実際の計測動作について説明する。
　被験者の仙骨付近にモーションセンサ５６を取り付け、胸椎６番付近にモーションセンサ５８を取り付け、被験者が歩行すると制御部４２では自動的に所定時間の歩行データを収集する。
　なお、各モーションセンサ５６、５８の被験者への取付けにおいては、各モーションセンサ５６、５８に表示されている方向に合わせて取り付けることが必要である。すなわち、各モーションセンサ５６、５８には、Ｘ方向が右向き、Ｙ方向が上向き、Ｚ方向が進行方向となるような表示がされており、被験者には各モーションセンサ５６、５８が、表示されている方向となるように取り付けられる。
　仙骨付近のモーションセンサ５６からは、所定間隔（例えば５ｍｓ）おきにＸ軸方向の加速度データ、Ｙ軸方向の加速度データ、Ｚ軸方向の加速度データ、Ｘ軸方向の角速度データ、Ｙ軸方向の角速度データ、Ｚ軸方向の角速度データがデータ受信部２９に送信されてくる。
　同様に胸椎６番付近のモーションセンサ５８からも、所定間隔（例えば５ｍｓ）おきにＸ軸方向の加速度データ、Ｙ軸方向の加速度データ、Ｚ軸方向の加速度データ、Ｘ軸方向の角速度データ、Ｙ軸方向の角速度データ、Ｚ軸方向の角速度データがデータ受信部２９に送信されてくる。
　データ受信部２９で受信した各データは表示画面作成手段３６によって、そのままの計測データとしても表示される。
　計測データの表示例を図１４に示す。
　図１４では、仙骨付近のモーションセンサ５６の加速度センサによる、Ｘ軸方向の加速度Ａｘ、Ｙ軸方向の加速度Ａｙ、Ｚ軸方向の加速度Ａｚについて、横軸を時間（秒）、縦軸を加速度（ｍ／ｓ２）としたグラフ６４に表示させている。
　また、仙骨付近のモーションセンサ５６の角速度センサによる、Ｘ軸方向のＷｘ角速度、Ｙ軸方向の角速度Ｗｙ、Ｚ軸方向の角速度Ｗｚについて、横軸を時間（秒）、縦軸を角速度（ｒａｄ／ｓ）としたグラフ６５に表示させている。
　胸骨６番付近のモーションセンサ５８の加速度センサによる、Ｘ軸方向の加速度Ａｘ、Ｙ軸方向の加速度Ａｙ、Ｚ軸方向の加速度Ａｚについて、横軸を時間（秒）、縦軸を加速度（ｍ／ｓ２）としたグラフ６６に表示させている。
　また、胸骨６番付近のモーションセンサ５８の角速度センサによる、Ｘ軸方向のＷｘ角速度、Ｙ軸方向の角速度Ｗｙ、Ｚ軸方向の角速度Ｗｚについて、横軸を時間（秒）、縦軸を角速度（ｒａｄ／ｓ）としたグラフ６７に表示させている。
　図１４の各グラフの右側には、計測開始から計測終了までの時間を設定できる設定欄６８が設けられている。設定欄６８の下方には、計測中の残り時間を表示する残り時間表示欄６９が設けられている。また、計測開始又は計測停止を指示するための計測開始・停止ボタン７０が設けられている。
　なお、図１４のグラフは計測中のデータをリアルタイムで表示させることができるが、過去に計測したデータについても表示可能である。過去に計測したデータが記憶されているときは、保存済み計測データボタン７１を押下し、保存済み（過去に計測して記憶しておいた）データを読み出して、各グラフ６４～６７に表示させるようにできる。
　図１５には、図１４で示したデータを解析した結果を表示させる画面を示す。
　まず算出手段３４は、モーションセンサ５６、５８ごとに、Ｘ軸方向の加速度Ａｘ、Ｙ軸方向の加速度Ａｙ、Ｚ軸方向の加速度Ａｚのそれぞれをハイパスフィルタ３５で低周波成分を除去する。そして、算出手段３４の積分器３７によって、フィルタリング処理によって抽出された動揺加速度それぞれを１回積分して動揺速度を算出し、２回積分して動揺量を算出する。
　図１５の左上のグラフ７２は、仙骨付近のモーションセンサ５６の変位をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれについて表示している。このグラフ７２の縦軸は変位（ｍｍ）で、横軸は時間（秒）である。
　このグラフ７２では、縦軸の変位は、停止位置を基準（０）として、３軸の各方向への変位を示している。
　図１５の左下のグラフ７４は、仙骨付近のモーションセンサ５６の変位をリサジュー図にしたものであり、縦軸が上下方向の変位（ｍｍ）、横軸が左右方向の変位（ｍｍ）である。
　図１５の右上のグラフ７６は、胸椎６番付近のモーションセンサ５８の変位をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれについて表示している。このグラフ７６の縦軸は変位（ｍｍ）で、横軸は時間（秒）である。
　このグラフ７６では、縦軸の変位は、停止位置を基準（０）として、３軸の各方向への変位を示している。
　図１５の右下のグラフ７８は、胸椎６番付近のモーションセンサ５８の変位をリサジュー図にしたものであり、縦軸が上下方向の変位（ｍｍ）、横軸が左右方向の変位（ｍｍ）である。
　図１５のリサジュー図による軌跡のグラフ７４、７８については、Ｘ－Ｙ、Ｙ－Ｚ、Ｘ－Ｚいずれの平面から見たグラフにするかを、変更ボタン７９を押下することにより変更することができる。図１５では、Ｘ－Ｙ平面を前額面として、表示しているが、変更ボタン７９の押下によりＹ－Ｚ平面（矢伏面）、Ｘ－Ｚ平面（水平面）のいずれの面における表示も実行できる。
　また、図１５の各軌跡のグラフ７４、７８の表示データとしては、実際に測定されたデータの歩行周期のうち、いつからいつまでの歩行周期をグラフとして表示するかを選択できる。歩行周期の選択は、選択画面８０によって行われる。図１５では、１周期目から２周期分と表示されているが、歩行が安定している途中段階の周期を選択することが好ましい。また、選択画面８０によって選択された歩行周期の範囲は、各モーションセンサ５６、５８の変位のグラフ７２、７６において２本の太い縦線８１の範囲として表示される。
　なお、算出手段３４は、計測された各モーションセンサ５６、５８から得られたデータに基づく動揺量から、歩行ピッチを算出することができる。歩行ピッチとは、所定の足が着地してから、同じ足の次の着地までの間のことを指している。
　算出された歩行ピッチは、抽出結果欄８３に表示される。また、算出手段３４は、操作者が操作可能な上限設定欄８５で設定された歩行ピッチの上限範囲内での歩行ピッチを算出する。
　図１５で表示された各グラフにおける計測データ及び解析条件は、保存ボタン９６を押下することによって、記憶装置４４に記憶させることができる。計測データ及び解析条件は、例えばＣＳＶファイル等で記憶させておくことができる。
　図１６に、表示画面作成手段３６が最終的にユーザ向けに作成する画面を示す。
　図１６では、各モーションセンサ５６、５８により算出された仙骨付近と胸椎６番付近の変位によるリサジュー図を、Ｙ－Ｚ平面（矢伏面）１００、Ｘ－Ｙ平面（前額面）１０２、Ｘ－Ｚ平面（水平面）１０４の３つを同時に表示させているところに特徴がある。
　なお、図１６では２つの各データに対する３つのリサジュー図を左右両側に対比させるように配置しているが、１つのデータに対しての表示を行ってもよい。
　表示画面作成手段３６は、２か所のモーションセンサ５６、５８のリサジュー図における同一時点どうしを接続する接続線８２を表示させ、且つ接続線８２を時間経過に伴って移動するように表示することができる。
　接続線８２の表示は、操作者が画面右側のフェーズボタン８９を押下することにより、表示画面作成手段３６が行う。また、フェーズボタン８９の下方には、再生ボタン９２が設けられている。再生ボタン９２が押下されると、表示画面作成手段３６は、時間経過に合わせて接続線８２を移動させながら再生表示させる。また、接続線８２の再生表示は、倍速表示欄９３内の数字を変更することにより、再生速度を変更できる。倍速表示欄９３内の数字が１．０の場合、実時間での再生となり、数字が０．５の場合、実時間の半分の時間での再生となる。
　なお、Ｙ－Ｚ平面（矢伏面）１００、Ｘ－Ｙ平面（前額面）１０２、Ｘ－Ｚ平面（水平面）１０４の各リサジュー図の隣には、各リサジュー図における動揺幅及び軌跡長が表示される表示欄１０５が、それぞれのリサジュー図ごとに設けられている。
　表示欄１０５において、Ｙ－Ｚ平面（矢伏面）１００に対しては、表示画面作成手段３６が前後幅（ｍｍ）と上下幅（ｍｍ）と軌跡長（ｍｍ）を算出して表示する。
　表示欄１０５において、Ｘ－Ｙ平面（前額面）１０２に対しては、表示画面作成手段３６が左右幅（ｍｍ）と上下幅（ｍｍ）と軌跡長（ｍｍ）を算出して表示する。
　表示欄１０５において、Ｘ－Ｚ平面（水平面）１０４に対しては、表示画面作成手段３６が左右幅（ｍｍ）と前後幅（ｍｍ）と軌跡長（ｍｍ）を算出して表示する。
　また、各リサジュー図の下部に示すように、左右の足裏図８４ａ、８４ｂが表示され、左右の足裏の任意の点を指示すると、この指示した点における足裏にかかる衝撃値（ｍ／ｓ２）を表示させる表示欄８６ａ、８６ｂが設けられている。各足裏図８４ａ、８４ｂの隣には、足裏の任意の点を指示するための指示バー８７ａ、８７ｂが設けられており、操作者はこの指示バー８７ａ、８７ｂを操作することによって、足裏の任意の点を指示することができる。
　操作者が、指示バー８７ａ、８７ｂを操作すると、算出手段３４は、指示バー８７ａ、８７ｂにおける指示された位置における、モーションセンサ５６における上下方向の加速度値を算出し、表示画面作成手段３６は表示欄８６ａ、８６ｂに算出した加速度値を衝撃値として表示する。
　なお、足裏の位置については、モーションセンサ５６におけるＸ－Ｚ平面（水平面）のリサジュー図の横８の字（無限大印）の最後部をかかと着地時とし、最前部をつま先の離地時とすることによって、把握することができる。
　図１６に示した解析結果は、保存ボタン９５を押下することにより、記憶装置４４内に記憶させることができる。解析結果は、例えばＣＳＶファイル等で記憶させておくことができる。
　また、図１６の各リサジュー図のスケールは、スケール表示欄９７の数字を変更することによって変更可能である。
　なお、表示画面作成手段３６は、各モーションセンサ５６、５８により算出された仙骨付近と胸椎６番付近のＹ－Ｚ平面（矢伏面）の変位、Ｘ－Ｙ平面（前額面）の変位、Ｘ－Ｚ平面（水平面）の変位に基づいて、被験者が３次元的に動作している様子を表す動画（アニメーション）を作成することもできる。
　なお、上述してきた各実施形態において、モーションセンサどうしの位置を測定し、この位置関係に基づいてリサジュー図を補正してもよい。
　例えば、被験者の静止時において、被験者を強制的に基準姿勢を取らせる。基準姿勢を取らせるには、補助者が姿勢を正してもよいし、宛木などを被験者にあててもよい。その後、被験者にはリラックスしてもらい、被験者が楽な姿勢にさせる。すると、基準姿勢から、被験者のもともとの姿勢（身体的特徴）に移行する際の動揺量が算出手段３４によって算出される。すなわち、胸背部のモーションセンサと腰部のモーションセンサの位置のずれ、傾斜、ねじれなどが判明する。例えば、被験者の右肩がもともと下がっていれば、胸背部のモーションセンサが腰部のモーションセンサよりも右に傾いており、被験者が猫背であれば胸背部のモーションセンサが腰部のモーションセンサよりも前方に傾いている。
　算出手段３４が算出する動揺量により、例えば、胸背部のモーションセンサが腰部のモーションセンサよりも１ｃｍ右にずれていることなどが判明した場合、そして、表示画面作成手段３６は、胸背部における動揺量のリサジュー図を右に１ｃｍずらすように補正する。
　このようにすれば、リサジュー図を見ただけで、歩行時にかかわらず被験者のもともとの身体的特徴も確認することができる。
　なお、静止時における被験者の身体的特徴ではなく、歩行時における身体的特徴を考慮してリサジュー図を表示させるようにしてもよい。すなわち、静止時には基準姿勢であっても、歩行時には姿勢が悪くなったり、又は歩行時には姿勢が正しくなる場合なども考えられるためである。
　この場合、算出手段３４は、被験者の歩行中の各モーションセンサの直交座標系における位置ずれを算出し、歩行時における被験者の身体的特徴を算出する。
　そして、表示画面作成手段３６は、身体的特徴に基づいて動揺量のリサジュー図を補正する。このようにすれば、リサジュー図を見ただけで、歩行時の身体的特徴も確認することができる。
（第５の実施形態）
　モーションセンサを用いずに高速度カメラで撮影された画像に基づいて、動作状況を測定する実施形態について、図１７に基づいて説明する。
　なお、上述した実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する場合もある。
　高速度カメラ５５は、一秒間に数十フレームを連続撮影できるカメラであり、公知のものを採用することができる。高速度カメラ５５は、複数台設け、異なる位置で撮影することが測定の精度を上げることができる。
　腰部１２及び胸背部１４のそれぞれにはマーカー５０，５２が取り付けられる。各高速度カメラ５５は、このマーカー５０，５２を撮影する。
　撮影された画像データは、装置本体３１に入力される。
　装置本体３１では、制御部４２が実現する表示画面作成手段３６が入力された画像データにおけるマーカー５０，５２の動作状況をモニタ３２に表示させる。このとき、複数の高速度カメラ５５によって、異なる位置からの画像データが装置本体３１に入力されるが、マーカー５０，５２の位置が３次元的に動作する状況、すなわち各マーカー５０，５２の移動軌跡を表示させるとよい（図示せず）。
　なお、本実施形態において、マーカー５０，５２の位置に、上述してきた各実施形態におけるモーションセンサを配置し、モーションセンサによって計測されたデータに基づいて、前記２か所の動作状況を算出する算出手段を具備してもよい（図示せず）。
　このとき、表示画面作成手段３６は、高速度カメラ５５によって撮影されたマーカー５０、５２の移動軌跡を重ね合わせてモニタ３２に表示させるとともに、算出手段で算出された２か所の動作状況を重ね合わせてモニタ３２に表示させるようにできる。
　さらに、高速度カメラ５５を用いて、被験者の静止時におけるモーションセンサどうしの位置関係を測定してもよい。このモーションセンサの位置関係とは、胸背部のモーションセンサと腰部のモーションセンサの位置のずれ、傾斜、ねじれなどがある。例えば、被験者の右肩がもともと下がっていれば、胸背部のモーションセンサが腰部のモーションセンサよりも右に傾いており、被験者が猫背であれば胸背部のモーションセンサが腰部のモーションセンサよりも前方に傾いている。
　高速度カメラ５５によって、被験者が静止している状態でモーションセンサの位置を撮影することで、モーションセンサの上記のような位置関係が判明する。表示画面作成手段３６では、各モーションセンサの位置関係に基づいて、モーションセンサによって計測された動揺量のリサジュー図を補正してモニタ３２に表示できる。例えば、胸背部のモーションセンサが腰部のモーションセンサよりも１ｃｍ右にずれている場合であれば、胸背部における動揺量のリサジュー図を右に１ｃｍずらすように補正する。
　このようにすれば、リサジュー図を見ただけで、歩行時にかかわらず被験者のもともとの身体的特徴も確認することができる。
　なお、被験者の測定箇所として、被検者１０の腰部１２と胸背部１４の２か所で動作状況を計測する実施形態について説明してきたが、そのほかにも頭部など、測定箇所を追加して３か所以上の箇所で測定を行ってもよい。
　なお、上述してきた各実施形態では、加速度センサのみ、角速度センサのみ、磁気センサのみの場合のそれぞれについて説明してきたが、加速度センサ、角速度センサ、磁気センサを組み合わせて用いてもよい。
　この場合、検出される物理量としては、加速度、速度、位置、角速度、角度の組み合わせが検出されうる。
　また、上述してきた各実施形態において、モニタ３２を大型モニタとし、被験者が自身の姿勢を見ながら歩行するようにしてもよい。
　このようにすれば、被験者は自身の歩行を矯正しながら歩くことができ、バイオフィードバック効果を得られる。
　さらに、表示画面作成手段３６は、リサジュー図の解析結果などをもとに、ＣＧなどのアニメーションで擬人化した表示をモニタ３２に表示させるようにしてもよい。この方法によれば、被験者にわかりやすく結果表示を行うことができる。
（歩行状態検出装置の用途）
　上述してきた歩行状態検出装置により、被験者の腰部と胸背部における動作状況が判明するため、シューズのインソールの効果を確認することが可能となる。
　シューズのインソールは、現在さまざまなメーカーで開発がなされ、ランニング、登山、ウィンタースポーツなど様々な用途に適した材質及び形状となっている。
　図１６では、２つのデータを左右両側に配置しており、それぞれのデータは読み込みボタン９０を押下することにより、変更することができる。したがって、被験者は、インソールの装着の有無又はインソールを代えて複数回各モーションセンサのデータを収集し、条件が異なる２つのデータをモニタ３２に表示させることができる。
　条件を変えたデータを図１６のように１つの画面上で同時に表示することにより、一目で条件を変えた場合の歩行状態が把握できる。
　図１６の例では、右側のデータ２の方が、前後、左右、上下の３方向のぶれが大きく、左側のデータ１の条件の方が好ましい歩行状態であると判断できる。
　従来であれば、インソールの効果については、被験者が歩きやすいかどうかなどの被験者の主観的な判断しかできなかったが、歩行状態検出装置を用いることにより、客観的な判断がきわめて容易に行うことができる。
（歩行状態検出装置の他の用途）
　歩行状態検出装置は、インソールの効果確認だけでなく、シューズの良し悪しについても確認することができる。被験者は、シューズを代えて複数回各モーションセンサのデータを収集することにより、いずれのシューズが好ましい歩行状態であるかが、客観的に容易に判断できる。
　歩行状態検出装置は、さらにリハビリテーションの効果確認をすることができる。リハビリテーションを行う前後に、各モーションセンサのデータを収集することにより、リハビリテーションの効果が上がって好ましい歩行状態であるかが、客観的に容易に判断できる。
　歩行状態検出装置は、さらにトレーニングやストレッチの効果確認をすることができる。トレーニングやストレッチを行う前後に、各モーションセンサのデータを収集することにより、トレーニングやストレッチの効果が上がって好ましい歩行状態であるかが、客観的に容易に判断できる。
　以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

Claims (22)

  1. 　被検者の歩行状態を検出する際に、
    　被検者の腰部及び胸背部の少なくとも２か所における動作状況を測定することによって被検者の歩行状態を検出することを特徴とする歩行状態検出方法。
  2. 　前記腰部は下位腰椎から仙骨平面上付近であり、前記胸背部は胸椎の後弯の頂点付近であることを特徴とする請求項１記載の歩行状態検出方法。
  3. 　前記少なくとも２か所における動作状況は、加速度、速度、位置、角速度、角度、のいずれか又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の歩行状態検出方法。
  4. 　前記少なくとも２か所における動作状況は、高速度カメラによって撮影された画像を解析することによって測定されることを特徴とする請求項１～請求項３のうちのいずれか１項記載の歩行状態検出方法。
  5. 　前記少なくとも２か所における動作状況は、前記少なくとも２か所に装着したモーションセンサによって計測されたデータに基づいて測定されることを特徴とする請求項１～請求項３のうちのいずれか１項記載の歩行状態検出方法。
  6. 　前記モーションセンサは、加速度センサ、角速度センサ、磁気センサのいずれか又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項５記載の歩行状態検出方法。
  7. 　モニタと、
    　被検者の腰部及び胸背部の２か所のそれぞれに取り付けたモーションセンサと、
    　モーションセンサによって計測されたデータに基づいて、前記２か所の動作状況を算出する算出手段と、
    　算出手段で算出された前記２か所の動作状況を重ね合わせてモニタに表示させる表示画面作成手段とを具備することを特徴とする歩行状態検出装置。
  8. 　前記モーションセンサは、加速度センサ、角速度センサ、磁気センサのいずれか又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項７記載の歩行状態検出装置。
  9. 　前記算出手段は、前記モーションセンサが加速度センサの場合には、加速度センサで検出されたデータをフィルタリング処理して振動成分のみを抽出し、抽出した振動成分を積分処理することで動揺加速度、動揺速度、動揺量のいずれかを算出することを特徴とする請求項８記載の歩行状態検出装置。
  10. 　前記算出手段は、前記モーションセンサが角速度センサの場合、角速度センサで検出されたデータをフィルタリング処理して振動成分のみを抽出し、抽出した振動成分を積分処理することで動揺角速度、動揺角度のいずれかを算出することを特徴とする請求項８記載の歩行状態検出装置。
  11. 　前記算出手段は、前記モーションセンサが角速度センサの場合、角速度センサで検出されたデータを角速度とするか、または角速度センサで検出されたデータを積分処理して角度として算出することを特徴とする請求項８記載の歩行状態検出装置。
  12. 　前記算出手段は、前記モーションセンサが磁気センサの場合、磁気センサで検出されたデータを角度として算出することを特徴とする請求項８記載の歩行状態検出装置。
  13. 　前記表示画面作成手段は、前記算出手段によって算出された動揺加速度、動揺速度、動揺量のいずれかに基づいて、水平面内における前記２か所のリサジュー図を作成し、前記２か所のリサジュー図を重ね合わせてモニタに表示させることを特徴とする請求項９記載の歩行状態検出装置。
  14. 　前記表示画面作成手段は、前記算出手段によって算出された動揺角速度、動揺角度のいずれかに基づいて、水平面内における前記２か所のリサジュー図を作成し、前記２か所のリサジュー図を重ね合わせてモニタに表示させることを特徴とする請求項１０記載の歩行状態検出装置。
  15. 　各前記モーションセンサは、それぞれが３軸加速度センサ及び３軸角速度センサの組み合わせであり、
    　前記算出手段は、前記３軸加速度センサで検出されたデータから重力方向を検出し、前記３軸角速度センサで検出されたデータから、前記検出した重力方向に基づいて、重力方向、水平面内の歩行方向、水平面内の左右方向の３軸直交座標系における各角速度又は角度を算出し、
    　前記表示画面作成手段は、前記算出手段で算出された、重力方向、水平面内の歩行方向、水平面内の左右方向のそれぞれの各角速度又は各角度によるリサジュー図を重力方向、水平面内の歩行方向、水平面内の左右方向のそれぞれにおいて、２か所のモーションセンサのリサジュー図を重ね合わせてモニタに表示させることを特徴とする請求項７記載の歩行状態検出装置。
  16. 　前記算出手段は、
    　被験者の静止している状態における基準姿勢時から、被験者の静止している状態における通常の姿勢時に至るときの前記２か所の動作状況を算出し、
    　前記表示画面作成手段は、
    　モーションセンサによって計測されたデータに基づいて前記２か所の動作状況を重ね合わせてモニタに表示させる際に、前記算出手段によって算出された基準姿勢時から被験者の静止している状態における通常の姿勢時に至るときの前記２か所の動作状況を補正してモニタに表示させることを特徴とする請求項７～請求項１５のうちのいずれか１項記載の歩行状態検出装置。
  17. 　前記算出手段は、
    　被験者の歩行中において、被験者の鉛直方向に沿った中心軸からの各前記モーションセンサのセンサ位置を算出し、
    　前記表示画面作成手段は、
    　モーションセンサによって計測されたデータに基づいて前記２か所の動作状況を重ね合わせてモニタに表示させる際に、前記算出手段によって算出された各前記モーションセンサのセンサ位置を補正してモニタに表示させることを特徴とする請求項７～請求項１５のうちのいずれか１項記載の歩行状態検出装置。
  18. 　前記表示画面作成手段は、
    　２か所のモーションセンサのリサジュー図における同一時点どうしを接続する接続線を表示させ、且つ該接続線を時間経過に伴って移動するように表示させることを特徴とする請求項１３～請求項１５のうちのいずれか１項記載の歩行状態検出装置。
  19. 　前記表示画面作成手段は、
    　被験者の両足裏の画像をモニタに表示させ、両足裏の所定箇所を指示されることにより、指示された所定箇所における衝撃値を前記算出手段に算出させ、算出された衝撃値をモニタに表示させることを特徴とする請求項７～請求項１５のうちのいずれか１項記載の歩行状態検出装置。
  20. 　モニタと、
    　被検者の腰部及び胸背部の少なくとも２か所のそれぞれに取り付けたマーカーと、
    　各前記マーカーを撮影する複数の高速度カメラと、
    　各前記高速度カメラによって撮影された各前記マーカーの動作状況を重ね合わせてモニタに表示させる表示画面作成手段とを具備することを特徴とする歩行状態検出装置。
  21. 　被検者の腰部及び胸背部の２か所のそれぞれに取り付けたモーションセンサと、
    　モーションセンサによって計測されたデータに基づいて、前記２か所の動作状況を算出する算出手段とを具備し、
    　前記表示画面作成手段は、
    　各前記高速度カメラによって撮影された各前記マーカーの動作状況を重ね合わせてモニタに表示させるとともに、算出手段で算出された前記２か所の動作状況を重ね合わせてモニタに表示させることを特徴とする請求項２０記載の歩行状態検出装置。
  22. 　前記算出手段は、
    　各前記高速度カメラによって被験者の静止時に撮影された各前記モーションセンサどうしの位置関係を算出し、
    　前記表示画面作成手段は、
    　モーションセンサによって計測されたデータに基づいて前記２か所の動作状況を重ね合わせてモニタに表示させる際に、前記算出手段によって算出された各前記モーションセンサどうしの位置関係に基づいて動作状況を補正してモニタに表示させることを特徴とする請求項２１記載の歩行状態検出装置。
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