JP2003250780A - 足動解析システム - Google Patents
足動解析システムInfo
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- JP2003250780A JP2003250780A JP2002371345A JP2002371345A JP2003250780A JP 2003250780 A JP2003250780 A JP 2003250780A JP 2002371345 A JP2002371345 A JP 2002371345A JP 2002371345 A JP2002371345 A JP 2002371345A JP 2003250780 A JP2003250780 A JP 2003250780A
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- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 歩行状態を客観的に測定でき、正確に疾病の
診断及び動物実験における薬剤の評価を行うことができ
る足動解析システムを提供する。 【解決手段】 実際の動画データの解析を図６の手順に
より説明する。まず、ステップ１で、デジタルビデオカ
メラを用いて、図１のランニングホイールもしくは図４
の床が透明のトレッドミルにおいて動物を強制歩行さ
せ、下方から動物の動きを撮影する。ステップ２で、得
られた動画を静止画像データに変換し、ステップ３で、
静止画像データを蓄積する。ステップ３では、（Ａ）〜
（Ｆ）までの事項をパラメータとしてデータを抽出す
る。ステップ４で、得られたデータを解析プログラムで
解析して、動物の左右後肢の離地時間の比を求め、ステ
ップ５で、歩行異常であるか否か、また、その原因を推
定する歩行判断を行なう。
診断及び動物実験における薬剤の評価を行うことができ
る足動解析システムを提供する。 【解決手段】 実際の動画データの解析を図６の手順に
より説明する。まず、ステップ１で、デジタルビデオカ
メラを用いて、図１のランニングホイールもしくは図４
の床が透明のトレッドミルにおいて動物を強制歩行さ
せ、下方から動物の動きを撮影する。ステップ２で、得
られた動画を静止画像データに変換し、ステップ３で、
静止画像データを蓄積する。ステップ３では、（Ａ）〜
（Ｆ）までの事項をパラメータとしてデータを抽出す
る。ステップ４で、得られたデータを解析プログラムで
解析して、動物の左右後肢の離地時間の比を求め、ステ
ップ５で、歩行異常であるか否か、また、その原因を推
定する歩行判断を行なう。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被験動物（ヒトを
含む）の足の接地タイミングと離地タイミングを含めた
足の動きを解析する足動解析システムに関する。
含む）の足の接地タイミングと離地タイミングを含めた
足の動きを解析する足動解析システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】二足、四肢を問わず動物の歩行には、
骨、関節、筋肉での多彩な動き、血管から筋肉への血液
供給などの代謝系、動きの指令を出す神経系が関与して
いる。歩行は中枢神経からの信号により末梢神経を介し
筋肉の収縮・弛緩やしなやかな関節の動きにより協調的
かつ運動的におこり、更に脳へのフィードバックシステ
ムにより歩行全体が適応的に維持、形成されている。
骨、関節、筋肉での多彩な動き、血管から筋肉への血液
供給などの代謝系、動きの指令を出す神経系が関与して
いる。歩行は中枢神経からの信号により末梢神経を介し
筋肉の収縮・弛緩やしなやかな関節の動きにより協調的
かつ運動的におこり、更に脳へのフィードバックシステ
ムにより歩行全体が適応的に維持、形成されている。
【０００３】このような「指令−筋肉収縮系」の中で、
どこか１つでも障害を受けると代償機構により歩行を維
持しようとするが、代償機構の限界をこえた場合は歩行
に異常が生じる。即ち、筋肉、血管、末梢神経および中
枢神経が障害を受けた場合、歩行時の重心支持のため、
普段とは異なる筋肉を用いて***を維持しようとする。
その際、***が正常時とは逸脱し跛行等の異常歩行が見
られる。
どこか１つでも障害を受けると代償機構により歩行を維
持しようとするが、代償機構の限界をこえた場合は歩行
に異常が生じる。即ち、筋肉、血管、末梢神経および中
枢神経が障害を受けた場合、歩行時の重心支持のため、
普段とは異なる筋肉を用いて***を維持しようとする。
その際、***が正常時とは逸脱し跛行等の異常歩行が見
られる。
【０００４】間歇性跛行とは、動脈硬化などが原因で下
肢への血流阻害が生じている患者において、歩行時に筋
肉への酸素供給不足により痛みを生じ歩行困難となる疾
病である。即ち、歩行のため収縮−弛緩を繰り返す筋肉
の酸素需要が増えるのに対し、それに見合った血流の増
加が見られない。その結果、下肢虚血に陥り、筋肉疲
労、疫痛が現れて歩行ができなくなる。
肢への血流阻害が生じている患者において、歩行時に筋
肉への酸素供給不足により痛みを生じ歩行困難となる疾
病である。即ち、歩行のため収縮−弛緩を繰り返す筋肉
の酸素需要が増えるのに対し、それに見合った血流の増
加が見られない。その結果、下肢虚血に陥り、筋肉疲
労、疫痛が現れて歩行ができなくなる。
【０００５】人の新薬開発・研究現場での間歇性跛行モ
デル実験動物の跛行程度の測定は不可欠だが、評価は実
験者の肉眼で行うため、主観的観測誤差や客観性・定量
性に乏しいデータとなる可能性が高い。
デル実験動物の跛行程度の測定は不可欠だが、評価は実
験者の肉眼で行うため、主観的観測誤差や客観性・定量
性に乏しいデータとなる可能性が高い。
【０００６】従来、人等の動物の歩行動作における多種
多様な歩行パターンに対応して２次元圧力分布画像列か
ら足領域を抽出し、高齢者・歩行障害者や履物等による
多様な動物の歩行動作を計測したり、解析したりする場
合に適用できる歩行パターン処理装置が知られている
（例えば、特許文献１参照）。
多様な歩行パターンに対応して２次元圧力分布画像列か
ら足領域を抽出し、高齢者・歩行障害者や履物等による
多様な動物の歩行動作を計測したり、解析したりする場
合に適用できる歩行パターン処理装置が知られている
（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】更に、人の臨床において間歇性跛行の重症
度は、歩行開始から疫痛が現れるまでの距離、もしくは
歩けなくなるまでの距離で判断している。重症であれば
歩行距離は短くなり軽症であれば長くなる。また、臨床
では歩行距離の延長／短縮で薬物の有効性を判断してい
る。
度は、歩行開始から疫痛が現れるまでの距離、もしくは
歩けなくなるまでの距離で判断している。重症であれば
歩行距離は短くなり軽症であれば長くなる。また、臨床
では歩行距離の延長／短縮で薬物の有効性を判断してい
る。
【０００８】人の疾病である間歇性跛行、パーキンソン
病、脳卒中、舞踏病、てんかんなどの診断は医師が歩行
状態を肉眼で判定し、これらの疾病に対する薬剤の評価
においては、被験動物をトレッドミルやランニングホイ
ール等の装置を用い運動させ、歩行状態の変化を肉眼で
観察し、スコアー化していた。
病、脳卒中、舞踏病、てんかんなどの診断は医師が歩行
状態を肉眼で判定し、これらの疾病に対する薬剤の評価
においては、被験動物をトレッドミルやランニングホイ
ール等の装置を用い運動させ、歩行状態の変化を肉眼で
観察し、スコアー化していた。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２２８５４０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のシ
ステムでは、歩行パターンに対応した信号を得るために
２次元圧力分布を検知するための複雑な手段を必要と
し、得られた情報の利用も確立されず、また、歩行状態
の変化のスコアー化には同一観察者においてもバラツキ
が大きく、観察者が異なると判断できない場合もあっ
た。そこで本発明は、足動解析システムにより歩行状態
を簡便な手段により客観的に測定することができ、正確
に疾病の診断および動物実験における薬剤の評価を行う
ことができる足動解析システムを提供することを目的と
する。
ステムでは、歩行パターンに対応した信号を得るために
２次元圧力分布を検知するための複雑な手段を必要と
し、得られた情報の利用も確立されず、また、歩行状態
の変化のスコアー化には同一観察者においてもバラツキ
が大きく、観察者が異なると判断できない場合もあっ
た。そこで本発明は、足動解析システムにより歩行状態
を簡便な手段により客観的に測定することができ、正確
に疾病の診断および動物実験における薬剤の評価を行う
ことができる足動解析システムを提供することを目的と
する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の請求項１に係る足動解析システムは、下
方より被験動物の走行を撮影するための動画カメラと歩
行板を備えた強制歩行装置と、歩行板に足を接地するタ
イミングと歩行板から足を離地するタイミングを含めた
足の動きを該動画カメラで動画データとする手段と、該
動画データを静止画像データに変換する手段と、該静止
画像データを蓄積する手段と、抽出された静止画像デー
タを解析する手段と、解析結果から歩行異常であるか否
かを判断する手段とを備えた構成とした。
に、この発明の請求項１に係る足動解析システムは、下
方より被験動物の走行を撮影するための動画カメラと歩
行板を備えた強制歩行装置と、歩行板に足を接地するタ
イミングと歩行板から足を離地するタイミングを含めた
足の動きを該動画カメラで動画データとする手段と、該
動画データを静止画像データに変換する手段と、該静止
画像データを蓄積する手段と、抽出された静止画像デー
タを解析する手段と、解析結果から歩行異常であるか否
かを判断する手段とを備えた構成とした。
【００１２】この発明の請求項２に係る足動解析システ
ムは、下方より被験動物の走行を撮影するための動画カ
メラと、モータで駆動され任意の速度に調整可能で、か
つ透明な素材でなる歩行板を備えた強制歩行装置と、歩
行板に足を接地するタイミングと歩行板から足を離地す
るタイミングを含めた足の動きを該動画カメラで動画デ
ータとする手段と、該動画データを静止画像データに変
換する手段と、該静止画像データを蓄積する手段と、抽
出された静止画像データを解析する手段と、解析結果か
ら歩行異常であるか否かを判断する手段とを備えた構成
とした。
ムは、下方より被験動物の走行を撮影するための動画カ
メラと、モータで駆動され任意の速度に調整可能で、か
つ透明な素材でなる歩行板を備えた強制歩行装置と、歩
行板に足を接地するタイミングと歩行板から足を離地す
るタイミングを含めた足の動きを該動画カメラで動画デ
ータとする手段と、該動画データを静止画像データに変
換する手段と、該静止画像データを蓄積する手段と、抽
出された静止画像データを解析する手段と、解析結果か
ら歩行異常であるか否かを判断する手段とを備えた構成
とした。
【００１３】この発明の請求項３に係る足動解析システ
ムは、下方より被験動物の走行を撮影するための動画カ
メラと、モータで駆動され任意の速度に調整可能で、か
つ透明な素材でなる歩行板を備えたランニングホイール
又はトレッドミルと、歩行板に足を接地するタイミング
と歩行板から足を離地するタイミングを含めた足の動き
を該動画カメラで動画データとする手段と、該動画デー
タを静止画像データに変換する手段と、該静止画像デー
タを蓄積する手段と、抽出された静止画像データを解析
する手段と、解析結果から歩行異常であるか否かを判断
する手段とを備えた構成とした。
ムは、下方より被験動物の走行を撮影するための動画カ
メラと、モータで駆動され任意の速度に調整可能で、か
つ透明な素材でなる歩行板を備えたランニングホイール
又はトレッドミルと、歩行板に足を接地するタイミング
と歩行板から足を離地するタイミングを含めた足の動き
を該動画カメラで動画データとする手段と、該動画デー
タを静止画像データに変換する手段と、該静止画像デー
タを蓄積する手段と、抽出された静止画像データを解析
する手段と、解析結果から歩行異常であるか否かを判断
する手段とを備えた構成とした。
【００１４】これにより、筋肉、神経、血管の異常がど
のような足動異常を示すかを明らかにし、それぞれの異
常と足動変化の相関について様々なデータを蓄積（デー
タベース化）することにより、障害部位やどの程度障害
を受けているかを診断することができる。また、正常歩
行との違いを明確にすれば病態の程度を判断することが
でき、疾病の進行を把握し、更には薬物治療効果も見出
すことができる。
のような足動異常を示すかを明らかにし、それぞれの異
常と足動変化の相関について様々なデータを蓄積（デー
タベース化）することにより、障害部位やどの程度障害
を受けているかを診断することができる。また、正常歩
行との違いを明確にすれば病態の程度を判断することが
でき、疾病の進行を把握し、更には薬物治療効果も見出
すことができる。
【００１５】この発明の請求項４係る足動解析システム
は、下方より被験動物の走行を撮影するための動画カメ
ラと、モータで駆動され任意の速度に調整可能で、かつ
透明な素材でなる歩行板を備えたランニングホイール
と、歩行板に足を接地するタイミングと歩行板から足を
離地するタイミングを含めた足の動きを該動画カメラで
動画データとする手段と、該動画データを静止画像デー
タに変換する手段と、該静止画像データを蓄積する手段
と、抽出された静止画像データを解析する手段と、解析
結果から歩行異常であるか否かを判断する手段とを備
え、前記ランニングホイールの側面プレートは、ホイー
ルとの間に間隙を生じさせるようにホイール直径より小
さくし、回転軸にプレートストッパーで固定するように
構成した。
は、下方より被験動物の走行を撮影するための動画カメ
ラと、モータで駆動され任意の速度に調整可能で、かつ
透明な素材でなる歩行板を備えたランニングホイール
と、歩行板に足を接地するタイミングと歩行板から足を
離地するタイミングを含めた足の動きを該動画カメラで
動画データとする手段と、該動画データを静止画像デー
タに変換する手段と、該静止画像データを蓄積する手段
と、抽出された静止画像データを解析する手段と、解析
結果から歩行異常であるか否かを判断する手段とを備
え、前記ランニングホイールの側面プレートは、ホイー
ルとの間に間隙を生じさせるようにホイール直径より小
さくし、回転軸にプレートストッパーで固定するように
構成した。
【００１６】これにより、ケーブルの引き回しを自由に
し、被験動物（ラット）の糞の排除を行なうことができ
る。また、ホイール内に側面プレートを固定することに
より、被験動物の外へ出る行動を抑止することができ
る。
し、被験動物（ラット）の糞の排除を行なうことができ
る。また、ホイール内に側面プレートを固定することに
より、被験動物の外へ出る行動を抑止することができ
る。
【００１７】この発明の請求項５に係る足動解析システ
ムは、下方より被験動物の走行を撮影するための動画カ
メラと歩行板を備えた強制歩行装置と、歩行板に足を接
地するタイミングと歩行板から足を離地するタイミング
を含めた足の動きを該動画カメラで動画データとする手
段と、該動画データを静止画像データに変換する手段
と、該静止画像データを蓄積する手段と、抽出された静
止画像データを演算処理部と、データベース部と、被検
査処理データとデータベースのパターンマッチング部で
解析する手段と、解析結果から歩行異常であるか否かを
判断する手段とを備えた構成とした。
ムは、下方より被験動物の走行を撮影するための動画カ
メラと歩行板を備えた強制歩行装置と、歩行板に足を接
地するタイミングと歩行板から足を離地するタイミング
を含めた足の動きを該動画カメラで動画データとする手
段と、該動画データを静止画像データに変換する手段
と、該静止画像データを蓄積する手段と、抽出された静
止画像データを演算処理部と、データベース部と、被検
査処理データとデータベースのパターンマッチング部で
解析する手段と、解析結果から歩行異常であるか否かを
判断する手段とを備えた構成とした。
【００１８】これにより、歩行異常の原因が既知な動物
を強制歩行装置で強制歩行させ、正常歩行のパターンと
の違いを量的に評価し、相違を検出、数値化することに
より客観的に障害の程度を判断できる。このことは、治
療薬の効果の判別に有用である。
を強制歩行装置で強制歩行させ、正常歩行のパターンと
の違いを量的に評価し、相違を検出、数値化することに
より客観的に障害の程度を判断できる。このことは、治
療薬の効果の判別に有用である。
【００１９】この発明の請求項６に係る足動解析システ
ムは、下方より被験動物の走行を撮影するための動画カ
メラと歩行板を備えた強制歩行装置と、歩行板に足を接
地するタイミングと歩行板から足を離地するタイミング
を含めた足の動きを該動画カメラで動画データとする手
段と、該動画データを静止画像データに変換する手段
と、該静止画像データを蓄積する手段と、抽出された静
止画像データを解析する手段と、解析結果から歩行異常
であるか否かを判断する手段とを備えた足動解析システ
ムで、被験動物の歩行を下から撮影し、左右の後肢の離
地時間の比を測定することにより歩行異常を検出するこ
とを特徴とする。
ムは、下方より被験動物の走行を撮影するための動画カ
メラと歩行板を備えた強制歩行装置と、歩行板に足を接
地するタイミングと歩行板から足を離地するタイミング
を含めた足の動きを該動画カメラで動画データとする手
段と、該動画データを静止画像データに変換する手段
と、該静止画像データを蓄積する手段と、抽出された静
止画像データを解析する手段と、解析結果から歩行異常
であるか否かを判断する手段とを備えた足動解析システ
ムで、被験動物の歩行を下から撮影し、左右の後肢の離
地時間の比を測定することにより歩行異常を検出するこ
とを特徴とする。
【００２０】これにより、動画解析により測定した左右
離地時間の比を用いて被験動物の異常歩行の判断を行う
ので、目視で判断するよりも測定時間が速く、かつ、判
断結果の客観性の高いものとなる。そして、被験動物に
化学物質（既存薬物、薬物候補化合物など）を投与し、
「左右離地時間の比」をパラメータとして異常歩行を評
価すれば、化学物質の間歇性跛行に対する有効性を客観
的に評価することができ、薬物開発に応用できる。
離地時間の比を用いて被験動物の異常歩行の判断を行う
ので、目視で判断するよりも測定時間が速く、かつ、判
断結果の客観性の高いものとなる。そして、被験動物に
化学物質（既存薬物、薬物候補化合物など）を投与し、
「左右離地時間の比」をパラメータとして異常歩行を評
価すれば、化学物質の間歇性跛行に対する有効性を客観
的に評価することができ、薬物開発に応用できる。
【００２１】この発明の請求項７に係る足動解析システ
ムは、下方より被験動物の走行を撮影するための動画カ
メラと歩行板を備えた強制歩行装置と、歩行板に足を接
地するタイミングと歩行板から足を離地するタイミング
を含めた足の動きを該動画カメラで動画データとする手
段と、該動画データを静止画像データに変換する手段
と、該静止画像データを蓄積する手段と、抽出された静
止画像データを解析する手段と、解析結果から歩行異常
であるか否かを判断する手段とを備えた足動解析システ
ムを、人の疾病の診断、薬物及び器具を用いた治療の評
価、リハビリあるいは健康用器具に利用されることを特
徴とする。
ムは、下方より被験動物の走行を撮影するための動画カ
メラと歩行板を備えた強制歩行装置と、歩行板に足を接
地するタイミングと歩行板から足を離地するタイミング
を含めた足の動きを該動画カメラで動画データとする手
段と、該動画データを静止画像データに変換する手段
と、該静止画像データを蓄積する手段と、抽出された静
止画像データを解析する手段と、解析結果から歩行異常
であるか否かを判断する手段とを備えた足動解析システ
ムを、人の疾病の診断、薬物及び器具を用いた治療の評
価、リハビリあるいは健康用器具に利用されることを特
徴とする。
【００２２】これにより、実験動物から測定したデータ
の解析を基に、人の疾病に関連した足動を解析すること
によって、疾病の早期診断を行うことができる事項につ
き、本発明の足動解析システムを、人の疾病の診断、リ
ハビリあるいは健康用器具に応用することにより、人の
歩行様態をコンピュータを用いた画像データによる足動
解析をすることにより、重心の移動や今まで肉眼では不
明であった初期のパーキンソン病、脳卒中患者、舞踏
病、てんかんなどの発作など、肉眼では検知できない軽
度の行動異常から各疾病の徴候などを検知できる。
の解析を基に、人の疾病に関連した足動を解析すること
によって、疾病の早期診断を行うことができる事項につ
き、本発明の足動解析システムを、人の疾病の診断、リ
ハビリあるいは健康用器具に応用することにより、人の
歩行様態をコンピュータを用いた画像データによる足動
解析をすることにより、重心の移動や今まで肉眼では不
明であった初期のパーキンソン病、脳卒中患者、舞踏
病、てんかんなどの発作など、肉眼では検知できない軽
度の行動異常から各疾病の徴候などを検知できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】間歇性跛行患者と同様の血流不全
を生じさせたラットをトレッドミル上で持続的に走らせ
ると、最初は正常に走行しているが、しばらくすると異
常歩行が起こる。これは、下肢筋肉が運動により酸素要
求量が上昇しているのにもかかわらず動脈結紮があるた
め血流増加が十分でなく、虚血状態となっているからで
ある。
を生じさせたラットをトレッドミル上で持続的に走らせ
ると、最初は正常に走行しているが、しばらくすると異
常歩行が起こる。これは、下肢筋肉が運動により酸素要
求量が上昇しているのにもかかわらず動脈結紮があるた
め血流増加が十分でなく、虚血状態となっているからで
ある。
【００２４】実際、人において間歇性跛行に有用である
ことが証明されているシロスタゾールがこの実験系で有
効であることが証明されている。これらのことから、こ
の病態は人の間歇性跛行に極めて似ている。従って、薬
物の間歇性跛行に対する効果を評価するのに極めて有用
な実験系といえる。
ことが証明されているシロスタゾールがこの実験系で有
効であることが証明されている。これらのことから、こ
の病態は人の間歇性跛行に極めて似ている。従って、薬
物の間歇性跛行に対する効果を評価するのに極めて有用
な実験系といえる。
【００２５】しかしながら、ラット走行時の異常歩行を
目視で確認するには熟練を要するし、検出のバラツキが
ある。そこで、本発明の足動解析システムを用いて歩行
異常を検出することにより正常歩行時間を正確に把握す
ることができる。この解析により客観的に薬物の有効性
を評価することができる。
目視で確認するには熟練を要するし、検出のバラツキが
ある。そこで、本発明の足動解析システムを用いて歩行
異常を検出することにより正常歩行時間を正確に把握す
ることができる。この解析により客観的に薬物の有効性
を評価することができる。
【００２６】また、中枢、末梢神経障害により運動異常
をきたす疾患がある。そのうち、歩行異常に結びつくも
のは、中枢神経障害としてはパーキンソン病、小児麻
痩、末梢神経障害としては脊椎圧迫などによる坐骨神経
障害が挙げられる。
をきたす疾患がある。そのうち、歩行異常に結びつくも
のは、中枢神経障害としてはパーキンソン病、小児麻
痩、末梢神経障害としては脊椎圧迫などによる坐骨神経
障害が挙げられる。
【００２７】パーキンソン病と同様の症状を示すモデル
動物の作成がラットで行われており、抗パーキンソン薬
物の有用性評価系に応用されている。このモデル疾患の
病状の程度の評価は、動物の動作の緩慢さの程度をオー
プンフィールドでの活動性や、垂直に立てた棒に上る動
作を基に判断している。また、坐骨神経障害を引き起こ
したラットは、後肢の屈曲ができなくなるのは明らかで
あるが、その回復を客観的に評価することは現在では困
難である。
動物の作成がラットで行われており、抗パーキンソン薬
物の有用性評価系に応用されている。このモデル疾患の
病状の程度の評価は、動物の動作の緩慢さの程度をオー
プンフィールドでの活動性や、垂直に立てた棒に上る動
作を基に判断している。また、坐骨神経障害を引き起こ
したラットは、後肢の屈曲ができなくなるのは明らかで
あるが、その回復を客観的に評価することは現在では困
難である。
【００２８】そこで、本発明者は足動解析を詳細に行う
ことにより、筋肉、神経、血管の異常がどのような足動
異常を示すかを明らかにし、それぞれの異常と足動変化
の相関について様々なデータを蓄積（データベース化）
することにより、障害部位やどの程度障害を受けている
かを診断することを目指してきた。
ことにより、筋肉、神経、血管の異常がどのような足動
異常を示すかを明らかにし、それぞれの異常と足動変化
の相関について様々なデータを蓄積（データベース化）
することにより、障害部位やどの程度障害を受けている
かを診断することを目指してきた。
【００２９】本発明者はラット・マウスなどのげっ歯類
の足動解析システムを開発した。次に、本発明の実施形
態を図１乃至図８に基づいて以下に詳述する。
の足動解析システムを開発した。次に、本発明の実施形
態を図１乃至図８に基づいて以下に詳述する。
【００３０】図１は、本発明の動画カメラを取付けた強
制歩行装置の一例である、回転かご（ランニングホイー
ル）を示す。図において、ランニングホイール１は、モ
ータ２でベルト３を介して駆動され、速度制御装置４に
より任意の速度に調節できる。また、ランニングホイー
ル１中に投入されたラットを下から足の動きを撮影−解
析するために、ホイールは透明プラスチックまたは透明
アクリル製である。
制歩行装置の一例である、回転かご（ランニングホイー
ル）を示す。図において、ランニングホイール１は、モ
ータ２でベルト３を介して駆動され、速度制御装置４に
より任意の速度に調節できる。また、ランニングホイー
ル１中に投入されたラットを下から足の動きを撮影−解
析するために、ホイールは透明プラスチックまたは透明
アクリル製である。
【００３１】一定の速度で回転しているホイールの中で
ラットを強制歩行させ、その動きをこの装置の下方より
ラットの走行を動画カメラ５で撮影し、ラットの四肢が
ランニングホイール１に足をつける（接地する）タイミ
ングと足を離す（離地する）タイミングを含む足の動き
を捉えデータとする。
ラットを強制歩行させ、その動きをこの装置の下方より
ラットの走行を動画カメラ５で撮影し、ラットの四肢が
ランニングホイール１に足をつける（接地する）タイミ
ングと足を離す（離地する）タイミングを含む足の動き
を捉えデータとする。
【００３２】ランニングホイール１の構成を図２に示
す。ランニングホイールはホイール部１１の中心に回転
軸１２を貫通させ、ラットを投入してから（同図
（Ａ））、側面プレート１３を回転軸１２のプレートス
トッパ１４まで貫挿して固定する（同図（Ｂ））。１
５，１５はショクジェネレータに接続される刺激電極で
ある。図２（Ｃ）は側面断面図を示す。
す。ランニングホイールはホイール部１１の中心に回転
軸１２を貫通させ、ラットを投入してから（同図
（Ａ））、側面プレート１３を回転軸１２のプレートス
トッパ１４まで貫挿して固定する（同図（Ｂ））。１
５，１５はショクジェネレータに接続される刺激電極で
ある。図２（Ｃ）は側面断面図を示す。
【００３３】ランニングホイール１は、透明なアクリル
などの変形しにくい材質で形成され、動物の歩行を促す
ため、ポリ塩化ビニルなどでできた、クッション性のあ
る透明材質のマットを走行面に貼り付ける。また、ホイ
ールの幅は動物が反転できないように、走行姿勢に影響
を与えないように設定する。幅は、側面プレート１３の
プレートストッパー１４を移動させることにより調整で
きる。
などの変形しにくい材質で形成され、動物の歩行を促す
ため、ポリ塩化ビニルなどでできた、クッション性のあ
る透明材質のマットを走行面に貼り付ける。また、ホイ
ールの幅は動物が反転できないように、走行姿勢に影響
を与えないように設定する。幅は、側面プレート１３の
プレートストッパー１４を移動させることにより調整で
きる。
【００３４】ホイール１１の直径は、動物が走行しやす
いようにされ、ラットの場合は直径４０ｃｍ以上とす
る。また、ホイール１１の側面プレート１３は、動物の
糞が転がり出るように、また、動物に繋いだ脳波・筋電
図などの電極ケーブルをホイール１１から出すことがで
きるようにホイール直径より小さくして間隙を作る。
いようにされ、ラットの場合は直径４０ｃｍ以上とす
る。また、ホイール１１の側面プレート１３は、動物の
糞が転がり出るように、また、動物に繋いだ脳波・筋電
図などの電極ケーブルをホイール１１から出すことがで
きるようにホイール直径より小さくして間隙を作る。
【００３５】そして、側面プレート１３はホイール１１
内に固定することにより、動物が外に出る行動を抑える
ことができる。電気刺激用電極１５，１５をショツクジ
ェネレータ（図示なし）に接続する。この装置は動物を
ホイール内において、限定範図で走行させることを目的
として使用する。
内に固定することにより、動物が外に出る行動を抑える
ことができる。電気刺激用電極１５，１５をショツクジ
ェネレータ（図示なし）に接続する。この装置は動物を
ホイール内において、限定範図で走行させることを目的
として使用する。
【００３６】行動解析時には、ランニングホイール１内
で数分間走行させる。その際、四肢の接地および離地
（ホイール１１から離れる）タイミングを含む足の動き
がはっきりわかるようにランニングホイール１の下から
動画カメラで撮影し、データ解析に供する。
で数分間走行させる。その際、四肢の接地および離地
（ホイール１１から離れる）タイミングを含む足の動き
がはっきりわかるようにランニングホイール１の下から
動画カメラで撮影し、データ解析に供する。
【００３７】ランニングホイールにおける足移動測定方
法として、図３に示すように、ランニングホイールを下
から撮影した画像においては、画後の端（ＸおよびＹ）
に近づくほどホイール１１の勾配があるので、ＡからＢ
へ足が移動した際、ａからｂへ足が移動した画像として
捕らえることができるが、実際のＡ−Ｂ間の距離とは異
なる。したがって、足の移動は角速度を用いて表す。こ
こで、Ａ’、Ｂ’は夫々Ａ、ＢからＣＺ上に引いた垂線
の交点である。
法として、図３に示すように、ランニングホイールを下
から撮影した画像においては、画後の端（ＸおよびＹ）
に近づくほどホイール１１の勾配があるので、ＡからＢ
へ足が移動した際、ａからｂへ足が移動した画像として
捕らえることができるが、実際のＡ−Ｂ間の距離とは異
なる。したがって、足の移動は角速度を用いて表す。こ
こで、Ａ’、Ｂ’は夫々Ａ、ＢからＣＺ上に引いた垂線
の交点である。
【００３８】直線上の点ａに足があるとすると、
【数１】ｓｉｎ（∠ＡＣＺ）＝ＡＡ'／ｒ
即ち
【数２】∠ＡＣＺ＝ｓｉｎ-1（ＡＡ'／ｒ）
で求めることができる。同様に
【数３】∠ＢＣＺ＝ｓｉｎ-1（ＢＢ'／ｒ）
で求めることができる。
【００３９】単位時間ｄｓｅｃでＡからＢに足が移動し
たとすれば、∠ＡＣＢだけ動いたことになる。即ち、角
速度は、
たとすれば、∠ＡＣＢだけ動いたことになる。即ち、角
速度は、
【数４】∠ＡＣＢ／ｄ＝（∠ＡＣＺ−∠ＢＣＺ）／ｄ
で現すことができる。
【００４０】また、角度をラジアンで示せば、
【数５】(Ａ−Ｂの移動距離）＝ｒ×∠ＡＣＢ
【数６】（Ａ−Ｂの移動速度）＝ｒ×∠ＡＣＢ／ｄ
として求めることができ、角度で表現することにより、
足の移動を正確に把握することができて、距離への換算
も可能となる。
足の移動を正確に把握することができて、距離への換算
も可能となる。
【００４１】動画カメラを取付けた他の強制歩行装置の
例として、トレッドミルを図４に示す。図において、ト
レッドミル６は、ラットが走る面（ベルト）７を四隅の
回転ローラ８で支持してモータ（図示なし）を介してエ
ンドレスに駆動するように構成されている。ベルト７の
速度は制御装置４により任意に調節される。
例として、トレッドミルを図４に示す。図において、ト
レッドミル６は、ラットが走る面（ベルト）７を四隅の
回転ローラ８で支持してモータ（図示なし）を介してエ
ンドレスに駆動するように構成されている。ベルト７の
速度は制御装置４により任意に調節される。
【００４２】また、トレッドミル６中に投入されたラッ
トを下から足の動きを撮影−解析するために、ベルト７
は透明な素材にする。一定の速度で回転しているトレッ
ドミルの中でラットを強制歩行させ、その動きをベルト
７の下方に配置された動画カメラ５でラットの走行を撮
影し、ラットの四肢がベルト７に足をつける(接地す
る）タイミングと足を離す（離地する）タイミングを含
めた足の動きを捉えデータとする。
トを下から足の動きを撮影−解析するために、ベルト７
は透明な素材にする。一定の速度で回転しているトレッ
ドミルの中でラットを強制歩行させ、その動きをベルト
７の下方に配置された動画カメラ５でラットの走行を撮
影し、ラットの四肢がベルト７に足をつける(接地す
る）タイミングと足を離す（離地する）タイミングを含
めた足の動きを捉えデータとする。
【００４３】この強制歩行装置では、走行面が平面であ
るので、ランニングホイールのように角度で移動を表わ
すことなく、画像上の座標・距離を直接的に解析に利用
することができる。
るので、ランニングホイールのように角度で移動を表わ
すことなく、画像上の座標・距離を直接的に解析に利用
することができる。
【００４４】歩行データとして使用する主なものは、
（１）左右前肢、左右後肢の接地、離地の順番、（２）
それぞれの足が接地している時間、（３）ある肢を基準
とした時、その肢と他肢の接地、離地までの時間、
（４）四肢のうち、２肢以上が接地している場合、その
肢の特定、およびそれらの肢が同時に接地している時
間、（５）四肢の軌跡及び体の定点と四肢の位置関係、
（６）足裏の色（虚血の程度の評価）、（７）尾の軌
跡、である。
（１）左右前肢、左右後肢の接地、離地の順番、（２）
それぞれの足が接地している時間、（３）ある肢を基準
とした時、その肢と他肢の接地、離地までの時間、
（４）四肢のうち、２肢以上が接地している場合、その
肢の特定、およびそれらの肢が同時に接地している時
間、（５）四肢の軌跡及び体の定点と四肢の位置関係、
（６）足裏の色（虚血の程度の評価）、（７）尾の軌
跡、である。
【００４５】図５にラットの歩行様態を、ランニングホ
イールを下方から見た四肢の接地パターンとして示して
いる。歩行様態は、通常歩行、早足（トロット）、駆け
足（ギャロップ）などがあるが、これらの歩行様態すべ
てについて正常歩行のパターンを把握する。なお歩行パ
ターンは図５に示すようなパラメータなどを用いて解析
する。
イールを下方から見た四肢の接地パターンとして示して
いる。歩行様態は、通常歩行、早足（トロット）、駆け
足（ギャロップ）などがあるが、これらの歩行様態すべ
てについて正常歩行のパターンを把握する。なお歩行パ
ターンは図５に示すようなパラメータなどを用いて解析
する。
【００４６】図において、塗りつぶした肢は接地、白抜
きの場合はホイールから肢が離れていることを意味す
る。灰色白抜きの肢は地面から離れている足の着地地
点。一番左の図ではラットが右前肢（向かって左）を浮
かせて前に移動している状態を示し、この時、左前肢、
左右後肢は接地している。
きの場合はホイールから肢が離れていることを意味す
る。灰色白抜きの肢は地面から離れている足の着地地
点。一番左の図ではラットが右前肢（向かって左）を浮
かせて前に移動している状態を示し、この時、左前肢、
左右後肢は接地している。
【００４７】図５の四肢の接地パターンの解析では、四
肢の接地・離地のタイミングを経時的に観察する。ま
た、前肢のストライド（左前肢が前の時（Ａ）と右前肢
が前の時（Ｂ））および後肢のストライド（右前肢が前
の時（Ｃ）と左前肢が前の時（Ｄ））、前後肢それぞれ
において、つま先から引いた平行線の距離（Ｅ，Ｆ）を
観察する。また歩行の左右対称性も解析する。
肢の接地・離地のタイミングを経時的に観察する。ま
た、前肢のストライド（左前肢が前の時（Ａ）と右前肢
が前の時（Ｂ））および後肢のストライド（右前肢が前
の時（Ｃ）と左前肢が前の時（Ｄ））、前後肢それぞれ
において、つま先から引いた平行線の距離（Ｅ，Ｆ）を
観察する。また歩行の左右対称性も解析する。
【００４８】次に、実際の動画データの解析を図６の手
順により説明する。まず、ステップ１で、デジタルビデ
オカメラを用いて、図１のランニングホイールもしくは
図４の床が透明のトレッドミルにおいて動物を強制歩行
させ、下方から動物の動きを撮影する。ステップ２で、
得られた動画を静止画像データに変換し、ステップ３
で、静止画像データを蓄積する。
順により説明する。まず、ステップ１で、デジタルビデ
オカメラを用いて、図１のランニングホイールもしくは
図４の床が透明のトレッドミルにおいて動物を強制歩行
させ、下方から動物の動きを撮影する。ステップ２で、
得られた動画を静止画像データに変換し、ステップ３
で、静止画像データを蓄積する。
【００４９】ステップ３では、（Ａ）静止画像間隔（１
秒間あたりのコマ数）、（Ｂ）四肢の位置座標、（Ｃ）
各肢が設置しているか否か、（Ｄ）定点の位置座標、
（Ｅ）動物の輪郭、（Ｆ）足底部の色、をパラメータと
してデータを抽出する。ステップ４で、得られたデータ
を解析プログラムで解析し、ステップ５で、歩行異常で
あるか否か、また、その原因を推定する歩行判断を行な
う。
秒間あたりのコマ数）、（Ｂ）四肢の位置座標、（Ｃ）
各肢が設置しているか否か、（Ｄ）定点の位置座標、
（Ｅ）動物の輪郭、（Ｆ）足底部の色、をパラメータと
してデータを抽出する。ステップ４で、得られたデータ
を解析プログラムで解析し、ステップ５で、歩行異常で
あるか否か、また、その原因を推定する歩行判断を行な
う。
【００５０】解析プログラムは、図７に示すように、大
別して演算処理部と、データベース部及び、被検査処理
データとデータベースのパターンマッチング部で構成さ
れている。データベースの蓄積のため、ランニングホイ
ール等の強制歩行装置に、神経障害モデル疾患動物や特
定の遺伝子ノックアウト動物のように歩行異常が起こる
原因が既知の動物、及び正常動物を入れて、それぞれの
歩行時の画像データを得る。これら一連の解析は動画画
像及びリアルタイムにて行なう。
別して演算処理部と、データベース部及び、被検査処理
データとデータベースのパターンマッチング部で構成さ
れている。データベースの蓄積のため、ランニングホイ
ール等の強制歩行装置に、神経障害モデル疾患動物や特
定の遺伝子ノックアウト動物のように歩行異常が起こる
原因が既知の動物、及び正常動物を入れて、それぞれの
歩行時の画像データを得る。これら一連の解析は動画画
像及びリアルタイムにて行なう。
【００５１】ステップ１１で、得られた画像データより
上記（Ａ）〜（Ｆ）のパラメータの値を求め数値データ
にして、ステップ１３で演算処理する。演算処理された
データは、次段のステップ１４で、正常歩行あるいは異
常歩行の定義として、異常の場合は、異常原因とリンク
させてステップ１５で、正常歩行・既知の異常歩行のデ
ータベースに記憶しておく。
上記（Ａ）〜（Ｆ）のパラメータの値を求め数値データ
にして、ステップ１３で演算処理する。演算処理された
データは、次段のステップ１４で、正常歩行あるいは異
常歩行の定義として、異常の場合は、異常原因とリンク
させてステップ１５で、正常歩行・既知の異常歩行のデ
ータベースに記憶しておく。
【００５２】次にステップ１２で、異常歩行が生じるか
不明な被験動物を強制歩行装置に入れて歩行時の画像デ
ータを得る。得られた画像データより上記（Ａ）〜
（Ｆ）のパラメータの値を求め数値データにして、ステ
ップ１３で演算処理する。
不明な被験動物を強制歩行装置に入れて歩行時の画像デ
ータを得る。得られた画像データより上記（Ａ）〜
（Ｆ）のパラメータの値を求め数値データにして、ステ
ップ１３で演算処理する。
【００５３】演算処理されたデータは、次段のステップ
１６で処理データとして、ステップ１５のデータベース
と比較して、ステップ１７でパターンマッチングを行な
い、ステップ１８において、異常歩行であるか否かを判
断する。尚、異常歩行の原因が不明の動物の場合、パタ
ーンの一番合致するものを選出して、異常歩行の原因を
特定する。
１６で処理データとして、ステップ１５のデータベース
と比較して、ステップ１７でパターンマッチングを行な
い、ステップ１８において、異常歩行であるか否かを判
断する。尚、異常歩行の原因が不明の動物の場合、パタ
ーンの一番合致するものを選出して、異常歩行の原因を
特定する。
【００５４】例えば、ラット・マウスの小型実験動物用
の足動解析を行なう場合は、正常ラットの足動解析のた
めに、ランニングホイールにラットを１匹入れて一定速
度で走行させる。連続走行が可能になるように１日１
回、数日間トレーニングし、ホイール内で安定して持続
的に歩行する動物を選出し歩行解析に供する。
の足動解析を行なう場合は、正常ラットの足動解析のた
めに、ランニングホイールにラットを１匹入れて一定速
度で走行させる。連続走行が可能になるように１日１
回、数日間トレーニングし、ホイール内で安定して持続
的に歩行する動物を選出し歩行解析に供する。
【００５５】また、歩行異常の原因が既知な動物とし
て、下肢循環不全のラットを足動解析する場合は、エー
テル麻酔下で開腹し、足の血液循環の一番根元である総
腸骨動脈を結紮して下肢循環不全を人為的に生じさせた
ラット（Ligation群）を用意し、他方、偽手術群とし
て、開腹、腹部筋肉および皮膚の縫合を行うのみで、総
腸骨動脈結紮を行わないラット（Sham群＝control）を
用意する。
て、下肢循環不全のラットを足動解析する場合は、エー
テル麻酔下で開腹し、足の血液循環の一番根元である総
腸骨動脈を結紮して下肢循環不全を人為的に生じさせた
ラット（Ligation群）を用意し、他方、偽手術群とし
て、開腹、腹部筋肉および皮膚の縫合を行うのみで、総
腸骨動脈結紮を行わないラット（Sham群＝control）を
用意する。
【００５６】これらのラットを図１のランニングホイー
ル内に入れて走らせ、下から高速カメラで撮影し、動画
解析により接地・離地のタイミングを記録した。動物は
一定速度で回転するランニングホイール内でも走行速度
を多様に変化させる。この影響を極力少なくするため
に、１完歩ずつ解析した。
ル内に入れて走らせ、下から高速カメラで撮影し、動画
解析により接地・離地のタイミングを記録した。動物は
一定速度で回転するランニングホイール内でも走行速度
を多様に変化させる。この影響を極力少なくするため
に、１完歩ずつ解析した。
【００５７】即ち、１完歩内の左および右後肢の離地時
間を測定し、「離地時間の比」を次式で求めた。
間を測定し、「離地時間の比」を次式で求めた。
【数７】左右離地時間の比＝右後肢の時離地間／左後肢
の時離地間
の時離地間
【００５８】走行中に血管を結紮した左後肢の血流障害
が顕著となるので、左後肢にて体重を支えている時間、
即ち、右後肢の離地時間が短くなる。従って、上式の
「左右離地時間の比」は小さくなる。
が顕著となるので、左後肢にて体重を支えている時間、
即ち、右後肢の離地時間が短くなる。従って、上式の
「左右離地時間の比」は小さくなる。
【００５９】図８（Ａ）には、Sham群８匹とNormal群８
匹における左側総腸骨動脈結紮手術１週間後の離地時間
の比（前）の５秒毎の平均値と歩行時間との関係を示
す。また、図８（Ｂ）には、同様に左側総腸骨動脈結紮
手術４週間後の離地時間の比（前）の５秒毎の平均値と
歩行時間との関係を示す。
匹における左側総腸骨動脈結紮手術１週間後の離地時間
の比（前）の５秒毎の平均値と歩行時間との関係を示
す。また、図８（Ｂ）には、同様に左側総腸骨動脈結紮
手術４週間後の離地時間の比（前）の５秒毎の平均値と
歩行時間との関係を示す。
【００６０】このように、ラットをランニングホイール
内で走行させると、時間が経つにつれ「左右離地時間の
比」が小さくなる。この値は動画解析により測定した結
果であり、客観的なパラメータであるので、異なる研究
施設あるいは研究者が実験を行っても同じ基準で実験結
果を出すことができる。
内で走行させると、時間が経つにつれ「左右離地時間の
比」が小さくなる。この値は動画解析により測定した結
果であり、客観的なパラメータであるので、異なる研究
施設あるいは研究者が実験を行っても同じ基準で実験結
果を出すことができる。
【００６１】目視でも、図中の矢印の時点で異常歩行が
判断できたが、異常歩行を検出した時間が、動画解析に
より測定した「左右離地時間の比」に比べると大きく遅
延していた。また、異常歩行判断が目視で行われると、
その基準が実験者により異なる可能性が非常に高いの
で、判断結果の客観性は低いものとなる。
判断できたが、異常歩行を検出した時間が、動画解析に
より測定した「左右離地時間の比」に比べると大きく遅
延していた。また、異常歩行判断が目視で行われると、
その基準が実験者により異なる可能性が非常に高いの
で、判断結果の客観性は低いものとなる。
【００６２】従って、被験者（動物）の歩行を下から撮
影し、左右の後肢の離地時間の比を測定することにより
歩行異常を客観的に捉えることができる。動物の場合、
一定速度で回転するランニングホイール内でも走行速度
を多様に変化させるが、１完歩内の左右後肢の離地時間
では、「左右離地時間の比」で効果的に異常歩行を検出
できる。
影し、左右の後肢の離地時間の比を測定することにより
歩行異常を客観的に捉えることができる。動物の場合、
一定速度で回転するランニングホイール内でも走行速度
を多様に変化させるが、１完歩内の左右後肢の離地時間
では、「左右離地時間の比」で効果的に異常歩行を検出
できる。
【００６３】ラットに化学物質（既存薬物、薬物候補化
合物など）を投与し、「左右離地時間の比」をパラメー
タとして異常歩行を評価すれば、化学物質の間歇性跛行
に対する有効性を客観的に評価することができるので、
このシステムは薬物開発に応用できる。
合物など）を投与し、「左右離地時間の比」をパラメー
タとして異常歩行を評価すれば、化学物質の間歇性跛行
に対する有効性を客観的に評価することができるので、
このシステムは薬物開発に応用できる。
【００６４】更に、歩行異常の原因が既知な動物とし
て、神経障害を引き起こしたラットを足動解析を解析す
る場合は、パーキンソン病は、黒質線条体という脳の一
部を変性させる物質を投与することによりモデル疾患ラ
ットを作成する。これらの動物をホイールで強制歩行さ
せ、正常歩行のパターンとの違いを定量的に評価する。
て、神経障害を引き起こしたラットを足動解析を解析す
る場合は、パーキンソン病は、黒質線条体という脳の一
部を変性させる物質を投与することによりモデル疾患ラ
ットを作成する。これらの動物をホイールで強制歩行さ
せ、正常歩行のパターンとの違いを定量的に評価する。
【００６５】本発明の足動解析システムではこれらの神
経障害に起因する異常歩行においても、図６、図７の処
理手順に従って正常歩行との相違を検出、数値化するこ
とにより客観的に障害の程度を判断できる。このこと
は、治療薬の効果の判別に有用である。
経障害に起因する異常歩行においても、図６、図７の処
理手順に従って正常歩行との相違を検出、数値化するこ
とにより客観的に障害の程度を判断できる。このこと
は、治療薬の効果の判別に有用である。
【００６６】本発明の足動解析システムは、ラット・マ
ウスの小型実験動物用の足動解析装置に限ることなく、
人の疾病の診断、リハビリあるいは健康用器具にも応用
できるものである。現在のところ人の異常歩行に対する
治療方法の選択、治療効果の評価、機能回復訓練等の評
価等は、観察者の主観的評価が多く、評価基準の作成や
データベースによる過去の事例参照などは十分に行われ
ていない。しかし、実験動物から測定したデータの解析
を基に、人の疾病に関連した足動を解析することによ
り、疾病の早期診断を行うことができる。
ウスの小型実験動物用の足動解析装置に限ることなく、
人の疾病の診断、リハビリあるいは健康用器具にも応用
できるものである。現在のところ人の異常歩行に対する
治療方法の選択、治療効果の評価、機能回復訓練等の評
価等は、観察者の主観的評価が多く、評価基準の作成や
データベースによる過去の事例参照などは十分に行われ
ていない。しかし、実験動物から測定したデータの解析
を基に、人の疾病に関連した足動を解析することによ
り、疾病の早期診断を行うことができる。
【００６７】例えば、人の歩行様態をコンピュータを用
いた画像データによる足動解析をすることにより、重心
の移動や今まで肉眼では不明であった初期のパーキンソ
ン病、脳卒中患者、舞踏病、てんかんなどの発作など、
肉眼では検知できない体動の異常から各疾病の徴候など
を検知できる可能性が高い。但し、人を対象とする場合
は、強制走行装置は人が利用できるように設計変更する
必要がある。
いた画像データによる足動解析をすることにより、重心
の移動や今まで肉眼では不明であった初期のパーキンソ
ン病、脳卒中患者、舞踏病、てんかんなどの発作など、
肉眼では検知できない体動の異常から各疾病の徴候など
を検知できる可能性が高い。但し、人を対象とする場合
は、強制走行装置は人が利用できるように設計変更する
必要がある。
【００６８】また、正常歩行 (健常歩行）との違いを明
確にすれば病態の程度を判断することができ、疾病の進
行を把握し、更には薬物治療効果も見出すことができ
る。パーキンソン病、脳卒中患者などの患者は歩行様態
が異常となっている場合が多いが、定量的な解析には至
っていない。病的動作のうち、肉眼では観察できない軽
度の行動異常を足動解析システムで検出することは、病
気の早期診断、治療に役に立つものである。
確にすれば病態の程度を判断することができ、疾病の進
行を把握し、更には薬物治療効果も見出すことができ
る。パーキンソン病、脳卒中患者などの患者は歩行様態
が異常となっている場合が多いが、定量的な解析には至
っていない。病的動作のうち、肉眼では観察できない軽
度の行動異常を足動解析システムで検出することは、病
気の早期診断、治療に役に立つものである。
【００６９】また、間歇性跛行を患っている患者は全身
性に動脈硬化が進行している場合が多いので、下肢を灌
流する主要な血管にも播種性に動脈硬化による狭窄が起
こつている可能性がある。血管の狭窄部位は、血管造影
により判断できるが、狭窄部位が多数ある場合、どの狭
窄が間歇性跛行に関与しているか断定することができな
い。そこで、この足動解析により虚血に陥っている筋肉
を同定できれば、灌流している血管の狭窄が原因である
ことを同定するできができる。ターゲットとする狭窄が
明確なため、狭窄を排除する手術の有効性が向上する。
性に動脈硬化が進行している場合が多いので、下肢を灌
流する主要な血管にも播種性に動脈硬化による狭窄が起
こつている可能性がある。血管の狭窄部位は、血管造影
により判断できるが、狭窄部位が多数ある場合、どの狭
窄が間歇性跛行に関与しているか断定することができな
い。そこで、この足動解析により虚血に陥っている筋肉
を同定できれば、灌流している血管の狭窄が原因である
ことを同定するできができる。ターゲットとする狭窄が
明確なため、狭窄を排除する手術の有効性が向上する。
【００７０】また、病状回復に関する具体的なデータは
広域な医療各分野 (保険医療機関、医師、看護婦、製薬
会社、基礎医学など）へ「治療に関する評価」として公
開されることも考えられる。足動解析のデータベース化
は、定量できなかった「治療結果」をより分りやすく表
現でき、早期の疾病診断やリハビリテーンョンの科学的
評価にも有効な支援システムとして利用できるものであ
る。電子化されるカルテに足動データを添付することに
より、より適格な診断・治療活動をサポートできるとが
期待される。
広域な医療各分野 (保険医療機関、医師、看護婦、製薬
会社、基礎医学など）へ「治療に関する評価」として公
開されることも考えられる。足動解析のデータベース化
は、定量できなかった「治療結果」をより分りやすく表
現でき、早期の疾病診断やリハビリテーンョンの科学的
評価にも有効な支援システムとして利用できるものであ
る。電子化されるカルテに足動データを添付することに
より、より適格な診断・治療活動をサポートできるとが
期待される。
【００７１】更に、薬物及び薬物候補化合物は臨床治験
により、その有効性を評価する。この評価は多施設にお
いて多数の医師により行なわれるが、客観的な足動デー
タによりバラツキの少ない正確な評価ができる。
により、その有効性を評価する。この評価は多施設にお
いて多数の医師により行なわれるが、客観的な足動デー
タによりバラツキの少ない正確な評価ができる。
【００７２】
【発明の効果】以上のように、本発明の足動解析システ
ムは、歩行異常の原因が既知な動物を強制歩行装置で強
制歩行させ、正常歩行のパターンとの違いを量的に評価
し、相違を検出、数値化することにより、筋肉、神経、
血管の異常がどのような足動異常を示すかを明らかに
し、それぞれの異常と足動変化の相関について様々なデ
ータを蓄積（データベース化）することにより、障害部
位やどの程度障害を受けているかを診断することができ
る。また、正常歩行との違いを明確にすれば病態の程度
を判断することができ、疾病の進行を把握し、更には薬
物治療効果も見出すことができる。
ムは、歩行異常の原因が既知な動物を強制歩行装置で強
制歩行させ、正常歩行のパターンとの違いを量的に評価
し、相違を検出、数値化することにより、筋肉、神経、
血管の異常がどのような足動異常を示すかを明らかに
し、それぞれの異常と足動変化の相関について様々なデ
ータを蓄積（データベース化）することにより、障害部
位やどの程度障害を受けているかを診断することができ
る。また、正常歩行との違いを明確にすれば病態の程度
を判断することができ、疾病の進行を把握し、更には薬
物治療効果も見出すことができる。
【００７３】また、動画解析により測定した左右離地時
間の比を用いて被験動物の異常歩行の判断を行うことに
より、目視で判断するよりも測定時間が速く、かつ、判
断結果の客観性の高いものとなる。そして、被験動物に
化学物質（既存薬物、薬物候補化合物など）を投与し、
「左右離地時間の比」をパラメータとして異常歩行を評
価すれば、化学物質の間歇性跛行に対する有効性を客観
的に評価することができ、薬物開発に応用できる。
間の比を用いて被験動物の異常歩行の判断を行うことに
より、目視で判断するよりも測定時間が速く、かつ、判
断結果の客観性の高いものとなる。そして、被験動物に
化学物質（既存薬物、薬物候補化合物など）を投与し、
「左右離地時間の比」をパラメータとして異常歩行を評
価すれば、化学物質の間歇性跛行に対する有効性を客観
的に評価することができ、薬物開発に応用できる。
【００７４】更に、実験動物から測定したデータの解析
を基に、人の疾病に関連した足動を解析することによっ
て、疾病の早期診断を行うことができる事項につき、本
発明の足動解析システムを、人の疾病の診断、リハビリ
あるいは健康用器具に応用することにより、人の歩行様
態をコンピュータを用いた画像データによる足動解析を
することにより、重心の移動や今まで肉眼では不明であ
った初期のパーキンソン病、脳卒中患者、舞踏病、てん
かんなどの発作など、肉眼では検知できない軽度の行動
異常から各疾病の徴候などを検知できる。
を基に、人の疾病に関連した足動を解析することによっ
て、疾病の早期診断を行うことができる事項につき、本
発明の足動解析システムを、人の疾病の診断、リハビリ
あるいは健康用器具に応用することにより、人の歩行様
態をコンピュータを用いた画像データによる足動解析を
することにより、重心の移動や今まで肉眼では不明であ
った初期のパーキンソン病、脳卒中患者、舞踏病、てん
かんなどの発作など、肉眼では検知できない軽度の行動
異常から各疾病の徴候などを検知できる。
【図１】本発明の強制歩行装置（ランニングホイール）
図。
図。
【図２】ランニングホイールの構成図。
【図３】ランニングホイールの足移動測定図。
【図４】本発明の強制歩行装置（トレッドミル）図。
【図５】四肢の接地パターン図。
【図６】動画データの解析手順図。
【図７】解析プログラムの処理手順図。
【図８】擬似手術群と動脈結紮手術群の離地時間比と歩
行時間の関係図。
行時間の関係図。
１ ランニングホイール
２ モータ
３，７ ベルト
４ 速度制御装置
５ 動画カメラ
６ トレッドミル
８ 回転ローラ
１１ ホイール
１２ 回転軸
１３ 側面プレート
１４ プレートストッパ
１５，１５ 電気刺激用電極
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１２月２４日（２００２．１２．
２４）
２４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５７】 即ち、１完歩内の左および右後肢の
離地時間を測定し、「離地時間の比」を次式で求めた。
離地時間を測定し、「離地時間の比」を次式で求めた。
【数７】左右離地時間の比＝右後肢の離地時間／左後肢
の離地時間
の離地時間
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4C038 VA12 VB14 VB31 VC05
5L096 CA04 FA06 FA10 FA32 FA66
FA67 FA69 HA02 HA07
Claims (7)
- 【請求項１】 下方より被験動物の走行を撮影するため
の動画カメラと歩行板を備えた強制歩行装置と、歩行板
に足を接地するタイミングと歩行板から足を離地するタ
イミングを含めた足の動きを該動画カメラで動画データ
とする手段と、該動画データを静止画像データに変換す
る手段と、該静止画像データを蓄積する手段と、抽出さ
れた静止画像データを解析する手段と、解析結果から歩
行異常であるか否かを判断する手段を備えたことを特徴
とする足動解析システム。 - 【請求項２】 前記強制歩行装置の歩行板は、モータで
駆動され任意の速度に調整可能で、かつ透明な素材でな
ることを特徴とする請求項１記載の足動解析システム。 - 【請求項３】 前記強制歩行装置はランニングホイール
又はトレッドミルであることを特徴とする請求項１又は
請求項２記載の足動解析システム。 - 【請求項４】 前記ランニングホイールの側面プレート
は、ホイールとの間に間隙を生じさせるようにホイール
直径より小さくし、回転軸にプレートストッパーで固定
するようにしたことを特徴とする請求項３記載の足動解
析システム。 - 【請求項５】 前記静止画像データを解析する手段は、
演算処理部と、データベース部と、被検査処理データと
データベースのパターンマッチング部で構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の足動解析システム。 - 【請求項６】 被験動物の歩行を下から撮影し、左右の
後肢の離地時間の比を測定することにより歩行異常を検
出することを特徴とする請求項１記載の足動解析システ
ム。 - 【請求項７】 人の疾病の診断、薬物及び器具を用いた
治療の評価、リハビリあるいは健康用器具に利用される
ことを特徴とする請求項１記載の足動解析システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002371345A JP4146222B2 (ja) | 2001-12-25 | 2002-12-24 | 足動解析システム |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-392559 | 2001-12-25 | ||
| JP2001392559 | 2001-12-25 | ||
| JP2002371345A JP4146222B2 (ja) | 2001-12-25 | 2002-12-24 | 足動解析システム |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP2003250780A true JP2003250780A (ja) | 2003-09-09 |
| JP4146222B2 JP4146222B2 (ja) | 2008-09-10 |
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|---|---|---|---|
| JP2002371345A Expired - Fee Related JP4146222B2 (ja) | 2001-12-25 | 2002-12-24 | 足動解析システム |
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| WO2013152754A1 (de) | 2012-04-13 | 2013-10-17 | Leibniz-Institut Für Nutztierbiologie | Akustische ermittlung der gangart eines huftieres |
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| CN116171885A (zh) * | 2022-09-07 | 2023-05-30 | 燕山大学 | 自由活动小鼠行为状态依赖的闭环超声刺激***与方法 |
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-
2002
- 2002-12-24 JP JP2002371345A patent/JP4146222B2/ja not_active Expired - Fee Related
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