JP2019154489A - 運動能力評価システム - Google Patents
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Abstract
Description
N:全関節数
ωTotal n:各特定値に対する重み係数
Xn:特定値
M:p2の算出に用いる全関節数
ωValance n,m:左半身と右半身の特定値の差分の絶対値に対する重み係数
X右(または左)半身 n:右(または左)半身の特定値
X左(または右)半身 m:左(または右)半身の特定値
L上半身(または下半身):p3の算出に用いる上半身(または下半身)の全関節数
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ωRate l:上半身(または下半身)の特定値に対する重み係数
ωRate u:下半身(または上半身)の特定値に対する重み係数
X上半身(または下半身) l:上半身(または下半身)の特定値
X下半身(または上半身) u:下半身(または上半身)の特定値
k:各指標値の番号
pk:k番目の指標値
pMax k:最高得点とする各指標値の基準値
pMin k:最低得点とする各指標値の基準値
k:各指標値の番号
pk:k番目の指標値
pMax k:最高得点とする各指標値の基準値
pMin k:最低得点とする各指標値の基準値
K:全指標値数
ωScore k:各指標値における得点の重み係数
Sk:各指標値に対する得点
n:関節番号
N:全関節数
ωTotal n:各特定値に対する重み係数
Xn:特定値
n:関節番号
N:全関節数
τTotal:絶対値処理後の関節トルクの最大値の総和
ωTotal n:絶対値処理後の各関節トルクの最大値に対する重み係数
τMax n:絶対値処理後の各関節トルクの最大値
n,m:関節番号
M:p2の算出に用いる全関節数
ωValance n,m:左半身と右半身の特定値の差分の絶対値に対する重み係数
X右(または左)半身 n:右(または左)半身の特定値
X左(または右)半身 m:左(または右)半身の特定値
ωValance n:左半身と右半身の特定値の差分の絶対値に対する重み係数
τMax n:絶対値処理後の関節トルクの最大値
l,u:関節番号
L上半身(または下半身):p3の算出に用いる上半身(または下半身)の全関節数
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ωRate l:上半身(または下半身)の特定値に対する重み係数
ωRate u:下半身(または上半身)の特定値に対する重み係数
X上半身(または下半身) l:上半身(または下半身)の特定値
X下半身(または上半身) u:下半身(または上半身)の特定値
ωRate n:特定値に対する重み係数
τMax n:絶対値処理後の関節トルクの最大値
Sk:各指標値に対する得点
k:各指標値の番号
pk:k番目の指標値
pMax k:最高得点とする各指標値の基準値
pMin k:最低得点とする各指標値の基準値
fk:各指標値に対する得点(pMin k<pk<pMax kの条件を満たす場合)
Sk:各指標値に対する得点
k:各指標値の番号
pk:k番目の指標値
pMax k:最高得点とする各指標値の基準値
pMin k:最低得点とする各指標値の基準値
fk:各指標値に対する得点(pMin k<pk<pMax kの条件を満たす場合)
k:各指標値の番号
K:全指標値数
ωScore k:各指標値における得点の重み係数
Sk:各指標値に対する得点
本実施例では、非高齢者6名と高齢者6名の合計12名の被験者を対象としている。身体動作の測定では、モーションキャプチャ装置Kinectセンサー(Microsoft社製、フレームレート30fps)を用いて、椅子に座っている状態から立ち上がるという日常生活における身体動作について、被験者の身体各部の位置と姿勢の時系列データを計測した。
・床や椅子からの反力はないものとした。
・関節トルクはカットオフ周波数3Hzのローパスフィルタ処理を行った。
・身体部位の各質量、慣性モーメント、質量中心位置などは全被験者共通のパラメータを用いた。
・質量中心位置は各身体部位のリンク長の半分と定義した。
・被験者には、普段、日常生活において、椅子から立ち上がる時と同程度の力の入れ具合で立ち上がってもらうように口頭指示を与えた。
本実施例では、実施例1で算出した関節トルクの絶対値の最大値に対して、各被験者の体格を考慮し、体重と性別の情報から身体部位の各質量を割り当てて、シミュレーションを行った。その結果、関節トルクは、各被験者の体格に応じた値が得られた。体重と性別の情報から身体部位の各質量の割り当てでは、高齢者群の被験者においては、「岡田ら;「日本人高齢者の身体部分慣性特性」、バイオメカニズム13」の質量比を用いて各被験者の体重から部位質量を推定した。非高齢者群の被験者においては、「阿江ら;「日本人アスリートの身体部分慣性特性の推定」、バイオメカニズム11」の質量比を用いて各被験者の体重から部位質量を推定した。また、各被験者の体格差を考慮するために関節トルクの最大値を各被験者の体重により正規化した値を特定値として出力した。
本実施例では、複数の運動能力の特定値を算出し、被験者の運動能力の得点を算出した。 本実施例では、実施例2で算出した特定値を用いて、関節トルクの総和τTotalを算出し、被験者がどの程度大きな力を発揮することができたかを示す指標値p1を[式4]によって算出した。また、絶対値処理後の関節トルクの最大値の差分の絶対値を算出することで、被験者がどの程度、左右バランス良く力を発揮することができたかを示す指標値p2を[式6]によって算出した。そして、上半身と下半身のどちらの力を大きく発揮して、動作を行ったかを示す指標値p3を[式8]を用いて算出した。ただし、モーションキャプチャー装置によって、足首関節の3次元データを精度良く測定することが困難であったため、今回の実施例では、足関節の値は用いなかった。
・実施例2の結果を参考にして、p1とp3は値が大きくなるほど運動能力が高いことを示す指標値として、[式9]、[式10]を用いて得点を算出した。p2は値が小さいほど運動能力が高いことを示す指標値として、[式11] 、[式12]を用いて得点を算出した。
・絶対値処理値の関節トルクの最大値の総和p1の算出において、[式4]の重み係数を、ωTotal 体幹=1、ωTotal 左股関節=1、ωTotal 右股関節=1、ωTotal 左膝関節=1、ωTotal 右膝関節=1、ωTotal 左足関節=1、ωTotal 右足関節=0とした。ここで、ωTotal 左足関節=0、ωTotal 右足関節=0としているのは、モーションキャプチャー装置によって、精度良く足部の3次元データを測定することが困難であったため、足関節の関節トルクが必要充分な精度で算出できていないと判断したためである。
・左右バランス良く力を発揮することができたかを示す値p2の算出において、[式6]の重み係数をωValance 股関節=1、ωValance 膝関節=1、ωValance 足関節=0とした。
・絶対値処理後の関節トルクの最大値の総和p1の最低得点とする基準値pMin 1=0.01、最高得点とする基準値pMax 1=4.0とした。
・被験者がどの程度、左右バランス良く力を発揮することができたかを示す値p2の最低得点とする基準値pMax 2=1.5、最高得点とする基準値pMin 2=0.01とした。
・被験者が上半身と下半身のどちらの力を大きく発揮して、動作を行ったかを示す値p3の最低得点とする基準値pMin 3=0.1、最高得点とする基準値pMax 3=2.0とした。
・[式13]の重み係数をωScore 1=0.1、ωScore 2=0.45、ωScore 3=0.45として総合得点STotalを算出した。
・被験者が上下半身と下半身のどちらの力を大きく発揮して、動作を行ったかを示す値の算出において、[式8]の重み係数、ωRate 体幹=1、ωRate 左股関節=1、ωRate 右股関節=1、ωRate 左膝関節=1、ωRate 右膝関節=1、ωRate 左足関節=0、ωRate 右足関節=0とした。
20…身体動作計測部
30…運動能力算出部
40…特定値算出部
50…評価結果出力部
Claims (20)
- 被験者の日常生活の身体動作時における運動能力を評価する運動能力評価システムであって、
被験者の日常生活の身体動作時における身体部位の位置および/または角度を計測する身体動作計測部と、
前記身体動作計測部による被験者の身体部位の位置および/または角度の計測結果に基づいて、被験者の身体部位の運動能力を時系列的に算出する運動能力算出部と、
前記運動能力算出部により時系列的に算出された被験者の身体部位の運動能力に基づいて、上半身、左側の下半身、および右側の下半身の少なくとも3つの身体部位の運動能力の特定値を算出する特定値算出部と、
前記特定値算出部により算出された少なくとも3つの身体部位の運動能力の特定値を、被験者の日常生活の身体動作時における運動能力と評価して、上半身、左側の下半身、右側の下半身に分けて出力する評価結果出力部とを備えることを特徴とする運動能力評価システム。 - 前記運動能力算出部は、身体部位の関節トルク、関節力、関節角度、関節角速度、関節角加速度、関節移動距離、関節位置、関節移動速度、関節移動加速度、重心位置、重心移動速度、重心移動加速度、頭の位置姿勢、頭の移動速度、頭の移動加速度のうち、少なくとも一つ以上を身体部位の運動能力として算出する請求項1に記載の運動能力評価システム。
- 前記特定値算出部は、前記運動能力算出部により時系列的に算出された身体部位の運動能力の最大値、最小値、平均値、中央値、積分値、微分値、総和、標準偏差のうち、少なくとも一つ以上を運動能力の特定値として算出する請求項1または請求項2に記載の運動能力評価システム。
- 被験者の身体情報が入力される身体情報入力部が設けられ、
前記運動能力算出部は、前記身体情報入力部に入力された被験者の身体情報を用いながら身体部位の運動能力を算出する請求項1から請求項3のいずれかに記載の運動能力評価システム。 - 前記身体情報入力部は、被験者の年齢、性別、体重、身長、人体寸法、既往歴のうち、少なくとも一つ以上の身体情報が入力される請求項4に記載の運動能力評価システム。
- 前記身体情報入力部は、被験者の身体部位の質量、質量中心値、慣性モーメントのうち、少なくとも一つ以上の身体情報が入力される請求項4または請求項5に記載の運動能力評価システム。
- 前記身体動作計測部は、立ち上がり動作、歩行動作、片脚立ち動作、スクワット動作のうち、少なくとも一つ以上の身体動作時における身体部位の位置および/または角度を計測する請求項1から請求項6のいずれかに記載の運動能力評価システム。
- 前記特定値算出部は、身体部位の特定値を被験者または身体部位の質量、体積、面積、密度、長さ、径、あるいはそれらの積により正規化する請求項1から請求項7のいずれかに記載の運動能力評価システム。
- 被験者の日常生活の身体動作時における運動能力を評価する運動能力評価システムであって、
被験者の日常生活の身体動作時における身体部位の位置および/または角度を計測する身体動作計測部と、
前記身体動作計測部による被験者の身体部位の位置および/または角度の計測結果に基づいて、被験者の身体部位の運動能力を時系列的に算出する運動能力算出部と、
前記運動能力算出部により時系列的に算出された被験者の身体部位の運動能力に基づいて、上半身、左側の下半身、および右側の下半身の少なくとも3つの身体部位の運動能力の特定値を算出したあと、該特定値に基づいて所定の指標値を算出する特定値算出部と、
前記特定値算出部により算出された少なくとも3つの身体部位の運動能力の特定値に係る指標値を、被験者の日常生活の身体動作時における運動能力と評価して、上半身、左側の下半身、右側の下半身に分けて出力する評価結果出力部とを備えることを特徴とする運動能力評価システム。 - 前記特定値算出部は、下式により指標値を算出する請求項9に記載の運動能力評価システム。
n:関節番号
N:全関節数
ωTotal n:各特定値に対する重み係数
Xn:特定値 - 前記特定値算出部は、下式により指標値を算出する請求項9に記載の運動能力評価システム。
n,m:関節番号
M:p2の算出に用いる全関節数
ωValance n,m:左半身と右半身の特定値の差分の絶対値に対する重み係数
X右(または左)半身 n:右(または左)半身の特定値
X左(または右)半身 m:左(または右)半身の特定値 - 前記特定値算出部は、下式により指標値を算出する請求項9に記載の運動能力評価システム。
l,u:関節番号
L上半身(または下半身):p3の算出に用いる上半身(または下半身)の全関節数
U下半身(または上半身):p3の算出に用いる下半身(または上半身)の全関節数
ωRate l:上半身(または下半身)の特定値に対する重み係数
ωRate u:下半身(または上半身)の特定値に対する重み係数
X上半身(または下半身) l:上半身(または下半身)の特定値
X下半身(または上半身) u:下半身(または上半身)の特定値 - 被験者の日常生活の身体動作時における運動能力を評価する運動能力評価システムであって、
被験者の日常生活の身体動作時における身体部位の位置および/または角度を計測する身体動作計測部と、
前記身体動作計測部による被験者の身体部位の位置および/または角度の計測結果に基づいて、被験者の身体部位の運動能力を時系列的に算出する運動能力算出部と、
前記運動能力算出部により時系列的に算出された被験者の身体部位の運動能力に基づいて、上半身、左側の下半身、および右側の下半身の少なくとも3つの身体部位の運動能力の特定値を算出したあと、該特定値に基づいて所定の指標値を算出して、該指標値に基づいて所定の得点を算出する特定値算出部と、
前記特定値算出部により算出された少なくとも3つの身体部位の運動能力の特定値に係る得点を、被験者の日常生活の身体動作時における運動能力と評価して、上半身、左側の下半身、右側の下半身に分けて出力する評価結果出力部とを備えることを特徴とする運動能力評価システム。 - 前記特定値算出部は、下式により得点を算出する請求項13に記載の運動能力評価システム。
Sk:各指標値に対する得点
k:各指標値の番号
pk:k番目の指標値
pMax k:最高得点とする各指標値の基準値
pMin k:最低得点とする各指標値の基準値 - 前記特定値算出部は、下式により得点を算出する請求項13に記載の運動能力評価システム。
Sk:各指標値に対する得点
k:各指標値の番号
pk:k番目の指標値
pMax k:最高得点とする各指標値の基準値
pMin k:最低得点とする各指標値の基準値 - 前記特定値算出部は、下式により得点を算出する請求項13から請求項15のいずれかに記載の運動能力評価システム。
k:各指標値の番号
K:全指標値数
ωScore k:各指標値における得点の重み係数
Sk:各指標値に対する得点 - 前記特定値算出部は、前記身体情報入力部により入力された身体情報と同一または類似の身体情報を有する被験者ごとにグループ分けを行って、各グループごとに被験者の身体部位の特定値、指標値あるいは得点の集計処理を行う請求項1から請求項16のいずれかに記載の運動能力評価システム。
- 前記評価結果出力部は、前記特定値算出部により算出された身体部位の特定値、指標値あるいは得点をレーダーチャートにより出力する請求項1から請求項17のいずれかに記載の運動能力評価システム。
- 前記評価結果出力部は、所定の人体モデルを出力するとともに、前記特定値算出部により算出された身体部位の運動能力の特定値、指標値あるいは得点を前記人体モデルの対応する身体部位に重ねて出力する請求項1から請求項18のいずれかに記載の運動能力評価システム。
- 前記特定値算出部は、前記特定値算出部により算出された身体部位の特定値、指標値あるいは得点に基づいて、被験者の運動能力のレベル、要介護度のレベル、介護予防が必要となる確率、推定年齢のうち、少なくとも一つを出力する請求項1から請求項19のいずれかに記載の運動能力評価システム。
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