JP2022013405A - 推定装置、推定方法、プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は同実施形態による下肢異常リスク判定システムの概略構成を示す図である。
図1で示すように、下肢異常リスク判定システム100は、少なくとも、推定装置1、第一センサ装置2、第二センサ装置3により構成される。推定装置1は、第一センサ装置2、第二センサ装置3と各センサが検出したセンシング情報と、を取得するために通信接続する。
推定装置1は、CPU(Central Processing Unit)101、ROM(Read Only Memory)102、RAM(Random Access Memory)103、記憶部104、RTC回路105、通信装置106等の各ハードウェアを備えたコンピュータである。
また、第一センサ装置2は、CPU201、ROM202、RAM203、記憶部204、RTC回路205、通信装置206、センサ207等の各ハードウェアを備えたコンピュータである。
また、第二センサ装置3は、CPU301、ROM302、RAM303、記憶部304、RTC回路305、通信装置306、センサ307等の各ハードウェアを備えたコンピュータである。
本実施形態においては、第一センサ装置2のセンサ207と、第二センサ装置3のセンサ307は、ユーザが歩行した際の足の動きに基づく加速度や角速度をセンシングする慣性計測ユニット(IMU;Inertial Measurement Unit)により構成される。
図3は、第一の実施形態による推定装置、第一センサ、第二センサの機能ブロック図である。
推定装置1は、予め記憶する下肢異常リスク判定プログラムを実行する。これにより推定装置1は、少なくとも制御部11、取得部12、リスク推定部13、出力部14、の各機能を発揮する。
推定装置1の制御部11は、推定装置1の他の機能部を制御する。
推定装置1の取得部12は、両足それぞれの立脚期間の情報を取得する。
推定装置1のリスク推定部13は、両足それぞれの立脚期間の差に基づいて下肢異常リスクを推定する。
第一センサ装置2の制御部21は、第一センサ装置2の他の機能部を制御する。
第一センサ装置2のセンシング部22は、ユーザが歩行した際の左足の動きに基づく加速度や角速度をIMU等のセンサ207から取得する。
立脚期間計算部23は、左足の加速度や角速度に基づいて、左足の立脚期間を検出する。
第一センサ装置2の送信部24は、左足の立脚期間の情報を推定装置1へ送信する。
第二センサ装置3の制御部31は、第二センサ装置3の他の機能部を制御する。
第二センサ装置3のセンシング部32は、ユーザが歩行した際の右足の動きに基づく加速度や角速度をIMU等のセンサ307から取得する。
立脚期間計算部33は、右足の加速度や角速度に基づいて、右足の立脚期間を検出する。
第二センサ装置3の送信部34は、右足の立脚期間の情報を推定装置1へ送信する。
図4は、人の歩行運動における左足と右足の立脚期間と遊脚期間を示す図である。歩行運動の運動周期の一周期を0%から100%で表し、一方の足の踵が着地する際の時刻を0%、同じ足の踵が次に着地する際の時刻を100%とする。この歩行運動の運動周期において、右足の踵が着地した時刻から右のつま先が離地する時刻までを右足の立脚期間、左足の踵が着地した時刻から左つま先が離地する時刻までを左足の立脚期間と呼ぶ。
図5は左足と右足の歩行運動の運動周期における垂直軸の加速度を示しており、横軸に時間、縦軸に加速度を表す。なおマイナスの加速度は下方への加速度、プラスの加速度は上方への加速度を示す。また図5において実線は左足の加速度の推移、点線は右足の加速度の推移を示す。
一例として推定装置1はユーザが携帯する。そして第一センサ装置2は、左足の靴のインソール内、ユーザの左足の土踏まず近傍に装着される。また第二センサ装置3は、右足の靴のインソール内、ユーザの右足の土踏まず近傍に装着される。そして、第一センサ装置2と第二センサ装置3は、ユーザの歩行による足の動きに応じて検出した加速度や角速度に基づいて、立脚期間を計算し推定装置1へ送信する。
図7で示すように第一センサ装置2と、第二センサ装置3とは、靴の底に設けられる。第一センサ装置2と、第二センサ装置3とは無線通信により、推定装置1と通信接続する。
ユーザは、第一センサ装置2と第二センサ装置3の電源をONにする(ステップS101)。これにより第一センサ装置2の通信装置206と、第二センサ装置3の通信装置306は、接続確立信号を送信する(ステップS102)。これら通信装置206、306は、一例としてはBLE(Bluetooth Low Energy;登録商標)やWifi(登録商標)などの無線通信の機能を備えて他の装置と通信接続する。
上述の処理においては、各センサ装置が足の立脚期間を計算している。しかしながら、推定装置1が立脚期間を計算してもよい。以下、推定装置1が立脚期間を計算する場合の実施例について説明する。
第二の実施形態による下肢異常リスク判定システムでは、推定装置1が、左足情報取得部121、右足情報取得部122、左足立脚期間計算部141、右足立脚期間計算部142、リスク推定部13を備える。
右足情報取得部122は、第二センサ装置3からセンシング情報を取得する。
左足立脚期間計算部141は、左足の立脚期間を計算する。
右足立脚期間計算部142は、右の立脚期間を計算する。
リスク推定部13は、第一の実施形と同様に、下肢異常のリスクを推定する。
第一の実施形態と同様に、ユーザは、第一センサ装置2と第二センサ装置3の電源をONにする(ステップS201)。これにより第一センサ装置2の通信装置206と、第二センサ装置3の通信装置306は、接続確立信号を送信する(ステップS202)。これら通信装置206、306は、一例としてはBLE(Bluetooth Low Energy;登録商標)やWifi(登録商標)などの無線通信の機能を備えて他の装置と通信接続する。
第一センサ装置2と第二センサ装置3とは、上述したように加速度と角速度とをセンシングすることができる。この場合、加速度と角速度とを用いて足の角度を算出することができる。より具体的には、推定装置1は、センシング情報に含まれる足の左右方向の加速度、上下方向の加速度、前後方向の加速度、足部の上下回転角速度、左右回転角速度、内外回転角速度を取得する。なお、足裏面と脚部とを垂直にした場合の、踵とつま先とを結ぶ第一軸と、脚部に平行で足首を通る第二軸と、第一軸と第二軸に垂直な第三軸とする。この場合に、第三軸回りの回転の角速度を足部の上下回転角速度と呼ぶ。また第二軸回りの回転の角速度を足部の左右回転角速度と呼ぶ。また第一軸回り回転の角速度を内外回転角速度と呼ぶ。そして、推定装置1は、角度算出プログラムを用いて、第三軸回りの角度を示す足部の上下回転角度、第二軸回りの角度を示す左右回転角度、第三軸回りの角度を示す内外回転角度を算出する。角度算出プログラムは、例えばMadgwickフィルタなどが知られており、公知の技術を利用すればよい。推定装置1は、上下回転角度、左右回転角度、内外回転角度のうち、上下回転角度を用いて、立脚期間を計算する。
つまり歩行運動において踵を着地するタイミングにおいては踵とつま先を結ぶ第一軸が足首を支点としてつま先方向を上げた背屈状態(B)となる。また歩行運動において離地するタイミングにおいては第一軸が足首を支点としてつま先方向を下げた底屈状態(A)となる。しかしながら、疾患により立脚期における各タイミングは、必ずしも最大の背屈角度と底屈角度となる時点と一致しない。このような問題に対し、立脚期間計算部23(33)事前に計測した立脚期開始・終了のタイミングと歩行時の足関節角度の関係を機械学習によって推定モデルを作成し、計測時角度情報を入力し、立脚期開始・終了を推定することにより解決する。
図12は左足と右足の歩行運動の運動周期における足部の上下回転角度を示しており、横軸に時間、縦軸に上下回転角度を表す。なおプラスの上下回転角度が背屈状態、マイナスの上下回転角度が底屈状態を示す。また図5において実線は左足の上下回転角度の推移、点線は右足の上下回転角度の推移を示す。
図13は第四の実施形態による靴底に備わるセンサ装置の概要を示す図である。
図13で示すように第一センサ装置2と、第二センサ装置3とは、靴の底に設けられ、さらに第四の実施形態では、左足の靴底のつま先近傍と踵近傍のそれぞれに感圧センサ201、202が設けられ、また右足の靴底のつま先近傍と踵近傍のそれぞれに感圧センサ301、302が設けられる。第一センサ装置2は、感圧センサ201、202から得た圧力値を含むセンシング情報を、推定装置1へ送信する。また第二センサ装置3は、感圧センサ301、302から得た圧力値を含むセンシング情報を、推定装置1へ送信する。
図14は左足と右足の歩行運動の運動周期における各感圧センサの圧力値を示している。各感圧センサが閾値C以上の圧力値を示している場合には、足が着地していることを示す。
下肢異常リスク判定システム100は、さらにサーバ装置4を備え、サーバ装置4が、上述した推定装置1の処理の一部を行うようにしてもよい。つまり、サーバ装置4は、上述の推定装置1について説明した、立脚期間の計算処理、下肢異常リスクの推定処理、の少なくとも一つの処理を行うようにしてよい。この場合、サーバ装置4はその処理を行う為の情報を、推定装置1を介して受信し、処理の結果を推定装置1へ返信する。そして、推定装置1はサーバ装置4から返信された情報に基づいて、下肢異常のリスク推定の結果を出力する。
図17は最小構成による推定装置の処理フローを示す図である。
推定装置1は、少なくとも取得部と、推定部とを備える。
取得部は、両足それぞれの立脚期間を取得する(ステップS171)。
推定部は、両足それぞれの立脚期間の差に基づいて下肢異常リスクを推定する(ステップS172)。
2・・・第一センサ装置
3・・・第二センサ装置
4・・・サーバ装置
11,21・・・制御部
12・・・取得部
13・・・リスク推定部
21,31・・・制御部
22,32・・・センシング部
23,33・・・立脚期間計算部
24,34・・・送信部
121・・・左足情報取得部
122・・・右足情報取得部
141・・・左足立脚期間計算部
142・・・右足立脚期間計算部
Claims (6)
- 両足それぞれの立脚期間を取得する取得部と、
前記両足それぞれの立脚期間の差に基づいて下肢異常リスクを推定する推定部と、
を備える推定装置。 - 前記両足それぞれに装着した靴底に設けられた各センサから得られたセンシング情報に基づいて前記立脚期間を計算する立脚期間計算部と、
を備える請求項1に記載の推定装置。 - 前記立脚期間計算部は、前記センシング情報が示す加速度に基づいて前記両足それぞれの立脚期間を計算する
請求項2に記載の推定装置。 - 前記立脚期間計算部は、前記センシング情報が示す圧力値に基づいて前記両足それぞれの立脚期間を計算する
請求項2に記載の推定装置。 - 両足それぞれの立脚期間を取得し、
前記両足それぞれの立脚期間の差に基づいて下肢異常リスクを推定する
推定方法。 - 推定装置のコンピュータを、
両足それぞれの立脚期間を取得する取得手段、
前記両足それぞれの立脚期間の差に基づいて下肢異常リスクを推定する推定手段、
として機能させるプログラム。
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