JP5494409B2

JP5494409B2 - Walking ability measuring device

Info

Publication number: JP5494409B2
Application number: JP2010236100A
Authority: JP
Inventors: 周平真鍋; 昌幸今井田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: JP2012085891A

Description

本発明は、人の脚の歩行能力、特に、少なくとも一部を自由に動かすことができない患脚の歩行能力を評価するのに適した状態量を計測する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for measuring a state quantity suitable for evaluating the walking ability of a human leg, in particular, the walking ability of an affected leg in which at least a part of the leg cannot be moved freely.

人の脚に装着し、アクチュエータによって脚の関節にトルクを加え、人の歩行動作を支援する歩行支援装置が研究されている（例えば特許文献１）。そのような歩行支援装置は、典型的には、特許文献１に開示されているように、人の大腿と下腿のそれぞれに装着する大腿リンクと下腿リンクが膝関節と同軸の位置で回動可能に連結されているとともに、下腿リンクを揺動させるアクチュエータを備えている。アクチュエータは典型的には電動モータであるが、油圧式や空気圧式のアクチュエータであってもよい。 Research has been made on a walking support device that is attached to a human leg and applies torque to the leg joint by an actuator to support the walking motion of the human (for example, Patent Document 1). Such a walking support device typically has a thigh link and a lower leg link that are attached to each of a human thigh and a lower leg, and is rotatable at a position coaxial with the knee joint, as disclosed in Patent Document 1. And an actuator for swinging the lower leg link. The actuator is typically an electric motor, but may be a hydraulic or pneumatic actuator.

本願は、上記した歩行支援装置を人が利用するのに適した状態にあるか否かを評価するのに役立つ装置を開示する。即ち、本願は、人の歩行能力を評価するのに適した人の状態量（関節角などの物理量）を計測する技術に関する。ここで、脚の能力を計測する関連技術として、特許文献２、特許文献３を挙げておく。特許文献２は、歩行中に被験者の足底の任意の被計測部位が接地するタイミングを計測する足底圧センサを提供する。また、特許文献３は、片方の靴の少なくとも２箇所に三軸ジャイロセンサを備えた靴を提供する。特許文献３の技術は、ランニングやウォーキングのフォームを改良するための能力測定を目的としている。 The present application discloses an apparatus useful for evaluating whether or not the above-described walking support apparatus is in a state suitable for use by a person. That is, the present application relates to a technique for measuring a person's state quantity (physical quantity such as a joint angle) suitable for evaluating a person's walking ability. Here, Patent Document 2 and Patent Document 3 are cited as related techniques for measuring the ability of the legs. Patent Document 2 provides a plantar pressure sensor that measures the timing at which an arbitrary measurement site on the plantar of a subject contacts the ground during walking. Patent Document 3 provides a shoe provided with a triaxial gyro sensor in at least two places of one shoe. The technique of patent document 3 aims at the ability measurement for improving the form of running and walking.

特開２００６−７５４５６号公報JP 2006-75456 A 特開２００５−１９２７４４号公報JP-A-2005-192744 特開２００８−７３２８５号公報JP 2008-73285 A

発明者らも、脚の少なくとも一部を自由に動かせない非健常者の歩行支援あるいはリハビリを目的として、アクチュエータ付き歩行支援装置を検討してきた。そのような支援装置を試作し、非健常者を対象にテストを繰り返すうち、非健常者の状態によってはアクチュエータ付き歩行支援装置を利用するのに適していないことが分かってきた。具体的には、運動能力のリハビリテーションにおける急性期リハと呼ばれる期間に該当する非健常者はアクチュエータ付き歩行支援装置を適用するには適していない。なお、運動能力のリハビリテーションは、急性期、回復期、及び、維持期に分けられ、急性期リハとは、急性期病床における発症後数日以内のリハ計画の実施から1ヶ月を目処に行われるリハで、主として廃用症候群の防止を目的としている。回復期リハは、発症後３ヶ月以内から最長９ヶ月までのリハで、一旦失われた機能を少しでも回復させることにより、家庭内、できれば社会復帰を目指すことを目的としている。 The inventors have also studied a walking support device with an actuator for the purpose of walking support or rehabilitation of a non-healthy person who cannot freely move at least a part of the leg. While such a support device was prototyped and the test was repeated for unhealthy persons, it has been found that depending on the state of the unhealthy person, it is not suitable for using the walking support apparatus with an actuator. Specifically, a non-healthy person corresponding to a period called acute phase rehabilitation in rehabilitation of athletic ability is not suitable for applying the walking support device with an actuator. In addition, rehabilitation of motor ability is divided into acute phase, recovery phase, and maintenance phase, and acute phase rehabilitation is carried out about 1 month after the implementation of the rehabilitation plan within the first few days after onset in the acute phase bed. Rehabilitation, mainly aimed at preventing disuse syndrome. Rehabilitation rehabilitation is intended for rehabilitation from within 3 months to up to 9 months after the onset of the disease, aiming to return to society in the home if possible, by recovering even once lost functions.

急性マヒ等を発症し、脚を自由に動かすことができなくなった非健常者では、急性期においては脚の力が弱く、歩行が極めて不安定である。発明者らの検討によると、急性期のリハビリにはアクチュエータ付き歩行支援装置は馴染まず、従来の長下肢装具、或いは補助手摺などを使った非常にゆっくりとした動作訓練が好ましい。逆に、回復期、及び、維持期では、アクチュエータ付き歩行支援装置は、非健常者の能力回復を促進する上で高い効果が見込まれる。 In an unhealthy person who has developed acute paralysis and cannot move his / her leg freely, the leg strength is weak in the acute phase and walking is extremely unstable. According to the study by the inventors, the walking support device with an actuator is not suitable for rehabilitation in the acute phase, and a very slow motion training using a conventional long leg brace or an auxiliary handrail is preferable. On the contrary, in the recovery period and the maintenance period, the walking support device with an actuator is expected to be highly effective in promoting the recovery of ability of the unhealthy person.

しかしながら、アクチュエータ付き歩行支援装置自体がいまだ普及してはおらず、その適用の可否を判定するのに役立つ歩行能力の測定手法が確立されてはいない。なお、従来は、歩行能力に限らず、医療の分野においては、急性期／回復期の明確な判別手法は確立されていない。本明細書は、アクチュエータ付きの歩行支援装置を利用するのにユーザの歩行能力が適しているか否かを評価するのに役立つ指標（例えば関節角度など、脚の動きに関係した物理量）を計測する装置を提供する。 However, the walking support apparatus with an actuator itself has not yet spread, and a walking ability measurement method useful for determining whether or not the application is applicable has not been established. Conventionally, a method for clearly distinguishing between acute and recovery periods has not been established in the medical field, not limited to walking ability. This specification measures an index (for example, a physical quantity related to a leg motion such as a joint angle) useful for evaluating whether or not a user's walking ability is suitable for using a walking support device with an actuator. Providing equipment.

発明者らが検討した結果、足の揺動振幅が歩行能力を測る一つのポイントであることが判明した。「足の揺動振幅」は、より正確には、足先が腰よりもどの位後方に振れるか、及び、腰よりもどの位前方まで振れるか、を意味する。本明細書は、歩行能力を測る指標として足先の前方及び後方への振れ幅を計測する装置を提供する。 As a result of investigations by the inventors, it was found that the swing amplitude of the foot is one point for measuring walking ability. “Foot swing amplitude” means, more precisely, how far back the foot tip swings from the waist and how far forward the foot tip can swing. The present specification provides a device that measures the forward and backward swing width of the foot as an index for measuring walking ability.

本明細書が開示する歩行能力測定装置は、主として、脚の少なくとも一部（特に膝関節）を自由に動かすことができない被験者の歩行能力を評価するための装置である。より正確には、本明細書が開示する新規な装置は、歩行能力の評価に適した脚の状態量を計測する装置である。その歩行能力測定装置の一態様は、荷重センサと足位置センサと表示装置を備える。荷重センサは、歩行中に脚（自由に動かすことができない脚：患脚）の足裏が床面から受ける荷重を計測する。足位置センサは、腰位置に対する前後方向における脚（荷重を計測する側の脚）の足位置を計測する。表示装置は、センサデータを加工し計測結果を表示する。表示装置は足位置センサのセンサデータに基づいて、荷重が予め定められた第１荷重閾値を超えたときの第１足位置と、荷重が予め定められた第２荷重閾値を下回ったときの第２足位置を一歩毎に計測する。表示装置は、計測された複数歩分の第１足位置と第２足位置を表示する。本明細書における「表示装置」は、センサデータを加工する処理を含む装置を意味することに留意されたい。 The walking ability measuring device disclosed in this specification is mainly a device for evaluating the walking ability of a subject who cannot freely move at least a part of a leg (particularly, a knee joint). More precisely, the novel device disclosed in this specification is a device that measures a leg state quantity suitable for evaluation of walking ability. One aspect of the walking ability measuring device includes a load sensor, a foot position sensor, and a display device. The load sensor measures a load that the sole of a leg (a leg that cannot be freely moved: an affected leg) receives from the floor during walking. The foot position sensor measures the foot position of the leg (the leg on the load measuring side) in the front-rear direction with respect to the waist position. The display device processes the sensor data and displays the measurement result. The display device is based on the sensor data of the foot position sensor, and the first foot position when the load exceeds a predetermined first load threshold value and the first foot position when the load falls below a predetermined second load threshold value. The biped position is measured step by step. The display device displays the first foot position and the second foot position for a plurality of steps measured. It should be noted that the “display device” in this specification means a device including processing for processing sensor data.

「荷重が第１荷重閾値を超えたとき」とは、計測した荷重が第１荷重閾値より低い値から高い値に切り換わったとき、と換言できる。同様に、「荷重が第２荷重閾値を下回ったとき」とは、計測した荷重が第２閾値より高い値から低い値に切り換わったとき、と換言できる。「荷重が第１荷重閾値を超えたとき」とは、足が着地した直後に相当し、脚が最も前方に振れた時点付近に相当する。「荷重が第２閾値を下回ったとき」とは、足が離地する前に相当し、脚が最も後方へ振れた時点付近に相当する。以上のとおりであるから、荷重閾値はゼロ以上である。典型的には、第２荷重閾値は第１荷重閾値より大きく設定される。 “When the load exceeds the first load threshold” can be said to be when the measured load is switched from a value lower than the first load threshold to a higher value. Similarly, “when the load falls below the second load threshold value” can be said to be when the measured load is switched from a value higher than the second threshold value to a lower value. “When the load exceeds the first load threshold” corresponds to immediately after the foot has landed and corresponds to the vicinity of the time when the leg swings most forward. “When the load falls below the second threshold” corresponds to before the foot leaves, and corresponds to the vicinity of the time when the leg swings most backward. As described above, the load threshold is zero or more. Typically, the second load threshold is set larger than the first load threshold.

上記の歩行能力測定装置は、複数歩に亘って第１足位置と第２足位置を計測し、表示する。従って、測定者は、第１足位置と第２足位置のそれぞれのばらつきが一見で把握でき、歩行能力の評価がし易くなる。 The walking ability measuring apparatus measures and displays the first foot position and the second foot position over a plurality of steps. Therefore, the measurer can grasp the variations of the first foot position and the second foot position at a glance, and can easily evaluate the walking ability.

発明者らによると、第１、第２足位置の他に、荷重のピーク値も重要な指標の一つであることが判明した。そこで、歩行能力測定装置の表示装置は、一歩毎の荷重ピーク値を複数歩分表示できることが好ましい。 According to the inventors, in addition to the positions of the first and second feet, it has been found that the peak value of the load is also an important index. Therefore, it is preferable that the display device of the walking ability measuring device can display a load peak value for each step for a plurality of steps.

さらに発明者らは、歩行能力を評価するのに適した新たな指標も発案した。その指標とは、複数歩分の第１足位置Ｄ１、第２足位置Ｄ２、及び、荷重ピーク値Wｍａｘを使った関数である。具体的には、指標Ｉｎｄｅｘ＝ａ１・σ１＋ａ２・σ２＋ａ３・σ３＋ｂ１・ΔＤ１＋ｂ２・ΔＤ２＋ｂ３・ΔＷで表される。ここで、σ１は複数歩分の第１足位置の分散であり、σ２は複数歩分の第２足位置の分散であり、σ３は複数歩分の荷重ピーク値の分散である。また、ΔＤ１は、複数歩分の第１足位置の平均値（正確には平均値と予め定められた基準値Ｄ１ｔとの差）であり、ΔＤ２は複数歩分の第２足位置の平均値（正確には平均値と予め定められた基準値Ｄ２ｔとの差）であり、ΔＷは複数歩分のピーク荷重の平均値（正確には平均値と予め定められた荷重基準値Ｗｔとの差）である。また、ａ１、ａ２、ａ３、ｂ１、ｂ２、ｂ３は予め定められた重み係数である。ここで、歩行能力測定装置の表示装置は、第１足位置と第２足位置と荷重ピーク値のそれぞれの複数歩分の平均と分散とを変数とする歩行能力指標を算出して表示することが好ましい。 The inventors have also invented a new index suitable for evaluating walking ability. The index is a function using the first foot position D1, the second foot position D2, and the load peak value Wmax for a plurality of steps. Specifically, the index Index = a1 · σ1 + a2 · σ2 + a3 · σ3 + b1 · ΔD1 + b2 · ΔD2 + b3 · ΔW. Here, σ1 is the variance of the first foot positions for a plurality of steps, σ2 is the variance of the second foot positions for a plurality of steps, and σ3 is the variance of the load peak values for a plurality of steps. ΔD1 is the average value of the first foot positions for a plurality of steps (more precisely, the difference between the average value and a predetermined reference value D1t), and ΔD2 is the average value of the second foot positions for a plurality of steps. (Accurately, the difference between the average value and the predetermined reference value D2t), and ΔW is the average value of the peak loads for a plurality of steps (exactly, the difference between the average value and the predetermined load reference value Wt) ). Further, a1, a2, a3, b1, b2, and b3 are predetermined weighting factors. Here, the display device of the walking ability measuring device calculates and displays a walking ability index whose variables are the average and the variance of a plurality of steps of the first foot position, the second foot position, and the load peak value. Is preferred.

本明細書が開示する技術は、歩行能力を評価するのに役立つ物理量を計測する歩行能力測定装置を提供する。 The technology disclosed in the present specification provides a walking ability measuring apparatus that measures a physical quantity useful for evaluating walking ability.

測定装置の概略図である。It is the schematic of a measuring apparatus. 計測値を説明する図である。It is a figure explaining a measured value. 表示画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a display screen. 第２実施例の測定装置の概略図である。It is the schematic of the measuring apparatus of 2nd Example. 第３実施例の測定装置の概略図である。It is the schematic of the measuring apparatus of 3rd Example.

本実施例の歩行能力測定装置１００の概要図を図１に示す。以下、「歩行能力測定装置１００」を簡単に「測定装置１００」と称する。測定装置１００は、被験者が装着する脚装具１０と表示装置３０で構成される。 A schematic diagram of the walking ability measuring apparatus 100 of this embodiment is shown in FIG. Hereinafter, the “walking ability measurement device 100” is simply referred to as “measurement device 100”. The measuring device 100 includes a leg brace 10 and a display device 30 worn by a subject.

脚装具１０は、被験者の腰から脚に沿って装着される多リンク型の機構で構成されている。脚装具は、ピッチ軸方向から見たときに、脚の関節構造と類似の多リンク構造を有しており、脚とともに揺動する。詳しくは、脚装具１０は、被験者の腰に装着される腰リンク１２、大腿に装着される大腿リンク１４、下肢に装着される下腿リンク１６、及び、足に装着される足リンク１８を備える。腰リンク１２と大腿リンク１４は、被験者が脚装具１０を装着したときに股関節ピッチ軸と同軸に位置する腰ジョイント１３で揺動可能に連結されている。大腿リンク１４と下腿リンク１６は、被験者が脚装具１０を装着したときに膝関節ピッチ軸と同軸に位置する膝ジョイント１５で揺動可能に連結されている。下腿リンク１６と足リンク１８は、被験者が脚装具１０を装着したときに足首関節ピッチ軸と同軸に位置する足首ジョイント１７で揺動可能に連結されている。腰ジョイント１３、膝ジョイント１５、及び、足首ジョイント１７の夫々には、隣接するリンク間の角度を計測する角度センサ２３、２５、及び、２７が搭載されている。角度センサ２３は、腰リンク１２に対する大腿リンク１４のピッチ軸回り揺動角を計測する。角度センサ２５は、大腿リンク１４に対する下腿リンク１６のピッチ軸回り揺動角を計測する。角度センサ２７は、下腿リンク１６に対する足リンク１８のピッチ軸回り揺動角を計測する。足リンクの下部、即ち足底には、脚が地面から受ける荷重を計測するための荷重センサ１９が配置されている。 The leg brace 10 is composed of a multi-link type mechanism that is worn along the leg from the subject's waist. The leg orthosis has a multi-link structure similar to the joint structure of the leg when viewed from the pitch axis direction, and swings together with the leg. Specifically, the leg brace 10 includes a waist link 12 attached to the subject's waist, a thigh link 14 attached to the thigh, a crus link 16 attached to the lower limb, and a foot link 18 attached to the foot. The waist link 12 and the thigh link 14 are swingably connected by a waist joint 13 that is positioned coaxially with the hip joint pitch axis when the subject wears the leg brace 10. The thigh link 14 and the crus link 16 are connected so as to be swingable by a knee joint 15 that is positioned coaxially with the knee joint pitch axis when the subject wears the leg brace 10. The crus link 16 and the foot link 18 are slidably connected by an ankle joint 17 that is positioned coaxially with the ankle joint pitch axis when the subject wears the leg brace 10. Angle sensors 23, 25, and 27 that measure angles between adjacent links are mounted on the waist joint 13, the knee joint 15, and the ankle joint 17, respectively. The angle sensor 23 measures the swing angle around the pitch axis of the thigh link 14 with respect to the waist link 12. The angle sensor 25 measures the swing angle around the pitch axis of the crus link 16 relative to the thigh link 14. The angle sensor 27 measures the swing angle around the pitch axis of the foot link 18 with respect to the crus link 16. A load sensor 19 for measuring the load that the leg receives from the ground is disposed below the foot link, that is, the sole.

腰リンク１２にはトランスポンダ２０が取り付けられている。トランスポンダ２０は、各センサが計測したデータを表示装置３０へ無線にて送信する。 A transponder 20 is attached to the waist link 12. The transponder 20 transmits data measured by each sensor to the display device 30 wirelessly.

表示装置３０は、トランスポンダ２０からの電波を受けるアンテナ３２を備えるコンピュータである。表示装置３０は、脚装具１０が送信したセンサデータから足位置を算出し、モニタ３４に表示する。大腿リンク１４と下腿リンク１６の長さは既知であるから、表示装置は、大腿リンク１４と下腿リンク１６の長さと、角度センサ２３、２５の角度データから、腰位置Ｐｈを基準とした前後方向の足位置Ｄを算出する。なお、本実施例では、足位置は、腰位置Ｐｈを基準に前方を正とし、後方を負とする。表示装置３０は、足位置Ｄを随時算出しながら、荷重が第１荷重閾値Ｗｔｈ１を超えたときの第１足位置Ｄ１と、荷重が第２荷重閾値Ｗｔｈ２を下回ったときの第２足位置Ｄ２を特定し、記憶する。第１荷重閾値Ｗｔｈ１と第２荷重閾値Ｗｔｈ２は、被験者の体重に基づいて予め定められる。以下、足の位置に関する記述は、腰位置を基準（原点）としたときの足の位置を意味することに留意されたい。 The display device 30 is a computer that includes an antenna 32 that receives radio waves from the transponder 20. The display device 30 calculates the foot position from the sensor data transmitted by the leg brace 10 and displays it on the monitor 34. Since the lengths of the thigh link 14 and the crus link 16 are known, the display device uses the lengths of the thigh link 14 and the crus link 16 and the angle data of the angle sensors 23 and 25 to perform the front-rear direction based on the waist position Ph. The foot position D is calculated. In the present embodiment, the foot position is positive on the front and negative on the back with respect to the waist position Ph. The display device 30 calculates the foot position D as needed, and the first foot position D1 when the load exceeds the first load threshold Wth1, and the second foot position D2 when the load falls below the second load threshold Wth2. Is identified and memorized. The first load threshold value Wth1 and the second load threshold value Wth2 are determined in advance based on the weight of the subject. In the following, it should be noted that the description relating to the position of the foot means the position of the foot when the waist position is used as a reference (origin).

図２に、歩行中の荷重と足位置の経時的変化の一例を示す。上が荷重Ｗの変化を示すグラフであり、下が足位置Ｄの変化を示すグラフである。横軸は時間を表している。タイミングＴａで荷重Ｗがゼロから立ち上がる。タイミングＴａは、着地タイミングに相当する。この着地タイミングＴａで足位置Ｄは最大値をとる。即ち、タイミングＴａで足が最も前方に位置する。荷重Ｗが増減したのち、再びゼロとなるタイミングＴｂは、足が地面から離れる離地タイミングを示している。この離地タイミングＴｂで足位置Ｄは最小値（負値）をとる。即ち、タイミングＴｂで足が最も後方に位置する。 FIG. 2 shows an example of changes over time in the load and foot position during walking. The top is a graph showing the change in the load W, and the bottom is a graph showing the change in the foot position D. The horizontal axis represents time. At timing Ta, the load W rises from zero. Timing Ta corresponds to landing timing. At this landing timing Ta, the foot position D takes the maximum value. That is, the foot is positioned most forward at the timing Ta. The timing Tb at which the load W becomes zero after the load W increases or decreases indicates the takeoff timing at which the foot leaves the ground. At this takeoff timing Tb, the foot position D takes the minimum value (negative value). In other words, the foot is positioned most rearward at the timing Tb.

表示装置３０は、足位置Ｄを連続的に算出しながら、荷重Ｗが第１荷重閾値Ｗｔｈ１を超えたときの（荷重Ｗが第１荷重閾値Ｗｔｈ１より低い値から高い値に変化したときの）足位置（第１足位置Ｄ１）を特定する。表示装置３０は、また、荷重Ｗが第２荷重閾値Ｗｔｈ２を下回ったときの（荷重Ｗが第２荷重閾値Ｗｔｈ２より高い値から低い値に変化したときの）足位置（第２足位置Ｄ２）を特定する。表示装置３０は、一歩毎に第１足位置Ｄ１と第２足位置Ｄ２を特定し、記憶する。また、表示装置３０は、一歩毎に荷重Ｗのピーク値Ｗｍａｘを特定し、記憶する。 The display device 30 continuously calculates the foot position D and the load W exceeds the first load threshold Wth1 (when the load W changes from a value lower than the first load threshold Wth1 to a higher value). The foot position (first foot position D1) is specified. The display device 30 also has a foot position (second foot position D2) when the load W falls below the second load threshold Wth2 (when the load W changes from a value higher than the second load threshold Wth2 to a lower value). Is identified. The display device 30 specifies and stores the first foot position D1 and the second foot position D2 for each step. Moreover, the display apparatus 30 specifies and memorize | stores the peak value Wmax of the load W for every step.

図３に、表示画面の一例を示す。モニタ画面３４には、５歩分の第１足位置Ｄ１の棒グラフ（画面部分３４ａ）と、５歩分の第２足位置Ｄ２の棒グラフ（画面部分３４ｂ）と、５歩分の荷重ピーク値Ｗｍａｘの棒グラフ（画面部分３４ｃ）が表示されている。第１足位置Ｄ１の棒グラフについて説明する。グラフ中の「ＡＶＲ」は５歩分の第１足位置の平均を表している。「Ｄ１ｔ」は、予め定められた第１足位置の基準値（第１基準値）を表している。「ΔＤ１」は、第１基準値Ｄ１ｔと平均ＡＶＲとの差を表している。第１基準値Ｄ１ｔを導入するのは、平均ＡＶＲから一定の値（第１基準値Ｄ１ｔ）を差し引くことによって平均の値を見易くするためである。「σ１」は、５歩分の第１足位置Ｄ１の分散を意味している。第２足位置Ｄ２の棒グラフ、及び、荷重ピーク値Ｗｍａｘの棒グラフも同様である。なお、荷重ピーク値Ｗｍａｘの棒グラフのうち、「Ｗｔ」は、予め定められた荷重の基準値を意味している。 FIG. 3 shows an example of the display screen. On the monitor screen 34, a bar graph (screen portion 34a) of the first foot position D1 for five steps, a bar graph (screen portion 34b) of the second foot position D2 for five steps, and a load peak value Wmax for five steps. The bar graph (screen portion 34c) is displayed. The bar graph at the first foot position D1 will be described. “AVR” in the graph represents the average of the first foot positions for five steps. “D1t” represents a reference value (first reference value) of a predetermined first foot position. “ΔD1” represents the difference between the first reference value D1t and the average AVR. The reason why the first reference value D1t is introduced is to make it easy to see the average value by subtracting a certain value (first reference value D1t) from the average AVR. “Σ1” means the variance of the first foot position D1 for five steps. The same applies to the bar graph of the second foot position D2 and the bar graph of the load peak value Wmax. In the bar graph of the load peak value Wmax, “Wt” means a predetermined reference value of the load.

画面３４にはまた、歩行能力を表す一つの指標（Ｉｎｄｅｘ：歩行能力指標）の式が示されている（画面部分３４ｄ）。この指標の式において、σ１、σ２、σ３、ΔＤ１、ΔＤ２、ΔＷは前述したとおりである。また、ａ１、ａ２、ａ３、ｂ１、ｂ２、ｂ３は、予め定められた重み係数である。この指標は、上記した物理量の線型結合の式で表される。画面３４にはまた、この指標Ｉｎｄｅｘの各項の値も示されている（画面部分３４ｅ）。また歩行能力指標の値も示されている（画面部分３４ｆ）。なお、画面部分３４ｄの式は、記号で表されているが、画面部分３４ｆ、３４ｅでは、実際は記号ではなく、記号に対応する実際の数値が表示されることに留意されたい。 The screen 34 also shows an expression of one index (Index: walking ability index) representing the walking ability (screen portion 34d). In this index formula, σ1, σ2, σ3, ΔD1, ΔD2, and ΔW are as described above. Further, a1, a2, a3, b1, b2, and b3 are predetermined weighting factors. This index is expressed by the above-described equation for linear combination of physical quantities. The screen 34 also shows the value of each item of the index Index (screen portion 34e). The walking ability index value is also shown (screen portion 34f). It should be noted that although the expression of the screen portion 34d is represented by a symbol, the screen portions 34f and 34e are not actually symbols but actual numerical values corresponding to the symbols are displayed.

測定装置１００の利点を述べる。測定装置１００は、被験者の脚が歩行中に腰より前方へどの位振れるか、及び、腰より後方へどの位振れるか、を複数歩に亘って計測して表示する。さらに測定装置１００は、一歩毎に足裏に加わる荷重のピーク値を複数歩に亘って計測して表示する。直感的に理解されるように、脚を自由に動かせない被験者の場合、脚の振り幅が小さくなる。前後の振り幅を別々に、しかも複数歩に亘って計測し表示することによって、この測定装置１００は、被験者の歩行能力がアクチュエータ付き歩行支援装置の利用に適しているか、あるいは、利用するにはまだ時期尚早であるのか、計測者（あるいはリハビリを担当する療法士）が評価するのに大いに役立つ。特に、この測定装置１００は、第１足位置の分散σ１、第２足位置の分散σ２、荷重ピーク値の分散σ３、第１足位置の平均ΔＤ１、第２足位置の平均ΔＤ２、荷重ピーク値の平均ΔＷの線形式で表される歩行能力指標Ｉｎｄｅｘの各項を別々に表示する（画面部分３４ｅ）。この表示を見ることによって、計測者は、どの項目が低いかを一瞥で把握することができ、被験者の歩行能力を低下させている原因を容易に特定することができる。 The advantages of the measuring device 100 will be described. The measuring apparatus 100 measures and displays, over a plurality of steps, how much the subject's leg swings forward from the waist while walking and how much the subject's leg swings backward from the waist. Furthermore, the measuring apparatus 100 measures and displays the peak value of the load applied to the sole for each step over a plurality of steps. As can be understood intuitively, in the case of a subject who cannot move his / her legs freely, the swing width of the legs becomes small. By measuring and displaying the front / rear swing width separately and over a plurality of steps, this measuring apparatus 100 is suitable for the use of the walking support device with an actuator, or the use of the walking ability of the subject. It is very helpful for the measurer (or therapist in charge of rehabilitation) to evaluate whether it is still premature. In particular, the measuring apparatus 100 includes a first foot position variance σ1, a second foot position variance σ2, a load peak value variance σ3, a first foot position average ΔD1, a second foot position average ΔD2, and a load peak value. Each item of the walking ability index Index expressed in the line format of the average ΔW of the screen is separately displayed (screen portion 34e). By looking at this display, the measurer can grasp at a glance which item is low, and can easily identify the cause of the decrease in the walking ability of the subject.

図４に、第２実施例の測定装置２００を示す。なお、第１実施例の測定装置１００と同じ部品には同じ符号を付している。測定装置２００は、腰リンクと大腿リンクの間の角度を計測する角度センサ（図１の角度センサ２３）の代わりに、鉛直に対する大腿リンクのピッチ軸回りの傾斜角を計測する傾斜角センサ２０１を備える点で第１実施例の測定装置１００と異なる。傾斜角センサ２０１は大腿リンク１４に固定されている。腰リンクに対する大腿リンクの揺動角（第１実施例の角度センサ２３が計測する角度）に替えて大腿の傾斜角（傾斜角センサ２０１が計測する角度）を用いても、腰位置に対する前後後方の足位置を求めることができる。第２実施例の測定装置２００は、腰リンクを装着する必要がないので、被験者への負担が小さい。 FIG. 4 shows a measuring apparatus 200 according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same components as the measuring apparatus 100 of 1st Example. In place of the angle sensor (angle sensor 23 in FIG. 1) that measures the angle between the waist link and the thigh link, the measuring apparatus 200 includes a tilt angle sensor 201 that measures the tilt angle around the pitch axis of the thigh link with respect to the vertical. It differs from the measuring apparatus 100 of 1st Example by the point provided. The tilt angle sensor 201 is fixed to the thigh link 14. Even if the tilt angle of the thigh (angle measured by the tilt angle sensor 201) is used instead of the swing angle of the thigh link relative to the waist link (the angle measured by the angle sensor 23 of the first embodiment), the front / rear and the rear of the waist position Can be obtained. Since the measuring apparatus 200 of the second embodiment does not need to be fitted with a waist link, the burden on the subject is small.

図５に、第３実施例の測定装置３００を示す。なお、第１実施例の測定装置１００と同じ部品には同じ符号を付している。測定装置３００は、多リンク機構の脚装具の代わりに、被験者の腰位置と足首位置に取り付けられるマーカ（３０２、３０３）と、マーカを撮影してマーカの位置を特定する画像処理装置３０４を備える。マーカ３０２、３０３は、例えば色の異なるボールでよい。色を検出してその位置を計測する画像処理については良く知られているので説明は省略する。なお、被験者に取り付けられるトランスポンダ２０は、足底に配置した荷重センサのセンサデータのみを表示装置３０へ送ればよい。画像処理装置３０４も独自のトランスポンダを内蔵しており、マーカの位置を表示装置へ送信する。表示装置３０は、腰と足首のマーカの位置関係から、腰位置を基準とした前後方向の足位置を算出する。第３実施例の測定装置は、被験者に装着するデバイスがさらに少なく、負担をさらに小さくすることができる。 FIG. 5 shows a measuring apparatus 300 according to the third embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same components as the measuring apparatus 100 of 1st Example. The measuring apparatus 300 includes markers (302, 303) attached to the hip position and ankle position of the subject, and an image processing apparatus 304 that captures the marker and identifies the position of the marker, instead of the leg brace of the multi-link mechanism. . The markers 302 and 303 may be balls of different colors, for example. Since image processing for detecting a color and measuring its position is well known, description thereof is omitted. Note that the transponder 20 attached to the subject only needs to send the sensor data of the load sensor arranged on the sole to the display device 30. The image processing device 304 also has its own transponder, and transmits the marker position to the display device. The display device 30 calculates the foot position in the front-rear direction based on the waist position from the positional relationship between the waist and ankle markers. The measurement apparatus of the third embodiment has fewer devices attached to the subject, and can further reduce the burden.

実施例の測定装置の留意点を述べる。第１実施例の測定装置１００では、大腿リンク１４の角度を計測する角度センサ２３と、下腿リンク１６の角度を計測する角度センサ２５が「腰位置に対する前後方向の足の位置を計測する足位置センサ」に相当する。第２実施例の測定装置２００では、大腿のピッチ軸回りの傾斜角を計測する傾斜角センサ２０１と、大腿リンク１４に対する下腿リンク１６の揺動角を計測する角度センサ２５が「足位置センサ」に相当する。第３実施例の測定装置３００では、被験者の腰と足首に取り付けられるマーカ３０２、３０３、及び、画像処理装置３０４が「足位置センサ」に相当する。 Points to be noted for the measurement apparatus of the example will be described. In the measuring apparatus 100 of the first embodiment, the angle sensor 23 that measures the angle of the thigh link 14 and the angle sensor 25 that measures the angle of the lower leg link 16 are “the foot position that measures the position of the foot in the front-rear direction with respect to the waist position”. It corresponds to "sensor". In the measuring apparatus 200 of the second embodiment, an inclination angle sensor 201 that measures an inclination angle around the pitch axis of the thigh and an angle sensor 25 that measures the swing angle of the crus link 16 with respect to the thigh link 14 are “foot position sensors”. It corresponds to. In the measurement apparatus 300 of the third embodiment, the markers 302 and 303 attached to the subject's waist and ankle and the image processing apparatus 304 correspond to a “foot position sensor”.

第１、第２実施例の歩行能力測定装置は、脚に装着するリンク機構を有していたが、第３実施例に示したように、歩行能力測定装置は、荷重センサと足位置センサが機構的には独立していてもよい。また、本明細書が開示する歩行能力測定装置は、荷重センサと足位置センサを既存の長下肢装具に取り付けて実現するものであってもよい。 The walking ability measuring apparatus of the first and second embodiments has a link mechanism that is attached to the leg. However, as shown in the third embodiment, the walking ability measuring apparatus includes a load sensor and a foot position sensor. It may be independent mechanically. Moreover, the walking ability measuring device disclosed in the present specification may be realized by attaching a load sensor and a foot position sensor to an existing long leg brace.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

１０：脚装具
１２：腰リンク
１３、１５、１７：ジョイント
１４：大腿リンク
１６：下腿リンク
１８：足リンク
１９：荷重センサ
２０：トランスポンダ
２３、２５、２７：角度センサ
３０：表示装置
３４：モニタ画面
２０１：傾斜角センサ
３０２、３０３：マーカ
３０４：画像処理装置
１００、２００、３００：歩行能力測定装置 10: Leg brace 12: Waist link 13, 15, 17: Joint 14: Thigh link 16: Lower leg link 18: Foot link 19: Load sensor 20: Transponder 23, 25, 27: Angle sensor 30: Display device 34: Monitor screen 201: Inclination angle sensor 302, 303: Marker 304: Image processing device 100, 200, 300: Walking ability measuring device

Claims

脚の歩行能力を評価するのに適した状態量を測定する歩行能力測定装置であり、
歩行中に脚の足裏が床面から受ける荷重を計測する荷重センサと、
腰位置に対する前後方向における前記脚の足位置を計測する足位置センサと、
計測結果を表示する表示装置と、
を備えており、
表示装置は、前記足位置センサによる計測データに基づいて、一歩毎に荷重が予め定められた第１荷重閾値を超えたときの第１足位置と、荷重が予め定められた第２荷重閾値を下回ったときの第２足位置と、を計測し、
前記表示装置は、計測された複数歩分の第１足位置と第２足位置を表示することを特徴とする歩行能力測定装置。 It is a walking ability measuring device that measures a state quantity suitable for evaluating the walking ability of a leg,
A load sensor that measures the load that the soles of the legs receive from the floor during walking;
A foot position sensor for measuring the foot position of the leg in the front-rear direction relative to the waist position;
A display device for displaying the measurement results;
With
Based on the measurement data from the foot position sensor, the display device calculates the first foot position when the load exceeds a predetermined first load threshold for each step and the second load threshold for which the load is predetermined. Measure the position of the second leg when below,
The display device displays a first foot position and a second foot position for a plurality of steps measured, and is a walking ability measuring device.

前記表示装置は、さらに、一歩毎の荷重ピーク値を複数歩分表示することを特徴とする請求項１に記載の歩行能力測定装置。 The walking performance measuring apparatus according to claim 1, wherein the display device further displays a load peak value for each step for a plurality of steps.

前記表示装置は、前記第１足位置と前記第２足位置と前記荷重ピーク値のそれぞれの複数歩分の平均と分散とを変数とする歩行能力指標を算出して表示することを特徴とする請求項２に記載の歩行能力測定装置。 The display device calculates and displays a walking ability index whose variables are an average and a variance of a plurality of steps of the first foot position, the second foot position, and the load peak value. The walking ability measuring device according to claim 2.