JP5886086B2 - 足底圧計測装置及びその処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、足底圧計測装置及びその処理方法に関する。

世界保健機関（ＷＨＯ）の調査によると、糖尿病患者が急増しており、その患者数は今後も増加していくと推定されている。糖尿病の三大合併症のうち、最も早期に出現してくる症状として、糖尿病性神経障害が挙げられる。糖尿病性神経障害には、知覚神経障害や自律神経障害があるといわれており、特に、足に起こる神経障害を糖尿病性足病変という。

糖尿病患者に知覚神経障害が生じた場合、一般に、身体の末端からその症状が現れ、手足の先を冷たく感じたり、しびれや痛みが生じたりする。そして、神経線経の損傷が激しくなってしまうと、糖尿病患者は、痛みやしびれを感じなくなってしまう。

特表２０１１−５０５０１５号公報 特開２００６−３４５９９０号公報

上述した通り、糖尿病患者に知覚神経障害が生じた場合、患者本人が身体の痛みに気付かないことが多くなるため、例えば、足の壊疸を起こしてもそれに気付かず、症状が進行してしまうことがある。

ここで、糖尿病性足病変の早期診断法としてＭＲＳ（磁気共鳴スペクトロスコピー）が知られているが、この診断は、病院に行かなければ行なえず、痛みに気付かない患者にとっては、自発的に病院に行くのが難しい。

また、被検者の足底圧を計測すれば、その計測値に基づいて被検者の足に異常が発生しているか否かを判定できるとも考えられる。しかし、従来の装置では、足底圧を計測できたとしても、その結果を収集するだけであったり（特許文献１）、また、その結果に基づいて筋活動量を計測したりするだけであり（特許文献２）、そのような結果を参照しても、患者が自発的に病院に行くとは考え辛い。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、被検者の各足の重心位置の組み合わせに基づいて足底における病変領域を推定し、当該推定結果に応じて足底における病変に関するメッセージを通知するようにした技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様による足底圧計測装置は、被検者の靴の内側に装着され足底圧を計測する足底圧センサと通信可能な足底圧計測装置であって、前記被検者の歩行中に、足底の各領域における単位面積当たりの足底圧を取得する取得手段と、前記取得した各領域における単位面積当たりの足底圧に基づいて前記歩行中の被検者の各足の重心位置を求める重心位置検出手段と、各足の重心位置が属する足底上の領域の組み合わせによって前記足底における病変領域を推定する推定手段と、前記推定手段による推定結果に応じて足底における病変に関するメッセージを通知する通知手段とを具備する。

本発明によれば、例えば、知覚神経障害が生じ身体の痛みに気付かないような患者を自発的に病院に行くように仕向けることができる。

本発明の一実施の形態に係わる足底圧計測装置１０の全体構成の一例を示す図である。 足底圧センサ２０による足底圧の計測処理の概要を示す図である。 足底の重心（重心位置）を求める際の処理の概要を示す図である。 足底の重心（重心位置）を求める際の処理の概要を示す図である。 テーブル３０の一例を示す図である。 図１に示す足底圧計測装置１０の機能的な構成の一例を示す図である。 図１に示す足底圧計測装置１０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 変形例を示す図である。 変形例を示す図である。 変形例を示す図である。

以下、本発明に係わる実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係わる足底圧計測装置１０の全体構成の一例を示す図である。

足底圧センサ２０は、被検者が履く靴の内側に装着される、いわゆる、インソールタイプの圧力センサで構成され、歩行中に被検者の足が受ける足底圧を計測する。足底圧センサ２０には、通信モジュール２１が設けられており、当該通信モジュール２１を介して足底圧の計測値が足底圧計測装置１０に向けて送信される。なお、足底圧センサ２０は、抵抗線式、拡散式（相対圧、絶対圧）、静電容量式、機械式等、どのような方式で実現されても良い。

足底圧計測装置１０は、足底圧センサ２０と通信可能に構成されており、足底圧センサ２０から足底圧の計測値を取得し、当該計測値に基づいて各種演算（歩行障害検知アプリ）を行ない、その演算結果をユーザに通知する。

なお、足底圧計測装置１０と足底圧センサ２０との間の通信は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）や無線ＬＡＮ（Local Area Network）、人体通信などどのような形式で実現されても良い。また、無線である必要もなく、ケーブル等を介した有線通信であっても良い。

以上が、足底圧計測装置１０の全体構成の一例についての説明である。なお、上述した足底圧計測装置１０には、例えば、コンピュータが内蔵されている。コンピュータには、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の主制御手段、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶手段が具備される。また、コンピュータにはその他、ディスプレイやボタン等の入出力手段、ネットワークカード等の通信手段等も具備されていても良い。なお、これら各構成部は、バス等により接続され、主制御手段が記憶手段に記憶されたプログラムを実行することで制御される。

また、図１では、足底圧計測装置１０が携帯電話により実現される場合を例示しているが、これに限られず、可搬可能なタイプのデバイスであればどのような形態で実現されても良い。例えば、身体に装着できるタイプ（腕時計、メガネ、アクセサリ（ネックレス、ピアスなど）、ベルトタイプ（万歩計（登録商標）、活動量計））、ポケットに入るタイプ、持ち運び可能なタイプ（ノートパソコン）等、どのような形態で実現されても良い。

次に、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて、足底圧センサ２０による足底圧の計測処理の概要について説明する。

足底圧センサ２０は、上述した通り、インソールとして、被検者が履く靴の内側に装着され、足底圧の検出を行なう。このとき、足底圧の検出精度は、例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すメッシュのサイズによって規定される。すなわち、メッシュを単位として被検者の足底の各領域に対応した圧力の計測が行なわれることになる。なお、一般的な足サイズは、男性２５〜２７ｃｍ、女性２２〜２４ｃｍであるので、図２（ａ）及び図２（ｂ）では、平均的サイズである２５ｃｍの足サイズの被検者を例に挙げて説明している。

ここで、図２（ａ）と図２（ｂ）とを比較すると、図２（ａ）よりも図２（ｂ）の方がメッシュのサイズが小さく設定されている。そのため、この場合、図２（ａ）よりも図２（ｂ）の方が足底圧の検出精度が高くなる。

なお、本実施形態においては、足底圧の計測時のモードとして、足病変モードと日常生活モードとを設け、足病変モード時には図２（ａ）に示すメッシュ精度で足底圧の計測を行ない、日常生活モード時には図２（ｂ）に示すメッシュ精度で足底圧の計測を行なう場合について説明する。足病変モードは、例えば、糖尿病患者の足に病変（糖尿病性足病変）が生じているかの計測を行なう場合に設定され、日常生活モードは、例えば、日常生活において足底の各部にどのように圧力が掛かっているかの計測を行なう場合や、より詳細な足底圧のデータが必要な場合等に設定される。

次に、図３を用いて、足底の重心（重心位置）を求める際の処理の概要について説明する。ここでは、右足を例に挙げて説明する。左足の重心位置の求め方も右足の重心位置の求め方と同様であるため、ここでは、左足の重心位置の求め方についての説明は省略する。

重心位置の算出に際して、足底圧計測装置１０は、まず、被検者が左足及び右足のいずれかで歩行を行なう間に、図２（ａ）及び図２（ｂ）で説明したメッシュ毎に単位面積当たりにかかる足底圧（Ｐ（ｋｇｆ／ｃｍ２））のピークをそれぞれ取得する。

ここで、被検者が左足及び右足のいずれかで歩行を行なう間とは、一歩分の時間（片足歩行期間）を示しており、例えば、右足で考えると、右足の踵が地面に接地した時点から、右足の趾（ゆび）が地面から離れるまでの期間を指す。なお、片足歩行期間は、被検者の年齢から割り出した統計的な歩行速度と、被検者の身長から割り出した歩幅とを元に求めれば良い。あるいは、被検者に直接入力させても良い。

片足歩行期間の算出方法の一例について簡単に説明する。上述したように、被検者の年齢から割り出した統計的な歩行速度と、被検者の身長から割り出した歩幅とを元に求める場合には、計算式として下記式を用いれば良い。
歩幅（ｍ）＝身長×定数（仮に０．４）
片足歩行期間（ｓｅｃ）＝１／（歩幅×自由歩行速度）
歩行速度は、下記に示す情報に基づいて、年齢から求めれば良い。

参考：（健康づくりのための運動指針2006 厚生労働省より(http://www.mhlw.go.jp/bunya/kenkou/undou.html)）

続いて、上述したピークの取得処理についてより具体的に説明する。この処理では、図４に示すように、メッシュ毎に、片足歩行期間内において足底圧のピークを取得する。例えば、メッシュ１０Ｂでは、時間Ｔ１でピークＰ１が検出されており、メッシュ６Ｂでは、時間Ｔ２でピークＰ２が検出されており、メッシュｎでは、時間Ｔ３でピークＰ３が検出されている。ここでは、このようなピークが検出された時間に関係なく、片足歩行期間内におけるメッシュ毎のピークとして、ピークＰ１、Ｐ２及びＰ３を取得する。

このようにして片足歩行期間内における足底圧のピークをメッシュ毎に取得すると、足底圧計測装置１０は、全てのメッシュのピークのうち、そのピークの値が高い所定数（この場合３つ）のメッシュを特定する。そして、当該特定した３つのメッシュのピークの位置関係に基づいて、右足の重心位置を求める。例えば、図３に示すように、特定されたメッシュが２Ａ、２Ｂ及び９Ｂであれば、これらメッシュの位置に基づいて、土踏まず（より具体的には、メッシュ４Ｂ）に重心位置があると特定する。

重心位置が求まると、足底圧計測装置１０は、図５に示すテーブル３０を参照し、それに応じたメッセージの通知を行なう。なお、このメッセージは、検出された重心位置の他、足病変モードが設定されているか、日常生活モードが設定されているかに応じても異なってくる。

このテーブル３０では、各足の重心位置が、足底上の複数の領域のうちのどの領域に属するかの組み合わせに応じて足底の病変領域を規定している。なお、各足の重心位置の組み合わせに基づいて参照された値の上段は、右足の異常を規定しており、下段は、左足の異常を規定している。また、バーは、特に異常がないことを示している。

例えば、テーブル３０の図中左上の情報は、右足の右趾と左足の右趾とに重心位置がある場合を示している。この場合、テーブル３０においては、右足の左踵及び左足の左踵に異常のある可能性があることが規定されている。

このような場合には、例えば、足病変モード時には、「右足の左踵及び左足の左踵に傷（切り傷などの怪我の他、水虫ややけどなども含む）はありませんか？或いは、足の色が蒼白又は暗赤紫色になっていませんか？上記に該当する場合は、かかりつけの医師にご相談ください」といったメッセージ通知が行なわれる。また、日常生活モード時には、「右足の左踵及び左足の左踵に痛みはありませんか？痛みが続く場合は、運動を控え、慢性化する前にかかりつけの医師にご相談ください」といったメッセージ通知が行なわれる。

次に、図６を用いて、図１に示す足底圧計測装置１０における機能的な構成の一例について説明する。なお、図６に示す足底圧計測装置１０における機能的な構成は、例えば、ＣＰＵが、ＲＯＭ等に格納されたプログラム（歩行障害検知アプリ）を読み込み実行することで実現される。

足底圧計測装置１０は、その機能的な構成として、計測値取得部１１と、重心位置検出部１２と、メモリ１３と、推定部１４と、通知部１５とを具備して構成される。

計測値取得部１１は、足底圧センサ２０の通信モジュール２１と通信を行ない、足底圧センサ２０により計測された足底圧の計測値を取得する。

重心位置検出部１２は、計測値取得部１１により取得された計測値に基づいて各足の重心位置を求める。メモリ１３は、重心位置検出部１２により検出された重心位置を格納する。また、メモリ１３には、テーブル３０も格納される。

推定部１４は、メモリ１３に格納された各足の重心位置の組み合わせに基づいて、足底における病変領域を推定する。この推定は、メモリ１３に格納されたテーブル３０を参照して行なわれる。

通知部１５は、推定部１４による推定結果に応じて足底における病変に関するメッセージをユーザ（被検者、又はその他のユーザ）に通知する。この通知は、どのような形式で行なわれても良く、例えば、足底圧計測装置１０に設けられた液晶ディスプレイ（不図示）やスピーカ（不図示）を介して行なわれる。

次に、図７を用いて、図１に示す足底圧計測装置１０の処理の流れの一例について説明する。ここでは、被検者の靴の内側に足底圧センサ２０が装着され、且つ、足底圧センサ２０と足底圧計測装置１０とが通信可能な範囲内に位置するものとして説明する。

この処理が開始すると、まず、ユーザ（被検者、又はその他のユーザ）は、足底圧計測装置１０に設けられた入出力手段（不図示）を介して計測時間又は計測歩数の設定を行なう。また、このとき、ユーザは、モードの設定等も行なう。モードの設定とは、上記図２（ａ）及び図２（ｂ）のいずれのメッシュ精度で足底圧の検出を行なうのかといった設定である。

各種設定が済み、ユーザにより計測の開始が指示されると（Ｓ１０１）、足底圧計測装置１０は、計測値取得部１１において、足底圧センサ２０により計測された被検者の足底圧を取得する（Ｓ１０３）。そして、重心位置検出部１２において、当該計測値に基づいて、左足及び右足の重心位置を算出する。より具体的には、重心位置検出部１２は、Ｓ１０１の処理で設定されたモードに応じたメッシュを用いて、足底の各領域（単位面積当たり）にかかる圧力を計測し、その計測値に基づいて左足及び右足の重心位置をそれぞれ算出する（Ｓ１０３）。なお、算出された重心位置は、メモリ１３に格納される（Ｓ１０４）。その後、計測時間又は計測歩数のいずれかが、Ｓ１０１で設定された時間又は歩数に達するまで上述したＳ１０２〜Ｓ１０４の処理が繰り返し行なわれる（Ｓ１０５でＮＯ）。

ここで、計測時間又は計測歩数のいずれかがＳ１０１で設定された時間又は歩数に達すると（Ｓ１０５でＹＥＳ）、足底圧計測装置１０は、推定部１４において、メモリ１３に格納された各足の重心位置の組み合わせに基づいて、被検者の歩行バランスを解析し、足底の病変領域を推定する（Ｓ１０６）。より具体的には、メモリ１３に格納された重心位置群の平均値を算出し、当該算出した平均値に基づいて被検者の各足の重心位置をそれぞれ特定する。そして、当該特定した重心位置の組み合わせに基づいて図５に示すテーブルを参照して足底の病変領域の推定を行なう。

その後、足底圧計測装置１０は、通知部１５において、当該推定結果を表示又は音声等を通じてユーザに通知した後（Ｓ１０７）、この処理を終了する。

以上説明したように本実施形態によれば、被検者の各足の重心位置の組み合わせに基づいて足底における病変領域を推定し、当該推定結果に応じて足底における病変に関するメッセージを通知する。

そのため、例えば、知覚神経障害が生じ身体の痛みに気付かないような患者に対して、足に病変が生じている可能性があることを伝えられるため、患者を自発的に病院に行くように仕向けることができる。

また、足底圧計測装置１０は、正しい歩行時のデータ等を持たず、単に、メッセージを規定するテーブル（図５参照）と計測した重心位置とに基づいて患者にメッセージを通知するといったシンプルな構成で実現される。そのため、本実施形態によれば、大掛かりな装置の導入も必要なければ、また、コストを掛けずに、患者の自発的行為を誘発できることになる。

以上が本発明の代表的な実施形態の例であるが、本発明は、上記及び図面に示す実施形態に限定することなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できるものである。ここで、いくつか変形例を挙げて説明する。

（変形例１）
上述した実施形態では、全てのメッシュのピークのうち、その値の高い所定数（この場合３つ）のメッシュの位置関係に基づいて重心位置を求める場合（図３参照）について説明したが、これに限られない。例えば、全てのメッシュのピークを用いて重心位置を求めても良い。

（変形例２）
また更に、図８に示すように、片足歩行期間内における足底の長手方向に沿った重心位置の変動量を求めても良い。具体的には、推定部１４において、上述した実施形態又は変形例１の手法を用いて、片足歩行期間内において時間Ｔ１における重心位置Ｙ１を求め、順番に時間Ｔ２、Ｔ３・・・Ｔｎの重心位置Ｙ２、Ｙ３・・・Ｙｎをそれぞれ求める。そして、片足歩行期間内において最初に検出された重心位置Ｙ１と、片足歩行期間内において最後に検出された重心位置ＹｎとのＹ方向（足底の長手方向）における変動量を求める。この場合、メモリ１３には、図９（ａ）に示すテーブルを別途格納しておき、当該テーブルを参照して、当該変動量に基づくメッセージ通知を行なう。例えば、重心位置の変動量が、１〜Ｙａの間である場合には、「足底部に病変が生じている可能性が高いようです。一度、かかりつけの医師にご相談ください」といったメッセージの通知を行なう。

ここで、図９（ｂ）に示すように、このような変動量に基づくメッセージ通知と、上述した実施形態で説明したメッセージ通知とを組み合わせても良い。すなわち、図９（ｂ）には、第１の結果４１として、上述した実施形態の構成に基づくメッセージの通知が示されており、第２の結果４２として、変形例２の構成に基づくメッセージの通知が示されている。

また更に、図１０に示すように、第１の結果４１及び第２の結果のメッセージ通知とともに、重心位置の軌跡４３を併せて表示するようにしても良い。この場合、被検者は、視覚的に歩行時の重心位置を把握できることになる。そのため、足底に病変領域がある場合には、患者をより自発的に病院に仕向けることができる。

（変形例３）
また、上述した足底圧計測装置１０における処理を、当該装置に内蔵されたコンピュータにインストールされたプログラムにより実施するように構成してもよい。このプログラムは、ネットワーク等の通信手段により提供することは勿論、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に格納して提供することも可能である。

１０ 足底圧計測装置
２０ 足底圧センサ
３０ テーブル

Claims (9)

1. 被検者の靴の内側に装着され足底圧を計測する足底圧センサと通信可能な足底圧計測装置であって、
   前記被検者の歩行中に、足底の各領域における単位面積当たりの足底圧を取得する取得手段と、
   前記取得した各領域における単位面積当たりの足底圧に基づいて前記歩行中の被検者の各足の重心位置を求める重心位置検出手段と、
   各足の重心位置が属する足底上の領域の組み合わせによって前記足底における病変領域を推定する推定手段と、
   前記推定手段による推定結果に応じて足底における病変に関するメッセージを通知する通知手段と
   を具備することを特徴とする足底圧計測装置。
2. 右足及び左足の足底を複数の領域に分割して管理するとともに、各足の重心位置が当該複数の領域のうちのどの領域に属するかの組み合わせに応じて足底の病変領域を規定するテーブル
   を更に具備し、
   前記推定手段は、
   各足の重心位置が属する足底上の領域の組み合わせによって前記テーブルを参照し、足底における病変領域の推定を行なう
   ことを特徴とする請求項１記載の足底圧計測装置。
3. 前記取得手段は、
   前記被検者のいずれかの足の踵が地面に接地した時点から趾が当該地面から離れるまでの歩行期間に、前記足底の各領域における単位面積当たりの足底圧を取得し、
   前記重心位置検出手段は、
   前記歩行期間に取得された各領域のピークのうち、そのピークの値が高い所定数の領域の位置関係に基づいて各足の重心位置を求める
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の足底圧計測装置。
4. 前記取得手段は、
   前記被検者のいずれかの足の踵が地面に接地した時点から趾が当該地面から離れるまでの歩行期間に、前記足底の各領域における単位面積当たりの足底圧を取得し、
   前記重心位置検出手段は、
   前記歩行期間に取得された全ての領域のピークの値に基づいて各足の重心位置を求める
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の足底圧計測装置。
5. 前記通知手段は、
   前記被検者のいずれかの足の踵が地面に接地した時点から趾が当該地面から離れるまでの歩行期間における前記足底の長手方向に沿った重心位置の変動量に基づいて足底における病変に関するメッセージを更に通知する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の足底圧計測装置。
6. 前記通知手段は、
   前記被検者のいずれかの足の踵が地面に接地した時点から趾が当該地面から離れるまでの歩行期間における前記足底の重心位置の軌跡を更に通知する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の足底圧計測装置。
7. 被検者の靴の内側に装着され足底圧を計測する足底圧センサと通信可能な足底圧計測装置の処理方法であって、
   前記被検者の歩行中に、足底の各領域における単位面積当たりの足底圧を取得する工程と、
   前記取得した各領域における単位面積当たりの足底圧に基づいて前記歩行中の被検者の各足の重心位置を求める工程と、
   各足の重心位置が属する足底上の領域の組み合わせによって前記足底における病変領域を推定する工程と、
   前記推定結果に応じて足底における病変に関するメッセージを通知する工程と
   を含むことを特徴とする処理方法。
8. コンピュータを、
   被検者の歩行中に、該被検者の靴の内側に装着された足底圧センサにより計測された足底の各領域における単位面積当たりの足底圧を取得する取得手段、
   前記取得した各領域における単位面積当たりの足底圧に基づいて前記歩行中の被検者の各足の重心位置を求める重心位置検出手段、
   各足の重心位置が属する足底上の領域の組み合わせによって前記足底における病変領域を推定する推定手段、
   前記推定手段による推定結果に応じて足底における病変に関するメッセージを通知する通知手段
   として機能させるためのプログラム。
9. 請求項８記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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