JP6174593B2 - 荷重分布計測システムおよび情報処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、被検者の運動器の状態を計測、解析するための荷重分布計測システム及び該システムを構成する情報処理装置に関する。
脳卒中などの脳神経系疾患が発症して右片または左片が麻痺した患者や、関節症など運動器に関連する疾患を有する患者に対しては、従来より、理学療法士の指導/監視のもとで運動機能回復訓練が行われてきた。このような運動機能回復訓練では、患者の運動器の状態を把握し、状態に応じた訓練を行っていくことが重要である。
ここで、患者の運動器の状態を解析するための装置として、例えば、足圧分布計測装置が挙げられる(特許文献1参照)。当該足圧分布計測装置を用いれば、患者の左右の足圧分布を計測したり、計測した足圧分布を解析し、患者の運動器の状態(関節痛や筋肉量など)を把握することが可能となる。
特開2011−078534号公報
しかしながら、足圧分布計測装置を用いて計測された足圧分布の場合、同じような傾向の足圧分布が得られた場合であっても、必ずしも運動器の状態が一致しているとは限らない。例えば、前方向(つま先側)に荷重がかかる傾向にある足圧分布であっても、ふくらはぎの筋力が十分でないために、全体として前のめりの姿勢になっている場合もあれば、膝関節が前方向に曲がっているために、前方向に荷重がかかっている場合もある。
一般に、運動器の状態が異なっていれば、その後の訓練内容も異なってくることから、運動器の状態を解析するにあたっては、多面的な解析を行い、解析精度を向上させることが望ましい。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、荷重分布計測システムにおいて、計測された荷重分布データに対して、多面的な解析ができるようにすることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る情報処理装置は以下のような構成を備える。即ち、
被検者の荷重分布を計測して荷重分布データを出力する荷重分布計測センサと、
前記被検者を撮影して画像データを出力する撮影装置と、
に接続される情報処理装置であって、
計測指示が入力された場合に、前記荷重分布計測センサによる計測と前記撮影装置による撮影とが実行されるように制御する制御手段と、
前記計測指示に応じて前記荷重分布計測センサにより得られた荷重分布データと、前記計測指示に応じて前記撮影装置により得られた画像データとを、前記荷重分布計測センサ及び前記撮影装置からそれぞれ取得し、表示する表示手段と、
前記取得された前記荷重分布データと前記画像データとを対応付けて記憶する記憶手段と
前記画像データに対して前記被検者の関節に対応する部分を特定する特定手段と、
前記特定手段により前記画像データに対して特定された部分を直線で連結することで得 られる骨格モデルに基づいて、前記被検者の関節角度を算出する算出手段と、
を備え、
前記記憶手段は、前記関節角度に関する情報を前記画像データと対応付けて記憶する
本発明によれば、荷重分布計測システムにおいて、計測された荷重分布データに対して、多面的な解析ができるようになる。
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
第1実施形態の足圧分布計測システムにおける外観構成の一例を示す図である。 足圧分布計測システムを構成する情報処理装置の機能構成を示す図である。 第1の実施形態の情報処理装置における状態計測処理の流れを示すフローチャートである。 第1実施形態の情報処理装置における状態計測処理時のユーザインタフェースの一例を示す図である。 第1実施形態の情報処理装置における状態解析処理の流れを示すフローチャートである。 第1実施形態の情報処理装置における状態解析処理時のユーザインタフェースの一例を示す図である。 第1実施形態の情報処理装置における状態解析処理時のユーザインタフェースの一例を示す図である。 第2実施形態の情報処理装置における状態計測処理の流れを示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、以下の各実施形態では、荷重分布計測システムとして、被検者の立位姿勢における足圧分布を計測する足圧分布計測システムについて説明するが、本発明の荷重分布計測システムは、足圧分布計測システムに限定されず、例えば、座位姿勢における座圧分布を計測する座圧分布計測システムであっても、臥位姿勢における臥圧分布を計測する臥圧分布計測システムであってもよい。
[第1実施形態]
<1.足圧分布計測システムの外観構成>
第1実施形態における足圧分布計測システム100について、図1を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態の足圧分布計測システム100における外観構成の一例を示す図である。図1に示すように、足圧分布計測システム100は、足圧分布計測センサ(荷重分布計測センサ)110と、撮影装置(カメラ)120と、情報処理装置130とを備える。
足圧分布計測センサ110は、センサ部111、ベース部112およびスロープ部113を備える。センサ部111は、複数の圧力センサが二次元的に配列されており、ベース部112に対して段差が生じないように埋め込まれている。センサ部111では、直立した被検者の両足が載置された場合に、センサ部111内に配された各圧力センサが当該圧力(荷重)を検知し、検知した荷重に対応した電気信号を出力することで、被検者の足圧分布データ(荷重分布データ)を所定の周期で計測する。なお、計測された足圧分布データは、ケーブル114を介して情報処理装置130に送信される。
スロープ部113は、ベース部112の外周部側面に設けられており、足圧分布計測センサ110が載置された床面とベース部112との間の段差を滑らかにつないでいる。これにより、例えば、被検者が、センサ部111上に両足を載置する際に、つま先が床面とベース部112との間の段差に引っかかり、転倒してしまうといったリスクを回避することができる。
撮影装置120は、被検者を撮影するためのカメラであり、当該撮影装置120により、少なくとも被検者の下肢を側面または正面から撮影できるように、脚立121上に配置されている。なお、撮影装置120により撮影された画像データはケーブル122を介して情報処理装置130に送信される。
ここで、第1実施形態の撮影装置120は、情報処理装置130と独立して構成されているが、本発明はこれに限定されず、情報処理装置130の一部として構成されていてもよい。具体的には、情報処理装置130に内蔵されたカメラを撮影装置120として用いてもよい。
情報処理装置130は、足圧分布計測センサ110のセンサ部111により計測された足圧分布データ及び撮影装置120により撮影された画像データを取得し、表示部に表示する。また、取得した足圧分布データ及び画像データを解析するとともに、解析結果を、足圧分布データ及び画像データと対応付けて記憶部に記憶する。
なお、足圧分布計測センサ110による足圧分布データの計測及び撮影装置120による画像データの撮影は、情報処理装置130からの指示に基づいて、実行される。
なお、図1の例では、情報処理装置130として、デスクトップ型のPCを用いる場合について示しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、タブレット型端末を用いてもよい。
<2.足圧分布計測システムの情報処理装置の機能構成>
情報処理装置130の機能構成について、図2を参照しながら説明する。図2は、足圧分布計測システム100を構成する情報処理装置130の機能構成を示す図である。図2に示すように、情報処理装置130は、制御部(コンピュータ)201と、メモリ部202と、記憶部203と、表示部204と、入力部205と、外部機器I/F部206とを備え、各部は、バス207を介して接続されている。
記憶部203には、制御部201において実行されることにより、それぞれ状態計測部211(制御手段、表示手段、記憶手段)、状態解析部212(算出手段)として機能するプログラムが格納されている。当該プログラムは、制御部201による制御のもと、ワークエリアとして機能するメモリ部202に適宜読み込まれ、制御部201によって実行される。これにより、当該プログラムは、状態計測部211及び状態解析部212として機能する。
表示部204は、ブラウン管や液晶などのディスプレイによって構成されており、上記プログラムのユーザインタフェースを表示したり、取得した足圧分布データや画像データを表示したりする。入力部205は、キーボードやマウスなどによって構成されており、上記プログラムに対する指示を入力する。外部機器I/F部206は、足圧分布計測センサ110において計測された足圧分布データ及び撮影装置120において撮影された画像データを情報処理装置130内に取り込むためのI/Fである。
<3.状態計測部における状態計測処理の流れ>
次に、状態計測部211における状態計測処理の流れについて図3及び図4を用いて説明する。図3は、状態計測部211における状態計測処理の流れを示すフローチャートである。
上記プログラムが起動し状態計測処理が開始されると、ステップS301では、表示部204にユーザインタフェースを表示する。図4のaは、状態計測処理が開始されることで、表示部204に表示されるユーザインタフェースの一例を示す図である。図4のaに示すように、状態計測処理が開始されることにより表示部204に表示されるユーザインタフェースには、足圧分布計測センサ110による足圧分布データの計測指示及び撮影装置120による画像データの撮影指示を入力するための“計測開始”ボタン401が含まれる。また、足圧分布データの計測及び撮影装置120による撮影により、それぞれ、動画像を取得するか、静止画像を取得するかを選択するための“動画”チェック欄402が含まれる。
ステップS302では、“計測開始”ボタン401が押下されたか否かを監視し、“計測開始”ボタン401が押下された場合には、計測指示としてこれを受け付ける。
ステップS303では、“計測開始”ボタン401が押下された際に、“動画”チェック欄402がチェックされているか否かを判定する。ステップS303において“動画”チェック欄402がチェックされていないと判定された場合には、ステップS304に進み、足圧分布計測センサ110に1フレーム分の足圧分布データの計測を指示するとともに、撮影装置120に1フレーム分の画像データの撮影を指示する(つまり、“計測開始”ボタン401の押下を契機として、静止画像としての計測及び撮影が実行される)。
ステップS305では、足圧分布計測センサ110より足圧分布データ(静止画像)を取得するとともに、撮影装置120より画像データ(静止画像)を取得する。
ステップS306では、ステップS305において取得された足圧分布データ(静止画像)及び画像データ(静止画像)を表示部204に表示する。図4のc−1は、ステップS306において表示部204に足圧分布データ(静止画像)及び画像データ(静止画像)を表示した様子を示す図である。
一方、ステップS303において、“動画”チェック欄402がチェックされていると判定された場合には、ステップS307に進み、足圧分布計測センサ110に対して、足圧分布データを連続して計測するよう指示するとともに、撮影装置120に対して、画像データを連続して撮影するよう指示する。これにより、足圧分布計測センサ110では足圧分布データ(動画像)の計測を開始し、撮影装置120では画像データ(動画像)の撮影を開始する(つまり、“計測開始”ボタン401の押下を契機として、動画像としての計測及び撮影が実行される)。
ステップS308では、足圧分布計測センサ110において計測された足圧分布データ(動画像)の取得及び表示を開始する。また、撮影装置120において撮影された画像データ(動画像)の取得及び表示を開始する。
図4のbは、“動画”チェック欄402がチェックされた状態で“計測開始”ボタン401が押下されることで、足圧分布データ(動画像)及び画像データ(動画像)が表示された様子を示す図である。なお、“動画”チェック欄402がチェックされた状態で“計測開始”ボタン401が押下されると、“計測開始”ボタン401は“計測終了”ボタン403に変更される。
ステップS309では、“計測終了”ボタン403が押下されたか否かを判定し、押下されていないと判定された場合には、足圧分布データ(動画像)及び画像データ(動画像)の取得及び表示を継続する。
一方、“計測終了”ボタン403が押下されたと判定された場合には、ステップS310に進み、足圧分布データ(動画像)及び画像データ(動画像)の取得を終了する。
更に、ステップS311では、足圧分布計測センサ110に対して、足圧分布データ(動画像)の計測終了を指示するとともに、撮影装置120に対して、画像データ(動画像)の撮影終了を指示する。図4のc−2は、“計測終了”ボタン403が押下された様子を示す図である。図4のc−2に示すように、表示部204には、“計測終了”ボタン403が押下された際に取得された足圧分布データ及び画像データが表示され、“計測終了”ボタン403は“計測開始”ボタン401に変更される。
ステップS312では、ステップS305において取得された足圧分布データ(静止画像)と画像データ(静止画像)とを対応付けて記憶部203に記憶する。あるいは、ステップS308において取得された足圧分布データ(動画像)と画像データ(動画像)とを対応付けて記憶部203に記憶する。
このように、状態計測部211では、“計測開始”ボタン401(及び“計測終了”ボタン403)を押下することで、足圧分布計測センサ110による計測(及び終了)及び撮影装置120による撮影(及び終了)を制御する構成とした。また、“計測開始”ボタン401を押下することで取得された足圧分布データと画像データとを対応付けて表示及び記憶する構成とした。
これにより、足圧分布データに基づいて被検者の運動器の状態を解析するにあたり、足圧分布データが計測された際の被検者の姿勢(関節角度等)をあわせて確認することが可能となるため、多面的な解析が可能となり、解析精度を向上させることができるようになった。
なお、上記説明では、被検者の下肢を側面から撮影した場合の画像データを取得する構成としたが、本発明はこれに限定されず、被検者の下肢を正面から撮影した場合の画像データを取得するようにしてもよい。あるいは、被検者の全身を側面(または正面)から撮影した場合の画像データを取得するようにしてもよい。
また、上記説明では、足圧分布データ(動画像)と画像データ(動画像)のフレームレートについて特に言及しなかったが、足圧分布データ(動画像)のフレームレートと画像データ(動画像)のフレームレートとは同じであることが望ましい。
更に、上記説明では、足圧分布計測センサ110において足圧分布データ(静止画像)を計測する場合には、撮影装置120においても画像データ(静止画像)を撮影する構成としたが、本発明はこれに限定されず、足圧分布データ(動画像)の計測と、画像データ(静止画像)の撮影とを並行して行うように構成してもよい。あるいは、足圧分布データ(静止画像)の計測と、画像データ(動画像)の撮影とを並行して行うように構成してもよい。
<4.状態解析部における状態解析処理について>
次に、状態解析部212における状態解析処理について説明する。はじめに状態解析処理の概要について説明する。
状態解析部212では、撮影装置120を用いて撮影された被検者の画像データにおいて、被検者の関節に対応する部分が複数特定された場合に、被検者の骨格モデルを形成する。そして、当該形成した骨格モデルに基づいて、被検者の関節の曲がり角度を示す関節角度を算出する。このように、骨格モデルを形成し、関節角度を算出することにより、例えば、膝の曲がり具合を数値化することが可能となるため、被検者の運動機能回復訓練による運動器の状態の変化を定量的に把握することができるようになる。
次に、状態解析処理の詳細について図5、図6A及び図6Bを用いて説明する。図5は、状態解析部212による状態解析処理の流れを示すフローチャートである。
ステップS501では、記憶部203に記憶された画像データを読み出し、表示部204に表示するとともに、表示された画像データに対して、ユーザ(例えば、理学療法士等)が指定した、被検者の関節に対応する部分を特定する。
例えば、表示された画像データに対して、ユーザは、マウスなどの入力部205により被検者の関節に対応する部分を指定する。図6Aは、入力部205を用いてユーザにより被検者の関節に対応する部分が指定された様子を示す図である。図6Aの例では、脚の付け根(601)、膝(602)、足首(603)およびつま先(604)に対応する部分がユーザにより指定されている。なお、本実施形態では、表示された画像データに対して、ユーザが、被検者の関節に対応する部分を指定する構成としたが、本発明はこれに限定されず、状態解析部212が自動で当該部分を特定する構成としてもよい。
ステップS502では、ステップS501において特定された被検者の関節に対応する部分(点601〜点604)を線で連結し、骨格モデルを形成する。また、ステップS503では、ステップS502において形成された骨格モデルに基づいて、被検者の関節の曲がり角度を示す関節角度を算出する。
図6Bは、ステップS501において特定された点601〜点604を直線で連結することにより形成された骨格モデルを示す図である。本実施形態では、脚の付け根、膝、足首およびつま先に対応する部分が指定されているため、関節角度を算出することができる部分は膝および足首である。
ステップS504では、ステップS502において形成された骨格モデルと、ステップS503において算出された関節角度とを、画像データおよび足圧分布データと対応づけて記憶部203に記憶する。また、ステップS505では、骨格モデルと関節角度とを、画像データおよび足圧分布データとともに表示部204に表示する。
以上の説明から明らかなように、第1実施形態の足圧分布計測システム100では、状態計測部211を設け、足圧分布計測センサ110による計測(及び終了)及び撮影装置120による撮影(及び終了)を制御する構成とするとともに、計測された足圧分布データと撮影された画像データとを対応付けて表示・記憶する構成とした。
また、状態解析部212を設け、撮影された画像データに基づいて被検者の骨格モデルを生成し、関節角度を算出する構成とした。
これにより、足圧分布データに基づいて被検者の運動器の状態を解析するにあたり、足圧分布データが計測された際の被検者の姿勢(関節角度等)もあわせて確認することが可能となるため、多面的な解析ができるようになり、解析精度を向上させることが可能となった。
[第2実施形態]
上記第1の実施形態では、状態計測部211のユーザインタフェースを介して入力された指示に基づいて、足圧分布計測センサ110による足圧分布データの計測(及び終了)及び撮影装置120による画像データの撮影(及び終了)を制御する構成としたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、撮影装置120において入力された撮影指示(及び撮影終了指示)に連動して、足圧分布計測センサ110による足圧分布データの計測(及び終了)が制御されるように構成してもよい。以下、第2実施形態の状態計測部211における状態計測処理の流れについて図7を用いて説明する。
図7は、第2実施形態の状態計測部211における状態計測処理の流れを示すフローチャートである。状態計測処理が開始されると、ステップS701では、撮影装置120において撮影指示が入力されたか否かを監視する。撮影装置120では、撮影指示が入力されると、情報処理装置130に対して、撮影指示が入力されたことを示す信号を送信する。状態計測部211では、撮影指示が入力されたことを示す信号が送信されたことを検知すると、撮影装置120において撮影が開始されたと認識する。
ステップS702では、撮影装置120において入力された撮影指示が画像データ(静止画像)の撮影を指示するものか、画像データ(動画像)の撮影を指示するものかを判断する。
ステップS702において画像データ(静止画像)の撮影を指示するものであると判断された場合には、ステップS703に進み、足圧分布計測センサに1フレーム分の足圧分布データの計測を指示する(つまり、撮影指示を契機として静止画像としての計測が実行される)。
更に、ステップS704では、足圧分布計測センサ110より、足圧分布データ(静止画像)を取得するとともに、撮影装置120より、画像データ(静止画像)を取得する。
ステップS705では、ステップS704において取得された足圧分布データ(静止画像)と画像データ(静止画像)とを表示する。
一方、ステップS703において画像データ(動画像)の撮影を指示するものであると判断された場合には、ステップS706に進み、足圧分布計測センサ110に足圧分布データを連続して計測するよう指示する(つまり、撮影指示を契機として、動画像としての計測が実行される)。
ステップS707では、足圧分布計測センサ110により計測された足圧分布データ(動画像)の取得及び表示を開始するとともに、撮影装置120により計測された画像データ(動画像)の取得及び表示を開始する。
ステップS708では、撮影装置120において撮影終了指示が入力されたか否かを監視する。撮影装置120では、撮影終了指示が入力されると、情報処理装置130に対して、撮影終了指示が入力されたことを示す信号を送信する。状態計測部211では、撮影終了指示が入力されたことを示す信号が送信されたことを検知すると、撮影装置120において撮影が終了されたと認識する。
ステップS709では、足圧分布データ(動画像)の取得及び画像データ(動画像)の取得を終了する。ステップS710では、足圧分布計測センサ110に対して、足圧分布データ(動画像)の計測終了を指示する。
ステップS711では、ステップS304において取得された足圧分布データ(静止画像)と画像データ(静止画像)とを対応付けて記憶部203に記憶する。あるいは、ステップS307において取得された足圧分布データ(動画像)と画像データ(動画像)とを対応付けて記憶部203に記憶する。
以上の説明から明らかなように、第2実施形態の足圧分布計測システム100では、撮影装置120において入力された撮影指示(及び撮影終了指示)に連動して、足圧分布計測センサ110による足圧分布データの計測(及び終了)が制御される構成とした。
これにより、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、更に、情報処理装置130から離れた位置(撮影装置120が配された位置)において、足圧分布データの計測(及び終了)を指示することが可能となった。
[第3実施形態]
第1実施形態の足圧分布計測システム100では、情報処理装置130が、足圧分布計測センサ110によって計測された足圧分布データを、ケーブル114を介して直接取得する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、情報処理装置130が、ブルートゥースなどの無線を介して取得する構成としてもよい。
また、第1実施形態では、足圧分布計測センサ110が1つのベース部112および1つのセンサ部111によって形成される構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ベース部112およびセンサ部111をそれぞれ、右足用および左足用の別体とし、着脱可能な構成または折り畳み可能な構成としてもよい。この場合、スロープ部113は、ベース部112に対して着脱可能に構成されてもよい。
100:足圧分布計測システム、110:足圧分布計測センサ、111:センサ部、112:ベース部、113:スロープ部、114:ケーブル、120:撮影装置、121:脚立、122:ケーブル、130:情報処理装置
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
本願は、2012年9月25日提出の日本国特許出願特願2012−211509を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (9)

  1. 被検者の荷重分布を計測して荷重分布データを出力する荷重分布計測センサと、
    前記被検者を撮影して画像データを出力する撮影装置と、
    に接続される情報処理装置であって、
    計測指示が入力された場合に、前記荷重分布計測センサによる計測と前記撮影装置による撮影とが実行されるように制御する制御手段と、
    前記計測指示に応じて前記荷重分布計測センサにより得られた荷重分布データと、前記計測指示に応じて前記撮影装置により得られた画像データとを、前記荷重分布計測センサ及び前記撮影装置からそれぞれ取得し、表示する表示手段と、
    前記取得された前記荷重分布データと前記画像データとを対応付けて記憶する記憶手段と
    前記画像データに対して前記被検者の関節に対応する部分を特定する特定手段と、
    前記特定手段により前記画像データに対して特定された部分を直線で連結することで得 られる骨格モデルに基づいて、前記被検者の関節角度を算出する算出手段と、
    を備え、
    前記記憶手段は、前記関節角度に関する情報を前記画像データと対応付けて記憶することを特徴とする情報処理装置。
  2. 前記表示手段は、前記関節角度に関する情報を前記画像データとともに表示することを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
  3. 前記表示手段は、前記骨格モデルを前記画像データに重ねて表示することを特徴とする請求項1又は2に記載の情報処理装置。
  4. 前記特定手段は、前記画像データに対してユーザにより指定された部分を、前記被検者の関節に対応する部分として特定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の情報処理装置。
  5. 前記制御手段は、計測指示が入力された場合に、前記荷重分布計測センサによる静止画像としての荷重分布データの計測または動画像としての荷重分布データの計測と、前記撮影装置による静止画像としての画像データの撮影または動画像としての画像データの撮影とが実行されるように制御することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の情報処理装置。
  6. 前記制御手段は、計測終了の指示が入力された場合に、前記荷重分布計測センサによる動画像としての荷重分布データの計測と、前記撮影装置による動画像としての画像データの撮影とが終了されるように制御することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の情報処理装置。
  7. 前記表示手段は、更に、前記記憶手段により、互いに対応付けて記憶された前記荷重分布データ及び前記画像データを読み出し、並べて表示することを特徴とする請求項1乃至 のいずれか1項に記載の情報処理装置。
  8. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の情報処理装置と、
    被検者の荷重分布を計測して荷重分布データを出力する荷重分布計測センサと、
    前記被検者を撮影して画像データを出力する撮影装置と
    を備えることを特徴とする荷重分布計測システム。
  9. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の情報処理装置の各手段を、コンピュータに実行させるためのプログラム。
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