JP6211445B2 - 計測装置 - Google Patents

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Description

本発明は、被検者によって加えられた荷重分布を計測する計測装置に関する。
脳卒中などの脳神経系疾患を発症して右片または左片が麻痺した患者や、関節症などの運動器に関連する疾患を有する患者が自立的な生活を営むためには、下肢機能の回復が必要である。そのため、理学療法士の指導/監視のもとで下肢機能を回復させる訓練が行われている。このような訓練においては、理学療法士が患者の下肢機能の状態を的確に判断することが求められており、それには患者の足圧分布などの計測を行い、下肢機能の状態を定量的に評価することが好ましい。
特許文献1には、複数の圧力センサが二次元状に配列された計測装置を用いて患者(被検者)の足圧分布を計測するシステムが提案されている。このような計測装置を用い、患者の足圧分布を左右の足で同時に計測することにより、患者の下肢機能の状態を的確に判断することができる。
特許第2760474号公報
患者の足圧分布を左右の足で同時に計測するためには、計測装置において、複数の圧力センサが配列されている部分が、患者の左右の足を同時に乗せることができる程度の大きさを有していることが必要である。しかしながら、このように複数の圧力センサが配列されている部分を大きくすると、計測装置自体も大きくなり、患者の近傍まで計測装置を持ち運ぶ際に不便となりうる。
そこで、本発明は、被検者の足圧分布を含む圧力分布を計測する計測装置において、持ち運ぶ上で有利な構成を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る計測装置は、被検者によって加えられる荷重分布を計測する計測装置であって、複数の圧力センサが二次元的に配列された第1面を有する第1構造体と、複数の圧力センサが二次元的に配列され、且つ前記荷重分布の計測のために前記第1面と同一の平面上に配置されることができる第2面を有する第2構造体と、を含み、前記第1構造体および前記第2構造体は、前記第1面と前記第2面とを近づけて前記計測装置を折り畳むことができるように接続され、前記第1構造体は、前記第1構造体の圧力センサおよび前記第2構造体の圧力センサに電力を供給する電源を含む電源領域と、前記第1面を含み且つ前記電源領域および前記第2構造体の間に配置されたセンサ領域とを有し、前記センサ領域の厚さは、前記電源領域の厚さより薄く、前記センサ領域は、前記第1構造体と前記第2構造体とが並ぶ方向と直交する方向において、前記センサ領域の厚さが外側に向かって薄くなるように前記第1面が湾曲した周辺部分を含み、前記第2構造体は、前記直交する方向において、前記第2構造体の厚さが外側に向かって薄くなるように前記第2面が湾曲した周辺部分を含む、ことを特徴とする。
本発明によれば、被検者の足圧分布を含む圧力分布を計測する計測装置において、持ち運ぶ上で有利な構成を提供することができる。
足圧分布を計測する計測システムの構成を示す概略図である。 情報処理装置の機能構成を示す図である。 足圧分布データの一例を示す図である。 第1実施形態における計測装置の構成の一例を示す図である。 第1実施形態における計測装置の断面図である。 計測装置を折り畳むときの様子を示す図である。 折り畳まれた計測装置を示す図である。 固定部の構成を説明するための図である。 フック部材を用いた計測装置の構成例を示す図である。 フック部材を用いた計測装置の構成例を示す図である。 フック部材を用いた計測装置の構成例を示す図である。 第2実施形態における計測装置の構成の一例を示す図である。 計測装置を折り畳むときの様子を示す図である。
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、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の実施形態では、被検者が計測装置に立位姿勢で乗った状態での荷重分布(足圧分布)を計測装置が計測する場合について説明するが、それに限られるものではない。計測装置は、例えば、被検者が座位姿勢で計測装置に乗った状態での荷重分布(座圧分布)を計測してもよいし、被検者が臥位姿勢で計測装置に乗った状態での荷重分布(臥圧分布)を計測してもよい。
[計測システム100の構成について]
被検者の足圧分布を計測する計測システム100について、図1を参照しながら説明する。図1は、足圧分布を計測する計測システム100の構成を示す概略図である。計測システム100は、図1に示すように、被検者の足圧分布を計測する計測装置10と情報処理装置40とを含みうる。
計測装置10は、複数の圧力センサが二次元に配列されたセンサ部11と、センサ部11が設けられた面を有する構造体12(ベース部)とを有する。センサ部11は、例えば、被検者の両足を同時に乗せることができるような大きさ(例えば350mm×350mm)を有しており、その大きさになるようにマトリクス状に配列された複数の圧力センサ(例えば導電性ゴムのセンサ)を含む。センサ部11は、足圧分布の計測時に被検者が滑りにくくするため、例えばウレタンやシリコンなどのシート材で覆われるとよい。センサ部11は、例えば被検者が立位姿勢で計測装置10に乗ったときに各圧力センサが圧力(荷重)を検知し、検知した荷重に対応した電気信号を各圧力センサが所定の周期で出力する。これにより、計測装置10は、被検者の足圧分布データを所定の周期で取得することができる。計測装置10の具体的な構成については後述する。また、構造体12は、アルコール綿による消毒に適応できるように耐アルコール性であることが好ましいため、例えば、ポリプロピレン(PP)やポリエチレン(PE)などによって構成されうる。
情報処理装置40は、図2に示すように、例えば、制御部41(CPU)と、メモリ部42と、記憶部43と、表示部44と、入力部45と、外部機器I/F部46とを含み、各部はバス47を介して接続されている。図2は、情報処理装置40の機能構成を示す図である。情報処理装置40は、計測装置10によって計測された足圧分布データを例えばケーブル30を介して取得し、表示部44に表示する。ここで、本実施形態では、情報処理装置40が、計測装置10によって計測された足圧分布データをケーブル30を介して(有線で)取得する構成について説明するが、それに限られるものではなく、ブルートゥースなどの無線によって足圧分布データを取得してもよい。
記憶部43には、被検者の足圧分布を計測装置10に計測させ、計測装置10で計測された足圧分布データをケーブル30を介して取得して表示部44に表示させるためのプログラムが格納されている。当該プログラムは、制御部41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42に適宜読み込まれ、制御部41によって実行される。表示部44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、制御部41にプログラムを実行させるためのインターフェースを表示したり、取得した足圧分布データを表示したりする。入力部45は、キーボードやマウスなどを含み、プログラムを実行させるための指示を入力する。外部機器I/F部46は、計測装置10によって計測された足圧分布データを情報処理装置40に取り込むためのI/Fである。
制御部41は、記憶部43に格納されたプログラムを実行することにより、計測装置10によって取得された足圧分布データを表示部44に表示するための処理が行われる。例えば、被検者が計測装置10のセンサ部11に立位姿勢で乗った場合、センサ部11を構成する複数の圧力センサの各々が荷重を検知し、その荷重に応じた強度の電気信号を出力する。このとき、複数の圧力センサによって出力された複数の電気信号が足圧分布データとして情報処理装置40に供給される。情報処理装置40の制御部41は、供給された各電気信号を表示部44の各画素に割り当て、各画素において各電気信号の強度に対応した色、即ち、各センサの出力値に対応した色を表示部44に表示させる。図3は、表示部44に表示された被検者の足圧分布データの一例を示す図である。このような処理は、足圧分布データの時間的な変化に対応して連続的に実行されうる。
このように構成された計測システム100では、上述したように、計測装置10のセンサ部11が、被検者の両足を同時に乗せることができる程度の大きさを有していることが必要である。しかしながら、このようにセンサ部11を大きくすると、計測装置10自体も大きくなり、被検者(患者)の近傍まで計測装置10を持ち運ぶ際に不便となりうる。そこで、本実施形態の計測装置10は、折り畳むことができるように構成されている。以下に、本実施形態の計測装置10の構成について説明する。
[計測装置10の構成について]
<第1実施形態>
第1実施形態の計測装置10aについて、図4を参照しながら説明する。図4は、第1実施形態における計測装置10aの構成の一例を示す図である。図4(a)は計測装置10aをZ方向から見た図であり、図4(b)は計測装置10aのA−A’における断面図であり、図4(c)は計測装置10aのB−B’における断面図である。計測装置10aは、例えば、荷重を検知するための複数の圧力センサが二次元的に配列された第1面12aを有する第1構造体12aと、複数の圧力センサが二次元的に配列された第2面12bを有する第2構造体12bとを含みうる。
第1構造体12aは、例えば、第1構造体12aの圧力センサおよび第2構造体12bの圧力センサに電力を供給する電源を含む電源領域13と、荷重を検知するための複数の圧力センサが二次元的に配列されたセンサ部11a(第1部分)が設けられた面(第1面12a)を含むセンサ領域14とを有する。センサ領域14は、電源領域13と第2構造体12bとの間に配置され、センサ領域14のセンサ部11aには、例えば、被検者の一方の足が乗せられる。そして、センサ部11aの各圧力センサは、被検者の足が乗せられたことによって加えられる荷重を検知し、その荷重に応じた電気信号を出力する。また、第2構造体12bは、荷重を検知するための複数の圧力センサが二次元的に配列されたセンサ部11b(第2部分)が設けられた面(第2面12b)を有する。第2構造体12bのセンサ部11bには、例えば、被検者の他方の足が乗せられる。そして、センサ部11bの各圧力センサは、被検者の足が乗せられたことによって加えられる荷重を検知し、その荷重に応じた電気信号を出力する。ここで、第1構造体12aのセンサ部11aおよび第2構造体12bのセンサ部11bに用いられる圧力センサとしては、例えば、導電性ゴムのセンサが用いられうる。また、第1構造体12aのセンサ部11aおよび第2構造体12bのセンサ部11bは、別々のシート状に構成されてもよいが、図4(a)に示すように1枚のシート状に一体に構成されてもよい。
第1構造体12a(センサ領域14)および第2構造体12bは、図4に示すように、荷重分布の計測のために、第1面12aおよび第2面12bが同一の平面上に配置することができるように接続されている。そして、第1構造体12aにおける第1面12aの反対側の面(以下、第1構造体12aの裏面)、および第2構造体12bにおける第2面12bの反対側の面(以下、第2構造体12bの裏面)にはそれぞれ、計測装置10aが置かれる床の材質による圧力分散の影響を低減するために、金属板やプラスチック板など剛性の高い板が設けられている。また、第1構造体12aは、第1構造体12aと第2構造体12bとが並ぶ方向と直交する方向(Y方向)において、第1構造体12aの裏面と第1面12aとの間の厚さが外側に向かって薄くなるように第1面12aが湾曲した周辺部分15を含む。同様に、第2構造体12bは、Y方向において、第2構造体12bの裏面と第2面12bとの間の厚さが外側に向かって薄くなるように第2面12bが湾曲した周辺部分を含む。このように第1構造体12aと第2構造体12bとに面が湾曲した周辺部分をそれぞれ設けることにより、被検者がY方向に沿って計測装置10aに足を摺りながら乗る場合であっても、被検者が計測装置10につまづくことを防止することができる。
ここで、被検者によって荷重が加えられるべき目標箇所に当該荷重が加えられるように、被検者を案内するための凹部16を第1構造体12aの第1面12aおよび第2構造体12bの第2面12bの各々に設けておくとよい。図5は、第1面12aおよび第2面12bのそれぞれに凹部16を設けた計測装置10aのA−A’における断面図である。このように第1面12aおよび第2面12bに凹部16を設けることにより、当該凹部16に沿って被検者の足を案内(誘導)することができ、当該目標箇所に被検者の足を乗せることができる。また、第1面12aおよび第2面12bにおける複数のセンサが配列された部分(センサ部11aおよび11bの表面)を、第1面12aまたは第2面12bの湾曲した周辺部分より粗面にしておくことが好ましい。このようにセンサ部11aおよび11bの表面を粗面にすることにより、センサ部11aおよび11bに被検者が立位状態で乗ったときに被検者が滑ることを防止できるとともに、センサ部11aおよび11bの上に乗ったことを被検者が認識することができる。
第1構造体12aにおける電源領域13は、第1構造体12aおよび第2構造体12bの各圧力センサに電力を供給する機能に加えて、各圧力センサから出力された信号を取得し、当該信号を情報処理装置40に送信する機能を有する。即ち、電源領域13は、各圧力センサに電力を供給する電源に加えて、第1構造体の各圧力センサおよび第2構造体の各圧力センサからの信号を取得する取得部や、取得部によって取得された信号を情報処理装置40に有線または無線を介して送信する送信部を含みうる。取得部によって取得された信号を情報処理装置40に有線で送信する場合には、ケーブル30を接続する端子が電源領域13に設けられる。そして、送信部と情報処理装置40がケーブルを介して接続され、当該ケーブルを介して信号が送信される。一方で、信号を情報処理装置40にブルートゥースなどの無線で送信する場合には、例えばアンテナが電源領域13に設けられ、送信部からアンテナを介して信号が情報処理装置40に送信される。ここで、第1構造体12aにおける電源領域13には、図4に示すように、計測装置10aのオン状態とオフ状態とを切り換えるためのボタン17、および計測装置を持ち運ぶための持ち手18が設けられうる。
図6は、計測装置10aを折り畳むときの様子を示す図である。また、図7は、折り畳まれた計測装置10aを示す図である。図7(a)は折り畳まれた計測装置10aをZ方向から見たときの図であり、図7(b)は折り畳まれた計測装置10aをY方向から見たときの図であり、図7(c)は折り畳まれた計測装置10aをX方向から見たときの図である。第1実施形態では、第1構造体12aおよび第2構造体12bは、第1構造体12aの第1面12aと第2構造体12bの第2面12bとが近づいて計測装置10aが折り畳まれるように接続され、計測装置10aが折り畳まれた状態のときに第1構造体12aのセンサ領域14と第2構造体12bとが重なり合うように構成されている。また、第1構造体12aの電源領域13は、計測装置10aが折り畳まれた状態における第1構造体12aのセンサ領域14および第2構造体12bの全体の厚さと同じ厚さになるように構成されることが好ましい。
ここで、第1実施形態の計測装置10aは、計測装置10aが折り畳まれた状態において第1構造体12aと第2構造体12bとを固定する固定部19を第1構造体12aの電源領域13に有してもよい。図8は、固定部19の構成を説明するための図であり、図7(a)に示す計測装置10aのC−C’における断面図である。例えば、固定部19は、図8に示すように、センサ領域14側の側面から突出した棒部材19aを含み、計測装置10aが折り畳まれたときに第2構造体12bの側面に形成された溝12bに棒部材19aが挿入されることによって第1構造体12aと第2構造体12bとを固定する。そして、計測装置10aで計測を行う際には、固定部19は、電源領域13に設けられたボタン19bがユーザによって押されたことに応じて、モータなどの電気的な駆動によって棒部材19aを電源領域13に引き込ませ、棒部材19aを第2構造体12bの溝12bから外す。これにより、第1構造体12aの第1面12aと第2構造体12bの第2面12bとが離れるように計測装置10aを開くことができ、計測装置10aを、被検者の足圧分布を計測できる状態にすることができる。
また、第1構造体12aと第2構造体12bとの固定は、例えば、図9に示すようにフック部材20によって行うこともできる。図9は、フック部材20によって第1構造体12aと第2構造体12bとを固定した計測装置10aの構成例を示す図である。図9(a)は計測装置10aの斜視図であり、図9(b)は計測装置10aのF−F’における断面図である。フック部材20は、断面が台形形状の筒状に構成された本体部20aと、本体部20aの端部に取り付けらたL字のフック20bを含みうる。本体部20aは、筒状内部に設けられた紐やゴムなどによって接続された3つの部品から構成されており、その接続部分において所望の方向に曲げることができる。このように構成されたフック部材20を計測装置10aに巻くとともに、第1構造体12aの電源領域13の側面(センサ領域14と反対側の側面)に設けられた穴13aにフック20bを引っかけることにより、計測装置10aが折り畳まれた状態で第1構造体12aと第2構造体12bとを固定することができる。フック部材20は、例えば、金属やABS樹脂、ポリカーボネート(PC)などの材料によって構成されうる。
被検者の足圧分布を計測できるように計測装置10aが開いている状態では、図10に示すように、第1構造体12aと第2構造体12bとの接続部分に設けられた凹部10aにフック部材20を嵌めこむことができる。このとき、フック部材20のフック20bは、第1構造体12aおよび第2構造体12bに引っかけられる。図10(a)は、計測装置10aからフック部材20を取り外した状態を示し、図10(b)は、計測装置10aの凹部10aにフック部材20を嵌めこんだ状態を示している。このようにフック部材20を計測装置10aの凹部10aに嵌めこむことにより、被検者の足圧分布を計測している間などにおいて計測装置10aが閉じてしまうことを防止することができる。
ここで、図10では、フック部材20の本体部20aの断面が台形形状であり、その台形形状の長辺が床側(−Z方向側)に配置されるように計測装置10aに凹部10aが設けられている。一方で、図11に示すように台形形状の短辺が床側に配置されるように計測装置10aに凹部10aが設けられてもよい。図11は、フック部材20を用いた計測装置10aの他の構成例を示す図である。この場合、フック部材20にはフック20bを設けず、フック部材20を計測装置10aの凹部10aにスライドさせながら嵌めこむ。これにより、被検者の足圧分布を計測している間などにおいて計測装置10aが閉じてしまうことを防止することができる。
<第2実施形態>
第2実施形態の計測装置10bについて、図12を参照しながら説明する。図12は、第2実施形態における計測装置10bの構成の一例を示す図である。図12(a)は計測装置10bをZ方向から見た図であり、図12(b)は計測装置10bのD−D’における断面図であり、図12(c)は計測装置のE−E’における断面図である。第2実施形態の計測装置10bは、第1実施形態の計測装置10aと同様に、例えば、荷重を検知するための複数の圧力センサが二次元的に配列された第1面12cを有する第1構造体12cと、複数の圧力センサが二次元的に配列された第2面12dを有する第2構造体12dとを含みうる。ここで、第2実施形態の計測装置10bは、第1実施形態の計測装置10aと比較して、外観が異なるが各部の構成(材料および機能)は同じであるため、以下では各部の構成についての説明を省略する。
第1構造体12cは、例えば、第1構造体12cの圧力センサおよび第2構造体12dの圧力センサに電力を供給する電源を含む電源領域21と、荷重を検知するための複数の圧力センサが二次元的に配列されたセンサ部11cが設けられた面(第1面12c)を含むセンサ領域22とを有する。センサ領域22は、電源領域21と第2構造体12dとの間に配置され、センサ領域22の厚さが電源領域21の厚さより薄くなるように構成されている。電源領域21は、各圧力センサに電力を供給する電源に加えて、第1構造体12cの各圧力センサおよび第2構造体12dの各圧力センサからの信号を取得する取得部や、取得部によって取得された信号を情報処理装置40に送信する送信部を含みうる。また、第1構造体12cは、第1構造体12cと第2構造体12dとが並ぶ方向と直交する方向(Y方向)において、第1構造体12cの裏面と第1面12cとの間の厚さが外側に向かって薄くなるように第1面12cが湾曲した周辺部分25を含む。
第2構造体12dは、例えば、荷重を検知するための複数の圧力センサが二次元的に配列されたセンサ部11dが設けられた面(第2面12d)を含むセンサ領域23と、センサ領域23に対して第1構造体12cの反対側に配置され、センサ領域23より厚さが厚い外側領域24とを有する。そして、第1構造体12cおよび第2構造体12dは、図12に示すように、荷重分布の計測ために、第1面12cおよび第2面12dが同一の平面上に配置することができるように接続されている。このように第2構造体12dに外側領域24を設け、センサ領域22および23より厚い電源領域21と外側領域24とによってセンサ領域22および23を挟む構成とすることにより、被検者がセンサ部11cおよび11dを視覚的に認識することを容易にすることができる。また、第2構造体12dは、第1構造体12cと同様に、Y方向において、第2構造体12dの裏面と第2面12dとの間の厚さが外側に向かって薄くなるように第1面12cが湾曲した周辺部分を含む。ここで、第2実施形態の計測装置10bでは、取得部や送信部が第1構造体12cの電源領域21に含まれるように構成されているが、それに限られるものではなく、第2構造体12dの外側領域24に含まれてもよい。また、第1構造体12cのセンサ部11cおよび第2構造体12dのセンサ部11dは、別々のシート状に形成されてもよいが、図12(a)に示すように1枚のシート状に一体に構成されてもよい。
図13は、計測装置10bを折り畳むときの様子を示す図である。第2実施形態では、第1構造体12cおよび第2構造体12dは、第1構造体12cの第1面12cと第2構造体12dの第2面12dとが近づいて計測装置10bが折り畳まれるように接続される。ここで、第2実施形態の計測装置10bは、計測装置10bが折り畳まれた状態において第1構造体12cと第2構造体12dとを固定する固定部を有していてもよい。固定部は、例えば、外側領域24が接触する電源領域21の箇所に設けられた磁石を含みうる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
100:計測システム、10:計測装置、11:センサ部、12:構造体、30:ケーブル、40:情報処理装置

Claims (7)

  1. 被検者によって加えられる荷重分布を計測する計測装置であって、
    複数の圧力センサが二次元的に配列された第1面を有する第1構造体と、
    複数の圧力センサが二次元的に配列され、且つ前記荷重分布の計測のために前記第1面と同一の平面上に配置されることができる第2面を有する第2構造体と、
    を含み、
    前記第1構造体および前記第2構造体は、前記第1面と前記第2面とを近づけて前記計測装置を折り畳むことができるように接続され、
    前記第1構造体は、前記第1構造体の圧力センサおよび前記第2構造体の圧力センサに電力を供給する電源を含む電源領域と、前記第1面を含み且つ前記電源領域および前記第2構造体の間に配置されたセンサ領域とを有し、
    前記センサ領域の厚さは、前記電源領域の厚さより薄く、
    前記センサ領域は、前記第1構造体と前記第2構造体とが並ぶ方向と直交する方向において、前記センサ領域の厚さが外側に向かって薄くなるように前記第1面が湾曲した周辺部分を含み、
    前記第2構造体は、前記直交する方向において、前記第2構造体の厚さが外側に向かって薄くなるように前記第2面が湾曲した周辺部分を含む、ことを特徴とする計測装置。
  2. 前記第1面および前記第2面はそれぞれ、前記被検者によって荷重が加えられるべき目標箇所に当該荷重が加えられるように前記被検者を案内するための凹部を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。
  3. 前記第1面における複数の圧力センサが配列した第1部分は、前記第1部分の周辺であって前記第1面の湾曲した周辺部分より粗面であり、
    前記第2面における複数の圧力センサが配列した第2部分は、前記第2部分の周辺であって前記第2面の湾曲した周辺部分より粗面である、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の計測装置。
  4. 前記第1面における複数の圧力センサ、および前記第2面における複数の圧力センサは、1枚のシート状に構成されている、ことを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の計測装置。
  5. 前記電源領域は、前記第1構造体の圧力センサおよび前記第2構造体の圧力センサから信号を取得する取得部とを更に含む、ことを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の計測装置。
  6. 前記電源領域は、前記計測装置が折り畳まれた状態において前記第1構造体と前記第2構造体とを固定する固定部を更に含む、ことを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか1項に記載の計測装置。
  7. 前記第2構造体は、前記計測装置が折り畳まれた状態のときに前記センサ領域に重なり合い、
    前記電源領域は、前記計測装置が折り畳まれた状態における前記センサ領域および前記第2構造体の全体の厚さと同じ厚さになるように構成されている、ことを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか1項に記載の計測装置。
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