JP6448015B2 - 運動機能測定装置、方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、運動機能測定装置、方法、及びプログラムに関する。
高齢者が体力を保持及び増進し、健康で生き甲斐のある豊かな日常生活を送るためには、基本となる体力の状況を把握し、把握した体力の状況に応じた運動を適切に行う必要がある。
従来から、筋力、バランス能力、移動能力等の運動機能を把握する方法の１つとして体力テストがある。筋力の測定には、例えば握力の測定や脚伸展力の測定等がある。また、バランス能力の測定には、例えば開眼片足立ち時間の測定やファンクショナルリーチの測定等がある。さらに、移動能力の測定には、例えばＴＵＧ（Ｔｉｍｅ Ｕｐ ａｎｄ Ｇｏ）テストや歩行速度の測定等がある。
また、特許文献１には、被験者の立位姿勢を変化させて重心動揺パラメータを算出することにより運動機能を測定する技術が開示されている。
また、体の痛みの度合いを評価する方法の１つとして、痛みに関する質問表を用いて評価する方法やＶＡＳ（Ｖｉｓｕａｌ Ａｎａｌｏｇｕｅ Ｓｃａｌｅ）スケールを用いて評価する方法がある。
しかしながら、上記従来技術では、測定器が高価である、操作が煩雑である、一人での測定や結果の解釈が困難である、高度な分析能力が必要になる、測定場所が限定される、測定に時間がかかる、等の様々な問題がある。
特に高齢者の場合は、運動機能の低下が急激に起こる場合があり、時折運動機能を測定するだけでは運動機能の低下を把握するのが困難であるが、上記従来技術においては上記のような問題があるため、日常生活において頻繁に運動機能を測定するのは困難であった。
本発明は、容易に運動機能を測定することができる運動機能測定装置、方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明の運動機能測定装置は、ユーザーが予め定めた動作をした測定期間に測定された前記ユーザーの加速度を少なくとも含む測定情報を取得する測定情報取得手段と、前記測定情報に基づいて前記ユーザーの運動機能に関する運動機能評価値を算出する運動機能評価値算出手段と、を備え、前記運動機能評価値算出手段は、前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最大値、前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最小値と前記最大値との差分、及び前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最大変化率に基づいて、前記ユーザーの筋力に関する力得点を第１の運動機能評価値として算出する。
請求項２記載の発明の運動機能測定装置は、ユーザーが予め定めた動作をした測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角を少なくとも含む測定情報を取得する測定情報取得手段と、前記測定情報に基づいて前記ユーザーの運動機能に関する運動機能評価値を算出する運動機能評価値算出手段と、を備え、前記運動機能評価値算出手段は、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出する。
また、請求項３に記載したように、前記測定情報は体幹傾斜角を更に含み、前記運動機能評価値算出手段は、更に、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出し、前記算出された前記ユーザーの筋力に関する力得点と、前記算出された前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点と、に基づいて、前記ユーザーの筋力及びバランス能力に関する運動機能指数を第３の運動機能評価値として算出するようにしてもよい。
また、請求項４に記載したように、前記ユーザーの年齢に関する年齢情報を取得する年齢情報取得手段を更に備え、前記測定情報は体幹傾斜角を更に含み、前記運動機能評価値算出手段は、更に、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出し、前記取得された前記年齢情報と、前記算出された前記ユーザーの筋力に関する力得点と、前記算出された前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点と、に基づいて、前記ユーザーの筋力及びバランス能力に関する運動機能指数を第３の運動機能評価値として算出するようにしてもよい。
請求項５記載の発明の運動機能測定方法は、ユーザーが予め定めた動作をした測定期間に測定された前記ユーザーの加速度を少なくとも含む測定情報を取得するステップと、前記測定情報に基づいて前記ユーザーの運動機能に関する運動機能評価値を算出するステップと、を含むと共に、前記運動機能評価値を算出するステップは、前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最大値、前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最小値と前記最大値との差分、及び前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最大変化率に基づいて、前記ユーザーの筋力に関する力得点を第１の運動機能評価値として算出する。
請求項６記載の発明の運動機能測定方法は、ユーザーが予め定めた動作をした測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角を少なくとも含む測定情報を取得するステップと、前記測定情報に基づいて前記ユーザーの運動機能に関する運動機能評価値を算出するステップと、を含むと共に、前記運動機能評価値を算出するステップは、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出する。
また、請求項７に記載したように、前記測定情報は体幹傾斜角を更に含み、前記運動機能評価値を算出するステップは、更に、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出し、前記算出された前記ユーザーの筋力に関する力得点と、前記算出された前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点と、に基づいて、前記ユーザーの筋力及びバランス能力に関する運動機能指数を第３の運動機能評価値として算出するようにしてもよい。
また、請求項８に記載したように、前記ユーザーの年齢に関する年齢情報を取得するステップを更に備え、前記測定情報は体幹傾斜角を更に含み、前記運動機能評価値を算出するステップは、更に、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出し、前記取得された前記年齢情報と、前記算出された前記ユーザーの筋力に関する力得点と、前記算出された前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点と、に基づいて、前記ユーザーの筋力及びバランス能力に関する運動機能指数を第３の運動機能評価値として算出するようにしてもよい。
請求項９記載の発明の運動機能測定プログラムは、コンピュータに、ユーザーが予め定めた動作をした測定期間に測定された前記ユーザーの加速度を少なくとも含む測定情報を取得するステップと、前記測定情報に基づいて前記ユーザーの運動機能に関する運動機能評価値を算出するステップと、を含む処理を実行させると共に、前記運動機能評価値を算出するステップは、前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最大値、前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最小値と前記最大値との差分、及び前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最大変化率に基づいて、前記ユーザーの筋力に関する力得点を第１の運動機能評価値として算出する。
請求項１０記載の発明の運動機能測定プログラムは、コンピュータに、ユーザーが予め定めた動作をした測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角を少なくとも含む測定情報を取得するステップと、前記測定情報に基づいて前記ユーザーの運動機能に関する運動機能評価値を算出するステップと、を含む処理を実行させると共に、前記運動機能評価値を算出するステップは、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出する。
また、請求項１１に記載したように、前記測定情報は体幹傾斜角を更に含み、前記運動機能評価値を算出するステップは、更に、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出し、前記算出された前記ユーザーの筋力に関する力得点と、前記算出された前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点と、に基づいて、前記ユーザーの筋力及びバランス能力に関する運動機能指数を第３の運動機能評価値として算出するようにしてもよい。
また、請求項１２に記載したように、前記ユーザーの年齢に関する年齢情報を取得するステップを更に備え、前記測定情報は体幹傾斜角を更に含み、前記運動機能評価値を算出するステップは、更に、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出し、前記取得された前記年齢情報と、前記算出された前記ユーザーの筋力に関する力得点と、前記算出された前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点と、に基づいて、前記ユーザーの筋力及びバランス能力に関する運動機能指数を第３の運動機能評価値として算出するようにしてもよい。
本発明によれば、容易に運動機能を測定することができる、という効果を有する。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る運動機能測定装置１０のブロック図である。図１に示すように、運動機能測定装置１０は、コントローラ１２、測定部１４、表示部１６、操作部１８、計時部２０、及び通信部２２を備えている。測定部１４は、Ｘ軸加速度検出部１４Ｘ、Ｙ軸加速度検出部１４Ｙ、Ｚ軸加速度検出部１４Ｚを備える。
コントローラ１２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２Ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２Ｂ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２Ｃ、不揮発性メモリ１２Ｄ、及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）１２Ｅがバス１２Ｆを介して各々接続された構成となっている。この場合、後述する運動機能測定処理をコントローラ１２のＣＰＵ１２Ａに実行させる運動機能測定プログラムを、例えば不揮発性メモリ１２Ｄに書き込んでおき、これをＣＰＵ１２Ａが読み込んで実行する。なお、運動機能測定プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリーカード等の記録媒体により提供するようにしてもよく、図示しないサーバからダウンロードするようにしてもよい。
Ｉ／Ｏ１２Ｅには、Ｘ軸加速度検出部１４Ｘ、Ｙ軸加速度検出部１４Ｙ、Ｚ軸加速度検出部１４Ｚ、表示部１６、操作部１８、計時部２０、及び通信部２２が接続されている。
Ｘ軸加速度検出部１４Ｘは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のうちＸ軸に沿った向の加速度（以下、Ｘ軸加速度）を検出するＸ軸体動センサ２４Ｘと、Ｘ軸体動センサ２４Ｘにより検出されたＸ軸加速度をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部２６Ｘと、を含む。
Ｙ軸加速度検出部１４Ｙは、Ｙ軸に沿った方向の加速度（以下、Ｙ軸加速度）を検出するＹ軸体動センサ２４Ｙと、Ｙ軸体動センサ２４Ｙにより検出されたＹ軸加速度をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部２６Ｙと、を含む。
Ｚ軸加速度検出部１４Ｚは、Ｚ軸に沿った方向の加速度（以下、Ｚ軸加速度）を検出するＺ軸体動センサ２４Ｚと、Ｚ軸体動センサ２４Ｚにより検出されたＺ軸加速度をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部２６Ｚと、を含む。
表示部１６は、例えば液晶パネル等で構成される。表示部１６には、例えば各種設定画面や測定結果等の各種画面が表示される。
操作部１８は、ユーザー情報の入力操作等の他、各種操作を行うための操作部である。図２には、運動機能測定装置１０の外観図を示した。図２に示すように、操作部１８は、複数の操作ボタン１８Ａ〜１８Ｃを含んで構成されている。操作ボタン１８Ａは、一例として運動機能測定装置１０の電源のオンオフ及び各種画面において決定の操作を行うためのボタンとして機能する。操作ボタン１８Ｂ、１８Ｃは、画面を上下にスクロールしたり、画面上のカーソルを上下に移動させたりするためのボタンとして機能する。
なお、表示部１６及び操作部１８をタッチパネルとし、画面に直接タッチすることで操作が可能な構成としてもよい。
計時部２０は、現在時刻を取得する機能及び設定された時間を計時する計時機能を有する。
通信部２２は、外部装置と無線通信又は有線通信により情報の送受信を行う通信機能を有する。これにより、運動機能測定装置１０は、例えばパーソナルコンピュータ、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末等の外部装置と通信することが可能である。
次に、本実施形態の作用として、コントローラ１２のＣＰＵ１２Ａにおいて実行される運動機能測定プログラムによる処理について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図３に示す処理は、ユーザーが運動機能測定装置１０の操作部１８を操作して、運動機能測定プログラムの実行を指示した場合に実行される。
本実施形態では、例えば高齢者等のユーザーが運動機能測定装置１０を臍上部に装着し、予め定めた動作として、椅子に座った状態から立ち上がる動作を行った際に検出された加速度に基づいて、ユーザーの運動機能に関する運動機能評価値を算出する場合について説明する。なお、運動機能測定装置１０を臍上部に装着する際には、例えば図２に示すように、ユーザーが直立した場合にＺ軸が直立方向に沿うように装着するものとする。また、運動機能測定装置１０を装着する位置は、臍上部に限られるものではなく、頭部や胸部でも良い。すなわち、椅子から立ち上がった場合に体幹の傾斜角を検出できる位置であればよく、上半身が好ましい。
まずユーザーは、椅子に座った状態で運動機能測定装置１０の操作部１８を操作し、測定開始を指示する。
ステップＳ１００では、ユーザーが操作部１８を操作することにより測定開始が指示されたか否かを判断し、測定開始が指示された場合にはステップＳ１０２へ移行し、測定開始が指示されていない場合には、測定開始が指示されるまで待機する。なお、後述する角度得点の算出では、ユーザーが椅子に座って安静にした状態で予め定めた安静期間（例えば数秒間）において検出した体幹傾斜角の平均値に基づいて角度得点を算出するため、ユーザーは測定開始を指示してから予め定めた安静期間は、直ぐに立ち上がらずに安静にしている必要がある。このため、椅子に座ってから予め定めた安静期間は直ぐに立ち上がらずに安静にするよう指示するメッセージを表示部１６に表示するようにしてもよい。
ステップＳ１０２では、Ｘ軸加速度検出部１４Ｘ、Ｙ軸加速度検出部１４Ｙ、及びＺ軸加速度検出部１４Ｚの各々により検出されたＸ軸加速度、Ｙ軸加速度、及びＺ軸加速度を取得する。
ステップＳ１０４では、測定を終了するか否かを判断し、測定終了する場合はステップＳ１０６へ移行し、測定を継続する場合はステップＳ１０２へ戻って引き続きＸ軸加速度、Ｙ軸加速度、及びＺ軸加速度を取得する。測定を終了するか否かは、ユーザーが操作部１８を操作して測定の終了を指示したか否かによって判断してもよいし、ユーザーが測定開始を指示してから、椅子に座った状態から立ち上がる動作を行うまでの時間を見込んで予め設定した測定期間が経過したか否かによって判断しても良い。
ステップＳ１０６では、測定開始から測定終了までの測定期間に測定された各時点におけるＸ軸加速度、Ｙ軸加速度、及びＺ軸加速度に基づいて、各時点の合成加速度を算出する。具体的には、Ｘ軸加速度、Ｙ軸加速度、及びＺ軸加速度の二乗平均を算出することにより合成加速度を算出する。すなわち、Ｘ軸加速度をａｘ、Ｙ軸加速度をａｙ、及びＺ軸加速度をａｚとした場合、次式により合成加速度Ｖを算出する。
ステップＳ１０８では、測定開始から測定終了までの測定期間に測定された各時点における体幹傾斜角を算出する。図４に示すように、水平面ＨＺに対して直交する軸を鉛直軸ＶＡとして、鉛直軸ＶＡに対するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々の傾斜角θｘ、θｙ、θｚは、重力加速度をｇとして次式により算出することができる。
θｘ＝ｃｏｓ−１（ａｘ／ｇ） ・・・（２）
θｙ＝ｃｏｓ−１（ａｙ／ｇ） ・・・（３）
θｚ＝ｃｏｓ−１（ａｚ／ｇ） ・・・（４）
本実施形態では、前述したように、ユーザーが直立した場合にＺ軸が直立方向に沿うように運動機能測定装置１０を装着するものとしているので、上記（４）式によりＺ軸の傾斜角θｚをユーザーの体幹傾斜角θとして算出する。
ステップＳ１１０では、ステップＳ１０６で算出した合成加速度Ｖに基づいて、ユーザーの筋力に関する力得点ＰＯを次式により算出する。
ＰＯ＝ａ１×ｐｅａｋ＿ｍａｘ＋ｂ１×Ｒｅｎｇｅ＋ｃ１×ｊｅｒｋ ・・・（５）
ここで、ｐｅａｋ＿ｍａｘは、図５に示すように、測定期間において測定した合成加速度Ｖの最大値である。なお、図５においては、一例として測定期間は６．４秒であり、測定期間のうちユーザー３０が椅子３２に座って安静にしている安静期間（本実施形態では一例として５秒間）における合成加速度Ｖ及び体幹傾斜角θの波形は省略している。また、Ｒｅｎｇｅは、最大値ｐｅａｋ＿ｍａｘと、測定期間において測定した合成加速度Ｖの最小値ｐｅａｋ＿ｍｉｎと、の差分である。また、ｊｅｒｋは、測定期間において測定した合成加速度Ｖの最大変化率（加加速度の最大値）である。
図５の場合、５．７秒付近、すなわちユーザー３０の臀部が椅子３２から離床する箇所において合成加速度Ｖの変化率が最大となっている。換言すれば、合成加速度Ｖが最大となるのは、重心の移動によりユーザー３０の大腿部が筋力を発揮している時点とも言える。従って、合成加速度Ｖの最大値ｐｅａｋ＿ｍａｘ、合成加速度Ｖの最大値ｐｅａｋ＿ｍａｘと最小値ｐｅａｋ＿ｍｉｎとの差分Ｒｅｎｇｅ、合成加速度Ｖの最大変化率ｊｅｒｋをパラメータとする上記（５）式により算出される力得点ＰＯは、ユーザー３０の筋力を表す運動機能評価値と言える。ａ１、ｂ１、ｃ１は、多数の被験者について椅子に座った状態から立ち上がる動作を行って合成加速度Ｖを測定し、測定結果について例えば主成分分析や線形回帰等の手法を用いて求めた係数であり、ユーザーの筋力が高い程、力得点ＰＯが高くなるような値に設定される。
ステップＳ１１２では、ステップＳ１０８で算出した各時点の体幹傾斜角θに基づいて、角度得点ＴＲを次式により算出する。
ＴＲ＝ａ２×θ１＋ｂ２×ｐｅａｋ＿ｎｕｍ ・・・（６）
θ１＝θｍａｘ−θｓ ・・・（７）
ここで、θｍａｘは、測定期間の各時点において測定された体幹傾斜角θの最大値である。また、θｓは、基準体幹傾斜角であり、測定期間の各時点において測定した体幹傾斜角θのうち、安静期間（本実施形態では一例として５秒間）において測定された体幹傾斜角θの平均値である。図５では、一例として測定開始から５秒後の体幹傾斜角θが基準体幹傾斜角θｓである場合を示した。なお、基準体幹傾斜角θｓは、安静期間における体幹傾斜角θの代表値を表す値であればよく、例えば中央値でもよい。また、安静期間は５秒に限られるものではない。
このように、角度得点ＴＲの算出に用いる体幹傾斜角θ１を、体幹傾斜角θの最大値θｍａｘから基準体幹傾斜角θｓを減算した値とするのは、ユーザー３０が椅子に座って安静にした状態で既に体幹が傾斜している場合があり、これをキャンセルすることで角度得点ＴＲを精度良く算出するためである。
ｐｅａｋ＿ｎｕｍは、測定期間中の体幹傾斜角θの波形に現れるピークの回数である。例えば図６に示すように、体幹傾斜角θの波形に現れたピークがピークｐ１、ｐ２の２カ所であれば、ｐｅａｋ＿ｎｕｍ＝２となる。
ユーザー３０が椅子３２から立ち上がる場合、体幹を前傾させて重心位置を足の基底部に移動し、バランスを取りながら立つため、体幹傾斜角θ及び体幹傾斜角θの波形のピーク回数をパラメータとした（６）式により算出される角度得点ＴＲは、ユーザー３０の立位バランスの機能を表す運動機能評価値と言える。なお、膝や腰に痛みがある場合は、体幹をより深く前傾させて立つため、痛みの度合いも角度得点ＴＲによって把握することも可能である。また、ａ２、ｂ２は、多数の被験者について椅子に座った状態から立ち上がる動作を行って体幹傾斜角θを測定し、測定結果について例えば主成分分析や線形回帰等の手法を用いて求めた係数であり、ユーザー３０の立位バランスの能力が高い程、ユーザー３０の立位バランスの能力が高くなるような値に設定される。
図７、８には、図９に示すような立ち上がり動作を３回行った場合の合成加速度Ｖ及び体幹傾斜角θの波形の一例を示した。図７は、転倒不安無し、体の痛み無しの６９歳男性の合成加速度及び体幹傾斜角の波形であり、図８は、頻繁に杖を使用、立ち上がりが困難な８４歳女性の合成加速度及び体幹傾斜角の波形である。
図７に示すように、転倒不安無し、体の痛み無しの６９歳男性の場合、合成加速度Ｖ及び体幹傾斜角θの波形にメリハリがあり、運動機能に特に問題は無いと考えられる。
一方、図８に示すように、頻繁に杖を使用、立ち上がりが困難な８４歳女性の場合、合成加速度Ｖにほとんど変化が無く、体幹傾斜角θはゆっくりと大きく変化しており、かなりゆっくりと体幹を傾斜させながら立ち上がり動作を行っており、椅子からの立ち上がり動作がかなり困難であると考えられる。
ステップＳ１１４では、ステップＳ１１０で算出した力得点ＰＯ及びステップＳ１１２で算出した角度得点ＴＲに基づいて、運動機能指数ＭＦを次式により算出する。
ＭＦ＝ａ３×ＰＯ＋ｂ３×ＴＲ＋ｃ３ ・・・（８）
ここで、ａ３、ｂ３、ｃ３は、多数の被験者について椅子に座った状態から立ち上がる動作を行って合成加速度Ｖ及び体幹傾斜角θを測定し、測定結果について例えば主成分分析や線形回帰等の手法を用いて求めた結果から求めた係数であり、ユーザー３０の運動機能が高い程、運動機能指数ＭＦが高くなるような値に設定される。このように、力得点ＰＯ及び角度得点ＴＲをパラメータとした（８）式により算出される運動機能指数ＭＦは、ユーザー３０の筋力及び立位バランスの機能を含む運動機能を表す運動機能評価値と言える。
ステップＳ１１６では、ステップＳ１１０〜Ｓ１１４で算出した力得点ＰＯ、角度得点ＴＲ、及び運動機能指数ＭＦを表示部１６に出力して表示すると共に、計時部２０から取得した現在日時と対応付けて不揮発性メモリ１２Ｄに出力して記憶させる。
なお、本実施形態では、一例として、力得点ＰＯ、角度得点ＴＲ、及び運動機能指数ＭＦを偏差値に換算して表示する。偏差値の算出は、例えば多数の被験者について力得点ＰＯ、角度得点ＴＲ、及び運動機能指数ＭＦを求めた実験結果に基づいて偏差値の算出式を各々導出して不揮発性メモリ１２Ｄに予め記憶しておき、各算出式を用いて力得点ＰＯ、角度得点ＴＲ、及び運動機能指数ＭＦの偏差値を各々算出すればよい。
図１０、１１には、各得点の表示例を示した。なお、図１０、１１においては、力得点ＰＯ、角度得点ＴＲ、及び運動機能指数ＭＦは、それぞれ偏差値を表すものとする。図１０、１１に示すように、ユーザーの筋力を表す力得点ＰＯを縦軸、立位のバランス能力を表す角度得点ＴＲを横軸として、ステップＳ１１０、Ｓ１１２で算出した力得点ＰＯ及び角度得点ＴＲに対応する位置にマークＭをプロットして表示する。横軸と縦軸の交点は力得点ＰＯ及び角度得点ＴＲの偏差値が共に５０の場合を表す。また、運動機能指数ＭＦ及びアドバイス情報ＡＤも表示する。
なお、マークＭは、力得点ＰＯが高いほど図１０、１１において上側にプロットされ、角度得点ＴＲが高いほど図１０、１１において右側にプロットされる。
アドバイス情報ＡＤは、力得点ＰＯ及び角度得点ＴＲに対応したアドバイス情報である。例えば力得点ＰＯ、角度得点ＴＲ、及びアドバイス情報ＡＤの対応関係を表すアドバイス情報テーブルデータを予め不揮発性メモリ１２Ｄに記憶しておき、このアドバイス情報テーブルデータから、ステップＳ１１０、Ｓ１１２で算出した力得点ＰＯ及び角度得点ＴＲに対応するアドバイス情報ＡＤを取得して表示部１６に表示すればよい。
図１０、１１には、一例として運動機能指数ＭＦが共に５９点の場合の表示例を示した。図１０、１１に示すように、運動機能指数ＭＦが同じであっても、力得点ＰＯ及び角度得点ＴＲが異なる場合があり、このような場合にはアドバイス情報ＡＤの内容も異なる。そして、アドバイス情報ＡＤは、現状を改善するにはどのようなトレーニングを行えばよいか等の情報も含むため、ユーザーは現在の運動機能がどのような状態であるのかを把握することができるだけでなく、どのようなトレーニングを行えば運動機能を改善できるのかについて容易に把握することができる。
なお、ユーザーの運動機能評価値として、運動機能年齢ＭＦＡを次式により算出して表示部１６に表示するようにしてもよい。
ＭＦＡ＝（ａ４×ＰＯ＋ｂ４×ＴＲ＋ｃ４×ＡＧ）×ｄ＋ｅ ・・・（９）
ここで、ＡＧは、ユーザー３０の実年齢であり、測定開始前に実年齢を入力するための画面を表示部１６に表示させ、ユーザー３０の実年齢を入力させればよい。また、入力ａ４、ｂ４、ｃ４、ｄ、ｅは、多数の被験者について椅子に座った状態から立ち上がる動作を行って合成加速度Ｖ及び体幹傾斜角θを測定し、測定結果について例えば主成分分析や線形回帰等の手法を用いて求めた結果から求めた係数であり、ユーザー３０の運動機能が高い程、運動機能年齢ＭＦＡが低くなるような値に設定される。
このように、実年齢に基づいて運動機能年齢ＭＦＡを算出して表示することにより、ユーザーは運動機能年齢が何歳程度であるのかを容易に把握することができ、筋力及びバランス能力の維持、向上の意欲を促進させることができる。
また、運動機能測定装置１０を、例えばユーザーの活動量、持久力（活動強度×時間）等を測定可能な活動量計に搭載してもよい。この場合、筋力（力得点ＰＯ）、バランス能力（角度得点ＴＲ）の他、活動量計で測定された活動量及び持久力を運動機能評価値として表示部１６に表示するようにしてもよい。図１２には表示の一例を示した。図１２の例では、活動量は過去１週間分の活動量（ｋｃａｌ）の累計値を表示している。図１２に示すように、各運動機能評価値が「低」、「標準」、「高」の３段階のレベルのうち何れのレベルに属するかを菱形４０の形状により容易に識別できるようになっている。これにより、どの運動機能評価値を改善しなければならないかを容易に把握することができる。
また、図１２に示すように、筋力、バランス能力、活動量、及び持久力に対応したアドバイス情報ＡＤを表示部１６に表示するようにしてもよい。例えば筋力、バランス能力、活動量、持久力、及びアドバイス情報ＡＤの対応関係を表すアドバイス情報テーブルデータを予め不揮発性メモリ１２Ｄに記憶しておき、このアドバイス情報テーブルデータから、筋力、バランス能力、活動量、及び持久力に対応するアドバイス情報ＡＤを取得して表示部１６に表示すればよい。
このように、本実施形態では、ユーザーが椅子から立ち上がる動作をする際に測定した加速度に基づいて、ユーザーの筋力に関する力得点ＰＯ、ユーザーのバランス能力に関する角度得点ＴＲ、及び運動機能指数ＭＦを運動機能評価値として算出し、これらに対応するアドバイス情報を表示する。これにより、以下のような効果を有する。
・簡単に短時間で且つ安全に運動機能を測定することができる。
・一人で測定することが可能になるため、時間にとらわれずに毎日いつでも測定することが可能になる。
・歩行したり筋力を測定したりする等の様々な体力テストを行う必要がなく、専門知識も必要としない。
・立ち上がることができるスペースと椅子があればよく、測定場所が限定されない。例えば運動機能を常時測定するモードを用意しておけば、洋式トイレにおいて用を足した後の立ち上がり動作を行った際に運動機能を測定することができるため、ユーザーが知らない間に測定することも可能である。
・歩行が困難なユーザーでも立ち上がって座ることができれば測定が可能である。
・定期的に測定することで運動機能の低下の早期発見、腰や膝の痛みの度合い等の体調の把握、寝たきり予防等が可能になり、医療機関、リハビリ施設等においても有効に利用することができる。
・運動機能評価値が高ければ自信を持つことができるため、外出頻度が増加し、ＱＯＬ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｏｆ Ｌｉｆｅ）を高めることができる。
・経時的に運動機能評価値が維持されていればユーザーは安心することができ、逆に低下していれば運動等によって運動機能評価値を高めようと努力するため、ユーザーの歩行能力等の維持、向上につながる。
なお、本実施形態では、力得点ＰＯ及び角度得点ＴＲに基づいて運動機能指数ＭＦを算出する場合について説明したが、立ち上がりまでの時間、日々の活動量等の他のパラメータを加えて運動機能指数ＭＦを算出するようにしてもよい。
また、本実施形態では、上記（４）式により算出されるＺ軸の傾斜角θｚをユーザーの体幹傾斜角θとして算出する場合について説明したが、図２に示すように、ユーザーが直立した場合にＺ軸が直立方向に沿うように、Ｙ軸がユーザーの前後方向に沿うように、Ｘ軸がユーザーの左右方向に沿うように運動機能測定装置１０を装着した場合、上記（３）式により算出されるＹ軸の傾斜角θｙをユーザーの体幹傾斜角θとして算出するようにしてもよい。Ｙ軸がユーザーの前後方向に沿うように運動機能測定装置１０を装着した場合、図１３に示すように、ユーザー３０が椅子から立ち上がる動作をして前後方向に体幹が傾くと、鉛直軸ＶＡからＹ軸が傾くこととなり、傾斜角θｙが体幹の前後方向の傾きを表すと言えるからである。
さらに、図１４に示すように、ユーザー３０が椅子から立ち上がる動作をして左右方向に体幹が傾くと、鉛直軸ＶＡからＸ軸が傾くこととなり、上記（２）式により算出される傾斜角θｘは、体幹の左右方向の傾きを表すと言える。ユーザーが椅子から立ち上がる際に体幹が左側及び右側の何れかに傾くということは、体の左側及び右側の何れかに痛みが生じているためと考えることもできる。例えば、右膝に大きな痛みが生じていた場合、椅子から立ち上がる際に右膝に力をかけないようにするために必然的に左膝に大きな力がかかり、体は左側へ傾く。図１５には、両膝膝に痛みがない場合における傾斜角θｘの波形５０、右膝に少し痛みがある場合における傾斜角θｘの波形５２、右膝に大きな痛みがある場合における傾斜角θｘの波形５４の一例を示した。なお、傾斜角θｘが正の値の場合は左側に体が傾斜し、傾斜角θｘが負の値の場合は右側に体が傾斜しているものとする。
図１５に示すように、両膝に痛みがない場合の波形５０は、ほとんど変化しておらず、左右方向への体の傾斜が少ない。また、右膝に少し痛みがある場合の波形５２は、椅子から立ち上がる際に右膝に力をかけないようにするために体が左側へ傾くため、最初は傾斜角θｘの値は正の方向に変化する。そして、立ち上がり動作が終わる際には、体を左側へ傾けながら立ち上がった際の反動で体が右側に傾くため、傾斜角θｘの値は負の方向に変化する。また、右膝に大きな痛みがある場合の波形５４は、右膝に小さな痛みがある場合の波形５２よりも傾斜角θｘの変化が大きくなっている。このように、膝の痛みが大きくなるに従って、傾斜角θｘも大きくなる。
そこで、測定期間に測定された傾斜角θｘに基づいて、ユーザーの左側及び右側の何れの側に痛みが生じているかを判定するようにしてもよい。例えば、傾斜角θｘの波形において最初に現れるピークの傾斜角θｘが予め定めた正の閾値ＴＨ１以上の場合には、体が左側へ傾斜しているため体の右側に痛みが生じていると判定し、傾斜角θｘの波形において最初に現れるピークの傾斜角θｘが予め定めた負の閾値ＴＨ２以下の場合には、体が右側へ傾斜しているため体の左側に痛みが生じていると判定する。
このように、左右方向の傾斜角θｘに基づいて、体の左右の何れの側に痛みが生じているかを判定することができる。
また、本実施形態では、加速度に基づいて体幹傾斜角を算出する場合について説明したが、ジャイロセンサを用いて体幹傾斜角を直接検出してもよい。
また、本実施形態では、予め定めた動作として椅子から立ち上がる動作を行った際の運動機能評価値を測定する場合について説明したが、予め定めた動作はこれに限られるものではない。例えば、立ち上がった状態から椅子に座る動作、床に座った状態から立ち上がる動作、立ち上がった状態から床に座る動作、寝た状態から上半身を起こす動作、上半身が起きた状態から寝る動作、階段を登る動作、階段を降りる動作等、体の少なくとも一部を動かす動作であればよい。
なお、本実施形態では、運動機能測定装置１０が携帯型の専用装置の場合について説明したが、例えば図１３に示すように、パーソナルコンピュータ８０に、測定部１４を含む測定機器８２を有線又は無線により接続する構成としてもよい。この場合、パーソナルコンピュータ８０は、測定機器８２により測定された各軸の加速度を取得して図３に示す処理を実行することにより、運動機能測定装置として機能する。また、パーソナルコンピュータに限らず、携帯電話、スマートフォン、及びタブレット端末等の携帯端末に測定機器８２を有線又は無線により接続して、上記携帯端末を運動機能測定装置として機能させるようにしてもよい。
１０ 運動機能測定装置
１２ コントローラ
１４ 測定部
１４Ｘ Ｘ軸加速度検出部
１４Ｙ Ｙ軸加速度検出部
１４Ｚ Ｚ軸加速度検出部
１６ 表示部
１８ 操作部
２０ 計時部
２２ 通信部
２４Ｘ Ｘ軸体動センサ
２４Ｙ Ｙ軸体動センサ
２４Ｚ Ｚ軸体動センサ
２６Ｘ、２６Ｙ、２６Ｚ Ａ／Ｄ変換部
８０ パーソナルコンピュータ
８２ 測定機器
１２ コントローラ
１４ 測定部
１４Ｘ Ｘ軸加速度検出部
１４Ｙ Ｙ軸加速度検出部
１４Ｚ Ｚ軸加速度検出部
１６ 表示部
１８ 操作部
２０ 計時部
２２ 通信部
２４Ｘ Ｘ軸体動センサ
２４Ｙ Ｙ軸体動センサ
２４Ｚ Ｚ軸体動センサ
２６Ｘ、２６Ｙ、２６Ｚ Ａ／Ｄ変換部
８０ パーソナルコンピュータ
８２ 測定機器
Claims (12)
- ユーザーが予め定めた動作をした測定期間に測定された前記ユーザーの加速度を少なくとも含む測定情報を取得する測定情報取得手段と、
前記測定情報に基づいて前記ユーザーの運動機能に関する運動機能評価値を算出する運動機能評価値算出手段と、
を備え、
前記運動機能評価値算出手段は、前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最大値、前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最小値と前記最大値との差分、及び前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最大変化率に基づいて、前記ユーザーの筋力に関する力得点を第１の運動機能評価値として算出する
運動機能測定装置。 - ユーザーが予め定めた動作をした測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角を少なくとも含む測定情報を取得する測定情報取得手段と、
前記測定情報に基づいて前記ユーザーの運動機能に関する運動機能評価値を算出する運動機能評価値算出手段と、
を備え、
前記運動機能評価値算出手段は、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出する
運動機能測定装置。 - 前記測定情報は体幹傾斜角を更に含み、
前記運動機能評価値算出手段は、更に、
前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出し、
前記算出された前記ユーザーの筋力に関する力得点と、前記算出された前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点と、に基づいて、前記ユーザーの筋力及びバランス能力に関する運動機能指数を第３の運動機能評価値として算出する
請求項１記載の運動機能測定装置。 - 前記ユーザーの年齢に関する年齢情報を取得する年齢情報取得手段を更に備え、
前記測定情報は体幹傾斜角を更に含み、
前記運動機能評価値算出手段は、更に、
前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出し、
前記取得された前記年齢情報と、前記算出された前記ユーザーの筋力に関する力得点と、前記算出された前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点と、に基づいて、前記ユーザーの筋力及びバランス能力に関する運動機能指数を第３の運動機能評価値として算出する
請求項１記載の運動機能測定装置。 - ユーザーが予め定めた動作をした測定期間に測定された前記ユーザーの加速度を少なくとも含む測定情報を取得するステップと、
前記測定情報に基づいて前記ユーザーの運動機能に関する運動機能評価値を算出するステップと、
を含むと共に、
前記運動機能評価値を算出するステップは、前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最大値、前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最小値と前記最大値との差分、及び前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最大変化率に基づいて、前記ユーザーの筋力に関する力得点を第１の運動機能評価値として算出する
運動機能測定方法。 - ユーザーが予め定めた動作をした測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角を少なくとも含む測定情報を取得するステップと、
前記測定情報に基づいて前記ユーザーの運動機能に関する運動機能評価値を算出するステップと、
を含むと共に、
前記運動機能評価値を算出するステップは、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出する
運動機能測定方法。 - 前記測定情報は体幹傾斜角を更に含み、
前記運動機能評価値を算出するステップは、更に、
前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出し、
前記算出された前記ユーザーの筋力に関する力得点と、前記算出された前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点と、に基づいて、前記ユーザーの筋力及びバランス能力に関する運動機能指数を第３の運動機能評価値として算出する
請求項５記載の運動機能測定方法。 - 前記ユーザーの年齢に関する年齢情報を取得するステップを更に備え、
前記測定情報は体幹傾斜角を更に含み、
前記運動機能評価値を算出するステップは、更に、
前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出し、
前記取得された前記年齢情報と、前記算出された前記ユーザーの筋力に関する力得点と、前記算出された前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点と、に基づいて、前記ユーザーの筋力及びバランス能力に関する運動機能指数を第３の運動機能評価値として算出する
請求項５記載の運動機能測定方法。 - コンピュータに、
ユーザーが予め定めた動作をした測定期間に測定された前記ユーザーの加速度を少なくとも含む測定情報を取得するステップと、
前記測定情報に基づいて前記ユーザーの運動機能に関する運動機能評価値を算出するステップと、
を含む処理を実行させると共に、
前記運動機能評価値を算出するステップは、前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最大値、前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最小値と前記最大値との差分、及び前記測定期間に測定された前記ユーザーの加速度の最大変化率に基づいて、前記ユーザーの筋力に関する力得点を第１の運動機能評価値として算出する
運動機能測定プログラム。 - コンピュータに、
ユーザーが予め定めた動作をした測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角を少なくとも含む測定情報を取得するステップと、
前記測定情報に基づいて前記ユーザーの運動機能に関する運動機能評価値を算出するステップと、
を含む処理を実行させると共に、
前記運動機能評価値を算出するステップは、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出する
運動機能測定プログラム。 - 前記測定情報は体幹傾斜角を更に含み、
前記運動機能評価値を算出するステップは、更に、
前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出し、
前記算出された前記ユーザーの筋力に関する力得点と、前記算出された前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点と、に基づいて、前記ユーザーの筋力及びバランス能力に関する運動機能指数を第３の運動機能評価値として算出する
請求項９記載の運動機能測定プログラム。 - 前記ユーザーの年齢に関する年齢情報を取得するステップを更に備え、
前記測定情報は体幹傾斜角を更に含み、
前記運動機能評価値を算出するステップは、更に、
前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角の最大値と前記測定期間のうち前記ユーザーが安静状態である安静期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角である基準体幹傾斜角との差分と、前記測定期間に測定された前記ユーザーの体幹傾斜角のピーク回数と、に基づいて、前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点を第２の運動機能評価値として算出し、
前記取得された前記年齢情報と、前記算出された前記ユーザーの筋力に関する力得点と、前記算出された前記ユーザーのバランス能力に関する角度得点と、に基づいて、前記ユーザーの筋力及びバランス能力に関する運動機能指数を第３の運動機能評価値として算出する
請求項９記載の運動機能測定プログラム。
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