JP7007777B1 - 脊柱アライメント推定装置，脊柱アライメント推定システム，脊柱アライメント推定システムの作動方法，脊柱アライメント推定プログラム及び脊柱アライメント推定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 - Google Patents

Abstract

脊柱アライメント推定装置(1)は、視覚対象物との関係で計測されるヒトの頭部の位置と、ヒトの頭部の角度とを取得する取得部(11)と、前記取得部によって取得された前記位置及び前記角度に基づいて、前記ヒトの脊柱アライメントを推定する推定部(12)と、を備える。

Description

本明細書に記載する技術は、脊柱アライメント推定装置，脊柱アライメント推定システム，脊柱アライメント推定方法，脊柱アライメント推定プログラム及び脊柱アライメント推定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に関する。

コンピュータディスプレイ等の視覚表示端末（ＶＤＴ；Visual Display Terminals）の普及に伴い、長時間のＶＤＴ作業により惹起される心身の症状（ＶＤＴ症候群）が問題視されている。

特に、ノートパソコンやスマートフォン等の携帯型のＶＤＴを使用する際、ヒトは前傾姿勢をとる傾向にある。前傾姿勢の持続により、頭部の重みを支える頚椎周囲の筋群に負荷がかかり、肩こりや頭痛など様々な症状が引き起こされる。

ＶＤＴ使用時のヒトの頭頚部の前後方向の肢位を経時的にモニタし、不良姿勢を判定して警告するデバイスとして、身体に装着又は着用可能なウェアラブル型のものや、ＶＤＴそのものに組み込んで利用する端末型のものが知られている。

ウェアラブル型の一例として、傾斜センサを備えるレンズレスフレームでは、水平軸（視線角度0°）からのフレームの前後方向の傾斜角度を測定し、傾斜角度が所定の許容範囲外となる場合に警告を発する（特許文献１参照）。

ウェアラブル型の他例として、複数のセンサを備えるスマート眼鏡では、慣性センサが測定したユーザの頭部の前後方向を傾斜角及びピッチ角が許容設定値を超える場合、もしくは距離センサが計測した対象物との距離が一定時間以上、設定値未満となる場合に警告を発する（特許文献２参照）。

一方、端末型の一例として、複数のセンサを内蔵する携帯端末では、加速度センサで携帯端末の空間における前後方向の角度を算出し、測距センサで画面とユーザの眼との間の距離を測定し、これら二つの情報からユーザの姿勢を判定し、警告を発する（特許文献３参照）。

国際公開第２０１６／０７９５８５号 中国特許公開第１０３４７９３６１号 特開２０１５－３９４７２号公報

上記姿勢判定手法はいずれも、ヒトの頭頚部のみに着目し、頭頚部の前後方向の傾斜角度と、頭頚部とＶＤＴとの間の距離とがそれぞれ許容範囲にあるか否かに基づいて姿勢を判定している。しかしながら、特に座位での姿勢変化には、頭頚部だけでなく脊柱を構成する頚椎、胸椎、腰椎、骨盤の肢位全てが関与する（図１及び図２参照）。したがって、頭頚部に関する情報のみに基づく姿勢判定では、ヒトの姿勢を正確に推定できない可能性がある。

通常、ヒトの脊柱の配列（脊柱アライメント）情報はモーションキャプチャ（motion capture）等の３次元動作解析装置、或いは、Ｘ線画像から取得する。しかし、動作解析装置は高価で大掛かりな装置が必要になり、日常的に誰もが用いることのできるものではない。Ｘ線撮像は放射線被曝を伴い、通常医療上の正当な理由がない限り許容されない。またＶＤＴ使用時のヒトの姿勢を経時的、動的に取得することは不可能である。

１つの側面では、本明細書に記載する技術は、座位でのヒトの脊柱アライメントを簡易な装置で、経時的、動的かつ正確に推定することを目的とする。

１つの側面において、脊柱アライメント推定装置は、視覚対象物との関係で計測されるヒトの頭部の位置と、ヒトの頭部の角度とを取得する取得部と、前記取得部によって取得された前記位置及び前記角度に基づいて、前記ヒトの脊柱アライメントを推定する推定部と、を備える。

１つの側面として、座位でのヒトの脊柱アライメントを簡易な装置で、経時的、動的かつ正確に推定することができる。

ユーザの脊柱アライメントの推定に用いる指標を説明する図である。 ユーザの脊柱アライメントの推定に用いる指標を説明する図である。 一実施形態に係る脊柱アライメント推定システムを説明するための図である。 一実施形態としてのメガネに装着された計測端末の外観構成を説明するための図である。 ユーザの頭部とＶＤＴとの間の距離、並びに、ユーザの頭部の角度を説明する図である。 座位でのユーザの脊柱アライメントの変化を説明する図である。 頚椎傾斜角と視距離との相関を示す図である。 頚椎傾斜角と頭部傾斜角との相関を示す図である。 脊椎の各部位のアライメントに関する、装置から得たデータと３次元動作解析装置から得た計測結果を用いて得られる係数とを用いた、重回帰分析の結果の一例を示す図である。 一実施形態に係る脊柱アライメント推定システムの動作例を説明するためのフローチャートである。 一実施形態に係るコンピュータのハードウェア構成例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。なお、以下の実施形態で用いる図面において、同一符号を付した部分は、特に断らない限り、同一若しくは同様の部分を表す。

実施形態では、説明で用いる方向を下記のように定義する。水平方向を前後方向（図中には前方を「Ｆ」で示すとともに後方を「Ｂ」で示す）および左右方向（図中には左方を「Ｌ」で示すとともに右方を「Ｒ」で示す）に細別して説明する。左右方向については、後方から前方へ向いた状態を基準に左右を定める。また、鉛直方向のうち重力の作用方向を下方（図中には「Ｄ」で示す）とし、下方の反対方向を上方（図中には「Ｕ」で示す）とする。

〔１〕一実施形態
〔１－１〕ヒトの脊柱に関する定義
本出願で用いる、ヒト脊柱に関する用語や、説明のための符号について定義する。
図１及び図２は、ヒトの脊柱アライメントの推定に用いる指標を説明する図である。ヒトの脊柱は、頸椎、胸椎、腰椎、仙骨、尾骨から構成され、これらの骨の配列を「脊柱アライメント」と称する。各骨は英語の頭文字から、頚椎(Cervical spine)はＣ１～Ｃ７、胸椎(Thoracic spine)はＴ１～Ｔ１２、腰椎(Lumbar spine)はＬ１～Ｌ５、仙骨（Sacrum）はＳ、尾骨（Coccyx）はＣоで表現される。本明細書に記載する技術において、座位でＶＤＴ操作をするユーザの姿勢を推定する上で、その基準点として第２頚椎Ｃ２、第７頚椎Ｃ７、第３胸椎Ｔ３、第８胸椎Ｔ８、第１２胸椎Ｔ１２、第３腰椎Ｌ３、仙骨Ｓに相当する高位の体表正中を使用する。図１及び図２中に配置された白丸（マーカ）は、座位のユーザの姿勢に関係する骨の位置に相当する体表面の位置を示している。

前述の通り、座位でのユーザの姿勢を推定するための基準点である、Ｃ２、Ｃ７、Ｔ３、Ｔ８、Ｔ１２、Ｌ３、Ｓの正中に相当する体表に配置された白丸の中心を直線で結ぶと、ユーザの背面に沿って１本の折れ線が描かれる。この折れ線は、ユーザの前後方向の脊柱アライメントを疑似的に示す線である。それぞれの点を結んだ直線が水平線や鉛直線となす角、及び二本の隣接する直線がなす角は、それぞれ脊椎の各部位の傾き及び弯曲の度合いを擬似する。

本項で表す角は、脊柱の前後（矢状面）方向の角とする。図１において、Ｃ２とＣ７を結ぶ線分と鉛直線Ｖ_１とがなす角（Ｃ２－Ｃ７鉛直角）をＹ_１で示す。Ｙ₁は、頚椎の前傾の程度を表す角度である。図１において、Ｃ７とＴ３を結ぶ線分が鉛直線Ｖ_２とがなす角をＹ_２で示す。Ｙ_２は、頚椎アライメントを決定する重要な指標とされるT1 slope、いわゆる図１に示す第１胸椎椎体（Ｔ１）上面が水平線Ｈとなす角を擬似する。T1 slopeは第１胸椎の椎体上面が水平面に対して何度傾いているかを表すもので、臨床的には頚椎アライメントを規定する指標の一つである。

図２において、Ｃ７とＴ３を結ぶ線分と、Ｔ３とＴ８を結ぶ線分を上方向に延長した線分がなす鋭角をＹ₃で示す。Ｙ₃は、上位胸椎の後弯、いわゆる胸椎上部での後方凸の脊柱の弯曲（上位胸椎後弯角）を擬似する。図２において、Ｔ３とＴ８を結ぶ線分を下方向に延長した線分と、Ｔ８とＴ１２を結ぶ線分がなす鋭角をＹ₄で示す。Ｙ₄は、中下位胸椎の後弯、いわゆる胸椎中～下部での後方凸の脊柱の弯曲（中下位胸椎後弯角）を擬似する。図２において、Ｔ１２とＬ３を結ぶ線分と、Ｌ３とＳを結ぶ線分を上方向に延長した線分がなす鋭角をＹ₅で示す。Ｙ₅は、腰椎の前弯、いわゆる腰椎部での前方凸の脊柱の弯曲（腰椎前弯角）を擬似する。腰椎前弯角は通常、図２に示すようにＬ１椎体上面と仙骨S上面の延長線がなす角で示されるものであり、腰椎アライメントに関連する一指標である。

上記に示した脊椎アライメントの指標となる、頚椎前傾角、T1 slope、上位胸椎後弯角、中下位胸椎後弯角、腰椎前弯角は、本来Ｘ線写真によって計測される値である。Ｙ_１～Ｙ_５は、前記の体表の基準点を元にして、これらの、本来、Ｘ線写真を撮らないとわからない角度を推定した擬似の値である。

〔１－２〕一実施形態の説明
本発明における視覚対象物は、書籍や絵画の他、テレビ等の表示画面、コンピュータディスプレイ又は携帯機器等の操作画面などの視覚表示端末といった、対象物とユーザとの距離が測定できるものであれば、全て含まれる。ただし、視覚対象物とユーザとの距離は、ユーザの頭部の傾きに影響を与える約５ｍ範囲内が好ましい。以下では、コンピュータディスプレイ等の操作端末の操作画面を一例に説明する。

図３は、一実施形態に係る脊柱アライメント推定システム１００を説明するための図である。図３に示すように、脊柱アライメント推定システム１００は、例示的に、脊柱アライメント推定装置１、操作端末２及び計測端末３を備えてよい。

脊柱アライメント推定システム１００は、ユーザの脊柱アライメントを推定するためのシステムであり、情報処理システムの一例である。

脊柱アライメント推定装置１、操作端末２及び計測端末３は、ネットワークを介して互いに接続されてよい。図３には有線で接続される例が示されているが、無線で接続されてもよい。

操作端末２は、ユーザ（別言すれば、ヒト）が操作する情報処理端末の一例である。操作端末２としては、例えば、ＰＣ（Personal Computer）及びスマートフォン等の種々のコンピュータが挙げられる。

図３に示すように、操作端末２は、操作画面（視覚対象物）に情報表示する表示部２１を備えてよい。表示部２１は、操作画面を介して種々の情報をユーザに提示する。提示される情報には、後述する第１計測部３１が計測したユーザの頭部の位置及び第２計測部３２が計測したユーザの頭部の角度と、脊柱アライメント推定装置１の通知部１３から出力された情報とを含んでよい。

計測端末３は、ユーザに装着された状態で種々のデータを計測する機器ユニットの一例である。計測端末３は、例えば、ユーザの装着物であるメガネ、ヘッドバンド、ネックレス、イヤフォーン等に装着可能（着脱可能）なものであってもよく、ユーザの装着物と一体化されている（着脱不可）ものであってもよい。

図３に示すように、計測端末３は、第１計測部３１と、第２計測部３２とを備えてよい。第１計測部３１は、操作端末２の操作画面との関係におけるユーザの頭部の位置を計測する。換言すると、第１計測部３１は、操作端末２の操作画面と、当該操作画面に対向するユーザとの間の距離を計測する。あるいは、第１計測部３１は、起動時のユーザの頭部の位置を初期位置とし、初期位置からの変化を距離として計測してよい。

第２計測部３２は、ユーザの頭部の角度を計測する。換言すると、第２計測部３２は、操作端末２の操作画面に対向するユーザの頭部の傾斜角度を計測する。操作端末２がパソコンである場合、操作画面の角度は略一定であるため、ユーザの頭部の角度は画面との関係における角度と解釈できる。

計測端末３は、第１計測部３１が計測したユーザの頭部の位置及び第２計測部３２が計測したユーザの頭部の角度を脊柱アライメント推定装置１に送信する。

脊柱アライメント推定装置１は、データの分析、表示情報の生成、及び、ファイルの管理を行なう、データ分析装置、情報処理装置、又は、コンピュータの一例である。

図３に示すように、脊柱アライメント推定装置１は、取得部１１と、推定部１２と、通知部１３とを備えてよい。取得部１１は、計測端末３から、第１計測部３１が計測したユーザの頭部の位置及び第２計測部３２が計測したユーザの頭部の角度を取得する。推定部１２は、取得部１１が取得したユーザの頭部の位置及び角度に基づいて、ユーザの脊柱アライメントを推定する。通知部１３は、推定部１２の推定結果に基づいて、姿勢の異常をユーザに通知する。

〔１－３〕計測端末の外観構成例
図４は、一実施形態としての計測端末３の外観構成を説明するための図である。ここでは、メガネに装着可能な計測端末３を例に説明する。計測端末３は、日常生活で使用される通常の形状のメガネ４のテンプル４０ａに装着される。計測端末３は、筐体３０ａを有し、筐体３０ａには、テンプル４０ａに装着するためのフック３０ｂが設けられている。ここでは、メガネ４の左側のテンプル４０ａの外側（左側）に筐体３０ａが取り付けられている。計測端末３のテンプル４０ａにおける位置は、メガネ４を着用したユーザの眼に近い位置であるこめかみ辺りであることが好ましい。

筐体３０ａには、位置計測器３０ｃ及び角度計測器３０ｄが収容されている。位置計測器３０ｃは、操作端末２の操作画面との関係におけるユーザの頭部の位置を計測する機器の一例である。換言すれば、位置計測器３０ｃは、第１計測部３１の一例である。位置計測器３０ｃは、例えば、光学式，電波式，超音波式の測距センサ等が挙げられる。ここでは、位置計測器３０ｃにカメラ３０ｃを用いたものを例として説明する。

角度計測器３０ｄは、操作端末２の操作画面との関係におけるユーザの頭部の角度を計測する機器の一例である。換言すれば、角度計測器３０ｄは、第２計測部３２の一例である。角度計測器３０ｄは、例えば、加速度センサ及びジャイロを含む慣性センサ又は傾斜センサ等が挙げられる。ここでは、角度計測器３０ｄに加速度センサ３０ｄを用いたものを例に説明する。

〔１－４〕推定部の説明
次に、上述した脊柱アライメント推定装置１の推定部１２の処理の一例を、メガネ４に装着可能な計測端末３と、操作端末２としてノートパソコン２とを用いた脊柱アライメント推定システム１００の例とともに説明する。

図５は、ユーザの頭部とＶＤＴとの間の距離、並びに、ユーザの頭部の角度を説明する図である。図５に示すように、本実施形態では、最適な例として、ユーザは計測端末３が装着されたメガネ４を着用し、座位（着座状態）でノートパソコン２を操作する場合で説明する。ユーザの身体の後方（背面）に沿って延びる線は脊柱ＳＣを示している。また、脊柱ＳＣに沿ってユーザの背面に配置された黒丸はそれぞれ座位のユーザの姿勢に関係する骨の位置に相当する皮膚表面の位置を示しており、図１及び図２中の白丸の位置と一致している。

計測端末３のカメラ（位置計測器３０ｃ）は、操作画面２ａとの関係におけるユーザの頭部の位置、換言すると、ノートパソコン（操作端末）２の操作画面２ａと、ユーザの頭部との間の距離ｄを計測する。計測端末３は、ユーザのこめかみ辺りの位置に取り付けられているため、カメラ３０ｃで計測された距離ｄは、ユーザの眼から操作画面２ａまでの視距離ｄであるともいえる。

計測端末３の加速度センサ３０ｄは、ユーザの頭部の角度θ_Ｓを計測する。角度θ_Ｓは、ユーザの頭部、すなわち眼と耳介上縁を結んだ線の基準線（例えば、水平線）に対する傾きである。正面姿勢のテンプル４０ａの位置を水平線Ｈで示し、傾斜姿勢のテンプル４０ａの位置を仮想線Ｉで示すと、角度θ_Ｓは、水平線Ｈ及び仮想線Ｉとの間の角度であるともいえる。

推定部１２は、取得部１１によって取得されたユーザの頭部の位置（視距離ｄ）及び角度（傾斜角度θ_Ｓ）に基づいて、後述する、推定部１２の記憶部１０ｃ（図１１を用いて後述）に記憶されている係数Ａ_１～Ａ_５を用いて、脊柱アライメントを構成する所定の部位がなす角を算出することによって、ユーザの脊柱アライメントを推定する。

以下、実験により、脊柱アライメントと、視距離ｄ及び傾斜角度θ_Ｓとの相関関係について説明する。

（動作解析装置と計測端末３の測定値との相関関係を調べる実験）
図６は、座位でのユーザの脊柱アライメントの変化を説明する図である。脊柱アライメントと、視距離ｄ及び傾斜角度θ_Ｓとの相関関係を調べるために、所定の条件下で実験を行なった。詳細には、全方位８箇所に設置された赤外線型ハイスピード型カメラを用いた３次元動作解析装置による、前記脊椎指標の空間座標の取得、及び計測端末３を用いた頭部傾斜角θ_Ｓと視距離ｄの取得を同時に行った。３次元動作解析装置は空間分解能１ｍｍ、サンプリングレート１２０Ｈｚで座標情報を得た。計測端末３では、サンプリングレート１０Ｈｚで上記の頭部傾斜角θ_Ｓと視距離ｄを取得した。実験は複数の被験者に対して行なわれた。

被験者は、計測端末３が装着されたメガネ４を着用した。また同時に、ユーザの背面には、３次元動作解析装置のマーカ（黒丸）が装着された。マーカは、図１及び図２と同様に、座位の被験者の姿勢に関係する骨の位置に相当する位置に貼付けられた。マーカは、第２頚椎Ｃ２、第７頚椎Ｃ７、第３胸椎Ｔ３、第８胸椎Ｔ８、第１２胸椎Ｔ１２、第３腰椎Ｌ３、仙骨Ｓに相当する７箇所と、さらに、計測端末３を挟む前後の２箇所と、ノートパソコンの操作画面２ａの１箇所とに貼り付けられた。

被験者は、前傾して操作画面２ａに近づいた姿勢を初期姿勢（図６Ａ）として、操作画面２ａの画面上を上下に移動する点に合わせて頭頚部を上下に動かしながら、徐々に操作画面２ａから遠ざかり正面姿勢（図６Ｂ）まで姿勢を変化させた。この間、被験者の脊柱アライメントを構成する所定の部位の角と、視距離ｄ及び傾斜角度θ_Ｓとを経時的に計測した。

実験結果では、脊柱アライメントを構成する部位の全ての角と、視距離ｄ及び傾斜角度θ_Ｓとの間に相関が見られた。一例として、図７は、頚椎傾斜角と視距離との相関を示し、図８は、頚椎傾斜角と頭部傾斜角との相関を示す図である。Ｃ２－Ｃ７鉛直角（頚椎傾斜角）の場合、Ｃ２－Ｃ７鉛直角と視距離ｄとは強い負の相関が見られ、Ｃ２－Ｃ７鉛直角と傾斜角度θ_Ｓは強い正の相関が見られた（図７，図８参照）。

上記の相関性から、脊柱アライメントを構成する所定の部位がなす角（以下、推定疑似角とも称する）Ｙ_１～Ｙ_５は、計測端末３から得たデータと、３次元動作解析装置から得た実際のＹ_１～Ｙ_５の計測結果を用いて得られる回帰係数Ａ_１～Ａ_４及び切片（係数）Ａ_５と、を用いた重回帰分析によって算出することができる。回帰分析は、ｎ次（ｎは自然数）であってよく、好ましくは２次以下である。

推定疑似角Ｙ_１～Ｙ₅を推定したい対象（目的変数Ｙ_ｍ）とし、推定疑似角Ｙ_１～Ｙ_５を変動させる要素を計測端末３で計測した頭部の傾斜角度θ_Ｓ（説明変数Ｘ_１）及び視距離ｄ（説明変数Ｘ_２）とすると、これらの関係は、例えば、次の線形近似式で表される。

式１は、説明変数が複数である重回帰分析の関係式（重回帰式、モデル式）である。Ａ_１～Ａ_４は回帰係数、Ａ_５は切片を表す。

Ｙ_ｍは、脊柱アライメントを構成する所定の部位がなす角（推定疑似角）であり、ｍ=１～５である。マーカを第２頚椎Ｃ２、第７頚椎Ｃ７、第３胸椎Ｔ３、第８胸椎Ｔ８、第１２胸椎Ｔ１２、第３腰椎Ｌ３、仙骨Ｓに相当する７箇所に付していることから、ここでの推定疑似角Ｙ_１～Ｙ₅は、姿勢において重要な、頚椎前傾角、T1 slope、上位胸椎後弯角、胸椎後弯角、腰椎前弯角の角度を推定した擬似の値となる。Ｙ_ｍとＸ_１の単位は［度］であり、Ｘ_２の単位は［ｍｍ］である。
なお、求めるＹ_ｍは、上記の角度に限らず、目的に応じて、異なる場所での角度としてもよいし、或いは、より多くの角度を求めてもよいし、より少ない角度を求めてもよい。

係数Ａ_１は、頭部の傾斜角度θ_Ｓの項の係数であり、係数Ａ_３は、頭部の傾斜角度θ_Ｓの２乗の項の係数である。係数Ａ_２は、視距離ｄの項の係数であり、係数Ａ_４は、視距離ｄの２乗の項の係数である。係数Ａ_５は、切片である。

係数Ａ_１～Ａ_５には、ユーザ毎に異なる値が設定される。換言すると、係数Ａ_１～Ａ_５は、ユーザの属性に応じた値である。ユーザの属性とは、例えば、年齢、性別、身長、体重、体型等のパラメータが挙げられる。

係数Ａ_１～Ａ_４は、３次元動作解析装置で算出された所定の被験者、被計測者又はユーザの実際の脊柱アライメントと、頭部の傾斜角度θ_Ｓ及び視距離ｄとの相関関係から算出される係数である。係数Ａ_５は、係数Ａ_１～Ａ_４を算出する過程で算出される係数である。係数Ａ_１～Ａ_５の算出方法は後述する。

さらに、式１の係数Ａ_１～Ａ_５には、脊柱アライメントを構成する所定の部位がなす角に応じた値が設定される。換言すると、係数Ａ_１～Ａ_５の値は、Ｙ_１～Ｙ₅毎に異なる。従って、推定部１２は、ユーザの属性及び算出対象のＹ_ｍに応じた係数Ａ_１～Ａ_５が設定された式１に、視距離ｄ及び傾斜角度θ_Ｓを代入することで、Ｙ_ｍを算出する。

推定部１２は、視距離ｄ及び傾斜角度θ_Ｓを取得すると、記憶部１０ｃが記憶する情報を参照し、係数Ａ_１～Ａ_５の抽出を行う。図９は、本発明の計測端末３を用いて計測した視距離ｄ及びユーザの頭部の角度θ_Ｓの計測値と、３次元動作解析装置を用いて計測したＹ_１～Ｙ_５の実測の値とから、重回帰分析を用いて算出された係数Ａ_１～Ａ_５を含む結果の一例を示す表である。重回帰分析の結果表は、疑似推定角を算出するのに必要な係数及び切片を示す表である。

（重回帰分析の結果表）
図９に示すように、重回帰分析の結果表は、例えば、縦軸に「切片Ａ_５」、「頭部傾斜角θ_Ｓの項の係数Ａ_１」、「視距離ｄの項の係数Ａ_２」、「頭部傾斜角θ_Ｓの２乗の項の係数Ａ_３」及び「視距離ｄの２乗の項の係数Ａ_４」の各項目及び、任意に、「重相関係数Ｒ」、「重決定係数Ｒ_２」を含んでよい。また、横軸にＹ_１～Ｙ₅をそれぞれ示す「Ｃ２－Ｃ７鉛直角」、「Ｔ１ ｓｌоｐｅ」、「Ｃ７－Ｔ３－Ｔ８」、「Ｔ３－Ｔ８－Ｔ１２」、及び「Ｔ１２－Ｌ３－Ｓ」の各項目を含んでよい。

（係数Ａ_１～Ａ_５の算出）
実験結果から、脊柱アライメントを構成する部位の全ての角と、視距離ｄ及び傾斜角度θ_Ｓとは、式１の回帰分析の式で表わせることがわかった。そこで、式１に、Ｘ_１、Ｘ_２に計測端末３で計測したデータを代入し、Ｙ_ｍに計測端末３で計測した時と同じ時に３次元動作解析装置を用いて計測した値を代入することで係数Ａ_１～Ａ_５を得た。係数Ａ_１～Ａ_５の値は、複数の計測結果を統計学的に近似式に当てはめることで算出されるともいえる。

回帰分析は、一次の回帰分析（一次線形近似）でも行ったが、結果にばらつきがあった。これに対し、二次の回帰分析（二次線形近似）ではばらつきの少ない結果が得られた。

図９の、「重相関係数Ｒ」の項目に示されように、当該手法によるそれぞれの相関係数の値は０．７３５～０．９７２の範囲にあり、この結果から、Ｙ_ｍに応じて係数Ａ_１～Ａ_５が設定された式１を用いて、Ｘ_１及びＸ_２に視距離ｄ及び傾斜角度θ_Ｓを代入することで算出されるＹ_ｍが、非常に高い精度で推定されることがわかる。

推定部１２は、算出されたＹ_１～Ｙ_５の値を所定の範囲の値と比較する。所定の範囲の値とは、例えば、基準となる姿勢、すなわち、脊椎の形状からみて、脊柱アライメントを構成する所定の部位に負担がかからない医学的な見地から理想的とされる正しい姿勢のときの範囲内の角度である。比較した結果、Ｙ_１～Ｙ_５の値が所定の範囲内にない場合には、不良姿勢であるという評価情報を通知部１３に送信する。この場合、脊椎のどの部位に、特に負荷がかかっているかを送信してもよい。

推定部１２は、Ｙ_１～Ｙ_５の値が所定の範囲内にない時間又は頻度に応じて、不良姿勢の評価（判定）を行なってよい。推定部１２は、例えば、視距離ｄ及び傾斜角度θ_Ｓの計測時（瞬間）に限らず、一定の時間範囲でＹ_１～Ｙ_５の値が所定の範囲内にない時間や頻度の累積を算出した値に基づいて行ってよい。例えば、Ｙ_１～Ｙ_５の値が所定の範囲内にない時間が、一時間当たり５％を占める場合、又は、一日のうちで１０回カウントされた場合等に、その割合（値）を所定の閾値と比較することで姿勢の評価（判定）を行ってよい。或いは、アンケートなどを行った結果、身体の変調や痛みを感じる、脊椎に異常を感じる、という回答があった時のＹ_１～Ｙ_５の値を機械学習で解析して、異常となる値を求め、それを用いて評価してもよい。

推定部１２は、脊柱アライメント推定システム１００及び３次元動作解析装置を用いて求められた係数Ａ_１～Ａ_５を表として作成し、記憶部１０ｃ（図１１を用いて後述）に格納している。

この表は、被計測対象のユーザ個別の表であってもよく、または、膨大な計測データを機械学習し、被計測者の属性で分類して作成された表であってもよい。表は脊柱アライメント推定システム１００を使用するユーザが自身の属性に応じて選択して使用される。属性は性別，年齢，体型などである。表では、性別，年齢，体型の組み合わせに応じて、それぞれ、係数Ａ_１～Ａ_５が定められており、ユーザは自身の属性を選択することで、容易に、脊柱アライメント推定システム１００を用いて、自身の脊椎アライメントを推定できる。例えば、図９の係数Ａ_１～Ａ_５は、“性別：男性，年齢：２０代，体型：やせ型”であるが、これを当該属性の値として表にし、記憶部１０ｃに記憶する。なお、係数Ａ_１～Ａ_５は外部サーバなどに記憶しておいてもよい。

また、表は属性だけではなく、ユーザの状態に応じても最適な係数Ａ_１～Ａ_５が定められていてもよい。状態は、椅子での座位、正座での座位、立位、仰臥位などである。ユーザは、その使用時の状況を脊柱アライメント推定システム１００で設定することで、どのような状態であっても脊柱アライメントを推定できる。

〔１－５〕動作例
以下、上述した脊柱アライメント推定システム１００の動作例を説明する。図１０は、一実施形態に係る脊柱アライメント推定システム１００の動作例を説明するフローチャートである。

計測端末３の第１計測部３１が、操作画面２ａとユーザとの間の視距離ｄを計測し、第２計測部３２が、操作端末２の操作画面２ａに対向するユーザの頭部の傾斜角度θ_Ｓを計測する（ステップＳ１）。

脊柱アライメント推定装置１の取得部１１は、計測端末３から視距離ｄ及び傾斜角度θ_Ｓを取得する。推定部１２は、ユーザの属性に応じた係数Ａ_１～Ａ_５が設定された式１に視距離ｄ及び傾斜角度θ_Ｓを代入し、ユーザの脊柱の所定の部位の角Ｙ_１～Ｙ_５を算出する（ステップＳ２）。推定部１２は、さらに、計測時、連続する一定時間（期間）における角Ｙ_１～Ｙ_５の値がそれぞれ所定の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ３）。

角Ｙ_１～Ｙ_５の値が所定の範囲内にない（あるいは、所定の範囲内にない時間又は頻度が所定の閾値を超える）と判定された場合、脊柱アライメント推定装置１の通知部１３は、ユーザの脊柱アライメントから推定される姿勢が不良であることを操作端末２に通知し、操作端末２に不良姿勢の警告を表示させる（ステップＳ４）。そして、処理は終了する。

一方、ステップＳ３において、角Ｙ_１～Ｙ_５の値が所定範囲内であると判定された場合、操作端末２における警告の表示等は行なわれずに、処理は終了する。

〔１－６〕効果
以上のように、一実施形態に係る脊柱アライメント推定システム１００，脊柱アライメント推定装置，脊柱アライメント推定システム，脊柱アライメント推定方法，脊柱アライメント推定プログラム及び脊柱アライメント推定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によれば、例えば、以下の作用効果を奏することができる。

脊柱アライメント推定装置１は、操作端末２の操作画面２ａに対向するユーザとの間の視距離ｄと、操作画面２ａの操作画面に対向するユーザの頭部の傾斜角度θ_Ｓとに基づいて、脊柱アライメントを推定する。これにより、ユーザの脊柱アライメントを、大規模な装置を用いることなく、２つの情報から簡便に、経時的かつ動的に推定できる。

脊柱アライメント推定装置１は、脊柱アライメントを構成する所定の部位がなす角Ｙ_１～Ｙ_５を算出することによって、ユーザの脊柱アライメントを推定する。これにより、座位でのユーザの脊柱アライメントを正確に推定できる。

脊柱アライメント推定装置１は、図６に示した実験をもとに算出されたＡ_１～Ａ_５に基づいて、ユーザの脊柱アライメントを構成する所定の部位がなす角Ｙ_１～Ｙ_５を算出する。これにより、実際にユーザの３次元動作解析装置で取得したデータ値に非常に近似した（相関の高い）値を得られる。よって、ユーザの脊柱アライメントをより正確に推定できる。

脊柱アライメント推定装置１は、推定部１２によって算出された脊柱アライメントを構成する所定の部位がなす角Ｙ_１～Ｙ_５が所定の範囲内にない場合に、姿勢の異常をユーザに通知する。これにより、ユーザは、自発的に姿勢を正すことができる。

〔１－７〕脊柱アライメント推定装置のハードウェア構成例
図１１は、脊柱アライメント推定装置１の機能を実現するコンピュータ１０のハードウェア（ＨＷ）構成例を示すブロック図である。脊柱アライメント推定装置１の機能を実現するＨＷリソースとして、複数のコンピュータが用いられる場合は、各コンピュータが図１１に例示するＨＷ構成を備えてよい。

図１１に示すように、コンピュータ１０は、ＨＷ構成として、例示的に、プロセッサ１０ａ、メモリ１０ｂ、記憶部１０ｃ、ＩＦ（Interface）部１０ｄ、Ｉ／Ｏ（Input / Output）部１０ｅ、及び読取部１０ｆを備えてよい。

プロセッサ１０ａは、種々の制御や演算を行なう演算処理装置の一例である。プロセッサ１０ａは、コンピュータ１０内の各ブロックとバス１０ｉで相互に通信可能に接続されてよい。なお、プロセッサ１０ａは、複数のプロセッサを含むマルチプロセッサであってもよいし、複数のプロセッサコアを有するマルチコアプロセッサであってもよく、或いは、マルチコアプロセッサを複数有する構成であってもよい。

プロセッサ１０ａとしては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＰＵ（Accelerated Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific IC）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）が挙げられる。なお、プロセッサ１０ａとして、これらの集積回路の２以上の組み合わせが用いられてもよい。

メモリ１０ｂは、種々のデータやプログラム等の情報を格納するＨＷの一例である。メモリ１０ｂとしては、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性メモリ、及び、ＰＭ（Persistent Memory）等の不揮発性メモリ、の一方又は双方が挙げられる。

記憶部１０ｃは、種々のデータやプログラム等の情報を格納するＨＷの一例である。記憶部１０ｃとしては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の磁気ディスク装置、ＳＳＤ（Solid
State Drive）等の半導体ドライブ装置、不揮発性メモリ等の各種記憶装置が挙げられる。不揮発性メモリとしては、例えば、フラッシュメモリ、ＳＣＭ（Storage Class Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等が挙げられる。

また、記憶部１０ｃは、コンピュータ１０の各種機能の全部若しくは一部を実現するプログラム１０ｇ（例えば、脊柱アライメント推定プログラム）を格納してよい。例えば、脊柱アライメント推定装置１のプロセッサ１０ａは、記憶部１０ｃに格納されたプログラム１０ｇ（例えば、脊柱アライメント推定プログラム）をメモリ１０ｂに展開して実行することにより、図３に例示する脊柱アライメント推定装置１としての機能を実現できる。

ＩＦ部１０ｄは、ネットワークとの間の接続及び通信の制御等を行なう通信ＩＦの一例である。例えば、ＩＦ部１０ｄは、イーサネット（登録商標）等のＬＡＮ、或いは、ＦＣ（Fibre Channel）等の光通信等に準拠したアダプタを含んでよい。当該アダプタは、無線及び有線の一方又は双方の通信方式に対応してよい。例えば、脊柱アライメント推定装置１は、ＩＦ部１０ｄを介して、操作端末２及び計測端末３と相互に通信可能に接続されてよい。また、例えば、プログラム１０ｇ（脊柱アライメント推定プログラム）は、当該通信ＩＦを介して、ネットワークからコンピュータ１０にダウンロードされ、記憶部１０ｃに格納されてもよい。

Ｉ／Ｏ部１０ｅは、入力装置、及び、出力装置、の一方又は双方を含んでよい。入力装置としては、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等が挙げられる。出力装置としては、例えば、モニタ、プロジェクタ、プリンタ、音声機器等が挙げられる。

読取部１０ｆは、記録媒体１０ｈに記録されたデータやプログラムの情報を読み出すリーダの一例である。読取部１０ｆは、記録媒体１０ｈを接続可能又は挿入可能な接続端子又は装置を含んでよい。読取部１０ｆとしては、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等に準拠したアダプタ、記録ディスクへのアクセスを行なうドライブ装置、ＳＤカード等のフラッシュメモリへのアクセスを行なうカードリーダ等が挙げられる。なお、記録媒体１０ｈにはプログラム１０ｇ（例えば、脊柱アライメント推定プログラム）が格納されてもよく、読取部１０ｆが記録媒体１０ｈからプログラム１０ｇ（例えば、脊柱アライメント推定プログラム）を読み出して記憶部１０ｃに格納してよい。

記録媒体１０ｈとしては、例示的に、磁気／光ディスクやフラッシュメモリ等の非一時的なコンピュータ読取可能な記録媒体が挙げられる。磁気／光ディスクとしては、例示的に、フレキシブルディスク、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ブルーレイディスク、ＨＶＤ（Holographic Versatile Disc）等が挙げられる。フラッシュメモリとしては、例示的に、ＵＳＢメモリやＳＤカード等の半導体メモリが挙げられる。

上述したコンピュータ１０のＨＷ構成は例示である。従って、コンピュータ１０内でのＨＷの増減（例えば任意のブロックの追加や削除）、分割、任意の組み合わせでの統合、又は、バスの追加若しくは削除等は適宜行なわれてもよい。例えば、脊柱アライメント推定装置１において、Ｉ／Ｏ部１０ｅ及び読取部１０ｆの少なくとも一方は、省略されてもよい。

なお、情報処理端末の一例である操作端末２は、上述したコンピュータ１０と同様のＨＷ構成により実現されてよい。

例えば、操作端末２のプロセッサ１０ａは、記憶部１０ｃに格納されたプログラム１０ｇ（例えば、脊柱アライメント推定プログラム）をメモリ１０ｂに展開して実行することにより、図３に示す操作端末２としての機能を実現できる。

なお、図３に示す操作端末２は、Ｉ／Ｏ部１０ｅの一例である入力装置を備えてよい。また、操作端末２のプロセッサ１０ａは、ユーザにより入力装置を介して入力された情報（例えば、ユーザの属性）を、ＩＦ１０ｄを介して脊柱アライメント推定装置１に送信してよい。

〔２〕その他
上述した一実施形態に係る技術は、以下のように変形、変更して実施することができる。

上記一実施形態では、視距離ｄの計測は、計測端末３で行なわれたが、操作端末２にカメラが内蔵されている場合は、当該カメラを用いて計測してよい。また、視距離ｄ及び傾斜角度θ_Ｓはそれぞれ異なる機器で計測されたが、例えば、３軸加速度センサのみを用いて両者の値を計測してよい。

また、脊柱アライメント推定装置１は、操作端末２内に組み込まれていてもよい。その場合、通知部１３での通知を、表示部２１で表示させてもよい。

脊柱アライメント推定装置１は、計測端末３と一体化されていてもよい。ユーザへの姿勢の異常の表示は、脊柱アライメント推定装置１、操作端末２、計測端末３のいずれで行われてもよい。また、警告の方法は、視覚や聴覚の他、ヒトに検知される手法であればいずれでもよい。

係数Ａ_１～Ａ_５は、３次元動作解析装置で算出された頭部の傾斜角度θ_Ｓ又は視距離ｄに関係する係数に過ぎず、上記一実施形態に記載される実験で取得される値に限定されない。係数Ａ_１～Ａ_５は、例えば、操作画面２ａでユーザの姿勢を複数撮像し、画像を所定の機関に送り、３次元動作解析を行って算出されてよい。

視距離ｄ、傾斜角度θ_Ｓ、係数Ａ_１～Ａ_５の値及び角Ｙ_１～Ｙ_５の値は、それぞれ計測条件など種々の条件に応じて補正されてもよい。

ユーザの属性ごとに、視距離ｄ、傾斜角度θ_Ｓ、係数Ａ_１～Ａ_５の値を組み合わせた複数のパターンを式１に代入し算出した角Ｙ_１～Ｙ_５の値を、予めデータファイルとして記憶部１０ｃに記憶してもよい。この場合、推定部１２は、取得した視距離ｄ及び傾斜角度θ_Ｓに基づいて、記憶部１０ｃに記憶されたデータファイルを参照し、ユーザの属性に応じた係数Ａ_１～Ａ_５を用いて算出された角Ｙ_１～Ｙ_５の値を抽出してよい。

視覚対象物、或いは、視覚対象とユーザとの関係に応じて、係数Ａ_１～Ａ_５の設定等を行えるようにしてもよい。例えば、視覚対象物が本や携帯機器などであれば、視覚対象物を持つ手の位置でユーザ頭部との関係が定まるため、その状況に応じた係数Ａ_１～Ａ_５が設定できるようにしてもよい。さらに、視覚対象物が固定されたコンピュータディスプレイ等の視覚表示端末などであり、ユーザが視覚対象物に対向して着座する状況では、ユーザと視覚対象物との位置関係は大きく変化せず、ユーザと視覚対象物との間の距離は略一定である。これに対し、ユーザが座る位置によって視覚対象物との間の距離の変化する状況もある。このように、ユーザと視覚対象物の状況（位置関係）応じて、係数Ａ_１～Ａ_５が設定できるようにしてもよい。

１００ ：脊柱アライメント推定システム
１ ：脊柱アライメント推定装置
１０ ：コンピュータ
１０ａ ：プロセッサ
１０ｂ ：メモリ
１０ｃ ：記憶部
１０ｄ ：ＩＦ部
１０ｅ ：Ｉ／Ｏ部
１０ｆ ：読取部
１０ｇ ：プログラム
１０ｈ ：記憶媒体
１１ ：取得部
１２ ：推定部
１３ ：通知部
２ ：操作端末
２ａ ：操作画面（視覚対象物）
２１ ：表示部
３ ：計測端末
３０ａ ：筐体
３０ｂ ：フック
３０ｃ ：位置計測器，カメラ
３０ｄ ：角度計測器，加速度センサ
３１ ：第１計測部
３２ ：第２計測部
４ ：メガネ
４０ａ ：テンプル
ＳＣ ：脊柱
ｄ ：視距離，距離
θ_Ｓ ：傾斜角度，頭部傾斜角，角度
Ｃ２ ：第２頚椎
Ｃ７ ：第７頚椎
Ｔ３ ：第３胸椎
Ｔ８ ：第８胸椎
Ｔ１２ ：第１２胸椎
Ｌ３ ：第３腰椎
Ｓ ：仙骨

Claims (17)

1. 視覚対象物との関係で計測されるヒトの頭部の位置と、ヒトの頭部の角度とを取得する取得部と、
   前記取得部によって取得された前記位置及び前記角度に基づいて、前記ヒトの脊柱アライメントを推定する推定部と、
   を備える、脊柱アライメント推定装置。
2. 前記推定部は、前記脊柱アライメントを構成する所定の部位がなす角を算出することによって、前記脊柱アライメントを推定する、
   請求項１に記載の脊柱アライメント推定装置。
3. 前記推定部は、前記ヒトの頭部の位置と、前記ヒトの頭部の角度と、前記ヒトの属性に応じた係数とを使用することによって、前記所定の部位がなす角を算出する、
   請求項２に記載の脊柱アライメント推定装置。
4. 前記推定部によって算出された前記所定の部位がなす角が所定の範囲内にない場合に、姿勢の異常を前記ヒトに通知する通知部
   を更に備える、請求項２又は３に記載の脊柱アライメント推定装置。
5. 操作端末と、計測端末と、請求項１～４のいずれか１項に記載の脊柱アライメント推定装置と、を有する脊柱アライメント推定システムであって、
   前記操作端末は、視覚対象物である操作画面を表示する表示部を備え、
   前記計測端末は、
   前記操作画面との関係におけるヒトの頭部の位置を計測する第１計測部と、
   ヒトの頭部の角度を計測する第２計測部と、
   を備える、脊柱アライメント推定システム。
6. 表示部と、計測部と、取得部と、推定部とを備える脊柱アライメント推定システムの作動方法であって、
   前記脊柱アライメント推定システムが、前記表示部に、視覚対象物を表示するステップと、
   前記脊柱アライメント推定システムが、前記計測部で、前記視覚対象物との関係におけるヒトの頭部の位置を計測するステップと、
   前記脊柱アライメント推定システムが、前記計測部で、ヒトの頭部の角度を計測するステップと、
   前記脊柱アライメント推定システムが、前記取得部で、前記計測部から前記位置及び前記角度を取得するステップと、
   前記脊柱アライメント推定システムが、前記推定部で、取得された前記位置及び前記角度に基づいて、前記ヒトの脊柱アライメントを推定するステップとを含む、
   脊柱アライメント推定システムの作動方法。
7. さらに、前記推定部で、前記脊柱アライメントを構成する所定の部位がなす角を算出することによって、前記脊柱アライメントを推定するステップを含む、
   請求項６に記載の脊柱アライメント推定システムの作動方法。
8. さらに、前記推定部で、前記ヒトの頭部の位置と、前記ヒトの頭部の角度と、前記ヒトの属性に応じた係数とを使用することによって、前記所定の部位がなす角を算出するステップを含む、
   請求項７に記載の脊柱アライメント推定システムの作動方法。
9. さらに、前記推定部で、算出された前記所定の部位がなす角が所定の範囲内にない場合に、姿勢の異常を前記ヒトに通知するステップを含む、
   請求項７又は８に記載の脊柱アライメント推定システムの作動方法。
10. 視覚対象物との関係で算出されるヒトの頭部の位置と、ヒトの頭部の角度とを取得し、
    取得された前記位置及び前記角度に基づいて、前記ヒトの脊柱アライメントを推定する、
    処理をコンピュータに実行させる、脊柱アライメント推定プログラム。
11. 前記脊柱アライメントを構成する所定の部位がなす角を算出することによって、前記脊柱アライメントを推定する、
    処理を前記コンピュータに実行させる、請求項１０に記載の脊柱アライメント推定プログラム。
12. 前記ヒトの頭部の位置と、前記ヒトの頭部の角度と、前記ヒトの属性に応じた係数とを使用することによって、前記所定の部位がなす角を算出する、
    処理を前記コンピュータに実行させる、請求項１１に記載の脊柱アライメント推定プログラム。
13. 算出された前記所定の部位がなす角が所定の範囲内にない場合に、姿勢の異常を前記ヒトに通知する、
    処理を前記コンピュータに実行させる、請求項１１又は１２に記載の脊柱アライメント推定プログラム。
14. 視覚対象物との関係で算出されるヒトの頭部の位置と、ヒトの頭部の角度とを取得し、
    取得された前記位置及び前記角度に基づいて、前記ヒトの脊柱アライメントを推定する、
    処理をコンピュータに実行させる、脊柱アライメント推定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。
15. 前記脊柱アライメントを構成する所定の部位がなす角を算出することによって、前記脊柱アライメントを推定する、
    処理を前記コンピュータに実行させる、請求項１４に記載の脊柱アライメント推定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。
16. 前記ヒトの頭部の位置と、前記ヒトの頭部の角度と、前記ヒトの属性に応じた係数とを使用することによって、前記所定の部位がなす角を算出する、
    処理を前記コンピュータに実行させる、請求項１５に記載の脊柱アライメント推定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。
17. 算出された前記所定の部位がなす角が所定の範囲内にない場合に、姿勢の異常を前記ヒトに通知する、
    処理を前記コンピュータに実行させる、請求項１５又は１６に記載の脊柱アライメント推定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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