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JP2008173365A - Gait analysis system - Google Patents

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JP2008173365A
JP2008173365A JP2007011160A JP2007011160A JP2008173365A JP 2008173365 A JP2008173365 A JP 2008173365A JP 2007011160 A JP2007011160 A JP 2007011160A JP 2007011160 A JP2007011160 A JP 2007011160A JP 2008173365 A JP2008173365 A JP 2008173365A
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JP
Japan
Prior art keywords
walking
gait
analysis system
sensor
data
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007011160A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mai Hagimoto
麻衣 萩本
Tetsuya Yokoyama
哲也 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP2007011160A priority Critical patent/JP2008173365A/en
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gait analysis system for measuring movement of a walker's feet three-dimensionally without imposing loads on the walker thereby measuring and analyzing spatial movements of a swinging leg. <P>SOLUTION: The gait analysis system includes: a walking sensor which is fitted to the walker's foot part, detects at least either a prescribed time acceleration or an angular-velocity with a timer activated by a measurement start command, and radio outputs detection data; radio communication device for communicating with the walking sensor to collect the detection data and notifying the walking sensor about the measurement start command; and a gait analyzing device for transferring the measurement start command to the radio communication device and calculating two-dimensional or three-dimensional position information and state information of the foot part during an optional period on the basis of the detection data acquired via the radio communication device. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、歩行者の歩行状態を計測、解析し、個々人の歩行パターンを識別可能にすることで、リハビリテーション、作業効率改善、能力向上の定量的な目安を得ることができる歩行分析システムに関するものである。   The present invention relates to a gait analysis system capable of obtaining a quantitative measure of rehabilitation, work efficiency improvement, and ability improvement by measuring and analyzing a pedestrian's walking state and making individual walking patterns identifiable. It is.

圧力センサを使って求めた足圧分布の計測結果から、歩行データを算出する歩行分析に関しては、特許文献1に技術開示がある。図11は、特許文献1に記載されている歩行分析装置の概観図である。   Patent Document 1 discloses a technical disclosure regarding walking analysis for calculating walking data from a measurement result of a foot pressure distribution obtained using a pressure sensor. FIG. 11 is an overview of the gait analyzer described in Patent Document 1.

この発明の特徴は、床に帯状に設置された圧力センサ部101上を人が歩き、足圧分布の計測結果を分析装置102〜105により分析し、歩き方の良さを反映したパラメータを出力させる構成にある。   A feature of the present invention is that a person walks on the pressure sensor unit 101 installed in a band shape on the floor, the measurement results of the foot pressure distribution are analyzed by the analyzers 102 to 105, and a parameter reflecting the good way of walking is output. In the configuration.

特開平11−113884号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-113884

従来技術による歩行分析手法では、次のような問題点がある。
(1)特許文献1記載の発明では、足圧分布を測定するための圧力センサを床または地面に敷いて、歩行者がその上を歩行し、歩行時の足の圧力分布より歩行分析を行う。この場合には、圧力センサを予め歩行する場所に設置しなければならず、設置場所等の制約がでてしまう。また、歩行距離によっては、圧力センサを複数枚数用意しなければならない。
The conventional walking analysis method has the following problems.
(1) In the invention described in Patent Document 1, a pressure sensor for measuring a foot pressure distribution is laid on the floor or the ground, a pedestrian walks on the floor, and performs a gait analysis from the foot pressure distribution during walking. . In this case, the pressure sensor must be installed in a place where the user walks in advance, resulting in restrictions on the installation location. In addition, depending on the walking distance, a plurality of pressure sensors must be prepared.

(2)更に、圧力センサ上を歩くため、患者の日常歩行と異なる感覚、意識が発生し、歩行結果に違いが出る可能性がある。 (2) Further, since walking on the pressure sensor, a sense and consciousness different from the daily walking of the patient may occur, and the walking result may differ.

(3)歩行結果も足跡に限られるため、遊脚の空間的な動きを測定、解析することができない。また、左右の歩行データの時間関係を取得し、歩行解析において重要な両足支持、ステップ時間を正確に検出することができない。 (3) Since the walking result is also limited to the footprint, the spatial movement of the free leg cannot be measured and analyzed. Also, the time relationship between the left and right walking data is acquired, and it is not possible to accurately detect both foot support and step time which are important in walking analysis.

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、歩行者に負荷を与えることなく、歩行者の足の動きを3次元的に計測し、遊脚の空間的な動きを測定、解析することができる歩行分析システムの実現を目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and measures the pedestrian's foot movement in a three-dimensional manner without giving a load to the pedestrian, thereby measuring the spatial movement of the free leg. It aims to realize a gait analysis system that can be analyzed.

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
(1)歩行者の足部に装着され、測定開始指令により起動するタイマにより所定時間加速度または角速度の少なくともいずれかを検出し、検出データを無線出力する歩行センサと、
この歩行センサと通信して前記検出データを収集すると共に、前記測定開始指令を前記歩行センサに通知する無線通信装置と、
この無線通信装置に前記測定開始指令を渡すと共に、この無線通信装置を介して取得した前記検出データに基づき、前記足部の任意時間における2次元または3次元の位置情報及び状態情報を算出する歩行解析装置と、
を備えることを特徴とする歩行分析システム。
In order to achieve such a subject, the present invention has the following configuration.
(1) A walking sensor that is attached to a pedestrian's foot and detects at least one of acceleration or angular velocity for a predetermined time by a timer that is activated by a measurement start command, and wirelessly outputs detection data;
A wireless communication device that communicates with the walking sensor and collects the detection data, and notifies the walking sensor of the measurement start command;
A walk for passing the measurement start command to the wireless communication device and calculating two-dimensional or three-dimensional position information and state information of the foot at an arbitrary time based on the detection data acquired via the wireless communication device. An analysis device;
A gait analysis system comprising:

(2)複数の前記歩行センサが備える前記タイマは、前記無線通信装置から通知される測定開始指令に同期して起動されることを特徴とする(1)に記載の歩行分析システム。 (2) The walk analysis system according to (1), wherein the timers included in the plurality of walk sensors are started in synchronization with a measurement start command notified from the wireless communication device.

(3)前記足部の停止状態の検出に、前記角速度の検出値がある閾値以下または前記加速度の検出値がある閾値以下の少なくともいずれかの条件が満足されることにより判断することを特徴とする(1)または(2)に記載の歩行分析システム。 (3) The stop state of the foot is determined by satisfying at least one of a condition that the detected value of the angular velocity is not more than a certain threshold value or the detected value of the acceleration is not more than a certain threshold value. The walking analysis system according to (1) or (2).

(4)前記歩行センサは、X,Y,Z方向の加速度センサまたはX,Y,Z方向の角速度センサの少なくともいずれかを備えることを特徴とする(1)乃至(3)のいずれかに記載の歩行分析システム。 (4) The walking sensor includes at least one of an acceleration sensor in the X, Y, and Z directions and an angular velocity sensor in the X, Y, and Z directions, according to any one of (1) to (3). Gait analysis system.

(5)前記歩行センサは、前記歩行者の履物のつま先部近傍に装着されることを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載の歩行分析システム。 (5) The walking analysis system according to any one of (1) to (4), wherein the walking sensor is mounted in the vicinity of a toe portion of the footwear of the pedestrian.

(6)前記歩行センサは、前記歩行者の履物のかかと部近傍に装着されることを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載の歩行分析システム。 (6) The walking analysis system according to any one of (1) to (4), wherein the walking sensor is mounted in the vicinity of a heel portion of the footwear of the pedestrian.

(7)前記無線通信装置は、ネットワーク上に形成された無線アクセスポイントであることを特徴とする(1)乃至(6)のいずれかに記載の歩行計分析システム。 (7) The pedometer analysis system according to any one of (1) to (6), wherein the wireless communication device is a wireless access point formed on a network.

(8)前記歩行解析装置は、前記無線アクセスポイントよりネットワークを介して前記検出データを取得することを特徴とする(7)に記載の歩行分析システム。 (8) The walking analysis system according to (7), wherein the walking analysis device acquires the detection data from the wireless access point via a network.

(9)前記歩行解析装置は、前記検出データを処理する所定の歩行解析アルゴリズムにより相対移動距離を算出し、この相対移動距離に基づいて歩行位置、歩行時間、歩幅、歩行速度、歩行率、立脚率、遊脚率データの少なくともいずれかの状態情報を算出することを特徴とする(1)乃至(8)のいずれかに記載の歩行分析システム。 (9) The walking analysis device calculates a relative movement distance by a predetermined walking analysis algorithm for processing the detection data, and based on the relative movement distance, a walking position, a walking time, a stride, a walking speed, a walking rate, and a stance. The gait analysis system according to any one of (1) to (8), wherein state information of at least one of rate and swing rate data is calculated.

(10)前記歩行解析装置は、一歩ごとの角速度または加速度の少なくともいずれかを積分して2次元または3次元の角度、速度、移動距離を算出することを特徴とする(1)乃至(9)のいずれかに記載の歩行分析システム。 (10) The gait analysis device calculates two-dimensional or three-dimensional angles, velocities, and moving distances by integrating at least one of angular velocity and acceleration for each step. (1) to (9) The gait analysis system according to any one of the above.

本発明によれば、次のような効果を期待することできる。
歩行データを容易に取得できるため、リハビリテーション等、病院等の治療の現場での使用が容易となる
According to the present invention, the following effects can be expected.
Since walking data can be easily acquired, it can be easily used in rehabilitation and other hospital treatment settings.

靴に歩行センサを装着することが可能なため、歩行者は、靴を履くだけでよい。このため、測定を意識することなく、通常歩行と変わらない感覚で自由に歩行を行うことができ、被験者への負担が極めて小さい。 Since the walking sensor can be attached to the shoe, the pedestrian only needs to wear the shoe. For this reason, without being conscious of measurement, it is possible to walk freely with the same feeling as normal walking, and the burden on the subject is extremely small.

(3)歩行センサは、超小型に実装可能のため、測定場所への制約が少ない。また、多人数が存在するリハビリ訓練室等での使用が可能になる。 (3) Since the walking sensor can be mounted in a very small size, there are few restrictions on the measurement location. In addition, it can be used in a rehabilitation training room where many people are present.

(4)歩行データは、歩行解析装置内に蓄積できるため、歩行者の過去と現在の状態を比較して見ることで歩行状態の変化を簡単に把握することができ、リハビリの回復度合いを定量的に把握することができる。 (4) Since the walking data can be stored in the walking analysis device, it is possible to easily grasp the change of the walking state by comparing the past and current state of the pedestrian, and quantify the degree of rehabilitation recovery. Can be grasped.

(5)歩行センサ手段に内蔵した3軸の加速度センサ、3軸の角速度(ジャイロ)センサにより、それらの出力を演算処理することで足の3次元空間内での動きを測定でき、歩行パターンの違いを上下左右前後から解析することができる。 (5) A 3-axis acceleration sensor built in the walking sensor means and a 3-axis angular velocity (gyro) sensor can calculate the movement of the foot in the three-dimensional space by computing the output of the walking pattern. Differences can be analyzed from the top, bottom, left and right.

(6)左右の歩行データの時間関係を取得し、歩行解析において重要な両足支持、ステップ時間を正確に検出することができる。 (6) The time relationship between the left and right walking data can be acquired, and both foot support and step time important in walking analysis can be accurately detected.

(7)特にリハビリテーションへの応用では、障害内容による歩き方の違いを3次元的に解析でき、感圧マットによる足跡解析では不可能な、着地していない足(遊脚)の動きが解析できる。 (7) Especially in application to rehabilitation, it is possible to analyze the difference in the way of walking depending on the contents of the obstacle, and to analyze the movement of the unlanded foot (free leg), which is impossible with the footprint analysis using the pressure sensitive mat. .

(8)無線アクセスポイントとデータの送受信ができるセンサ数は、1個に限られることがないため、複数人の歩行動作でも同時解析が可能になる。 (8) Since the number of sensors that can transmit and receive data to and from the wireless access point is not limited to one, simultaneous analysis can be performed even when a plurality of people are walking.

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図1は、本発明を適用した歩行分析システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態の歩行分析システムは、歩行センサ1、無線アクセスポイント2、ネットワーク3、歩行解析装置4からなる。   The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of a gait analysis system to which the present invention is applied. The walking analysis system of this embodiment includes a walking sensor 1, a wireless access point 2, a network 3, and a walking analysis device 4.

歩行センサ1は、歩行者Mの片足または両足部に直接または履物(つま先部または踵部)に装着され、加速度センサ11、角速度センサ12、タイマ13、無線インタフェース14を備え、無線通信装置の一形態である無線アクセスポイント2と無線通信する。   The walking sensor 1 is attached to one foot or both feet of the pedestrian M directly or on footwear (toe or heel), and includes an acceleration sensor 11, an angular velocity sensor 12, a timer 13, and a wireless interface 14, and is one of the wireless communication devices. Wireless communication is performed with the wireless access point 2 in the form.

無線アクセスポイント2は、歩行センサ1と通信する無線インタフェース21及びネットワーク3に接続するネットワークインタフェース22を備え、歩行センサ1より収集した歩行データを、ネットワーク3を介して歩行解析装置4に渡す。   The wireless access point 2 includes a wireless interface 21 that communicates with the walking sensor 1 and a network interface 22 that connects to the network 3, and passes walking data collected from the walking sensor 1 to the walking analysis device 4 via the network 3.

歩行解析装置4は、歩行データ計測部41、歩行データ解析部42、タイマ制御部43、ネットワークインタフェース44を備え、無線アクセスポイント2から渡される歩行データを保存すると共に、歩行解析アルゴリズムにより相対移動距離を算出する。   The gait analysis device 4 includes a gait data measurement unit 41, a gait data analysis unit 42, a timer control unit 43, and a network interface 44, stores gait data passed from the wireless access point 2, and uses a gait analysis algorithm to move relative distances. Is calculated.

更に、歩行解析装置4は、この相対移動距離に基づき歩行解析アプリケーションにより各種の分析を実行する。分析対象項目は、歩行位置、歩行時間、歩幅、歩行速度、歩行率、立脚率、遊脚率等である。   Furthermore, the gait analysis device 4 executes various analyzes by the gait analysis application based on the relative movement distance. The analysis target items are a walking position, a walking time, a stride, a walking speed, a walking rate, a stance rate, a free leg rate, and the like.

図2は、歩行センサ1の構成例を示す機能ブロック図である。X,Y,Z軸方向の加速度を検出する3個の加速度センサ11、同じくX,Y,Z軸方向の角速度を検出する3個の角速度センサ12、これらセンサの検出値をデジタル変換するA/D変換器15を備える。   FIG. 2 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the walking sensor 1. Three acceleration sensors 11 that detect acceleration in the X, Y, and Z axis directions, three angular velocity sensors 12 that detect angular velocities in the X, Y, and Z axis directions, and A / A D converter 15 is provided.

A/D変換器15の出力は、CPU16に渡されて所定の演算処理が実行される。CPU16は、ROMやRAM等のメモリ資源17を有しており、検出データの一時的な保存が可能となっている。この歩行センサ1は、充電可能な電池及び充電回路よりなる電源部19を備えている。   The output of the A / D converter 15 is passed to the CPU 16 to execute a predetermined calculation process. The CPU 16 has a memory resource 17 such as a ROM or a RAM, and can temporarily store detected data. The walking sensor 1 includes a power supply unit 19 including a rechargeable battery and a charging circuit.

無線インタフェース14を介してCPU16が測定開始指令を無線アクセスポイント2から取得すると、タイマ13を起動し、検出データの収集が開始される。所定期間の検出データは、タイマ起動の時系列的シーケンス番号が付与されてメモリ資源17に一時保存される。   When the CPU 16 acquires a measurement start command from the wireless access point 2 via the wireless interface 14, the timer 13 is activated and collection of detection data is started. The detection data for a predetermined period is temporarily stored in the memory resource 17 with a time-series sequence number for timer activation.

メモリ資源に一時保存されたデータは、適当なデータ量毎にシーケンス番号を付与した状態で無線インタフェース14を介して無線アンテナ18より無線アクセスポイント2に送信される。無線アクセスポイント2は、このデータをネットワーク3を介して歩行解析装置4に転送する。   The data temporarily stored in the memory resource is transmitted from the wireless antenna 18 to the wireless access point 2 through the wireless interface 14 with a sequence number assigned to each appropriate amount of data. The wireless access point 2 transfers this data to the walking analysis device 4 via the network 3.

歩行センサ1を構成するこれら要素は、きわめて小型のチップとして実装することが可能であり、歩行者の片足または両足部に直接または履物に装着したときに、歩行者は測定を意識することなく、通常歩行と変わらない感覚で自由に歩行を行うことがでるので、被験者への負担を極めて小さくすることができる。   These elements constituting the gait sensor 1 can be mounted as a very small chip, and the pedestrian is not aware of measurement when worn directly or on footwear on one or both feet of the pedestrian. Since it is possible to walk freely with the same feeling as normal walking, the burden on the subject can be extremely reduced.

図3は、歩行解析装置4からの測定開始指令に基づく複数の歩行センサのタイマ起動を説明するシーケンス図である。歩行解析装置4からの測定開始指令は、ネットワークを介して無線アクセスポイント2に渡される。無線アクセスポイント2は、複数の歩行センサ1A,1B,1C,…に対して、同時刻に測定開始指令を通知する。   FIG. 3 is a sequence diagram for explaining timer activation of a plurality of walking sensors based on a measurement start command from the walking analysis device 4. A measurement start command from the walking analysis device 4 is passed to the wireless access point 2 via the network. The wireless access point 2 notifies the plurality of walking sensors 1A, 1B, 1C,.

歩行センサ1A,1B,1C,…が備えるタイマは、測定開始指令を無線アクセスポイント2から取得すると同期して起動され、測定(検出データの収集)が開始される。所定期間の検出データは、タイマ起動の時系列的シーケンス番号が付与されてメモリ資源に一時保存される。   The timers included in the walking sensors 1A, 1B, 1C,... Are started in synchronization with acquisition of a measurement start command from the wireless access point 2, and measurement (collection of detection data) is started. Detection data for a predetermined period is temporarily stored in a memory resource with a time-series sequence number for timer activation.

メモリ資源に一時保存されたデータは、適当なデータ量毎にシーケンス番号を付与した状態で無線アクセスポイント2に送信される。無線アクセスポイント2は、複数の歩行センサ1A,1B,1C,…からの検出データを収集して歩行解析装置4に転送する。   Data temporarily stored in the memory resource is transmitted to the wireless access point 2 with a sequence number assigned for each appropriate amount of data. The wireless access point 2 collects detection data from the plurality of walking sensors 1A, 1B, 1C,... And transfers them to the walking analysis device 4.

図4は、歩行解析装置の構成例を示す機能ブロック図である。無線アクセスポイント2からのデータは、ネットワークインタフェース44を介してCPU45に渡される。歩行データ計測部41の歩行データ収集手段411は、CPU45から歩行データを取得し、シーケンス番号順にソートして計測データファイル412に所定期間格納する。格納する計測データは、加速度及び角速度データである。   FIG. 4 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the walking analysis apparatus. Data from the wireless access point 2 is passed to the CPU 45 via the network interface 44. The walking data collection means 411 of the walking data measuring unit 41 acquires walking data from the CPU 45, sorts the data in order of sequence numbers, and stores them in the measurement data file 412 for a predetermined period. The stored measurement data is acceleration and angular velocity data.

CPU45は、計測データファイル412より格納データを読み出して歩行データ解析部42に渡し、各種の解析処理を実行させる。解析結果は、表示装置5や印刷装置6に出力される。更に、CPU45は、タイマ制御部43と通信し所定の周期で測定開始指令をネットワークインタフェース44及びネットワーク3を介して無線アクセスポイント2に渡す。   The CPU 45 reads the stored data from the measurement data file 412 and passes it to the walking data analysis unit 42 to execute various analysis processes. The analysis result is output to the display device 5 and the printing device 6. Further, the CPU 45 communicates with the timer control unit 43 and passes a measurement start command to the wireless access point 2 via the network interface 44 and the network 3 at a predetermined cycle.

歩行データ解析部42の解析結果は、直接またはネットワークを介して外部機器や機関、リハビリを指導する医師、理学療法士、更には歩行者自身にも配信することができる。   The analysis result of the gait data analysis unit 42 can be distributed directly or via a network to an external device or organization, a doctor instructing rehabilitation, a physical therapist, or even a pedestrian.

図5は、歩行データ解析部42の構成例を示す機能ブロック図である。歩行解析手段421は、計測データファイル412より格納されている計測データを取り出して歩行解析アルゴリズム421Aに渡して各種の解析を実行し、解析結果を歩行解析アプリケーション422に出力する。   FIG. 5 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the walking data analysis unit 42. The gait analysis unit 421 extracts the measurement data stored from the measurement data file 412, passes it to the gait analysis algorithm 421 </ b> A, executes various analyzes, and outputs the analysis results to the gait analysis application 422.

歩行解析アプリケーション422による解析結果は、歩行者の足の3次元位置情報並びに歩行時間、速度、立脚、遊脚データ等の歩行状態情報である。   The analysis result by the walking analysis application 422 is three-dimensional position information of the pedestrian's feet and walking state information such as walking time, speed, stance, and free leg data.

歩行解析アルゴリズム421Aは、計測データファイル412に格納されている、加速度データを1回積分演算して速度を算出する。この積分演算は、X,Y,Z成分毎に実行される。   The gait analysis algorithm 421A calculates the velocity by integrating the acceleration data stored in the measurement data file 412 once. This integration calculation is executed for each of the X, Y, and Z components.

算出された速度は、もう1回積分演算され、距離データとなる。角速度は、同様に積分演算されて、角度が算出される。このように、X,Y,Zの3軸のデータが算出されるため、3次元の位置情報を求めることが可能である。   The calculated speed is integrated once more to become distance data. The angular velocity is similarly integrated and the angle is calculated. In this way, since three-axis data of X, Y, and Z is calculated, it is possible to obtain three-dimensional position information.

同時に、歩行解析アルゴリズム421Aは、歩行の状態情報を算出するために、歩の区切りを算出する。歩の区切りは、加速度、角速度データから、停止していると思われる期間を停止期間として算出し、動作している期間と停止している期間と分けることで、決定される。   At the same time, the walking analysis algorithm 421A calculates a break between steps in order to calculate walking state information. The step delimiter is determined by calculating a period during which the vehicle is supposed to be stopped from the acceleration and angular velocity data as a stop period, and dividing the period from the active period into the stop period.

足部の停止状態の検出は、角速度の検出値がある閾値以下または加速度の検出値がある閾値以下の少なくともいずれかの条件が満足されることにより判断する。   The detection of the foot stop state is determined by satisfying at least one of the following conditions: an angular velocity detection value equal to or less than a certain threshold value or an acceleration detection value equal to or less than a threshold value.

歩行解析アルゴリズム421Aは、歩の区切りから、立脚時間(足が地面に接地している時間)、遊脚時間(足が地面から離れている時間)等、歩に関連する状態情報を算出する。   The gait analysis algorithm 421A calculates state information related to walking, such as standing time (time when the foot is in contact with the ground) and free leg time (time when the foot is away from the ground), based on the break of the step.

一歩毎の距離誤差の補正手段として角速度の積分誤差または加速度の積分誤差のすくなくともいずれかを用いることができる。算出された距離データは、角度データと合わせて、座標データに変換される。   At least one of an angular velocity integration error and an acceleration integration error can be used as a means for correcting the distance error for each step. The calculated distance data is converted into coordinate data together with the angle data.

これら位置情報及び状態情報の歩行データを歩行解析手段421から取得する歩行解析アプリケーション422は、歩行解析装置4に接続された表示装置5に歩行データを表示することができ、ユーザは歩行状態を容易に把握することができる。   The walking analysis application 422 that acquires the walking data of the position information and the state information from the walking analysis unit 421 can display the walking data on the display device 5 connected to the walking analysis device 4, and the user can easily walk. Can grasp.

また、過去データをファイルとして蓄積しているため、過去から現在に至る歩行状態を参照でき、トレンドグラフ等で、歩行状態の変化を表示することが可能である。更に必要であれば、印刷装置6への出力も可能である。   Further, since past data is stored as a file, the walking state from the past to the present can be referred to, and a change in the walking state can be displayed by a trend graph or the like. If necessary, output to the printing device 6 is also possible.

図6は、歩行解析アルゴリズムの信号処理手順を示すフローチャートである。ステップS1で加速度、角速度センサの個体差に基づくデータを補正し、ステップS2では歩の停止を検出する。具体的には、加速度、角速度データより、歩行停止区間を算出する。   FIG. 6 is a flowchart showing a signal processing procedure of the gait analysis algorithm. In step S1, the data based on the individual difference between the acceleration and angular velocity sensors is corrected, and in step S2, the stop of the step is detected. Specifically, a walking stop section is calculated from acceleration and angular velocity data.

ステップS3では、角速度データを積分して、角度を算出する。ステップS4では、加速度、角速度のX,Y,Z軸を、ローカル座標(センサ上の座標)から、ワールド座標(ユーザ空間)に変換する。   In step S3, the angular velocity data is integrated to calculate the angle. In step S4, the X, Y, and Z axes of acceleration and angular velocity are converted from local coordinates (coordinates on the sensor) to world coordinates (user space).

ステップS5では、加速度データを積分して、速度を算出する。更にステップS6では、位置座標を算出する。具体的には、速度×サンプリング時間で距離を求め、前回値に加算することで相対移動距離(位置)を算出する。   In step S5, the acceleration data is integrated to calculate the speed. In step S6, position coordinates are calculated. Specifically, the distance is calculated by speed × sampling time, and the relative movement distance (position) is calculated by adding to the previous value.

図7は、歩行解析アプリケーション422のデータ処理手順を示すフローチャート図である。ステップS1では、歩行解析アルゴリズム421Aの出力データとして、3次元の位置情報、歩の停止位置情報、速度情報を取得する。   FIG. 7 is a flowchart showing a data processing procedure of the gait analysis application 422. In step S1, three-dimensional position information, step stop position information, and speed information are acquired as output data of the walking analysis algorithm 421A.

ステップS2では、ステップS1で取得した出力データを計算し、歩行時間、歩行速度、歩行率、歩幅、立脚、遊脚時間等の歩行の状態情報を算出する。   In step S2, the output data acquired in step S1 is calculated, and walking state information such as walking time, walking speed, walking rate, stride, standing leg, and swing leg time is calculated.

次に、図8,図9により、本発明を歩行のリハビリテーションに適用した倍場合の効果を説明する。図8は、男女夫々の各年代の健常者の歩行速度(meter/sec)と歩行率(歩数/sec)の値を示した表である。   Next, with reference to FIG. 8 and FIG. 9, the effect in the case where the present invention is applied to walking rehabilitation will be described. FIG. 8 is a table showing the walking speed (meter / sec) and walking rate (number of steps / sec) of healthy persons of each age for both men and women.

表に示すように、男女夫々年齢により歩行速度及び歩行率は異なる。歩行に障害のある人が歩いた場合には、歩行速度が遅く歩行率も上記の基準より低くなる。しかしながら、リハビリにより回復してくるにつれて、上記に示す健常者の歩行に近づいてくる。   As shown in the table, the walking speed and walking rate differ depending on the age of each gender. When a person with a walking disability walks, the walking speed is slow and the walking rate is lower than the above standard. However, as it recovers by rehabilitation, it approaches the walking of the healthy person shown above.

従って、歩行計測毎のデータをトレンドグラフに表示することにより、視覚的に歩行者の回復度合い、リハビリの進行度合いが判断でき、最終的にはどの程度まで回復できるのか推測する際の評価材料になる。   Therefore, by displaying the data for each gait measurement in the trend graph, it is possible to visually determine the degree of recovery of pedestrians and the progress of rehabilitation. Become.

図9は、リハビリテーション用の解析項目である、左右脚の立脚相,遊脚相,両足支持相を説明するイメージ図示である。歩行時にはそれぞれの足には「遊脚相」と「立脚相」が存在する。   FIG. 9 is an image illustration explaining the stance phase of the left and right legs, the free leg phase, and the both-leg support phase, which are analysis items for rehabilitation. When walking, each leg has a “free leg phase” and a “standing phase”.

「遊脚相」とは、歩行時に脚の底部が地面に接地していないことをいい、図の横線が引かれている枠で示している。「立脚相」とは脚の底部が接地していることをいい、図の縦線で引かれている枠で示している。   “Free leg phase” means that the bottom of the leg is not in contact with the ground during walking, and is indicated by a frame with a horizontal line in the figure. “Standing phase” means that the bottom of the leg is in contact with the ground, and is indicated by a frame drawn by a vertical line in the figure.

「両足支持」とは、各脚の立脚相の重なった部分をいい、図においては縦線枠の重なった部分が「両足支持」の状態であることがわかる。一般的な健常者の歩行では次式の関係があるといわれている。
立脚相:遊脚相:両足支持相=6:4:2 (1)
“Both feet support” refers to the portion where the stance phases of each leg overlap, and in the figure, it can be seen that the portion where the vertical frame overlaps is the “both feet support” state. It is said that there is a relationship of the following formula in walking of a normal healthy person.
Standing leg: Swing leg phase: Supporting both legs = 6: 4: 2 (1)

図10は、左右脚の歩行解析項目の立脚期(A),遊脚期(B),両足支持期(C)を時系列で並べたトレンドグラフである。トレンドグラフ表示により、リハビリが進行していくに従い、これらの表示が(1)式の関係に近づいてくることを視覚的に判断することができる。   FIG. 10 is a trend graph in which the stance period (A), the swing leg period (B), and the both leg support period (C) of the left and right leg walking analysis items are arranged in time series. With the trend graph display, it can be visually determined that as the rehabilitation progresses, these displays approach the relationship of equation (1).

本発明は、3軸の加速度センサ、3軸の角速度センサを内蔵した無線通信機能を持つ歩行センサを利用することにより、歩行計測が終了したあとリアルタイムに歩行データを利用することができる。   The present invention can use walking data in real time after walking measurement is completed by using a walking sensor having a wireless communication function incorporating a triaxial acceleration sensor and a triaxial angular velocity sensor.

計測された歩行データ及び解析データを、リアルタイムに利用することができることにより、歩行者はリハビリ直後にトレンドグラフを閲覧することができる。本人がリハビリの回復度合いをすぐに把握できることで、リハビリの励みとなる。   Since the measured walking data and analysis data can be used in real time, the pedestrian can view the trend graph immediately after rehabilitation. Being able to immediately know the degree of recovery after rehabilitation helps encourage rehabilitation.

また、歩行計測をリハビリ前に行うことで理学療法士や医師が、歩行者にその日に最適なリハビリプログラムを選択するためのデータとして利用することができる。   In addition, by performing gait measurement before rehabilitation, a physical therapist or doctor can use it as data for selecting an optimal rehabilitation program for the pedestrian on that day.

以下、本発明の他の実施形態を説明する。
(1)歩行解析装置4は、歩行データをファイルに蓄積すると同時にリアルタイムに演算して現在の歩行の軌跡を画面上に表示させることができるので、病院内での患者の動きもリアルタイムで把握することが可能になる。
Hereinafter, other embodiments of the present invention will be described.
(1) Since the gait analysis device 4 accumulates the gait data in a file and can calculate in real time and display the current gait trajectory on the screen, it can also grasp the movement of the patient in the hospital in real time. It becomes possible.

(2)歩行センサ1からデータ収集する無線アクセスポイント2に代えて、リハビリを指導する介助者が身につける、無線通信機能並びにデータ保存機能を備える携帯端末を用いることができる。 (2) Instead of the wireless access point 2 for collecting data from the walking sensor 1, a portable terminal equipped with a wireless communication function and a data storage function, which is worn by an assistant who guides rehabilitation, can be used.

(3)携帯端末で所定期間収集した歩行データは、USBケーブル手段、無線LAN等で歩行解析装置4に渡す。または、携帯端末のデータ保存部着脱可能な記憶手段(可搬型HDD、USBクリッブメモリ等)で構成し、これを外して歩行解析装置4に直接接続して保存データを渡すこともできる。 (3) The walking data collected by the portable terminal for a predetermined period is transferred to the walking analysis device 4 by USB cable means, wireless LAN, or the like. Alternatively, the data storage unit of the portable terminal can be detachable storage means (portable HDD, USB clip memory, etc.), and this can be removed and directly connected to the gait analyzer 4 to pass the stored data.

(4)歩行センサ1は、CPU15による演算処理機能を備えており、測定値のフィルタ処理等の1次処理を歩行センサ1内で実行することで、無線アクセスポイントや携帯端末への無線通信データ量を削減して通信速度を向上させることができる。 (4) The walking sensor 1 has an arithmetic processing function by the CPU 15 and executes primary processing such as filter processing of measured values in the walking sensor 1, thereby wireless communication data to a wireless access point or a portable terminal. The communication speed can be improved by reducing the amount.

本発明を適用した歩行分析システムの基本構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the basic composition of the gait analysis system to which this invention is applied. 歩行センサの構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of a walking sensor. 測定開始指令に基づく複数の歩行センサのタイマ起動を説明するシーケンス図である。It is a sequence diagram explaining timer activation of a plurality of walk sensors based on a measurement start command. 歩行解析装置の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of a walk analysis apparatus. 歩行データ解析部の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of a walk data analysis part. 歩行解析アルゴリズムの信号処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the signal processing procedure of a walk analysis algorithm. 歩行解析アプリケーションのデータ処理手順を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the data processing procedure of a walk analysis application. 男女夫々の各年代の健常者の歩行速度と歩行率の値を示した表である。It is the table | surface which showed the value of the walking speed and walking rate of the healthy person of each age of man and woman. 左右脚の立脚相,遊脚相,両足支持相を説明するイメージ図である。It is an image figure explaining the stance phase of a right-and-left leg, a free leg phase, and both feet support phase. 左右脚の立脚期,遊脚期,両足支持期を時系列で並べたトレンドグラフである。It is a trend graph that arranges the stance phase of the left and right legs, the swing leg phase, and the support phase of both feet in chronological order. 特許文献1に記載されている歩行分析装置の概観図である。It is a general-view figure of the walk analysis device indicated in patent documents 1.

符号の説明Explanation of symbols

1 歩行センサ
11 加速度センサ
12 角速度センサ
13 タイマ
14 無線インタフェース
2 無線アクセスポイント
21 無線インタフェース
22 ネットワークインタフェース
3 ネットワーク
4 歩行解析装置
41 歩行データ計測部
42 歩行データ解析部
43 タイマ制御部
44 ネットワークインタフェース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Walk sensor 11 Acceleration sensor 12 Angular velocity sensor 13 Timer 14 Wireless interface 2 Wireless access point 21 Wireless interface 22 Network interface 3 Network 4 Walk analysis apparatus 41 Walk data measurement part 42 Walk data analysis part 43 Timer control part 44 Network interface

Claims (10)

歩行者の足部に装着され、測定開始指令により起動するタイマにより所定時間加速度または角速度の少なくともいずれかを検出し、検出データを無線出力する歩行センサと、
この歩行センサと通信して前記検出データを収集すると共に、前記測定開始指令を前記歩行センサに通知する無線通信装置と、
この無線通信装置に前記測定開始指令を渡すと共に、この無線通信装置を介して取得した前記検出データに基づき、前記足部の任意時間における2次元または3次元の位置情報及び状態情報を算出する歩行解析装置と、
を備えることを特徴とする歩行分析システム。
A walking sensor that is mounted on a pedestrian's foot and detects at least one of acceleration or angular velocity for a predetermined time by a timer that is activated by a measurement start command, and wirelessly outputs detection data;
A wireless communication device that communicates with the walking sensor and collects the detection data, and notifies the walking sensor of the measurement start command;
A walk for passing the measurement start command to the wireless communication device and calculating two-dimensional or three-dimensional position information and state information of the foot at an arbitrary time based on the detection data acquired via the wireless communication device. An analysis device;
A gait analysis system comprising:
複数の前記歩行センサが備える前記タイマは、前記無線通信装置から通知される測定開始指令に同期して起動されることを特徴とする請求項1に記載の歩行分析システム。   The gait analysis system according to claim 1, wherein the timers included in the plurality of gait sensors are activated in synchronization with a measurement start command notified from the wireless communication device. 前記足部の停止状態の検出に、前記角速度の検出値がある閾値以下または前記加速度の検出値がある閾値以下の少なくともいずれかの条件が満足されることにより判断することを特徴とする請求項1または2に記載の歩行分析システム。   The detection of the foot stop state is performed by satisfying at least one of a condition that the detected value of the angular velocity is not more than a certain threshold value or the detected value of the acceleration is not more than a certain threshold value. The gait analysis system according to 1 or 2. 前記歩行センサは、X,Y,Z方向の加速度センサまたはX,Y,Z方向の角速度センサの少なくともいずれかを備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の歩行分析システム。   The gait analysis system according to any one of claims 1 to 3, wherein the gait sensor includes at least one of an acceleration sensor in the X, Y, and Z directions and an angular velocity sensor in the X, Y, and Z directions. 前記歩行センサは、前記歩行者の履物のつま先部近傍に装着されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の歩行分析システム。   The gait analysis system according to any one of claims 1 to 4, wherein the gait sensor is mounted in the vicinity of a toe portion of the footwear of the pedestrian. 前記歩行センサは、前記歩行者の履物のかかと部近傍に装着されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の歩行分析システム。   The gait analysis system according to any one of claims 1 to 4, wherein the gait sensor is mounted in the vicinity of a heel part of footwear of the pedestrian. 前記無線通信装置は、ネットワーク上に形成された無線アクセスポイントであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の歩行計分析システム。   The pedometer analysis system according to claim 1, wherein the wireless communication device is a wireless access point formed on a network. 前記歩行解析装置は、前記無線アクセスポイントよりネットワークを介して前記検出データを取得することを特徴とする請求項7に記載の歩行分析システム。   The gait analysis system according to claim 7, wherein the gait analysis device acquires the detection data from the wireless access point via a network. 前記歩行解析装置は、前記検出データを処理する所定の歩行解析アルゴリズムにより相対移動距離を算出し、この相対移動距離に基づいて歩行位置、歩行時間、歩幅、歩行速度、歩行率、立脚率、遊脚率データの少なくともいずれかの状態情報を算出することを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の歩行分析システム。   The walking analysis device calculates a relative movement distance by a predetermined walking analysis algorithm that processes the detection data, and based on the relative movement distance, a walking position, a walking time, a stride, a walking speed, a walking rate, a stance rate, The gait analysis system according to any one of claims 1 to 8, wherein at least any state information of the pedometer data is calculated. 前記歩行解析装置は、一歩ごとの角速度または加速度の少なくともいずれかを積分して2次元または3次元の角度、速度、移動距離を算出することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の歩行分析システム。   10. The walk analysis device according to claim 1, wherein at least one of angular velocity and acceleration for each step is integrated to calculate a two-dimensional or three-dimensional angle, velocity, and moving distance. Gait analysis system.
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