JPH1156818A

JPH1156818A - 入力装置

Info

Publication number: JPH1156818A
Application number: JP22663797A
Authority: JP
Inventors: Masabumi Yoshizawa; 正文吉澤; Tetsuya Yoshimura; 哲也吉村; Shogo Hamazaki; 省吾濱崎
Original assignee: Research Development Corp of Japan; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 1999-03-02

Abstract

(57)【要約】【課題】バランス機能のリハビリテーションに用いら
れる検査装置および訓練装置に、被験者の姿勢や動きを
具体的に把握し、より効果的な検査、訓練を実施できる
ように、被験者の動きを取り込むための入力装置を提供
する。【解決手段】被験者の身体と接する外表面における圧
力分布の状態を逐次測定する圧力分布測定手段１と、各
測定時刻における圧力分布データを時系列の圧力分布デ
ータとして保持する測定値記憶手段３と、時系列の圧力
分布データから各測定時刻における圧力分布の特徴を特
徴量として抽出する特徴抽出手段４と、各測定時刻にお
ける特徴量を時系列の特徴量データとして保持する特徴
記憶手段５と、時系列の特徴量データから各測定時刻に
おける被験者の姿勢データを導出する姿勢解釈手段６
と、姿勢データを外部の上記装置に出力するための信号
に変換する出力信号生成手段７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力装置に関し、
特に身体のバランス機能を損傷した被験者が行うリハビ
リテーションにおける検査または訓練に用いられる装置
に、該被験者の身体の動きを取り込むための入力装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】脳卒中等なんらかの原因によって身体の
バランス機能が損なわれた、あるいは低下した被験者が
行うリハビリテーションにおいては、そのバランス機能
の損傷の程度を測定するための検査，及び，バランス機
能を回復させるための訓練が行なわれる。従来の，リハ
ビリテーションにおけるバランス機能の回復訓練に用い
る装置としては、例えば重心移動訓練装置（特開平７−
２７５３０７号公報）が挙げられる。

【０００３】図７は、従来のバランス機能の回復訓練に
用いられる装置の構成を示したものである。図におい
て、１００は被験者の重心位置を測定するための荷重検
出用のロードセル、１０１はロードセル１００を３箇所
に配置した重心動揺計、１０２はロードセル１００から
の出力を増幅するためのアンプ、１０３はアンプ１０２
で増幅された出力から不要周波数帯域をカットするフィ
ルタ、１０４はフィルタ１０３を通過した信号をＡＤ変
換するＡ／Ｄ変換器、１０５はＡ／Ｄ変換器１０４の出
力信号に基づいて被験者の重心位置を算出する演算手
段、１０６は演算手段１０５によって算出された重心位
置に対するイメージを生成して、表示装置に表示するた
めの重心位置イメージ表示手段、１０７は目標イメージ
の移動パターンを選択するための入力手段、１０８は入
力手段１０７で選択された移動パターンにより目標イメ
ージを生成して、表示装置に表示するための目標イメー
ジ表示手段、１０９は演算手段１０５が算出した被験者
の重心位置と、目標イメージ表示手段１０８が表示する
目標イメージの重心位置とを比較し、その距離に応じた
処理を行なう感知手段、１１０は重心位置イメージまた
は目標イメージを表示する表示装置である。

【０００４】次に、バランス機能の回復訓練における上
記装置の動作について説明する。まず、あらかじめキー
ボード等の入力装置１０９を用いて、手入力により被験
者に提示する目標イメージのパターンを設定する。次
に、被験者が重心動揺計１０１の上に乗せられると、該
被験者の荷重が３個のロードセル１００によって検出さ
れ、検出信号がアンプ１０２で増幅される。この増幅さ
れた検出信号からフィルタ１０３で不要周波数帯域をカ
ットされた信号は、Ａ／Ｄ変換器１０４でＡＤ変換され
て演算手段１０５に送られる。演算手段１０５では、送
られてきた検出信号から単位時間毎の上記被験者の重心
位置を求め、重心位置イメージ表示手段１０６に送る。
重心位置イメージ表示手段１０６では、当該重心位置に
対するイメージ（重心位置イメージ）を生成し、表示装
置１１０に出力する。一方、目標イメージ表示手段１０
８は、入力手段１０７を用いて設定された上記目標イメ
ージのパターンに基づいて、目標イメージを生成して表
示装置１１０に出力する。そして、表示装置１１０で
は、重心位置イメージ表示手段１０６から送られた上記
重心位置イメージと、目標イメージ表示手段１０８から
送られた目標イメージとを同時に表示する。この訓練
中、被験者は表示装置１１０を見ながら、自己の重心の
位置を示した重心位置イメージが目標イメージに重なる
ように体を動かす。その際、感知手段１０９は上記重心
位置イメージと上記目標イメージとの重心位置を比較
し、その重なり具合に応じて目標イメージの消去、被験
者への通知等の処理を行なう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のバランス機能の
回復訓練に用いられる装置は、以上のように構成され、
重心動揺計を用いて被験者の動きを検出し、その検出さ
れた動きに応じて当該被験者に提示する映像を変化させ
ることにより、該映像を動きの目標にして、該被験者の
運動を自然に導き出すことができ、その結果、バランス
機能の回復を図ることができる。また、このような装置
によれば、目標イメージの変化に対する被験者の反応を
調べることによって、訓練だけでなく、バランス機能の
検査装置として利用することもできる。

【０００６】しかしながら、従来のバランス機能の回復
訓練に用いられる装置において備えられた重心動揺計
は、上述のように、該重心動揺計のロードセルにより被
験者の荷重を検出することによって、該被験者の動きを
当該被験者の重心位置のみを用いて測定するものである
ため、体のひねりや片足立ちなどの被験者の具体的な姿
勢を把握することはできない。例えば、重心位置が重心
動揺計上の中心から後方右側に移動した場合、具体的な
被験者の動きとしては、単に身体を後方右側に傾けた動
き、上半身を右後方へひねった動き、あるいは後方右側
への移動などが想定されるが、確実に把握できるのは、
重心位置が後方右側へ移動する動きをしたということだ
けである。したがって、上記重心動揺計では、被験者が
立ち位置を変更しない状態で身体の傾けのみを変更し
て、重心位置の移動によって、その傾きを測定するとい
うように、あらかじめ決められた被験者の動作しか把握
することができない。そのため、従来のバランス機能回
復訓練に用いられる装置は、単調な身体の傾け動作のみ
を対象とした訓練にしか用いることができず、当該装置
によって行なわれる検査および訓練の効果は限定された
ものとなる。また、上記重心動揺計は、その構造が堅
牢、かつ、非常に重量があることから、ベッドの上や椅
子の座面に置くことができず、床の上に設置することが
前提となり、ベッドに横たわった状態や椅子に座った状
態では使用できず、身体のバランス機能等がかなり回復
して立位が確立する時期にならないと利用できないとい
う問題点がある。

【０００７】本発明は、上記問題点を解消するためにな
されたもので、身体のバランス機能回復のための検査ま
たは訓練に用いられる装置に、具体的に把握した被験者
の姿勢を取り込むこと、また、ベッドから起き上がれな
い状態の時期から該姿勢を取り込むことによって、被験
者に、より複雑な運動を行なわせて効果的な上記検査ま
たは訓練を可能とする入力装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明（請求項１）にかかる入力装置は、身体のバ
ランス機能を損傷した被験者が行うリハビリテーション
において、該バランス機能の損傷の程度を測定するため
の検査または該バランス機能を回復させるための訓練に
用いられる装置に、上記被験者の身体の動きを取り込む
ための入力装置であって、上記被験者の身体と接する外
表面における圧力分布の状態を逐次測定する圧力分布測
定手段と、上記圧力分布測定手段が測定した各測定時刻
における圧力分布データを時系列の圧力分布データとし
て保持する測定値記憶手段と、上記測定値記憶手段が保
持する時系列の圧力分布データから各測定時刻における
圧力分布の特徴を特徴量として抽出する特徴抽出手段
と、上記特徴抽出手段が抽出した各測定時刻における特
徴量を時系列の特徴量データとして保持する特徴記憶手
段と、上記特徴記憶手段が保持する時系列の特徴量デー
タから各測定時刻における被験者の姿勢データを導出す
る姿勢解釈手段と、上記姿勢解釈手段が導出した被験者
の姿勢データを外部の上記装置に出力するための信号に
変換する出力信号生成手段とを備えたものである。

【０００９】また、本発明（請求項２）にかかる入力装
置は、身体のバランス機能を損傷した被験者が行うリハ
ビリテーションにおいて、該バランス機能の損傷の程度
を測定するための検査または該バランス機能を回復させ
るための訓練に用いられる装置に、上記被験者の身体の
動きを取り込むための入力装置であって、上記被験者の
身体と接する外表面における圧力分布の状態を逐次測定
する圧力分布測定手段と、上記圧力分布測定手段が測定
した最新の圧力分布データから、ただちに圧力分布の特
徴を特徴量として抽出する特徴抽出手段と、上記特徴抽
出手段が抽出した特徴量を時系列の特徴量データとして
逐次保持する特徴一時記憶手段と、上記特徴抽出手段が
抽出した最新の圧力分布の特徴と、上記特徴一時記憶手
段が保持する時系列の特徴量データとから、ただちに被
験者の姿勢データを導出する姿勢解釈手段と、上記姿勢
解釈手段が導出した被験者の姿勢データをただちに外部
の上記装置に出力するための信号に変換する出力信号生
成手段とを備えたものである。

【００１０】また、本発明（請求項３）にかかる入力装
置は、請求項１または２に記載の入力装置において、上
記特徴抽出手段は、上記圧力分布において、周辺よりも
最も圧力が高い一つ以上の部分をそれぞれ分布のピーク
として、該ピークの圧力値および位置座標を圧力分布の
特徴として抽出し、上記姿勢解釈手段は、上記ピークの
圧力値および位置座標の時間的変化、および上記ピーク
が二つ以上あるとき、それぞれのピークの圧力値および
位置座標の時間的変化を比較した相対的変化に基づい
て、被験者の姿勢データを導出するものである。

【００１１】また、本発明（請求項４）にかかる入力装
置は、請求項１または２に記載の入力装置において、上
記圧力分布測定手段は、上記被験者の身体と接する外表
面を含む部分が、シート状の薄くて柔軟なものからなる
ものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。実施の形態１．図１は、本実施の形態１による入力装置
の構成を示したブロック図である。図１において、１は
圧力分布測定手段であり、被験者の身体が外部と接する
面の圧力分布を測定し、測定値を信号として出力する。
２は測定値記憶手段であり、圧力分布測定手段１からの
信号を受け取るＩ／Ｏポート、３はＩ／Ｏポート２が受
け取った信号を受けた時刻順に、時系列の圧力分布デー
タとして保持しておく。４は特徴抽出手段であり、測定
値記憶手段３が保持する時系列の圧力分布データから、
被験者の圧力分布の特徴を特徴量として抽出する。５は
特徴記憶手段であり、特徴抽出手段４が抽出した特徴量
を時系列の特徴量データとして保持しておく。６は姿勢
解釈手段であり、特徴記憶手段５が保持する時系列の特
徴量データから被験者の姿勢データを導出する。７は出
力信号生成手段であり、姿勢解釈手段６が導出した被験
者の姿勢データを、被験者の姿勢情報を必要とする外部
の装置に出力するための信号に変換して出力する。

【００１３】ここで、圧力分布測定手段１は、被験者と
接する面における圧力分布を検出する柔らかいシート状
のセンサ部と、該センサ部が検出する信号を計算機等で
処理できるように変換する信号変換部とで構成されてい
る。また、上記センサ部には、例えば特開平６−２８１
５１６号公報に示されているもののように、感圧導電ゴ
ムを用いたものがある。該感圧導電ゴムを用いた圧力分
布測定手段１の構成の例を図２に示す。

【００１４】図２において、図１と同一符号は同一又は
相当部分である。２１はフィルムＸであり、フィルム面
のＸ軸方向に線状電極ａを分布させている。２２はフィ
ルムＹであり、フィルム面のＹ軸方向に線状電極ａを分
布させている。２３は感圧導電性ゴムであり、加えられ
る圧力に応じて抵抗値が連続的に変化する。２４はフィ
ルムＸ用マルチプレクサであり、フィルムＸ２１の電極
をスキャンする。２５はフィルムＹ用マルチプレクサで
あり、フィルムＹ２２の電極をスキャンする。２６はデ
ジタルロジックであり、マルチプレクサ２４および２５
のスキャンを制御する。２７はＡ／Ｄ変換器であり、デ
ィジタルロジック２６からの出力をＡ／Ｄ変換する。２
８はセンサ部であり、フィルムＸ２１，フィルムＹ２
２，及び感圧導電性ゴム２３から構成され、感圧導電性
ゴム２３を挟んでフィルムＸ２１，及びフィルムＹ２２
に、それぞれ貼り付けられた線状電極によって、圧力の
検出点をマトリックス状に形成して、被験者と接する面
における圧力分布を検出する。２９は信号変換部であ
り、フィルムＸ用マルチプレクサ２４，フィルムＹ用マ
ルチプレクサ２５，Ａ／Ｄ変換器２７，及びディジタル
ロジック２６から構成され、センサ部２８が検出する信
号を計算機等で処理できるように変換する。

【００１５】ここで、図２において、フィルムＸ２１，
フィルムＹ２２，及び感圧導電性ゴム２３は、個々の説
明のため、それぞれの面の垂直方向に距離をあけた模式
図として示したが、実際には、それぞれの面の間に空間
はなく、フィルムＸ２１，及びフィルムＹ２２は、感圧
導電性ゴム２３を挟んで、これらが一体となって軟らか
い一枚のシート状のセンサ部２８を構成している。

【００１６】次に図１に示した入力装置の動作につい
て、図２の圧力分布測定手段１の動作を参照して説明す
る。まず、センサ部２８に圧力が加えられると、感圧導
電性ゴム２３の加圧された部分の電気抵抗値が、上記圧
力に応じて低下する。フィルムＸ用マルチプレクサ２
４，及びフィルムＹ用マルチプレクサ２５は、それぞれ
フィルムＸ２１，及びフィルムＹ２２の電極をスキャン
して、上記検出点における電気抵抗値の変化を検出す
る。該電気抵抗値の変化により、Ｘ−Ｙ座標軸における
圧力の分布状態を測定することができる。測定された値
は、ディジタルロジック２６からＡ／Ｄ変換器２７に出
力され、Ａ／Ｄ変換器２７によってディジタル信号に変
換されてＩ／Ｏポート２に出力される。ここで、Ｉ／Ｏ
ポート２が受け取る信号は、フィルムＸ２１，及びフィ
ルムＹ２２の面全体を１回スキャンした時のデータをま
とめて、スキャンを開始、あるいは終了したときの、あ
るいはその途中の一定の時刻での圧力分布データとして
扱う。これまでの圧力分布測定手段１における動作によ
って、訓練や検査を行なっている間、逐次測定を行な
い、各測定時刻における上記圧力分布データを時系列の
圧力分布データとして測定値記憶手段３に記録する。測
定終了後、特徴抽出手段４は、上記時系列の圧力分布デ
ータから圧力分布の特徴量を、各測定時刻における上記
圧力分布データごとに抽出する。抽出された上記特徴量
は、時系列の特徴量データとして特徴記憶手段５に記録
される。姿勢解釈手段６では、該特徴量データの時間的
変化等から、各測定時刻における被験者の姿勢および動
きを推定する。姿勢解釈手段６が推定した被験者の姿勢
および動きは、出力信号生成手段７によって、各測定時
刻ごとにコード化され、時系列のコード化されたデータ
として外部装置に出力される。

【００１７】ここで、センサ部２８は、ベッドに横たわ
っている被験者の体の下、あるいは椅子に座っている被
験者の座面や背中、さらには足踏み運動や歩行訓練をし
ている被験者の足元、に敷き、被験者が体を動かしたと
きの圧力分布の変化を測定する。被験者が椅子に座っ
て、本実施の形態１による入力装置を用いて、バランス
機能の検査を行う場合の様子を図３に示した。

【００１８】図３において、図２と同一符号は同一又は
相当部分である。３１はセンサ部を除く入力装置、３３
は入力装置からの信号を受けて被験者に検査用の映像を
提示する検査装置である。図１に示した入力装置は、図
３に示すように、被験者の臀部と椅子の間にセンサ部２
８を敷いて椅子に座った被験者に、上体の前後左右への
傾け、あるいはひねり（図３中の矢印）といった姿勢変
化を行わせ、該姿勢変化における座面の圧力分布の変化
を測定する。このとき、センサ部２８は、被験者がフィ
ルムＸ２１と接するように用いてもよいし、この状態の
センサ部２８のシートを裏返して、フィルムＹ２２と接
するように用いても差し支えない。

【００１９】また、特徴抽出手段４は、測定値記憶手段
３に記録された時系列の圧力分布データから圧力分布の
特徴量を、各測定時刻における上記圧力分布データごと
に抽出したが、該特徴量について詳しく説明する。

【００２０】図４は、椅子に座った被験者の座面のある
測定時刻における圧力分布の例を示した図である。図４
において、個々の桝の中心位置が圧力の測定点を示し、
桝の色が薄いほど、その桝の中心位置における圧力が小
さく、濃いほどその圧力が大きいことを示している。

【００２１】特徴抽出手段４は、図４に示すような、あ
る測定時刻における圧力分布のデータから、周囲の桝と
比較して圧力値が最も高い１つの桝を分布のピークとし
て、そのピークの位置および圧力値、さらには加圧領域
の形状、面積、平均値などを求め、これらを圧力分布の
特徴量とする。なお、ピークが複数箇所存在する場合に
は、その全てについて調べる。このとき、他の加圧領域
と連続していない微小加圧領域や、明らかに被験者がい
ない領域での圧力を検出した領域などは、ノイズとして
無視する。例えば、図４において、上記圧力分布のピー
クは、左臀部のピーク４１および右臀部のピーク４２の
２か所存在し、それぞれ（Ｐｌｘ，Ｐｌｙ）および（Ｐ
ｒｘ，Ｐｒｙ）がピークの位置を示している。また、ノ
イズ４４は、左臀部の加圧領域や右臀部の加圧領域４３
と連続していないので無視される。

【００２２】また、上記の図１の動作の説明において、
特徴記憶手段５は、上記特徴量を時系列の特徴量データ
として記録するものとしたが、より詳しくは、上記特徴
量は、上記のピークの位置および圧力値、加圧領域の形
状，面積，平均値などのそれぞれの項目ごとに時系列の
特徴量データとして記録する。

【００２３】さらに、姿勢解釈手段６では、上記特徴量
データの時間的変化等から、各測定時刻における被験者
の姿勢および動きを推定するものとしたが、以下により
詳しく説明する。

【００２４】図５は、実施の形態１による入力装置によ
り測定された圧力分布データの特徴と被験者の姿勢との
関係の例を示した図である。これは、座面全体の圧力分
布を測定した中で、左右の臀部に相当する領域のそれぞ
れの圧力分布のピークの圧力値および位置を特徴量デー
タとして用い、姿勢を正した初期状態からのピークの圧
力値および位置の時間的変化，及び該時間的変化を各ピ
ークごとに比較した相対的変化と、それらから推定され
る被験者の姿勢をパターン化したものである。

【００２５】図５において、Ｐｌｐ，Ｐｒｐはそれぞれ
ある測定時刻における左右臀部の圧力分布のピークの圧
力値であり、（Ｐｌｘ，Ｐｌｙ）、（Ｐｒｘ，Ｐｒｙ）
はその時のそれぞれのピークの位置座標である。また、
Ｐｌｐ＿０，Ｐｒｐ＿０および（Ｐｌｘ＿０，Ｐｌｙ＿
０）、（Ｐｒｘ＿０，Ｐｒｙ＿０）はそれぞれ初期状態
における左右臀部のピークの圧力値および位置座標であ
る。

【００２６】これらの特徴量データを用いて、被験者の
左右方向および前後方向のそれぞれの姿勢の変化を解析
する。まず、左右方向の姿勢変化については、ピークの
圧力値の変化を用いる。左臀部のピークの値が初期状態
の値と比較して大きくなっている場合（Ｐｌｐ＞Ｐｌｐ
＿０）には、上体の重心位置が左に移動していると考え
られるが、この時さらに右臀部のピークの値の変化の仕
方によって２通りの姿勢に区別する。すなわち、右臀部
のピークの圧力値が初期状態の値と比較して、かなり小
さくなった場合（Ｐｒｐ＜＜Ｐｒｐ＿０）には、右臀部
はほぼ座面から浮き上がっていると考えられるので、上
体全体が左に傾いている（左傾）と判断するが、それほ
ど小さくなっていなければ（Ｐｒｐ＜Ｐｒｐ＿０）、あ
る程度右臀部は座面に接していると考えられるので、こ
の時は上体をまっすぐにして腰の部分だけ左側に移動さ
せている（要部の左移動）と判断する。また、右臀部の
ピークの圧力値が初期状態と比較して大きくなっている
場合（Ｐｒｐ＞Ｐｒｐ＿０）も、上記の左臀部の場合と
同様にして、左臀部のピークの圧力値の変化の仕方によ
って、右傾か腰部の右移動かを判断する。

【００２７】次に、前後方向の姿勢変化については、ピ
ークの位置座標（Ｙ座標）の変化を用いる。左臀部のピ
ークの位置座標が初期状態と比較して前方に移動した場
合（Ｐｌｙ＞Ｐｌｙ＿０）において、右臀部のピークの
位置座標が左臀部と同様に前方に移動した場合には（Ｐ
ｒｙ＞Ｐｒｙ＿０）上体を前方に倒したと判断し、逆に
後方に移動した場合（Ｐｒｙ＞Ｐｒｙ＿０）には、単に
体を右にひねったものと判断する。上記の前傾と判断し
た場合には、さらに、左右の臀部のそれぞれのピークの
位置座標の変化量を比較して、３つの姿勢に区別する。
すなわち、左右の変化量がほぼ等しければ（Ｐｌｙ−
Ｐｌｙ＿０ ≒ Ｐｒｙ−Ｐｒｙ＿０）単なる前傾、左
側の変化量が大きければ（Ｐｌｙ−Ｐｌｙ＿０＞＞
Ｐｒｙ−Ｐｒｙ＿０）上体を右にひねりながらの前
傾、右側の変化量が大きければ（Ｐｌｙ−Ｐｌｙ＿０
＜＜Ｐｒｙ−Ｐｒｙ＿０）上体を左にひねりなが
らの前傾と判断する。また、左臀部のピークが初期状態
と比較して、後方に移動した場合（Ｐｌｙ＜Ｐｌｙ＿
０）も、上記の前方に移動した場合と同様にして、右臀
部のピークの位置座標の変化の仕方、及び上記左右の変
化量の比較によって、単なる後傾か、上体を左あるいは
右にひねりながらの後傾か、それとも単なる左ひねりか
を判断する。

【００２８】このようにして、左右の臀部それぞれの特
徴量データの時間的変化，及び該時間的変化を左右の臀
部について比較した相対的変化の様々な組合わせに対し
て、あらかじめ考えられ得る姿勢をパターン化してお
き、解析時に、実際の特徴量データの変化をパターンに
当てはめることにより、被験者の姿勢を推定することが
できる。

【００２９】なお、上記特徴量データとして、上記ピー
クの位置座標および上記ピークの圧力値の他、加圧領域
の形状，面積，平均値などを用いることができ、また、
被験者がベッドに横たわって、あるいは足踏み運動など
をしてバランス機能の検査を行う場合には、多数のピー
クや加圧領域に対応した特徴量データを用いることも可
能である。

【００３０】また、上記のように被験者の姿勢を推定す
ると同時に、それぞれの特徴量データの値，及び上記時
間的変化による該特徴量データの値の変化量を用いるこ
とにより、被験者の姿勢を定量的に表すことができる。

【００３１】さらに、上記では姿勢を正した初期状態
と、ある時刻の状態とを比較した場合を説明したが、同
様にして、一定の微小時間だけ異なる時刻での圧力分布
の状態を比較して、姿勢の変化を推定し、さらに該姿勢
の変化を時系列にまとめることにより、被験者の動きを
も推定することができる。

【００３２】したがって、姿勢解釈手段６では、上記特
徴量データの時間的変化，及び該時間的変化を各加圧領
域間で比較した相対的変化から、各測定時刻における被
験者の姿勢および動きを推定し、各測定時刻ごとに、そ
の推定した被験者の姿勢および動きの種類，並びに該姿
勢および動きを定量的に表した数値が出力信号生成手段
７によって、コード化され、時系列のコード化されたデ
ータとして外部装置に出力される。外部装置としては、
例えば人の姿勢、運動をアニメーションとして表示画面
に表示させる装置などがある。このような装置に、本実
施の形態１による入力装置で導出した被験者の姿勢およ
び動きに関する信号を入力すれば、バランス機能の訓練
や検査を行なった際の被験者の姿勢を、訓練や検査の実
施後に再度、視覚的に確認することができる。

【００３３】以上のようにして、本実施の形態１による
入力装置は、被験者の身体と接する面における圧力分布
の状態を測定して、特徴抽出手段で圧力分布データから
各測定時刻における圧力分布の特徴を特徴量として抽出
し、姿勢解釈手段で該特徴量から被験者の姿勢を導出す
る構成としたことにより、バランス機能の検査、訓練中
の被験者の具体的な姿勢を、検査や訓練の終了後に把握
することかでき、被験者のバランス機能に関する詳細な
検討が可能になり、その結果、より効果的な検査や訓練
を実施することが可能になる。

【００３４】また、上記特徴抽出手段は、上記圧力分布
において、左右の臀部に相当する領域のそれぞれの圧力
分布のピークの圧力値および位置座標を特徴量として抽
出し、上記姿勢解釈手段は、上記ピークの圧力値および
位置座標の時間的変化、および該時間的変化を各ピーク
ごとに比較した相対的変化に基づいて、被験者の姿勢デ
ータを導出するものとしたから、左右の臀部それぞれの
上記時間的変化，及び上記相対的変化の様々な組合わせ
に対して、あらかじめ考えられ得る姿勢をパターン化し
ておき、解析時に、実際の特徴量データの変化をパター
ンに当てはめることにより、被験者の姿勢を推定するこ
とができる。

【００３５】また、圧力分布測定手段は、感圧導電性ゴ
ムのようなシート状の薄く柔軟なセンサ部を持つものと
したから、設置場所が限定されず、被験者の状態に合わ
せて適切な場所に設置することにより、全てのリハビリ
時期に適用して、立位の状態だけでなく、ベッド上での
仰臥位や椅子に座った座位の状態、さらには歩行器を含
めて被験者の姿勢を把握することができる。

【００３６】なお、本実施の形態１では、圧力分布測定
手段として感圧導電性ゴムを用いた場合を説明したが、
面上の圧力分布を測定でき、かつ薄く柔軟性のあるシー
ト状のものであればどのようなものでもよく、例えば感
圧抵抗インクをマトリックス状にプリントしたもの
（「新しい足底圧解析システム」ＰＯアカデミージャー
ナルＶｏｌ．２，Ｎｏ．３，１９９４）や、ひずみゲ
ージをマトリックス状に配置したもの（日本電気三栄製
ＤＬ１２００）などを用いても、感圧導電性ゴムを用い
た場合と同様、全てのリハビリ時期に適用可能であると
いう効果が得られる。

【００３７】実施の形態２．本実施の形態２による入力
装置は、バランス機能に関する検査や訓練を行なってい
る最中の被験者の姿勢を、リアルタイムに推定できるよ
うにしたものである。図６は、本実施の形態２による入
力装置の構成を示したブロック図である。図６におい
て、図１と同一符号は同一又は相当部分を示している。
６４は特徴抽出手段であり、Ｉ／Ｏポート２が受け取っ
た信号の値からただちに被験者の圧力分布の特徴を特徴
量として抽出する。６５は特徴一時記憶手段であり、特
徴抽出手段６４が抽出した特徴量を時系列の特徴量デー
タとして保持しておく。６６は姿勢解釈手段であり、特
徴抽出手段６４が抽出した最新の圧力分布の特徴と、特
徴一時記憶手段６５が保持する時系列の特徴量データか
ら、被験者の姿勢データを導出する。

【００３８】ここで、圧力分布測定手段１は、感圧導電
性ゴムを用い、実施の形態１におけるものと同様に構成
されている。したがって、圧力分布測定手段１は、実施
の形態１と同様、圧力分布測定手段１におけるセンサ部
２８（図２参照）を、ベッドに横たわっている被験者の
体の下、あるいは椅子に座っている被験者の座面や背
中、さらには足踏み運動や歩行訓練をしている被験者の
足元に敷き、被験者が体を動かしたときの圧力分布の変
化を測定する。

【００３９】次に、図６に示した入力装置の動作につい
て説明する。まず、実施の形態１と同様にして、圧力分
布測定手段１で圧力の分布状態が測定され、測定された
値がディジタル信号に変換されてＩ／Ｏポート２に出力
される。ここで、圧力分布測定手段１からＩ／Ｏポート
２が受け取る信号は、面全体を１回スキャンした時のデ
ータをまとめて、スキャンを開始、あるいは終了、ある
いはその途中の一定の時刻での圧力分布データとして扱
う。Ｉ／Ｏポート２に出力された該圧力分布データは、
ただちに特徴抽出手段６４に送られると同時に特徴抽出
手段６４で解析される。特徴抽出手段６４は、受け取っ
た最新の圧力分布データから、実施例１で示した特徴抽
出手段４と同様にして、圧力分布の特徴量を抽出する。
抽出された特徴量は、ただちに姿勢解釈手段６６に送ら
れると同時に、特徴一時記憶手段６５に当該特徴量を測
定した時刻の情報とともに記録される。したがって、特
徴一時記憶手段６５には、測定時刻の経過にともなっ
て、各測定時刻ごとに抽出された特徴量が時系列の特徴
量データとして記憶される。そして、姿勢解釈手段６６
は、特徴抽出手段６４から受け取る最新の特徴量と、特
徴一時記憶手段６５に記憶されているそれ以前の時系列
の特徴量データとから、特徴量データの時間的変化，及
び該時間的変化を各加圧領域間で比較した相対的変化を
求め、その結果に基づき、実施例１に示した姿勢解釈手
段６と同様にして、最新の測定時刻における被験者の姿
勢および動きを推定する。姿勢解釈手段６６が推定した
被験者の姿勢および動きは、その推定した被験者の姿勢
および動きの種類，並びに該姿勢および動きを定量的に
表した数値が出力信号生成手段７によって、コード化さ
れ、ただちに外部装置に出力される。

【００４０】このようにして、圧力分布測定手段１が逐
次測定する圧力分布の値を、ただちに特徴抽出手段６
４、および姿勢解釈手段６６で処理することにより、検
査中や訓練中の被験者の姿勢および動きをリアルタイム
に把握することができる。ここで、外部装置としては、
例えば従来例に示したようなバランス機能に関する検査
あるいは訓練を行なうもので、図３に示した検査装置３
３のように、検査または訓練中の被験者の姿勢、運動に
応じて被験者に提示する映像をリアルタイムに変化させ
て表示画面に表示させる装置などがある。

【００４１】このような装置に対して、本実施の形態２
による入力装置で導出した被験者の姿勢、動きに関する
信号を入力することにより、被験者の姿勢や動きをより
具体的に反映した映像を提供することが可能になり、検
査または訓練の効果の向上が期待できる。

【００４２】以上のようにして、本実施の形態２による
入力装置は、被験者の身体と接する面における圧力分布
の状態を測定して、特徴抽出手段で最新の圧力分布デー
タから、ただちに圧力分布の特徴を最新の特徴量として
抽出し、特徴一時記憶手段が該特徴量を逐次保持した時
系列の特徴量データと、上記最新の特徴量とから、ただ
ちに被験者の姿勢データを導出する姿勢解釈手段を備え
た構成にすることにより、バランス機能の検査、訓練中
の被験者の具体的な姿勢および動きの把握と、その結果
の外部機器への出力をリアルタイムに行なうことができ
るので、被験者の状態を即座に検査、訓練にフィードバ
ックし、その内容を逐次適切に変更することが可能とな
り、より効果的な検査、訓練を実施することができるよ
うになる。

【００４３】また、上記特徴抽出手段は、上記圧力分布
において、左右の臀部に相当する領域のそれぞれの圧力
分布のピークの圧力値および位置座標を特徴量として抽
出し、上記姿勢解釈手段は、上記ピークの圧力値および
位置座標の時間的変化、および該時間的変化を各ピーク
ごとに比較した相対的変化に基づいて、被験者の姿勢デ
ータを導出するものとしたから、左右の臀部それぞれの
上記時間的変化，及び上記相対的変化の様々な組合わせ
に対して、あらかじめ考えられ得る姿勢をパターン化し
ておき、測定時に、実際の特徴量データの変化をパター
ンに当てはめることにより、被験者の姿勢を推定するこ
とができる。

【００４４】また、圧力分布測定手段は、感圧導電性ゴ
ムのようなシート状の薄く柔軟なセンサ部を持つものと
したから、設置場所が限定されず、被験者の状態に合わ
せて適切な場所に設置することにより、全てのリハビリ
時期に適用して、立位の状態だけでなく、ベッド上での
仰臥位や椅子に座った座位の状態、さらには歩行器を含
めて被験者の姿勢をリアルタイムに把握することができ
る。

【００４５】なお、本実施の形態２においても、実施の
形態１と同様、圧力分布測定手段として感圧導電性ゴム
を用いたが、実施の形態１において説明したように、面
上の圧力分布を測定でき、かつ薄く柔軟性のあるシート
状のものであればどのようなものでもよく、上記と同様
に、全てのリハビリ時期に適用可能であるという効果が
得られる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明（請求項１）にか
かる入力装置によれば、バランス機能のリハビリテーシ
ョンにおいて、検査または訓練に用いられる装置に、被
験者の動きを取り込むための入力装置であって、上記被
験者の身体と接する外表面における圧力分布の状態を逐
次測定する圧力分布測定手段と、上記圧力分布測定手段
が測定した各測定時刻における圧力分布データを時系列
の圧力分布データとして保持する測定値記憶手段と、上
記測定値記憶手段が保持する時系列の圧力分布データか
ら各測定時刻における圧力分布の特徴を特徴量として抽
出する特徴抽出手段と、上記特徴抽出手段が抽出した各
測定時刻における特徴量を時系列の特徴量データとして
保持する特徴記憶手段と、上記特徴記憶手段が保持する
時系列の特徴量データから各測定時刻における被験者の
姿勢データを導出する姿勢解釈手段と、上記姿勢解釈手
段が導出した被験者の姿勢データを外部の上記装置に出
力するための信号に変換する出力信号生成手段とを備え
たから、バランス機能の検査や訓練時の被験者の姿勢や
動きを具体的に把握することができるので、被験者の状
態に応じた、より効果的な検査、訓練を実施することが
可能となるという効果が得られる。

【００４７】また、本発明（請求項２）にかかる入力装
置によれば、バランス機能のリハビリテーションにおい
て、検査または訓練に用いられる装置に、被験者の動き
を取り込むための入力装置であって、上記被験者の身体
と接する外表面における圧力分布の状態を逐次測定する
圧力分布測定手段と、上記圧力分布測定手段が測定した
最新の圧力分布データから、ただちに圧力分布の特徴を
特徴量として抽出する特徴抽出手段と、上記特徴抽出手
段が抽出した特徴量を時系列の特徴量データとして逐次
保持する特徴一時記憶手段と、上記特徴抽出手段が抽出
した最新の圧力分布の特徴と、上記特徴一時記憶手段が
保持する時系列の特徴量データとから、ただちに被験者
の姿勢データを導出する姿勢解釈手段と、上記姿勢解釈
手段が導出した被験者の姿勢データをただちに外部の上
記装置に出力するための信号に変換する出力信号生成手
段とを備えたから、検査や訓練中の被験者の姿勢や動き
をリアルタイムに把握することができるので、検査や訓
練の内容を即座に変更することが可能になるという効果
が得られる。

【００４８】また、本発明（請求項３）にかかる入力装
置によれば、請求項１または２に記載の入力装置におい
て、上記特徴抽出手段は、上記圧力分布において、周辺
よりも最も圧力が高い一つ以上の部分をそれぞれ分布の
ピークとして、該ピークの圧力値および位置座標を圧力
分布の特徴として抽出し、上記姿勢解釈手段は、上記ピ
ークの圧力値および位置座標の時間的変化、および上記
ピークが二つ以上あるとき、それぞれのピークの圧力値
および位置座標の時間的変化を比較した相対的変化に基
づいて、被験者の姿勢データを導出するものとしたか
ら、各ピークの特徴量データの時間的変化，及び該時間
的変化を各ピークごとに比較した相対的変化の様々な組
合わせに対して、あらかじめ考えられ得る姿勢をパター
ン化しておき、解析時または測定時に、実際の特徴量デ
ータの変化をパターンに当てはめることにより、被験者
の姿勢を推定することができる。

【００４９】また、本発明（請求項４）にかかる入力装
置によれば、請求項１または２に記載の入力装置におい
て、上記圧力分布測定手段は、上記被験者の身体と接す
る外表面を含む部分が、シート状の薄くて柔軟なものか
らなるものとしたから、仰臥位、座位、立位、歩行時の
全ての状態における被験者の姿勢を把握するこができる
ので、障害が発生してから社会復帰するまで一貫した検
査、訓練が可能になるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による入力装置の構成を
示すブロック図である。

【図２】本発明の実施の形態１における圧力分布測定手
段の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態１による入力装置を用い
て、座位で検査を行う場合の様子を示す図である。

【図４】図３における座面の圧力分布の例を示す図であ
る。

【図５】本発明の実施の形態１による入力装置により測
定された圧力分布データの特徴と被験者の姿勢との関係
の例を示した図である。

【図６】本発明の実施の形態２による入力装置の構成を
示すブロック図である。

【図７】従来の従来のバランス機能回復訓練に用いられ
る装置の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１圧力分布測定手段２Ｉ／Ｏポート３測定値記憶手段４特徴抽出手段５特徴記憶手段６姿勢解釈手段７出力信号生成手段２１フィルムＸ２２フィルムＹ２３感圧導電性ゴム２４フィルムＸ用マルチプレクサ２５フィルムＹ用マルチプレクサ２６デジタルロジック２７Ａ／Ｄ変換器２８センサ部３１センサ部を除く入力装置３３検査装置４１左臀部のピーク４２右臀部のピーク４３右臀部の加圧領域４４ノイズ６４特徴抽出手段６５特徴一時記憶手段６６姿勢解釈手段１００ロードセル１０１重心動揺計１０２アンプ１０３フィルタ１０４Ａ／Ｄ変換器１０５演算手段１０６重心位置イメージ表示手段１０７入力手段１０８目標イメージ表示手段１０９感知手段１１０表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者濱崎省吾大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】身体のバランス機能を損傷した被験者が
行うリハビリテーションに際し、該バランス機能の損傷
の程度を測定するための検査、または該バランス機能を
回復させるための訓練に用いられる装置に、上記被験者
の身体の動きを取り込むための入力装置であって、上記被験者の身体と接する外表面における圧力分布の状
態を逐次測定する圧力分布測定手段と、上記圧力分布測定手段が測定した各測定時刻における圧
力分布データを時系列の圧力分布データとして保持する
測定値記憶手段と、上記測定値記憶手段が保持する時系列の圧力分布データ
から各測定時刻における圧力分布の特徴を特徴量として
抽出する特徴抽出手段と、上記特徴抽出手段が抽出した各測定時刻における特徴量
を時系列の特徴量データとして保持する特徴記憶手段
と、上記特徴記憶手段が保持する時系列の特徴量データから
各測定時刻における被験者の姿勢データを導出する姿勢
解釈手段と、上記姿勢解釈手段が導出した被験者の姿勢データを外部
の上記装置に出力するための信号に変換する出力信号生
成手段とを備えたことを特徴とする入力装置。
【請求項２】身体のバランス機能を損傷した被験者が
行うリハビリテーションに際し、該バランス機能の損傷
の程度を測定するための検査、または該バランス機能を
回復させるための訓練に用いられる装置に、上記被験者
の身体の動きを取り込むための入力装置であって、上記被験者の身体と接する外表面における圧力分布の状
態を逐次測定する圧力分布測定手段と、上記圧力分布測定手段が測定した最新の圧力分布データ
から、ただちに圧力分布の特徴を特徴量として抽出する
特徴抽出手段と、上記特徴抽出手段が抽出した特徴量を時系列の特徴量デ
ータとして逐次保持する特徴一時記憶手段と、上記特徴抽出手段が抽出した最新の圧力分布の特徴と、
上記特徴一時記憶手段が保持する時系列の特徴量データ
とから、ただちに被験者の姿勢データを導出する姿勢解
釈手段と、上記姿勢解釈手段が導出した被験者の姿勢データをただ
ちに外部の上記装置に出力するための信号に変換する出
力信号生成手段とを備えたことを特徴とする入力装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の入力装置にお
いて、上記特徴抽出手段は、上記圧力分布において、一つ以上
の，周辺よりも最も圧力が高い部分をそれぞれ分布のピ
ークとして、該ピークの圧力値および位置座標を圧力分
布の特徴として抽出し、上記姿勢解釈手段は、上記ピークの圧力値および位置座
標の時間的変化、および上記ピークが二つ以上あると
き、それぞれのピークの圧力値および位置座標の時間的
変化を比較した相対的変化に基づいて、被験者の姿勢デ
ータを導出するものであることを特徴とする入力装置。
【請求項４】請求項１または２に記載の入力装置にお
いて、上記圧力分布測定手段は、上記被験者の身体と接する外
表面を含む部分が、シート状の薄くて柔軟なものからな
ることを特徴とする入力装置。