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JP5612627B2 - Physical ability determination device and data processing method - Google Patents

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JP5612627B2
JP5612627B2 JP2012073856A JP2012073856A JP5612627B2 JP 5612627 B2 JP5612627 B2 JP 5612627B2 JP 2012073856 A JP2012073856 A JP 2012073856A JP 2012073856 A JP2012073856 A JP 2012073856A JP 5612627 B2 JP5612627 B2 JP 5612627B2
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Description

本発明は、被験者の身体能力を評価する身体能力判定装置及びデータ処理方法に関する。 The present invention relates to a physical ability determination device and a data processing method for evaluating a physical ability of a subject.

ロコモティブシンドローム(運動器症候群)は、メタボリックシンドローム(代謝症候群)や認知症と並び、健康寿命の短縮や寝たきり状態又は要介護状態を誘発する3大要因の1つとして注目されており、この施策が急務とされている。   Locomotive syndrome (motor organ syndrome), along with metabolic syndrome (metabolic syndrome) and dementia, is attracting attention as one of the three major factors that induce a shortened healthy life expectancy, bedridden state or need for care. It has been urgently needed.

身体能力の低下には、筋力の低下や骨格の劣化と共に、脳機能の劣化という要因も存在する。筋力や骨格の強化に関しては整形外科の知識を必要とする一方、脳機能の劣化に関しては脳科学の知識が必要となり、整形外科及び脳科学の両方の観点から横断的に評価(診断)及び施術指導を行う必要がある。   In the decline of physical ability, there is a factor of brain function deterioration as well as muscle strength reduction and skeletal deterioration. While knowledge of orthopedics is required for strength and skeletal strengthening, knowledge of brain science is required for deterioration of brain function. Cross-sectional evaluation (diagnosis) and treatment from both orthopedics and brain science perspectives It is necessary to give guidance.

身体の状態を測定する技術として、身体重心動揺や歩行運動のゆらぎを計測する技術などが存在する。例えば、非特許文献1では、下顎位の変化がヒトの直立姿勢時の身体重心動揺のゆらぎや筋肉の活動にどのような影響を及ぼすのかについて検討がなされている。   As a technique for measuring the state of the body, there is a technique for measuring fluctuations of the body center of gravity and walking motion. For example, Non-Patent Document 1 discusses how changes in mandibular position affect fluctuations in body center of gravity and muscle activity during a human upright posture.

「下顎位の変化による身体重心動揺のゆらぎ解析」岐阜歯科学会35巻3号167〜181、2009年2月"Fluctuation analysis of body sway due to changes in mandibular position" Gifu Dental Society Vol.35 No.3, 167-181, February 2009

しかしながら、従来の技術においては、整形外科及び脳科学の両方の観点から、人間の身体能力を効率的に判定するシステム、例えば、脳機能劣化と整形劣化を同時計測でき、かつ低コストで簡便であるシステムは確立されていない。   However, in the conventional technology, from the viewpoints of both orthopedics and brain science, a system for efficiently judging human physical ability, for example, it is possible to measure brain function deterioration and shaping deterioration at the same time, and at low cost and easily. Some systems have not been established.

上記の問題を解決するため、本発明は、身体能力を効率的に判定するための身体能力判定装置及びデータ処理方法を提供することを目的とする。 In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a physical ability determination device and a data processing method for efficiently determining physical ability.

上記の目的を達成するため、本発明の身体能力判定装置は、被験者の身体の状態を判定する身体能力判定装置であって、
前記被験者の身体の動きを計測する身体状態計測センサから供給されるセンシング情報に基づいて、前記被験者の身体の動きの特徴を示す運動特徴量を算出する運動特徴量観測部と、
前記運動特徴量と身体能力の評価値との対応を特定するための基準情報を格納する基準情報格納部と、
前記基準情報格納部に格納されている前記基準情報に基づいて、前記運動特徴量観測部で算出された前記被験者の運動特徴量から、前記被験者の身体能力を示す評価値を特定する身体能力判定部とを、
有し、
前記身体状態計測センサが、4点の荷重センサを備え、前記被験者の足踏み運動時の前後左右の重心移動を計測し、
前記運動特徴量から特定されるリャプノフ指数と身体能力の評価値との対応が前記基準情報に記載されており、
前記身体能力判定部が、前記被験者の運動特徴量からカオス力学系の計算技術を用いて発散性を示すリャプノフ指数を算出し、前記基準情報に基づいて、前記被験者のリャプノフ指数から前記被験者の身体能力を示す評価値を特定し、
前記運動特徴量が、時系列カオス解析によって得られるアトラクタであり、再構成された前記アトラクタから、Sano-Sawada法を用いて前記リャプノフ指数を推定し、前記リャプノフ指数を推定する際に、超球サイズ、近傍点数、発展時間係数をパラメータとするものである。
In order to achieve the above object, a physical ability determination device of the present invention is a physical ability determination device that determines a state of a subject's body,
Based on sensing information supplied from a body state measurement sensor that measures the body motion of the subject, a motion feature amount observation unit that calculates a motion feature amount indicating a feature of the body motion of the subject;
A reference information storage unit that stores reference information for specifying the correspondence between the exercise feature and the evaluation value of physical ability;
Based on the reference information stored in the reference information storage unit, physical ability determination that identifies an evaluation value indicating the physical ability of the subject from the exercise feature amount of the subject calculated by the exercise feature amount observation unit Part
Have
The body condition measurement sensor includes four load sensors, and measures the center-of-gravity movement of the front, rear, left and right during the stepping motion of the subject ,
Correspondence between the Lyapunov index specified from the movement feature amount and the evaluation value of physical ability is described in the reference information,
The physical ability determination unit calculates a Lyapunov index indicating divergence from the motion feature of the subject using a calculation technology of a chaotic dynamical system, and based on the reference information, the body of the subject is calculated from the Lyapunov index of the subject. Identify an evaluation value that indicates your ability,
The motion feature is an attractor obtained by time-series chaos analysis, and from the reconstructed attractor, the Lyapunov exponent is estimated using the Sano-Sawada method, and when the Lyapunov exponent is estimated, a hypersphere The size, the number of neighboring points, and the development time coefficient are used as parameters .

また、上記の目的を達成するため、本発明のデータ処理方法は、被験者の身体能力を示す評価値を出力する装置におけるデータ処理方法であって、
前記装置は、運動特徴量観測部、基準情報格納部、評価値特定部を有し、
前記運動特徴量観測部が、前記被験者の身体の動きを計測する身体状態計測センサから供給されるセンシング情報に基づいて、前記被験者の身体の動きの特徴を示す運動特徴量を算出するステップと、
前記評価値特定部が、前記基準情報格納部に格納されている前記運動特徴量と身体能力の評価値との対応を特定するための基準情報に基づいて、前記運動特徴量観測部で算出された前記被験者の運動特徴量から、前記被験者の身体能力を示す評価値を特定するステップとを、
有し、
前記身体状態計測センサが、4点の荷重センサを備え、前記被験者の足踏み運動時の前後左右の重心移動を計測し、
前記運動特徴量から特定されるリャプノフ指数と身体能力の評価値との対応が前記基準情報に記載されており、
前記評価値特定部が、前記被験者の運動特徴量からカオス力学系の計算技術を用いて発散性を示すリャプノフ指数を算出し、前記基準情報に基づいて、前記被験者のリャプノフ指数から前記被験者の身体能力を示す評価値を特定し、
前記運動特徴量が、時系列カオス解析によって得られるアトラクタであり、再構成された前記アトラクタから、Sano-Sawada法を用いて前記リャプノフ指数を推定し、前記リャプノフ指数を推定する際に、超球サイズ、近傍点数、発展時間係数をパラメータとするものである。
In order to achieve the above object, the data processing method of the present invention is a data processing method in an apparatus that outputs an evaluation value indicating the physical ability of a subject,
The apparatus includes a motion feature amount observation unit, a reference information storage unit, and an evaluation value specifying unit,
The motion feature amount observing unit calculating a motion feature amount indicating a feature of the subject's body movement based on sensing information supplied from a body state measurement sensor that measures the subject's body motion;
The evaluation value specifying unit is calculated by the exercise feature amount observing unit based on reference information for specifying the correspondence between the exercise feature amount and the evaluation value of physical ability stored in the reference information storage unit. A step of identifying an evaluation value indicating the physical ability of the subject from the movement feature amount of the subject,
Have
The body condition measurement sensor includes four load sensors, and measures the center-of-gravity movement of the front, rear, left and right during the stepping motion of the subject ,
Correspondence between the Lyapunov index specified from the movement feature amount and the evaluation value of physical ability is described in the reference information,
The evaluation value specifying unit calculates a Lyapunov index indicating divergence from the motion feature of the subject using a calculation technique of a chaotic dynamical system, and based on the reference information, from the Lyapunov index of the subject, the body of the subject Identify an evaluation value that indicates your ability,
The motion feature is an attractor obtained by time-series chaos analysis, and from the reconstructed attractor, the Lyapunov exponent is estimated using the Sano-Sawada method, and when the Lyapunov exponent is estimated, a hypersphere The size, the number of neighboring points, and the development time coefficient are used as parameters .

本発明は、上記の構成又は処理を有しており、被験者の身体能力を効率的に判定するために脳機能劣化と整形劣化を同時計測(記録)可能とし、かつ、低コストで簡便なシステムを構築できるという効果を有している。   The present invention has the above-described configuration or processing, enables simultaneous measurement (recording) of brain function deterioration and shaping deterioration in order to efficiently determine the physical ability of a subject, and is a low-cost and simple system It has the effect that can be built.

本発明の実施の形態における身体能力判定装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the physical capability determination apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における身体能力判定装置の身体能力判定部の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the physical capability determination part of the physical capability determination apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における運動特徴量の計測処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the measurement process of the movement feature-value in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における運動能力の判定処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the determination process of the athletic ability in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるゆらぎ解析処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the fluctuation | variation analysis process in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における身体能力判定処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the physical ability determination process in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるゆらぎ解析処理の具体的な一例を示す図である。It is a figure which shows a specific example of the fluctuation | variation analysis process in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態において、被験者の身体の状態を計測するための身体状態計測センサ及び計測結果の一例を示す図である。In embodiment of this invention, it is a figure which shows an example of the body state measurement sensor for measuring the state of a test subject's body, and a measurement result. 本発明の実施の形態において、被験者の身体能力を評価するための基準情報の一例を示す図である。In embodiment of this invention, it is a figure which shows an example of the reference | standard information for evaluating a test subject's physical ability. 本発明の別の実施の形態における身体能力判定装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the physical capability determination apparatus in another embodiment of this invention. 本発明の別の実施の形態において、被験者の身体能力を評価するための基準情報の一例を示す図である。In another embodiment of this invention, it is a figure which shows an example of the reference | standard information for evaluating a test subject's physical ability. 本発明の別の実施の形態において、被験者の身体能力を評価するための基準情報の別の一例を示す図である。In another embodiment of this invention, it is a figure which shows another example of the reference | standard information for evaluating a test subject's physical ability. 本発明に係る実験において、時系列データを空間ベクトルPとして、良好なアトラクタを再構成するためのパラメータを探索し、空間ベクトルPをプロットすることでアトラクタを描画した一例を示すイメージ図である。In the experiment which concerns on this invention, it is an image figure which shows an example which drawn the attractor by searching the parameter for reconstructing a favorable attractor by making time series data into the space vector P, and plotting the space vector P. 本発明に係る実験において、埋め込み次元数を4、埋め込み遅延時間を30(s)とした場合に、再構成されたアトラクタをある平面上に投影した写像(六角形状)の一例を示す図である。In the experiment which concerns on this invention, when an embedding dimension number is 4 and embedding delay time is 30 (s), it is a figure which shows an example of the map (hexagonal shape) which projected the reconstructed attractor on a certain plane. . 本発明に係る実験において、6人の被験者に係る重心位置データに基づいて、埋め込み次元数を4、埋め込み遅延時間を30(s)とした場合に、再構成されたアトラクタをある平面上に投影した写像(六角形状)の一例を示す図である。In the experiment according to the present invention, when the number of embedding dimensions is 4 and the embedding delay time is 30 (s), the reconstructed attractor is projected onto a certain plane based on the centroid position data of 6 subjects. It is a figure which shows an example of the mapping (hexagon shape) which performed. 本発明に係る実験において、アトラクタ重畳時の写像空間における時系列の点軌跡を、d1からd3の超球サイズ範囲内で軌道を描く運動のみを対象に軌道離散を計算する様子を示すイメージ図である。In the experiment according to the present invention, it is an image diagram showing a state of calculating a trajectory discrete for only a motion that draws a trajectory within a hypersphere size range from d1 to d3, with respect to a time-series point trajectory in a mapping space at the time of attractor superposition. . 本発明に係る実験において、超球サイズを0.1、近傍点数を20、発展時間係数を30としてSano-Sawada法を用いて計算されたリャプノフ指数の値を縦軸とし、被験者の年齢を横軸としたグラフの一例を示す図である。In the experiment according to the present invention, the Lyapunov exponent calculated using the Sano-Sawada method with the hypersphere size of 0.1, the number of neighbors of 20, the development time factor of 30, and the age of the subject It is a figure which shows an example of the graph made into the axis | shaft. 本発明に係る実験において、各年代の5人の被験者に係る重心位置データに基づいて、埋め込み次元数を4、埋め込み遅延時間を8(s)とした場合に、再構成されたアトラクタをある平面上に投影した写像(蝶型)の一例を示す図である。In the experiment according to the present invention, based on the gravity center position data of five subjects at each age, when the number of embedding dimensions is 4 and the embedding delay time is 8 (s), the reconstructed attractor is a certain plane. It is a figure which shows an example of the map (butterfly shape) projected on the top. 本発明に係る実験において、超球サイズを0.08、近傍点数を20、発展時間係数を30としてSano-Sawada法を用いて計算されたリャプノフ指数の値を縦軸とし、被験者の年齢を横軸としたグラフの一例を示す図である。In the experiment according to the present invention, the Lyapunov exponent calculated using the Sano-Sawada method with the hypersphere size of 0.08, the number of neighbors of 20, the development time coefficient of 30, and the age of the subject It is a figure which shows an example of the graph made into the axis | shaft. 本発明に係る実験において、再構成されたアトラクタの安定性の指標としてDFAにより算出したスケーリング指数を縦軸とし、被験者の年齢を横軸としたグラフの一例を示す図である。In the experiment which concerns on this invention, it is a figure which shows an example of the graph which made the vertical axis | shaft the scaling index | exponent calculated by DFA as a parameter | index of stability of the reconfigure | reconstructed attractor, and made the test subject's age the horizontal axis. 本発明において、リャプノフ指数、DFAのスケーリング指数、アトラクタの形状やリャプノフ指数などから得られる評価値(脳機能年齢)をリアルタイムに1画面に表示した場合の表示画面の一例を示す図である。In this invention, it is a figure which shows an example of the display screen at the time of displaying the evaluation value (brain functional age) obtained from a Lyapunov index, a DFA scaling index, an attractor shape, a Lyapunov index, etc. on one screen in real time.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明は、被験者の身体能力を判定することで、被験者の現在の身体能力の評価を行うことが可能な身体能力判定装置及びデータ処理方法を提供する。なお、本発明は、簡素な構成によって実現可能であるよう構成されており、また、被験者にとって負担にならない簡単な方法で被験者の身体能力の脳機能劣化と整形劣化を同時計測(記録)可能としし、被験者の身体能力を判定することが可能である。 The present invention provides a physical ability determination device and a data processing method capable of evaluating a subject's current physical ability by determining the physical ability of the subject. The present invention is configured so as to be realized with a simple configuration, and enables the simultaneous measurement (recording) of brain function deterioration and shaping deterioration of a subject's physical ability by a simple method that does not burden the subject. The physical ability of the subject can be determined.

まず、本発明の実施の形態における身体能力判定装置の構成について説明する。図1Aは、本発明の実施の形態における身体能力判定装置の構成の一例を示すブロック図であり、図1Bは、本発明の実施の形態における身体能力判定装置の身体能力判定部の構成の一例を示すブロック図る。図1Aに図示されている身体能力判定装置100は、運動特徴量観測部110、身体能力判定部120、基準情報格納部130を有している。なお、図1A及び図1Bには、各機能がブロックによって図示されているが、これらの各機能は、ハードウェア及び/又は(プログラムをコンピュータによって実行可能なプログラム)によって実現可能である。   First, the configuration of the physical ability determination device in the embodiment of the present invention will be described. FIG. 1A is a block diagram illustrating an example of a configuration of a physical ability determination device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B illustrates an example of a configuration of a physical ability determination unit of the physical ability determination device according to an embodiment of the present invention. A block showing. The physical ability determination device 100 illustrated in FIG. 1A includes an exercise feature amount observation unit 110, a physical ability determination unit 120, and a reference information storage unit 130. In FIG. 1A and FIG. 1B, each function is illustrated by a block, but each of these functions can be realized by hardware and / or (a program that can be executed by a computer).

運動特徴量観測部110は、被験者の身体の状態(被験者の身体の動き)に係る情報から、被験者の運動特徴量を計測する機能を有している。運動特徴量観測部110は、例えば、身体状態計測センサ191から供給される被験者の身体の状態を検出したセンシング情報に基づいて、被験者の運動特徴量を算出することが可能である。また、運動特徴量観測部110は、力学系の技術を用いた場合には、被験者の運動特徴量をアトラクタ化する(例えば、後述する図2の処理を行う)ことも可能である。   The movement feature quantity observation unit 110 has a function of measuring the movement feature quantity of the subject from information related to the physical state of the subject (body movement of the subject). For example, the motion feature amount observation unit 110 can calculate the motion feature amount of the subject based on sensing information detected from the body state measurement sensor 191 that detects the state of the subject's body. In addition, when the dynamic feature technique is used, the motion feature amount observation unit 110 can also convert the motion feature amount of the subject into an attractor (for example, perform the processing of FIG. 2 described later).

なお、身体状態計測センサ191として、被験者の身体における筋肉運動を数値として計測する任意のセンサが利用可能である。例えば、荷重・加速度センサを使って被験者の直立姿勢時の重心運動(重心動揺)を検出する方法や、被験者が歩行運動を行う際の身体の動きや歩調を検出する方法を利用することが可能である。また、ビデオカメラなどによるモーションキャプチャから体の特徴点の軌道をセンシングして被験者の直立姿勢時の重心運動(重心動揺)を検出する方法や、被験者が歩行運動を行う際の身体の動きや歩調を検出する方法を利用することが可能である。図6は、本発明の実施の形態において、被験者の歩行運動に伴って検出されるセンシング情報の一例を示す図である。図6(A)に図示されているように、筋活動電位、3軸加速度変化、温度変化を計測することが可能なワイアレス生体センサ600を被験者に装着してもらい(図6(A)では、頭部、腰部、両膝部に装着)、被験者に歩行運動を行ってもらうことによって歩行運動に伴った被験者の動きを計測する。この計測によって、例えば図6(B)に図示されているように、歩行時の被験者の頭部、腰部、両膝部の位置の変動、被験者の重心運動、被験者の歩調などが計測可能である。なお、ここでは、主に、被験者に歩行運動を行ってもらう場合を一例として説明を行うが、例えば、図6(C)に図示されているように、被験者を直立させて被験者の重心運動(垂直重心動揺)を荷重センサ700によって計測することも可能である。   In addition, as the body state measurement sensor 191, any sensor that measures muscle motion in the body of the subject as a numerical value can be used. For example, it is possible to use a method that detects the center of gravity movement (gravity sway) when the subject is standing upright using a load / acceleration sensor, or a method that detects the body movement or pace when the subject performs a walking motion. It is. In addition, by detecting the trajectory of body feature points from motion capture using a video camera, etc., it detects the center of gravity movement (center of gravity sway) when the subject is standing upright, and the body movement and pace when the subject performs a walking motion It is possible to use a method for detecting. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of sensing information detected along with the walking motion of the subject in the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6 (A), the subject wears a wireless biosensor 600 capable of measuring muscle action potential, triaxial acceleration change, and temperature change (in FIG. 6 (A), Wearing the head, waist, and both knees), the subject's movement accompanying the walking motion is measured by having the subject perform the walking motion. By this measurement, for example, as shown in FIG. 6B, it is possible to measure changes in the positions of the head, waist, and both knees of the subject at the time of walking, the center of gravity movement of the subject, the pace of the subject, and the like. . In addition, here, the case where the subject is caused to walk is described as an example. For example, as shown in FIG. It is also possible to measure the vertical center of gravity fluctuation) with the load sensor 700.

また、身体能力判定部120は、運動特徴量観測部110で計測された被験者の運動特徴量に基づいて、被験者の身体能力を判定する機能を有している。身体能力判定部120は、例えば、被験者の運動特徴量から得られる数値(例えば、後述のリャプノフ指数)と、基準情報格納部130に格納されている基準情報とを比較することで、被験者の運動特徴量がどのレベルに位置するかを特定することが可能である。なお、身体能力判定部120による判定結果は、例えば評価値としてモニタ/スピーカ192などの出力装置から出力可能である。   Further, the physical ability determination unit 120 has a function of determining the physical ability of the subject based on the subject's motion feature amount measured by the motion feature amount observation unit 110. The physical ability determination unit 120 compares, for example, a numerical value (for example, a Lyapunov exponent described later) obtained from the subject's movement feature amount with reference information stored in the reference information storage unit 130, thereby exercising the subject's movement. It is possible to specify at which level the feature amount is located. The determination result by the physical ability determination unit 120 can be output as an evaluation value from an output device such as a monitor / speaker 192, for example.

身体能力判定部120は、図1Bに図示されているように、脳機能判定部121及び整形判定部122を有している。脳機能判定部121は、本発明の実施の形態において説明する動作(運動特徴量から身体能力の評価を行う動作)を実行する機能を有しており、一方、整形判定部122は、骨格劣化・筋力劣化を整形外科の観点で観測する機能を有している。例えば骨格劣化に関しては、右足・左足の足踏み運動の劣化を観測することで、背骨の歪みを観測することが可能である。   The physical ability determination unit 120 includes a brain function determination unit 121 and a shaping determination unit 122 as illustrated in FIG. 1B. The brain function determination unit 121 has a function of executing the operation described in the embodiment of the present invention (the operation of evaluating physical ability from the movement feature amount), while the shaping determination unit 122 is a skeleton deterioration・ It has a function to observe muscle strength deterioration from the perspective of orthopedics. For example, regarding skeletal deterioration, it is possible to observe spinal distortion by observing the deterioration of the stepping motion of the right and left feet.

また、基準情報格納部130は、身体能力判定部120による判定の際に参照される基準情報を事前に格納する機能を有している。基準情報としては、例えば、被験者の運動特徴量から得られる数値(例えば、後述のリャプノフ指数)に対応する評価値(例えば、後述の脳機能年齢)を規定した対応表などを用いることが可能である。また、例えばアトラクタ群(アトラクタ行列)の各パターンを保持し、当該各パターンに対応する評価値を規定しておいてもよい。   The reference information storage unit 130 has a function of storing in advance reference information that is referred to when the physical ability determination unit 120 makes a determination. As the reference information, for example, it is possible to use a correspondence table that defines an evaluation value (for example, brain function age described later) corresponding to a numerical value (for example, a later-described Lyapunov exponent) obtained from the subject's movement feature value. is there. Further, for example, each pattern of an attractor group (attractor matrix) may be held and an evaluation value corresponding to each pattern may be defined.

次に、図1A及び図1Bに図示されている身体能力判定装置100の構成に基づき、本発明に係る処理について説明する。   Next, processing according to the present invention will be described based on the configuration of the physical ability determination device 100 illustrated in FIGS. 1A and 1B.

図2は、本発明の実施の形態における運動特徴量の計測処理の一例を示すフローチャートである。なお、図2に図示されている運動特徴量の計測処理は、図1Aに図示されている運動特徴量観測部110によって、ミリ秒オーダ(ミリ秒単位)で実行される処理である。   FIG. 2 is a flowchart showing an example of the movement feature amount measurement process in the embodiment of the present invention. 2 is a process executed by the motion feature quantity observation unit 110 shown in FIG. 1A in millisecond order (millisecond unit).

図2において、運動特徴量観測部110は、重心運動の計測値を取得し(ステップS201)、歩調の計測値を取得し(ステップS202)、3軸加速度変化の計測値(3次元空間における加速度の値)を取得する(ステップS203)。これらのステップS201〜S203の各センシング情報は、身体状態計測センサ191から、例えばミリ秒単位で運動特徴量観測部110へ供給される。なお、ステップS201〜S203の各処理は並列処理である。また、本発明の実施の形態では、重心運動、歩調、3軸加速度変化を計測する場合について説明するが、これらの計測値のうちのいずれか1つ又は複数(あるいはすべて)を利用してもよく、また、その他のセンシング情報を利用してもよい。   In FIG. 2, the movement feature quantity observation unit 110 acquires a measurement value of the center of gravity movement (step S201), acquires a measurement value of the pace (step S202), and a measurement value of a change in three-axis acceleration (acceleration in a three-dimensional space). Is obtained) (step S203). Each of the sensing information in steps S201 to S203 is supplied from the body state measurement sensor 191 to the motion feature amount observation unit 110 in units of milliseconds, for example. In addition, each process of step S201-S203 is a parallel process. Further, in the embodiment of the present invention, a case where the center of gravity movement, the pace, and the triaxial acceleration change are measured will be described, but any one or a plurality (or all) of these measured values may be used. In addition, other sensing information may be used.

ここで、運動特徴量観測部110は、身体状態計測センサ191から供給される計測値をアトラクタ化する。運動特徴量観測部110は、例えば、重心運動の計測値をアトラクタ化し(ステップS204)、歩調の計測値をアトラクタ化し(ステップS205)、3軸加速度変化の計測値をアトラクタ化する(ステップS206)。   Here, the movement feature amount observation unit 110 converts the measurement value supplied from the body state measurement sensor 191 into an attractor. For example, the motion feature quantity observation unit 110 converts the measured value of the center of gravity motion into an attractor (step S204), converts the measured value of the gait into an attractor (step S205), and converts the measured value of the triaxial acceleration change into an attractor (step S206). .

以上の処理のように、運動特徴量観測部110は、ミリ秒オーダで、被験者の運動特徴量を計測してアトラクタ化することが可能である。   As described above, the motion feature quantity observation unit 110 can measure the motion feature quantity of the subject and make it an attractor in the millisecond order.

また、図3Aは、本発明の実施の形態における身体能力の判定処理の一例を示すフローチャートである。なお、図3Aに図示されている身体能力の判定処理は、図1A及び図1Bに図示されている身体能力判定部120によって、数秒〜1分オーダ(数秒〜1分単位)で実行される処理である。   FIG. 3A is a flowchart illustrating an example of physical ability determination processing according to the embodiment of the present invention. Note that the physical ability determination process illustrated in FIG. 3A is performed by the physical ability determination unit 120 illustrated in FIGS. 1A and 1B in an order of several seconds to one minute (a few seconds to one minute unit). It is.

図3Aにおいて、身体能力判定部120は、直近の被験者の運動特徴量を運動特徴量観測部110から取得する(ステップS310)。なお、ステップS310において取得する被験者の運動特徴量は、図2に図示されているステップS204〜S206で算出された結果(各運動特徴量がアトラクタされたもの)である。次に、身体能力判定部120は、取得した被験者の運動特徴量のゆらぎ解析処理を行う(ステップS330)。なお、ステップS330におけるゆらぎ解析処理において、身体能力判定部120は、例えば、各運動特徴量からリャプノフ指数を算出する処理を行う。ステップS330におけるゆらぎ解析処理の詳細については、図3Bを参照しながら後述する。そして、身体能力判定部120は、ステップS330におけるゆらぎ解析処理の処理結果(具体的には、算出されたリャプノフ指数)の遷移をログとして蓄積(ロギング)する(ステップS350)。   In FIG. 3A, the physical ability determination unit 120 obtains the motion feature amount of the latest subject from the motion feature amount observation unit 110 (step S310). In addition, the test subject's exercise | movement feature-value acquired in step S310 is a result (what each exercise | movement feature-value was attracted | subtracted) calculated by step S204-S206 illustrated in FIG. Next, the physical ability determination unit 120 performs a fluctuation analysis process on the acquired movement feature amount of the subject (step S330). In the fluctuation analysis process in step S330, the physical ability determination unit 120 performs a process of calculating a Lyapunov exponent from each exercise feature amount, for example. Details of the fluctuation analysis processing in step S330 will be described later with reference to FIG. 3B. Then, the physical ability determination unit 120 accumulates (logs) the transition of the processing result of the fluctuation analysis process (specifically, the calculated Lyapunov exponent) in step S330 as a log (step S350).

また、図3Bは、本発明の実施の形態におけるゆらぎ解析処理の一例を示すフローチャートである。なお、図3Bに図示されているゆらぎ解析処理は、上述のように、図3AのステップS330におけるゆらぎ解析処理の詳細を説明するものである。   FIG. 3B is a flowchart illustrating an example of a fluctuation analysis process according to the embodiment of the present invention. Note that the fluctuation analysis process illustrated in FIG. 3B explains the details of the fluctuation analysis process in step S330 of FIG. 3A as described above.

図3Bにおいて、身体能力判定部120は、重心運動のアトラクタ群(アトラクタ行列)を取得して(ステップS3311)、重心運動のリャプノフ指数を算定し(ステップS3312)、過去のアトラクタ群からリャプノフ指数の安定傾向を解析する(ステップS3313)。   In FIG. 3B, the physical ability determination unit 120 obtains the attractor group (attractor matrix) of the center of gravity movement (step S3311), calculates the Lyapunov index of the center of gravity movement (step S3312), and calculates the Lyapunov index from the past attractor group. The stability tendency is analyzed (step S3313).

また、身体能力判定部120は、歩調のアトラクタ群(アトラクタ行列)を取得して(ステップS3321)、歩調のリャプノフ指数を算定し(ステップS3322)、過去のアトラクタ群からリャプノフ指数の安定傾向を解析する(ステップS3323)。   Further, the physical ability determination unit 120 acquires a step attractor group (attractor matrix) (step S3321), calculates a step Lyapunov index (step S3322), and analyzes the stability tendency of the Lyapunov index from the past attractor group. (Step S3323).

また、身体能力判定部120は、3軸加速度変化の計測値のアトラクタ群(アトラクタ行列)を取得して(ステップS3331)、3軸加速度変化の計測値のリャプノフ指数を算定し(ステップS3332)、過去のアトラクタ群からリャプノフ指数の安定傾向を解析する(ステップS3333)。   Further, the physical ability determination unit 120 acquires an attractor group (attractor matrix) of the measurement values of the triaxial acceleration change (step S3331), calculates a Lyapunov exponent of the measurement values of the triaxial acceleration change (step S3332), The stability tendency of the Lyapunov exponent is analyzed from the past attractor group (step S3333).

なお、本発明の実施の形態におけるゆらぎ解析処理の具体的な計算については、例えば、図5に図示されているように実行することが可能である。図5は、本発明の実施の形態におけるゆらぎ解析処理の具体的な計算方法の一例を示す図である。なお、ゆらぎ解析処理の計算方法は、図5に図示されているものに限定されるものではない。複雑系の解析方法については、様々な研究が行われており、現在及び今後確立される任意の解析方法を本発明に適用することが可能である(例えば、此処まで来た複雑系解析ツール、http://www.ieice.org/cs/csbn/program/papers/04_1_miao.pdfを参照)。   Note that the specific calculation of the fluctuation analysis process in the embodiment of the present invention can be executed as shown in FIG. 5, for example. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a specific calculation method of the fluctuation analysis process according to the embodiment of the present invention. Note that the calculation method of the fluctuation analysis process is not limited to that shown in FIG. Various studies have been conducted on analysis methods of complex systems, and any analysis method established now and in the future can be applied to the present invention (for example, complex system analysis tools that have come here, http://www.ieice.org/cs/csbn/program/papers/04_1_miao.pdf).

本発明の実施の形態では、例えば、重心運動、歩調、3軸加速度変化などの各計測値を取得する(図2のステップS201〜S203)。こうした計測値(センシングデータ)は、例えば図5(A)に図示されているように、時間軸に対して変動する曲線として取得され、被験者の身体の状態の特徴を表す運動特徴量として取り扱うことが可能である。   In the embodiment of the present invention, for example, each measurement value such as the center of gravity movement, the gait, the triaxial acceleration change is acquired (steps S201 to S203 in FIG. 2). Such measured values (sensing data) are acquired as a curve that varies with respect to the time axis, for example, as shown in FIG. 5A, and are handled as motion feature quantities that represent the characteristics of the body condition of the subject. Is possible.

ここで、例えば、所定の微小ウィンドウ(時間幅τ)の範囲をずらしながら、微小ウィンドウ内における運動特徴量の局所的な傾向(ローカルトレンド)のアトラクタ(軌道)を取得することで、運動特徴量のアトラクタ群(アトラクタ行列)を取得し(図3BのS3311、S3321、S3331、図5(B))、このようにして得られたアトラクタ群(アトラクタ行列)からリャプノフ指数を算定することが可能である(図3BのS3312、S3322、S3332、図5(C))。なお、このとき、算定されるリャプノフ指数は1つのみであるが、所定の微小ウィンドウ(時間幅τ)を複数個含むウィンドウ(メタウィンドウ)をずらすことによって、リャプノフ指数の時系列データ(時間的に異なる複数個のリャプノフ指数)を得ることができる。   Here, for example, by acquiring the attractor (trajectory) of the local trend of the motion feature amount (local trend) in the minute window while shifting the range of the predetermined minute window (time width τ), the motion feature amount The attractor group (attractor matrix) is acquired (S3311, S3321, S3331, FIG. 5B in FIG. 3B), and the Lyapunov exponent can be calculated from the thus obtained attractor group (attractor matrix). (S3312, S3322 and S3332 in FIG. 3B, FIG. 5C). At this time, only one Lyapunov exponent is calculated, but by shifting a window (metawindow) including a plurality of predetermined minute windows (time width τ), time series data (temporal) of the Lyapunov exponent is calculated. A plurality of different Lyapunov exponents).

なお、身体能力判定部120は、判定に用いる運動特徴量として、上述のようにリャプノフ指数(あるいは、リャプノフ指数の時系列データ)を出力してもよく、また、アトラクタ群(アトラクタ行列)そのものを出力してもよい。例えば、基準情報として、被験者の運動特徴量から得られる数値(例えば、リャプノフ指数)に対応する評価値を規定した対応表を用いる場合には、判定に用いる運動特徴量としてリャプノフ指数を出力し、また、評価値に対応するアトラクタ群(アトラクタ行列)の各パターンを保持している場合には、アトラクタ群(アトラクタ行列)そのものを出力してもよい。   The physical ability determination unit 120 may output a Lyapunov exponent (or time series data of the Lyapunov exponent) as described above as an exercise feature used for the determination, and the attractor group (attractor matrix) itself. It may be output. For example, when using a correspondence table that defines an evaluation value corresponding to a numerical value (for example, a Lyapunov index) obtained from a subject's motion feature amount as reference information, the Lyapunov index is output as a motion feature amount used for determination, When each pattern of the attractor group (attractor matrix) corresponding to the evaluation value is held, the attractor group (attractor matrix) itself may be output.

また、図4は、本発明の実施の形態における身体能力判定処理の一例を示すフローチャートである。なお、図4に図示されている身体能力判定処理は、図1A及び図1Bに図示されている身体能力判定部120によって、ゆらぎ解析処理の解析結果(図3AのステップS330の処理結果)が取得されるたびに実行されてもよく、あるいは、数十秒から数分のオーダで被験者の運動特徴量を計測した後に実行されてもよい。   FIG. 4 is a flowchart showing an example of the physical ability determination process in the embodiment of the present invention. In the physical ability determination process illustrated in FIG. 4, the analysis result of the fluctuation analysis process (the processing result of step S330 in FIG. 3A) is acquired by the physical ability determination unit 120 illustrated in FIGS. 1A and 1B. It may be executed every time it is performed, or may be executed after measuring the motion feature quantity of the subject on the order of several tens of seconds to several minutes.

図4において、身体能力判定部120は、基準情報格納部130に格納されている基準情報を取得するとともに(ステップS401)、身体能力判定部120によって算出された判定に用いる運動特徴量(例えば、運動特徴量に基づくリャプノフ指数によって表される)を取得する(ステップS402)。なお、ステップS401において取得する基準情報は、基準情報格納部130に格納されているリャプノフ指数と評価値との対応表や、評価値に対応するアトラクタ群(アトラクタ行列)の各パターンなどである。また、ステップS402において取得する運動特徴量は、図3AのステップS330のゆらぎ解析処理の解析結果(図3AのステップS330の処理結果)であり、具体的には、各運動特徴量から取得されるアトラクタ群や各運動特徴量から算出されたリャプノフ指数である。   In FIG. 4, the physical ability determination unit 120 acquires the reference information stored in the reference information storage unit 130 (step S <b> 401), and exercise feature amounts (for example, for use in the determination calculated by the physical ability determination unit 120). (Represented by the Lyapunov exponent based on the motion feature) is acquired (step S402). The reference information acquired in step S401 is a correspondence table of Lyapunov exponents and evaluation values stored in the reference information storage unit 130, each pattern of an attractor group (attractor matrix) corresponding to the evaluation values, and the like. In addition, the motion feature value acquired in step S402 is the analysis result of the fluctuation analysis process in step S330 in FIG. 3A (the process result in step S330 in FIG. 3A), and specifically acquired from each motion feature value. This is the Lyapunov exponent calculated from the attractor group and each motion feature.

身体能力判定部120は、身体能力判定部120によって算出された判定に用いる運動特徴量と基準情報とに基づいて、被験者の身体能力の評価値を特定する(ステップS403)。具体的には、身体能力判定部120は、身体能力判定部120によって算出された判定に用いる運動特徴量が、基準情報においてどのレベルに対応するものであるかを判定する。この判定では、被験者の運動特徴量から得られる数値(例えば、リャプノフ指数)に対応する評価値(例えば、後述の脳機能年齢)を規定した対応表を用いる場合には、被験者の運動特徴量から得られるリャプノフ指数に対応する評価値を特定し、また、評価値に対応するアトラクタ群(アトラクタ行列)の各パターンを用いる場合には、被験者の運動特徴量から得られるアトラクタ群のパターンを解析して、どの評価値に対応するアトラクタ群(アトラクタ行列)のパターンに類似しているかを特定する。また、パターンの類似を調べる場合には、アトラクタの特定の局所領域の広がり幅や曲面形状などを、基準となる評価値に対応するアトラクタの形状と比較してもよい。   The physical ability determination unit 120 specifies the evaluation value of the physical ability of the subject based on the exercise feature amount and the reference information used for the determination calculated by the physical ability determination unit 120 (step S403). Specifically, the physical ability determination unit 120 determines which level the exercise feature amount used for the determination calculated by the physical ability determination unit 120 corresponds to in the reference information. In this determination, when using a correspondence table that defines an evaluation value (for example, brain function age described later) corresponding to a numerical value (for example, Lyapunov exponent) obtained from the subject's motion feature value, The evaluation value corresponding to the obtained Lyapunov exponent is specified, and when each pattern of the attractor group (attractor matrix) corresponding to the evaluation value is used, the pattern of the attractor group obtained from the motion feature of the subject is analyzed. Thus, it is specified which evaluation value corresponds to the pattern of the attractor group (attractor matrix). When examining the similarity of patterns, the spread width or curved surface shape of a specific local region of the attractor may be compared with the shape of the attractor corresponding to the reference evaluation value.

図7には、リャプノフ指数に対応する評価値(ここでは、脳機能年齢と記載)を規定した対応表(基準情報の一例)が図示されている。なお、一般的に、リャプノフ指数の値が大きいほど、身体能力を制御する脳の機能は活性化されており、リャプノフ指数の値が小さいほど、身体能力を制御する脳の機能は低減している傾向にあるが、後述のように(別の実施の形態として説明)、被験者の年齢(年代)に応じて利用する対応表を適宜選択することで、より精度の高い評価値を出力することが可能である。   FIG. 7 illustrates a correspondence table (an example of reference information) that defines an evaluation value (in this case, described as brain function age) corresponding to the Lyapunov exponent. In general, the larger the Lyapunov exponent value, the more active the brain function that controls the physical ability, and the smaller the Lyapunov exponent value, the less the brain function that controls the physical ability. Although there is a tendency, as described later (explained as another embodiment), it is possible to output a more accurate evaluation value by appropriately selecting a correspondence table to be used according to the age (age) of the subject. Is possible.

身体能力判定部120は、例えば図7に図示されている対応表を用いて、リャプノフ指数に対応する評価値(脳機能年齢)を特定し、この評価値(脳機能年齢)を、モニタ/スピーカ192などから出力したり、通信部(図1Aには不図示)を介して配信先(サーバなど)へ送信したりすることが可能である。また、被験者の登録(ユーザ登録)を行うことで被験者の評価値を逐次蓄積し、被験者の脳機能の状態をトレースしたり、被験者による整形外科施術(リハビリテーションなど)の進行状況などの把握に活用したりすることも可能である。   The physical ability determination unit 120 specifies an evaluation value (brain function age) corresponding to the Lyapunov exponent using, for example, the correspondence table illustrated in FIG. 7, and the evaluation value (brain function age) is displayed on the monitor / speaker. 192 or the like, or can be transmitted to a delivery destination (such as a server) via a communication unit (not shown in FIG. 1A). In addition, by registering the subject (user registration), the evaluation value of the subject is sequentially accumulated, the state of the subject's brain function is traced, and it is used to grasp the progress of orthopedic surgery (rehabilitation, etc.) by the subject. It is also possible to do.

次に、本発明の別の実施の形態について説明する。この実施の形態によれば、DFA(Detrended Fluctuation Analysis:トレンド除去変動解析法)解析を用いて推定した被験者の年齢(年代)を反映させることで、被験者の身体能力をより詳細に評価できるようになる。なお、上述のように、リャプノフ指数の値が大きいほど身体能力を制御する脳の機能は活性化されており、リャプノフ指数の値が小さいほど身体能力を制御する脳の機能は低減している傾向にあるが、被験者の年齢(年代)によって、リャプノフ指数の値に対応する評価値は異なっている。従って、被験者の年齢(年代)に応じた基準情報を選択することが有用である。   Next, another embodiment of the present invention will be described. According to this embodiment, the physical ability of the subject can be evaluated in more detail by reflecting the age (age) of the subject estimated using DFA (Detrended Fluctuation Analysis) analysis. Become. As described above, the larger the Lyapunov exponent value, the more active the brain function that controls the physical ability, and the smaller the Lyapunov exponent value, the less the brain function that controls the physical ability. However, the evaluation value corresponding to the value of the Lyapunov index differs depending on the age (age) of the subject. Accordingly, it is useful to select reference information according to the age (age) of the subject.

図8は、本発明の別の実施の形態における身体能力判定装置の構成の一例を示すブロック図である。図7に図示されている身体能力判定装置100は、運動特徴量観測部110、身体能力判定部120、基準情報格納部130、DFA解析部140を有している。なお、図8には、各機能がブロックによって図示されているが、これらの各機能は、ハードウェア及び/又は(プログラムをコンピュータによって実行可能なプログラム)によって実現可能である。   FIG. 8 is a block diagram showing an example of the configuration of the physical ability determination device according to another embodiment of the present invention. The physical ability determination device 100 illustrated in FIG. 7 includes an exercise feature amount observation unit 110, a physical ability determination unit 120, a reference information storage unit 130, and a DFA analysis unit 140. In FIG. 8, each function is illustrated as a block, but each function can be realized by hardware and / or (a program that can be executed by a computer).

図8に図示されている身体能力判定装置100は、図1Aに図示されている構成と比較して、DFA解析部140を更に有している。また、身体能力判定部120に機能が追加され、さらに、基準情報格納部130には、より詳細な評価を可能とする基準情報が格納される。以下、主に、本発明の別の実施の形態に特徴的な機能及び動作について説明する。   The physical ability determination device 100 illustrated in FIG. 8 further includes a DFA analysis unit 140 as compared with the configuration illustrated in FIG. 1A. In addition, a function is added to the physical ability determination unit 120, and the reference information storage unit 130 stores reference information that enables more detailed evaluation. Hereinafter, functions and operations characteristic of another embodiment of the present invention will be mainly described.

DFA解析部140は、被験者の身体の状態(被験者の身体の動き)に係る情報(例えば、身体状態計測センサ191からのセンシング情報)に基づいてDFA解析を行い、そのDFA解析結果(スケーリング指数α)を出力する機能を有している。なお、DFA解析は、非定常的な時系列データの長期相関特性を解析する手法であり、広く知られている技術なので、ここでは詳細な説明は省略する。DFA解析は、入力データを積分することで作成した新たな時系列データを長さnのボックスに分割し、各ボックスにおいて最小自乗法による近似直線を計算してローカルトレンドを求め、信号からトレンドを除去してから分散を平均した値(F(n))を算出するものである。このDFA解析によって求められるF(n)は、F(n)∝nαによって表すことが可能であり、スケーリング指数αによって特徴付けられる。 The DFA analysis unit 140 performs DFA analysis based on information (for example, sensing information from the body state measurement sensor 191) related to the physical state of the subject (body motion of the subject), and the DFA analysis result (scaling index α ) Is output. Note that DFA analysis is a technique for analyzing long-term correlation characteristics of non-stationary time-series data, and since it is a widely known technique, detailed description thereof is omitted here. DFA analysis divides new time-series data created by integrating input data into boxes of length n, calculates an approximate straight line by the method of least squares in each box, obtains a local trend, and calculates the trend from the signal. A value (F (n)) obtained by averaging the dispersions after the removal is calculated. F (n) determined by this DFA analysis can be represented by F (n) ∝n α and is characterized by a scaling index α.

本発明の発明者は、DFA解析によって得られるスケーリング指数が被験者の年齢(年代)の推測に有用であり、推測された被験者の年齢(年代)に基づいて被験者の身体能力の判定を行うことが有用であることを発見した。具体的には、例えばα=0.8を閾値として、α≧0.8とα<0.8とで年代を分けることが可能である。以下では、α≧0.8と算出された場合を若年層、α<0.8と算出された場合を老年層と呼ぶ。なお、ここでは一例として、1つの閾値(例えば、α=0.8)によって年代を2つに分けているが(若年層と老年層の2つのカテゴリに分類)、閾値として設定される値や閾値の個数及び分類するカテゴリ数は、適宜設定することが可能である。   The inventor of the present invention can use the scaling index obtained by the DFA analysis to estimate the age (age) of the subject and determine the physical ability of the subject based on the estimated age (age) of the subject. I found it useful. Specifically, for example, it is possible to divide the age by α ≧ 0.8 and α <0.8 with α = 0.8 as a threshold value. Hereinafter, a case where α ≧ 0.8 is calculated is referred to as a young group, and a case where α <0.8 is calculated as an old group. Here, as an example, the age is divided into two by one threshold (for example, α = 0.8) (classified into two categories of young and old), but the value set as the threshold or The number of threshold values and the number of categories to be classified can be set as appropriate.

DFA解析部140によるDFA解析結果は、身体能力判定部120へ供給される。身体能力判定部120は、運動特徴量観測部110で計測された被験者の運動特徴量に基づいて、被験者の身体能力を示す評価値を特定する機能を有しており、例えば、被験者の運動特徴量から得られる数値と、基準情報格納部130に格納されている基準情報とを比較することで、被験者の運動特徴量がどのレベルに位置するかを評価することが可能である   The DFA analysis result by the DFA analysis unit 140 is supplied to the physical ability determination unit 120. The physical ability determination unit 120 has a function of specifying an evaluation value indicating the physical ability of the subject based on the subject's motion feature amount measured by the motion feature amount observation unit 110. For example, the subject's motion feature By comparing the numerical value obtained from the quantity with the reference information stored in the reference information storage unit 130, it is possible to evaluate at which level the motion feature quantity of the subject is located.

本実施の形態では、身体能力判定部120は、DFA解析部140のDFA解析結果に基づいて、基準情報格納部130に格納されている基準情報を選択する機能を更に有している。身体能力判定部120は、例えばDFA解析部140から供給されたスケーリング指数αの値に基づいて、基準情報格納部130に格納されている複数の基準情報の中から、スケーリング指数αの値に対応する基準情報を選択し、被験者の運動特徴量と、選択された基準情報とを比較することで、被験者の身体能力の評価値を特定する。   In the present embodiment, physical ability determination unit 120 further has a function of selecting the reference information stored in reference information storage unit 130 based on the DFA analysis result of DFA analysis unit 140. The physical ability determination unit 120 corresponds to the value of the scaling index α from among a plurality of pieces of reference information stored in the reference information storage unit 130 based on the value of the scaling index α supplied from the DFA analysis unit 140, for example. The reference information to be selected is selected, and the evaluation value of the physical ability of the subject is specified by comparing the exercise feature quantity of the subject with the selected reference information.

例えば、基準情報格納部130には、若年層用及び老年層用の2つの基準情報が格納されている。例えば、被験者の身体能力の評価にリャプノフ指数が用いられる場合には、図9に図示されているような若年層用の対応表と、図10に図示されているような老年層用の対応表とが格納されている。また、例えば、被験者の身体能力の評価にアトラクタ群のパターンの類似性の判断が行われる場合には、若年層用のアトラクタ群と老年層用のアトラクタ群とが格納されている。   For example, the reference information storage unit 130 stores two pieces of reference information for young people and old people. For example, when the Lyapunov index is used for the evaluation of the physical ability of the subject, the correspondence table for young people as shown in FIG. 9 and the correspondence table for old people as shown in FIG. And are stored. For example, when the similarity of the pattern of the attractor group is determined for the evaluation of the physical ability of the subject, the attractor group for the young group and the attractor group for the elderly group are stored.

上述の例に示されているように、DFA解析部140から供給されたスケーリング指数αが0.8以上の場合には、身体能力判定部120は、若年層用の対応表(図9)を基準情報として選択し、選択された基準情報と比較することで、被験者の身体能力の評価値を特定する。同様に、DFA解析部140から供給されたスケーリング指数αが0.8未満の場合には、身体能力判定部120は、老年層用の対応表(図10)を基準情報として選択し、選択された基準情報と比較することで、被験者の身体能力の評価値を特定する。   As shown in the above example, when the scaling index α supplied from the DFA analysis unit 140 is 0.8 or more, the physical ability determination unit 120 generates a correspondence table for young people (FIG. 9). The evaluation value of the subject's physical ability is specified by selecting as reference information and comparing with the selected reference information. Similarly, when the scaling index α supplied from the DFA analysis unit 140 is less than 0.8, the physical ability determination unit 120 selects and selects the correspondence table for the elderly (FIG. 10) as reference information. By comparing with the reference information, the evaluation value of the physical ability of the subject is specified.

以上のように、本実施の形態によれば、DFA解析部140によるDFA解析結果に基づいて被験者の年齢(年代)を推定し、推定された被験者の年齢(年代)に応じた基準情報を選択し、選択された基準情報に基づいて、被験者の身体能力を評価することが可能である。   As described above, according to the present embodiment, the age (age) of the subject is estimated based on the DFA analysis result by the DFA analysis unit 140, and the reference information corresponding to the estimated age (age) of the subject is selected. The physical ability of the subject can be evaluated based on the selected reference information.

次に、上述の本発明の実施の形態に関連する実施例として、試作システムを用いて行われた実験の詳細について説明する。   Next, as an example related to the above-described embodiment of the present invention, details of an experiment performed using a prototype system will be described.

本発明に係る実験では、図1に図示されている身体状態計測センサ191として、図6(C)に図示されているような4点の荷重センサ(例えば、ストレインゲージ式フォースセンサ)を備えた板状コントローラを用いて被験者の重心動揺を計測した。なお、リハビリテーション医学やスポーツ医学などの分野で一般的に使用されている重心動揺計は、重心動揺の正常/異常を判定するために微小なバランスのぶれを抽出する必要があることから、高精度・高感度の荷重センサを具備するとともに床を伝搬する振動などのノイズを除去するためのハードウェア機構を持ち、非常に高価な装置となっている。一方、本発明に係る実験では、例えばゲーム用コントローラとして広く普及しているものなどのような極めて簡易かつ安価な板状ボードコントローラ(以下、民生用ボードコントローラと記載する)を用いた。   In the experiment according to the present invention, a load sensor (for example, a strain gauge type force sensor) having four points as shown in FIG. 6C is provided as the body condition measurement sensor 191 shown in FIG. The center of gravity of the subject was measured using a plate controller. The center of gravity shake meter generally used in fields such as rehabilitation medicine and sports medicine needs to extract a minute balance shake in order to judge normality / abnormality of center of gravity shake. -It has a highly sensitive load sensor and has a hardware mechanism for removing noise such as vibration propagating through the floor, making it a very expensive device. On the other hand, in the experiment according to the present invention, an extremely simple and inexpensive plate-like board controller (hereinafter referred to as a consumer board controller) such as a widely used game controller is used.

本発明に係る実験では、被験者に民生用ボードコントローラ上で足踏み運動をさせ、民生用ボードコントローラから得られた重心動揺データから、床平面上の重心移動ベクトルを算出した。次に、得られた重心移動ベクトルに関し、民生用ボードコントローラの前後左右2軸の成分の時系列データを使ってアトラクタの再構成を試みた。その後、再構成されたアトラクタの重畳の自己相関の不安定の度合いを示すリャプノフ指数を推定し、この数値を脳活性度を示す生体ゆらぎの定量的な指標として用いた。最後に、足踏み運動における運動モーメントの安定性を定量的に確認するために、非定常的な信号の解析に対して有効であるスペクトル解析手法(DFA)を用いてスケーリング指数を算出した。なお、DFAで算出されたスケーリング指数は、運動モーメントに起因する歩行の安定性を示す指標として取り扱うことができ、安定性が高いほどスケーリング指数は低い値となる。   In the experiment according to the present invention, the subject was stepped on the consumer board controller, and the center-of-gravity movement vector on the floor plane was calculated from the center-of-gravity fluctuation data obtained from the consumer board controller. Next, with respect to the obtained center-of-gravity movement vector, we attempted to reconstruct the attractor using time-series data of the front, rear, left and right components of the consumer board controller. After that, the Lyapunov exponent indicating the degree of instability of the autocorrelation of the reconstructed attractor was estimated, and this value was used as a quantitative indicator of biological fluctuations indicating brain activity. Finally, in order to quantitatively confirm the stability of the motion moment in the stepping motion, the scaling index was calculated using a spectrum analysis method (DFA) that is effective for the analysis of unsteady signals. Note that the scaling index calculated by the DFA can be handled as an index indicating the stability of walking caused by the motion moment, and the higher the stability, the lower the scaling index.

足踏み動作時の足踏み位置やその荷重は時間と共に複雑に変化し、そのデータは非線形の時系列データとして計測可能である。しかしながら、計測環境の影響によるノイズや被験者の年齢、体調など生態的な影響も加わることから、その複雑な挙動を詳細に解析することは容易ではない。時系列カオス解析手法は、このような現実世界の複雑で不規則な時系列信号から、決定論的性質を単純な非線形信号モデルとして導き出す解析手法であり、具体的には、非線形、非定常な波形信号から自己相関性(傾向)を持った力学運動の軌跡を可視化(アトラクタ再構成)し、その傾向特性を定量化する手法である。   The stepping position and the load during the stepping operation change in a complicated manner with time, and the data can be measured as non-linear time series data. However, it is not easy to analyze the complex behavior in detail because of the influence of noise on the measurement environment and ecological effects such as the age and physical condition of the subject. The time-series chaos analysis method is an analysis method that derives deterministic properties as a simple nonlinear signal model from such a complex and irregular time-series signal in the real world. This is a technique to visualize the trajectory of dynamic motion with autocorrelation (trend) from the waveform signal (attractor reconstruction) and quantify the tendency characteristics.

本発明に係る実験で用いられる民生用ボードコントローラから得られたデータは、計測時に接地面から伝搬する様々なノイズを含んでおり、かつ低解像度である。このようなノイズが多く含まれている低解像度の重心動揺データに対しても、傾向特性の分析を行う時系列カオス解析手法は有効であると考えられるが、本発明に係る実験に先立って、まず、このようなノイズが多く含まれている重心動揺データからのアトラクタ再構成の可否について調べる予備実験を行った。具体的には、民生用ボードコントローラを使用して30(Hz)のサンプリングレートで計測した足踏み動作の重心動揺データに対してターケンスの埋め込み定理を使用し、図11に図示されているように、時系列データを空間ベクトルP(埋め込みベクトルP)として、良好なアトラクタを再構成するためのパラメータ(埋め込み次元数n、埋め込み遅延時間τ)を探索した。なお、図11のイメージ図では、3次元の遅延空間をXYZの観測点とし、P1、P2、P3の順にプロット移動したときの軌跡がアトラクタとなる。   The data obtained from the consumer board controller used in the experiment according to the present invention includes various noises that propagate from the ground plane during measurement, and has low resolution. It is considered that the time series chaos analysis method for analyzing the trend characteristic is also effective for low-resolution center-of-gravity fluctuation data containing a lot of noise, but prior to the experiment according to the present invention, First, a preliminary experiment was conducted to investigate whether or not attractor reconstruction can be performed from the center-of-gravity fluctuation data containing a lot of noise. Specifically, using the Placence's embedding theorem for the stepping motion center of gravity data measured at a sampling rate of 30 (Hz) using a consumer board controller, as shown in FIG. Using time-series data as a space vector P (embedded vector P), parameters for reconstructing a good attractor (number of embedded dimensions n, embedded delay time τ) were searched. In the image diagram of FIG. 11, the trajectory when the three-dimensional delay space is set as the XYZ observation point and the plot is moved in the order of P1, P2, and P3 is the attractor.

その結果、埋め込み次元数を4、埋め込み遅延時間を30(s)とした場合に、再構成されたアトラクタをある平面上に投影した写像が、図12に図示されているような六角形状となった。この結果から、広い帯域において様々なノイズが多く含まれているデータに対してアトラクタの再構成が可能であることが確認できた。なお、見つけ出されたアトラクタは、足踏み運動時の運動モーメントの傾向特性を視覚的に表現していることとなる。   As a result, when the number of embedding dimensions is 4 and the embedding delay time is 30 (s), a map obtained by projecting the reconstructed attractor onto a certain plane has a hexagonal shape as shown in FIG. It was. From this result, it was confirmed that the attractor can be reconfigured for data containing a lot of various noises in a wide band. The found attractor visually represents the tendency characteristic of the motion moment during the stepping motion.

本発明に係る実験では、30代から70代の被験者13名に民生用ボードコントローラ上で3分間の足踏み運動を行わせ、足踏み姿勢時の被験者の左右方向をX軸、前後方向をY軸とした重心位置データを記録して、この重心位置データから重心移動ベクトルを算出した。そして、各被験者の重心移動ベクトルのX軸成分及びY軸成分それぞれに対し、上記の予備実験で得られたパラメータ(埋め込み次元数4、埋め込み遅延時間30(s))を用いてアトラクタの再構成を行った。X軸成分についてはアトラクタの再構成が可能であり、図13には、得られたアトラクタの代表的な形状が図示されている。なお、図13の右下に示すアトラクタは、脳梗塞半身不随者に係る重心移動ベクトルから再構成されたものであり、他者の形状とは異なり著しく歪んでいた。その他のアトラクタは歪みながらも六角形状に近いアトラクタ形状となり、傾向特性が抽出できた。   In the experiment according to the present invention, 13 subjects in their 30s to 70s performed a stepping motion for 3 minutes on the consumer board controller, and the left and right direction of the subject in the stepping position is the X axis, and the front and back direction is the Y axis. The center-of-gravity position data was recorded, and the center-of-gravity movement vector was calculated from the center-of-gravity position data. Then, for each of the X-axis component and Y-axis component of each subject's center-of-gravity movement vector, reconstructing the attractor using the parameters (number of embedding dimensions 4, embedding delay time 30 (s)) obtained in the above preliminary experiment. Went. The attractor can be reconfigured for the X-axis component. FIG. 13 shows a typical shape of the obtained attractor. Note that the attractor shown in the lower right of FIG. 13 is reconstructed from the center-of-gravity movement vector associated with a person with a cerebral infarction half body, and is significantly distorted unlike the shape of the other person. The other attractors had a hexagonal shape that was distorted, but the trend characteristics could be extracted.

また、図14に模式的に図示されているように、力学系において接近した軌道が離れていく度合いを表す量としてリャプノフ指数が用いられる。図14のイメージ図には、アトラクタ重畳時の写像空間における時系列の点軌跡を、d1からd3の超球サイズ範囲内で軌道を描く運動のみを対象に軌道離散を計算する様子が図示されている。   Further, as schematically shown in FIG. 14, the Lyapunov exponent is used as an amount indicating the degree to which the approaching orbit in the dynamic system leaves. The image diagram of FIG. 14 shows how the trajectory discrete is calculated only for the motion that draws the trajectory of the time series point trajectory in the mapping space at the time of attractor superposition within the hypersphere size range from d1 to d3. .

本発明に係る実験では、アトラクタとして表現された時系列データの傾向特性の軌道不安定性の度合いをリャプノフ指数で示している。ここでは、リャプノフ指数の計算にリアルタイム性を考慮したSano-Sawada法を用い、超球サイズ、近傍点数、発展時間係数をパラメータとしてリャプノフ指数を調整した。具体的には、超球サイズを0.1、近傍点数を20、発展時間係数を30とし、Sano-Sawada法を用いてリャプノフ指数の値の計算を行った。その結果推定されたリャプノフ指数の値を縦軸、被験者の年齢を横軸としたグラフを図15に示す。この結果からリャプノフ指数と年齢との相関はなく、加齢と共に発散する傾向が見られることから、このアトラクタ形状(六角形状)は生体ゆらぎの脳活性傾向を示すものではないと考えられる。しかしながら、一方で、上述のように脳梗塞半身不随者のアトラクタは著しく歪んでいることから、このアトラクタ形状は運動モーメントの安定傾向を示すものであると考えられる。したがって、上記の運動特徴量解析で使用したパラメータを用いた解析は、足踏み運動に関わる整形外科的な異常をアトラクタ形状によって視覚的に、あるいは、リャプノフ指数によって定量的に視覚的に把握するのに有効であると考えられる。   In the experiment according to the present invention, the degree of orbital instability of the tendency characteristic of time series data expressed as an attractor is indicated by the Lyapunov exponent. Here, the Lyapunov exponent was adjusted using the Sano-Sawada method considering real-time characteristics for the calculation of the Lyapunov exponent, using the hypersphere size, the number of neighboring points, and the development time coefficient as parameters. Specifically, the value of the Lyapunov exponent was calculated using the Sano-Sawada method with the hypersphere size of 0.1, the number of neighboring points of 20, the development time coefficient of 30. FIG. 15 shows a graph in which the Lyapunov exponent value estimated as a result is the vertical axis and the age of the subject is the horizontal axis. From this result, there is no correlation between the Lyapunov exponent and age, and there is a tendency to diverge with aging. Therefore, it is considered that this attractor shape (hexagonal shape) does not show a brain activity tendency of biological fluctuations. However, on the other hand, as described above, the attractor of a person with a cerebral infarction half-body is remarkably distorted. Therefore, this attractor shape is considered to indicate a stable tendency of the motion moment. Therefore, the analysis using the parameters used in the above-mentioned motion feature value analysis is used to visually grasp the orthopedic abnormality related to the stepping motion visually by the attractor shape or quantitatively by the Lyapunov exponent. It is considered effective.

また、上記の運動特徴量解析結果を踏まえ、ターケンスの埋め込み定理を利用して、運動特徴量として有効なアトラクタを再構成するための別のパラメータの探索を新たに行った。その結果、埋め込み次元数4、埋め込み遅延時間8(s)のときに、重心移動ベクトルのX軸成分について、すべての被験者のデータから一様に蝶型のアトラクタが確認された。図16は、年代毎の代表的なアトラクタ形状を示す図であり、(a)30代、(b)40代、(c)50代、(d)60代以上健常者、(e)60代以上非健常者の被験者の重心移動ベクトルから得られたアトラクタ形状の一例が図示されている。図16に図示されているように、この蝶型のアトラクタ形状では、加齢と共に歪み破れが大きくなっている傾向が確認できた。また、歩行障害を持つ高齢者の足踏み運動から抽出されたアトラクタ(図16の(e))には、著しい歪みが観察できた。   In addition, based on the result of motion feature analysis, another parameter search for reconstructing an attractor effective as motion feature was performed using the Turkens embedding theorem. As a result, when the number of embedding dimensions was 4 and the embedding delay time was 8 (s), butterfly-shaped attractors were confirmed uniformly from the data of all subjects for the X-axis component of the center-of-gravity movement vector. FIG. 16 is a diagram showing typical attractor shapes for each age group: (a) 30s, (b) 40s, (c) 50s, (d) healthy people over 60s, (e) 60s. An example of the attractor shape obtained from the center-of-gravity movement vector of the non-healthy subject is described above. As shown in FIG. 16, in this butterfly-shaped attractor shape, it was confirmed that the strain breaking tends to increase with aging. Moreover, remarkable distortion could be observed in the attractor ((e) of FIG. 16) extracted from the stepping motion of the elderly with a walking disorder.

次に、X軸成分の再構成されたアトラクタから、超球サイズを0.08、近傍点数を20、発展時間係数を30としてSano-Sawada法を用いて推定したリャプノフ指数を縦軸とし、被験者の年齢を横軸としたグラフを図17に示す。被験者の母数が少なかったことから、この結果からは強い相関は確認できなかったが、加齢と共にリャプノフ指数が小さくなる傾向は確認できた。また、再構成されたアトラクタの安定性の指標としてDFAにより算出したスケーリング指数を縦軸とし、被験者の年齢を横軸としたグラフを図18に示す。この結果によれば、加齢と共にスケーリング指数が高くなる傾向が確認できた。   Next, from the reconstructed attractor of the X-axis component, the Lyapunov exponent estimated using the Sano-Sawada method with the hypersphere size of 0.08, the number of neighbors of 20, the development time coefficient of 30, and the vertical axis FIG. 17 shows a graph with the age of Since the test population was small, a strong correlation could not be confirmed from this result, but the tendency of the Lyapunov index to decrease with age was confirmed. FIG. 18 shows a graph in which the scaling index calculated by DFA is used as an index of stability of the reconstructed attractor, and the age of the subject is plotted on the horizontal axis. According to this result, it was confirmed that the scaling index tends to increase with aging.

このように、上記の運動特徴量解析で使用したパラメータ(埋め込み次元数4、埋め込み遅延時間8(s))を用いた場合には、重心移動ベクトルのX軸成分のアトラクタの写像が、すべての被験者について一様な蝶型となったことから、足踏み運動に関する有用な傾向特性を抽出することができたと考えられる。また、再構成されたアトラクタから推定されたリャプノフ指数は、加齢に伴って低下傾向にあることが確認できた。従って、各被験者の重心移動ベクトルから抽出されたリャプノフ指数は脳活性傾向を示す定量的な指標として有効であり、上述のように、例えば脳活性傾向を示す脳機能年齢としてマッピングすることで、各被験者の脳機能に係る特徴量を評価値として特定することができると考えられる。また、脳活性度と認知能力は相関があることから、本手法で求められたリャプノフ指数は、認知症を診断するための定量的な指標となり得ると思われる。さらに、DFAにより算出されたスケーリング指数については加齢に伴って増加する傾向が見られ、年齢が高いほど整形外科的な運動モーメントのぶれが大きいことが分かった。また、歩行障害を持つ被験者のアトラクタは、その写像が他の被験者と比較して視覚的に著しい歪みがあることも確認できた頃から、本手法は整形外科的な検査の定量的指標としても用いることができると考えられる。   Thus, when the parameters used in the above-described motion feature amount analysis (embedding dimension number 4, embedding delay time 8 (s)) are used, the attractor mapping of the X-axis component of the centroid movement vector is Since the subject became a uniform butterfly shape, it is considered that useful tendency characteristics regarding the stepping motion could be extracted. In addition, it was confirmed that the Lyapunov exponent estimated from the reconstructed attractor had a decreasing tendency with aging. Therefore, the Lyapunov exponent extracted from each subject's center-of-gravity movement vector is effective as a quantitative index indicating the brain activity tendency, and, as described above, for example, by mapping as the brain function age indicating the brain activity tendency, It is considered that the feature amount related to the brain function of the subject can be specified as the evaluation value. In addition, since there is a correlation between brain activity and cognitive ability, the Lyapunov index determined by this method may be a quantitative index for diagnosing dementia. Furthermore, the scaling index calculated by DFA showed a tendency to increase with aging, and it was found that the greater the age, the greater the movement of the orthopedic movement moment. In addition, this method has been used as a quantitative index for orthopedic examinations since it was confirmed that the attractors of subjects with gait disturbance were visually distorted compared to other subjects. It is thought that it can be used.

以上のように、本発明に係る実験によって、非常に簡素なセンサ(例えば、民生用ボードコントローラ)から得られる様々なノイズが含まれたデータ(例えば、重心動揺データ)であっても、カオス力学系の計算技術を用いて解析を行うことによって、アトラクタに基づいて推定されたリャプノフ指数から生体ゆらぎの不安定性(脳活性度)を把握できることが確認された。   As described above, even in the case of data including various noises (for example, center-of-gravity fluctuation data) obtained from a very simple sensor (for example, a consumer board controller) by an experiment according to the present invention, chaos dynamics It was confirmed that the instability (brain activity) of biological fluctuation can be grasped from the Lyapunov exponent estimated based on the attractor by performing analysis using the calculation technique of the system.

また、本発明に係る実験によって、再構成されたアトラクタ(アトラクタの歪みの度合い)から運動モーメントの安定性を把握できる可能性があることも分かった。また、本発明の時系列カオス解析の手法として、特に、ターケンスの埋め込み定理を用いたアトラクタ再構成のパラメータ(埋め込み次元数、埋め込み遅延時間)の探索、Sano-Sawada法を用いたリャプノフ指数の算定(超球サイズ、近傍点数、発展時間点数をパラメータとして調整)が適用できることが確認された。また、本発明に係る実験から、DFAにより算出されたスケーリング指数が被験者の年齢(年代)の推測に有用であることが確認された。   Further, it has been found by the experiment according to the present invention that there is a possibility that the stability of the motion moment can be grasped from the reconstructed attractor (the degree of distortion of the attractor). In addition, as a method of time series chaos analysis of the present invention, in particular, search for attractor reconstruction parameters (number of embedding dimensions, embedding delay time) using the Turkens embedding theorem, calculation of Lyapunov exponents using the Sano-Sawada method (Adjusted with the hypersphere size, the number of neighbors, and the development time score as parameters) was confirmed to be applicable. Moreover, it was confirmed from the experiment which concerns on this invention that the scaling index | exponent calculated by DFA is useful for estimation of a test subject's age (age).

なお、上記本発明の実験では、民生用ボードコントローラによるデータ収集と同時に、3次元センサ(例えば、ゲーム用の3次元モーションセンサ)からのデータを収集して被験者の骨格動作(身体姿勢)を推定し、骨格動作の推定結果と重心動揺計から得られた情報(アトラクタ、DFA、評価値(脳機能年齢)など)をタブレットコンピュータ上に表示する試みも行われた。   In the experiment of the present invention, data from a three-dimensional sensor (for example, a three-dimensional motion sensor for games) is collected simultaneously with data collection by a consumer board controller to estimate a subject's skeletal motion (body posture). Attempts have also been made to display the results of estimation of the skeletal motion and the information obtained from the sway meter (attractor, DFA, evaluation value (brain function age), etc.) on the tablet computer.

また、民生用ボードコントローラから得られた重心動揺データ、あるいは、いったん計測が完了して記録された推進動揺データから、アトラクタを再構成する際に、図19に図示されているように、リャプノフ指数、DFAのスケーリング指数、アトラクタの形状やリャプノフ指数などから得られる評価値(脳機能年齢)をリアルタイムに1画面に表示することで、ユーザの視認性を向上させるとともに利便性の高い表示画面を実現してもよい。さらに、3次元センサによって収集されたデータに基づく被験者の骨格動作やその他の生体情報(例えば、脈拍情報など)を同期して表示させてもよい。   Further, when the attractor is reconstructed from the center-of-gravity fluctuation data obtained from the consumer board controller or the propulsion fluctuation data recorded once the measurement is completed, as shown in FIG. 19, the Lyapunov exponent is used. , The evaluation value (brain function age) obtained from DFA scaling index, attractor shape and Lyapunov index, etc. is displayed on a single screen in real time, improving the visibility of the user and realizing a highly convenient display screen May be. Further, the skeletal motion of the subject and other biological information (for example, pulse information) based on the data collected by the three-dimensional sensor may be displayed in synchronization.

本発明は、被験者の身体能力を効率的に判定することができるという効果、脳機能劣化と整形劣化を同時計測でき、かつ、低コストで簡便なシステムを構築できるという効果を有しており、被験者の身体能力の評価を行う技術、及び、被験者の身体能力の評価結果に基づいて機能回復の施術を行う医療技術に適用可能である。   The present invention has the effect that the physical ability of the subject can be determined efficiently, the brain function deterioration and the shaping deterioration can be simultaneously measured, and a simple system can be constructed at a low cost. The present invention can be applied to a technique for evaluating the physical ability of a subject and a medical technique for performing functional recovery based on the evaluation result of the physical ability of the subject.

100 身体能力判定装置
110 運動特徴量観測部
120 身体能力判定部
121 脳機能判定部
122 整形判定部
130 基準情報格納部
140 DFA解析部
191 身体状態計測センサ
192 モニタ/スピーカ
700 荷重センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Physical ability determination apparatus 110 Motion feature-value observation part 120 Physical ability determination part 121 Brain function determination part 122 Shaping determination part 130 Reference | standard information storage part 140 DFA analysis part 191 Body state measurement sensor 192 Monitor / speaker 700 Load sensor

Claims (8)

被験者の身体の状態を判定する身体能力判定装置であって、
前記被験者の身体の動きを計測する身体状態計測センサから供給されるセンシング情報に基づいて、前記被験者の身体の動きの特徴を示す運動特徴量を算出する運動特徴量観測部と、
前記運動特徴量と身体能力の評価値との対応を特定するための基準情報を格納する基準情報格納部と、
前記基準情報格納部に格納されている前記基準情報に基づいて、前記運動特徴量観測部で算出された前記被験者の運動特徴量から、前記被験者の身体能力を示す評価値を特定する身体能力判定部とを、
有し、
前記身体状態計測センサが、4点の荷重センサを備え、前記被験者の足踏み運動時の前後左右の重心移動を計測し、
前記運動特徴量から特定されるリャプノフ指数と身体能力の評価値との対応が前記基準情報に記載されており、
前記身体能力判定部が、前記被験者の運動特徴量からカオス力学系の計算技術を用いて発散性を示すリャプノフ指数を算出し、前記基準情報に基づいて、前記被験者のリャプノフ指数から前記被験者の身体能力を示す評価値を特定し、
前記運動特徴量が、時系列カオス解析によって得られるアトラクタであり、再構成された前記アトラクタから、Sano-Sawada法を用いて前記リャプノフ指数を推定し、前記リャプノフ指数を推定する際に、超球サイズ、近傍点数、発展時間係数をパラメータとする身体能力判定装置。
A physical ability determination device for determining a physical condition of a subject,
Based on sensing information supplied from a body state measurement sensor that measures the body motion of the subject, a motion feature amount observation unit that calculates a motion feature amount indicating a feature of the body motion of the subject;
A reference information storage unit that stores reference information for specifying the correspondence between the exercise feature and the evaluation value of physical ability;
Based on the reference information stored in the reference information storage unit, physical ability determination that identifies an evaluation value indicating the physical ability of the subject from the exercise feature amount of the subject calculated by the exercise feature amount observation unit Part
Have
The body condition measurement sensor includes four load sensors, and measures the center-of-gravity movement of the front, rear, left and right during the stepping motion of the subject ,
Correspondence between the Lyapunov index specified from the movement feature amount and the evaluation value of physical ability is described in the reference information,
The physical ability determination unit calculates a Lyapunov index indicating divergence from the motion feature of the subject using a calculation technology of a chaotic dynamical system, and based on the reference information, the body of the subject is calculated from the Lyapunov index of the subject. Identify an evaluation value that indicates your ability,
The motion feature is an attractor obtained by time-series chaos analysis, and from the reconstructed attractor, the Lyapunov exponent is estimated using the Sano-Sawada method, and when the Lyapunov exponent is estimated, a hypersphere Physical ability determination device with size, number of nearby points, and development time coefficient as parameters .
前記基準情報格納部に複数の基準情報が格納されており、
前記センシング情報に基づいて、トレンド除去変動解析法を利用した解析によりスケーリング指数を算出するトレンド除去変動解析部を有し、
前記身体能力判定部が、前記トレンド除去変動解析部で算出された前記スケーリング指数に応じた基準情報を選択し、前記選択された基準情報に基づいて、前記被験者の身体能力を示す評価値を特定するよう構成されている請求項1に記載の身体能力判定装置。
A plurality of reference information is stored in the reference information storage unit,
Based on the sensing information, a trend removal fluctuation analysis unit that calculates a scaling index by analysis using a trend removal fluctuation analysis method,
The physical ability determination unit selects reference information corresponding to the scaling index calculated by the trend removal fluctuation analysis unit, and specifies an evaluation value indicating the physical ability of the subject based on the selected reference information The physical ability determination device according to claim 1, wherein the physical ability determination device is configured to perform.
ターケンス埋め込み定理を用いて前記アトラクタを再構成するためのパラメータを探索する請求項に記載の身体能力判定装置。 The physical ability determination device according to claim 1 , wherein a parameter for reconstructing the attractor is searched using a Turkens embedding theorem. 前記運動特徴量として用いられる時系列カオス解析によって得られるアトラクタと、トレンド除去変動解析法を利用した解析によって得られるスケーリング指数と、前記被験者の運動特徴量から特定される前記被験者の身体能力を示す前記評価値とを、リアルタイムに1つの表示画面内に表示する請求項1からのいずれか1つに記載の身体能力判定装置。 The attractor obtained by the time-series chaos analysis used as the motion feature value, the scaling index obtained by the analysis using the trend removal variation analysis method, and the physical ability of the subject specified from the motion feature value of the subject are shown. the evaluation value and the, physical capability determination apparatus according to any one of claims 1 to 3 to be displayed in one display screen in real time. 被験者の身体能力を示す評価値を出力する装置におけるデータ処理方法であって、
前記装置は、運動特徴量観測部、基準情報格納部、評価値特定部を有し、
前記運動特徴量観測部が、前記被験者の身体の動きを計測する身体状態計測センサから供給されるセンシング情報に基づいて、前記被験者の身体の動きの特徴を示す運動特徴量を算出するステップと、
前記評価値特定部が、前記基準情報格納部に格納されている前記運動特徴量と身体能力の評価値との対応を特定するための基準情報に基づいて、前記運動特徴量観測部で算出された前記被験者の運動特徴量から、前記被験者の身体能力を示す評価値を特定するステップとを、
有し、
前記身体状態計測センサが、4点の荷重センサを備え、前記被験者の足踏み運動時の前後左右の重心移動を計測し、
前記運動特徴量から特定されるリャプノフ指数と身体能力の評価値との対応が前記基準情報に記載されており、
前記評価値特定部が、前記被験者の運動特徴量からカオス力学系の計算技術を用いて発散性を示すリャプノフ指数を算出し、前記基準情報に基づいて、前記被験者のリャプノフ指数から前記被験者の身体能力を示す評価値を特定し、
前記運動特徴量が、時系列カオス解析によって得られるアトラクタであり、再構成された前記アトラクタから、Sano-Sawada法を用いて前記リャプノフ指数を推定し、前記リャプノフ指数を推定する際に、超球サイズ、近傍点数、発展時間係数をパラメータとするデータ処理方法。
A data processing method in an apparatus for outputting an evaluation value indicating a physical ability of a subject,
The apparatus includes a motion feature amount observation unit, a reference information storage unit, and an evaluation value specifying unit,
The motion feature amount observing unit calculating a motion feature amount indicating a feature of the subject's body movement based on sensing information supplied from a body state measurement sensor that measures the subject's body motion;
The evaluation value specifying unit is calculated by the exercise feature amount observing unit based on reference information for specifying the correspondence between the exercise feature amount and the evaluation value of physical ability stored in the reference information storage unit. A step of identifying an evaluation value indicating the physical ability of the subject from the movement feature amount of the subject,
Have
The body condition measurement sensor includes four load sensors, and measures the center-of-gravity movement of the front, rear, left and right during the stepping motion of the subject ,
Correspondence between the Lyapunov index specified from the movement feature amount and the evaluation value of physical ability is described in the reference information,
The evaluation value specifying unit calculates a Lyapunov index indicating divergence from the motion feature of the subject using a calculation technique of a chaotic dynamical system, and based on the reference information, from the Lyapunov index of the subject, the body of the subject Identify an evaluation value that indicates your ability,
The motion feature is an attractor obtained by time-series chaos analysis, and from the reconstructed attractor, the Lyapunov exponent is estimated using the Sano-Sawada method, and when the Lyapunov exponent is estimated, a hypersphere A data processing method that uses size, number of neighbors, and development time coefficient as parameters .
前記装置が、前記センシング情報に基づいて、トレンド除去変動解析法を利用した解析によりスケーリング指数を算出するトレンド除去変動解析部を有し、
前記評価値特定部が、前記トレンド除去変動解析部で算出された前記スケーリング指数に応じた基準情報を複数の基準情報の中から選択し、前記選択された基準情報に基づいて、前記被験者の身体能力を示す評価値を特定する請求項5に記載のデータ処理方法。
The apparatus has a trend removal fluctuation analysis unit that calculates a scaling index by analysis using a trend removal fluctuation analysis method based on the sensing information,
The evaluation value specifying unit selects reference information corresponding to the scaling index calculated by the trend removal variation analysis unit from a plurality of reference information, and based on the selected reference information, the body of the subject The data processing method according to claim 5, wherein an evaluation value indicating capability is specified.
ターケンス埋め込み定理を用いて前記アトラクタを再構成するためのパラメータを探索する請求項に記載のデータ処理方法。 The data processing method according to claim 5 , wherein a parameter for reconstructing the attractor is searched using a Turkens embedding theorem. 前記運動特徴量として用いられる時系列カオス解析によって得られるアトラクタと、トレンド除去変動解析法を利用した解析によって得られるスケーリング指数と、前記被験者の運動特徴量から特定される前記被験者の身体能力を示す前記評価値とを、リアルタイムに1つの表示画面内に表示する請求項からのいずれか1つに記載のデータ処理方法。 The attractor obtained by the time-series chaos analysis used as the motion feature value, the scaling index obtained by the analysis using the trend removal variation analysis method, and the physical ability of the subject specified from the motion feature value of the subject are shown. The data processing method according to any one of claims 5 to 7 , wherein the evaluation value is displayed in real time in one display screen.
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