JP6658077B2

JP6658077B2 - つまずきリスクの評価方法

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Publication number: JP6658077B2
Application number: JP2016034126A
Authority: JP
Inventors: 直人高柳; 吉之小林
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2036-02-25
Also published as: JP2017148287A

Description

本発明は、歩行時の最小つま先クリアランスからつまずきリスクを評価する方法とそのための装置に関する。

歩行において、片方の足の踵着地からその足の次の踵着地までは１歩行周期と言われ、つま先離地からその足の次の踵着地までは遊脚期と言われる。この遊脚期におけるつま先と地面との距離がつま先クリアランスであり、遊脚中期におけるつま先クリアランスの最小値が最小つま先クリアランスである。最小つま先クリアランスを測定することにより歩行中のつまずきリスクを評価することができる。

従来、つま先クリアランスの測定はモーションキャプチャシステムを用いて行なわれているが、モーションキャプチャシステムは高価であり、測定方法が煩雑である。これに対し、床反力計で測定される左右方向、前後方向、鉛直方向の床反力データを説明変数とし、身長で正規化した最小つま先クリアランスを目的変数として重回帰分析することにより回帰式を得、その回帰式を用いて任意の被験者について床反力データから最小つま先クリアランスを推定し、その推定値を所定の閾値と対比することにより、あるいは推定値のばらつきの大小により、つまずきリスクを評価する方法が提案されている（特許文献１）。

一方、背屈力が低下すると、遊脚期につま先が垂れてつまずきが誘発されることから、腰に加速度計を装着し、一方の足の蹴り出しから他方の足のみで立脚する立脚中期までの腰部における前後方向の平均加速度を求め、その平均加速度と背屈力との関係を得ておき、その関係を用いて任意の被験者について腰部の加速度から背屈力を推定し、つまずきに対して対策を講じることが提案されている（特許文献２）

特開２０１３−１３８７８３号公報特開２００７−１２５３６８号公報

特許文献１に記載の方法では、被験者の歩行の床反力データを得るために、歩行特徴の検査会場などで被験者に床反力計上を歩行してもらうことが必要となる。しかしながら、そうして得た床反力データが、被験者の日常的な歩行特徴を表しているとは限らない。そのため、この方法では、被験者の日常のつまずきリスクを評価することが難しい。

特許文献２に記載の方法では、背屈力を推定するにあたり、腰に装着した加速度計で腰の加速度を測定するので、被験者の日常的な歩行における加速度を測定することができる。しかしながら、この方法は、最小つま先クリアランスを直接的に推定するものはなく、低下によりつまずきが誘発される背屈力を推定する方法であるため、つまずきリスクの評価精度が劣る。

これに対し、本発明の課題は、腰に装着した加速度計を用いて最小つま先クリアランスを正確に推定し、つまずきリスクを評価できるようにすることにある。

本発明者は、腰に装着した加速度計で測定される加速度から導出される加速度パラメータを説明変数として最小つま先クリアランスを重回帰分析により推定するにあたり、１歩行周期内の特定の期間の加速度が最小つま先クリアランスとの関連が強いのではないかとの着想をもとに、測定された加速度の１歩行周期を時間分割し、時間分割した加速度から最小つま先クリアランスと相関の高いものを加速度パラメータとして使用すると、最小つま先クリアランスの推定精度が顕著に向上することを見出し、本発明を想到した。

即ち、本発明は、最小つま先クリアランスを目的変数とし、歩行における腰部の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度から導出される加速度パラメータを説明変数に含む回帰式を使用して、被験者の右足又は左足について最小つま先クリアランスを算出し、つまずきリスクを評価するつまずきリスクの評価方法であって、
加速度パラメータとして、最小つま先クリアランスを推定する足について、１歩行周期における立脚期中期の加速度、中期両足支持期の加速度、遊脚期前半の加速度、及び遊脚期後半の加速度から選ばれる加速度を使用するつまずきリスクの評価方法を提供する。

特に本発明は、上述のつまずきリスクの評価方法において、加速度パラメータとして、１歩行周期における立脚期中期の左右方向の加速度、中期両足支持期の前後方向の加速度、遊脚期前半の前後方向の加速度及び左右方向の加速度、並びに遊脚期後半の前後方向の加速度及び左右方向の加速度を使用する方法や、加速度パラメータとして、さらに、最小つま先クリアランスを推定する足についての踵着地から次の踵着地までの１歩行周期における所定時間間隔の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度の主成分分析により算出される主成分得点であって、実測された最小つま先クリアランスと相関の高い主成分得点を使用する方法を提供する。

また、本発明は、歩行中の被験者の腰部の加速度から最小つま先クリアランスを推定する最小つま先クリアランスの推定装置であって、
被験者に携帯される加速度センサ、及び加速度センサで計測された加速度を用いて最小つま先クリアランスを算出し出力する演算装置を有し、
加速度センサは、歩行中の被験者の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度を測定可能であり、
演算装置は、上述の回帰式を記憶する機能、
最小つま先クリアランスを推定する足について、踵着地から次の踵着地までの１歩行周期の加速度を時間分割して所定の時間間隔の加速度を取得する機能、
該所定時間間隔の加速度から、前記回帰式の加速度パラメータである立脚期中期の加速度、中期両足支持期の加速度、遊脚期前半の加速度、及び遊脚期後半の加速度から選ばれる加速度を抽出する機能、
抽出した加速度を前記回帰式で使用して最小つま先クリアランスを算出する機能、
を有する最小つま先クリアランスの推定装置を提供する。

本発明のつまずきリスクの評価方法によれば、歩行における腰の加速度を用いて、簡便に且つ正確に最小つま先クリアランスを推定することができ、推定した最小つま先クリアランスに基づいてつまずきリスクを的確に評価することができる。

また、本発明のつま先クリアランスの推定装置によれば、腰に装着する加速度センサを用いて、本発明のつまずきリスクの評価方法が使用する最小つま先クリアランスの算出方法により最小つま先クリアランスを算出し、出力することができる。

したがって、本発明は、日常生活におけるつまずきリスクを知り、また、つまずき防止策を講じる上で有用となる。

図１は、１歩行周期の説明図である。図２は、第２１主成分得点と最小つま先クリアランスとの関係図である。図３は、第２４主成分得点と最小つま先クリアランスとの関係図である。図４は、最小つま先クリアランスの測定値と推定値との関係図である。図５は、比較例による最小つま先クリアランスの測定値と推定値との関係図である。図６は、実施例のモデル構築群における最小つま先クリアランスの測定値と推定値との関係図である。図７は、実施例のモデル評価群における最小つま先クリアランスの測定値と推定値との関係図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。

＜概要＞
本発明のつまずきリスクの評価方法では、概略、最小つま先クリアランスを目的変数とし、歩行における腰部の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度から導出される加速度パラメータを説明変数に含む回帰式を使用して、任意の被験者の最小つま先クリアランスを算出し、つまずきリスクを評価する。

ここで、最小つま先クリアランスとは、遊脚中期において最もつま先と地面との距離が近づく際の距離をいう。この最小つま先クリアランスには、その物理量のみならず、身長若しくは体重により、又はその双方の値を用いて標準化したものも含まれる。最小つま先クリアランスは、遊脚中期におけるつま先の高さであるため、身体の質量の影響を受けることが考えられる。そこで最小つま先クリアランスを体重で標準化すると、回帰式による最小つま先クリアランスの推定精度が高めることができる。

＜回帰式＞
本発明で使用する回帰式としては最小つま先クリアランスを目的変数とし、加速度パラメータを説明変数に使用して重回帰分析することにより得たものを使用することが好ましい。

この回帰式で使用する加速度パラメータは、複数の被験者について測定した、歩行における腰部の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度から導出される。加速度の測定は、各被験者の腰部に装着した３軸加速度センサにより測定することができる。一方、最小つま先クリアランスはモーションキャプチャにより測定することができ、左右の１方向周期ごとに測定される。

加速度パラメータには、少なくとも、（ａ）最小つま先クリアランスを推定する足について、１歩行周期における立脚期中期の加速度、中期両足支持期の加速度、遊脚期前半の前後方向の加速度、及び遊脚期後半の加速度から選ばれる加速度を含める。

この他、加速度パラメータとしては、（ｂ）測定された加速度を時間分割して得られる所定時間間隔の加速度を主成分分析して得られる主成分得点であって、最小つま先クリアランスとの相関性が高いものを併用することが好ましい。（ａ）及び（ｂ）の２種の加速度パラメータを使用することにより、最小つまずきリスクの推定精度を顕著に高めることができる。

このうち（ａ）の加速度パラメータとしては、次の（ａ1）〜（ａ6）から選択される加速度を使用することが好ましく、特に（ａ1）〜（ａ6）の全てを使用することが好ましい。
(ａ１)踵着地から次の踵着地までの１歩行周期における立脚期中期の左右方向の加速度、好ましくは、図１に示すように１歩行周期を１００％としたときの時間率（以下、単に時間率という）が２０〜３０％の左右方向の加速度。
（ａ2）１歩行周期における中期両足支持期の前後方向の加速度、好ましくは時間率５０〜６０％の前後方向の加速度。
（ａ3）１歩行周期における遊脚期前半の前後方向の加速度、好ましくは時間率７０〜７５％の前後方向の加速度。
（ａ4）１歩行周期における遊脚期前半の左右方向の加速度、好ましくは時間率７５〜８０％の左右方向の加速度。
（ａ5）１歩行周期における遊脚期後半の前後方向の加速度、好ましくは時間率９０〜９５％の前後方向の加速度。
（ａ6）１歩行周期における遊脚期後半の前後方向の加速度、好ましくは時間率９２〜１００％の左右方向の加速度。

これら（ａ1）〜（ａ6）の加速度は、例えば、右足の最小つま先クリアランスと加速度とを関連づける場合、加速度センサで測定された腰部の前後方向、左右方向又は鉛直方向の加速度において右足の着床に伴う鉛直方向の加速度の極値に基づいて１歩行周期を切り出し、その右足の１歩行周期の加速度を時間分割して所定時間間隔の加速度とし、所定時間間隔の加速度とその１歩行周期における最小つま先クリアランスとの相関係数を多数の被験者から求めた場合に、相関係数が好ましくは０．２５以上、より好ましくは０．４以上となる時間率の加速度である。

なお、（ａ1）〜（ａ6）の加速度を定めるにあたり、１歩行周期を時間分割した所定時間間隔の加速度とその１歩行周期における最小つま先クリアランスとの相関性を調べるときに、各被験者の歩行から１歩行周期を所定数切り出して各歩行周期の所定時間間隔の加速度と最小つま先クリアランスとの相関係数を算出してもよく、切り出した複数の１歩行周期の加速度から平均化した１歩行周期の加速度と平均化した最小つま先クリアランスを算出し、平均化した１歩行周期の加速度を時間分割した所定時間間隔の加速度と平均化した最小つま先クリアランスとの相関係数を算出してもよい。最小つま先クリアランスのばらつきを重視する点からは前者が好ましい。

１歩行周期の加速度データの時間分割においては、その分割の間隔が長すぎると最小つま先クリアランスの推定精度が低下し、短すぎると計算量が増大するので５ｍ秒以上１５ｍ秒以下の所定間隔で分割することが好ましい。

また、（ａ1）〜（ａ6）の加速度としては、それぞれの時間率の範囲の加速度のいずれかを代表値として使用してもよく、その時間率の範囲の加速度の平均を使用してもよい。

（ａ）の加速度パラメータとして、（ａ1）〜（ａ6）の時間率の範囲の、左右方向の加速度、前後方向の加速度、鉛直方向の加速度を合成したものを使用してもよい。

（ａ）の加速度パラメータとして、（ａ1）〜（ａ6）の時間率の範囲の左右方向の加速度、前後方向の加速度、鉛直方向の加速度又はこれらを合成したの加速度を、身長、体重又は身長と体重の双方により標準化した加速度を使用してもよい。

一方、（ｂ）の主成分得点からなる加速度パラメータとしては、前記複数の被験者について測定した前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度を時間分割し、それにより得られる前後方向、左右方向及び鉛直方向の所定時間間隔の加速度を主成分分析して主成分得点を算出し、各主成分得点と、最小つま先クリアランスを推定する側の足の最小つま先クリアランスの測定値との相関性を調べ、相関係数の高い主成分得点を使用する。好ましくは、最小つま先クリアランスの測定値に対して相関係数が０．２５以上の主成分得点を１又は複数個使用する。

（ｂ）の主成分得点からなる加速度パラメータを得るにあたり、所定時間間隔の加速度は、（ａ）の加速度パラメータを得る場合と同様に１歩行周期の加速度データを切り出し、それを時間分割することにより得ることができる。

本発明においては、最小つま先クリアランスを推定する回帰式の説明変数として、上述の（ａ）の加速度パラメータ、好ましくは（ａ）及び（ｂ）の加速度パラメータに加えて、被験者の年齢、性別、身長、体重、ＢＭＩ、等から選ばれる属性パラメータを使用することがより好ましい。言い換えると、本発明で使用する回帰式は、上述の（ａ）及び（ｂ）の加速度パラメータと、必要に応じて属性パラメータを説明変数とし、最小つま先クリアランスを目的変数として重回帰分析することにより得たものが好ましい。重回帰分析では、説明変数とする（ａ）及び（ｂ）の加速度パラメータ、並びに属性パラメータをステップワイズ法により選択することが好ましい。

＜回帰式を用いた最小つま先クリアランスの算出＞
任意の被験者の最小つま先クリアランスは、その被験者の歩行における腰部の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度を測定し、回帰式の説明変数である加速度パラメータを得、その加速度パラメータを上述の回帰式で用いることにより算出する。こうして算出した最小つま先クリアランスを被験者の最小つま先クリアランスの推定値とする。

より具体的には、例えば右足の最小つま先クリアランスを算出する場合、測定された腰部の加速度から１歩行周期を、右足の着床に伴う鉛直方向の加速度の極値により切り出し、１歩行周期毎にそれを時間分割して所定時間間隔の加速度を求め、所定時間間隔の加速度から少なくとも（ａ）の加速度パラメータ、好ましくは（ａ）及び（ｂ）の加速度パラメータを求め、１歩行周期毎の最小つま先クリアランスを算出することが好ましい。これにより最小つま先クリアランスのばらつきをみることができる。

一方、（ａ）及び（ｂ）の加速度パラメータを求めるにあたり、切り出した複数の１歩行周期の加速度から平均化した１歩行周期の加速度を求め、その平均化した１歩行周囲の加速度を時間分割して所定時間間隔の加速度を求め、所定時間間隔の加速度から（ａ）及び（ｂ）の加速度パラメータを求めてもよい。こうして得た加速度パラメータを用いて回帰式から算出した最小つま先クリアランスは、複数の歩行周期における最小つま先クリアランスの平均といえる。最小つま先クリアランスのばらつきを重視する点からは、切り出した１歩行周期ごとに最小つま先クリアランスを求めることが好ましい。

こうして得た最小つま先クリアランスの推定値は、それを算出する回帰式の説明変数として少なくとも（ａ）の加速度パラメータが使用されているので最小つま先クリアランスの推定精度が高く、特に（ａ）及び（ｂ）の２種の加速度パラメータを使用した場合には、（ａ）、（ｂ）いずれかの加速度パラメータが説明変数である場合に比して、最小つま先クリアランスの推定精度が顕著に向上し、最小つま先クリアランスの推定値と実測値との相関の程度を表す決定係数を０．４以上とすることができる。
したがって、本発明によれば、最小つま先クリアランスの推定値に基づいてつまずきリスクを評価することができる。

＜つまずきリスクの評価＞
最小つま先クリアランスに基づいてつまずきリスクを評価する方法の具体的な態様としては、例えば、最小つま先クリアランスとつまずき易さとの関係を予め調べ、つまずき易さを段階的に評価する場合の最小つま先クリアランスの閾値を設定し、その閾値に対して任意の被験者の最小つま先クリアランスの推定値を比較することによりその被験者のつまずき易さを段階的に評価することができる。

所定の時間帯ごとに、最小つま先クリアランスの平均を算出し、時間帯毎につまずきリスクを対比できるようにしてもよい。最小つま先クリアランスの平均として、当該時間帯の歩行の１歩行周期ごとの最小つま先クリアランスの積算値を当該時間帯の歩行のストライド数（即ち、歩数）で割ったものを使用することができる。

また、最小つま先クリアランスのばらつきが大きいとつまずき易いことが知られていることから、所定の時間帯ごとに最小つま先クリアランスのばらつきを算出し、そのばらつきに基づいてつまずきリスクを評価してもよい。このばらつきとしては、標準偏差、分散などを使用することができる。

所定の時間帯ごとに最小つま先クリアランス又はそのばらつきがわかることにより、例えば、被験者に歩き方のアドバイスをする者が、被験者に１日のうちの時間帯に応じたアドバイスを提供することが可能となる。

＜最小つま先クリアランスの推定装置＞
任意の被験者について、腰部の加速度の測定から最小つま先クリアランスを推定する最小つま先クリアランスの推定装置としては、日常の歩行における最小つま先クリアランスを推定できるように、日常生活において携帯可能な装置であることが好ましい。

そこで、本発明の最小つま先クリアランスの推定装置は、被験者に携帯される加速度センサ、及び加速度センサで計測された加速度を用いて最小つま先クリアランスを算出し出力する演算装置を備え、さらに必要に応じて算出したつま先クリアランスを表示するディスプレイを備える。なお、演算装置が算出した最小つま先クリアランスは、携帯電話、プリンタ等に出力できるようにしてもよい。

この装置において加速度センサとしては、歩行中の被験者の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度を測定可能なものを使用する。このような加速度センサとしては、ＸＹＺの３軸の加速度波形を抽出することのできる携帯端末をあげることができる。

演算装置は、最小つま先クリアランスを算出する前述の回帰式を記憶する機能、
左右の足のうち最小つま先クリアランスを推定する足について、踵着地から次の踵着地までの１歩行周期の加速度を時間分割して所定の時間間隔の加速度を取得する機能、
該所定時間間隔の加速度から、前記回帰式の加速度パラメータである所定の時間率の範囲
の加速度を抽出する機能、
抽出した加速度と算出した主成分得点を前記回帰式で使用して最小つま先クリアランスを算出し、最小つま先クリアランスの推定値として出力する機能を有する。

これらの機能に加えて、演算装置は、所定の時間率の願意の所定方向の加速度を抽出する機能と、所定時間間隔の加速度を用いて回帰式の加速度パラメータである主成分得点を算出する機能も有することが好ましい。

このうち、所定の時間間隔の加速度を取得する機能の具体的態様としては、加速度センサで測定された前後方向、左右方向又は鉛直方向のそれぞれの加速度から１歩行周期の加速度を複数切り出し、切り出した各歩行周期ごとに加速度を時間分割して所定時間間隔の加速度を取得するものが好ましい。また、複数の歩行周期の加速度から平均化した１歩行周期の加速度を算出し、平均化した１歩行周期の加速度から所定時間間隔の加速度を取得できるようにしてもよい。

また、前後方向、左右方向及び鉛直方向という成分ごとの加速度ではなく、３方向を一括してベクトルとし、そのベクトルの大きさを加速度パラメータとして使用できるようにしてもよい

演算装置に、所定の時間帯における歩行の最小つま先クリアランスの平均やばらつきを算出する機能をもうけ、それらが出力されるようにしてもよい。

また、演算装置に、回帰式を用いて算出した最小つま先クリアランス、最小つま先クリアランスの平均、又は最小つま先クリアランスのばらつきに基づいてつまずきリスクを評価する機能をもたせ、評価結果が出力されるようにしてもよい。即ち、この機能により、前述のつまずきリスクの評価方法が実施されるようにしてもよい。

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
実施例１
（１）回帰式の取得
歩行時に痛みがない自力で歩行可能な２０歳から７３歳の男女１３３名（男性７４名、女性５９名）を被験者とした。被験者には、前日の過度な運動と飲酒を控えるように指示した。

被験者の腰の前後方向、左右方向、及び鉛直方向の加速度を測定するために、被験者の腰に反射マーカを取り付け、各時間帯の歩行におけるマーカの位置をモーションキャプチャシステム（Vicon社製のVicon MXシステム、Vicon Nexus）で計測することにより、腰の位置情報をもとに加速度を算出した。

回帰式を得るモデル構築のための前処理は以下の手順で行った。
1）計測された全被験者のマーカ座標の生データに４次のButterworthローパスフィルタをかけノイズを除去した。カットオフ周波数は１０Ｈｚとした。
2）腰（仙骨部）の３軸の加速度を抽出した。加速度は、マーカ座標を２回微分することで取得した。

測定した３軸方向の加速度から１歩行周期を右足の着床に伴う鉛直方向の加速度の極値により切り出し、その１歩行周期の加速度を１０１等分（約１０ｍ秒間隔）に分割することで合計３０３(時間率０〜１００％）の加速度成分を得た。３軸方向の加速度成分について多変量解析手法の一つである分散共分散行列を用いた主成分分析を行うことで、合計２６の加速度主成分を抽出し、加速度主成分ごとに加速度の数値と主成分得点係数を掛け合わせ、それらの和をとることにより主成分得点を算出した。

また、同じ被験者の右足の第１中足骨に反射マーカを取り付け、各時間帯の歩行におけるマーカの位置をモーションキャプチャシステム（Vicon社製のVicon MXシステム、Vicon Nexus）で計測することにより、１歩行周期の最小つま先クリアランスを測定した。

各加速度主成分の主成分得点と、最小つま先クリアランスとの相関性を調べ、相関性の高い第２１主成分と第２４主成分を抽出した。図２に、第２１主成分得点と最小つま先クリアランスとの関係を示し、図３に第２４主成分得点と最小つま先クリアランスとの関係を示す。

一方、３０３の加速度成分のそれぞれについて、最小つま先クリアランスの測定値との相関性を調べ、相関係数が０．２５以上となる時間率の加速度成分を選択した。

また、各被験者の性別に、平均０、分散１となる標準化した数値を与えた。

最小つま先クリアランスを目的変数とし、各被験者の性別、上述の相関係数が０．２５以上の加速度成分、第２１主成分得点及び第２４主成分得点を説明変数として重回帰分析（ステップワイズ法）を行い、次の回帰式を得た。式中、Ｘt%は左右方向の時間率ｔ％の加速度を表し、Ｙt%は前後方向の時間率ｔ％の加速度を表す。

最小つま先クリアランス（ｃｍ）
＝4.464＋(性別)×0.367＋(Ｘ24％)×(-0.018)＋(Ｙ53％)×(-0.018)＋(Ｙ71％)×(-0.017)＋(Ｘ77％)×(-0.042)＋(Ｙ94％)×(0.007)＋(Ｘ95％)×(-0.019)＋(第２１主成分得点)×(0.056)＋（第２４主成分得点）×(-0.054)

この回帰式より算出された最小つま先クリアランスの推定値と最小つま先クリアランスの測定値との関係を図４に示す。これらの相関の程度を示す決定係数Ｒ²は０．４２１であり、この回帰式による最小つま先クリアランスの推定精度が高いことがわかる。

（２）時間帯毎の最小つま先クリアランスの推定
回帰式の取得に関わらなかった自力で歩行が可能な２８歳の男性を被験者とし、この被験者の日常生活での０時〜３時、３時〜６時、６時〜９時、９時〜１２時、１２時〜１５時、１５時〜１８時、１８時〜２１時、２１時〜２４時の時間帯ごとに加速度の計測が可能であったストライド数の歩行について、Ｘ（左右方向）、Ｙ（前後方向）、Ｚ（鉛直方向）の加速度を測定した。なお、０時〜３時は、０時以降３時前までを意味する。他の時間帯についても同様である。

時間帯ごとに、測定した加速度から１歩行周期を切り出し、各歩行周期を１０１等分して時間率０〜１００％の加速度成分を求め、その加速度成分を使用して上述の回帰式から最小つま先クリアランス（ＭＴＣ）を算出し、時間帯ごとのストライド数における積算値を求め、積算値を時間帯ごとのストライド数で割ることにより最小つま先クリアランス（ＭＴＣ）の平均値を求めた。また、時間帯ごとの最小つま先クリアランスのばらつきをみるため、最小つま先クリアランス（ＭＴＣ）の標準偏差を求めた。結果を表１に示す。

表１の結果から、時間帯ごとに最小つま先クリアランスの推定値が異なり、つまずきリスクが異なることから、時間帯毎につまずき予防のためのアドバイスを変えることの有用性がわかる。例えば、今回加速度計測を行った被験者は６時から９時の間と、１８時から２１時の間で最小つま先クリアランスの推定値が日中よりも高い値となった。これは、出勤、帰宅時において通常よりも速歩で歩いているためであると考えられる。一方で、帰宅時である１８時から２１時の間では最も最小つま先クリアランスの標準偏差が高い。これは帰宅時に最もつまずきリスクが増加していることを意味しており、この時間帯でのつまずきリスクを予防する施策を提示することが重要である。

（３）個別の被験者における最小つま先クリアランスの推定精度
（２）の被験者の最小つま先クリアランスを（１）と同様にして１２時から１５時に測定した。その結果、（２）の推定値は３．７０ｃｍであったのに対し、日常生活における最小つま先クリアランスの実測値は３．７３ｃｍであり、推定精度の高いことが確認できた。

比較例１
（１）の重回帰分析において、説明変数として、主成分得点を使用せず、各被験者の性別及び相関係数が０．２５以上の加速度成分だけを使用する以外は実施例１と同様にして次の回帰式を求めた。式中、Ｘt%は左右方向の時間率ｔ％の加速度を表し、Ｙt%は前後方向の時間率ｔ％の加速度を表し、Ｚt%は鉛直方向の時間率ｔ％の加速度を表す。

最小つま先クリアランス（ｃｍ）
＝4.617＋(性別)×0.331＋(Ｚ58％)×(0.009)＋(Ｙ64％)×(-0.067)＋(Ｙ65％)×(0.173)＋(Ｙ66％)×(-0.104)＋(Ｘ84％)×(-0.021)＋(Ｘ85％)×(0.04)＋(Ｙ92％)×(-0.092)＋(Ｙ93％)×(0.205)＋(Ｙ94％)×(-0.1)＋(Ｘ95％)×(-0.29)＋(Ｘ96％)×(0.521)＋(Ｘ97％)×(-0.272)

この回帰式より算出された最小つま先クリアランスの推定値と最小つま先クリアランスの測定値との関係を図５に示す。これらの相関の程度を表す決定係数Ｒ²は０．３３６であり、実施例１に比して比較例１の回帰式による最小つま先クリアランスの推定精度が低いことがわかる。

実施例２
（１）回帰式の取得
歩行時に痛みがない自力で歩行可能な２０歳から７７歳の健常成人１２０名分（男性６３名、女性５７名）を被験者とした。被験者らは歩行動作に影響を与えるような傷害歴や疾病歴などを負っていない健常成人であり、計測時には痛みなどを訴えることなく歩行補助具や装具などを用いずに２足で歩行できる者であった。

１０ｍほどの直線歩行が可能な、タイルカーペットが敷かれた実験室で次のように歩行計測を行った。

モーションキャプチャシステム（Vicon社製のVicon MXシステム、Vicon Nexus）を用いて、被験者体表面に貼付した計５７点のマーカ座標を２００Ｈｚで計測した。マーカの貼付位置はHelen Hayesマーカセットを基準とした。被験者らは、歩行路を裸足で端から端までまっすぐ歩行した。歩行時の速度や歩幅、視線などに関しては特に規定せず、普段通り歩行するよう指示した。各試行の開始は実験者が口頭で合図した。計測は、被験者の疲労を考慮しつつ、最低５試行計測した。

回帰式を得るモデル構築のための前処理として、ノイズ除去と、腰（仙骨部）の３軸の加速度の抽出を実施例１と同様に行った。また、マーカ座標から取得した腰の３軸の加速度に重力の成分を加えることにより加速度ベクトルの大きさを算出した。

算出された加速度ベクトルの大きさの波形から一歩行周期分のデータを切り出し、一歩行周期を１００等分（時間率０〜１００％）することで時間正規化した。また、加速度に関しては、正規化していない加速度成分１０１個、体重で正規化した加速度成分１０１個、身長で正規化した加速度成分１０１個の計３０３個の成分をあらかじめ算出した。以上のことから１試行分のデータとして、最小つま先クリアランスの測定値一個と、腰の加速度ベクトルの大きさ３０３個を得た。

健常成人１２０名×５試行分、計６００試行分のデータを用いて腰の加速度ベクトルの大きさから最小つま先クリアランスを推定するモデルを構築した。その際１２０名の被験者を、年齢や性別が等質となるように２群（Ａ群６０名とＢ群６０名）とし、「モデル構築群」と「モデル評価群」として分類した。最小つま先クリアランスは、遊脚中期におけるつま先の高さであるため、身体の質量の影響を受けることが考えられる。一方、骨盤は身体の重心が近いこともあり、腰の加速度は身体の質量の影響を受けにくいと考えられる。そこで最小つま先クリアランスについては体重で正規化し、体重の影響を取り除いた。

「モデル構築群」における最小つま先クリアランスを目的変数とし、説明変数として、上述したベクトル３０３成分を用いて重回帰分析（ステップワイズ法）を利用し、次の回帰式を得た。式中、ｔ％は時間率ｔ％の加速度ベクトルの大きさを表す。

最小つま先クリアランス（cm）
＝0.055＋(24％:身長で正規化)×(-0.009)＋(51％：正規化せず)×(-0.007)＋(99％：正規化せず)×(0.002)＋ (77％:体重で正規化)×(0.421)＋(94％:正規化せず)×(0.005)

この回帰式より算出されたモデル構築群における最小つま先クリアランスの推定値と最小つま先クリアランスの測定値との関係を図６に示す。これらの相関の程度を示す決定係数Ｒ²は0.561であり、この回帰式による最小つま先クリアランスの推定精度が高いことがわかる。

一方、この回帰式により算出されたモデル評価群における最小つま先クリアランスの推定値と最小つま先クリアランスの測定値との関係を図７に示す。相関係数ｒは0.512となり、回帰式の推定精度の高さがわかる。

Claims

最小つま先クリアランスを目的変数とし、歩行における腰部の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度から導出される加速度パラメータを説明変数に含む回帰式を使用して、被験者の右足又は左足について最小つま先クリアランスを算出し、つまずきリスクを評価するつまずきリスクの評価方法であって、
加速度パラメータとして、最小つま先クリアランスを推定する足について、１歩行周期における立脚期中期の加速度、中期両足支持期の加速度、遊脚期前半の加速度、及び遊脚期後半の加速度から選ばれる加速度を使用するつまずきリスクの評価方法。
加速度パラメータとして、１歩行周期における立脚期中期の左右方向の加速度、中期両足支持期の前後方向の加速度、遊脚期前半の前後方向の加速度及び左右方向の加速度、並びに遊脚期後半の前後方向の加速度及び左右方向の加速度を使用する請求項１記載のつまずきリスクの評価方法。
加速度パラメータとして、さらに、最小つま先クリアランスを推定する足についての踵着地から次の踵着地までの１歩行周期における所定時間間隔の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度の主成分分析により算出される主成分得点であって、測定された最小つま先クリアランスと相関の高い主成分得点を使用する請求項１又は２記載のつまずきリスクの評価方法。
前記主成分得点が、最小つま先クリアランスとの相関係数が０．２５以上である請求項３記載のつまずきリスクの評価方法。
加速度パラメータとして、身長又は体重で標準化した加速度を使用する請求項１〜４のいずれかに記載のつまずきリスクの評価方法。
最小つま先クリアランスが体重で標準化されている請求項１〜５のいずれかに記載のつまずきリスクの評価方法。
最小つま先クリアランスを１歩行周期ごとに算出する請求項１〜６のいずれかに記載のつまずきリスクの評価方法。
所定時間帯の歩行の最小つま先クリアランスの平均を算出する請求項１〜７のいずれかに記載のつまずきリスクの評価方法。
所定時間帯の歩行の最小つま先クリアランスのばらつきを算出する請求項１〜８のいずれかに記載のつまずきリスクの評価方法。
回帰式が、複数の被験者について、歩行における腰部の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度と、最小つま先クリアランスを測定し、最小つま先クリアランスを目的変数とし、測定した加速度から導出した加速度パラメータを説明変数に含む重回帰分析により導出されたものである請求項１〜９のいずれかに記載のつまずきリスクの評価方法。
歩行中の被験者の腰部の加速度から最小つま先クリアランスを推定する最小つま先クリアランスの推定装置であって、
被験者に携帯される加速度センサ、及び加速度センサで計測された加速度を用いて最小つま先クリアランスを算出し出力する演算装置を有し、
加速度センサは、歩行中の被験者の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度を測定可能であり、
演算装置は、請求項１記載の回帰式を記憶する機能、
最小つま先クリアランスを推定する足について、踵着地から次の踵着地までの１歩行周期の加速度を時間分割して所定の時間間隔の加速度を取得する機能、
該所定時間間隔の加速度から、前記回帰式の加速度パラメータである立脚期中期の加速度、中期両足支持期の加速度、遊脚期前半の加速度、及び遊脚期後半の加速度から選ばれる加速度を抽出する機能、
抽出した加速度を前記回帰式で使用して最小つま先クリアランスを算出する機能、
を有する最小つま先クリアランスの推定装置。
演算装置が記憶している回帰式が、加速度パラメータとして、１歩行周期における立脚期中期の左右方向の加速度、中期両足支持期の前後方向の加速度、遊脚期前半の前後方向の加速度及び左右方向の加速度、及び遊脚期後半の前後方向の加速度及び左右方向の加速度を含み、
演算装置が、１歩行周期における所定時間間隔の加速度から、加速度パラメータである立脚期中期の左右方向の加速度、中期両足支持期の前後方向の加速度、遊脚期前半の前後方向の加速度及び左右方向の加速度、並びに遊脚期後半の前後方向の加速度及び左右方向の加速度を抽出する機能、及び
抽出した加速度を前記回帰式で使用して最小つま先クリアランスを算出する機能、
を有する請求項１１記載の最小つま先クリアランスの推定装置。
演算装置が記憶している回帰式が、加速度パラメータとして、１歩行周期における所定時間間隔の前後方向、左右方向及び鉛直方向の加速度の主成分分析により算出される主成分得点であって、最小つま先クリアランスと相関の高い主成分得点を含み、
演算装置が、被験者の１歩行周期における所定時間間隔の加速度から、加速度パラメータである主成分得点を算出する機能、及び
抽出した加速度と算出した主成分得点を回帰式で使用して最小つま先クリアランスを算出する機能、
を有する請求項１１又は１２記載の最小つま先クリアランスの推定装置。
演算装置が、１歩行周期ごとに最小つま先クリアランスを算出する請求項１１〜１３のいずれかに記載の最小つま先クリアランスの推定装置。
演算装置が、所定の時間帯における歩行の最小つま先クリアランスの平均を算出する機能を有する請求項１１〜１４のいずれかに記載の最小つま先クリアランスの推定装置。
演算装置が、所定の時間帯における歩行の最小つま先クリアランスのばらつきを算出する機能を有する請求項１１〜１５のいずれかに記載の最小つま先クリアランスの推定装置。
演算装置が、回帰式を用いて算出した最小つま先クリアランスに基づいてつまずきリスクを評価する機能、又は所定時間帯における最小つま先クリアランスの平均を算出し、該平均に基づいてつまずきリスクを評価する機能、又は所定時間帯における最小つま先クリアランスのばらつきを算出し、該ばらつきに基づいてつまずきリスクを評価する機能を有する請求項１１〜１３のいずれかに記載の最小つま先クリアランスの推定装置。