専門家の目視診断を推定する 歩行センシング 西部工業技術センター 製品設計研究部 生産技術アカデミー 主任研究員 横山 詔常 共同研究機関 2018.08.16 JST東京本部 1
発表の概要 開発技術の概要 どのような技術 センシング方法 診断推定技術 １ 背景 歩行評価における課題 ２ 新技術の特徴 適用事例 ３ 実用化に向けた課題 2
どのような技術 シューズを履いて10m歩くだけで 専門家の診断に基づいた 歩行評価が得られます! ① 歩行センシング ② 歩行診断推定 センサ データ 診断 データ 専門家 3
(1) 背景 / 歩行評価における課題 4
背景 要介護原因疾患人数 介護を要する者数10万対 22 18000 16431 16000 ロコモ対策 運動器 疾患 ﾛｺﾓﾃｨﾌﾞ ｼﾝﾄﾞﾛｰﾑ 15712 早期に発見 適切に介入 13323 14000 11715 12000 10495 歩行の現状を把握する 10000 診る ことが重要 8000 6754 6000 4487 3138 4000 2000 2700 2380 2317 2050 1663 1527 963 0 脳 血 管 障 害 認 知 症 高 齢 に よ る 衰 弱 骨 折 転 倒 関 節 疾 患 そ の 他 心 疾 患 パ ー キ ン ソ ン 病 糖 尿 病 呼 吸 器 疾 患 悪 性 新 生 物 脊 髄 損 傷 視 覚 聴 覚 障 害 不 詳 分 か ら な い H25年国民生活基礎調査 5
歩行を診る 専門家の診断 知識 経験 ノウハウ に依存 例 FootSlapあり 足部のエネルギー伝 達にロスあり ロッカー不全で膝折れ し股関節伸展不全 時間が短い 股関 節のコントロール不全で右へのスラス トあり バランスを保つためによろめ く 転倒リスク無し) http://www.ainomhp.jp/ashi_to_kutsu_06.html 6
歩行を診る 足部の変化 ⓪ 骨格構造 ① ロッカー機能 26個の骨 踵支点 ﾋｰﾙ ﾛｯｶｰ 足関節支点 ｱﾝｸﾙ ﾛｯｶｰ MP関節支点 ﾌｫｱﾌｯﾄ ﾛｯｶｰ ② 回内 回外足変位 観察による歩行解析 Kirsten Gotz-Neumann 2005 ③ アーチ構造 扁平足 足底腱膜炎 外反母趾 歩行障害へ連鎖 アーチの確保 剛性 安定性の向上 長谷川ら 2007) 7
診断の問題点 地域の 病院 介護予防教室 専門家が不足 能力差あり 経験に依存 定量化できていない データ取得が簡便でない 簡易で信頼性のある計測を 専門家の 診断ノウハウ 織り込み http://www.ainomhp.jp/ashi_to_kutsu_06.html 8
従来技術の課題① 足運びの検出 装着型 非装着型 ﾓｰｼｮﾝｷｬﾌﾟﾁｬ Oxford Foot Model 足部変形ﾏｰｶｾｯﾄ 歩行センサマット 圧力 画像 詳 細 https://www.ouh.nhs.uk/ マーカ貼付 位置限定が煩雑 多数カメラ必要 ｲﾝｿｰﾙ圧力 体幹 腰部 加速度 http://anima.jp/products/mw1000/ 場所が限定される 詳細な足部変形 靴内の状態が分からない 距離画像 例 キネクト 簡 易 https://sangakukan.jst.go.jp/ 足部変形 足運びの状態 計測不可 大きな関節の角度OK 足部の詳細な動きは計測不可 生産中止 9
従来技術の課題② 転倒リスク判定 推定 本技術 従来技術 転倒歴 ロコモ25 当事者の主観や記憶に依存 専門家 理学療法士 の 目視診断を数値化 専門家の 診断ノウハウ 織り込み 10
(2) 新技術の特徴 適用事例 11
新技術の特徴 計測方法 氏名 年齢 性別 身長 体重 検査靴のID番号 被験者属性の入力 センサシューズの着用 立位姿勢の計測 5秒 基準姿勢の計測 曲げセンサ 加速度センサの 基準値 10m 歩行の測定 歩行の測定 10m 解析 測定イメージ 結果表示 12
新技術の特徴 センサシューズ センサ BOX 3軸加速度 センサ アッパー 無線通信 曲げセンサ 1or2 実践すぐにできるテーピングマニュアル 中嶋寛之より 足部の変化 センサ インソール 曲げ 圧力センサ 4or3 曲げセンサ 1 薄く柔軟なフィット性の 良いシューズ 骨格構造や 歩行の運動軸に基づく センサの配置 圧力 13
新技術の特徴 計測ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ Windows ﾃﾞｽｸﾄｯﾌﾟ ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ 特徴量抽出 歩行周期 ﾛｯｶｰ区間 圧力 指 圧力 曲げ 曲げ MP 加速度 両足20ch ｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ周波数100Hz リアルタイム表示 合成加速度 14
新技術の特徴 レポーティング 得られる歩行評価パラメータ 歩行周期 踵接地 つま先離地時間 歩数 歩調 歩/分 Step長 平均歩行速度 平均1歩行周期時間 秒 立脚期 遊脚期 時間 単脚支持期 時間 両脚支持期 時間 波形 時間正規化 1歩行周期_加算平均波形 標準偏差波形 各種代表値 ロッカー区間 立脚期 遊脚期における 最大 最少 Range値 時間 傾き 上記データの左右平均値 左右変動値 左右差 曲げセンサ_リサージュ図 ロッカー区分け 専門家の目視診断の推定値 15
計測サンプル 実際は10m 歩行する 16
新技術の特徴 歩行診断 専門家による歩行評価 修正歩行異常性尺度 Modified Gait Abnormality Rating Scale GARS M 日本語版を採用 評価のばらつきが少ない GARSは, ７項目を0-3点で点数化し 歩行の異常性を0 21点で評価 [出典] 小林ら 理学療法学 39(7), 2012年 GARS1: 変動性 GARS2: 勢いのなさ GARS3: よろめき GARS4: 足の接地 GARS5: 股関節の運動範囲 0点は 問題なし GARS6: 腕ふりの後方化 転倒リスク判定のカットオフ値は ９点 GARS7: 腕ふりと踵接地の同調性 17
新技術の特徴 歩行診断 歩行実験 サンプル数 218名 延べ 内 60歳以上151名 センサデータ 2460パラメータ抽出 歩行DB パラメータ 専門家による 歩行診断 専門家 歩行評価 得点 GARS値 統計モデル 機械学習モデル 18
新技術の特徴 歩行診断 モデルの正答率 ( 一例 ) 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 GARS1 変動性 0.86 GARS2 勢いのなさ 0.87 GARS3 よろめき GARS4 足の接地 0.77 0.80 GARS5 股関節の運動範囲 0.91 GARS6 腕振りの後方化 0.80 19
適用事例 比較サンプル 20
適用事例 PressSumR 圧力 3部位の合計 曲げ MP Ma1 2500 合成加速度 Accxyz 2.5 60 Bad 2000 前頁 左 Good 前頁 右 Bad Bad 50 Good Good 2 40 1.5 1500 30 1 1000 20 500 0.5 10 0 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 90 100 10 GARS推定 GARS 7 合計 G05 股関節の 運動範囲 G04 足の接地 合計 G02 勢い G03 よろめきのなさ 30 40 50 60 70 80 90 100 偏差値に換算 GARS ０ G01 変動性のなさ 20 G05 股関節の 運動範囲 G04 足の接地 G01 変動性のなさ G02 勢い G03 よろめきのなさ 21
３ 実用化に向けた課題 研究成果/用途/課題/企業への期待 22
研究成果 薄型で柔軟性のあるセンサシューズによる 詳細な足運びの計測 専門家の診断値に基づく歩行診断モデル GARS推定 歩行データ DB 歩行 パラメータ 専門家 歩行評価 得点 23
想定される用途 病院 リハビリ 介護サービス 健康ｻｰﾋﾞｽ 健康ｽﾎﾟｰﾂ 回復期リハビリ 介護予防教室など 製造業 足まわり製品 歩行DB 機能性開発 ｳｫｰｷﾝｸﾞ ｼｭｰｽﾞ 安全靴 診断DB ｲﾝｿｰﾙ 靴下 大学 試験研究機関 ｽﾊﾟｯﾂ 義足 住宅建材 杖 24
実用化に向けた課題 製品化に向け 各フィールドでのテストモニタ 普及先 病院 リハビリ 介護サービス 健康ｻｰﾋﾞｽ 健康ｽﾎﾟｰﾂ 大学 試験研究機関 製造業 足まわり製品 成果 歩歩セ 行行ン 診デサ 断ーシ 推タュ ー 定 ズ モ デ ル 課題 エビデンスの蓄積 臨床モニタに向けて アプリや センサBOX シューズ等の作りこみ 電子カルテ化 センサ着用の簡便化 耐久性の向上 センサ等の仕様変更 計測の自由度の向上 計測の自由度の向上 簡単な利用方法の提供 アプリ含む 25
センサ構成パターン 用途やコストからセンサ構成を選択 足袋型 靴型 ｲﾝｿｰﾙ型 靴下型 ｱﾝｸﾙﾚｯﾄ型 ｾﾝｻBOX ｲﾝｿｰﾙ 履物 ｱｯﾊﾟｰ ｿｰﾙ 圧力 曲げ MP関節 曲げ 足関節 加速度 26
企業への期待 ① 製品イメージ 本システムの製品化に向けた取り組み 計測 アプリケーション化 電子カルテ化 横山 詔常 様 履歴 2016年11月25日 86 点 リズム 健康機器 運動計測メーカ等ハード開発 83 股関節の 可動範囲 勢い 95 ソフトベンダー等の参画 44才 男性 総合評価 ハードの改良 診断 80 91 共同研究を希望 79 接地の良さ 安定性 項目結果 歩行速度 1.19 m/ 秒 平均 58.8 歩/分 歩調 63.5 立脚期割合 69.3 平均 1.07 m/秒 歩/ 分 平均 66.7% % 歩幅 平均 0.58 m 0.63 単脚支持割合 35.2 遊脚期割合 30.7 m 平均 33.2 % % 平均 33.3 % % 27
企業への期待 ② 本技術を利用した 他の指標 既存製品 への展開 他の指標 歩行 GARS 以外 立位バランス 姿勢 起立動作 etc 歩行DB 診断DB 既存指標 既存製品 自社製品との連携や組み込み 機能拡張 機能付与 28
本技術に対する知的財産権 ①歩行 足運び のセンシング 発明の名称 歩行データ取得装置および歩行データ取得システム 出願番号 特願2016-144833 出願人 広島県 公立大学法人県立広島大学 発明者 横山詔常 弓場憲生 小玉龍 門藤至宏 長谷川正哉 ②歩行診断 転倒リスク推定 発明の名称 歩行評価システムおよび歩行評価方法 出願番号 特願2018-37816 出願人 広島県 公立大学法人県立広島大学 発明者 横山詔常 小玉龍 弓場憲生 橋本晃司 長谷川正哉 29
お問い合わせ先 最初の相談について 広島県立総合技術研究所 西部工業技術センター 生産技術アカデミー 技術支援担当 ＴＥＬ ０８２ ４２０ ０５３７ ＦＡＸ ０８２ ４２０ ０５３９ e-mail sgagijutsu@pref.hiroshima.lg.jp 契約に関することについて 広島県立総合技術研究所 企画部 ＴＥＬ ０８２ ２２３ １２００ ＦＡＸ ０８２ ２２３ １４２１ e-mail sgkkikaku pref.hiroshima.lg.jp 30