日本は超高齢社会と言われ、高齢者の社会保障費の増加による財政負担が大きな課題となっている。 高齢者は加齢にともない自立体力が低下し、日常生活に支障をきたす。特に、歩行能力の低下による転倒 事故は、骨折から寝たきり生活へ移行するリスクをもたらす。本研究では高齢者の歩行を容易にモーショ ンキャプチャーできる測定システムを提案する。提案システムは、Kinect モーションセンサーとプログラ ミング言語 Scratch で構成し、限られた室内空間でも正確に高齢者の歩行データを取得できる。歩行の座 標データを解析して、歩行能力を測定し、問題点を発見する。分析の結果を高齢者へのフィードバックや 医師への参考資料として利用する。(DICOMO2019)

1. モーションセンサーを用いた
高齢者の体力測定手法
川井 明1
谷口 伸一2
李 慧麗2
和泉 志津恵1
1, 滋賀大学データサイエンス学部
2, 滋賀大学経済学研究科
1

2. 超高齢社会問題の鍵
2
超
高齢社会
高齢者の割合
27.3%(H28)
人口構成上
特効薬となる
解決策はない
社会保障費
増
要介護者数
増
独居高齢者
増
政府
経済負担
増
家族
介護負担
増
労働者数
減
地域社会
崩 症状緩和の鍵
健康寿命の延伸

3. 健康寿命の延伸⇒「歩行能力」に着眼
• 「転倒」は高齢者にとって極めて危険なこと
• 高齢者の3人に1人は年間に 1 度以上の転倒を経験
• 転倒による死亡事故は、窒息に次ぐ第 2 位の割合、交通事故より多い
• 転倒は大腿骨近位部骨折の主原因 (78%)
• この骨折は要介護に移行する主要な原因の 1 つ
3
高齢者の歩行能力を容易
に測定できる手法
を開発し、発見した問題点を高齢者
と医療機関へフィードバック
高齢者健康寿命の延伸を目指す

4. 既存方式
• Kinectを用いて定量的かつ視学的に動作が分析できるシステム
• 鉋掛けの教師動作と比較
• 関節部位から定量的な動作分析
• 技能の学習・改善に効果があることを示した
• 医療従事者や高齢者に難しい
• 運動能力を評価するバランス評価のための身体モデル
• 頭部重心動揺と体の関節角度 ⇒身体バランス評価
• 光学式モーションキャプチャの費用が非常に高い、利用空間制限が多い
4

5. 提案：高齢者歩行能力の計測手法
• Kinectを用いて人体の関節3次元座標を取得
• 利用者側のインターフェスにScratchプログラム
• 関節動きデータを統計的手法で補正・分析し、歩行能力を計測
5
高齢者
Kinect
システム操作者
（医師など）
Scratch
プログラム
高齢者の動き
データ出力
補正
歩行能力分析
データ
研磨・補正

6. 計測システムの構築
• モーションセンサー：KinectV2
• プログラム開発環境：Scratch 1.4
• Kinect2Scratch SDK1.5
• 実験PC：DELL XPS15 (core i5 2.3GHz, メモリ8GB)
• データ取得頻度：約5Hz、取得数：128個
• 観測関節（全部で25関節）：
• 脚（左右）、手（左右）、膝（左右）、脊椎頂端・中心・末端
• 分析項目
1. 平均歩行速度
2. 歩幅
3. 膝の上下動きの幅
4. 腕のふり幅
5. 体幹の揺れ幅
6

7. 計測実験
• 実験場所：米原河内会館
• 実験対象：高齢者（60代～80代）16名（男3、女13）
• 計測項目：
7
１、足踏みテスト
２、前後、左右歩行
(各2ｍ)

8. 平均歩行速度
• 測定実験：2m の距離を歩く
• 縦方向、左右方向歩行時間を測量
• 計算方法：速度ｖ＝歩行距離 s / 計測時間 t
参考：高齢者763名の10m歩行速度測定結果
• 屋内と射程の制限で、今回は2mとしている
• 屋外全速歩行とは異なるため、速度の比較は不可
• 新たな基準を設ける必要がある
• 相対的に遅かった女性が要注意
8
No 年齢 性別
平均速度
（m/s）
1 65 男性 0.505
2 70 男性 0.642
3 75 女性 0.506
4 不明 女性 0.499
5 75 女性 0.436
6 不明 女性 0.599
7 80 女性 0.529
8 70 女性 0.572
9 70 女性 0.705
10 60 女性 0.588
11 70 女性 0.545
12 70 女性 0.516
13 70 女性 0.777
14 80 女性 0.549
15 80 女性 0.570
16 75 男性 1.097
速度（m・秒） １０ｍ歩行基準 名数
＞1.3m/秒 早い
1.0<1.3m/秒 普通 1
0.6＜1.0m/秒 やや遅い 3
＜0.6m/秒 遅い 12

9. 歩幅
• 測定実験： 2ｍの距離を歩く
• データ：
• footleft、footrightの z 軸データ、単位ｍ
• 1歩目の踵から3歩目の踵までの距離を2で割る
• 参考：1131名高齢者の歩行データ
• 距離が短く、歩幅を広げていない結果が見られた
• 女性の4番、5番は足が弱い
9
No 年齢 性別
平均歩幅
（ｍ）
1 65 男性 0.410
2 70 男性 0.531
3 75 女性 0.462
4 不明 女性 0.246
5 75 女性 0.316
6 不明 女性 0.497
7 80 女性 0.351
8 70 女性 0.390
9 70 女性 0.450
10 60 女性 0.290
11 70 女性 0.274
12 70 女性 0.426
13 70 女性 0.450
14 80 女性 0.361
15 80 女性 0.324
16 75 男性 0.622
年齢代 男性 女性
65-69 0.67±0.09 0.59±0.09
70-74 0.62±0.09 0.53±0.10
75-79 0.59±0.12 0.51±0.09
80- 0.51±0.10 0.44±0.10
年齢代 男性 女性
65-69
70-74 0.53 0.40
75-79 0.62 0.39
80- 0.35

10. 膝の上下動きの幅・補正
• 対象：70代 男性
• 測定実験：固定位置で足踏み
• データ：kneeleft、kneerightの y 軸データ
• 計算方法：山の平均値と谷の平均値を計算し、差は膝の上下動きの幅
• 補正： 足踏み状態で固定位置から前に移動すると、Y軸座標値はマイナスに変
動する（グラフの斜線のように）
• 回帰分析で補正
10
-120.000
-115.000
-110.000
-105.000
-100.000
-95.000
-90.000
-85.000
1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 101106111116121126
固定位置からずれた 固定位置に戻る 固定位置で足踏み

11. 11
-120
-115
-110
-105
-100
-95
-90
-85
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
kneeleft
山 谷
-120
-115
-110
-105
-100
-95
-90
-85
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
kneeright
山 谷
70代男性の考察：
• 左膝の上下動きの幅：5.202
• 右膝の上下動きの幅：4.866
• 左右の差：0.336
• 左膝の上下動きの幅は右膝の上下動き幅より
6.9%大きい
• 体の重心が右方向へずれている可能性
• 右足が着地の瞬間には身体の体重が右膝に
かかる → 故障リスク増大
膝の上下動きの幅・70代男性

12. 12
-135
-130
-125
-120
-115
-110
-105
-100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
kneeleft
山 谷
-135
-125
-115
-105
-95
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
kneeright
山 谷
女性Aの考察：
• 左膝の上下動き幅：3.228
• 右膝の上下動き幅：3.116
• 左右の差：0.112
• 左膝の上下動き幅は右膝の上下動き幅よ
り3.6％大きい
• 両膝の運動の差が顕著ではない
• 但し、上下動きの幅が両膝とも非常に低い
• 躓いて転倒のリスク
膝の上下動きの幅・70代女性

13. 腕のふり幅
• 対象：70代 男性
• 測定実験：固定位置で足踏み
• データ：足踏みhandleft,handrightの z 軸データ 単位ｍ
• 計算方法：山から谷までの差は各回の腕ふり幅
13
1.500
1.700
1.900
2.100
2.300
2.500
2.700
1
6
11
16
21
26
31
36
41
46
51
56
61
66
71
76
81
86
91
96
1…
1…
1…
1…
1…
1…
hand left z

14. 14
Handleft 山 谷 振 り 幅
（ｍ）
2.248 2.146 0.102
2.252 2.071 0.181
2.261 2.049 0.212
2.367 1.969 0.399
2.298 1.906 0.392
2.339 1.915 0.425
2.281 1.951 0.330
2.269 1.936 0.333
2.256 1.928 0.329
2.184 1.886 0.299
2.249 1.933 0.316
2.198 1.860 0.338
2.251 1.950 0.302
2.194 1.897 0.297
2.181 1.926 0.255
2.179 1.888 0.291
2.113 1.825 0.288
2.059 1.867 0.192
2.142 1.885 0.257
2.335 1.889 0.447
2.369 2.001 0.368
2.412 2.020 0.392
2.399 1.990 0.409
2.406 2.031 0.375
2.371 1.935 0.436
2.363 1.971 0.392
2.427 1.943 0.485
2.306 1.943 0.362
2.381 1.950 0.431
2.334 2.038 0.296
2.451 2.000 0.451
2.321 1.874 0.446
2.206 1.873 0.333
2.381 1.880 0.501
2.366 1.978 0.388
2.286 1.958 0.328
Handright 山 谷 振 り 幅
（ｍ）
2.264 2.097 0.167
2.264 2.063 0.201
2.256 2.066 0.191
2.283 2.116 0.167
2.362 2.056 0.307
2.371 2.069 0.301
2.309 2.068 0.241
2.291 2.014 0.277
2.294 2.047 0.247
2.211 2.030 0.181
2.233 1.995 0.238
2.223 2.000 0.224
2.224 1.982 0.243
2.199 2.004 0.195
2.200 1.951 0.249
2.160 1.919 0.241
2.150 1.928 0.222
2.081 1.914 0.167
2.064 1.950 0.115
2.177 2.096 0.082
2.292 2.131 0.161
2.298 2.112 0.187
2.292 2.152 0.140
2.298 2.082 0.216
2.277 2.074 0.203
2.222 2.083 0.139
2.285 2.150 0.135
2.314 2.126 0.188
2.249 2.081 0.169
2.262 2.139 0.123
2.226 2.046 0.180
2.187 1.983 0.205
2.268 2.050 0.217
2.311 2.068 0.244
2.349 2.058 0.290
70代男性の考察：
• 左腕ふり幅の平均値は0.343ｍ、
中央値は0.338ｍ
• 右腕ふり幅の平均値は0.203ｍ、
中央値は0.203ｍ
• 腕ふり幅左右の差は0.14ｍ
• 左腕ふり幅が右腕ふり幅より0.14ｍ大きい、
左腕の力が右腕より強い
• 右膝関節がもっと身体を支える力を使うので、
身体重心が多少右方向へずれている状態
• 体の右側に故障の可能性
腕のふり幅

15. 15
女性Aの考察：
• 左腕ふり幅の平均値は0.085ｍ、
中央値は0.074ｍ
• 右腕ふり幅の平均値は0.057ｍ、
中央値は0.050ｍ
• 腕ふり幅の左右の差は0.028ｍ
• 両腕があまり振らないのは不自然と考えられ、動画
からみると、上体が明らかに前に傾いている
• 両腕がずっと後ろに伸ばしている
• 転倒リスクがとても高い、転倒の場合、顔面が直
接に地面にぶつかるため危険
腕のふり幅

16. 体幹の揺れ幅
• 対象：70代 男性
• 測定実験：足踏み
• データ：spineshoulder,spinebaseの x 軸データ
• 計算方法：0.2秒ごとに、spinebaseの関節を原点として、spineshoulderの
差は左・右への揺れ幅を計算
左・右への揺れ幅(Xn)＝spineshoulder x(Sn)-spinebase x(Bn)
Xn>0、体幹が右方向へ揺れる
Xn＜0、体幹が左方向へ揺れる
体幹の揺れ幅＝｜山｜+｜谷｜
16
spineshoulder x
spinebase x
-10
-5
0
5
10
15
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75
体幹の揺れ幅

17. 17
左方向（谷） 右方向（山） 揺れ幅
-2.434 1.168 3.602
-1.970 8.415 10.385
-4.698 6.736 11.434
-4.985 6.036 11.021
-5.212 5.539 10.751
-4.767 7.528 12.295
-3.917 7.095 11.012
-3.279 7.751 11.030
-6.265 7.994 14.260
-1.306 6.530 7.836
-5.361 6.761 12.122
-5.530 7.180 12.709
-3.624 7.652 11.276
-0.437 7.140 7.577
-3.178 6.113 9.292
-1.613 8.463 10.075
-3.697 8.699 12.396
-4.499 9.234 13.733
-0.232 9.322 9.554
-5.271 7.339 12.609
-3.459 5.929 9.388
-4.965 6.539 11.504
-6.825 6.504 13.329
-4.607 6.284 10.891
-3.604 6.645 10.248
-1.593 8.431 10.025
-6.621 6.180 12.801
-5.776 7.333 13.109
-5.601 4.142 9.744
-4.518 7.537 12.055
-5.914 6.434 12.348
-7.877 4.870 12.747
-6.665 4.029 10.695
-6.906 2.613 9.518
-5.005 11.325 16.330
-4.111 5.701 9.813
-3.585 6.100 9.685
70代男性の考察：
• 体幹が左方向へ揺れ幅平均値＝-4.322
• 体幹が右方向へ揺れ幅平均値＝6.734
• 体幹が全体的揺れ幅平均値＝11.059
• 左右傾斜率：右55.8% (揺れ幅平均値の差分/揺れ幅平均値の小さい方)
• 腰に故障があるかもしれない
• 故障の潜在誘因になり、歩行機能が低下し転倒するリスク
-10
0
10
1
5
9
13
17
21
25
29
33
37
41
45
49
53
57
61
65
69
73
77
81
85
89
93
97
101
105
109
113
117
121
125
体幹の揺れ幅
体幹の揺れ幅

18. 18
• 計測時間
• 1人当たり３分程度で計測ができる。
• 計測手法
• GUIのスタートとストップ、データ取得ボタンを押すだけ。
• 平均歩行速度と歩幅について
• 平均速度と歩幅を計測できた
• 区間が2mと短いため、実際の歩行動作とは異なると思われるが
• 被験者間の相対的な違いを観測できた
• 膝の上下動きの幅、腕のふり幅と体幹の揺れ幅について
• 膝の上下動きの幅、腕ふり幅、体幹の揺れ幅を計測できた
• 被験者に対して歩き方の問題点を推測が可能
• 課題：①サンプル数を増やし、短い歩行距離用の基準を設ける、②補正精度を
向上させる、③専門家の意見を導入し、推測項目を増やす
まとめ

19. ご清聴ありがとうございました
What’s your question?
19

20. 20

21. y = -0.6269x - 99.577
-114.000
-112.000
-110.000
-108.000
-106.000
-104.000
-102.000
-100.000
-98.000
-96.000
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0
Y
X 値 1
X 値 1 観測値グラフ
補正・左膝（山）
概要
回帰統計
重相関 R 0.9096
重決定 R2 0.827373
補正 R2 0.817218
標準誤差 1.65806
観測数 19
分散分析表
自由度 変動 分散
観測された分
散比 有意 F
回帰 1 223.9963 223.9963 81.47802 6.8E-08
残差 17 46.73576 2.749162
合計 18 270.7321
係数 標準誤差 t P-値 下限 95% 上限 95% 下限 95.0% 上限 95.0%
切片 -99.5769 0.791835 -125.755 1.11E-26 -101.248 -97.9063 -101.248 -97.90627
X 値 1 -0.62688 0.069448 -9.02652 6.8E-08 -0.7734 -0.48035 -0.7734 -0.480354
回帰分析の結果より、
R2=0.83
F値＜0.01
P値＜0.01
よって、回帰式による補正
は妥当。
Ｙ0
Ｙ
Δ
Ｙ
21

22. Ｙn＝ｙn ＋△Y
補正前の値(計測
値）
補正後の
値
残差出力
観測値 予測値: Y 残差
1 -100.204 -1.44573
2 -100.831 -0.73185
3 -101.458 -2.22027
4 -102.084 3.857044
5 -102.711 -1.06032
6 -103.338 -0.67544
7 -103.965 1.321438
8 -104.592 1.833116
9 -105.219 1.713794
10 -105.846 0.622472
11 -106.473 -0.97495
12 -107.099 0.463228
13 -107.726 -1.82769
14 -108.353 -0.46532
15 -108.98 1.095761
16 -109.607 -2.10356
17 -110.234 1.084217
18 -110.861 -1.3942
19 -111.488 0.908273
Y-Y0 △Y ｙ Yｎ
0 0 -101.65 -101.65
-0.62688 0.626878 -101.563 -100.936
-1.25376 1.253756 -103.678 -102.424
-1.88063 1.880634 -98.2274 -96.3467
-2.50751 2.507512 -103.772 -101.264
-3.13439 3.13439 -104.014 -100.879
-3.76127 3.761268 -102.644 -98.8823
-4.38815 4.388146 -102.759 -98.3707
-5.01502 5.015024 -103.505 -98.49
-5.6419 5.641902 -105.223 -99.5813
-6.26878 6.26878 -107.448 -101.179
-6.89566 6.895658 -106.636 -99.7405
-7.52254 7.522536 -109.554 -102.031
-8.14941 8.149414 -108.819 -100.669
-8.77629 8.776292 -107.884 -99.108
-9.40317 9.403169 -111.711 -102.307
-10.03 10.03005 -109.15 -99.1196
-10.6569 10.65693 -112.255 -101.598
-11.2838 11.2838 -110.579 -99.2955
y = -0.6269x - 99.577
-114.000
-112.000
-110.000
-108.000
-106.000
-104.000
-102.000
-100.000
-98.000
-96.000
-94.000
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0
Y
X 値 1
X 値 1 観測値グラフ
Y
予測値: Y
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