JP2001095769A - Display method and its apparatus for mental load degree using scattered wavelet transform - Google Patents

Display method and its apparatus for mental load degree using scattered wavelet transform

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JP2001095769A
JP2001095769A JP27503699A JP27503699A JP2001095769A JP 2001095769 A JP2001095769 A JP 2001095769A JP 27503699 A JP27503699 A JP 27503699A JP 27503699 A JP27503699 A JP 27503699A JP 2001095769 A JP2001095769 A JP 2001095769A
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resolution
degree
resolution level
waveform
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Taro Sekine
太郎 関根
Masahiro Takei
昌宏 武居
Michiharu Okano
道治 岡野
Hiroyasu Nagae
啓泰 長江
Yoshifuru Saito
兆古 斎藤
Kiyoyuki Horii
清之 堀井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the mental load degree display method and its apparatus which can display the time transition of mental load degree by quantitatively and precisely. SOLUTION: The signal waveform concerning to the human organs governed by the autonomic nerve, is decomposed to the wavelet components having multi- resolution level by the multi-resolution analysis of scattered wavelet transform, and displayed for each wavelet component at each resolution level.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、離散ウェーブレ
ット変換を用いた精神負担度合の表示方法とその装置に
関するものである。さらに詳しくは、この発明は、スト
レスによる健康障害の防止、快適な道路環境や自動車・
飛行機および鉄道車両などの設計、高年齢者や若年ドラ
イバーの適正診断、生産ラインにおける品質向上や現場
作業員の作業効率の維持などに特に有用である離散ウェ
ーブレット変換を用いた精神負担度合の可視化表示方法
とその装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for displaying a degree of mental burden using a discrete wavelet transform. More specifically, the present invention is intended to prevent health disorders caused by stress, provide a comfortable road environment and
Visualization of the degree of mental burden using the discrete wavelet transform, which is especially useful for designing aircraft and railway vehicles, properly diagnosing elderly and young drivers, improving the quality of production lines and maintaining work efficiency for field workers It relates to a method and its device.

【0002】[0002]

【従来の技術とその課題】現代社会はストレス社会と言
われるほど人々への精神負担が非常に大きいといった側
面を有する。これまで、人間工学の分野においては、ス
トレスによる健康障害の防止、快適な道路環境や自動車
の設計、高年齢者や若年ドライバーの適正診断、生産ラ
インにおける品質向上などを目的として、航空機パイロ
ット、自動車、バス、トラックおよび鉄道などの運転
手、オフィスワーカー、工場労働者などを対象とした精
神負担度合を測定する方法が提案されてきた。特に、ヒ
ューマンクオリティの向上や、ヒューマンエラーの防止
の対策を考える上で、精神負担度合は重要なデータであ
り、精神負担度合の測定方法の確立が求められている。
2. Description of the Related Art The modern society has an aspect that the mental burden on people is extremely large as it is called a stressed society. Up to now, in the field of ergonomics, aircraft pilots and automobiles have been designed to prevent health problems caused by stress, design comfortable road environments and vehicles, properly diagnose elderly and young drivers, and improve the quality of production lines. Methods have been proposed for measuring the degree of mental burden for drivers such as buses, trucks and railways, office workers, factory workers, and the like. In particular, when considering measures to improve human quality and prevent human error, the degree of mental burden is important data, and it is required to establish a method of measuring the degree of mental burden.

【0003】従来、精神負担度合を測定する方法には、
拍間変動パワースペクトラム法が提案され、広く用いら
れてきた。拍間変動パワースペクトラム法とは、自律神
経系の興奮状態をもとに精神負担度合を表現する方法で
あり、これまでのこの出願の発明の出願者らによる研究
の成果として、覚醒時の拍間変動パワースペクトルの高
周波領域面積(H.F.P.A.)に着目し、その増減
によって精神負担度合を表すことが有効であるとの知見
を得た。
Conventionally, methods for measuring the degree of mental burden include:
A beat-to-beat power spectrum method has been proposed and widely used. The beat-to-beat fluctuation power spectrum method is a method of expressing the degree of mental burden based on the state of excitement of the autonomic nervous system. Focusing on the high-frequency area (HFPA) of the inter-variation power spectrum, it was found that it is effective to express the degree of mental burden by increasing or decreasing the area.

【0004】より具体的には、心拍心電波形中の最も顕
著なパルス状のR波の隣り合う時間間隔(一般的にR−
R間隔と呼ばれている)を取り出し、横軸にデータ個
数、縦軸にR−R間隔をとって平面上にプロットする
と、拍間隔変動すなわちR−R間隔タコグラムが得られ
る(図5の)。ここで、従来の拍間変動パワースペク
トラム法における高速フーリエ変換を用いた方法では、
More specifically, adjacent time intervals (typically, R-
R interval), and plotting on a plane with the number of data on the horizontal axis and the RR interval on the vertical axis, a beat interval variation, that is, an RR interval tachogram is obtained (FIG. 5). . Here, in the method using the fast Fourier transform in the conventional interbeat fluctuation power spectrum method,

【0005】[0005]

【数1】 (Equation 1)

【0006】で示した時間Tを用いて、R−R間隔タコ
グラムを時系列データに変換する(図5の)。この式
(1)において、
The RR interval tachogram is converted into time-series data using the time T shown in FIG. In this equation (1),

【0007】[0007]

【数2】 (Equation 2)

【0008】であり、nはデータ個数、Taは平均R−
R間隔で、x(i)は、個々のR−R間隔である。このよ
うなR−R間隔タコグラムをフーリエ変換した結果得ら
れるパワースペクトル線図を、図6に示す。パワースペ
クトル線図は、横軸に示した周波数によって、0.05
Hz以下の極低周波領域(図6の領域)、0.1Hz
付近の低周波領域(図6の領域)、0.3Hz付近の
高周波領域(図6の領域)の3つの領域に分けられ、
波形がそれぞれの領域にピークを持つことにより、それ
ぞれ人体の体温調節機構の影響、血圧の10秒波の
影響、呼吸の影響を受けていると見なすことができ
る。
[0008] a is, n is the number of data, T a is the average R-
In the R interval, x (i) is the individual RR interval. FIG. 6 shows a power spectrum diagram obtained as a result of Fourier transform of such an RR interval tachogram. The power spectrum diagram shows 0.05% by the frequency shown on the horizontal axis.
Hz or lower low frequency region (region of FIG. 6), 0.1 Hz
6 is divided into three regions: a low-frequency region around (the region in FIG. 6) and a high-frequency region around 0.3 Hz (the region in FIG. 6).
When the waveform has a peak in each region, it can be regarded that the waveform is affected by the body temperature regulation mechanism, the influence of a 10-second wave of blood pressure, and the effect of respiration, respectively.

【0009】上記の分類のうち、自律神経系の影響を反
映するのは低周波領域と高周波領域であり、それぞれ低
周波領域は交感神経と副交感神経の二重支配による拮抗
作用、高周波領域は副交感神経の支配下にあると言われ
ている。そして、各領域の面積をそれぞれ低周波領域面
積(L.F.P.A.)、高周波領域面積(H.F.
P.A.)と呼び、この面積が精神負担度合を示すひと
つの指標として用いられてきた。
Of the above classifications, the low frequency region and the high frequency region reflect the influence of the autonomic nervous system. The low frequency region is an antagonistic effect due to dual control of the sympathetic nerve and parasympathetic nerve, and the high frequency region is parasympathetic. It is said to be under nerve control. The area of each region is defined as a low-frequency area (LFPA) and a high-frequency area (HF), respectively.
P. A. ), And this area has been used as one indicator of the degree of mental burden.

【0010】しかしながら、拍間変動パワースペクトラ
ム法においては、ある一定の時間測定後のトータルな精
神負担度合の把握は可能であるのものの、時間情報が消
去されてしまうために時間経過による精神負担度合の把
握が非常に難しく、長時間にわたって刻々と変化する精
神負担度合の把握には、新たな手段による可視化表示が
待ち望まれていた。
However, in the inter-beat fluctuation power spectrum method, although the total mental burden after a certain period of time measurement can be ascertained, the time information is erased, so the mental burden due to the passage of time is lost. It is very difficult to comprehend the mental load, and in order to grasp the degree of mental burden that changes every moment over a long period of time, visualization display by a new means has been awaited.

【0011】この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑
みてなされたものであり、精神負担度合の時間推移を、
定量的かつ詳細に表示することを可能とする精神負担度
合の表示方法とその装置を提供することを課題としてい
る。
[0011] The invention of this application has been made in view of the circumstances described above, and the time transition of the degree of mental burden is as follows.
It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for displaying a degree of mental burden that enables quantitative and detailed display.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、自律神経系が支配する人
体器官に関する信号波形を、離散ウェーブレット変換の
多重解像度解析により、多重の解像度レベルのウェーブ
レット成分に分解し、各解像度レベルのウェーブレット
成分ごとに表示することを特徴とする精神負担度合の表
示方法(請求項1)を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problem by providing a multi-resolution analysis of a signal waveform relating to a human body organ governed by the autonomic nervous system by a discrete wavelet transform. And a display method for displaying the degree of mental burden (claim 1), characterized by decomposing into wavelet components of each resolution level and displaying the wavelet components for each resolution level.

【0013】また、この出願の発明は、自律神経系が支
配する人体器官に関する信号波形を、離散ウェーブレッ
ト変換の多重解像度解析により、多重の解像度レベルの
ウェーブレット成分に分解し、各解像度レベルのウェー
ブレット成分の中から、複数の解像度レベルのウェーブ
レット成分を選択し、それらのウェーブレット成分を足
し合わせることにより新たに信号波形を構築し、この新
たに構築した信号波形を表示することを特徴とする精神
負担度合の表示方法(請求項2)をはじめ、自律神経系
が支配する人体器官に関する信号波形を、離散ウェーブ
レット変換の多重解像度解析により、多重の解像度レベ
ルのウェーブレット成分に分解し、各解像度レベルのウ
ェーブレット成分の中から、2つの解像度レベルのウェ
ーブレット成分を選択し、それぞれのウェーブレット成
分を直行座標系の各成分に対応させることによりベクト
ルとして表示することを特徴とする精神負担度合の表示
方法(請求項3)を提供する。
The invention of this application also decomposes a signal waveform relating to a human body organ controlled by the autonomic nervous system into wavelet components of multiple resolution levels by multi-resolution analysis of discrete wavelet transform, and obtains wavelet components of each resolution level. A mental load degree characterized by selecting wavelet components of a plurality of resolution levels from among them, constructing a new signal waveform by adding the wavelet components, and displaying the newly constructed signal waveform. In addition to the display method (Claim 2), the signal waveforms relating to the human body organs controlled by the autonomic nervous system are decomposed into wavelet components of multiple resolution levels by multi-resolution analysis of discrete wavelet transform, and wavelet components of each resolution level are obtained. From among the two resolution level wavelet components -Option and provides a display method of mental burden degree of and displaying a vector by associating each of the wavelet components to each component of the orthogonal coordinate system (claim 3).

【0014】さらに、この出願の発明は、自律神経系が
支配する人体器官に関する信号波形が、心拍の拍間変動
波形中のR波同士が隣り合う時間間隔であることを特徴
とする前記いずれかの表示方法(請求項4)を提供す
る。
Further, the invention of this application is characterized in that a signal waveform relating to a human body organ governed by the autonomic nervous system is a time interval in which R waves in a heartbeat interbeat fluctuation waveform are adjacent to each other. Is provided (claim 4).

【0015】この出願の発明は、上記の精神負担度合の
可視化方法を実現する装置であって、波形測定装置と計
算処理装置と表示装置とから構成されることを特徴とす
る精神負担度合の表示装置(請求項5)をも提供する。
The invention of this application is an apparatus for realizing the above-mentioned method of visualizing the degree of mental burden, comprising a waveform measuring device, a calculation processing device, and a display device. An apparatus (claim 5) is also provided.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】この出願の発明においては、精神
負担度合を含む自律神経系が支配する人体器官に関する
信号波形に対して、離散ウェーブレット変換による多重
解像度解析を施し、多重の解像度レベルのウェーブレッ
ト成分に分離し、時間情報を消去することなく、時々刻
々と変化する精神負担度合を、解像度レベルごとに表示
することに大きな特徴がある。以後、ウェーブレット成
分の解像度レベルは、レベル0から順に、レベルが高く
なるほど細かい解像度を示すものとする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the invention of this application, a multi-resolution analysis by a discrete wavelet transform is performed on a signal waveform related to a human body organ controlled by an autonomic nervous system including a degree of mental burden, and a wavelet of a multi-resolution level is performed. There is a great feature in displaying the degree of mental burden that changes every moment without separating time components without erasing time information for each resolution level. Hereinafter, the resolution levels of the wavelet components are set such that the higher the level, the finer the resolution, in order from level 0.

【0017】この出願の発明においては、必要に応じ
て、複数の解像度レベルのウェーブレット成分を選択
し、それらを加算処理ことにより特定の解像度レベルの
みを抽出し、精神負担度合を表示することができる。特
定の解像度レベルのウェーブレット成分のみを選択する
ことにより、他の解像度レベルに含まれる情報を排除す
ることでターゲットを絞った精神負担度合を表示でき
る。選択される解像度レベルは、入力波形として用いら
れる波形の種類やサンプリング間隔、サンプリング個数
などによって異なり、経験的に最適である解像度レベル
を選択する。各解像度レベルのウェーブレット成分を加
算処理することが可能なのは、離散ウェーブレット変換
が直交変換であり、各解像度レベルのウェーブレット成
分が直交するためである。
In the invention of this application, if necessary, wavelet components of a plurality of resolution levels are selected, and by adding them, only a specific resolution level is extracted, whereby the degree of mental burden can be displayed. . By selecting only the wavelet component of a specific resolution level, it is possible to display a targeted mental burden degree by excluding information included in other resolution levels. The resolution level to be selected depends on the type of waveform used as the input waveform, the sampling interval, the number of samples, and the like, and an empirically optimum resolution level is selected. The wavelet components at each resolution level can be added because the discrete wavelet transform is an orthogonal transform and the wavelet components at each resolution level are orthogonal.

【0018】この出願の発明においては、心電図波形、
脳波形、呼吸器系波形および動脈波形などの自律神経系
が支配する人体器官に関する信号波形であれば、あらゆ
る波形を入力波形として用いることができる。入力波形
が心拍波形である場合には、心拍心電計などの波形測定
器から直接得られたものであってもよいし、また、その
波形中に見られるR波同士が隣り合う時間間隔、すなわ
ち、R−Rタコグラムデータであってもよい。さらに、
入力波形は、どのような波形測定装置から得られたもの
であってもよい。この出願の発明においては、入力波形
の測定に関して、複数同時に計測された信号波形を用い
ることも可能である。
In the invention of this application, an electrocardiogram waveform,
Any waveform can be used as an input waveform as long as it is a signal waveform relating to a human body organ governed by the autonomic nervous system, such as a brain waveform, a respiratory waveform, and an arterial waveform. When the input waveform is a heartbeat waveform, it may be obtained directly from a waveform measuring device such as a heartbeat electrocardiograph, or a time interval in which R waves seen in the waveform are adjacent to each other, That is, it may be RR tachogram data. further,
The input waveform may be obtained from any waveform measuring device. In the invention of this application, a plurality of simultaneously measured signal waveforms can be used for measuring the input waveform.

【0019】この出願の発明である精神負担度合の表示
方法を実現するための精神負担度合表示装置は、例え
ば、心拍心電計などの波形測定装置、演算処理装置、並
びに表示装置とから構成される。
A mental burden degree display device for realizing the mental burden degree display method according to the invention of this application includes, for example, a waveform measuring device such as a heart rate electrocardiograph, an arithmetic processing device, and a display device. You.

【0020】波形測定装置と演算処理装置とは、デジタ
ルデータロガーなどの伝送手段によりデータを伝送す
る。波形測定装置は、その目的により、例えば、定置型
心拍心電計や、一旦心拍の記録のみを行うポータブルタ
イプを用いても良く、測定後、演算処理部に再生等の伝
送手段を用いてデータ入力が可能なものが望ましい。ま
たさらに、演算処理装置は小型化することにより心電計
の内部に埋め込んでもよいし、または、パーソナルコン
ピュータなどの汎用の演算処理装置を用いてもよい。
The waveform measuring device and the arithmetic processing device transmit data by transmission means such as a digital data logger. For the purpose, the waveform measuring device may use, for example, a stationary heart rate electrocardiograph or a portable type that only records the heartbeat once. It is desirable to be able to input. Further, the arithmetic processing device may be embedded in the electrocardiograph by reducing the size, or a general-purpose arithmetic processing device such as a personal computer may be used.

【0021】この出願の発明は、以上の特徴を持つもの
であるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明す
る。
The invention of this application has the above-mentioned features, and will be described in more detail with reference to examples below.

【0022】[0022]

【実施例】従来のフーリエ変換を用いた方法では、時間
に対する変動特定が不可能であった不連続なタスク変動
に対して、この出願の発明である精神負担度合の表示方
法を適用した。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the conventional method using Fourier transform, the method of displaying the degree of mental burden, which is the invention of this application, is applied to discontinuous task fluctuation in which fluctuation with time cannot be specified.

【0023】不連続なタスク変動として、普通乗用車を
用いて、車両静止での着座安静時より、専用高速周回道
路で時速140kmで一定走行を開始する際の心拍デー
タを計測し、そのR−R分布データを得た。計測は被験
者(22歳男性)に測定用電極を装着し、長時間測定用
ホルダー心電計によって心電図を採取した。
As a discontinuous task fluctuation, heart rate data is measured when a regular passenger car starts running at a constant speed of 140 km / h on a dedicated high-speed orbital road from the time of sitting and resting while the vehicle is stationary. Distribution data was obtained. For measurement, a test subject (a 22-year-old man) was equipped with a measurement electrode, and an electrocardiogram was collected with a long-time measurement holder electrocardiograph.

【0024】図1は、その心拍データから得られたR−
Rタコグラムであり、拍間変動データ個数588個目以
前の車両静止での着座安静時と、それ以降の専用高速周
回路での指定速度走行時では、多少の拍間変動の違いが
あるものの、それが精神負担状態かどうかを具体的に見
極めることは難しい。また、この実施例においては、不
連続なタスク変動をかけた時間が指し示されているた
め、入力波形である拍間変動データにおける波形が変化
している部分を見つけることは一見容易ではあるが、一
般的には、不連続なタスク変動をかけた時間が分からな
い場合が多く、また、計測時間も長時間にわたることか
ら、時間による波形の変化を見極めることは非常に困難
である。
FIG. 1 is a graph showing R-values obtained from the heart rate data.
It is an R tachogram, and there is a slight difference in the interbeat variation between when the vehicle is stationary and the vehicle is stationary and the interpulse variation data number is 588 or less and when the vehicle travels at the designated speed on the dedicated high-speed circuit thereafter. It is difficult to specifically determine whether it is a mental burden. Also, in this embodiment, since the time at which the discontinuous task variation is applied is indicated, it is easy to find a portion where the waveform in the interbeat variation data which is the input waveform is changed, at first glance. In general, it is often difficult to know the time when a discontinuous task change is applied, and the measurement time is also long. Therefore, it is very difficult to determine the change in the waveform with time.

【0025】また、フーリエ変換を用いた方法において
も、不連続なタスク変動の有無に関わらず、高周波数の
変化が測定時間全般にわたって存在することから、局所
的な時間による波形の変化を捕らえることは不可能であ
る。
Also in the method using the Fourier transform, since a change in high frequency exists over the entire measurement time irrespective of the presence or absence of a discontinuous task change, it is necessary to capture a change in waveform due to local time. Is impossible.

【0026】図1に示した拍間変動データに対して、離
散ウェーブレット変換の多重解像度解析によって分解し
た結果を、図2に示す。図2において、横軸は一種の時
間軸である拍間データ個数を示し、縦軸は解像度レベル
を示す。解像度レベルは図の下部から上部へ順に解像度
レベル0〜6であり、解像度レベルが高くなるにしたが
って細かな解像度を示す。各解像度レベルのウェーブレ
ット成分は、中心周波数へ換算すると、それぞれ、解像
度レベル0は0.009375Hz、解像度レベル1は
0.01875Hz、解像度レベル2は0.0375H
z、解像度レベル3は0.075Hz、解像度レベル4
は0.15Hz、解像度レベル5は0.3Hz、解像度
レベル6は0.6Hzである。ここで、解像度レベル7
に現れる波形は、ノイズであると判断し、記載を省略し
ている。そして、各解像度レベルにおいて白色に近づく
ほど変動の振幅値が大きく、黒色に近づくほど振幅値が
大きくなる。
FIG. 2 shows the result of decomposing the inter-beat variation data shown in FIG. 1 by multi-resolution analysis of discrete wavelet transform. In FIG. 2, the horizontal axis represents the number of interbeat data, which is a kind of time axis, and the vertical axis represents the resolution level. The resolution levels are 0 to 6 in order from the bottom to the top of the figure, and the higher the resolution level, the finer the resolution. When the wavelet components of each resolution level are converted into the center frequency, the resolution level 0 is 0.0093375 Hz, the resolution level 1 is 0.01875 Hz, and the resolution level 2 is 0.0375H.
z, resolution level 3 is 0.075 Hz, resolution level 4
Is 0.15 Hz, resolution level 5 is 0.3 Hz, and resolution level 6 is 0.6 Hz. Here, resolution level 7
Are determined to be noise, and description thereof is omitted. Then, at each resolution level, the amplitude value of the fluctuation increases as the color approaches white, and the amplitude value increases as the color approaches black.

【0027】次いで、この図2の離散ウェーブレット変
換による結果をもとにして、解像度レベル2と解像度レ
ベル3とに着目し、この2つの解像度レベルごとに特定
のしきい値を設定することにより2つの解像度レベルの
波形を2値化し、高値を黒に低値を白く表記したものが
図3である。この出願の発明の発明者らによる研究の成
果によれば、例えば、粗い解像度を示す解像度レベルは
低周波数に相当することから、解像度レベル2の波形に
おける大きな振幅は、高い精神負担状態、すなわち、ス
トレス状態を示し、また、細かい解像度を示す解像度レ
ベルは高周波数に相当することから、解像度レベル4の
波形における大きな振幅は、低い精神負担状態すなわち
リラックス状態を示す。図3において、横軸は拍間変動
データ個数で一種の時間を示し、縦軸の下部は解像度レ
ベル2、上部は解像度レベル4を示す。この図3から、
コースインの前では、全体的にレベル4に黒色の高値が
多く表れ、コースイン後では、レベル2に黒色の高値が
多く表れている。すなわち、図3より、コースインの前
ではリラックス状態にあるものの、コースイン直前から
後は、ストレス状態にあることを、明確に認識すること
ができる。
Next, based on the result of the discrete wavelet transform shown in FIG. 2, attention is paid to resolution levels 2 and 3, and a specific threshold value is set for each of these two resolution levels. FIG. 3 is a diagram in which waveforms of two resolution levels are binarized and a high value is represented by black and a low value is represented by white. According to the results of research by the inventors of the present invention, for example, since a resolution level indicating a coarse resolution corresponds to a low frequency, a large amplitude in the waveform of the resolution level 2 has a high mental burden, that is, Since a resolution level indicating a stress state and a fine resolution corresponds to a high frequency, a large amplitude in the waveform of the resolution level 4 indicates a low mental burden state, that is, a relaxed state. In FIG. 3, the horizontal axis represents a kind of time by the number of inter-beat variation data, the lower part of the vertical axis represents the resolution level 2, and the upper part represents the resolution level 4. From this FIG.
Before the course in, many high levels of black appear on level 4 as a whole, and after the course in, many high levels of black appear on level 2. That is, from FIG. 3, it can be clearly recognized that the user is in a relaxed state before entering the course, but is in a stressed state immediately before entering the course.

【0028】このように、本発明においては、ウェーブ
レット変換による多重解像度を解析することにより、時
間に対して、その被験者が高い精神負担状態か、あるい
は低い精神負担状態かを見極めることが可能となる。
As described above, in the present invention, it is possible to determine whether the subject is in a high mental load state or a low mental load state with respect to time by analyzing the multiple resolution by the wavelet transform. .

【0029】離散ウェーブレット変換による多重解像度
分解の結果得られる各解像度レベルのウェーブレット成
分は、直交する性質があることから、3次元の直交系座
標を構成する3つの座標軸それぞれに、拍間変動データ
個数、解像度レベル2の波形の振幅、解像度レベル4の
波形の振幅を設定し、各拍間変動データ個数の位置にお
ける、解像度レベル2と解像度レベル4とのベクトル図
を描き、このベクトル図を解析することにより、より詳
細な精神負担度合を把握することができる。
Since the wavelet components of each resolution level obtained as a result of the multi-resolution decomposition by the discrete wavelet transform have the property of being orthogonal, the number of interbeat variation data is assigned to each of the three coordinate axes constituting the three-dimensional orthogonal coordinate system. , The amplitude of the waveform of the resolution level 2 and the amplitude of the waveform of the resolution level 4 are set, and a vector diagram of the resolution level 2 and the resolution level 4 is drawn at the position of each interbeat variation data number, and the vector diagram is analyzed. Thereby, a more detailed mental burden degree can be grasped.

【0030】図2をもとにした、解像度レベル2の波形
の振幅と解像度レベル4の波形の振幅を成分として持つ
ベクトルを上方から表した図を、図4に示す。この図4
において横軸は拍間変動データ個数、縦軸は解像度レベ
ル4の波形の振幅、紙面に対して手前側の軸には解像度
レベル2の波形の振幅を設定した。このレベル2の波形
の振幅は、ベクトル先端の部分(菱形で示した部分)が
大きいほど、大きな値を示している。横軸の拍間変動デ
ータ個数は、531個目から600個目までを抽出し
た。
FIG. 4 is a diagram showing, from above, a vector having the amplitude of the waveform of the resolution level 2 and the amplitude of the waveform of the resolution level 4 as components based on FIG. This figure 4
In the graph, the horizontal axis represents the number of inter-beat fluctuation data, the vertical axis represents the amplitude of the waveform at the resolution level 4, and the axis on the front side of the drawing sheet the amplitude of the waveform at the resolution level 2 is set. The amplitude of the waveform of level 2 shows a larger value as the portion at the tip of the vector (the portion indicated by the diamond) is larger. The number of interbeat variation data on the horizontal axis was extracted from the 531st to the 600th.

【0031】例えばこの図4において、AからDまでの
4つの段階に区分できる。A領域は、解像度レベル4の
波形の振幅が大きく、解像度レベル2の波形の振幅が小
さく、すなわち、リラックスした状態を示している。こ
のA領域では、コースインの時間よりもだいぶ前である
ために、リラックスの度合いが大きい。B領域は、解像
度レベル4の波形の振幅も解像度レベル2の波形の振幅
もともに大きく、リラックス状態からストレス状態への
遷移を示している。すなわち、B領域では、コースイン
の時間が近づくにつれて、だんだんと緊張している状態
を示している。C領域は、解像度レベル4の波形の振幅
が小さく、解像度レベル2の波形の振幅が大きいことか
ら、、ストレス状態を示している。このC領域では、コ
ースイン間近になってくるために、精神負担度合いが非
常に高いことが認識できる。D領域は、解像度レベル4
の波形の振幅と解像度レベル2の波形の振幅が、両方と
も小さく、リラックス状態でもストレス状態でもない一
種の活動状態であるといえる。このD領域では、高速運
転が開始され、強いストレス状態から解放されたことが
認識される。
For example, in FIG. 4, it can be divided into four stages from A to D. In the area A, the amplitude of the waveform of the resolution level 4 is large and the amplitude of the waveform of the resolution level 2 is small, that is, a relaxed state is shown. In the area A, the degree of relaxation is large because the time is much before the time of the course-in. In the area B, both the amplitude of the waveform of the resolution level 4 and the amplitude of the waveform of the resolution level 2 are large, indicating a transition from the relaxed state to the stress state. In other words, the region B shows a state in which the user is getting more and more nervous as the course-in time approaches. The region C indicates a stress state because the amplitude of the waveform of the resolution level 4 is small and the amplitude of the waveform of the resolution level 2 is large. In the area C, it can be recognized that the degree of mental burden is extremely high because the course is approaching. D area is resolution level 4
It can be said that both the amplitude of the waveform and the amplitude of the waveform of the resolution level 2 are small, and it is a kind of an active state that is neither a relaxed state nor a stress state. In this D region, it is recognized that high-speed operation has been started and the vehicle has been released from a strong stress state.

【0032】すなわち、この発明においては、このよう
に2つのレベルを直交座標系にとることにより、単純な
精神負担度合を認識するだけではなく、より詳細な過渡
状態や活動状態といった精神負担度合までも認識するこ
とができる。
That is, in the present invention, by taking the two levels in the rectangular coordinate system, not only a simple mental load is recognized, but also a more detailed mental load such as a transient state or an active state. Can also be recognized.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上詳しく説明したように、この出願の
発明により、精神負担度合を含む自律神経系が支配する
人体器官に関する信号波形に対して、離散ウェーブレッ
ト変換による多重解像度解析を施すことにより、精神負
担度合の経時的な変化を定量的に詳細に表示することが
可能となる。この出願の発明により様々な状況下におけ
る精神負担度合の把握が容易となり、ストレスによる健
康障害の防止、快適な道路環境や自動車、飛行機および
鉄道車両などの設計、高年齢者や若年ドライバーの適正
診断、生産ラインにおける品質向上や現場作業員の作業
効率の向上に貢献する。
As described above in detail, according to the invention of this application, a signal waveform relating to a human body organ controlled by the autonomic nervous system including a degree of mental burden is subjected to multi-resolution analysis by discrete wavelet transform. It is possible to quantitatively display the temporal change of the degree of mental burden in detail. The invention of this application makes it easy to grasp the degree of mental burden in various situations, prevent health disorders due to stress, design comfortable road environments and automobiles, airplanes and railway vehicles, and properly diagnose elderly people and young drivers It contributes to improving the quality of production lines and improving the work efficiency of field workers.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施例であり、高速運転を行うドラ
イバーの時間に対する心拍状態を示す関係図である。
FIG. 1 is an example of the present invention and is a relationship diagram showing a heartbeat state with respect to time of a driver performing high-speed driving.

【図2】この発明の実施例であり、図1で示した波形に
離散ウェーブレット変換による多重解像度解析を施した
結果を示す関係図である。
FIG. 2 is a relationship diagram showing a result of performing a multi-resolution analysis by a discrete wavelet transform on the waveform shown in FIG. 1 according to the embodiment of the present invention.

【図3】この発明の実施例であり、図2の解像度レベル
2および解像度レベル4の波形について二値化した結果
を示す関係図である。
FIG. 3 is a diagram showing a result of binarizing the waveforms of the resolution level 2 and the resolution level 4 in FIG. 2 according to the embodiment of the present invention.

【図4】この発明の実施例であり、図2に示した解像度
レベル2の波形の振幅と解像度レベル4の波形の振幅と
を成分とするベクトルを構成し、ベクトルと拍間変動デ
ータ個数とを三次元直交座標系に示した関係図である。
FIG. 4 is an embodiment of the present invention, which forms a vector having components of the amplitude of the waveform of the resolution level 2 and the amplitude of the waveform of the resolution level 4 shown in FIG. 2; FIG. 3 is a relationship diagram showing a three-dimensional orthogonal coordinate system.

【図5】一般的な拍間変動データ個数と拍間変動とを示
した関係図である。
FIG. 5 is a relationship diagram showing a typical number of inter-beat variation data and inter-beat variation.

【図6】従来の方法により得られた周波数とパワースペ
クトル密度との関係を示した関係図である。
FIG. 6 is a relationship diagram showing a relationship between a frequency and a power spectrum density obtained by a conventional method.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 599137286 岡野 道治 東京都千代田区神田駿河台1−8−14 日 本大学理工学部機械工学科内 (71)出願人 599137297 長江 啓泰 東京都千代田区神田駿河台1−8−14 日 本大学理工学部機械工学科内 (71)出願人 591114216 斎藤 兆古 東京都あきる野市山田778−12 (71)出願人 390031853 堀井 清之 東京都目黒区上目黒5丁目8番15−501号 (72)発明者 関根 太郎 東京都千代田区神田駿河台1−8−14 日 本大学理工学部機械工学科内 (72)発明者 武居 昌宏 東京都千代田区神田駿河台1−8−14 日 本大学理工学部機械工学科内 (72)発明者 岡野 道治 東京都千代田区神田駿河台1−8−14 日 本大学理工学部機械工学科内 (72)発明者 長江 啓泰 東京都千代田区神田駿河台1−8−14 日 本大学理工学部機械工学科内 (72)発明者 斎藤 兆古 東京都あきる野市山田778−12 (72)発明者 堀井 清之 東京都目黒区上目黒5丁目8番15−501号 Fターム(参考) 4C027 AA02 AA03 FF00 GG05 GG11 GG15 HH11 HH12 KK03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (71) Applicant 599137286 Michiharu Okano 1-8-14 Kanda Surugadai, Chiyoda-ku, Tokyo Department of Mechanical Engineering, Faculty of Science and Technology, Nihon University (71) Applicant 599137297 Hiroyasu Nagae Kanda Surugadai, Chiyoda-ku, Tokyo 1-8-14 Nihon University Faculty of Science and Technology, Department of Mechanical Engineering (71) Applicant 591114216 Saito Saito 778-12 Yamada, Akiruno-shi, Tokyo (71) Applicant 390031853 Kiyoyuki Horii 5-815 Kamiguro, Meguro-ku, Tokyo No.-501 (72) Inventor Taro Sekine 1-8-14 Kanda Surugadai, Chiyoda-ku, Tokyo Department of Mechanical Engineering, Faculty of Science and Technology, Nihon University (72) Inventor Masahiro Takei 1-8-14 Kanda Surugadai, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon University Department of Mechanical Engineering, Faculty of Science and Technology (72) Inventor Michiharu Okano 1-8-14, Kanda Surugadai, Chiyoda-ku, Tokyo Department of Mechanical Engineering, Faculty of Science and Technology, Nihon University (72) Inventor Hiroyasu Nagae 1-8-14 Kanda Surugadai, Chiyoda-ku, Tokyo Department of Mechanical Engineering, Faculty of Science and Technology, Nihon University (72) Inventor Choko Saito 778-12 Yamada, Akiruno-shi, Tokyo (72) Inventor Kiyoyuki Horii Tokyo 5-8-15-501, Kamimeguro, Meguro-ku F-term (reference) 4C027 AA02 AA03 FF00 GG05 GG11 GG15 HH11 HH12 KK03

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】自律神経系が支配する人体器官に関する信
号波形を、離散ウェーブレット変換の多重解像度解析に
より、多重の解像度レベルのウェーブレット成分に分解
し、各解像度レベルのウェーブレット成分ごとに表示す
ることを特徴とする精神負担度合の表示方法。
1. A method of decomposing a signal waveform relating to a human body organ governed by the autonomic nervous system into wavelet components of multiple resolution levels by multi-resolution analysis of discrete wavelet transform and displaying each of the wavelet components of each resolution level. How to display the characteristic mental burden degree.
【請求項2】自律神経系が支配する人体器官に関する信
号波形を、離散ウェーブレット変換の多重解像度解析に
より、多重の解像度レベルのウェーブレット成分に分解
し、各解像度レベルのウェーブレット成分の中から、複
数の解像度レベルのウェーブレット成分を選択し、それ
らのウェーブレット成分を足し合わせることにより新た
に信号波形を構築し、この新たに構築した信号波形を表
示することを特徴とする精神負担度合の表示方法。
2. A signal waveform relating to a human body organ controlled by the autonomic nervous system is decomposed into wavelet components of multiple resolution levels by multi-resolution analysis of discrete wavelet transform, and a plurality of wavelet components of each resolution level are selected. A method of displaying a degree of mental burden, comprising selecting a wavelet component at a resolution level, adding up the wavelet components, constructing a new signal waveform, and displaying the newly constructed signal waveform.
【請求項3】自律神経系が支配する人体器官に関する信
号波形を、離散ウェーブレット変換の多重解像度解析に
より、多重の解像度レベルのウェーブレット成分に分解
し、各解像度レベルのウェーブレット成分の中から、2
つの解像度レベルのウェーブレット成分を選択し、それ
ぞれのウェーブレット成分を直行座標系の各成分に対応
させることによりベクトルとして表示することを特徴と
する精神負担度合の表示方法。
3. A signal waveform relating to a human organ governed by the autonomic nervous system is decomposed into wavelet components of multiple resolution levels by multi-resolution analysis of discrete wavelet transform, and two wavelet components of each resolution level are selected.
A method for displaying a degree of mental burden, wherein a wavelet component of one resolution level is selected, and each wavelet component is displayed as a vector by associating the wavelet component with each component of a rectangular coordinate system.
【請求項4】自律神経系が支配する人体器官に関する信
号波形が、心拍の拍間変動波形中のR波同士が隣り合う
時間間隔であることを特徴とする請求項1ないし3のい
ずれかに記載の精神負担度合の表示方法。
4. A signal waveform relating to a human body organ governed by the autonomic nervous system is a time interval in which R waves in an interbeat fluctuation waveform of a heartbeat are adjacent to each other. How to display the degree of mental burden described.
【請求項5】請求項1ないし4のいずれかに記載の精神
負担度合の可視化方法を実現する装置であって、波形測
定装置と計算処理装置と表示装置とから構成されること
を特徴とする精神負担度合の表示装置。
5. An apparatus for realizing the mental burden degree visualization method according to any one of claims 1 to 4, comprising a waveform measuring apparatus, a calculation processing apparatus, and a display apparatus. A display device for the degree of mental burden.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007054376A (en) * 2005-08-25 2007-03-08 Univ Nihon Method and system for signal analysis for functional near-infrared spectroscope, functional near-infrared spectroscope, and signal analysis program
WO2011099600A1 (en) 2010-02-15 2011-08-18 国立大学法人九州大学 Peak frequency measurement system for subject-state analyzing signal
CN103440623A (en) * 2013-08-02 2013-12-11 中北大学 Method for improving image definition in foggy days based on imaging model

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US9186079B2 (en) 2010-02-15 2015-11-17 Kyushu University, National University Corporation System for measuring a peak frequency of a signal for analyzing condition of a subject
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