JP2007289540A

JP2007289540A - ストレスセンサシステム

Info

Publication number: JP2007289540A
Application number: JP2006122847A
Authority: JP
Inventors: Junichi Ishibashi; 純一石橋
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2007-11-08

Abstract

【課題】携帯するのに有利で、ストレス度合いを簡便に知ることができ、延いては適したストレス解消やストレス誘導などのアクションアドバイスを与えることができるストレスセンサシステムを提供すること。
【解決手段】使用者Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４に、脈波を検出するセンサ機器１０（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）を装着しそれぞれの脈波を検出する。その脈波信号から脈拍のＲＲ時間を検出し、モバイル通信機器２０へ転送する。モバイル通信機器２０ではＲＲ時間データ列を周波数分析し交感神経または副交感神経の度合いである自律神経の活性度を求め、その結果やアクションアドバイスを表示することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ストレス度合いを知るためのストレスセンサシステムに関するものである。

例えば人のストレス度合いは、脳波から中枢反応を調べること、瞳孔反応を調べること、血中や尿、唾液など体液反応を検出すること、発汗具合を調べること、脈拍頻度をみること、心拍のゆらぎから自律神経の活性度を調べること等により、その状態が判る。

現在ではストレスの測定機器が多種開発され、その測定技術も広く知られている。例えば、特許文献１には、タスク時とレスト時の心電信号から検出した拍動間隔および拍動数から交感副交感神経の活動度を算出しストレス度を判定する方法の改良方法および判定装置が開示されている。また、特許文献２には、携帯通信機に生体情報である血圧、血流量、皮膚温度、皮膚電気抵抗の値からストレス状態を測定する機能を備え、ストレス度合いを測定したり、サーバーに接続してリラックス情報を受けて表示させる装置が開示されている。また、特許文献３には、体動データを検出して脈波データへの体動の影響を低減し睡眠状態の判定精度を向上させる装置および方法が開示されている。

特許第２９７４０１７号公報特開２００３−１５３９０５号公報特開２００５−２７９１１３号公報

しかしながら、一般ユーザーが使い易い測定機器にするためには大掛かりな専用機でなく、コンパクトな携帯型が望まれる。特許文献２は少々体動があったりしても使えそうであるが、心身の状態をもう少し詳しく見たい場合にはこの手法だけでは少々情報不足である。例えば特許文献１のような心拍からストレスを計測する方法としても脈が早い遅いといった脈拍数でなく心拍ゆらぎから自律神経の活性度を見る測定法が望ましい。

しかしながら、従来技術においては、自律神経の活性度を見るモバイル型のストレス計測システムは提案されていない。また、心拍ゆらぎを携帯的に計測するには、体動による人体とセンサ表面接触不良などによる信号途切れから演算データとして非連続となることが解析上問題になり計測エラーを引き起こすおそれがある。また、センサと処理部を離して無線で接続する場合、体動の信号途切れだけでなく電波途切れなども生じるおそれがある。また、例えば特許文献３のような加速度センサを付けて体動検出して体動があったときだけデータを除去するような構成を付加する場合には、生産コストアップにつながるなどの課題を生じる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、人と接するセンサ部と、装置構成上機器サイズが大きくなる信号処理部と、を離して有線または無線で接続し、携帯するのに有利で、ストレス度合いを簡便に知ることができ、適したストレス解消やストレス誘導などのアクションアドバイスを与えることができるストレスセンサシステムを提供することを目的とする。また、信号途切れがある場合にはそれを検知して、検知エラーを生じる悪影響を少なくするようにデータ補正処理して表示する構成にすることにより、ストレス度合いの検出を確実に行うことができるストレスセンサシステムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、脈波を検出する脈波検出手段を少なくとも有する脈波センサと、検出された脈波に基づいて脈拍に関する脈波特性データを検出する脈波特性データ検出手段と、前記脈波特性データ検出手段からの連続データを記録するデータ記録手段と、前記連続データに基づいて自律神経の活性度値を算出する自律神経活性度処理手段と、自律神経の活性度値に応じた所定の情報を格納している情報格納手段と、前記情報格納手段に格納されている前記所定の情報の中から算出された自律神経の活性度値に対応した情報を選択する情報選択手段と、選択された情報を表示する情報表示手段と、を有するストレスセンサシステムを提供できる。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記脈波特性データ検出手段は前記脈波センサに備えられ、前記データ記録手段と、前記自律神経活性度処理手段と、前記情報格納手段と、前記情報選択手段と、前記情報表示手段とは、前記脈波センサと通信可能な携帯通信機器に備えられていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記脈波特性データ検出手段と、前記データ記録手段と、前記自律神経活性度処理手段と、前記情報格納手段と、前記情報選択手段と、前記情報表示手段とは、前記脈波センサと通信可能な携帯通信機器に備えられていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記脈波特性データ検出手段からのデータを一時的に記録する第２のデータ記録手段をさらに有し、前記脈波特性データ検出手段は前記脈波センサに備えられ、第２のデータ記録手段と、前記情報表示手段とは、前記脈波センサと通信可能な携帯通信機器に備えられ、前記データ記録手段と、前記自律神経活性度処理手段と、前記情報格納手段と、前記情報選択手段とは、前記携帯通信機器と通信可能なサーバー機器に備えられていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記脈波特性データ検出手段からの前記連続データを記録する前記データ記録手段において前記連続データが所定時間以上途切れたことを検出するデータ途切れ検出手段と、前記連続データが途切れている部分を途切れる前の前記連続データの平均値データにより置換するデータ置換手段と、を有することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記脈波特性データ検出手段からの前記連続データを記録するデータ記録手段において前記連続データが所定時間以上途切れたことを検出するデータ途切れ検出手段と、前記連続データが途切れている期間と、前記連続データが再度取得された後に自律神経に関する活性度値の演算処理が可能となるまでの期間とについて、それぞれ前記自律神経活性度処理手段は処理を停止し、さらに、前記連続データが途切れる直前の自律神経に関する活性度値を保持するデータ保持手段を有することが望ましい。

本発明に係るストレスセンサシステムは、携帯するのに有利で、ストレス度合いを簡便に知ることができ、延いては適したストレス解消やストレス誘導などのアクションアドバイスを与えることができるストレスセンサシステムを提供することができる。また、信号途切れがある場合にはそれを検知して、検知エラーを生じる悪影響を少なくするようにデータ補正処理を実行することで、ストレス度合いの検出を確実に行うことができるストレスセンサシステムを提供することができる。

以下に、本発明に係るストレスセンサシステムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明に係るストレスセンサシステムの実施例１は、使用者の身体に脈波センサを装着し生体情報である脈拍情報を検出し、その信号を携帯型の装置に送信し、携帯型の装置には信号処理機能および表示機能があり、送られてきた信号から自律神経の活性度を求めて表示するストレスセンサシステムに関する一例を示すものである。

図１は、本発明に係る実施例１のストレスセンサステム全体を概略的に示す図であり、使用者（以下、適宜、「ユーザー」ともいう。）Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４の４人がそれぞれ異なった方式の脈波を検出するセンサ機器１０（図１では、センサ機器１０として共通するが、使用者毎に異なる方式であるため、使用者毎に異なる符合Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を付している）を着けている。

使用者Ｈ１の胸部に電極をつけて心電信号を検出するセンサ機器Ｓ１や、使用者Ｈ２の腕に腕時計タイプの赤外線発受光方式によるセンサ機器Ｓ２や、使用者Ｈ３の指に指輪タイプの赤外線発受光方式によるセンサ機器Ｓ３や、使用者Ｈ４の耳朶に挟むタイプまたは外耳道に挿入タイプの赤外線発受光方式によるセンサ機器Ｓ４にて、それぞれの人の脈波を検出する。

信号は、例えば２ｍｓｅｃ．から８ｍｓｅｃ．程度の周期でサンプリングされている。その脈波信号から脈拍のＲＲ時間が検出され、その信号は有線または無線によってモバイル通信機器２０に転送される。「ＲＲ時間」については、後述する。モバイル通信機器２０ではＲＲ時間データ列より周波数分析し交感神経または副交感神経の度合いである自律神経の活性度が求められその結果が表示される。

図２にセンサ機器とモバイル通信機器の構成を示す。この図２は、センサ機器１０とモバイル通信機器２０が接続され、センサ機器１０にて人体１の生体情報を検出している一例を示している。センサ機器１０には人体１の脈波を検出する脈波検出部１０１が設けられ、そこからの電気信号をＡＤ変換部１０２でデジタル信号に変換しＲＲ時間検出部１０３へ転送するように構成されている。

ＲＲ時間検出部１０３では、脈波波形のＲ点を検出してこのＲ点から次の脈波波形のＲ点までの時間を検出する。その時間データを送信部１０４を介してモバイル通信機器２０へ出力する。ここでの通信は有線または無線としており、図２ではデータの流れから送信または受信として示しているが、交信上、送信部１０４は受信機能を有し、さらに受信部２０１は送信機能を有している。以下の通信関連記述においても交信上定められた送受のプロトコルで行われることとして情報データの送受を送信または受信と略して記述している。

センサ機器１０には他に構成として図示していない電源部や全体の制御部がある。モバイル通信機器２０には前述の送信部１０４から出力されたデータを受信する受信部２０１が設けられ、ＲＲ時間データを受け一時的にデータ記録部２０２に記録する。そこからデータを順次、次の列データ記録部２０３に記録してデータ列を得る。そのデータ列は周波数分析処理部２０４にて処理され、低周波成分の値が検出される。ここでは高速フーリエ変換法（以下、適宜、「ＦＦＴ法」という。）や最大エントロピー法など周知の手法にて演算する。

次の自律神経活性度処理部２０５にて、２つの低周波領域での成分値が求められ、評価しやすいように規格化など数値化処理が施される。

次の判別部２０６で、自律神経活性度処理部２０５にて得られた値と、情報データベース（ＤＢ）部２０７からのストレス判断基準値と、を比較することにより、交感神経が活性しているか、または副交感神経が活性しているかの比較判別を行う。

また、情報データベース（ＤＢ）部２０７には、それ以外に、その判別にて例えばストレスに関係したストレス解消アクションまたはストレス誘導アクションを掛けるためのユーザーへのアクション指示情報が記録されている。前述の判別部２０６によって判別されたデータにて選択部２０８が前述のアクション指示情報を選択する。

次の表示部２０９で交感神経の活性度や副交感の活性度などのストレス情報やアクション指示情報などが表示される。その他の構成に、モバイル通信機器２０の動作モード設定などの動作に必要な情報入力などをユーザーが操作して入力することができるキー入力部２１０がある。

また、モバイル通信機器制御設定用データ入力信号や表示部２０９で表示されている表示データに相当するデータの外部装置での利用向けの出力信号の入出力インタフェースとして外部ＩＦ部２１１が設けられている。さらに、モバイル通信機器２０には他の構成として、図示していない電源部や全体の制御部を有している。

次に、本実施例に係るストレスセンサシステムの動作の詳細を説明する。脈波検出部１０１に設けられた発光素子から近赤外光を発光して人体１の例えば腕に向けて照射する。動脈から酸化血液の脈流に応じた強度変化を伴った反射光を脈波検出部１０１に設けられた受光素子で受光する。その光強度変化を電気信号強度変化に変換する。

光強度変化は微弱であり、その信号を処理し易いような信号強度まで増幅器にて増幅して脈波検出部１０１から出力される。その信号は、脈波検出部１０１内にあるノイズフィルタを通され不要な雑音が除去されている。

その信号は、次のＡＤ変換部１０２でアナログ信号からデジタル信号に２ｍｓｅｃ．程度の周期でサンプリング変換されている。次のＲＲ時間検出部１０３にて脈波波形でいうピークＲ点位置を検出し、そのＲ点から次の脈波波形のＲ点までの時間を計測してＲＲ時間を検出する。その時間データはデジタルデータである。

そして、時間データを送信部１０４からモバイル通信機器２０へ出力する。ここでは無線の送受信としている。無線方式やプロトコル種類は一般的な方式を用いることができる。通信の詳細はここでは省略する。ここにおいて、脈波検出部１０１が本発明に係る脈波検出手段に相当し、センサ機器１０が本発明に係る脈波センサに相当する。

モバイル通信機器２０の受信部２０１で前述のＲＲ時間データを受け一時的にデータ記録部２０２に記録する。次に、列データ記録部２０３に転送し、順次そのＲＲ時間データを記録してＲＲ時間データ列を得る。ここでデータ間隔は等間隔にせずに時間位置に応じた配列に再配列する。

ここではＸ、Ｙの２次元配列とし、ｎ番目のＲＲ時間データ値をＹｎとし、そのＸ位置をＸｎとする。また、（ｎ＋１）番目の配列を、Ｘ（ｎ＋１）＝Ｘｎ＋Ｙ（ｎ＋１）、Ｙ（ｎ＋１）＝Ｙ（ｎ＋１）とする。

このルールにより、（ｎ＋２）番目の配列は、Ｘ（ｎ＋２）＝Ｘ（ｎ＋１）＋Ｙ（ｎ＋２）＝Ｘｎ＋Ｙ（ｎ＋１）＋Ｙ（ｎ＋２）、Ｙ（ｎ＋２）＝Ｙ（ｎ＋２）となる。ここにおいて、ＲＲ時間データが本発明に係る脈波特性データの一例に相当し、ＲＲ時間検出部１０３が本発明に係る脈波特性データ検出手段に相当し、データ記録部２０２が本発明に係るデータ記録手段に相当する。また、モバイル通信機器２０が、本発明に係る携帯通信機器に相当する。

その列データを周波数分析処理部２０４に転送し、例えば最大エントロピー法によって低周波領域での成分の処理演算を行う。最大エントロピー法は周知の方法であり、例えば常盤野、他著「最大エントロピー法による時系列解析」（北海道大学図書刊行会）の文献に詳しい説明がある。

また、ＦＦＴ法で処理する場合では、ＦＦＴ法特有の処理誤差を生じさせないように処理前に等時間配列に再配列する必要がある。このため、周波数分析処理部２０４または列データ記録部２０３で補間処理のような等時間配列処理機能を付加する。これにより、ＦＦＴ法が適切に行える。

更には必要に応じウィンドウ関数を演算データ範囲にかけて処理することもある。心拍ゆらぎ信号から低周波領域での周波数分析手法によって自律神経機能を検査する関係文献として、例えば、井上編著「循環器疾患と自律神経機能第２版」（医学書院）がある。

この分析データを次の自律神経活性度処理部２０５に転送すると、そこで低周波領域内で２つの主要な成分に分けられる。ここでは、ＬＦ（ＬｏｗＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）と称される０．０４Ｈｚから０．１５Ｈｚにある成分の低周波成分の値と、ＨＦ（ＨｉｇｈＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）と称される０．１５Ｈｚ以上にある成分の高周波成分の値と、を演算し、次の判別部２０６に出力する。

このＬＦ、ＨＦの各値が交感神経の活性度と副交感神経の活性度具合に相当する。ここにおいて、周波数分析処理部２０４及び自律神経活性度処理部２０５が、本発明に係る自律神経活性度処理手段の一部を構成する。

情報ＤＢ部２０７の予め記録されたストレス判断基準値に基づいて、前述のＬＦ値で交感神経が活性しているか、またはＨＦ値で副交感神経が活性しているかを判別部２０６で数値比較し判別を行う。

この場合、広く知られているＬＨ／ＨＦの値の大小で交感神経が優位になっているか副交感神経が優位になっているかを判別することもある。ストレス判断基準値はユーザー別に情報ＤＢ部２０７に記録されている。そして、キー入力部２１０によりユーザー別に設定変更することができる。

また、キー入力部２１０でユーザー固有のストレス判断基準値をマニュアルで入力して記録することもできる。また、情報ＤＢ部２０７には、その判別値を基にしてユーザー記録してあるアクション指示するためのストレス解消アクション情報や、良いストレスを掛けるためのストレス誘導アクション情報も記録されている。

次の選択部２０８で前記判別値を読み取って情報ＤＢ部２０７からアクション情報データを選択し、上述の判別値データと共に次の表示部２０９へ転送する。ここにおいて、情報ＤＢ部２０７が本発明に係る情報格納手段に相当し、判別部２０６、選択部２０８が本発明に係る情報選択手段の一部を構成する。

表示部２０９により判別値データとアクション情報データとを共にユーザーが視覚的に見ることができるように表示される。ここにおいて、表示部２０９が、本発明に係る情報表示手段に相当する。

ここで、このＬＦ、ＨＦの各値やＬＨ／ＨＦの値で交感神経の活性度と副交感神経の活性度に対応した言葉として置き換えることもある。例えば、交感神経の活性度の「大、やや大、普通、やや小、小」や、副交感神経の活性度の「大、やや大、普通、やや小、小」としてユーザーにわかりやすい表現を用いることができる。

また、更にわかりやすくするため、「ストレスが大きい」、「ストレスが小さい」などの表現（表示）もできる。このため、情報ＤＢ部２０７に予め記録された自律神経活性度に対応する表記テキストの情報データを選択部２０８によって読み出す。そして、この情報データを表示部２０９に転送することもできる。

例えば、ストレス判断基準値ＬＦ／ＨＦｓの例として、ここでは、暫定的に、ＬＦ／ＨＦｓ＝３とする。ＬＦ／ＨＦ＞ＬＦ／ＨＦｓのときは「ストレスが大きい」と判断する。また、ＬＦ／ＨＦ＜ＬＦ／ＨＦｓのときは「ストレスが小さい」と判断されて表示される。

更には、副交感神経活性度の表記は「迷走神経活動度」と表記すること、「非ストレス性」や「癒し度」と表記すること、交感神経の活性度を「ストレス性」や「高揚度」などと表記することのように表示することもある。

更には、表示例としては、例えば、「興奮しています」、「腹式呼吸を５分間行ってください」等の具体的なアクションを表示することもできる。

また、前記処理として、実際にストレス負荷を掛けた状態や癒しのような状態環境下にて複数の実測値の統計計測処理演算からストレス判断基準値を定めることも可能である。さらに、複数のＬＦ、ＨＦまたはＬＦ／ＨＦなどを記録したあと、制御部で平均化または重み付け演算し、その値を情報ＤＢ部２０７のストレス判断基準値として記録することもできる。

ここでのセンサ機器１０の動作として、デジタル信号処理する手法として本実施例では示しているが、脈波の変動を伴ったアナログ信号から直接ＲＲ時間を時間計測することでＲＲ時間データにすることも可能である。

また、この構成により、列データ記録部２０３のデータをそのまま脈拍−時間グラフにして表示部２０９で表示するように制御できる。これによりストレス以外の脈拍変動波形をユーザーが見て利用することも可能である。

この構成のセンサ機器１０の代わりに、既存の脈拍計の出力信号を入力するように若干構成を変更だけで、ストレスセンサシステムとして利用できることも可能である。

上述の構成により、ストレスセンサシステムをコンパクトな携帯型にすることができる。これにより、在宅利用だけでなく屋外でも気軽にストレスが検査できストレス度合いを知ることができる。更には、適したストレス解消やストレス誘導などのアクションアドバイスが得られる。

また、本実施例によれば、センサ機器１０と、表示部２０９などの他の構成要素と、を切り離して別体で構成したことにより、目的に応じて使用するセンサ機器１０を適宜選択することができるなど、簡単な構成でありながら、例えば検査時の自由度を増すことが可能となる。また、一体で構成したものに比べ、センサ機器１０をはじめとする各構成要素でみれば小型化・軽量化されることになるから、使用者への負担が軽減されると共に、使い勝手を向上させることもできる。

図３に、本発明に係るストレスセンサシステムの実施例２を示す。図３に示すように、実施例２に係るストレスセンサシステムは、センサ機器１１とモバイル通信機器２１が接続されている。センサ機器１１は、実施例１で説明したセンサ機器１０からＲＲ時間検出部１０３を除いた構成である。また、モバイル通信機器２１は、実施例１で説明したモバイル通信機器２０のＲＲ時間検出部１０３をＲＲ時間検出部２１２として、モバイル通信機器２０のデータ記録部２０２と列データ記録部２０３の間に設けた構成にしている。他の構成は、実施例１と同様であり、同様の構成要素に対しては同一の符号を付し詳細な説明については省略する。

次に、実施例２に係るストレスセンサシステムの動作について、実施例１で説明したストレスセンサシステムとの相違点を主に詳細説明する。センサ機器１１の脈波検出部１０１から出力された脈波信号はＡＤ変換部１０２でアナログ信号からデジタル信号へ２ｍｓｅｃ．程度の周期でサンプリング変換される。

その脈波データは送信部１０４からモバイル通信機器２１へ送信される。ここでは無線の送受信としているが無線方式やプロトコル種類は一般的な方式を用いることができる。このため、詳細はここでは省略する。

モバイル通信機器２１の受信部２０１で前述の脈波データを受け一時的にデータ記録部２０２に記録する。次に、ＲＲ時間検出部２１２に転送する。次に、脈波波形でいうピークＲ点位置を検出する。そして、そのＲ点から次の脈波波形のＲ点までの時間を計測する。これにより、ＲＲ時間を検出する。

そのＲＲ時間データを次の列データ記録部２０３に転送し、順次そのＲＲ時間データを記録してＲＲ時間データ列を得る。ここでデータ間隔は等間隔にせずに時間位置に応じた配列に再配列する。それ以降の動作は、実施例１と同様であり省略する。

ここでのセンサ機器１１からの送信データは、２ｍｓｅｃ．程度の周期で送信していることを想定している。サンプリング時間間隔を２ｍｓｅｃ.一定としている仕様から、この複数データを少量まとめてパケットデータにしてバースト的に送ることができる。

そして、モバイル通信機器２１にて受信後、データ記録部２０２上で２ｍｓｅｃ．一定のデータとして並べることで脈波を復元することもできる。

また、この構成により、受信部２０１で受信したデータは一時的にデータ記録部２０２に記録している。しかしながら、これに限られず、列データ記録部２０３にそのまま転送して波形データを表示部２０９で表示するように制御することもできる。これにより、ストレス以外の心電図測定器あるいは、脈波計の表示装置として利用することも可能である。

また、ＲＲ時間検出部２１２の出力データから脈拍値に換算演算して表示部２０９で表示するように制御することで、脈拍計として利用することも想定している。

この構成のセンサ機器１１の代わりに、既存の脈波計や心電計の出力信号を入力するように若干の構成を変更することもできる。これにより、ストレスセンサシステムとして利用できることも可能である。

図４、図５に、本発明に係るストレスセンサシステムの実施例３を示す。図４は、実施例３のストレスセンサシステム全体を概略的に示す図であり、使用者Ｈ２が、脈波を検出するセンサ機器１０を着けている。使用者Ｈ２の腕に腕時計タイプの赤外線発受光方式によるセンサ機器１０にて、使用者Ｈ２の脈波を検出する。

信号は例えば２ｍｓｅｃ．から８ｍｓｅｃ．程度の周期でサンプリングされている。その脈波信号から脈拍のＲＲ時間が検出され、その信号は、第１通信手段を介して、有線または無線によってモバイル通信機器２２に転送される。

モバイル通信機器２２では、第２通信手段を介して遠隔サーバー機器３０との間で送受信を行い、ＲＲ時間データ列より周波数分析し交感神経または副交感神経の度合いである自律神経の活性度を表示する。

図５を用いてより詳細に説明すると、実施例３に係るストレスセンサシステムは、センサ機器１０とモバイル通信機器２２が接続され、さらに遠隔サーバー機器３０が接続されている。すなわち、実施例３に係るストレスセンサシステムは、実施例１のモバイル通信機器２０が有している各信号処理部を遠隔サーバー機器３０に移した構成にしている。

モバイル通信機器２２は、実施例１で説明したモバイル通信機器２０から列データ記録部２０３、周波数分析処理部２０４、自律神経活性度処理部２０５、判別部２０６、情報ＤＢ部２０７、選択部２０８を除いた構成にしている。

さらに、遠隔サーバー機器３０とのデータ通信を行うために、データ記録部２０２にあるデータを送信する送信部２１３と、遠隔サーバー機器３０からの出力データを受信する受信部２１４とを設けた構成にしている。

その他、モバイル通信機器２２の動作モード設定などの動作に必要な情報入力などもキー入力部２１０からユーザーが操作して入力することができる。また、外部とのインタフェースとして外部ＩＦ部２１１が設けられ、モバイル通信機器制御設定用データ入力や表示部２０９に入力されるデータに相当した外部装置利用向けのデータが出力される。

遠隔サーバー機器３０では、モバイル通信機器２２の送信部２１３から出力されたデータを受信する受信部３０１が設けられ、ＲＲ時間データを受け一時的にデータ記録部３０２に記録する。そこからデータを順次、次の列データ記録部３０３に記録してデータ列を得る。

そのデータを周波数分析処理部３０４にて低周波成分の値を検出する。次の自律神経活性度処理部３０５にて２つの低周波領域での成分値が求められ、評価しやすいように規格化など数値化処理が施される。

判別部３０６では、情報ＤＢ部３０７のストレス判断基準値と、前述の自律神経活性度処理部３０５にて得られた値と、に基づいて、交感神経が活性しているか、または副交感神経が活性しているかを判別する。

情報ＤＢ部３０７の情報は、実施例１の情報ＤＢ部２０７と同様である。判別部３０６によって判別されたデータにて選択部３０８が前述のアクション指示情報を選択する。送信部３０９は、それら交感神経の活性度や副交感活性度などのストレス情報やアクション指示情報などの結果のデータをモバイル通信機器２２に送信する。なお、モバイル通信機器２２や遠隔サーバー機器３０には、他の構成として図示していない電源部や全体の制御部がある。

次に、実施例３に係るストレスセンサシステムの動作の詳細を説明する。センサ機器１０の動作は実施例１と同様であり、ＲＲ時間検出部１０３にて脈波波形でいうピークＲ点位置を検出する。そのＲ点から次の脈波波形のＲ点までの時間を計測してＲＲ時間を検出する。

そして、第１通信手段の一部として機能する送信部１０４からモバイル通信機器２２へ出力する。ここでは、無線の送受信としている。無線方式やプロトコル種類は一般的な方式を用いることができる。通信の詳細はここでは省略する。

モバイル通信機器２２の第１通信手段の一部として機能する受信部２０１で前述のＲＲ時間データを受け一時的にデータ記録部２０２に記録する。そのデータを、次の、第２通信手段の一部として機能する送信部２１３に入力すると、遠隔サーバー機器３０に向け送信部２１３から、遠隔サーバー機器３０へ出力する。

ここでは無線の送受信としている。無線方式やプロトコル種類は一般的な方式を用いることができるので、詳細はここでは省略する。ここにおいて、本実施例に係るデータ記録部２０２が、本発明に係る第２のデータ記録手段に相当する。

遠隔サーバー機器３０の第２通信手段の一部として機能する受信部３０１で前述のＲＲ時間データを受け一時的に、本発明に係るデータ記録手段に相当するデータ記録部３０２に記録する。次に、列データ記録部３０３に転送し、順次そのＲＲ時間データを記録してＲＲ時間データ列を得る。

ここでデータ間隔は等間隔にせずに時間位置に応じた配列に再配列する。これ以降、第２通信手段の一部として機能する送信部３０９に出力データが入力されるまでの動作は、実施例１のモバイル通信機器２０の表示部２０９に出力データが入力されるまでの動作と同様であり、ここでは省略する。ここにおいて、遠隔サーバー機器３０が、本発明に係るサーバー機器に相当する。

選択部３０８からの交感神経の活性度や副交感神経の活性度などのストレス情報やアクション指示情報などの結果のデータが、モバイル通信機器２２に第２通信手段である送信部３０９から出力される。

その信号をモバイル通信機器２２の第２通信手段の一部として機能する受信部２１４で受信し表示部２０９に転送する。そして、表示部２０９ではストレス判別値データとアクション情報データと共にユーザーが視覚的に見ることができるように表示する。

ここでの第２通信手段は第１通信手段と同じ構成を用いている。しかしながら、これに限られず、第１通信手段はセンサ機器１０とモバイル通信機器２２が近いので近距離向けの通信方式にし、第２通信手段はモバイル通信機器２２と遠隔サーバー機器３０が遠隔にあるので遠距離向け通信方式やインフラ通信とすることも可能である。

また、ここでの遠隔サーバー機器３０は処理を中心にした機能を記述している。しかしながら、これに限られず、情報ＤＢ部３０７には複数人利用を考慮して、ユーザー別のストレス判断基準値や過去のストレス判断データなど閲覧利用すること、比較閲覧することでエビデンスデータ（医学的に根拠のあるデータ）としても使えるようにできる。また、インターネットによる通信でこれらの蓄積データの利用を可能にしても良い。

また、インターネットなど他の通信を利用してモバイル通信機器２２と同じ機能を持ったＰＣ（パーソナルコンピュータ）や携帯電話などに換えた機器を用いることもできる。これら機器とセンサ機器１０とを接続してユーザーから脈拍データを取る。そのデータを遠隔サーバー機器３０へ転送する。遠隔サーバー機器３０側にて信号処理する。ストレス情報やアクション指示情報などその結果の出力データをＰＣや携帯電話に転送する。そして、ＰＣや携帯電話などのディスプレイで検査結果を表示することも可能である。

また、実施例１と実施例２の構成の違いにあるように、この実施例３でもセンサ機器１０のＲＲ時間検出部１０３を遠隔サーバー機器３０に移すことも可能である。この構成により、モバイル通信機器２２では信号処理による動作負荷を軽減できる。また、多人数の多大なストレス情報を一括で管理できる。これにより、ストレス判断基準値修正や専門家によるストレスに関係したストレス解消アクションまたはストレス誘導アクションを掛けるためのユーザーへのアクション指示情報も与えることができる。

次に、本発明の実施例４に係るストレスセンサシステムについて説明する。本実施例は、前記各実施例の構成においてデータ途切れを生じた場合の検知エラーを回避する一例に関するもので、その構成を図６に示す。

図６に示すように、実施例１で説明したモバイル通信機器２０に代えて、本実施例ではモバイル通信機器２３を採用する。

本実施例に係るモバイル通信機器２３は、モバイル通信機器２３内のデータ記録部２０２の信号を見てセンサ機器１０で検出された脈拍データが途切れたことを検出する。そして、途切れたことによる自律神経の活性度の判定の検知エラーを回避するために、周波数分析処理部２０４前の入力データを補正するようにした構成である。

図６に示すように、データ記録部２０２にデータが途切れていることを検出するデータ途切れ検出部２１５が接続されている。データ途切れ検出部２１５はタイマー検知によりデータが２秒以上途切れていることを検出する機能を有する。

また、データが途切れる前のデータの平均値を演算して保持する平均値処理部２１６を第１スイッチ手段２１８のスイッチＳＷ１を介してデータ記録部２０２に接続する。そして、データが途切れている間その平均値データを入力データとして代用して補正するように制御するデータ補正制御部２１７が設けられている。

データ補正制御部２１７を制御する入力信号は、データ途切れ検出部２１５からの検出された出力データを受けることで、２つのスイッチ制御を行う。１つの制御は、データ記録部２０２のデータをデータが途切れるまで平均値処理部２１６に入力ＯＮする第１スイッチ手段２１８のスイッチＳＷ１の制御である。

他のもう１つの制御は、列データ記録部２０３の入力制御として、データが途切れ無いときはデータ記録部２０２のデータが入力され、データが途切れている間は平均値処理部２１６の出力データが入力されるように第２スイッチ手段２１９のスイッチＳＷ２の制御である。

次に、本実施例に係るストレスセンサシステムの動作の詳細を説明する。センサ機器１０の動作は実施例１と同様である。ＲＲ時間検出部１０３にて脈波波形でいうピークＲ点位置を検出する。そのＲ点から次の脈波波形のＲ点までの時間を計測してＲＲ時間を検出する。そして、第１通信手段の一部として機能する送信部１０４からモバイル通信機２３へ出力する。

その後、モバイル通信機器２３の受信部２０１で前述のＲＲ時間データを受け一時的にデータ記録部２０２に記録する。次に、列データ記録部２０３に転送し、順次そのＲＲ時間データを記録してＲＲ時間データ列を得る。

ここでデータ間隔は等間隔にせずに時間位置に応じた配列に再配列し、その後、周波数分析処理部２０４に転送する。例えば、ここではＦＦＴ法で周波数解析演算を行い低周波領域での成分検出の処理演算を行う。次段の自律神経活性度処理部２０５以降の処理によって前記同様にストレス状態が検出される。

図７の（ａ）、（ｂ）に、サンプリングされた脈波データから作られるＲＲ時間データの信号Ｄ１と処理結果である自律神経活性度検出信号の内ＨＦ値データの信号Ｅ１の例を示す。図７の（ａ）、（ｂ）では、信号Ｄ１のＡ１区間についてＦＦＴ処理を行い低周波成分内ＨＦ領域の成分値をＨＦ_Ｂ１で表している。

同様の処理によりＡ２区間について求めるとＨＦ領域の成分値はＨＦ_Ｂ２となる。その次にＡ３区間について求めるとＨＦ領域の成分値はＨＦ_Ｂ３となる。図７からわかるように、常に処理の直前に入力されたＲＲ時間データ列について信号処理が行われる。

また、処理対象区間は信号Ｄ１のＡ１、Ａ２、Ａ３のようにオーバーラップしている。自律神経活性度検出信号のＬＦ値、ＨＦ値を処理する周期はここでは１０秒としている。この周期は５秒以上で設定することが望ましい。

ここで、脈拍データが途切れたときを仮定し、その場合の各処理結果の影響を考える。図８の（ａ）に、体動や電波途切れによって区間Ｃの間、脈拍データ検出が途切れた場合のＲＲ時間データ波形を描いている。

信号Ｄ２は区間Ｃの間だけデータなしになり再び検出信号が入力されるとＲＲ時間データ信号Ｄ３の波形となる。この場合、この区間Ｃでの入力値はゼロ値として処理対象区間に入れられることになる。そのままＦＦＴ処理すると、信号中に凹型の矩形波を含めた信号をＦＦＴ処理したときと同じようなスペクトルが加わったパワースペクトルになってしまう。このようなパワースペクトルが周波数分析処理部２０４から出力されることになり、注目している低周波領域のＬＦ値、ＨＦ値の成分分析にエラーが含まれる悪影響を生じてしまう。

また、脈拍データが入力されないときデータが入力されないようにメモリカウンターを停止するように動作させると、図８の（ｂ）のように信号Ｄ２の直後信号Ｄ３が付くような不連続点を含んだような信号波形になる。

これは入力信号の補正処理として区間Ｃを削除することと同じとして考えられるが、その信号をＦＦＴ法で処理すると信号中にステップ上の不連続点を含めた信号をＦＦＴ処理したときと同じようなスペクトルが加わったパワースペクトルになってしまう。このようなパワースエクトルが周波数分析処理部２０４から出力されることになり、この場合も、注目している低周波領域のＬＦ値、ＨＦ値の成分分析にエラーが含まれる悪影響を生じてしまう。

信号の処理空間の開始区間および終了区間に窓関数を重畳し不連続にならないように処理することが公知で一般的である。この処理では、信号途切れ直後一時的には窓関数処理にてマスクされるようにエラーが少なく目立たない。しかしながら、その後、処理空間の半ばに不連続点が含まれるように処理されるときにはエラーが避けられないことになり、検知エラーとして問題を生じる。

正確な自律神経の活性度値を得るためには、周波数分析処理部に入力される波形データとして、なるべく、このような不連続な波形データを避けるような工夫が必要とされる。

そこで、本実施例においては、図８の（ｃ）のように、途切れている区間Ｃのデータを信号Ｄ２の区間Ｃ直前にあるＲＲ時間データｎ点分の平均値データに置換する。この区間を平均値の信号Ｄ４で置換して補正処理したデータとしてＦＦＴ処理に掛けると、図８の（ａ）や（ｂ）の例のような大きな不連続点にならず、その部分によるパワースペクトルの悪影響を比較的少なくするように処理できる。

これを図６の構成によって実施する。センサ機器１０で検出されたＲＲ時間データを受信部２０１で受け、次のデータ記録部２０２に記録され、データ途切れ検出部２１５によってデータが２秒以上途切れていることを検出する。

データが途切れないときには、データ補正制御部２１７によって、第１スイッチ手段２１８のスイッチＳＷ１はＯＮされ、データ記録部２０２のデータは随時、平均値処理部２１６に入力され、最新のｎ点分のデータのみが加算され、その加算値を値ｎで除算してデータ保持され平均値処理部２１６から出力される。そのとき、第２スイッチ手段２１９のスイッチＳＷ２は、データ記録部２０２の出力がデータ記録部２０３に接続されるようにスイッチ制御される。

データが途切れているときは、データ補正制御部２１７によって、第１スイッチ手段２１８のスイッチＳＷ１はＯＦＦされ、平均値処理部２１６にデータ記録部２０２のデータは入力されず直前の平均値を保持したままである。また、第２スイッチ手段２１９のスイッチＳＷ２は、平均値処理部２１６側の保持された出力が、データ記録部２０３に接続されるようにスイッチ制御される。

このようにすることで、列データ記録部２０３から図８の（ｃ）のような信号が出力されるように制御が行われる。これにより、周波数分析処理部２０４以降の処理は、データ途切れによる検知エラーの少ない自律神経活性度処理出力が得られる。

ここでは、データ途切れ検出部２１５によってデータが２秒以上途切れていることを検出している。人の脈拍数は、一般人で６０〜７０回／分程度であり、スポーツ選手では４０〜５０回／分程度に低く、一流のマラソン選手では３０回／分台であるという実例値から、データ途切れを判断する途切れ時間を２秒以上と設定している。

ここにおいて、データ途切れ検出部２１５が本発明に係るデータ途切れ検出手段に相当し、データ補正制御部２１７、第１スイッチ手段２１８、第２スイッチ手段２１９、データ記録部２０３、平均値処理部２１６が本発明に係るデータ置換手段に相当する。

図９に、前記実施例４に係るデータ途切れによる検知エラーを回避する構成例とは別の構成例を実施例５として示す。

図９において、モバイル通信機器２０内のデータ記録部２０２の信号を見てセンサ機器１０で検出された脈拍データが途切れたことを検出する。そして、途切れたことによる自律神経の活性度の判定の検知エラーを回避するために、周波数分析処理部２０４を経て自律神経活性度処理部２０５の後の出力データを補正するように、モバイル通信機器２４を構成した一例である。

図９に示すように、データ記録部２０２からデータが途切れていることを検出するデータ途切れ検出部２２０を接続する。データ途切れ検出部２２０は、タイマー検知によりデータが２秒以上途切れていることを検出する機能を有する。

データが途切れる直前の自律神経活性度処理部２０５の出力データを一時的に保持する一時メモリ部２２１を、自律神経活性度処理部２０５の出力側に第３スイッチ手段２２３のスイッチＳＷ３を介して接続するように制御する。そして、データが途切れている間その保持された出力データを自律神経活性度処理部２０５の代用の出力データとなるように補正するように制御するデータ補正制御部２２２が設けられている。

データ補正制御部２２２を制御する入力信号は、データ途切れ検出部２２０からの出力データを受けることで、２つのスイッチ制御を行う。１つの制御は、自律神経活性度処理部２０５の信号をデータが途切れる直前まで一時メモリ部２２１に入力ＯＮする第３スイッチ手段２２３のスイッチＳＷ３の制御である。

他のもう１つの制御は、判別部２０６の入力制御として、データが途切れの直前までは自律神経活性度処理部２０５のデータが入力され、データ（連続データ）が途切れている間およびデータ（連続データ）入力を再開し周波数分析処理部２０４の処理対象区間分のデータが入力され処理されるまでの間は一時メモリ部２２１の出力データが入力されるように第４スイッチ手段２２４のスイッチＳＷ４を制御することである。

換言すると、連続データが途切れている期間と、連続データが再度取得された後に自律神経に関する活性度値の演算処理が可能となるまでの期間とについて、それぞれ自律神経活性度処理手段は処理を停止する。そして、データ保持手段である一時メモリ部２２１は、連続データが途切れる直前の自律神経に関する活性度値を保持する。

次に、本実施例に係るストレスセンサシステムの動作の詳細を説明する。センサ機器１０の動作は実施例１と同様であり、ＲＲ時間検出部１０３にて脈波波形でいうピークＲ点位置を検出する。そのＲ点から次の脈波波形のＲ点までの時間を計測してＲＲ時間を検出する。第１通信手段の一部として機能する送信部１０４からモバイル通信機２４へ出力する。その後、モバイル通信機器２４の受信部２０１で前述のＲＲ時間データを受け一時的にデータ記録部２０２に記録する。

次に、列データ記録部２０３に転送し、順次そのＲＲ時間データを記録してＲＲ時間データ列を得る。ここでデータ間隔は等間隔にせずに時間位置に応じた配列に再配列し、その後、周波数分析処理部２０４に転送する。例えばここではＦＦＴ法の周波数解析演算を行い低周波領域での成分検出の処理を行う。このデータを元に次段の自律神経活性度処理部２０５以降の処理によってストレス状態が検出される。

脈拍データが途切れたときを仮定し、そのときの処理を図１０に示す。サンプリングされた脈波データから作られるＲＲ時間データの信号Ｄ２とデータが途切れた区間Ｃと再開入力されたＲＲ時間データの信号Ｄ３を図１０の（ａ）に示す。

また、図１０の（ｂ）に、処理結果である判別部２０６の入力データのＬＦ値データ、ＨＦ値データの信号を示す。

信号Ｄ２が入力されているとき、順次処理区間Ａ８９、Ａ９０、Ａ９１のデータは周波数分析処理部２０４で続けて処理される。そのとき、自律神経活性度処理部２０５からの出力はＬＦ_Ｂ８９、ＨＦ_Ｂ８９、ＬＦ_Ｂ９０、ＨＦ_Ｂ９０、ＬＦ_Ｂ９１、ＨＦ_Ｂ９１となる。

次に、データが途切れると、例えばゼロデータが入力されながら自律神経活性度処理部２０５の出力はエラーを伴ったままデータ出力されることになってしまう。ここで、データの途切れ直前の自律神経活性度処理部２０５の出力値ＬＦ_Ｂ９１、ＨＦ_Ｂ９１を第３スイッチ手段２２３のスイッチＳＷ３を経由して一時メモリ２２１に記録している。このため、データが途切れると一時メモリ２２１のデータＬＦ_Ｂ９１、ＨＦ_Ｂ９１を判別部２０６に第４スイッチ手段２２４のスイッチＳＷ４を経由して伝えられるように制御される。

その後、データが途切れている区間Ｃの間、データＬＦ_Ｂ９１、ＨＦ_Ｂ９１が入力され続ける。その後、データ入力が再開され周波数分析処理部２０４の処理対象区間分Ａ１０１のデータが入力して処理されるまでの間は引き続きデータＬＦ_Ｂ９１、ＨＦ_Ｂ９１が判別部２０６に入力されるように制御される。

図１０では、ＬＦ_Ｂ１００、ＨＦ_Ｂ１００までの間ＬＦ_Ｂ９１、ＨＦ_Ｂ９１が入力されている状態を示している。更にその後、第４スイッチ手段２２４のスイッチＳＷ４が自律神経活性度処理部２０５側に切り替わりデータＬＦ_Ｂ１０１、ＨＦ_Ｂ１０１が入力されるようにスイッチ制御される。第３スイッチ手段２２３のスイッチＳＷ３の制御タイミングもスイッチＳＷ４とほぼ同期してスイッチ制御される。

このようにすることで、判別部２０６に入力されるデータは図１０のように制御され、これによって、判別部２０６以降の処理において、データ途切れによる検知エラーの少ないストレス情報が得られる。ここにおいて、一時メモリ２２１が、本発明に係るデータ保持手段に相当する。

なお、上述した実施例４及び実施例５においては、データ途切れ検出部、データ補正制御部等を備え、データ途切れによる検知エラーを回避する構成例について説明している。かかる構成例は、実施例４、５のように、センサ機器、モバイル通信機、遠隔サーバーなどを分離して構成した場合に限定されるものではなく、センサ機器、モバイル通信機、遠隔サーバーの各機能を１つの機器内で奏するように一体的に構成した場合にも適用することができるものである。

以上のように、本発明に係るストレスセンサシステムは、測定装置として有用であり、特にストレス度合いを検出するのに適している。

本発明の実施例１に係るストレスセンサシステムの全体を概略的に示す図である。実施例１のストレスセンサシステムの構成を示すブロック図である。本発明の実施例２に係るストレスセンサシステムの構成を示すブロック図である。本発明の実施例３に係るストレスセンサシステムの全体を概略的に示す図である。本発明に係る実施例３のストレスセンサシステムの構成を示すブロック図である。実施例４のストレスセンサシステムの構成の一部を示すブロック図である。サンプリングされた脈波データから作られるＲＲ時間データの信号Ｄ１と処理結果である自律神経活性度検出信号の内ＨＦ値データの信号Ｅ１の例を示すタイミングチャートである。実施例４に係る脈拍データが途切れたときの処理について説明するためのタイミングチャートである。本発明の実施例５の係るストレスセンサシステムの構成の一部を示す図である。実施例５において脈拍データが途切れたときの処理について説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１０，１１センサ機器
２０，２１，２２，２３，２４モバイル通信機器
３０遠隔サーバー機器
１０１脈波検出部
１０２ＡＤ変換部
１０３，２１２ＲＲ時間検出部
１０４送信部
２０１受信部
２０２，３０２データ記録部
２０３，３０３列データ記録部
２０４，３０５周波数分析処理部
２０５，３０５自律神経活性度処理部
２０６，３０６判別部
２０７，３０７情報ＤＢ部
２０８，３０８選択部
２０９表示部
２１５，２２０データ途切れ検出部
２１６平均値処理部
２１７、２２２データ補正制御部
２１１一時メモリ部

Claims

脈波を検出する脈波検出手段を少なくとも有する脈波センサと、
検出された脈波に基づいて脈拍に関する脈波特性データを検出する脈波特性データ検出手段と、
前記脈波特性データ検出手段からの連続データを記録するデータ記録手段と、
前記連続データに基づいて自律神経の活性度値を算出する自律神経活性度処理手段と、
自律神経の活性度値に応じた所定の情報を格納している情報格納手段と、
前記情報格納手段に格納されている前記所定の情報の中から算出された自律神経の活性度値に対応した情報を選択する情報選択手段と、
選択された情報を表示する情報表示手段と、
を有するストレスセンサシステム。
前記脈波特性データ検出手段は前記脈波センサに備えられ、
前記データ記録手段と、前記自律神経活性度処理手段と、前記情報格納手段と、前記情報選択手段と、前記情報表示手段とは、前記脈波センサと通信可能な携帯通信機器に備えられていることを特徴とする請求項１に記載のストレスセンサシステム。
前記脈波特性データ検出手段と、前記データ記録手段と、前記自律神経活性度処理手段と、前記情報格納手段と、前記情報選択手段と、前記情報表示手段とは、前記脈波センサと通信可能な携帯通信機器に備えられていることを特徴とする請求項１に記載のストレスセンサシステム。
前記脈波特性データ検出手段からのデータを一時的に記録する第２のデータ記録手段をさらに有し、
前記脈波特性データ検出手段は前記脈波センサに備えられ、
第２のデータ記録手段と、前記情報表示手段とは、前記脈波センサと通信可能な携帯通信機器に備えられ、
前記データ記録手段と、前記自律神経活性度処理手段と、前記情報格納手段と、前記情報選択手段とは、前記携帯通信機器と通信可能なサーバー機器に備えられていることを特徴とする請求項１に記載のストレスセンサシステム。
前記脈波特性データ検出手段からの前記連続データを記録する前記データ記録手段において前記連続データが所定時間以上途切れたことを検出するデータ途切れ検出手段と、
前記連続データが途切れている部分を途切れる前の前記連続データの平均値データにより置換するデータ置換手段と、
を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のストレスセンサシステム。
前記脈波特性データ検出手段からの前記連続データを記録するデータ記録手段において前記連続データが所定時間以上途切れたことを検出するデータ途切れ検出手段と、
前記連続データが途切れている期間と、前記連続データが再度取得された後に自律神経に関する活性度値の演算処理が可能となるまでの期間とについて、それぞれ前記自律神経活性度処理手段は処理を停止し、
さらに、前記連続データが途切れる直前の自律神経に関する活性度値を保持するデータ保持手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のストレスセンサシステム。