JP2015009047A - Sensitivity state determination device, sensitivity state determination method, and computer program for sensitivity state determination - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensitivity state determination device which demonstrates higher determination accuracy with using an electrocardiographic signal than in the past.SOLUTION: A beat interval average value calculation section 4 calculates an average value of beat intervals from electrocardiographic signals containing a plurality of R-waves acquired from a person to be measured. A delay time calculation section 5 calculates a delay time as a parameter having a time dimension required for reconfiguration of attractor in order to calculate Liapunov index from the electrocardiographic signal. A Liapunov dimension calculation section 6 calculates a Liapunov dimension of the electrocardiographic signal using the delay time. A sensitivity state determination section 7 determines the sensitivity state of the person to be measured by making the average value of beat intervals, delay time, and Liapunov dimension as feature quantity.

Description

本発明は、心電信号を用いて被計測者の感性状態を判定する感性状態判定装置、感性状態判定方法及び感性状態判定用コンピュータプログラムに関するものである。   The present invention relates to a sensory state determination device, a sensory state determination method, and a computer program for sensory state determination that determine a sensory state of a measurement subject using an electrocardiogram signal.

特開2006−150065号公報(特許文献1)には、被計測者の心電信号のR−R間隔を特徴量として、被計測者の心拍変位度を求めることにより被計測者の自律神経を検査する装置が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2006-150065 (Patent Document 1) describes a subject's autonomic nerve by determining a heart rate displacement degree of the subject using the RR interval of the electrocardiogram signal of the subject as a feature amount. An apparatus for inspecting is disclosed.

また特開2012−63885号公報(特許文献2)には、被計測者の脈流情報等の生体情報からリアプノフ指数を求めて、リアプノフ指数から被計測者が集中しているか否かを判定する生体情報管理装置が開示されている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2012-63885 (Patent Document 2) obtains a Lyapunov index from biological information such as pulsating flow information of a measured person, and determines whether or not the measured person is concentrated from the Lyapunov index. A biological information management device is disclosed.

更に特開2003−233601号公報(特許文献3)には、被計測者の脈派の最大リアプノフ指数推定値を10s毎にモニタすると、被計測者の精神・情動・行動状態に応じて、その値が5〜12の範囲で変化することが記載されている。  Furthermore, in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-233601 (Patent Document 3), when the maximum Lyapunov exponent estimated value of the measured person's pulse group is monitored every 10 s, according to the measured person's mental, emotional, and behavioral state, It is described that the value varies in the range of 5-12.

特開2006−150065号公報JP 2006-150065 A 特開2012−063885号公報JP 2012-063885 A 特開2003−233601号公報 [0097]段落JP 2003-233601A [0097] Paragraph

特許文献1に記載の技術では、心拍変位度に基づいて、被計測者の自律神経(心身状態または感性状態)を判定している。しかしながら心拍変位度は、特徴量としては、不安定であり、判定精度を高めることに限界がある。  In the technique described in Patent Literature 1, the autonomic nerve (a mind-body state or a sensory state) of the measurement subject is determined based on the degree of heartbeat displacement. However, the heartbeat displacement degree is unstable as a feature quantity, and there is a limit to increasing the determination accuracy.

また特許文献2に示されるリアプノフ指数または特許文献3に示される最大リアプノフ指数推定値を特徴量として、被計測者の精神・情動・行動状態を判定する場合も、判定精度を高めることに限界がある。  In addition, there is a limit to increasing the determination accuracy even when determining the mental / emotional / behavioral state of the person to be measured using the Lyapunov exponent shown in Patent Document 2 or the maximum Lyapunov exponent estimated value shown in Patent Document 3 as a feature quantity. is there.

本発明の目的は、心電信号を用いる場合において、従来よりも判定精度の高い感性状態判定装置、感性状態判定方法及び感性状態判定用コンピュータプログラムを提供することにある。  An object of the present invention is to provide an emotional state determination device, an emotional state determination method, and a computer program for emotional state determination with higher determination accuracy than in the past when an electrocardiogram signal is used.

本願第1の発明の感性状態判定装置は、心電信号を用いて被計測者の感性状態を判定するために、拍動間隔平均値算出部と、遅延時間算出部と感性状態判定部とを備える。拍動間隔平均値算出部は、被計測者から得た複数のR波を含む心電信号から拍動間隔の平均値を求める。本願明細書でR波とは、心電信号に繰り返し現れる1サイクルの信号波形である。遅延時間算出部は、心電信号からリアプノフ指数を求めるためにアトラクタ再構成を行う際に必要となる時間の次元を持ったパラメータとしての遅延時間を算出する。そして感性状態判定部は、拍動間隔の平均値及び遅延時間を特徴量として、被計測者の感性状態を判定する。   The sensitivity state determination device according to the first invention of the present application includes a pulsation interval average value calculation unit, a delay time calculation unit, and a sensitivity state determination unit in order to determine the sensitivity state of the person to be measured using an electrocardiogram signal. Prepare. The pulsation interval average value calculation unit obtains an average value of pulsation intervals from an electrocardiogram signal including a plurality of R waves obtained from the measurement subject. In this specification, the R wave is a signal waveform of one cycle that repeatedly appears in an electrocardiogram signal. The delay time calculation unit calculates a delay time as a parameter having a time dimension required when performing attractor reconstruction in order to obtain a Lyapunov exponent from an electrocardiogram signal. The sensitivity state determination unit determines the sensitivity state of the measurement subject using the average value of the pulsation interval and the delay time as feature amounts.

また本願第2の発明の感性状態判定装置では、遅延時間を用いて心電信号のリアプノフ次元を求めるリアプノフ次元算出部を備え、感性状態判定部は、拍動間隔の平均値、遅延時間及びリアプノフ次元を特徴量として、被計測者の感性状態を判定する。   The sensitivity state determination device according to the second aspect of the present invention further includes a Lyapunov dimension calculation unit that obtains a Lyapunov dimension of an electrocardiogram signal using a delay time, and the sensitivity state determination unit includes an average value of a pulsation interval, a delay time, and a Lyapunov. Using the dimension as a feature amount, the sensitivity state of the measurement subject is determined.

発明者は、心拍に基づいた特徴量と生体信号としての心電信号のカオス解析に基づいた特徴量とに基づいて、被計測者の感性状態を判定することを研究した。その結果、被計測者から得た複数のR波を含む心電信号から算出した拍動間隔の平均値、心電信号からリアプノフ指数を求めるためにアトラクタ再構成を行う際に必要となる遅延時間及びリアプノフ次元が感性状態判定のための特徴量となることを見出した。特に、カオス分析に用いるリアプノフ指数を求めるためにアトラクタ再構成を行う際に必要となる遅延時間が、感性状態の判定の特徴量の一つとなることを見出した点が重要である。遅延時間を特徴量に含めると、拍動間隔の平均値のみを特徴量とする場合よりも、格段に判定精度を高めることができる。またさらに、リアプノフ指数ではなく、リアプノフ次元を特徴量として含めると、拍動間隔及び遅延時間を特徴量とする場合よりも、更に判定精度を高めることができる。本発明及びその効果は、すべて研究結果に基づいて見出され且つ確認されたものである。   The inventor studied to determine the sensitivity state of the measurement subject based on the feature quantity based on the heartbeat and the feature quantity based on the chaos analysis of the electrocardiogram signal as a biological signal. As a result, an average value of the beat interval calculated from the electrocardiogram signal including a plurality of R waves obtained from the measurement subject, and a delay time required when performing the attractor reconstruction to obtain the Lyapunov exponent from the electrocardiogram signal And the Lyapunov dimension was found to be a feature quantity for determining the sensitivity state. In particular, it is important to find that the delay time required when attractor reconstruction is performed in order to obtain the Lyapunov exponent used for chaos analysis is one of the characteristic quantities for determining the sensitivity state. When the delay time is included in the feature amount, the determination accuracy can be significantly improved as compared with the case where only the average value of the beat interval is used as the feature amount. Furthermore, when the Lyapunov dimension, not the Lyapunov exponent, is included as the feature amount, the determination accuracy can be further improved as compared with the case where the beat interval and the delay time are used as the feature amount. The present invention and its effects are all found and confirmed based on research results.

拍動間隔平均値算出部は、複数の心電信号の最大振幅(R波)間の間隔(R−R間隔)の平均値を拍動間隔の平均値として算出する。なお心電信号は、予め定めたサンプリング時間(例えば1分)内の心電信号を用いる。遅延時間算出部は、時刻tの心電信号v(t)と時刻tから時間τだけ遅れた心電信号v(t+τ)の結合確率密度に基づいて算出した相互情報量が最小となる時間τを、遅延時間として算出する。この遅延時間は、心電信号v(t)と心電信号v(t+τ)とが、統計的に独立になるために要する時間であり、心電信号を情報論的に特徴づける量である。   The pulsation interval average value calculation unit calculates an average value of intervals (RR intervals) between maximum amplitudes (R waves) of a plurality of electrocardiogram signals as an average value of pulsation intervals. As the electrocardiographic signal, an electrocardiographic signal within a predetermined sampling time (for example, 1 minute) is used. The delay time calculation unit calculates the time τ when the mutual information amount calculated based on the joint probability density of the electrocardiogram signal v (t) at time t and the electrocardiogram signal v (t + τ) delayed by time τ from time t. Is calculated as a delay time. This delay time is a time required for the electrocardiogram signal v (t) and the electrocardiogram signal v (t + τ) to be statistically independent, and is an amount that characterizes the electrocardiogram signal in terms of information theory.

またリアプノフ次元算出部は、心電信号を遅延時間を用いてn次元遅延座標系に再構成して得た再構成アトラクタからリアプノフ指数を算出し、算出したn個のリアプノフ指数から前記リアプノフ次元を算出する。リアプノフ次元は心電信号の不安定性から推定される心電信号ダイナミクスの自由度を表していると考えられる。ちなみに心電信号の場合、「n次元」は「4次元」とするのが好ましいことが実験により確認されている。   The Lyapunov dimension calculation unit calculates a Lyapunov exponent from a reconstructed attractor obtained by reconstructing an electrocardiogram signal into an n-dimensional delay coordinate system using a delay time, and calculates the Lyapunov dimension from the calculated n Lyapunov exponents. calculate. The Lyapunov dimension is considered to represent the degree of freedom of ECG signal dynamics estimated from the instability of ECG signals. By the way, in the case of an electrocardiographic signal, it has been confirmed by experiments that “n-dimensional” is preferably “four-dimensional”.

また感性状態判定部は、予め複数の被験者がそれぞれ複数種類の感性状態を感じているときの特徴量を測定して得たデータから1以上の感性状態を分離できる分類面を予め特定して記憶しておき、被計測者から得た特徴量と分類面とに基づいて被計測者の感性状態を判定する。このような分類面を予め定めておけば、パターン分類により簡単且つ高い精度で感性状態を判定することができる。   In addition, the emotional state determination unit specifies and stores in advance a classification plane that can separate one or more emotional states from data obtained by measuring feature amounts when a plurality of subjects feel a plurality of types of emotional states. In addition, the sensitivity state of the measurement subject is determined based on the feature amount obtained from the measurement subject and the classification plane. If such a classification plane is determined in advance, the sensitivity state can be determined easily and with high accuracy by pattern classification.

なお本発明の第1の感性状態判定方法では、コンピュータのプロセッサが、被計測者から得た複数のR波を含む心電信号から拍動間隔の平均値を求める拍動間隔平均値算出機能と、心電信号からリアプノフ指数を求めるためにアトラクタ再構成を行う際に必要となる時間の次元を持ったパラメータとしての遅延時間を算出する遅延時間算出機能と、拍動間隔の平均値及び前記遅延時間を特徴量として、被計測者の感性状態を判定する感性状態判定機能を実現することにより、被計測者の感性状態を判定する。   In the first sensibility state determination method of the present invention, the processor of the computer has a pulsation interval average value calculation function for obtaining an average value of pulsation intervals from an electrocardiogram signal including a plurality of R waves obtained from the measurement subject. A delay time calculation function for calculating a delay time as a parameter having a time dimension required for performing an attractor reconstruction to obtain a Lyapunov exponent from an electrocardiogram signal, an average value of the pulsation interval and the delay The sensitivity state of the measurement subject is determined by realizing a sensitivity state determination function that determines the sensitivity status of the measurement subject using time as a feature amount.

また本発明の第2の感性状態判定方法では、コンピュータのプロセッサが、被計測者から得た複数のR波を含む心電信号から拍動間隔の平均値を求める拍動間隔平均値算出機能と、心電信号からリアプノフ指数を求めるためにアトラクタ再構成を行う際に必要となる時間の次元を持ったパラメータとしての遅延時間を算出する遅延時間算出機能と、遅延時間を用いて前記心電信号のリアプノフ次元を求めるリアプノフ次元算出機能と、拍動間隔の平均値、遅延時間及びリアプノフ次元を特徴量として、被計測者の感性状態を判定する感性状態判定機能を実現することにより、被計測者の感性状態を判定する。  In the second sensitivity state determination method of the present invention, the processor of the computer has a beat interval average value calculating function for obtaining an average value of the beat interval from an electrocardiogram signal including a plurality of R waves obtained from the measurement subject. A delay time calculation function for calculating a delay time as a parameter having a time dimension required for performing an attractor reconstruction to obtain a Lyapunov exponent from the electrocardiogram signal, and the electrocardiogram signal using the delay time By implementing a Lyapunov dimension calculation function for determining the Lyapunov dimension of the subject, and a sensitivity state determination function for determining the sensitivity state of the person being measured using the average value of the beat interval, the delay time, and the Lyapunov dimension as feature quantities, The sensitivity state is determined.

本発明の第1の感性状態判定用コンピュータプログラムは、被計測者から得た複数のR波を含む心電信号から拍動間隔の平均値を求める拍動間隔平均値算出機能と、心電信号からリアプノフ指数を求めるためにアトラクタ再構成を行う際に必要となる時間の次元を持ったパラメータとしての遅延時間を算出する遅延時間算出機能と、拍動間隔の平均値及び前記遅延時間を特徴量として、被計測者の感性状態を判定する感性状態判定機能を前記コンピュータ内のプロセッサで実現させる。  A first computer program for determining a sensibility state according to the present invention includes a pulsation interval average value calculating function for obtaining an average value of pulsation intervals from an electrocardiogram signal including a plurality of R waves obtained from a measurement subject, and an electrocardiogram signal. A delay time calculation function for calculating a delay time as a parameter having a time dimension necessary for performing attractor reconstruction to obtain the Lyapunov exponent from the average value of the beat interval and the delay time as feature quantities As described above, the sensitivity state determination function for determining the sensitivity state of the measurement subject is realized by the processor in the computer.

本発明の第2の感性状態判定用コンピュータプログラムは、被計測者から得た複数のR波を含む心電信号から拍動間隔の平均値を求める拍動間隔平均値算出機能と、心電信号からリアプノフ指数を求めるためにアトラクタ再構成を行う際に必要となる時間の次元を持ったパラメータとしての遅延時間を算出する遅延時間算出機能と、遅延時間を用いて前記心電信号のリアプノフ次元を求めるリアプノフ次元算出機能と、拍動間隔の平均値、遅延時間及びリアプノフ次元を特徴量として、被計測者の感性状態を判定する感性状態判定機能を前記コンピュータ内のプロセッサで実現させる。  A second computer program for determining a sensibility state according to the present invention includes a pulsation interval average value calculating function for obtaining an average value of pulsation intervals from an electrocardiogram signal including a plurality of R waves obtained from a measurement subject, and an electrocardiogram signal. A delay time calculation function for calculating a delay time as a parameter having a time dimension required for attractor reconstruction in order to obtain a Lyapunov exponent, and a Lyapunov dimension of the electrocardiogram signal using the delay time. The processor in the computer realizes the Lyapunov dimension calculation function to be obtained and the sensitivity state determination function for determining the sensitivity state of the measurement subject using the average value of the beat interval, the delay time, and the Lyapunov dimension as the feature quantities.

なお感性状態判定用コンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶手段に記憶されているのが好ましい。  The sensitivity state determination computer program is preferably stored in a computer-readable storage means.

本発明の感性状態判定装置の実施の形態の一例の構成を概略的に示すブロックである。It is a block which shows roughly the structure of an example of embodiment of the sensitivity state determination apparatus of this invention. 拍動間隔T1〜TM(一般的にR−R間隔と呼ぶ)を演算することを説明するために用いる図である。Is a diagram used to explain the computing the beat interval T 1 through T M (generally referred to as R-R interval). 拍動間隔T1〜TMと拍動間隔の平均値Tmeanの関係を示す図である。It is a diagram showing the relationship between the average value Tmean pulsation interval T 1 through T M and pulsation interval. 相互情報量の直感的意味を説明するために用いる図である。It is a figure used in order to explain the intuitive meaning of mutual information amount. 遅延時間の算出法を説明するために用いる図である。It is a figure used in order to explain the calculation method of delay time. 遅延時間の算出法を説明するために用いる図である。It is a figure used in order to explain the calculation method of delay time. リアプノフ次元の算出手順を示す図である。It is a figure which shows the calculation procedure of a Lyapunov dimension. 感性状態判定部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the sensitivity state determination part. パターン分類で使用する分類面を説明するために用いる図である。It is a figure used in order to explain the classification plane used by pattern classification. 拍動間隔の平均値Tmean及び遅延時間τを特徴量として、コンピュータを利用して感性状態を判定する場合に、コンピュータにインストールされるコンピュータプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the algorithm of the computer program installed in a computer, when using the average value Tmean of a pulsation interval, and delay time (tau) as a feature-value, and determining a sensitivity state using a computer. 拍動間隔の平均値Tmean、遅延時間τ及びリアプノフ次元DLを特徴量として、コンピュータを利用して感性状態を判定する場合に、コンピュータにインストールされるコンピュータプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートである。Mean value Tmean pulsation intervals, as the characteristic amount of the delay time τ and Lyapunov dimension D L, when determining the emotional state using a computer, is a flowchart showing an algorithm of a computer program installed in the computer. 実験の実施プロトコルを示す図である。It is a figure which shows the implementation protocol of experiment. 実験データを示す図である。It is a figure which shows experimental data. 被験者4について拍動間隔の平均値Tmeanのみを特徴ベクトルとして安静状態の分離を判定した場合の試験結果を示す図である。It is a figure which shows the test result at the time of determining the isolation | separation of a resting state only about the average value Tmean of a pulsation interval about the test subject 4 as a feature vector. 被験者3について拍動間隔の平均値Tmeanと遅延時間τを特徴ベクトルとして安静状態の分離を判定した場合の試験結果を示す図である。It is a figure which shows the test result when the isolation | separation of a resting state is determined about the test subject 3 by using the average value Tmean and delay time (tau) of a pulsation interval as a feature vector. 被験者5について拍動間隔の平均値Tmeanと遅延時間τを特徴ベクトルとして安静状態の分離を判定した場合の試験結果を示す図である。It is a figure which shows the test result at the time of determining the separation of a resting state about the test subject 5 by making the average value Tmean of pulsation interval and delay time (tau) into a feature vector. 被験者7について拍動間隔の平均値Tmeanと遅延時間τを特徴ベクトルとして安静状態の分離を判定した場合の試験結果を示す図である。It is a figure which shows the test result at the time of determining the separation of a resting state about the test subject 7 by making the average value Tmean and delay time (tau) of a pulsation interval into a feature vector. 被験者3について拍動間隔の平均値Tmeanと、遅延時間τとリアプノフ次元DLを特徴ベクトルとして安静状態の分離を判定した場合の試験結果を示す図である。The average value Tmean pulsation intervals for subjects 3 is a diagram showing the test results when determining the separation of the rest state as a feature vector of the delay time τ and Lyapunov dimension D L. 被験者5について拍動間隔の平均値Tmeanと、遅延時間τとリアプノフ次元DLを特徴ベクトルとして安静状態の分離を判定した場合の試験結果を示す図である。The average value Tmean pulsation intervals for subjects 5 is a diagram showing the test results when determining the separation of the rest state as a feature vector of the delay time τ and Lyapunov dimension D L. 被験者7について拍動間隔の平均値Tmeanと、遅延時間τとリアプノフ次元DLを特徴ベクトルとして安静状態の分離を判定した場合の試験結果を示す図である。The average value Tmean pulsation intervals for subjects 7 is a diagram showing the test results when determining the separation of the rest state as a feature vector of the delay time τ and Lyapunov dimension D L.

以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明の感性状態判定装置の実施の形態の一例の構成を概略的に示すブロック図である。図1において、符号1を付したブロックは被計測者であり、符号2で示したブロックは、心電計を含む生体アンプである。この生体アンプ2は、被計測者の左胸に装着されて、所定のサンプリング時間T(例えば1分)の間、被計測者の心拍に基づく複数のR波を含む心電信号v(t)を出力する。R波とは、図2に示す心電信号v(t)中に繰り返し現れる1サイクルの信号波形である。複数R波を含む心電信号v(t)は心拍検出部3に入力される。心拍検出部3は、図2に示すように、隣り合う二つのR波の最大振幅となる部分の間の時間間隔即ち拍動変動または拍動間隔T1〜TM(一般的にR−R間隔と呼ぶ)を演算する。拍動間隔平均値算出部4は、下記の式に基づいて、拍動間隔の平均値Tmeanを算出する。図3は、拍動間隔T1〜TMと拍動間隔の平均値Tmeanの関係を図示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of an example of an embodiment of a sensitivity state determination apparatus according to the present invention. In FIG. 1, a block denoted by reference numeral 1 is a person to be measured, and a block denoted by reference numeral 2 is a biological amplifier including an electrocardiograph. This biological amplifier 2 is attached to the left chest of the measurement subject, and an electrocardiographic signal v (t) including a plurality of R waves based on the heartbeat of the measurement subject for a predetermined sampling time T (for example, 1 minute). Is output. The R wave is a signal waveform of one cycle that repeatedly appears in the electrocardiogram signal v (t) shown in FIG. An electrocardiogram signal v (t) including a plurality of R waves is input to the heartbeat detection unit 3. As shown in FIG. 2, the heartbeat detection unit 3 has a time interval between portions having the maximum amplitude of two adjacent R waves, that is, pulsation fluctuations or pulsation intervals T 1 to T M (generally R−R). (Referred to as interval). The pulsation interval average value calculation unit 4 calculates an average value Tmean of pulsation intervals based on the following formula. FIG. 3 illustrates the relationship between the beat intervals T 1 to T M and the average value Tmean of the beat intervals.

上記式において、Tは、心電信号のk番目のR波とk+1番目のR波の時間間隔(RR間隔)である。Mは時間Tの間中の心拍の数である。 In the above equation, T k is the time interval (RR interval) between the k th R wave and the k + 1 th R wave of the electrocardiogram signal. M is the number of heartbeats during time T.

図1の遅延時間算出部5は、心電信号からリアプノフ指数を求めるためにアトラクタ再構成を行う際に必要となる時間の次元を持ったパラメータとしての遅延時間τを算出する。遅延時間τは、心電信号が自身と統計的に独立になるために要する時間であり、心電信号を情報論的に特徴づける量である。発明者は、カオス分析に用いるリアプノフ指数を求めるためにアトラクタ再構成を行う際に必要となる遅延時間τが、感性状態の判定の特徴量の一つとなることを実験により見出した。そして遅延時間τを特徴量に含めると、拍動間隔の平均値Tmeanのみを特徴量とする場合よりも、格段に判定精度を高めることができることが実験により確認された。遅延時間τは、心電信号v(t)とv(t+τ)の結合確率密度に基づいて計算された相互情報量が最小になるようにして算出されるパラメータである。概念的に説明すると、図4に示すように、心電信号v(t)が持っている平均情報量(エントロピー)とv(t+τ)が持っている平均情報量(エントロピー)の相互情報量I(情報の重なり)が、最小の状態になる時間が遅延時間τである。  The delay time calculation unit 5 in FIG. 1 calculates a delay time τ as a parameter having a time dimension required when performing attractor reconstruction in order to obtain a Lyapunov exponent from an electrocardiogram signal. The delay time τ is a time required for the electrocardiogram signal to become statistically independent from itself, and is an amount that characterizes the electrocardiogram signal in terms of information theory. The inventor has found through experiments that the delay time τ required when performing attractor reconstruction in order to obtain the Lyapunov exponent used for chaos analysis is one of the characteristic quantities for determining the sensitivity state. It was confirmed by experiments that the inclusion of the delay time τ in the feature value can significantly improve the determination accuracy compared to the case where only the average value Tmean of the pulsation interval is used as the feature value. The delay time τ is a parameter calculated so that the mutual information amount calculated based on the joint probability density of the electrocardiogram signals v (t) and v (t + τ) is minimized. To explain conceptually, as shown in FIG. 4, the mutual information amount I of the average information amount (entropy) possessed by the electrocardiogram signal v (t) and the average information amount (entropy) possessed by v (t + τ). The time when (information overlap) is minimized is the delay time τ.

なお遅延時間τの算出については、Andrew M. Fraser 及びHarry L. Swinney が、「Independent coordinates for strange attractors from mutual information」と題する論文(Phys. Rev. A Vol.33, pp.1134-1140 (1986))に詳しく説明している。したがって遅延時間τの算出については、以下に概念として簡単に説明する。図5の左側に示す心電信号v(t)についての遅延時間τを求めるためには、心電信号v(t)と時間sだけ離れた信号v(t+s)と信号v(t)とを時間を媒介変数としてプロットする。なおこのプロットでは、心電信号v(t)のレンジvrangeを下記の式で算出し、時間sだけ離れた心電信号v(t)と信号v(t+s)とが一致するデータポイント(○印)をプロットする。図5の右側の図は、複数のデータポイントを模擬的に示したものである。
Regarding the calculation of the delay time τ, Andrew M. Fraser and Harry L. Swinney have published a paper entitled “Independent coordinates for strange attractors from mutual information” (Phys. Rev. A Vol. 33, pp. 1134-1140 (1986). )). Therefore, the calculation of the delay time τ will be briefly described below as a concept. In order to obtain the delay time τ for the electrocardiogram signal v (t) shown on the left side of FIG. 5, the electrocardiogram signal v (t) is separated from the signal v (t + s) and the signal v (t) separated by time s. Plot time as a parameter. In this plot, the range v range of the electrocardiogram signal v (t) is calculated by the following formula, and the electrocardiogram signal v (t) and the signal v (t + s) separated by time s coincide with each other (○ Plot). The diagram on the right side of FIG. 5 shows a plurality of data points in a simulated manner.

上記式中の前方の項は、信号v(t)の最大値を意味し、後方の項は最小値を意味する。次に図6に示すように、データポイントをプロットした面積vrange×vrangeの矩形領域を列方向にL個、行方向にL個のセルでL2分割(L×L)する。そして、各セル(l,m)にデータポイントが入る確率pS,L(l,m)を算出する。図6の右側の図においては、セルの色の濃淡が確率の大小を示している。色が薄いほど確率が小さいことを意味する。そして遅延時間τは、下記の式から算出する。
The front term in the above formula means the maximum value of the signal v (t), and the rear term means the minimum value. Next, as shown in FIG. 6, a rectangular region having an area v range × v range in which data points are plotted is divided into L 2 cells (L × L) by L cells in the column direction and L cells in the row direction. Then, the probability p S, L (l, m) that a data point enters each cell (l, m) is calculated. In the diagram on the right side of FIG. 6, the shade of the cell color indicates the probability. The lighter the color, the lower the probability. The delay time τ is calculated from the following equation.

但し、相互情報量I(s,L)は下記の式により求められる。
However, the mutual information I (s, L) is obtained by the following equation.

なおΣiS,L(l,i)は、列を固定して行側のセルの確率を合計した周辺確率密度であり、ΣjS,L(j,m)は、行を固定して列側のセルの確率を合計した周辺確率密度である。上記遅延時間を算出する式は、空間分割数L(2,3,…,12)における遅延時間に対する中央値を、実際に用いる遅延時間τと定めること意味する式である。このような処理を行う理由は、算出される遅延時間の値が空間分割数Lに依存することにある。 Lを大きくして分割を細かくすることでより高精度に結合確率密度を推定することが可能になる。しかしながら、実際にはデータ数が有限であるため、Lが大きすぎる場合、各セルに入るデータ点数が極端に少なくなり、結合確率密度の推定が不適切になる。一方、Lが小さく分割が粗い場合には、各セル内には充分なデータが確保されるが、結合確率密度の空間分解能が粗くなり、本来とは異なった相互情報量が推定されてしまう問題が生じる。本実施の形態では、=2,3,…,12のそれぞれについて遅延時間を算出し、その中央値を用いることで極端な推定結果を回避し、安定した遅延時間の推定を行った。 Σ i p S, L (l, i) is a marginal probability density obtained by fixing the column and summing the probabilities of the cells on the row side, and Σ j p S, L (j, m) is a fixed row. The marginal probability density is the total probability of the cells on the column side. The equation for calculating the delay time is an equation which means that the median value for the delay time in the space division number L (2, 3,..., 12) is determined as the actually used delay time τ. The reason for performing such processing is that the calculated delay time value depends on the number L of space divisions. By increasing L and making the division finer, it becomes possible to estimate the joint probability density with higher accuracy. However, since the number of data is actually finite, if L is too large, the number of data points entering each cell becomes extremely small, and the estimation of the joint probability density becomes inappropriate. On the other hand, when L is small and the division is coarse, sufficient data is secured in each cell, but the spatial resolution of the joint probability density becomes coarse, and a mutual information amount different from the original is estimated. Occurs. In this embodiment, the delay time is calculated for each of 2, 3,..., 12, and the median value is used to avoid an extreme estimation result, and stable delay time is estimated.

図1のリアプノフ次元算出部6は、心電信号を遅延時間τを用いてn次元遅延座標系に再構成して得た再構成アトラクタからリアプノフ指数λ1,λ2,λ3・・λnを算出し、算出したn個のリアプノフ指数λ1,λ2,λ3・・λnからリアプノフ次元DLを算出する。なおリアプノフ指数の算出については、「Sano-Sawadaの方法」が良く知られている。「Sano-Sawadaの方法」については、M. Sano 及び Y. Sawada が、「Measurement of the Lyapunov Spectrum from a Chaotic Time Series」と題する論文[Phys. Rev. Lett. 55, 1082-1085 (1985) ]に詳しく説明している。「Sano-Sawadaの方法」によりリアプノフ次元で求める場合の手順は図7に示す通りである。図7のように、心電信号を遅延時間τを用いてn次元遅延座標系に再構成して再構成アトラクタf(t)、f(t+τ)、f(t+2τ)を得る。ただし、図7はn=3の場合の模式図である。次にあるデータ点に対し他のデータ点を含む微小超球を設定し、これらのデータを含む超球が時間発展に対してどのように伸縮するかを算出することで軌道の不安定性をリアプノフ指数λ1,λ2,λ3・・λnとして定量化する。リアプノフ指数は、伸縮倍率の対数である。そして得られたリアプノフ指数に対して、以下の数式に従ってリアプノフ次元DLを算出する。
The Lyapunov dimension calculation unit 6 in FIG. 1 uses the Lyapunov exponents λ 1 , λ 2 , λ 3 ... Λ n from the reconstructed attractor obtained by reconstructing the electrocardiogram signal into the n-dimensional delay coordinate system using the delay time τ. Lyapunov dimension D L is calculated from the calculated n Lyapunov exponents λ 1 , λ 2 , λ 3 . For calculating the Lyapunov index, the “Sano-Sawada method” is well known. Regarding the “Sano-Sawada method”, M. Sano and Y. Sawada wrote a paper entitled “Measurement of the Lyapunov Spectrum from a Chaotic Time Series” [Phys. Rev. Lett. 55, 1082-1085 (1985)]. Are explained in detail. The procedure for obtaining the Lyapunov dimension by the “Sano-Sawada method” is as shown in FIG. As shown in FIG. 7, the electrocardiogram signal is reconstructed into an n-dimensional delay coordinate system using the delay time τ to obtain reconstructed attractors f (t), f (t + τ), and f (t + 2τ). However, FIG. 7 is a schematic diagram in the case of n = 3. Next, a microsphere containing other data points is set for a certain data point, and the instability of the orbit is determined by calculating how the hypersphere containing these data expands and contracts with respect to time evolution. index λ 1, λ 2, quantified as λ 3 ·· λ n. The Lyapunov exponent is the logarithm of the expansion / contraction magnification. Then, Lyapunov dimension D L is calculated for the obtained Lyapunov exponent according to the following equation.

上記式において、kは後段の分数式の分子が負にならないkの最大値である。図7の例では、リアプノフ指数をλ3まで加算すると分子が負の値になるため、k=2となる。リアプノフ次元は心電信号の不安定性から推定される心電信号ダイナミクスの自由度を表していると考えられる。ちなみに心電信号の場合、「n次元」は「4次元」とするのが好ましいことが実験により確認されている。 In the above formula, k is the maximum value of k at which the numerator of the subsequent fractional expression does not become negative. In the example of FIG. 7, when the Lyapunov exponent is added up to λ 3 , the numerator becomes a negative value, so k = 2. The Lyapunov dimension is considered to represent the degree of freedom of ECG signal dynamics estimated from the instability of ECG signals. By the way, in the case of an electrocardiographic signal, it has been confirmed by experiments that “n-dimensional” is preferably “four-dimensional”.

図8は、図1に示した感性状態判定部7の構成の一例を示している。本実施の形態で用いる感性状態判定部7は、パターン分類部71と、分類面記憶部72と、状態表示部73とから構成される。分類面記憶部72には、予め複数の被験者がそれぞれ複数種類の感性状態を感じているときの特徴量である3次元特徴ベクトル(拍動間隔の平均値Tmean、遅延時間τ及びリアプノフ次元DL)を特徴量として得たデータから1以上の感性状態(例えば、安静、快、不快等)を分離できる分類面を予め特定して記憶してある。図9は、安静状態の分類面の一例を概念的に示す図である。図9に示す例では、安静の時の特徴ベクトル群を、快の時の特徴ベクトル群と不快の時の特徴ベクトル群とから分離できる仮想面として安静状態の分離面を定めて、分類面記憶部72に記憶する。同様にして、予め快の状態の分離面、不快の状態の分離面を定めて、分類面記憶部72に記憶する。パターン分類部71は、被計測者から得た3次元特徴ベクトル(拍動間隔の平均値Tmean、遅延時間τ及びリアプノフ次元DL)と分類面とに基づいて被計測者の感性状態を判定する。このような分類面を予め定めておけば、パターン分類により簡単且つ高い精度で感性状態を判定することができる。そして状態表示部73は、判定結果をモニタの画面上に表示する。 FIG. 8 shows an example of the configuration of the sensitivity state determination unit 7 shown in FIG. The sensitivity state determination unit 7 used in the present embodiment includes a pattern classification unit 71, a classification plane storage unit 72, and a state display unit 73. In the classification surface storage unit 72, a three-dimensional feature vector (average value Tmean of pulsation interval, delay time τ, and Lyapunov dimension D L ) that is a feature amount when a plurality of subjects feel a plurality of types of emotional states in advance. ) Is identified and stored in advance as a classification plane from which one or more sensitivity states (for example, rest, comfort, discomfort, etc.) can be separated from the data obtained as a feature quantity. FIG. 9 is a diagram conceptually illustrating an example of a classification surface in a resting state. In the example shown in FIG. 9, a separation plane in a resting state is defined as a virtual plane that can separate a feature vector group at rest from a feature vector group at comfort and a feature vector group at comfort, and a classification plane memory is stored. Store in the unit 72. Similarly, a separation surface in a pleasant state and a separation surface in an unpleasant state are determined in advance and stored in the classification surface storage unit 72. The pattern classification unit 71 determines the sensitivity state of the measurement subject based on the three-dimensional feature vector (average value Tmean of pulsation interval, delay time τ and Lyapunov dimension D L ) obtained from the measurement subject and the classification plane. . If such a classification plane is determined in advance, the sensitivity state can be determined easily and with high accuracy by pattern classification. Then, the status display unit 73 displays the determination result on the monitor screen.

本実施の形態のように、3次元特徴ベクトル(拍動間隔の平均値Tmean、遅延時間τ及びリアプノフ次元DL)を特徴量として、感性状態を判定するとかなり高い精度で被計測者の感性状態を判定できる。なお感性状態判定部7は、拍動間隔の平均値Tmean及び遅延時間τ(2次元特徴ベクトル)を特徴量として、被計測者の感性状態を判定するように構成することもできる。 As in the present embodiment, when the sensitivity state is determined using the three-dimensional feature vector (average value Tmean of pulsation interval, delay time τ, and Lyapunov dimension D L ) as the feature amount, the sensitivity state of the measurement subject is fairly high. Can be determined. The sensitivity state determination unit 7 can also be configured to determine the sensitivity state of the person to be measured using the average value Tmean of the pulsation interval and the delay time τ (two-dimensional feature vector) as feature amounts.

本実施の形態の心拍検出部3、拍動間隔平均値算出部4,遅延時間算出部5、リアプノフ次元算出部6及び感性状態判定部7は、コンピュータを利用して実現することができる。図10は、拍動間隔の平均値Tmean及び遅延時間τ(2次元特徴ベクトル)を特徴量として、コンピュータを利用して感性状態を判定する場合に、コンピュータにインストールされるコンピュータプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートである。このアルゴリズムは、ステップST1乃至ステップST3を含んでおり、これらのステップは、コンピュータに拍動間隔平均値算出機能と、遅延時間算出機能と感性状態判定機能とを実現させる。また図11は、拍動間隔の平均値Tmean、遅延時間τ及びリアプノフ次元DL(3次元特徴ベクトル)を特徴量として、コンピュータを利用して感性状態を判定する場合に、コンピュータにインストールされるコンピュータプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートである。このアルゴリズムは、ステップST11乃至ステップST13を含んでおり、これらのステップは、コンピュータに拍動間隔平均値算出機能と、遅延時間算出機能と感性状態判定機能とを実現させる。なお実際上、これらのコンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶されている。 The heartbeat detection unit 3, the beat interval average value calculation unit 4, the delay time calculation unit 5, the Lyapunov dimension calculation unit 6, and the emotional state determination unit 7 according to the present embodiment can be realized using a computer. FIG. 10 shows an algorithm of a computer program installed in the computer when the emotional state is determined using the computer using the average value Tmean of the pulsation interval and the delay time τ (two-dimensional feature vector) as the feature amount. It is a flowchart. This algorithm includes steps ST1 to ST3, and these steps cause the computer to realize a beat interval average value calculation function, a delay time calculation function, and a sensitivity state determination function. Further, FIG. 11 is installed in the computer when the emotional state is determined using the computer using the average value Tmean of the pulsation interval, the delay time τ, and the Lyapunov dimension D L (three-dimensional feature vector) as the feature amount. It is a flowchart which shows the algorithm of a computer program. This algorithm includes steps ST11 to ST13, and these steps cause the computer to realize a beat interval average value calculation function, a delay time calculation function, and a sensitivity state determination function. In practice, these computer programs are stored in a computer-readable storage medium.

[実験]
本発明においては、2次元特徴ベクトル及び3次元特徴ベクトルを感性状態の特徴量とすることが有効であることを確認した実験について以下に説明する。
[Experiment]
In the present invention, an experiment for confirming that it is effective to use the two-dimensional feature vector and the three-dimensional feature vector as the feature amount of the emotional state will be described below.

実験では、被験者11名に対し、安静・快・不快を各1分想起させる感性想起タスクを3セット行った。図12に、実験の実施プロトコルを示す。感性想起は、被験者が測定者の指示に従って各感性の想起を行うように被験者に事前に教示し、測定者が被験者に対して「安静にしてください」「快をイメージしてください」「不快をイメージしてください」と指示することで実施した。想起内容については、各被験者が過去の経験において「安静」や、「快」や「不快」と感じた内容を想起するように教示した。人間の感性には主観が含まれるので、被験者がそれぞれ過去の経験に基づいて快や不快に思う内容を想起させることで、各被験者の基準のもとで実験中における感性状態をコントロールすることが可能となる。本実施の形態が問題とするような、個人の感性状態の推定を目的とする場合には、この実験は充分妥当な実験系である。  In the experiment, three sets of sensitivity recall tasks were performed for 11 subjects, each reminding them of rest, pleasantness, and discomfort. FIG. 12 shows the protocol for carrying out the experiment. Sensitivity recall teaches the subject in advance that the subject performs each sensitivity recall in accordance with the instructions of the measurer, and the measurer asks the subject to “rest,” “imagine pleasure,” “discomfort” It was carried out by instructing "Please image". As for the recall contents, each subject was taught to recall the contents that they felt "rest", "pleasant", and "unpleasant" in the past experience. Since human sensibility includes subjectivity, it is possible to control the sensibility state during the experiment based on each subject's criteria by reminding subjects that they feel pleasant and uncomfortable based on past experiences. It becomes possible. This experiment is a sufficiently valid experiment system for the purpose of estimating an individual's emotional state as a problem of the present embodiment.

図13は、拍動間隔の平均値Tmeanのみを特徴ベクトルとして感性状態(特に安静状態の分離)を判定した場合と、遅延時間τのみを特徴ベクトルとして感性状態(特に安静状態の分離)を判定した場合と、リアプノフ次元DLのみを特徴ベクトルとして感性状態(特に安静状態の分離)を判定した場合と、遅延時間τ及びリアプノフ次元DLを特徴ベクトルとして感性状態(特に安静状態の分離)を判定した場合と、拍動間隔(RR間隔)の平均値Tmean及びリアプノフ次元DLを特徴ベクトルとして感性状態(特に安静状態の分離)を判定した場合と、拍動間隔(RR間隔)の平均値Tmean及び遅延時間τを2次元特徴ベクトルとして感性状態(特に安静状態の分離)を判定した場合と、拍動間隔(RR間隔)の平均値Tmean、遅延時間τ及びリアプノフ次元DLを3次元特徴ベクトルとして感性状態(特に安静状態の分離)を判定した場合の分類率の結果を示している。ここで「分類率」とは、分類成功データ数を分類対象データ数で割った値に100を掛けたものである。分類率100%とは、感性状態を100%正しく判定できたことを意味する。図13からは、分類率が100%になる判定結果(正解)が、80%(正解率)以上得られるのは、拍動間隔(RR間隔)の平均値Tmean及び遅延時間τを2次元特徴ベクトルとして感性状態(特に安静状態の分離)を判定した場合と、拍動間隔(RR間隔)の平均値Tmean、遅延時間τ及びリアプノフ次元DLを3次元特徴ベクトルとして感性状態(特に安静状態の分離)を判定した場合であることが判る。その他の場合には、正解率がかなり悪いことが判る。 FIG. 13 shows a case where a sensitivity state (especially separation of a resting state) is determined using only the average value Tmean of the beat interval as a feature vector, and a case where a sensitivity state (particularly separation of a resting state) is determined using only the delay time τ as a feature vector. When the sensitivity state (especially separation of the resting state) is determined using only the Lyapunov dimension D L as the feature vector, and the sensitivity state (particularly separation of the resting state) is determined using the delay time τ and the Lyapunov dimension D L as the feature vector. and if it is determined, and when determining the emotional state of the average value Tmean and Lyapunov dimension D L of the heartbeat interval (RR interval) as a feature vector (in particular the resting state separation), the average value of the pulsation interval (RR interval) When Tmean and delay time τ are used as a two-dimensional feature vector to determine a sensibility state (particularly separation of a resting state), an average value Tmean, delay time τ and rear of a pulsation interval (RR interval) It shows a classification rate results when determining the emotional state (especially the resting state separation) the Nof dimension D L as a three-dimensional feature vector. Here, the “classification rate” is obtained by multiplying the value obtained by dividing the number of classification success data by the number of classification target data by 100. A classification rate of 100% means that the sensitivity state has been correctly determined 100%. From FIG. 13, the determination result (correct answer) with a classification rate of 100% is obtained at 80% (correct answer rate) or higher because the average value Tmean and delay time τ of the pulsation interval (RR interval) are two-dimensional features. and when determining the emotional state (especially the resting state separation) as a vector, beat interval (RR interval) mean value Tmean, the emotional state (especially resting state delay time τ and the Lyapunov dimension D L as a three-dimensional feature vector It can be seen that this is the case where separation is determined. In other cases, it can be seen that the accuracy rate is quite bad.

図14は、被験者4について拍動間隔の平均値Tmeanのみを特徴ベクトルとして感性状態(特に安静状態の分離)を判定した場合の試験結果を示している。図14に示す閾値設定可能ラインが分類面に相当する。  FIG. 14 shows the test results when the subject 4 determines the sensitivity state (particularly separation of the resting state) using only the average value Tmean of the pulsation interval as a feature vector. The threshold settable line shown in FIG. 14 corresponds to the classification plane.

図15は、被験者3について拍動間隔の平均値Tmeanと遅延時間τを特徴ベクトルとして感性状態(特に安静状態の分離)を判定した場合の試験結果を示している。図15に示す直線が分類面に相当する。図16は、被験者5について拍動間隔の平均値Tmeanと遅延時間τを特徴ベクトルとして感性状態(特に安静状態の分離)を判定した場合の試験結果を示している。図16に示す直線が分類面に相当する。図17は、被験者7について拍動間隔の平均値Tmeanと遅延時間τを特徴ベクトルとして感性状態(特に安静状態の分離)を判定した場合の試験結果を示している。図17に示す直線が分類面に相当する。図15乃至図17を見ると、分類面のパターンが複数存在していることが判る。  FIG. 15 shows a test result in the case where the subject 3 determines the sensitivity state (particularly separation of the resting state) using the average value Tmean of the pulsation interval and the delay time τ as the feature vector. A straight line shown in FIG. 15 corresponds to a classification plane. FIG. 16 shows the test results when the subject 5 determines the sensitivity state (particularly the separation of the resting state) using the average value Tmean of the pulsation interval and the delay time τ as the feature vector. A straight line shown in FIG. 16 corresponds to a classification plane. FIG. 17 shows a test result when the sensibility state (particularly separation of the resting state) is determined for the subject 7 using the average value Tmean of the pulsation interval and the delay time τ as the feature vectors. A straight line shown in FIG. 17 corresponds to a classification plane. 15 to 17, it can be seen that there are a plurality of classification plane patterns.

図18は、被験者3について拍動間隔の平均値Tmeanと、遅延時間τとリアプノフ次元DLを特徴ベクトルとして感性状態(特に安静状態の分離)を判定した場合の試験結果を示している。図17に示す実線で示した升目が、分類面に相当する。図19は、被験者5について拍動間隔の平均値Tmeanと、遅延時間τとリアプノフ次元DLを特徴ベクトルとして感性状態(特に安静状態の分離)を判定した場合の試験結果を示している。図19に示す実線で示した升目が、分類面に相当する。図20は、被験者7について拍動間隔の平均値Tmeanと、遅延時間τとリアプノフ次元DLを特徴ベクトルとして感性状態(特に安静状態の分離)を判定した場合の試験結果を示している。図20に示す実線で示した升目が、分類面に相当する。図18乃至図20からも、分類面のパターンが複数存在していることが判る。 Figure 18 shows the test results when determining the average value Tmean pulsation intervals for subjects 3, emotional state of the delay time τ and Lyapunov dimension D L as a feature vector (in particular the resting state separation). The grid shown by the solid line in FIG. 17 corresponds to the classification plane. Figure 19 shows the average value Tmean pulsation intervals for subjects 5, the test results obtained by determining the emotional state (especially the resting state separation) the delay time τ and Lyapunov dimension D L as a feature vector. The grid shown by the solid line in FIG. 19 corresponds to the classification plane. Figure 20 shows the average value Tmean pulsation intervals for subjects 7, the test results obtained by determining the emotional state (especially the resting state separation) the delay time τ and Lyapunov dimension D L as a feature vector. The grid shown by the solid line in FIG. 20 corresponds to the classification plane. 18 to 20, it can be seen that there are a plurality of classification plane patterns.

上記実験では、安静状態を判定したが、本発明によれば、快状態または不快状態を判定することも当然にしてできる。また本発明で判別する感性状態としては、「驚き」「怒り」「緊張」「恐れ」「不安」等のその他の感性状態を判別してもよいのは勿論である。  In the above experiment, the resting state is determined, but according to the present invention, it is naturally possible to determine the pleasant state or the unpleasant state. Of course, other sensitivity states such as “surprise”, “anger”, “tension”, “fear”, and “anxiety” may be determined as the sensitivity state determined in the present invention.

上記実施の形態では、感性状態判定部が予め特定した複数の分類面に基づいてデータを分類するパターン認識技術を用いて、感性状態を判定しているが、他の認識技術を用いてもよいのは勿論である。  In the above embodiment, the sensitivity state is determined using the pattern recognition technology that classifies data based on a plurality of classification planes specified in advance by the sensitivity state determination unit, but other recognition technologies may be used. Of course.

本発明によれば、心電信号を用いる場合において、拍動間隔の平均値及び遅延時間を特徴量とするか、拍動間隔の平均値、遅延時間及びリアプノフ次元を特徴量として、被計測者の感性状態を判定することにより、従来よりも判定精度の高い感性状態判定装置、感性状態判定方法及び感性状態判定用コンピュータプログラムを提供することができる。  According to the present invention, when an electrocardiogram signal is used, the average value and delay time of the pulsation interval are used as feature quantities, or the average value, delay time and Lyapunov dimension of the pulsation intervals are used as feature quantities. By determining the sensitivity state, it is possible to provide a sensitivity state determination device, a sensitivity state determination method, and a computer program for sensitivity state determination that have higher determination accuracy than conventional methods.

1 被計測者
2 生体アンプ
3 心拍検出部
4 拍動間隔平均値算出部
5 遅延時間算出部
6 リアプノフ次元算出部
7 感性状態判定部
71 パターン分類部
72 分類面記憶部
73 状態表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Person to be measured 2 Biological amplifier 3 Heartbeat detection part 4 Beat interval average value calculation part 5 Delay time calculation part 6 Lyapunov dimension calculation part 7 Kansei state determination part 71 Pattern classification part 72 Classification surface memory | storage part 73 State display part

Claims (10)

心電信号を用いて被計測者の感性状態を判定する感性状態判定装置であって、
前記被計測者から得た複数のR波を含む心電信号から拍動間隔の平均値を求める拍動間隔平均値算出部と、
前記心電信号からリアプノフ指数を求めるためにアトラクタ再構成を行う際に必要となる時間の次元を持ったパラメータとしての遅延時間を算出する遅延時間算出部と、
前記拍動間隔の平均値及び前記遅延時間を特徴量として、前記被計測者の感性状態を判定する感性状態判定部とを備えている感性状態判定装置。
A sensitivity state determination apparatus for determining a sensitivity state of a measurement subject using an electrocardiogram signal,
A pulsation interval average value calculating unit for obtaining an average value of pulsation intervals from an electrocardiogram signal including a plurality of R waves obtained from the measurement subject;
A delay time calculation unit that calculates a delay time as a parameter having a dimension of time required when performing attractor reconstruction in order to obtain a Lyapunov exponent from the electrocardiogram signal;
An emotional state determination device including an emotional state determination unit that determines an emotional state of the measurement subject using the average value of the beat interval and the delay time as feature amounts.
心電信号を用いて被計測者の感性状態を判定する感性状態判定装置であって、
前記被計測者から得た複数のR波を含む心電信号から拍動間隔の平均値を求める拍動間隔平均値算出部と、
前記心電信号からリアプノフ指数を求めるためにアトラクタ再構成を行う際に必要となる時間の次元を持ったパラメータとしての遅延時間を算出する遅延時間算出部と、
前記遅延時間を用いて前記心電信号のリアプノフ次元を求めるリアプノフ次元算出部と、
前記拍動間隔の平均値、前記遅延時間及び前記リアプノフ次元を特徴量として、前記被計測者の感性状態を判定する感性状態判定部とを備えている感性状態判定装置。
A sensitivity state determination apparatus for determining a sensitivity state of a measurement subject using an electrocardiogram signal,
A pulsation interval average value calculating unit for obtaining an average value of pulsation intervals from an electrocardiogram signal including a plurality of R waves obtained from the measurement subject;
A delay time calculation unit that calculates a delay time as a parameter having a dimension of time required when performing attractor reconstruction in order to obtain a Lyapunov exponent from the electrocardiogram signal;
A Lyapunov dimension calculation unit for obtaining a Lyapunov dimension of the electrocardiogram signal using the delay time;
An emotional state determination apparatus comprising: an emotional state determination unit that determines the emotional state of the measurement subject using the average value of the beat interval, the delay time, and the Lyapunov dimension as feature amounts.
前記拍動間隔平均値算出部は、前記複数の心電信号の最大振幅間の間隔の平均値を前記拍動間隔の平均値として算出する請求項1または2に記載の感性状態判定装置。   The sensation state determination device according to claim 1 or 2, wherein the pulsation interval average value calculation unit calculates an average value of intervals between maximum amplitudes of the plurality of electrocardiogram signals as an average value of the pulsation intervals. 前記遅延時間算出部は、時刻tの心電信号v(t)と時刻tから時間τだけ遅れた心電信号v(t+τ)の結合確率密度に基づいて算出した相互情報量が最小となる時間τを、前記遅延時間として算出することを特徴とする請求項1または2に記載の感性状態判定装置。   The delay time calculation unit is a time when the mutual information amount calculated based on the joint probability density of the electrocardiogram signal v (t) at time t and the electrocardiogram signal v (t + τ) delayed by time τ from time t is minimized. The sensitivity state determination apparatus according to claim 1, wherein τ is calculated as the delay time. 前記リアプノフ次元算出部は、前記心電信号を前記遅延時間を用いてn次元遅延座標系に再構成して得た再構成アトラクタからリアプノフ指数を算出し、算出したn個のリアプノフ指数から前記リアプノフ次元を算出することを特徴とする請求項2に記載の感性状態判定装置。   The Lyapunov dimension calculation unit calculates a Lyapunov exponent from a reconstructed attractor obtained by reconfiguring the electrocardiogram signal into the n-dimensional delay coordinate system using the delay time, and calculates the Lyapunov exponent from the calculated n Lyapunov exponents. The sensitivity state determination apparatus according to claim 2, wherein a dimension is calculated. 前記感性状態判定部は、予め複数の被験者がそれぞれ複数種類の感性状態を感じているときの前記特徴量を測定して得たデータから1以上の前記感性状態を分離できるパターン分類の分類面を予め特定して記憶しておき、前記被計測者から得た前記特徴量と前記分類面とに基づいて前記被計測者の感性状態を判定する請求項1または2に記載の感性状態判定装置。   The sensitivity state determination unit includes a pattern classification classification plane that can separate one or more emotional states from data obtained by measuring the feature amounts when a plurality of subjects feel a plurality of types of emotional states in advance. The sensitivity state determination apparatus according to claim 1 or 2, wherein the sensitivity state determination device according to claim 1 or 2, wherein the sensitivity state of the measurement subject is determined based on the feature amount obtained from the measurement subject and the classification plane. 被計測者の感性状態をコンピュータを利用して判定する感性状態判定方法であって、
前記コンピュータのプロセッサが、前記被計測者から得た複数のR波を含む心電信号から拍動間隔の平均値を求める拍動間隔平均値算出機能と、
前記心電信号からリアプノフ指数を求めるためにアトラクタ再構成を行う際に必要となる時間の次元を持ったパラメータとしての遅延時間を算出する遅延時間算出機能と、
前記拍動間隔の平均値及び前記遅延時間を特徴量として、前記被計測者の感性状態を判定する感性状態判定機能を実現することにより、前記被計測者の感性状態を判定することを特徴とする感性状態判定方法。
A sensitivity state determination method for determining a sensory state of a measured person using a computer,
A pulsation interval average value calculating function for obtaining an average value of pulsation intervals from an electrocardiographic signal including a plurality of R waves obtained from the measurement subject;
A delay time calculation function for calculating a delay time as a parameter having a dimension of time required when performing an attractor reconstruction in order to obtain a Lyapunov exponent from the electrocardiogram signal;
Using the average value of the pulsation interval and the delay time as feature quantities, the sensitivity state determination function for determining the sensitivity state of the measurement subject is realized, thereby determining the sensitivity state of the measurement subject. Sensitivity state determination method.
被計測者の感性状態をコンピュータを利用して判定する感性状態判定方法であって、
前記コンピュータのプロセッサが、前記被計測者から得た複数のR波を含む心電信号から拍動間隔の平均値を求める拍動間隔平均値算出機能と、
前記心電信号からリアプノフ指数を求めるためにアトラクタ再構成を行う際に必要となる時間の次元を持ったパラメータとしての遅延時間を算出する遅延時間算出機能と、
前記遅延時間を用いて前記心電信号のリアプノフ次元を求めるリアプノフ次元算出機能と、
前記拍動間隔の平均値、前記遅延時間及び前記リアプノフ次元を特徴量として、前記被計測者の感性状態を判定する感性状態判定機能を実現することにより、前記被計測者の感性状態を判定することを特徴とする感性状態判定方法。
A sensitivity state determination method for determining a sensory state of a measured person using a computer,
A pulsation interval average value calculating function for obtaining an average value of pulsation intervals from an electrocardiographic signal including a plurality of R waves obtained from the measurement subject;
A delay time calculation function for calculating a delay time as a parameter having a dimension of time required when performing an attractor reconstruction in order to obtain a Lyapunov exponent from the electrocardiogram signal;
A Lyapunov dimension calculation function for obtaining a Lyapunov dimension of the electrocardiogram signal using the delay time;
Using the average value of the pulsation interval, the delay time, and the Lyapunov dimension as a feature amount, a sensitivity state determination function for determining the sensitivity state of the measurement subject is realized, thereby determining the sensitivity state of the measurement subject. A method for determining a sensitivity state.
被計測者の感性状態をコンピュータを利用して判定する感性状態判定方法で使用する前記コンピュータにインストールされる感性状態判定用コンピュータプログラムであって、
前記被計測者から得た複数のR波を含む心電信号から拍動間隔の平均値を求める拍動間隔平均値算出機能と、
前記心電信号からリアプノフ指数を求めるためにアトラクタ再構成を行う際に必要となる時間の次元を持ったパラメータとしての遅延時間を算出する遅延時間算出機能と、
前記拍動間隔の平均値及び前記遅延時間を特徴量として、前記被計測者の感性状態を判定する感性状態判定機能を前記コンピュータ内のプロセッサで実現させる感性状態判定用コンピュータプログラム。
A computer program for determining a sensitivity state installed in the computer used in the sensitivity state determination method for determining a sensitivity state of a measurement subject using a computer,
A pulsation interval average value calculating function for obtaining an average value of pulsation intervals from an electrocardiogram signal including a plurality of R waves obtained from the measurement subject;
A delay time calculation function for calculating a delay time as a parameter having a dimension of time required when performing an attractor reconstruction in order to obtain a Lyapunov exponent from the electrocardiogram signal;
A computer program for determining a sensibility state, which realizes a sensibility state determination function for determining a sensibility state of the measurement subject by a processor in the computer, using the average value of the beat interval and the delay time as feature amounts.
被計測者の感性状態をコンピュータを利用して判定する感性状態判定方法で使用する前記コンピュータにインストールされる感性状態判定用コンピュータプログラムであって、
前記被計測者から得た複数のR波を含む心電信号から拍動間隔の平均値を求める拍動間隔平均値算出機能と、
前記心電信号からリアプノフ指数を求めるためにアトラクタ再構成を行う際に必要となる時間の次元を持ったパラメータとしての遅延時間を算出する遅延時間算出機能と、
前記遅延時間を用いて前記心電信号のリアプノフ次元を求めるリアプノフ次元算出機能と、
前記拍動間隔の平均値、前記遅延時間及び前記リアプノフ次元を特徴量として、前記被計測者の感性状態を判定する感性状態判定機能を前記コンピュータ内のプロセッサで実現させる感性状態判定用コンピュータプログラム。
A computer program for determining a sensitivity state installed in the computer used in the sensitivity state determination method for determining a sensitivity state of a measurement subject using a computer,
A pulsation interval average value calculating function for obtaining an average value of pulsation intervals from an electrocardiogram signal including a plurality of R waves obtained from the measurement subject;
A delay time calculation function for calculating a delay time as a parameter having a dimension of time required when performing an attractor reconstruction in order to obtain a Lyapunov exponent from the electrocardiogram signal;
A Lyapunov dimension calculation function for obtaining a Lyapunov dimension of the electrocardiogram signal using the delay time;
A computer program for determining a sensory state, wherein a processor in the computer realizes a sensory state determination function for determining the sensory state of the measurement subject using the average value of the beat interval, the delay time, and the Lyapunov dimension as feature amounts.
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