JP2016129629A - Biological state estimation device - Google Patents

Biological state estimation device Download PDF

Info

Publication number
JP2016129629A
JP2016129629A JP2015005443A JP2015005443A JP2016129629A JP 2016129629 A JP2016129629 A JP 2016129629A JP 2015005443 A JP2015005443 A JP 2015005443A JP 2015005443 A JP2015005443 A JP 2015005443A JP 2016129629 A JP2016129629 A JP 2016129629A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
time
subject
biometric feature
data
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015005443A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6304050B2 (en
Inventor
梶 洋隆
Hirotaka Kaji
洋隆 梶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2015005443A priority Critical patent/JP6304050B2/en
Publication of JP2016129629A publication Critical patent/JP2016129629A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6304050B2 publication Critical patent/JP6304050B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device estimating a biological state of a subject by using a normalized biological measurement feature amount, which suppresses an influence that a state of the subject and the biological measurement feature amount are easily changed on a statistical value for normalization.SOLUTION: The device normalizes a biological measurement feature amount of the subject and determines a biological state of a subject estimated on the basis of the normalized biological measurement feature amount. In setting of a width of a time range of a group of biological measurement feature amounts or a group of measurement data in the past used in calculating a statistical value of the biological measurement feature amount used in normalization, a width of the time range in a time zone where a change of the biological measurement feature amount in the past is large is set to be shorter than a width of the time range in a time zone where a change of the biological measurement feature amount in the past is small.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、人の心理的な又は生理的な状態(以下、本明細書に於いて、「生体状態」と称する。)を推定する装置に係り、より詳細には、前記の如き生体状態を生体計測によって推定する装置に係る。   The present invention relates to an apparatus for estimating a psychological or physiological state of a person (hereinafter referred to as “biological state” in the present specification), and more specifically, the biological state as described above. The present invention relates to an apparatus that estimates by biological measurement.

人の脳や神経の活動により生じる種々の感情や意識に関わる心理的な又は生理的な状態(生体状態)、例えば、集中、ストレス、緊張、安静、覚醒、眠気、睡眠などの状態は、生体に於ける物理的な状態、例えば、心拍、呼吸、体温、皮膚電位、瞬き、血圧、血流量、血中酸素濃度(光の透過率)、脳波等にも反映される。そこで、近年、上記の如き人の生体状態の検出又は推定の技術の分野に於いて、圧力、電位、電流又は光計測などの物理的な計測によって得られる、上記の如き物理的な状態の計測値又はその特徴(計測値の周波数特性、波形特性など)を用いて、上記の如き生体状態を推定する試みが為されている。かかる生体の物理的な計測値又はその特徴の指標値(以下、総じて、「生体計測特徴量」と称する。)による生体状態の推定の場合、典型的には、まず、生体状態が分かった状態で得られた生体計測特徴量の多数のデータが収集され、統計的な分析方法を用いて、生体状態と相関の高い生体計測特徴量の探索と、その相関の高い生体計測特徴量と生体状態との相関関係又は対応関係の決定が為される。そして、実際の生体状態の推定に於いては、被検者に於ける計測値から得られた(生体状態との相関の高い)生体計測特徴量を変数パラメータとして参照して、前記の予め得られた生体計測特徴量と生体状態の相関関係を用いて、そのときの生体計測特徴量に対応する生体状態がそのときの生体状態であると推定されることとなる(以下、特に断らない限り、「生体計測特徴量」というときには、生体状態と相関の高い生体計測特徴量を指すものとする。)。   Psychological or physiological states (biological states) related to various emotions and consciousness caused by human brain and nerve activities, such as concentration, stress, tension, rest, awakening, sleepiness, sleep, etc. It is also reflected in the physical state of the brain, for example, heart rate, respiration, body temperature, skin potential, blink, blood pressure, blood flow, blood oxygen concentration (light transmittance), electroencephalogram and the like. Therefore, in recent years, the measurement of the physical state as described above obtained by physical measurement such as pressure, potential, current or optical measurement in the field of the detection or estimation technique of the human biological state as described above. Attempts have been made to estimate the biological state as described above using a value or its characteristics (frequency characteristics, waveform characteristics, etc. of measured values). In the case of estimation of a biological state based on such a physical measurement value of the living body or an index value of the characteristic thereof (hereinafter, generally referred to as “biological measurement feature amount”), typically, the state in which the biological state is known first. A large amount of data of biometric features obtained in step 1 is collected, and a statistical analysis method is used to search for biometric features that are highly correlated with the biological state, and biometric features and biological states that are highly correlated And the correlation or correspondence is determined. Then, in the estimation of the actual biological state, the above-mentioned pre-obtained value is obtained by referring to the biological measurement feature amount (highly correlated with the biological state) obtained from the measurement value in the subject as a variable parameter. It is estimated that the biological state corresponding to the biological measurement feature at that time is the biological state at that time using the correlation between the measured biological characteristic and the biological state (hereinafter, unless otherwise specified) , "Biometric measurement feature value" refers to a biometric feature value having a high correlation with the biological state.)

上記の如き生体計測特徴量による生体状態の推定に於いて、特に問題となるのは、生体計測特徴量と生体状態との相関関係が個人差や個人内差(日内変動や季節変動など)によって変化してしまうことが多いという点である。即ち、或る状況下にて収集された生体計測特徴量のデータ群を用いて決定された生体計測特徴量と生体状態との相関関係は、他の状況下(別の個人、同一個人の別の時間帯や季節)でそのまま成立しているとは限らず、従って、或る状況下に於ける相関関係を、そのまま、別の状況下に於ける生体状態の推定に利用することは一般には困難である(そのまま利用すると、推定精度の低下、誤推定となり得る。)。そこで、従前より、状況の変化、即ち、個人差や個人内差を考慮して、生体計測特徴量と生体状態との相関関係の決定や実際の生体計測特徴量による生体状態の推定を行う手法が種々提案されている。   In the estimation of the biological state based on the above-described biological measurement features, the particular problem is that the correlation between the biological measurement features and the biological state depends on individual differences or individual differences (daily fluctuations, seasonal fluctuations, etc.). The point is that it often changes. That is, the correlation between the biometric feature quantity and the biometric state determined using the biometric feature quantity data collected in a certain situation is different in other situations (different individuals, Therefore, it is not always possible to use the correlation in one situation as it is to estimate the biological state in another situation. It is difficult (if it is used as it is, it may result in a decrease in estimation accuracy or erroneous estimation) Therefore, from the past, taking into account changes in the situation, i.e., individual differences and individual differences, a method for determining the correlation between biometric features and biological states and estimating biological states based on actual biometric features Various proposals have been made.

例えば、特許文献1に於いては、被検者の心拍データから得られる特徴量(心拍特徴量)の或る時間幅(参照時間幅)に於けるゆらぎから被検者の眠気の程度を推定する装置に於いて、被検者毎に、ゆらぎの算出のための参照時間幅を心拍特徴量の周波数スペクトルを用いて決定し、個体差による推定誤差を抑制する手法が提案されている。また、特許文献2に於いては、車両の運転者の顔面の撮影画像にて検出される目の瞬きの時間の長さに基づいて決定される指標値から運転者の覚醒度(覚醒の程度)を推定する装置に於いて、運転者の概日リズムによる瞬き時間の長さの変動による影響が低減されるように、概日リズムに対応する心拍変動の計測値に基づいて補正された指標値を覚醒度推定に用いることが提案されている。更に、特許文献3に於いて、被検者の健康状態に関わる体重や血圧などの生体計測特徴量から被検者が健常であるか否かを判定する装置であって、過去の生体計測特徴量のデータの発生頻度分布に於いて算定される現在の生体計測特徴量の発生確率の大きさから健常であるか否かの判定を行う場合に、一日を複数の時間帯に区分し、現在の生体計測特徴量の発生確率を、区分された時間帯毎に生成された過去の生体計測特徴量のデータの発生頻度分布を用いて決定し、これにより、判定に於ける、生体計測特徴量と被検者の健康状態との相関関係の一日に於ける時間帯による変動の影響を低減する試みが記載されている。そして、特許文献4には、ユーザが身につけたセンサのデータの統計からユーザの状態が平常であるか否かの閾値判定を行うシステムに於いて、閾値を、予め蓄積されたデータ群を時間区間に分割し、区間毎のデータ群の統計的な処理によって決定する場合に、時間区間の分割に際して、区間毎のデータ群の平均値と分散のばらつきが最も小さくなるように分割の際の時間幅と区間の起点を決定すること(センサデータの統計値の再現性が最も高くなるように、データ群の時間区間分割を実行することに相当する。)が提案されている。   For example, in Patent Document 1, the degree of sleepiness of a subject is estimated from fluctuation in a certain time width (reference time width) of a feature amount (heart rate feature amount) obtained from the heartbeat data of the subject. In this apparatus, a method for determining a reference time width for fluctuation calculation for each subject using a frequency spectrum of a heartbeat feature amount and suppressing an estimation error due to individual differences has been proposed. In Patent Document 2, the driver's arousal level (degree of arousal) is determined from an index value determined based on the length of eye blink time detected in a photographed image of the driver's face of the vehicle. ), The index corrected based on the measured heart rate variability corresponding to the circadian rhythm so that the influence of the fluctuation of the blink time due to the circadian rhythm of the driver is reduced. It has been proposed to use values for arousal level estimation. Furthermore, in Patent Document 3, an apparatus for determining whether or not a subject is healthy based on biological measurement features such as weight and blood pressure related to the health condition of the subject, the past biological measurement features When judging whether or not it is healthy from the magnitude of the occurrence probability of the current biometric feature calculated in the frequency distribution of the quantity data, the day is divided into a plurality of time zones, The occurrence probability of the current biometric feature amount is determined using the occurrence frequency distribution of the past biometric feature amount data generated for each divided time zone, and thereby the biometric feature in the determination An attempt is made to reduce the influence of time-dependent fluctuations in a day on the correlation between the quantity and the health condition of the subject. In Patent Document 4, in a system for performing a threshold determination as to whether or not a user's state is normal based on statistics of sensor data worn by the user, a threshold value is stored as a pre-stored data group. When dividing into sections and determining by statistical processing of the data group for each section, when dividing the time section, the time for the division so that the dispersion of the average value and variance of the data group for each section is minimized It has been proposed to determine the width and the starting point of the section (corresponding to performing the time section division of the data group so that the reproducibility of the statistical value of the sensor data is maximized).

特開2010−131061JP2010-131061 特開2008−186263JP2008-186263 特開2010−152658JP 2010-152658 A 特開2010−238105JP 2010-238105 A

ところで、上記の如き生体計測特徴量と生体状態との相関関係の変動の要因の一つは、生体計測特徴量が、推定又は判定の対象となる生体状態の変化とは別に、被検者の状況(日内変動や季節変動など)によって変動してしまうことである。例えば、上記に列記された心拍、呼吸、その他の物理的に計測可能な状態は、観測の対象となる生体状態の変化によらず、一日の時間帯によって変動することが知られている。そこで、生体計測特徴量と生体状態との相関関係の決定及び実際の推定に於いては、被検者の状況の変化による生体計測特徴量に於ける変化が排除されるように、生体計測特徴量の統計的な正規化が行われ、その正規化された生体計測特徴量(正規化生体計測特徴量)が変数パラメータとして採用される。かかる生体計測特徴量の正規化とは、端的に述べれば、互いに異なる頻度分布にて発生する複数のデータ群(即ち、互いに異なる状況で得られたデータ群)について、それらの発生頻度分布の高さと幅とを揃える処理であり、正規化された生体計測特徴量の算出には、生体計測特徴量の過去データの平均値、標準偏差などの統計値を用いた演算が行われる。そして、かくして算出された或る正規化生体計測特徴量に対しては、被検者の状況によらずに或る一つの生体状態が対応づけられることとなる。(後述の実施形態の例の如く、典型的には、正規化生体計測特徴量は、複数の要素を有するベクトルとして与えられる。その場合、或る一つの正規化生体計測特徴量のベクトルに対して或る一つの生体状態が対応づけられる。)   By the way, one of the causes of the change in the correlation between the biological measurement feature amount and the biological state as described above is that the biological measurement feature amount is different from the change of the biological state to be estimated or determined. It changes depending on the situation (daily fluctuations, seasonal fluctuations, etc.). For example, it is known that the heartbeat, respiration, and other physically measurable states listed above vary depending on the time zone of the day, regardless of changes in the biological state to be observed. Therefore, in the determination of the correlation between the biometric feature quantity and the biological state and the actual estimation, the biometric feature is excluded so that the change in the biometric feature quantity due to the change in the condition of the subject is excluded. The quantity is statistically normalized, and the normalized biometric feature quantity (normalized biometric feature quantity) is adopted as a variable parameter. In short, normalization of such biometric feature amounts means that a plurality of data groups generated in different frequency distributions (that is, data groups obtained in different situations) have a high occurrence frequency distribution. In order to calculate the normalized biometric feature quantity, a calculation using a statistical value such as an average value or standard deviation of past data of the biometric feature quantity is performed. A certain normalized biological measurement feature value thus calculated is associated with a certain biological condition regardless of the condition of the subject. (As in the example of the embodiment described later, typically, the normalized biometric feature quantity is given as a vector having a plurality of elements. In that case, for one normalized biometric feature quantity vector, A certain biological state is associated with it.)

上記の生体計測特徴量の正規化に関して、正規化演算のための統計値の算出に用いられる生体計測特徴量の過去のデータ群は、理想的には全て同じ状況で検出又は計測されたデータ群から得られることが好ましく、また、そのデータ数は、統計的に有意なデータ数である必要がある。しかしながら、現実的に、例えば、統計的に有意な程度の数のデータを全く同じ状況下で、例えば、或る特定の時刻に於いて、収集することは非常に困難であるので、実際には、或る特定の状況下のためのデータの統計値は、その特定の状況に近い状況で得られたデータ群を用いて算出される。具体的には、或る特定の時刻のデータの正規化のための統計値は、その時刻を含む適当な時間幅で得られたデータ群を用いて算出される。例えば、午前11時のための統計値は、過去数日間に亘る午前10時〜午前12時の範囲のデータを用いて算出される。   Regarding the normalization of the above-mentioned biometric feature quantity, the past data group of the biometric feature quantity used for calculating the statistical value for the normalization calculation is ideally a data group that is all detected or measured in the same situation And the number of data needs to be a statistically significant number of data. However, in practice, for example, it is very difficult to collect a statistically significant number of data under exactly the same circumstances, for example at a certain time, so in practice The statistical value of data for a specific situation is calculated using a data group obtained in a situation close to the specific situation. Specifically, a statistical value for normalization of data at a specific time is calculated using a data group obtained with an appropriate time width including the time. For example, the statistical value for 11:00 am is calculated using data in the range of 10:00 am to 12:00 am over the past several days.

この点に関し、或る特定の時刻の生体計測特徴量の正規化のための統計値算出のためのデータ群の時間範囲の幅を広く設定することは、統計値算出に用いられるデータ数が多くなり、統計値の有意性を向上する点で好ましいところ、かかる時間範囲の幅が広過ぎると、演算に含まれるデータ群に、特定の時刻の状況と異なる状況のデータが多く含まれることとなり、精度の低下が惹起される可能性が生ずる。また、実際の被検者に於ける計測に於いて、被検者の状況の変化のし易さは、時刻又は時間帯によって異なるので、或る幅の時間範囲に含まれるデータ群に於ける生体計測特徴量の変化の程度も、時刻又は時間帯によって異なることとなる。例えば、一般には、被検者の状況や生体計測特徴量の変化は、夜間、被検者が就寝していることが多い時間帯では少ないのに対し、日中、被検者が活動していることが多い時間帯では大きくなる。即ち、この場合、日中の時間帯のデータ群には、夜間の時間帯のデータ群に比して、特定の時刻の状況と異なる状況のデータが含まれている可能性が高くなる。従って、正規化のための統計値の算出で用いられるデータ群の時間幅は、被検者の状況や生体計測特徴量の変化のし易さに応じて設定されることが好ましい。上記の知見は、本発明に於いて利用される。   In this regard, setting the width of the time range of the data group for calculating the statistical value for normalization of the biometric feature quantity at a specific time increases the number of data used for calculating the statistical value. Therefore, it is preferable in terms of improving the significance of the statistical value, and if the time range is too wide, the data group included in the calculation will include a lot of data that is different from the situation at a specific time, There is a possibility that a decrease in accuracy is caused. Moreover, in the measurement in the actual subject, the ease of change of the subject's situation varies depending on the time or the time zone, so in the data group included in a certain time range. The degree of change in the biometric feature amount also varies depending on the time or time zone. For example, in general, changes in the subject's situation and biometric features are small at night when the subject is often asleep, whereas the subject is active during the day. It becomes large in the time zone that is often. That is, in this case, there is a high possibility that the data group in the daytime time zone includes data in a situation different from the situation at the specific time as compared with the data group in the nighttime time zone. Therefore, it is preferable that the time width of the data group used in the calculation of the statistical value for normalization is set according to the condition of the subject and the ease of change of the biometric feature quantity. The above findings are utilized in the present invention.

かくして、本発明の一つの課題は、正規化された生体計測特徴量を用いて被検者の生体状態を推定する技術に於いて、生体計測特徴量の正規化のための統計値の算出の際に用いられるデータ群の時間範囲幅を被検者の状況や生体計測特徴量の変化のし易さに応じて設定して、正規化のための統計値に於ける被検者の状況や生体計測特徴量の変化のし易さの影響を抑制することである。   Thus, one object of the present invention is to calculate statistical values for normalizing biometric feature quantities in the technique for estimating the biological state of a subject using normalized biometric feature quantities. The time range width of the data group used in the process is set according to the condition of the subject and the ease of change of the biometric feature, and the condition of the subject in the statistical value for normalization This is to suppress the influence of the ease of changing the biometric feature quantity.

本発明によれば、上記の課題は、被検者の生体状態を推定する装置であって、被検者の生体計測特徴量を取得する生体計測特徴量取得部と、生体計測特徴量を正規化して正規化生体計測特徴量を算出する生体計測特徴量正規化部と、かかる正規化生体計測特徴量に基づいて推定される被検者の生体状態を決定する推定生体状態決定部とを含み、生体計測特徴量正規化部が、被検者の過去の生体計測特徴量の群又は生体計測特徴量の決定に用いられる計測データの群を記憶するデータ記憶部と、設定された時間範囲内の記憶された過去の生体計測特徴量の群又は計測データの群を用いて生体計測特徴量の正規化の演算に用いる統計値を算出する正規化用統計値算出部と、かかる統計値を用いて生体計測特徴量から正規化生体計測特徴量を算出する正規化生体計測特徴量算出部とを含み、正規化用統計値算出部に於いて、前記の統計値の算出に用いられる記憶された過去の生体計測特徴量の群又は計測データの群の時間範囲の幅の設定に於いて、過去の生体計測特徴量の変化が大きい時間帯に於ける前記の時間範囲の幅が、過去の生体計測特徴量の変化が小さい時間帯に於ける前記の時間範囲の幅よりも短く設定される装置によって達成される。   According to the present invention, the above-described problem is an apparatus for estimating a biological state of a subject, a biological measurement feature acquisition unit that acquires the biological measurement feature of the subject, and normalizing the biological measurement feature A biometric feature normalization unit that calculates the normalized biometric feature value and an estimated biological state determination unit that determines the biological state of the subject estimated based on the normalized biometric feature value A biometric feature normalization unit that stores a group of past biometric features of the subject or a group of measurement data used for determination of the biometric feature, and within a set time range A normalization statistical value calculation unit that calculates a statistical value used for normalization of the biometric feature value using the stored past biometric feature value group or measurement data group, and using the statistical value To calculate normalized biometric features from biometric features A normalized biometric feature value calculation unit, and a normalization statistical value calculation unit that stores a group of past biometric feature values or measurement data groups used to calculate the statistical value. In the setting of the range width, the width of the time range in the time zone in which the change in the past biometric feature amount is large is the time in the time zone in which the change in the past biometric feature amount is small. This is achieved by a device that is set shorter than the width of the range.

上記の構成に於いて、「被検者の生体状態」とは、既に触れた如く、集中、ストレス、緊張、安静、覚醒、眠気、睡眠などの人の脳や神経の活動により生じる種々の感情や意識に関わる心理的な又は生理的な状態であってよく(これらのうちのいずれかであってよい。)、「生体計測特徴量」とは、被検者に於ける心拍、呼吸、体温、皮膚電位、瞬き、血圧、血流量、血中酸素濃度(光の透過率)、脳波等の計測データ又はその周波数特性、波形特性などの特徴を表す指標値であって、生体状態との相関の高いものであり、計測データは、圧力、電位、電流又は光計測などの物理的なセンサを用いて計測される計測値である。また、生体計測特徴量の「正規化」は、本発明の装置に於いては、互いに異なる時間帯の計測データから得られる生体計測特徴量の群に於いて、互いに異なる時間帯の生体計測特徴量の群の間に於ける値の発生頻度分布が互いに実質的に同様となるように生体計測特徴量を補正して、計測の時間帯による生体計測特徴量の変動ができるだけ排除された(生体状態の決定のために用いられる)変数パラメータとなる正規化生体計測特徴量を算出する処理である。   In the above configuration, the “subject's biological state” means various emotions caused by human brain and nerve activities such as concentration, stress, tension, rest, awakening, sleepiness, and sleep, as already mentioned. Or a psychological or physiological state related to consciousness (which may be any one of them), and “biometric feature” refers to heart rate, respiration, and body temperature in a subject. , Skin potential, blink, blood pressure, blood flow, blood oxygen concentration (light transmittance), measurement data such as electroencephalogram, etc., or index values representing characteristics such as frequency characteristics, waveform characteristics, etc., and correlation with a biological state The measurement data is a measurement value measured using a physical sensor such as pressure, potential, current, or optical measurement. In addition, in the apparatus of the present invention, “normalization” of the biometric feature amount is a biometric feature in a different time zone in a group of biometric feature amounts obtained from measurement data in different time zones. The biometric feature values are corrected so that the occurrence frequency distribution of the values among the groups of quantities is substantially similar to each other, so that fluctuations in the biometric feature values due to the measurement time zone are eliminated as much as possible (biological This is a process of calculating a normalized biometric feature value that is a variable parameter (used for determining the state).

そして、上記の本発明の構成に於いては、上記の生体計測特徴量の正規化に際しては、生体計測特徴量の過去の、設定された時間範囲内のデータを用いて算出された統計値、より具体的には、平均値、標準偏差値又は分散値などが用いられるところ、かかる統計値の算出のために利用するデータの属する時間範囲の幅が、上記の如く、生体計測特徴量の変化の程度の大きさに応じて設定されることとなる。かかる構成によれば、生体計測特徴量の過去データに於ける変化が大きい時間帯、即ち、被検者の状況の変化が大きい時間帯については、正規化のための統計値の演算に於いて用いられる過去データの時間範囲の幅が狭く設定され、これにより、かかる過去データの群に含まれる被検者の状況の変化に起因する変動が小さくなり、計測の時間帯による被検者の状況の変化に起因する統計値に於ける精度の低下の抑制が期待される。一方、生体計測特徴量の過去データに於ける変化が小さい時間帯、即ち、被検者の状況の変化が小さい時間帯については、統計値の演算に於いて用いられる過去データの時間範囲の幅が広く取られることとなるので、判定の対象となる計測時点から時間に於いて離れた時点の過去データを使用する頻度が低減し、これにより、被検者の状況の変化が小さい状態にて、より多くのデータを用いることができ、より統計的に精度の高い統計値を利用することができるようになる。   In the configuration of the present invention, when normalizing the biometric feature amount, a statistical value calculated using data within a set time range in the past of the biometric feature amount, More specifically, when an average value, standard deviation value, variance value, or the like is used, the width of the time range to which the data used for calculation of the statistical value belongs changes as described above. It will be set according to the magnitude of the degree. According to such a configuration, in the calculation of statistical values for normalization, in the time zone in which the change in the past data of the biometric feature amount is large, that is, in the time zone in which the change in the condition of the subject is large. The time range of past data used is set to be narrow, thereby reducing fluctuations caused by changes in the subject's situation included in the group of past data, and the subject's situation according to the measurement time zone It is expected to suppress the decrease in accuracy in the statistical value due to the change in the value. On the other hand, for time zones where changes in biometric feature values in the past data are small, that is, time zones where changes in the condition of the subject are small, the width of the time range of past data used in the calculation of statistical values Therefore, the frequency of using past data at a point in time away from the measurement point that is the object of determination is reduced, so that the change in the condition of the subject is small More data can be used, and statistical values with higher statistical accuracy can be used.

実施の形態に於いて、正規化のための統計値の演算に於いて用いられる過去データは、正規化される生体計測特徴量の計測データの計測時刻を含む時間範囲の前日以前の同じ時刻を含む時間範囲のデータであってよい。統計値の演算に使用する過去データの数は、統計的に有意な数を満たすべく、過去データを収集する時間範囲の幅に応じて遡る日数が増大されることとなる。その場合、過去データの計測時点が正規化される生体計測特徴量の計測データの計測時刻から離れるほど、被検者の状況が変化している可能性が高くなる。そこで、そのような被検者の状況が変化しているデータの、統計値演算に於ける寄与を低減するために、かかる統計値の算出は、過去データの重みつき総和演算により実行し、その際、過去データの計測時点が正規化される生体計測特徴量の計測データの計測時刻から離れるほど、その過去データの重みが低減されるようになっていてよい。また、統計値の演算に於いて用いられる過去データの時間範囲の幅の設定は、過去のデータに於ける生体計測特徴量の変化を参照して予め適宜決定されてよい。具体的な時間範囲は、一つの態様に於いては、生体計測特徴量の変化の大きさに対応した幅となるように、その起点と終点とを決定することにより設定されてよい。また、別の態様に於いて、統計値演算の際に過去データに付与される重み関数は、典型的には、正規化される生体計測特徴量の計測データの計測時刻から離れるほど小さくなる釣鐘状の関数であるので、時間範囲の幅は、任意に設定された幅の時間範囲内に於いて、重み関数の釣鐘形状の幅の増減により調整されてもよい。即ち、その場合、設定されるべき幅が狭くなるほど、過去データに付与される重み関数の時間方向の幅が小さな値に設定されることとなる。   In the embodiment, the past data used in the calculation of the statistical value for normalization is the same time before the previous day of the time range including the measurement time of the measurement data of the biometric feature value to be normalized. It may be data of a time range including. In order to satisfy the statistically significant number of the past data used for calculating the statistical value, the number of days going back is increased according to the width of the time range in which the past data is collected. In that case, the possibility that the condition of the subject has changed increases as the measurement time of the past data becomes farther from the measurement time of the measurement data of the biometric feature quantity to be normalized. Therefore, in order to reduce the contribution of the data in which the condition of the subject is changing in the statistical value calculation, the calculation of the statistical value is performed by the weighted sum calculation of the past data. At this time, the weight of the past data may be reduced as the measurement time of the past data is further away from the measurement time of the measurement data of the biometric feature quantity to be normalized. Further, the setting of the time range width of past data used in the calculation of statistical values may be appropriately determined in advance by referring to the change in the biometric feature amount in the past data. In one aspect, the specific time range may be set by determining the starting point and the ending point so as to have a width corresponding to the magnitude of the change in the biometric feature quantity. In another aspect, the weight function assigned to the past data in the statistical value calculation is typically a small bell that becomes smaller as the measurement time of the measurement data of the biometric feature quantity to be normalized becomes farther away. Thus, the width of the time range may be adjusted by increasing or decreasing the bell-shaped width of the weight function within the time range of the arbitrarily set width. That is, in this case, the width in the time direction of the weight function assigned to the past data is set to a smaller value as the width to be set becomes narrower.

かくして、上記の本発明によれば、被検者の生体状態の推定のための生体計測特徴量の正規化に際して利用される生体計測特徴量の過去データの統計値の算出に於いて、その算出に於いて用いられる過去データの属する時間範囲の幅の広狭が、被検者の状況の変化の程度に応じて適宜設定されることとなる。かかる構成によれば、或る時刻の統計値を与える過去データの群に於いて(特に、状況の変化が激しい時間帯のデータに於いて)、異なる状況下で計測されたデータが含まれる可能性が低減されることとなり、統計値の精度又は信頼性の向上が期待されることとなる。   Thus, according to the present invention described above, in the calculation of the statistical value of the past data of the biometric feature used for normalizing the biometric feature for estimating the biological state of the subject, the calculation The width of the time range to which the past data used in the field belongs is appropriately set according to the degree of change in the condition of the subject. According to such a configuration, in a group of past data that gives a statistical value at a certain time (particularly, data in a time zone in which the situation changes rapidly), data measured under different situations can be included. Therefore, the accuracy or reliability of statistical values is expected to be improved.

本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。   Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the present invention.

図1(A)は、本発明が適用される被検者の生体状態を推定する装置(生体状態推定装置)の例の一つとして、心拍情報から被検者が集中状態か安静状態かのいずれであるかを推定する装置(集中状態推定装置)の構成をブロック図の形式で表した図である。図1(B)は、記憶部に逐次的に記憶される、計測時刻と計測された心拍情報から得られた心拍特徴量とのデータを表形式にて示した図である。図1(C)は、本発明による集中−安静状態推定装置の作動の概要をフローチャートの形式にて示した図である。FIG. 1A shows an example of an apparatus (biological condition estimation apparatus) that estimates the biological state of a subject to which the present invention is applied, whether the subject is in a concentrated state or a resting state based on heartbeat information. It is the figure which represented the structure of the apparatus (concentration state estimation apparatus) which estimates which it is in the format of a block diagram. FIG. 1B is a diagram showing, in a tabular form, data of the measurement time and the heart rate feature amount obtained from the measured heart rate information, which are sequentially stored in the storage unit. FIG. 1C is a diagram showing an outline of the operation of the concentration-rest state estimation device according to the present invention in the form of a flowchart. 図2は、一日の時刻による心拍特徴量の変動を模式的に表した図である。図中、各プロットが各時刻での心拍特徴量の値であり、太実線が集中状態と安静状態との境界の日内変動であり、細点線は、各時刻での心拍特徴量の発生頻度分布を表している。時間ウィンドウは、心拍特徴量の正規化のための正規化パラメータの算出の際に参照する過去データの取得時間の範囲を示している。FIG. 2 is a diagram schematically showing the fluctuation of the heart rate feature amount according to the time of the day. In the figure, each plot is the value of the heart rate feature value at each time, the thick solid line is the daily fluctuation of the boundary between the concentrated state and the rest state, and the thin dotted line is the frequency distribution of the heart rate feature value at each time Represents. The time window indicates a range of acquisition time of past data that is referred to when calculating a normalization parameter for normalizing the heartbeat feature amount. 図3は、心拍特徴量の実測データの例を示している。図中、Xは、被検者の歩行などの運動によって心拍の情報が一時的に変化したと推定される点である。時間ウィンドウa-gは、それぞれ、矢印の時点に於ける正規化パラメータを算出する際に用いられる過去データの時間幅である。FIG. 3 shows an example of the actual measurement data of the heartbeat feature amount. In the figure, X is a point where it is estimated that the heartbeat information has temporarily changed due to exercise such as walking of the subject. Each of the time windows a to g is a time width of past data used when calculating the normalization parameter at the time indicated by the arrow. 図4(A)は、心拍特徴量の正規化のための正規化パラメータのために利用される過去データの検索処理から正規化パラメータの算出処理までをフローチャートの形式にて示した図である。図4(B)は、図4(A)の処理に於けるウィンドウ幅設定処理をフローチャートの形式にて示しており、図4(C)は、その際に参照されるテーブルを示している。FIG. 4A is a diagram showing, in the form of a flowchart, a process from a search process of past data used for a normalization parameter for normalizing a heartbeat feature value to a calculation process of a normalization parameter. FIG. 4B shows a window width setting process in the process of FIG. 4A in the form of a flowchart, and FIG. 4C shows a table referred to at that time. 図5は、図4(A)の処理に於けるはずれ値の除去処理をフローチャートの形式にて示している。FIG. 5 shows the outlier removal processing in the processing of FIG. 4A in the form of a flowchart. 図6は、図4(A)の処理に於ける正規化パラメータの算出処理に於いて参照される過去データの保管状況の例と、正規化パラメータの算出時に過去データに付与される重みの大きさの変化が示されている。(A)は、過去数日間の過去データを正規化パラメータの算出処理に用いる例を示しており、(B)は、前年以前の同日同時刻の過去データを正規化パラメータの算出処理に用いる例を示している。図6(A)に於いて、ハッチングされた領域は、データが存在する領域を示している。FIG. 6 shows an example of the storage status of past data referred to in the normalization parameter calculation processing in the processing of FIG. 4A, and the weight given to the past data when normalization parameters are calculated. The change in length is shown. (A) shows an example of using past data for the past several days for normalization parameter calculation processing, and (B) shows an example of using past data for the same day and the same time before the previous year for normalization parameter calculation processing. Is shown. In FIG. 6A, the hatched area indicates an area where data exists. 図7は、心拍特徴量により推定される集中状態の結果の例を示している。比較のため、かかる推定時に於ける脳波のθ波含有率と脳波に基づく判定結果も示されている。FIG. 7 shows an example of the result of the concentration state estimated from the heartbeat feature amount. For comparison, the determination result based on the θ wave content rate of the electroencephalogram and the electroencephalogram at the time of the estimation is also shown.

10…携帯通信端末
12…心拍センサ
20…ネットワーク
30…サーバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Mobile communication terminal 12 ... Heart rate sensor 20 ... Network 30 ... Server

上記の本発明による被検者の生体状態を推定する装置の構成は、例えば、生体状態の例として、被検者(人間)が一つのことに集中した状態(以下、「集中状態」と称する。)と集中していない状態(以下、「安静状態」と称する。)とのいずれであるかをその被検者の心拍情報から推定する装置(以下、「集中状態推定装置」と称する。)に於いて適用可能である。そこで、以下、本発明の実施形態の一つの例として、心拍情報による被検者の集中状態推定装置について説明する。   The configuration of the apparatus for estimating the biological state of the subject according to the present invention described above is, for example, a state in which the subject (human) is concentrated on one as an example of the biological state (hereinafter referred to as “concentrated state”). .) And an unconcentrated state (hereinafter referred to as “rest state”) from the heart rate information of the subject (hereinafter referred to as “concentrated state estimation device”). Is applicable. Therefore, hereinafter, as an example of the embodiment of the present invention, a subject concentration state estimation apparatus based on heartbeat information will be described.

人間の集中状態の判定について
人間の脳波のうち、4〜8Hzの帯域は、一般的には、θ波と呼ばれ、眠気を催したときに発生することが知られているところ、更に、人間が、例えば、パソコンの操作や計算などの何らかの一つのことに集中した状態にある場合には、その人間の前頭部から計測される脳波に於いて、Fmθ波と呼ばれる特徴的な成分も発生することが知られている。従って、人間が集中した状態にあるか否か(集中した状態にあるか又は集中せずにリラックス又は安静にしているかの状態にあるか)は、脳波中のθ波パワー又は含有率(以下、単に「θ波量」と称する。)を参照することにより判定可能である。また、人間が集中状態にあるか否かは、脳波の他に、心拍、呼吸、皮膚電位又はその他の物理的に簡易に計測可能な生理指標にも反映される。そこで、脳波による判定ではなく、上記の如き簡易に計測可能な生理指標を用いて、人間が集中状態にあるか否かを推定することが試みられている。例えば、心拍情報を用いた人間が集中状態にあるか否かの推定に於いては(他の簡易に計測可能な生理指標の場合も同様である。)、まず、複数の被検者に集中するタスクと安静するタスクを統制された条件下にて実行させながら、被検者の心拍と脳波の計測が実行される。その後、例えば、2次判別分析等を統計分析の手法を用いて、脳波中のθ波量に基づいて決定される被検者の状態(ここでは、集中状態にあるか安静状態にあるかのいずれか)を正解値として参照して、心拍の計測値に於いて被検者の状態と相関の高いn個(nは、1以上の整数)の心拍特徴量(生体計測特徴量)が探索される。そして、これとともに、かかる高相関のn個の心拍特徴量を変数とするn次元空間に於いて、θ波量により決定される被検者の状態に対応付けられた心拍特徴量の点群を分布させ、心拍特徴量の空間に於ける被検者の集中状態に対応付けられた点群と安静状態に対応付けられた点群の領域が画定される。かかる高相関の心拍特徴量の空間に於ける集中状態領域と安静状態領域の分布が、心拍情報と被検者の状態との相関関係を表しているということでき、これにより、或る被検者の心拍特徴量が得られると、心拍特徴量空間に於いて、得られた心拍特徴量の点が、集中状態の領域と安静状態の領域のいずれに存在しているかを判定することによって、被検者の状態の推定が為されることとなる。
Regarding determination of human concentration state Among the human brain waves, the band of 4 to 8 Hz is generally called a θ wave and is known to occur when drowsiness occurs. However, for example, when a person concentrates on something such as computer operation or computation, a characteristic component called Fmθ wave is also generated in the brain waves measured from the human frontal region. It is known to do. Therefore, whether or not a person is in a concentrated state (whether they are in a concentrated state or in a state of being relaxed or resting without concentrating) depends on the θ wave power or content (hereinafter, It can be determined by simply referring to “the amount of θ wave”. Further, whether or not a person is in a concentrated state is reflected on heartbeat, respiration, skin potential, or other physiological indicators that can be measured physically and easily, in addition to brain waves. Therefore, it has been attempted to estimate whether or not a person is in a concentrated state using a physiological index that can be easily measured as described above, instead of determination based on an electroencephalogram. For example, in estimating whether or not a person is in a concentrated state using heart rate information (the same applies to other physiological indicators that can be easily measured), first, focus on a plurality of subjects. The subject's heart rate and electroencephalogram are measured while the task to perform and the task to rest are executed under controlled conditions. Then, for example, using a method of statistical analysis such as secondary discriminant analysis, the state of the subject determined based on the amount of θ wave in the electroencephalogram (in this case, whether it is in a concentrated state or in a resting state) Any one) is referred to as a correct answer value, and n heartbeat feature values (biometric measurement feature values) having a high correlation with the state of the subject in the heartbeat measurement values are searched. Is done. Along with this, in an n-dimensional space with n highly correlated heart rate features as variables, a point group of heart rate features associated with the state of the subject determined by the θ wave amount is obtained. A point cloud region associated with the concentration state of the subject and a point cloud region associated with the resting state in the space of the heart rate feature amount is defined. It can be said that the distribution of the concentration state region and the resting state region in the space of the highly correlated heart rate feature amount represents the correlation between the heart rate information and the state of the subject. When the person's heart rate feature amount is obtained, by determining whether the point of the obtained heart rate feature amount exists in the concentration state region or the rest state region in the heart rate feature amount space, The state of the subject will be estimated.

なお、上記の如き心拍特徴量と被検者の状態との相関関係に関して、心拍特徴量の発生頻度の分布には、個人差があり、又、同一人物であっても日内変動や季節変動などがあるので(図2参照)、被検者が集中状態にあるか否かとは別に、計測条件によって、相関関係(即ち、心拍特徴量空間に於ける集中状態の領域と安静状態の領域の分布の位置や大きさ)が変動し得る。そこで、心拍特徴量と被検者の状態との相関関係の決定に際しては、心拍特徴量の発生頻度の分布が、計測条件によらず、一様となるように、心拍特徴量の正規化が実行され、かかる正規化心拍特徴量と被検者の状態との相関関係が決定されることとなる。図7は、上記に説明された正規化心拍特徴量を使用して、被検者の集中状態にあるか否かの判定を行った場合の例をθ波含有率の計測とともに示している。同図を参照して、θ波含有率が境界値を上回ったとき、被検者が集中状態にあると判定されるのに、ほぼ対応して、心拍特徴量を用いて推定が為されていることが理解されるであろう。心拍特徴量の正規化の詳細については後述する。   Regarding the correlation between the heart rate feature amount and the condition of the subject as described above, the distribution of the frequency of occurrence of the heart rate feature amount varies among individuals. (See FIG. 2), depending on whether the subject is in a concentrated state or not, depending on the measurement conditions, there is a correlation (that is, the distribution of the concentrated state region and the resting region in the heart rate feature space). (Position and size) can vary. Therefore, when determining the correlation between the heart rate feature quantity and the condition of the subject, normalization of the heart rate feature quantity is performed so that the distribution of the occurrence frequency of the heart rate feature quantity is uniform regardless of the measurement conditions. This is executed, and the correlation between the normalized heartbeat feature and the state of the subject is determined. FIG. 7 shows an example in which it is determined whether or not the subject is in a concentrated state using the normalized heart rate feature amount described above, together with the measurement of the θ wave content rate. Referring to the figure, when the θ wave content rate exceeds the boundary value, it is determined that the subject is in a concentrated state, and the estimation is performed using the heartbeat feature amount almost correspondingly. It will be understood that Details of normalization of the heartbeat feature amount will be described later.

装置の構成
図1(A)を参照して、本実施形態のシステムの具体的な構成に於いては、端的に述べれば、被検者(使用者)に装着された心拍センサ12にて得られた心拍情報を無線通信により被検者が携帯するスマートフォンなどの携帯通信端末10に送信し、携帯通信端末10に於いて、心拍情報から、被検者の集中状態に相関があることが確認された心拍特徴量が抽出され、その心拍特徴量を参照して、予め決定された相関関係を用いて現在の又は心拍特徴量の計測時の被検者の推定される状態(以下、「推定状態」と称する。)が判定される。また、携帯通信端末10は、公衆通信回線又はその他の任意の通信回線を通じてネットワーク20上のサーバ30と通信可能な状態となっており、計測された心拍情報、心拍特徴量及び/又は推定状態が携帯通信端末10からサーバ30内の記憶部32に保管される一方、サーバ30に於いては、保管された情報を用いて、推定状態の判定に際して実行される「心拍特徴量の正規化」に必要な正規化パラメータが算出され、算出された正規化パラメータは、ネットワーク20を通じて、携帯通信端末10にて受信され、心拍特徴量の正規化に利用される。
Referring to block diagram of apparatus 1 (A), it is at the specific configuration of the system of the present embodiment, Stated in short, resulting in heartbeat sensor 12 attached to the subject (user) The obtained heart rate information is transmitted to the mobile communication terminal 10 such as a smartphone carried by the subject by wireless communication, and the mobile communication terminal 10 confirms that the concentration state of the subject is correlated from the heart rate information. The detected heart rate feature amount is extracted, and the estimated state of the subject at the time of measurement of the current or heart rate feature amount (hereinafter referred to as “estimation”) using the predetermined correlation with reference to the heart rate feature amount. Is referred to as a “state”). The mobile communication terminal 10 is in a state in which it can communicate with the server 30 on the network 20 through a public communication line or any other communication line, and the measured heart rate information, heart rate feature value and / or estimated state are While being stored in the storage unit 32 in the server 30 from the mobile communication terminal 10, the server 30 uses the stored information to perform “normalization of heart rate features” that is executed when the estimated state is determined. Necessary normalization parameters are calculated, and the calculated normalization parameters are received by the mobile communication terminal 10 via the network 20 and used for normalization of the heartbeat feature amount.

上記の構成に於いて、心拍センサ12は、腕時計型や胸バンド型の形態の装置であってよく、具体的には、そのような形態の、心臓の拍動により生じる電位を計測する心電位センサ、皮下の血流の変化を光学的に検出する光電脈波センサ、心臓の拍動により生じる皮膚の微小な変動を捉える加速度センサなど,種々のセンサが用いられてよい。   In the above configuration, the heart rate sensor 12 may be a wristwatch type or a chest band type device, and specifically, an electrocardiogram for measuring the potential generated by the heart beat in such a form. Various sensors such as a sensor, a photoelectric pulse wave sensor that optically detects changes in subcutaneous blood flow, and an acceleration sensor that captures minute changes in the skin caused by the heartbeat may be used.

携帯通信端末10には、心拍特徴量算出部16と推定集中状態判定部18とが構成され、更に、任意の態様により公衆通信回線又はその他の任意の通信回線を通じてデータの送受信を実行するための通信部14と、被検者又は使用者に対して計測結果及び/又は判定結果を表示する表示部19とが設けられる。   The mobile communication terminal 10 includes a heart rate feature amount calculation unit 16 and an estimated concentration state determination unit 18, and further performs data transmission / reception through a public communication line or other arbitrary communication line according to an arbitrary mode. A communication unit 14 and a display unit 19 for displaying measurement results and / or determination results for a subject or a user are provided.

かかる携帯通信端末10の構成に於いて、心拍特徴量算出部16は、より詳細には、心拍センサ12として心電位センサを用いた場合には、計測された心電位の波形に於けるRR間隔(ピーク間隔)データから、被検者の状態に相関が高いことが分かっている複数の心拍特徴量、即ち、心拍特徴量ベクトルxを算出する。本実施形態では、心拍特徴量ベクトルxとして、例えば、次の4つの量が、所定の時間間隔、例えば、3分間の波形に於けるRR間隔データから算出されてよい。
(i)RRV…RR間隔(RRI)の分散値
(ii)LF/HF…RRIのパワースペクトルのうち、LF成分(0.04-0.15[Hz])をHF成分(0.15-0.4[Hz])で除したもの
(iii)重心周波数…RRIのパワースペクトルの重心を示す周波数
(iv)ピーク周波数…RRIのパワースペクトルの最大値を示す周波数
なお、上記以外にも、RRIの歪度・突度、VLF、LF、HF、ローレンツプロットから得られる特徴量などの種々の心拍特徴量が用いられてよい。
In the configuration of the mobile communication terminal 10, the heart rate feature amount calculation unit 16, more specifically, when a cardiac potential sensor is used as the heart rate sensor 12, the RR interval in the measured waveform of the cardiac potential. From the (peak interval) data, a plurality of heartbeat feature quantities that are known to have a high correlation with the condition of the subject, that is, a heartbeat feature quantity vector x is calculated. In the present embodiment, as the heartbeat feature vector x, for example, the following four quantities may be calculated from RR interval data in a waveform of a predetermined time interval, for example, 3 minutes.
(I) RRV ... dispersion value of RR interval (RRI) (ii) LF / HF ... RRI power spectrum of LF component (0.04-0.15 [Hz]) divided by HF component (0.15-0.4 [Hz]) (Iii) center of gravity frequency: frequency indicating the center of gravity of the RRI power spectrum (iv) peak frequency: frequency indicating the maximum value of the RRI power spectrum In addition to the above, the skewness and saliency of the RRI, VLF, Various heartbeat features such as features obtained from LF, HF, and Lorentz plots may be used.

推定集中状態判定部18に於いては、上記の如く算出された心拍特徴量ベクトルxの正規化が実行され、その正規化された心拍特徴量ベクトルxにより、被検者の状態が集中状態であるか安静状態であるかの判定が実行される。   In the estimated concentration state determination unit 18, the normalization of the heart rate feature amount vector x calculated as described above is performed, and the subject's state is determined to be in a concentration state based on the normalized heart rate feature amount vector x. A determination is made as to whether there is a resting state.

ここに於いて、心拍特徴量ベクトルxの正規化は、後述のサーバ30の正規化パラメータ算出部にて算出された正規化パラメータをネットワーク20及び通信部14を介して受信し、それらの正規化パラメータを用いて、例えば、下記の式により実行されてよい。
X’=(X−Xa)/S …(1)
ここで、Xは、判定されるべき又は現在の時刻に於ける心拍特徴量(ベクトルの各要素)であり、Xa、Sは、後述の態様にて算出されたXの過去データの平均値と標準偏差であり、X’は、正規化された判定されるべき又は現在の時刻に於ける心拍特徴量(正規化心拍特徴量)である。そして、被検者の状態の判定は、典型的には、予め求められた相関関係、より具体的には、被検者の状態に対して高相関のn個の正規化心拍特徴量を変数とする空間に於ける集中状態領域と安静状態領域の位置を表す情報、例えば、予め調製された正規化心拍特徴量を変数パラメータとする集中状態領域と安静状態領域の各々の範囲を表すマップを参照して、判定されるべき又は現在の時刻に於ける心拍特徴量の点が、集中状態領域と安静状態領域のいずれに属するかを判定することにより為されてよい。
Here, normalization of the heart rate feature vector x is performed by receiving normalization parameters calculated by a normalization parameter calculation unit of the server 30 described later via the network 20 and the communication unit 14, and normalizing them. Using parameters, for example, the following equation may be used.
X ′ = (X−Xa) / S (1)
Here, X is a heart rate characteristic amount (each element of the vector) to be determined or at the current time, and Xa and S are average values of past data of X calculated in a manner described later. It is a standard deviation, and X ′ is a heart rate feature value (normalized heart rate feature amount) to be determined or determined at the current time. The determination of the state of the subject typically includes a correlation obtained in advance, more specifically, n normalized heart rate features that are highly correlated with the state of the subject. Information indicating the position of the concentration state region and the resting state region in the space, for example, a map indicating the range of each of the concentration state region and the resting state region using the normalized heartbeat feature amount prepared in advance as a variable parameter With reference to this, it may be done by determining whether the point of the heart rate feature value to be determined or at the current time belongs to the concentrated state region or the rest state region.

上記の図1(A)のシステムに於いて、サーバ30には、既に触れた如く、計測された心拍情報、心拍特徴量及び/又は推定状態を逐次的に保管する記憶部32と、そこに保管された心拍特徴量の過去データを用いて、既に述べた心拍特徴量ベクトルxの要素の正規化に利用される過去データの平均値と標準偏差等の正規化パラメータを算出する正規化パラメータ算出部34とが設けられる。記憶部32には、より具体的には、図1(B)に描かれている如く、逐次的に計測された心拍情報から得られた心拍特徴量ベクトルの各要素の値が、その計測の年月日、時刻と共に記憶される。なお、これらのデータに加えて、同時に行っていた歩行やパソコン作業といった行動や場所などの情報も記憶されてよい。正規化パラメータ算出部34は、後により詳細に説明する態様にて記憶部32に蓄積された心拍特徴量ベクトルの過去データを抽出し、平均値と標準偏差(より厳密には、重み付き演算による平均値と標準偏差)を算出し、ネットワーク20を介して携帯通信端末10へ送信する。なお、正規化パラメータの算出については、或る時点、例えば、システムを使用する日の午前0時又はその他の時刻に、一日に於ける時間帯毎の正規化パラメータを一括して算出して記憶しておくか、携帯通信端末10へ送信しておくようにしてもよく、或いは、携帯通信端末10からの要求があったときに正規化パラメータの算出が行われるようになっていてもよい。   In the system of FIG. 1A described above, the server 30 includes a storage unit 32 that sequentially stores measured heartbeat information, heartbeat feature values, and / or estimated states, as already mentioned. Normalization parameter calculation that calculates average parameters and standard deviation parameters such as standard deviation of past data used for normalization of the elements of the heartbeat feature vector x described above, using the stored historical data of heartbeat features Part 34 is provided. More specifically, as shown in FIG. 1B, the storage unit 32 stores the values of each element of the heart rate feature amount vector obtained from the sequentially measured heart rate information. It is memorized with the date and time. In addition to these data, information such as actions and places such as walking and personal computer work performed at the same time may be stored. The normalization parameter calculation unit 34 extracts the past data of the heart rate feature vector accumulated in the storage unit 32 in a manner described in more detail later, and calculates an average value and a standard deviation (more strictly, by weighted calculation). (Average value and standard deviation) are calculated and transmitted to the mobile communication terminal 10 via the network 20. As for the calculation of the normalization parameters, the normalization parameters for each time period in one day are collectively calculated at a certain time, for example, at midnight on the day when the system is used or other time. It may be stored or transmitted to the mobile communication terminal 10, or the normalization parameter may be calculated when there is a request from the mobile communication terminal 10. .

上記に説明された携帯通信端末10及びサーバ30に於ける各部の構成は、それぞれ、プログラムに従ったコンピュータの作動により実現されてよい。携帯通信端末10及びサーバ30には、それぞれ、通常の態様にて、図示していない双方向コモン・バスにより相互に連結されたCPU、記憶装置、入出力装置(I/O)が装備され、各部の作動は、CPUに於いてプログラムを実行することにより達成されることとなる。   The configuration of each unit in the mobile communication terminal 10 and the server 30 described above may be realized by the operation of a computer according to a program. Each of the mobile communication terminal 10 and the server 30 is equipped with a CPU, a storage device, and an input / output device (I / O) that are interconnected by a bidirectional common bus (not shown) in a normal manner. The operation of each unit is achieved by executing a program in the CPU.

なお、図1(A)に例示のシステムの構成とは別の構成として、携帯通信端末10に記憶部と正規化パラメータ算出部とが配置されていてもよく、或いは、心拍特徴量算出部や集中度推定部がサーバ30に配置されていてもよい。   As a configuration different from the configuration of the system illustrated in FIG. 1A, a storage unit and a normalization parameter calculation unit may be arranged in the mobile communication terminal 10, or a heart rate feature amount calculation unit, A concentration degree estimation unit may be arranged in the server 30.

装置の作動
図1(C)を参照して、図1(A)に例示した本発明の一つの実施形態による被検者の集中状態推定装置の作動に於いては、使用開始が指示されると、携帯通信端末10に於いて、被検者に装着された心拍センサ12より心電位等の心拍情報が逐次的に読み込まれ(ステップ1)、その心拍の波形から前記の心拍特徴量(ベクトルの各要素)が逐次的に算出される(ステップ2)。次いで、サーバ30から読み込まれた正規化パラメータ(ステップ3)を用いて、心拍特徴量の正規化(ステップ4)が実行され、更に、上記の如く予め調製されたマップを参照して、正規化心拍特徴量空間に於ける現在の(又は判定されるべき時刻の)正規化された心拍特徴量ベクトルの属する状態(集中状態又は安静状態)が現在の(又は判定されるべき時刻の)被検者の推定状態が判定されることとなる。
Operation of the apparatus Referring to FIG. 1C , in the operation of the concentration state estimation apparatus for a subject according to one embodiment of the present invention illustrated in FIG. Then, in the mobile communication terminal 10, heart rate information such as an electrocardiogram is sequentially read from the heart rate sensor 12 attached to the subject (step 1), and the heart rate feature value (vector) is calculated from the waveform of the heart rate. Are sequentially calculated (step 2). Next, normalization of heart rate features (step 4) is executed using the normalization parameters (step 3) read from the server 30, and further normalization is performed with reference to the map prepared in advance as described above. The current (or time to be determined) normalized heart rate feature vector state (concentration or rest) in the heart rate feature space is the current (or time to be determined) test The estimated state of the person will be determined.

心拍特徴量の正規化について
以下、上記の本発明による装置に於いて生体計測特徴量である心拍特徴量の正規化の態様について詳細に説明する。
The normalization of the heart rate feature amount will be described in detail below in the apparatus according to the present invention as described above.

(a)心拍特徴量の正規化の概要
既に述べた如く、心拍特徴量の発生頻度の分布は、本発明の装置の推定の対象となる集中やストレスなどの脳内の意識に関わる心理的又は生理的状態の変化のほかに、睡眠、食事の活動、サーカディアンリズムなどの日内変動や季節変動によって変化する。例えば、図2に例示されている如く、6:00から18:00までの或る心拍特徴量の値は、被検者が集中状態にあるか否かによらず、被検者の活動状況によって変化し、心拍特徴量の平均の大きさとばらつきの程度が変化するとともに、集中状態にあるか否かの被検者の状態の境界(太実線)も変化することが見出されている。従って、例えば、図2中、aにて示された特徴量の値は、午前中では、集中状態と判定されるが、昼過ぎには、被検者の状態の境界が変動し、安静状態と判定されることとなり、被検者の状態の判定処理が煩雑となる(判定に於いて、観測対象となる状態とは別の状態も同時に計測し判定に於いて考慮する必要が生じてしまう。)。そこで、かかる判定の煩雑さを軽減すべく、まず、本発明の装置に於いては、既に触れた如く、心拍特徴量の正規化が実行される。かかる心拍特徴量の正規化に於いては、心拍の計測時刻及び/又は時期によらず、発生頻度の分布が同様となる変数パラメータを得るべく、前記の式(1)を用いて、心拍特徴量の換算が実行される。即ち、心拍特徴量の正規化は、図2中の細点線にて描かれている如き、互いに異なる時刻及び/又は時期に計測され、平均値と広がりが異なる発生頻度の分布の心拍特徴量から、それらの発生頻度の分布の平均値と広がりが互いに略一致する量に換算することに相当する。そして、或る一つの心拍特徴量を換算して得られた量、即ち、或る一つの正規化心拍特徴量は、心拍の計測時刻及び/又は時期によらず、或る一つの生体状態に対応づけられることとなる。なお、上記の如く、本実施形態に於いては、心拍特徴量は、四つの要素からなるベクトルであるので、正規化心拍特徴量も、四つの要素からなるベクトルとなる。従って、本実施形態の場合には、一つの正規化心拍特徴量ベクトルに対して一つの生体状態が対応付けられることとなる。
(A) Overview of normalization of heart rate feature amount As already described, the distribution of the occurrence frequency of the heart rate feature amount is psychological or related to consciousness in the brain such as concentration and stress that are targets of estimation of the apparatus of the present invention. In addition to changes in physiological state, it changes due to diurnal and seasonal variations such as sleep, dietary activity, and circadian rhythm. For example, as illustrated in FIG. 2, the value of a certain heart rate feature value from 6:00 to 18:00 indicates whether the subject is in an active state regardless of whether or not the subject is in a concentrated state. It has been found that the average magnitude and the degree of variation of the heart rate feature amount change as well as the state boundary (thick solid line) of the subject whether or not they are in a concentrated state. Therefore, for example, the value of the feature amount indicated by a in FIG. 2 is determined to be in a concentrated state in the morning, but in the afternoon, the boundary of the subject's state fluctuates, and the resting state Thus, the determination process of the subject's state becomes complicated (in the determination, it is necessary to simultaneously measure a state other than the state to be observed and consider it in the determination). ). Therefore, in order to reduce the complexity of such determination, first, in the apparatus of the present invention, normalization of the heart rate feature amount is executed as already mentioned. In the normalization of the heart rate feature value, in order to obtain a variable parameter having the same occurrence frequency distribution regardless of the time and / or time of the heart rate measurement, the above-described equation (1) is used to obtain the heart rate feature value. Quantity conversion is performed. That is, the normalization of the heart rate feature value is measured at different times and / or times as shown by the thin dotted lines in FIG. This corresponds to conversion into an amount in which the average value and spread of the distributions of the occurrence frequencies substantially coincide with each other. An amount obtained by converting a certain heartbeat feature amount, that is, a certain normalized heartbeat feature amount, does not depend on a measurement time and / or timing of the heartbeat, and is in a certain biological state. It will be associated. As described above, in the present embodiment, the heartbeat feature value is a vector composed of four elements, and thus the normalized heartbeat feature value is also a vector composed of four elements. Accordingly, in the present embodiment, one biological state is associated with one normalized heartbeat feature vector.

かかる心拍特徴量の正規化に関して、「発明の概要」の欄に於いても触れたように、或る時点の心拍特徴量の正規化を行うためには、前記の式(1)に例示されている如く、その時点と同じ状況下に於ける心拍特徴量データの平均値、標準偏差等の統計値が必要となる。かかる平均値、標準偏差等の統計値の算出には、理想的には、その時点と同じ状況下に得られた統計的に有意な数の前日以前の過去データの群を用いることが好ましい。しかしながら、実際上、或る時点の前日以前の心拍情報の計測データを統計的に有意な数に達するほど準備することは困難な場合が多い。そこで、或る時点の心拍特徴量の平均値、標準偏差等の統計値は、その時点を含む、或る幅に設定された時間区間(時間ウィンドウ)内の前日以前の過去に得られたデータ群を用いて算出される。例えば、図2に例示の如く、11:00のデータの平均値、標準偏差等の統計値は、11:00の前後60分、即ち、10:00〜12:00に設定された時間ウィンドウ内の(例えば、前日までに得られた)データを用いて算出される。そして、時々刻々の平均値、標準偏差等の統計値は、図示の如く、時間ウィンドウをスライドさせながら、逐次的に、時間ウィンドウ内の過去データを用いて算出されてよい。   With regard to the normalization of the heart rate feature value, as mentioned in the “Summary of Invention” section, in order to normalize the heart rate feature value at a certain time point, it is exemplified in the above formula (1). As shown in the figure, statistical values such as an average value and standard deviation of the heart rate feature amount data under the same situation as that time are required. For the calculation of statistical values such as the average value and standard deviation, ideally, a statistically significant number of groups of past data before the previous day obtained under the same situation as that time point is preferably used. However, in practice, it is often difficult to prepare the measurement data of the heart rate information before the day before a certain time point so as to reach a statistically significant number. Therefore, statistical values such as the average value and standard deviation of the heart rate feature value at a certain time point are data obtained in the past before the previous day within a time interval (time window) set to a certain width including that time point. Calculated using groups. For example, as shown in FIG. 2, the statistical values such as the average value and standard deviation of the data at 11:00 are 60 minutes before and after 11:00, that is, within the time window set from 10:00 to 12:00. (For example, obtained up to the previous day). Then, statistical values such as an average value and a standard deviation from time to time may be calculated sequentially using past data in the time window while sliding the time window as shown in the figure.

なお、本発明の装置に於いては、統計値の精度をより向上すべく、統計値の算出に利用される過去データの抽出に際して、更に、下記の説明される新規な構成が採用される。   In the apparatus of the present invention, in order to further improve the accuracy of statistical values, a new configuration described below is further adopted when extracting past data used for calculating statistical values.

(b)時間ウィンドウの幅の設定について
上記の如く、或る時点の計測に於ける心拍特徴量の正規化のための過去データの平均値、標準偏差等の統計値を、或る幅に設定された時間区間(時間ウィンドウ)内の過去に得られたデータ群を用いて算出する場合、時間ウィンドウの幅は、算出に用いる過去データの数が統計的に有意な数となるようにするとともに、時間ウィンドウ内に含まれるデータの計測された状況が、正規化される心拍特徴量の計測の時点の状況とほぼ同様であることが好ましい。もし異なる状況にて計測された心拍特徴量が混在すると、算出される平均値、標準偏差等の統計値の精度が低下することとなる。この点に関し、従前では、典型的には、時間帯によらず、一様に、各時点の前後60分などと、時間幅が設定されていた。しかしながら、図3に例示されている如く、被検者の略一日に於ける心拍特徴量の推移を観察すると、時間帯によって、心拍特徴量の変化が比較的大きい時間帯と比較的小さい時間帯とが存在することが見出される。例えば、図3の例では、心拍特徴量の変化は、9:00〜12:00ごろまでは、比較的小さいが、12:00〜12:30ごろに、心拍特徴量の大きな変化が観察される。そのような場合、比較的変化の小さい時間帯の時点の時間ウィンドウ内に比較的変化の大きい時間帯が入り込むと、算出される平均値、標準偏差等の統計値の精度が低下することとなる。
(B) Setting of time window width As described above, statistical values such as average values and standard deviations of past data for normalization of heart rate feature values in measurement at a certain time point are set to a certain width. When calculating using a data group obtained in the past within a given time interval (time window), the width of the time window is such that the number of past data used for the calculation is a statistically significant number. It is preferable that the measured state of the data included in the time window is substantially the same as the state at the time of measurement of the normalized heartbeat feature value. If heart rate feature quantities measured in different situations are mixed, the accuracy of statistical values such as the calculated average value and standard deviation will decrease. In this regard, in the past, the time width was typically set to 60 minutes before and after each time point, regardless of the time zone. However, as illustrated in FIG. 3, when the transition of the heart rate feature amount of the subject in almost one day is observed, the time zone in which the change in the heart rate feature amount is relatively large and the time period in which the change is relatively small depending on the time zone. A band is found to exist. For example, in the example of FIG. 3, the change in the heartbeat feature amount is relatively small from about 9:00 to 12:00, but a large change in the heartbeat feature amount is observed from about 12:00 to 12:30. The In such a case, if a time zone with a relatively large change enters the time window at the time of a time zone with a relatively small change, the accuracy of the statistical values such as the calculated average value and standard deviation will be reduced. .

そこで、本実施形態の装置に於いては、統計値の算出のために利用するデータの時間ウィンドウの幅が、心拍特徴量の変化の程度の大きさを考慮して設定される。より具体的には、被検者の状況の変化が大きい時間帯に於いては、時間ウィンドウの幅が狭く設定され、これにより、過去データの群に含まれる被検者の状況の変化に起因する変動が小さく抑えられるように図られ、被検者の状況の変化が小さい時間帯に於いては、時間ウィンドウの幅が広く設定され、より多くのデータ数が用いられるようになっていてよい。図3の例の場合には、時間ウィンドウの幅は、基本的には、各時点の前後60分の幅に設定されるが(図中a、b、g)、その設定に於いて、変化の大きい12:00〜12:30を含むことになる時間帯に於いては、設定される時間ウィンドウの幅が短縮される(図中、c−f)。かかる構成によれば、一つの時間ウィンドウの内に心拍特徴量の変化の大きい時間帯と小さい時間帯とが混在することをできるだけ回避できることとなり、各時刻に於ける平均値、標準偏差等の統計値の精度の向上が期待されることとなる。なお、時間ウィンドウの具体的な幅は、過去のデータの傾向や使用者の活動パターン等を考慮して予め設定されてよい(後述の図4(B)に関わる説明参照)。   Therefore, in the apparatus of the present embodiment, the width of the time window of data used for calculating the statistical value is set in consideration of the magnitude of the change in the heartbeat feature value. More specifically, the time window width is set to be narrow in the time zone in which the change in the subject's situation is large, thereby causing the change in the subject's situation included in the group of past data. In a time zone where changes in the subject's situation are small, the time window width may be set wide and a larger number of data may be used. . In the case of the example of FIG. 3, the width of the time window is basically set to a width of 60 minutes before and after each time point (a, b, and g in the figure), but changes depending on the setting. In the time zone in which 12:00 to 12:30 having a large value is included, the width of the set time window is shortened (cf in the figure). According to such a configuration, it is possible to avoid as much as possible a mixture of a time zone with a large change in heart rate feature amount and a small time zone within one time window, and statistics such as average value and standard deviation at each time point. An improvement in the accuracy of the value is expected. Note that the specific width of the time window may be set in advance in consideration of past data trends, user activity patterns, and the like (see the description related to FIG. 4B described later).

(c)はずれ値について
ところで、日中、被検者の活動が活発な時間帯に於いては、被検者が歩行などの運動をした場合には、心拍の状態が一時的に大きく変動する。図3の例では、図中のXにて付された時点に於けるスパイク状の心拍特徴量の変位は、被検者が歩行などの運動によるものである。かかる一時的な心拍の状態の変動時のデータ(はずれ値)が、上記の平均値、標準偏差等の統計値の算出のためのデータに於いて混入すると、算出結果の精度が低下することとなる。そこで、本実施形態の装置に於いては、平均値、標準偏差等の統計値の算出のための過去データの抽出に先立って、上記の如きはずれ値が除去されることが好ましい。はずれ値の除去は、任意の手法で為されてよいところ、例えば、後述の図5に例示されたフローチャートの処理により達成可能である。
(C) Outliers By the way, during the daytime, when the subject's activities are active, if the subject exercises such as walking, the state of the heartbeat temporarily fluctuates greatly. . In the example of FIG. 3, the spike-like displacement of the heartbeat feature amount at the time indicated by X in the figure is due to the subject's movement such as walking. If the data at the time of fluctuation of the temporary heartbeat state (outlier value) is mixed in the data for calculating the statistical values such as the average value and the standard deviation, the accuracy of the calculation result is lowered. Become. Therefore, in the apparatus of the present embodiment, it is preferable that the outliers as described above are removed prior to the extraction of past data for calculating statistical values such as average values and standard deviations. The removal of the outlier value may be performed by an arbitrary method. For example, it can be achieved by the processing of the flowchart illustrated in FIG. 5 described later.

(d)過去データの重み付けについて
心拍特徴量の正規化のための過去データの平均値、標準偏差等の統計値の算出に於いて、上記の如く、時間ウィンドウの幅を設定し、はずれ値の除去を行った後、時間ウィンドウ内の過去データの抽出を行う際、過去データの数は、統計的に有意な数に達していることが好ましい。そこで、算出に利用されるデータとして、好適には、過去データの数が統計的に有意な数に達するまで、前日から更にその前日へと順に遡った同じ時間ウィンドウの時間帯のデータの群が抽出される。その場合、現在又は判定されるべき心拍特徴量の計測日から離れすぎると被検者の状態の変化が過大となっている可能性が高いので、遡る日数には適宜制限が設けられてよい。また、被検者の活動パターンが一週間の曜日毎、一ヶ月の日にち毎、一年の日にち毎にほぼ決まっているような場合には、過去データとして、過去の同じ曜日のデータ、過去の月の同じ日のデータ、過去の年の同じ日のデータが利用されるデータが、心拍特徴量の正規化のための平均値、標準偏差等の統計値の算出に用いられてよい。
(D) About past data weighting In the calculation of statistical values such as the average value and standard deviation of past data for normalization of heart rate feature values, the width of the time window is set as described above, and the outlier value is calculated. When the past data in the time window is extracted after the removal, the number of past data preferably reaches a statistically significant number. Therefore, as the data used for the calculation, preferably, a group of data in the time zone of the same time window that is traced back from the previous day to the previous day until the number of past data reaches a statistically significant number. Extracted. In that case, if it is too far from the measurement date of the current or determined heart rate feature value, there is a high possibility that the change in the state of the subject is excessive, so that the number of days going back may be appropriately limited. In addition, when the activity pattern of the subject is almost determined every day of the week, every day of the month, every day of the year, as past data, Data on the same day of the month and data on the same day of the past year may be used for calculation of statistical values such as an average value and a standard deviation for normalizing the heart rate feature amount.

しかしながら、或る時刻の計測による心拍特徴量の正規化のための過去データの平均値、標準偏差等の統計値の算出を行う場合に、その時刻から、統計値の算出に利用されるデータの計測時刻が離れれば、離れるほど、被検者の状態が変化している可能性が高くなる。そこで、被検者の状態の変化の影響を低減すべく、統計値の算出に際しては、過去データの各々に対して、その計測時刻が、判定の対象となる心拍特徴量の計測時刻から離れているほど、統計値の算出に於ける寄与が低減するように、統計値に算出に際して、過去データに重み付けが為されてよい。   However, when calculating statistical values such as average values and standard deviations of past data for normalization of heart rate features by measurement at a certain time, the data used for calculating the statistical values is calculated from that time. The longer the measurement time is, the higher the possibility that the state of the subject is changing. Therefore, in order to reduce the influence of the change in the state of the subject, when calculating the statistical value, the measurement time is different from the measurement time of the heart rate feature quantity to be determined for each past data. As the statistical value is calculated, the past data may be weighted so that the contribution to the statistical value calculation is reduced as the value increases.

具体的には、計測時刻tの判定の対象となる心拍特徴量の正規化のための過去データの統計値を算出する際に、y年前のd日前の時刻tiに計測された過去データiに対して乗算される重みwは、
w=wTIMEi・wDAYi・wYEARi …(2)
により与えられてよい。ここで、wTIMEi
TIMEi=exp(−(ti−t)/h) …(2a)
DAYi=1.0−(d−1)/D …(2b)
YEARi=1.0−y/Y …(2c)
である。ここに於いて、式(2a)は、図6(A)の右端に描かれている如く、時刻tiが計測時刻tから離れるほど低減される時間についての重みであり(hは、予め設定される係数である。)、式(2b)は、図6(A)の上端に描かれている如く、日にちdが計測日から離れるほど低減される日数についての重みであり(Dは、遡る日数の最大値であり、右辺が負になるときは、wDAYi=0とする。)、式(2c)は、図6(B)の右端に描かれている如く、年yが計測年から離れるほど低減される年数についての重みである(Yは、遡る年数の最大値であり、右辺が負になるときは、wYEARi=0とする。)。
Specifically, when calculating the statistical value of past data for normalization of the heartbeat feature quantity to be determined at the measurement time t, the past data i measured at time ti d days before y years ago The weight w multiplied by is
w = w TIME i · DAY i · w YEAR i… (2)
May be given by Where w TIME i
w TIME i = exp (− (ti−t) 2 / h) (2a)
w DAY i = 1.0− (d−1) / D (2b)
w YEAR i = 1.0−y / Y (2c)
It is. Here, the equation (2a) is a weight for the time that is reduced as the time ti becomes farther from the measurement time t, as depicted at the right end of FIG. 6A (h is set in advance). (2b) is a weight for the number of days that is reduced as the date d moves away from the measurement date, as depicted at the top of FIG. 6 (A) (D is the number of days going back. When the right side becomes negative, it is assumed that w DAY i = 0.) As shown in the right end of FIG. It is a weight for the number of years that decreases as the distance increases (Y is the maximum number of years that go back, and when the right side is negative, w YEAR i = 0).

上記の式の他に、更に、曜日によって異なる重みが追加されてよい。例えば、月〜金はオフィスワーク、土日は、自宅にいる場合が多い一般的な会社員の場合、統計値を算出する日が月〜金である場合、重みとして、月〜金のデータには、1.0を、土、日のデータには、0.5が乗算されてよい(同様に、統計値を算出する日が土日である場合、重みとして、月〜金のデータには、0.5を、土、日のデータには、1.0が乗算されてよい。)。更に、スマートフォンの加速度センサなどを用いて、座っている作業、コンピュータ作業、運転などの行動を別途推定して心拍特徴量と共に記憶部に保管している場合は、現在の行動に対応した過去データの重みを大きくすることで行動の影響による違いを考慮することが可能である。   In addition to the above formula, different weights may be added depending on the day of the week. For example, Monday to Friday are office work, and Saturday and Sunday are general office workers who are often at home. If the day on which the statistical value is calculated is Monday to Friday, , 1.0, Saturday and Sunday data may be multiplied by 0.5 (Similarly, if the day for which the statistical value is calculated is Saturday and Sunday, 0.5 to Saturday, Day data may be multiplied by 1.0.) In addition, if you use a smartphone acceleration sensor to estimate separately sitting, computer work, driving, and other behaviors and store them in the memory along with the heart rate features, past data corresponding to the current behavior It is possible to consider the difference due to the influence of the action by increasing the weight of.

上記の過去データの重み付けを行って算出される過去データの平均値Xaと標準偏差Sは、過去データxiとその重みwiを用いて、下記の式で与えられてよい。
Xa=Σwixi/Σwi …(3a)
S=(Σwi(xi-Xa)2/Σwi)1/2 …(3b)
ここで、Σは、抽出される過去データiの全ての総和である。心拍特徴量が複数の要素を有するベクトルである場合、平均値Xaと標準偏差Sは、各要素について算出される。
The average value Xa and the standard deviation S of past data calculated by weighting the past data may be given by the following equation using the past data xi and its weight wi.
Xa = Σwixi / Σwi (3a)
S = (Σwi (xi-Xa) 2 / Σwi) 1/2 (3b)
Here, Σ is the total sum of all past data i to be extracted. When the heartbeat feature amount is a vector having a plurality of elements, the average value Xa and the standard deviation S are calculated for each element.

かくして、上記の過去データの重み付けによって、判定の対象となる心拍特徴量の計測時点から離れた過去データの寄与の低減が可能となる。例えば、図6(A)に例示されている如く、或る時刻に於ける計測の心拍特徴量の統計値を算出するために過去データを抽出する際、比較的近い過去、例えば、前日〜3日に取得されたデータ数が不十分であり、更に、遡った日の過去データを利用する場合がある。そのような場合、前日〜3日よりも遡った日の過去データを、直近のデータと同等に扱うのではなく、寄与を低減するので、時間が離れていることによる被検者の状況の変化の影響を低く抑えられることが期待される。   Thus, the weighting of the past data described above makes it possible to reduce the contribution of past data away from the measurement time point of the heartbeat feature quantity to be determined. For example, as illustrated in FIG. 6A, when extracting past data in order to calculate a statistical value of a heartbeat feature value measured at a certain time, a relatively close past, for example, the previous day to 3 In some cases, the number of data acquired on a day is insufficient, and past data on a date that is traced back is used. In such a case, the past data from the previous day to the third day is not treated in the same way as the most recent data, but the contribution is reduced. It is expected that the effects of

(e)正規化パラメータの算出の流れ
正規化パラメータ(過去データの平均値Xaと標準偏差S)の算出は、図1(A)の例の場合には、サーバ30内の正規化パラメータ算出部34にて実行されてよい。具体的には、図4(A)を参照して、まず、上記に説明された如く時間ウィンドウの幅が、判定の対象となる心拍特徴量の計測時刻によって設定される(ステップ10)。より具体的には、図4(B)に示されている如く、まず、判定される心拍特徴量の計測時刻(判定時刻)(ステップ20)が携帯通信端末10から取得され、次いで、図4(C)に例示されている如き、予め準備されたウィンドウ幅テーブルから判定時刻に対応するウィンドウ幅が選択されるようになっていてよい(ステップ21)。
(E) Normalization Parameter Calculation Flow Normalization parameters (average value Xa and standard deviation S of past data) are calculated in the case of the example of FIG. 34 may be executed. Specifically, referring to FIG. 4A, first, as described above, the width of the time window is set according to the measurement time of the heartbeat feature quantity to be determined (step 10). More specifically, as shown in FIG. 4B, first, the measurement time (determination time) (step 20) of the determined heart rate feature value is acquired from the mobile communication terminal 10, and then, FIG. As illustrated in (C), the window width corresponding to the determination time may be selected from a window width table prepared in advance (step 21).

時間ウィンドウの幅の設定がなされると、まず、前日の判定時刻に対応する時刻を含む時間ウィンドウ内の過去データの検索と抽出が行われる(ステップ11)。その際、該当する時間ウィンドウ内の過去データには、既に述べた如く、はずれ値が存在する可能性があるので、まず、かかる「はずれ値」の除去処理が実行されてよい。「はずれ値」の除去処理に於いては、図5のフローチャートを参照して、最初に、処理の対象となる特徴量を選択した後(ステップ30)、時間ウィンドウ内の過去データの平均値と標準偏差とが算出される。なお、ここでの平均値と標準偏差は、重み付けのない単純な演算によるものであってよい。しかる後、平均値±3×標準偏差の範囲外にあるデータが存在している場合、そのデータが排除される(ステップ32、33)。そして、この操作は、平均値±3×標準偏差の範囲外にあるデータが存在しなくなるまで反復実行されてよい(ステップ32)。なお、はずれ値の除去処理は、他の任意の方法により実行されてもよいことは理解されるべきである。   When the time window width is set, first, the past data in the time window including the time corresponding to the determination time of the previous day is searched and extracted (step 11). At this time, since there is a possibility that an outlier value exists in the past data in the corresponding time window, first, such “outlier value” removal processing may be executed. In the removal processing of “outlier value”, referring to the flowchart of FIG. 5, first, after selecting a feature amount to be processed (step 30), the average value of past data in the time window A standard deviation is calculated. Here, the average value and the standard deviation may be based on a simple calculation without weighting. Thereafter, if there is data outside the range of the average value ± 3 × standard deviation, the data is excluded (steps 32 and 33). This operation may be repeatedly executed until there is no data outside the range of the average value ± 3 × standard deviation (step 32). It should be understood that the outlier removal processing may be executed by any other method.

かくして、該当する時間ウィンドウ内の過去データに於けるはずれ値の除去が為されると、データ数のカウントが為され(ステップ12)、カウントされたデータ数が、所定のデータ数閾値、即ち、統計的に有意な数、を超えているか否かが判定される(ステップ13)。ここで、カウントされたデータ数が所定のデータ数閾値に達していない場合には、更に多くのデータを抽出するべく、前日の一日前(前々日)の該当する時間ウィンドウ内の過去データを参照し(ステップ14、15)、上記と同様の処理が繰り返される(ステップ11〜13)。即ち、前々日のデータからの抽出を行っても、データ数がデータ数閾値を超えない場合には、更にまたその前日のデータが参照される。そして、上記の処理が繰り返されて、データ数がデータ数閾値に達すると、それまで抽出された過去データを用いて、式(3a)、(3b)により、過去データの平均値Xaと標準偏差Sが算出される(ステップ16)。一方、ステップ11〜15の処理を繰り返す間に、遡る日数が過大となると、もはや、被検者の状態が判定されるべき計測の為された際の状態と同様である可能性が低くなると考えられる。従って、遡る日数が所定の日数閾値を超えたときには(ステップ14)、上記の反復処理を終了し、平均値Xaと標準偏差Sとして任意に設定されたデフォルト値が用いられてよい。また、装置の使用開始からの日数が少なく、十分な過去データの取得がなされていない場合にも、平均値Xaと標準偏差Sとして任意に設定されたデフォルト値が用いられてよい。   Thus, when the outlier is removed from the past data within the corresponding time window, the number of data is counted (step 12), and the counted number of data is equal to a predetermined data number threshold, that is, It is determined whether a statistically significant number has been exceeded (step 13). Here, when the counted number of data does not reach the predetermined data number threshold, in order to extract more data, the past data in the corresponding time window one day before the previous day (the day before the previous day) is extracted. Reference is made (steps 14 and 15), and the same processing as described above is repeated (steps 11 to 13). That is, if the number of data does not exceed the data number threshold even after extraction from the data of the day before, the data of the previous day is further referred to. Then, when the above process is repeated and the number of data reaches the data number threshold, the average value Xa and the standard deviation of the past data are obtained by the equations (3a) and (3b) using the past data extracted so far. S is calculated (step 16). On the other hand, if the number of days going back is excessive while the processes of steps 11 to 15 are repeated, the possibility that the state of the subject is no longer the same as the state at the time of measurement to be determined is reduced. It is done. Therefore, when the number of days going back exceeds a predetermined number of days threshold (step 14), the above iterative process is terminated, and default values arbitrarily set as the average value Xa and the standard deviation S may be used. In addition, even when the number of days since the start of use of the apparatus is small and sufficient past data has not been acquired, default values arbitrarily set as the average value Xa and the standard deviation S may be used.

以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。   Although the above description has been made in relation to the embodiment of the present invention, many modifications and changes can be easily made by those skilled in the art, and the present invention is limited to the embodiment exemplified above. It will be apparent that the invention is not limited and applies to various devices without departing from the inventive concept.

本発明に於ける心拍特徴量の正規化に於ける処理構成は、その他の生体計測特徴量にも適用可能であることは理解されるべきである。また、上記の構成のうち、時間ウィンドウの幅の設定は、過去データに与えられる重みを調節することによっても達成可能である。具体的には、例えば、式(2a)のhの値を変更すると、釣鐘状の関数である重みの幅が変更されることとなる。この場合、hを大きくすることによって、重みの幅が小さくなり、時間ウィンドウの幅を狭くすることと同様の効果が得られる。かかる構成も本発明の範囲に属することは、理解されるべきである。更に、式(1)の心拍特徴量の正規化の演算に於いて、計測条件の違いによる心拍特徴量の発生頻度のばらつきの違いが小さいか殆どないときには、標準偏差による除算は、省略されてよく、計測条件の違いによる心拍特徴量の平均値の違いが小さいか殆どないときには、平均値による減算は、省略されてよい。   It should be understood that the processing configuration in the normalization of the heart rate feature value in the present invention can be applied to other biometric feature values. In the above configuration, the setting of the width of the time window can also be achieved by adjusting the weight given to the past data. Specifically, for example, when the value of h in the expression (2a) is changed, the weight width that is a bell-shaped function is changed. In this case, by increasing h, the width of the weight is reduced, and the same effect as that of reducing the width of the time window can be obtained. It should be understood that such a configuration also belongs to the scope of the present invention. Furthermore, in the calculation of normalization of the heart rate feature value of the equation (1), when the difference in the occurrence frequency of the heart rate feature value due to the difference in measurement conditions is small or almost no, the division by the standard deviation is omitted. When the difference in the average value of the heart rate feature amount due to the difference in measurement conditions is small or almost no, the subtraction by the average value may be omitted.

Claims (1)

被検者の生体状態を推定する装置であって、
前記被検者の生体計測特徴量を取得する生体計測特徴量取得部と、
前記生体計測特徴量を正規化して正規化生体計測特徴量を算出する生体計測特徴量正規化部と、
前記正規化生体計測特徴量に基づいて推定される前記被検者の生体状態を決定する推定生体状態決定部とを含み、
前記生体計測特徴量正規化部が、前記被検者の過去の生体計測特徴量の群又は生体計測特徴量の決定に用いられる計測データの群を記憶するデータ記憶部と、設定された時間範囲内の前記記憶された過去の生体計測特徴量の群又は計測データの群を用いて前記生体計測特徴量の正規化の演算に用いる統計値を算出する正規化用統計値算出部と、前記統計値を用いて前記生体計測特徴量から正規化生体計測特徴量を算出する正規化生体計測特徴量算出部とを含み、
前記正規化用統計値算出部に於いて、前記統計値の算出に用いられる前記記憶された過去の生体計測特徴量の群又は計測データの群の時間範囲の幅の設定に於いて、前記過去の生体計測特徴量の変化が大きい時間帯に於ける前記時間範囲の幅が、前記過去の生体計測特徴量の変化が小さい時間帯に於ける前記時間範囲の幅よりも短く設定される装置。
An apparatus for estimating a biological state of a subject,
A biometric feature acquisition unit for acquiring the biometric feature of the subject;
A biometric feature normalization unit that normalizes the biometric feature and calculates a normalized biometric feature;
An estimated biological state determination unit that determines the biological state of the subject estimated based on the normalized biological measurement feature amount;
A data storage unit that stores a group of past biometric feature quantities of the subject or a group of measurement data used to determine a biometric feature quantity, and a set time range; A statistical value calculation unit for normalization that calculates a statistical value used for normalization of the biometric feature quantity using the stored past biometric feature quantity group or measurement data group, and the statistics A normalized biometric feature quantity calculation unit that calculates a normalized biometric feature quantity from the biometric feature quantity using a value,
In the normalization statistical value calculation unit, in the setting of the time range width of the stored past biometric feature quantity group or measurement data group used for calculation of the statistical value, the past An apparatus in which the width of the time range in a time zone in which the change in the biometric feature amount is large is set shorter than the width of the time range in a time zone in which the change in the past biometric feature amount is small.
JP2015005443A 2015-01-14 2015-01-14 Biological state estimation device Active JP6304050B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015005443A JP6304050B2 (en) 2015-01-14 2015-01-14 Biological state estimation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015005443A JP6304050B2 (en) 2015-01-14 2015-01-14 Biological state estimation device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016129629A true JP2016129629A (en) 2016-07-21
JP6304050B2 JP6304050B2 (en) 2018-04-04

Family

ID=56415076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015005443A Active JP6304050B2 (en) 2015-01-14 2015-01-14 Biological state estimation device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6304050B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101869713B1 (en) * 2016-12-30 2018-06-21 (주)씽크포비엘 Method and apparatus for usability test based on brain wave
JPWO2018016459A1 (en) * 2016-07-22 2019-05-16 日本電気株式会社 Mind-body state measuring device, mind-body state measuring method, mind-body state measuring program and storage medium
WO2019131251A1 (en) * 2017-12-27 2019-07-04 オムロンヘルスケア株式会社 Apparatus, method and program for processing biological information
WO2020049899A1 (en) * 2018-09-06 2020-03-12 オムロンヘルスケア株式会社 Biological information processing apparatus, processing method, and processing program
JP2021524342A (en) * 2018-07-11 2021-09-13 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. Devices, systems and methods for determining a user's stress level

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008186263A (en) * 2007-01-30 2008-08-14 Denso Corp Awakening degree calculation device
JP2009226057A (en) * 2008-03-24 2009-10-08 Ntt Data Corp Worker's fatigue degree management apparatus, method and computer program
JP2010131061A (en) * 2008-12-02 2010-06-17 Toyota Motor Corp Drowsiness detector
JP2010152658A (en) * 2008-12-25 2010-07-08 Omron Healthcare Co Ltd Feature extraction device
JP2010238105A (en) * 2009-03-31 2010-10-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> System, method and program for determining normal/abnormal condition

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008186263A (en) * 2007-01-30 2008-08-14 Denso Corp Awakening degree calculation device
JP2009226057A (en) * 2008-03-24 2009-10-08 Ntt Data Corp Worker's fatigue degree management apparatus, method and computer program
JP2010131061A (en) * 2008-12-02 2010-06-17 Toyota Motor Corp Drowsiness detector
JP2010152658A (en) * 2008-12-25 2010-07-08 Omron Healthcare Co Ltd Feature extraction device
JP2010238105A (en) * 2009-03-31 2010-10-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> System, method and program for determining normal/abnormal condition

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2018016459A1 (en) * 2016-07-22 2019-05-16 日本電気株式会社 Mind-body state measuring device, mind-body state measuring method, mind-body state measuring program and storage medium
JP7006597B2 (en) 2016-07-22 2022-01-24 日本電気株式会社 Mental and physical condition measuring device, mental and physical condition measuring method, mental and physical condition measuring program and storage medium
KR101869713B1 (en) * 2016-12-30 2018-06-21 (주)씽크포비엘 Method and apparatus for usability test based on brain wave
WO2019131251A1 (en) * 2017-12-27 2019-07-04 オムロンヘルスケア株式会社 Apparatus, method and program for processing biological information
JP2019117599A (en) * 2017-12-27 2019-07-18 オムロンヘルスケア株式会社 Biological information processing device and processing method and processing program
CN111418021A (en) * 2017-12-27 2020-07-14 欧姆龙健康医疗事业株式会社 Biological information processing device, biological information processing method, and biological information processing program
US20200321089A1 (en) * 2017-12-27 2020-10-08 Omron Healthcare Co., Ltd. Biological information processing device, processing method, and non-transitory recording medium for recording processing program
JP7003654B2 (en) 2017-12-27 2022-02-10 オムロンヘルスケア株式会社 Biometric information processing equipment, processing methods, and processing programs
CN111418021B (en) * 2017-12-27 2024-06-07 欧姆龙健康医疗事业株式会社 Biological information processing device, biological information processing method, and biological information processing program
JP2021524342A (en) * 2018-07-11 2021-09-13 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. Devices, systems and methods for determining a user's stress level
JP7285912B2 (en) 2018-07-11 2023-06-02 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ Device, system and method for determining a user's stress level
WO2020049899A1 (en) * 2018-09-06 2020-03-12 オムロンヘルスケア株式会社 Biological information processing apparatus, processing method, and processing program

Also Published As

Publication number Publication date
JP6304050B2 (en) 2018-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7621871B2 (en) Systems and methods for monitoring and evaluating individual performance
US20200054289A1 (en) Machine learnt model to detect rem sleep periods using a spectral analysis of heart rate and motion
JP6304050B2 (en) Biological state estimation device
CN106256316B (en) Method and apparatus for assessing physiological aging level
CN107427267B (en) Method and apparatus for deriving mental state of subject
US20210407684A1 (en) Illness Detection Based on Temperature Data
US20210290082A1 (en) Heart rate monitoring device, system, and method for increasing performance improvement efficiency
WO2019012742A1 (en) Fatigue recovery support device
US10376207B2 (en) Calculating a current circadian rhythm of a person
RU2649519C2 (en) Method of continuous monitoring of the level of the stressed human state
US11075009B2 (en) System and method for sympathetic and parasympathetic activity monitoring by heartbeat
JP6040874B2 (en) Sleep stage estimation device
WO2024055931A1 (en) Exercise recommendation method and apparatus, sleep recommendation method and apparatus, electronic device, and storage medium
US20220406453A1 (en) Fitness Fatigue Score Determination and Management Techniques
JP7250647B2 (en) Nap assistance system and program for nap assistance
US20200015729A1 (en) Method for determining the stress level of an individual
CN113598721B (en) Wearable terminal, core body temperature monitoring method thereof and computer readable storage medium
JPWO2021106289A5 (en)
WO2020166239A1 (en) Sleep apnea syndrome determination apparatus, sleep apnea syndrome determination method, and sleep apnea syndrome determination program
EP3594962A1 (en) Device, system and method for determining a stress level of a user
US11375896B2 (en) Edge-intelligent iot-based wearable device for detection of cravings in individuals
US20220409187A1 (en) Illness detection with menstrual cycle pattern analysis
US20240164650A1 (en) Smartwatch-based body temperature monitoring system and disease prediction method using the same
JP2022025644A (en) Biological condition management device, biological condition management system, biological condition management method, and computer program
WO2024039450A1 (en) Fitness fatigue score determination and management techniques

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170316

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171128

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180206

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180219

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6304050

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151