JP2019025253A - 自律神経状態評価装置、自律神経状態評価システム、自律神経状態評価方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】被測定者の自律神経機能の状態を適切に評価することができる自律神経状態評価装置を提供する。【解決手段】自律神経状態評価装置１００は、被測定者に装着されたセンサ装置１０から、通信により、被測定者の生体情報及び被測定者の動きを示す加速度情報を取得する通信部１１と、通信部１１で取得された生体情報及び加速度情報に基づいて、被測定者の自律神経の状態を評価する制御部１２とを備え、制御部１２は、生体情報及び加速度情報に基づいて、被測定者が所定の運動量を超える運動を止めてから被測定者の自律神経の状態が安定するまでの時間である回復時間Ｔｂを算出する回復時間算出部１３と、被測定者が所定の運動量を超える運動をしている期間と、回復時間算出部１３で算出された回復時間Ｔｂとを除く期間における生体情報に基づいて、被測定者の自律神経の状態を評価する状態評価部１４とを有する。【選択図】図１

Description

本開示は、自律神経の状態を評価する自律神経状態評価装置、自律神経状態評価システム、自律神経状態評価方法及びプログラムに関する。

近年のウエアラブルデバイスの発達により、日常生活での生体情報の測定が可能な生体情報測定装置が普及している。例えば、ストレスの日常測定用ウエアラブルデバイスでは、デバイスに搭載した加速度センサによって被測定者の動きを検知し、安静時のストレス測定を行うことが試みられている。

例えば、特許文献１は、加速度センサの検出値を基に被測定者の活動強度等を算出し、心拍数、鼓動波形、血圧、血中酸素飽和度、体温、又は発汗度などの生体情報及び活動強度に基づいて、被測定者のストレス状態を判定できるシステムを開示している。

また、特許文献２は、生体情報である心電及び脈波等の心拍の情報から、交感神経及び副交感神経の機能強度及びバランス、つまり、自律神経の強さ及びバランスを算出し、被測定者の疲労の度合い及びストレス状態を総合的に診断できるシステムを開示している。

特開２００９−１４８３７２号公報 特開２０１５−５４００２号公報

本開示は、被測定者の自律神経の状態を適切に評価することができる自律神経状態評価装置、自律神経状態評価システム、自律神経状態評価方法及びプログラムを提供する。

本開示の一態様に係る自律神経状態評価装置は、被測定者に装着されたセンサ装置から、通信により、前記被測定者の生体情報及び前記被測定者の動きを示す加速度情報を取得する通信部と、前記通信部で取得された前記生体情報及び前記加速度情報に基づいて、前記被測定者の自律神経の状態を評価する制御部とを備え、前記制御部は、前記生体情報及び前記加速度情報に基づいて、前記被測定者が所定の運動量を超える運動を止めてから前記被測定者の自律神経の状態が安定するまでの時間である回復時間を算出する回復時間算出部と、前記被測定者が前記所定の運動量を超える運動をしている期間と、前記回復時間算出部で算出された前記回復時間とを除く期間における前記生体情報に基づいて、前記被測定者の自律神経の状態を評価する状態評価部とを有する。

また、本開示の一態様に係る自律神経状態評価システムは、被測定者に装着され、前記被測定者の生体情報及び前記被測定者の動きを示す加速度情報を検出して送信するセンサ装置と、前記センサ装置から送信される前記生体情報及び前記加速度情報に基づいて前記被測定者の自律神経の状態を評価する上記の自律神経状態評価装置とを備える。

また、本開示の一態様に係る自律神経状態評価方法は、被測定者に装着されたセンサ装置から、通信により、前記被測定者の生体情報及び前記被測定者の動きを示す加速度情報を取得する通信ステップと、前記通信ステップで取得された前記生体情報及び前記加速度情報に基づいて、前記被測定者の自律神経の状態を評価する制御ステップとを含み、前記制御ステップは、前記生体情報及び前記加速度情報に基づいて、前記被測定者が所定の運動量を超える運動を止めてから前記被測定者の自律神経の状態が安定するまでの時間である回復時間を算出する回復時間算出ステップと、前記被測定者が前記所定の運動量を超える運動をしている期間と、前記回復時間算出ステップで算出された前記回復時間とを除く期間における前記生体情報に基づいて、前記被測定者の自律神経の状態を評価する状態評価ステップとを含む。

また、本開示の一態様に係るプログラムは、上記の自律神経状態評価方法をコンピュータに実行させる。

本開示によれば、被測定者の自律神経の状態を適切に評価することができる自律神経状態評価装置、自律神経状態評価システム、自律神経状態評価方法及びプログラムを提供することができる。

図１は、実施の形態に係る自律神経状態評価システムの構成を示すブロック図である。 図２は、心拍センサで得られる心拍情報の一例を示す図である。 図３は、心拍間隔（ＲＲＩ）の変動量を算出する手法を説明する図である。 図４は、活動時間及び回復時間を説明する図である。 図５は、被測定者の運動量と回復時間との関係の一例を示すグラフである。 図６は、実施の形態に係る自律神経状態評価方法を説明するフローチャートである。 図７は、実施の形態に係る自律神経状態評価システムの一例を示す図である。 図８は、自律神経状態の評価結果及びストレス度合いの表示例を示す図である。

（本開示の基礎となった知見）
現代社会における鬱等のストレス障害は、本人が症状を感じた時点で重症化していることが多いため、普段の生活でストレスを測定することが重要となる。また、被測定者が測定の際に感じる緊張等の精神的な要因が、ストレスの測定結果に影響を及ぼす場合がある。そのため、ストレスの測定は、被測定者が自身のストレスを評価されていることを意識しない状態、つまり、無意識下で行われることが好ましい。一方、近年のウエアラブルデバイスの発達により、被測定者が測定装置を装着したまま日常生活を行うことができ、被測定者の日常の生体情報を測定可能な生体情報測定装置が普及している。例えば、日常のストレスの測定を行うウエアラブルデバイスでは、デバイスに搭載した加速度センサによって被測定者の動きを検知し、安静時のストレスの測定を行うことが試みられている。

例えば、特許文献１に記載のストレス判定システムは、加速度センサから得られた情報を基に被測定者の活動強度等を算出し、心拍数、鼓動波形、血圧、血中酸素飽和度、体温、又は発汗度などの生体情報及び活動強度に基づいて、被測定者のストレス状態を判定する。当該システムでは、一定値以下の活動強度の時のみ生体情報を測定することにより、被測定者のストレス状態を判定している。

しかしながら、特許文献１に記載のストレス判定システムでは、一定値以下の活動強度時の生体情報が測定されるが、被測定者が活動を終了してから脈拍数などが通常の状態に戻るまでの生体情報も測定される。そのため、被測定者のストレス状態を正確に判定できているとは言えない。

また、特許文献２に記載の疲労・ストレス検診システムは、生体情報である心電及び脈波等の心拍の情報から、交感神経及び副交感神経の機能強度及びバランスを算出し、被測定者の疲労の度合い及びストレス状態を総合的に診断する。

しかしながら、特許文献２に記載の疲労・ストレス検診システムは、加速度センサを備えていないため、被測定者の活動による心拍及び脈拍等への影響を排除できていない。

本発明者は上記課題に鑑みて鋭意検討をした。この結果、以下の知見を見出すに至った。

被測定者が歩く、走る、立つ等の活動を行うと、心拍、脈拍、血圧、呼吸数、血中酸素飽和度、体温及び発汗度などの生体情報は変化する。このように、被測定者の活動によって生体情報が変化した場合、被測定者が活動を終了しても、生体情報が変化する前までの状態に回復するには、活動終了後からある程度の時間必要となる。特に、心拍情報から自律神経機能の指標を算出するためには、測定により得られたデータから、活動により影響を受けたデータ、つまり、活動による心拍の変化を除いたデータを自律神経状態の評価に使用するとよい。活動による心拍の変化は、緊張などのストレスによる心拍の変化と同様の変化を示すため、被測定者の自律神経の状態を評価する場合には、評価対象から、活動による心拍の変化を除外するとよいと考えた。

具体的には、自律神経機能の状態、すなわち、自律神経の状態を正確に評価するには、被測定者が活動している時間（以下、活動時間）だけではなく、活動終了後に活動開始前の状態まで生体情報が回復する時間（以下、回復時間）も含めて評価対象から除外する必要があることを見出した。しかしながら、回復時間は、被測定者の活動による運動量又は運動強度により異なる。さらに、同じ運動量又は運動強度であっても、被測定者の運動経験の有無などにより、回復時間は個人によって異なる。そのため、本発明者は、被測定者それぞれに合った回復時間を考慮する必要があることを見出した。

そこで、本開示では、被測定者の自律神経の状態を適切に評価することができる自律神経状態評価装置、自律神経状態評価システム、自律神経状態評価方法及びプログラムを提供する。

本開示の一態様の概要は以下の通りである。

本開示の一態様に係る自律神経状態評価装置は、被測定者に装着されたセンサ装置から、通信により、前記被測定者の生体情報及び前記被測定者の動きを示す加速度情報を取得する通信部と、前記通信部で取得された前記生体情報及び前記加速度情報に基づいて、前記被測定者の自律神経の状態を評価する制御部とを備え、前記制御部は、前記生体情報及び前記加速度情報に基づいて、前記被測定者が所定の運動量を超える運動を止めてから前記被測定者の自律神経の状態が安定するまでの時間である回復時間を算出する回復時間算出部と、前記被測定者が前記所定の運動量を超える運動をしている期間と、前記回復時間算出部で算出された前記回復時間とを除く期間における前記生体情報に基づいて、前記被測定者の自律神経の状態を評価する状態評価部とを有する。

このように、被測定者が所定の運動量を超える運動をしている期間（活動時間）と回復時間とを除く期間における生体情報を評価対象とすることにより、被測定者が安定した状態で自律神経の状態を評価することができる。また、被測定者の個人差に依存する回復時間を除外した上で、自律神経の状態を評価することができる。そのため、被測定者の自律神経の状態を適切に評価することができる。

例えば、本開示の一態様に係る自律神経状態評価装置では、前記回復時間算出部は、前記加速度情報に基づいて、前記被測定者が所定の運動量を超える運動を止めた第１時間を特定し、前記生体情報に基づいて、前記被測定者の自律神経の状態が安定した第２時間を特定し、前記第１時間から前記第２時間までの期間を回復時間として算出してもよい。

これにより、被測定者の活動による運動量が異なる場合でも、運動量に対応する回復時間を算出することができる。また、被測定者の運動経験が異なる場合であっても、被測定者それぞれに合った回復時間を算出することができる。そのため、被測定者の自律神経の状態を適切に評価することができる。

例えば、本開示の一態様に係る自律神経状態評価装置では、前記生体情報は、前記被測定者の心拍情報であってもよい。

心拍情報は、例えば、ウエアラブルなセンサ装置を用いた場合、脈拍、呼吸数、血圧、及び血中酸素飽和度などの他の生体情報よりも被測定者の負担が少ない状態で簡便に、かつ、自律神経の状態をリアルタイムに測定することができる。そのため、生体情報として被測定者の心拍情報を用いることにより、被測定者の自律神経の状態を適切に評価することができる。

例えば、本開示の一態様に係る自律神経状態評価装置では、前記心拍情報は、心拍数を示し、前記回復時間算出部は、前記心拍情報に基づいて、前記被測定者の心拍数が閾値よりも低くなったタイミングを前記第２時間として特定してもよい。

心拍数は、運動量に対して敏感に変化するため、被測定者の自律神経の状態を精度良く、リアルタイムに測定することができる。そのため、被測定者の生体情報、つまり、心拍情報が安定した状態を正確に把握することができる。これにより、被測定者の自律神経の状態を適切に評価することができる。また、心拍数は、心拍センサから得られる心拍情報からの算出も容易である。そのため、回復時間の算出に心拍数を用いると、回復時間算出部の計算処理の負荷を小さくすることができる。

例えば、本開示の一態様に係る自律神経状態評価装置では、前記回復時間算出部は、前記被測定者が所定の運動量を超える運動をする度に、前記回復時間を算出してもよい。

このように、被測定者が所定の運動量を超える運動をする度に、回復時間算出部は被測定者の運動量に対する回復時間を算出するため、被測定者の自律神経の状態を適切に評価することができる。

例えば、本開示の一態様に係る自律神経状態評価装置は、さらに、記憶部を有し、前記回復時間算出部は、複数の運動量の運動のそれぞれについて、前記回復時間を算出し、算出した前記回復時間と当該回復時間に対応する運動量とを用いて、運動量と回復時間との関係を算出して前記記憶部に保存し、前記状態評価部は、前記記憶部に保存された前記関係を参照することで、被測定者の運動に対応する回復時間を特定してもよい。

これにより、測定の度に回復時間を算出する必要がなく、回復時間算出部の計算処理の負荷を低減することができる。

例えば、本開示の一態様に係る自律神経状態評価装置では、前記回復時間算出部は、前記被測定者に運動をする指示を与えることで前記被測定者に複数の運動量の運動を行わせ、前記複数の運動量の運動のそれぞれについて、前記回復時間を算出してもよい。

これにより、測定の度に回復時間を算出する必要がなく、回復時間算出部の計算処理の負荷を低減することができる。

なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータで読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化することがある。

（実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る自律神経状態評価システムの構成を示すブロック図である。

本実施の形態に係る自律神経状態評価システムは、被測定者の活動時間と、被測定者が活動を停止した後に自律神経の状態が安定するまでの回復時間とを除いた期間における生体情報に基づいて、被測定者の自律神経機能の状態、すなわち、自律神経の状態を評価するシステムである。当該システムは、センサ装置１０と自律神経状態評価装置１００とを備える。

自律神経の状態とは、自律神経機能の状態であって、具体的には、交感神経の活動と副交感神経の活動とのバランスであり、一般に、被測定者のストレスの度合いにより影響を受ける。自律神経状態の評価は、自律神経機能の指標に基づいて評価される。自律神経機能の指標とは、自律神経の活性度を表す指標であり、自律神経活動における交感神経の活動と副交感神経の活動とのバランスを表す。また、自律神経の状態は、被測定者のストレス度合いにより影響を受けるため、被測定者の自律神経の状態を評価することにより、被測定者のストレス度合いを判定することができる。

生体情報は、例えば、心拍、脈拍、呼吸数、血中酸素飽和度、血圧、又は体温などの自律神経により影響を受ける生理学的な情報であればよいが、測定の容易性から、生体情報は、被測定者の心拍情報であってもよい。心拍情報とは、心拍から得られる情報である。

センサ装置１０は、被測定者に装着され、被測定者の生体情報（ここでは、心拍）及び被測定者の動きを示す加速度情報を検出し、自律神経状態評価装置１００にこれらの情報を送信する。例えば、センサ装置１０は、被測定者に装着されるウエアラブルデバイスであり、心拍センサ１、心拍検出部２、加速度センサ３及び通信部４を備える。

心拍センサ１は、被測定者の心拍情報を取得するセンサであり、例えば、被測定者の体の表面に接触する一対の検出電極を備える。心拍センサ１により得られる心拍情報は、上述の心拍から得られる情報であって、心臓の拍動により得られる電気信号である。

心拍検出部２は、心拍センサ１で得られた心拍情報から、左心室が急激に収縮して心臓から血液を送り出す際に発生する電気信号（Ｒ波）を検出し、隣り合うＲ波とＲ波との間隔、つまり、心拍の間隔を計測する。これをＲＲ間隔（ＲＲＩ：ＲＲ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）という。

なお、心拍センサ１は、導電性粘着ゲル電極を被測定者の胸部に貼り付けて電気的に心拍を測定する方法と、腕又は指先などの血管に照射した光の反射又は光の透過によって脈波を測定する方法が一般的である。しかし、本開示は、心拍の情報を検出することを目的としているため、上記の方法には限定されることはなく、他の測定方法でもよい。

加速度センサ３は、被測定者の体に加わる加速度を検出するセンサであり、被測定者の動きを示す加速度情報、つまり、被測定者の運動量を示す情報を取得する。

なお、加速度センサは角速度センサでもあってもよい。被測定者の動きを示す加速度情報として、角速度センサが出力する各軸の角速度を合成した合成角速度を、３軸加速度センサが出力する各軸の加速度を合成した合成加速度の代わりに使用してもよい。

通信部４は、心拍検出部２及び加速度センサ３で得られた心拍の間隔などの生体情報及び運動量を示す加速度情報を、通信にて、自律神経状態評価装置１００に送信する。例えば、通信部４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩｒＤＡ、又はＷｉ−Ｆｉ（登録商標）などの無線通信インターフェースである。

自律神経状態評価装置１００は、センサ装置１０から送信される生体情報及び加速度情報に基づいて、被測定者の自律神経の状態を評価する。例えば、自律神経状態評価装置１００は、スマートフォン又はタブレット端末などの携帯端末装置であり、通信部１１、制御部１２、記憶部１５、表示部１６及び入力部１７を備える。

通信部１１は、被測定者に装着されたセンサ装置１０から、通信により、被測定者の生体情報及び加速度情報を取得する。例えば、通信部１１は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩｒＤＡ、又はＷｉ−Ｆｉ（登録商標）などの無線通信インターフェースである。

制御部１２は、通信部１１で取得された生体情報及び加速度情報に基づいて、被測定者の自律神経の状態を評価する。制御部１２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及びその補助回路を含み、回復時間算出部１３と状態評価部１４とを制御し、記憶部１５に格納されたプログラム及びデータに従って所定の処理を実行する。また、制御部１２は、通信部１１及び入力部１７から入力されたデータを処理し、処理したデータを記憶部１５に保存し、表示部１６に表示させる。

回復時間算出部１３は、通信部１１で取得された生体情報及び加速度情報に基づいて、回復時間を算出する。回復時間とは、被測定者が所定の運動量を超える運動を止めてから被測定者の自律神経の状態が安定するまでの時間である。

回復時間算出部１３は、以下の２つの算出モードを有する。１つは、被測定者が所定の運動量を超える運動をする度に回復時間を算出する都度算出モードである。もう１つは、予め複数の運動量とそれらに対応する回復時間との関係を算出して記憶部１５に保存するキャリブレーションモードである。キャリブレーションモードでは、回復時間算出部１３は、被測定者に運動をする指示を与えることで、被測定者に複数の運動量の運動を行わせ、複数の運動量の運動のそれぞれについて、回復時間を算出する。

状態評価部１４は、被測定者が所定の運動量を超える運動をしている期間（以下、活動時間と称する。）と、回復時間算出部１３で算出された回復時間とを除く期間における生体情報に基づいて、被測定者の自律神経の状態を評価する。なお、状態評価部１４は、記憶部１５に保存された所定の運動量に対する回復時間の関係を参照することで、被測定者の所定の運動量に対する回復時間を特定してもよい。

入力部１７は、被測定者（ユーザ）による操作を示す操作信号を制御部１２に入力する。例えば、入力部１７は、タッチパネル、キーボード又はマウスなどである。操作信号とは、回復時間の算出モードの選択、自律神経状態の評価結果の抽出方法、又は表示部１６での評価結果の表示方法などの設定を行う信号である。

記憶部１５は、制御部１２でプログラムを実行するために必要な作業領域と、制御部１２で実行するために基本的なプログラムを記憶するための領域とを含み、例えば、読み書き可能な不揮発性メモリである。制御部１２は、記憶部１５に、回復時間算出部１３がキャリブレーションモードで算出した運動量と回復時間との関係、及び自律神経状態の評価結果を保存する。

表示部１６は、制御部１２により制御され、自律神経状態の評価結果を表示する。例えば、表示部１６は、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイなどである。

図２は、心拍センサ１で得られる心拍情報の一例を示す図である。ここでは、心電波形が示されている。図２に示すように、心電波形は、心房の電気的興奮を反映するＰ波と、心室の電気的興奮を反映するＱ波、Ｒ波、及びＳ波と、興奮した心室の心筋細胞が再分極する過程を反映するＴ波とから構成されている。

このうち、Ｒ波の波高（電位差）が最も大きく、筋電位などのノイズに対して最も頑健である。そのため、これらの心電波形のうち、Ｒ波ピークとＲ波ピークとの間隔を心拍間隔（ＲＲＩ）と呼び、心拍間隔の逆数に６０を乗じると心拍数が算出される。

心拍検知部２では、心拍センサ１により取得された心拍情報により示される心電波形からＲ波を検出する。なお、Ｒ波の検出には、例えば、Ｐａｎ＆Ｔｏｍｐｋｉｎｓ法などの公知の手法が用いられる。

次に、心拍検知部２において検出されたＲ波から心拍間隔（ＲＲＩ）の変動量を算出する方法について説明する。

図３は、心拍間隔（ＲＲＩ）の変動量を算出する手法を説明する図である。制御部１２の状態評価部１４は、センサ装置１０の心拍検出部２で得られたＲ波の検出データから、以下のように、ＲＲＩの変動量を算出する。

状態評価部１４は、図３の（ａ）に示すように、連続する２つの心拍それぞれに対応するＲ波間の間隔であるＲＲＩを算出する。図３の（ｂ）に示すＲＲＩの時系列データは、図３の（ａ）に示すＲＲＩが不等間隔の離散的なデータであるため、等間隔の時系列となるように補間されたものである。このように、状態評価部１４は、ＲＲＩの時系列データを等間隔時系列に変換する。次いで、状態評価部１４は、図３の（ｂ）に示されるＲＲＩの等間隔時系列データに対して、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いて周波数解析することにより、図３の（ｃ）に示す心拍変動の周波数成分を求める。

心拍変動の周波数成分は、例えば、高周波成分（ＨＦ：Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）と低周波成分（ＬＦ：Ｌｏｗ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）とに分けることができる。高周波成分ＨＦは、０．１４Ｈｚ〜０．４Ｈｚの高周波数領域のパワースペクトルの積分値であり、副交感神経活動量を反映する。また、低周波成分ＬＦは、０．０４Ｈｚ〜０．１４Ｈｚの低周波数領域のパワースペクトルの積分値であり、交感神経及び副交感神経の活動量を反映する。そのため、低周波成分ＬＦと高周波成分ＨＦとの比であるＬＦ／ＨＦは、交感神経活動量を反映する。さらに、任意時間帯における心拍間隔の標準偏差ＳＤを心拍間隔の平均値で規格化する下記の変動係数ＣｖＲＲ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒ−Ｒ ｉｎｔｅｒｖａｌｓ）も自律神経機能を評価する指標として使用される。

ＣｖＲＲ＝任意時間帯における心拍間隔のＳＤ／任意時間帯における心拍間隔の平均

なお、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いた周波数変換を行うデータは、例えば、活動時間及び回復時間を除外した後の６０秒間以上１８０秒間以下の心拍変動のデータである。そして、周波数変換を繰り返す場合には、周波数変換は、例えば、５秒おきに行う。

以上のように、心拍間隔（ＲＲＩ）の変動量から、上記自律神経機能の指標を算出することにより、自律神経の状態を評価することができる。また、自律神経の状態はストレスにより影響を受けるため、自律神経の状態を評価することにより、被測定者のストレスの度合いを判定することができる。例えば、被測定者のストレスの度合いを判定する指標として、ストレス指標を使用する。ストレス指標は、自律神経の状態を評価できるものであればよく、例えば、自律神経のバランスを示す、低周波成分ＬＦと高周波成分ＨＦとの比であるＬＦ／ＨＦである。ストレス指標は、心拍間隔の周期的な変動、つまり、心拍揺らぎを示す、低周波成分ＬＦと高周波成分ＨＦの和であるＬＦ＋ＨＦや、副交感神経の亢進を示す高周波成分ＨＦの値を用いてもよい。さらに上述したこれらの値の全てを用いて複合的にストレスの度合いを判定してもよい。さらに、ストレス指標として、心拍数を使用してもよい。

また、本実施の形態に係る自律神経状態評価装置１００では、回復時間算出部１３は、センサ装置１０から送信される被測定者の生体情報及び加速度情報に基づいて、活動時間及び回復時間を算出する。

図４は、活動時間及び回復時間を説明する図である。図５は、被測定者の運動量と回復時間との関係の一例を示すグラフである。

活動時間は、被測定者が所定の運動量を超える運動をしている期間である。例えば、図４の（ａ）に示すように、活動時間（Ｔａ）は、被測定者が所定の運動量を超える運動を開始したときから所定の運動量を超える運動を止めたとき（Ｔ１）までの時間である。回復時間算出部１３では、センサ装置１０の加速度センサ３で得られた加速度情報（加速度の値）から運動量を算出する。

運動量は、加速度のデータを時間積分して求めることができる。例えば３軸加速度センサの場合、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３方向に対する加速度の値が出力される。運動量は、これらの３方向に対する加速度の二乗平均値を時間積分して求められる。なお、これらの３方向に対する加速度の二乗平均値は、被測定者が活動したか否かを判別するための指標として用いられてもよい。また、活動開始時から活動終了時までの被測定者の運動量の総和と回復時間との関係を算出してもよい。被測定者の運動量の総和とは、上記３方向に対する加速度の二乗平均値を、被測定者が所定の運動量を超える運動を開始したとき（活動開始時）から所定の運動量を超える運動を止めたとき（活動終了時）までの時間で積分した値である。

回復時間は、被測定者が所定の運動量を超える運動を止めてから被測定者の自律神経の状態が安定するまでの時間である。言い換えると、回復時間Ｔｂは、被測定者が所定の運動量を超える運動を止めた第１時間Ｔ１から被測定者の自律神経の状態が安定した第２時間Ｔ２までの期間である。回復時間Ｔｂは、被測定者の加速度情報及び生体情報に基づいて算出される。

なお、自律神経の状態が安定するとは、被測定者の生体情報、つまり、心拍情報が活動前と同程度まで落ち着くことをいう。例えば、被測定者の心拍情報が心拍数を示す場合、図４の（ｂ）に示すように、被測定者の心拍数が閾値よりも低くなることである。回復時間算出部１３は、被測定者の心拍数が閾値よりも低くなるタイミングを第２時間Ｔ２として特定する。

なお、回復時間Ｔｂの算出に心拍数を用いる利点は、次の通りである。つまり、心拍数が運動量に対して敏感に変化するため、被測定者の自律神経の状態を精度良く、リアルタイムに測定することができる。そのため、回復時間Ｔｂの算出に心拍数を用いると、被測定者の心拍情報が安定した状態を正確に把握することができる。また、心拍数は、心拍情報からの算出も容易であるため、回復時間Ｔｂの算出に心拍数を用いると、回復時間算出部１３の計算処理の負荷を小さくすることができる。

回復時間Ｔｂは、被測定者が所定の運動量を超える運動をする度に算出されてもよい。本実施形態ではこれを都度算出モードと呼ぶ。また、図５に示すように、予め被測定者に複数の運動量の運動を行わせ、複数の運動量とそれらに対応する回復時間Ｔｂとの関係を算出したデータを参照して、回復時間Ｔｂを算出してもよい。これを本実施形態ではキャリブレーションモードと呼ぶ。また、過去の一定期間の測定データの中から、被測定者の運動量と回復時間Ｔｂとの関係を算出したデータが参照されてもよい。

なお、実施の形態では、回復時間算出部１３が被測定者の所定の運動量を超える運動をする度に回復時間を算出する例を示している。しかしながら、回復時間算出部１３の計算処理の負荷を低減する観点から、事前に、又は、所定の間隔で、運動量と回復時間との関係を算出して使用してもよい。この場合、上述の関係は具体的には関係式であって、例えば、図５に示すように、被測定者が行った複数の運動量と、それぞれの運動量に対応する回復時間との関係を示す近似式である。

運動量と回復時間との関係は、被測定者の運動経験の有無などにより異なるため、自律神経状態の評価を正確に行う観点から、各被測定者に合った回復時間を算出する必要がある。そのため、事前に少なくとも所定の規定動作を行い、規定動作で得られた運動量と回復時間との関係式から回復時間を算出してもよい。また、日常の測定中に、任意の活動についてのみ運動量と回復時間との関係式を算出して記憶部１５に保存し、所定の間隔でキャリブレーションを行い、運動量と回復時間との関係式を修正してもよい。これにより、さらに正確な回復時間を算出することができる。なお、事前に運動量の総和と回復時間との関係式を算出しておき、運動量の総和のみから回復時間を算出してもよい。これにより回復時間算出部１３の計算負荷を減らすことができる。

状態評価部１４は、回復時間算出部１３で算出された被測定者の活動時間及び回復時間のそれぞれに対応する自律神経機能の指標データを、被測定者の日常の自律神経機能の指標データから間引く処理を行う。また同時に、状態評価部１４は、心拍情報の欠損などで正確に得られなかった信頼性の低い時間に対応する自律神経機能の指標データについても、被測定者の日常の自律神経機能の指標データから間引く処理を行う。

状態評価部１４は、上述のように自律神経状態の正確な評価に適さないデータを間引いた後、残りの時間について自律神経の状態を評価する。自律神経の状態は、上述したように、心拍間隔（ＲＲＩ）の変動量から評価される。例えば、状態評価部１４は、単位時間あたりの心拍間隔（ＲＲＩ）の変動量、発生イベント毎のＲＲＩの平均値又は代表値を算出することにより、自律神経の状態を評価する。また、状態評価部１４は、評価された自律神経の状態から被測定者のストレスの度合いを示す指標であるストレス指標を算出する。このストレス指標の算出については以下に説明する。

図６は、本実施の形態に係る自律神経状態評価方法を説明するフローチャートである。

本実施の形態に係る自律神経状態評価方法は、通信ステップＳ１と、制御ステップＳ２とを含む。制御ステップＳ２は、回復時間算出ステップＳ２ａと、状態評価ステップＳ２ｂとを含む。

まず、通信ステップＳ１では、通信部１１は、被測定者に装着されたセンサ装置１０から、通信により、被測定者の生体情報及び被測定者の動きを示す加速度情報を取得する。

次に、制御ステップＳ２では、制御部１２は、通信ステップＳ１で取得された生体情報及び加速度情報に基づいて、被測定者の自律神経の状態を評価する。本実施の形態では、生体情報は、例えば、心拍情報である。

回復時間算出ステップＳ２ａでは、回復時間算出部１３は、生体情報及び加速度情報に基づいて、被測定者が所定の運動量を超える運動を止めてから被測定者の自律神経の状態が安定するまでの時間である回復時間を算出する。より具体的には、回復時間算出部１３は、加速度情報に基づいて、加速度のデータを時間に対して積分し、被測定者の運動量を算出する。例えば、運動量は、加速度センサ３が３軸加速度センサの場合、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３方向に対する加速度の二乗平均値を時間積分した値である。

なお、回復時間算出ステップＳ２ａでは、回復時間算出部１３は、被測定者が所定の運動量を超える運動をする度に回復時間を算出してもよく（都度算出モード）、予め被測定者に複数の運動量の運動を行わせ、複数の運動量とそれらに対応する回復時間との関係を算出したデータを参照して回復時間を算出してもよい（キャリブレーションモード）。また、回復時間算出部１３は、過去の一定期間の測定データから、被測定者の運動量と回復時間Ｔｂとの関係を算出したデータを参照して回復時間を算出してもよい。

状態評価ステップＳ２ｂでは、状態評価部１４は、被測定者が所定の運動量を超える運動をしている期間（いわゆる、活動時間）と、回復時間算出ステップＳ２ａで算出された回復時間とを除く期間における生体情報、例えば、心拍情報に基づいて、被測定者の自律神経の状態を評価する。より具体的には、状態評価部１４は、単位時間あたりの心拍間隔（ＲＲＩ）の変動量、発生イベント毎のＲＲＩの平均値又は代表値を算出することにより、自律神経の状態を評価する。

また、状態評価ステップＳ２ｂでは、状態評価部１４は、自律神経状態の評価を行うことにより、被測定者のストレスの度合いを判定する。ストレスの度合いを判定する指標として、ストレス指標を使用する。ストレス指標は、ストレス度合いを表す指標であればよく、例えば、心拍、脈拍、呼吸数、血圧、血中酸素飽和度、又は発汗度などの生体情報であってもよく、生体情報から得られる自律神経機能の指標であってもよい。本実施の形態では、ストレス指標は、例えば、自律神経のバランスを示す、低周波成分ＬＦと高周波成分ＨＦとの比であるＬＦ／ＨＦである。ストレス指標は、心拍揺らぎを示す、低周波成分ＬＦと高周波成分ＨＦの和であるＬＦ＋ＨＦや、副交感神経の亢進を示す高周波成分ＨＦの値を用いてもよい。さらに上述したこれらの値の全てを用いて複合的にストレス度合いを判定してもよい。

図７は、本実施の形態に係る自律神経状態評価システムの一例を示す図である。

図７に示すように、本実施の形態に係る自律神経状態評価システムは、被測定者に装着され、被測定者の生体情報及び被測定者の動きを示す加速度情報を検出して送信するセンサ装置１０と、センサ装置１０から送信される生体情報及び加速度情報に基づいて被測定者の自律神経の状態を評価する自律神経状態評価装置１００とを備える。

センサ装置１０は、例えば、ウエアラブルデバイスであり、被測定者がセンサ装置１０を装着して日常の活動を行うことができる。自律神経状態評価装置１００は、例えば、スマートフォンなどの携帯端末装置であり、上述した自律神経状態評価方法をコンピュータに実行させるプログラムがインストールされている。

センサ装置１０及び自律神経状態評価装置１００は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又はＷｉ−Ｆｉ（登録商標）などの無線通信で接続されている。自律神経状態評価装置１００は、上述した自律神経状態評価方法により被測定者の自律神経状態の評価を行い、表示部１６に評価結果を表示する。表示部１６は、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイである。

なお、被測定者は、例えば、タッチパネルなどの入力部１７で、回復時間の算出モードの選択、自律神経状態の評価結果の抽出方法、又は表示部１６での評価結果の表示方法などの設定を行うことができる。

図８は、自律神経状態の評価結果及びストレス度合いの表示例を示す図である。制御部１２は、入力部１７に入力された操作信号に基づき、表示部１６に評価結果を表示させる。例えば、図８に示すように、表示部１６には、状態評価部１４で算出された自律神経状態の評価結果及びストレス度合いの結果が表示される。この例では、自律神経機能の指標をストレス指標として表示している。

また、表示部１６には、入力部１７に入力された設定に基づき、様々な形式の評価結果が表示される。例えば、１日のストレスの変化を表すグラフ１６ａ、１日のストレス指標の平均値１６ｂ、及び数日間のストレス度合いの推移１６ｃなどである。

図８に示すように、１日のストレスの変化を表すグラフ１６ａは、横軸に時間、縦軸にストレス指標を示す。なお、ストレス指標は、上述のいずれの指標であってもよい。このように、表示部１６に、１日のストレスの変化を表すグラフ１６ａが表示されることで、被測定者は、１日のストレスの変化を視覚的に把握することができる。また、１日のストレス指標の平均値１６ｂが表示されることで、被測定者は、１日のストレス度合いを把握することができる。さらに、数日間のストレス度合いの推移１６ｃが表示されることで、被測定者は、短期的なストレスの変化を把握することができる。このように、表示部１６に様々な形式の評価結果を表示することにより、被測定者は、適切に自己の自律神経の状態及びストレス度合いを把握することができ、中期的な自律神経の状態及びストレス度合いを自己管理することができる。

なお、図８に示す数日間のストレス度合いの推移１６ｃは、心拍揺らぎを示すＬＦ＋ＨＦで表されており、ＬＦ＋ＨＦの値が高いほど、被測定者がリラックスしていることを示している。すなわち、ＬＦ＋ＨＦの値が高いほど、被測定者のストレス度合いが低いことを示している。ストレス度合いの評価は、予め閾値を設けて評価してもよいが、被測定者によってストレス指標の値に個人差が生じるため、過去の評価結果と比較して評価されてもよい。図８に示す例では、状態評価部１４は、記憶部１５に保存された過去の評価結果を参照してストレス度合いの評価基準を設け、ストレス度合いの評価を行っている。評価基準は、例えば、ストレス指標としてＬＦ＋ＨＦを使用した場合、ＬＦ＋ＨＦの値が１５０００以上であればＡ（良好）、１００００以上１５０００未満であればＢ（普通）、１００００未満であればＣ（やや悪い）などである。

以上のように、本実施の形態によれば、被測定者の活動時間及び回復時間の生体情報を自律神経状態の評価対象から除くことができる。そのため、従来よりも正確に、自律神経の状態を評価することができる。

以上、本開示に係る自律神経状態評価装置、自律神経状態評価システム、自律神経状態評価方法及びプログラムについて、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲に含まれる。

なお、上記実施の形態では、ストレス指標として自律神経機能の指標であるＬＦ及びＨＦを用いたが、自律神経活動度であるエントロピーＥ及び自律神経バランスであるトーンＴを用いてもよい。

また、上記実施の形態では、回復時間を算出する際の心拍情報として心拍数を用いたが、状態評価部１４で算出された変動係数ＣｖＲＲ、ＬＦ、又はＨＦなどを用いてもよい。この場合、回復時間算出部１３は、記憶部１５に保存された変動係数ＣｖＲＲ、ＬＦ又はＨＦを取得する。

また、上記実施の形態に係る自律神経状態評価システムは、センサ装置１０と自律神経状態評価装置１００とを備え、自律神経状態評価装置１００は通信部１１、制御部１２、表示部及び入力部１７を備える例である。他の例としては、例えば、センサ装置１０が制御部１２及び記憶部１５を備え、自律神経状態評価装置１００が表示部１６及び入力部１７を備えてもよいし、さらに、センサ装置１０が表示部１６及び入力部１７までを備える１つのウエアラブルデバイスであってもよい。

本開示は、自律神経状態評価装置及び自律神経状態評価システムとして、特に、被測定者の活動による生体状態の変化の影響を除いた自律神経の状態を評価するシステムに有用である。例えば、自律神経状態評価システムは、ウエアラブルデバイスと携帯端末装置とで構成される。

１ 心拍センサ
２ 心拍検出部
３ 加速度センサ
４、１１ 通信部
１０ センサ装置
１２ 制御部
１３ 回復時間算出部
１４ 状態評価部
１５ 記憶部
１６ 表示部
１７ 入力部
Ｔ１ 第１時間
Ｔ２ 第２時間
Ｔａ 活動時間
Ｔｂ 回復時間
１００ 自律神経状態評価装置

Claims (10)

1. 被測定者に装着されたセンサ装置から、通信により、前記被測定者の生体情報及び前記被測定者の動きを示す加速度情報を取得する通信部と、
   前記通信部で取得された前記生体情報及び前記加速度情報に基づいて、前記被測定者の自律神経の状態を評価する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記生体情報及び前記加速度情報に基づいて、前記被測定者が所定の運動量を超える運動を止めてから前記被測定者の自律神経の状態が安定するまでの時間である回復時間を算出する回復時間算出部と、
   前記被測定者が前記所定の運動量を超える運動をしている期間と、前記回復時間算出部で算出された前記回復時間とを除く期間における前記生体情報に基づいて、前記被測定者の自律神経の状態を評価する状態評価部とを有する
   自律神経状態評価装置。
2. 前記回復時間算出部は、前記加速度情報に基づいて、前記被測定者が所定の運動量を超える運動を止めた第１時間を特定し、前記生体情報に基づいて、前記被測定者の自律神経の状態が安定した第２時間を特定し、前記第１時間から前記第２時間までの期間を回復時間として算出する
   請求項１記載の自律神経状態評価装置。
3. 前記生体情報は、前記被測定者の心拍情報である
   請求項２記載の自律神経状態評価装置。
4. 前記心拍情報は、心拍数を示し、
   前記回復時間算出部は、前記心拍情報に基づいて、前記被測定者の心拍数が閾値よりも低くなったタイミングを前記第２時間として特定する
   請求項３記載の自律神経状態評価装置。
5. 前記回復時間算出部は、前記被測定者が所定の運動量を超える運動をする度に、前記回復時間を算出する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の自律神経状態評価装置。
6. さらに、記憶部を有し、
   前記回復時間算出部は、複数の運動量の運動のそれぞれについて前記回復時間を算出し、算出した前記回復時間と当該回復時間に対応する運動量とを用いて、運動量と回復時間との関係を算出して前記記憶部に保存し、
   前記状態評価部は、前記記憶部に保存された前記関係を参照することで、被測定者の運動に対応する回復時間を特定する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の自律神経状態評価装置。
7. 前記回復時間算出部は、前記被測定者に運動をする指示を与えることで前記被測定者に複数の運動量の運動を行わせ、前記複数の運動量の運動のそれぞれについて、前記回復時間を算出する
   請求項６記載の自律神経状態評価装置。
8. 被測定者に装着され、前記被測定者の生体情報及び前記被測定者の動きを示す加速度情報を検出して送信するセンサ装置と、
   前記センサ装置から送信される前記生体情報及び前記加速度情報に基づいて前記被測定者の自律神経の状態を評価する請求項１〜７のいずれか１項に記載の自律神経状態評価装置とを備える
   自律神経状態評価システム。
9. 被測定者に装着されたセンサ装置から、通信により、前記被測定者の生体情報及び前記被測定者の動きを示す加速度情報を取得する通信ステップと、
   前記通信ステップで取得された前記生体情報及び前記加速度情報に基づいて、前記被測定者の自律神経の状態を評価する制御ステップとを含み、
   前記制御ステップは、
   前記生体情報及び前記加速度情報に基づいて、前記被測定者が所定の運動量を超える運動を止めてから前記被測定者の自律神経の状態が安定するまでの時間である回復時間を算出する回復時間算出ステップと、
   前記被測定者が前記所定の運動量を超える運動をしている期間と、前記回復時間算出ステップで算出された前記回復時間とを除く期間における前記生体情報に基づいて、前記被測定者の自律神経の状態を評価する状態評価ステップとを含む
   自律神経状態評価方法。
10. 請求項９記載の自律神経状態評価方法をコンピュータに実行させるプログラム。

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