JP2702683B2 - 疲労特性評価装置及び疲労計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人体に対する緊張状
態、興奮状態、或いは覚醒状態等のストレスの負荷によ
って生じる疲労状態において、その疲労度を定量的に計
測する疲労計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自己の健康状態を管理するた
めにストレス度を評価することが行なわれており、例え
ば、指先の脈波の測定データに対してカオス解析を施
し、これによって得られるカオスアトラクターに基づい
て、ストレス度を推定する装置が提案されている。該装
置においては、ディスプレイに描画されるカオスアトラ
ターのパターンを目視によって判別し、ストレスの度合
いを定性的に評価する。

【０００３】又、人間の指先等、抹消部の皮膚温がスト
レス時に低下することが従来より知られており、この皮
膚温の低下量を測定して、該温度低下量をもってストレ
ス度の評価値とすることが可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、人間の健康
状態を管理するためには、ストレス度の他に、実時間に
おける疲労の度合いを評価することが必要である。しか
しながら、疲労度を定量的に計測するための手法はこれ
までに知られておらず、充分な健康管理が困難であっ
た。本発明の目的は、人間の疲労度を定量的に計測出来
る疲労計測装置と、これに用いる疲労特性評価装置を提
供することである。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る疲労特性評価
装置は以下の構成を具えている。 (ａ) 人体に単調作業による疲労を継続的に与えつつ、
その過程における疲労度の自己申告値を取り込む疲労試
験手段、(ｂ) 人体の抹消部の皮膚温を測定する皮膚温
測定手段、(ｃ) 皮膚温測定手段からの測定データを取
り込み、人体の体幹部の皮膚温或いは安静時における人
体の抹消部の皮膚温を基準とする抹消部皮膚温の低下量
を算出して、該低下量を積算する皮膚温低下量積算手
段、(ｄ) 疲労試験手段から得られる疲労度の自己申告
値の時系列データと、皮膚温低下量積算手段から得られ
る抹消部皮膚温の低下量の積算値の時系列データに回帰
分析を施して、皮膚温低下量積算値と疲労度の間に成立
する疲労特性を導出する疲労特性導出手段。

【０００６】又、本発明に係る第１の疲労計測装置は以
下の構成を具えている。 (ａ) 人体の体幹部の皮膚温或いは安静時における人体
の抹消部の皮膚温を基準として、人体の抹消部の皮膚温
の低下量を測定する皮膚温低下量測定手段、(ｂ) 測定
された抹消部皮膚温の低下量を積算する皮膚温低下量積
算手段、(ｃ) 皮膚温低下量積算値と疲労度の間に成立
する疲労特性が記憶されているメモリ手段、(ｄ) メモ
リ手段に記憶されている疲労特性に基づいて、温度低下
量の積算値から疲労度を算出する疲労度算出手段、(ｅ)
算出された疲労度を出力する出力手段。

【０００７】更に本発明に係る第２の疲労計測装置は、
上記第１の疲労計測装置に上記疲労特性評価装置を接続
したものであって、以下の構成を具えている。 (ａ) 人体に単調作業による疲労を継続的に与えつつ、
その過程における疲労度の自己申告値を取り込む疲労試
験手段、(ｂ) 人体の抹消部の皮膚温を測定する皮膚温
測定手段、(ｃ) 皮膚温測定手段からの測定データを取
り込み、人体の体幹部の皮膚温或いは安静時における抹
消部皮膚温を基準とする抹消部皮膚温の低下量を算出し
て、該低下量を積算する皮膚温低下量積算手段、(ｄ)
疲労試験手段から得られる疲労度の自己申告値の時系列
データと、皮膚温低下量積算手段から得られる抹消部皮
膚温の低下量の積算値の時系列データに回帰分析を施し
て、皮膚温低下量積算値と疲労度の間に成立する疲労特
性を導出する疲労特性導出手段、(ｅ) 実際の疲労計測
時にて、前記疲労特性導出手段によって導出された疲労
特性に基づき、皮膚温低下量積算手段による積算値から
疲労度を算出する疲労度算出手段、(ｆ) 算出された疲
労度を出力する出力手段。

【０００８】尚、上記各装置に於いて、人体の抹消部は
例えば鼻部、体幹部は例えば額部である。

【０００９】

【作用】本発明においては、ストレスが蓄積することに
よって疲労が生じるとの前提に立ち、ストレス度が抹消
部皮膚温の低下量で表わされることから、抹消部皮膚温
の低下量の積算値と疲労度の間に成立する関係を実験的
に見出し、疲労度を定量的に評価することに成功した。

【００１０】上記疲労特性評価装置は、抹消部皮膚温の
低下量の積算値と疲労度の間に成立する関係を関数化し
て、得られた関数から被験者の疲労特性を評価せんとす
るものである。特定の被験者には、疲労試験手段によっ
て単調作業が与えられ、被験者は、その過程で感じた疲
労度、例えば−１００(疲れている)から＋１００(元気
である)の範囲の値を適時、疲労試験手段に対して自己
申告する。又、同時に被験者の抹消部皮膚温が測定され
る。例えば疲労試験手段が皮膚温低下量積算手段へタイ
ミング信号を発することによって、皮膚温低下量積算手
段は、皮膚温測定手段からの測定データを取り込み、人
体の体幹部の皮膚温或いは安静時における人体の抹消部
の皮膚温を基準とする抹消部皮膚温の低下量を算出し
て、該低下量を前回のデータ取込み時の積算値に加算す
る。

【００１１】この様にして、疲労度自己申告値と皮膚温
低下量の積算値が所定期間に亘って蓄積されると、疲労
特性導出手段は、これらの時系列データに回帰分析を施
して、皮膚温低下量積算値と疲労度の間に成立する疲労
特性を、例えば１次式として導出する。

【００１２】これによって得られた疲労特性には、被験
者毎の疲労に関する個人差が加味されて、被験者の疲労
に関する特性を定量的に表わしたものとなる。従って、
該疲労特性を利用して、被験者の実時間疲労度を実測し
たり、或いは被験者に休息を促すことが出来る。

【００１３】第１の疲労計測装置においては、疲労度の
計測を行なわんとする特定の１或いは複数人の被験者を
対象として、予め、疲労度と皮膚温低下量の積算値の間
に成立する疲労特性を規定するための予備計測が行なわ
れ、被験者毎の疲労特性が関数化或いはテーブル化され
て、メモリ手段に記憶されている。実際の疲労度の計測
においては、抹消部皮膚温が測定され、皮膚温低下量の
積算値が算出される。そして、前記疲労特性に基づい
て、該積算値に対応する疲労度が導出される。

【００１４】尚、抹消部皮膚温の低下量を算出する際、
体幹部皮膚温を基準として、体幹部皮膚温から抹消部皮
膚温を差し引くことにより、環境温度や湿度等の環境条
件の変化による温度変化成分が相殺されて、ストレスの
負荷のみに起因する皮膚温低下量を求めることが出来
る。

【００１５】第２の疲労計測装置においては、疲労試験
手段、皮膚温測定手段、皮膚温低下量積算手段、及び疲
労特性導出手段によって、上記本発明の疲労特性評価装
置が構成されて、該装置によって導出された疲労特性に
基づいて、実時間疲労度が算出される。

【００１６】

【発明の効果】本発明に係る疲労特性評価装置及び疲労
計測装置によれば、ストレスの負荷に起因する疲労の度
合いを定量的に評価し、計測することが出来る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき、図面に沿っ
て詳述する。本発明では、ストレスが蓄積することによ
って疲労が生じるとの前提に立ち、ストレス度が抹消部
皮膚温の低下量で表わされることから、抹消部としての
鼻部皮膚温の低下量に注目し、鼻部皮膚温の低下量の積
算値と疲労度の間の関係を実験的に調べた。

【００１８】実験には、被験者に単調作業による疲労を
継続的に与えるための単調作業付加装置を作製して用い
た。図５は、単調作業付加装置に装備されているディス
プレイの表示画面を示している。画面には、設定された
速度(図５では一定速度)で回転する針を表示し、単調作
業として、回転する針が設定した角度(図５では５０度)
の扇形領域内に入ったとき、スペースキーを押下する針
止め作業を負荷した。針止め作業に於いては、針は、真
下からスタートし、時計回りに回転する。そして、針が
扇形領域内で止められたときは、ＯＫのメッセージとし
て、短く高いビープ音を発生させる。又、針が扇形領域
内で停止しなかったときは、ＮＧのメッセージとして、
長く低いビープ音を発生させる。ここで、単調作業付加
装置は、扇形領域の中心位置と針の停止位置のずれ角を
検知することが可能である。

【００１９】又、画面上部には、疲労度の自己申告値を
入力するための連続スケールが表示される。針止め作業
中に被験者が、連続スケールに連動したスライドバーの
ボリューム調整操作を行なうことによって、連続スケー
ル上の矢印が左右に移動する。この矢印の移動によっ
て、被験者の感じる疲労の度合いを、左端の「疲れてい
る」から右端の「元気である」までを連続的に入力でき
る構成とした。ここで、矢印が左端に位置するときは、
疲労度の自己申告値を−１００として取り込み、矢印の
右端に位置するときは、疲労度の自己申告値を＋１００
として取り込む。

【００２０】上記単調作業付加装置を用いた実験では、
男女２６名の被験者を対象として、安静閉眼状態を保っ
た後、４０分間の針止め作業を与え、疲労度の自己申告
値を一定周期で取り込むと共に、その過程における鼻部
皮膚温の変化を測定した。

【００２１】この結果、ある被験者については、図６に
示す鼻部皮膚温の低下量が測定された。図示の如く、作
業開始後は、大きな低下量が生じているが、徐々に低下
量は小さくなっている。一方、該被験者による実時間疲
労度の申告値は、図７に示す如く＋１００から−１００
まで比較的滑らかに変化した。被験者２６名の鼻部皮膚
温の低下量の変化と実時間疲労申告値の変化に対して、
両者の相関を調べたところ、相関係数が正負にわかれ、
鼻部皮膚温の低下量からは疲労の推定が不可能であるこ
とが判った。

【００２２】そこで、作業開始時、即ち安静状態を基準
とする鼻部皮膚温の低下量の積算値が、その時点におけ
る疲労の度合いを表わすと仮定し、複数の被験者を対象
として、鼻部皮膚温低下量の積算値と実時間疲労申告値
の間の相関を調べた。その結果、２６名の被験者につい
て、図１１に示す相関係数ｒが得られた。又、図８乃至
図１０は、この中の３名の被験者(Ｇ、Ｐ、Ｕ)につい
て、鼻部皮膚温低下量の積算値と実時間疲労申告値の関
係をプロットしたものである。

【００２３】図１１から明らかな様に、殆どの被験者に
ついて、Ｐ値(危険率)が０.０００１以下となる高い相
関関係が得られ、この結果から、実時間疲労申告値が鼻
部皮膚温低下量の積算値によって適確に表わされること
がわかる。又、図８乃至図１０から明らかな様に、鼻部
皮膚温低下量の積算値ｘと実時間疲労申告値ｙの間には
線形関係が成立し、実時間疲労申告値ｙは、鼻部皮膚温
低下量の積算値ｘの１次関数として高い近似度で表わさ
れる。但し、被験者によってその１次関数の係数はまち
まちであり、個人差があることがわかる。

【００２４】従って、特定の被験者について、鼻部皮膚
温低下量の積算値ｘと実時間疲労申告値ｙの間に成立す
る１次式(疲労式)は、その被験者の疲労に関する固有の
特性を表わしていると考えられる。そこで本発明に於い
ては、各被験者についての疲労式を個別に導出して、該
疲労式に基づいて、各被験者の疲労度を個別に算出する
ものとする。

【００２５】本発明に係る疲労計測装置は、図１に示す
如く、外部に露出した顔面の皮膚温を測定するためのサ
ーモカメラ(１)を具えており、該サーモカメラ(１)は、
マイクロコンピュータやハードディスク装置等からなる
疲労度計測回路(２)に接続され、該回路によって算出さ
れた疲労度は、プリンター(８)及び／又はディスプレイ
(９)へ出力される。又、疲労度計測回路(２)には、図５
に示す前述の単調作業付加装置(３)が接続されている。

【００２６】図１に示す如く、疲労度計測回路(２)は、
サーモカメラ(１)によって撮影された赤外顔画像から鼻
部の温度データを抽出して、鼻部皮膚温を計測する皮膚
温計測部(４)と、計測された鼻部皮膚温に基づいて、安
静時を基準とする鼻部皮膚温の低下量を算出し、該低下
量を積算する温度低下積算部(５)と、温度低下量の積算
値に基づいて被験者毎の疲労式を決定し、或いは疲労度
を算出する疲労式／疲労度算出部(６)と、決定された疲
労式を被験者毎に記憶する疲労式格納メモリ(７)とを具
えている。

【００２７】図２は、単調作業付加装置の具体的な動作
を表わしており、先ずステップＳ１にて、針の回転速
度、実験時間などのデフォルト値を設定した後、ステッ
プＳ２にて、被験者の性別や年齢などのデータを入力す
る。次にステップＳ３にてスタートキーがＯＮになる
と、図５の針をスタートさせ、ステップＳ４にて、設定
条件と被験者データを図５の画面に表示する。これに応
じて、被験者は針止め作業を開始する。

【００２８】ステップＳ５では、スペースキーが押され
ることなく針の回転角度が１８０°を越えたか、或いは
スペースキーが押下されたかどうかを判断し、ＮＯの場
合はステップＳ５を繰り返す。ステップＳ５でＹＥＳと
判断されたときは、ステップＳ６にて針のずれ角を算出
する。ここで、スペースキーが押されなかったときはず
れ角を１８０°とする。

【００２９】次に、ステップＳ７では、疲労度申告のた
めのスライドバーからボリューム調整値を取り込んで、
実時間疲労度(−１００〜＋１００)を算出する。その
後、ステップＳ８にて、スタート時からの経過時間、ず
れ角度、実時間疲労度等のデータを図１の疲労度計測回
路(２)の疲労式／疲労度算出部(６)へ出力する。又、ス
テップＳ９では、皮膚温計測のためのタイミング信号を
疲労度計測回路(２)の皮膚温計測部(４)へ出力する。こ
れに応じて、疲労度計測回路(２)は、後述の如く疲労式
の導出を実行する。

【００３０】最後に、単調作業付加装置(３)は、ステッ
プＳ１０にて、スタート時からの経過時間が所定の実験
時間(例えば４０分)よりも長くなっかどうかを判断し、
ＮＯの場合は、ステップＳ５へ戻って実験を続行するの
である。

【００３１】疲労度計測回路(２)は、単調作業付加装置
(３)からタイミング信号を受けると、図３に示す如くス
テップＳ１１にて、単調作業付加装置(３)から実時間疲
労度を取り込むと同時に、サーモカメラ(１)から鼻部皮
膚温を取り込み、ステップＳ１２では、皮膚温低下量の
積算を行なう。尚、皮膚温低下量は、作業開始時、即ち
安静時における鼻部皮膚温を基準として算出する。

【００３２】その後、ステップＳ１３にて所定時間(例
えば４０分)が経過したかどうかを判断し、ＮＯの場合
は、ステップＳ１１に戻って更にデータを蓄積する。ス
テップＳ１３にてＹＥＳと判断されたときは、ステップ
Ｓ１４に移行して、蓄積されたデータ、即ち、皮膚温低
下量の積算値の時系列データと実時間疲労申告値の時系
列データに相関解析を施して、当該被験者の疲労式を導
出する。

【００３３】導出された疲労式はステップＳ１５にて疲
労式格納メモリ(７)に格納する。尚、疲労式の導出は、
被験者毎に行なわれ、被験者毎に疲労式格納メモリ(７)
に格納される。

【００３４】図４は、上記の如く導出された疲労式に基
づいて、特定の被験者の疲労度を実際に計測する際の動
作を表わしている。疲労度計測回路(２)は、先ずステッ
プＳ２１にて、被験者の鼻部皮膚温を取り込み、ステッ
プＳ２２で皮膚温低下量の積算を行なう。尚、皮膚温低
下量は、計測開始時点における鼻部皮膚温を基準として
算出する。

【００３５】次にステップＳ２３では、当該被験者につ
いて疲労式格納メモリ(７)に格納されている疲労式を読
み出し、該疲労式に前記算出された皮膚温低下量の積算
値を代入し、該積算値に対応する疲労度を算出する。算
出された疲労度は、ステップＳ２４にて被験者の氏名と
共に表示される。その後、ステップＳ２５にて計測を終
了するかどうかを判断し、ＮＯの場合は、他の被験者に
ついての疲労計測に移行する。

【００３６】上記疲労計測装置によれば、被験者に固有
の疲労特性が適確に評価されて、その疲労特性に基づい
て、当該被験者の疲労度を定量的に把握することが出来
る。

【００３７】尚、計測開始時のストレスが０で、安静が
保たれている場合には、上述の計測によって得られる疲
労度は、絶対値としての意義を有するが、計測開始時に
既にストレスが貯まっている場合には、上述の計測によ
って得られる疲労度は、厳密には、計測開始時点からの
疲労度の蓄積量を表わすものとなる。

【００３８】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。例えば上記実施例では、疲労式を１次式で
近似しているが、これに限らず、２次式など、種々の関
数式を用いることも出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る疲労計測装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】単調作業付加装置の動作を表わすフローチャー
トである。

【図３】疲労式導出のための手続きを表わすフローチャ
ートである。

【図４】実際の疲労計測の手続きを表わすフローチャー
トである。

【図５】単調作業付加装置の表示画面を示す図である。

【図６】鼻部皮膚温低下量の時間変化を示すグラフであ
る。

【図７】実時間疲労申告値の時間変化を示すグラフであ
る。

【図８】ある被験者についての鼻部皮膚温低下量の積算
値と実時間疲労申告値の関係を示すグラフである。

【図９】他の被験者についての同上のグラフである。

【図１０】更に他の被験者についての同上のグラフであ
る。

【図１１】２６名の被験者を対象とする鼻部皮膚温低下
量の積算値と実時間疲労申告値の相関係数を示す図表で
ある。

【符号の説明】

(１) サーモカメラ (２) 疲労度計測回路 (３) 単調作業付加装置 (４) 皮膚温計測部 (５) 温度低下積算部 (６) 疲労式／疲労度算出部 (７) 疲労式格納メモリ (８) プリンター (９) ディスプレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−51234（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−253193（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−28338（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−164034（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−143038（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−166493（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−54940（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−200448（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−314430（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−49626（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−307071（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人体の疲労に関する特性を評価する疲労
   特性評価装置であって、 人体に単調作業による疲労を継続的に与えつつ、その過
   程における疲労度の自己申告値を取り込む疲労試験手段
   と、 人体の抹消部の皮膚温を測定する皮膚温測定手段と、 皮膚温測定手段からの測定データを取り込み、人体の体
   幹部の皮膚温或いは安静時における人体の抹消部の皮膚
   温を基準とする抹消部皮膚温の低下量を算出して、該低
   下量を積算する皮膚温低下量積算手段と、 疲労試験手段から得られる疲労度の自己申告値の時系列
   データと、皮膚温低下量積算手段から得られる抹消部皮
   膚温の低下量の積算値の時系列データに回帰分析を施し
   て、皮膚温低下量積算値と疲労度の間に成立する疲労特
   性を導出する疲労特性導出手段とを具え、導出された疲
   労特性に基づいて、人体の疲労に関する特性の評価が可
   能である疲労特性評価装置。
2. 【請求項２】 人体の疲労度を計測する疲労計測装置で
   あって、 人体の体幹部の皮膚温或いは安静時における人体の抹消
   部の皮膚温を基準として、人体の抹消部の皮膚温の低下
   量を測定する皮膚温低下量測定手段と、 測定された抹消部皮膚温の低下量を積算する皮膚温低下
   量積算手段と、 皮膚温低下量積算値と疲労度の間に成立する疲労特性が
   記憶されているメモリ手段と、 メモリ手段に記憶されている疲労特性に基づいて、温度
   低下量の積算値から疲労度を算出する疲労度算出手段
   と、 算出された疲労度を出力する出力手段とを具えたことを
   特徴とする疲労計測装置。
3. 【請求項３】 人体の疲労度を計測する疲労計測装置で
   あって、 人体に単調作業による疲労を継続的に与えつつ、その過
   程における疲労度の自己申告値を取り込む疲労試験手段
   と、 人体の抹消部の皮膚温を測定する皮膚温測定手段と、 皮膚温測定手段からの測定データを取り込み、人体の体
   幹部の皮膚温或いは安静時における抹消部皮膚温を基準
   とする抹消部皮膚温の低下量を算出して、該低下量を積
   算する皮膚温低下量積算手段と、 疲労試験手段から得られる疲労度の自己申告値の時系列
   データと、皮膚温低下量積算手段から得られる抹消部皮
   膚温の低下量の積算値の時系列データに回帰分析を施し
   て、皮膚温低下量積算値と疲労度の間に成立する疲労特
   性を導出する疲労特性導出手段と、 実際の疲労計測時にて、前記疲労特性導出手段によって
   導出された疲労特性に基づき、皮膚温低下量積算手段に
   よる積算値から疲労度を算出する疲労度算出手段と、 算出された疲労度を出力する出力手段とを具えたことを
   特徴とする疲労計測装置。