JP3755005B1 - 自律神経活動評価装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】被験者に接触することなく、短時間で自律神経系の活動を評価できるようにする。
【解決手段】光源からの光が被験者の皮膚によって反射した反射光から偏光板を用いて皮膚内部で反射した内部反射光成分のみを検出する撮影手段と、内部反射光成分画像から被験者の肌色を構成する色素成分のうちヘモグロビン成分を求める処理手段と、内部反射光成分画像から額部領域及び鼻部領域を抽出する処理手段と、額部領域における統計量を基に鼻部領域のヘモグロビン成分量データを正規化する処理手段と、鼻部領域におけるヘモグロビン成分量データから交感神経系活性度を評価する処理手段と、交感神経系活性度の評価値を出力する出力手段とを備えた簡易型自律神経活動評価装置。
【選択図】図2
【解決手段】光源からの光が被験者の皮膚によって反射した反射光から偏光板を用いて皮膚内部で反射した内部反射光成分のみを検出する撮影手段と、内部反射光成分画像から被験者の肌色を構成する色素成分のうちヘモグロビン成分を求める処理手段と、内部反射光成分画像から額部領域及び鼻部領域を抽出する処理手段と、額部領域における統計量を基に鼻部領域のヘモグロビン成分量データを正規化する処理手段と、鼻部領域におけるヘモグロビン成分量データから交感神経系活性度を評価する処理手段と、交感神経系活性度の評価値を出力する出力手段とを備えた簡易型自律神経活動評価装置。
【選択図】図2
Description
本発明は、被験者の顔画像の肌色情報を解析することで自律神経系の活動状況を評価する自律神経活動評価装置に関する。
従来、人体の自律神経系の活動を定量的に評価する方法として、被験者の心電図を計測し、得られた心拍変動データに対して周波数解析を施す方法がある。例えば、特許文献1〜3では、心拍変動データから周波数解析に基づいて交感神経系の活性度を定量化し、その結果をそれぞれ酔態や肩こり、ストレス状態の評価へと応用している。
また、特許文献4に記載されているように、心電図を使用する代わりに、血流測定器を利用して身体の一部の指または耳等の血流量を測定し、そこから心拍変動に関するデータを得る方法もある。
特許文献8及び9には、脳内血液の酸素化ヘモグロビン濃度変化、脱酸素化ヘモグロビン濃度変化、総ヘモグロビン濃度変化を中枢神経活動指標とすることが記載されている。
また、特許文献4に記載されているように、心電図を使用する代わりに、血流測定器を利用して身体の一部の指または耳等の血流量を測定し、そこから心拍変動に関するデータを得る方法もある。
特許文献8及び9には、脳内血液の酸素化ヘモグロビン濃度変化、脱酸素化ヘモグロビン濃度変化、総ヘモグロビン濃度変化を中枢神経活動指標とすることが記載されている。
特許文献7には、光源からの光を偏光装置を介して皮膚に照射し、偏光を使用して皮膚の表面で反射した表面反射光成分と皮膚の内部で反射した内部反射光成分とに分けて反射光を検出し、内部反射光成分から、被験者の肌色を構成するヘモグロビンなどの色素成分を求めることが記載されている。
特開2004−242720号公報
特開2000−166879号公報
特開平11−155845号公報
特開2005−058766号公報
特開2005−034355号公報
特開2003−275179号公報
特開2002−200050号公報
特開2002−177248号公報
特開2002−177282号公報
しかし、心電図から得た心拍変動データに基づいて自律神経系の活動を評価する方法には、計測に一定の時間を必要とし、また心電図の計測時に電極等を被験者にセットしなければならず、被験者にとって負担となるものであり気楽に受けることができない等の問題がある。この問題は、心電図の代わりに血流測定器を利用した場合でも本質的には変わらない。
本発明は、上述の問題点を解決するため、被験者の顔画像の特定領域の肌色情報を解析することにより、被験者に接触することなく、また計測に時間をかけることなく、簡便に自律神経系の活動を評価できるようにするものである。
一般に、人体における自律神経系のうち交感神経系の活動が優位となると、血管の収縮が起こり血流量が低下する。特に動静脈吻合血管の血流は通常の皮膚血流と比較して著しく多量であり、交感神経系の影響を受けてオン・オフ的な挙動を示すという特徴がある。鼻部にはこの動静脈吻合血管が集中していることが知られており、この部位の血流量を計測することで交感神経系の活性度を評価することが可能となる。
本発明は、鼻部領域の皮膚の肌色情報からヘモグロビン成分量を求めて交感神経系活性度を求めるものである。ただし、この成分量は相対値であるため、額部領域の血流量が自律神経系の活動状況に関わらず一定であることに基づき、額部領域のヘモグロビン成分量を基に鼻部領域の成分量を正規化する。具体的には、額部領域の成分量データを平均0、分散1に合わせるためのパラメータを用いて鼻部領域のデータをスケーリングする。
鼻部領域内のヘモグロビン成分量を基に交感神経系活性度の定量化をおこなうものであり、カメラ装置により撮影した顔画像を用いて評価をおこなうため、被験者の体に装置を接触させる必要がない。また、従来の心電図を計測する方法等と比べて短時間の計測によって交感神経系の活性度を定量的に評価することができる。
図1は、本発明の自律神経活動評価方法の流れ図である。図2は本発明の自律神経活動評価装置の実施例のブロック図である。
光源1からの光を被験者の顔面の皮膚に照射し、その反射光をカメラ装置3で撮影する。反射光のうち皮膚の表面で反射した表面反射光成分は後の処理において単なるノイズとなってしまう。そこで、偏光を使用することによってこの表面反射光成分を除去して画像を撮影する。
光源1からの光を被験者の顔面の皮膚に照射し、その反射光をカメラ装置3で撮影する。反射光のうち皮膚の表面で反射した表面反射光成分は後の処理において単なるノイズとなってしまう。そこで、偏光を使用することによってこの表面反射光成分を除去して画像を撮影する。
光源1からの光を偏光板21を通過させてから被験者の顔に照射し、皮膚における反射光を偏光板22を通過させてカメラ装置3で撮影する。偏光板21と22の偏光軸は90度ずらしてあるので、表面反射光成分は除去され、皮膚内部で散乱し反射した内部反射光成分のみがカメラ装置3に到達し撮影される。
色素分離部4では、内部反射光成分画像から被験者の肌色を構成する色素成分、特にヘモグロビン成分を分離・抽出する。R、G、Bの各色の強度ベクトルをそれぞれr、g、bとするとき、画像内のある点の画素の色成分ベクトルCをC=[−log r、−log g、−log b]で表す。皮膚の各色素成分がそれぞれ独立でLambert−Beerの法則に従うというモデルに基づき、これに主成分分析及び独立成分分析を施すことでヘモグロビン成分量を算出することができる。
続いて、カメラ装置3で得られた内部反射光成分画像、及び色素分離部4で得られたヘモグロビン成分量データを自律神経活動評価部5に入力する。自律神経活動評価部5は、顔部位抽出部51、正規化処理部52、色素濃度算出部53の3ブロックからなる。
顔部位抽出部51では、被験者の顔画像から、以降の処理に利用する額部領域と鼻部領域とを抽出する。これには、画像から額部/鼻部領域をすべて自動で抽出する方法、顔の特徴点(例えば目、眉、鼻等)の画像上の位置を手動で指定し、額部/鼻部領域を計算により自動抽出する方法、額部/鼻部領域を手動で直接指定する方法等適宜の方法を選択する。
正規化処理部52では、抽出された額部領域におけるヘモグロビン成分量の統計量を基に、鼻部領域のヘモグロビン成分量データを正規化する。独立成分分析という手法の特性上、色素分離部4で得られたヘモグロビン成分量は絶対値ではなく、顔画像内での相対的な量のデータである。そこで、このデータを基に客観的な自律神経活動の指標を算出するためには、この相対量データを正規化する必要がある。
そのための具体的な方法の一つとして、額部領域におけるヘモグロビン成分量の平均値と分散を基に正規化を行う。額部領域におけるヘモグロビン成分量の平均をm、分散をσ2とする。これら2つの統計量を用い、下記の数式にしたがって鼻部領域のヘモグロビン成分量データを正規化する。
ここで、ρi、ρi’はそれぞれ正規化前、後の鼻部領域ヘモグロビン成分量、Nは鼻部領域内のヘモグロビン成分量データの数を表す。この正規化処理は額部領域の血流量が自律神経系の活動状況に関わらず一定であることに基づくもので、額部領域の成分量データを平均0、分散1に合わせるためのパラメータを用いて鼻部領域のデータをスケーリングするものである。
色素濃度算出部53では、鼻部領域における正規化されたヘモグロビン成分量の平均値を算出する。算出した平均値は、値が小さいほど鼻部領域内の血流量が少なく、したがって交感神経系が優位であることを表す。そこで、その平均値の正負を反転させた値を交感神経系活性度とし、ディスプレイ6もしくはプリンタ7に出力する。
実験例
自律神経系の活動に影響を与えると予想される計算負荷タスク(一桁の加算を暗算で20分間繰り返しおこなわせるもの)を被験者に与えた前後において、本発明により評価した交感神経系活性度の変化を表1に、比較として、特許文献2で用いられたものと同様の、心拍変動の周波数解析に基づいた交感神経系活性度の評価値と共に示す。
比較方法として採用した評価方法は、まず被験者の心電図を計測して心拍変動データを得、それに周波数解析を施し、0.03〜0.15Hz帯域のパワー値(LO)と0.15〜0.5Hz帯域のパワー値(HI)からLO/HIの値を求め、これを交感神経系の活性度としたものである。
自律神経系の活動に影響を与えると予想される計算負荷タスク(一桁の加算を暗算で20分間繰り返しおこなわせるもの)を被験者に与えた前後において、本発明により評価した交感神経系活性度の変化を表1に、比較として、特許文献2で用いられたものと同様の、心拍変動の周波数解析に基づいた交感神経系活性度の評価値と共に示す。
比較方法として採用した評価方法は、まず被験者の心電図を計測して心拍変動データを得、それに周波数解析を施し、0.03〜0.15Hz帯域のパワー値(LO)と0.15〜0.5Hz帯域のパワー値(HI)からLO/HIの値を求め、これを交感神経系の活性度としたものである。
表1より、計算負荷タスクが自律神経系の活動に与える影響は被験者ごとに異なっているが、指標の変化の方向(増加もしくは減少)は概ね一致していることが見て取れる。また、これら2指標の変化量間の相関係数を算出すると0.7928となる。これらの結果から、本発明は簡便な方法ではあるが自律神経系の活動を良く評価できているといえる。
1 光源
21、22 偏光板
3 カメラ装置
4 色素分離部
5 自律神経活動評価部
51 顔部位抽出部
52 正規化処理部
53 色素濃度算出部
6 ディスプレイ
7 プリンタ
21、22 偏光板
3 カメラ装置
4 色素分離部
5 自律神経活動評価部
51 顔部位抽出部
52 正規化処理部
53 色素濃度算出部
6 ディスプレイ
7 プリンタ
Claims (2)
- 顔の皮膚内部で反射した内部反射光成分のみを検出する撮影手段と、内部反射光成分画像からヘモグロビン成分を抽出する手段と、顔の画像から額部領域及び鼻部領域を抽出する画像処理手段と、鼻部領域のヘモグロビン成分量を正規化する処理手段と、鼻部領域におけるヘモグロビン成分量に基づいて交感神経系活性度を出力する評価処理手段と、交感神経系活性度の評価値を出力する出力手段とを備えた自律神経活動評価装置。
- 請求項1において、鼻部領域のヘモグロビン成分量の正規化は、額部領域におけるヘモグロビン成分量の平均値と分散に基づいておこなう自律神経活動評価装置。
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JP2005238267A JP3755005B1 (ja) | 2005-08-19 | 2005-08-19 | 自律神経活動評価装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005238267A JP3755005B1 (ja) | 2005-08-19 | 2005-08-19 | 自律神経活動評価装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family
ID=36165317
Family Applications (1)
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JP2005238267A Active JP3755005B1 (ja) | 2005-08-19 | 2005-08-19 | 自律神経活動評価装置 |
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---|---|
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-
2005
- 2005-08-19 JP JP2005238267A patent/JP3755005B1/ja active Active
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