JP5663749B2 - ストレス評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、被験者の心拍に伴う波動である脈波についてカオス解析を行うことにより、被験者の心身の状態を診断するストレス評価装置及びストレス評価方法に関する。

発光部の光源から測定対象体である人体の特定部位（指尖、耳たぶ等）に特定波長の光を照射した後、特定部位内の血管を透過又は反射した光の光量信号のピーク間隔の変位に基づいて、心拍数に伴う指尖の血液の容積変動、いわゆる脈波を測定することにより、被験者の心理状態やストレス等を解析する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−２２３２５８号公報

しかしながら、ストレス診断では脈波の微妙な変動を分析する必要があるので、上記従来のストレス評価装置では、指尖、耳たぶ等を挟み込んで脈波を計測している。そのため、脈波データを取得する間、被験者は装着の煩わしさや痛みに耐えなければならず、それがかえってストレスになってしまうといった問題がある。一方、指尖や耳たぶ等を挟まずに測定した場合、発光部及び受光部に対して測定対象体が変動しやすくなるため、分析には不適切な脈波データやノイズを取得及び処理する可能性が高くなり、正確な診断ができない、という問題もある。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、脈波測定の際の被験者の負担を軽減するとともに、短時間の測定でもストレス診断を精度良く行うことができるストレス評価装置及びストレス評価方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係るストレス評価装置は、接触した測定対象体を透過又は反射した光から被験者の脈波を測定する脈波測定部と、取得した脈波データから被験者のストレスを診断するストレス評価診断部と、を備えるストレス評価装置であって、前記脈波測定部が、前記測定対象体との接触の有無を検知する押圧力検知部と、接触時の前記測定対象体の加速度を検出する加速度測定部と、を備え、前記押圧力検知部及び前記加速度測定部からの情報に基づき、脈波データの取得の可否を判断するデータ取得判定部と、一定時間における脈波データの計測値及びこれの変動幅と所定の閾値とを比較して、前記ストレス評価診断部における前記脈波データの処理の可否を判断するデータ処理判定部と、を有するデータ前処理部を備えていることを特徴とする。

この発明は、測定対象体との接触の有無や、接触時の加速度に応じて脈波データの取得を判定するので、安定したデータを好適に取得することができる。また、安定した診断が可能な領域の脈波データをさらに使用した処理を行うことにより、ストレス診断をより好適に行うことができる。

また、本発明に係るストレス評価装置は、前記ストレス評価装置であって、前記測定対象体に向けて光を照射する発光部と、該発光部から照射されて前記測定対象体を透過又は反射した光の受光部と、前記測定対象体が接する筐体壁と、前記発光部と接続された第一導光部と、前記受光部と接続された第二導光部と、を備え、前記測定対象体が前記筐体壁を押圧する際に一部が食い込んで挿入される孔部が前記筐体壁に設けられ、前記第一導光部及び前記第二導光部の端部が、前記孔部に挿入された前記測定対象体に当接若しくは食い込む位置に配されていることを特徴とする。

この発明は、脈波測定時に筐体壁に測定対象体を載置して孔部に押し込むことにより、測定対象体を第一導光部及び前記第二導光部の端部に好適に当接させることができ、より安定した脈波データを取得することができる。

また、本発明に係るストレス評価装置は、前記ストレス評価装置であって、脈波データの取得及び取得した前記脈波データの処理の可否を表す表示部を備えていることを特徴とする。

この発明は、脈波データ取得及び処理の可否を容易に確認することができる。

本発明に係るストレス評価方法は、接触した測定対象体を透過又は反射した光から被験者の脈波を測定し、該脈波から被験者のストレスを診断するストレス評価方法であって、前記測定対象体との接触の有無を検知して、検知結果から脈波データの取得の可否を判断する第一データ取得判定工程と、接触時の前記測定対象体の加速度を検出して、該加速度の大きさから脈波データの取得の可否を判断する第二データ取得判定工程と、前記測定対象体から脈波データを取得するデータ取得工程と、一定時間における前記脈波データの計測値及びこれの変動幅と所定の閾値とを比較して前記脈波データの処理の可否を判断するデータ処理判定工程と、所定時間以上取得した前記脈波データから前記ストレスを診断する診断工程と、を備えていることを特徴とする。

また、本発明に係るストレス評価方法は、前記ストレス評価方法であって、前記所定時間内で前記脈波データの処理を不可とする脈波データを取得したときに、それまでに取得した前記脈波データの脈波データ列を削除するデータ列リセット工程を備えていることを特徴とする。

この発明は、ストレス診断可能な脈波データ列を取得できない場合に再取得する際、診断に使用できなかったデータを廃棄することによって、最新の脈波データに基づく診断を行うことができる。

本発明によれば、脈波測定の際の被験者の負担を軽減するとともに、短時間の測定でもストレス診断を精度良く行うことができる。

本発明の（ａ）一実施形態に係るストレス評価装置、（ｂ）〜（ｄ）他の実施形態に係るストレス評価装置、をそれぞれ示す概要図である。 本発明の一実施形態に係るストレス評価装置を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るストレス評価装置のセンサ部の構成を示す（ａ）要部平面図、（ｂ）（ａ）のIII−III断面図である。 本発明の一実施形態に係るストレス評価方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係るストレス評価装置により取得した安静時の（ａ）脈波データ、（ｂ）〜（ｄ）そのときの加速度データを示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るストレス評価装置により取得した腕を振った時の（ａ）脈波データ、（ｂ）〜（ｄ）そのときの加速度データを示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るストレス評価装置により取得した脈波データの処理の判定結果を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るストレス評価装置により取得したストレス診断処理が（ａ）可能な脈波データ、（ｂ）〜（ｅ）不可能な脈波データを示すグラフである。

本発明に係る一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
本実施形態に係るストレス評価装置１は、図１（ａ）に示すように、ロボットＲのハンド部Ｈに配されて、指（測定対象体）を反射した光から被験者の脈波を測定するセンサ部２と、脈波データの取得及び処理に関する演算を行う不図示の演算処理部、各種演算に必要なプログラムを格納する不図示のプログラムメモリ部、外部との間でデータの送受信を行う不図示の入出力インタフェース部、を有する不図示の制御部と、備えている。これらは相互に通信可能に接続されている。

なお、センサ部２は、ロボットＲのハンド部Ｈに限らず、図１（ｂ）に示すようなエクササイズ機器Ｅ、図１（ｃ）に示すようなゲームコントローラＣ、図１（ｄ）に示すようなマウスＭ等、手で把持した際に指が当接される場所に配されていても構わない。

また、ストレス評価装置１は、ストレス評価プログラムの機能手段（プログラムモジュール）として、図２に示すように、脈波測定部３と、データ前処理部５と、表示部６と、ストレス評価診断部７と、を備えている。これらの機能手段は、演算処理部やプログラムメモリ部によって実現される制御部８によってそれぞれ制御される。

センサ部２は、図３に示すように、基板１０と、脈波測定を行う指Ｆに向けて光を照射する発光部１１と、発光部１１から照射されて指Ｆを反射した光の受光部１２と、指が接触する筐体壁１３と、基板１０を安定させるためのスプリング１４と、発光部１１と接続された第一導光部１５と、受光部１２と接続された第二導光部１６と、指Ｆとの接触の有無を検知するタッチセンサ１７と、基板１０の加速度を検出する加速度センサ１８と、光電流を増幅するプリアンプ２０と、表示ランプ２１と、を備えている。

発光部１１は、脈波測定に好適な公知の周波数の光を発するＬＥＤを有する。また、受光部１２は、フォトダイオードを有する。何れも基板１０に配されている。

筐体壁１３は、指Ｆを載置するために基板１０を覆うように配されている。この筐体壁１３には、指Ｆが筐体壁１３上に載置されて筐体壁１３を押圧する際に、一部が内部に食い込んで挿入される大きさの孔部１３Ａが設けられている。そして、第一導光部１５及び第二導光部１６の端部１５Ａ，１６Ａが、孔部１３Ａに挿入された指Ｆとの間から光が漏れないよう、指Ｆに当接若しくは食い込む位置の略同一平面上に配されている。

タッチセンサ１７は、指Ｆが第一導光部１５及び第二導光部１６の端部１５Ａ，１６Ａに均等に当接していることを検知するため、第一導光部１５及び第二導光部１６の端部１５Ａ，１６Ａと略同一平面上に配されている。孔部１３Ａの大きさを変化させることによって、第一導光部１５及び第二導光部１６の端部１５Ａ，１６Ａ、並びにタッチセンサ１７への指Ｆの押圧力が調節される。

表示ランプ２１は、後述する表示部６における脈波データの取得及び取得した脈波データの処理の可否結果に応じて点灯又は消灯する。

脈波測定部３は、筐体壁１３に接触した指Ｆを反射した光から被験者の脈波を測定するためのもので、タッチセンサ１７により指Ｆとの接触の有無を検知する押圧力検知部２２と、基板１０を介して加速度センサ１８により筐体壁１３に接触時の指Ｆの加速度を検出する加速度測定部２３と、を備えている。

データ前処理部５は、押圧力検知部２２及び加速度測定部２３からのデータに基づき、脈波データの取得の可否を判断するデータ取得判定部２５と、一定時間における脈波データの計測値及びこれの変動幅と所定の閾値とを比較して、ストレス評価診断部７における脈波データの処理の可否を判断するデータ処理判定部２６と、を備えている。

表示部６は、データ前処理部５で行った脈波データの取得及び取得した脈波データの処理の可否の判定結果を表示ランプ２１に表示する。

ストレス評価診断部７は、例えば、特開２００９−６６０１７号公報に記載のように、取得した脈波データについてカオス処理を行って被験者の心身状態を診断するための不図示の各種演算部を備えている。

次に、本実施形態に係るストレス評価装置１の作用について、ストレス評価方法と合わせて説明する。

ストレス評価方法は、図４に示すように、第一データ取得判定工程(Ｓ０１)と、第二データ取得判定工程(Ｓ０２)と、データ取得工程(Ｓ０３)と、データ処理判定工程(Ｓ０４)と、診断工程(Ｓ０５)と、データ列リセット工程（Ｓ０６）と、を備えている。

脈波を計測する際には、まずは、被験者が筐体壁１３の孔部１３Ａを塞ぐように指Ｆを筐体壁１３に押し付けて開始する。そして、第一データ取得判定工程(Ｓ０１)では、タッチセンサ１７を介して、指Ｆと、第一導光部１５及び第二導光部１６の端部１５Ａ，１６Ａと、の接触の有無を押圧力検知部２２によって検知する。

検知結果はデータ取得判定部２５に送られ、両者が接触している場合には、脈波データの取得は可能と判断する。そして表示部６を介して表示ランプ２１を点灯するとともに、データ取得工程（Ｓ０３）に移行する。一方、両者が接触していない場合には、脈波データの取得は不可能と判断し、両者が接触している状態になるまでこれを繰り返す。

第二データ取得判定工程(Ｓ０２)では、加速度センサ１８を介して、第一導光部１５及び第二導光部１６の端部１５Ａ，１６Ａと接触している指Ｆの加速度を加速度測定部２３によって検出する。検知結果はデータ取得判定部２５に送られ、加速度の大きさから脈波データの取得の可否を判断する。

この際、例えば、加速度の閾値を各軸方向とも±０．５ｍ／ｓｅｃ^２とし、検出した加速度がこの閾値以下の場合には、脈波データの取得が可能と判断する。この場合、表示部６を介して表示ランプ２１を点灯するとともに、データ取得工程（Ｓ０３）に移行する。一方、加速度がこの閾値を超えている場合には、脈波データの取得は不可能と判断し、閾値以下の加速度データが得られるまでこれを繰り返す。

データ取得工程（Ｓ０３）では、第一導光部１５を介して発光部１１からの光を指Ｆに照射する。そして、第二導光部１６を介して反射した光を受光部１２に導光し、被験者の脈波データを取得する。

データ処理判定工程(Ｓ０４)では、データ処理判定部２６にて一定時間における脈波データの計測値及びこれの変動幅と所定の閾値とを比較して、ストレス診断のための脈波データの処理の可否を判断する。

例えば、脈波データのサンプリングレートを１０ｍｓｅｃとした場合、ストレス診断に適する脈波の上限値及び下限値を設定し、６０ｍｓｅｃ間といった一定時間で１回以上、脈波が上限値又は下限値に達していないときには、データ処理判定部２６にて脈波データの処理が可能であると判断する。

さらに、サンプリング前後の脈波の変動幅が所定の閾値未満の場合にも、データ処理判定部２６にて脈波データの処理が可能であると判断する。そして、例えば、６秒間といった所定時間分の脈波データを取得できた場合に、表示部６を介して表示ランプ２１を点灯するとともに、診断工程（Ｓ０５）に移行する。

診断工程（Ｓ０５）では、処理可能な脈波データを６秒間以上取得できた場合には、取得した脈波データの先頭を削除しつつ、最新のデータを最後尾に加えた脈波データ列を生成する。そして、このデータ列に基づき、ストレス評価診断部７にて、例えば、特開２００９−６６０１７号公報に記載の方法によってストレス診断を行う。

一方、６０ｍｓｅｃ間連続して脈波が上限値又は下限値に達しているときには、データ処理判定部２６にて脈波データの処理が不可能であると判断する。また、変動幅が所定の閾値以上の場合にも、データ処理判定部２６にて脈波データの処理が不可能であると判断する。そして、データ列リセット工程（Ｓ０６）に移行するとともに、脈波データが上記閾値未満となるまで、データ取得工程（Ｓ０３）及びデータ処理判定工程(Ｓ０４)を繰り返す。

データ列リセット工程（Ｓ０６）では、例えば、６秒間といった所定時間内で脈波データの処理を不可とする脈波データを取得したときに、それまでに取得した脈波データの脈波データ列を削除する。

このストレス評価装置１及びストレス評価方法によれば、指Ｆと第一導光部１５及び第二導光部１６との接触の有無や、接触時の加速度に応じて脈波データの取得を判定するので、安定したデータを好適に取得することができる。また、脈波データを取得した後も安定したストレス診断を可能とする領域の脈波データを使用して処理を行うことにより、ストレス診断を短時間でもより好適に行うことができる。

また、脈波測定時に筐体壁１３に指Ｆを載置して孔部１３Ａに押し込むことにより、指Ｆの接触面が多少変化しても第一導光部１５及び第二導光部１６の端部１５Ａ，１６Ａに好適に当接させ続けることができ、より安定した脈波データを取得することができる。

さらに、表示ランプ２１の点灯の有無により、脈波データ取得及び処理の可否を容易に確認することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、脈波データの取得に際しては、光を指Ｆに照射してその反射光を受光する反射型としているが、透過型でも構わない。

上記実施形態におけるストレス評価装置１を用いてストレス診断を行った。
脈波データの取得の可否を事前に判断することにより、図５に示すように、安静時の安定した脈波データを取得する一方、図６に示すように、加速度が大きい場合の不安定な脈波データは取得しないことができた。

また、脈波データの処理の可否を事前に判断することにより、図７に示す脈波データのうち、安定した領域の脈波データのみを処理した。つまり図８（ａ）に示すような測定データを用いる一方、図８（ｂ）〜（ｅ）に示すような不安定な測定データは処理しないことにより、より精度良くストレス診断を行うことができた。

１ ストレス評価装置
３ 脈波測定部
５ データ前処理部
６ 表示部
７ ストレス評価診断部
１１ 発光部
１２ 受光部
１３ 筐体壁
１３Ａ 孔部
１５ 第一導光部
１５Ａ，１６Ａ 端部
１６ 第二導光部
２２ 押圧力検知部
２３ 加速度測定部
２５ データ取得判定部
２６ データ処理判定部

Claims (3)

1. 接触した測定対象体を透過又は反射した光から被験者の脈波を測定する脈波測定部と、取得した脈波データから被験者のストレスを診断するストレス評価診断部と、
   を備えるストレス評価装置であって、
   前記脈波測定部が、前記測定対象体との接触の有無を検知する押圧力検知部と、
   接触時の前記測定対象体の加速度を検出する加速度測定部と、
   を備え、
   前記押圧力検知部及び前記加速度測定部からの情報に基づき、脈波データの取得の可否を判断するデータ取得判定部と、
   前記脈波データと、これらの脈波データについて予め設定した上限値及び下限値からなる所定の閾値とを比較して、所定時間における前記脈波データが前記閾値の範囲内にある場合にはその脈波データを前記ストレス評価診断部における前記脈波データの処理が可能なデータであると判断するデータ処理判定部と、
   を有するデータ前処理部を備え、
   前記ストレス評価診断部は、所定時間以上の処理可能な脈波データが得られた場合にはそれまでに取得した脈波データにおける元も古いデータの削除をしつつ、最新の脈波データを加えた脈波データ列を生成し、
   所定時間内で脈波データの処理を不可とする脈波データを取得したときには、それまでに取得した脈波データの脈波データ列を削除し、
   得られた所定時間以上の連続した最新の脈波データ列に基づきストレス診断を行う
   ことを特徴とするストレス評価装置。
2. 前記測定対象体に向けて光を照射する発光部と、
   該発光部から照射されて前記測定対象体を透過又は反射した光の受光部と、
   前記測定対象体が接する筐体壁と、
   前記発光部と接続された第一導光部と、
   前記受光部と接続された第二導光部と、
   を備え、
   前記測定対象体が前記筐体壁を押圧する際に一部が食い込んで挿入される孔部が前記筐体壁に設けられ、
   前記第一導光部及び前記第二導光部の端部が、前記孔部に挿入された前記測定対象体に当接若しくは食い込む位置に配されていることを特徴とする請求項１に記載のストレス評価装置。
3. 脈波データの取得及び取得した前記脈波データの処理の可否を表す表示部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のストレス評価装置。
   

Images