JP6209783B2 - 疲労度推定装置、疲労度表示装置、及びプログラム - Google Patents
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本発明は、疲労度推定装置、疲労度表示装置、及びプログラムに関する。
生体の疲労度を推定する方法として、生体の脈波を用いる方法（例えば、特許文献１を参照）や、心拍数を用いる方法（例えば、非特許文献１を参照）が知られている。
特許文献１や非特許文献１には、脈波や心拍数を周波数解析し、その傾き、すなわちパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数が伏位、座位、立位などの体位により変化することが開示されている。
特許文献１や非特許文献１には、脈波や心拍数を周波数解析し、その傾き、すなわちパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数が伏位、座位、立位などの体位により変化することが開示されている。
"生体のフラクタルゆらぎとその機能"、［ｏｎｌｉｎｅ］、山本義春、［２０１３年６月２７日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐ．ｕ−ｔｏｋｙｏ．ａｃ．ｊｐ／〜ｙａｍａｍｏｔｏ／ｊｒｅｓ＿６／ｊｒｅｓ＿６．ｈｔｍｌ〉
発明者は、被験者が消防活動などの高負荷活動を行っているときに、ゆらぎ係数が特許文献１、非特許文献１と異なる挙動をとることを見出した。そのため、特許文献１、非特許文献１に開示されているように、単にパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数が大きいほど疲労していると評価するのみでは、高負荷活動を行う作業者の疲労度を適切に推定することができないという問題がある。
本発明の目的は、上述した課題を解決する疲労度推定装置、疲労度表示装置、及びプログラムを提供することにある。
本発明の目的は、上述した課題を解決する疲労度推定装置、疲労度表示装置、及びプログラムを提供することにある。
また、第４の態様は、生体の心拍数を含む生体情報を取得する生体情報取得部と、前記生体情報取得部が取得した心拍数の第１の周波数範囲内におけるパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数である第１のゆらぎ係数が第１の閾値を超えた場合に、前記生体の疲労度が第１の段階にあると推定し、前記第１のゆらぎ係数が前記第１の閾値を超えた後、前記第１の周波数範囲より中心周波数が高い第２の周波数範囲内におけるパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数である第２のゆらぎ係数が第２の閾値未満になった場合に、前記生体の疲労度が前記第１の段階より高い第２の段階にあると推定する疲労度推定部とを備えることを特徴とする疲労度推定装置である。
また、第５の態様は、生体の疲労度を表示する表示部を備え、前記表示部は、生体の心拍数の第１の周波数範囲内におけるパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数である第１のゆらぎ係数が第１の閾値を超えた場合に、前記生体の疲労度が第１の段階にあることを表示し、前記表示部は、前記第１のゆらぎ係数が前記第１の閾値を超えた後、前記第１の周波数範囲より中心周波数が高い第２の周波数範囲内におけるパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数である第２のゆらぎ係数が第２の閾値未満になった場合に、前記生体の疲労度が前記第１の段階より高い第２の段階にあることを表示することを特徴とする疲労度表示装置である。
また、第６の態様は、第５の態様において、前記表示部は、前記第１のゆらぎ係数が前記第１の閾値を超えた後、前記第２のゆらぎ係数が前記第２の閾値未満になってからの経過時間に係る値が第３の閾値を超えた場合に、前記生体の疲労度が前記第２の段階にあることを表示することを特徴とする疲労度表示装置である。
また、第７の態様は、第５または第６の態様において、前記表示部は、前記生体の体温に係る値が所定の温度範囲を超えている場合に、前記生体の疲労度が前記第２の段階にあることを表示することを特徴とする疲労度表示装置である。
また、第８の態様は、コンピュータを、生体の心拍数を含む生体情報を取得する生体情報取得部、前記生体情報取得部が取得した心拍数の第１の周波数範囲内におけるパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数である第１のゆらぎ係数が第１の閾値を超えた場合に、前記生体の疲労度が第１の段階にあると推定し、前記第１のゆらぎ係数が前記第１の閾値を超えた後、前記第１の周波数範囲より中心周波数が高い第２の周波数範囲内におけるパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数である第２のゆらぎ係数が第２の閾値未満になった場合に、前記生体の疲労度が前記第１の段階より高い第２の段階にあると推定する疲労度推定部として機能させるためのプログラムである。
上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、高負荷活動を行う作業者の疲労度を適切に推定することができる。
実際の消防活動では、火災の拡大を防止し、消火と同時に人災を最小限に食い止めることが求められている。このため、消防隊員は火災現場到着後、素早く的確な消火作業を行う必要がある。ここで実際の消防活動における消防隊員の活動は以下のようなことを行っている。（１）救助の必要な要救助者の探索、発見、要救助者の状況を確認して火災現場からの搬送及び安全な場所への避難。（２）火災の延焼及び類焼の防止作業。（３）消火用機材の搬送と配置。（４）消火作業。（５）確実な鎮火作業とその確認等。消防隊員は、このような作業を短時間に行わざるを得ず、個人差はあるものの消防隊員の心拍数が毎分１９０回以上、体温が平熱から摂氏２．５度〜３度上昇してしまうほどの高負荷活動となっている。
そこで、上記のような実態を踏まえて、発明者は以下に示すような高負荷活動モデル実験を行った。
発明者は、消防隊員などの高負荷活動の作業者である被験者から、当該高負荷活動に伴う身体負荷データとして心拍数を収集し、解析を行った。なお、実際の高負荷活動中の身体負荷データを入手することは困難であるため、発明者は、以下に示す高負荷活動モデルに従って被験者に負荷を与え、当該活動中の被験者の心拍数を収集した。
発明者は、消防隊員などの高負荷活動の作業者である被験者から、当該高負荷活動に伴う身体負荷データとして心拍数を収集し、解析を行った。なお、実際の高負荷活動中の身体負荷データを入手することは困難であるため、発明者は、以下に示す高負荷活動モデルに従って被験者に負荷を与え、当該活動中の被験者の心拍数を収集した。
高負荷活動モデルは、以下の活動からなる。まず、被験者は１分で空気呼吸器の装着を行う。次に、被験者は直径５０ミリメートルのホース（７キログラム）を２本持ってトレッドミル上を３分間走り、踏み台昇降運動を１分間行う。これはホースをビルの４階まで搬送する活動を模擬したものである。次に、被験者は１０キログラムの錘を持ってトレッドミル上を３分間走り、踏み台昇降運動を１分間行う。これはホースをビルの４階から５階へホースを延長する活動を模擬したものである。次に、被験者は要救助者のモデルに接触し、当該モデルのバイタルを確認する活動を１分間行う。次に、被験者は２５キログラムのナップサックを前面で抱え、トレッドミル上を３分間走る。これは、被験者をビルの５階から１階まで搬送する活動を模擬したものである。次に、被験者は要救助者のモデルのバイタルを確認する活動を１分間行う。次に、被験者は２４キログラムの吊り下げ錘を持ってトレッドミル上を３分間走り、踏み台昇降運動を１分間行う。これは資器材をビルの１階から５階へ搬送する活動を模擬したものである。次に、被験者は２分で発電機の起動及び照明の点灯を行う。次に、被験者はトレッドミル上を２分間走る。これは、要救助者を探索する活動を模擬したものである。次に、被験者は要救助者のモデルに接触し、当該モデルのバイタルを確認する活動を１分間行う。次に、被験者は２５キログラムのナップサックを前面で抱え、トレッドミル上を３分間走り、高負荷活動モデルに従った作業を終了する。
発明者は、上述した高負荷活動モデルに従った活動を行った被験者の心拍数を解析したところ、以下の事項を見出した。
通常の負荷を被験者に与えた場合に被験者に疲労が蓄積するに従って心拍数の周波数領域Ａ（０．００２７８ヘルツ〜０．４ヘルツ）におけるパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数（以下、ゆらぎ係数β１という）が「２」に漸近することが知られている。なお、ゆらぎ係数は、パワースペクトル密度を１／ｆβと表した場合における周波数ｆの指数βに相当する。これに対し、発明者は、ゆらぎ係数β１が、高負荷活動の継続によりさらに増加し、「２」以上の値となることを見出した。
通常の負荷を被験者に与えた場合に被験者に疲労が蓄積するに従って心拍数の周波数領域Ａ（０．００２７８ヘルツ〜０．４ヘルツ）におけるパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数（以下、ゆらぎ係数β１という）が「２」に漸近することが知られている。なお、ゆらぎ係数は、パワースペクトル密度を１／ｆβと表した場合における周波数ｆの指数βに相当する。これに対し、発明者は、ゆらぎ係数β１が、高負荷活動の継続によりさらに増加し、「２」以上の値となることを見出した。
また、発明者は、ゆらぎ係数β１が「２」を超えた後も高負荷を被験者に与え続けた場合に、心拍数の周波数領域Ｂ（０．２ヘルツ〜１ヘルツ）におけるパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数（以下、ゆらぎ係数β２という）が減少することを見出した。なお、当該ゆらぎ係数β２の減少に伴い、ゆらぎ係数β１も減少する。
これらのことから、発明者は、生体に疲労が蓄積することにより、ゆらぎ係数β１が「２」を超えることがあり、生体に疲労がさらに蓄積することにより、ゆらぎ係数β２が減少することを見出した。
次に、上記知見を踏まえ、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
《第１の実施形態》
図１は、少なくとも１つの実施形態に係る疲労度推定システム１００の構成を示す概略ブロック図である。
疲労度推定システム１００は、消防隊員などの高負荷活動の作業者の疲労度を推定し、各作業者の活動を管理する管理者が所持する携帯端末１３０に各作業者の疲労度を表示させるものである。なお、本実施形態において作業者は、生体の一例である。
《第１の実施形態》
図１は、少なくとも１つの実施形態に係る疲労度推定システム１００の構成を示す概略ブロック図である。
疲労度推定システム１００は、消防隊員などの高負荷活動の作業者の疲労度を推定し、各作業者の活動を管理する管理者が所持する携帯端末１３０に各作業者の疲労度を表示させるものである。なお、本実施形態において作業者は、生体の一例である。
疲労度推定システム１００は、計測装置１１０、疲労度推定装置１２０、携帯端末１３０を備える。
計測装置１１０は、作業者の心拍数と外耳温とを計測する。なお、本実施形態において外耳温は、体温に係る値の一例である。
疲労度推定装置１２０は、計測装置１１０が計測した心拍数及び外耳温に基づいて、作業者の疲労度を推定する。
携帯端末１３０は、疲労度推定装置１２０が推定した疲労度を表示部１３１に表示する。なお、本実施形態において携帯端末１３０は、疲労度表示装置の一例である。
計測装置１１０は、作業者の心拍数と外耳温とを計測する。なお、本実施形態において外耳温は、体温に係る値の一例である。
疲労度推定装置１２０は、計測装置１１０が計測した心拍数及び外耳温に基づいて、作業者の疲労度を推定する。
携帯端末１３０は、疲労度推定装置１２０が推定した疲労度を表示部１３１に表示する。なお、本実施形態において携帯端末１３０は、疲労度表示装置の一例である。
疲労度推定装置１２０は、生体情報取得部１２１、履歴記憶部１２２、ゆらぎ係数算出部１２３、計時部１２４、疲労度記憶部１２５、疲労度推定部１２６、疲労度出力部１２７を備える。
生体情報取得部１２１は、計測装置１１０から心拍数及び外耳温を取得する。
履歴記憶部１２２は、生体情報取得部１２１が取得した心拍数を時系列に記憶する。
ゆらぎ係数算出部１２３は、履歴記憶部１２２が記憶する心拍数の履歴に基づいて、心拍数のパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数を算出する。なお、ゆらぎ係数算出部１２３は、周波数領域Ａ（０．００２７８ヘルツ〜０．４ヘルツ）におけるゆらぎ係数β１と、周波数領域Ｂ（０．２ヘルツ〜１ヘルツ）におけるゆらぎ係数β２とを算出する。なお、本実施形態においてゆらぎ係数β１は第１のゆらぎ係数の一例であり、ゆらぎ係数β２は第２のゆらぎ係数の一例である。また、本実施形態において周波数領域Ａは第１の周波数領域の一例であり、周波数領域Ｂは第２の周波数領域の一例である。
履歴記憶部１２２は、生体情報取得部１２１が取得した心拍数を時系列に記憶する。
ゆらぎ係数算出部１２３は、履歴記憶部１２２が記憶する心拍数の履歴に基づいて、心拍数のパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数を算出する。なお、ゆらぎ係数算出部１２３は、周波数領域Ａ（０．００２７８ヘルツ〜０．４ヘルツ）におけるゆらぎ係数β１と、周波数領域Ｂ（０．２ヘルツ〜１ヘルツ）におけるゆらぎ係数β２とを算出する。なお、本実施形態においてゆらぎ係数β１は第１のゆらぎ係数の一例であり、ゆらぎ係数β２は第２のゆらぎ係数の一例である。また、本実施形態において周波数領域Ａは第１の周波数領域の一例であり、周波数領域Ｂは第２の周波数領域の一例である。
計時部１２４は、ゆらぎ係数β１が閾値ε１を超えた後、ゆらぎ係数β２が閾値ε２未満になってからの経過時間を計時する。当該経過時間は、ゆらぎ係数β１が閾値ε１を超えた後における、ゆらぎ係数β２が閾値ε２未満である状態の継続時間と等価である。なお、本実施形態において、閾値ε１は第１の閾値の一例であり、閾値ε２は第２の閾値の一例である。また本実施形態では、上述した発明者の知見を踏まえ、閾値ε１として「２」を採用する。また、本実施形態では、閾値ε２として「０．４」を採用する。
疲労度記憶部１２５は、疲労度推定部１２６が推定した作業者の疲労度を記憶する。
疲労度推定部１２６は、作業者の外耳温、ゆらぎ係数算出部１２３が算出したゆらぎ係数β１、計時部１２４が計時する経過時間、及び疲労度記憶部１２５が記憶する疲労度に基づいて、作業者の疲労度を推定する。なお、疲労度推定部１２６は、疲労度が低いほうから、「高負荷活動を開始または継続できる段階」、「高負荷活動の継続に注意を払うべき段階」、「高負荷活動を停止すべき段階」の３段階で疲労度を推定する。本実施形態において、「高負荷活動の継続に注意を払うべき段階」は第１の段階の一例であり、「高負荷活動を停止すべき段階」は第２の段階の一例である。
疲労度出力部１２７は、疲労度推定部１２６が推定した疲労度を携帯端末１３０に出力する。
疲労度推定部１２６は、作業者の外耳温、ゆらぎ係数算出部１２３が算出したゆらぎ係数β１、計時部１２４が計時する経過時間、及び疲労度記憶部１２５が記憶する疲労度に基づいて、作業者の疲労度を推定する。なお、疲労度推定部１２６は、疲労度が低いほうから、「高負荷活動を開始または継続できる段階」、「高負荷活動の継続に注意を払うべき段階」、「高負荷活動を停止すべき段階」の３段階で疲労度を推定する。本実施形態において、「高負荷活動の継続に注意を払うべき段階」は第１の段階の一例であり、「高負荷活動を停止すべき段階」は第２の段階の一例である。
疲労度出力部１２７は、疲労度推定部１２６が推定した疲労度を携帯端末１３０に出力する。
図２は、少なくとも１つの実施形態に係る疲労度推定装置１２０の動作を示すフローチャートである。
次に、本実施形態に係る疲労度推定方法について説明する。
疲労度推定装置１２０が疲労度の推定を開始すると、生体情報取得部１２１は、計測装置１１０から生体情報を取得する（ステップＳ１）。生体情報取得部１２１は、取得した生体情報を履歴記憶部１２２に記録する（ステップＳ２）。
次に、本実施形態に係る疲労度推定方法について説明する。
疲労度推定装置１２０が疲労度の推定を開始すると、生体情報取得部１２１は、計測装置１１０から生体情報を取得する（ステップＳ１）。生体情報取得部１２１は、取得した生体情報を履歴記憶部１２２に記録する（ステップＳ２）。
次に、ゆらぎ係数算出部１２３は、履歴記憶部１２２に所定のサンプリング時間（例えば３分間）分の生体情報が記録されているか否かを判定する（ステップＳ３）。ゆらぎ係数算出部１２３は、サンプリング時間分の生体情報が履歴記憶部１２２に記録されていないと判定した場合（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ１に戻り生体情報の取得を継続する。
他方、ゆらぎ係数算出部１２３は、サンプリング時間分の生体情報が履歴記憶部１２２に記録されていると判定した場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、現在時刻からサンプリング時間分の心拍数の時系列を履歴記憶部１２２から読み出す。次に、ゆらぎ係数算出部１２３は、読み出した心拍数の時系列を平滑化する。本実施形態では、心拍数の１５秒毎の移動平均を算出することで心拍数の時系列を平滑化する。
次に、ゆらぎ係数算出部１２３は、平滑化した心拍数の時系列を周波数解析して心拍数の周波数波形を算出する（ステップＳ４）。次に、ゆらぎ係数算出部１２３は、心拍数の周波数波形のうち、周波数領域Ａ（０．００２７８ヘルツ〜０．４ヘルツ）を抽出し、当該周波数領域Ａの周波数波形を最小二乗法によって曲線１／ｆβ１に当てはめることで、周波数領域Ａのゆらぎ係数β１を算出する。また、ゆらぎ係数算出部１２３は、心拍数の周波数波形のうち、周波数領域Ｂ（０．２ヘルツ〜１ヘルツ）を抽出し、当該周波数領域Ｂの周波数波形を最小二乗法によって曲線１／ｆβ２に当てはめることで、周波数領域Ｂのゆらぎ係数β２を算出する（ステップＳ５）。なお、周波数領域Ａの最小値０．００２７８ヘルツは、サンプリング時間である１８０秒の逆数の半分の値である。また、周波数領域Ｂの範囲は、負荷が増加して呼吸が著しく変動する周波数に応じた範囲を示す同定精度に応じた範囲である。
ゆらぎ係数算出部１２３がゆらぎ係数β１及びゆらぎ係数β２を算出すると、疲労度推定部１２６は、生体情報取得部１２１が取得した外耳温が第１の温度範囲（例えば、摂氏３２．０度〜摂氏３９．０度）にあるか否かを判定する（ステップＳ６）。疲労度推定部１２６は、外耳温が第１の温度範囲内にあると判定した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、疲労度推定部１２６が前回推定した疲労度を、疲労度記憶部１２５から読み出し、疲労度が「高負荷活動を開始または継続できる段階」を示すか否かを判定する（ステップＳ７）。なお、疲労度記憶部１２５は、疲労度の初期値として「高負荷活動を開始または継続できる段階」を記憶する。
疲労度推定部１２６は、読み出した疲労度が「高負荷活動を開始または継続できる段階」を示すと判定した場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、外耳温が第２の温度範囲（例えば、摂氏３５．０度〜摂氏３８．５度）にあるか否かを判定する（ステップＳ８）。疲労度推定部１２６は、外耳温が第２の温度範囲内にあると判定した場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、ゆらぎ係数β１が閾値ε１を超えているか否かを判定する（ステップＳ９）。疲労度推定部１２６は、ゆらぎ係数β１が閾値ε１以下であると判定した場合（ステップＳ９：ＮＯ）、作業者の疲労度が「高負荷活動を開始または継続できる段階」にあると判定し、当該疲労度を疲労度記憶部１２５に上書きして記録する（ステップＳ１０）。また、疲労度出力部１２７は、疲労度が「高負荷活動を開始または継続できる段階」にあることを示す情報を、携帯端末１３０に出力する。
他方、疲労度推定部１２６は、ゆらぎ係数β１が閾値ε１を超えていると判定した場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、作業者の疲労度が「高負荷活動の継続に注意を払うべき段階」にあると判定し、当該疲労度を疲労度記憶部１２５に上書きして記録する（ステップＳ１１）。また、疲労度出力部１２７は、疲労度が「高負荷活動の継続に注意を払うべき段階」にあることを示す情報を、携帯端末１３０に出力する。これは、発明者が見出した、ゆらぎ係数β１が高負荷活動の継続により「２」以上の値となるという事実に基づくものである。
なお、疲労度推定部１２６は、ステップＳ８で外耳温が第２の温度範囲内にないと判定した場合（ステップＳ８：ＮＯ）、ゆらぎ係数β１の値によらずに「高負荷活動の継続に注意を払うべき段階」にあると判定し、当該疲労度を疲労度記憶部１２５に上書きして記録する（ステップＳ１１）。また、疲労度出力部１２７は、疲労度が「高負荷活動の継続に注意を払うべき段階」にあることを示す情報を、携帯端末１３０に出力する。
また、疲労度推定部１２６は、ステップＳ７で読み出した疲労度が「高負荷活動の継続に注意を払うべき段階」または「高負荷活動を停止すべき段階」を示すと判定した場合（ステップＳ７：ＮＯ）、ゆらぎ係数β２が閾値ε２未満であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。なお、ステップＳ７で読み出した疲労度が「高負荷活動の継続に注意を払うべき段階」または「高負荷活動を停止すべき段階」を示すということは、以降の処理が、ゆらぎ係数β１がε１を超えた後の処理であることを示す。
疲労度推定部１２６がゆらぎ係数β２が閾値ε２以上であると判定した場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、計時部１２４は、計時する経過時間を「０」にリセットして計時を停止する（ステップＳ１３）。そして、処理をステップＳ８に移し、疲労度推定部１２６は、疲労度が「高負荷活動を開始または継続できる段階」にあるか「高負荷活動の継続に注意を払うべき段階」にあるかを判定する。
他方、疲労度推定部１２６は、ゆらぎ係数β２が閾値ε２未満であると判定した場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、計時部１２４がゆらぎ係数β２が閾値ε２未満になってからの経過時間を計時しているか否かを判定する（ステップＳ１４）。疲労度推定部１２６は、計時部１２４が経過時間を計時していないと判定した場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、計時部１２４は、現在時刻、すなわちゆらぎ係数β２が閾値ε２未満になった時刻からの経過時間の計時を開始する（ステップＳ１５）。
計時部１２４が経過時間を既に計時している場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、またはステップＳ１５で計時を開始した場合、疲労度推定部１２６は、計時部１２４が計時している経過時間τと生体情報取得部１２１が取得した心拍数ｈとの関数である累積心拍指数γ＝ｆ（τ、ｈ）を算出する（ステップＳ１６）。なお、本実施形態では、経過時間τと心拍数ｈとの積により、累積心拍指数γを算出する。本実施形態において累積心拍指数γは、経過時間に係る値の一例である。次に、疲労度推定部１２６は、算出した累積心拍指数γが閾値ε３を超えているか否かを判定する（ステップＳ１７）。なお、本実施形態において閾値ε３は、第３の閾値の一例である。
疲労度推定部１２６は、累積心拍指数γが閾値ε３以下であると判定した場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、疲労度が「高負荷活動の継続に注意を払うべき段階」にあると判定し、当該疲労度を疲労度記憶部１２５に上書きして記録する（ステップＳ１１）。他方、疲労度推定部１２６は、累積心拍指数γが閾値ε３を超えていると判定した場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、疲労度が「高負荷活動を停止すべき段階」にあると判定し、当該疲労度を疲労度記憶部１２５に上書きして記録する（ステップＳ１８）。また、疲労度出力部１２７は、疲労度が「高負荷活動を停止すべき段階」にあることを示す情報を、携帯端末１３０に出力する。これは、発明者が見出した、高負荷を被験者に与え続けるとゆらぎ係数β２が減少するという事実に基づくものである。
また、疲労度推定部１２６は、ステップＳ６で外耳温が第１の温度範囲内にないと判定した場合（ステップＳ６：ＮＯ）、心拍数によらず、作業者の状態が「高負荷活動を停止すべき段階」にあると判定する（ステップＳ１８）。これは、作業者が熱中症または低体温症に陥っているおそれがあるためである。このように、疲労度推定装置１２０は、熱中症のみならず低体温症の判断にも用いることができる。したがって、消防活動以外に、冬山での遭難者救助や海上での遭難救助などの高負荷活動にも、疲労度推定装置１２０を適用することができる。
そして、ステップＳ１０、ステップＳ１１またはステップＳ１８で疲労度推定部１２６が疲労度を疲労度記憶部１２５に記録し、また疲労度出力部１２７が疲労度を示す情報を携帯端末１３０に出力すると、疲労度推定装置１２０は、作業者による高負荷活動が終了したか否かを判定する（ステップＳ１９）。高負荷活動が終了したか否かの判定は、例えば、管理者などによる操作や割り込み処理などにより、外部から処理の終了要求を入力したか否かによって推定することができる。
疲労度推定装置１２０は、作業者による高負荷活動が終了していないと判定した場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、ステップＳ１に戻り、次の時刻における作業者の疲労度の判定を行う。他方、疲労度推定装置１２０は、作業者による高負荷活動が終了したと判定した場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、処理を終了する。
このように、本実施形態によれば、疲労度推定装置１２０は、適切に作業者の疲労度を推定することができる。具体的には、疲労度推定装置１２０は、ゆらぎ係数β１が高負荷活動の継続により閾値ε１を超えた場合に、作業者の疲労度が「高負荷活動の継続に注意を払うべき段階」にあると推定する。また、疲労度推定装置１２０は、ゆらぎ係数β１が閾値ε １ を超えた後、高負荷活動の継続によりゆらぎ係数β２が閾値ε ２ 未満になった場合に、作業者の疲労度が「高負荷活動を停止すべき段階」にあると推定する。また、疲労度推定装置１２０は、作業者の疲労度が「高負荷活動を停止すべき段階」に至った後、ゆらぎ係数β２が閾値ε ２ 以上になり、さらにその後、ゆらぎ係数β１が閾値ε１以下になった場合に、作業者の疲労度が「高負荷活動を開始または継続できる段階」にあると推定する。
また、上述した処理により、疲労度推定装置１２０が推定した作業者の疲労度は、携帯端末１３０に出力され、携帯端末１３０は、受信した情報に基づいて作業者の疲労度を示す情報を表示部１３１に表示する。具体的には、携帯端末１３０の表示部１３１は、ゆらぎ係数β１が高負荷活動の継続により閾値ε１を超えた場合に、作業者の疲労度が「高負荷活動の継続に注意を払うべき段階」にあることを表示する。また、携帯端末１３０の表示部１３１は、ゆらぎ係数β１が閾値ε １ を超えた後、高負荷活動の継続によりゆらぎ係数β２が閾値ε ２ 未満になった場合に、作業者の疲労度が「高負荷活動を停止すべき段階」にあることを表示する。また、携帯端末１３０の表示部１３１は、作業者の疲労度が「高負荷活動を停止すべき段階」に至った後、ゆらぎ係数β２が閾値ε ２ 以上になり、さらにその後、ゆらぎ係数β１が閾値ε１以下になった場合に、作業者の疲労度が「高負荷活動を開始または継続できる段階」にあることを表示する。
これにより、携帯端末１３０を所持する管理者は、作業者の疲労度を適切に知ることができる。
これにより、携帯端末１３０を所持する管理者は、作業者の疲労度を適切に知ることができる。
また、本実施形態の携帯端末１３０は、作業者の疲労度が「高負荷活動を開始または継続できる段階」にある場合、表示部に緑色の画像を表示させる。また、本実施形態の携帯端末１３０は、作業者の疲労度が「高負荷活動の継続に注意を払うべき段階」にある場合、表示部に黄色の画像を表示させる。また、本実施形態の携帯端末１３０は、作業者の疲労度が「高負荷活動を停止すべき段階」にある場合、表示部に赤色の画像を表示させる。これにより、管理者は作業者の疲労度を客観的なデータに基づき、的確に判断し、作業者に適切な指示を行うことができる。
《第２の実施形態》
次に、第２の実施形態について説明する。
図３は、少なくとも１つの実施形態に係る疲労度推定用データ提供システム３００の構成を示す概略ブロック図である。なお、本実施形態において第１の実施形態と同様の処理を行う構成については同一の符号を用いて説明する。
疲労度推定用データ提供システム３００は、第１の実施形態に係る疲労度推定装置１２０に代えて疲労度推定用データ提供装置３２０を備える。
疲労度推定用データ提供装置３２０は、生体情報取得部１２１、履歴記憶部１２２、ゆらぎ係数算出部１２３、データ出力部３２７を備える。データ出力部３２７は、計測装置１１０が計測した心拍数及び外耳温に基づいて、作業者の疲労度を推定するために用いるデータであるゆらぎ係数β１及びゆらぎ係数β２を携帯端末１３０に出力する。
また、携帯端末１３０は、各作業者の疲労度を推定するために用いるデータを表示部１３１に表示する。
次に、第２の実施形態について説明する。
図３は、少なくとも１つの実施形態に係る疲労度推定用データ提供システム３００の構成を示す概略ブロック図である。なお、本実施形態において第１の実施形態と同様の処理を行う構成については同一の符号を用いて説明する。
疲労度推定用データ提供システム３００は、第１の実施形態に係る疲労度推定装置１２０に代えて疲労度推定用データ提供装置３２０を備える。
疲労度推定用データ提供装置３２０は、生体情報取得部１２１、履歴記憶部１２２、ゆらぎ係数算出部１２３、データ出力部３２７を備える。データ出力部３２７は、計測装置１１０が計測した心拍数及び外耳温に基づいて、作業者の疲労度を推定するために用いるデータであるゆらぎ係数β１及びゆらぎ係数β２を携帯端末１３０に出力する。
また、携帯端末１３０は、各作業者の疲労度を推定するために用いるデータを表示部１３１に表示する。
これにより、携帯端末１３０を所持する管理者は、携帯端末１３０に表示されるゆらぎ係数β１及びゆらぎ係数β２を参照して、作業者の疲労度を推定することができる。例えば、作業者が高負荷活動を開始したときに、管理者は、携帯端末１３０に表示されるゆらぎ係数β１が閾値ε１を超えるか否かを監視することで、活動をどこまで継続するかを判断することができる。また、例えば作業者の活動負荷が上がってきたときに、管理者は、携帯端末１３０に表示されるゆらぎ係数β２が閾値ε２未満になってからの経過時間を把握することで、活動を中止するか否かを判断することができる。また、作業者が休憩しているときに、管理者は、携帯端末１３０に表示されるゆらぎ係数β１が閾値ε１以下になったか否かを監視することで、活動を再開するか否かを判断することができる。
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、第１の実施形態では、疲労度推定システム１００が計測装置１１０を１つだけ備え、疲労度推定装置１２０が１人の作業者の疲労度を推定する場合について説明したが、これに限られない。他の実施形態では、計測装置１１０を複数の作業者に１つずつ配布し、疲労度推定装置１２０が複数の作業者の疲労度を同時に推定しても良い。この場合、携帯端末１３０の表示部１３１は、複数の作業者の疲労度を一覧として表示する。
例えば、第１の実施形態では、疲労度推定システム１００が計測装置１１０を１つだけ備え、疲労度推定装置１２０が１人の作業者の疲労度を推定する場合について説明したが、これに限られない。他の実施形態では、計測装置１１０を複数の作業者に１つずつ配布し、疲労度推定装置１２０が複数の作業者の疲労度を同時に推定しても良い。この場合、携帯端末１３０の表示部１３１は、複数の作業者の疲労度を一覧として表示する。
また、第１の実施形態、第２の実施形態では、疲労度の推定対象である生体を高負荷活動の作業者とする場合について説明したが、これに限られない。
また、第１の実施形態、第２の実施形態では、閾値ε１として「２」を採用する場合について説明したが、これに限られない。他の実施形態では、閾値ε１として「２」の近傍の値、例えば「２．１」や「１．９」などの値を採用しても良い。また、閾値ε２として「０．４」の近傍の値、例えば「−１」から「０．４」の間の値などを採用しても良い。
また、第１の実施形態では、疲労度推定装置１２０が推定した推定結果を携帯端末１３０に表示させる場合について説明したが、これに限られない。他の実施形態では、疲労度推定装置１２０が推定した推定結果を、疲労度推定装置１２０に設けられた表示部１３１に表示させても良い。当該他の実施形態において、疲労度推定装置１２０は、疲労度表示装置の一例である。
また、第１の実施形態では、外耳温に基づいて作業者の疲労度を推定する場合について説明したが、これに限られない。他の実施形態では、生体の体温に係る値の一例として、温度変化速度や心拍数の周波数領域Ｃ（０．００３ヘルツ〜０．０４ヘルツ）における変化を採用しても良い。なお、心拍数の周波数領域Ｃには、血管の拡張など自律神経活動の変化が反射するため、ここから作業者の体温調節に関する情報を推定することができる。
また、第１の実施形態では、累積心拍指数γに基づいて作業者の疲労度が「高負荷活動を停止すべき段階」にあるか否かを判定する場合について説明したが、これに限られない。他の実施形態では、経過時間に係る値の一例として、経過時間そのものや、ゆらぎ係数β２が閾値ε２未満になった時刻以降の心拍数と時間との積算値を採用しても良い。
また、第１の実施形態では、ゆらぎ係数算出部１２３が最小二乗法によってゆらぎ係数β１、ゆらぎ係数β２を算出する場合について説明したが、これに限られない。他の実施形態では、ゆらぎ係数算出部１２３が２曲線近似による方法や呼吸反射の影響を見る方法でゆらぎ係数β１、ゆらぎ係数β２を算出しても良い。
また、第２の実施形態では、管理者が携帯端末１３０に表示されたゆらぎ係数β１、ゆらぎ係数β２に基づいて作業者の疲労度を推定する場合について説明したが、これに限られない。他の実施形態では心拍数を周波数表示したグラフを携帯端末１３０に表示し、管理者が当該グラフを目視して作業者の疲労度を推定しても良い。
図４は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータ４００の構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ４００は、ＣＰＵ４１０、主記憶装置４２０、補助記憶装置４３０、インタフェース４４０を備える。
第１の実施形態に係る疲労度推定装置１２０は、コンピュータ４００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置４３０に記憶されている。ＣＰＵ４１０は、プログラムを補助記憶装置４３０から読み出して主記憶装置４２０に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ４１０は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域を主記憶装置４２０に確保する。
コンピュータ４００は、ＣＰＵ４１０、主記憶装置４２０、補助記憶装置４３０、インタフェース４４０を備える。
第１の実施形態に係る疲労度推定装置１２０は、コンピュータ４００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置４３０に記憶されている。ＣＰＵ４１０は、プログラムを補助記憶装置４３０から読み出して主記憶装置４２０に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ４１０は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域を主記憶装置４２０に確保する。
なお、少なくとも１つの実施形態において、補助記憶装置４３０は、一時的でない有形の媒体の一例である。一時的でない有形の媒体の他の例としては、インタフェース４４０を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等が挙げられる。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ４００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ４００が当該プログラムを主記憶装置４２０に展開し、上記処理を実行しても良い。
また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、当該プログラムは、前述した機能を補助記憶装置４３０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
１００…疲労度推定システム １１０…計測装置 １２０…疲労度推定装置 １２１…生体情報取得部 １２２…履歴記憶部 １２３…ゆらぎ係数算出部 １２４…計時部 １２５…疲労度記憶部 １２６…疲労度推定部 １２７…疲労度出力部 １３０…携帯端末 １３１…表示部 ３００…疲労度推定用データ提供システム ３２０…疲労度推定用データ提供装置 ３２７…データ出力部 ３３０…携帯端末 ３３１…表示部 ４００…コンピュータ ４１０…ＣＰＵ ４２０…主記憶装置 ４３０…補助記憶装置 ４４０…インタフェース
Claims (5)
- 生体の心拍数を含む生体情報を取得する生体情報取得部と、
前記生体情報取得部が取得した心拍数の第１の周波数範囲内におけるパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数である第１のゆらぎ係数が第１の閾値を超えた場合に、前記生体の疲労度が第１の段階にあると推定し、前記第１のゆらぎ係数が前記第１の閾値を超えた後、前記第１の周波数範囲より中心周波数が高い第２の周波数範囲内におけるパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数である第２のゆらぎ係数が第２の閾値未満になった場合に、前記生体の疲労度が前記第１の段階より高い第２の段階にあると推定する疲労度推定部と
を備えることを特徴とする疲労度推定装置。 - 生体の疲労度を表示する表示部を備え、
前記表示部は、生体の心拍数の第１の周波数範囲内におけるパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数である第１のゆらぎ係数が第１の閾値を超えた場合に、前記生体の疲労度が第１の段階にあることを表示し、
前記表示部は、前記第１のゆらぎ係数が前記第１の閾値を超えた後、前記第１の周波数範囲より中心周波数が高い第２の周波数範囲内におけるパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数である第２のゆらぎ係数が第２の閾値未満になった場合に、前記生体の疲労度が前記第１の段階より高い第２の段階にあることを表示する
ことを特徴とする疲労度表示装置。 - 前記表示部は、前記第１のゆらぎ係数が前記第１の閾値を超えた後、前記第２のゆらぎ係数が前記第２の閾値未満になってからの経過時間に係る値が第３の閾値を超えた場合に、前記生体の疲労度が前記第２の段階にあることを表示する
ことを特徴とする請求項２に記載の疲労度表示装置。 - 前記表示部は、前記生体の体温に係る値が所定の温度範囲を超えている場合に、前記生体の疲労度が前記第２の段階にあることを表示する
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の疲労度表示装置。 - コンピュータを、
生体の心拍数を含む生体情報を取得する生体情報取得部、
前記生体情報取得部が取得した心拍数の第１の周波数範囲内におけるパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数である第１のゆらぎ係数が第１の閾値を超えた場合に、前記生体の疲労度が第１の段階にあると推定し、前記第１のゆらぎ係数が前記第１の閾値を超えた後、前記第１の周波数範囲より中心周波数が高い第２の周波数範囲内におけるパワースペクトル密度の周波数に対するゆらぎ係数である第２のゆらぎ係数が第２の閾値未満になった場合に、前記生体の疲労度が前記第１の段階より高い第２の段階にあると推定する疲労度推定部
として機能させるためのプログラム。
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