JPWO2017086073A1 - 疲労検出装置 - Google Patents

Abstract

疲労検出装置（１）は、使用者の頸部の周方向に沿って装着可能なネックバンド（１３）と、ネックバンド（１３）に取り付けられ、主として筋電信号を含む生体信号を取得する生体用電極（筋電電極）（１５Ａ，１５Ｂ）と、生体用電極（１５Ａ，１５Ｂ）により取得された生体信号から取得される筋電成分に基づいて、疲労しているか否かを判定する疲労判定部（３３３）とを備える。上記生体用電極（１５Ａ，１５Ｂ）は、ネックバンド（１３）が使用者の頸部に装着されたときに、使用者の頸部後側の僧帽筋がある位置において頸部と接触するように、ネックバンド（１３）に取り付けられている。

Description

本発明は、疲労検出装置に関する。

近年、人の疲労を検知する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。ここで、特許文献１には、ＬＦ／ＨＦ値について疲労度判定基準値データを確立し、脈拍間隔（又は心拍間隔）から算出した被験者のＬＦ／ＨＦ値と疲労度判定基準値データとを対比して、疲労度を判定する疲労度の判定処理システムが開示されている。

特許文献１に記載の疲労度の判定処理システムでは、例えば、加速度脈波のａ−ａ間隔を最大エントロピー法（ＭＥＭ）を用いて周波数領域の低周波数成分（ＬＦ：約０．０４−０．１５Ｈｚ）と高周波数成分（ＨＦ：約０．１５−０．４０Ｈｚ）とに分離し、ＬＦ値を被験者の交感神経の働き値、ＨＦ値を被験者の副交感神経の働き値としている。この疲労度の判定処理システムによれば、ＬＦ／ＨＦ値を用いることにより、交感神経機能の亢進を評価することができ、客観的に疲労度を評価することができる。

特開２０１０−２０１１１３号公報

ところで、上述したＬＦ／ＨＦ値を用いた疲労度の判定処理システムでは、自律神経（すなわち交感神経及び副交感神経）の状態が安定しているときに脈拍又は心拍等のデータを得る必要があるため、使用者は計測前に例えば５分間程度、安静座位姿勢にて休息することが必要とされる。そして、十分な休息をとった後、そのままの状態で例えば３分間以上（又は例えば１００拍以上）、継続的に光電脈波又は心電図の計測を行う必要がある。

そのため、上述した疲労度の判定処理システムでは、計測前に充分な休息を取ることができない場合や、計測中に安静状態を保てないときには、交感神経が優位になり、正しい疲労状態の評価を行うことができないおそれがあった。また、この疲労度の判定処理システムでは、疲労度の判定精度が、加速度脈波のａ−ａ間隔を正確に取得できるか否かに直接的に影響されるため、ノイズに弱く、ノイズによって（例えば、ノイズをピークと誤判定したり、ピークにノイズが重なってピーク位置がずれたりすることによって）判定精度が低下しやすいという問題があった。そのため、特許文献１に記載の疲労度の判定処理システムでは、疲労しているか否かを精度良く、かつ安定的に検出することが困難であった。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、疲労している否かをより精度よく、かつ安定的に検出することが可能な疲労検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る疲労検出装置は、使用者の頸部の周方向に沿って装着可能な装着部材と、装着部材に取り付けられ、筋電信号を含む生体信号を取得する複数の生体用電極と、生体用電極により取得された生体信号から取得される筋電成分に基づいて、疲労しているか否かを判定する疲労判定手段とを備え、装着部材が使用者の頸部に装着されたときに、使用者の頸部後側の僧帽筋がある位置において頸部と接触するように、上記複数の生体用電極が、装着部材に取り付けられていることを特徴とする。

ところで、出願人は、鋭意研究の結果、肩こりに代表される肩の疲労感の原因となる筋である僧帽筋に力が入ると僧帽筋がある頸部（首）後方の筋電信号量が増加するという知見を得た。ここで、本発明に係る疲労検出装置によれば、装着部材が使用者の頸部に装着されたときに、使用者の頸部後側の僧帽筋がある位置において頸部と接触するように、複数の生体用電極が装着部材に取り付けられている。このように、皮下に僧帽筋がある頸部（首）の後方に生体用電極を配置することで、肩の疲労感の原因となる僧帽筋の筋電信号（生体信号）をＳ／Ｎよく取得することができる。そして、該生体用電極によりＳ／Ｎよく取得された生体信号（筋電信号）から取得される筋電成分に基づいて、疲労しているか否かが判定される。その結果、疲労している否かをより精度よく、かつ安定的に検出することが可能となる。

本発明に係る疲労検出装置は、複数の生体用電極により取得された生体信号を周波数解析して周波数スペクトルを求める周波数解析手段と、周波数解析手段により求められた周波数スペクトルから筋電成分を取得する筋電成分取得手段とを備え、疲労判定手段が、筋電成分取得手段により取得された筋電成分が基準値以上である場合に、疲労していると判定することが好ましい。

ところで、頸部（僧帽筋）に力が入っている状態（すなわち頸部（僧帽筋）の筋電信号量が多い状態）が続く場合には、緊張・疲労している状態であると推測することができる。そこで、この場合、使用者の頸部（僧帽筋）から筋電信号を含む生体信号が取得されて、周波数解析され、その周波数解析結果（周波数スペクトル）から筋電成分が取得される。そして、筋電成分と基準値とが比較されて、疲労しているか否かが判定される。このように、頸部（僧帽筋）から取得される筋電信号を利用し、かつ、その周波数解析結果（周波数スペクトル）に基づいて疲労しているか否かを判定するようにしたため、疲労している否かをより精度よく、かつ安定的に検出することが可能となる。

本発明に係る疲労検出装置では、疲労判定手段が、所定時間内における、筋電成分が基準値以上の状態の時間の割合が、所定の割合以上になった場合に、疲労していると判定することが好ましい。

この場合、筋電成分が基準値以上である状態の時間割合が所定割合以上になった場合に、疲労していると判定される。よって、例えば、一時的な緊張状態にあるような場合（一時的に頸部（僧帽筋）に力が入ったとき）に疲労していると判定してしまうことを防止することができ、疲労検出の精度を向上させることが可能となる。

本発明に係る疲労検出装置では、疲労判定手段が、筋電成分が基準値以上の状態が、所定時間以上継続した場合に、疲労していると判定することが好ましい。

この場合、筋電成分が基準値以上の状態が所定時間以上継続した場合に、疲労していると判定される。よって、例えば、一時的な緊張状態にあるような場合（一時的に頸部に力が入ったとき）に疲労していると判定してしまうことを防止することができ、疲労検出の精度を向上させることが可能となる。

本発明に係る疲労検出装置は、複数の生体用電極により取得された生体信号を周波数解析して周波数スペクトルを求める周波数解析手段と、心電成分に対する筋電成分割合が低い第１の周波数帯域における第１の周波数スペクトルのパワー値に対する、第１の周波数帯域よりも筋電成分割合が高い第２の周波数帯域における第２の周波数スペクトルのパワー値の比率を取得する筋電成分取得手段とを備え、疲労判定手段が、筋電成分取得手段により取得された、第１の周波数スペクトルのパワー値に対する第２の周波数スペクトルのパワー値の比率が基準値以上である場合に、疲労していると判定することも好ましい。

この場合、使用者の頸部後側から、筋電信号を含む生体信号が取得されて、周波数解析され、その周波数解析結果（周波数スペクトル）から、心電成分に対する筋電成分の割合が低い（筋電成分に対して心電成分が多い）第１の周波数帯域における第１の周波数スペクトルのパワー値に対する、第１の周波数帯域よりも筋電成分の割合が高い（筋電成分に対して心電成分が少ない）第２の周波数帯域における第２の周波数スペクトルのパワー値の比率が取得される。そして、当該比率と基準値とが比較されて、疲労しているか否かが判定される。ここで、筋電成分が大きくなるほど、上記比率が大きくなるため、筋電成分を精度よく求めることができる。このように、頸部（僧帽筋）から取得される筋電信号を利用し、かつ、その周波数解析結果（周波数スペクトル）から求められた上記比率に基づいて疲労しているか否かを判定するようにしたため、ノイズに強く、疲労している否かをより精度よく、かつ安定的に検出することが可能となる。

本発明に係る疲労検出装置では、疲労判定手段が、所定時間内における、上記比率が基準値以上の状態の時間の割合が、所定の割合以上になった場合に、疲労していると判定することが好ましい。

この場合、上記比率が基準値以上である状態の時間割合が所定割合以上になった場合に、疲労していると判定される。よって、例えば、一時的な緊張状態にあるような場合（一時的に頸部（僧帽筋）に力が入ったとき）に疲労していると判定してしまうことを防止することができ、疲労検出の精度を向上させることが可能となる。

本発明に係る疲労検出装置では、疲労判定手段が、上記比率が基準値以上の状態が、所定時間以上継続した場合に、疲労していると判定することが好ましい。

この場合、上記比率が基準値以上の状態が所定時間以上継続した場合に、疲労していると判定される。よって、例えば、一時的な緊張状態にあるような場合（一時的に頸部（僧帽筋）に力が入ったとき）に疲労していると判定してしまうことを防止することができ、疲労検出の精度を向上させることが可能となる。

また、本発明に係る疲労検出装置は、装着部材に取り付けられ、被験者の頸部の加速度を検出する加速度センサをさらに備え、加速度センサにより検出された加速度が所定のしきい値を超えているときには、疲労判定手段が、疲労しているか否かの判定を停止することが好ましい。

このようにすれば、例えば、頸部を動かしている場合（すなわち、頸部を動かしたことにより筋電量が一時的に大きくなった場合や体動ノイズが大きい場合）には、疲労判定が停止されるため、体動に起因する誤検出を防止でき、より精度よく疲労を検出することが可能となる。

本発明に係る疲労検出装置では、上記複数の生体用電極が、装着部材が使用者の頸部に装着されたときに、僧帽筋がない位置において頸部と接触するように、装着部材に取り付けられた、少なくとも一つの生体用電極を含むことが好ましい。

この場合、上記複数の生体用電極が、装着部材が使用者の頸部に装着されたときに、僧帽筋がない位置において頸部と接触するように、装着部材に取り付けられた、少なくとも一つの生体用電極を含むため、僧帽筋の筋電信号が多い電極配置と少ない電極配置とを組み合わせることで筋電成分測定の精度を上げることができる。

本発明に係る疲労検出装置では、上記複数の生体用電極が、心電信号を含む生体信号を測定するための一対の生体用電極を含み、当該一対の生体用電極の内、少なくとも１つの生体用電極が、装着部材が使用者の頸部に装着されたときに、使用者の僧帽筋がない位置において頸部と接触するように、装着部材に取り付けられていることが好ましい。

この場合、一対の生体用電極の内、少なくとも１つの生体用電極が、装着部材が使用者の頸部に装着されたときに、使用者の僧帽筋がない位置において頸部と接触するように、装着部材に取り付けられているため、当該生体電極を、例えば、僧帽筋から離れた位置（例えば頸部（首）の横から前方）に配置することで僧帽筋に起因する筋電信号の少ない心電波形を得ることができる。また、このようにすれば、心電信号も同時に計測することができる。そのため、疲労の有無と併せて、例えば、心拍数や心拍間隔等の生体情報を同時に計測することも可能となる。

本発明に係る疲労検出装置では、上記装着部材がネックバンドであることが好ましい。このようにすれば、ネックバンド型の疲労検出装置を頸部に装着するだけで、簡便に疲労を検出することができる。

また、本発明に係る疲労検出装置では、上記装着部材が、柔軟性を有し略帯状に形成された装着本体部と、該装着本体部に取り付けられた粘着性を有する粘着部とを有し、該粘着部が、少なくとも一部が導電性を有し、上記生体用電極として機能することが好ましい。

この場合には、柔軟性を有し略帯状に形成された装着本体部に粘着性を有する粘着部が取り付けられているため、粘着部の粘着性を利用して装着本体部（装着部材）を頸部に貼り付ける（装着する）ことができる。また、粘着部の少なくとも一部が導電性を有し生体用電極として機能するため、装着部材を頸部に貼り付ける（装着する）だけで、簡便に疲労を検出することができる。

本発明に係る疲労検出装置では、筋電成分取得手段が、装着部材が装着された状態において、筋電成分が比較的少ない状態を基準として、筋電成分のキャリブレーションを行う
ことが好ましい。

ところで、装着状態が悪い（生体電極と生体（頸部）との接触状態が悪い）とノイズが増え、筋電成分の正確な算出が困難になる。この場合、装着部材の装着後に僧帽筋の筋電成分が比較的少ない状態で生体信号を取得し、これを基準として筋電成分を求めることで、筋電成分の正確な算出を行うことができる。

本発明に係る疲労検出装置は、疲労状態であると判定された場合に、使用者に疲労状態であることを提示する提示手段をさらに備えることが好ましい。

このようにすれば、疲労していることを使用者に知らせることができ、使用者が過度の疲労状態になることを予防することが可能となる。

本発明に係る疲労検出装置は、疲労状態であると判定された場合に、頸部を加温する加温手段をさらに備えることが好ましい。

このようにすれば、使用者が疲労しているときに、頸部（僧帽筋）を加温することにより、疲労を緩和・低減することが可能となる。

本発明に係る疲労検出装置では、上記加温手段が、生体用電極の温度を上げることにより、頸部を加温することが好ましい。

この場合、生体用電極を介して使用者の頸部（僧帽筋）を加温するため、別途加温部を設ける必要がない。また、生体用電極は使用者の頸部に接触しているため、確実に、かつ効率よく頸部を加温することが可能となる。

本発明によれば、疲労している否かをより精度よく、かつ安定的に検出することが可能となる。

第１実施形態に係る疲労検出装置の外観を示す平面図である。 第１実施形態に係る疲労検出装置の外観（使用状態）を示す斜視図である。 第１実施形態に係る疲労検出装置の機能構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る疲労検出装置による疲労検出処理の処理手順を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る疲労検出装置の機能構成を示すブロック図である。 （ａ）は第３実施形態に係る疲労検出装置の外観を示す背面図である。（ｂ）は第３実施形態に係る疲労検出装置の外観を示す正面図である。 第３実施形態に係る疲労検出装置の外観（使用状態）を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図３を併せて用いて、第１実施形態に係る疲労検出装置１の構成について説明する。図１は、疲労検出装置１の外観を示す平面図である。図２は、疲労検出装置１の外観（使用状態）を示す斜視図である。また、図３は、疲労検出装置１の機能構成を示すブロック図である。

疲労検出装置１は、頸部（首筋）に装着することにより疲労を検出するものであり（図２参照）、使用者の頸部の後ろ側から頸部を挟むように弾性的に装着される概略Ｕ字形（或は略Ｃ字形）のネックバンド１３（請求の範囲に記載の装着部材に相当）と、ネックバンド１３の両端に配設されることで使用者の頸部の両側に接触する一対のセンサ部１１，１２（生体用電極１５Ｃ，１５Ｄ及び光電脈波センサ２０）と、ネックバンド１３の略中央部に配設されることで使用者の頸部の後側（皮下に僧帽筋がある領域）に接触する生体用電極１５Ａ，１５Ｂとを備えている。

ネックバンド１３は、使用者の頸部の周方向に沿って装着可能なものである。すなわち、ネックバンド１３は、図２に示されるように、使用者の一方の頸部側方から他方の頸部側方まで、使用者の頸部後方に沿って装着される。より具体的には、ネックバンド１３は、例えば、帯状の板バネと、この板バネの周囲を覆うゴム被覆を有して構成されている。そのため、ネックバンド１３は、内側に縮むように付勢されており、使用者がネックバンド１３を装着した場合に、ネックバンド１３（センサ部１１，１２（生体用電極１５Ｃ，１５Ｄ並びに光電脈波センサ２０）及び生体用電極１５Ａ，１５Ｂ）が使用者の頸部に接触した状態で保持される。特に、センサ部１１，１２は、ネックバンド１３の可撓性により押圧がかかるため、皮膚との接触が安定する。また、センサ部１１，１２を頸部（首）の真横よりも少し前方に出るようにすることで、ネックバンド１３は頸部から外れることなく、生体用電極１５Ａ，１５Ｂも皮膚に密着できる。

なお、ゴム被覆としては、生体適合性を有するものを用いることが好ましい。また、ゴム被覆に代えて例えばプラスチックからなる被覆を用いることもできる。ゴム被覆の中には、双方のセンサ部１１，１２（生体用電極１５Ｃ，１５Ｄ並びに光電脈波センサ２０）及び生体用電極１５Ａ，１５Ｂを電気的に接続するケーブルも配線されている。ここで、ケーブルは、ノイズを低減するために、同軸とすることが望ましい。

生体用電極１５Ａ，１５Ｂは、ネックバンド１３の長手方向の略中央部、かつ中心線に対して対称な位置に取り付けられている。そのため、ネックバンド１３が使用者の頸部に装着されたときに、生体用電極１５Ａ，１５Ｂは、使用者の頸部後側の僧帽筋がある位置において頸部と接触するように配置される。生体用電極１５Ａ，１５Ｂは、主として僧帽筋の筋電信号を検出する電極（筋電電極）である。ここで、僧帽筋（特に僧帽筋上部線維）は、肩部から頸部（首）につながっている筋であり、長時間の作業によるストレスや目の疲労などの影響を受けやすく、いわゆる肩こりに代表される肩の疲労感の原因となる筋である。

生体用電極１５Ａ，１５Ｂとしては、例えば、銀・塩化銀、導電ゲル、導電ゴム、導電プラスチック、金属（ステンレス、Ａｕ等の腐食に強く金属アレルギーの少ないものが好ましい）、導電布、金属表面を絶縁層でコーティングした容量性結合電極等を用いることができる。ここで、導電布としては、例えば、導電性を有する導電糸からなる織物や編物、不織布が用いられる。また、導電糸としては、例えば、樹脂糸の表面をＡｇなどでめっきしたものや、カーボンナノチューブ・コーティングを施したもの、ＰＥＤＯＴなどの導電性高分子をコーティングしたものを用いることができる。また、導電性を有する導電性ポリマー糸を用いてもよい。なお、本実施形態では、生体用電極１５Ａ，１５Ｂとして、矩形の平面状に形成した導電布を用いた。一対の生体用電極１５Ａ，１５Ｂそれぞれは、信号処理部３１と接続されており、主として僧帽筋の筋電信号を含む生体信号を信号処理部３１へ出力する。

センサ部１１，１２は、一対の生体用電極１５Ｃ，１５Ｄを有している。そのため、ネックバンド１３が使用者の頸部に装着されたときに、生体用電極１５Ｃ，１５Ｄは、使用者の頸部の左右側面（すなわち、僧帽筋がなく筋電信号が比較的少ない箇所）において頸部と接触するように配置される。生体用電極１５Ｃ，１５Ｄは、主として心電信号を検出する電極（心電電極）である。生体用電極１５Ｃ，１５Ｄとしては、上記生体用電極１５Ａ，１５Ｂと同様に、例えば、銀・塩化銀、導電ゲル、導電ゴム、導電プラスチック、金属（ステンレス、Ａｕ等の腐食に強く金属アレルギーの少ないものが好ましい）、導電布、金属表面を絶縁層でコーティングした容量性結合電極等を用いることができる。なお、本実施形態では、生体用電極１５Ｃ，１５Ｄとして、矩形の平面状に形成した導電布を用いた。一対の生体用電極１５Ｃ，１５Ｄそれぞれは、信号処理部３１と接続されており、主として心電信号を含む生体信号を信号処理部３１へ出力する。

また、センサ部１２には、被験者の頸部の加速度（すなわち、頸部を動かしているか否か）を検出する加速度センサ２２が取り付けられている。センサ部１２も信号処理部３１と接続されており、検出した加速度信号を信号処理部３１へ出力する。なお、加速度センサに代えて、例えば、ジャイロセンサ等を用いてもよい。

さらに、センサ部１２の内面（頸部と接触する面）には、加速度センサ２２の近傍に、発光素子２０１および受光素子２０２を有し、光電脈波信号を検出する光電脈波センサ２０が配設されている。光電脈波センサ２０は、血中ヘモグロビンの吸光特性を利用して、光電脈波信号を光学的に検出するセンサである。

発光素子２０１は、後述する信号処理部３１の駆動部３５０から出力されるパルス状の駆動信号に応じて発光する。発光素子２０１としては、例えば、ＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ）、又は共振器型ＬＥＤ等を用いることができる。なお、駆動部３５０は、発光素子２０１を駆動するパルス状の駆動信号を生成して出力する。

受光素子２０２は、発光素子２０１から照射され、頸部を透過して、又は頸部に反射して入射される光の強さに応じた検出信号を出力する。受光素子２０２としては、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタ等が好適に用いられる。本実施形態では、受光素子２０２として、フォトダイオードを用いた。

受光素子２０２は、信号処理部３１に接続されており、受光素子２０２で得られた検出信号（光電脈波信号）は信号処理部３１に出力される。

また、一方のセンサ部１１の内部には、光電脈波センサ２０や、信号処理部３１、無線通信モジュール６０などに電力を供給するバッテリ（図示省略）が収納されている。他方のセンサ部１２の内部には、信号処理部３１、及び、疲労情報（疲労判定結果）や、計測した筋電信号、心電信号、光電脈波信号、脈波伝播時間などの生体情報を外部の機器に送信する無線通信モジュール６０が収納されている。

二対の生体用電極１５Ａ，１５Ｂ、生体用電極１５Ｃ，１５Ｄ、及び光電脈波センサ２０それぞれは、信号処理部３１に接続されており、検出された生体信号（筋電信号、心電信号及び光電脈波信号）が信号処理部３１に入力される。また、加速度センサ２２も、信号処理部３１に接続されており、検出された加速度信号が信号処理部３１に入力される。

信号処理部３１は、生体用電極１５Ａ，１５Ｂにより検出された、主として僧帽筋の筋電信号を含む生体信号から筋電成分（又は筋電成分の大きさを示す指標値）を取得し、その筋電成分に応じて疲労状態の判定を行う（詳細は後述する）。また、信号処理部３１は、生体用電極１５Ｃ，１５Ｄにより検出された、主として心電信号を含む生体信号を処理して、心拍数や心拍間隔などを計測するとともに、入力された光電脈波信号を処理して、脈拍数や脈拍間隔などを計測する。さらに、信号処理部３１は、検出した心電信号（心電波）のＲ波ピークと第１の光電脈波信号（脈波）のピークとの時間差から脈波伝播時間を計測する。

信号処理部３１は、生体信号増幅部３１１，３１１Ｂ、脈波信号増幅部３２１、第１信号処理部３１０，３１０Ｂ、第２信号処理部３２０、ピーク検出部３１６，３２６、ピーク補正部３１８，３２８、脈波伝播時間計測部３３０、周波数解析部３３１、筋電成分取得部３３２、及び疲労判定部３３３を有している。また、上記第１信号処理部３１０，３１０Ｂは、アナログフィルタ３１２，３１２Ｂ、Ａ／Ｄコンバータ３１３，３１３Ｂ、ディジタルフィルタ３１４，３１４Ｂを有している。一方、第２信号処理部３２０は、アナログフィルタ３２２、Ａ／Ｄコンバータ３２３、ディジタルフィルタ３２４、２階微分処理部３２５を有している。

ここで、上述した各部の内、ディジタルフィルタ３１４，３１４Ｂ，３２４、２階微分処理部３２５、ピーク検出部３１６，３２６、ピーク補正部３１８，３２８、脈波伝播時間計測部３３０、周波数解析部３３１、筋電成分取得部３３２、及び疲労判定部３３３は、演算処理を行うＣＰＵ、該ＣＰＵに各処理を実行させるためのプログラムやデータを記憶するＲＯＭ、及び演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ等により構成されている。すなわち、ＲＯＭに記憶されているプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、上記各部の機能が実現される。

生体信号増幅部３１１は、例えばオペアンプ等を用いた増幅器により構成され、一対の生体用電極１５Ａ，１５Ｂにより検出された生体信号（主として僧帽筋の筋電信号）を増幅する。増幅部３１１で増幅された生体信号（筋電信号）は、第１信号処理部３１０に出力される。同様に、生体信号増幅部３１１Ｂも、例えばオペアンプ等を用いた増幅器により構成され、一対の生体用電極１５Ｃ，１５Ｄにより検出された生体信号（心電信号及び筋電信号）を増幅する。増幅部３１１で増幅された生体信号（心電信号及び筋電信号）は、第１信号処理部３１０Ｂに出力される。また、脈波信号増幅部３２１は、例えばオペアンプ等を用いた増幅器により構成され、光電脈波センサ２０により検出された光電脈波信号を増幅する。増幅部３２１で増幅された光電脈波信号は、第２信号処理部３２０に出力される。

第１信号処理部３１０は、上述したように、アナログフィルタ３１２、Ａ／Ｄコンバータ３１３、ディジタルフィルタ３１４を有しており、生体信号増幅部３１１で増幅された生体信号（主として僧帽筋の筋電信号）に対して、フィルタリング処理を施すことにより拍動成分（筋電成分を含む）を抽出する。同様に、第１信号処理部３１０Ｂは、上述したように、アナログフィルタ３１２Ｂ、Ａ／Ｄコンバータ３１３Ｂ、ディジタルフィルタ３１４Ｂを有しており、生体信号増幅部３１１Ｂで増幅された生体信号（心電信号及び筋電信号）に対して、フィルタリング処理を施すことにより拍動成分（筋電成分を含む）を抽出する。

また、第２信号処理部３２０は、上述したように、アナログフィルタ３２２、Ａ／Ｄコンバータ３２３、ディジタルフィルタ３２４、２階微分処理部３２５を有しており、増幅部３２１で増幅された光電脈波信号に対して、フィルタリング処理及び２階微分処理を施すことにより拍動成分を抽出する。

アナログフィルタ３１２，３１２Ｂ，３２２、及び、ディジタルフィルタ３１４，３１４Ｂ，３２４は、心電信号（筋電信号を含む）、光電脈波信号を特徴づける周波数以外の成分（ノイズ）を除去し、Ｓ／Ｎを向上するためのフィルタリングを行う。より詳細には、心電信号は一般的に０．１から２００Ｈｚの周波数成分、光電脈波信号は０．１から数十Ｈｚ付近の周波数成分が支配的であるため、ローパスフィルタやバンドパスフィルタ等のアナログフィルタ３１２，３１２Ｂ，３２２、及びディジタルフィルタ３１４，３１４Ｂ，３２４を用いてフィルタリング処理を施し、上記周波数範囲の信号のみを選択的に通過させることによりＳ／Ｎを向上する。

なお、拍動成分の抽出のみを目的とする場合には、ノイズ耐性を向上するために通過周波数範囲をより狭くして拍動成分以外の成分を遮断してもよい。また、アナログフィルタ３１２，３１２Ｂ，３２２とディジタルフィルタ３１４，３１４Ｂ，３２４は必ずしも両方備える必要はなく、アナログフィルタ３１２，３１２Ｂ，３２２とディジタルフィルタ３１４，３１４Ｂ，３２４のいずれか一方のみを設ける構成としてもよい。なお、アナログフィルタ３１２Ｂ、ディジタルフィルタ３１４Ｂによりフィルタリング処理が施された心電信号は、ピーク検出部３１６へ出力される。同様に、アナログフィルタ３２２、ディジタルフィルタ３２４によりフィルタリング処理が施された光電脈波信号は、２階微分処理部３２５へ出力される。

２階微分処理部３２５は、光電脈波信号を２階微分することにより、２階微分脈波（加速度脈波）信号を取得する。取得された加速度脈波信号は、ピーク検出部３２６へ出力される。なお、光電脈波のピーク（立ち上がり点）は変化が明確でなく検出しにくいことがあるため、加速度脈波に変換してピーク検出を行うことが好ましいが、２階微分処理部３２５を設けることは必須ではなく、省略した構成としてもよい。

ピーク検出部３１６は、第１信号処理部３１０Ｂにより信号処理が施された（拍動成分が抽出された）心電信号のピーク（Ｒ波）を検出する。一方、ピーク検出部３２６は、第２信号処理部３２０によりフィルタリング処理が施された光電脈波信号（加速度脈波）のピークを検出する。なお、ピーク検出部３１６、及びピーク検出部３２６それぞれは、心拍間隔、及び脈拍間隔の正常範囲内においてピーク検出を行い、検出したすべてのピークについて、ピーク時間、ピーク振幅等の情報をＲＡＭ等に保存する。

ピーク補正部３１８は、第１信号処理部３１０Ｂ（アナログフィルタ３１２Ｂ、Ａ／Ｄコンバータ３１３Ｂ、ディジタルフィルタ３１４Ｂ）における心電信号の遅延時間を求める。ピーク補正部３１８は、求めた心電信号の遅延時間に基づいて、ピーク検出部３１６により検出された心電信号のピークを補正する。同様に、ピーク補正部３２８は、第２信号処理部３２０（アナログフィルタ３２２、Ａ／Ｄコンバータ３２３、ディジタルフィルタ３２４、２階微分処理部３２５）における光電脈波信号の遅延時間を求める。ピーク補正部３２８は、求めた光電脈波信号の遅延時間に基づいて、ピーク検出部３２６により検出された光電脈波信号（加速度脈波信号）のピークを補正する。補正後の心電信号のピーク、及び補正後の光電脈波信号（加速度脈波）のピークは、脈波伝播時間計測部３３０に出力される。なお、ピーク補正部３１８を設けることは必須ではなく、省略した構成としてもよい。

脈波伝播時間計測部３３０は、ピーク補正部３１８により補正された心電信号のＲ波ピークと、ピーク補正部３２８により補正された光電脈波信号（加速度脈波）のピークとの間隔（時間差）から脈波伝播時間を求める。

脈波伝播時間計測部３３０は、脈波伝播時間に加えて、例えば、心電信号から心拍数、心拍間隔、心拍間隔変化率等も算出する。同様に、脈波伝播時間計測部３３０は、光電脈波信号（加速度脈波）から脈拍数、脈拍間隔、脈拍間隔変化率等も算出する。

周波数解析部３３１は、一対の生体用電極１５Ａ，１５Ｂにより取得され、信号処理部３１０によりフィルタリング処理が施された生体信号（主として僧帽筋の筋電信号を含む）を周波数解析して周波数スペクトルを取得する。すなわち、周波数解析部３３１は、請求の範囲に記載の周波数解析手段として機能する。なお、周波数解析の手法としては、例えば、高速フーリエ変換法（ＦＦＴ法）、最大エントロピー法（ＭＥＭ法）、ウェーブレット法等が挙げられる。

心電の周波数成分が特に多いのは０．２５から３０Ｈｚである。心電波形の周波数成分は心拍数に対応する周波数成分があるため、心拍数（４０から２４０拍/分）に対応する０．２５から１．５Ｈｚの範囲にあるピークとその高調波のピークをもつ。また波形自体の周波数成分もあるが、それも３０Ｈｚ以下の成分が多い。なお、光電脈波の周波数成分が特に多い周波数帯も心電と同様であるが、心電よりさらに高周波側が少ない。一方、筋電信号は広い周波数成分を持っており、１００Ｈｚ以上の信号の割合も多い。

なお、周波数解析部３３１は、加速度センサ２２により検出された頸部の加速度が所定のしきい値以上の場合（すなわち、頸部が動き、体動ノイズが大きくなると予想される場合）には、上述した生体信号（筋電信号及び心電信号）の周波数解析を停止する。すなわち、体動がある場合、ノイズがのりやすく、求められる筋電成分の精度が低下するおそれが有ることと、体を動かしている場合には疲労とは関係なく頸部（首）に力が入ることがあるため、加速度センサ２２で使用者の動きが少ない状態を判定し、そのような状態が所定の時間継続したときにのみ、生体信号の周波数解析を行い、その周波数解析結果（周波数スペクトル）を用いて疲労状態の判定を行う。なお、周波数解析部３３１により取得された周波数解析結果（周波数スペクトル）は、筋電成分取得部３３２に出力される。

上述したように、筋電信号は広い周波数成分を持っているのに対し、心電信号は３０Ｈｚ以下の成分が多い。そのため、筋電成分取得部３３２は、心電成分に対する筋電成分の割合が低い（筋電成分に対して心電成分が多い）第１の周波数帯域（例えば１０から２０Ｈｚ）における第１の周波数スペクトルのパワー値、及び、第１の周波数帯域よりも筋電成分の割合が高い（筋電成分に対して心電成分が少ない）第２の周波数帯域（例えば３０から５０Ｈｚ）における第２の周波数スペクトルのパワー値を求める。そして、筋電成分取得部３３２は、第１の周波数スペクトルのパワー値に対する、第２の周波数スペクトルのパワー値の比率（以下「筋電成分比率」ともいう）を取得する。すなわち、筋電成分取得部３３２は、請求の範囲に記載の筋電成分取得手段として機能する。ところで、ネックバンド１３の装着状態が悪い（すなわち、生体電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄと頸部との接触状態が悪い）とノイズが増え、筋電成分の正確な算出が困難になる。そのため、装着後に僧帽筋の筋電成分が比較的少ない状態（所定の基準値以下の状態）で生体信号（筋電信号）を取得し、これを基準として筋電成分を求めることで、筋電成分の正確な算出を行うことができる。なお、装着状態によってノイズ量が変化するため装着後に行う必要がある。ここで、僧帽筋の筋電が比較的少ない状態は、例えば、ヘッドレストに頭をもたせかけた状態や臥位状態等、頭を首で支えていない状態である。装着後にこのような状態で生体信号（筋電信号）を取得して筋電成分算出の基準とする（すなわち、キャリブレーションを行う）。

なお、筋電成分取得部３３２は、加速度センサ２２により検出された頸部の加速度が所定のしきい値以上の場合（すなわち、頸部が動き、体動ノイズが大きくなると予想される場合）には、上述した筋電成分比率の取得を停止する。筋電成分取得部３３２により取得された筋電成分比率は、疲労判定部３３３に出力される。

疲労判定部３３３は、筋電成分取得部３３２により取得された、筋電成分比率が予め定められた所定の基準値（疲労基準値）以上である場合に、疲労していると判定する。すなわち、疲労判定部３３３は、請求の範囲に記載の疲労判定手段として機能する。その際に、疲労判定部３３３は、所定時間内における、筋電成分比率が基準値以上の状態の時間の割合が、所定の割合以上になった場合、又は（及び）、筋電成分比率が基準値以上の状態が、所定時間（例えば数分）以上継続した場合に、疲労していると判定する。すなわち、一次的に頸部に力が入ることは疲労状態でなくても起こり得るため、測定時間が短い（例えば数分）と、筋電成分比率が高くても疲労ではない場合が有り得る。そのため、筋電成分比率データを累積させて疲労判定することで、疲労判定精度を向上させる。なお、疲労判定部３３３は、加速度センサ２２により検出された頸部の加速度が所定のしきい値以上である場合（すなわち、頸部が動き、体動ノイズが大きくなると予想される場合）には、疲労判定を停止する。

疲労判定部３３３により疲労状態であると判定された場合に、疲労検出装置１は、使用者に対して疲労状態であることを、スピーカ（又はブザー）７０を通して、アラーム音や音声で知らせる（警告する）。すなわち、スピーカ（又はブザー）７０は、請求の範囲に記載の提示手段として機能する。また、疲労検出装置１は、疲労状態であると判定された場合に、無線通信モジュール６０を介して、例えば、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）や、ディスプレイを有する携帯型音楽プレーヤ、又はスマートフォン等に、疲労情報（疲労判定結果）を送信し、表示する機能を有している。なお、取得された疲労情報（疲労判定結果）等のデータは、例えば、上述したＲＡＭなどに蓄積して記憶しておき、計測が終了した後に、ＰＣ等に出力して確認するようにしてもよい。さらに、疲労判定を、無線で接続されたＰＣやスマートフォン等で行う構成とすることもできる。

頸部加温部８０は、疲労判定部３３３により使用者が疲労していると判定された場合に、頸部（首周り）を温めることにより、頸部の温度を上げる。すなわち、頸部加温部８０は、請求の範囲に記載の加温手段として機能する。

より具体的には、頸部加温部８０は、使用者が疲労していると判定された場合に、頸部を温める。その際に、頸部加温部８０は、筋電成分比率と上記基準値との偏差が大きくなるほど、頸部の温度が高くなるように出力を調節する。一方、頸部加温部８０は、使用者が疲労していないと判定されたときには、そのときの状態を保持するか、又は加温の程度を弱くする。

頸部加温部８０による加温方法としては、例えば、電気ヒータ等を利用する方法を挙げることができる。より詳細には、例えば、生体用電極１５Ａ〜１５Ｄ、絶縁層、電気ヒータの高抵抗層が順番に積層された構成とすることが好ましい。この場合、電気ヒータの高抵抗層に電流が流されることによって発生した熱が、絶縁層、生体用電極１５Ａ〜１５Ｄを介して、使用者の頸部に伝えられる。なお、加温は、使用者が不快に感じないよう、温度調節に制限を設けたり、又は、温度センサを設けてフィードバックをかけるようにすることが好ましい。

次に、図４を参照しつつ、疲労検出装置１の動作について説明する。図４は、疲労検出装置１による疲労検出処理の処理手順を示すフローチャートである。図４に示される処理は、主として信号処理ユニット３１によって、所定のタイミングで繰り返して実行される。

疲労検出装置１が頸部に装着され、センサ部１１，１２（１５Ｃ，１５Ｄ並びに光電脈波センサ２０）及び生体用電極１５Ａ，１５Ｂが頸部に接触すると、ステップＳ１００では、生体用電極１５Ａ，１５Ｂにより検出された主として筋電信号を含む生体信号、生体用電極１５Ｃ，１５Ｄにより検出された主として心電信号を含む生体信号、及び光電脈波センサ２０により検出された光電脈波信号が読み込まれる。続くステップＳ１０２では、ステップＳ１００で読み込まれた生体信号（筋電信号、心電信号）、及び光電脈波信号に対してフィルタリング処理が施される。また、光電脈波信号が２階微分されることにより加速度脈波が取得される。

続いて、ステップＳ１０４では、例えば、光電脈波センサ２０の受光量に基づいて、疲労検出装置１の装着状態の判定が行われる。すなわち、光電脈波センサ２２では、発光素子２０１から照射され、生体を透過して／生体で反射されて戻ってきた光を受光素子２０２で受けて、その光量の変動を光電脈波信号として検出するため、装置が適切に装着されていない状態では信号光の受光量が減少する。そこで、ステップＳ１０４では、受光量が所定値以上であるか否かについての判断が行われる。ここで、受光量が所定値以上である場合には、ステップＳ１０８に処理が移行する。一方、受光量が所定値未満のときには、装着エラーと判定され、ステップＳ１０６において、装着エラー情報（ワーニング情報）が出力される。その後、本処理から一旦抜ける。なお、上述した光電脈波センサ２０の受光量を用いる方法に代えて、例えば、光電脈波信号の振幅、心電波形のベースラインの安定度やノイズ周波数成分比率を用いる方法等を採用することもできる。

ステップＳ１０８では、心電信号、光電脈波信号（加速度脈波信号）のピークが検出される。そして、検出された心電信号のＲ波ピークと、光電脈波信号（加速度脈波）のピークとの時間差（ピーク時間差）が算出される。

次に、ステップＳ１１０では、心電信号のＲ波ピーク及び光電脈波信号（加速度脈波）のピークそれぞれの遅延時間（ずれ量）が求められるとともに、求められた遅延時間に基づいて、心電信号のＲ波ピークと光電脈波信号（加速度脈波）のピークとの時間差（ピーク時間差）が補正される。

続いて、ステップＳ１１２では、ステップＳ１１０で補正されたピーク時間差が所定時間（例えば０．０１ｓｅｃ．）以上か否かについての判断が行われる。ここで、ピーク時間差が所定時間以上の場合には、ステップＳ１１６に処理が移行する。一方、ピーク時間差が所定未満のときには、ステップＳ１１４においてエラー情報（ノイズ判定）が出力された後、本処理から一旦抜ける。

ステップＳ１１６では、ステップＳ１０８で算出されたピーク時間差が脈波伝播時間として確定されるとともに、脈波間隔が取得される。

次に、ステップＳ１１８では、加速度センサ２２により検出された頸部の加速度が所定のしきい値以上であるか否か（すなわち、頸部が動き、体動ノイズが大きくなるか否か）についての判断が行われる。ここで、頸部の加速度が所定のしきい値未満の場合には、ステップＳ１２２に処理が移行する。一方、頸部の加速度が所定のしきい値以上のときには、ステップＳ１２０において、体動エラー情報が出力された後、本処理から一旦抜ける。

ステップＳ１２２では、生体用電極１５Ａ，１５Ｂにより検出され、フィルタリング処理が施された主として僧帽筋の筋電信号を含む生体信号が周波数解析されて周波数スペクトルが取得される。続いて、ステップＳ１２４では、心電成分に対する筋電成分の割合が低い（筋電成分に対して心電成分が多い）第１の周波数帯域（例えば１０Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下）における第１の周波数スペクトルのパワー値に対する、筋電成分割合が高い（筋電成分に対して心電成分が少ない）第２の周波数帯域（例えば３０Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下）における第２の周波数スペクトルのパワー値の比率（筋電成分比率）が取得される。そして、ステップＳ１２６では、ステップＳ１２４で取得された筋電成分比率が時系列的に記憶される。

ステップＳ１２８では、取得された筋電成分比率が基準値以上であり、かつその状態の時間割合が所定の割合以上であるか否か、又は（及び）、筋電成分比率が基準値以上の状態が所定時間以上継続したか否かについての判断が行われる。ここで、当該条件が満足された場合には、疲労していると判定され、ステップＳ１３０に処理が移行する。一方、当該条件が満足されないときには、疲労していないと判定され、ステップＳ１３２に処理が移行する。

疲労していると判定された場合、ステップＳ１３０では、アラーム音や音声によって、使用者に対して疲労状態であることが知らされる（警告される）。また、頸部加温部８０が駆動されて頸部が温められることにより、使用者の疲労が緩和・低減される。その後、本処理から一旦抜ける。

一方、疲労していないと判定された場合、ステップＳ１３２では、頸部加温部８０の稼働状態が変更されることなく維持される（又は稼働状態が緩和される）。その後、本処理から一旦抜ける。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、ネックバンド１３が使用者の頸部に装着されたときに、使用者の頸部後側の僧帽筋がある位置において頸部と接触するように、生体用電極１５Ａ，１５Ｂがネックバンド１３に取り付けられている。このように、皮下に僧帽筋がある頸部（首）の後方に生体用電極１５Ａ，１５Ｂを配置することで、肩の疲労感の原因となる僧帽筋の筋電信号（生体信号）をＳ／Ｎよく取得することができる。そして、該生体用電極１５Ａ，１５ＢによりＳ／Ｎよく取得された生体信号（筋電信号）から取得される筋電成分に基づいて、疲労しているか否かが判定される。その結果、疲労している否かをより精度よく、かつ安定的に検出することが可能となる。

また、本実施形態によれば、使用者の頸部後側から、主として僧帽筋の筋電信号を含む生体信号が取得されて、周波数解析され、その周波数解析結果（周波数スペクトル）から、筋電成分割合が低い（筋電成分に対して心電成分が多い）第１の周波数帯域（例えば１０Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下）における第１の周波数スペクトルのパワー値に対する、筋電成分割合が高い（筋電成分に対して心電成分が少ない）第２の周波数帯域（例えば３０Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下）における第２の周波数スペクトルのパワー値の比率（筋電成分比率）が取得される。そして、筋電成分比率と基準値とが比較されて、疲労しているか否かが判定される。ここで、筋電成分が大きくなるほど、筋電成分比率が大きくなるため、筋電成分を精度よく求めることができる。このように、頸部（僧帽筋）から取得される筋電信号を利用し、かつ、その周波数解析結果（周波数スペクトル）から求められた筋電成分比率に基づいて疲労しているか否かを判定するようにしたため、ノイズに強く、疲労している否かをより精度よく、かつ安定的に検出することが可能となる。また、この場合、ネックバンド型の疲労検出装置１を頸部に装着するだけで、簡便に疲労を評価することができる。

また、上記実施形態では、疲労判定に、筋電成分割合が低い（筋電成分に対して心電成分が多い）第１の周波数帯域（例えば１０Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下）における第１の周波数スペクトルのパワー値に対する、筋電成分割合が高い（筋電成分に対して心電成分が少ない）第２の周波数帯域（例えば３０Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下）における第２の周波数スペクトルのパワー値の比率（筋電成分比率）を用いているが、例えば、第１の周波数帯域の代わりに生体用電極１５Ｃ，１５Ｄで取得した筋電信号の少ない生体信号の第２の周波数帯域における周波数スペクトルのパワー値を用いてもよい。

また、本実施形態によれば、筋電成分比率が基準値以上である状態の時間割合が所定割合以上になった場合、又は（及び）、筋電成分比率が基準値以上の状態が所定時間以上継続した場合に、疲労していると判定される。よって、例えば、一時的な緊張状態にあるような場合（一時的に頸部（僧帽筋）に力が入ったとき）に疲労していると判定してしまうことを防止することができ、疲労検出の精度を向上させることが可能となる。

本実施形態によれば、例えば、頸部を動かしている場合（すなわち、頸部を動かしたことにより筋電量が一時的に大きくなった場合や体動ノイズが大きい場合）には、疲労判定が停止されるため、体動に起因する誤検出を防止でき、より精度よく疲労を検出することが可能となる。

本実施形態によれば、生体用電極１５Ｃ，１５Ｄが、ネックバンド１３が使用者の頸部に装着されたときに、使用者の僧帽筋がない位置において頸部と接触するように、ネックバンド１３に取り付けられているため、当該生体電極１５Ｃ，１５Ｄを、例えば、僧帽筋から離れた位置（例えば頸部（首）の横から前方）に配置することで僧帽筋に起因する筋電信号の少ない心電波形を得ることができる。また、このようにすれば、心電信号も同時に計測することができる。そのため、疲労の有無と併せて、例えば、心拍数や心拍間隔等の生体情報を同時に計測することが可能となる。

本実施形態によれば、疲労状態であると判定された場合に、使用者に対して、疲労状態であることが、アラーム音や音声で知らされる（警告される）。そのため、使用者に疲労していることを知らせることができ、使用者が過度の疲労状態になることを予防することが可能となる。

本実施形態によれば、使用者が疲労しているときに、頸部（首筋）が加温されるため、疲労を緩和／低減することが可能となる。また、その際に、本実施形態によれば、生体用電極１５Ａ〜１５Ｄを介して使用者の頸部が加温されるため、別途、加温部を設ける必要がない。また、生体用電極１５Ａ〜１５Ｄは使用者の頸部に接触しているため、確実に、かつ効率よく頸部を加温することが可能となる。

（第２実施形態）
上述した第１実施形態に係る疲労検出装置１では、４つ（二対）の生体用電極１５Ａ〜１５Ｄを有する構成としたが、３つの生体用電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｄを有する構成とすることもできる。

そこで、次に、図５を用いて、第２実施形態に係る疲労検出装置２について説明する。ここでは、上述した第１実施形態と同一・同様な構成については説明を簡略化又は省略し、異なる点を主に説明する。図５は、疲労検出装置２の機能構成を示すブロック図である。なお、図５において第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。

疲労検出装置２は、３つの生体用電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｄのみを有している点、すなわち、生体用電極１５Ｃを有していない点で、上述した第１実施形態に係る疲労検出装置１と異なっている。その他の構成は、上述した疲労検出装置１と同一又は同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

３つの生体用電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｄは、一つの共通電極１５Ａと、該共通電極１５Ａとそれぞれに対を成す２つの生体用電極１５Ｂ，１５Ｄとから構成されている。そして、共通電極１５Ａと生体用電極１５Ｂとの組み合わせ、及び、共通電極１５Ａと生体用電極１５Ｄとの組み合わせそれぞれにより、生体信号（筋電信号及び心電信号）が検出される。生体用電極１５Ａ，１５Ｂは、ネックバンド１３が使用者の頸部に装着されたときに、使用者の頸部後側の僧帽筋がある位置において頸部と接触するように、ネックバンド１３に取り付けられている。一方、生体用電極１５Ｄ（センサ部１１）は、ネックバンド１３が使用者の頸部に装着されたときに、使用者の僧帽筋がない位置において頸部と接触するように、ネックバンド１３に取り付けられている。

すなわち、生体用電極１５Ａ，１５Ｂは、主として僧帽筋の筋電信号を取得するための生体用電極（筋電電極）である。一方、生体用電極１５Ａ，１５Ｄは、主として心電信号を取得するための生体用電極（心電電極）である。生体用電極１５Ａ，１５Ｂにより検出された主として僧帽筋の筋電信号を含む生体信号は、生体信号増幅部３１１に出力される。一方、生体用電極１５Ａ，１５Ｄにより検出された心電信号及び筋電信号を含む生体信号は、生体信号増幅部３１１に出力される。その他の構成は、上述した第１実施形態と同一又は同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

本実施形態によれば、共通電極（生体用電極）１５Ａ及び生体用電極１５Ｂが、ネックバンド１３が使用者の頸部に装着されたときに、使用者の頸部後側の僧帽筋がある位置において頸部と接触するように、ネックバンド１３に取り付けられているため、肩の疲労感の原因となる僧帽筋の筋電信号（生体信号）をＳ／Ｎよく取得することができる。

なお、上述した生体用電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｄの組み合わせに代えて、生体用電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの組み合わせとしてもよく、また、生体用電極１５Ａ，１５Ｃ，１５Ｄ、あるいは生体用電極１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの組み合わせとしてもよい。さらに、生体用電極１５Ａ，１５Ｄ、生体用電極１５Ｂ，１５Ｃの組み合わせとすることもできる。ただし、その場合には、少なくとも一つの電極は、ネックバンド１３が使用者の頸部に装着されたときに、使用者の頸部後側の僧帽筋がある位置において頸部と接触するように、ネックバンド１３に取り付けられていることが好ましい。

すなわち、生体用電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの組み合わせの場合には、生体用電極１５Ａ，１５Ｂで主として筋電信号を検出し、生体用電極１５Ｂ，１５Ｃで心電信号及び筋電信号を検出する。また、生体用電極１５Ａ，１５Ｃ，１５Ｄ（又は生体用電極１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ）の組み合わせの場合には、生体用電極１５Ａ，１５Ｃ（又は１５Ｂ，５Ｄ）で主として筋電信号を検出し、生体用電極１５Ｃ，１５Ｄで主として心電信号を検出する。さらに、生体用電極１５Ａ，１５Ｄ（又は生体用電極１５Ｂ，１５Ｃ）の組み合わせの場合には、生体用電極１５Ａ，１５Ｄ（又は生体用電極１５Ｂ，１５Ｃ）で筋電信号及び心電信号を含む生体信号を検出し、上述した処理を施すことにより、筋電信号と心電信号とを分離する。

（第３実施形態）
上記実施形態では、装着部材として、使用者の頸部の後ろ側から頸部を挟むように装着する略Ｕ字形のネックバンド１３を用いたが、ネックバンド以外の形態を採用してもよい。

そこで、次に、図６及び図７を併せて用いて、第３実施形態に係る疲労検出装置３について説明する。ここでは、上述した第１実施形態と同一・同様な構成については説明を簡略化又は省略し、異なる点を主に説明する。図６（ａ）は疲労検出装置３の外観を示す背面図である。（ｂ）は疲労検出装置３の外観を示す正面図である。また、図７は、疲労検出装置３の外観（使用状態）を示す斜視図である。なお、図６、図７において第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。

疲労検出装置３は、装着部材として、柔軟性を有し、略帯状に形成された装着本体部１６と、該装着本体部１６の裏面側の両端部に取り付けられた、粘着性を有する２つの粘着部１７Ｃ，１７Ｄ、及び装着本体部１６の裏面側の中央部に取り付けられた粘着部１７Ａ，１７Ｂ（粘着部１７Ａ，１７Ｂ、７Ｃ，１７Ｄを総称して粘着部１７ということもある）とを有している。

各粘着部１７は、粘着性に加えて導電性を有し、上述した生体用電極としても機能する（以下、粘着部１７を「生体用電極１７」ということもある）。ここで、粘着部（生体用電極）１７Ａ，１７Ｂは、装着本体部１６（疲労検出装置３）が使用者の頸部に装着されたときに、使用者の頸部後側の僧帽筋がある位置において頸部と接触するように、装着本体部１６に取り付けられている。一方、粘着部（生体用電極）１７Ｃ，１７Ｄは、装着本体部１６（疲労検出装置３）が使用者の頸部に装着されたときに、使用者の僧帽筋がない位置（頸部の左右側面）において頸部と接触するように、装着本体部１６に取り付けられている。

すなわち、粘着部（生体用電極）１７Ａ，１７Ｂは、主として僧帽筋の筋電信号を取得するための生体用電極（筋電電極）である。一方、粘着部（生体用電極）１７Ｃ，１７Ｄは、主として心電信号を取得するための生体用電極（心電電極）である。なお、粘着部（生体用電極）１７としては、例えば生体用ゲル電極等が好適に用いられる。また、粘着部１７は、その一部のみが導電性を有する構成としてもよい。

装着本体部１６の表面側の中央部には、光電脈波センサ２０、信号処理部３１、無線通信モジュール６０、及びバッテリ等が収納された検出本体部１８が取り付けられている。ここで、生体用電極１７Ａ，１７Ｂ、及び生体用電極１７Ｃ，１７Ｄは、検出本体部１８（信号処理部３１）と電気的に接続されている。また、装着本体部１６には、光電脈波センサ２０と対応する位置に孔が形成されており、その孔に光電脈波センサ２０が嵌め込まれるようにして取り付けられている。すなわち、装着本体部１６（疲労検出装置３）が頸部に装着されたときに、光電脈波センサ２０（発光素子２０１、受光素子２０２）が頸部皮膚に当接されるように取り付けられている。

なお、本実施形態では、光電脈波センサ２０を、粘着部１７が取り付けられている領域外に配設した（図６（ｂ）参照）が、光電脈波センサ２０を、粘着部１７の取付領域内に配設してもよい。その際には、粘着部１７に孔を形成し、その孔から光電脈波センサ２０を突出させるように配設してもよいし、粘着部１７に孔を形成する代わりに、粘着部１７に光を透過する透明な粘着材を用い、その透明な粘着材を通して光電脈波信号を取得するようにしてもよい。なお、光電脈波センサ２０、信号処理部３１、無線通信モジュール６０等の詳細については、上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

本実施形態によれば、柔軟性を有し略帯状に形成された装着本体部１６に粘着性を有する粘着部１７が取り付けられているため、粘着部１７の粘着性を利用して装着本体部１６を頸部に貼り付ける（装着する）ことができる。また、粘着部１７が導電性を有し生体用電極として機能するため、装着本体部１６を頸部に貼り付ける（装着する）だけで、簡便に疲労を検出することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、疲労検出装置１，２，３が、光電脈波センサ２０を備えていたが、光電脈波センサ２０を備えていない構成としてもよい。また、光電脈波センサ２０に代えて又は加えて、圧電脈波センサ、酸素飽和度センサ、音センサ（マイク）、変位センサ、温度センサ、湿度センサなどを用いる構成としてもよい。

上記実施形態では、ネックバンド１３の両端に一対のセンサ部１１，１２を取り付けたが、センサ部１１，１２は、必ずしもネックバンドの両端に取り付ける必要はない。また、ネックバンド１３は、アジャスト機構などによってその長さを調節できるように構成してもよい。

上記実施形態では、生体信号から取得された筋電成分比率に基づいて疲労状態を判定したが、筋電成分量に基づいて疲労状態を判定する構成とすることもできる。より具体的には、筋電成分取得部３３２が、周波数解析部３３１による周波数解析結果（周波数スペクトル）に対して、例えば３０Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下の周波数帯域（すなわち、心電成分が少なく筋電成分が多い周波数帯域）の周波数スペクトルを積分して筋電成分量を求め、疲労判定部３３３が、求められた筋電成分量が基準値以上である場合に、疲労していると判定する構成としてもよい。なお、その際に、所定時間内における、筋電成分量が基準値以上の状態の時間の割合が、所定の割合以上になった場合、又は（及び）、筋電成分量が基準値以上の状態が、所定時間以上継続した場合に、疲労していると判定することが好ましい。このように、周波数解析結果（周波数スペクトル）から求められる筋電成分量に基づいて疲労状態を判定するようにしても、疲労している否かをより精度よく、かつ安定的に検出することができる。

上記実施形態では、使用者が疲労していると判定された場合に、頸部加温部８０を用いて頸部（首周り）を温め、疲労を緩和／低減する構成としたが、頸部を温める頸部加温部８０に代えて、例えば、頸部を冷やす頸部冷却手段や、頸部を押圧する（例えば、内蔵した袋をポンプで膨らませることで断続的に押圧を加える）頸部押圧手段等を用いて、疲労を緩和／低減する構成としてもよい。

１，２，３ 疲労検出装置
１１，１２ センサ部
１３ ネックバンド
１５Ａ 生体用電極（筋電電極／心電電極／共通電極）
１５Ｂ 生体用電極（筋電電極／心電電極）
１５Ｃ，１５Ｄ 生体用電極（筋電電極／心電電極）
１６ 装着本体部
１７Ａ，１７Ｂ 粘着部／生体用電極（筋電電極／心電電極）
１７Ｃ，１７Ｄ 粘着部／生体用電極（筋電電極／心電電極）
１８ 検出本体部
２０ 光電脈波センサ
２０１ 発光素子
２０２ 受光素子
２２ 加速度センサ
３１，３１Ｂ 信号処理部
３１０，３１０Ｂ 第１信号処理部
３２０ 第２信号処理部
３１１，３１１Ｂ 生体信号増幅部
３２１ 脈波信号増幅部
３１２，３１２Ｂ，３２２ アナログフィルタ
３１３，３１３Ｂ，３２３ Ａ／Ｄコンバータ
３１４，３１４Ｂ，３２４ ディジタルフィルタ
３２５ ２階微分処理部
３１６，３２６ ピーク検出部
３１８，３２８ ピーク補正部
３３０ 脈波伝播時間計測部
３３１ 周波数解析部
３３２ 筋電成分取得部
３３３ 疲労判定部
３５０ 駆動部
６０ 無線通信モジュール
７０ スピーカ
８０ 頸部加温部

Claims (16)

1. 使用者の頸部の周方向に沿って装着可能な装着部材と、
   前記装着部材に取り付けられ、筋電信号を含む生体信号を取得する複数の生体用電極と、
   前記生体用電極により取得された生体信号から取得される筋電成分に基づいて、疲労しているか否かを判定する疲労判定手段と、を備え、
   前記複数の生体用電極は、前記装着部材が使用者の頸部に装着されたときに、使用者の頸部後側の僧帽筋がある位置において頸部と接触するように、前記装着部材に取り付けられていることを特徴とする疲労検出装置。
2. 前記複数の生体用電極により取得された生体信号を周波数解析して周波数スペクトルを求める周波数解析手段と、
   前記周波数解析手段により求められた周波数スペクトルから筋電成分を取得する筋電成分取得手段と、を備え、
   前記疲労判定手段は、前記筋電成分取得手段により取得された筋電成分が基準値以上である場合に、疲労していると判定することを特徴とする請求項１に記載の疲労検出装置。
3. 前記疲労判定手段は、所定時間内における、前記筋電成分が基準値以上の状態の時間の割合が、所定の割合以上になった場合に、疲労していると判定することを特徴とする請求項２に記載の疲労検出装置。
4. 前記疲労判定手段は、筋電成分が基準値以上の状態が、所定時間以上継続した場合に、疲労していると判定することを特徴とする請求項２又は３に記載の疲労検出装置。
5. 前記複数の生体用電極により取得された生体信号を周波数解析して周波数スペクトルを求める周波数解析手段と、
   心電成分に対する筋電成分割合が低い第１の周波数帯域における第１の周波数スペクトルのパワー値に対する、前記第１の周波数帯域よりも筋電成分割合が高い第２の周波数帯域における第２の周波数スペクトルのパワー値の比率を取得する筋電成分取得手段と、を備え、
   前記疲労判定手段は、前記筋電成分取得手段により取得された、第１の周波数スペクトルのパワー値に対する第２の周波数スペクトルのパワー値の比率が基準値以上である場合に、疲労していると判定することを特徴とする請求項１に記載の疲労検出装置。
6. 前記疲労判定手段は、所定時間内における、前記比率が基準値以上の状態の時間の割合が、所定の割合以上になった場合に、疲労していると判定することを特徴とする請求項５に記載の疲労検出装置。
7. 前記疲労判定手段は、前記比率が基準値以上の状態が、所定時間以上継続した場合に、疲労していると判定することを特徴とする請求項５又は６に記載の疲労検出装置。
8. 前記装着部材に取り付けられ、被験者の頸部の加速度を検出する加速度センサをさらに備え、
   前記疲労判定手段は、前記加速度センサにより検出された加速度が所定のしきい値を超えているときには、疲労しているか否かの判定を停止することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の疲労検出装置。
9. 前記複数の生体用電極は、前記装着部材が使用者の頸部に装着されたときに、僧帽筋がない位置において頸部と接触するように、前記装着部材に取り付けられた、少なくとも一つの生体用電極を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の疲労検出装置。
10. 前記複数の生体用電極は、心電信号を含む生体信号を測定するための一対の生体用電極を含み、
    前記一対の生体用電極の内、少なくとも１つの生体用電極は、前記装着部材が使用者の頸部に装着されたときに、使用者の僧帽筋がない位置において頸部と接触するように、前記装着部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の疲労検出装置。
11. 前記装着部材はネックバンドであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の疲労検出装置。
12. 前記装着部材は、柔軟性を有し、略帯状に形成された装着本体部と、該装着本体部に取り付けられた、粘着性を有する粘着部と、を有し、
    前記粘着部は、少なくとも一部が導電性を有し、前記生体用電極として機能することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の疲労検出装置。
13. 前記筋電成分取得手段は、前記装着部材が装着された状態において、筋電成分が比較的少ない状態を基準として、筋電成分のキャリブレーションを行うことを特徴とする請求項２〜１１のいずれか１項に記載の疲労検出装置。
14. 疲労状態であると判定された場合に、使用者に疲労状態であることを提示する提示手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の疲労検出装置。
15. 疲労状態であると判定された場合に、頸部を加温する加温手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の疲労検出装置。
16. 前記加温手段は、前記生体用電極の温度を上げることにより、頸部を加温することを特徴とする請求項１５に記載の疲労検出装置。
    

Images