JPWO2018100719A1 - メンタルストレス検出装置及びメンタルストレス検出プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
また、肉体的な運動によるストレスによっても副交感神経の活動レベルの低下、交感神経の活動レベルの上昇が発生するが、従来では副交感神経の活動状況と、交感神経の活動状況とを独立に観測していたため、肉体的な運動に伴うメンタルストレスを判定ができないという課題があった。
時間経過に伴う副交感神経の活動状況の指標となる第1の指標値と、時間経過に伴う交感神経の活動状況の指標となる第2の指標値とを、複数の心拍間隔RRIから算出する指標値算出部と、
前記第1の指標値と前記第2の指標値との相関であって、時刻に対応付けられる相関である時刻対応相関を算出する相関算出部と
を備える。
図1から図8を参照してメンタルストレス検出装置10を説明する。
図1は、メンタルストレス検出装置10及び脈波計測装置20のハードウェア構成を示す。メンタルストレス検出装置10は、脈波計測装置20から脈波信号25として取得する脈波の波形から、メンタルストレスを検知する。図1を参照して、メンタルストレス検出装置10のハードウェア構成を説明する。
図3及び図4は、メンタルストレス検出装置10の動作を示すフローチャートである。図3は、メンタルストレス検出装置10の前半の動作を示すフローチャートである。
図4は、メンタルストレス検出装置10の後半の動作を示すフローチャートである。
図5は、標準偏差SDnと二乗平均平方根RMnとの算出を説明する図である。
図3〜図4を参照してメンタルストレス検出装置10の動作の概要を説明する。メンタルストレス検出装置10の動作は、メンタルストレス検出方法に相当する。またメンタルストレス検出装置10の動作はメンタルストレス検出プログラムの処理に相当する。心拍情報出力部100、指標値算出部200、相関算出部300及びメンタルストレス判定部400について図3及び図4に示すそれぞれの枠が、心拍情報出力部100等によって実行される処理を示している。心拍情報出力部100によって実行される処理は設定時間スリープ処理(S101)のように符号にSを付しており、心拍情報出力部100によってファイルへ書き込まれるデータには計測値ファイル(F107)のように符号にFを付している。指標値算出部200、相関算出部300等についても同様である。ファイルへの書き込みは、メモリ12への書き込みである。
(1)まず、心拍情報出力部100が、ADコンバータ24の出力である脈波信号25から脈波のピークを検出しピークの発生時刻を記録する。
(2)ピーク検出時に指標値算出部200は、心拍情報出力部100から通知を受けて、ピーク間隔である心拍間隔RRIn、心拍間隔RRInの標準偏差SDn、隣接する心拍間隔RRInと心拍間隔RRIn−1との差RDnの二乗平均平方根RMn、標準偏差SDnと二乗平均平方根RMnとの比率である比SDn/RMnを算出する。心拍間隔RRInの標準偏差SDnと、隣接する心拍間隔の差RDnの二乗平均平方根RMnとを算出する区間は、直近のピークから遡ってm個の範囲であるが、m=20個程度が適当である。m個については、図5で述べる。
(3)相関算出部300は、指標値算出部200から呼び出され、二乗平均平方根RMnと比SDn/RMnとの積率相関係数rnを算出する。
(4)メンタルストレス判定部400は、相関算出部300から呼び出され、積率相関係数rnの評価を行う。積率相関係数rnは、−1.0から+1.0の範囲の値であるが、積率相関係数rnは、閾値によって判別される。閾値は予め設定されている値であり、積率相関係数rnが閾値を上回る場合は、メンタルストレス判定部400は、メンタルストレスが高いと判定する。閾値は−0.2程度が適当である。メンタルストレスが高い場合は、メンタルストレス判定部400は、表示器13を表示する。また、メンタルストレス判定部400は、積率相関係数rnを他のシステム30に送信する。
RRIn=Rn−Rn−1 (式1)
式7におけるi,n,mは、式7の中でのみ使用され、
式8におけるi,n,mは、式8の中でのみ使用され、
式9におけるi,n,Lnは、式9の中でのみ使用される。
−0.2≦積率相関係数rn
の場合、相関係数評価処理(S401)はメンタルストレスが高いと判定し、
−0.2>積率相関係数rn
の場合、相関係数評価処理(S401)は、メンタルストレスが高いとは判定しない。
図6は、メンタルストレス検出装置10を適用した場合の、他のシステム30にてロギングした結果をグラフ化したものである。
図7は、図6のグラフで相関係数が上昇したときの事象を示す図である。図6のグラフ51は横軸に時刻、縦軸に積率相関係数rnを示している。時刻については、左側の9:53は9時53分を示している。図7の表52は、相関係数が上昇したときの事象を示している。グラフ51は、外部への通知処理(S405)が、相関係数ファイル(F303)のデータを他のシステム30に出力した場合を示している。図6は他のシステム30により、取得したデータをグラフ化した例である。図6のグラフ51の積率相関係数rnが上昇している事象と、図7の表52の運転状の事象には、相関性が見られる。運転者が事象に気が付いているかどうかメンタルストレスの程度から判定できる。上記の例では閾値を−0.2としているが、メンタルストレス判定部400は、積率相関係数rnが、負の相関を示さない期間を、他の期間よりもメタルストレスの高い期間と判定してもよい。
実施の形態1のメンタルストレス検出装置10によれば、相関算出部300が、二乗平均平方根RMnと、比SD/RMnとの相関である積率相関係数rnを算出する。よって、肉体的な運動によって生じるメンタルストレスを判定することができる。
また、相関算出部300の算出する積率相関係数rnは、時刻に対応付けられる時刻対応相関であるので、秒単位で変化するメンタルストレス変化に追従することができる。
以上の実施の形態1は、心拍Rnを脈波計測装置20で計測する構成であるが、脈波計測装置20を心電図計に置き換えてもよい。但し、心電図計を使用する場合は、被験者に繋ぐプローブの数が脈波計測装置20で脈波を計測する場合と比較して増える。また、腕などの動作による筋電の影響を、フィルタ等で除去しなければ、心拍間隔RRInの検出が難しい場合がある。
脈波計測装置20の内蔵するDSPによって、心拍情報出力部100のピーク判定処理(S104)までを処理してもよい。その場合、脈波信号25は血流を示す値ではなく、ピークを検出したタイミングの割り込み信号となり、時刻記録処理(S105)が割り込み処理によって起動される。この方法は、マイクロプロセッサ11がサンプリング周期ごとに脈波信号25を評価する必要がなくなり、処理能力が低いマイクロプロセッサでの適用に適している。
以上の実施の形態では、副交感神経及び交感神経の活動レベルを、それぞれ、二乗平均平方根RMn、比SD/RMnから評価する構成を述べた。この他、RRI算出処理(S201)の結果をフーリエ変換し、その周波数成分から副交感神経及び交感神経の活動レベルを導出し、積率相関係数算出処理(S301)において、両者の積率相関係数を算出する構成でもよい。但し、フーリエ変換から有意な結果を得るには数百回程度の心拍区間を対象とする必要があり、人の神経活動レベルの変化を短時間で捉えるのには適していない。
図8は、処理回路910を示す図である。本実施の形態1では、心拍情報出力部100、指標値算出部200、相関算出部300及びメンタルストレス判定部400の機能は、はソフトウェアで実現される。図8は、変形例として、処理回路910を示す図である。本実施の形態1では、心拍情報出力部100、指標値算出部200、相関算出部300及びメンタルストレス判定部400の機能が、ハードウェアで実現されてもよい。つまり、処理回路910によって、前述したマイクロプロセッサ11として示す、心拍情報出力部100、指標値算出部200、相関算出部300及びメンタルストレス判定部400の機能と、前述したメモリ12の機能とが、実現される。処理回路910は信号線911に接続している。処理回路910は電子回路である。処理回路910は、具体的には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックIC、GA(Gate・Array)、ASIC(Application・Specific・Integrated・Circuit)、又は、FPGA(Field−Programmable・Gate・Array)である。
図6は、メンタルストレス検出装置10を適用した場合の、他のシステム30にてロギングした結果をグラフ化したものである。
図7は、図6のグラフで相関係数が上昇したときの事象を示す図である。図6のグラフ51は横軸に時刻、縦軸に積率相関係数rnを示している。時刻については、左側の9:53は9時53分を示している。図7の表52は、相関係数が上昇したときの事象を示している。グラフ51は、外部への通知処理(S405)が、相関係数ファイル(F303)のデータを他のシステム30に出力した場合を示している。図6は他のシステム30により、取得したデータをグラフ化した例である。図6のグラフ51の積率相関係数rnが上昇している事象と、図7の表52の運転状の事象には、相関性が見られる。運転者が事象に気が付いているかどうかメンタルストレスの程度から判定できる。上記の例では閾値を−0.2としているが、メンタルストレス判定部400は、積率相関係数rnが、負の相関を示さない期間を、他の期間よりもメンタルストレスの高い期間と判定してもよい。
Claims (8)
- 時間経過に伴う副交感神経の活動状況の指標となる第1の指標値と、時間経過に伴う交感神経の活動状況の指標となる第2の指標値とを、複数の心拍間隔RRIから算出する指標値算出部と、
前記第1の指標値と前記第2の指標値との相関であって、時刻に対応付けられる相関である時刻対応相関を算出する相関算出部と
を備えるメンタルストレス検出装置。 - 前記指標値算出部は、
前記複数の心拍間隔RRIの標準偏差SDと、心拍間隔RRIどうしの差RDを対象とする二乗平均平方根RMとを算出し、前記標準偏差SDと前記二乗平均平方根RMとの比SD/RMを算出し、
前記相関算出部は、
前記時刻対応相関として、前記二乗平均平方根RMと前記比SD/RMとの相関を算出する請求項1に記載のメンタルストレス検出装置。 - 前記メンタルストレス検出装置は、さらに、
前記時刻対応相関から、メンタルストレスの程度を判定するメンタルストレス判定部を備える請求項1または請求項2に記載のメンタルストレス検出装置。 - 前記時刻対応相関は、時刻に対して値が定まり、
前記メンタルストレス判定部は、
前記時刻対応相関の値と閾値との比較により、前記メンタルストレスの程度を判定する請求項3に記載のメンタルストレス検出装置。 - 前記メンタルストレス判定部は、
前記時刻対応相関において、負の相関のない期間を、他の期間よりもメタルストレスの高い期間と判定する請求項3または請求項4に記載のメンタルストレス検出装置。 - 前記指標値算出部は、
前記第1の指標値と、前記第2の指標値とを、前記複数の心拍間隔RRIから、フーリエ変換を用いて算出する請求項1に記載のメンタルストレス検出装置。 - 前記メンタルストレス検出装置は、さらに、
判定結果と、時刻対応相関との少なくともいずれかを出力する出力部を備える請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のメンタルストレス検出装置。 - コンピュータに、
時間経過に伴う副交感神経の活動状況の指標となる第1の指標値と、時間経過に伴う交感神経の活動状況の指標となる第2の指標値とを、複数の心拍間隔RRIから算出する処理と、
前記第1の指標値と前記第2の指標値との相関であって、時刻に対応付けられる相関である時刻対応相関を算出する処理と、
を実行させるメンタルストレス検出プログラム。
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