精神压力检测装置和精神压力检测程序的制作方法

本发明涉及检测精神压力的检测装置和检测程序。

背景技术：

现有的精神压力检测是对心跳间隔的变动进行傅里叶变换，根据其功率谱掌握副交感神经和交感神经的活动，利用将hfpower、lfpower与hfpower之比转换成压力指数的表等进行精神压力估计(例如，专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-167091号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

现有的精神压力检测器使用傅里叶变换，因此，存在仅能够评价几分钟间隔的压力而无法追随以秒为单位发生变化的精神压力变化的课题。

此外，由于肉体运动引起的压力也会产生副交感神经的活动水平的下降和交感神经的活动水平的上升，但是，由于以往是独立地观测副交感神经的活动状况和交感神经的活动状况，因此，存在无法判定伴随肉体运动的精神压力的课题。

本发明的目的在于，提供一种能够追随以秒为单位发生变化的精神压力变化并且能够判定伴随肉体运动的精神压力的装置。

用于解决课题的手段

本发明的精神压力检测装置具有：

指标值计算部，其根据多个心跳间隔rri，计算作为伴随时间经过的副交感神经的活动状况指标的第1指标值和作为伴随时间经过的交感神经的活动状况指标的第2指标值；以及

相关性计算部，其计算时刻对应相关性，该时刻对应相关性是所述第1指标值与所述第2指标值的相关性，且是与时刻对应的相关性。

发明效果

本发明的精神压力检测装置具有相关性计算部，因此，其目的在于提供一种能够追随以秒为单位发生变化的精神压力变化并且能够判定伴随肉体运动的精神压力的装置。

附图说明

图1是实施方式1的图，且是示出精神压力检测装置10的硬件结构的图。

图2是实施方式1的图，且是示出精神压力检测装置10的软件结构的图。

图3是实施方式1的图，且是示出精神压力检测装置10的前半动作的流程图。

图4是实施方式1的图，且是示出精神压力检测装置10的后半动作的流程图。

图5是实施方式1的图，且是说明标准偏差sdn和均方根rmn的计算的图。

图6是实施方式1的图，且是对由精神压力检测装置10检测出的结果进行图表化的图。

图7是实施方式1的图，且是示出在图6的图表中相关系数上升时的现象的图。

图8是实施方式1的图，且是示出精神压力检测装置10的硬件结构的变形例的图。

具体实施方式

实施方式1

参照图1～图8，说明精神压力检测装置10。

***结构的说明***

图1示出精神压力检测装置10和脉搏波计测装置20的硬件结构。精神压力检测装置10根据从脉搏波计测装置20作为脉搏波信号25取得的脉搏波的波形，检测精神压力。参照图1，说明精神压力检测装置10的硬件结构。

精神压力检测装置10是计算机。精神压力检测装置10具有微处理器11、存储器12和显示器13这样的硬件。微处理器11经由信号线11a而与其他硬件连接，对这些其他硬件进行控制。

微处理器11是进行运算处理的ic(integratedcircuit：集成电路)。作为具体例，微处理器11是cpu(centralprocessingunit：中央处理单元)、dsp(digitalsignalprocessor：数字信号处理器)、gpu(graphicsprocessingunit：图形处理单元)。

存储器12存储用于实现精神压力检测装置10的功能的程序、由微处理器11生成的数据和输入到精神压力检测装置10的数据。作为具体例，存储器12是hdd(harddiskdrive：硬盘驱动器)、sd(securedigital：安全数字)存储卡、cf(compactflash：紧凑式闪存)、nand闪存、软盘、光盘、压缩盘、dvd(digitalversatiledisk：数字多功能盘)等。存储器12也可以是移动存储介质。

显示器13由微处理器11控制。微处理器11在检测出精神压力上升时，在显示器13显示检测。

作为功能结构要素，精神压力检测装置10具有心跳信息输出部100、指标值计算部200、相关性计算部300和精神压力判定部400。心跳信息输出部100、指标值计算部200、相关性计算部300和精神压力判定部400的功能通过软件实现。存储器12中存储有实现心跳信息输出部100、指标值计算部200、相关性计算部300和精神压力判定部400的功能的程序。该程序由微处理器11读入并执行。由此，实现心跳信息输出部100、指标值计算部200、相关性计算部300和精神压力判定部400的功能。

在图1中仅示出1个微处理器11。但是，精神压力检测装置10也可以具有替代微处理器11的多个处理器。这些多个处理器分担执行实现心跳信息输出部100、指标值计算部200、相关性计算部300和精神压力判定部400的功能的程序。与处理器11相同，各个处理器是进行运算处理的ic。

脉搏波计测装置20从人的耳垂41或者手指42计测脉搏波。led21例如发出红外线，由光电晶体管22检测血流的变化。放大器23对光电晶体管22的输出进行放大。ad转换器24是将作为放大器23的输出的模拟信号转换成数字信号并作为脉搏波信号25输出到精神压力检测装置10的ad(analogtodigital：模拟-数字)转换器。脉搏波信号25是表示血流的变化的信号。血流的峰值是脉搏波的峰值。此外，脉搏波的峰值对应于心跳，脉搏波的峰值时刻对应于心跳时刻。

其他系统30接收精神压力检测装置10检测出的精神压力作为信号，进行存入等。

图2示出精神压力检测装置10的软件结构。

心跳信息输出部100从脉搏波计测装置20接收表示容积脉搏波的脉搏波信号25，输出心跳的时刻。心跳信息输出部100接收脉搏波计测装置20的ad转换器24输出的脉搏波信号25，计算作为脉搏波的峰值的时刻rn。作为脉搏波的峰值时刻的时刻rn也是心跳的时刻。时刻rn以下称作心跳时刻。

指标值计算部200计算心跳时刻rn与心跳时刻rn-1的间隔即心跳间隔rrin(后述的rrin＝rn-rn-1)、心跳间隔rrin的标准偏差即标准偏差sdn、相邻的心跳间隔rrin之差(后述的rdn＝|rrin-rrin-1|)的均方根即均方根rmn、标准偏差sdn与均方根rmn之比即比sdn/rmn。另外，比sdn/rmn以下有时记载成sd/rmn或sdrmn。心跳间隔rrin、标准偏差sdn、均方根rmn和比sdn/rmn容后再述。

相关性计算部300针对指标值计算部200输出的均方根rmn和比sd/rmn，求出积矩相关系数rn。

精神压力判定部400判定相关性计算部300输出的积矩相关系数rn，当判定为精神压力较高时，进行显示器13的点亮和对其他系统30的通知。

***动作的说明***

图3和图4是示出精神压力检测装置10的动作的流程图。

图3是示出精神压力检测装置10的前半动作的流程图。

图4是示出精神压力检测装置10的后半动作的流程图。

图5是说明标准偏差sdn和均方根rmn的计算的图。

参照图3～图4，说明精神压力检测装置10的动作概要。精神压力检测装置10的动作相当于精神压力检测方法。此外，精神压力检测装置10的动作相当于精神压力检测程序的处理。针对心跳信息输出部100、指标值计算部200、相关性计算部300和精神压力判定部400，图3和图4所示的各个框示出由心跳信息输出部100等执行的处理。由心跳信息输出部100执行的处理如设定时间休眠处理(s101)所示对标号标注s，在由心跳信息输出部100写入到文件的数据中，如计测值文件(f107)所示对标号标注f。指标值计算部200、相关性计算部300等也同样如此。对文件的写入是对存储器12的写入。

脉搏波计测装置20佩戴于受试者的耳垂41或者手指42等。以下，假设脉搏波计测装置20佩戴于受试者的耳垂41。led21和光电晶体管22夹住耳垂41，光电晶体管22捕捉受试者的血流的变化。放大器23对光电晶体管22的输出进行放大，ad转换器24将放大器23输出的模拟信号转换成数字信号。该数字信号作为脉搏波信号25输入到微处理器11。利用微处理器11通过软件执行的心跳信息输出部100、指标值计算部200、相关性计算部300和精神压力判定部400的功能进行精神压力评价。根据精神压力的评价结果，进行显示器13的显示和对其他系统30的通知。

说明心跳信息输出部100、指标值计算部200、相关性计算部300和精神压力判定部400的动作概要。

(1)首先，心跳信息输出部100记录根据作为ad转换器24的输出的脉搏波信号25检测到脉搏波的峰值的峰值发生时刻。

(2)在检测峰值时，指标值计算部200从心跳信息输出部100接收通知，计算峰值间隔即心跳间隔rrin、心跳间隔rrin的标准偏差sdn、相邻的心跳间隔rrin与心跳间隔rrin-1之差rdn的均方根rmn、标准偏差sdn与均方根rmn的比率即比sdn/rmn。计算心跳间隔rrin的标准偏差sdn和相邻的心跳间隔之差rdn的均方根rmn的区间从最近的峰值起追溯m个范围，但m＝20个左右是适当的。在图5中，叙述m个。

(3)从指标值计算部200调用相关性计算部300，计算均方根rmn与比sdn/rmn的积矩相关系数rn。

(4)从相关性计算部300调用精神压力判定部400，进行积矩相关系数rn的评价。积矩相关系数rn为-1.0～+1.0的范围的值，利用阈值判別积矩相关系数rn。阈值是预先设定的值，在积矩相关系数rn超过阈值的情况下，精神压力判定部400判定为精神压力较高。阈值为-0.2左右是适当的。在精神压力较高的情况下，精神压力判定部400使显示器13进行显示。此外，精神压力判定部400将积矩相关系数rn发送到其他系统30。

指标值计算部200、相关性计算部300和精神压力判定部400通过心跳信息输出部100的通知即对指标值计算部的通知处理(s106)的通知，每当心跳信息输出部100检测峰值时执行。但是，在通过对指标值计算部的通知处理(s106)执行的情况下，指标值计算部200等也可以是与心跳信息输出部100独立的过程或者线程。或者，指标值计算部200等也可以作为心跳信息输出部100的子例程执行。

以下，说明心跳信息输出部100等的详细动作。心跳信息输出部100对ad转换器24依照采样周期输出的脉搏波信号25进行评价，因此，通过设定时间休眠处理(s101)周期性地进行动作。在图3中，设定时间休眠处理(s101)按照已设定的采样周期，参照ad转换器24输出的脉搏波信号25。设定时间休眠处理(s101)的采样周期为500hz～1000hz左右。

周期性地执行ad转换值read和记录处理(s102)，每次读入脉搏波信号25并记录到计测值文件(f107)。

变动评价处理(s103)参照计测值文件(f107)中记录的计测值进行评价。变动评价处理(s103)利用阈值和脉搏波信号25的微分值进行脉搏波信号25的评价。每次读入脉搏波信号25时执行变动评价处理(s103)，参照计测值文件(f107)。变动评价处理(s103)通过任意的算法对变动进行评价。

峰值判定处理(s104)根据变动评价处理(s103)的评价结果，判定是否是脉搏波信号25的峰值。在峰值判定处理(s104)中，如果是脉搏波信号25的峰值，则执行时刻记录处理(s105)，如果不是峰值，则通过设定时间休眠处理(s101)成为休眠状态直到下一个采样周期为止。在峰值判定处理(s104)中，如果是峰值，则通过时刻记录处理(s105)对峰值时刻文件(f108)进行峰值时刻的记录，通过对指标值计算部的通知处理(s106)对指标值计算部200通知已检测出脉搏波信号25的峰值。在峰值判定处理(s104)判定为不是峰值的情况下，控制从对指标值计算部的通知处理(s106)返回到设定时间休眠处理(s101)。为了确定峰值时刻，优选1/1000秒左右的精度。如果存在1/1000秒左右的精度，则也可以是微处理器11启动之后的以毫秒为单位的计数值。

时刻记录处理(s105)对峰值时刻文件(f108)记录时刻或者从微处理器11启动起的计数值。此外，时刻记录处理(s105)使对指标值计算部的通知处理(s106)动作，通知指标值计算部200发生峰值，成为休眠状态直到下一个采样周期为止。rri计算处理(s201)参照峰值时刻文件(f108)求出峰值时刻rn与其紧前的峰值时刻rn-1之差作为心跳间隔rrin，将心跳间隔rrin记录到作为心跳间隔rri的文件的rri文件(f206)。即，指标值计算部200在rri计算处理(s201)中计算心跳间隔rri。峰值的发生时刻是心跳时刻rn。当设峰值的发生时刻即某一心跳时刻为rn时，心跳时刻rn与心跳时刻rn紧前的心跳时刻rn-1之差即心跳间隔rrin为式1。

rrin＝rn-rn-1(式1)

sd计算处理(s202)针对追溯m个的范围求出心跳间隔rri的标准偏差sd，并记录到标准偏差sd的文件即sd文件(f207)。在图5中示出追溯m个以计算心跳间隔rri的标准偏差sd的概要。心跳间隔rrin表示目前的心跳间隔，心跳间隔rrin-1表示心跳间隔rrin紧前的心跳间隔。

sd计算处理(s202)计算心跳间隔rrin的标准偏差sdn。如图5所示，在追溯m个脉搏波的峰值作为对象计算的情况下，标准偏差sdn为式3。式2是求出心跳间隔rri的平均的式子。如果更具体地说明，则追溯m个脉搏波的峰值作为对象意味着在图5中以rrin-m～rrin为对象计算标准偏差sdn、均方根rmn等。

[式1]

rm计算处理(s203)求出追溯m个相邻的rrin之差的范围内的均方根rm，并记录到记录有均方根rm的文件即rm文件(f208)。在图5中，在标准偏差sd的下侧示出追溯m个以计算均方根rm的概要。在rm计算处理(s203)中，求出相邻的心跳间隔rrin之差的均方根rmn。在追溯m个峰值进行计算的情况下，均方根rmn为式5。式4是求出相邻的心跳间隔rrin之差rdn的式子。

[式2]

rdn＝|rrin-rrin-1|(式4)

[式3]

sd/rm计算处理(s204)参照sd文件(f207)和rm文件(f208)求出关于相同时刻的二者之比sd/rm，并存储到sd/rm文件(f209)。相关性计算部的调用处理(s205)调用相关性计算部300。式6是sd/rm计算处理(s204)计算的、表示标准偏差sdn与均方根rmn之比的比sd/rmn的。

[式4]

均方根rmn与副交感神经的活动存在相关性，比sd/rmn与交感神经的活动存在相关性。均方根rmn是伴随时间经过的副交感神经的活动状况指标即第1指标值。比sd/rmn是伴随时间经过的交感神经的活动状况指标即第2指标值。

积矩相关系数计算处理(s301)参照rm文件(f208)和sd/rm文件(f209)计算积矩相关系数rn，并记录到相关系数文件(f303)。

精神压力判定部的调用处理(s302)调用精神压力判定部400。

以下说明积矩相关系数计算处理(s301)的详细内容。相关性计算部300对均方根rmn与比sd/rmn的相关性进行评价。在人的平常状态下，均方根rmn与比sd/rmn存在负相关性，但当精神压力升高时，均方根rmn与比sd/rmn的负相关性消失。利用积矩相关系数rn对式9中示作ln的设定区间ln中的、均方根rmn与比sd/rmn的相关性进行评价。ln的个数优选为20～30，但不限于此。当设区间为m个峰值时，积矩相关系数rn为式9。积矩相关系数rn是时刻对应相关性，该时刻对应相关性是作为第1指标值的均方根rmn与作为第2指标值的比sd/rmn的相关性，且是与时刻对应的相关性。作为时刻对应相关性的积矩相关系数rn的值是相对于时刻而确定的。式7是求出均方根rmn的平均的式子。式8是求出比sd/rmn的平均的式子。在式7、式8、式9的任何情况下，σ式子中的i、m、n等在该式子中闭合。即，

式7中的i、n、m仅在式7中使用，

式8中的i、n、m仅在式8中使用，

式9中的i、n、ln仅在式9中使用。

[式5]

相关系数评价处理(s401)对阈值与相关系数文件(f303)中记录的积矩相关系数rn进行比较评价。相关系数评价处理(s401)对积矩相关系数rn与阈值进行比较，关于通过比较判定而被计测出心跳rn的人，判定精神压力是否正在上升。相关系数评价处理(s401)使用的判定的阈值为-0.2。

在-0.2≦积矩相关系数rn

的情况下，相关系数评价处理(s401)判定为精神压力较高，

在-0.2>积矩相关系数rn

的情况下，相关系数评价处理(s401)不判定为精神压力较高。

阈值判定处理(s402)判定相关系数评价处理(s401)的评价结果。即，阈值判定处理(s402)通过相关系数评价处理(s401)确认是判定为精神压力较高还是未判定为精神压力较高。

在通过阈值判定处理(s402)判定为精神压力较高的情况下，显示器接通处理(s403)使显示器13接通。在未判定为精神压力较高的情况下，显示器断开处理(s404)使显示器13断开。对外部的通知处理(s405)向其他系统30通知阈值判定处理(s402)的判定结果。

或者，对外部的通知处理(s405)也可以向其他系统30通知相关系数文件(f303)中记录的数据。然后，其他系统30也可以执行精神压力判定部400的动作。即，精神压力判定部400是能够输出阈值判定处理(s402)的判定结果和相关系数文件(f303)的数据中的至少任意一方的输出部。

图6是对应用精神压力检测装置10的情况下的、在其他系统30中存入的结果进行图表化的图。

图7是示出在图6的图表中相关系数上升时的现象的图。图6的图表51的横轴表示时刻，纵轴表示积矩相关系数rn。关于时刻，左侧的9：53表示9点53分。图7的表52示出相关系数上升时的现象。图表51示出对外部的通知处理(s405)将相关系数文件(f303)的数据输出到其他系统30的情况。图6是对由其他系统30取得的数据进行图表化的例子。图6的图表51的积矩相关系数rn正在上升的现象和图7的表52的运转状的现象可观察到相关性。能够根据精神压力的程度，判定驾驶员是否注意到现象。在上述的例子中，设阈值为-0.2，但精神压力判定部400也可以将积矩相关系数rn不表示负相关性的期间判定为精神压力比其他期间高的期间。

结束处理(s406)完成通过对指标值计算部的通知处理(s106)而执行的rri计算处理(s201)以后的处理。

***实施方式1的效果***

根据实施方式1的精神压力检测装置10，相关性计算部300计算作为均方根rmn与比sd/rmn的相关性的积矩相关系数rn。因此，能够判定由于肉体运动而产生的精神压力。

此外，相关性计算部300计算的积矩相关系数rn是与时刻对应的时刻对应相关性，因此，能够追随以秒为单位发生变化的精神压力变化。

<变形例1>

以上的实施方式1是由脉搏波计测装置20计测心跳rn的结构，但也可以将脉搏波计测装置20置换成心电图仪。但是，在使用心电图仪的情况下，与由脉搏波计测装置20计测脉搏波的情况相比，与受试者连接的探针的数量增加。此外，如果不通过滤波器等去除由手臂等的动作引起的肌电的影响，则有时很难检测心跳间隔rrin。

<变形例2>

也可以由脉搏波计测装置20内置的dsp对心跳信息输出部100的峰值判定处理(s104)进行处理。在该情况下，脉搏波信号25不是表示血流的值，而是检测出峰值的定时的中断信号，通过中断处理启动时刻记录处理(s105)。该方法适于微处理器11无需按照每个采样周期对脉搏波信号25进行评价且处理能力较低的微处理器中的应用。

<变形例3>

在以上的实施方式中，叙述了分别根据均方根rmn、比sd/rmn对副交感神经和交感神经的活动水平进行评价的结构。此外，也可以是如下结构：对rri计算处理(s201)的结果进行傅里叶变换，从其频率成分导出副交感神经和交感神经的活动水平，在积矩相关系数计算处理(s301)中，计算两者的积矩相关系数。但是，为了通过傅里叶变换得到显著结果，需要以几百次左右的心跳区间为对象，不适于在短时间内捕捉人的神经活动水平的变化。

***其他结构***

图8是示出处理电路910的图。在本实施方式1中，心跳信息输出部100、指标值计算部200、相关性计算部300和精神压力判定部400的功能是通过软件实现。作为变形例，图8是示出处理电路910的图。在本实施方式1中，心跳信息输出部100、指标值计算部200、相关性计算部300和精神压力判定部400的功能也可以通过硬件实现。即，利用处理电路910实现示作上述的微处理器11的心跳信息输出部100、指标值计算部200、相关性计算部300和精神压力判定部400的功能以及上述的存储器12的功能。处理电路910与信号线911连接。处理电路910是电子电路。具体而言，处理电路910是单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、逻辑ic、ga(gatearray：门阵列)、asic(applicationspecificintegratedcircuit：面向特定用途的集成电路)或者fpga(field-programmablegatearray：现场可编程门阵列)。

作为另一变形例，心跳信息输出部100、指标值计算部200、相关性计算部300和精神压力判定部400的功能也可以通过软件与硬件的组合实现。将微处理器11和处理电路910统称作“处理线路”。心跳信息输出部100、指标值计算部200、相关性计算部300和精神压力判定部400的功能通过处理线路实现。也可以将精神压力检测装置10的动作作为精神压力检测程序来掌握。此外，也可以将精神压力检测装置10的动作作为精神压力检测方法来掌握。

标号说明

10：精神压力检测装置；11：微处理器；11a：信号线；100：心跳信息输出部；s101：设定时间休眠处理；s102：ad转换值read和记录处理；s103：变动评价处理；s104：峰值判定处理；s105：时刻记录处理；s106：对指标值计算部的通知处理；f107：计测值文件；f108：峰值时刻文件；200：指标值计算部；s201：rri计算处理；s202：sd计算处理；s203：rm计算处理；s204：sd/rm计算处理；s205：相关性计算部的调用处理；f206：rri文件；f207：sd文件；f208：rm文件；f209：sd/rm文件；300：相关性计算部；s301：积矩相关系数计算处理；s302：精神压力判定部的调用处理；f303：相关系数文件；400：精神压力判定部；s401：相关系数评价处理；s402：阈值判定处理；s403：显示器接通处理；s404：显示器断开处理；s405：对外部的通知处理；12：存储器；13：显示器；20：脉搏波计测装置；21：led；22：光电晶体管；23：放大器；24：ad转换器；25：脉搏波信号；30：其他系统；41：耳垂；42：手指；51：图表；52：表。