疲劳判断装置、疲劳判断方法及程序与流程

相关申请的相互参考

本申请基于2018年3月28日申请的日本专利申请号(特愿)2018-062114号，并将其记载内容引入本文。

本发明涉及一种疲劳判断装置、疲劳判断方法及程序。

背景技术：

以往，作为客观评估疲劳的指标，自主神经系的功能分析备受关注。众所周知，自主神经分为交感神经，主要在清醒或紧张时起作用，及副交感神经，主要在睡眠或放松时起作用，两者以平衡的方式起作用，调节生理功能。

交感神经与副交感神经容易受到压力的影响，如果失去平衡，则原本活跃时起作用的交感神经不起作用，而没有精神，或者相反地休息时起作用的副交感神经无法正常工作，会无法入睡。此外，据报道，在疲劳生病的情况下，交感神经系统张力增加，副交感神经系的活性降低。

本发明人着眼于疲劳时观察到的交感神经与副交感神经的失衡，提供了一种处理系统，基于表示交感神经活动的指标即lf值与表示副交感神经活动的指标即hf值的比(lf/hf)，而定量地判断疲劳度(专利文献1)。例如，使用该处理系统测量两分钟指尖加速度脉搏波，并通过最大熵法进行频率分析来评估自主神经系时，观察到健康者(安静时、闭眼、坐姿)时lf值与hf值的比(lf/hf)正常为约为1～1.5，相对于此，慢性疲劳综合症患者的比率明显增加。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-201113号公报

技术实现要素：

自主神经功能的分析对于客观地评估受试者疲劳状态来说很重要。迄今为止，通常使用受试者安静且闭眼状态下测定的测定结果，来分析自主神经功能。但是，安静且闭眼时测定时，有可能非疲劳状态的健康者、与疲劳状态的健康者的评估结果是相似的。因此，需要一种能够更加客观地评估受试者疲劳状态的技术。

本发明是鉴于上述实际情况研究而提出的，其目的是提供一种能够更加客观地评估受试者疲劳状态的技术。

本发明的一形态涉及的疲劳判断装置用于判断受试者的疲劳状态，包括：获取部，获取第一指标与第二指标，所述第一指标是在未刺激受试者的状态下测定的自主神经功能相关的指标，所述第二指标是在刺激受试者的状态下测定的自主神经功能相关的指标；及判断部，基于第二指标与第一指标之间的变化量，判断受试者的疲劳状态。

本发明的他的形态涉及的疲劳判断方法由判断受试者疲劳状态的疲劳判断装置执行，该方法包括以下步骤：获取第一指标及第二指标，所述第一指标是在未刺激受试者的状态下测定的自主神经功能相关的指标，所述第二指标是在刺激受试者的状态下测定的自主神经功能相关的指标；及基于第二指标与第一指标之间的变化量，判断受试者的疲劳状态。

本发明的他的形态涉及的程序使计算机执行以下步骤：获取第一指标及第二指标，所述第一指标是在未刺激受试者的状态下测定的自主神经功能相关的指标，所述第二指标是在刺激受试者的状态下测定的自主神经功能相关的指标；及基于第二指标与第一指标之间的变化量，判断受试者的疲劳状态。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够更客观地评估受试者疲劳状态的技术。

附图说明

图1是表示本实施方式涉及的疲劳评估系统的构成例的图。

图2是表示闭眼状态及睁眼状态下的测定结果的变化的图。

图3是表示受试者的疲劳状态与自主神经功能的关系的图。

图4是表示受试者的疲劳状态与自主神经功能的关系的图。

图5是表示受试者的疲劳状态与自主神经功能的关系的图。

图6是表示每个受试者组的自主神经功能的变化的图。

图7是表示本实施方式涉及的疲劳评估系统执行的处理顺序的一个示例的流程图。

具体实施方式

参考附图来说明本发明的优选实施方式。另外，各图中标注了相同符号的要素具有相同或相似的构成。

(系统构成及概要)

图1是表示本实施方式涉及的疲劳评估系统100的构成例的图。本实施方式涉及的疲劳评估系统100包括输入装置110、生物体信息获取装置120、生物体信息分析装置130、判断装置140(疲劳判断装置)、及输出装置150。

输入装置110是用来输入受试者相关数据的装置，例如由键盘或触控面板上的输入接口等构成。本实施方式中，作为受试者相关数据，例如输入受试者的年龄、姓名、住址、性别等。

生物体信息获取装置120是用来收集受试者生物体信息数据的装置。在此，所谓受试者的生物体信息数据，优选指心率数据或脉搏数据或者加速度脉搏波数据，但并不限定于此。也可使用市售的心电图仪、脉搏监测器、活动度计、可穿戴设备作为生物体信息获取装置120。另外，输入装置110与生物体信息获取装置120也可以被集成。即，生物体信息获取装置120也可以具有作为输入装置110的功能。

生物体信息分析装置130用来分析生物体信息获取装置120收集的受试者生物体信息数据，从而定量化受试者的自主神经活动。本实施方式中，对受试者的生物体信息数据进行频率分析，根据频率区域的低频分量计算出lf(lowfrequency)值，并根据高频分量计算出hf(highfrequency)值。在此，自主神经分为交感神经与副交感神经。一般来说，lf值是表示受试者的交感神经活动的指标，hf值是表示受试者的副交感神经活动的指标。

生物体信息数据可以从生物体信息获取装置120随时输入至生物体信息分析装置130，也可以由生物体信息获取装置120获取一定期间内的生物体信息数据后，汇总输入至生物体信息分析装置130。

生物体信息分析装置130根据生物体信息数据进行频率分析，以获得lf值、hf值。频率分析(时频分析)的方法可使用周知方法，例如可列举最大熵法(mem法)、快速傅里叶变换法(fft法)、小波法等。这些方法中，优选为最大熵法。利用最大熵法，分析时的时间分辨率高。使用的生物体信息数据是心跳(心电图)的r-r间隔(心跳模式)、加速度脉搏波的a-a间隔。例如，使用最大熵法(mem)将心跳(心电图)的r-r间隔分为频率区域的低频分量(lf：0.04-0.15hz)与高频分量(hf：0.15-0.40hz)，并分别计算低频分量及高频分量的功率总和作为lf值及hf值。

具体来说，lf值与hf值例如可通过下式计算。

[数1]

[数2]

[数3]

lf(t)表示lf值，hf(t)表示hf值，p(f)表示功率谱函数、c(t)表示心跳(心电图)的r-r间隔的自相关函数，t表示时间，f表示频率。如数3所示，在数学表达式中假定p(f)在整个时间区域内积分，但实际上只要在观测区域内积分即可。

在此，lf值、hf值的上限及下限频率是由欧洲心电图学会定义的最常用数值，但用于分离lf值及hf值的频带并不限定于此，也可以用其它频带来定义lf值与hf值。此外，当然也允许测定误差等。另外，也可以利用市售自主神经测量装置作为生物体信息获取装置120及生物体信息分析装置130。

判断装置140获取生物体信息分析装置130获得的受试者的lf值及hf值，判断受试者的疲劳状态。判断方法将在下文叙述。

输出装置150是用来输出判断装置140所判断的受试者疲劳状态的装置。作为输出信息，可以用报告形式输出判断结果，也可以在评估结果的基础上输出受试者的lf值及hf值、lf/hf值等。输出装置150可利用显示器等显示输出装置、打印机等打印输出装置。

图1的示例中，分别图示了输入装置110、生物体信息获取装置120、生物体信息分析装置130、判断装置140、输出装置150，但并不限定于此。例如，本实施方式中，输入装置110、生物体信息获取装置120、生物体信息分析装置130、判断装置140、输出装置150也可以构成为一个装置。

在此，发明人以大量受试者为对象，首先测定受试者安静且闭眼状态(以下称为“闭眼状态”)下的自主神经功能相关的指标，然后测定受试者安静且睁眼状态(以下也称为“睁眼状态”)下的自主神经功能相关的指标。结果发现，根据受试者的疲劳状态不同，受试者安静且睁眼状态(以下称为“睁眼状态”)下测定的自主神经功能相关的指标、与受试者安静且闭眼状态(以下称为“闭眼状态”)下测定的自主神经功能相关的指标之间的变化量会发生变化。

判断装置140利用所述实验发现的事实来判断受试者的疲劳状态。具体来说，判断装置140获取受试者闭眼状态下的自主神经功能相关的指标(第一指标)、及受试者的睁眼状态下的自主神经功能相关的指标(第二指标)，基于该指标的变化量(δ)来判断受试者的疲劳状态。

判断受试者疲劳状态时使用的自主神经功能相关的指标，可利用“lf值”、表示自主神经功能平衡的指标“lf/hf值”、或者lf/hf值的对数“log(lf/hf)值”等。另外，lf/hf值是用lf值除以hf值计算出的值。

(功能模块构成)

接下来，说明判断装置140的功能模块构成。如图1所示，判断装置140包括获取部11、判断部12、及计算部13。获取部11、判断部12、计算部13可以通过判断装置140具备的cpu10(处理器)执行存储器等存储装置20中存储的程序来实现。此外，该程序可以存储在记录介质中。存储该程序的记录介质可以是计算机可读取的非易失记录介质(non-transitorycomputerreadablemedium)。

获取部11的功能是，获取受试者闭眼状态下的自主神经功能相关的指标、及受试者睁眼状态下的自主神经功能相关的指标。获取部11可以从生物体信息分析装置130直接获取自主神经功能相关的指标，也可以从计算部13获取。获取部11获取的自主神经功能相关的指标也可以是先在闭眼状态下测定然后在睁眼状态下测定的自主神经功能相关的指标。

判断部12的功能是，基于受试者睁眼状态下的自主神经功能相关的指标(第二指标)、与受试者闭眼状态下的自主神经功能相关的指标(第一指标)之间的变化量，判断受试者的疲劳状态。

计算部13的功能是，使用生物体信息分析装置130计算出的受试者的lf值及hf值，计算自主神经功能相关的各种指标。具体来说，计算部13例如计算“lf/hf值”、{hf+lf}值等。

(实验结果)

接下来，以165名健康者作为受试者，测定睁眼状态及闭眼状态下的自主神经功能，并表示了睁眼状态与闭眼状态下自主神经活动如何变化的测定结果。另外，165名健康者中包括疲劳状态的健康者与非疲劳状态的健康者。

图2是表示闭眼状态及睁眼状态下的测定结果的变化的图。图2的测定结果表示将165名健康者的测定结果平均化后的值。图2的(a)表示心率变化。图2的(b)表示hf值的对数log(hf)值的变化。图2的(c)表示lf值的对数log(lf)值的变化。图2的(d)表示{hf+lf}值的对数log(hf+lf)值的变化。在此，{hf+lf}值是表示自主神经功能整体活动的指标，可通过lf值与hf值相加而计算。图2的(e)表示lf/hf值的对数log(lf/hf)值的变化。图2中，log(hf)、log(lf)及log(lf/hf)的测定值相关的显着概率(p值)小于0.05。

实验结果是，表示心率及自主神经整体活动的log(hf+lf)在闭眼状态与睁眼状态下并无变化。另一方面，相比闭眼状态，睁眼状态下，表示副交感神经活动的log(hf)降低，表示交感神经活动的log(lf)上升。此外，表示自主神经功能平衡(交感神经与副交感神经的平衡)的log(lf/hf)在睁眼状态下明显比闭眼状态上升。

可以认为，该变化是由于睁眼时受到光刺激而引起大脑的活跃化。因此，睁眼时与闭眼时的变化可作为伴随光刺激的自主神经活动变化的指标使用，进一步研究了与健康受试者的疲劳状态、抑郁状态的关系。另外，使用疲劳问卷、cesd问卷(抑郁得分)、calder疲劳问卷(国际疲劳问卷)、匹兹堡问卷(睡眠评估)、生活状况问卷、全身症状相关的医学指标ps(performancestatus)、vas(视觉模拟量表)的各种主观症状调查问卷，来掌握受试者的疲劳状态。此外，使用生命显微镜分析睡眠/清醒节律，以掌握受试者的客观疲劳状态。

图3～图5是表示受试者的疲劳状态与自主神经功能的变化的关系的图。

图3的(a)表示受试者的精神疲劳与log(lf/hf)的关系。曲线图的纵轴表示精神疲劳程度，位置越高表示精神疲劳程度越大。曲线图的横轴表示睁眼状态与闭眼状态下的log(lf/hf)的变化量(具体来说是“睁眼状态的log(lf/hf)-闭眼状态的log(lf/hf)”，以下相同)。根据图3的(a)，可知受试者的精神疲劳度越高，自主神经功能平衡变化幅度越大。

图3的(b)表示受试者的身体疲劳与log(lf/hf)的关系。曲线图的纵轴表示身体疲劳程度，位置越高表示身体疲劳程度越大。曲线图的横轴表示睁眼状态与闭眼状态下的log(lf/hf)的变化量。根据图3的(b)，可知受试者身体疲劳度越高，自主神经功能平衡变化幅度越大。

图4的(a)表示受试者的cesd与log(lf/hf)的关系。cesd(ces-d)是由美国国家心理健康研究所创建的一项指示抑郁程度的得分，从0～60分进行评估，分数越高则抑郁程度越强。曲线图的纵轴表示cesd得分，位置越高表示抑郁状态越强。曲线图的横轴表示睁眼状态与闭眼状态下的log(lf/hf)的变化量。根据图4的(a)，可知受试者精神疲劳度越高，则自主神经功能平衡变化幅度越大。

图4的(b)表示受试者的综合疲劳与log(lf/hf)的关系。曲线图的纵轴表示综合疲劳程度，位置越靠上表示综合疲劳程度越高。曲线图的横轴表示睁眼状态与闭眼状态下的log(lf/hf)的变化量。根据图4的(b)，可知受试者的精神疲劳与身体疲劳两者或者任一者的疲劳度越高，自主神经功能平衡变化幅度越大。

图5的(a)表示受试者的精神疲劳与log(lf)的关系。曲线图的横轴表示精神疲劳程度，位置越靠上表示精神疲劳程度越高。曲线图的纵轴表示睁眼状态与闭眼状态下的log(lf)的变化量(具体来说是“睁眼状态的log(lf)-闭眼状态的log(lf)”，以下相同)。根据图5的(a)，可知受试者的精神疲劳越高，则交感神经反应的变化幅度越大。

图5的(b)表示受试者的psqig与log(lf/hf)的关系。psqig是表示睡眠障碍程度的指标，分数越高表示睡眠障碍越强。曲线图的纵轴表示psqig得分，位置越靠上表示睡眠障碍越强。曲线图的横轴表示睁眼状态与闭眼状态下的log(lf/hf)的变化量。根据图5的(b)，可知受试者睡眠障碍越高(即，精神疲劳的可能性越高)，则自主神经功能平衡变化幅度越大。

接下来，将165名健康者分成cesd为15分以下的非抑郁状态组“正常组(94人)”、以及cesd为16点以上的疑似抑郁状态组“抑郁组(71人)”，并测定睁眼状态与闭眼状态下的自主神经功能变化。

图6是表示各受试者组的自主神经功能变化的图。图6的(a)表示正常组及抑郁组的log(lf)的变化量的关系。曲线图的纵轴表示log(lf)的变化量。图6的(b)表示正常组及抑郁组的log(hf)的变化量的关系。曲线图的纵轴表示log(hf)的变化量(具体来说是“睁眼状态的log(hf)-闭眼状态的log(hf)”)。图6的(c)表示正常组及抑郁组的log(lf/hf)的变化量的关系。曲线图的纵轴表示log(lf/hf)的变化量。

根据图6的(a)，判断抑郁组的log(lf)值的变化量明显大于正常组的log(lf)值的变化量。进而，根据图6的(c)，判断抑郁组的log(lf/hf)值的变化量明显大于正常组的log(lf/hf)值的变化量。另一方面，如图6的(b)所示，正常组及抑郁组的log(hf)值的变化量小。

根据图6可以看出，即使身体健康但cesd为16点以上而疑似处于抑郁状态时，睁眼状态下观察到交感神经过度活动，因此评估闭眼状态及睁眼状态下的自主神经功能，可以应用于判断健康者是否处于抑郁状态的抑郁症诊断。

(处理顺序)

图7是表示本实施方式涉及的疲劳评估系统100执行的处理顺序的一个示例的流程图。图7的示例中，以使用log(lf/hf)值作为自主神经功能相关的指标的情况为例进行说明，但如上所述，自主神经功能相关的指标也可以使用lf值或者lf/hf值来代替log(lf/hf)值。

首先，判断装置140的获取部11从生物体信息分析装置130分别获取受试者的闭眼状态及睁眼状态下的lf值及hf值(s11)。接着，判断装置140的计算部13根据闭眼状态的lf值及hf值，计算闭眼状态的log(lf/hf)值，并根据睁眼状态的lf值及hf值计算睁眼状态的log(lf/hf)值(s12)。然后，判断装置140的判断部12判断睁眼状态与闭眼状态下的log(lf/hf)值的变化量是否超过既定阈值(s13)。更具体来说，判断部12判断是否满足“睁眼状态的log(lf/hf)-闭眼状态的log(lf/hf)值＞既定阈值”的数式。

超过既定阈值(或者大于等于既定阈值)时(s13-是)，判断部12判断受试者处于身体疲劳的状态(身体疲劳状态)或者精神疲劳的状态(精神疲劳状态)(s14)。另外，精神疲劳状态意味着“受试者虽然身体健康但处于抑郁状态”。另一方面，小于等于既定阈值(或者小于既定阈值)时(s13-否)，判断部12判断受试者的身体、精神均非疲劳状态(非身体疲劳状态且非精神疲劳状态)(s15)。之后，输出装置150将判断装置140的判断结果输出至画面或者打印机等(s16)。

(变形例)

以上说明的实施方式是为了促进本发明的理解，而不是限定本发明的解释。实施方式说明的流程图、实施方式包括的各要素以及配置、材料、条件、形状及尺寸等并非限定于例示，可适当地变更。此外，可以将不同实施方式中的构成彼此部分置换或组合。

例如，判断装置140通过测定受试者的睁眼状态与闭眼状态下的自主神经功能来判断受试者的疲劳状态。这一点等同于，通过评估光刺激引起的自主神经活动的变化，来判断受试者的疲劳状态。但是，这种自主神经活动的变化并不限定于光刺激，受到声音刺激、疼痛刺激等、其它简单的物理刺激、涉及化学物质的化学刺激、运动等身体负荷、脑力劳动等精神刺激等负荷时，也可能发生。

因此，判断装置140不仅可以评估睁眼状态及闭眼状态，还可以通过评估受试者受到既定刺激前后的自主神经功能变化，来判断受试者的疲劳状态。因此，以上说明的实施方式中，也可以将“睁眼状态”及“闭眼状态”分别置换成“刺激受试者的状态”及“未刺激受试者的状态”。即，判断装置140也可以基于在未刺激受试者的状态下测定的自主神经功能相关的指标、及在刺激受试者的状态下测定的自主神经功能相关的指标，来判断受试者的疲劳状态。

此外，为了评估自主神经功能变化而对受试者施加的既定刺激，是指不会引发受试者疲劳的程度的刺激。因此，以上说明的实施方式中，也可以将“睁眼状态”及“闭眼状态”，分别置换成“对受试者施加不引发疲劳的刺激的状态”及“未对受试者施加不引发疲劳的刺激的状态”。此外，不引发疲劳的刺激具体来说，也可以是光刺激、声音刺激或者疼痛刺激。

此外，获取部11也可以获取：第一指标，其是对受试者施加不引发疲劳的刺激的状态下测定的自主神经功能相关的指标；第二指标，其是对受试者施加不引发疲劳的刺激的状态下测定的自主神经功能相关的指标。

此外，获取部11针对表示交感神经活动的指标即lf值与表示副交感神经活动的指标即hf值，也可以获取：在未对受试者施加不引发疲劳的刺激的状态下测定的第一lf值；在未对所述受试者施加不引发疲劳的刺激的状态下测定的第一hf值；在对所述受试者施加不引发疲劳的刺激的状态下测定的第二lf值；以及在对所述受试者施加不引发疲劳的刺激的状态下测定的第二hf值。

此外，根据所述实验结果，可知受试者的身体疲劳度越高则hf值的变化量越下降。因此，判断装置140也可以在受试者的睁眼状态下的hf(或者log(hf)与受试者的闭眼状态下的hf(或者log(hf))的变化量小于既定阈值(睁眼状态的hf(或者log(hf)-闭眼时的hf(或者log(hf)＜既定阈值)时，判断受试者处于身体疲劳的状态(身体疲劳状态)。

此外，作为自主神经功能相关的指标，除了本次使用的心率变异性分析(频率分析)以外，还有通过音调熵法(tone-entropyanalysis)进行评估，使用该评估方法也能实施自主神经功能评估。