生体データ利活用 Case #2

デスクワーク時の ストレス状態判定/推定アルゴリズムの開発

開発目的

rPPG技術による非接触での生体データ取得技術を活用し、先行研究で明らかになっている生理指標(心臓血管系)との関係を活かして、デスクワーク時のストレス(精神的作業負荷)の状態判定、推定を行い、就業者の状態把握に役立つサービス開発につなげる

使用技術・生理指標

  • 技術:rPPG
  • 生理指標:心臓血管系指標(RRI関連など)

心拍変動の指標

Time Domain

  • RMSSD:2つの隣接するRRIの2乗平均平方根(nとn+1の差の2乗を平均して平方根をとる:RRIの変化量の大きさを表す)/副交感神経系(迷走神経系)の指標として考えられている
  • SDNN:RRIの標準偏差/交感神経系と副交感神経系の双方を含む自律神経全体の活動の大きさを表す

Frequency Domain

  • LF:心拍の周期変動の中間周波数成分(0.05Hz ~ 0.20Hz)/交感神経系と副交感神経系の双方の影響を受ける
  • HF:心拍の周期変動の高周波数成分(0.20Hz ~ 0.35Hz)/呼吸変動を反映し、副交感神経系の影響を受ける
  • LF/HF:交感神経系の指標とされる

実験Step

実験Step表

本調査では、記憶の課題と、計算と記憶に関する課題の2種類の課題を、それぞれ3つずつ、合計6つの課題に取り組む。
順番は、記憶の課題3つを行っていただいた後、記憶と計算に関する課題を3つ行う。
課題には簡単なものから難しいものまで様々あり、特に難しいものについてはすべての人が充分にできるわけではないが、最後まであきらめずに取り組むように教示。

呼吸周期の統制

  • 被験者は測定の区間中、スピーカーから流れる音声(機械音声で「吸って」「吐いて」)に従って呼吸をすることが求められた
  • 「吸って」から3秒間息を吸い、「吐いて」で3秒間かけて息を吐くように教示した
    課題の際には、課題1試行3秒間で進行するため、奇数試行と偶数試行で呼吸の位相が異なることになる

測定

  • ECGの測定 Polymate MP6100 を使用してECGの計測を行った。 電極は鎖骨中央付近と左わき腹付近をアルコールを染み込ませた脱脂綿で研磨した後装着した。 装着後、PolymateのMonitor上でPQRST波形が明瞭であることを目視で確認した。
  • PPGの測定 Polymate MP6100およびPPG計測用の外部デバイス(反射型)を使用してPPGの計測を行った。 装着後、PolymateのMonitor上でPPGの振幅が見られることを目視で確認した。
  • Remote PPG (rPPG)の測定 被験者の見るモニタの上部にCU30のカメラを取り付け、被験者の顔と色の校正用のカラーパレットが写りこむように画角を調整した。
  • 測定の開始・終了:Polymateで記録されるECGおよびPPGについては、同じくPolymate上で課題開始と同時に立ち上がるフォトセンサー入力を記録し、分析時にはフォトセンサー入力のある期間を切り出すことで測定の開始・終了タイミングを同期させた。 rPPGについては、課題を制御するPsychoPy上で課題開始と同時にカメラの録画を開始するSerial信号を出力し、課題の終了と同時にカメラの録画を終了するSerial信号を出力した。

実験使用機器

接触型生体情報計測「Polymate pro MP6100」

DCアンプで運動関連電位などの緩変電位の測定ができ、10‐20の脳波記録が可能です。脳波、心電図、筋電図、眼球運動などの多用途入力21ch、呼吸、いびき、脈波、SpO2、体位、外部入力などSENSOR 3ch入力に対応しています。有線LAN、無線(Wi-Fi)、携帯型(本体メモリへ収録)と収録形態が選択できます。

表

非接触型生体情報計測「See3CAM_CU30」

See3CAM_CU30の主な特長 – 低輝度USBボードカメラ

  • 自社 e-CAM30A_CUMI0330_MOD – 3.4 MP AR0330カラーカメラモジュール
  • M12レンズホルダー付き固定焦点電子ローリングシャッター
  • 出力形式: 非圧縮UYVY形式と圧縮MJPEG形式
  • プラグ&プレイ(UVC準拠 – ドライバ不要)と機能が限定されたUSB 2.0ホストとの下位互換性
  • フレームレート : フルHD @ 60 fps&3MP @ 60fpsをストリーミング – 完全なフレームレートの詳細については、pdfデータセット を参照してください。サポートされているOS – Windows 10/8.1, Linux, Android * and MAC **

その他の事例

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「rPPG Engagement & Care (REC) for Desk Worker (DW) 」

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