ストレス強度演算方法、及びストレス強度演算装置
【課題】被検者に負担をかけることなく、ストレス強度を簡単且つ正確に、しかも短時間で算出することのできるストレス強度演算方法、及びストレス強度演算装置を提供する。
【解決手段】前眼部Ａにフラッシュ光を照射する光源２と、前眼部Ａを撮像する撮像装置４と、撮像装置４で撮像した前眼部Ａの画像に基づき虹彩径Ｄｉ及び瞳孔径Ｄｐを算出する虹彩／瞳孔径演算部１１と、虹彩径Ｄｉに対する瞳孔径Ｄｐの割合からストレス強度αを算出するストレス強度演算部１３とを備え、ストレス強度演算部１３は、瞳孔対光反応前の虹彩径Ｄｉと瞳孔径Ｄｐから算出した初期相対瞳孔径比ε０と、瞳孔対光反応後の最大縮瞳の相対瞳孔最小径比ε１と、設定時間経過後の複数の相対瞳孔径比ε２，ε３，ε４とを加算及び／又は乗算して、ストレス強度αを算出する。
【解決手段】前眼部Ａにフラッシュ光を照射する光源２と、前眼部Ａを撮像する撮像装置４と、撮像装置４で撮像した前眼部Ａの画像に基づき虹彩径Ｄｉ及び瞳孔径Ｄｐを算出する虹彩／瞳孔径演算部１１と、虹彩径Ｄｉに対する瞳孔径Ｄｐの割合からストレス強度αを算出するストレス強度演算部１３とを備え、ストレス強度演算部１３は、瞳孔対光反応前の虹彩径Ｄｉと瞳孔径Ｄｐから算出した初期相対瞳孔径比ε０と、瞳孔対光反応後の最大縮瞳の相対瞳孔最小径比ε１と、設定時間経過後の複数の相対瞳孔径比ε２，ε３，ε４とを加算及び／又は乗算して、ストレス強度αを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、瞳孔対光反応を利用して被検者のストレス強度を調べるストレス強度演算方法、及びストレス強度演算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代社会には、多様なストレス（負担）が存在し、又、ストレスを引き起こす原因（ストレッサー）も多岐にわたっており、更に、ストレスの感じ方にも個人差がある。ストレスを引き起こす原因として代表的なものは、（１）温度、騒音等の物理的ストレッサ、（２）酸素欠乏、薬害、栄養不足等の化学的ストレッサ、（３）病原菌等による病気の生物的ストレッサ、（４）人間関係、精神的苦痛、怒り、不安、憎しみ、緊張等の精神的ストレッサがある。
【０００３】
又、人が受ける精神的ストレスを評価するに際しては、精神的ストレスの指標となる生体内物質（ホルモン等）の分泌量から評価する技術が知られている。例えば特許文献１（特許第３４２００２７号公報）や特許文献２（特許第３８３８０３８号公報）には、唾液中のクロモグラニンＡ濃度やコチゾール濃度を指標としてストレスを評価する技術が開示されている。
【０００４】
又、特許文献３（特開２００２−１６８８６０号公報）には、唾液中のαアミラーゼを指標としてストレスを評価する技術が開示されている。更に、特許文献４（特開２０００−１３１３１８号公報）には、唾液、血液、或いは尿中のコルチゾール、アドレナリン 、副腎皮質刺激ホルモン、サイロキシン（Ｔ４）の濃度を指標としてストレスを評価する技術が開示されている。
【０００５】
一方、特許文献５（特開２００６−３０５２６０号公報）には、人の表情を撮像し、その画像データからストレス度を算出する技術が開示されている。
【０００６】
更に、特許文献６（特開２００５−１４３６８４号公報）には、目の部分を覆って顔に装着される立体マスク部と、少なくとも一方の目の眼球と対向するように立体マスク部の内側面に配置される瞳孔撮像手段及び光刺激手段と、瞳孔撮像手段及び前記光刺激手段と接続してこれらを制御すると共に、瞳孔撮像手段から送られる撮像を記録し、該撮像に基づいて瞳孔の縮瞳及び散瞳に関する演算解析を行う制御解析手段とを備えたリラックス感評価用瞳孔対光反応計測具が開示されている。
【特許文献１】特許第３４２００２７号公報
【特許文献２】特許第３８３８０３８号公報
【特許文献３】特開２００２−１６８８６０号公報
【特許文献４】特開２０００−１３１３１８号公報
【特許文献５】特開２００６−３０５２６０号公報
【特許文献６】特開２００５−１４３６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１〜４に開示されている技術では、生体内物質の分泌を指標としてストレスを評価しようとしているため、体液を採取した後に分析を行わなければならならず、調査結果が出るまでに長時間を要する問題がある。又、被検者から血液、唾液、尿等の体液を採取しなげばならず、被検者に負担を掛けることになる。
【０００８】
一方、上記特許文献５に開示されている技術では、被検者の顔全体を取り込み、特徴部分を抽出した後、ストレス度を判定するようにしているため、大型コンピュータを用いた大がかりな画像処理を必要とし、製品コストが高くなる問題がある。
【０００９】
更に、上記特許文献６に開示されている技術は、ストレス強度を簡単で、且つ短時間に算出することができる利点を有しているが、種々のパラメータをどのように選択し、どのように処理すれば、ストレス強度を適切に評価できるかについては、十分な検討がなされていなかった。
【００１０】
従って、本発明の目的は、被検者に負担をかけることなく、ストレス強度を簡単且つ正確に、しかも短時間で算出することのできるストレス強度演算方法、及びストレス強度演算装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のストレス強度演算方法は、瞳孔対光反応による虹彩径に対する瞳孔径の割合からストレス強度を算出するストレス強度演算方法において、瞳孔対光反応前の前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合から初期相対瞳孔径比を算出する第１ステップと、瞳孔対光反応後であって、瞳孔対光反応による最大縮瞳時からの設定経過時間毎に、前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合を算出する第２ステップと、前記初期相対瞳孔径比と、設定時間毎に算出した前記反応後相対瞳孔径比とに基づきストレス強度を算出する第３ステップとを備えることを特徴とする。
【００１２】
上記発明によれば、第１ステップにより求めた、瞳孔対光反応前の虹彩径に対する瞳孔径の割合から算出した初期相対瞳孔径比と、第２ステップにより求めた、瞳孔対光反応後であって、瞳孔対光反応による最大縮瞳時からの設定経過時間毎に算出した、前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合とに基づいてストレス強度を算出するようにしたので、大型コンピュータを必要とせず、しかも、被検者に負担をかけることなく、ストレス強度を簡単に且つ正確に、しかも短時間で算出することができる。
【００１３】
本発明のストレス強度演算方法においては、前記ストレス強度と予め設定した判定しきい値とを比較して、ストレス度を判定する第４ステップを備えることが好ましい。これによれば、ストレス強度と予め設定した判定しきい値とを比較して、ストレス度を判定するようにしたので、被検者のストレス度を客観的に評価することができる。
【００１４】
本発明のストレス強度演算方法においては、前記判定しきい値は、被検者データに基づいて設定されることが好ましい。これによれば、判定しきい値を、被検者データに基づいて設定するようにしたので、被検者のストレス度をより正確に評価することができる。
【００１５】
本発明のストレス強度演算方法においては、前記第２ステップで算出する前記反応後相対瞳孔径比には、最大縮瞳時に算出した相対瞳孔最小径比と、最大縮瞳後微小時間経過時に算出した第１期反応後相対瞳孔径比と、該第１期反応後相対瞳孔径比を算出した後、該微小時間経過時に算出した第２期反応後相対瞳孔径比と、該第２期反応後相対瞳孔径比を算出した後、該微小時間の１．０〜２．０倍の間のいずれかの経過時に算出した第３期反応後相対瞳孔径比とが含まれていることが好ましい。これによれば、反応後相対瞳孔径比を複数の経過時間において算出するようにしたので、瞳孔径の相対変化をより正確に計測することができる。
【００１６】
本発明のストレス強度演算方法においては、前記微小時間は、０．２３〜０．４３秒の間で定められた時間であることが好ましい。これによれば、微小時間を、０．２３〜０．４３秒の間で定められた時間に設定することで、ストレス強度をより適切に反映したパラメータを得ることができる。
【００１７】
本発明のストレス強度演算方法においては、前記ストレス強度は、前記初期相対瞳孔径比と、設定時間毎に算出した前記反応後相対瞳孔径比とを加算及び／又は乗算して算出することが好ましい。これによれば、ストレス強度を、初期相対瞳孔径比と、設定時間毎に算出した反応後相対瞳孔径比とを加算及び／又は乗算して算出するようにしたので、ストレス強度をより適切に且つ大きな変化量で表すことができる。
【００１８】
一方、本発明のストレス強度演算装置は、前眼部にフラッシュ光を照射する光源と、該前眼部を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像した前記前眼部の画像に基づき虹彩径及び瞳孔径を算出する虹彩／瞳孔径演算部と、前記虹彩／瞳孔径演算部で算出した前記虹彩径と前記瞳孔径とに基づき該虹彩径に対する該瞳孔径の割合からストレス強度を算出するストレス強度演算部とを備えるストレス強度演算装置において、前記ストレス強度演算部は、前記フラッシュ光を照射する前の前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合から初期相対瞳孔径比を算出し、該フラッシュ光照射後であって、瞳孔対光反応による最大縮瞳時からの設定経過時間毎に、前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合を算出し、前記初期相対瞳孔径比と設定時間毎に算出した前記反応後相対瞳孔径比とに基づきストレス強度を算出することを特徴とする。
【００１９】
上記発明によれば、瞳孔対光反応前の虹彩径に対する瞳孔径の割合から算出した初期相対瞳孔径比と、瞳孔対光反応後であって最大縮瞳時から縮瞳回復状態にかけての虹彩径に対する瞳孔径の割合から設定時間毎に算出した反応後相対瞳孔径比とに基づいてストレス強度を算出するようにしたので、大型コンピュータを必要とせず、しかも、被検者に負担をかけることなく、ストレス強度を簡単に且つ正確に、しかも短時間で算出することができる。
【００２０】
本発明のストレス強度演算装置においては、前記ストレス強度演算部で算出した前記ストレス強度と予め設定した判定しきい値とを比較して、ストレス度を判定するストレス度判定演算部を備えることが好ましい。これによれば、ストレス強度と予め設定した判定しきい値とを比較して、ストレス度を判定するようにしたので、被検者のストレス度を客観的に評価することができる。
【００２１】
本発明のストレス強度演算装置においては、前記判定しきい値は、被検者データに基づいて設定されることが好ましい。これによれば、判定しきい値を、被検者データに基づいて設定するようにしたので、被検者のストレス度をより正確に評価することができる。
【００２２】
本発明のストレス強度演算装置においては、前記ストレス強度演算部で算出する前記反応後相対瞳孔径比は、最大縮瞳時に算出した相対瞳孔最小径比と、最大縮瞳後微小時間経過時に算出した第１期反応後相対瞳孔径比と、該第１期反応後相対瞳孔径比を算出した後、該微小時間経過時に算出した第２期反応後相対瞳孔径比と、該第２期反応後相対瞳孔径比を算出した後、該微小時間の１．０〜２．０倍の間のいずれかの経過時に算出した第３期反応後相対瞳孔径比を含むことが好ましい。これによれば、反応後相対瞳孔径比を複数の経過時間において算出するようにしたので、瞳孔径の相対変化をより正確に計測することができる。
【００２３】
本発明のストレス強度演算装置においては、前記微小時間は、０．２３〜０．４３秒の間で定められた時間であることが好ましい。これによれば、微小時間を、０．２３〜０．４３秒の間で定められた時間に設定することで、ストレス強度をより適切に反映したパラメータを得ることができる。
【００２４】
本発明のストレス強度演算装置においては、前記ストレス強度は、前記初期相対瞳孔径比と、設定時間毎に算出した前記反応後相対瞳孔径比とを加算及び／又は乗算して算出することが好ましい。これによれば、ストレス強度を、初期相対瞳孔径比と、設定時間毎に算出した反応後相対瞳孔径比とを加算及び／又は乗算して算出するようにしたので、ストレス強度をより適切に大きな変化量で表すことができる。
【発明の効果】
【００２５】
このように、本発明のストレス強度演算方法及びストレス強度演算装置によれば、大型コンピュータを必要とせず、しかも、被検者に負担をかけることなく、ストレス強度を簡単に且つ正確に、しかも短時間で算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１にストレス強度演算装置の構成図を示す。
【００２７】
ストレス強度演算装置１は、被検者の前眼部Ａ（図２参照）にフラッシュ光を照射するフラッシュ光源２と、前眼部Ａからの反射光を９０°方向へ反射させるハーフミラー３と、ハーフミラー３の反射方向に対設して前眼部Ａを撮像するＣＣＤ等の撮像素子を内蔵する撮像手段としての撮像装置４と、演算処理部５とを有している。尚、符号６は固視光源である。
【００２８】
演算処理部５は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える周知のマイクロコンピュータで構成されており、ＲＯＭにはストレス強度及びストレス度を演算するプログラム、及び、後述するストレス度判定基本値ＳＬｏ等の各種固定データが記憶されている。ＣＰＵはＲＯＭに記憶されているプログラムに従い、撮像装置４で撮像した前眼部Ａの画像に基づき虹彩径Ｄｉに対する瞳孔径Ｄｐの割合から相対瞳孔径比（Ｄｐ／Ｄｉ）εを演算し、その結果に基づいて被検者のストレス強度α、及びストレス度βを演算する。
【００２９】
演算処理部５には、ストレス強度α、及びストレス度βを演算する機能として、瞳孔／虹彩径演算部１１、記憶手段１２、ストレス強度演算部１３、ストレス度判定演算部１４を備えている。
【００３０】
瞳孔／虹彩径演算部１１は、撮像装置４で撮像した前眼部Ａの画像に基づき、設定時間毎に、その輝度差から虹彩Ｉの輪郭エッジと瞳孔Ｐの輪郭エッジとをそれぞれ抽出し、虹彩Ｉの輪郭エッジから虹彩径Ｄｉ（図２参照）を算出し、瞳孔Ｐの輪郭エッジから瞳孔径Ｄｐ（図２参照）を算出する。
【００３１】
記憶手段１２はＲＡＭの一部の領域、或いは不揮発性メモリで構成されており、瞳孔／虹彩径演算部１１で求めた虹彩径Ｄｉと瞳孔径Ｄｐとを順次格納する。
【００３２】
ストレス強度演算部１３は、記憶手段１２に格納されている設定時間毎の虹彩径Ｄｉ、及び瞳孔径Ｄｐを読込み、虹彩径Ｄｉに対する瞳孔径Ｄｐの割合から相対瞳孔径比（Ｄｐ／Ｄｉ）εを算出すると共に、設定時間毎に算出した相対瞳孔径比εを加算及び／又は乗算してストレス強度αを算出する。
【００３３】
ストレス度判定演算部１４は、ストレス強度演算部１３で算出したストレス強度αとストレス判定しきい値ＳＬαとを比較して、被検者のストレス度βを判定する。このストレス度判定しきい値ＳＬαは、予め設定されているストレス度判定基本値ＳＬｏを被検者の固有値ｋで補正して設定される（ＳＬα←ｋ・ＳＬｏ）。この固有値ｋは、被検者の体重、身長、年齢、性別等の被検者データに基づいて設定される。そして、ストレス強度αがストレス度判定しきい値ＳＬα以下のとき（α≦ＳＬα）、軽度のストレス、或いはストレス無しと判定し、又、ストレス強度αがストレス度判定しきい値ＳＬαより高いとき（α＞ＳＬα）、中度或いは重度のストレスと判定する。尚、ストレス度判定しきい値を複数設定すれば、被検者のストレス度をより細密に峻別することができる。
【００３４】
図４に、前眼部Ａのフラッシュ光照射前とフラッシュ光照射後の相対瞳孔径比εの変化を示す。前眼部Ａにフラッシュ光を照射すると、瞳孔Ｐは、瞳孔対光反応により縮瞳し、その後、縮瞳回復となる。
【００３５】
ところで、縮瞳は副交感神経に支配され、縮瞳回復（散瞳）は交感神経に支配されている。ストレスを感じている状態では、交感神経の働きが副交感神経の働きよりも相対的に優位になることが知られており、このような交感神経優位の状態では、縮瞳回復時間の短縮、縮瞳回復速度（ＶＤ）の増大等の解析パラメータの変化が表れる。従って、このような解析パラメータの変化を追跡することで、ストレス強度αを算出し、算出したストレス強度αに基づいて、被検者のストレス度βを客観的に評価することができる。
【００３６】
本実施形態では、フラッシュ光が照射されても殆ど変化しない虹彩径Ｄｉを基準とし、この虹彩径Ｄｉに対する瞳孔径Ｄｐの相対的な変化を設定時間毎に算出することで、被検者のストレス強度α、及びストレス度βを算出する。具体的には、図４に示すように、虹彩径Ｄｉと瞳孔径Ｄｐとを経過時間ｔ０〜ｔ４の５回計測し、その各々で相対瞳孔径比εを算出している。以下、計測時期と経過時間との関係について説明する。
【００３７】
経過時間ｔ０は、フラッシュ光を照射する直前或いはほぼ同時であり、このときに算出する初期相対瞳孔径比ε０は、平常時の瞳孔径Ｄｐと虹彩径Ｄｉとの比となる。
【００３８】
経過時間ｔ１は、フラッシュ光を照射した後の最大縮瞳時であり、このときに算出する相対瞳孔径比εを相対瞳孔最小径比ε１としている。
【００３９】
経過時間ｔ２は、最大縮瞳後、微小時間経過した時（０．２３〜０．４３秒の間で定められた時間で、本実施形態では、０．３３秒に設定されている）であり、このときに算出する相対瞳孔径比εを第１期反応後相対瞳孔径比ε２としている。
【００４０】
経過時間ｔ３は、経過時間ｔ２から更に微小時間経過した時（０．２３〜０．４３秒の間で定められた時間で、本実施形態では、０．３３秒に設定されている）であり、このときに算出する相対瞳孔径比εを第２期反応後相対瞳孔径比ε３としている。
【００４１】
経過時間ｔ４は、第２期反応後相対瞳孔径比ε３を算出した後、すなわち、経過時間ｔ３から更に上記微小時間の１．０〜２．０倍の間のいずれかの経過時（本実施形態では、１．５倍＝０．４９５秒に設定されている）であり、このときに算出する相対瞳孔径比εを第３期反応後相対瞳孔径比ε４としている。
【００４２】
次に、図３に示すフローチャートに従い、ストレス強度演算装置１を用いて行われるストレス強度α、及びストレス度βの算出手順について説明する。
【００４３】
ステップＳ１：検査者等が、被検者の体重、身長、年齢、性別等の、ストレス度判定基本値ＳＬｏを補正するための固有値ｋを設定する際に必要とする被検者データを入力する。
【００４４】
ステップＳ２：被検者の前眼部Ａをストレス強度演算装置１の検査窓（図示せず）に押し当てさせて、固視光源６を注視させる。そして、そのときの前眼部Ａを撮像装置４にて撮像する。演算処理部５の瞳孔／虹彩径演算部１１は、撮像装置４にて撮像した前眼部Ａのデータ（初期画像データ）を読込み、虹彩Ｉの輪郭エッジと瞳孔Ｐの輪郭エッジとをそれぞれ抽出し、虹彩Ｉの輪郭エッジから虹彩径Ｄｉを算出し、瞳孔Ｐの輪郭エッジから瞳孔径Ｄｐを算出し、これらの径Ｄｉ，Ｄｐを記憶手段１２に格納する（図４の経過時間ｔ０）。
【００４５】
ステップＳ３：フラッシュ光源２を点灯させて前眼部Ａにフラッシュ光を照射する。すると、瞳孔Ｐが瞳孔対光反応し、最初に副交感神経の作用により縮瞳され、次いで、交感神経の作用により徐々に縮瞳回復（散瞳）する。
【００４６】
ステップＳ４：瞳孔／虹彩径演算部１１において、瞳孔対光反応後の瞳孔径Ｄｐの変化を追跡し、先ず、最大縮瞳時の虹彩径Ｄｉと瞳孔径Ｄｐを算出し、これらの径Ｄｉ，Ｄｐを記憶手段１２に格納する（経過時間ｔ１）。次いで、最大縮瞳後、微小時間経過した時（本実施形態では、０．３３秒）の虹彩径Ｄｉと瞳孔径Ｄｐを算出し、これらの径Ｄｉ，Ｄｐを記憶手段１２に格納する（経過時間ｔ２）。その後、経過時間ｔ２から更に微小時間経過した時（本実施形態では、０．３３秒）の虹彩径Ｄｉと瞳孔径Ｄｐを算出し、これらの径Ｄｉ，Ｄｐを記憶手段１２に格納する（経過時間ｔ３）。そして、更に、経過時間ｔ３から上記微小時間の１．０〜２．０倍の間のいずれかの経過時（本実施形態では、１．５倍＝０．４９５秒）の虹彩径Ｄｉと瞳孔径Ｄｐを算出し、これらの径Ｄｉ，Ｄｐを記憶手段１２に格納する。
【００４７】
ステップＳ５：ストレス強度演算部１３において、記憶手段１２に格納されている各経過時間ｔ０〜ｔ４における各虹彩径Ｄｉと瞳孔径Ｄｐとをそれぞれ読込み、それらの比から初期相対瞳孔径比ε０、相対瞳孔最小径比ε１、第１期反応後相対瞳孔径比ε２、第２期反応後相対瞳孔径比ε３、第３期反応後相対瞳孔径比ε４を算出する。そして、この各相対瞳孔径比ε０〜ε４を加算及び／又は乗算して、ストレス強度αを算出する（α←Σ（ε０，ε１，ε２，ε３，ε４））。
【００４８】
このように、本実施形態では、瞳孔対光反応前の相対瞳孔径比ε０と、瞳孔反応後の相対瞳孔径比ε１〜ε４との５つのパラメータを加算及び／又は乗算してストレス強度αを算出するようにしたので、大型コンピュータを必要とせず、しかも、被検者に負担をかけることもなく、簡単で且つ短時間にストレス強度を算出することができる。又、意識に左右されない副交感神経と交感神経とに支配されている瞳孔の変化に基づいているので、ストレス強度を客観的に評価することができる。
【００４９】
ステップＳ６：ストレス度判定演算部１４において、ストレス強度演算部１３で算出したストレス強度αとストレス判定しきい値ＳＬαとを比較する。ストレス判定しきい値ＳＬαは、予め設定されているストレス度判定基本値ＳＬｏを被検者の固有値ｋで補正して設定されているため、個別に適切なストレス度βを判定することができる。そして、ストレス強度αがストレス度判定しきい値ＳＬα以下のとき（α≦ＳＬα）は、ストレス度βは軽度或いは無しと判定する。又、ストレス強度αがストレス度判定しきい値ＳＬαより高いとき（α＞ＳＬα）は、ストレス度βは中度或いは重度と判定する。
【００５０】
本実施形態では、被検者の前眼部Ａにフラッシュ光を照射した後、おおよそ２秒後には１回の測定が終了するため、優れた迅速性を有し、且つ被検者に安心感を与えることができる。
【００５１】
図５〜図１２に、ストレス強度演算装置１を用いて算出した被検者毎のストレス強度αと、同一の被検者に対して行ったアンケートとの比較結果を示す。
【００５２】
非喫煙者であるＫ、Ｙ、Ｍ、Ｋａの４名を被験者として、図５に示すようなスケジュールで、各被験者に周知のクレペリン検査によるストレスを付加し、その過程において瞳孔収縮（ストレス強度）測定を計４回行った。又、その際、図６に示すようなアンケートを実施し、被検者の自覚しているストレス強度を集計した。
【００５３】
また、喫煙者であるＳ−１，Ｓ−２の２名を被験者として、図７に示すようなスケジュールで、各被験者にクレペリン検査によるストレスを付加し、その過程において瞳孔収縮（ストレス強度）測定を計３回行った。又、その際、図８に示すようなアンケートを実施し、被検者の自覚しているストレス強度を集計した。
【００５４】
図９は、上記各試験において、ストレス強度演算装置１を用いて、被検者（Ｋ，Ｍ，Ｙ，Ｋａ、Ｓ−２，Ｓ−１）のストレス強度を計測した結果（瞳孔対光反応前の相対瞳孔径比ε０と、瞳孔反応後の相対瞳孔径比ε１〜ε４との５つのパラメータを加算によって算出したもの）が示されている。図１０は、各被検者にアンケートを実施して、被検者が自覚しているストレス強度を集計した結果が示されている。
【００５５】
その結果、図９に示す、ストレス強度演算装置１を用いて計測した、各被験者のストレス強度の変化は、図１０に示す、アンケートにより得られた各被検者の自覚ストレスの強度とほぼ同じ変化を示している。従って、ストレス強度演算装置１を用いて計測したストレス強度αは、実際のストレスと強い相関を有していることが解り、ストレス強度演算装置１を用いて計測したストレス強度により、被検者のストレスを客観的に評価することができる。
【００５６】
又、図１１は、ストレス強度演算部１３において算出した初期相対瞳孔径比ε０、相対瞳孔最小径比ε１、第１期反応後相対瞳孔径比ε２、第２期反応後相対瞳孔径比ε３、第３期反応後相対瞳孔径比ε４を乗算して、各被検者のストレス強度αを算出したものである（α←ε０・ε１・ε２・ε３・ε４・１０８）。この場合においても、上述した図９と同様に、各被検者のストレス強度αは自覚によるストレスと強い相関が得られている。更に、各相対瞳孔径比ε０，ε１，ε２，ε３，ε４を乗算することで、図９に示す特性よりも大きな変化量となり、ストレス度をより正確に評価することができる。
【００５７】
又、図１２は、ストレス強度演算部１３において算出した各相対瞳孔径比ε０，ε１，ε２，ε３，ε４を、加算及び乗算して各被検者のストレス強度αを算出したものである（α←ε０・ε１・｛（ε２＋ε３＋ε４）／３｝・１０４）。この場合においても、上述した図９と同様に、各被検者のストレス強度αは自覚によるストレスと強い相関が得られている。
【００５８】
尚、測定する前眼部Ａは片目であっても良いが、両目を測定することでより測定精度をより高くすることができる。
【００５９】
次に、Ｋ，Ｍ，Ｙ氏について、図５と同様な手順によりクレペリン試験を行い、クレペリン試験前、クレペリン試験の途中、クレペリン試験の終了時に、それぞれ瞳孔収縮測定によるストレス強度、アンケート調査による自覚疲労度、クロモグラニンＡの測定によるストレス強度を調べた。クロモグラニンＡの測定は、試験者から採取した唾液を検体にして、「ヒトChromogranin A EIAキット」（商品名、株式会社矢内原研究所製）を用いて行った。
【００６０】
瞳孔収縮測定によるストレス強度は、５つのパラメータε０，ε１，ε２，ε３，ε４を、加算によって算出した。また、それぞれの測定値は、クレペリン試験前の測定値を０として補正した値で評価した。図１３は瞳孔収縮測定によるストレス強度の測定結果を示し、図１４はアンケート調査による自覚疲労度の測定結果を示し、図１５はクロモグラニンＡの測定結果を示す。
【００６１】
これらの結果から、瞳孔収縮測定によるストレス強度の測定結果は、自覚疲労度の測定結果や、クロモグラニンＡの測定結果と、比較的高い相関を有していることがわかる。
【００６２】
更に、Ｋ，Ｙ氏について、図５と同様な手順によりクレペリン試験を行い、クレペリン試験後にガムを喫食させてリラックスさせた。そして、クレペリン試験前、クレペリン試験の途中、クレペリン試験の終了時、ガム喫食後に、それぞれ瞳孔収縮測定によるストレス強度、アンケート調査による自覚疲労度、クロモグラニンＡの測定によるストレス強度を調べた。
【００６３】
それぞれの測定値は、クレペリン試験前の測定値を０として補正した値で評価した。図１６は瞳孔収縮測定によるストレス強度（５つのパラメータε０，ε１，ε２，ε３，ε４を、加算によって算出したもの）の測定結果を示し、図１７はアンケート調査による自覚疲労度の測定結果を示し、図１８はクロモグラニンＡの測定結果を示す。
【００６４】
これらの結果から、瞳孔収縮測定によるストレス強度の測定結果は、自覚疲労度の測定結果や、クロモグラニンＡの測定結果と、比較的高い相関を有していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明によるストレス強度演算装置を、例えば自動車や電車などの車両に搭載すれば、運転者のストレス強度の変化をモニタ、及び記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明のストレス強度演算装置を示す構成図である。
【図２】被検者の前眼部を示す説明図である。
【図３】ストレス強度及びストレス度の算出手順を示すフローチャートである。
【図４】瞳孔対光反応による相対瞳孔径比の変化を示すタイムチャートである。
【図５】非喫煙者を対象とした被検者にストレスを付加した際のスケジュール表である。
【図６】非喫煙者を対象とした被検者にストレスを付加したときに調査したアンケートの内容を示す説明図である。
【図７】喫煙者を対象とした被検者にストレスを付加した際のスケジュール表である。
【図８】喫煙者を対象とした被検者にストレスを付加したときに調査したアンケートの内容を示す説明図である。
【図９】ストレス付加実験における同ストレス強度演算装置により測定したストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１０】同実験における自覚疲労度によるストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１１】本発明のストレス強度演算装置の他の態様により、測定したストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１２】本発明のストレス強度演算装置の別の態様により、測定したストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１３】別の実験における本発明のストレス強度演算装置を用いて測定したストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１４】同実験における自覚疲労度によるストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１５】同実験におけるクロモグラニンＡの測定によるストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１６】更に別の実験における本発明のストレス強度演算装置を用いて測定したストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１７】同実験における自覚疲労度によるストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１８】同実験におけるクロモグラニンＡの測定によるストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１ ストレス強度演算装置
２ フラッシュ光源
４ 撮像装置
５ 演算処理部
１１ 瞳孔径演算部
１１ 虹彩径演算部
１２ 記憶手段
１３ ストレス強度演算部
１４ ストレス度判定演算部
α ストレス強度
β ストレス度
ε 相対瞳孔径比
ε０ 初期相対瞳孔径比
ε１ 相対瞳孔最小径比
ε２ 第１期反応後相対瞳孔径比
ε３ 第２期反応後相対瞳孔径比
ε４ 第３期反応後相対瞳孔径比
Ａ 前眼部
Ｄｉ 虹彩径
Ｄｐ 瞳孔径
Ｉ 虹彩
Ｐ 瞳孔
ＳＬα ストレス度判定しきい値
ＳＬｏ ストレス度判定基本値
ｋ 固有値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、瞳孔対光反応を利用して被検者のストレス強度を調べるストレス強度演算方法、及びストレス強度演算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代社会には、多様なストレス（負担）が存在し、又、ストレスを引き起こす原因（ストレッサー）も多岐にわたっており、更に、ストレスの感じ方にも個人差がある。ストレスを引き起こす原因として代表的なものは、（１）温度、騒音等の物理的ストレッサ、（２）酸素欠乏、薬害、栄養不足等の化学的ストレッサ、（３）病原菌等による病気の生物的ストレッサ、（４）人間関係、精神的苦痛、怒り、不安、憎しみ、緊張等の精神的ストレッサがある。
【０００３】
又、人が受ける精神的ストレスを評価するに際しては、精神的ストレスの指標となる生体内物質（ホルモン等）の分泌量から評価する技術が知られている。例えば特許文献１（特許第３４２００２７号公報）や特許文献２（特許第３８３８０３８号公報）には、唾液中のクロモグラニンＡ濃度やコチゾール濃度を指標としてストレスを評価する技術が開示されている。
【０００４】
又、特許文献３（特開２００２−１６８８６０号公報）には、唾液中のαアミラーゼを指標としてストレスを評価する技術が開示されている。更に、特許文献４（特開２０００−１３１３１８号公報）には、唾液、血液、或いは尿中のコルチゾール、アドレナリン 、副腎皮質刺激ホルモン、サイロキシン（Ｔ４）の濃度を指標としてストレスを評価する技術が開示されている。
【０００５】
一方、特許文献５（特開２００６−３０５２６０号公報）には、人の表情を撮像し、その画像データからストレス度を算出する技術が開示されている。
【０００６】
更に、特許文献６（特開２００５−１４３６８４号公報）には、目の部分を覆って顔に装着される立体マスク部と、少なくとも一方の目の眼球と対向するように立体マスク部の内側面に配置される瞳孔撮像手段及び光刺激手段と、瞳孔撮像手段及び前記光刺激手段と接続してこれらを制御すると共に、瞳孔撮像手段から送られる撮像を記録し、該撮像に基づいて瞳孔の縮瞳及び散瞳に関する演算解析を行う制御解析手段とを備えたリラックス感評価用瞳孔対光反応計測具が開示されている。
【特許文献１】特許第３４２００２７号公報
【特許文献２】特許第３８３８０３８号公報
【特許文献３】特開２００２−１６８８６０号公報
【特許文献４】特開２０００−１３１３１８号公報
【特許文献５】特開２００６−３０５２６０号公報
【特許文献６】特開２００５−１４３６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１〜４に開示されている技術では、生体内物質の分泌を指標としてストレスを評価しようとしているため、体液を採取した後に分析を行わなければならならず、調査結果が出るまでに長時間を要する問題がある。又、被検者から血液、唾液、尿等の体液を採取しなげばならず、被検者に負担を掛けることになる。
【０００８】
一方、上記特許文献５に開示されている技術では、被検者の顔全体を取り込み、特徴部分を抽出した後、ストレス度を判定するようにしているため、大型コンピュータを用いた大がかりな画像処理を必要とし、製品コストが高くなる問題がある。
【０００９】
更に、上記特許文献６に開示されている技術は、ストレス強度を簡単で、且つ短時間に算出することができる利点を有しているが、種々のパラメータをどのように選択し、どのように処理すれば、ストレス強度を適切に評価できるかについては、十分な検討がなされていなかった。
【００１０】
従って、本発明の目的は、被検者に負担をかけることなく、ストレス強度を簡単且つ正確に、しかも短時間で算出することのできるストレス強度演算方法、及びストレス強度演算装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のストレス強度演算方法は、瞳孔対光反応による虹彩径に対する瞳孔径の割合からストレス強度を算出するストレス強度演算方法において、瞳孔対光反応前の前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合から初期相対瞳孔径比を算出する第１ステップと、瞳孔対光反応後であって、瞳孔対光反応による最大縮瞳時からの設定経過時間毎に、前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合を算出する第２ステップと、前記初期相対瞳孔径比と、設定時間毎に算出した前記反応後相対瞳孔径比とに基づきストレス強度を算出する第３ステップとを備えることを特徴とする。
【００１２】
上記発明によれば、第１ステップにより求めた、瞳孔対光反応前の虹彩径に対する瞳孔径の割合から算出した初期相対瞳孔径比と、第２ステップにより求めた、瞳孔対光反応後であって、瞳孔対光反応による最大縮瞳時からの設定経過時間毎に算出した、前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合とに基づいてストレス強度を算出するようにしたので、大型コンピュータを必要とせず、しかも、被検者に負担をかけることなく、ストレス強度を簡単に且つ正確に、しかも短時間で算出することができる。
【００１３】
本発明のストレス強度演算方法においては、前記ストレス強度と予め設定した判定しきい値とを比較して、ストレス度を判定する第４ステップを備えることが好ましい。これによれば、ストレス強度と予め設定した判定しきい値とを比較して、ストレス度を判定するようにしたので、被検者のストレス度を客観的に評価することができる。
【００１４】
本発明のストレス強度演算方法においては、前記判定しきい値は、被検者データに基づいて設定されることが好ましい。これによれば、判定しきい値を、被検者データに基づいて設定するようにしたので、被検者のストレス度をより正確に評価することができる。
【００１５】
本発明のストレス強度演算方法においては、前記第２ステップで算出する前記反応後相対瞳孔径比には、最大縮瞳時に算出した相対瞳孔最小径比と、最大縮瞳後微小時間経過時に算出した第１期反応後相対瞳孔径比と、該第１期反応後相対瞳孔径比を算出した後、該微小時間経過時に算出した第２期反応後相対瞳孔径比と、該第２期反応後相対瞳孔径比を算出した後、該微小時間の１．０〜２．０倍の間のいずれかの経過時に算出した第３期反応後相対瞳孔径比とが含まれていることが好ましい。これによれば、反応後相対瞳孔径比を複数の経過時間において算出するようにしたので、瞳孔径の相対変化をより正確に計測することができる。
【００１６】
本発明のストレス強度演算方法においては、前記微小時間は、０．２３〜０．４３秒の間で定められた時間であることが好ましい。これによれば、微小時間を、０．２３〜０．４３秒の間で定められた時間に設定することで、ストレス強度をより適切に反映したパラメータを得ることができる。
【００１７】
本発明のストレス強度演算方法においては、前記ストレス強度は、前記初期相対瞳孔径比と、設定時間毎に算出した前記反応後相対瞳孔径比とを加算及び／又は乗算して算出することが好ましい。これによれば、ストレス強度を、初期相対瞳孔径比と、設定時間毎に算出した反応後相対瞳孔径比とを加算及び／又は乗算して算出するようにしたので、ストレス強度をより適切に且つ大きな変化量で表すことができる。
【００１８】
一方、本発明のストレス強度演算装置は、前眼部にフラッシュ光を照射する光源と、該前眼部を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像した前記前眼部の画像に基づき虹彩径及び瞳孔径を算出する虹彩／瞳孔径演算部と、前記虹彩／瞳孔径演算部で算出した前記虹彩径と前記瞳孔径とに基づき該虹彩径に対する該瞳孔径の割合からストレス強度を算出するストレス強度演算部とを備えるストレス強度演算装置において、前記ストレス強度演算部は、前記フラッシュ光を照射する前の前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合から初期相対瞳孔径比を算出し、該フラッシュ光照射後であって、瞳孔対光反応による最大縮瞳時からの設定経過時間毎に、前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合を算出し、前記初期相対瞳孔径比と設定時間毎に算出した前記反応後相対瞳孔径比とに基づきストレス強度を算出することを特徴とする。
【００１９】
上記発明によれば、瞳孔対光反応前の虹彩径に対する瞳孔径の割合から算出した初期相対瞳孔径比と、瞳孔対光反応後であって最大縮瞳時から縮瞳回復状態にかけての虹彩径に対する瞳孔径の割合から設定時間毎に算出した反応後相対瞳孔径比とに基づいてストレス強度を算出するようにしたので、大型コンピュータを必要とせず、しかも、被検者に負担をかけることなく、ストレス強度を簡単に且つ正確に、しかも短時間で算出することができる。
【００２０】
本発明のストレス強度演算装置においては、前記ストレス強度演算部で算出した前記ストレス強度と予め設定した判定しきい値とを比較して、ストレス度を判定するストレス度判定演算部を備えることが好ましい。これによれば、ストレス強度と予め設定した判定しきい値とを比較して、ストレス度を判定するようにしたので、被検者のストレス度を客観的に評価することができる。
【００２１】
本発明のストレス強度演算装置においては、前記判定しきい値は、被検者データに基づいて設定されることが好ましい。これによれば、判定しきい値を、被検者データに基づいて設定するようにしたので、被検者のストレス度をより正確に評価することができる。
【００２２】
本発明のストレス強度演算装置においては、前記ストレス強度演算部で算出する前記反応後相対瞳孔径比は、最大縮瞳時に算出した相対瞳孔最小径比と、最大縮瞳後微小時間経過時に算出した第１期反応後相対瞳孔径比と、該第１期反応後相対瞳孔径比を算出した後、該微小時間経過時に算出した第２期反応後相対瞳孔径比と、該第２期反応後相対瞳孔径比を算出した後、該微小時間の１．０〜２．０倍の間のいずれかの経過時に算出した第３期反応後相対瞳孔径比を含むことが好ましい。これによれば、反応後相対瞳孔径比を複数の経過時間において算出するようにしたので、瞳孔径の相対変化をより正確に計測することができる。
【００２３】
本発明のストレス強度演算装置においては、前記微小時間は、０．２３〜０．４３秒の間で定められた時間であることが好ましい。これによれば、微小時間を、０．２３〜０．４３秒の間で定められた時間に設定することで、ストレス強度をより適切に反映したパラメータを得ることができる。
【００２４】
本発明のストレス強度演算装置においては、前記ストレス強度は、前記初期相対瞳孔径比と、設定時間毎に算出した前記反応後相対瞳孔径比とを加算及び／又は乗算して算出することが好ましい。これによれば、ストレス強度を、初期相対瞳孔径比と、設定時間毎に算出した反応後相対瞳孔径比とを加算及び／又は乗算して算出するようにしたので、ストレス強度をより適切に大きな変化量で表すことができる。
【発明の効果】
【００２５】
このように、本発明のストレス強度演算方法及びストレス強度演算装置によれば、大型コンピュータを必要とせず、しかも、被検者に負担をかけることなく、ストレス強度を簡単に且つ正確に、しかも短時間で算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１にストレス強度演算装置の構成図を示す。
【００２７】
ストレス強度演算装置１は、被検者の前眼部Ａ（図２参照）にフラッシュ光を照射するフラッシュ光源２と、前眼部Ａからの反射光を９０°方向へ反射させるハーフミラー３と、ハーフミラー３の反射方向に対設して前眼部Ａを撮像するＣＣＤ等の撮像素子を内蔵する撮像手段としての撮像装置４と、演算処理部５とを有している。尚、符号６は固視光源である。
【００２８】
演算処理部５は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える周知のマイクロコンピュータで構成されており、ＲＯＭにはストレス強度及びストレス度を演算するプログラム、及び、後述するストレス度判定基本値ＳＬｏ等の各種固定データが記憶されている。ＣＰＵはＲＯＭに記憶されているプログラムに従い、撮像装置４で撮像した前眼部Ａの画像に基づき虹彩径Ｄｉに対する瞳孔径Ｄｐの割合から相対瞳孔径比（Ｄｐ／Ｄｉ）εを演算し、その結果に基づいて被検者のストレス強度α、及びストレス度βを演算する。
【００２９】
演算処理部５には、ストレス強度α、及びストレス度βを演算する機能として、瞳孔／虹彩径演算部１１、記憶手段１２、ストレス強度演算部１３、ストレス度判定演算部１４を備えている。
【００３０】
瞳孔／虹彩径演算部１１は、撮像装置４で撮像した前眼部Ａの画像に基づき、設定時間毎に、その輝度差から虹彩Ｉの輪郭エッジと瞳孔Ｐの輪郭エッジとをそれぞれ抽出し、虹彩Ｉの輪郭エッジから虹彩径Ｄｉ（図２参照）を算出し、瞳孔Ｐの輪郭エッジから瞳孔径Ｄｐ（図２参照）を算出する。
【００３１】
記憶手段１２はＲＡＭの一部の領域、或いは不揮発性メモリで構成されており、瞳孔／虹彩径演算部１１で求めた虹彩径Ｄｉと瞳孔径Ｄｐとを順次格納する。
【００３２】
ストレス強度演算部１３は、記憶手段１２に格納されている設定時間毎の虹彩径Ｄｉ、及び瞳孔径Ｄｐを読込み、虹彩径Ｄｉに対する瞳孔径Ｄｐの割合から相対瞳孔径比（Ｄｐ／Ｄｉ）εを算出すると共に、設定時間毎に算出した相対瞳孔径比εを加算及び／又は乗算してストレス強度αを算出する。
【００３３】
ストレス度判定演算部１４は、ストレス強度演算部１３で算出したストレス強度αとストレス判定しきい値ＳＬαとを比較して、被検者のストレス度βを判定する。このストレス度判定しきい値ＳＬαは、予め設定されているストレス度判定基本値ＳＬｏを被検者の固有値ｋで補正して設定される（ＳＬα←ｋ・ＳＬｏ）。この固有値ｋは、被検者の体重、身長、年齢、性別等の被検者データに基づいて設定される。そして、ストレス強度αがストレス度判定しきい値ＳＬα以下のとき（α≦ＳＬα）、軽度のストレス、或いはストレス無しと判定し、又、ストレス強度αがストレス度判定しきい値ＳＬαより高いとき（α＞ＳＬα）、中度或いは重度のストレスと判定する。尚、ストレス度判定しきい値を複数設定すれば、被検者のストレス度をより細密に峻別することができる。
【００３４】
図４に、前眼部Ａのフラッシュ光照射前とフラッシュ光照射後の相対瞳孔径比εの変化を示す。前眼部Ａにフラッシュ光を照射すると、瞳孔Ｐは、瞳孔対光反応により縮瞳し、その後、縮瞳回復となる。
【００３５】
ところで、縮瞳は副交感神経に支配され、縮瞳回復（散瞳）は交感神経に支配されている。ストレスを感じている状態では、交感神経の働きが副交感神経の働きよりも相対的に優位になることが知られており、このような交感神経優位の状態では、縮瞳回復時間の短縮、縮瞳回復速度（ＶＤ）の増大等の解析パラメータの変化が表れる。従って、このような解析パラメータの変化を追跡することで、ストレス強度αを算出し、算出したストレス強度αに基づいて、被検者のストレス度βを客観的に評価することができる。
【００３６】
本実施形態では、フラッシュ光が照射されても殆ど変化しない虹彩径Ｄｉを基準とし、この虹彩径Ｄｉに対する瞳孔径Ｄｐの相対的な変化を設定時間毎に算出することで、被検者のストレス強度α、及びストレス度βを算出する。具体的には、図４に示すように、虹彩径Ｄｉと瞳孔径Ｄｐとを経過時間ｔ０〜ｔ４の５回計測し、その各々で相対瞳孔径比εを算出している。以下、計測時期と経過時間との関係について説明する。
【００３７】
経過時間ｔ０は、フラッシュ光を照射する直前或いはほぼ同時であり、このときに算出する初期相対瞳孔径比ε０は、平常時の瞳孔径Ｄｐと虹彩径Ｄｉとの比となる。
【００３８】
経過時間ｔ１は、フラッシュ光を照射した後の最大縮瞳時であり、このときに算出する相対瞳孔径比εを相対瞳孔最小径比ε１としている。
【００３９】
経過時間ｔ２は、最大縮瞳後、微小時間経過した時（０．２３〜０．４３秒の間で定められた時間で、本実施形態では、０．３３秒に設定されている）であり、このときに算出する相対瞳孔径比εを第１期反応後相対瞳孔径比ε２としている。
【００４０】
経過時間ｔ３は、経過時間ｔ２から更に微小時間経過した時（０．２３〜０．４３秒の間で定められた時間で、本実施形態では、０．３３秒に設定されている）であり、このときに算出する相対瞳孔径比εを第２期反応後相対瞳孔径比ε３としている。
【００４１】
経過時間ｔ４は、第２期反応後相対瞳孔径比ε３を算出した後、すなわち、経過時間ｔ３から更に上記微小時間の１．０〜２．０倍の間のいずれかの経過時（本実施形態では、１．５倍＝０．４９５秒に設定されている）であり、このときに算出する相対瞳孔径比εを第３期反応後相対瞳孔径比ε４としている。
【００４２】
次に、図３に示すフローチャートに従い、ストレス強度演算装置１を用いて行われるストレス強度α、及びストレス度βの算出手順について説明する。
【００４３】
ステップＳ１：検査者等が、被検者の体重、身長、年齢、性別等の、ストレス度判定基本値ＳＬｏを補正するための固有値ｋを設定する際に必要とする被検者データを入力する。
【００４４】
ステップＳ２：被検者の前眼部Ａをストレス強度演算装置１の検査窓（図示せず）に押し当てさせて、固視光源６を注視させる。そして、そのときの前眼部Ａを撮像装置４にて撮像する。演算処理部５の瞳孔／虹彩径演算部１１は、撮像装置４にて撮像した前眼部Ａのデータ（初期画像データ）を読込み、虹彩Ｉの輪郭エッジと瞳孔Ｐの輪郭エッジとをそれぞれ抽出し、虹彩Ｉの輪郭エッジから虹彩径Ｄｉを算出し、瞳孔Ｐの輪郭エッジから瞳孔径Ｄｐを算出し、これらの径Ｄｉ，Ｄｐを記憶手段１２に格納する（図４の経過時間ｔ０）。
【００４５】
ステップＳ３：フラッシュ光源２を点灯させて前眼部Ａにフラッシュ光を照射する。すると、瞳孔Ｐが瞳孔対光反応し、最初に副交感神経の作用により縮瞳され、次いで、交感神経の作用により徐々に縮瞳回復（散瞳）する。
【００４６】
ステップＳ４：瞳孔／虹彩径演算部１１において、瞳孔対光反応後の瞳孔径Ｄｐの変化を追跡し、先ず、最大縮瞳時の虹彩径Ｄｉと瞳孔径Ｄｐを算出し、これらの径Ｄｉ，Ｄｐを記憶手段１２に格納する（経過時間ｔ１）。次いで、最大縮瞳後、微小時間経過した時（本実施形態では、０．３３秒）の虹彩径Ｄｉと瞳孔径Ｄｐを算出し、これらの径Ｄｉ，Ｄｐを記憶手段１２に格納する（経過時間ｔ２）。その後、経過時間ｔ２から更に微小時間経過した時（本実施形態では、０．３３秒）の虹彩径Ｄｉと瞳孔径Ｄｐを算出し、これらの径Ｄｉ，Ｄｐを記憶手段１２に格納する（経過時間ｔ３）。そして、更に、経過時間ｔ３から上記微小時間の１．０〜２．０倍の間のいずれかの経過時（本実施形態では、１．５倍＝０．４９５秒）の虹彩径Ｄｉと瞳孔径Ｄｐを算出し、これらの径Ｄｉ，Ｄｐを記憶手段１２に格納する。
【００４７】
ステップＳ５：ストレス強度演算部１３において、記憶手段１２に格納されている各経過時間ｔ０〜ｔ４における各虹彩径Ｄｉと瞳孔径Ｄｐとをそれぞれ読込み、それらの比から初期相対瞳孔径比ε０、相対瞳孔最小径比ε１、第１期反応後相対瞳孔径比ε２、第２期反応後相対瞳孔径比ε３、第３期反応後相対瞳孔径比ε４を算出する。そして、この各相対瞳孔径比ε０〜ε４を加算及び／又は乗算して、ストレス強度αを算出する（α←Σ（ε０，ε１，ε２，ε３，ε４））。
【００４８】
このように、本実施形態では、瞳孔対光反応前の相対瞳孔径比ε０と、瞳孔反応後の相対瞳孔径比ε１〜ε４との５つのパラメータを加算及び／又は乗算してストレス強度αを算出するようにしたので、大型コンピュータを必要とせず、しかも、被検者に負担をかけることもなく、簡単で且つ短時間にストレス強度を算出することができる。又、意識に左右されない副交感神経と交感神経とに支配されている瞳孔の変化に基づいているので、ストレス強度を客観的に評価することができる。
【００４９】
ステップＳ６：ストレス度判定演算部１４において、ストレス強度演算部１３で算出したストレス強度αとストレス判定しきい値ＳＬαとを比較する。ストレス判定しきい値ＳＬαは、予め設定されているストレス度判定基本値ＳＬｏを被検者の固有値ｋで補正して設定されているため、個別に適切なストレス度βを判定することができる。そして、ストレス強度αがストレス度判定しきい値ＳＬα以下のとき（α≦ＳＬα）は、ストレス度βは軽度或いは無しと判定する。又、ストレス強度αがストレス度判定しきい値ＳＬαより高いとき（α＞ＳＬα）は、ストレス度βは中度或いは重度と判定する。
【００５０】
本実施形態では、被検者の前眼部Ａにフラッシュ光を照射した後、おおよそ２秒後には１回の測定が終了するため、優れた迅速性を有し、且つ被検者に安心感を与えることができる。
【００５１】
図５〜図１２に、ストレス強度演算装置１を用いて算出した被検者毎のストレス強度αと、同一の被検者に対して行ったアンケートとの比較結果を示す。
【００５２】
非喫煙者であるＫ、Ｙ、Ｍ、Ｋａの４名を被験者として、図５に示すようなスケジュールで、各被験者に周知のクレペリン検査によるストレスを付加し、その過程において瞳孔収縮（ストレス強度）測定を計４回行った。又、その際、図６に示すようなアンケートを実施し、被検者の自覚しているストレス強度を集計した。
【００５３】
また、喫煙者であるＳ−１，Ｓ−２の２名を被験者として、図７に示すようなスケジュールで、各被験者にクレペリン検査によるストレスを付加し、その過程において瞳孔収縮（ストレス強度）測定を計３回行った。又、その際、図８に示すようなアンケートを実施し、被検者の自覚しているストレス強度を集計した。
【００５４】
図９は、上記各試験において、ストレス強度演算装置１を用いて、被検者（Ｋ，Ｍ，Ｙ，Ｋａ、Ｓ−２，Ｓ−１）のストレス強度を計測した結果（瞳孔対光反応前の相対瞳孔径比ε０と、瞳孔反応後の相対瞳孔径比ε１〜ε４との５つのパラメータを加算によって算出したもの）が示されている。図１０は、各被検者にアンケートを実施して、被検者が自覚しているストレス強度を集計した結果が示されている。
【００５５】
その結果、図９に示す、ストレス強度演算装置１を用いて計測した、各被験者のストレス強度の変化は、図１０に示す、アンケートにより得られた各被検者の自覚ストレスの強度とほぼ同じ変化を示している。従って、ストレス強度演算装置１を用いて計測したストレス強度αは、実際のストレスと強い相関を有していることが解り、ストレス強度演算装置１を用いて計測したストレス強度により、被検者のストレスを客観的に評価することができる。
【００５６】
又、図１１は、ストレス強度演算部１３において算出した初期相対瞳孔径比ε０、相対瞳孔最小径比ε１、第１期反応後相対瞳孔径比ε２、第２期反応後相対瞳孔径比ε３、第３期反応後相対瞳孔径比ε４を乗算して、各被検者のストレス強度αを算出したものである（α←ε０・ε１・ε２・ε３・ε４・１０８）。この場合においても、上述した図９と同様に、各被検者のストレス強度αは自覚によるストレスと強い相関が得られている。更に、各相対瞳孔径比ε０，ε１，ε２，ε３，ε４を乗算することで、図９に示す特性よりも大きな変化量となり、ストレス度をより正確に評価することができる。
【００５７】
又、図１２は、ストレス強度演算部１３において算出した各相対瞳孔径比ε０，ε１，ε２，ε３，ε４を、加算及び乗算して各被検者のストレス強度αを算出したものである（α←ε０・ε１・｛（ε２＋ε３＋ε４）／３｝・１０４）。この場合においても、上述した図９と同様に、各被検者のストレス強度αは自覚によるストレスと強い相関が得られている。
【００５８】
尚、測定する前眼部Ａは片目であっても良いが、両目を測定することでより測定精度をより高くすることができる。
【００５９】
次に、Ｋ，Ｍ，Ｙ氏について、図５と同様な手順によりクレペリン試験を行い、クレペリン試験前、クレペリン試験の途中、クレペリン試験の終了時に、それぞれ瞳孔収縮測定によるストレス強度、アンケート調査による自覚疲労度、クロモグラニンＡの測定によるストレス強度を調べた。クロモグラニンＡの測定は、試験者から採取した唾液を検体にして、「ヒトChromogranin A EIAキット」（商品名、株式会社矢内原研究所製）を用いて行った。
【００６０】
瞳孔収縮測定によるストレス強度は、５つのパラメータε０，ε１，ε２，ε３，ε４を、加算によって算出した。また、それぞれの測定値は、クレペリン試験前の測定値を０として補正した値で評価した。図１３は瞳孔収縮測定によるストレス強度の測定結果を示し、図１４はアンケート調査による自覚疲労度の測定結果を示し、図１５はクロモグラニンＡの測定結果を示す。
【００６１】
これらの結果から、瞳孔収縮測定によるストレス強度の測定結果は、自覚疲労度の測定結果や、クロモグラニンＡの測定結果と、比較的高い相関を有していることがわかる。
【００６２】
更に、Ｋ，Ｙ氏について、図５と同様な手順によりクレペリン試験を行い、クレペリン試験後にガムを喫食させてリラックスさせた。そして、クレペリン試験前、クレペリン試験の途中、クレペリン試験の終了時、ガム喫食後に、それぞれ瞳孔収縮測定によるストレス強度、アンケート調査による自覚疲労度、クロモグラニンＡの測定によるストレス強度を調べた。
【００６３】
それぞれの測定値は、クレペリン試験前の測定値を０として補正した値で評価した。図１６は瞳孔収縮測定によるストレス強度（５つのパラメータε０，ε１，ε２，ε３，ε４を、加算によって算出したもの）の測定結果を示し、図１７はアンケート調査による自覚疲労度の測定結果を示し、図１８はクロモグラニンＡの測定結果を示す。
【００６４】
これらの結果から、瞳孔収縮測定によるストレス強度の測定結果は、自覚疲労度の測定結果や、クロモグラニンＡの測定結果と、比較的高い相関を有していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明によるストレス強度演算装置を、例えば自動車や電車などの車両に搭載すれば、運転者のストレス強度の変化をモニタ、及び記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明のストレス強度演算装置を示す構成図である。
【図２】被検者の前眼部を示す説明図である。
【図３】ストレス強度及びストレス度の算出手順を示すフローチャートである。
【図４】瞳孔対光反応による相対瞳孔径比の変化を示すタイムチャートである。
【図５】非喫煙者を対象とした被検者にストレスを付加した際のスケジュール表である。
【図６】非喫煙者を対象とした被検者にストレスを付加したときに調査したアンケートの内容を示す説明図である。
【図７】喫煙者を対象とした被検者にストレスを付加した際のスケジュール表である。
【図８】喫煙者を対象とした被検者にストレスを付加したときに調査したアンケートの内容を示す説明図である。
【図９】ストレス付加実験における同ストレス強度演算装置により測定したストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１０】同実験における自覚疲労度によるストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１１】本発明のストレス強度演算装置の他の態様により、測定したストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１２】本発明のストレス強度演算装置の別の態様により、測定したストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１３】別の実験における本発明のストレス強度演算装置を用いて測定したストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１４】同実験における自覚疲労度によるストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１５】同実験におけるクロモグラニンＡの測定によるストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１６】更に別の実験における本発明のストレス強度演算装置を用いて測定したストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１７】同実験における自覚疲労度によるストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【図１８】同実験におけるクロモグラニンＡの測定によるストレス強度の変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１ ストレス強度演算装置
２ フラッシュ光源
４ 撮像装置
５ 演算処理部
１１ 瞳孔径演算部
１１ 虹彩径演算部
１２ 記憶手段
１３ ストレス強度演算部
１４ ストレス度判定演算部
α ストレス強度
β ストレス度
ε 相対瞳孔径比
ε０ 初期相対瞳孔径比
ε１ 相対瞳孔最小径比
ε２ 第１期反応後相対瞳孔径比
ε３ 第２期反応後相対瞳孔径比
ε４ 第３期反応後相対瞳孔径比
Ａ 前眼部
Ｄｉ 虹彩径
Ｄｐ 瞳孔径
Ｉ 虹彩
Ｐ 瞳孔
ＳＬα ストレス度判定しきい値
ＳＬｏ ストレス度判定基本値
ｋ 固有値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
瞳孔対光反応による虹彩径に対する瞳孔径の割合からストレス強度を算出するストレス強度演算方法において、
瞳孔対光反応前の前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合から初期相対瞳孔径比を算出する第１ステップと、
瞳孔対光反応後であって、瞳孔対光反応による最大縮瞳時からの設定経過時間毎に、前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合を算出する第２ステップと、
前記初期相対瞳孔径比と、設定時間毎に算出した前記反応後相対瞳孔径比とに基づきストレス強度を算出する第３ステップとを備えることを特徴とするストレス強度演算方法。
【請求項２】
請求項１記載のストレス強度演算方法において、
前記ストレス強度と予め設定した判定しきい値とを比較して、ストレス度を判定する第４ステップを備えることを特徴とするストレス強度演算方法。
【請求項３】
前記判定しきい値は、被検者データに基づいて設定されることを特徴とする請求項２記載のストレス強度演算方法。
【請求項４】
前記第２ステップで算出する前記反応後相対瞳孔径比には、最大縮瞳時に算出した相対瞳孔最小径比と、最大縮瞳後微小時間経過時に算出した第１期反応後相対瞳孔径比と、該第１期反応後相対瞳孔径比を算出した後、該微小時間経過時に算出した第２期反応後相対瞳孔径比と、該第２期反応後相対瞳孔径比を算出した後、該微小時間の１．０〜２．０倍の間のいずれかの経過時に算出した第３期反応後相対瞳孔径比とが含まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のストレス強度演算方法。
【請求項５】
前記微小時間は、０．２３〜０．４３秒の間で定められた時間であることを特徴とする請求項４記載のストレス強度演算方法。
【請求項６】
前記ストレス強度は、前記初期相対瞳孔径比と、設定時間毎に算出した前記反応後相対瞳孔径比とを加算及び／又は乗算して算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のストレス強度演算方法。
【請求項７】
前眼部にフラッシュ光を照射する光源と、該前眼部を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像した前記前眼部の画像に基づき虹彩径及び瞳孔径を算出する虹彩／瞳孔径演算部と、前記虹彩／瞳孔径演算部で算出した前記虹彩径と前記瞳孔径とに基づき該虹彩径に対する該瞳孔径の割合からストレス強度を算出するストレス強度演算部とを備えるストレス強度演算装置において、
前記ストレス強度演算部は、前記フラッシュ光を照射する前の前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合から初期相対瞳孔径比を算出し、該フラッシュ光照射後であって、瞳孔対光反応による最大縮瞳時からの設定経過時間毎に、前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合を算出し、前記初期相対瞳孔径比と設定時間毎に算出した前記反応後相対瞳孔径比とに基づきストレス強度を算出することを特徴とするストレス強度演算装置。
【請求項８】
請求項７記載のストレス強度演算装置において、
前記ストレス強度演算部で算出した前記ストレス強度と予め設定した判定しきい値とを比較して、ストレス度を判定するストレス度判定演算部を備えることを特徴とするストレス強度演算装置。
【請求項９】
前記判定しきい値は、被検者データに基づいて設定されることを特徴とする請求項８記載のストレス強度演算装置。
【請求項１０】
前記ストレス強度演算部で算出する前記反応後相対瞳孔径比は、最大縮瞳時に算出した相対瞳孔最小径比と、最大縮瞳後微小時間経過時に算出した第１期反応後相対瞳孔径比と、該第１期反応後相対瞳孔径比を算出した後、該微小時間経過時に算出した第２期反応後相対瞳孔径比と、該第２期反応後相対瞳孔径比を算出した後、該微小時間の１．０〜２．０倍の間のいずれかの経過時に算出した第３期反応後相対瞳孔径比を含むことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載のストレス強度演算装置。
【請求項１１】
前記微小時間は、０．２３〜０．４３秒の間で定められた時間であることを特徴とする請求項１０記載のストレス強度演算装置。
【請求項１２】
前記ストレス強度は、前記初期相対瞳孔径比と、設定時間毎に算出した前記反応後相対瞳孔径比とを加算及び／又は乗算して算出することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１つに記載のストレス強度演算装置。
【請求項１】
瞳孔対光反応による虹彩径に対する瞳孔径の割合からストレス強度を算出するストレス強度演算方法において、
瞳孔対光反応前の前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合から初期相対瞳孔径比を算出する第１ステップと、
瞳孔対光反応後であって、瞳孔対光反応による最大縮瞳時からの設定経過時間毎に、前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合を算出する第２ステップと、
前記初期相対瞳孔径比と、設定時間毎に算出した前記反応後相対瞳孔径比とに基づきストレス強度を算出する第３ステップとを備えることを特徴とするストレス強度演算方法。
【請求項２】
請求項１記載のストレス強度演算方法において、
前記ストレス強度と予め設定した判定しきい値とを比較して、ストレス度を判定する第４ステップを備えることを特徴とするストレス強度演算方法。
【請求項３】
前記判定しきい値は、被検者データに基づいて設定されることを特徴とする請求項２記載のストレス強度演算方法。
【請求項４】
前記第２ステップで算出する前記反応後相対瞳孔径比には、最大縮瞳時に算出した相対瞳孔最小径比と、最大縮瞳後微小時間経過時に算出した第１期反応後相対瞳孔径比と、該第１期反応後相対瞳孔径比を算出した後、該微小時間経過時に算出した第２期反応後相対瞳孔径比と、該第２期反応後相対瞳孔径比を算出した後、該微小時間の１．０〜２．０倍の間のいずれかの経過時に算出した第３期反応後相対瞳孔径比とが含まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のストレス強度演算方法。
【請求項５】
前記微小時間は、０．２３〜０．４３秒の間で定められた時間であることを特徴とする請求項４記載のストレス強度演算方法。
【請求項６】
前記ストレス強度は、前記初期相対瞳孔径比と、設定時間毎に算出した前記反応後相対瞳孔径比とを加算及び／又は乗算して算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のストレス強度演算方法。
【請求項７】
前眼部にフラッシュ光を照射する光源と、該前眼部を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像した前記前眼部の画像に基づき虹彩径及び瞳孔径を算出する虹彩／瞳孔径演算部と、前記虹彩／瞳孔径演算部で算出した前記虹彩径と前記瞳孔径とに基づき該虹彩径に対する該瞳孔径の割合からストレス強度を算出するストレス強度演算部とを備えるストレス強度演算装置において、
前記ストレス強度演算部は、前記フラッシュ光を照射する前の前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合から初期相対瞳孔径比を算出し、該フラッシュ光照射後であって、瞳孔対光反応による最大縮瞳時からの設定経過時間毎に、前記虹彩径に対する前記瞳孔径の割合を算出し、前記初期相対瞳孔径比と設定時間毎に算出した前記反応後相対瞳孔径比とに基づきストレス強度を算出することを特徴とするストレス強度演算装置。
【請求項８】
請求項７記載のストレス強度演算装置において、
前記ストレス強度演算部で算出した前記ストレス強度と予め設定した判定しきい値とを比較して、ストレス度を判定するストレス度判定演算部を備えることを特徴とするストレス強度演算装置。
【請求項９】
前記判定しきい値は、被検者データに基づいて設定されることを特徴とする請求項８記載のストレス強度演算装置。
【請求項１０】
前記ストレス強度演算部で算出する前記反応後相対瞳孔径比は、最大縮瞳時に算出した相対瞳孔最小径比と、最大縮瞳後微小時間経過時に算出した第１期反応後相対瞳孔径比と、該第１期反応後相対瞳孔径比を算出した後、該微小時間経過時に算出した第２期反応後相対瞳孔径比と、該第２期反応後相対瞳孔径比を算出した後、該微小時間の１．０〜２．０倍の間のいずれかの経過時に算出した第３期反応後相対瞳孔径比を含むことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載のストレス強度演算装置。
【請求項１１】
前記微小時間は、０．２３〜０．４３秒の間で定められた時間であることを特徴とする請求項１０記載のストレス強度演算装置。
【請求項１２】
前記ストレス強度は、前記初期相対瞳孔径比と、設定時間毎に算出した前記反応後相対瞳孔径比とを加算及び／又は乗算して算出することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１つに記載のストレス強度演算装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００８−２１２１７９（Ｐ２００８−２１２１７９Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４９４７１（Ｐ２００７−４９４７１）
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（０００００６１１６）森永製菓株式会社 (130)
【出願人】（５９９１７２８７４）アイリテック株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（０００００６１１６）森永製菓株式会社 (130)
【出願人】（５９９１７２８７４）アイリテック株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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