2017 Fiscal Year Research-status Report
A study on visualization of stress and emotion and develpoment of stress-evaluation system
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17K01781
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
横山 道央 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (40261573)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ストレス / 可視化 / 低消費電力設計 / 光電脈波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、人間の健康管理を機器の方から積極的に支援してくれるシステムの開発を目指し、普段の何気ない動作の最中に生体計測を行い、日常の素の体調データを基に健康管理・ストレス管理できる小型健康管理システムの実現のために、以下の項目について開発してきた。
（１）ストレス指標として、従来は交感／副交感神経系の亢進によるストレス／リラックス状態について心拍ゆらぎを周波数解析する事で散布図上に表示されるものを利用してきた。近年、交感／副交感神経は拮抗する場合もあるが、独立してはたらき共に活発になりバランスがとれている状態（well-balanced）もとり得るという事が言われてきており、本研究ではこれらの状態をすべて表示できる新しい散布図を考案した。実際に光電脈波センサから計測した脈波信号を加工演算し、新散布図に表示できるように信号処理プログラムを作成し評価した。
（２）シリコン断熱的論理回路技術を用いた低消費電力設計に関して、0.18μmルール標準CMOSモデルを用いて論理回路を設計し、寄生容量も考慮した電気特性を回路シミュレーションにより評価し、低消費電力特性を確認した。
（３）ストレスの度合いを可視化する新しい散布図を考案し、実験により取得した指尖光電脈波センサデータから演算加工した情報によりストレス（交感神経亢進）／リラックス（副交感神経亢進）／バランス（交感・副交感神経共に調和）状態が散布図上で表示できるようにし、ストレス状態を評価する基盤技術を構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で目指している健康管理IoTシステムの小型化・低消費電力課実現に向けての（１）センサ部（２）信号処理部（３）システム表示部、それぞれについて、以下の点で進捗があり、おおむね順調に進展していると言える。（１）指尖光電脈波センサから信号を取得し、心拍間隔と相関の強い脈波間隔から揺らぎ成分を演算することで新しい散布図の軸パラメータを策定した。（２）信号処理を行うシリコンCMOS論理回路部に断熱的論理回路技術を適用して超低消費電力化を図る回路設計をおこない、0.18μm標準CMOSモデルを用いてその電気的特性をシミュレーションし効果を検証した。（３）健康管理システムにおいて最終的にほぼリアルタイムでユーザに表示するストレス指標として新散布図を考案し、実際に取得した指尖光電容積脈波から加工演算した結果をストレス散布図へ表示させる評価実験をおこない、有効性を確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、健康管理IoTシステムの小型化・低消費電力課実現に向けて、さらに以下の点について研究開発を進めていく。
（１）無意識下で安定に計測できる指尖光電容積脈波センサを用いた計測実験を種々の条件で多数被験者を対象におこなう。日常触れるPCマウスなどに組み込んだ状態で実験を重ね、ノイズ除去などで精度向上を図る。
（２）断熱的CMOS論理回路による低消費電力設計において、電源部や周辺部も含めたトータルシステムとしての省電力設計を図る。
（３）（１）において取得し加工したセンサデータに深層学習などを用いてストレス評価指標をさらに算出・検討するとともに、最終的なシステム実装を見据えて回路設計・素子選定や基板設計もおこなっていく。
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