СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ СТРЕССА
METHOD AND DEVICE FOR MEASURING STRESS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству и к способу измерения стресса для определения уровня стресса пользователя, в частности, длительного стресса. Настоящее изобретение также относится к носимому устройству и к системе измерения стресса, каждая из которых содержит такое устройство измерения стресса. Дополнительно настоящее изобретение относится к компьютерной программе, осуществляющей такой способ измерения стресса.
Уровень техники изобретения
Проводимость кожи известна как критерий кратковременных эффективных реакций, таких как эмоции. В этом смысле проводимость кожи обычно анализируется, используя фазовую составляющую сигнала проводимости кожи, имеющую подъемы и спады продолжительностью порядка секунд.
Например, статья "Effect of movements on the electrodermal response after a startle event" (Влияние движений на электродермальную реакцию после события испуга) авторов J. Schumm, M. Bachlin, C. Setz, B. Arnrich, D. Roggen и G. Troster, Second International Conference on Pervasive Computing Technologies for Healthcare, 2008, стр. 315-318 описывает датчик электродермальной активности (EDA), который измеряет EDA на пальцах посредством пальцевых полосок, выполняет обработку сигналов EDA и одновременно измеряет ускорение пальцев. Представлено влияние непрерывных стационарных движений на EDA. Выполняются контроль скорости перемещения как движений и событий испуга в качестве механизма привода. EDA исследуется, измеряя удельную проводимость кожи. Сигнал состоит из тонической составляющей и быстро изменяющейся фазовой составляющей, наложенной на тоническую составляющую. Событие испуга приводит к формированию пиковых реакций в фазовой части сигнала. Простой алгоритм обнаружения пика с порогом применяется к фазовому сигналу. Подобное устройство также описывается в статье "Discriminating Stress From Cognitive Load Using a Wearable EDA Device" авторов C. Setz, B. Arnich, J. Schumm, R. La Marca, G. Tröster, U. Ehlert в IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine, том 14, № 2, март 2010, стр. 410-417.
В документе US 2009270170 А1 представлен способ получения биологической обратной связи для игрового устройства.
В документе WO 2010/107788 А2 представлены система и способ контроля стресса.
В документе ЕР 1407713 А1 представлены устройство и способ для мобильной медицинской помощи, основанные на биомедицинских сигналах.
В документе WO 2008/099320 А1 представлены компьютерный программный продукт, устройство и способ измерения уровня возбуждения пользователя.
В статье "Decompositing skin conductance into tonic and phasic components" авторов Lim CL., C, Barry RJ, Bahramali H, Lazzaro I, Manor B. и Gordon E., Int. Journal of Psychophysiology, февраль 1997, 25(2), стр. 97-109 сообщается о способе разделения проводимости кожи на тоновую и фазовую составляющие.
При рассмотрении определения стресса из физиологического сигнала важно сделать различие между кратковременным стрессом и длительным стрессом. Кратковременный стресс обычно представляется в терминах реакций или событий испуга, то есть пользователь сталкивается с изменившейся ситуацией и тело пользователя быстро действует, чтобы адаптироваться к новой ситуации и обстановке, что в результате приводит к изменению физиологического сигнала. Длительный стресс возникает, когда кратковременный стресс происходит слишком часто, без достаточной возможности восстановления после него. Эффекты нарастают, все более заставляя физические процессы в теле изменяться или нарушаться, возможно, приводя в итоге к болезням из-за слабеющей иммунной системы, синдрому выгорания и т.п.
Например, в статье "Central effects of stress hormones in health and disease: Understanding the protective and damaging effects of stress and mediators", автор B. McEwen, European Journal on Pharmacology 583, 2008, стр.174-185 раскрывается, что, с одной стороны, реакции на острый (кратковременный) стресс стимулируют адаптацию и выживание через реакции невральных, сердечно-сосудистых, автономных, иммунных и метаболических систем, а, с другой стороны, хронический (длительный) стресс может вызывать и усиливать патофизиологию через те же самые системы, которые разрегулированы. Бремя хронического (длительного) стресса и сопровождающих его изменений в поведении личности в других местах называют статической перегрузкой.
Общая проблема с физиологическими сигналами заключается в правильной интерпретации этих сигналов. Обычно ситуация со средой, в которой был измерен физиологический сигнал, должна быть известна.
Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить устройство измерения (длительного) стресса и способ определения уровня стресса пользователя, в частности, длительного стресса, который обеспечивает независимое обнаружение уровня стресса в контекстной ситуации. Также задачей настоящего изобретения является обеспечение такого прибора и способа измерения стресса, которые являются менее навязчивыми и/или менее дорогими. Дополнительно, задача настоящего изобретения состоит в обеспечении носимого устройства, содержащего такое устройство измерения стресса, и компьютерной программы, реализующей такой способ измерения стресса. Другой вариант изобретения обеспечивает устройство и способ измерения кровяного давления. Изобретение определяется независимыми пунктами формулы изобретения.
В первом варианте настоящего изобретения представляется устройство измерения стресса для определения уровня стресса пользователя, в частности, длительного стресса, устройство, содержащее входной интерфейс для приема сигнала проводимости кожи, указывающего проводимость кожи пользователя, причем сигнал проводимости кожи формирует данные измерений проводимости кожи во времени. Устройство дополнительно содержит процессор для обработки данных измерений проводимости кожи, причем процессор выполнен с возможностью определения по меньшей мере для части данных измерений проводимости кожи значений времени нарастания между по меньшей мере двумя различными (по времени) точками данных измерений проводимости кожи, чтобы определить частотное распределение значений времени нарастания и чтобы определить уровень стресса пользователя, в частности длительного стресса, основываясь на определенном частотном распределении.
В дополнительном варианте настоящего изобретения представляется устройство, носимое пользователем, содержащее устройство измерения стресса и датчик проводимости кожи для считывания проводимости кожи пользователя.
В еще одном дополнительном варианте настоящего изобретения представляется система измерения стресса, в котором система измерения стресса содержит устройство измерения стресса, датчик проводимости кожи для считывания проводимости кожи пользователя и устройство вывода для вывода уровня стресса пользователю.
В другом дополнительном варианте настоящего изобретения представляется способ измерения стресса для определения уровня стресса пользователя, в частности, длительного стресса, причем способ содержит этапы, на которых принимают сигнал проводимости кожи, указывающий проводимость кожи пользователя, формируют из сигнала проводимости кожи во времени данные измерений проводимости кожи, обрабатывают данные измерений проводимости кожи, причем обработка содержит определение по меньшей мере для части данных измерений проводимости кожи значений времени нарастания по меньшей мере между двумя различными точками данных измерений проводимости кожи, определяют частотное распределение значений времени нарастания и определяют уровень стресса пользователя, в частности, длительного стресса, основываясь на определенном частотном распределении.
И в еще одном дополнительном варианте настоящего изобретения представляется компьютерная программа, причем компьютерная программа содержит средство управляющей программы для обеспечения выполнения компьютером этапов способа измерения стресса, когда упомянутая компьютерная программа выполняется на компьютере.
Основная идея изобретения состоит в учитывании формы графика данных проводимости кожи посредством значений времени нарастания (времени нарастания по меньшей мере между двумя различными точками, в частности, точно между двумя точками) и использовании частотного распределения этих значений времени нарастания для определения уровня стресса, в частности, уровня длительного стресса. Время нарастания является, в основном, критерием формы. Таким образом, разнообразие форм или разнообразие значений времени нарастания в данных измерений проводимости кожи, в частности, реакций проводимости кожи, используется для определения уровня длительного стресса пользователя. Было найдено, что тип частотного распределения, в частности, форма его представления в виде гистограммы, является показателем (хронически повышенного) кровяного давления пользователя (связанного с артериальной гипертензией) и, таким образом, также показателем уровня длительного стресса пользователя. Уровень длительного (или хронического) стресса, и, таким образом, квантификация длительного стресса зависит от условий, которые изменяются в течение более длительного периода времени, например, периода продолжительностью одна или более недель. В соответствии с настоящим изобретением, проводится квантификация совокупного эффекта последовательных стрессоров, например, в течение нескольких часов. Используя это изобретение, может быть оценен уровень длительного стресса (или аллостатическая нагрузка), и даже может быть дан прогноз измененной реакции на стресс в ближайшем будущем после появления тяжелых стрессоров. Кроме того, настоящее изобретение предлагает менее навязчивое устройство, тем более, что оно может быть интегрировано в носимое устройство, такое как браслет. Дополнительно, необходимое аппаратурное обеспечение недорого и может легко быть миниатюризировано. Таким образом, также может быть обеспечено менее дорогостоящее устройство. Дополнительно, настоящее изобретение позволяет проводить измерение стресса независимо от контекста. Поэтому нет никакой необходимости в дополнительной контекстной информации, например, во вводе данных пользователем, и, таким образом, может быть обеспечено простое устройство и система измерения стресса, способные измерять стресс в течение дня, заполненного повседневной жизненной деятельностью.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения определяются в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленные способ измерения стресса, компьютерная программа, носимое устройство и система измерения стресса имеют предпочтительные варианты осуществления, схожие и/или подобные заявленному устройству измерения стресса, как они определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В одном из вариантов осуществления устройство измерения стресса выполнено с возможностью извлечения тоновой составляющей сигнала проводимости кожи или данных измерений проводимости кожи и обработки тоновой составляющей (как данных измерений проводимости кожи). Это может выполняться, например, процессором. Тоновая составляющая указывает постепенные, длительные изменения проводимости кожи. Значения времени нарастания могут затем определяться в тоновой составляющей, таким образом, увеличиваясь в течение более длительного периода времени. Эти значения, более конкретно, их частотное распределение могут затем использоваться для определения уровня длительного стресса.
В альтернативном или кумулятивном варианте осуществления устройство измерения стресса выполнено с возможностью извлечения фазовой составляющей сигнала проводимости кожи или данных измерений проводимости кожи и обработки фазовой составляющей (как данных измерений проводимости кожи). Фазовая составляющая указывает кратковременные изменения проводимости кожи. Значения времени нарастания могут затем определяться в фазовой составляющей, увеличиваясь, таким образом, за более короткий промежуток времени. Эти значения, более конкретно, их частотное распределение, могут затем использоваться для определения уровня длительного стресса.
В варианте осуществления процессор выполнен с возможностью обнаружения пиков в данных измерений проводимости кожи. Таким образом, значения времени нарастания определяются только для пиков (которые представляют интерес), а не для всех данных измерений проводимости кожи. Например, может определяться значение времени нарастания для каждого (обнаруженного) пика. Это уменьшает время вычислений. Этот вариант осуществления может, например, использоваться в комбинации с предыдущими вариантами осуществления с разделением и обработкой тоновой и/или фазовой составляющей.
В разновидности этого варианта осуществления пики обнаруживаются, используя крутизну данных измерений проводимости кожи. Это предусматривает более эффективное обнаружение пиков по сравнению с простым обнаружением пиков, использующим только амплитуду.
В другой разновидности этого варианта осуществления процессор выполнен с возможностью обнаружения реакций проводимости кожи как пиков в данных измерений проводимости кожи. Эта разновидность может, например, объединяться с предыдущей разновидностью обнаружения крутизны данных измерений проводимости кожи. Кроме того, эта разновидность может, например, использоваться в комбинации с вариантом осуществления с разделением и обработкой фазовой составляющей сигнала проводимости кожи. В варианте этой разновидности процессор выполнен с возможностью определения значения времени нарастания для каждой (обнаруженной) реакции проводимости кожи. Например, начальный момент времени (момент времени, когда начинается реакция проводимости кожи) и момент времени максимума (момент времени, когда реакция проводимости кожи достигает максимума) определяются для каждой реакции проводимости кожи и значение времени нарастания находится между начальным моментом времени и его соответствующим моментом времени максимума. Таким образом, значения времени нарастания определяются только для реакций проводимости кожи, что уменьшает время вычислений и затраты труда.
В еще одном дополнительном варианте осуществления частотное распределение значений времени нарастания определяется, используя представление в виде гистограммы. Это обеспечивает простоту реализации.
В дополнительном варианте осуществления частотное распределение является кумулятивным частотным распределением.
В другом варианте осуществления уровень стресса определяется на основе равномерности или пиковости определенного частотного распределения. В разновидности этого варианта осуществления уровень стресса выше, когда определенное частотное распределение является менее равномерным (или более пиковым), и/или уровень стресса ниже, когда определенное частотное распределение является более равномерным (или менее пиковым). Это обеспечивает надежный способ определения уровня длительного стресса. Равномерность/пиковость частотного распределения или его представления в виде гистограммы является показателем/оценкой кровяного давления и, таким образом, также уровня длительного стресса.
В еще одном дополнительном варианте осуществления уровень стресса определяется, используя по меньшей мере один статистический критерий, выбранный из группы, содержащей среднеквадратичное отклонение, среднее значение, дисперсию, асимметрию и эксцесс определенного частотного распределения. Это позволяет надежным способом описать тип/форму частотного распределения (или его представления в виде гистограммы). В разновидности этого варианта осуществления, в частности, в комбинации со среднеквадратичным отклонением как статистическим критерием, процессор выполнен с возможностью определения предполагаемого значения (систолического) кровяного давления (пользователя), основываясь на статистическом критерии, в частности, на среднеквадратичном отклонении. В частности, среднеквадратичное отклонение является хорошим статистическим критерием для описания типа/формы частотного распределения (или его представления в виде гистограммы) и определения из него показателя/оценки кровяного давления пользователя и, таким образом, уровня длительного стресса. Уровень (длительного) стресса пользователя может быть затем определен в соответствии с оценочным значением кровяного давления. Таким образом, из оценки значения (систолического) кровяного давления или оценки значений кровяного давления во времени может быть определен уровень длительного стресса пользователя/пациента.
В дополнительной разновидности, когда статистическим критерием является среднеквадратичное отклонение определенного частотного распределения, уровень стресса выше, когда среднеквадратичное отклонение ниже, и/или уровень стресса ниже, когда среднеквадратичное отклонение выше. В частности, при определении оценки значения кровяного давления оценка значения кровяного давления выше, когда среднеквадратичное отклонение ниже, и/или оценка значения кровяного давления ниже, когда среднеквадратичное отклонение выше. Таким образом, существует отрицательная корреляция между оценкой значения (систолического) кровяного давления (или уровнем длительного стресса) и статистическим критерием определенного частотного распределения, в частности, среднеквадратичным отклонением. Для пользователя/пациента с артериальной гипертензией и, таким образом, с хронически повышенным кровяным давлением его/ее уровень (систолического) кровяного давления будет иметь высокое значение в течение более длительного периода времени, в частности, в течение нескольких часов, дней или недель.
В еще одном дополнительном варианте осуществления, в частности, в комбинации с предыдущим вариантом осуществления или как альтернатива этому варианту осуществления, уровень стресса определяется сравнением определенного частотного распределения по меньшей мере с одним эталонным частотным распределением. Например, функциональное расстояние используется для сравнения определенного частотного распределения по меньшей мере с одним эталонным частотным распределением. Например, функциональное расстояние может быть критерием дивергенции (таким как дивергенция Кулбэка-Лейблера). Все эти критерии являются хорошими прогнозистами кровяного давления, которое известно как связанное с длительным стрессом. Дополнительно, уровень стресса мог также быть определен, используя другие соответствующие пути, такие как использование соответственно выбранных квантилей или диапазонов квантилей определенного частотного распределения (или кумулятивного частотного распределения).
В дополнительном варианте осуществления устройство измерения стресса выполнено с возможностью формирования данных измерений проводимости кожи более чем за один час, в частности, более чем за 6 часов, более чем за 12 часов (половина дня), более чем за 24 часа (сутки), или даже за несколько суток или недель. Это позволяет определять длительный стресс, который имеет место в течение более длительного периода времени.
В разновидности этого варианта осуществления процессор выполнен с возможностью обработки данных измерений проводимости кожи более чем за один час, в частности, более чем за 6 часов, более чем за 12 часов (половина дня), более чем за 24 часа (сутки) или даже за несколько суток или недель. Таким образом, для определения уровня длительного стресса обрабатываются значительная часть или все сформированные данные измерений проводимости кожи (не только малая часть).
Краткое описание чертежей
Эти и другие варианты изобретения должны стать очевидны из подробного описания и подробно объяснены со ссылкой на вариант(-ы) осуществления, описанный далее. На последующих чертежах:
Фиг.1 - схематическая блок-схема устройства измерения стресса, соответствующего варианту осуществления;
Фиг.2 - система измерения стресса, соответствующая варианту осуществления;
Фиг.3 - вид в перспективе носимого устройства, соответствующего варианту осуществления;
Фиг.4 - график примерных данных измерений проводимости кожи;
Фиг.5 - увеличенный участок примерных данных измерений проводимости кожи, показанных на фиг.4;
Фиг.6a и 6b - различные примерные представления частотных распределений в виде гистограмм; и
Фиг.7 - график для примерного линейного параметра.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 схематично представлена блок-схема устройства 10 измерения стресса, соответствующего варианту осуществления, в частности, устройства измерения длительного стресса. Устройство 10 измерения стресса содержит входной интерфейс 12 для приема сигнала 11 проводимости кожи, указывающего проводимости кожи пользователя 1. Например, датчик 20 проводимости кожи может считывать проводимость кожи пользователя 1 и обеспечивать подачу соответствующего сигнала 11 проводимости кожи на входной интерфейс 12. Сигнал 11 проводимости кожи в течение длительного времени формирует данные 13 измерений проводимости кожи. Например, устройство 10 измерения стресса может содержать устройство памяти (не показано на фиг.1), в котором принятый сигнал проводимости кожи хранится в течение длительного времени для создания данных 13 измерений проводимости кожи.
Устройство измерения стресса, в частности, используется для определения уровня 15 длительного стресса (в дальнейшем упоминается просто как уровень 15 стресса). Таким образом, устройство 10 измерения стресса может быть выполнено с возможностью формирования данных 13 измерений проводимости кожи более чем за один час, более чем за шесть часов, более чем за 12 часов (половина дня), более чем за 24 часа (сутки) или даже за несколько дней или недель. Таким образом, устройство памяти, описанное выше, должно иметь достаточную емкость, чтобы сохранять сигнал проводимости кожи за этот промежуток времени.
Устройство 10 измерения стресса дополнительно содержит процессор 14 для обработки данных 13 измерений проводимости кожи. Процессор 14 выполнен с возможностью определения, по меньшей мере для части данных 13 измерений проводимости кожи значений времени нарастания tr по меньшей мере между двумя различными точками данных 13 измерений проводимости кожи. Это может быть выполнено, например, первым средством 14a определения. Дополнительно, процессор 14 выполнен с возможностью определения частотного распределения значений времени нарастания tr. Это может, например, быть выполнено вторым средством определения 14b. Наконец, процессор 14 выполнен с возможностью определения уровня 15 стресса пользователя 1, основываясь на определенном частотном распределении. Это может быть выполнено, например, третьим средством 14c определения. Следует понимать, что описанная обработка данных измерений проводимости кожи может выполняться, используя любые подходящие аппаратурные средства и/или программное обеспечение. Например первое, второе и третье средства 14a, 14b, 14c определения могут быть реализованы в программном обеспечении.
Устройство 10 измерения стресса, соответствующее варианту осуществления, показанному на фиг.1, дополнительно содержит интерфейс 16 вывода для вывода выходных данных 17, указывающих уровень 15 стресса. Например, выходные данные 17 могут быть поданы на устройство 40 вывода для вывода уровня 15 стресса пользователю 1.
Соответствующий способ измерения стресса для определения уровня 15 стресса пользователя 1, в частности, длительного стресса, содержит прием сигнала 11 проводимости кожи, указывающего проводимость кожи пользователя 1, причем сигнал 11 проводимости кожи во времени формирует данные 13 измерений проводимости кожи и обработку данных 13 измерений проводимости кожи. Обработка содержит определение по меньшей мере для части данных 13 измерений проводимости кожи значений времени нарастания по меньшей мере между двумя различными точками данных 13 измерений проводимости кожи, определение частотного распределения значений времени нарастания и определение уровня 15 стресса пользователя, основываясь на определенном частотном распределении. Может использоваться компьютерная программа, содержащая управляющую программу для обеспечения выполнения компьютером этапов такого способа измерения стресса, когда упомянутая компьютерная программа выполняется на компьютере. Компьютер может быть персональным компьютером или любым другим подходящим компьютерным средством. Например, может использоваться встроенный процессор. Компьютер может быть интегрирован или быть частью устройства измерения стресса.
На фиг.2 показана система 100 измерения стресса, соответствующая варианту осуществления. Система 100 измерения стресса содержит датчик 20 проводимости кожи для считывания проводимости кожи пользователя 1. На фиг.2 датчик 20 проводимости кожи интегрируется в носимое устройство, которое может носить пользователь 1, в частности, в браслет. Однако датчик 20 проводимости кожи может также считывать проводимость кожи в других соответствующих частях тела, таких как палец(-цы) и/или ладонь или ладонная сторона руки. Система 100 измерения стресса дополнительно содержит устройство 40 вывода для вывода пользователю 1 уровня 15 стресса. Устройство 40 вывода может быть мобильным, например, пристегиваться к поясу пользователя 1, как показано на фиг.2. Устройство 40 вывода, показанное на фиг.2, содержит средство 41 отображения для отображения уровня 15 стресса. Альтернативно или дополнительно, уровень 15 стресса может также выводиться пользователю 1, используя звук, свет и/или вибрацию.
В целом, устройство 40 вывода может быть отдельным устройством (как показано на фиг.2) или может быть интегрировано, например, в датчик проводимости кожи 20 или носимое устройство, содержащее датчик. Вывод может осуществляться множеством способов, таких как аудио (например, звук), визуальная (например, свет) и/или тактильная (например, вибрация) обратная связь.
Система 100 измерения стресса дополнительно содержит ранее описанное устройство 10 измерения стресса. Устройство 10 измерения стресса может быть отдельной частью или может быть интегрировано в носимое устройство или в устройство 40 вывода. Кроме того, устройство 10 измерения стресса может быть выполнено с возможностью вывода предупреждающего сигнала, когда принимается уровень 15 стресса, превышающий заданный порог. Устройство 40 вывода может быть выполнено с возможностью вывода предупреждения пользователю при приеме предупреждающего сигнала. Таким образом, устройство и система могут использоваться для предотвращении у людей с высоким риском, например, с травмой головного мозга, таких как пациенты, перенесшие инсульт, слишком большого напряжения и, таким образом, появления у них слишком высокого кровяного давления, приводящего к потенциальной травме головного мозга. Система 100 измерения стресса может дополнительно содержать добавочные устройства, такие как датчик электрокардиограммы (ЭКГ), подобный поясу 20а с нагрудным датчиком ЭКГ, показанный на фиг.2. Датчик ЭКГ может считывать электрокардиограмму пользователя 1. По электрокардиограмме может определяться изменчивость частоты сердечных сокращений (HRV), которая, как также известно, связана со стрессом. Таким образом, определение уровня 15 стресса, как объясняется выше, может быть дополнительно улучшено. В целом, длительное измерение стресса может объединяться с другими измерениями стресса (потенциально, более кратковременного стресса), чтобы получить более богатую информацию об уровне стресса или состоянии пользователя. Это дополнительное измерение (кратковременного) стресса может быть, например, произведено посредством физиологических измерений, таких как упомянутая выше ЭКГ. Однако для дополнительных измерений могут также использоваться и другие подходящие измерения, такие как BVP, дыхание, температура кожи, электроэнцефалография (ЭЭГ)/мозговая активность, измерение активности (например, посредством акселерометра) и/или анкетные опросы.
На фиг.3 представлен вид в перспективе варианта осуществления носимого устройства 30 для ношения пользователем. В варианте осуществления, показанном на фиг.3, носимое устройство 30 представлено в форме браслета, содержащего часть 33 материала браслета и корпус 34. Следует понимать, что носимое устройство 30 может также носиться вокруг любой другой соответствующей части тела, такой как лодыжка, нога или рука. На фиг.3 два электрода 31, 32 для измерения проводимости кожи интегрируются в материал 33 полоски на запястье 33. Электроды 31, 32 для измерения проводимости кожи используются для считывания проводимости кожи пользователя. Таким образом, носимое устройство 30 содержит датчик 20 проводимости кожи. В частности, электроды 31, 32 для измерения проводимости кожи могут быть расположены так, чтобы контактировать с ладонной стороной запястья, где обычно немного волос. Таким образом, может быть обеспечено лучшее измерение проводимости кожи.
Дополнительно, носимое устройство 30 содержит устройство 10 измерения стресса, например, устройство 10 измерения стресса, описанное со ссылкой на фиг.1. Устройство 10 измерения стресса может быть интегрировано в корпус 34 носимого устройства 30. Носимое устройство 30 может дополнительно содержать передатчик для беспроводной передачи данных по беспроводной линии связи, таких как выходные данные 17.
На фиг.4 представлен график примерных данных 13 измерений проводимости кожи, измеренных, например, с помощью носимого устройства 30, показанного на фиг.3. Ось X обозначает время t для периода нескольких часов, здесь приблизительно 5,5 часов, от 15:00 часов (3 часа дня) до 20:30 часов (8:30 вечера). Таким образом, данные 13 проводимости кожи формируются более чем за несколько часов. Процессор 14 может затем, в частности, быть выполнен с возможностью обработки данных 13 измерений проводимости более чем за несколько часов.
На фиг.4 по оси откладываются значения проводимости кожи, также называемой гальванической реакцией кожи (GSR), измеряемой в микроСименсах (µS). Каждая точка данных 13 измерений проводимости кожи указывает проводимость кожи, считанную датчиком 20 проводимости кожи в этот конкретный момент времени t. Эмоциональные события представляются как пики с повышенной крутизной нарастания и гораздо меньшей крутизной спада. На фиг.4 каждый пик соответствует реакции симпатической нервной системы на эмоционально нарастающее событие (переданной через блуждающий нерв к потовым железам кожи).
В частности, данные 13 измерений проводимости кожи содержат или являются тоновой составляющей. Тоновая составляющая указывает постепенные, длительные изменения проводимости кожи, представляя, таким образом, общую или базовую форму данных измерений проводимости кожи, показанную на фиг.4. Устройство 10 измерения стресса, в качестве примера показанное на фиг.1, может быть выполнено с возможностью извлечения тоновой составляющей сигнала 11 проводимости кожи (прежде, чем будут сформированы данные 13 измерений проводимости кожи), таким образом, данные 13 измерений проводимости кожи содержат (или являются) только тоновой составляющей (не фазовой составляющей), и затем тоновая составляющая обрабатывается процессором 14. Альтернативно, устройство 10 измерения стресса может быть выполнено с возможностью извлечения тоновой составляющей данных 13 измерений проводимости кожи (после того, как сформированы данные 13 измерений проводимости кожи), и затем тоновая составляющая данных измерений проводимости кожи обрабатывается процессором 14. Например, тоновая составляющая может быть извлечена и обработана по данным 13 измерений проводимости кожи, показанным на фиг.4. Значения времени нарастания tr могут затем быть определены в тоновой составляющей, которая, таким образом, нарастает в течение более длительного периода времени. Тоновая составляющая может быть извлечена, например, используя частотный фильтр, такой как фильтр нижних частот, например, для частот до 0,05 Гц.
Альтернативно или кумулятивно, данные 13 измерений проводимости кожи могут содержать или быть фазовой составляющей. Фазовая составляющая указывает кратковременные изменения проводимости кожи таким образом, что она может быть представлена минимальными изменениями, наложенными на общую/основную (тональную) форму данных измерений проводимости кожи, например, толщиной (или размытостью) линии, показанной на фиг.4. Устройство 10 измерения стресса, как показано в примере на фиг.1, может быть выполнено с возможностью извлечения фазовой составляющей сигнала 11 проводимости кожи (до того, как будут сформированы данные 13 измерений проводимости кожи) таким образом, что данные 13 измерений проводимости кожи содержат (или являются) только фазовую составляющую (не тоновую составляющую), и затем фазовая составляющая обрабатывается процессором 14. Альтернативно, устройство 10 измерения стресса может быть выполнено с возможностью извлечения фазовой составляющей данных 13 измерений проводимости кожи (после того, как сформированы данные 13 измерений проводимости кожи) и затем обработки фазовой составляющей данных измерений проводимости кожи процессором 14. Например, из данных 13 измерений проводимости кожи, показанных на фиг.4, может быть извлечена и обработана фазовая составляющая. Значения времени нарастания tr могут затем быть определены в фазовой составляющей, таким образом, нарастающей за более короткий промежуток времени. Фазовая составляющая может быть извлечена, например, используя частотный фильтр, такой как фильтр высоких частот, например, для частот больше 0,05 Гц. Например, может также быть использован способ обнаружения реакции проводимости кожи (такой как, например, способ, известный как SCRGAUGE, см. Kolish P., 1992, "SCRGAUGE- A Computer Program for the Detection and Quantification of SCRs", Electrodermal Activity, Boucsein, W. ed., New York: Plenum: 432-442, который содержится здесь посредством ссылки), как будет объяснено далее.
На фиг.5 показан увеличенный участок примера данных 13 измерений проводимости кожи, показанных на фиг.4, например, за несколько минут (например, приблизительно 3 минуты) данных 13 измерений проводимости кожи, показанных на фиг.4. Процессор 12 выполнен с возможностью обнаружения пиков в данных 13 измерений проводимости кожи, показанных на фиг.5. В частности, процессор 12 выполнен с возможностью обнаружения реакций SCR1, SCR2, SCR3 проводимости кожи (смотрите фиг.5) как пиков в данных 13 измерений проводимости кожи. Например, реакции SCR1, SCR2, SCR3 проводимости кожи обнаруживаются, используя крутизну данных 13 измерений проводимости кожи. Реакции SCR проводимости кожи обнаруживаются, оценивая крутизну или градиент наклона в последовательных точках данных 13 измерений проводимости кожи. Если крутизна превышает заданное значение, принимается решение, что реакция SCR проводимости кожи присутствует. Затем для каждой реакции SCR1, SCR2, SCR3 проводимости кожи определяются начальный момент времени to1, to2, to3 (момент времени, когда начинается SCR) и момент времени максимума tm1, tm2, tm3 (моменты времени, когда SCR достигает максимума). Определение начального момента времени реакции SCR проводимости кожи выполняется, двигаясь обратно по кривой к точке максимальной кривизны. Обнаружение момента времени максимума tm реакции SCR проводимости кожи выполняется, продвигаясь вперед, пока крутизна не станет отрицательным значением. Затем, значение времени нарастания tr1, tr2, tr3 определяется между (каждым) начальным моментом времени to1, to2, to3 и его моментом времени tm1, tm2, tm3 соответствующего максимума. Таким образом, со ссылкой на фиг. 5, определяется значение времени нарастания tr для каждой обнаруженной реакции SCR1, SCR2, SCR3 проводимости кожи. Для каждой реакции SCR1, SCR2, SCR3 проводимости кожи значение времени нарастания tr1, tr2, tr3 является значением (точно) между двумя различными точками to1, to2, to3 (начальный момент времени) и tm1, tm2, tm3 (момент времени максимума), соответственно.
rec
rec
Дополнительно, для каждой реакции проводимости кожи могут быть также определены другие значения. В одном примере может быть дополнительно определена амплитуда (изменение амплитуды) amp1, amp2, amp3. В частности, может быть определена амплитуда amp1, amp2, amp3, соответствующая времени нарастания tr1, tr2, tr3, например, между (каждым) начальным моментом времени to1, to2, to3 и его соответствующим моментом времени максимума tm1, tm2, tm3. В другом примере может также дополнительно определяться время полувосстановления t/2 в точке, где данные измерений проводимости кожи падают ниже 1/2 амплитуды реакции SCR1, SCR2, SCR3 проводимости кожи. В случае, когда данные измерений проводимости кожи не падают до этого значения в пределах разумного времени, время полувосстановления t/2 может быть оценено посредством экстраполяции данных измерений проводимости кожи с отрицательной крутизной, которые появляются сразу после локального максимума.
Затем определяется частотное распределение этих определенных значений времени нарастания tr, в частности, используя представление в виде гистограммы. На фиг. 6a и фиг. 6b показаны два различных примера гистограмм таких частотных распределений. По оси X указывается время нарастания tr и по оси Y указывается частота. Альтернативно, по оси Y может также указываться кумулятивная частота, когда частотное распределение будет кумулятивным частотным распределением. Например, для частотного распределения или представления в виде гистограммы могут использоваться более 100, в частности, более 400 или более 800 пиков или реакций проводимости кожи. Представление в виде гистограммы может быть, например, нормализовано.
Затем, уровень 15 стресса пользователя 1 определяется на основе определенного частотного распределения или его представления в виде гистограммы. В частности, уровень 15 стресса может быть определен, основываясь на равномерности или пиковости определенного частотного распределения или представления в виде гистограммы. Например, принимается решение, что уровень 15 стресса выше, когда определенное частотное распределение или гистограмма обладает меньшей равномерностью (или большей пиковостью). Точно так же принимается решение, что уровень 15 стресса ниже, когда определенное частотное распределение или гистограмма обладает большей равномерностью (или меньшей пиковостью). Как можно видеть на фиг.6a, частотное распределение или представление в виде гистограммы является менее равномерным. Таким образом, в этом случае принимается решение, что уровень 15 стресса выше. Как можно видеть на фиг.6b, частотное распределение или представление в виде гистограммы является более равномерным. Таким образом, принимается решение, что уровень 15 стресса ниже. Следовательно, равномерность или форма частотного распределения или представления в виде гистограммы могут использоваться для определения уровня 15 длительного стресса.
i
Уровень 15 стресса может быть определен, используя по меньшей мере один статистический критерий, выбранный из группы, содержащей среднеквадратичное отклонение, среднее значение, дисперсию, асимметрию и эксцесс определенного частотного распределения или его представления в виде гистограммы. В частности, уровень 15 стресса может быть определен, используя среднеквадратичное отклонение std определенного частотного распределения или его представления в виде гистограммы. Для n значений x; i=1 2… n, среднеквадратичное отклонение std равно:
2
2
2
2
В вычислительном представлении среднеквадратичное отклонение равно std=SQRT(1/(n-1)SUM((x-m)))=SQRT(1/(n-1)(n*m+SUM(x)-2*m*SUM(x)). Вычисление требует только назначения количества значений n, значений суммы SUM(x) и суммы значений квадратов SUM(x). Таким образом, для применения этого статистического критерия к более длительному периоду времени требуется небольшая вычислительная мощность.
Было найдено, что эти статистические критерии, в частности, среднеквадратичное отклонение частотного распределения или представления в виде гистограммы, являются хорошим показателем кровяного давления, которое, как известно, связано с длительным стрессом. В частности, когда статистическим критерием является среднеквадратичное отклонение определенного частотного распределения, уровень стресса выше, когда среднеквадратичное отклонение ниже, и/или уровень стресса ниже, когда среднеквадратичное отклонение выше.
Процессор 14 может быть выполнен с возможностью определения оценочного значения (в частности, систолического) кровяного давления, основываясь на статистическом критерии, в частности, на среднеквадратичном отклонении. Уровень длительного стресса пользователя может затем быть определен в соответствии с оценочным значением кровяного давления. Таким образом, из оценочного значения (систолического) кровяного давления или оценочного значения кровяного давления во времени может быть определен уровень длительного стресса пользователя/пациента.
Оценочное значение кровяного давления выше, когда среднеквадратичное отклонение ниже и/или оценочное значение кровяного давления ниже, когда среднеквадратичное отклонение выше. Таким образом, существует отрицательная корреляция между оценочным значением (систолического) кровяного давления (или уровнем длительного стресса) и статистическим критерием определенного частотного распределения, в частности, среднеквадратичным отклонением. Это будет объяснено далее.
На фиг.7 показан график примерного линейного параметра. По оси X указывается среднеквадратичное отклонение std частотного распределения значений tr времени нарастания. По оси Y указывается систолическое кровяное давление ВР. Сплошная линия представляет линейный параметр оценочного кровяного давления ВР для данного результата измерения std(tr): BP=a+std*b. Корреляция для примера, показанного на фиг.7, составляет -0,75, что должно считаться очень высоким в контексте физиологических измерений. Поэтому среднеквадратичное отклонение std(tr) может рассматриваться как хороший индикатор систолического кровяного давления. Линейный параметр оценочного кровяного давления ВР уменьшается с увеличением std(tr), указывая, что более высокие значения std(tr) соответствуют более низким значениям кровяного давления (что также указывается отрицательной корреляцией).
Чтобы определить точность линейного параметра, знаки "плюс" на фиг. 7 указывают значения результатов измерений, основанные на измерениях проводимости кожи и одновременных измерениях систолического кровяного давления для различных пациентов. Пунктирные линии на фиг.7 указывают доверительную границу вокруг линии линейного параметра (сплошная линия), здесь указывается 95%-ый доверительный интервал вокруг линейного параметра, так что область, в которой, как ожидают, будут появляться 95% предполагаемых значений кровяного давления (для каждого возможного значения std(tr)). Следует заметить, что доверительный интервал чрезвычайно зависит от количества измерений. Таким образом, вообще говоря, оценочное значение (в частности, систолическое) кровяного давления определяется с определенным доверительным интервалом, например, с вероятностью более 80%, в частности, более 90%, в частности, более 95%.
В примере, показанном на фиг.7, оценочные значения кровяного давления вычисляются за период времени, приблизительно равный трем часам, например, используя данные измерений проводимости кожи, показанные на фиг.4, и/или представления в виде гистограммы, показанные на фиг.6a и фиг.6b. Важно заметить, что при использовании такого длительного периода времени, в течение которого пользователь может выполнять множество различных задач, данные 13 измерений проводимости кожи или определенные реакции проводимости кожи или пики содержат широкий диапазон контекстных эффектов, хорошо отражающих повседневную жизнь. Таким образом, показано, что статистический критерий среднеквадратичного отклонения для значения времени нарастания достаточно независим от контекста. Поэтому этот статистический критерий весьма пригоден для случая, при котором люди носят устройство измерения стресса в течение более длительного времени в повседневной жизни, в которой множество различных контекстных ситуаций влияют на их проводимость кожи.
Альтернативно или кумулятивно, уровень 15 стресса может быть определен, сравнивая определенное частотное распределение по меньшей мере с одним эталонным частотным распределением, в частности, с набором эталонных частотных распределений. Например, функциональное расстояние может использоваться для сравнения определенного частотного распределения по меньшей мере с одним эталонным частотным распределением. В одном примере функциональное расстояние является мерой дивергенции (такой как дивергенция Кулбака-Лейблера). Например, эталонное частотное распределение или гистограмма могут использоваться для каждого класса уровня стресса (или уровня кровяного давления). Когда сделано новое измерение, схожесть между новым частотным распределением или представлением в виде гистограммы и каждым из эталонных частотных распределений может быть вычислена, используя критерий дивергенции. Затем определяется самое близкое к нему эталонное частотное распределение и определяется соответствующий ему уровень стресса/оценочное значение кровяного давления. Этот способ требует формулирования по меньшей мере одного, в частности, набора эталонных частотных распределений, которое является одноразовым действием и может быть определено заранее, например, жестким кодированием в устройстве. Формулирование эталонного частотного распределения(-ий) может быть автоматизировано посредством машинного обучения, которое содержит тот же самый критерий подобия (например, критерий дивергенции). Например, эталонные частотные распределения могут быть изучены посредством "изучения квантования векторов".
Таким образом, сравнение определенного частотного распределения по меньшей мере с одним эталонным частотным распределением может содержать один или более следующих этапов, на которых:
- создают (в какой-то момент перед началом сравнения) по меньшей мере одно эталонное частотное распределение (в частности, по меньшей мере, два эталонных частотных распределения), например, по одному эталонному частотному распределению на каждый класс кровяного давления (например, классы BP: {0-70, 71-100, 101-130, 131- и т.д.}),
для каждого определения уровня (длительного) стресса или оцененного значения кровяного давления сравнивают определенное частотное распределение (или его представление в виде гистограммы) с каждым эталонным распределением(-ями), в частности, вычисляя и используя функциональное расстояние между ними (например, обеспечиваемое по критерию дивергенции),
для каждого определения уровня (длительного) стресса или оценки кровяного давления выбирают самое близкое эталонное частотное распределение, выбирая эталонное частотное распределение с самым малым значением критерия дивергенции.
Дополнительно, соответствующий уровень (длительного) стресса или оценочное значение кровяного давления (обозначение кровяного давления (BP)) могут быть выведены (например, 71-100).
Хотя изобретение было представлено и описано подробно на чертежах и в предшествующем описании, такое представление и описание должны считаться иллюстративными или примерными, но не ограничительными; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Другие разновидности раскрытых вариантов осуществления могут стать понятны и реализованы специалистами в данной области техники при практическом осуществлении заявленного изобретения на основе изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения.
В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает другие элементы или этапы и единственное число не исключает множественное число. Единый элемент или другой блок может выполнять функции нескольких позиций, упомянутых в формуле изобретения. Простой факт, что определенные критерии упоминаются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих критериев не может использоваться для достижения преимущества.
Компьютерная программа может храниться/распространяться на соответствующем непереносном носителе данных, таком как оптический носитель или твердотельный носитель, поставляемых вместе с другим аппаратурным обеспечением или как часть другого аппаратурного обеспечения, но может также распространяться в других формах, таких как через Интернет или через другие проводные или беспроводные системы связи.
Любые ссылочные знаки в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие объем изобретения.