特許 6774061 心身的負担測定システム、心身的負担測定方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6774061

(24)【登録日】2020年10月6日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】心身的負担測定システム、心身的負担測定方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/16 20060101AFI20201012BHJP

   A61B 5/11 20060101ALI20201012BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/16 110

   A61B5/11 210

【請求項の数】9

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2018-132262(P2018-132262)

(22)【出願日】2018年7月12日

(65)【公開番号】特開2020-6074(P2020-6074A)

(43)【公開日】2020年1月16日

【審査請求日】2019年7月1日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成３０年１月６日〜７日開催 一般社団法人電気学会主催 「知覚情報研究会」 平成３０年１月６日発行 一般社団法人電気学会刊行 「知覚情報研究会 予稿集」 平成３０年２月１６日開催 国立大学法人電気通信大学主催 「国立大学法人電気通信大学情報理工学部総合情報学科卒業研究発表会」

(73)【特許権者】

【識別番号】504133110

【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000925

【氏名又は名称】特許業務法人信友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】浅田 宏隆

(72)【発明者】

【氏名】水野 統太

(72)【発明者】

【氏名】藤巻 弘太郎

(72)【発明者】

【氏名】板倉 直明

【審査官】 藤原 伸二

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００４／０８２４７９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１７−０６３９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６１０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２３０９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０４９６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０３９８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２９３６１３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／１１

Ａ６１Ｂ ５／１６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

仰臥位又は座位の状態にある被験者の重心位置を計測可能に配置されて、前記被験者の重心位置の時系列データを出力する重心動揺計測装置と、
前記重心動揺計測装置が出力する前記被験者の重心位置の時系列データから、前記被験者の重心動揺に応じた評価指標の値を算出する重心位置処理部と、
前記重心位置処理部で算出された前記評価指標の値の時間変化に基づいて、前記被験者の心身的負担を測定する負担測定処理部と、
前記負担測定処理部による測定の結果を出力する出力処理部と、を備え、
前記負担測定処理部は、前記重心位置処理部で算出された前記評価指標の値を所定の閾値と比較し、その比較結果と前記被験者の重心の移動方向に基づいて、前記被験者の心身的負担を判定する
心身的負担測定システム。

【請求項2】

前記重心位置処理部は、前記被験者の重心動揺に応じた評価指標として、前記被験者の重心位置の時系列データから所定時間長ごとに前記重心の軌跡の外周面積を算出する
請求項１に記載の心身的負担測定システム。

【請求項3】

前記重心位置処理部は、前記被験者の重心動揺に応じた評価指標として、前記被験者の重心位置の時系列データから所定時間長ごとに前記重心の軌跡の長さを算出する
請求項１に記載の心身的負担測定システム。

【請求項4】

前記被験者の重心動揺に応じた評価指標は、設定時間ごとに所定時間長の評価区間において算出される
請求項２又は３に記載の心身的負担測定システム。

【請求項5】

前記重心動揺計測装置は、前記被験者の仰臥位又は座位の状態を維持するユニット構造体に配置されている
請求項１から４のいずれかに記載の心身的負担測定システム。

【請求項6】

前記重心動揺計測装置は、椅子又は可動式背もたれ付き椅子に取り付けられる
請求項１から４のいずれかに記載の心身的負担測定システム。

【請求項7】

前記重心動揺計測装置が、前記可動式背もたれ付き椅子の、前記被験者の背部の重みがかかる位置に取り付けられる
請求項６に記載の心身的負担測定システム。

【請求項8】

被験者の心身的負担を測定する情報処理装置による心身的負担測定方法であって、
重心位置処理部により、仰臥位又は座位の状態にある被験者の重心位置を計測可能に配置された重心動揺計測装置が出力する前記被験者の重心位置の時系列データから、前記被験者の重心動揺に応じた評価指標の値を算出する重心位置処理と、
負担測定処理部により、前記評価指標の値の時間変化に基づいて、前記被験者の心身的負担を測定する負担測定処理と、
出力処理部により、前記測定の結果を出力する出力処理と、を含み、
前記負担測定処理では、前記重心位置処理部で算出された前記評価指標の値を所定の閾値と比較し、その比較結果と前記被験者の重心の移動方向に基づいて、前記被験者の心身的負担を判定する
心身的負担測定方法。

【請求項9】

仰臥位又は座位の状態にある被験者の重心位置を計測可能に配置されて、前記被験者の重心位置の時系列データを出力する重心動揺計測手順と、
前記被験者の重心位置の時系列データから、前記被験者の重心動揺に応じた評価指標の値を算出する重心位置処理手順と、
前記評価指標の値の時間変化に基づいて、前記被験者の心身的負担を測定する負担測定手順と、
前記測定の結果を出力する出力手順と、
前記負担測定手順において、前記重心位置処理手順で算出された前記評価指標の値を所定の閾値と比較し、その比較結果と前記被験者の重心の移動方向に基づいて、前記被験者の心身的負担を判定する手順と、
をコンピューターに実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、仰臥位又は座位の状態にある被験者の心身的負担を測定する心身的負担測定システム、心身的負担測定方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的な歯科治療は、歯茎に麻酔を打ったり神経を抜いたりする処置を行うため疼痛が伴う。そのため患者は、不安感や緊張感、恐怖感を持って治療を受けることが多い。また、患者は、歯科治療により何度も疼痛を受けるうちに、治療において発生する歯を削る音や匂いなどの直接疼痛とは関係のない刺激によって、さらに不快感が増すようになる。

【0003】

現在、歯科医師と患者は、声掛けや挙手などのコミュニケーションを取ることにより、患者から歯科医師へ精神状況や疼痛状況を伝え、ネガティブな状態を緩和させている。しかし、患者側の能動的なコミュニケーション手段である挙手を用いる場合、我慢や羞恥により患者はコミュニケーションをためらう場合がある。この場合、歯科医師は、患者の精神状態（精神的負担）や疼痛状況（身体的負担）を把握することは困難である。

【0004】

歯科治療中の患者の精神状態や疼痛状況を客観的に計測又は評価し、治療中に歯科医師にその結果を伝達できれば、歯科医師は円滑に治療を進行できる、また、歯科医師が、その結果に基づいて患者の状態に合わせた治療の継続又は延期を決定できるなどの利点が考えられる。

【0005】

従来の痛みやストレスに関する研究において、心理評価として主観評価アンケート、行動評価として重心動揺や振戦、生理評価として発汗や唾液、脳活動、心拍変動、皮膚温度変動や皮膚電位反応などの自律神経活動指標が主に用いられてきた。特に重心動揺や自律神経活動指標は、実時間性に優れている。しかし、計測装置の装着が必要となる脳波や心拍などの電気的生理指標は、装着自体が拘束感を生起させ、被験者にとって精神的な負荷や負担になる可能性がある。また、被験者の身体に計測装置を装着するので、患者に対する計測範囲が特定の範囲に限定されてしまう。歯科治療中の患者の精神状態や疼痛状況を客観的に計測又は評価するためには、患者が計測装置を気にすることのない計測方法が好ましい。

【0006】

この条件を満たす計測方法として、非接触で皮膚温度を計測する方法や、被験者が計測装置に乗るだけで重心動揺を計測する方法がある。精神的な負荷や負担により温度変化する皮膚の部位は、手先や足先、鼻などの末梢部分である。歯科治療中の場合、患者の手足は動いてしまうため手足の温度変化を正確に計測することは難しい。また、歯科用照明器具などの照明により患者の顔面部を照射することで鼻などの皮膚温度が変化したり、治療により歯科医師の手や治療器具などで顔面部が隠れたりすることなどが予想され、鼻部においても継続的に温度を計測するのは難しい。

【0007】

そこで、発明者らは、常時計測が可能で、非拘束な計測方法である重心動揺計測に注目した。重心動揺計測は、被験者の体と接している部分で計測を行う。重心動揺に関する先行研究において、視覚刺激や音刺激、身体的負担、精神的負担、疲労との関連性が示されている。

【0008】

例えば、特許文献１には、被験者の心身状態を、被験者に意識させることなく予測又は判断することを目的とした心身状態判定システムが開示されている。この心身状態判定システムは、被験者の荷重又は重心位置の時系列信号からリアプノフ指数等の心身状態指数を算出するデータ処理手段と、データ処理手段に於いて算出された心身状態指数と、データベースに格納された心身状態に対応した既知の心身状態指数とを比較し、被験者の心身状態を予測又は判断する評価手段とを有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】国際公開第２００４／０８２４７９号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ところで、上述した特許文献１に開示されているのは、立位もしくは座位での重心動揺についての検討である。特許文献１には、椅子の座面や背もたれ等に１個以上の重心動揺センサを実装し、病院での診療患者の心身状態の予測又は判断を無意識のうちに行うことが可能である旨の記載があるが、医療現場において仰臥位や側臥位など患者が横になった状態に関しての詳細な検討はなされていない。また、特許文献１に記載の心身状態判定システムでは、心身状態に対応した既知の心身状態指数を記憶するデータベースを用意する必要がある。つまり、予め心身状態に対応した心身状態指数を測定し、心身状態と心身状態指数との関係を格納したデータベースを作成しなければならない。

【0011】

本発明は、上記の状況に鑑み、より簡易な構成により、被験者の重心動揺計測結果から被験者の心身的負担を測定できる心身的負担測定システム、心身的負担測定方法及びプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の一態様の心身的負担測定システムは、仰臥位又は座位の状態にある被験者の重心位置を計測可能に配置されて、被験者の重心位置の時系列データを出力する重心動揺計測装置と、その被験者の重心位置の時系列データから、被験者の重心動揺に応じた評価指標の値を算出する重心位置処理部と、算出された評価指標の値の時間変化に基づいて、被験者の心身的負担を測定する負担測定処理部と、その測定の結果を出力する出力処理部と、を備える。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、より簡易な構成により、被験者の重心動揺計測結果から被験者の心身的負担を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に心身的負担測定システムに用いられる歯科用チェアユニット（可動式背もたれ付き椅子）の例を示す上面図及び側面図である。

【図2】重心動揺計測装置の例を示す下面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る心身的負担測定システムの情報処理装置の構成例を示すブロック図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る心身的負担測定システムにおける計測プログラム（ＧＵＩ）の例を説明する図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る計測された重心の散布図（軌跡）から評価指標として軌跡長を計算する方法を説明する図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る計測された重心の散布図（軌跡）から評価指標として外周面積を計算する方法を説明する図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る心身的負担測定処理の手順例を示すフローチャートである。

【図8】本発明の一実施形態に係る心身的負担測定処理による測定の結果の出力例を示す説明図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る心身的負担測定システムを用いた実験１のプロトコルを説明する図である。

【図10】実験１における被験者の重心の軌跡長の変化を示すグラフである。

【図11】実験１における被験者の１分ごとの重心の軌跡の外周面積の変化を示すグラフである。

【図12】本発明の一実施形態に係る心身的負担測定システムを用いた実験２のプロトコルを説明する図である。

【図13】実験２で設定した評価区間を説明する図である。

【図14】実験２における被験者の背部重心の軌跡長及びクリック回数の変化を示すグラフである。

【図15】実験２における被験者の背部重心の軌跡の外周面積及びクリック回数の変化を示すグラフである。

【図16】実験２における被験者によるクリック回数の増加率を示す表である。

【図17】実験２における被験者の背部重心位置のＸ座標及びクリック回数の変化を示すグラフである。

【図18】実験２における被験者の背部及び臀部の重さ及びクリック回数の変化を示すグラフである。

【図19】実験２の各測定における治療前、治療中、治療後の背部重心の軌跡の外周面積の平均値を示す表である。

【図20】実験２の各測定における治療前、治療中、治療後の背部重心の軌跡の外周面積の標準偏差を示す表である。

【図21】実験２の各測定における治療前の背部重心の軌跡の外周面積と比較した場合の、治療中及び治療後の背部重心の軌跡の外周面積を百分率で示した表である。

【図22】実験２における心身的負担の判定成功率を示す表である。

【図23】被験者の座位状態を維持するユニット構造体（椅子）の例を示す上面図及び側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を実施するための形態の例について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び添付図面において実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

【0016】

＜一実施形態＞
本実施形態では、患者が歯科用チェアユニットに乗って仰臥位の状態で治療を受けている状況を想定し、歯科用チェアユニット表面に設置した重心動揺計測装置を用いて患者の重心動揺を計測することで、患者の心身的負担（精神状態や疼痛状況等）を客観的に計測して評価する。

【0017】

図１は、本発明の一実施形態に係る心身的負担測定システムに用いられる歯科用チェアユニット（可動式背もたれ付き椅子）の例を示す。図１の上段は歯科用チェアユニット１の上面図、図１の下段は歯科用チェアユニット１の側面図である。本実施形態では、歯科用チェアユニットを用いたが、被験者の仰臥位の状態を維持できるものであればこの例に限らない。例えば、一般的な診療用ユニット、汎用の可動式背もたれ付き椅子、又はベッドでもよい。

【0018】

図１に示す歯科用チェアユニット１は、座面部２と、背面部３と、座面部２の上に配置された重心動揺計測装置４と、背面部３の上に配置された重心動揺計測装置５を備える。歯科用チェアユニット１は、被験者の座位又は仰臥位の状態を維持する目的で一般的に使用されている医療用ユニット（ユニット構造体の一例）を利用したものであり、背面部３とヘッドレスト部の接続部分に対応する首元にさまざまな治療器具が内蔵されている。背面部３は、座面部２に対して任意の角度となるように回動可能かつ任意の角度で停止可能に構成されている。図１では、背面部３と座面部２を結ぶ方向（頭から足への方向）をＸ軸、そのＸ軸に垂直な方向（右肩から左肩への方向）をＹ軸としている。座面部２の重心動揺計測装置４と背面部３の重心動揺計測装置５との間は、距離Ｌ（例えば１５ｃｍ）だけ離れている。距離Ｌは、重心動揺計測装置４，５の各々が被験者の背部又は臀部の荷重と重心位置を良好に取得できる任意の距離に設定される。以下の説明において、「背部」は、主に被験者の背中から腰部にかけての部分を指し、「臀部」は、主に被験者の臀部から大腿にかけての部分を指す。

【0019】

重心動揺計測装置４，５には、図２に示すように下面部の４隅にストレインゲージ式の荷重センサ１１〜１４が内蔵されている。重心動揺計測装置４，５は、４つの荷重センサ１１〜１４のそれぞれにかかる荷重から、重心動揺計測装置４，５の上に乗っている被験者の重心位置、及び重心位置にかかる荷重（重さ）を計測する。重心動揺計測装置４，５は、仰臥位の状態にある被験者の重心位置、及びその重心位置にかかる荷重（被験者の重さ）の計測データを所定のサンプリング周期で出力する。

【0020】

本実施形態では、重心の計測位置は、治療中に動くと考えられる被験者の背部及び臀部の２か所である。被験者の背部は重心動揺計測装置５で計測され、臀部は重心動揺計測装置４で計測される。重心動揺計測装置４，５はそれぞれ、Bluetooth（登録商標）等の近距離無線通信Ｉ／Ｆを備え、無線通信により情報処理装置２０（図３参照）へ計測結果を送信する。なお、重心動揺計測装置４，５は、圧電式の荷重センサなど、ストレインゲージ式以外の荷重センサを用いて構成してもよい。

【0021】

一般に歯科用チェアユニット１の座面部２及び背面部３には弾力性のあるクッションが入っているため、座面部２及び背面部３の上に重心動揺計測装置４，５を直接設置すると荷重センサ１１〜１４では正確な計測ができない。そこで、座面部２及び背面部３の上にそれぞれ板６，７を設置し、その板６，７の上に重心動揺計測装置４，５を配置している。

【0022】

また、重心動揺計測装置４，５の上に直接被験者が仰臥位の状態をとると痛みが生じるおそれがあるため、重心動揺計測装置４，５の上にはそれぞれクッション８，９が設置されている。これは、重心動揺計測装置４，５を直接、被験者の体に触れさせないというだけでなく、重心動揺計測装置４，５を被験者に見せないようにすることで、被験者に緊張感を生起させないという利点もある。また、実用性という観点からいえば、重心動揺計測装置４，５、板６，７及びクッション８，９をそれぞれ、座面部２及び背面部３に内蔵することが考えられる。

【0023】

このように構成された歯科用チェアユニット１において、座面部２側のクッション８には、被験者の臀部（主に臀部から大腿にかけての部分）が接触し、背面部３のクッション９には、被験者の背部（主に背中から腰部にかけての部分）が接触する。すなわち、重心動揺計測装置４は、被験者の臀部の重みがかかる位置に配置され、重心動揺計測装置５は、被験者の背部の重みがかかる位置に配置される。

【0024】

なお、後述する実験１，２では、重心動揺計測装置４，５として、Ｎｉｎｔｅｎｄｏ社のゲーム機のコントローラーであるバランスＷｉｉボード（登録商標）を使用した。先行研究では、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）規格を満たした床反力計とバランスＷｉｉボードには、質量で０．９９９、座標位置で０．９８９という高い相関があることが示されており、バランスＷｉｉボードを安価な重心動揺計測装置として用いることが可能である。

【0025】

［心身的負担測定システム（情報処理装置）の構成］
図３は、本発明の一実施形態に係る心身的負担測定システムの情報処理装置の構成例を示すブロック図である。図３に示す心身的負担測定システム３０は、重心動揺計測装置４，５が配置された歯科用チェアユニット１と、重心動揺計測装置４，５から送られる計測データを処理する情報処理装置２０から構成される。

【0026】

情報処理装置２０は、制御装置２１、メモリ２２、不揮発性記録装置２３、表示装置２４、入力装置２５、近距離無線通信Ｉ／Ｆ２６、及びネットワークＩ／Ｆ２７を備える。情報処理装置２０の各部は、不図示のバスラインを介して相互に通信可能に接続されている。情報処理装置２０には、例えばパーソナルコンピューターを用いることができる。

【0027】

制御装置２１は、心身的負担測定システム３０全体又は心身的負担測定システム３０の各部の動作を制御するように構成されている。例えば制御装置２１には、中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）が用いられる。制御装置２１の構成及び機能についての詳細は後述する。

【0028】

メモリ２２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）である。メモリ２２は記録媒体の一例であり、メモリ２２には、制御装置２１が動作するために必要なプログラムやデータ等が記憶される。メモリ２２が、制御装置２１による演算処理の途中に発生した変数やパラメータ等を一時的に記憶する構成としてもよい。制御装置２１は、本実施形態に係る各機能を実現するソフトウェアのプログラムコードをメモリ２２から読み出して実行し、各部の制御や各種の演算を行う。なお、制御装置２１に代えて、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の他の演算処理装置を用いてもよい。

【0029】

不揮発性記録装置２３も記録媒体の一例であり、この不揮発性記録装置２３には、制御装置２１が各部を制御するためのプログラムやＯＳ（Operating System）等のプログラム、及びデータ等が記憶される。不揮発性記録装置２３としては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、メモリカード等が用いられる。なお、プログラムは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供されてもよい。

【0030】

表示装置２４は、例えば液晶ディスプレイモニター（出力部の一例）であり、ＧＵＩ画面や制御装置２１で行われた処理の結果等を表示する。なお、出力部として、表示灯やスピーカーを備えていてもよい。入力装置２５には、例えば、マウスやタッチパネル等のポインティングデバイス、キーボードなどが用いられ、ユーザーは入力装置２５に操作を行い、指示を入力することが可能である。入力装置２５は、ユーザーの操作に応じた入力信号を生成して制御装置２１へ供給する。

【0031】

近距離無線通信Ｉ／Ｆ２６は、例えばBluetooth等の近距離無線通信規格に準じた無線通信を行うインターフェース部である。近距離無線通信Ｉ／Ｆ２６は、歯科用チェアユニット１の重心動揺計測装置４，５に内蔵された近距離無線通信Ｉ／Ｆから計測データを受信し、制御装置２１へ供給する。なお、重心動揺計測装置４，５と情報処理装置２０との通信は、専用線などの有線による通信でもよい。

【0032】

ネットワークＩ／Ｆ２７は、例えばＮＩＣ（Network Interface Card）やモデム等が用いられ、端子が接続されたＬＡＮ等のネットワーク又は専用線等を介して、外部装置との間で各種のデータを送受信することが可能に構成されている。

【0033】

（制御装置の構成及び機能）
制御装置２１は、重心位置処理部２１１、負担測定処理部２１２、操作回数計測部２１３、及び出力処理部２１４を備える。制御装置２１の各部は、制御装置２１（ＣＰＵ）がメモリ２２に格納されたプログラムを実行することにより実現される。

【0034】

重心位置処理部２１１は、重心動揺計測装置４，５が出力する被験者の重心位置の時系列データから、被験者の重心動揺に応じた評価指標の値を算出する処理を行う。例えば、重心位置処理部２１１は、被験者の重心動揺に応じた評価指標として、被験者の重心位置の時系列データから所定時間長ごとにその重心の軌跡の外周面積を算出する。または、重心位置処理部２１１は、被験者の重心動揺に応じた評価指標として、被験者の重心位置の時系列データから所定時間長ごとにその重心の軌跡の長さを算出する。この被験者の重心動揺に応じた評価指標は、後述するように設定時間ごとに所定時間長の評価区間において算出される。

【0035】

負担測定処理部２１２は、重心位置処理部２１１で算出された評価指標の値の時間変化に基づいて、被験者の心身的負担を測定する処理を行う。例えば、負担測定処理部２１２は、重心位置処理部２１１で算出された被験者の重心動揺に応じた評価指標の値を所定の閾値と比較し、比較結果に基づいて被験者の心身的負担を判定（評価）する。また、負担測定処理部２１２は、さらに被験者の重心の変位（移動方向）を加味して、被験者の心身的負担を判定できるように構成されている。

【0036】

操作回数計測部２１３は、被験者に身体的な刺激を与えたときに被験者が入力装置２５を操作した回数を計測する処理を行う。例えば、患者に入力装置２５としてマウスを与え、痛みを感じたときにマウスのボタンをクリックした回数を計測する。なお、この操作回数計測部２１３は、本発明の一実施形態にかかる心身的負担測定システム３０の必須構成ではない。後述する実験１，２において、重心動揺に基づいて被験者の心身的負担を客観的評価する際に、客観的評価を裏付ける主観的評価の指標としてクリック回数の情報が利用される。

【0037】

出力処理部２１４は、負担測定処理部２１２の心身的負担の測定の結果を、入力装置２５やネットワークＩ／Ｆ２７、不揮発性記録装置２３などへ出力する処理を行う。

【0038】

ここで、重心動揺計測装置４，５を用いて被験者の重心位置と重さを計測するために、発明者らが開発した計測プログラムについて説明する。図４は、心身的負担測定システム３０における計測プログラム（ＧＵＩ）の例を示す説明図であり、計測プログラムで用いられる表示画面５０の例である。表示画面５０には、ユーザーが、二台の重心動揺計測装置４，５の距離（各装置の中心から中心までの距離）を測定して入力するための入力欄がある。

【0039】

「接続開始ボタン」は、近距離無線通信により、重心動揺計測装置４，５と情報処理装置２０の接続開始を指示するためのボタンである。図４の例では、接続開始ボタンが押下されてBluetooth等の接続確立処理が行われている状態を示している。重心動揺計測装置４，５と情報処理装置２０との接続状況に応じて、情報処理装置２０と接続されている重心動揺計測装置の数が表示される。

【0040】

「試し計測ボタン」は、重心動揺計測装置４，５が正常に動作するかを点検するために、試しに重心動揺計測の開始を指示するためのボタンである。重心動揺計測装置４，５が正常に計測を実施しているときには、重心動揺計測装置４，５のＸ軸、Ｙ軸、及び重さの各項目の表示領域に、被験者の重心位置と重さ（各部による荷重）の計測値が表示される。
「計測開始ボタン」は、重心動揺計測装置４，５により被験者の重心動揺計測の開始を指示するためのボタンである。被験者の計測データは、一時的にメモリ２２に格納される。

【0041】

「補正ボタン」は、重心位置の座標の補正を指示するためのボタンである。
「記録開始ボタン」は、被験者の重心動揺の計測データを不揮発性記録装置２３又はＵＳＢメモリ等の外部メモリに記録する処理の開始を指示するためのボタンである。
「被験者名」、「部位」、「状況」は、計測データを不揮発性記録装置２３等に保存する際のファイル名を設定するための入力欄である。
「選択ボタン」は、計測データの出力先フォルダを選択するボタンである。
「接続終了ボタン」は、重心動揺計測装置４，５による被験者の重心動揺計測の終了を指示するためのボタンである。

【0042】

「キャリブレーション（重さ）ボタン」は、重心動揺計測装置４，５による被験者の重さの計測データをキャリブレーションするためのボタンである。
「キャリブレーション（座標）ボタン」は、重心動揺計測装置４，５による被験者の重心位置（座標）の計測データをキャリブレーションするためのボタンである。

【0043】

バランスＷｉｉボードが用いられた重心動揺計測装置４，５は、オープンソースであるWiimoteLibを用いて、情報処理装置２０と接続することができる。プログラムには、Microsoft Visual C#を使用した。後述する実験１，２の計測は、サンプリング周波数を１００Ｈｚで行ったが、Microsoft Visual C#に元々用意されているタイマー関数の精度は１５ｍｓｅｃであり、正確に１００Ｈｚで計測することが難しい。そこで、Multimedia TimerというWindows APIを用いた精度１ｍｓｅｃの高精度タイマーを用いて計測した。Windowsは登録商標である。これにより、２台の重心動揺計測装置４，５から同時にミリ秒単位の重心位置座標と体重計測が可能である。

【0044】

ここで、計測データの解析は、計測プログラムと解析プログラムを用いて行われる。計測プログラムを用いて計測した計測データは、ＣＳＶ（Comma-Separated Values）ファイルに保存される。そして、このＣＳＶファイルが制御装置２１に読み込まれ、解析プログラムによりその解析が行われる。解析プログラムも同様にMicrosoft Visual C#が用いられ、以下に説明する評価指標としての重心の軌跡長及び重心の軌跡の外周面積を計算する。解析プログラムは、制御装置２１の重心位置処理部２１１に相当する。

【0045】

［評価指標］
図５は、重心動揺計測装置４，５で計測された重心の散布図（軌跡）から評価指標としての軌跡長を計算する方法を説明する図である。また、図６は、重心動揺計測装置４，５で計測された重心の散布図（軌跡）から評価指標としての外周面積を計算する方法を説明する図である。以下にそれぞれの評価指標となる計算式を示す。

【0046】

（軌跡長）
軌跡長は、連続する重心位置間の距離を定められた時間分（例えば１秒間）足し合わせた長さである。重心動揺計測装置４，５で計測された重心位置の時系列データとして、座標点Ａ_１（ｘ_１，ｙ_１）、Ａ_２（ｘ_２，ｙ_２）、…、Ａ_ｎ（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）が得られたとする。評価する期間の時間をｔとしたとき、１秒間当たりの軌跡長ｄは、次式（１）で表すことができる。

【0047】

【0048】

（外周面積）
重心動揺の評価に用いる外周面積は、一般的に近似的な計算で表されることが多い。今回用いた計算手法では、まず、評価したい期間の重心動揺の中心位置を決める。そこを中心に、例えば３６０度を３度ずつ１２０分割し、各分割領域の中心位置から最長距離にある最長点同士を結んだ線分（外周）により囲まれる面積を外周面積とした。本例では、３６０度を３度ずつ１２０分割したが、分割数は任意である。以下に詳しい計算方法を示す。

【0049】

重心の軌跡長のときと同様に、重心位置の時系列データとして、図６の黒丸で示す座標点Ａ_１（ｘ_１，ｙ_１），Ａ_２（ｘ_２，ｙ_２），…，Ａｎ（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）が得られたとする。複数の分割領域Ｓｒ１，Ｓｒ２…の中心となる点を仮の原点Ｏとして各座標点の座標を補正する。すなわち、複数の分割領域内の重心位置のＸ座標とＹ座標の平均値を求め、これを仮の原点Ｏとする。そして、時系列データの重心位置の各座標の値から仮の原点であるＸＹ座標の平均値を引くことで補正する。例えば、補正後の座標をｔＢ_１（ｔｘ_１，ｔｙ_１），ｔＢ_２（ｔｘ_２，ｔｙ_２），…，ｔＢ_３（ｔｘ_ｍ，ｔｙ_ｍ）とすると、時系列データの補正後の重心位置のＸ座標は次式（２）となる。

【0050】

【0051】

次に、補正後の重心位置の座標について仮の原点Ｏからの角度、距離を求める。角度をθ_ｍ、距離をｄ_ｍとすると、θ_ｍとｄ_ｍは次式（３），（４）で表される。θ_ｍは度数であり−１８０度から１８０度の範囲である。

【0052】

【0053】

次に、補正後の重心位置の座標が、３６０度を３度ずつに分けた分割領域Ｓｒ１，Ｓｒ２…のどの分割領域に存在するかを判定し、その分割領域の中での最長点を決める。そこで決まった最長点の座標をＧ_１（ｍｘ_１，ｍｙ_１），Ｇ_２（ｍｘ_２，ｍｙ_２），…，Ｇ_１２０（ｍｘ_１２０，ｍｙ_１２０）とする。最長点Ｇ_１，Ｇ_２，…，Ｇ１２０の隣接する最長点同士を結んだ外周６０により囲まれる領域の面積（外周面積ｓ）は、次の式（５）に表すことができる。

【0054】

【0055】

［心身的負担測定処理の手順］
次に、心身的負担測定システム３０の情報処理装置２０による心身的負担測定処理の手順について説明する。図７は、心身的負担測定処理の手順例を示すフローチャートである。図７に示す心身的負担測定処理の各手順は、主に制御装置２１（ＣＰＵ）が、メモリ２２に格納されたプログラムを実行することにより行われる。

【0056】

まず、重心動揺計測装置４及び／又は５は、歯科用チェアユニット１上に仰向けになっている被験者の重心位置を所定のサンプリング周期で計測し、近距離無線通信Ｉ／Ｆ２６を介して、計測データ（時系列データ）を情報処理装置２０の制御装置２１へ送信する（Ｓ１）。

【0057】

次に、制御装置２１の重心位置処理部２１１は、重心動揺計測装置４及び／又は５から出力された被験者の重心位置の時系列データを取得する計測データ取得処理を行う（Ｓ２）。そして、重心位置処理部２１１は、重心位置の時系列データから評価指標の値を算出する処理を行う（Ｓ３）。ここで算出される評価指標は、重心の軌跡の外周面積、及び／又は１秒間当たりの重心の軌跡長である。

【0058】

次に、負担測定処理部２１２は、重心位置処理部２１１で算出された評価指標の値の時間変化を検出する処理を行う（Ｓ４）。そして、負担測定処理部２１２は、評価指標の値の時間変化に基づいて、被験者の心身的負担を測定する（Ｓ５）。

【0059】

最後に、出力処理部２１４は、測定の結果を表示装置２４及び／又は不図示のスピーカーへ出力する処理を行う（Ｓ６）。また、出力処理部２１４は、測定の結果を示すデータを、不揮発性記録装置２３に記録する処理を行ってもよい。ステップＳ６の処理が終了後、出力処理部２１４は、図７に示す一連の心身的負担測定処理を終了する。

【0060】

図８に、心身的負担測定処理による測定の結果の出力例を示す。インジケーター７０は、被験者の心身的負担の状態や状況を知らせる表示要素の一例である。インジケーター７０は、被験者の心身的負担がない場合（例えば安静状態）には“心身的負担なし”を示す目盛り付近を指す。被験者の心身的負担が増加すると（例えば治療中の場合）、インジケーター７０の指示値が大きくなる。そして、被験者の心身的負担が閾値を超えると、インジケーター７０の指示値は“声かけ”を示す目盛りを超える。歯科医師は、インジケーター７０の指示値が“声かけ”の目盛りを超えていることを確認すると、患者に声かけ等を行う。“声かけ”等の閾値の設定については、後述する。

【0061】

なお、図８では、インジケーターの表示例を示したが、表示画面上に警告ランプを表示したり、音声や音楽によって知らせたりしてもよい。また、図１４，図１５，図１７及び図１８に示すような重心位置の時系列データ（波形）を表示するようにしてもよい。

【0062】

心身的負担を測定するための実験は、図３に示した心身的負担測定システム３０を用いて２種類の方法で行った。実験は、歯科用チェアユニット１の背面部３の傾斜を水平にした状態で実施した。

【0063】

［実験１の内容］
まず、実験１について説明する。実験１では、被験者に歯科用チェアユニット１の上に仰臥位の状態で乗ってもらい、被験者に２種類の方法で５分間ずつ計測を行った。図９に、心身的負担測定システム３０を用いた実験１のプロトコルを示す。

【0064】

実験１−（１）：５分間すべて被験者を安静状態（Rest）にして重心動揺を計測する。
実験１−（２）：１分目、３分目、５分目を安静状態（Rest）にして計測し、２分目、４分目を“Task”として、口内洗浄機の音を出した状態で被験者の重心動揺を計測する。すなわち、一分おきに“Rest”と“Task”を交互に繰り返して計測を行う。なお、この刺激は、口内洗浄機の音を出しているのみの音刺激であり、身体の疼痛を伴う刺激ではない。

【0065】

被験者は、健常成人である被験者Ａ〜Ｃの３名である。実験は、歯科医師の協力の下、実際の歯科治療現場にて行った。重心動揺計測装置４，５から得られた各被験者の重心座標から散布図を作成し、“Rest”及び“Task”における被験者の心身的負担の状態を比較した。すなわち、実験後、各サンプリング時間における重心のＸ座標及びＹ座標を記録し、各評価指標の算出を行った。すなわち、１分間ごとに外周面積、１秒間当たりの重心の軌跡長を計算し、実験１−（１）と実験１−（２）で評価指標の比較を行った。

【0066】

従来、重心動揺のデータを比較する方法として、主に総軌跡長、外周面積、単位面積軌跡長が用いられていた。本実施形態では、評価指標として、１秒間当たりの重心の軌跡長と、外周面積を用いた。１秒間当たりの軌跡長は、１秒間に重心位置がどれだけ動いたかを表す数値であり、軌跡長が長ければ長いほど重心が不安定であることを示している。具体的には、計測時間（例えば１分間）内における１秒間当たりの軌跡長の平均値である。ここで、総軌跡長ではなく１秒間当たりの軌跡長を用いたのは、治療時間が定まっていないため総軌跡長では比較が難しいからである。また、外周面積は、計測時間（例えば１分間）に重心位置がどの範囲で移動しているかを表し、外周面積が大きければ大きいほど重心が不安定であることを示している。

【0067】

［実験１の結果］
まず、実験１の結果について説明する。図１０は、実験１における一人の被験者Ａの重心動揺の変化を示すグラフであり、縦軸は重心の軌跡長［ｃｍ］、横軸は時間（ｍｉｎ）を示す。また、図１１は、実験１における被験者Ａの１分ごとの重心の軌跡の外周面積の変化を示すグラフであり、縦軸は重心の軌跡の外周面積（ｃｍ^２）、横軸は時間（ｍｉｎ）を示す。

【0068】

図１０及び図１１に示すグラフの２分目、すなわち１分から２分の間を見ると、１秒間当たりの軌跡長と外周面積ともに、実験１−（１）と実験１−（２）との間に差がある。被験者の重心動揺から、歯科治療中の被験者の精神状態すなわち精神的負担を測定できる可能性が示唆された。また、図１０に示すグラフの４分目を比較すると、１秒間当たりの軌跡長は実験１−（１）と実験１−（２）で背部、臀部ともほとんど差がなかった。また、図１１に示すグラフでは、外周面積に関しては実験１−（１）と実験１−（２）の間に差が見られるが、２分目のときほど大きな差は出なかった。

【0069】

また、臀部の重心よりも背部の重心の方が動いていることが確認できた。よって、背部の重心のみの計測データから、被験者の精神的負担を測定できる可能性があることが示された。さらに、図１０に示す１秒間当たりの軌跡長よりも図１１に示す外周面積の方が、実験１−（１）と実験１−（２）で大きく差が出ていることがわかった。

【0070】

なお、グラフの図示を省略したが、他の二人の被験者についても同様に実験１−（１），１−（２）の計測を行った。二人の被験者のうち一人の被験者Ｂについては、図１０及び図１１に示す実験結果と同様の傾向を示す実験結果が得られた。また、もう一人の被験者Ｃについては、実験１−（１）と実験１−（２）との間で実験結果にあまり差が見られなかった。これは、刺激提示が音刺激のみだったため、当該被験者Ｃにとって負担にならない程度の刺激だった可能性がある。

【0071】

このように、各被験者Ａ〜Ｃとも臀部よりも背部のほうが動いていることが確認できた。よって、背部のみの計測データから被験者の精神的負担を評価できる可能性があることが示された。

【0072】

また、各被験者Ａ〜Ｃともに１秒間当たりの軌跡長よりも外周面積の方が、実験１−（１）と実験１−（２）で計測結果の差が大きかった。よって、１秒間当たりの軌跡長で比較せずとも、外周面積のみで精神的負担を評価できる可能性が示唆された。

【0073】

［実験２の内容］
次に、実験２について説明する。実験２では、実験１と同様に、被験者に歯科用チェアユニット１の上に仰臥位の状態で乗ってもらい、実際の治療下で計測を行った。被験者は２名（被験者Ｄ，Ｅ）とし、１分目と７分目を安静状態、２〜６分目に治療として歯石除去を行う形で実験をした。

【0074】

図１２に、心身的負担測定システム３０を用いた実験２のプロトコルを示す。実験２では、“Task”として治療時間を５分間に設定し、その“Task”の前後に“Rest”として１分間ずつの安静時間を設け、全７分間で治療を行った。

【0075】

また、実験２では、どの時間に被験者が刺激を与えられたか、つまり心身的負担を感じたかを見るために、被験者Ｄ，Ｅの右手にマウスを持たせ、痛みを感じた場合にマウスのボタンをクリックしてもらうようにした。被験者は痛ければ痛いほどボタンをクリックし、単位時間のクリック回数が増える。評価指標も実験１と同様に、１秒間当たりの軌跡長と外周面積を用いた。実験２では、例えば時系列データに５秒間の評価区間を設定し、所定時間（例えば１秒）ごとに時系列データの各評価区間における評価指標の値を算出した。痛みについても同様の評価区間内にマウスのボタンが何回クリックされたかを計算し、評価指標として扱った。

【0076】

図１３は、実験２で設定した評価区間を示している。本例では、各評価区間は、時間的に重複している。すなわち、５秒間に設定された評価区間における評価指標の値を算出する場合には、前の評価区間の計算を開始してから、５秒以内に次の評価区間の計算を開始する。ただし、各評価区間が時間的に重複する例に限定されない。

【0077】

［実験２の結果］
次に、実験２の結果について説明する。被験者Ｄ，Ｅともに、実験１の結果と同様、臀部より背部の方が、重心の軌跡長及び重心の軌跡の外周面積の変化（偏差）が大きかった。よって、実際の治療下でも、背部の重心のみの計測で心身的負担の評価が可能であることが示された。ただし、これは、臀部の重心のみの計測で心身的負担を評価することを排除するものではなく、背部及び臀部の重心を計測して心身的負担を評価してもよい。以下、図１４〜図１５に、実験２における背部の重心動揺の例として、被験者Ｄの計測結果を示す。

【0078】

図１４は、実験２における被験者Ｄの背部重心の軌跡長及びクリック回数の変化を示すグラフである。左側の縦軸は背部重心の軌跡長（ｃｍ）、右側の縦軸はクリック回数（回）、及び横軸は時間（ｓｅｃ）を表す。図１５は、実験２における被験者Ｄの背部重心の軌跡の外周面積及びクリック回数の変化を示すグラフである。左側の縦軸は背部重心の軌跡の外周面積（ｃｍ^２）、右側の縦軸はクリック回数（回）、及び横軸は時間（ｓｅｃ）を表す。図１４及び図１５において、６０ｓｅｃと３６０ｓｅｃにおける一点鎖線は、タスク（治療）の開始時間と終了時間を示している。

【0079】

図１４及び図１５に示すように、実験１の結果と同様に、重心の軌跡長（図１４）よりも外周面積（図１５）の変化（偏差）の方が大きいことがわかる。図１５に示すように、被験者Ｄでは安静時と比較して治療時の外周面積が大きい。外周面積の変化とクリック回数の推移は概ね一致（対応）しており、外周面積を用いることで被験者の痛み（身体的負担）を測定できる可能性が示された。例えば、図１５においてクリック回数のピークである２７０秒あたりでは、外周面積はあまり変化していないが、クリック回数のピークが終了後に外周面積に大きな変化が見られる。これは、強い持続する痛みに対して被験者Ｄに力が入ることで背部の重心の変化が少なくなり、その後、治療終了後と同様に被験者Ｄは一時的な痛みから解放されたことで力が抜け、重心の変化が大きくなったと考えられる。

【0080】

また、被験者Ｄは、治療終了後（３６０ｓｅｃ以降）に外周面積が大きく増加しており（図１５の時間Ｔ５参照）、被験者Ｄが心身的負担から解放された場合にも背部の重心が動く可能性が示された。

【0081】

一方、被験者Ｅは、図示を省略しているが、安静時と治療中で外周面積の差が小さく、クリック回数も最大で５秒間に２回と、ほとんど痛みを感じていなかった。被験者Ｅは、実験終了後の感想でもあまり痛くなかったと話している。このことから、被験者が感じる痛みが小さければ小さいほど外周面積の変化も小さくなり、感じる痛みが大きければ大きいほど変化も大きくなる可能性が示された。

【0082】

本実験ではほぼ痛みを感じなかった被験者Ｅを除き、被験者Ｄに対して追加で実験を2回行った。実験１では身体的負担はないが、実験２は身体的負担も伴う実験である。図示を省略するが追加の実験では、１回目の実験と同様に、２回目及び３回目ともに、治療前及び治療後と比較して治療中に外周面積が大きく変化した。また、外周面積とクリック回数を比較しても、外周面積の変化とクリック回数の推移は概ね一致（対応）していた。

【0083】

次に、精神的負担のみの場合と、精神的負担と身体的負担（すなわち心身的負担）が与えられた場合を比較するため、痛みのクリック回数が“０”の場合と“１“以上の場合のそれぞれの背部重心の軌跡の外周面積の平均値を、安静時の外周面積と比較した結果を、図１６に示す。図１６は、実験２における被験者Ｄによるクリック回数の増加率を示す表である。“Ｄ１回目”から“Ｄ３回目”は、被験者Ｄの１回目から３回目を意味し、“Ｅ”は被験者Ｅを意味する。

【0084】

被験者Ｄ，Ｅとも、クリック回数が“０”の場合、すなわち痛みを感じておらず精神的負担のみかかっている場合にも、外周面積の平均値が変化していた。さらに、クリック回数が“１”以上の場合すなわち治療中の外周面積の平均値は、治療前の外周面積の平均値と比較して、４２．４％増加していた。つまり、痛みを伴うとさらに外周面積が大きく増加することが示された。よって、重心の軌跡の外周面積を用いて、痛みを伴わない精神的負担のみ、及び痛みを伴う心身的負担の両方を計測できることがわかった。ただし、これは、軌跡長のみの計測で心身的負担を評価することを排除するものではない。

【0085】

一方で、図１５において、例えば２１５秒（時間Ｔ１）、２６０秒（時間Ｔ３）、３１５秒（時間Ｔ４）秒付近、及び治療終了後（時間Ｔ５）では、痛みを表すクリック回数が減少したにもかかわらず、外周面積が増加していることがわかった。そこで、被験者Ｄの動きをより詳しく見るため、被験者Ｄの重心位置の変位、特に体の上下方向（頭方向と足方向）に注目して、外周面積とクリック回数との比較を行った。

【0086】

図１７に、実験２における被験者Ｄの背部重心位置のＸ座標及びクリック回数の変化を示す。図１７において、左側の縦軸は背部重心のＸ方向の移動距離（ｃｍ）、右側の縦軸はクリック回数（回）、及び横軸は時間（ｓｅｃ）を表す。ここでは、図１に基づいて、被験者の基準位置よりも頭方向をマイナス値、足方向をプラス値で表している。

【0087】

図１７より、外周面積及びクリック回数ともに大きく反応が出ていた被験者Ｄに関して、クリック回数が増える前（例えば時間Ｔ１，Ｔ３，Ｔ４）から背部重心が頭方向（矢印Ｄ１，Ｄ３，Ｄ４）に変位し、クリック回数がピークを過ぎると（例えば時間Ｔ２）、背部重心の位置が足方向（矢印Ｄ２）に変位することがわかる。これは、被験者Ｄが痛みを感じる前から背部重心が動いていること、また、被験者Ｄが痛みから解放されるときに背部重心が足方向に変位することを表しており、被験者Ｄの精神的負担を測定できる可能性があるということが示された。

【0088】

また、図１７より、痛みのクリック回数が増えていく過程でも背部重心が頭方向に移動することがわかった。つまり、痛みが増加又は継続中に、被験者Ｄの背部重心の位置は頭方向に変位する。治療中に被験者が痛みを感じたとき、背部上部（例えば頭や肩）に力が入ることで、重心が全体的に体の上方向（頭方向）に移動したと考えられる。このように、体の重心位置の変位は、精神的負担レベルの変位を表していると考えられ、外周面積と重心位置の変位を組み合わせて解析することで、被験者の心身的負担をより正確に測定することができる。

【0089】

被験者の重心位置の変位と外周面積とクリック回数の関係は、背部重心と臀部重心ともに同様の傾向であった。

【0090】

図１８は、実験２における被験者の背部の重さｗ１、臀部の重さｗ２及びクリック回数の変化を示すグラフである。左側の縦軸は背部又は臀部の重さ（ｋｇ）、右側の縦軸はクリック回数（回）、及び横軸は時間（ｓｅｃ）を表す。重さに関しては、クリック回数が増えると、背部の重さｗ１の計測値が減少し臀部の重さｗ２の計測値が上昇した。被験者Ｄは痛みを感じると背中上部（例えば首や肩）に力が入り、背部重心が頭方向に大きく動いたと考えられる。それと同時に、背部重心が頭方向に変位することで腰のあたりが歯科用チェアユニット１から離れる方向に動いて背部の重さｗ１の計測値が減少し、それにより、被験者Ｄは頭や肩、臀部で体を支えるような状態になり、臀部の重さｗ２の計測値が上昇したと考えられる。逆に、痛みを表すクリック回数が減る場合には、緊張が解けて体の力が抜けることで、背部重心が体の足方向に移動すると考えられる。なお、図示を省略しているが、クリック回数が極端に少なかった被験者Ｅは、背部重心のＸ座標とＹ座標、背部と臀部の重さの全てにおいてほとんど変化がなかった。

【0091】

［定量的評価］
心身的負担を定量的に評価するために、実験２の測定ごとに治療前、治療中、治療後の背部重心の軌跡の外周面積の平均値をまとめて、図１９に示す。また、実験２の測定ごとに治療前、治療中、治療後の背部重心の軌跡の外周面積の標準偏差をまとめて、図２０に示す。さらに、実験２の各測定における治療前の背部重心の軌跡の外周面積と比較した場合の、治療中及び治療後の背部重心の軌跡の外周面積（百分率）をまとめて、図２１に示す。

【0092】

図１９に示すように、疼痛反応が強く出ていた被験者Ｄでは３回の測定ともに、治療前と比較して、治療中及び治療後に背面重心の軌跡の外周面積が増加していた。また、図２０に示すように、被験者Ｄでは３回の測定ともに、治療前と比較して、治療中及び治療後に外周面積の標準偏差が増加していた。

【0093】

そして、図２１に示すように、被験者Ｄでは、治療前と比較して、治療中には外周面積が約２．５倍変化していたことがわかった。つまり、治療中は、治療前と比較して背面重心が大きく移動したと言える。逆に、疼痛反応が弱かった被験者Ｅでは、治療前と比較して、治療中には背面重心の軌跡の外周面積が約８％だけ変化したことがわかった。

【0094】

そこで、例えば、外周面積において治療前の２．５倍を閾値に設定し、外周面積がこの閾値を超えた場合に被験者が痛みを感じていると判定することとした。また、主観的評価として、痛みのクリック回数の平均値を閾値に設定し、クリック回数がこの閾値を超えた場合に被験者が痛みを感じていると判定することとした。重心動揺を用いた客観的評価と主観的評価が同時に閾値を超えた場合及び同時に閾値を超えなかった場合を判定成功とみなし、判定成功率を算出した。その結果を図２２の表に示す。

【0095】

また、図２２に示すように、今回の実験では、全体（被験者Ｄ，Ｅ）でおよそ６５％の判定成功率であった。痛みをよく感じた被験者Ｄのみに絞れば、判定成功率は約６７％であった。一方、被験者Ｅは、治療中の背面重心の軌跡の外周面積が、治療前の外周面積の２．５倍を超えることがなかったため、被験者Ｅの閾値を被験者Ｄの閾値とは別の値に設定することを検討してもよい。

【0096】

上述した一実施形態によれば、被験者の治療前及び治療後の重心動揺計測結果に基づいて、被験者の痛みの状況、またそれに伴う精神的負担を測定することができる。すなわち、本実施形態によれば、特許文献１のように予め心身状態に対応した既知の心身状態指数を記憶するデータベースを用意することなく、より簡易な構成により、被験者の重心動揺計測結果から被験者の心身的負担を測定することができる。

【0097】

例えば、本実施形態によれば、重心動揺計測装置の計測データ（時系列データ）を用いて、歯科治療中の患者の精神状態や疼痛状況を客観的に測定し、治療中に歯科医師にその結果を伝達できるので（例えば図８参照）、歯科医師は円滑に治療を進行することができる、また、歯科医師が、その測定の結果に基づいて、患者の状態に合わせた治療の継続、延期、又は中止等を決定できるので、例えば治療を一時停止して麻酔を打つなどの治療法の変更が可能になるという効果もある。なお、上述した実施形態では、歯科治療を例に説明したが、他の治療行為に対しても適用可能である。

【0098】

また、本実施形態では、実験１，２を通して重心動揺計測装置４，５のそれぞれの上にクッション８，９を置いて計測を行った。その影響は計測データには見られず、重心動揺計測装置の上にクッションを置いても心身的負担が計測できることがわかった。よって、重心動揺計測装置を歯科用チェアユニット１等の上に置くだけではなく、重心動揺計測装置をユニット内部に組み込んで計測することが可能である。

【0099】

医療用カメラ（ファイバースコープ）を用いて胃などの消化管の内部を観察する内視鏡検査では、患者は側臥位の状態で検査を受ける。このような患者が側臥位の状態であっても、本実施形態にかかる重心動揺計測装置４及び５を備える心身的負担測定システム３０により、患者の心身的負担を測定することが可能である。

【0100】

＜変形例＞
上述した実施形態にかかる心身的負担測定システム３０は、座位状態にある被験者の心身的負担を測定することにも利用できる。図２３に、被験者の座位状態を維持するユニット構造体（例えば椅子）の例を示す上面図及び側面図である。図２３に示す椅子８０は、座面部８２と背もたれ８３とから構成される。歯科用チェアユニット１と同様に、座面部８２の上に板６が設置され、板６の上に重心動揺計測装置４が配置されている。また、重心動揺計測装置４の上には、クッション８が配置されている。情報処理装置２０が、座面部８２の上に配置された重心動揺計測装置４の計測データに基づいて、被験者の心身的負担を測定する。

【0101】

上述した変形例によれば、座位状態にある人の心身的負担を測定することができる。例えば椅子に座って作業をしている作業者に対し、作業の中止、休憩をとることを促すなどの適切な対応が可能となる。

【0102】

また、上述した実施形態では、治療前と治療中の重心動揺の軌跡の外周面積又は軌跡長から閾値を設定する例を説明したが、実際の治療中に閾値を設定してもよい。例えば、治療開始から１分間は初期設定の閾値を用いて治療を行い、この１分間に重心動揺計測装置から得られた計測データとクリック回数から閾値を計算する。これにより、治療中に計測データに基づいて、患者に合わせて閾値を設定することができる。なお、クリック回数を用いずに、重心動揺計測装置の計測データのみに基づいて閾値を設定するようにしてもよい。

【0103】

また、上述した実施形態又は変形例において、仰臥位又は座位の状態にある被験者の心身的負担の測定について説明したが、上述した実施形態は側臥位の状態にある被験者の心身的負担の測定に利用することができる。側臥位の状態にある被験者に対して、被験者の重心動揺に応じた評価指標（外周面積、軌跡長）に、被験者の重心の変位を加味して被験者の心身的負担を判定する場合、主として重心位置の移動方向がＸ方向ではなくＹ方向（図１参照）になる可能性がある。よって、心身的負担の測定に重心位置の変位を加味する場合には、被験者の仰臥位又は側臥位の状態に応じた重心の移動方向と評価指標に基づいて、心身的負担を判定する必要がある。

【0104】

また、心身的負担測定システム３０は、歯科用チェアユニット１と情報処理装置２０から構成されているが、歯科用チェアユニット１に情報処理装置２０が組み込まれていてもよい。歯科用チェアユニット１に組み込まれた情報処理装置２０が測定した結果は、近距離無線通信により、近距離無線通信Ｉ／Ｆを備えた表示装置やタブレット型端末に出力される。また、重心動揺計測装置の計測データをネットワークに接続されたサーバーに送信し、サーバーが被験者の心身的負担を測定し、そして、ネットワークを介して測定の結果をサーバーから表示装置に供給する構成としてもよい。

【0105】

さらに、本発明は上述した各実施形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない範囲において、その他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。

【0106】

例えば、上述した実施形態例は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成要素を備えるものに限定されない。また、上述した実施形態例の構成の一部について、他の構成要素の追加、削除、置換をすることも可能である。

【0107】

また、上記の各構成要素、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路の設計などによりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成要素、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

【符号の説明】

【0108】

１…歯科用チェアユニット、 ２…座面部、 ３…背面部、 ４，５…重心動揺計測装置、 ６，７…板、 ８，９…クッション、１１〜１４…荷重センサ、 ２０…情報処理装置、 ２１…制御装置、 ２２…メモリ、 ２３…不揮発性記録装置、 ２４…表示装置、 ２５…入力装置、 ２６…近距離無線通信Ｉ／Ｆ、 ２７…ネットワークＩ／Ｆ、 ３０…心身的負担測定システム、 ５０…表示画面、 ６０…外周、 ７０…インジケーター、 ８０…椅子、 ８２…座面部、 ８３…背もたれ、 ２１１…重心位置処理部、 ２１２…負担測定処理部、 ２１３…操作回数計測部、 ２１４…出力処理部、 ｓ…外周面積、Ｓｒ１，Ｓｒ２…分割領域

【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19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】