WO2015060267A1 - 覚醒装置、シート及び覚醒度判定方法 - Google Patents
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- the subject includes a seat cushion on which a seated person sits, a seat back that serves as a backrest of the seated person, and the awakening device, This is solved by being disposed in the seat back.
- the seat includes the above-described wake-up device, it is possible to more accurately determine the wake-up state of the seated person than in the case where the wake-up state is determined only by the RRI value.
- the waveform generation unit 73a generates electrocardiographic waveform data as shown in FIG. 3 with the potential difference and time as axes based on the acquired potential difference data in the heart rate sensor 20 (step S22).
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Abstract
覚醒判定のための処理の負荷が低く、覚醒度判定の正確性が高い覚醒装置、当該覚醒装置を備えるシート、及び覚醒度判定方法を提供する。 覚醒装置は、人の心電位信号を取得する心拍センサと、心拍センサから得られた心電位信号を演算する演算部と、心電位信号に係る心電波形についてのRRI波形を生成する波形生成部と、心電位信号に基づいて人の覚醒状態を判定する判定部と、を備える。演算部は、RRI波形のうち、直前のRRIの値よりもRRIの値が低くなる時点をアンカーとして、アンカーの数だけRRI波形を複製し、RRI波形のアンカー時点が同位相となるように、複製したRRI波形の時間軸を移動して、各時間軸におけるRRIの平均値として定義されるPRSA信号を算出する。判定部は、RRIの値とPRSA信号の値とに応じて、人の覚醒状態を判定する。
Description
本発明は、覚醒装置、覚醒装置を備えるシート及び覚醒度判定方法に係り、特に、覚醒度を判定する機能を有する覚醒装置、覚醒装置を備えるシート及び覚醒度判定方法に関する。
近年、安定した車両運転のために運転者の体調変化を検出することが必要となり、このために、運転者の状態を示す各種パラメータを検出して演算することで、体調変化、特に覚醒度の判定する技術が種々提案されている。
例えば、特許文献1には、心拍信号から心拍周期時系列を取得し、心拍周期時系列に高速フーリエ変換処理をし、これによって得られるパワースペクトルの積分を繰り返し行って心拍ゆらぎ低周波成分パワーを取得し、心拍ゆらぎ低周波成分パワーに基づいて運転者の覚醒度を判定する技術が開示されている。
また、特許文献2には、覚醒時において所定拍数分又は所定時間のRRI(R-R Interval)の平均値を超えるRRIの積分値の所定倍を閾値として計算しておき、その後同様にして求めたRRIのうち、上記の平均値を超えるものを積分して求め、この積分値が閾値を超えている時に覚醒度が低下していると判定する技術が開示されている。
特許文献1の技術によると、高速フーリエ変換処理と、パワースペクトルの積分を繰り返し行って、眠気発生の有無を判定する指標となる心拍ゆらぎ低周波成分パワーを算出しなければならなく、その解析処理に時間がかかっていた。このため、覚醒度の判定が遅れることで、着座者への報知が遅れることがあった。
また、データの連続性が損なわれると、正しい結果が出ず、欠損値やノイズ混入に伴い検出が不可能になったり、精度が急激に低下するといったロバスト性が低いことが問題だった。
また、データの連続性が損なわれると、正しい結果が出ず、欠損値やノイズ混入に伴い検出が不可能になったり、精度が急激に低下するといったロバスト性が低いことが問題だった。
また、特許文献2の技術によると、RRIの積分値のみを覚醒度の判定の指標として用いているため、その積分範囲内のRRIの大小に左右されるために検出精度が低かった。例えば、眠気発生の序盤においては、眠気の発生に抗うために交感神経が瞬時的に活発化することがある。この場合に、交感神経が活発化することに伴ってRRIの値が瞬時的に低くなることがあり、このような瞬時的なRRIの低下を含めて積分した値を判定基準とする特許文献2の技術によると、正確に覚醒度を判定することが難しかった。
そのため、覚醒判定のための処理の負荷が低く、覚醒度の判定の正確性が高い覚醒装置、当該覚醒装置を備えるシート、及び覚醒度判定方法が望まれていた。
そのため、覚醒判定のための処理の負荷が低く、覚醒度の判定の正確性が高い覚醒装置、当該覚醒装置を備えるシート、及び覚醒度判定方法が望まれていた。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、覚醒判定のための処理の負荷が低く、覚醒度判定の正確性が高い覚醒装置、当該覚醒装置を備えるシート、及び覚醒度判定方法を提供することにある。
更に、正確な覚醒度の判定に基づいて、人の覚醒状態を好適に維持することを他の目的とする。
更に、正確な覚醒度の判定に基づいて、人の覚醒状態を好適に維持することを他の目的とする。
前記課題は、本願発明の第1の観点に係る覚醒装置によれば、人の心電位信号を取得する心拍センサと、該心拍センサから得られた前記心電位信号を演算する演算部と、前記心電位信号に係る心電波形について、R波の間隔であるRRI(R-R Interval)の所定時間における推移であるRRI波形を生成する波形生成部と、前記心電位信号に基づいて前記人の覚醒状態を判定する判定部と、を備え、前記演算部は、前記波形生成部によって生成された前記RRI波形のうち、直前のRRIの値よりも前記RRIの値が低くなる時点をアンカーとして、前記アンカーの数だけ前記RRI波形を複製し、前記RRI波形の前記アンカー時点が同位相となるように、複製した前記RRI波形の時間軸を移動して、各時間軸における前記RRIの平均値として定義されるPRSA(Phase-Rectified Signal Averaging)信号を算出し、前記判定部は、前記RRIの値と前記PRSA信号の値とに応じて、前記人の覚醒状態と低覚醒状態とを判定すること、により解決される。
このように、判定部が、RRIの値とPRSA信号の値とに応じて、人の覚醒状態と低覚醒状態とを判定することによって、心拍の周波数を解析して覚醒度を判定するものよりも処理負荷を低減することができ、人の覚醒状態を、RRIの値のみによって判定する場合よりも正確に判定することが可能となる。
更に、前記波形生成部は、前記PRSA信号に基づきPRSA信号波形を生成し、生成された前記PRSA信号波形のうち、前記アンカー時点の前記PRSA信号をX(0)、前記アンカー直後の心拍の前記PRSA信号をX(1)、前記アンカー直前の心拍の前記PRSA信号をX(-1)、前記X(-1)が得られる時点の直前の心拍の前記PRSA信号をX(-2)と定義して、下記数式1によってACnを定義した場合に、前記演算部は、所定時間における前記RRIの平均値と前記ACnの平均値とを算出し、前記判定部は、前記演算部によって算出された値を基に、前記RRIの平均値に対して直後の前記RRIの平均値が低くなった場合で、且つ、前記ACnの平均値の定数α倍に対して、直後の前記ACnの平均値が低くなった場合に、前記人が低覚醒状態にあると判定するようにすると好ましい。
このように、演算部は、所定時間におけるRRIの平均値とACnの平均値とを算出し、判定部は、演算部によって算出された値を基に、RRIの平均値に対して次のRRIの平均値が低くなった場合で、且つ、ACnの平均値の定数α倍に対して、次のACnの平均値が低くなった場合に、人が低覚醒状態にあると判定するようにすることで、人の覚醒状態をRRIの値のみによって判定する場合よりも正確な判定が可能となる。
また、前記αは、1.0~2.0であると好ましい。
このように、αを1.0~2.0にすることで、人の覚醒状態の判定をより正確に行うことができる。
このように、αを1.0~2.0にすることで、人の覚醒状態の判定をより正確に行うことができる。
また、前記演算部は、20~300秒ごとに、前記RRIの平均値と前記ACnの平均値とを算出し、前記判定部は、前記演算部によって算出された前記RRIの平均値と前記ACnの平均値とに基づいて覚醒状態を判定するようにしてもよい。
このように、演算部が、20~300秒ごとに、RRIの平均値とACnの平均値とを算出し、判定部は、RRIの平均値とACnの平均値とに基づいて覚醒状態を判定するようにすることで、人の覚醒状態の判定をより正確にすることができる。
このように、演算部が、20~300秒ごとに、RRIの平均値とACnの平均値とを算出し、判定部は、RRIの平均値とACnの平均値とに基づいて覚醒状態を判定するようにすることで、人の覚醒状態の判定をより正確にすることができる。
更に、前記αは、1.4であると好ましい。
このように、前記αが1.4であると、人の覚醒状態の判定をより正確にすることができる。
このように、前記αが1.4であると、人の覚醒状態の判定をより正確にすることができる。
また、前記演算部は、60秒ごとに、前記RRIの平均値と前記ACnの平均値とを算出することようにしてもよい。
このように、演算部は、60秒ごとに、RRIの平均値とACnの平均値とを算出することで、人の覚醒状態の判定をより正確にすることができる。
このように、演算部は、60秒ごとに、RRIの平均値とACnの平均値とを算出することで、人の覚醒状態の判定をより正確にすることができる。
また、前記人又は周囲の者に報知する報知装置と、前記人が低覚醒状態にあると前記判定部が判定した場合に、前記人又は前記周囲の者に報知するように前記報知装置を駆動する駆動部と、を備えるようにすると好ましい。
このように人が低覚醒状態にあると判定部が判定した場合に、駆動部が、人又は周囲の者に報知するように報知装置を駆動するようにすることで、人の覚醒を促したり、人又は周囲の者は、人の覚醒維持のための対策をとることができる。
このように人が低覚醒状態にあると判定部が判定した場合に、駆動部が、人又は周囲の者に報知するように報知装置を駆動するようにすることで、人の覚醒を促したり、人又は周囲の者は、人の覚醒維持のための対策をとることができる。
前記課題は、本願発明の第2の観点に係るシートによれば、着座者が着座するシートクッションと、前記着座者の背もたれとなるシートバックと、前記覚醒装置と、を備え、前記心拍センサは前記シートバックに配設されていることにより解決される。
このように、シートが上記覚醒装置を備えることで、着座者の覚醒状態を、RRIの値のみによって判定する場合よりも正確に判定することが可能となる。
このように、シートが上記覚醒装置を備えることで、着座者の覚醒状態を、RRIの値のみによって判定する場合よりも正確に判定することが可能となる。
前記課題は、本願発明の第3の観点に係る覚醒度判定方法によれば、心電位信号を取得し、前記心電位信号に係る心電波形について、R波の間隔であるRRIの所定時間における推移であるRRI波形を生成し、生成された前記RRI波形のうち、直前のRRIの値よりも前記RRIの値が低くなる時点をアンカーとして、前記アンカーの数だけ前記RRI波形を複製し、複製した前記RRI波形の前記アンカー時点が同位相となるよう時間軸を移動して、各時間軸における前記RRIの平均値として定義されるPRSA信号を算出し、前記RRIの値と前記PRSA信号の値とに応じて、覚醒状態と低覚醒状態とを判定すること、により解決される。
このように、RRIの値とPRSA信号の値とに応じて、人の覚醒状態と低覚醒状態とを判定することによって、心拍の周波数を解析して覚醒度を判定するものよりも処理負荷を低減することができ、人の覚醒状態を、RRIの値のみによって判定する場合よりも正確に判定することが可能となる。
また、前記PRSA信号に基づきPRSA信号波形を生成し、生成された前記PRSA信号波形のうち、前記アンカーの時点の前記PRSA信号をX(0)、前記アンカー直後の心拍の前記PRSA信号をX(1)、前記アンカー直前の心拍の前記PRSA信号をX(-1)、前記X(-1)が得られる時点の直前の心拍の前記PRSA信号をX(-2)と定義して、下記数式1によってACnを定義した場合に、所定時間における前記RRIの平均値と前記ACnの平均値とを算出し、算出された値を基に、前記RRIの平均値に対して次の前記RRIの平均値が低くなった場合で、且つ、前記ACnの平均値の定数α倍に対して、次の前記ACnの平均値が低くなった場合に、低覚醒状態にあると判定するようにしてもよい。
このように、所定時間におけるRRIの平均値とACnの平均値とを算出し、算出された値を基に、RRIの平均値に対して次のRRIの平均値が低くなった場合で、且つ、ACnの平均値の定数α倍に対して、次のACnの平均値が低くなった場合に、人が低覚醒状態にあると判定するようにすることで、人の覚醒状態をRRIの値のみによって判定する場合よりも正確な判定が可能となる。
本発明によれば、心拍の周波数を解析して覚醒度を判定するものよりも処理負荷を低減することができ、人の覚醒状態を正確に判定することが可能な覚醒装置、当該覚醒装置を備えるシート、及び覚醒度判定方法を提供することができる。
また、本発明によれば、人の覚醒状態を好適に維持することができる。
また、本発明によれば、人の覚醒状態を好適に維持することができる。
以下、本発明に係る覚醒装置、覚醒装置を備えるシート、覚醒度判定方法の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
まず、本実施形態に係る覚醒装置10について、図1を参照して説明する。ここで、図1は、本発明の実施形態に係る覚醒装置10の全体構成を示す図である。
本実施形態に係る覚醒装置10は、着座者の覚醒度の判定を心拍に係る電位差信号に基づいて行うものであり、図1に示すように、2枚のシート状の心拍センサ20及び振動モータMをシートバック2の内部に備える車両用シートSと、心拍センサ20に信号処理回路30を介して接続されて振動モータMを制御する制御装置70と、から主に構成される。
本実施形態に係る覚醒装置10は、着座者の覚醒度の判定を心拍に係る電位差信号に基づいて行うものであり、図1に示すように、2枚のシート状の心拍センサ20及び振動モータMをシートバック2の内部に備える車両用シートSと、心拍センサ20に信号処理回路30を介して接続されて振動モータMを制御する制御装置70と、から主に構成される。
車両用シートSは、着座者が着座するシートクッション1と、着座者の背もたれとなるシートバック2とを備え、シートバック2の内部の着座者側近傍に心拍センサ20と振動モータMが設けられている。
心拍センサ20は、静電容量型センサであり、着座者に静電容量結合することによってその身体電位を検出するもので、導電性の金属導体、導電性繊維又は導電性布テープから成る。
信号処理回路30は、心拍センサ20及び制御装置70に接続され、心拍センサ20から検出された身体電位を増幅し、電位差信号を出力し、心電周波数以外の電位差信号のノイズを除去し、デジタル信号に変換する機能を有する。
制御装置70は、不図示のRAMによって構成される格納部72と、不図示のROMに記憶されたプログラムが不図示のCPUによって実行されることによって機能する、電圧波形データを生成する波形生成部73aと、覚醒判定のためのデータ演算を行う演算部73bと、覚醒判定を行う判定部73cと、振動モータMを駆動する駆動部73dとを備える。
格納部72は、演算制御中の信号及び入出力される信号を含むパラメータを一時記憶するものであり、本実施形態においてデジタル信号に変換された電位差信号その他の信号を格納するものである。
波形生成部73aは、心拍センサ20から得られた電位差信号から電圧波形データを生成するものである。
演算部73bは、波形生成部73aによって生成された電圧波形データに基づいて後述する演算を行うものである。
判定部73cは、演算部73bによって演算されたデータを指標として覚醒度の判定を行うものである。
駆動部73dは、着座者の覚醒度の低下の判定に応じて振動モータMを駆動して着座者に振動刺激を付与するものである。
波形生成部73aは、心拍センサ20から得られた電位差信号から電圧波形データを生成するものである。
演算部73bは、波形生成部73aによって生成された電圧波形データに基づいて後述する演算を行うものである。
判定部73cは、演算部73bによって演算されたデータを指標として覚醒度の判定を行うものである。
駆動部73dは、着座者の覚醒度の低下の判定に応じて振動モータMを駆動して着座者に振動刺激を付与するものである。
<覚醒度判定処理>
次に、上記のように構成された覚醒装置10の覚醒度判定処理について、図2~図7を参照して、演算方法を具体的に述べながら説明する。なお、覚醒装置10による覚醒維持処理については後述する。
ここで、図2は、覚醒度判定処理の一例を示すフローチャート、図3は、心電波形を示す模式図である。
更に、図4は、RRIの経時的変化を示す図であり、時間の前後におけるRRIの対比において、直前のRRIよりもRRIが低くなる点をアンカーとした状態を示す図、図5は、図4に示す波形をアンカーの数だけ複製し、複製した波形についてアンカーとした点の時間軸を合わせた状態を示す図、図6は、図5の複数の波形をインデックスで平均化して得られるPRSA信号を示す図である。
更に、図7(a)は、RRIと、RRIの60秒ごとの平均値であるRRImとを示す図、図7(b)は、ACと、ACの60秒ごとの平均値であるACmと、60秒間のACの平均値であるACm(t)をα倍したものとを示す図である。
次に、上記のように構成された覚醒装置10の覚醒度判定処理について、図2~図7を参照して、演算方法を具体的に述べながら説明する。なお、覚醒装置10による覚醒維持処理については後述する。
ここで、図2は、覚醒度判定処理の一例を示すフローチャート、図3は、心電波形を示す模式図である。
更に、図4は、RRIの経時的変化を示す図であり、時間の前後におけるRRIの対比において、直前のRRIよりもRRIが低くなる点をアンカーとした状態を示す図、図5は、図4に示す波形をアンカーの数だけ複製し、複製した波形についてアンカーとした点の時間軸を合わせた状態を示す図、図6は、図5の複数の波形をインデックスで平均化して得られるPRSA信号を示す図である。
更に、図7(a)は、RRIと、RRIの60秒ごとの平均値であるRRImとを示す図、図7(b)は、ACと、ACの60秒ごとの平均値であるACmと、60秒間のACの平均値であるACm(t)をα倍したものとを示す図である。
本実施形態に係る覚醒度判定処理は、覚醒低下状態の初期段階に生じ、意識的に眠気を覚まそうとする際の交感神経の活性化に伴って低下する後述するAC(Acceleration Capacity)を覚醒判定の指標の一つとして実行される処理である。
本実施形態に係る覚醒度判定処理の流れを説明しながら各処理内容の詳細を説明する。まず、心拍センサ20は、車両のエンジンを始動又は不図示のスタートスイッチの押下に応じて、着座者から生体電位に応じた電位信号を検出する。
心拍センサ20によって検出された電位信号は、信号処理回路30を介して、制御装置70の格納部72に電位差データとして格納される。つまり、制御装置70が、着座者の心拍に係る電位差データを取得する(ステップS11)。
次に、波形生成部73aが、取得された心拍センサ20における電位差データに基づき、電位差と時間とを軸とする図3に示すような心電波形データを生成する(ステップS12)。
次に、演算部73bが、生成された心電波形データのうち、電位差が瞬時的に大きく現れる波形であるR波と隣接するR波との時間的間隔であるRRIを算出し、図7(a)に示すように、60秒を1区間として、区間ごとにRRIの平均値RRImを算出する。
次に、判定部73cは、算出された1区間のRRIm(t)と、次の区間のRRIm(t+1)とを比較して、RRIm(t+1)が直前のRRIm(t)よりも低い値であるかを判定する(ステップS13)。
RRIm(t+1)がRRIm(t)よりも低い値であると判定した場合(ステップS13:Yes)、演算部73bは、PRSA(Phase-Rectified Signal Averaging)信号を算出する(ステップS14)。RRIm(t+1)がRRIm(t)以上の値であれば(ステップS13:No)、判定部73cは、着座者が覚醒状態にあると判定する(ステップS18)。
ここで、PRSA信号とは、RRIの所定の変動時点を基準として、選択した所定期間のRRIを、部分時系列で平均化したものをいう。
PRSA信号の算出方法について、図4~図6を参照して具体的に説明する。図4~6は、RRIを縦軸とし、経時的順序を示すインデックスを横軸とする図である。
図4に示すように、RRIを10点計測したグラフ(つまり、心拍の11拍のデータに基づくRRIのグラフ)から、そのそれぞれのRRIの値のうち、その値が得られる直前のRRIの値よりも低くなっている点をアンカーγ1,γ2,γ3とする。
なお、データ誤検出による影響を軽減するため、直前のRRIから5%を超える減少があるものについては、アンカーの設定対象から除外する。
PRSA信号の算出方法について、図4~図6を参照して具体的に説明する。図4~6は、RRIを縦軸とし、経時的順序を示すインデックスを横軸とする図である。
図4に示すように、RRIを10点計測したグラフ(つまり、心拍の11拍のデータに基づくRRIのグラフ)から、そのそれぞれのRRIの値のうち、その値が得られる直前のRRIの値よりも低くなっている点をアンカーγ1,γ2,γ3とする。
なお、データ誤検出による影響を軽減するため、直前のRRIから5%を超える減少があるものについては、アンカーの設定対象から除外する。
次に、図5に示すように、アンカーγ1,γ2,γ3の数だけ、つまり、本説明においては3つだけ、RRIを結ぶグラフを複製して、アンカーγ1,γ2,γ3の横軸についてのインデックスが同位相となるように、RRIを結ぶグラフを横軸方向に平行移動して揃える。そして、横軸のインデックスが一致するRRIの平均値を算出し、インデックスそれぞれのRRIの平均値を繋げたものとして算出されるものが、図5に示し、図6に拡大して示すPRSA信号である。このように、アンカーγ1,γ2,γ3を設定して各インデックスにおいて平均値を算出して得られるPRSA信号によって、瞬時的な心拍数の減少の前後において共通する特性を有する変動パターンが得られる。
また、以下の説明において、同位相となるように揃えたアンカーγ1,γ2,γ3を単にアンカーγという。なお、上記説明においては、理解を容易にするため3つのRRIを結ぶグラフからPRSA信号を算出するものとして説明したが、図5に示すPRSA信号は、より多くのRRIを結ぶグラフを複製し合成したものを例示している。
次に、演算部73bは、算出されたPRSA信号に基づいてACを算出する(ステップS15)。
ここで、ACとは、PRSA信号によって平均化されたRRIの減少部分を解析することによって、交感神経の活動を定量化するためのものである。ACは、アンカーγ時点のPRSA信号をX(0)、アンカーγ直後のPRSA信号をX(1)、アンカーγ直前のPRSA信号をX(-1)、X(-1)が得られる時点の直前のPRSA信号をX(-2)と定義した場合に、下記式1によって定義される値である。
ここで、ACとは、PRSA信号によって平均化されたRRIの減少部分を解析することによって、交感神経の活動を定量化するためのものである。ACは、アンカーγ時点のPRSA信号をX(0)、アンカーγ直後のPRSA信号をX(1)、アンカーγ直前のPRSA信号をX(-1)、X(-1)が得られる時点の直前のPRSA信号をX(-2)と定義した場合に、下記式1によって定義される値である。
ここで、ACの算出に、PRSA信号のうち上記の4点を用いており、隣接するRRIの減少傾向を示すものとして十分であるが、これに限らず、更に多くの点を用いて算出するようにしてもよい。
次に、60秒を1区間として区間ごとにACの平均値を算出し、隣接する区間のACの平均値を比較する。具体的には、図7(b)に示すように、隣接する区間のACの平均値をACm(t)、ACm(t+1)、とした場合に、直前のACm(t)のα倍と直後のACm(t+1)とを比較する(ステップS16)。ここで、係数αは、1.0~2.0であり、より好ましくは1.4である。
このように比較して、ACm(t+1)がACm(t)のα倍よりも低い値であれば(ステップS16:Yes)、着座者が低覚醒状態にあると判定する(ステップS17)。一方、ACm(t+1)がACm(t)のα倍以上の値であれば(ステップS16:No)、着座者が覚醒状態にあると判定する(ステップS18)。
最後に、制御装置70は、着座者による不図示のストップスイッチの押下等による処理終了の指示があるかどうかを判断し(ステップS19)、指示がない場合には電位差データを取得するステップS11に戻り(ステップS19:No)、処理終了の指示がある場合には処理を終了する(ステップS19:Yes)。
上記覚醒度判定処理については、特に、ステップS13に記載のRRIm(t+1)がRRIm(t)よりも小さいという条件と、ステップS16に記載のACm(t+1)がACm(t)のα倍よりも小さいという条件の双方を満たしていなければ、総合評価として低覚醒状態であると判定されない。
なお、ステップS13においてRRIの平均値であるRRImを算出する区間、及びステップS16においてACの平均値であるACmを算出する区間に関して、60秒を1区間としたが、これに限らず、20~300秒を1区間としてもよい。この区間を長く設定するほど、覚醒判定が遅くなるが、各パラメータを平均化するための抽出データ数が多くなるため覚醒判定の信頼性は高くなる。
なお、ステップS13においてRRIの平均値であるRRImを算出する区間、及びステップS16においてACの平均値であるACmを算出する区間に関して、60秒を1区間としたが、これに限らず、20~300秒を1区間としてもよい。この区間を長く設定するほど、覚醒判定が遅くなるが、各パラメータを平均化するための抽出データ数が多くなるため覚醒判定の信頼性は高くなる。
<具体的な覚醒判定例>
次に、覚醒装置10を搭載した車両を運転した場合に、上記の覚醒度判定処理がどのようになされるかを、図8、図9に示す実測データを参照して、具体的に説明する。
ここで、図8は、カーブ連続走行時における被験者のRRImとACmの変化を示す図、図9は、高速道路走行時における被験者のRRImとACmの変化を示す図である。
次に、覚醒装置10を搭載した車両を運転した場合に、上記の覚醒度判定処理がどのようになされるかを、図8、図9に示す実測データを参照して、具体的に説明する。
ここで、図8は、カーブ連続走行時における被験者のRRImとACmの変化を示す図、図9は、高速道路走行時における被験者のRRImとACmの変化を示す図である。
これらの図において、各時点のグラフに示されたRRImは、その時点後1分間に得られたRRIの平均値であり、同様に、各時点のグラフに示されたACmは、その時点後1分間に得られたACの平均値である。特に、本実測における覚醒判定において、前後区間のACmを比較するための定数αを1.4と設定して、各グラフに示して覚醒評価をするものとする。
(カーブ連続走行時のデータについて)
まず、カーブ連続走行時のRRImについて着目する。図8において、2,7分時点のRRImを示すポイントに破線の円を囲んで示す。ここで示すように、1分時点のグラフに示されたRRImに比較して、その直後の区間について示す2分時点のグラフに示されたRRImの値は低下しており、また、6分時点のグラフに示されたRRImに比較して、その直後である7分時点のグラフに示されたRRImの値は低下している。つまり、これらの破線の円で囲んだ時点においては、低覚醒状態であると判定されるRRImの条件は満たすこととなる。
まず、カーブ連続走行時のRRImについて着目する。図8において、2,7分時点のRRImを示すポイントに破線の円を囲んで示す。ここで示すように、1分時点のグラフに示されたRRImに比較して、その直後の区間について示す2分時点のグラフに示されたRRImの値は低下しており、また、6分時点のグラフに示されたRRImに比較して、その直後である7分時点のグラフに示されたRRImの値は低下している。つまり、これらの破線の円で囲んだ時点においては、低覚醒状態であると判定されるRRImの条件は満たすこととなる。
更に、カーブ連続走行時のACmについて着目する。8分時点のACmを示すポイントに破線の円を囲んで示す。ここで示すように、7分時点に記載されたACmをα倍したものと比較して、その直後の区間について示す8分時点のACmの値は低下している。つまり、この破線の円で囲んだ時点においては、低覚醒状態であると判定されるACmの条件は満たすこととなる。
しかしながら、上記のように、低覚醒と判断されるためのRRImの条件とACmの条件の双方を同区間において満たしていなければ、総合評価として低覚醒状態であると判定されない。結果として、カーブ連続走行時の被験者については、図8に示されるデータによっては、全区間において低覚醒状態ではなく、換言すると、覚醒状態が維持されていたと判定される。
(高速道路走行時のデータについて)
次に、高速道路走行時のRRImについて着目する。図9に、測定開始後の2,3,6,8分時点のRRImを示すポイントに破線の円で囲んで示す。ここで示すように、それぞれの直前のRRImに比較して、その直後の区間について示す2,3,6,8分時点のRRImの値は低下しており、これらの破線の円で囲んだ時点においては、低覚醒状態であると判定されるRRImの条件は満たすこととなる。
次に、高速道路走行時のRRImについて着目する。図9に、測定開始後の2,3,6,8分時点のRRImを示すポイントに破線の円で囲んで示す。ここで示すように、それぞれの直前のRRImに比較して、その直後の区間について示す2,3,6,8分時点のRRImの値は低下しており、これらの破線の円で囲んだ時点においては、低覚醒状態であると判定されるRRImの条件は満たすこととなる。
更に、高速道路走行時のACmについて着目すると、測定開始後の1,2,4,8分時点のACmを示すポイントに破線の円を囲んで示すように、それぞれの直前の時点に記載されたACmをα倍したものと比較して、その直後の区間について示す1,2,4,8分時点のACmの値は低下している。これらの破線の円で囲んだ時点においては、低覚醒状態であると判定されるACmの条件は満たすこととなる。
ここで、2,8分時点においては、低覚醒と判断されるためのRRImの条件とACmの条件との双方を満たしている。よって、高速走行時の被験者においては、総合評価として、2,8分時点で低覚醒状態であると判断されることとなる。
<覚醒維持処理>
次に、上記の覚醒度判定処理によって低覚醒状態であるという判定結果に応じて振動モータMを駆動する覚醒維持処理について説明する。
まず、心拍センサ20は、車両のエンジンを始動又は不図示のスタートスイッチの押下に応じて、着座者から生体電位に応じた電位信号を検出する。
次に、上記の覚醒度判定処理によって低覚醒状態であるという判定結果に応じて振動モータMを駆動する覚醒維持処理について説明する。
まず、心拍センサ20は、車両のエンジンを始動又は不図示のスタートスイッチの押下に応じて、着座者から生体電位に応じた電位信号を検出する。
心拍センサ20によって検出された電位信号は、信号処理回路30を介して、制御装置70の格納部72に電位差データとして格納される。つまり、制御装置70が、着座者の心拍に係る電位差データを取得する(ステップS21)。
次に、波形生成部73aが、取得された心拍センサ20における電位差データに基づき、電位差と時間とを軸とする図3に示すような心電波形データを生成する(ステップS22)。
次に、演算部73bが、生成された心電波形データのうち、電位差が瞬時的に大きく現れる波形であるR波と隣接するR波との時間的間隔であるRRIを算出し、図7(a)に示すように、60秒を1区間として区間ごとにRRIの平均値RRImを算出する。
次に、判定部73cは、算出されたRRIm(t)と、次の60秒間の平均であるRRIm(t+1)とを比較して、RRIm(t+1)が直前のRRIm(t)よりも低い値であるかを判定する(ステップS23)。
判定部73cが、RRIm(t+1)がRRIm(t)以上の値であると判定した場合(ステップS23:No)、電位差データを取得するステップS21に戻り、判定部73cが、RRIm(t+1)がRRIm(t)よりも低い値であると判定した場合(ステップS23:Yes)、演算部73bは、PRSA信号を算出する(ステップS24)。
更に、演算部73bは、算出されたPRSA信号に基づいてACを算出する(ステップS25)。
次に、60秒を1区間として区間ごとにACの平均値を算出し、隣接する区間のACの平均値を比較する。具体的には、図7に示すように、隣接する区間のACの平均値をACm(t)、ACm(t+1)、とした場合に、直前のACm(t)のα倍と直後のACm(t+1)とを比較する(ステップS26)。ここで、係数αは、1.0~2.0であり、より好ましくは1.4である。
このように比較して、ACm(t+1)がACm(t)のα倍以上であれば(ステップS26:No)、電位差データを取得するステップS21に戻り、一方、ACm(t+1)がACm(t)のα倍よりも低い値であれば(ステップS26:Yes)、駆動部73dは、振動モータMを駆動する(ステップS27)。
駆動部73dは、振動モータMの駆動を所定時間継続し(ステップS28)、その後に振動モータMを停止する(ステップS29)。
最後に、制御装置70は、着座者による不図示のストップスイッチの押下等による処理終了の指示があるかどうかを判断し(ステップS30)、指示がない場合には電位差データを取得するステップS21に戻り(ステップS30:No)、処理終了の指示がある場合には処理を終了する(ステップS30:Yes)。
上記の覚醒維持処理によって、着座者の覚醒が低下していることを示すRRImとACmの条件が揃った場合に、振動モータMを駆動して着座者に刺激を付与することができ、効果的に着座者の覚醒を維持することができる。
なお、ステップS23においてRRIの平均値であるRRImを算出する区間、及びステップS26においてACの平均値であるACmを算出する区間に関して、60秒を1区間としたが、これに限らず、20~300秒を1区間としてもよい。この区間を長く設定するほど、覚醒判定が遅くなるが、各パラメータを平均化するための抽出データ数が多くなるため覚醒判定の信頼性は高くなる。
更に、上記実施形態においては、覚醒判定の比較対象として、PRSA信号のうち、X(1)、X(-1)、X(0)、X(-2)という指標の数である定数4で割ったものの平均値としてのACmを隣接する区間で比較しているが、前後の区間のACを比較した場合に、定数4は前後の区間に共通して存在するため、ACの定義式中の分母にある定数4は必ずしも必要なものではない。よって、前後の区間のACの平均値を比較するのではなく、次に式2として定義するACnの平均値を比較するようにしてもよい。
本実施形態では、主として本発明に係る覚醒装置、シート、覚醒度判定方法に関して説明した。
ただし、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
ただし、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
例えば、上記実施形態において、覚醒装置が、着座者の低覚醒状態を判定した場合に、振動モータMによって、着座者に刺激を加えるものとして説明したが、刺激による報知方法に限らず、他の形態によって低覚醒状態を報知するようにしてもよい。例えば、覚醒装置は、低覚醒状態と判定した場合に、スピーカーによってアラーム音声を発するようにしてもよく、発光器によって、光を発するようにしてもよい。更に、同乗者に知らせるように、車内に設けられたディスプレイに表示するようにしてもよい。
上記実施形態では、具体例として自動車搭載可能な車両用シートについて説明したが、これに限定されることなく、飛行機、船等の乗物用シートとしても利用することができる。更には、映画館用、劇場用のシート、リラクゼーションシート等のその他のシートに採用するようにしてもよい。
S 車両用シート
1 シートクッション
2 シートバック
10 覚醒装置
20 心拍センサ
30 信号処理回路
70 制御装置
72 格納部
73a 波形生成部
73b 演算部
73c 判定部
73d 駆動部
M 振動モータ
1 シートクッション
2 シートバック
10 覚醒装置
20 心拍センサ
30 信号処理回路
70 制御装置
72 格納部
73a 波形生成部
73b 演算部
73c 判定部
73d 駆動部
M 振動モータ
Claims (10)
- 人の心電位信号を取得する心拍センサと、
該心拍センサから得られた前記心電位信号を演算する演算部と、
前記心電位信号に係る心電波形について、R波の間隔であるRRI(R-R Interval)の所定時間における推移であるRRI波形を生成する波形生成部と、
前記心電位信号に基づいて前記人の覚醒状態を判定する判定部と、を備え、
前記演算部は、前記波形生成部によって生成された前記RRI波形のうち、直前のRRIの値よりも前記RRIの値が低くなる時点をアンカーとして、前記アンカーの数だけ前記RRI波形を複製し、前記RRI波形の前記アンカー時点が同位相となるように、複製した前記RRI波形の時間軸を移動して、各時間軸における前記RRIの平均値として定義されるPRSA(Phase-Rectified Signal Averaging)信号を算出し、
前記判定部は、前記RRIの値と前記PRSA信号の値とに応じて、前記人の覚醒状態と低覚醒状態とを判定することを特徴とする覚醒装置。 - 前記波形生成部は、前記PRSA信号に基づきPRSA信号波形を生成し、
生成された前記PRSA信号波形のうち、前記アンカー時点の前記PRSA信号をX(0)、前記アンカー直後の心拍の前記PRSA信号をX(1)、前記アンカー直前の心拍の前記PRSA信号をX(-1)、前記X(-1)が得られる時点の直前の心拍の前記PRSA信号をX(-2)と定義して、下記数式1によってACnを定義した場合に、
前記演算部は、所定時間における前記RRIの平均値と前記ACnの平均値とを算出し、
前記判定部は、前記演算部によって算出された値を基に、前記RRIの平均値に対して直後の前記RRIの平均値が低くなった場合で、且つ、前記ACnの平均値の定数α倍に対して、直後の前記ACnの平均値が低くなった場合に、前記人が低覚醒状態にあると判定することを特徴とする請求項1に記載の覚醒装置。
- 前記αは、1.0~2.0であることを特徴とする請求項2に記載の覚醒装置。
- 前記演算部は、20~300秒ごとに、前記RRIの平均値と前記ACnの平均値とを算出し、
前記判定部は、前記演算部によって算出された前記RRIの平均値と前記ACnの平均値とに基づいて前記人の覚醒状態を判定することを特徴とする請求項2又は3に記載の覚醒装置。 - 前記αは、1.4であることを特徴とする請求項2に記載の覚醒装置。
- 前記演算部は、60秒ごとに、前記RRIの平均値と前記ACnの平均値とを算出することを特徴とする請求項4に記載の覚醒装置。
- 前記人又は周囲の者に報知する報知装置と、前記人が低覚醒状態にあると前記判定部が判定した場合に、前記人又は前記周囲の者に報知するように前記報知装置を駆動する駆動部と、を備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の覚醒装置。
- 着座者が着座するシートクッションと、前記着座者の背もたれとなるシートバックと、請求項1に記載の覚醒装置と、を備え、
前記心拍センサは前記シートバックに配設されていることを特徴とするシート。 - 心電位信号を取得し、
前記心電位信号に係る心電波形について、R波の間隔であるRRIの所定時間における推移であるRRI波形を生成し、
生成された前記RRI波形のうち、直前のRRIの値よりも前記RRIの値が低くなる時点をアンカーとして、前記アンカーの数だけ前記RRI波形を複製し、前記RRI波形の前記アンカー時点が同位相となるように、複製した前記RRI波形の時間軸を移動して、各時間軸における前記RRIの平均値として定義されるPRSA信号を算出し、
前記RRIの値と前記PRSA信号の値とに応じて、覚醒状態と低覚醒状態とを判定することを特徴とする覚醒度判定方法。 - 前記PRSA信号に基づきPRSA信号波形を生成し、
生成された前記PRSA信号波形のうち、前記アンカー時点の前記PRSA信号をX(0)、前記アンカー直後の心拍の前記PRSA信号をX(1)、前記アンカー直前の心拍の前記PRSA信号をX(-1)、前記X(-1)が得られる時点の直前の心拍の前記PRSA信号をX(-2)と定義して、下記数式1によってACnを定義した場合に、
所定時間における前記RRIの平均値と前記ACnの平均値とを算出し、
算出された値を基に、前記RRIの平均値に対して直後の前記RRIの平均値が低くなった場合で、且つ、前記ACnの平均値の定数α倍に対して、直後の前記ACnの平均値が低くなった場合に、低覚醒状態にあると判定することを特徴とする請求項9に記載の覚醒度判定方法。
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