JP2009261419A - Biological state estimating device, program, and recording medium - Google Patents

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  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biological state estimating device highly accurately estimating a biological state even in a situation that it is difficult to highly accurately estimate the biological state while driving or the like, for instance. <P>SOLUTION: In a step 200, whether an electrocardiographic sensor 1 and the hand of a driver are in contact with each other is decided. In a step 210, whether or not a heartbeat interval calculated from an electrocardiographic waveform is within a prescribed range is decided. When decided that the contact state with the electrocardiographic sensor 1 is not appropriate in the step 200 or when decided that the data of the heartbeat interval are abnormal in the step 210, whether or not a pulse wave sensor 3 and the hand of the driver are in contact with each other is decided in a step 230. In a step 240, whether or not a pulse wave interval calculated from a pulse wave waveform is within a prescribed range is decided. In a step 250, since a pulse interval is normal, the heartbeat interval is interpolated using the pulse rate interval, and the heartbeat interval is output to a storage device 17 and a display device 19. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば車両に搭載されてドライバ等の生体の状態を推定できる生体状態推定装置及びプログラム並びに記録媒体に関する。   The present invention relates to a biological state estimation device, a program, and a recording medium that are mounted on a vehicle and can estimate the state of a biological body such as a driver.

従来より、運転中のドライバの状態を推定する方法として、ドライバの心拍数を測定し、その心拍数の変化からドライバの状態を判定する技術が提案されている(特許文献1参照)。この技術では、心電信号から心拍数を精度良く検出するために、心拍間隔の状態に基づいて心拍数のデータのチェックしている。   Conventionally, as a method for estimating the state of a driver during driving, a technique for measuring the driver's heart rate and determining the state of the driver from the change in the heart rate has been proposed (see Patent Document 1). In this technique, in order to accurately detect the heart rate from the electrocardiogram signal, the heart rate data is checked based on the state of the heart rate interval.

またこれとは別に、医療分野において患者の状態を把握するために、患者の心拍数と心拍間隔とを求める場合、心電図の代替えとして脈波を用いる技術が提案されている(特許文献2参照)。この技術は、脈波センサによって得られた脈波R−R間隔を心拍間隔と等価とみなして、心拍間隔を求めるものである。
特開平6−22914号公報 特開平8−229013号公報
In addition, in order to determine the patient's heart rate and heart rate interval in the medical field, a technique using a pulse wave as an alternative to an electrocardiogram has been proposed (see Patent Document 2). . In this technique, the pulse wave R-R interval obtained by the pulse wave sensor is regarded as equivalent to the heart beat interval, and the heart beat interval is obtained.
JP-A-6-22914 JP-A-8-229013

心電信号は、皮膚に電極を貼り付けて、電極2点間での電位差を増幅することにより検出できるが、例えばステアリングの左右に電極を埋め込んだセンサによる計測の場合や、車内振動下での計測時などでは、心電波形が不安定となることがあり、心電R波と心電R波との時間間隔である心拍間隔、ひいては、そこから算出できる生体指標、例えば心拍数やゆらぎを示す心拍間隔の変動値などの算出が困難となるという問題も生ずる。   An electrocardiogram signal can be detected by applying an electrode to the skin and amplifying the potential difference between the two electrodes. For example, in the case of measurement by a sensor in which electrodes are embedded on the left and right of the steering, At the time of measurement, the electrocardiogram waveform may become unstable, and the heart rate interval, which is the time interval between the electrocardiogram R wave and the electrocardiogram R wave, and thus the biometric index that can be calculated from it, such as the heart rate and fluctuation, There also arises a problem that it becomes difficult to calculate the fluctuation value of the heartbeat interval shown.

このような場合、前記特許文献1の技術では、前後の正常な心拍間隔データの中間値で補間しているが、根拠のない補間値では誤差が発生するという問題がある。
また、前記特許文献2の技術においては、心電信号と脈波信号の位相差は、血圧や血管などユーザの状態により変化するため、脈拍間隔と心拍間隔は完全に1:1とはいえず、その誤差が考慮されていないという問題がある。つまり、日常、様々な環境下で計測する場合は、その差を考慮する必要があるが、現状では、脈拍間隔は単に心拍間隔の代替(置き換え)として使用されるだけであり、よって、その誤差を考慮することなく、心拍間隔の変動値を表示したり被験者の状態を推定することは適当でない。
In such a case, the technique of Patent Document 1 interpolates with the intermediate value of the normal heartbeat interval data before and after, but there is a problem that an error occurs with an unfounded interpolation value.
In the technique of Patent Document 2, the phase difference between the electrocardiogram signal and the pulse wave signal changes depending on the state of the user such as blood pressure and blood vessels, so the pulse interval and the heart beat interval cannot be said to be completely 1: 1. There is a problem that the error is not taken into consideration. In other words, when measuring in various environments every day, it is necessary to consider the difference. However, at present, the pulse interval is merely used as a replacement (replacement) of the heart rate interval, and therefore the error Without considering the above, it is not appropriate to display the fluctuation value of the heartbeat interval or to estimate the state of the subject.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、心拍間隔を精度良く検出できる生体状態推定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a biological state estimation apparatus that can accurately detect a heartbeat interval.

(1)請求項1の発明は、心電波形取得手段によって得られた生体の心電波形と、脈波波形取得手段によって得られた生体の脈波波形とに基づいて、生体の状態を推定する生体状態推定装置であって、前記心電波形が心拍を検出するのに適切でない状態であるか否かを判定する測定状態判定手段と、前記測定状態判定手段によって前記心電波形が心拍を検出するのに適切でない状態であると判定された場合には、前記脈波波形を用いて前記心電波形の補間を行う補間手段と、を備えたことを特徴とする。   (1) The invention of claim 1 estimates the state of the living body based on the electrocardiographic waveform of the living body obtained by the electrocardiographic waveform acquiring means and the pulse wave waveform of the living body obtained by the pulse wave waveform acquiring means. And a measurement state determination unit that determines whether or not the electrocardiogram waveform is not suitable for detecting a heartbeat, and the measurement state determination unit determines whether the electrocardiogram waveform is a heartbeat. Interpolation means for interpolating the electrocardiographic waveform using the pulse wave waveform when it is determined that the state is not appropriate for detection is provided.

本発明では、心電波形が心拍を検出するのに適切でない状態であるか否かを判定し、心電波形が心拍を検出するのに適切でない状態であると判定された場合には、脈波波形を用いて心電波形の補間を行う。   In the present invention, it is determined whether or not the electrocardiogram waveform is not suitable for detecting a heartbeat. When it is determined that the electrocardiogram waveform is not suitable for detecting a heartbeat, Interpolate ECG waveform using wave waveform.

従って、心拍を検出するのに好ましい心電波形が得られない場合であっても、常に高い精度で心拍間隔を検出することができる。よって、この心拍間隔を用いて、心拍数や心拍間隔の変動量を示す指標などの算出ができるので、これらの指標等を用いて生体の状態を精度良く推定することができる。   Accordingly, even when an electrocardiogram waveform preferable for detecting a heartbeat cannot be obtained, the heartbeat interval can always be detected with high accuracy. Therefore, since the heart rate and the index indicating the fluctuation amount of the heart rate interval can be calculated using this heart rate interval, the state of the living body can be accurately estimated using these indexes.

ここで、心電波形が心拍を検出するのに適切でない状態としては、例えばセンサの装着状態が不十分な場合(電極の非接触等)や、車両振動等によってノイズが発生する場合が挙げられる。つまり、この様な状態では、正確な心拍間隔を求めるのに必要な心電波形が得られないことがある。   Here, examples of the state in which the electrocardiogram waveform is not appropriate for detecting the heartbeat include a case where the sensor is not sufficiently worn (such as non-contact of electrodes) and a case where noise is generated due to vehicle vibration or the like. . That is, in such a state, an electrocardiographic waveform necessary for obtaining an accurate heartbeat interval may not be obtained.

(2)請求項2の発明では、 前記測定状態判定手段は、前記心電波形取得手段と前記生体との接触状態又は前記脈波波形取得手段と前記生体との接触状態を検出する接触状態検出手段から信号に基づいて、心拍の検出に適した状態か否かを判定することを特徴とする。   (2) In the invention of claim 2, the measurement state determination means detects a contact state between the electrocardiogram waveform acquisition means and the living body or a contact state between the pulse wave waveform acquisition means and the living body. Based on the signal from the means, it is determined whether or not the state is suitable for heartbeat detection.

例えば心電センサの様な心電波形取得手段が生体に適正に装着されていない場合(例えば電極に接触していない場合)には、正確な心電波形が得られない。従って、心電波形取得手段と生体との接触状態を、例えば接触インピーダンスセンサの様な接触状態検出手段で検出することにより、心拍の検出に適した状態か否かを判定することができる。   For example, when an electrocardiographic waveform acquisition means such as an electrocardiographic sensor is not properly attached to a living body (for example, when it is not in contact with an electrode), an accurate electrocardiographic waveform cannot be obtained. Therefore, by detecting the contact state between the electrocardiogram waveform acquisition means and the living body using a contact state detection means such as a contact impedance sensor, it is possible to determine whether or not the state is suitable for heartbeat detection.

同様に、脈波センサの様な脈波波形取得手段が生体に適正に装着されていない場合(例えばセンサとの間に隙間がある場合)には、正確な脈波波形が得られない。従って、脈波波形取得手段と生体との接触状態を、例えば圧力センサの様な接触状態検出手段で検出することにより、脈拍の検出に適した状態か否かを判定することができる。   Similarly, when a pulse wave waveform acquisition unit such as a pulse wave sensor is not properly attached to the living body (for example, when there is a gap between the sensor and the sensor), an accurate pulse wave waveform cannot be obtained. Therefore, by detecting the contact state between the pulse wave waveform acquisition means and the living body using a contact state detection means such as a pressure sensor, it can be determined whether or not the state is suitable for detecting a pulse.

(3)請求項3の発明では、前記測定状態判定手段は、心拍間隔が所定の許容範囲を外れたか否かによって、心拍の検出に適した状態か否かを判定することを特徴とする。
心拍間隔が通常ではありえない程度に過大な場合や過少な場合には、例えばセンサの装着ミスやノイズ等が原因である考えられるので、その様な場合には、心拍の検出に適した状態ではないと判定する。これにより、心拍の検出に適した状態か否かの状態判定を精度良く行うことができる。
(3) The invention according to claim 3 is characterized in that the measurement state determination means determines whether or not the heartbeat interval is suitable for detection of a heartbeat depending on whether or not the heartbeat interval is out of a predetermined allowable range.
If the heart rate interval is too large or too small to be normal, it may be caused by, for example, a sensor installation error or noise, so in such a case, it is not suitable for heart rate detection. Is determined. Thereby, it is possible to accurately determine whether or not the state is suitable for heartbeat detection.

(4)請求項4の発明では、前記補間手段は、心拍間隔を脈拍間隔で補間することを特徴とする。
例えば心電センサによって得られた心拍間隔と例えば脈波センサによって得られた脈拍間隔とは、後述する図4に示す様に、完全ではないものの、ほぼ1:1の対応関係にあるので、精度の高い心電間隔が得られない期間は、脈波間隔を用いて補間することができる。
(4) The invention of claim 4 is characterized in that the interpolation means interpolates a heartbeat interval with a pulse interval.
For example, a heartbeat interval obtained by an electrocardiographic sensor and a pulse interval obtained by a pulse wave sensor, for example, are not perfect as shown in FIG. A period during which a high ECG interval cannot be obtained can be interpolated using the pulse wave interval.

(5)請求項5の発明では、前記補間手段は、脈波波形、脈波の1階微分波形、及び波形の2階微分波形のいずれかの特徴点を用いて脈拍間隔を求め、該脈拍間隔を用いて心拍間隔を補間することを特徴とする。   (5) In the invention of claim 5, the interpolating means obtains a pulse interval using a feature point of any one of a pulse waveform, a first-order differential waveform of the pulse wave, and a second-order differential waveform of the waveform, It is characterized by interpolating the heartbeat interval using the interval.

脈拍間隔は、脈拍毎の波形に繰り返して現れるピーク等を示す特徴点、即ち、脈波波形の特徴点(例えば周知の進行波のピークP1等)や、脈波の1階微分波形の特徴点(例えば速度脈波のa1等)や、波形の2階微分波形の特徴点(例えば加速度脈波のa等)を用いて算出することができる。   The pulse interval is a characteristic point indicating a peak or the like repeatedly appearing in the waveform for each pulse, that is, a characteristic point of the pulse wave waveform (for example, a well-known traveling wave peak P1 or the like) or a characteristic point of the first-order differential waveform of the pulse wave. (For example, a1 of the velocity pulse wave) or a feature point of the second-order differential waveform of the waveform (for example, a of the acceleration pulse wave) can be used for calculation.

(6)請求項6の発明では、前記補間手段は、心拍間隔に対応している最新の脈拍間隔を用いて、そのまま補間することを特徴とする。
本発明は、補間方法を例示したものである。本発明では、後述する図5に示す様に、精度の低い心拍間隔に対応している最新の脈拍間隔を用いて、そのまま補間する。これにより、簡易な手法で精度良く心拍間隔を補間することができる。
(6) The invention of claim 6 is characterized in that the interpolation means interpolates as it is, using the latest pulse interval corresponding to the heartbeat interval.
The present invention exemplifies an interpolation method. In the present invention, as shown in FIG. 5 to be described later, interpolation is performed as it is using the latest pulse interval corresponding to a heart rate interval with low accuracy. Thereby, the heartbeat interval can be accurately interpolated by a simple method.

(7)請求項7の発明では、
前記補間手段は、前回の心電R波と前回の脈波波形、脈波の1階微分波形、及び波形の2階微分波形のいずれかの特徴点との時間差と、今回の脈波波形、脈波の1階微分波形、及び波形の2階微分波形のいずれかの特徴点の位置とから、今回の心電R波位置を推定し、該推定した今回の心電R波位置と前回の心電R波との時間間隔を、心拍間隔として補間することを特徴とする。
(7) In the invention of claim 7,
The interpolation means includes a time difference between any one of the characteristic points of the previous electrocardiogram R wave and the previous pulse waveform, the first-order differential waveform of the pulse wave, and the second-order differential waveform of the waveform, the current pulse waveform, The current ECG R-wave position is estimated from the position of one of the characteristic points of the first-order differential waveform of the pulse wave and the second-order differential waveform of the waveform, and the estimated current ECG R-wave position and the previous The time interval with the electrocardiogram R wave is interpolated as a heartbeat interval.

本発明は、補間方法を例示したものである。本発明では、後述する図11に示す様に、脈波波形のずれを考慮して心拍間隔を補間することができる。
(8)請求項8の発明では、前記補間した心拍間隔から、心拍数及び心拍間隔の変動量を示す指標のうち少なくとも一方を算出することを特徴とする。
The present invention exemplifies an interpolation method. In the present invention, the heart rate interval can be interpolated in consideration of the deviation of the pulse wave waveform as shown in FIG.
(8) The invention of claim 8 is characterized in that at least one of an index indicating a heart rate and a fluctuation amount of the heart beat interval is calculated from the interpolated heart beat interval.

本発明では、補間した心拍間隔を用いることにより、精度良く心拍数や心拍間隔の変動量を示す指標を算出することができる。
なお、心拍間隔の変動量を示す指標(いわゆる心拍数のゆらぎを示す指標)としては、例えば周知の(心拍数のゆらぎを周波数解析して得られる)ゆらぎの高周波成分(HF)、低周波成分(LF)、その成分の比(LF/HF)等が挙げられる。
In the present invention, by using the interpolated heartbeat interval, it is possible to calculate an index indicating the heart rate and the fluctuation amount of the heartbeat interval with high accuracy.
Note that, as an index indicating the fluctuation amount of the heartbeat interval (an index indicating so-called heart rate fluctuation), for example, a well-known high-frequency component (HF) or low-frequency component of fluctuation (obtained by frequency analysis of heart rate fluctuation) (LF), the ratio of the components (LF / HF), and the like.

(9)請求項9の発明では、前記心拍数及び心拍間隔の変動量を示す指標のうち少なくとも一方を算出する際に、前記補間の数、補間の連続数、及び補間の割合のうち少なくとも1種に応じて、データの信頼性を示す信頼度を算出することを特徴とする。   (9) In the invention of claim 9, when calculating at least one of the indices indicating the fluctuation amount of the heart rate and the heartbeat interval, at least one of the number of interpolations, the number of consecutive interpolations, and the ratio of interpolations. According to the species, the reliability indicating the reliability of the data is calculated.

補間が多いということは、好ましい心拍波形が得られていない状態であるので、データの信頼性を示すために、補間の状態に応じた信頼度を算出する。
ここで、補間の数とは、補間を行った回数のことであり、補間の連続数とは、補間を行った回数のうち補間が連続している数のことであり、補間の割合とは、所定期間における心拍数(又は脈波数)のうち補間を行った回数の割合のことである。
The fact that there is a lot of interpolation means that a preferable heartbeat waveform has not been obtained. Therefore, in order to show the reliability of data, the reliability corresponding to the state of interpolation is calculated.
Here, the number of interpolations is the number of times of interpolation, and the continuous number of interpolations is the number of continuous interpolations among the number of times of interpolation. This is the ratio of the number of times of interpolation among the heart rate (or pulse wave number) in a predetermined period.

(10)請求項10の発明では、前記信頼度は、前記補間の数、補間の連続数、及び補間の割合について、いずれも多いほど低下することを特徴とする。
補間の数が多いほど、補間を連続して行うほど、または、補間の割合が多いほどデータの信頼性が低いと考えられるので、本発明ではその様に設定している。
(10) The invention of claim 10 is characterized in that the reliability decreases as the number of interpolations, the number of consecutive interpolations, and the ratio of interpolation all increase.
Since it is considered that the more the number of interpolations, the more the interpolation is performed continuously, or the more the interpolation rate, the lower the reliability of the data, the present invention makes such a setting.

(11)請求項11の発明では、前記心拍数、心拍間隔の変動量を示す指標、及び信頼度のうち、少なくとも1種を表示することを特徴とする。
本発明では、心拍数や心拍間隔の変動量を示す指標や信頼度を、ディスプレイ等に表示する。なお、音声等で報知してもよい。
(11) The invention of claim 11 is characterized in that at least one of the heart rate, the index indicating the fluctuation amount of the heartbeat interval, and the reliability is displayed.
In the present invention, an index indicating the amount of fluctuation of the heart rate and the heart rate interval and the reliability are displayed on a display or the like. In addition, you may alert | report with an audio | voice etc.

(12)請求項12の発明は、前記補間後の心拍数、心拍間隔の変動量を示す指標、及び信頼度のうち少なくとも2種から、ユーザの状態を判定することを特徴とする。
本発明は、ドライバ等の状態(例えば不整脈等の状態)を判定する場合は、心拍数や心拍間隔の変動量を示す指標や信頼度を用いるので、精度良く状態判定を行うことができる。
(12) The invention of claim 12 is characterized in that the state of the user is determined from at least two of the interpolated heart rate, the index indicating the fluctuation amount of the heartbeat interval, and the reliability.
In the present invention, when the state of the driver or the like (for example, the state of arrhythmia or the like) is determined, the state determination can be performed with high accuracy because the index and the reliability indicating the fluctuation amount of the heart rate and the heartbeat interval are used.

(13)請求項13の発明は、前記ユーザの状態を判定する場合には、前記信頼度に応じて、判定の閾値を切り換えることを特徴とする。
例えば信頼度が低い場合には、データの信頼性が低いのであるから、通常通りに心拍数や心拍間隔の変動量を示す指標による状態判定を行う場合に比べて、例えば異常と判定する基準を高くする(異常との判定をし難くする)ことにより、誤判定を防止することができる。
(13) The invention of claim 13 is characterized in that, in determining the state of the user, a threshold value for determination is switched according to the reliability.
For example, when the reliability is low, the reliability of the data is low. Therefore, compared with the case where the state determination is performed with an index indicating the fluctuation amount of the heart rate or the heartbeat interval as usual, the criterion for determining, for example, an abnormality is used. By making it high (making it difficult to determine that there is an abnormality), it is possible to prevent erroneous determination.

(14)請求項14の発明では、前記ユーザの状態を判定する場合には、前記信頼度に応じて、判定に用いるデータの重み付けを変えることを特徴とする。
判定に用いるデータには、信頼性の高いものと低いものがある。例えば補間の数が同じでも、それが連続した補間であるか否かで信頼性が異なる。よって、例えば信頼度が低い場合には、異常との判定をし難くする様にデータに重み付けすることにより、前記請求項13の発明と同様に、誤判定を防止することができる。
(14) The invention according to claim 14 is characterized in that, when the state of the user is determined, the weight of data used for the determination is changed according to the reliability.
The data used for determination includes high reliability and low data. For example, even if the number of interpolations is the same, the reliability differs depending on whether or not the interpolation is continuous. Therefore, for example, when the reliability is low, it is possible to prevent erroneous determination as in the invention of the thirteenth aspect by weighting the data so that it is difficult to determine abnormality.

(15)請求項15の発明では、前記ユーザの状態を判定する場合には、その判定結果及び前記信頼度のうち、少なくとも判定結果を表示する。
本発明では、判定結果や信頼度を例えばディスプレイに表示するので、ドライバ等はその表示から自身の状態を認識することができる。
(15) In the invention of claim 15, when determining the state of the user, at least the determination result is displayed among the determination result and the reliability.
In the present invention, since the determination result and the reliability are displayed on, for example, a display, the driver or the like can recognize its own state from the display.

(16)請求項16の発明では、前記信頼度が所定以上の場合のみ、前記表示内容を表示することを特徴とする。
信頼度が低い場合、判定結果等を表示しても、ドライバ等に不安を与えるだけであるので、必要度が高いデータのみを表示する様にする。
(16) The invention of claim 16 is characterized in that the display content is displayed only when the reliability is equal to or higher than a predetermined level.
When the reliability is low, even if the determination result or the like is displayed, it only gives anxiety to the driver or the like. Therefore, only the data having a high degree of necessity is displayed.

(17)請求項17の発明では、前記信頼度が低下した場合に、該信頼度低下に関する警告を行うことを特徴とする。
信頼度が低下した場合に警告を行うことにより、例えばドライバ等はセンサの装着状態等を確認することができる。
(17) The invention according to claim 17 is characterized in that when the reliability is lowered, a warning about the lowered reliability is given.
By giving a warning when the reliability is lowered, for example, the driver or the like can check the sensor mounting state or the like.

(18)請求項18の発明では、前記脈波波形取得手段の装着状態が良いかどうかを、前記装着状態判定手段から判断し、良い場合のみ前記補間処理を実行することを特徴とする。   (18) The invention of claim 18 is characterized in that it is determined from the mounting state determination unit whether the mounting state of the pulse wave waveform acquisition unit is good, and the interpolation process is executed only when it is good.

例えば脈波センサの装着状態が悪い場合には、脈波センサから得られる脈波波形も精度が高いものではない。従って、脈波センサ等の装着状態が良い場合のみ脈波波形による補間を行うのである。   For example, when the mounting state of the pulse wave sensor is bad, the pulse wave waveform obtained from the pulse wave sensor is not highly accurate. Therefore, interpolation based on the pulse wave waveform is performed only when the mounted state of the pulse wave sensor or the like is good.

(19)請求項19の発明では、前記生体状態の推定を、車両内におけるドライバに対して実行することを特徴とする。
本発明は、生体状態の推定対象を例示したものである。
(19) The invention of claim 19 is characterized in that the estimation of the biological state is executed for a driver in a vehicle.
The present invention exemplifies a biological state estimation target.

(20)請求項20の発明では、前記信頼度を、車両情報を組み合わせて算出することを特徴とする。
例えば車両がカーブを走行している場合や高速で走行している場合には、センサの装着状態が悪くなったりノイズが大きくなったりすることがある。従って、車両状態に対応して信頼度を設定することが望ましい。
(20) The invention of claim 20 is characterized in that the reliability is calculated by combining vehicle information.
For example, when the vehicle is traveling on a curve or traveling at a high speed, the sensor mounting state may be deteriorated or noise may be increased. Therefore, it is desirable to set the reliability corresponding to the vehicle state.

(21)請求項21の発明では、前記補間後の心拍数、心拍間隔の変動量を示す指標、及び信頼度のうちの少なくとも2種と、車両情報とから、前記ドライバの状態を判定することを特徴とする。   (21) In the invention of claim 21, the state of the driver is determined from at least two of the interpolated heart rate, the index indicating the fluctuation amount of the heartbeat interval, and the reliability, and vehicle information. It is characterized by.

上述した様に、車両の状態によってセンサ等から得られる信号の状態も変化するので、生体情報だけでなく、車両情報(例えば車速や操舵角)も加味してドライバの状態を判定することが好ましい。   As described above, since the state of a signal obtained from a sensor or the like changes depending on the state of the vehicle, it is preferable to determine the state of the driver in consideration of not only biological information but also vehicle information (for example, vehicle speed and steering angle). .

(22)請求項22の発明では、前記ドライバの状態を判定結果に基づいて、車両を制御することを特徴とする。
例えばドライバの状態が運転に好ましくない状態となった場合(例えば不整脈が発生した場合)などには、その旨を記憶したり、又はその旨を報知する(例えばディスプレイに表示又は音声等で報知)。また、車両の走行状態を制御する。具体的には、加速を禁止したり、徐々に速度を低下させたり、ハザードランプを点滅する制御等を実施してもよい。
(22) The invention according to claim 22 is characterized in that the vehicle is controlled based on the determination result of the state of the driver.
For example, when the driver's state becomes unfavorable for driving (for example, when an arrhythmia occurs) or the like, the fact is memorized or notified (for example, displayed on the display or by voice) . It also controls the running state of the vehicle. Specifically, control for prohibiting acceleration, gradually decreasing the speed, or blinking the hazard lamp may be performed.

(23)請求項23の発明では、前記車両のナビゲーション装置を用いて、前記生体状態の推定結果及び警告内容の少なくとも一方を表示することを特徴とする。
ナビゲーション装置には、ディスプレイが装備されているので、このディスプレイを用いて判定結果や警告を表示する。なお、音声等で報知してもよい。
(23) The invention of claim 23 is characterized in that at least one of the estimation result of the biological state and the warning content is displayed using the navigation device of the vehicle.
Since the navigation apparatus is equipped with a display, the determination result and warning are displayed using this display. In addition, you may alert | report with an audio | voice etc.

(24)請求項24の発明は、前記請求項1〜23のいずれかに記載の生体状態推定装置の機能を実現させるためのプログラムである。
よって、マイクロコンピュータ等でこのプログラムを実施することにより、補間処理、指標等の演算処理、生体状態の推定処理等を行うことができる。
(24) The invention of claim 24 is a program for realizing the function of the biological state estimating apparatus according to any one of claims 1 to 23.
Therefore, by executing this program with a microcomputer or the like, it is possible to perform an interpolation process, an index calculation process, a biological state estimation process, and the like.

(25)請求項25の発明は、前記請求項24に記載のプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体である。
よって、この記録媒体に記録したプログラムを用いて、補間処理、指標等の演算処理、生体状態の推定処理等を行うことができる。
(25) The invention of claim 25 is a computer-readable recording medium on which the program according to claim 24 is recorded.
Therefore, using the program recorded on the recording medium, interpolation processing, calculation processing such as an index, biological state estimation processing, and the like can be performed.

次に、本発明の最良の形態(実施形態)について説明する。
[第1実施形態]
本実施形態では、自動車に搭載されてドライバの心拍間隔などを測定するとともに、その測定結果などに基づいてドライバの状態の評価を行う生体状態推定装置について説明する。
Next, the best mode (embodiment) of the present invention will be described.
[First Embodiment]
In the present embodiment, a biological state estimation apparatus that is mounted on an automobile and measures a driver's heartbeat interval and the like and evaluates the state of the driver based on the measurement result and the like will be described.

a)まず、本実施形態の生体状態推定装置のシステム構成を、図1のブロック図に基づいて説明する。
図1に示す様に、本実施形態の生体状態推定装置1は、心電センサ1と、脈波センサ3と、心電アンプ5と、脈波アンプ7と、心電センサ用接触センサ9と、脈波センサ用接触センサ11と、車両センサ13と、電子制御装置15と、記憶装置17と、表示装置19と、通信装置21とを備えている。
a) First, the system configuration of the biological state estimation apparatus of this embodiment will be described based on the block diagram of FIG.
As shown in FIG. 1, the biological state estimating apparatus 1 of the present embodiment includes an electrocardiographic sensor 1, a pulse wave sensor 3, an electrocardiographic amplifier 5, a pulse wave amplifier 7, and an electrocardiographic sensor contact sensor 9. The contact sensor 11 for pulse wave sensors, the vehicle sensor 13, the electronic control apparatus 15, the memory | storage device 17, the display apparatus 19, and the communication apparatus 21 are provided.

このうち、前記電子制御装置15は、心電波形取得部23と、脈波波形取得部25と、運転状態判定部27と、信号処理演算部29と、ドライバ状態判定部31と、車両制御部33とを備えている。   Among these, the electronic control device 15 includes an electrocardiogram waveform acquisition unit 23, a pulse wave waveform acquisition unit 25, an operation state determination unit 27, a signal processing calculation unit 29, a driver state determination unit 31, and a vehicle control unit. 33.

以下、各構成について説明する。
前記心電センサ1は、心電波形を取得するための心電波形取得手段であり、図2に示す様に、心電位を測定するための一対の電極35、37が、車両を操舵するためのステアリング39の表面に配置され、心電センサ1の本体(電気回路等:図示せず)がステアリング39の内部に埋め込まれている。ここで、電極35、37をステアリング39表面に配置するのは、運転者の左右の手のそれぞれに確実に電極35、37を接触させる様にするためである。この心電センサ1は、採取した心電波形に関する信号を心電アンプ5に送信する。なお、心電センサ1の本体は、ステアリングコラム41内部やダッシュボード(図示せず)内部に配置してもよい。
Each configuration will be described below.
The electrocardiogram sensor 1 is an electrocardiogram waveform acquisition means for acquiring an electrocardiogram waveform. As shown in FIG. 2, a pair of electrodes 35 and 37 for measuring an electrocardiogram steer the vehicle. The main body (electric circuit or the like: not shown) of the electrocardiographic sensor 1 is embedded in the steering 39. Here, the reason why the electrodes 35 and 37 are arranged on the surface of the steering 39 is to ensure that the electrodes 35 and 37 are in contact with the left and right hands of the driver. The electrocardiographic sensor 1 transmits a signal related to the collected electrocardiographic waveform to the electrocardiographic amplifier 5. The main body of the electrocardiographic sensor 1 may be disposed inside the steering column 41 or the dashboard (not shown).

前記脈波センサ3は、光電素子を用いて指の血流量から血圧や脈拍数を算出するための脈波波形取得手段であり、心電センサ1と同様に、運転者の指の腹の部分に(光の送受信を行う)測定部43を確実に接触させる様に、測定部43はステアリング39の表面に配置され、脈波センサ3の本体(電気回路等:図示せず)はステアリング39の内部に埋め込まれている。この脈波センサ3は、採取した脈拍および血圧に関する信号を脈波アンプ7に送信する。なお、脈波センサ3は、運転者の手首に巻きつける様に装着され圧電素子を用いて脈拍や血圧を測定する様にしてもよい。   The pulse wave sensor 3 is a pulse wave waveform acquisition means for calculating a blood pressure and a pulse rate from the blood flow of the finger using a photoelectric element. Like the electrocardiographic sensor 1, the pulse wave sensor 3 is a part of the belly of the driver's finger. The measurement unit 43 is disposed on the surface of the steering 39 so as to make sure that the measurement unit 43 (which transmits and receives light) is in contact with the main body (electric circuit, etc .: not shown) of the steering 39. Embedded inside. The pulse wave sensor 3 transmits a signal relating to the collected pulse and blood pressure to the pulse wave amplifier 7. The pulse wave sensor 3 may be mounted so as to be wrapped around the wrist of the driver and measure the pulse and blood pressure using a piezoelectric element.

前記心電アンプ5及び脈波アンプ7は、それぞれ心電センサ1及び脈波センサ3から受信した信号を増幅するための装置である。この心電アンプ5及び脈波アンプ7は、増幅した信号を、それぞれ心電波形取得部23及び脈波波形取得部25に送信する。   The electrocardiographic amplifier 5 and the pulse wave amplifier 7 are devices for amplifying signals received from the electrocardiographic sensor 1 and the pulse wave sensor 3, respectively. The electrocardiographic amplifier 5 and the pulse wave amplifier 7 transmit the amplified signals to the electrocardiographic waveform acquisition unit 23 and the pulse wave waveform acquisition unit 25, respectively.

前記心電センサ用接触センサ9は、心電センサ1が皮膚に接触しているかどうかを識別するセンサ(例えば一対の電極を備えた接触インピーダンス計測センサ)であり、心電センサ1と一体もしくは併設されている。   The electrocardiographic sensor contact sensor 9 is a sensor for identifying whether or not the electrocardiographic sensor 1 is in contact with the skin (for example, a contact impedance measuring sensor having a pair of electrodes), and is integrated with or attached to the electrocardiographic sensor 1. Has been.

例えば右手用の接触インピーダンス計測センサの一方の確認用電極は、図2に示す様に、心電センサ1の一方の電極35と共用され、他方の確認用電極45は前記電極35と隣接して配置されている。この場合、右手がステアリングの右側の電極35及び確認用電極45に接触したときに、この電極35及び確認用電極45間のインピーダンスを求めることにより、右手が心電センサ1の一方の電極35に接触していると判断できる。同様に、左用の接触インピーダンス計測センサの一方の確認用電極は、心電センサ1の一方の電極37と共用され、他方の確認用電極46は前記電極37と隣接して配置されている。   For example, as shown in FIG. 2, one confirmation electrode of the right-hand contact impedance measurement sensor is shared with one electrode 35 of the electrocardiographic sensor 1, and the other confirmation electrode 45 is adjacent to the electrode 35. Has been placed. In this case, when the right hand contacts the right electrode 35 and the confirmation electrode 45 of the steering wheel, the right hand is connected to one electrode 35 of the electrocardiographic sensor 1 by obtaining the impedance between the electrode 35 and the confirmation electrode 45. It can be determined that they are in contact. Similarly, one confirmation electrode of the left contact impedance measurement sensor is shared with one electrode 37 of the electrocardiographic sensor 1, and the other confirmation electrode 46 is disposed adjacent to the electrode 37.

前記脈波センサ用接触センサ11は、脈波センサ3が皮膚に接触しているかどうかを識別するセンサ(例えば圧力センサ)であり、脈波センサ3と一体もしくは併設されている。例えば圧力センサの感圧部47は、脈波センサ3の測定部43に隣接して配置されている。   The pulse wave sensor contact sensor 11 is a sensor (for example, a pressure sensor) for identifying whether or not the pulse wave sensor 3 is in contact with the skin, and is integrated with or attached to the pulse wave sensor 3. For example, the pressure sensor 47 of the pressure sensor is disposed adjacent to the measurement unit 43 of the pulse wave sensor 3.

前記車両センサ13は、例えば図示しない車速センサ、操舵角センサ、スロットル開度センサ、ブレーキセンサなど、車両の走行状態などの各種の車両状態を検出するセンサである。   The vehicle sensor 13 is a sensor that detects various vehicle states such as a vehicle running state, such as a vehicle speed sensor, a steering angle sensor, a throttle opening sensor, and a brake sensor (not shown).

前記記憶装置17は、例えばハードディスク等からなり、測定した心拍間隔等の各種のデータを記憶する装置である。この記憶装置17では、車両制御部33にてデータ記憶が必要と判定された場合には、心電波形取得部6及び脈波波形取得部7にて取得した心電波形及び脈波波形、信号処理演算部29にて算出された心拍間隔及び心拍間隔の変動量を示す指標、ドライバ状態判定部31にて判定したドライバの状態推定結果等を記憶する。   The storage device 17 is composed of, for example, a hard disk and stores various data such as measured heartbeat intervals. In the storage device 17, when the vehicle control unit 33 determines that data storage is necessary, the electrocardiogram waveform, the pulse wave waveform, and the signal acquired by the electrocardiogram waveform acquisition unit 6 and the pulse wave waveform acquisition unit 7. The heartbeat interval calculated by the processing calculation unit 29, an index indicating the fluctuation amount of the heartbeat interval, the driver state estimation result determined by the driver state determination unit 31, and the like are stored.

前記表示装置19は、LCD(Liquid Crystal Display)や有機EL(Electroluminescence)ディスプレイ等のナビゲーション装置に用いられる車載用表示装置である。この表示装置19は、後述する様に、心拍数やドライバの状態推定結果、その結果の信頼度などを表示する装置である。なお、場合によっては、車両を停車させるよう警告メッセージを画面に表示させたり、付属のスピーカから音声メッセージを発したり、或いは、LED(Light Emitting Diode)等の警告ランプを点滅させたりする。   The display device 19 is an in-vehicle display device used for a navigation device such as an LCD (Liquid Crystal Display) or an organic EL (Electroluminescence) display. As will be described later, the display device 19 displays a heart rate, a driver state estimation result, a reliability of the result, and the like. In some cases, a warning message is displayed on the screen to stop the vehicle, a voice message is issued from an attached speaker, or a warning lamp such as an LED (Light Emitting Diode) is blinked.

前記通信装置21は、外部との通信を行うための装置であり、電子制御装置15からの指令により、医療機関や救急等の予め登録された連絡先に警報を発したり、車両の位置情報を伝達したりするために使用される。   The communication device 21 is a device for performing communication with the outside. In response to a command from the electronic control device 15, the communication device 21 issues a warning to a pre-registered contact information such as a medical institution or first aid, or displays vehicle position information. Used to communicate.

b)次に、前記電子制御装置15について説明する。
電子制御装置15は、周知のマイクロコンピュータを主要部とする制御装置であり、心電センサ1、脈波センサ3、及び車両センサ13などからの信号を入力し、その信号を、前記心電波形取得部23、脈波波形取得部25、運転状態判定部27、信号処理演算部29、及びドライバ状態判定部31にて処理し、その処理結果に応じて、記憶装置17、表示装置19、及び通信装置21に対して制御信号を出力する。
b) Next, the electronic control unit 15 will be described.
The electronic control unit 15 is a control unit having a known microcomputer as a main part, and receives signals from the electrocardiographic sensor 1, the pulse wave sensor 3, the vehicle sensor 13, and the like, and the signals are converted into the electrocardiographic waveform. The acquisition unit 23, the pulse wave waveform acquisition unit 25, the driving state determination unit 27, the signal processing calculation unit 29, and the driver state determination unit 31 perform processing. According to the processing results, the storage device 17, the display device 19, and A control signal is output to the communication device 21.

以下、電子制御装置15の各機能について説明する。
前記心電波形取得部23では、心電アンプ5により増幅された心電波形を取得し、同様に、脈波波形取得部25では、脈波アンプ7により増幅された脈波波形を取得する。
Hereinafter, each function of the electronic control unit 15 will be described.
The electrocardiographic waveform acquisition unit 23 acquires the electrocardiographic waveform amplified by the electrocardiographic amplifier 5. Similarly, the pulse wave waveform acquisition unit 25 acquires the pulse wave waveform amplified by the pulse wave amplifier 7.

ここで心電波形(心電図波形)について、図3に基づいて説明する。
心電波形は、主に、心房の電気的興奮を反映するP波と、心室の電気的興奮を反映するQ波、R波、及びS波(以下、「QRS群」という。)と、興奮した心室の心筋細胞が再分極する過程を反映するT波とから構成されている。
Here, an electrocardiogram waveform (electrocardiogram waveform) will be described with reference to FIG.
The electrocardiogram mainly includes a P wave reflecting the electrical excitement of the atrium, a Q wave, an R wave, and an S wave (hereinafter referred to as “QRS group”) reflecting the electrical excitation of the ventricle, and excitement. And a T wave reflecting the process of repolarization of the ventricular cardiomyocytes.

このうち、R波の波高(電位差)が最も大きく、筋電位等のノイズに対して最も頑健であるといえる。次に波高が大きいのがT波であり、P波が最も小さい波高を有する。心電波形のうち、R波ピークとR波ピークの間隔を心拍間隔(RRI)と呼び、心拍間隔の逆数に60を乗じて心拍数が算出できる。   Among these, the wave height (potential difference) of the R wave is the largest, and it can be said that it is the most robust against noise such as myoelectric potential. Next, the wave height is the T wave, and the P wave has the smallest wave height. Among the electrocardiographic waveforms, the interval between the R wave peak and the R wave peak is called a heartbeat interval (RRI), and the heart rate can be calculated by multiplying the reciprocal of the heartbeat interval by 60.

更に、心拍間隔の変動量から、人の状態評価が可能となる。この心拍間隔の変動量を示す指標として、例えば、心拍間隔を周波数解析することで自律神経活動量を評価できるといわれている。具体的には、高周波成分HF(0.15〜0.4Hz)が副交感神経活動量を反映し、低周波成分LF(0.04〜0.15Hz)と高周波成分との比(LF/HF)が交感神経活動量を反映するといわれている。また、任意時間帯における心拍間隔の標準偏差SD、さらにそれを心拍間隔の平均値で規格化する下記の変動係数CVrrという指標なども使われている。

CVrr=任意時間帯における心拍間隔のSD/任意時間帯における心拍間隔の平均

前記車両状態判定部27では、車両センサ13からの信号を受信して、車両が停車中であるか、一定速度で走行中であるか、加速若しくは減速中であるか、または、カーブ若しくは曲がり角等を通過中であるか(つまりステアリング34をきっているか)等を判定する。
Furthermore, it is possible to evaluate a person's condition from the fluctuation amount of the heartbeat interval. As an index indicating the fluctuation amount of the heartbeat interval, for example, it is said that the amount of autonomic nerve activity can be evaluated by frequency analysis of the heartbeat interval. Specifically, the high frequency component HF (0.15 to 0.4 Hz) reflects the amount of parasympathetic nerve activity, and the ratio of the low frequency component LF (0.04 to 0.15 Hz) and the high frequency component (LF / HF). Is said to reflect the amount of sympathetic nerve activity. In addition, the standard deviation SD of the heartbeat interval in an arbitrary time zone, and the following index of variation coefficient CVrr that normalizes the standard deviation SD with the average value of the heartbeat interval are also used.

CVrr = SD of heartbeat interval in arbitrary time zone / average of heartbeat interval in arbitrary time zone

The vehicle state determination unit 27 receives a signal from the vehicle sensor 13 and determines whether the vehicle is stopped, traveling at a constant speed, accelerating or decelerating, a curve or a turning angle, etc. Or the like (that is, whether the steering wheel 34 is being used) or the like is determined.

この車両状態判定部27における判定結果は、信号処理演算部29に送信され、後述するドライバの心電、脈波に基づいた状態推定などに反映する。例えば、車両停車中は、運転者が安静状態になり易く筋電位等のノイズが少なくなるが、走行中やステアリング操作中は、ノイズも増加するために、その考慮が必要となる。   The determination result in the vehicle state determination unit 27 is transmitted to the signal processing calculation unit 29, and is reflected in the state estimation based on the driver's electrocardiogram and pulse wave, which will be described later. For example, while the vehicle is stopped, the driver is likely to be in a resting state, and noise such as myoelectric potential is reduced. However, noise is also increased during traveling and steering operation, so that consideration is necessary.

前記信号処理演算部29は、後に詳述する様に、心電波形取得部23で取得した心電波形、脈波波形取得部25で取得した脈波波形などに基づいて、心拍間隔を補正するとともに、心拍間隔、心拍数、HFなど心拍間隔の変動量を示す指標を算出する。この信号処理演算部29にて算出された結果は、ドライバ状態推定部31に出力される。   The signal processing calculation unit 29 corrects the heartbeat interval based on the electrocardiogram waveform acquired by the electrocardiogram waveform acquisition unit 23, the pulse wave waveform acquired by the pulse wave waveform acquisition unit 25, and the like, as will be described in detail later. At the same time, an index indicating the fluctuation amount of the heartbeat interval such as the heartbeat interval, the heart rate, and HF is calculated. The result calculated by the signal processing calculation unit 29 is output to the driver state estimation unit 31.

前記ドライバ状態推定部31では、信号処理演算部29にて算出した補間処理後の心拍間隔、心拍数、HFなど心拍間隔の変動量を示す指標から、ドライバの状態を推定する。例えば、ドライバの体調であったり眠気であったり、ドライバが運転に適した状態かを推定する。なお、この推定方法については、例えば特開2005−312653号公報に記載の心拍間隔の標準偏差の大きさを用いる等の周知の手法を採用できる。このドライバ状態判定部31にて判定されたドライバの状態推定結果は、車両制御部33に送信される。   The driver state estimation unit 31 estimates a driver state from an index indicating the amount of heartbeat interval fluctuation such as the heartbeat interval, heart rate, and HF after interpolation processing calculated by the signal processing calculation unit 29. For example, it is estimated whether the driver is in physical condition or sleepy, or whether the driver is suitable for driving. As this estimation method, a known method such as the use of the standard deviation of the heartbeat interval described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-31653 can be employed. The driver state estimation result determined by the driver state determination unit 31 is transmitted to the vehicle control unit 33.

前記車両制御部33では、ドライバ状態推定部31の推定結果に基づいて、ドライバ、同乗者、車両などへ、どのようなアクションを起こすかを決定する。そして、その決定に応じた制御信号は、記憶装置17、表示装置19、通信装置21に出力される。   Based on the estimation result of the driver state estimation unit 31, the vehicle control unit 33 determines what action is to be taken to the driver, passenger, vehicle, and the like. A control signal corresponding to the determination is output to the storage device 17, the display device 19, and the communication device 21.

この他、車両制御部33は、例えば、ドライバの状態が運転するには危険と判定した場合は、ドライバの車両操作を支援するよう自動的に段階的ブレーキをかけ、車両を安全に停車されたり、周囲の車両に注意を促すために、ハザードランプを点滅させてもよい。   In addition, for example, when it is determined that the state of the driver is dangerous for driving, the vehicle control unit 33 automatically applies a stepwise brake to support the driver's vehicle operation, and the vehicle is safely stopped. In order to call attention to surrounding vehicles, a hazard lamp may be blinked.

c)次に、本実施形態における特徴的な処理の概要について説明する。
<心拍間隔の補間処理>
図3に示す心電波形のR波検出には、元波形もしくは微分波形から最大ピークを求める方法があり、また、特開2007−301101号公報で示すようなテンプレートから求める方法がある。
c) Next, an outline of characteristic processing in the present embodiment will be described.
<Heartbeat interval interpolation processing>
The R wave detection of the electrocardiographic waveform shown in FIG. 3 includes a method for obtaining a maximum peak from an original waveform or a differential waveform, and a method for obtaining from a template as disclosed in JP-A-2007-301101.

しかし、ここで問題となるのが心電波形の検出精度である。
つまり、心電センサ1が採取する心電波形は、車両が停車中の場合や一定速度で直進走行している場合等、運転者が安静状態にある場合には、運転者の体動も比較的小さく、運転者の手とステアリング39表面の電極35、37との接触圧も一定になり易いので、心電波形が比較的安定する傾向にある。しかし、心電センサ1が採取する心電波形は、運転者の体動による筋電位等の影響を受け易く、車両が加速中、減速中またはカーブ走行中の場合等には、運転者の体動も比較的大きく、運転者の手とステアリング39表面の電極35、37との接触圧が変化し易いので、心電波形は乱れ易い傾向にある。また、心電センサ1は、運転者がステアリング39を操作する際、片手をステアリング39から離したりすると、その間、心電波形を採取できなくなる。
However, the problem here is the detection accuracy of the electrocardiographic waveform.
In other words, the electrocardiographic waveform collected by the electrocardiographic sensor 1 is compared with the body movement of the driver when the driver is at rest, such as when the vehicle is stopped or traveling straight at a constant speed. Since the contact pressure between the driver's hand and the electrodes 35 and 37 on the surface of the steering wheel 39 tends to be constant, the electrocardiographic waveform tends to be relatively stable. However, the electrocardiographic waveform collected by the electrocardiographic sensor 1 is easily affected by the myoelectric potential due to the body movement of the driver, and when the vehicle is accelerating, decelerating or running on a curve, the body of the driver The movement is relatively large, and the contact pressure between the driver's hand and the electrodes 35 and 37 on the surface of the steering wheel 39 tends to change, so that the electrocardiographic waveform tends to be disturbed. In addition, when the driver operates the steering 39, the electrocardiographic sensor 1 cannot collect an electrocardiographic waveform during the period when one hand is separated from the steering 39.

一方、脈波センサ3が採取する脈波波形も、心電波形と同様に、運転者の体動によって乱れる傾向にある。しかし、心電波形とは、その計測原理や計測部位が異なることから、必ずしも波形の乱れが心電波形と同期しているわけではない。特に、前述した様に、心電波形は左手、右手の2点間の差動増幅で採取するが、脈波波形は1点での採取になるため、片手をステアリング39から離しても脈波波形が採取できる。   On the other hand, the pulse wave waveform collected by the pulse wave sensor 3 also tends to be disturbed by the body movement of the driver, like the electrocardiographic waveform. However, since an electrocardiogram waveform has a different measurement principle and measurement site, the waveform disturbance is not necessarily synchronized with the electrocardiogram waveform. In particular, as described above, the electrocardiogram waveform is collected by differential amplification between two points of the left hand and the right hand, but the pulse wave waveform is collected at one point. Waveform can be collected.

図4に、運転中に片手が一瞬浮いた時の心電波形と、脈波波形と、脈波の微分波形と、脈波の2階微分波形を示す。図4に示す様に、心電波形はノイズで乱れていても脈波波形は正常に採取できている時間帯が存在することが分かる。   FIG. 4 shows an electrocardiogram waveform, a pulse wave waveform, a differential waveform of the pulse wave, and a second-order differential waveform of the pulse wave when one hand floats momentarily during operation. As shown in FIG. 4, it can be seen that there is a time zone in which the pulse waveform can be normally collected even if the electrocardiogram is disturbed by noise.

また、脈波は心臓が拍動するとほぼ同時に体中に伝わるので、心電波形と脈波波形は、末梢に伝導する分の位相差はあるが、ほぼ同じ周期で形成される。つまり、心電波形RRIa、脈波波形RIa、脈波の微分波形PI2a、脈波の2階微分波形PI3aはほぼ等価である。   In addition, since the pulse wave is transmitted to the body almost simultaneously with the heart beat, the electrocardiogram waveform and the pulse wave waveform are formed with substantially the same period although there is a phase difference for conduction to the periphery. That is, the electrocardiogram waveform RRIa, the pulse wave waveform RIa, the pulse wave differential waveform PI2a, and the pulse wave second-order differential waveform PI3a are substantially equivalent.

そこで、本実施形態では、脈波と心電を同時収集する構成において、心拍間隔の欠落部を脈波にて補間するのである。具体的には、心電波形のRRIbが前回と比べて異常に変動したとき、脈波波形のPIb、脈波の微分波形PI2b、脈波の2階微分波形PI3bの少なくとも1つにて補間する。   Therefore, in the present embodiment, in the configuration in which the pulse wave and the electrocardiogram are collected simultaneously, the missing part of the heartbeat interval is interpolated with the pulse wave. Specifically, when the RRIb of the electrocardiogram waveform abnormally changes compared to the previous time, interpolation is performed with at least one of the pulse wave waveform PIb, the pulse wave differential waveform PI2b, and the pulse wave second-order differential waveform PI3b. .

例えば図5に示す様に、心拍間隔を脈拍間隔で補間することで、ほぼ正確な心拍間隔、またその変動量を示す指標を算出することができる。つまり、心拍間隔が同図の例えば6〜8秒の間において異常に大きくなった場合でも、それに対応する脈波間隔を心拍間隔として採用することにより、ほぼ正確な心拍間隔が得られる。   For example, as shown in FIG. 5, by interpolating the heartbeat interval with the pulse interval, it is possible to calculate a substantially accurate heartbeat interval and an index indicating the amount of variation thereof. That is, even when the heartbeat interval becomes abnormally large in, for example, 6 to 8 seconds in the figure, a substantially accurate heartbeat interval can be obtained by adopting the corresponding pulse wave interval as the heartbeat interval.

詳しくは、心拍間隔と脈拍間隔とは、ほぼ1対1に対応しているので、脈拍間隔を用いて心拍間隔を補間する場合には、正確な心拍間隔が得られている期間のデータを利用して、本来正確な心拍間隔が得られると予想されるタイミングを、例えば心電R波位置と脈波特徴量の位置を比較する等の様にして決め、そのタイミングに対応した脈拍間隔をそのま心拍間隔として採用するのである。   Specifically, since the heartbeat interval and the pulse interval correspond to each other almost one-to-one, when interpolating the heartbeat interval using the pulse interval, use data of a period in which an accurate heartbeat interval is obtained. The timing at which an accurate heart rate interval is expected to be obtained is determined by, for example, comparing the electrocardiographic R wave position and the position of the pulse wave feature amount, and the pulse interval corresponding to the timing is determined by It is adopted as a heartbeat interval.

これにより、単純に従来技術(特開平6−22914号公報参照)の様に中間値で補正する場合よりも、心拍間隔の精度が向上する。
また、本実施形態は、心拍間隔の欠落部を脈拍間隔で補間するものであるが、例えば脈波センサ3が体と接触せず、脈波波形が検出できない時間帯も発生する。したがって、圧力センサなどで脈波センサ3と体との接触を判定し、非接触と判定した場合は、補間処理をしない。
<補間した心拍間隔を用いた信頼度等の処理>
前記ドライバ状態推定部31では、信号処理演算部29にて算出した補間処理後の心拍間隔、心拍数、HFなど心拍間隔の変動量を示す指標から、ドライバの状態を推定する。
As a result, the accuracy of the heartbeat interval is improved as compared with the case where the correction is made with an intermediate value simply as in the prior art (see JP-A-6-22914).
In the present embodiment, the missing part of the heartbeat interval is interpolated by the pulse interval. For example, the pulse wave sensor 3 does not contact the body, and a time zone in which the pulse wave waveform cannot be detected also occurs. Therefore, when the contact between the pulse wave sensor 3 and the body is determined by a pressure sensor or the like and it is determined that the contact is not made, the interpolation process is not performed.
<Processing of reliability using interpolated heartbeat interval>
The driver state estimation unit 31 estimates a driver state from an index indicating the amount of heartbeat interval fluctuation such as the heartbeat interval, heart rate, and HF after interpolation processing calculated by the signal processing calculation unit 29.

例えば、ドライバの体調(例えば不整脈の発生状態や血圧の状態)であったり眠気であったり、ドライバが運転に適した状態かを推定する。なお、心拍数や心拍間隔の変動量を示す指標からドライバの状態を推定する手法としては、周知の例えば特開2005−312653号公報に記載の技術を採用できる。   For example, it is estimated whether the driver is in physical condition (for example, the state of occurrence of arrhythmia or blood pressure) or sleepy, or whether the driver is suitable for driving. As a method for estimating the driver state from the index indicating the fluctuation amount of the heart rate and the heart beat interval, a well-known technique described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-31653 can be employed.

この場合、心拍間隔の欠落部を脈拍間隔で補間処理した指標を、そのまま用いることも可能であるが、一層精度を上げることも考えられる。
つまり、心拍間隔と脈拍間隔はほぼ等価するものの、完全に1:1で対応するわけでなく、心臓から血管までの間における血圧や血管状態でその関係は変化するので、補間処理した指標をそのまま用いると、ドライバの状態推定結果に誤判定が生じるという可能性がある。
In this case, it is possible to use an index obtained by interpolating the missing part of the heartbeat interval with the pulse interval, but it is also possible to further improve the accuracy.
In other words, although the heartbeat interval and the pulse interval are almost equivalent, they do not correspond completely at 1: 1, and the relationship changes depending on the blood pressure and the blood vessel state from the heart to the blood vessel. If used, there is a possibility that an erroneous determination occurs in the driver state estimation result.

そこで、本実施形態では、前述の補間方法とともに、心拍間隔の補間条件から、心拍数、心拍間隔の変動量を示す指標の信頼度を算出して表示し、更に、その信頼度に応じて、ドライバの状態判定の条件に反映する。   Therefore, in the present embodiment, together with the interpolation method described above, the reliability of the index indicating the heart rate and the fluctuation amount of the heartbeat interval is calculated and displayed from the interpolation condition of the heartbeat interval, and further, according to the reliability, This is reflected in the conditions for determining the driver status.

ここで、信頼度について説明する。
前記信頼度とは、ドライバの状態を判断するデータ、例えば心拍数、心拍間隔の変動量を示す指標の信頼性の程度(レベル)を示すものであり、脈拍間隔の補間数や解析対象の時間帯における割合が多いほど、信頼度は低下するものとする。
Here, the reliability will be described.
The reliability indicates the degree of reliability (level) of data indicating the state of the driver, for example, the heart rate and the index indicating the fluctuation amount of the heart rate interval, and the interpolation number of the pulse interval and the time to be analyzed. The greater the percentage in the band, the lower the reliability.

例えば、心拍間隔60データのうち、全体の10%である6データを脈拍間隔で補間した場合、信頼度90%とする。さらに、1点ずつ心拍間隔が欠落する場合よりも連続で欠落した場合の方が誤差が大きくなることから、補間の連続数が多いほど、信頼度は低下するものとする。例えば、10%のデータが1点ずつ欠落した場合を信頼度90%とすると、それらが連続して欠落している場合は、信頼度低下を2倍とし、信頼度80%とする。   For example, when 6 data, which is 10% of the whole heartbeat interval 60 data, are interpolated by the pulse interval, the reliability is 90%. Further, since the error becomes larger when the heartbeat interval is lost successively than when the heartbeat interval is lost one point at a time, the greater the number of consecutive interpolations, the lower the reliability. For example, if the reliability is 90% when 10% of data is missing one by one, the reliability decrease is doubled and the reliability is 80% when they are continuously missing.

この様にして得られた信頼度を、補間処理後の心拍数、心拍間隔の変動量を示す指標とともにドライバ等へ表示することで、表示された数値全てを信用するような誤解を招くことを防止できる。なお、更に信頼度が低下する場合には、心電や脈波のセンサ接触が不良であることが考えられるため、ドライバへ警告、注意を報知する。   By displaying the reliability obtained in this way to the driver together with an index indicating the amount of fluctuation of the heart rate after the interpolation process and the heart rate interval, it may lead to misunderstanding that trusts all the displayed numerical values. Can be prevented. If the reliability further decreases, the sensor contact of the electrocardiogram or the pulse wave is considered to be poor, so a warning or caution is notified to the driver.

また、この様にして得られた信頼度は、補間処理後の心拍間隔、心拍数、HFなど心拍間隔の変動量を示す指標とともに、ドライバの状態推定に反映する。
例えば、HFを用いてドライバが運転に適さない状態を判定する際、信頼度100%の場合には信頼性が高いことを想定して閾値を設定できるが、信頼性50%の場合は100%と同様の閾値を設定すると、ドライバの状態が通常状態にもかかわらず、異常状態であると誤判定を招く可能性も出てくる。したがって、例えば、信頼度が低い場合には、運転不適状態の判定閾値を上げることで、誤判定をしない様にする。
The reliability obtained in this way is reflected in the estimation of the driver's state together with an index indicating the amount of heartbeat interval variation such as the heartbeat interval, heart rate, and HF after interpolation processing.
For example, when determining a state in which the driver is not suitable for driving using HF, the threshold can be set assuming that the reliability is high when the reliability is 100%, but the reliability is 100% when the reliability is 50%. If the same threshold value is set, there is a possibility that an erroneous determination is made that the driver is in an abnormal state although the driver is in a normal state. Therefore, for example, when the reliability is low, an erroneous determination is prevented by increasing the determination threshold value for the unsuitable driving state.

ここで、図6に状態推定の閾値設定の例を示す。例えば、信頼度100%時の閾値をTと設定すると、信頼度S%時の閾値は、T/Sとして、信頼度が低くなるほど、閾値を上げて、危険と誤判定しにくくする。   FIG. 6 shows an example of state estimation threshold setting. For example, if the threshold value when the reliability is 100% is set to T, the threshold value when the reliability is S% is set to T / S.

更に、前記閾値だけでなく、下記の様に、データの連続性から状態を判定してもよい。
例えば、図7に示す様に、HFが所定の閾値よりも5データ連続で上回ったとき、危険と判定してもよい。しかし、5データ全てが信頼度100%でない場合には、状態判定結果の信頼性を欠くことになる。そこで、単純に連続データ数のみで判定せず、データ毎の信頼度で重み付けすることとする。例えば、信頼度100%のときを1、信頼度50%を0.5とし、判定条件をデータ数5ではなく、重み付けも含め5とする。これにより信頼度100%のときは、5データ連続で危険と判定し、信頼度50%のときは、1データ0.5のため、閾値を10データ連続で上回ったとき危険と判定する。
Furthermore, not only the threshold value but also the state may be determined from data continuity as described below.
For example, as shown in FIG. 7, when the HF exceeds the predetermined threshold value for five consecutive data, it may be determined as dangerous. However, when all the five data are not 100% reliable, the reliability of the state determination result is lacking. Therefore, it is assumed that weighting is performed based on the reliability for each piece of data without simply determining the number of continuous data. For example, 1 is set when the reliability is 100%, 0.5 is set when the reliability is 50%, and the determination condition is set to 5 including weighting instead of the number of data 5. As a result, when the reliability is 100%, it is determined that the risk is continuous for 5 data, and when the reliability is 50%, since 1 data is 0.5, it is determined that it is dangerous when the threshold is exceeded for 10 continuous data.

そして、この様にして得られたドライバの状態推定結果をドライバへ表示する。
また、状態推定結果だけでなく、判定時の信頼度も同時に表示してもよい。
更に、状態推定の内容、運転操作への支障、個々の好みによって、常時表示せず必要なときだけ表示する方が望ましいことも考えられるため、信頼度が所定以上、例えば信頼度80%以上のみ、状態推定結果、信頼度を表示してもよい。なお、信頼度の低下を警告してもよい。
The driver state estimation result thus obtained is displayed to the driver.
Further, not only the state estimation result but also the reliability at the time of determination may be displayed at the same time.
Furthermore, it may be desirable to display only when necessary instead of constantly displaying depending on the contents of state estimation, obstacles to driving, and individual preferences. Therefore, the reliability is more than a predetermined value, for example, the reliability is only 80% or more. The state estimation result and the reliability may be displayed. Note that a decrease in reliability may be warned.

d)次に、電子制御装置15にて行われる処理について、図8〜図10のフローチャートに基づいて説明する。
<メインルーチン>
本処理は、心電波形及び脈波波形の取得から補間処理までを行うものである。
d) Next, processing performed by the electronic control unit 15 will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
<Main routine>
This processing is performed from acquisition of an electrocardiogram waveform and a pulse wave waveform to interpolation processing.

図8のステップ(S)100では、心電センサ1によって得られた心電波形から、その心電R波を検出する。
続くステップ110では、心電R波のピーク間隔から、心拍間隔(RRI:図4のRRIa等)を算出する。
In step (S) 100 of FIG. 8, the electrocardiographic R wave is detected from the electrocardiographic waveform obtained by the electrocardiographic sensor 1.
In the subsequent step 110, a heartbeat interval (RRI: RRIa in FIG. 4 or the like) is calculated from the peak interval of the electrocardiographic R wave.

続くステップ120では、脈波センサ3によって得られた脈波波形から、脈波特徴点を検出する。例えば前記図4に示す脈波波形からそのピーク(例えば周知の進行波のピークP1等)を求める。なお、図4の脈波の微分波形を用いる場合は、その特徴量(例えば速度脈波のa1等)を用いることができ、同様に、脈波の2階微分波形を用いる場合は、その特徴量(例えば加速度脈波のa等)を用いることができる。   In the following step 120, a pulse wave feature point is detected from the pulse wave waveform obtained by the pulse wave sensor 3. For example, the peak (for example, a known traveling wave peak P1) is obtained from the pulse waveform shown in FIG. In addition, when using the differential waveform of the pulse wave of FIG. 4, the feature amount (for example, a1 of the velocity pulse wave) can be used. Similarly, when using the second-order differential waveform of the pulse wave, the feature is used. A quantity (for example, a of acceleration pulse wave) can be used.

続くステップ130では、例えば脈波特徴点のピークの間隔(図4のPIa等)を算出する。
続くステップ140では、後述する補間処理を実施するか否か(即ち補間処理が必要で且つそれが可能か否か)の判定処理を行う。なお、補間処理を実施すると判定された場合には、例えばそれを示すフラグを設定する。
In the following step 130, for example, the peak interval (such as PIa in FIG. 4) of the pulse wave feature point is calculated.
In the subsequent step 140, a determination process is performed as to whether or not an interpolation process to be described later is performed (that is, whether or not an interpolation process is necessary and possible). If it is determined that the interpolation process is to be performed, for example, a flag indicating that is set.

続くステップ150では、補間処理を実行するか否かを、前記フラグが設定されているか否かによって判定する。ここで肯定判断されると、ステップ160に進み、一方否定判断されると一旦本処理を終了する。   In the following step 150, it is determined whether or not the interpolation process is executed depending on whether or not the flag is set. If an affirmative determination is made here, the process proceeds to step 160. If a negative determination is made, the present process is temporarily terminated.

ステップ160では、上述した補間処理を実行する。すなわち、脈波センサ3によって得られた脈拍間隔を用いて、心電センサ1によって得られた心拍間隔を補間する処理を行い、一旦本処理を終了する。
<補間処理可否判定>
本処理は、前記ステップ140の補間処理の可否判定を行う処理である。
In step 160, the above-described interpolation process is executed. That is, using the pulse interval obtained by the pulse wave sensor 3, a process for interpolating the heart beat interval obtained by the electrocardiographic sensor 1 is performed, and this process is temporarily terminated.
<Interpolation processing availability determination>
This processing is processing for determining whether or not the interpolation processing in step 140 is possible.

図9のステップ200では、心電センサ1とドライバの手(検出部)とが接触しているか否か(即ち心電センサ1から正確な信号が得られるか否か)を、心電センサ用接触センサ(接触インピーダンス計測センサ)9からの信号により判定し、ここで肯定判断されるとステップ210に進み、一方否定判断されるとステップ230に進む。   In step 200 of FIG. 9, it is determined whether or not the electrocardiographic sensor 1 is in contact with the driver's hand (detection unit) (that is, whether or not an accurate signal is obtained from the electrocardiographic sensor 1). The determination is made based on a signal from the contact sensor (contact impedance measuring sensor) 9. If an affirmative determination is made here, the process proceeds to step 210.

つまり、例えば右手の場合、接触インピーダンス計測センサによって、その確認用電極45と心電センサ1の電極35とに人の手が触れていた場合に得られるインピーダンスと同様なインピーダンスが検出された場合には、心電センサ1の電極35にドライバの手が接触していると判断するのである。   That is, for example, in the case of the right hand, when a contact impedance measurement sensor detects an impedance similar to that obtained when a human hand touches the confirmation electrode 45 and the electrode 35 of the electrocardiogram sensor 1. Is determined that the hand of the driver is in contact with the electrode 35 of the electrocardiographic sensor 1.

ステップ210では、心電波形から算出した心拍間隔が、所定の範囲内(心拍間隔が正常と判断できる範囲内)であるか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ220に進み、一方否定判断されるとステップ230に進む。   In step 210, it is determined whether or not the heartbeat interval calculated from the electrocardiogram waveform is within a predetermined range (within a range in which the heartbeat interval can be determined to be normal). If an affirmative determination is made here, the process proceeds to step 220, while if a negative determination is made, the process proceeds to step 230.

ステップ230では、心拍間隔が正常であるので、補正せず、その心拍間隔を、例えば記憶装置17に記憶したり、表示装置19に表示したり、通信装置21により外部に通信したりし、一旦本処理を終了する。   In step 230, since the heartbeat interval is normal, the heartbeat interval is not corrected, and the heartbeat interval is stored in, for example, the storage device 17, displayed on the display device 19, or communicated to the outside by the communication device 21. This process ends.

一方、前記ステップ200で否定判断された場合(即ち心電センサ1との接触状態が適切でないと判断された場合)、或いは、前記ステップ210で否定判断された場合(即ち、心拍間隔のデータが異常であると判断された場合)には、ステップ230にて、脈波センサ3とドライバの手(検出部)とが接触しているか否かを判定する。即ち、脈波センサ3から正確な信号が得られるか否かを、脈波センサ用接触センサ(圧力センサ)11からの信号により判定し、ここで肯定判断されるとステップ240に進み、一方否定判断されるとステップ260に進む。   On the other hand, when a negative determination is made in step 200 (that is, when the contact state with the electrocardiographic sensor 1 is determined to be inappropriate), or when a negative determination is made in step 210 (that is, the heartbeat interval data is If it is determined that there is an abnormality), in step 230, it is determined whether or not the pulse wave sensor 3 is in contact with the driver's hand (detection unit). That is, whether or not an accurate signal can be obtained from the pulse wave sensor 3 is determined based on the signal from the pulse wave sensor contact sensor (pressure sensor) 11. If determined, the process proceeds to step 260.

つまり、例えば圧力センサによって、その感圧部47に人の手が触れていた場合に得られる圧力と同様な圧力が検出された場合には、脈波センサ3の測定部43にドライバの手が接触していると判断するのである。   That is, for example, when a pressure sensor detects a pressure similar to the pressure obtained when a human hand touches the pressure sensing unit 47, the driver's hand is placed on the measurement unit 43 of the pulse wave sensor 3. It is judged that they are in contact.

ステップ240では、脈波波形から算出した脈波間隔が、所定の範囲内(脈波間隔が正常と判断できる範囲内)であるか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ250に進み、一方否定判断されるとステップ260に進む。   In step 240, it is determined whether or not the pulse wave interval calculated from the pulse wave waveform is within a predetermined range (within a range in which the pulse wave interval can be determined to be normal). If an affirmative determination is made here, the process proceeds to step 250, while if a negative determination is made, the process proceeds to step 260.

ステップ250では、脈拍間隔が正常であるので、この脈拍間隔を用いて心拍間隔を補間し、その心拍間隔を、例えば記憶装置17に記憶したり、表示装置19に表示したり、通信装置21により外部に通信したりし、一旦本処理を終了する。   In step 250, since the pulse interval is normal, the heartbeat interval is interpolated using this pulse interval, and the heartbeat interval is stored in, for example, the storage device 17, displayed on the display device 19, or the communication device 21. Communicate to the outside and once complete this process.

一方、前記ステップ230で否定判断された場合(即ち脈波センサ3との接触状態が適切でないと判断された場合)、或いは、前記ステップ240で否定判断された場合(即ち、脈拍間隔のデータが異常であると判断された場合)には、ステップ260にて、心拍間隔及び脈波間隔ともエラーとして、補間処理を実施せず、一旦本処理を終了する。
<ドライバの状態判定>
本処理は、補間処理によって得られた心拍間隔を用いて、心拍数や心拍間隔の変動量の指標を求め、それらに基づいてドライバの状態を推定する処理である。
On the other hand, when a negative determination is made in step 230 (that is, when the contact state with the pulse wave sensor 3 is determined to be inappropriate), or when a negative determination is made in step 240 (that is, the pulse interval data is If it is determined that there is an abnormality), in step 260, both the heartbeat interval and the pulse wave interval are regarded as errors, and the interpolation processing is not performed, and this processing is temporarily ended.
<Determination of driver status>
This processing is processing for obtaining an index of the heart rate and the fluctuation amount of the heart beat interval using the heart beat interval obtained by the interpolation processing, and estimating the state of the driver based on them.

図10のステップ300では、補間した心拍間隔を用いて、心拍数(心拍間隔の逆数×60)を算出する。
続くステップ310では、心拍間隔の周波数解析を行って、LF、HF、LF/HF等の指標を算出する。
In step 300 of FIG. 10, the heart rate (reciprocal of heart rate interval × 60) is calculated using the interpolated heart rate interval.
In subsequent step 310, frequency analysis of the heartbeat interval is performed to calculate indices such as LF, HF, and LF / HF.

続くステップ320では、上述した指標を用いて、例えば特開2007−301101等に示す様に、ドライバの状態(例えば不整脈や血圧の状態など)が、何らかの警告を必要とする状態か否か(即ち正常な状態では無いか否か)を判定する処理を行う。なお、判定処理の結果、ドライバの状態が正常ではないと判定された場合には、例えばそれを示すフラグを設定する。   In the following step 320, using the above-mentioned index, as shown in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-301101, the driver state (for example, arrhythmia or blood pressure state) is a state that requires some warning (ie, A process for determining whether or not the state is normal is performed. As a result of the determination process, if it is determined that the state of the driver is not normal, for example, a flag indicating that is set.

この判定を行う場合には、上述した様に、データの信頼度等を加味してドライバの状態を判定する。例えば補間の数、補間の連続数、補間の割合が多い場合には、データの信頼性が低いので、ドライバの状態を異常と判定する閾値を上げたり、逆に、データの重み付けを調節して、誤判定をしない様にする。更に、車両の走行状態によってもデータの信頼性が変化するので、例えばカーブを走行中や高速走行中の場合には、データの信頼度を低く設定してもよい。   When this determination is made, as described above, the state of the driver is determined in consideration of data reliability and the like. For example, if the number of interpolations, the number of consecutive interpolations, and the ratio of interpolation are large, the reliability of the data is low, so the threshold for judging the driver state as abnormal is raised, or conversely, the weighting of the data is adjusted Do not make a wrong decision. Furthermore, since the reliability of the data changes depending on the traveling state of the vehicle, for example, when the vehicle is traveling on a curve or traveling at a high speed, the reliability of the data may be set low.

続くステップ330では、警告等の処理を実行するか否かを、前記フラグが設定されているか否かによって判定する。ここで肯定判断されると、ステップ340に進み、一方否定判断されるとステップ350に進む。   In the next step 330, it is determined whether or not to execute processing such as warning depending on whether or not the flag is set. If an affirmative determination is made here, the process proceeds to step 340, while if a negative determination is made, the process proceeds to step 350.

ステップ340では、ドライバが正常な状態では無いと判定されたので、その内容に応じて、警報等を報知して、例えば表示装置19に表示したり音声等で報知して、一旦本処理を終了する。   In step 340, since it is determined that the driver is not in a normal state, an alarm or the like is notified according to the content of the driver, for example, displayed on the display device 19 or by voice or the like, and the present process is temporarily terminated. To do.

一方、ステップ350では、ドライバが正常な状態であるので、例えばその旨を表示したり、心拍数等のデータを表示装置19に表示して、一旦本処理を終了する。
e)この様に、本実施形態では、心電センサ1及び脈波センサ3からの信号を用いて、心電間隔及び脈波間隔を算出するとともに、心電間隔のデータが正常でない場合には、脈波間隔を用いて心電間隔を補間するので、常に精度の良いデータが得られるという顕著な効果を奏する。
On the other hand, in step 350, since the driver is in a normal state, for example, a message to that effect is displayed, or data such as heart rate is displayed on the display device 19, and this process is temporarily terminated.
e) As described above, in this embodiment, the ECG interval and the pulse wave interval are calculated using the signals from the ECG sensor 1 and the pulse wave sensor 3, and the ECG interval data is not normal. Since the ECG interval is interpolated using the pulse wave interval, a remarkable effect is obtained in that accurate data is always obtained.

また、補間した心拍間隔から心拍数、LH、HF、LF/HF等のドライバの状態を判定する指標を算出するとともに、この指標を用いてドライバの状態を判定する際には、データの信頼度も考慮するので、ドライバの状態を誤判定する可能性が低いという利点がある。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明するが、前記第1実施形態と同様な内容の説明は省略する。
In addition, an index for determining the state of the driver such as heart rate, LH, HF, LF / HF or the like is calculated from the interpolated heart rate interval, and when determining the driver state using this index, the reliability of the data is calculated. Therefore, there is an advantage that the possibility of erroneous determination of the driver state is low.
[Second Embodiment]
Next, the second embodiment will be described, but the description of the same content as the first embodiment will be omitted.

図11に示す様に、心電波形と脈波波形(ここでは例えば脈波の微分波形)とには、時間的なズレがある。
本実施形態では、例えば前回の心電R波位置Rt-1と対応する(微分波形の)脈波特徴点位置Pt-1が検出できるとともに、欠落した心電R波に対応する今回の脈波特徴点位置Ptが検出できた場合は、今回の脈波特徴点位置Ptと、前回の脈波特徴点位置Pt-1と前回の心電R波位置Rt-1との時間差Dt-1から、今回の心電R波位置Ptを推定し、補間することができる。
As shown in FIG. 11, there is a temporal shift between the electrocardiogram waveform and the pulse waveform (here, for example, a differential waveform of the pulse waveform).
In the present embodiment, for example, the pulse wave feature point position P t-1 (of differential waveform) corresponding to the previous electrocardiogram R wave position R t-1 can be detected, and the current ECG R wave corresponding to the missing electrocardiogram R wave is detected. If the pulse wave feature point position P t can be detected, the current pulse wave feature point position P t , the previous pulse wave feature point position P t-1, and the previous electrocardiographic R wave position R t-1 The current electrocardiographic R wave position P t can be estimated and interpolated from the time difference D t−1 .

詳しくは、推定した今回の心電R波位置Ptは、今回の脈波特徴点位置Ptから、前回の脈波特徴点位置Pt-1と前回の心電R波位置Rt-1との時間差Dt-1を引くことにより求めることができる。 Specifically, the estimated current electrocardiographic R wave position P t is determined from the current pulse wave characteristic point position P t , the previous pulse wave characteristic point position P t−1, and the previous electrocardiographic R wave position R t−1. It can be obtained by subtracting the time difference D t-1 from.

本実施形態でも、前記第1実施形態と同様な効果を奏する。
以上、本実施形態では車両内のドライバを対象とした例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明を逸脱しない範囲で、種々の変形及び置換を加えることができる。
This embodiment also has the same effect as the first embodiment.
As mentioned above, although this embodiment explained in full detail about the example for the driver in vehicles, the present invention is not restricted to the embodiment mentioned above, and in the range which does not deviate from the present invention, various modification and substitution are carried out. Can be added.

(1)ここで車両内のドライバを対象としたのは、車両内は、安定した心電計測が困難な状況が多く、本発明が特に生かされる用途であるためである。
また、車両状態、車両操作状況が、心電、脈波の取得性能に大きく影響するので、車両内にて本発明を実施する場合は、車速や操舵角等の車両情報を信頼度算出に反映することが好ましい。また、車両情報も組み合わせて、ドライバの状態を推定してもよい。
(1) The reason why the driver in the vehicle is used here is that there are many situations in which stable electrocardiogram measurement is difficult in the vehicle, and the present invention is particularly useful.
In addition, since vehicle conditions and vehicle operation conditions greatly affect the electrocardiogram and pulse wave acquisition performance, vehicle information such as vehicle speed and steering angle is reflected in the reliability calculation when the present invention is implemented in the vehicle. It is preferable to do. Further, the state of the driver may be estimated by combining the vehicle information.

例えば、ステアリング操作量が多いときなど、信頼度を低下させる。また、車両速度が速いほど、前述の推定判定の閾値を下げて、危険と判定し易くしてもよい。
(2)また、車両とは関係なく、既存の心電装置、脈波装置で同時に取得した心電波形、脈波波形をパーソナルコンピュータに読み込み、パーソナルコンピュータにて、測定対象の状態を判定してもよい。
For example, the reliability is lowered when the steering operation amount is large. In addition, as the vehicle speed is higher, the above-described estimation determination threshold value may be lowered to facilitate the determination of danger.
(2) Regardless of the vehicle, the electrocardiogram waveform and pulse wave waveform acquired simultaneously by the existing electrocardiogram device and pulse wave device are read into a personal computer, and the state of the measurement object is determined by the personal computer. Also good.

(3)更に、上述した生体状態推定装置の機能は、コンピュータのプログラムにより実行される処理により実現することができ、このプログラムは、記録媒体に記録できる。
つまり、上述した様なプログラムをコンピュータシステムにて実現する機能は、例えば、コンピュータシステム側で起動するプログラムとして備えることができる。このようなプログラムの場合、例えば、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD、ハードディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、必要に応じてコンピュータシステムにロードして起動することにより用いることができる。この他、ROMやバックアップRAM等をコンピュータ読み取り可能な記録媒体として前記プログラムを記録しておき、このROMあるいはバックアップRAM等をコンピュータシステムに組み込んで用いても良い。
(3) Furthermore, the function of the above-described biological state estimation apparatus can be realized by processing executed by a computer program, and this program can be recorded on a recording medium.
That is, the function for realizing the above-described program in the computer system can be provided as a program that is activated on the computer system side, for example. In the case of such a program, for example, the program is recorded on a computer-readable recording medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD, and a hard disk, and is used by being loaded into a computer system and started as necessary. be able to. In addition, the program may be recorded as a computer-readable recording medium such as a ROM or a backup RAM, and the ROM or the backup RAM may be incorporated into a computer system.

第1実施形態の生体状態推定装置の機能を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function of the biological condition estimation apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態における各センサの配置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows arrangement | positioning of each sensor in 1st Embodiment. 心電信号を示すグラフである。It is a graph which shows an electrocardiogram signal. 心電波形、脈波波形、脈波の微分波形、脈波の2階微分波形の対応関係を示すグラフである。It is a graph which shows the correspondence of an electrocardiogram waveform, a pulse wave waveform, a differential waveform of a pulse wave, and a second-order differential waveform of a pulse wave. 脈拍間隔を用いて心拍間隔を補間する手法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method of interpolating a heartbeat interval using a pulse interval. 信頼度に応じて閾値を変更する手法を示すグラフである。It is a graph which shows the method of changing a threshold value according to reliability. 連続するデータを用いた危険判定の手法を説明するグラフである。It is a graph explaining the method of danger determination using continuous data. 第1実施形態におけるメインルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the main routine in 1st Embodiment. 心拍間隔の補間方法の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the interpolation method of a heartbeat interval. ドライバの状態を判定する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which determines the state of a driver. 第2実施形態において、心電波形、脈波波形、脈波の微分波形、脈波の2階微分波形の関係を示すグラフである。In 2nd Embodiment, it is a graph which shows the relationship between the electrocardiogram waveform, the pulse wave waveform, the differential waveform of the pulse wave, and the second-order differential waveform of the pulse wave.

符号の説明Explanation of symbols

1…心電センサ
3…脈波センサ
13…車両センサ
19…表示装置
29…信号処理演算部
31…ドライバ状態判定部
33…車両制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrocardiogram sensor 3 ... Pulse wave sensor 13 ... Vehicle sensor 19 ... Display apparatus 29 ... Signal processing calculating part 31 ... Driver state determination part 33 ... Vehicle control part

Claims (25)

心電波形取得手段によって得られた生体の心電波形と、脈波波形取得手段によって得られた生体の脈波波形とに基づいて、生体の状態を推定する生体状態推定装置であって、
前記心電波形が心拍を検出するのに適切でない状態であるか否かを判定する測定状態判定手段と、
前記測定状態判定手段によって前記心電波形が心拍を検出するのに適切でない状態であると判定された場合には、前記脈波波形を用いて前記心電波形の補間を行う補間手段と、
を備えたことを特徴とする生体状態推定装置。
A biological state estimation device that estimates the state of a living body based on the electrocardiographic waveform of the living body obtained by the electrocardiographic waveform acquisition means and the pulse wave waveform of the living body obtained by the pulse wave waveform acquisition means,
Measurement state determination means for determining whether or not the electrocardiogram waveform is in a state inappropriate for detecting a heartbeat;
When the measurement state determination means determines that the electrocardiogram waveform is not suitable for detecting a heartbeat, an interpolation means for interpolating the electrocardiogram waveform using the pulse wave waveform;
A biological state estimation device comprising:
前記測定状態判定手段は、前記心電波形取得手段と前記生体との接触状態又は前記脈波波形取得手段と前記生体との接触状態を検出する接触状態検出手段から信号に基づいて、心拍の検出に適した状態か否かを判定することを特徴とする請求項1に記載の生体状態推定装置。   The measurement state determination unit detects a heartbeat based on a signal from a contact state detection unit that detects a contact state between the electrocardiogram waveform acquisition unit and the living body or a contact state between the pulse wave waveform acquisition unit and the living body. The biological state estimation apparatus according to claim 1, wherein it is determined whether or not the state is suitable for the living body. 前記測定状態判定手段は、心拍間隔が所定の許容範囲を外れたか否かによって、心拍の検出に適した状態か否かを判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の生体状態推定装置。   The biological state estimation according to claim 1 or 2, wherein the measurement state determination unit determines whether or not the state is suitable for heartbeat detection based on whether or not the heartbeat interval is outside a predetermined allowable range. apparatus. 前記補間手段は、心拍間隔を脈拍間隔で補間することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の生体状態推定装置。   The living body state estimation apparatus according to claim 1, wherein the interpolation unit interpolates a heartbeat interval with a pulse interval. 前記補間手段は、脈波波形、脈波の1階微分波形、及び波形の2階微分波形のいずれかの特徴点を用いて脈拍間隔を求め、該脈拍間隔を用いて心拍間隔を補間することを特徴とする請求項4に記載の生体状態推定装置。   The interpolation means obtains a pulse interval using any one of the characteristic points of a pulse wave waveform, a first-order differential waveform of the pulse wave, and a second-order differential waveform of the waveform, and interpolates the heart beat interval using the pulse interval. The biological state estimation apparatus according to claim 4, wherein: 前記補間手段は、心拍間隔に対応している最新の脈拍間隔を用いて、そのまま補間することを特徴とする請求項4又は5に記載の生体状態推定装置。   The living body state estimation apparatus according to claim 4 or 5, wherein the interpolation means interpolates as it is using the latest pulse interval corresponding to the heartbeat interval. 前記補間手段は、前回の心電R波と前回の脈波波形、脈波の1階微分波形、及び波形の2階微分波形のいずれかの特徴点との時間差と、今回の脈波波形、脈波の1階微分波形、及び波形の2階微分波形のいずれかの特徴点の位置とから、今回の心電R波位置を推定し、該推定した今回の心電R波位置と前回の心電R波との時間間隔を、心拍間隔として補間することを特徴とする請求項4又は5に記載の生体状態推定装置。   The interpolation means includes a time difference between any one of the characteristic points of the previous electrocardiogram R wave and the previous pulse waveform, the first-order differential waveform of the pulse wave, and the second-order differential waveform of the waveform, the current pulse waveform, The current ECG R-wave position is estimated from the position of one of the characteristic points of the first-order differential waveform of the pulse wave and the second-order differential waveform of the waveform, and the estimated current ECG R-wave position and the previous The biological state estimation apparatus according to claim 4 or 5, wherein a time interval with an electrocardiogram R wave is interpolated as a heartbeat interval. 前記補間した心拍間隔から、心拍数及び心拍間隔の変動量を示す指標のうち少なくとも一方を算出することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の生体状態推定装置。   The biological state estimation apparatus according to claim 1, wherein at least one of indices indicating a heart rate and a fluctuation amount of the heart beat interval is calculated from the interpolated heart beat interval. 前記心拍数及び心拍間隔の変動量を示す指標のうち少なくとも一方を算出する際に、前記補間の数、補間の連続数、及び補間の割合のうち少なくとも1種に応じて、データの信頼性を示す信頼度を算出することを特徴とする請求項8に記載の生体状態推定装置。   When calculating at least one of the indexes indicating the fluctuation amount of the heart rate and the heart rate interval, the reliability of data is determined according to at least one of the number of interpolations, the number of consecutive interpolations, and the rate of interpolation. The biological state estimation device according to claim 8, wherein the reliability shown is calculated. 前記信頼度は、前記補間の数、補間の連続数、及び補間の割合について、いずれも多いほど低下することを特徴とする請求項8又は9に記載の生体状態推定装置。   The biological state estimation apparatus according to claim 8 or 9, wherein the reliability decreases as the number of interpolations, the number of consecutive interpolations, and the ratio of interpolation decrease. 前記心拍数、心拍間隔の変動量を示す指標、及び信頼度のうち、少なくとも1種を表示することを特徴とする請求項8〜10のいずれかに記載の生体状態推定装置。   The biological state estimation apparatus according to any one of claims 8 to 10, wherein at least one of the heart rate, an index indicating a fluctuation amount of a heartbeat interval, and a reliability is displayed. 前記補間後の心拍数、心拍間隔の変動量を示す指標、及び信頼度のうち少なくとも2種から、ユーザの状態を判定することを特徴とする請求項8〜11のいずれかに記載の生体状態推定装置。   The biological state according to any one of claims 8 to 11, wherein the state of the user is determined from at least two of the interpolated heart rate, an index indicating the amount of heartbeat interval variation, and the reliability. Estimating device. 前記ユーザの状態を判定する場合には、前記信頼度に応じて、判定の閾値を切り換えることを特徴とする請求項12に記載の生体状態推定装置。   The biological state estimation apparatus according to claim 12, wherein when the user state is determined, a determination threshold value is switched according to the reliability. 前記ユーザの状態を判定する場合には、前記信頼度に応じて、判定に用いるデータの重み付けを変えることを特徴とする請求項12に記載の生体状態推定装置。   The living body state estimation apparatus according to claim 12, wherein when determining the state of the user, weighting of data used for determination is changed according to the reliability. 前記ユーザの状態を判定する場合には、その判定結果及び前記信頼度のうち、少なくとも判定結果を表示することを特徴とする請求項12〜14のいずれかに記載の生体状態推定装置。   The living body state estimation apparatus according to any one of claims 12 to 14, wherein when the user state is determined, at least a determination result is displayed among the determination result and the reliability. 前記信頼度が所定以上の場合のみ、前記表示内容を表示することを特徴とする請求項9〜15のいずれかに記載の生体状態推定装置。   The living body state estimation apparatus according to any one of claims 9 to 15, wherein the display content is displayed only when the reliability is equal to or higher than a predetermined level. 前記信頼度が低下した場合に、該信頼度低下に関する警告を行うことを特徴とする請求項9〜16のいずれかに記載の生体状態推定装置。   The living body state estimation apparatus according to any one of claims 9 to 16, wherein when the reliability decreases, a warning about the reliability decrease is given. 前記脈波波形取得手段の装着状態が良いかどうかを、前記装着状態判定手段から判断し、良い場合のみ前記補間処理を実行することを特徴とする請求項2〜17のいずれかに記載の生体状態推定装置。   18. The living body according to claim 2, wherein whether or not the pulse wave waveform acquisition unit is in a good wearing state is determined from the wearing state determination unit, and the interpolation process is executed only when the wearing state is good. State estimation device. 前記生体状態の推定を、車両内におけるドライバに対して実行することを特徴とする請求項1〜18のいずれかに記載の生体状態推定装置。   The biological state estimating device according to claim 1, wherein the biological state is estimated for a driver in a vehicle. 前記信頼度を、車両情報を組み合わせて算出することを特徴とする請求項19に記載の生体状態推定装置。   The biological state estimation apparatus according to claim 19, wherein the reliability is calculated by combining vehicle information. 前記補間後の心拍数、心拍間隔の変動量を示す指標、及び信頼度のうちの少なくとも2種と、車両情報とから、前記ドライバの状態を判定することを特徴とする請求項20に記載の生体状態推定装置。   21. The state of the driver is determined from at least two of the interpolated heart rate, an index indicating a fluctuation amount of a heartbeat interval, and reliability, and vehicle information. Biological state estimation device. 前記ドライバの状態を判定結果に基づいて、車両を制御することを特徴とする請求項21に記載の生体状態推定装置。   The biological state estimating device according to claim 21, wherein the state of the driver is controlled based on a determination result. 前記車両のナビゲーション装置を用いて、前記生体状態の推定結果及び警告内容の少なくとも一方を表示することを特徴とする請求項19〜22のいずれかに記載の生体状態推定装置。   The biological state estimation device according to any one of claims 19 to 22, wherein at least one of the biological state estimation result and the warning content is displayed using the vehicle navigation device. コンピュータを、前記請求項1〜23のいずれかに記載の測定状態判定手段及び補間手段として機能させるためのプログラム。   A program for causing a computer to function as the measurement state determination unit and the interpolation unit according to any one of claims 1 to 23. 前記請求項24に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the program according to claim 24 is recorded.
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