JP2000014653A

JP2000014653A - 運転者心電信号計測装置

Info

Publication number: JP2000014653A
Application number: JP10184859A
Authority: JP
Inventors: Tatsumi Yanai; 達美柳井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】心電信号に混入した手部や腕部から生じる筋
電位信号を除去し、心電信号の検出精度を向上させる。【解決手段】ステアリングに心電信号検出装置１と、
操舵角センサ２および圧電センサ３を設け、ステアリン
グが回転させられた場合には、検出された心電信号に低
域フィルタ処理を施す。圧電センサ３で所定量以上の圧
力を検出した場合、すなわちステアリングが強く握られ
た場合には、テンプレート波形と検出した心電信号の相
関係数を算出し、相関係数の値が所定値以下となる心電
信号の区間を除去する。また、バッファ７に検出した心
電信号を記憶し、圧電センサ３で手部の動作が検出され
た場合には、バッファ７に記憶されている心電信号にも
相関係数フィルタ処理を実施し、圧電センサ３で手部の
動作が検出される前に、手首等が動いたために心電信号
に混入してしまった筋電位信号も除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体の運転者の
心電信号を計測する運転者心電信号計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動体の操舵輪上に配置されたプ
ラス極とマイナス極の２極の電極を備えた心電信号検出
装置から運転中の運転者の心電信号を計測する運転者心
電信号計測装置が知られている。心電信号は、自律神経
の変化を反映した信号であるため、運転者の疲労状態等
に関する客観的指標を提供できる。運転者の心電信号の
計測結果を活用して移動体を制御し、運転操作の安全性
を向上させる試み等が行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
運転者心電信号計測装置では、ノイズ対策としては簡単
なキャンセリング処理を行うのみである。操舵輪から心
電信号を採取する際に電気的なノイズが計測結果に含ま
れた場合等には、キャンセリング処理で対処することが
可能であるが、心電信号に混入する可能性の高い、操舵
輪を強く握った際や、操舵輪を操作するために腕を動か
した際に生じる筋電位信号はキャンセリング処理では除
去することはできない。そのため、心電信号の計測結果
の信頼性を低下させてしまうといった問題があった。本
発明は、上記問題点に鑑み、心電信号に混入した筋電位
信号を除去し、心電信号の計測結果の信頼性を向上させ
た運転者心電信号計測装置を提供することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、移
動体の運転者の心電信号を検出する心電信号検出装置
と、心電信号検出装置を介して心電信号に混入する恐れ
のある筋電位信号を発生する運転者の動作を検出する動
作検出部と、動作検出部の検出結果に応じて、心電信号
から運転者の体動により生じた筋電位信号を除去する信
号処理部を有するものとした。上記心電信号検出装置
は、移動体の操舵輪に設けられ、運転者の手部から心電
信号を検出することが好ましい。

【０００５】上記動作検出部は腕部の動作を検知する腕
部動作検出部を有し、信号処理部は、腕部動作検出部の
検出結果に応じて、低域除去フィルタ処理を行う腕部筋
電位除去部を有することもできる。上記腕部動作検出部
は操舵輪の軸部に設けられた操舵角センサであり、操舵
輪の回転から腕部の動作を検知することが好ましい。

【０００６】また、上記動作検出部は手部の動作を検知
する手部動作検出部を有し、信号処理部は、目的外信号
が含まれていない心電信号をテンプレート波形として記
憶し、手部動作検出部の検出結果に応じて、心電信号検
出装置で検出した心電信号とテンプレート波形の1周期
内の相関係数を算出し、相関係数の値が所定値以下とな
る心電信号の区間を除去する手部筋電位除去部を有する
こともできる。上記手部動作検出部は操舵輪に設けられ
た圧電センサであり、操舵輪に加わった手部の圧力の変
化から手部の動作を検知することが好ましい。

【０００７】上記信号処理部は心電信号検出部で検知し
た心電信号のうち最新の所定期間分を記憶する一時記憶
部を有し、動作検出部で運転者の動作が検出された場合
には、一時記憶部に記憶された心電信号に筋電位信号を
除去する信号処理を施すこともできる。

【０００８】

【作用】本発明による運転者心電信号計測装置では、心
電信号検出装置により、運転者の心電信号を検出しなが
ら、平行して動作検出部で運転者の動作を検知してい
る。運転者が動き、筋電位信号が心電信号に混入してい
る恐れのある場合には、動作検出部での検出結果に応じ
て、信号処理部で、心電信号から筋電位信号を除去する
信号処理を行うので、筋電位信号の含まれていない心電
信号を得られる。

【０００９】例えば移動体の操舵輪に心電信号検出装置
が設けられている場合には、操舵輪を回転させる際に
は、図９の（ａ）に示すように、腕部から生じた筋電位
は基線変動として心電信号に混入する。この筋電位は心
電信号のパルス波とは異なり、低域の周波数帯の信号で
ある。操舵輪の軸に操舵角センサ等からなる腕部動作検
出部を設け、操舵角が所定量を超えた場合、すなわち操
舵輪が回転させられた場合には、心電信号検出装置で検
出された心電信号に低域フィルタ処理を施すことによ
り、心電信号から腕部で生じた筋電位信号を除去するこ
とができる。

【００１０】また、加速する際などに操舵輪を強くにぎ
ると、図９の（ｂ）に示すように雑音状の筋電位が手部
から生じ、心電信号に混入する。この筋電位は心電信号
のパルス波に近い周波数のため、通常のフィルタ処理で
は、除去が困難である。操舵輪に圧電センサ等からなる
手部動作検出部を設け、所定量以上の圧力を検出した場
合、すなわち操舵輪が強く握られた場合には、ノイズの
含まれていない心電信号から作成されたテンプレート波
形と検出した心電信号の相関係数を算出し、相関係数の
値が所定値以下となる心電信号の区間を除去することに
より、手部から生じる筋電位信号が含まれている心電信
号を取り除くことができる。

【００１１】また、一時記憶部に検出した心電信号を記
憶し、動作検出部で運転者の動作が検出された場合に
は、一時記憶部に記憶されている心電信号にもフィルタ
処理を実施することにより、動作検出部で運転者の動作
が検出される前に、腕や手首が動いたために心電信号に
混入してしまった筋電位信号も除去できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例によ
り説明する。図１は本発明の実施例の構成図である。運
転者心電信号計測装置は、運転者の心電信号をステアリ
ングを介して検出する心電信号検出装置１と、ステアリ
ングの操舵角を検知する操舵角センサ２と、ステアリン
グ上の圧力を感知する圧電センサ３と、心電信号検出装
置１で検出した心電信号に信号処理を加え、ノイズを除
去して出力する信号処理部４から構成されている。

【００１３】信号処理部４は、心電信号を入力する入力
処理部５と、腕部から生じた筋電位を除去する腕部筋電
位除去部６と、腕部筋電位除去部６から出力された心電
信号を一時的に記憶し、順次出力するバッファ７と、手
部から生じた筋電位を除去する手部筋電位除去部８が設
けられている。心電信号検出装置１の検出結果は入力処
理部５および手部筋電位除去部８に出力される。また、
操舵角センサ２の検知結果は腕部筋電位除去部６と手部
筋電位除去部８に出力される。圧電センサ３の検知結果
は手部筋電位除去部８に出力される。

【００１４】図２はステアリング１０上に配置された心
電信号検出装置１の構成を示す図である。（ｂ）はＡ矢
視図である。心電信号検出装置１は、それぞれ絶縁され
た３つの導電性部材からなる、ステアリング右半分部１
１、ステアリング左上半分部１２、ステアリング左下半
分部１３から構成されるステアリング１０上に設置され
たプラス極１４、マイナス極１５およびリファレンス極
１６と各電極に接続された検出回路１７により、運転者
の手から心電信号を採取している。胸部に電極を装着し
て採取される図３の（ａ）に示すような心電信号に比
べ、手の平から採取した心電信号は図３の（ｂ）に示す
ように、基線の変動が観測されるが、拍動のタイミング
は十分に検出することができる。

【００１５】また、プラス極１４、マイナス極１５に加
えて、リファレンス極１６を加えることにより、心電信
号の基線変動を極力抑えることができる。ステアリング
１０は、通常のステアリング保持で、自然に運転者の手
の平が３極に接するように構成されている。心電図信号
の場合は、身体に電極の装着を必要とするが、ここで
は、医療用としての正確な波形診断が目的ではないた
め、運転者の心電信号をステアリングに取付けた電極か
ら測定している。

【００１６】図４は、ステアリング１０上に取り付けら
れた操舵角センサ２および圧電センサ３の構成を示す図
である。（ａ）はステアリング１０上の配置を示す平面
図であり、（ｂ）は断面図である。操舵角センサ２は、
ステアリング１０の軸部に設けられている。腕部からの
筋電位はステアリング１０を回す際に生じるため、操舵
角センサ２により運転者がステアリングを回す動作を検
出することにより、腕部からの筋電位の発生を間接的に
検出することができる。圧電センサ３は、ステアリング
右半分部１１内に設けられた圧電センサ３ａ、ステアリ
ング左上半分部１２内に設けられた圧電センサ３ｂおよ
びステアリング左下半分部１３内に設けられている圧電
センサ３ｃから構成されている。手部からの筋電位はス
テアリング１０を強く握る際に発生するため、圧電セン
サ３により、ステアリング上の圧力を感知することによ
り、手部からの筋電位の発生を間接的に検出することが
できる。

【００１７】次に、動作を説明する。運転者がステアリ
ングを握ると、ステアリング上に設けられた心電信号検
出装置１の電極により、図３の（ｂ）に示すような運転
者の心電信号が測定され、信号処理部４の入力処理部５
および手部筋電位除去部８に出力される。操舵角センサ
２では、常時ステアリングの回転角度を検知し、所定角
度以上ステアリングが回転された場合には、腕部動作信
号を腕部筋電位除去部６および手部筋電位除去部８へ出
力する。

【００１８】圧電センサ３では、常時ステアリングにか
かる圧力を検知し、所定以上の圧力が生じた場合には、
手部動作信号を手部筋電位除去部８に出力する。入力処
理部５では、まず心電信号を１００Ｈｚでサンプリング
して、逐次取り込む。次いで、汎用バンドパスフィルタ
によるフィルタリング処理を行い、電気信号などからな
るノイズを除去し、腕部筋電位除去部６へ出力する。

【００１９】腕部筋電位除去部６では、操舵角センサ２
から腕部動作信号が入力されているか否かを判定する。
腕部動作信号が入力されていなければ、入力処理部５か
ら入力された心電信号をそのままバッファ７へ出力す
る。腕部動作信号が入力されていれば、図５に示すよう
な汎用バンドパスフィルタに比べて低域をカットした低
域除去フィルタを用いて、心電信号のフィルタ処理を行
い、バッファ７へ出力する。腕部から発生した筋電位
は、低域の周波数帯の信号であり、基線変動となって、
心電信号に混入する。したがって、低域除去フィルタに
よりフィルタ処理を行えば、腕部より生じた筋電位を心
電信号から除去できる。バッファ７では、５秒間分の心
電信号を記憶し、入力された順に手部筋電位除去部８へ
出力する。

【００２０】手部筋電位除去部８では、圧電センサ３か
ら手部動作信号が入力されているか否かを判定する。入
力されていなければ、バッファ７から入力された心電信
号をそのまま出力する。手部動作信号が入力されていれ
ば、後述する相関係数を用いて、心電信号の相関係数フ
ィルタ処理を行ってから、心電信号を出力する。実際に
運転者がステアリングを強く握る前後には、圧電センサ
３では検知できない手首の動作等があり、筋電信号が混
入している恐れがあるため、相関係数フィルタ処理は、
手部動作信号が入力された時間の前後５秒間を含む間に
検出された心電信号に対して、実施される。

【００２１】相関係数フィルタ処理をおこなうために、
まず相関係数を算出するための基準となるテンプレート
を作成しなければならない。手部筋電位除去部８では、
予め、運転者の心電信号から筋電位の影響をうけていな
１周期分の波形を採取し、テンプレートとして図示しな
いメモリに記憶してある。上記テンプレート作成手順を
図６に示すフローチャートを用いて説明する。ステップ
１０１では、心電信号が継続して５秒以上入力されてい
るか否かを判定する。

【００２２】ステップ１０２で、腕部から発生する筋電
位の影響をうけていない心電信号を採取するために、操
舵角センサ２から腕部動作信号が入力されているか否か
を判定する。入力されていればステップ１０１に戻り、
所定時間間隔でステップ１０１を繰り返す。入力されて
いなければ、ステップ１０３へ進む。ステップ１０３で
は、手部から発生する筋電位の影響をうけていない心電
信号を採取するために、心電信号が入力された時点の前
後５秒間の間に、圧電センサ３から手部動作信号が入力
されているか否かを判定する。入力されていればステッ
プ１０１に戻る。入力されていなければ、ステップ１０
４へ進む。

【００２３】ステップ１０４では、心電信号検出装置１
から心電信号を１００Ｈｚでサンプリングして、逐次取
り込む。次いで、ステップ１０５で、電気信号等からな
るノイズを除去するために、汎用バンドパスフィルタに
よるフィルタ処理を行う。ステップ１０６では、閾値処
理を行う。ステップ１０７で、心電信号から、拍動の時
間間隔である拍動間隔ＲＲＩ（Ｒ−Ｒｉｎｔｅｒｖａ
ｌ）を算出する。

【００２４】ステップ１０８で、拍動の時間間隔ＲＲＩ
データが所定の範囲内にあるかどうかをチェックする。
まず次式を満たす、連続したデータＲＲＩ（０）および
データＲＲＩ（１）が存在するか否かを判定する。０．５ｓｅｃ＜ＲＲＩ（０）＜１．５ｓｅｃ０．５ｓｅｃ＜ＲＲＩ（１）＜１．５ｓｅｃ一般に車両運転中の運転者の心拍数は、４０〜１２０拍
／分の範囲内にあるので、上記の条件を満たしていない
場合には、拍動間隔ＲＲＩ以外の信号が検出されている
恐れがあるため、ステップ１０１に戻り、改めて心電信
号を採取する。上記の条件を満たすＲＲＩ（０）および
ＲＲＩ（１）が存在すればステップ１０９へ進む。

【００２５】ステップ１０９では、データＲＲＩ（１）
が、その直前のデータＲＲＩ（０）と比較して、（１／
２）ＲＲＩ（０）から（３／２）ＲＲＩ（０）の範囲内
であるか否かを判定する。不整脈や検出エラーで拍動が
欠けるとＲＲＩは通常の約２倍になるからこのチェック
で検出できる。また、電気的ノイズによるパルス等が原
因で、誤ったＲＲＩデータが検出された場合にもこのチ
ェックで検出可能である。ＲＲＩ（１）が上記範囲内に
あるときはステップ１１０に進むが、上記範囲にないと
きは欠陥データが検出されたとみなされ、ステップ１０
１へ戻る。ステップ１１０では、図７に示すように，Ｒ
ＲＩ（０）の計測開始からＲＲＩ(０)×０．５秒後から
ＲＲＩ(０)×１．５秒後までの範囲を１周期分のテンプ
レートとしてメモリに記憶する。

【００２６】次に、図８に示すようにテンプレート波形
と検出された心電信号の相関係数Ｒを次式から算出す
る。Ｘｉは相関係数算出開始点からｉ個めの心電信号の
信号値であり、Ｙｉは相関係数算出開始点からｉ個めの
テンプレートの信号値である。

【数１】ｉは１からテンプレートのサンプル数ｎまでとする。す
なわち、１００Ｈｚでサンプリングした心電信号から作
成したテンプレートの時間幅が１秒間であれば、テンプ
レートのサンプル数ｎは１００となる。

【００２７】上記相関係数Ｒは、相関係数算出開始点を
１サンプルずつシフトしながら筋電位除去区間の全ての
領域で算出する。心電信号の波形とテンプレートの波形
の形状にあまり差がない場合には、相関係数Ｒは１に近
い値となり、波形の差が大きい場合には、０に近ずく。
従って、相関係数Ｒの値が所定値以下の場合には、その
心電信号を除去して、出力しないことにより、手部から
生じる筋電位信号が含まれている心電信号を取り除くこ
とができる。

【００２８】以上説明したように、ステアリング１０に
心電信号検出装置１と、操舵角センサ２および圧電セン
サ３を設け、検出した操舵角が所定量を超えた場合、す
なわちステアリング１０が回転させられた場合には、心
電信号検出装置１で検出された心電信号に低域フィルタ
処理を施す。また、圧電センサ３で所定量以上の圧力を
検出した場合、すなわちステアリングが強く握られた場
合には、テンプレート波形と検出した心電信号の相関係
数を算出し、相関係数の値が所定値以下となる心電信号
の区間を除去する。これにより、手部や腕部を動かした
ときに生じる筋電位信号を心電信号から取り除くことが
できる。

【００２９】また、バッファ７に検出した心電信号を記
憶し、圧電センサ３で手部の動作が検出された場合に
は、バッファ７に記憶されている心電信号にも相関係数
フィルタ処理を実施することにより、圧電センサ３で手
部の動作が検出される前に、手首等が動いたために心電
信号に混入してしまった筋電位信号も除去できる。従っ
て、心電信号に混入した筋電位信号を除去し、心電信号
の検出精度を向上させることができる。

【００３０】なお、上記の実施例においては、腕部動作
検出部としては操舵角センサを使用しているが、これに
限られるものではなく、ウインカーの操作やＡＴシフト
レバーの操作等から腕部の動作を検出するものでも良
く、間接的に腕部の動作を検出できるものであればよ
い。同様に、手部動作検出部も圧電センサに限定される
ものではなく、ウインカーの操作や車両の急加速や急停
止等から手部の動作を検出するものでも良く、間接的に
手部の動作を検出できるものであればよい。さらに、操
舵幹を有する移動体においては、操舵幹に心電信号検出
装置が取り付け可能であれば、操舵輪とみなすことがで
きる。すなわち、心電信号検出装置が取り付け可能であ
り、かつ運転中に常時手部と接触している操作部を有す
る移動体であれば、本発明を適用できる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の運転者心
電信号計測装置では、心電信号検出装置により、運転者
の心電信号を検出しながら、平行して動作検出部で運転
者の動作を検知している。運転者が動き、筋電位信号が
心電信号に混入している恐れのある場合には、動作検出
部での検出結果に応じて、信号処理部で、心電信号から
筋電位信号を除去する信号処理を行うので、筋電位信号
の含まれていない心電信号を得られ、心電信号の計測結
果の信頼性を向上させることができる。

【００３２】また、移動体の操舵輪に心電信号検出装置
を設け、また操舵輪の軸に、操舵角センサ等からなる腕
部動作検出部を設けることにより、操舵輪が回転させら
れた場合には、心電信号検出装置で検出された心電信号
に低域フィルタ処理を施し、心電信号から腕部で生じた
筋電位信号を除去することができる。また、操舵輪に圧
電センサ等からなる手部動作検出部を設けることによ
り、操舵輪が強く握られた場合には、テンプレート波形
と検出した心電信号の相関係数を算出し、相関係数の値
が所定値以下となる心電信号の区間を除去し、手部から
生じる筋電位信号が含まれている心電信号を取り除くこ
とができる。

【００３３】さらに、一時記憶部に検出した心電信号を
記憶し、動作検出部で運転者の動作が検出された場合に
は、一時記憶部に記憶されている心電信号にも筋電位フ
ィルタ処理を実施することにより、動作検出部で運転者
の動作が検出される前に、腕や手首が動いたために心電
信号に混入してしまった筋電位信号も除去できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】心電信号検出装置の構成を示す図である。

【図３】心電波形例を示す図である。

【図４】操舵角センサおよび圧電センサの構成を示す図
である。

【図５】低域除去フィルタを説明する図である。

【図６】テンプレート作成手順を示すフローチャートで
ある。

【図７】テンプレートを説明する図である。

【図８】相関係数フィルタ処理を説明する図である。

【図９】筋電位信号を説明する図である。

【符号の説明】

１心電信号検出装置２操舵角センサ３、３ａ、３ｂ、３ｃ圧電センサ４信号処理部５入力処理部６腕部筋電位除去部７バッファ８手部筋電位除去部１０ステアリング１１ステアリング右半分部１２ステアリング左上半分部１３ステアリング左下半分部１４プラス極１５マイナス極１６リファレンス極１７検出回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動体の運転者の心電信号を検出する心
電信号検出装置と、該心電信号検出装置を介して心電信
号に混入する恐れのある筋電位信号を発生する運転者の
動作を検出する動作検出部と、該動作検出部の検出結果
に応じて、心電信号から運転者の体動により生じた筋電
位信号を除去する信号処理部を有することを特徴とする
運転者心電信号計測装置。
【請求項２】前記心電信号検出装置は、移動体の操舵
輪に設けられ、運転者の手部から心電信号を検出するこ
とを特徴とする請求項１記載の運転者心電信号計測装
置。
【請求項３】前記動作検出部は腕部の動作を検知する
腕部動作検出部を有し、前記信号処理部は、前記腕部動
作検出部の検出結果に応じて、低域除去フィルタ処理を
行う腕部筋電位除去部を有することを特徴とする請求項
１または２記載の運転者心電信号計測装置。
【請求項４】前記腕部動作検出部は操舵輪の軸部に設
けられた操舵角センサであり、操舵輪の回転から腕部の
動作を検知することを特徴とする請求項３記載の運転者
心電信号計測装置。
【請求項５】前記動作検出部は手部の動作を検知する
手部動作検出部を有し、前記信号処理部は、目的外信号
が含まれていない心電信号をテンプレート波形として記
憶し、前記手部動作検出部の検出結果に応じて、前記心
電信号検出装置で検出した心電信号とテンプレート波形
の1周期内の相関係数を算出し、相関係数の値が所定値
以下となる心電信号の区間を除去する手部筋電位除去部
を有することを特徴とする請求項１、２、３または４記
載の運転者心電信号計測装置。
【請求項６】前記手部動作検出部は操舵輪に設けられ
た圧電センサであり、操舵輪に加わった手部の圧力の変
化から手部の動作を検知することを特徴とする請求項５
記載の運転者心電信号計測装置。
【請求項７】前記信号処理部は前記心電信号検出部で
検知した心電信号のうち最新の所定期間分を記憶する一
時記憶部を有し、前記動作検出部で運転者の動作が検出
された場合には、一時記憶部に記憶された心電信号に筋
電位信号を除去する信号処理を施すことを特徴とする請
求項１、２、３、４、５および６記載の運転者心電信号
計測装置。