JP2006130046A - 覚醒度判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
覚醒度の誤判定が少なく、判定結果の信頼性の向上を図る。
【解決手段】
マットセンサ20が対象者の心拍情報と体動情報とを検出する。第１導出部33は、心拍情報から覚醒度の指標を導出し、第２導出部34は、体動情報から体動の度数分布に基づく覚醒度の指標を導出する。判定部31は、第１導出部33と第２導出部34とが導出する２つの覚醒度の指標を組み合わせた判定指標に基づき覚醒度を判定する。判定部50の判定結果に基づいて機器50を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、覚醒度判定装置に関し、特に、判定精度の向上対策に係るものである。

従来、覚醒度判定装置には、椅子のクッションに設けられた圧電素子から在席者の体動を検出するものがある（特許文献１参照）。この覚醒度判定装置は、一定時間内の体動が所定値以下の場合、在席者が眠気を感じていると判定し、例えば、送風手段が眠気覚ましの強い風を吹き出すように送風手段を制御する。

また、他の覚醒度判定装置には、ＣＣＤカメラと赤外カメラとが在室者の頭の傾きを検出するものがある（特許文献２参照）。この覚醒度判定装置は、頭の傾き角度の時間の割合及び回数と俯いた時間の割合とから在室者の覚醒度を判定し、覚醒度が低い場合、覚醒度を上げるようにエアコンを制御する。

また、他の覚醒度判定装置には、心電計測部が心拍変動の間隔（心電Ｒ−Ｒ間隔）を計測し、心拍変動低周波数領域のパワー（ＬＦ）と心拍変動高周波数領域のパワー（ＨＦ）とを導出するものがある。（特許文献３参照）。この覚醒度判定装置は、ＬＦとＨＦとから交感神経と副交感神経の活動状態の平衡関係を導き、覚醒度を判定するようにしている。
特開平０６−１５９２８８号公報 特開平１０−２５９９４３号公報 特許第２５０５０７２号公報

しかしながら、従来の覚醒度判定装置は、特許文献１及び２に示すように、体動のみで覚醒度を判定するか、又は特許文献３に示すように、心電Ｒ−Ｒ間隔のみで覚醒度を判定するようにしていたので、判定精度が悪く、必ずしも覚醒度に合った機器の制御が行われているとは言い難かった。

つまり、特許文献１の覚醒度判定装置では、体動のみで覚醒度を判定しているので、対象者がある事に集中して動きが小さくなった場合、覚醒度が低くなったと誤判定する場合があった。

また、体動のうち頭部の傾き及び揺れによって覚醒度を判定し得る状態は、覚醒度が極端に低下した状態である。したがって、特許文献２の覚醒度判定装置では、覚醒度の高い状態から低い状態までを連続的に判定することができないという問題があった。更に、特許文献２の覚醒度判定装置では、画像を利用するために、個人のプライバシーに配慮しなければならないという問題があった。

一方、特許文献３の覚醒度判定装置における心電Ｒ−Ｒ間隔は、例えば、運動して席に戻った場合など、覚醒度以外に変化する要因がある。したがって、覚醒度が上がれば、心電Ｒ−Ｒ間隔が短くなるという現象は、真であっても、逆は真でないというケースが多数存在する。よって、特許文献３の覚醒度判定装置は、判定結果の信頼性に欠けるという問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、覚醒度の誤判定が少なく、しかも判定結果の信頼性が高い新たな装置を提供することを目的とする。

本発明は、対象者の自律神経系の生理情報と体動情報とに基づいて覚醒度を判定するようにしたものである。

具体的に、第１の発明は、対象者の自律神経系の生理情報を検出する第１検出手段（21）と、対象者の体動情報を検出する第２検出手段（22）とを備えている。そして、上記第１検出手段（21）が検出した生理情報と第２検出手段（22）が検出した体動情報とに基づいて対象者の覚醒度を判定する判定手段（30）を備えている。

第２の発明は、第１の発明において、上記第１検出手段（21）が検出する生理情報が対象者の心拍情報である構成としている。

第３の発明は、第２の発明において、上記判定手段（30）は、第１検出手段（21）が検出する心拍情報から覚醒度の指標を導出する第１導出部（33）と、第２検出手段（22）が検出する体動情報から体動の度数分布に基づく覚醒度の指標を導出する第２導出部（34）とを備えた構成としている。

第４の発明は、第３の発明において、上記判定手段（30）は、第１導出部（33）と第２導出部（34）とが導出する２つの覚醒度の指標を組み合わせた判定指標に基づき覚醒度を判定するように構成されている。

第５の発明は、第１の発明において、上記第１検出手段（21）及び第２検出手段（22）がマットセンサ（20）で構成されている。

第６の発明は、第１の発明において、上記第１検出手段（21）が光電センサで構成され、上記第２検出手段（22）が加速度センサで構成されている。

第７の発明は、第１の発明において、上記判定手段（30）には、該判定手段（30）の判定結果に基づき機器（50）を制御する制御手段（40）が連繋された構成としている。

−作用−
上記第１の発明では、第１検出手段（21）及び第２検出手段（22）が対象者の自律神経系の生理情報と体動情報を検出する。例えば、第２の発明では、第１検出手段（21）が対象者の心拍情報を検出する。その後、判定手段（30）は、上記第１検出手段（21）が検出した生理情報と第２検出手段（22）が検出した体動情報とに基づいて対象者の覚醒度を判定する。

例えば、第３の発明では、上記心拍情報を受けた第１導出部（33）は、心拍情報に関する覚醒度の指標を導出し、上記体動情報を受けた第２導出部（34）は、体動情報に関する覚醒度の指標を導出する。例えば、上記第１導出部（33）は、副交感神経活性レベルＰＮＳを導出する。

その後、第４の発明では、判定手段（30）の判定部（35）が心拍情報に関する覚醒度の指標と、体動情報に関する覚醒度の指標とに基づき、覚醒度を判定する。例えば、心拍情報に関する覚醒度の指標が低く、且つ体動情報に関する覚醒度の指標が低い場合、覚醒度が低いと判定する。

また、上記判定手段（30）の判定結果に基づき、第７の発明では、制御手段（40）が機器（50）を制御することになる。例えば、覚醒度が低い場合、制御手段（40）は、機器（50）である空気調和機が眠気を覚ますように風量を増大させるように制御し、また、照明器が明るくなるように制御する。

以上のように、本発明によれば、自律神経系の生理情報と体動情報とに基づいて覚醒度を判定するようにしたために、覚醒度を正確に判定することができる。

つまり、対象者が物事に集中して動きが小さくなった場合においても覚醒度が低くなったとする誤判定を防止することができる。

また、２つの異なる情報に基づいて判定するので、覚醒度の高い状態から低い状態までを連続的に判定することができる。

また、生理情報である心拍情報を覚醒度の判定に正確に利用することができるので、判定結果の信頼性を向上させることができる。

また、上記第５の発明によれば、マットセンサ（20）を利用しているので、対象者に負担を与えることなく覚醒度を判定することができる。

また、上記第７の発明によれば、覚醒度の判定結果に基づき空気調和機などの機器（50）を制御することができるので、デスクワークなどの作業効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〈発明の実施形態１〉
図１に示すように、本実施形態１の覚醒度判定装置（10）は、マットセンサ（20）と判定手段（30）とを備え、対象者の心拍情報と体動情報とに基づいて対象者の覚醒度を判定するように構成されている。

上記マットセンサ（20）は、図２に示すように、椅子（11）のマット（12）に設けられており、圧電式センサ、静電式センサ、圧力式センサ又は光ファイバ式センサで構成されている。上記マットセンサ（20）は、判定の対象者である在席者の心拍情報及び体動情報を含む情報信号を出力し、対象者の自律神経系の生理情報（心拍情報）を検出する第１検出手段（21）と、対象者の体動情報を検出する第２検出手段（22）とを構成している。

上記マットセンサ（20）は、判定手段（30）に接続され、該マットセンサ（20）の情報信号が判定手段（30）の第１フィルタ（31）及び第２フィルタ（32）に入力される。該第１フィルタ（31）は、マットセンサ（20）が出力する情報信号のうち心拍情報に関する信号のみを通過させるように構成されている。また、上記第２フィルタ（32）は、マットセンサ（20）が出力する情報信号のうち体動情報に関する信号のみを通過させるように構成されている。

上記判定手段（30）は、第１フィルタ（31）及び第２フィルタ（32）の他、覚醒度の指標を導出する第１導出部（33）及び第２導出部（34）と、覚醒度の判定部（35）とを備えている。

上記第１導出部（33）は、マットセンサ（20）が出力する心拍情報から覚醒度の指標を導出するように構成されている。また、上記第２導出部（34）は、マットセンサ（20）が出力する体動情報から覚醒度の指標を導出するように構成されている。そして、上記判定部（35）は、第１導出部（33）と第２導出部（34）とが導出する２つの覚醒度の指標を組み合わせた判定指標に基づき覚醒度を判定するように構成され、例えば、制御手段（40）が連繋され、覚醒度信号を制御手段（40）に出力するように構成されている。

上記制御手段（40）は、判定手段（30）の判定部（35）から覚醒度信号を受けて機器（50）を制御するように構成されている。そして、上記機器（50）は、例えば、空気調和機、照明機器又は警報機であって、対象者の覚醒度が低くなると、覚醒度を高めるように、空気調和機が風量を増大したり、照明機器の照度を高めたり、あるいは警報機が警報を発する。

次に、上述した第１導出部（33）、第２導出部（34）及び判定部（35）における基本的原理について説明する。

先ず、上記第１導出部（33）は、マットセンサ（20）からの情報信号に基づき、心拍（脈拍）変動の平均値Ｍｅａｎ（Ｒ−Ｒ間隔平均値）、標準偏差ＳＤ（Ｒ−Ｒ間隔標準偏差）、変動係数ＣＶ（ＳＤ／Ｍｅａｎ）、心拍変動低周波数領域（０．０４〜０．１５Ｈｚ）のパワーＬＦ、心拍変動高周波数領域（０．１５〜０．４Ｈｚ）のパワーＨＦ、交感神経活性度レベルＳＮＳ（ＬＦ／ＨＦ）、副交感神経活性レベルＰＮＳ（ＨＦ／総心拍変動パワー）の何れか１つ又は複数の値を導出し、ＳＮＳやＰＮＳ等を覚醒度の指標とするように構成されている。

そこで、心拍に関する覚醒度の指標について、仮眠試験であるＭＳＬＴ（Multiple Sleep Latency Test）を実施し、覚醒度を判定した。図４及び図５は、交感神経活性度レベルＳＮＳに関する試験結果を示し、図６及び図７は、副交感神経活性レベルＰＮＳに関する試験結果を示している。

上記試験は、８名の対象者（Ａ〜Ｈ）にＭＳＬＴを実施し、入眠潜度が小さく、覚醒度が低いと想定される場合と、入眠潜度が大きく、覚醒度が高いと想定される場合とにおいて、交感神経活性度レベルＳＮＳと副交感神経活性レベルＰＮＳの値を導出した。

上記交感神経活性度レベルＳＮＳについては、図４及び図５に示すように、覚醒度が低い場合の平均値が４３９であり、標準誤差が±１３９であり、覚醒度が高い場合の平均値が８６４であり、標準誤差が±１８７である。

また、上記副交感神経活性レベルＰＮＳについては、図６及び図７に示すように、覚醒度が低い場合の平均値が１２．２であり、標準誤差が±３．４であり、覚醒度が高い場合の平均値が６．３であり、標準誤差が±３．０である。

この交感神経活性度レベルＳＮＳ及び副交感神経活性レベルＰＮＳの何れにおいても、覚醒度に関して有意差が認められる。

このように、上記第１導出部（33）は、交感神経活性度レベルＳＮＳ及び副交感神経活性レベルＰＮＳなどの覚醒度の指標を導出する。

また、上記第２導出部（34）は、マットセンサ（20）の情報信号から、体動の度数分布に基づき覚醒度の指標を導出するように構成されている。

そこで、体動に関する覚醒度の指標について、コルモゴロフ・スミルノフ検定により覚醒度を判定した。この判定結果を図８に示している。この検定は、体動に関して、覚醒度が高い又は低いと想定された時点の１時間前からの体動について度数分布を調べた結果を示している。コルモゴロフ・スミルノフ検定は、二群の代表値の差の検定で、ノンパラメトリックな検定手法である。この試験結果を示す図８の縦軸は度数であって、図８の破線は覚醒度が低い状態を示し、図８の実線は覚醒度が高い状態を示している。この図８に示すとおり、覚醒度が低い場合と覚醒度が高い場合とで有意差が認められ、上記第２導出部（34）は、有意差の有無（覚醒度が低い：有←→覚醒度が高い：無）を指標として導出するように構成されている。

一方、上記判定部（35）は、第１導出部（33）の覚醒度の指標と、第２導出部（34）の覚醒度の指標とを組み合わせた判定指標に基づき覚醒度を判定する。例えば、上記判定部（35）は、図３に示すように、横軸に心拍に関する指標をとり、縦軸に体動に関する指標をとり、所定の領域で表される判定指標で覚醒度を判定することになる。

図３の横軸において、Ｍｅａｎでは、覚醒度が低い場合に大きく、覚醒度が高い場合に小さくなり、ＳＤでは、覚醒度が低い場合に大きく、覚醒度が高い場合に小さくなり、ＣＶでは、覚醒度が低い場合に大きく、覚醒度が高い場合に小さくなり、ＬＦでは、覚醒度が低い場合に小さく、覚醒度が高い場合に大きくなり、ＨＦでは、覚醒度が低い場合に大きく、覚醒度が高い場合に小さくなり、ＳＮＳでは、覚醒度が低い場合に小さく、覚醒度が高い場合に大きくなり、ＰＮＳでは、覚醒度が低い場合に大きく、覚醒度が高い場合に小さくなる。

−運転動作−
次に、上述した覚醒度判定装置（10）の判定動作について説明する。

先ず、対象者が椅子（11）に座ると、マットセンサ（20）が在席者の情報を検出し、情報信号を出力する。この情報信号を判定手段（30）が受け取り、第１フィルタ（31）が心拍情報に関する情報信号のみを出力し、第２フィルタ（32）が体動情報に関する情報信号のみを出力する。

その後、上記心拍情報の情報信号を受けた第１導出部（33）は、心拍情報に関する覚醒度の指標を導出し、上記体動情報の情報信号を受けた第２導出部（34）は、体動情報に関する覚醒度の指標を導出する。例えば、上記第１導出部（33）は、副交感神経活性レベルＰＮＳを導出する。

続いて、判定部（35）は、心拍情報に関する覚醒度の指標と、体動情報に関する覚醒度の指標とから図３の判定指標に基づき、覚醒度を判定する。例えば、心拍情報に関する覚醒度の指標が低く、且つ体動情報に関する覚醒度の指標が低い場合、覚醒度が低いと判定する。

その後、判定部（35）の判定結果に基づき、制御手段（40）が機器（50）を制御することになる。例えば、覚醒度が低い場合、制御手段（40）は、機器（50）である空気調和機が眠気を覚ますように風量を増大させるように制御し、また、照明器が明るくなるように制御する。

−実施形態１の効果−
以上のように、本実施形態１によれば、心拍情報と体動情報とに基づいて覚醒度を判定するようにしたために、覚醒度を正確に判定することができる。

つまり、対象者が物事に集中して動きが小さくなった場合においても覚醒度が低くなったとする誤判定を防止することができる。

また、２つの異なる情報に基づいて判定するので、覚醒度の高い状態から低い状態までを連続的に判定することができる。

また、心拍情報を覚醒度の判定に正確に利用することができるので、判定結果の信頼性を向上させることができる。

また、マットセンサ（20）を利用しているので、対象者に負担を与えることなく覚醒度を判定することができる。

また、覚醒度の判定結果に基づき空気調和機などを制御することができるので、デスクワークなどの作業効率を向上させることができる。

〈発明の実施形態２〉
次に、本発明の実施形態２について、図９及び図１０に基づき詳細に説明する。

本実施形態は、実施形態１のマットセンサ（20）に代えて腕時計型センサ（23）に構成したものである。つまり、上記腕時計型センサ（23）は、第１検出手段（21）である光電センサと第２検出手段（22）である加速度センサとが一体に収納されたものである。そして、上記光電センサは、光電式脈波計で構成され、上記加速度センサは、３軸加速度センサで構成されている。

上記腕時計型センサ（23）が出力した情報信号は、ワイヤレスで机に設置された受信器（3a）で受信され、判定手段（30）に送信されることになる。

このように、本実施形態では、第１検出手段（21）及び第２検出手段（22）が対象者の腕に装着されるので、対象者に負担を与えることなく覚醒度を判定することができる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態１と同様である。

〈その他の実施形態〉
本発明は、上記実施形態１及び２に限られず、判定手段（30）の判定結果を各種の機器（50）に適用することができる。例えば、自動車の運転者の覚醒度を判定し、運転時の眠気を防止するために用いるようにしてもよいことは勿論である。

以上説明したように、本発明は、眠気の防止などのために覚醒度を判定する覚醒度判定装置について有用である。

実施形態１を示す覚醒度判定装置のブロック図である。 マットセンサの設置例を示す椅子の斜視図である。 判定手段の判定内容を示す判定特性図である。 交感神経活性度レベルＳＮＳの試験結果を示す特性図である。 交感神経活性度レベルＳＮＳの試験結果の平均値を示す特性図である。 副交感神経活性レベルＰＮＳの試験結果を示す特性図である。 副交感神経活性レベルＰＮＳの試験結果の平均値を示す特性図である。 体動の度数分布を示す特性図である。 実施形態２の腕時計型センサによる覚醒判定状態を示す斜視図である。 実施形態２の腕時計型センサの装着状態を示す正面図である。

符号の説明

10 覚醒度判定装置
20 マットセンサ
21 第１検出手段
22 第２検出手段
23 腕時計型センサ
30 判定手段
33 第１導出部
34 第２導出部
35 判定部
40 制御手段
50 機器

Claims (7)

1. 対象者の自律神経系の生理情報を検出する第１検出手段（21）と、
   対象者の体動情報を検出する第２検出手段（22）と、
   上記第１検出手段（21）が検出した生理情報と第２検出手段（22）が検出した体動情報とに基づいて対象者の覚醒度を判定する判定手段（30）とを備えている
   ことを特徴とする覚醒度判定装置。
2. 請求項１において、
   上記第１検出手段（21）が検出する生理情報は、対象者の心拍情報である
   ことを特徴とする覚醒度判定装置。
3. 請求項２において、
   上記判定手段（30）は、第１検出手段（21）が検出する心拍情報から覚醒度の指標を導出する第１導出部（33）と、第２検出手段（22）が検出する体動情報から体動の度数分布に基づく覚醒度の指標を導出する第２導出部（34）とを備えている
   ことを特徴とする覚醒度判定装置。
4. 請求項３において、
   上記判定手段（30）は、第１導出部（33）と第２導出部（34）とが導出する２つの覚醒度の指標を組み合わせた判定指標に基づき覚醒度を判定するように構成されている
   ことを特徴とする覚醒度判定装置。
5. 請求項１において、
   上記第１検出手段（21）及び第２検出手段（22）は、マットセンサ（20）で構成されている
   ことを特徴とする覚醒度判定装置。
6. 請求項１において、
   上記第１検出手段（21）は、光電センサで構成され、
   上記第２検出手段（22）は、加速度センサで構成されている
   ことを特徴とする覚醒度判定装置。
7. 請求項１において、
   上記判定手段（30）には、該判定手段（30）の判定結果に基づき機器（50）を制御する制御手段（40）が連繋されている
   ことを特徴とする覚醒度判定装置。
   

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