JP2006280513A - 乗り物操縦者のモニター方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 各乗り物も情報端末とみなした情報空間において、乗り物の操縦者の生理情報をリアルタイムでモニターする方法とシステムを提供すること。
【解決手段】 情報入出力手段と無線通信手段を有する乗り物と、その乗り物と情報を授受する通信手段、演算手段、記録手段を有し、その乗り物をも構成要素として包含しうる情報空間との備わったネットワークシステムにおいて、乗り物に搭乗した操縦者の身体に、その生理情報をモニターする生体機能計測手段を装着し、操縦者が乗り物を運転している最中に、その生体機能計測手段によって操縦者の生理情報をリアルタイムで計測し、計測された生理情報に関する信号を、無線通信手段によって情報空間へ送信することで、各乗り物の操縦者の生理情報をリアルタイムでモニターする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、乗り物の操縦者の生理情報をリアルタイムでモニターして、安全に寄与させる方法とシステムに関する。

日本では、年間１万人近くの方が交通事故で亡くなっている。また、交通事故の発生件数や負傷者数は年々増加していて、特に高齢者の交通事故死者数は著しい増加傾向にある。
これから高齢社会を迎えるに当たって、交通事故の発生は大きな社会問題となっている。

移動することは、人間にとって最も基本的で意味ある行動である。働く、運動する、買い物に行く、友人を訪ねるなど、生活の中の大部分の活動は、移動に頼っている。まさに「移動」は、よりよい生活を考える上でのキーワードとも言える。
現在、私達は、自転車、自動車、電車、飛行機、そして歩行も含めて、数多くの移動手段に囲まれている。それらの大部分は、２０世紀以降に急速に発展した工学技術に負うものである。更に、ＩＴＳ（IntelligentTransport System)に代表される先端情報技術により、自動化と情報化を取入れた便利で快適な移動が可能になりつつある。「移動」に携わる技術の進歩が、幅広い分野での社会的サービスを向上させ、私達の日々の生活の基盤を支えてくれている。

ところが、多くの人々がこのような便利な移動を享受する一方で、体の障害をもつ方々や高齢者は、移動に必要な状況把握や情報へのアクセス、身体機能が十分でないために、不安をもって生活し、自由な外出を阻まれてしまっている。最近では、バリアフリーを考慮した駅や公共の建物も増え、皆が快適に共存する場としての都市空間の構築が目指されるようになっているが、まだ数多くの側面が見直されないまま残っている。

また、近年、少子化や核家族化の傾向が益々顕著なものとなり、また、社会の急激な高齢化が確実視されている。このような状況を反映し、高齢者や体の障害をもつ方々が自立的な生活を送るため、補助手段としての福祉機器の重要性が強く認識され、実用化が進められている。
高齢者等が自立的な生活を送るための補助手段としての代表的なものとして、電動スクーターや電動車椅子が挙げられる。操縦者が、特別の訓練を要することなく容易に運転でき、快適な操縦感覚も得られ、更に、安全な走行制御を備えた電動スクーターや電動車椅子が望まれている。

電動スクーターや電動車椅子など、１０km/h以下の低速度で走行する乗用走行車両は、既に公知である。
その安全な走行に対する配慮も開発されつつある。そのような従来技術には、例えば、次のような文献がある。
特開平６−１９０００７「対物センサーを利用した電動車椅子用安全停止装置」 特開平８−６６４３１「コンピュータを内臓するなど知的判断力を持った電動車椅子」

従来技術には、安全性確保のために、赤外線センサーや超音波センサー等を備えたものはあるが、操縦者の運転時の健康状態を配慮したものはなかった。
例えば、運転中に、発作を起こしたり、眠ってしまったりした場合、低速度の車両であっても、大きな事故に結び付きかねない。
乗り物の事故は、操縦者のミスや不注意が原因であることが多い。
これは、自動運転等の操縦補助手段が進むほど、重要な問題であり、あらゆる乗り物に共通した事柄である。
乗り物の運転には、操縦者の状態を監視しつつ、かつ、危険な場合に安全策を講じるような制御が望まれる。

車両事故の原因は、操縦者の側に由来するもの、また、周囲の状況の急変に由来するものとに大別できる。外部状況は、通常はもっぱら操縦者の目耳に頼るのが現状である。操作者の不注意や疲労などで見過ごすことが避けがたい。

従来技術には、操縦者の顔の表情を車内に設置されたＣＣＤカメラによって撮影し、例えば目をつぶりつつある表情など、眠りつつある表情を検知したときに警報を発するものがある。
しかし、カメラで操縦者の顔の表情を撮影しても、顔の表情には個人差があるために、居眠りしている表情であるかの識別が難しい。特に自動二輪車など、振動が大きな乗り物では、撮影精度にも難がある。

乗り物の操縦者の生理情報を鑑みて安全運転に寄与させる従来技術には、次のようなものもある。
特許文献３は、車両の走行区分帯からの横変位をカメラでとらえて、変位が大きい場合に居眠りと判断する技術に関するものである。
特許文献４は、操縦者がわき見運転をしているか否かを、眼球運動から計測する技術に関するものである。
特開平５−６９７５７「車両用居眠り運転検出装置」 特開２００３−４８４５３「車両用表示装置」

近年では、ＩＴＳの研究が進められているが、これは主に各車両の位置などを検知して、基本的には道路の全体の流れを把握するためのものとして設計されている。
自動車の運転中に何か危険があった場合、それが周囲の状況に起因するものであれば解決は早い。例えば、車両同士の衝突の危機回避には役立つ。
しかし、危険が操縦者の側に起因するものである場合、各操縦者に関する情報をもたない情報空間の側では対処できない。
ＩＴＳに関連する従来技術には、次のようなものがある。
特許３５５４８１８「走行支援道路システムのシミュレーション装置」 特許３５２０３３８「安全走行支援装置」 特許３４７２８３４「走行支援システム」

自動車の安全運転に関連する従来技術は多くあるが、操縦者の生理情報、特に脳機能に関する情報を取り込む内容のものはない。

そこで、本発明は、各乗り物も情報端末とみなした情報空間において、乗り物の操縦者の生理情報をリアルタイムでモニターする方法と、その方法を実施するシステムを提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明は、操縦者の大脳皮質の活動を計測することによって、脳機能の評価を行ない、乗り物の運転の安全等に寄与させることを基本とする。大脳皮質は、頭蓋骨の内側にある厚さ２.５ミリ程度の薄い組織で、言語・視覚・感覚・運動などを司っている。
すなわち、本発明の乗り物操縦者のモニター方法は、情報入出力手段と無線通信手段を有する乗り物と、その乗り物と情報を授受する通信手段、演算手段、記録手段を有し、その乗り物をも構成要素として包含しうる情報空間との備わったネットワークシステムにおいて、乗り物に搭乗した操縦者の身体に、その生理情報をモニターする生体機能計測手段を装着し、操縦者が乗り物を運転している最中に、その生体機能計測手段によって操縦者の生理情報をリアルタイムで計測し、計測された生理情報に関する信号を、無線通信手段によって情報空間へ送信することで、各乗り物の操縦者の生理情報をリアルタイムでモニターすることを特徴とする。

このような方法を実施する本発明の乗り物操縦者のモニターシステムは、情報入出力手段と無線通信手段を有する乗り物と、その乗り物と情報を授受する通信手段、演算手段、記録手段を有し、その乗り物をも構成要素として包含しうる情報空間との備わったネットワークシステムにおいて、乗り物に搭乗した操縦者の身体に装着し、その運転の最中に、操縦者の生理情報をリアルタイムで計測する生体機能計測手段と、計測された生理情報に関する信号を情報空間へ送信する無線通信手段とを設けることで、各乗り物の操縦者の生理情報をリアルタイムでモニターすることを特徴とする。

ここで、乗り物に装備された生体機能判定手段により、生体機能計測手段で得られた信号から、操縦者の身体の機能に異常がないかを検知してもよい。

同様に、情報空間における管理センターの端末に装備された生体機能判定手段により、乗り物より送信された操縦者の生理情報に関する信号から、操縦者の身体の機能に異常がないかを検知してもよい。

そして、生体機能判定手段によって操縦者の身体の機能に異常が検知された場合には、その異常情報を、情報空間における他の乗り物へ送信して、注意を喚起してもよい。

生体機能判定手段によって操縦者の身体の機能に異常が検知された場合には、その異常情報を、情報空間における救急車両へ送信して、救援を呼んでもよい。

生体機能判定手段によって操縦者の身体の機能に異常が検知された場合には、その乗り物に装備された走行制御手段により、その走行速度を減速して、安全制御してもよい。

生体機能判定手段によって操縦者の身体の機能に異常が検知された場合には、その乗り物に装備された知覚刺激提示手段により、操縦者に知覚刺激を提示して危険を喚起してもよい。

乗り物に外部状況観測手段を装備し、外部状況をモニターして、外部状況観測手段により得られた信号から、外部状況判定手段によって、外部状況に異常がないかを検知してもよい。

生体機能計測手段としては、操縦者の頭部に装着され、頭部に光を照射すると共に頭部からの反射光を受光して、脳におけるヘモグロビン量に関係したデータを計測する光計測装置が有用である。

そして、光計測装置により血中ヘモグロビン量が徐々に低下していることが検知されたら、生体機能判定手段によって、操縦者に睡眠の可能性があると判定してもよい。

生体機能計測手段は、操縦者の頭部に装着される脳波計も有用である。

そして、脳波計によりアルファ波が徐々に増大していることが検知されたら、生体機能判定手段によって、操縦者に睡眠の可能性があると判定してもよい。

本発明によると、乗り物の操縦者の脳機能や外部状況に異常があれば、操縦者に危険を喚起させるばかりか、周囲の乗り物の操縦者にもその情報を通知できるので、スムーズな運転に寄与する。

以下、図面を基にして本発明の実施形態を説明する。
本実施例では、乗用走行車両として、電動スクーターや電動車椅子に類する約１０km/h以下の低速度車両を例示するが、本発明は、自転車や自動車、鉄道車両、船舶、飛翔体などにも適用可能である。

図１は、本発明による乗用走行車両の制御システムの概要を示す説明図である。
本システムには、環境端末、ユーザー携帯型移動端末、ユーザー搭乗型移動端末の３つの情報端末が根幹として備わる。
相互補完的な役割をもつこれらの端末は、互いにほぼ常時インターネット等の通信回線を介して情報を送受信しながら、利用者の認知・駆動・情報入手等の機能を総合的に補助し、安全で快適な移動を可能にしている。
それにより、利用者は、例えば、目的地までの経路、周囲のバリアフリー情報、自転車や自動車、他の歩行者についての情報を、視覚・聴覚・触覚などのうちそれぞれに適したメディアを通して知ることができ、障害をもつ方々や高齢者も、自由に市街地を移動できるよう支援される。

環境端末は、道路や駅の要所等に設置される監視カメラに相当する機能をもつ情報通信端末である。それぞれの環境端末は、設置場所周辺をモニターし、工事現場や段差などの障害物や移動物体など環境についての状態を検出し、通信回線を介して、その近くに存在するユーザー携帯型移動端末やユーザー搭乗型移動端末へ環境に関する情報を送信する。また、ユーザー携帯型移動端末やユーザ搭乗型移動端末からの要求に応じたモニターを行ない、その情報を送信したりする。

ユーザー携帯型移動端末は、従来公知の携帯電話、ＰＤＡや、小型ＰＣ等に相当する機能をもつ情報通信端末である。
図２は、ユーザー携帯型移動端末の例を示す斜視図である。
図示の例は、利用者の頭部に装着する骨伝導型のレシーバーであり、環境端末から赤外線等で送信された情報を受信するものである。
ユーザー携帯型移動端末は、ユーザー搭乗型移動端末に設置することも可能である。

図３は、ユーザー搭乗型移動端末の例を示す斜視図である。
ユーザー搭乗型移動端末は、障害を持つ方々や高齢者のための電動スクーターに相当するものであり、操縦通りに運転できる通常の乗り物としての機能の他に、通信端末の機能が付設されている。
乗用走行車両としての走行速度は、約１０km/h以下、好ましくは、４〜７km/h以下の低速度である。
操縦系には、利用者の具合に合わせて設計されたハンドルまたはジョイスティックが装備される。

この車両には、無線通信手段、演算手段、記録手段を有するコンピューター（１１）と、タッチパネル式のモニター（１２）が装備され、操縦者の使用に供している。通信手段としては、無線ＬＡＮ（１３）が設けられている。他に、位置検知のためのＧＰＳ（１４）や、前方を撮影するＣＣＤカメラ（１５）も備わる。

また、前部には、赤外線センサー（１６）と超音波センサー（１７）が装備され、赤外線センサー（１６）によって障害物の存在を検知し、超音波センサー（１７）によって障害物との距離を測定して、障害物に衝突しないように危険回避制御される。
タッチパネル式のモニター（１２）に入力された要求や、環境端末から送られた情報などによって、目的地まで安全かつ効率よくナビゲートする走行支援制御も行える。

コンピューター（１１）には脳機能判定手段が格納され、脳活動計測手段に接続されている。
脳活動計測手段は、後述の近赤外線を利用する光計測装置など、車両に搭載され操縦者に装着させて、操縦者の脳活動を計測する機能を有する装置である。
その脳活動計測手段によって得られた信号から、操縦者の脳機能に異常があるかを脳機能判定手段によって検知し、得られた判定結果に応じて、走行制御手段によって制御信号を出力して操縦を制御する。

操縦者は、頭部に脳活動計測手段を装着した状態で運転を行ない、リアルタイムで得られる脳機能情報をモニターされ、脳機能判定手段により異常が検知された場合には、走行制御手段により安全操作が行われる。
安全操作としては、車両の走行速度の減速や停止や、赤外線センサー（１６）によって検知された障害物から離れることなどが挙げられる。また、ハザードランプの点滅や、スピーカーによる音声出力や、無線ＬＡＮ（１３）を介しての外部との緊急通信なども利用できる。

図４は、本発明によるＩＴＳの概要を示す説明図である
道路の要所に設けられたアンテナを介して、情報空間側端末と自動車とが無線通信により情報を授受する。
情報空間側端末から走行車両へは、ＡＨＳ（Advanced Cruise-assist Highway Systems：走行支援道路システム）などにより、走行支援情報が送信される。

その通信には、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication：（専用）狭域通信）などが用いられる。ＤＳＲＣは、道路と車両との間の通信に使用される狭い範囲を対象とした通信方式であり、光を用いる方式と電波を用いる方式がある。通信可能な範囲は、一般に数ｍから100ｍ程度である。
例えば、双方向通信の5.8GHz帯のアクティブ方式であると、車載器にも発振器が内蔵され、車載器と路側機が対等に電波を発射し合うことができる。そのため、発振器を車載器に内蔵しないパッシブ方式に比べて、高速かつ大量の情報を高信頼性で授受可能である。

交通事故を引き起こす可能性がある危険な事象の発生に際して、操縦者がとる基本的な行動は、危険な事象を認知し、回避に関する判断を行い、適切な操縦を行うことである。
ＡＨＳは、操縦者がとる行動を支援し、走行時の安全性を向上させるため、次のようなサービスを行う。
１）前方障害物衝突防止支援
見通しが悪いカーブ等において、道路インフラが停止車両や落下物等の障害物を検知して車両に通知し、車両は操縦者に対して、情報提供、警報、操作支援を行う。
２）カーブ進入危険防止支援
カーブの手前において、道路インフラがカーブまでの距離やカーブ形状を車両に通知し、車両は操縦者に対し、情報提供、警報、操作支援を行う。
３）車線逸脱防止支援
路面に設置されたレーンマーカが車線内の位置情報を車両に通知し、車両が走行車線を逸脱しそうになった時に、車両は操縦者に対し警報、操作支援を行う。
４）出会い頭衝突防止支援
交差点において、道路インフラが接近する車両を検知して車両に通知し、車両は操縦者に対し情報提供、警報を行う。
５）右折衝突防止支援
交差点において、道路インフラが対向車線の接近する車両を検知して右折しようとする車両に通知し、車両は操縦者に対し情報提供を行う。
６）横断歩道歩行者衝突防止支援
交差点等において、道路インフラが横断歩道上の歩行者を検知して車両に通知し、車両は操縦者に対し情報提供を行う。
７）路面情報活用車間保持等支援
道路インフラが道路の路面状況等を把握して車両に通知し、車両は車間保持等のサービスに活用する。

このように、情報空間とは街に存在する車両制御基地のネットワークに相当し、道路の渋滞情報や駐車場の空き情報なども迅速に運転手に知らせるものとして機能する。この情報空間においては、人間の動きはむしろノイズとしてとらえられる。
本発明では、この情報空間に対して、操縦者の脳活動を計測した生理情報を通知し、人間の感性に近く、より高度なシステムを実現する。

各種乗り物には、少なくとも情報入出力手段と無線通信手段を設ける。
その乗り物と情報を授受する情報空間には、路側アンテナ等を有する通信手段、演算手段や記録手段を有するコンピューターシステムを設ける。この情報空間においては、乗り物も一構成要素となる情報端末して扱える。
乗り物に搭乗する操縦者は、生体機能計測手段を身体に装着し、その運転の最中に生理情報をリアルタイムで計測される。計測された生理情報に関する信号は、情報空間へ送信され、各乗り物の操縦者の生理情報がリアルタイムでモニターされる。

生体機能計測手段で得られた信号は、生体機能判定手段によって操縦者の身体の機能に異常がないか検知される。
生体機能判定手段は、乗り物に装備してもよいし、ネットを介した位置、すなわち、情報空間における管理センターの端末に装備してもよい。

生体機能判定手段によって操縦者の身体の機能に異常が検知された場合には、その異常情報を、情報空間における他の乗り物へ送信して、その乗り物への注意を喚起する。また、その異常情報を情報空間における救急車両へ送信して、その乗り物に対する救援を呼ぶ。また、その乗り物に装備された走行制御手段により、その走行速度を減速するか路側に停止させて安全制御する。また、その乗り物に装備された知覚刺激提示手段により、操縦者に知覚刺激を提示して危険を喚起する。

操縦者の脳機能の異常としては、脳発作や、てんかん、心停止などの病変の他に、睡眠などが挙げられる。
生体機能計測手段としては、近赤外線等の光計測装置や、脳波計、心電計、脈波計、筋電計などが利用できる。

それらの装置で計測された信号から、脳機能に異常があり危険と判定する基準としては、信号値がある閾値を超えるか否か、またその状態がある一定時間以上続くか否かなどが挙げられる。
例えば、光計測でヘモグロビン量が徐々に低下していっていたり、脳波計測でアルファ波が増加していっていれば、睡眠の可能性が認められる。
より簡単に判定するには、安全な状態の通常の信号プロファイルを予め登録しておき、そのプロファイルと大きく異なった信号が得られた場合に危険と判定することもできる。また、頭部の複数部位における脳活動の相関などから、高次の解釈を施して、操縦者が運転に注力している度合いなどを判定してもよい。

図５は、操縦者の脳機能の正常異常を判定する流れを示す一例のフローチャートである。
例えば生体機能計測手段が脳波計の場合、それによって計測された脳波データは、計測データ入力部より入力され、特徴量抽出部により、位相空間上の特徴量、周波数空間上の特徴量に変換される。一方、基準データ群入力部より入力された基準脳波データ群から同様に生成される特徴量を用いて、基準データ空間算出部が基準脳波データ群に関して、その平均や、分散、相関行列の逆行列を算出し、これを基準データ空間とする。

そして、マハラノビス距離算出部では、基準データ空間として算出された基準脳波データ群の平均や、分散、相関行列の逆行列と、計測データ入力部より算出された特徴量から、マハラノビス距離を求める。判定部では、マハラノビス距離に従い、測定した対象脳波の正常と異常とを判定する。
なお、マハラノビス距離の代わりに、ユークリッド距離を用いてもよい。

図６は、ヘモグロビンの吸収スペクトルを示すグラフである。
近赤外線を用いた脳活動計測(近赤外分光法（NIRS)）では、脳組織の光散乱特性の変化がもたらす情報を、簡便かつ無侵襲に得ることができる。
可視光(400〜700nm)では、ヘモグロビンやその他の生体構成物質の吸収が大きく、また、近赤外線よりも長い波長域では水の吸収が大きいため、生体内をほとんど光が進むことができない。可視光領域では、光の強度が1/10に減衰するまでに進むことのできる距離は約1mm以下である。他方、近赤外域では吸収が少ないため、約10倍の距離を進むことができる。
そのため、近赤外線を頭皮上から照射し、脳組織を通過させ、更に頭皮上から反射または散乱された光を受光することで、脳内の血流に関する情報を得るのに適している。

図７は、生体におけるヘモグロビンと水の透過率を示すグラフである。
800nm付近では、ヘモグロビンと水のスペクトルが大きく異なっている。
近赤外分光法は、この波長領域において血液中のヘモグロビンが特徴的な吸収バンドをもつことを利用して、生体組織中の血液の酸素化Ｈｂ(oxy-Hb)、脱酸素化Ｈｂ(deoxy-Hb)を連続的に検出でき、酸素化Ｈｂと脱酸素化Ｈｂの相対変化指数及び定量指数計算できる。
相対変化指数とは、酸素化Ｈｂ、脱酸素化Ｈｂ、全Ｈｂ(totalHb)の測定開始時を0とした指数のことであり、それぞれの量の経時的な増減を示すものである。また、定量指数とは、光拡散方程式に基づいた空間分解法により計算した酸素化Ｈｂと脱酸素化Ｈｂの絶対量のことである。

また、それらから、組織の酸素飽和度を示す酸素化率((SdO2)=oxyHb/(oxyHb＋deoxyHb)) が求められ、組織への酸素の供給や代謝の状態がわかる。
また、近赤外分光法は、局所脳血液量（rCBV）の変化を扱える計測法としても確立されている。
なお、このような光照射部一つと光検出部二つを用いる空間分解分光法も利用可能であるが、光照射部一つと光検出部一つを用いるmodified Lambert-Beer則に基づく方法も有効に利用できる。
modified Lambert-Beer則では、光の信号変化量を対数変換したものと、吸収体濃度変化との間に線形関係が成立することとし、ある波長の光吸収変化は、酸素化Ｈｂ量変化と脱酸素化Ｈｂ量変化、並びに、散乱などその他の原因による変化の線形和で示される。複数波長の計測値によって、酸素化Ｈｂと脱酸素化Ｈｂに関する２つの未知数が計算される。

図８は、脳内における光の伝播を示す模式図である。
吸光光度法を用いて物質の定量を行う場合、ブランク(目的物質0)の吸光度、目的物質の吸光係数、光路長がわかっていることが必要である。生体ではブランク及び光路長を知ることができないため、従来では定量値ではなく、測定開始時からの相対変化として表示してきた。定量値を計算するためには、光拡散方程式に基づいた空間分解法を用いることによって行える。
図のように、吸収と散乱のみのある均質な半無限媒体の場合、照射点からｒの距離にある点の光の強度Φ(r)は、拡散方程式によりrの関数として表される。空間分解法によりｒの異なる２点で光の強度を同時に測定することによって、ヘモグロビンの吸収係数μaと等価拡散係数μs'の積μeffを求めることができる。μs'を仮定すると、μaを求めることができ、μaが求まると、絶対濃度を計算することができる。

酸素濃度に応じてスペクトルが変化する物質としては、ヘモグロビンの他に、ミオグロビン(Mb)、チトクロームオキシダーゼ(Cyt-aa3)が知られている。いずれも酸素運搬に関係するタンパク質や酵素である。HbとMbはスペクトルが似ているため近赤外分光法では区別することが難しく、筋肉測定の場合、測定値を(Hb＋Mb)と表記している場合もある。一方Cyt-aa3は絶対量が少ないため、正確に測定することは困難である。酸素濃度が減少していくと、Hb、Mb、Cyt-aa3の順で酸素を放出していくと考えられている。このように、生体内で酸素を運搬しているのは殆どヘモグロビンなので、生体内における酸素の需要供給の状態を知ることができ、更に、心臓の異常などの検知にも寄与する。

図９は、プローブの例を示す正面図である。
光ファイバケーブルに連なる端子を頭皮に付着させて用いる。照射された光信号は、照射位置より２〜３センチ離れた位置で別の光ファイバを用いて検出する。これは、大脳皮質に到達し反射するようにして出てくる信号が、照射位置より２〜３センチ離れた場所に到達するためである。
脳機能を画像として計測するためには、頭皮上の複数の位置、すなわち多チャンネルで計測する必要がある。それには、光トポグラフィ専用の多チャンネル計測技術を用い、２次元的(格子状)に配置した多数本の光ファイバによって光を照射・検出する。各光ファイバは照射及び検出を電気的に切り替えることで、照射・検出の位置を順々に切り替えていき画像化に必要なデータを計測する。

図１０は、光計測手段のヘッドギアを示す説明図である。
この装置では、光ファイバー等のケーブル（２１）を介して、近赤外線が発光素子（２２）より頭部に照射され、その反射光が受光素子（２３）によって検出される。この発光素子（２２）及び受光素子（２３）は、頭部を覆って固定する固定器具に配置される。その配置位置は、測定したい脳の部位に応じて、適宜選定される。再現性あるデータを得るためには、操縦者毎に、その頭部の一定位置にヘッドギアを装着させるための指標体を設けておくことことが好ましい。

脳活動計測手段としては、ポータブルな脳波計など有効である。
発作やスパイクの検出方法には、例えば、ルールベース法が利用できる。ゴットマン法では、信号は最初に最大と最小を結ぶ区分線形近似によって置換される。ゴットマン法では、問題となる下層波に重ね合わされる速い活動を除去する試みにおいて、小さい方のラインセグメントの幾つかを取り除くために適用されるルールリストがある。移動する１／３秒ウインドウでの振幅、持続時間、律動性及び鮮鋭度の平均値に相当するハーフウェーブの特性を、過去及び未来のデータセグメントのものと比較する。これらの比較において合計で３０秒の過去データと８〜１０秒の未来データを使用し、過去、現在及び未来の特性の比較で、いつスパイクまたは発作の検出が得られるのかを決定するために、一組のルールおよびスレショルドが与えられている。

リアルタイムで発作を検出するためには、次のような方法が利用できる。
まず、全信号からてんかん等の発生特性を有する部分を抽出する。この段階は、操縦者やセンサに特異的な初期パラメータの選択を可能とする適応濾波、及び重要な信号特徴がオンラインで学習されると、これらのフィルタが自動的に改善する適応プロセスにより達成される。そのフィルタの出力は、各現信号時期での発作発生活動の指標を計算するために使用される。その指標を、バックグラウンド信号と対応する測定値で乗算して、比率を形成する。この段階では、メディアン濾波の新規適用、並びに時間および状態で重み付けした平均化を使用する。その比率の値が特定の閾値に達すると、発作が検出される。次に、持続時間、強さ、時空間伝搬のパターン認識及び発作後の発作信号変化の分析を用いて、発作の選別が行われる。

発作の前駆症状を検出するための方法には、次のような方法が利用できる。
発作の前駆症状には、てんかん等特定の発作に固有の放電やスパイクのある顕著なパターン、幾つかのセンサ上の信号エネルギーの顕著な急激低下、監視されている信号の各々と関連するパワースペクトル密度の特徴の変化などがある。そのような発作の臨床学的または電気曲線上のパターン発生を検出して、発作を予測する。

生体機能計測手段としては、ホルター心電計など有効である。
心臓からでる電気は心臓の収縮に先だって、心筋が興奮するときに発生する。この電流は心臓の動きに対応して、拍動ごとに特定のパターンとなる。心電からは、ＰＱＲＳＴと名づける棘波からなるパルス波形が検出される。Ｐは上向きの小さい山、Ｑは下向きの小さい谷、Ｒは上向きの鋭い大きな棘、Ｓは下向きの谷、Ｔは上向きのゆるやかなやや大きい山である。ワンパルス（ＰＱＲＳＴ）または数パルス（ＰＱＲＳＴ・ ・ ・ ＰＱＲＳＴ・ ・）の心臓からでる電圧波形を処理し、ピークの最大値と最小値を検出する。その最大値と最小値が、最大値においては設定値を超えたとき、また最小値に対しては設定した値を下回ったときに、心臓に異常が発生していると判定できる。

心電計に基づくのではなく、加速度脈波を用いて自律神経機能などを評価することも可能である。
操縦者の指に脈波計を装着し、所定の時間連続して計測した脈波から算出した加速度脈波の連続する波形からａ−ａ間隔を求め、そのａ−ａ間隔の変動を心電図におけるＲ−Ｒ間隔の変動に対応する間隔とみなす。

また、生体機能計測手段として、操縦者の頭部に装着して側頭筋の動きを計測する筋電計など有効である。
側頭筋の動きを検知する側頭筋センサと、側頭筋センサで側頭筋の動きを検知すると電源が入る脳波の異常を検知する脳波計、あるいは体温や湿度の異常を検知する体温・湿度検知器、あるいは異常音を検知する騒音検知器と、脳波計あるいは体温・湿度検知器あるいは騒音検知器のうちのいずれかから異常を検知すると、血中酸素濃度を測定するか炭酸ガス発生量を測定し、その測定値が所定の閾値以上のとき異常と判定する。

本発明では、乗り物の運転時に、その操縦者の生理情報と、乗り物の外部状況とをモニターして、そのどちらかに異常を検知したら、操縦者に危険を知らせる構成をとっている。
乗り物に搭乗した操縦者の身体には、その生理情報をモニターする生体機能計測手段を装備し、生体機能計測手段によって、操縦者が乗り物を運転している最中に、操縦者の生理情報をリアルタイムで計測し、生体機能判定手段によって、生体機能計測手段で得られた信号から操縦者の身体の機能に異常がないかを検知する。
一方、乗り物には、その運転時に外部状況をモニターする外部状況観測手段を装備し、外部状況判定手段によって、外部状況観測手段で得られた信号から外部状況に異常がないかを検知する。
そして、知覚刺激提示手段によって、脳機能判定手段または外部状況観測手段により操縦者または外部状況に異常が検知された場合には、操縦者に知覚刺激を提示して危険を喚起させる。

前記のように、乗り物の外部状況観測手段には、ＣＣＤカメラ（１５）や赤外線センサー（１６）、超音波センサー（１７）など、従来公知の装置が適宜利用できる。
また、それらの装置で観測された信号から、外部状況に異常があり危険と判定する基準としては、信号値がある閾値を超えるか否か、またその状態がある一定時間以上続くか否か、信号値の急変などが挙げられる。

操縦者に提示する知覚刺激としては、電気や磁気による神経系刺激、音や光等の知覚神経系刺激などが挙げられる。知覚刺激とは視覚、聴覚、触覚、嗅覚、味覚などの感覚入力を意味する。
通常の操縦時には視覚と聴覚とを駆使しているので、視覚または聴覚の刺激を用いる場合は、通常は見たり聞かない特徴のある刺激を出力する。なお、知覚刺激は、操縦の妨げにならない程度の弱さのものであることが必須である。視覚刺激と聴覚刺激については、その配慮が必要である。

知覚刺激提示手段として、乗り物に装備したランプによる視覚刺激の場合は、操縦席から目立つ位置に景色とは明らかに異なるLED等を配置して視覚を刺激する。
光による刺激には、例えばドーム状反射鏡をもちキセノン管で閃光するフラッシュ刺激や、ヘッドギアに付設した鍔に並べた赤色LEDを10ms等で発光させるフラッシュ刺激、モニター（１２）の表示による刺激なども利用できる。

聴覚刺激を用いる場合は、車内に置かれたスピーカーやヘッドフォンなどにより、エンジン音やクラクション音など車両が通常発する音とは異なる音を出力する。

触覚刺激も、運転の妨げにならないように、エアパフなどの機構を操縦者の身体に貼り付けて利用できる。

ミントなどの快い刺激臭など特定の香りを噴出する嗅覚刺激や、スプレーに含ませて口の付近に軽く噴霧する味覚刺激も運転の妨げにならない強度で利用できる。

磁気パルスを用いて生体に組織電流を誘導し、神経または筋組織を刺激する磁気刺激も有用である。
磁気刺激装置としては、例えば、コンデンサに充電した高圧電流を短時間で刺激フラットコイルへ放電し、発生した１T程度の変動磁場によりコイル直下の生体組織に渦電流を生じさせ、神経細胞を刺激するものが利用できる。

短時間の高電圧パルスを用いて生体に組織電流を誘導し、神経または筋組織を刺激する電気刺激も有用である。

本発明によると、双方向通信可能な情報空間の中で、乗り物の操縦者の状態をモニターすることができる。例えば、居眠りしている操縦者が運転する車両を特定することができ、他の車両に対してそれを知らせることが可能になる。単に車両を効率よく移動させるだけでなく、大きな事故を未然に防ぐことや速やかな救助等にも寄与する。
それに伴い、高齢者などの社会的弱者に、移動の安全性を高め、普段の外出への心理的な抵抗を少なくし、社会的活動の機会を増やし、より自立した自由な生活を支援できる。また、高度に発展した情報通信システムにアクセスしその恩恵を享受する機会も提供できる。
高齢化社会を見据えた健康や福祉などの分野や、高度に発達した情報通信分野などに幅広く用途があり、産業上利用価値が高い。

本発明による乗用走行車両の制御システムの概要を示す説明図 ユーザー携帯型移動端末の例を示す斜視図 ユーザー搭乗型移動端末の例を示す斜視図 ＩＴＳの概要を示す説明図 操縦者の脳機能の正常異常を判定する流れを示すフローチャート ヘモグロビンの吸収スペクトルを示すグラフ 生体におけるヘモグロビンと水の透過率を示すグラフ 脳内における光の伝播を示す模式図 プローブを示す正面図 ヘッドギアを示す説明図

符号の説明

１１ コンピューター
１２ モニター
１３ 無線ＬＡＮ
１４ ＧＰＳ
１５ ＣＣＤカメラ
１６ 赤外線センサー
１７ 超音波センサー
２１ ケーブル
２２ 発光素子
２３ 受光素子

Claims (13)

1. 情報入出力手段と無線通信手段を有する乗り物と、
   その乗り物と情報を授受する通信手段、演算手段、記録手段を有し、その乗り物をも構成要素として包含しうる情報空間との備わったネットワークシステムにおいて、
   乗り物に搭乗した操縦者の身体に装着し、その運転の最中に、操縦者の生理情報をリアルタイムで計測する生体機能計測手段と、
   計測された生理情報に関する信号を情報空間へ送信する無線通信手段とを設けることで、
   各乗り物の操縦者の生理情報をリアルタイムでモニターする
   ことを特徴とする乗り物操縦者のモニターシステム。
2. 乗り物に装備された生体機能判定手段により、生体機能計測手段で得られた信号から、操縦者の身体の機能に異常がないかを検知する
   請求項１に記載の乗り物操縦者のモニターシステム。
3. 情報空間における管理センターの端末に装備された生体機能判定手段により、
   乗り物より送信された操縦者の生理情報に関する信号から、操縦者の身体の機能に異常がないかを検知する
   請求項１に記載の乗り物操縦者のモニターシステム。
4. 生体機能判定手段によって操縦者の身体の機能に異常が検知された場合には、
   その異常情報を、情報空間における他の乗り物へ送信して、注意を喚起する
   請求項２または３に記載の乗り物操縦者のモニターシステム。
5. 生体機能判定手段によって操縦者の身体の機能に異常が検知された場合には、
   その異常情報を、情報空間における救急車両へ送信して、救援を呼ぶ
   請求項２ないし４に記載の乗り物操縦者のモニターシステム。
6. 生体機能判定手段によって操縦者の身体の機能に異常が検知された場合には、
   その乗り物に装備された走行制御手段により、その走行速度を減速して、安全制御する
   請求項２ないし５に記載の乗り物操縦者のモニターシステム。
7. 生体機能判定手段によって操縦者の身体の機能に異常が検知された場合には、
   その乗り物に装備された知覚刺激提示手段により、操縦者に知覚刺激を提示して危険を喚起する
   請求項２ないし６に記載の乗り物操縦者のモニターシステム。
8. 乗り物に装備された外部状況観測手段により、その外部状況をモニターし、
   外部状況観測手段により得られた信号から、外部状況判定手段によって、外部状況に異常がないかを検知する
   請求項１ないし７に記載の乗り物操縦者のモニターシステム。
9. 生体機能計測手段が、操縦者の頭部に装着され、頭部に光を照射すると共に頭部からの反射光を受光して、脳におけるヘモグロビン量に関係したデータを計測する光計測装置である
   請求項１ないし８に記載の乗り物操縦者のモニターシステム。
10. 光計測装置により血中ヘモグロビン量が徐々に低下していることが検知されたら、生体機能判定手段によって、操縦者に睡眠の可能性があると判定する
    請求項９に記載の乗り物操縦者のモニターシステム。
11. 生体機能計測手段が、操縦者の頭部に装着される脳波計である
    請求項１ないし８に記載の乗り物操縦者のモニターシステム。
12. 脳波計によりアルファ波が徐々に増大していることが検知されたら、生体機能判定手段によって、操縦者に睡眠の可能性があると判定する
    請求項１１に記載の乗り物操縦者のモニターシステム。
13. 情報入出力手段と無線通信手段を有する乗り物と、
    その乗り物と情報を授受する通信手段、演算手段、記録手段を有し、その乗り物をも構成要素として包含しうる情報空間との備わったネットワークシステムにおいて、
    乗り物に搭乗した操縦者の身体に、その生理情報をモニターする生体機能計測手段を装着し、
    操縦者が乗り物を運転している最中に、その生体機能計測手段によって操縦者の生理情報をリアルタイムで計測し、
    計測された生理情報に関する信号を、無線通信手段によって情報空間へ送信することで、
    各乗り物の操縦者の生理情報をリアルタイムでモニターする
    ことを特徴とする乗り物操縦者のモニター方法。

Images