JP2013123524A - Wakefullness determining device, wakefullness determining method and program - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書で議論される実施態様は、被験者の覚醒度を判定する技術に関するものである。 The embodiments discussed herein relate to techniques for determining a subject's arousal level.
被験者の覚醒度や眠気を計測する技術のうちのひとつとして知られている、被験者の心拍信号(脈拍)を用いる技術は、心拍信号の取得のための被験者への負担が少ない。
例えば、被験者の心拍信号のピークの間隔(心拍間隔)を検出して当該心拍間隔の変動に対するスペクトルを算出し、算出されたスペクトルが極大となる周波数に基づいて被験者の覚醒度を判定するという技術が知られている。この技術は、心拍間隔が心臓血管系の影響を受けて揺らぎを有しており、心拍間隔のスペクトルが生体の状態により変化することを利用している。
The technique using the heartbeat signal (pulse) of the subject, which is known as one of the techniques for measuring the degree of arousal and sleepiness of the subject, has less burden on the subject for acquiring the heartbeat signal.
For example, a technique of detecting a peak interval (beat interval) of a heartbeat signal of a subject, calculating a spectrum with respect to the fluctuation of the heartbeat interval, and determining the arousal level of the subject based on a frequency at which the calculated spectrum is maximized It has been known. This technique uses the fact that the heartbeat interval fluctuates due to the influence of the cardiovascular system, and the spectrum of the heartbeat interval changes depending on the state of the living body.
生体の活動時(覚醒時)には交感神経が優位となり、心拍数を上昇させて心筋の収縮性を高めるが、生体の安静時(睡眠移行時など)には副交感神経が優位となり、心拍数を減少させて心筋の収縮性を低下させる。上述した技術は、このことを利用し、被験者の心拍間隔の変動の解析結果から交感神経と副交感神経との間での優位性の変化を推測することで、被験者の覚醒度を判定するというものである。 Sympathetic nerves predominate during biological activities (at wakefulness), increase heart rate and increase myocardial contractility, but parasympathetic nerves predominate when the body is resting (such as when going to sleep), and heart rate Decrease myocardial contractility. The technique described above uses this fact to determine the degree of arousal of a subject by inferring a change in dominance between the sympathetic nerve and the parasympathetic nerve from the analysis result of fluctuations in the heartbeat interval of the subject. It is.
また、同様の技術として、被験者の心拍から特徴量を抽出し、当該特徴量の周波数スペクトル分布の立ち上がりピークの周波数に基づいて設定された時間幅内における当該特徴量の統計分布から、被験者の眠気度を判定するという技術が知られている。 Further, as a similar technique, a feature amount is extracted from the heartbeat of the subject, and the subject's sleepiness is calculated from the statistical distribution of the feature amount within a time width set based on the frequency of the rising peak of the frequency spectrum distribution of the feature amount. A technique for determining the degree is known.
この他の背景技術として、生体情報の変化を監視する生体情報モニタにおいて、当該モニタで使用中の計測動作モードを、計測された生体情報に応じて他の計測動作モードに切り替えるという技術が知られている。 As another background art, in a biological information monitor that monitors changes in biological information, a technique is known in which a measurement operation mode being used on the monitor is switched to another measurement operation mode according to the measured biological information. ing.
また、この他の背景技術として、人体の体動の時間的な変化を表す体動軌跡の測定が選択された場合には、体動の検出データの記憶部への取り込み周期を、当該検出データから算出される運動強度の測定が選択された場合よりも短くするという技術が知られている。 In addition, as another background art, when measurement of a body motion trajectory representing a temporal change in the body motion of a human body is selected, a period of taking the body motion detection data into the storage unit is set as the detection data. A technique is known in which the measurement of the exercise intensity calculated from the above is made shorter than when the measurement is selected.
前述した、心拍間隔の変動の解析結果を利用した覚醒度の判定技術では、検出した心拍信号にノイズ成分が含まれていると、覚醒度の判定精度の低下が懸念される。
上述した問題に鑑み、本明細書で後述する覚醒度判定装置では、検出した心拍信号に含まれるノイズ成分に起因する覚醒度の判定精度の低下を低減する。
In the above-described wakefulness determination technique using the analysis result of the fluctuation of the heartbeat interval, if the detected heartbeat signal includes a noise component, there is a concern that the determination accuracy of the wakefulness may be lowered.
In view of the above-described problems, the wakefulness determination device described later in this specification reduces a decrease in the determination accuracy of the wakefulness caused by the noise component included in the detected heartbeat signal.
本明細書で後述する、被験者の覚醒度を判定する覚醒度判定装置のひとつに、取得部と、推定部と、判定部とを備えるというものがある。ここで、取得部は、被験者の心拍の信号を表している心拍信号を被験者から検出し、当該心拍信号の周期を心拍間隔として取得する。推定部は、被験者の心拍間隔のモデルの推定を行う。この推定は、心拍間隔の過去の取得値に基づき推定されていた心拍間隔についてのモデルを、取得部による心拍間隔の新たな取得値と当該モデルにおいての当該新たな取得値についての予測値との誤差に基づき、当該誤差が減少するように更新することで行われる。そして、判定部は、推定部により推定された心拍間隔のモデルに基づいて心拍間隔の変動に対するスペクトルを算出して、当該スペクトルに基づいて被験者の覚醒度を判定する。 One of the wakefulness determination devices for determining the wakefulness of a subject, which will be described later in this specification, includes an acquisition unit, an estimation unit, and a determination unit. Here, the acquisition unit detects a heartbeat signal representing a heartbeat signal of the subject from the subject, and acquires a cycle of the heartbeat signal as a heartbeat interval. The estimation unit estimates a model of the heartbeat interval of the subject. This estimation is based on a model of a heartbeat interval estimated based on a past acquisition value of the heartbeat interval, and a new acquisition value of the heartbeat interval by the acquisition unit and a predicted value of the new acquisition value in the model. Based on the error, the update is performed so that the error decreases. Then, the determination unit calculates a spectrum for fluctuations in the heartbeat interval based on the model of the heartbeat interval estimated by the estimation unit, and determines the arousal level of the subject based on the spectrum.
また、本明細書で後述する、被験者の覚醒度を判定する覚醒度判定方法のひとつは、まず、被験者の心拍の信号を表している心拍信号を被験者から検出し、当該心拍信号の周期を心拍間隔として取得する。次に、被験者の心拍間隔のモデルの推定を行う。この推定は、心拍間隔の過去の取得値に基づき推定されていた心拍間隔についてのモデルを、心拍間隔の新たな取得値と当該モデルにおいての当該新たな取得値についての予測値との誤差に基づき、当該誤差が減少するように更新することで行われる。そして、この推定によって推定された心拍間隔のモデルに基づいて心拍間隔の変動に対するスペクトルを算出して、当該スペクトルに基づいて被験者の覚醒度を判定する。 In addition, one of the arousal level determination methods for determining the arousal level of a subject, which will be described later in this specification, is to first detect a heart rate signal representing a subject's heart rate signal from the subject and determine the cycle of the heart rate signal as a heart rate. Get as interval. Next, the model of the subject's heart rate interval is estimated. This estimation is based on the error between the new acquired value of the heart rate interval and the predicted value of the new acquired value in the model, based on the model of the heart rate interval estimated based on the past acquired value of the heart rate interval. This is done by updating so that the error is reduced. Then, a spectrum for heartbeat interval fluctuation is calculated based on the model of the heartbeat interval estimated by this estimation, and the arousal level of the subject is determined based on the spectrum.
また、本明細書で後述するプログラムのひとつは、被験者の覚醒度の判定をコンピュータに行わせるためのプログラムである。このプログラムは、以下の処理をコンピュータに行わせる。この処理は、まず、被験者の心拍の信号を表している心拍信号を被験者から検出し、当該心拍信号の周期を心拍間隔として取得する。次に、被験者の心拍間隔のモデルの推定を行う。この推定は、心拍間隔の過去の取得値に基づき推定されていた心拍間隔についてのモデルを、心拍間隔の新たな取得値と当該モデルにおいての当該新たな取得値についての予測値との誤差に基づき、当該誤差が減少するように更新することで行われる。そして、この推定によって推定された心拍間隔のモデルに基づいて心拍間隔の変動に対するスペクトルを算出して、当該スペクトルに基づいて被験者の覚醒度を判定する。 One of the programs described later in this specification is a program for causing a computer to determine the degree of arousal of a subject. This program causes a computer to perform the following processing. In this process, first, a heartbeat signal representing a heartbeat signal of the subject is detected from the subject, and the period of the heartbeat signal is acquired as a heartbeat interval. Next, the model of the subject's heart rate interval is estimated. This estimation is based on the error between the new acquired value of the heart rate interval and the predicted value of the new acquired value in the model, based on the model of the heart rate interval estimated based on the past acquired value of the heart rate interval. This is done by updating so that the error is reduced. Then, a spectrum for heartbeat interval fluctuation is calculated based on the model of the heartbeat interval estimated by this estimation, and the arousal level of the subject is determined based on the spectrum.
本明細書で後述する覚醒度判定装置によれば、検出した心拍信号に含まれるノイズ成分に起因する覚醒度の判定精度の低下が低減されるという効果を奏する。 According to the arousal level determination device described later in this specification, there is an effect that a decrease in the accuracy of determination of the arousal level due to a noise component included in the detected heartbeat signal is reduced.
まず図1について説明する。図1は、1つの実施形態に係る覚醒度判定装置の構成を図解した機能ブロック図である。
図1の覚醒度判定装置10は、被験者の覚醒度を判定する装置であり、取得部11、推定部12、及び判定部13を備えている。
First, FIG. 1 will be described. FIG. 1 is a functional block diagram illustrating the configuration of a wakefulness determination device according to one embodiment.
The arousal
取得部11は、被験者の心拍の信号を表している心拍信号を当該被験者から検出し、当該心拍信号の周期を心拍間隔として取得する。心拍信号は、例えば、被験者に接触させた電極に対し電圧を印加した場合における電極間の電位差から検出する。また、心拍間隔は、例えば、心拍の一拍に相当する心拍信号の波形の最大値の周期(心電図波形のうちのR波の最大値の間隔)を算出することによって取得する。
The
推定部12は、取得部11により取得された心拍間隔を用いて、被験者の心拍間隔についてのモデルの推定を行う。この推定は、心拍間隔の過去の取得値に基づき推定されていた心拍間隔の推定モデルを更新することによって行われる。なお、この更新は、取得部11による心拍間隔の新たな取得値と当該推定モデルにおいての当該新たな取得値についての予測値との誤差に基づき、当該誤差が減少するようにして行われる。
The
なお、推定部12は、この心拍間隔のモデルの推定を、例えばカルマンフィルタ(Kalman Filter )を用いることによって行うようにしてもよい。
判定部13は、推定部12により推定された心拍間隔のモデルに基づいて被験者の心拍間隔の変動に対するスペクトルを算出して、当該スペクトルに基づいて被験者の覚醒度を判定する。
The
The
上述した構成によれば、被験者の心拍間隔の推定を推定部12が上述したようにして行うことで、心拍信号に含まれるノイズ成分が、心拍間隔の変動に対するスペクトルに及ぼす影響が減少する。従って、この推定部12により推定された心拍間隔の変動に対するスペクトルに基づいて覚醒度の判定を行うことで、当該ノイズ成分に起因する覚醒度の判定精度の低下が低減される。
According to the configuration described above, the
なお、図1において破線を用いて表されているように、覚醒度判定装置10が、更に、検出部14と制御部15とを備えていてもよい。
検出部14は、被験者の生理状態の時間変動量を検出する。検出部14は、この被験者の生理状態の時間変動量として、例えば、被験者の平均心拍数の時間変動量を検出する。あるいは、検出部14は、この被験者の生理状態の時間変動量として、例えば、被験者の身体部位の加速度の時間変動量を検出する。
In addition, as represented using a broken line in FIG. 1, the arousal
The
制御部15は、被験者の生理状態の時間変動量についての検出部14による検出結果が所定量以上となった場合に推定部12の制御を行う。この制御は、推定部12が行う心拍間隔の推定モデルの更新における更新1回当りの前述の誤差の減少量を、当該制御前よりも大きくする制御である。
The
なお、推定部12が、カルマンフィルタを用いることによって心拍間隔のモデルの推定を行う場合には、制御部15は、このカルマンフィルタにおけるカルマンゲイン(Kalman Gain )を制御して、上述の制御を行うようにしてもよい。
When the
例えば、自動車を運転中の運転者に眠気が生じたことを検知するために、この覚醒度判定装置10を使用することを考える。このときの被験者となる運転者の生理状態は、実際の運転状況によって急激に変動する場合がある。例えば、走行路上に障害物が突如出現した場合や走行路の路面状況が急に悪化した場合には、運転者の作業負荷が上昇し、生理状態は急激に変動する。一方、推定部12は、心拍間隔のモデルの推定を、心拍間隔の過去の取得値に基づいた心拍間隔の推定モデルを更新することによって推定している。このため、このような急激な変動が生じた直後においては、推定部12による心拍間隔のモデルの推定結果と変動発生後の運転者の現実の覚醒状態モデルとの乖離が大きくなり、結果として、運転者の眠気検知の精度が一時的に低下することが考えられる。これに対し、制御部15が前述した制御を行うと、上述のような運転者の生理状態の急激な変動に対しての推定部12による心拍間隔のモデルの推定の反応性が向上するので、運転者の眠気検知の精度低下が抑制される。
For example, consider using this arousal
次に、この覚醒度判定装置10のハードウェア構成例について、図2を用いて説明する。
図2の構成例では、覚醒度判定装置10は、コンピュータ20、心拍センサ41、及び加速度センサ42を備えて構成されている。
Next, a hardware configuration example of the arousal
In the configuration example of FIG. 2, the arousal
コンピュータ20は、MPU21、ROM22、RAM23、ハードディスク装置24、入力装置25、出力装置26、インタフェース装置27、及び記録媒体駆動装置28を備えている。なお、これらの構成要素はバスライン29を介して接続されており、MPU21の管理の下で各種のデータを相互に授受することができる。
The
MPU(Micro Processing Unit)21は、このコンピュータ20全体の動作を制御する演算処理装置である。
ROM(Read Only Memory)22は、所定の基本制御プログラムが予め記録されている読み出し専用半導体メモリである。MPU21は、この基本制御プログラムをコンピュータ20の起動時に読み出して実行することにより、このコンピュータ20の各構成要素の動作制御が可能になる。
An MPU (Micro Processing Unit) 21 is an arithmetic processing unit that controls the operation of the
A ROM (Read Only Memory) 22 is a read-only semiconductor memory in which a predetermined basic control program is recorded in advance. The
RAM(Random Access Memory)23は、MPU21が各種の制御プログラムを実行する際に、必要に応じて作業用記憶領域として使用する、随時書き込み読み出し可能な半導体メモリである。
A RAM (Random Access Memory) 23 is a semiconductor memory that can be written and read at any time and used as a working storage area as needed when the
ハードディスク装置24は、MPU21によって実行される各種の制御プログラムや各種のデータを記憶しておく記憶装置である。MPU21は、ハードディスク装置24に記憶されている所定の制御プログラムを読み出して実行することにより、各種の制御処理を行えるようになる。
The
入力装置25は、例えばタッチパネルスイッチやキーボード装置であり、覚醒度判定装置10による覚醒度判定の被験者等により操作されると、その操作内容に対応付けられている使用者からの各種情報の入力を取得し、取得した入力情報をMPU21に送付する。
The
出力装置26は例えば液晶ディスプレイやスピーカであり、MPU21から送付される表示データに応じた各種のテキストや画像の表示や、MPU21から送付される発音データに応じた各種の発音を行う。
The
インタフェース装置27には、このコンピュータ20に接続される心拍センサ41及び加速度センサ42が接続されている。インタフェース装置27は、これらの機器との間での各種情報の授受の管理を行う。
The
記録媒体駆動装置28は、可搬型記録媒体30に記録されている各種の制御プログラムやデータの読み出しを行う装置である。MPU21は、可搬型記録媒体30に記録されている所定の制御プログラムを、記録媒体駆動装置28を介して読み出して実行することによって、後述する各種の制御処理を行うようにすることもできる。なお、可搬型記録媒体30としては、例えばCD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)やDVD−ROM(Digital Versatile Disc Read Only Memory)、USB(Universal Serial Bus)規格のコネクタが備えられているフラッシュメモリなどがある。
The recording
このようなコンピュータ20を用いて覚醒度判定装置10を構成するには、例えば、次に説明する覚醒度判定処理をMPU21に行わせるための制御プログラムを作成する。作成された制御プログラムはハードディスク装置24若しくは可搬型記録媒体30に予め格納しておく。そして、MPU21に所定の指示を与えてこの制御プログラムを読み出させて実行させる。こうすることで、図2の構成により、図1の取得部11、推定部12、判定部13、検出部14、及び制御部15が各々有している機能の提供が可能となる。
In order to configure the arousal
心拍センサ41は、被験者の心拍の信号を表している心拍信号を当該被験者から検出する。より具体的には、心拍センサ41は、例えば、前述したように、被験者に接触させた電極に対し電圧を印加した場合における電極間の電位差から心拍信号を検出する。なお、この代わりに、心拍センサ41として、心電計、脈波計、心音センサ等のといった、被験者の心臓の鼓動を捕らえて電気信号として出力するものを使用してもよい。この心拍センサ41とコンピュータ20が行う制御処理との組み合わせにより、図1における取得部11及び検出部14としての機能が提供される。
The
加速度センサ42は、被験者に装着されて当該被験者の体動によって生じる加速度を検出する。この加速度センサ42とコンピュータ20が行う制御処理との組み合わせにより、図1における検出部14としての機能が提供される。
図2の覚醒度判定装置10は以上のように構成されている。
The
The arousal
次に覚醒度判定装置10により行われる処理及びその処理手順について説明する。
図3は、覚醒度判定装置10により行われる覚醒度判定処理の処理内容を図解したフローチャートである。
Next, processing performed by the arousal
FIG. 3 is a flowchart illustrating the contents of the arousal level determination process performed by the arousal
図3におけるS101からS103にかけての処理は、取得部11によって行われる処理であって、被験者の心拍の信号を表している心拍信号を被験者から検出して当該心拍信号の周期を心拍間隔として取得する処理である。
The processing from S101 to S103 in FIG. 3 is processing performed by the
まず、S101では、被験者の心拍信号を検出する処理を取得部11が行う。
次に、S102では、S101の処理により取得された心拍信号から心拍間隔を取得し、得られた心拍間隔を記憶しておく処理を取得部11が行う。この処理では、取得部11は、例えば、S101の処理により取得された心拍信号から、信号の大きさが所定の閾値以上である範囲を検出し、続いて、その範囲内での信号の大きさのピークの位置を、心電図波形のうちのR波の最大値の位置として検出する。そして、取得部11は、検出されたピーク間の時間をタイマ(例えばMPU21が備えているタイマ)で計時し、その計時結果を、心拍間隔の観測値データとして、記憶部(例えば図2のRAM23)の所定記憶領域に記憶させておく。
First, in S101, the
Next, in S102, the
次に、S103では、S102の処理により心拍間隔の新たな観測値データが取得できたか否かを判定する処理を取得部11が行う。ここで、取得部11は、心拍間隔の新たな観測値データが取得できたと判定したとき(判定結果がYesのとき)にはS104に処理を進める。一方、取得部11は、心拍間隔の新たな観測値データが取得できなかった(直近のS101の処理で検出された心拍信号の大きさは、前述したピークではなかった)と判定したとき(判定結果がNoのとき)には、S101へ処理を戻して上述した処理を繰り返す。
Next, in S103, the
次に、S104では心拍間隔モデル推定処理を推定部12等が行う。心拍間隔モデル推定処理は、取得部11により取得された心拍間隔の観測値データを用いて、被験者の心拍間隔のモデル(本実施形態では、心拍間隔の推定データ群)を推定する処理であり、その処理の詳細は後述する。
Next, in S104, the
S105からS109にかけての処理は、判定部13によって行われる処理であって、推定部12により推定された心拍間隔のモデルに基づいて心拍間隔の変動に対するスペクトルを算出して、当該スペクトルに基づいて被験者の覚醒度を判定する処理である。なお、覚醒度の判定は、被験者が覚醒状態から睡眠状態に移行するに従い、極大(所定の周波数域内で最大)のスペクトルの周波数が低下し、且つ、当該極大のスペクトルが大きくなる(スペクトルが集中する)ことを利用して行う。なお、この判定手法は、例えば前掲した特許文献1に記載されている技術でも使用されているものである。
The processing from S105 to S109 is processing performed by the
まず、S105では、S104の心拍間隔モデル推定処理によって得られた心拍間隔の推定値のうちで、直近に得られた所定数個の推定値を用いて高速フーリエ変換(FFT)を実行して、心拍間隔の変動に対するスペクトルを算出する処理を判定部13が行う。
First, in S105, a fast Fourier transform (FFT) is performed using a predetermined number of estimated values obtained most recently among the estimated values of the heartbeat interval obtained by the heartbeat interval model estimating process in S104. The
S106では、S105の処理により得られたスペクトルから、所定の周波数域内で最大のスペクトルを特定する処理を判定部13が行う。
S107では、S106の処理により特定されたスペクトルの周波数が、所定の基準周波数以下であるか否かを判定する処理を判定部13が行う。ここで、判定部13は、特定されたスペクトルの周波数が基準周波数以下であると判定したとき(判定結果がYesのとき)にはS108に処理を進める。一方、判定部13は、特定されたスペクトルの周波数が基準周波数よりも高いと判定したとき(判定結果がNoのとき)には、被験者はこの時点では覚醒状態にあるとの判断を下し、S101へ処理を戻して上述した処理を繰り返す。
In S106, the
In S107, the
S108では、S106の処理により特定されたスペクトルの大きさが、所定の基準値以上であるか否かを判定する処理を判定部13が行う。ここで、判定部13は、特定されたスペクトル大きさが基準値以上であると判定したとき(判定結果がYesのとき)にはS109に処理を進める。一方、判定部13は、特定されたスペクトルの大きさが基準値よりも小さいと判定したとき(判定結果がNoのとき)には、被験者はこの時点では覚醒状態にあるとの判断を下し、S101へ処理を戻して上述した処理を繰り返す。
In S108, the
上述したS107及びS108の判定処理の判定結果が共にYesの場合には、判定部13は、覚醒状態にはない(すなわち、眠気を感じている)との判断を下してS110の処理を実行する。S109では、例えば図2の出力装置26を制御して、眠気を検知したことを表す警報を出力させる(例えばスピーカに警報音を発音させる)処理を判定部13が行う。その後は、この覚醒度判定処理が終了する。
When the determination results of the determination processes of S107 and S108 described above are both Yes, the
次に、図3のS104の処理である、心拍間隔モデル推定処理の詳細について説明する。図4は、この心拍間隔モデル推定処理の処理内容を図解したフローチャートである。
前述したように、心拍間隔モデル推定処理は、取得部11により取得された心拍間隔の観測値データを用いて、被験者の心拍間隔のモデル(本実施形態では、心拍間隔の推定データ群)を推定する処理である。この推定は、心拍間隔の過去の取得値に基づき推定された心拍間隔の推定モデルを、心拍間隔の新たな取得値と当該推定モデルにおいての当該新たな取得値についての予測値との誤差に基づき、当該誤差が減少するように更新することで行われる。より具体的には、この心拍間隔モデル推定処理では、カルマンフィルタを用いることによって心拍間隔のモデルの推定を行う。
Next, details of the heartbeat interval model estimation process, which is the process of S104 in FIG. 3, will be described. FIG. 4 is a flowchart illustrating the processing contents of the heartbeat interval model estimation processing.
As described above, the heartbeat interval model estimation process estimates a heartbeat interval model (in this embodiment, a heartbeat interval estimation data group) of the subject using the heartbeat interval observation value data acquired by the
図4の処理が開始されると、まず、S201において、この心拍間隔モデル推定処理の実行が初めてであるか否かを判定する処理を推定部12が行う。ここで、推定部12は、この推定処理の実行が初めてであると判定したとき(判定結果がYesのとき)にはS202に処理を進め、この推定処理の実行が初めてではないと判定したとき(判定結果がNoのとき)にはS203に処理を進める。
When the process of FIG. 4 is started, first, in S201, the
S202では、心拍間隔の推定モデルの初期値と、カルマンフィルタにおける事前推定誤差共分散の初期値とを設定して、記憶部(例えば図2のRAM23)の所定記憶領域に記憶させる処理を推定部12が行う。ここで、事前推定誤差共分散は、取得部11により実際に取得された心拍間隔の観測値データ群と、心拍間隔の過去の取得値に基づいた心拍間隔の推定モデル(事前推定値)との誤差の共分散のことである。なお、これらの初期値は、例えば、予め多数の被験者についての心拍間隔の実測値から得られたこれらの値の平均を予め設定しておくようにする。
In S202, the
S203では、この処理の時点で記憶部に記憶されている事前推定誤差共分散を用いて、カルマンフィルタにおけるカルマンゲインを算出する処理を推定部12が行う。なお、このカルマンゲインの算出において、取得部11による心拍間隔の観測誤差の共分散は、本実施形態では、その平均が「0」であって正規分布をしていると仮定する。
In S203, the
次に、S204ではカルマンゲイン制御処理を制御部15等が行う。カルマンゲイン制御処理は、被験者の生理状態の時間変動量の検出を行い、当該時間変動量が所定量以上となった場合には、S203の処理によって算出されたカルマンゲインの値を制御する処理であり、その処理の詳細は後述する。
Next, in S204, the Kalman gain control process is performed by the
次に、S205では、心拍間隔の推定モデルを更新して記憶部(例えば図2のRAM23)の所定記憶領域に記憶させる処理を推定部12が行う。この処理では、図3のS102の処理により直近に取得された心拍間隔の最新の観測値データと、S202若しくは後述のS207の処理により記憶されている心拍間隔の推定モデルと、S203及びS204の処理後のカルマンゲインとが用いられる。このS205の処理では、推定部12は、まず、当該最新の観測値データから、心拍間隔の推定モデル(事前推定値)においての当該最新の観測値データについての予測値を減算して予測誤差を求める。次に、推定部12は、その予測誤差に当該カルマンゲインを乗算し、その乗算結果を心拍間隔の推定モデル(事前推定値)に加算することによって、心拍間隔の新たな推定モデル(事後推定値)を獲得する。カルマンゲインを用いて行われるこの計算により、当該予測誤差を減少させるような心拍間隔の推定モデルの更新が行われる。このS205の処理により得られた心拍間隔の新たな推定モデルが、図3のS105以降の処理で、心拍間隔の推定データ群として使用される。
Next, in S205, the
次に、S206では、この処理の時点で記憶部に記憶されている事前推定誤差共分散を、事後推定誤差共分散に更新する処理を推定部12が行う。ここで、事後推定誤差共分散は、取得部11により実際に取得された心拍間隔の観測値データ群と、S205の処理により獲得された心拍間隔の新たな推定モデル(事後推定値)との誤差の共分散のことである。
Next, in S206, the
次に、S207では、S204の処理により得られた心拍間隔の新たな推定モデル(事後推定値)から心拍間隔の次の観測値データを予測して、その観測値データが得られたときの心拍間隔の新たな推定モデル(事前推定値)を算出する処理を推定部12が行う。なお、推定部12は、算出された推定モデルを、記憶部(例えば図2のRAM23)の所定記憶領域に記憶させる処理も行う。
Next, in S207, the next observed value data of the heartbeat interval is predicted from the new estimated model (post-mortem estimated value) of the heartbeat interval obtained by the processing of S204, and the heartbeat when the observed value data is obtained. The
次に、S208では、この処理の時点で記憶部に記憶されている事後推定誤差共分散から事前推定誤差共分散を算出して記憶部(例えば図2のRAM23)の所定記憶領域に記憶させる処理を推定部12が行う。この事前推定誤差共分散は、取得部11により実際に取得された心拍間隔の観測値データ群と、S207の処理により算出された心拍間隔の新たな推定モデルとの誤差の共分散である。この事前推定誤差共分散は、この後にカルマンゲインの算出処理(S203)が実行される際に使用される。
Next, in S208, a process of calculating the prior estimation error covariance from the posterior estimation error covariance stored in the storage unit at the time of this processing and storing it in a predetermined storage area of the storage unit (eg,
上述したS208の処理の完了後は、図4の心拍間隔モデル推定処理が終了し、その後は図3に処理が戻る。 After completion of the process of S208 described above, the heartbeat interval model estimation process of FIG. 4 ends, and thereafter the process returns to FIG.
次に、図4のS204の処理である、カルマンゲイン制御処理について説明する。前述したように、カルマンゲイン制御処理は、被験者の生理状態の時間変動量の検出を行い、当該時間変動量が所定量以上となった場合には、S203の処理によって算出されたカルマンゲインの値を制御する処理である。 Next, the Kalman gain control process that is the process of S204 of FIG. 4 will be described. As described above, the Kalman gain control process detects the amount of time variation of the subject's physiological state, and when the amount of time variation exceeds a predetermined amount, the value of the Kalman gain calculated by the process of S203. It is a process to control.
まずカルマンゲイン制御処理の第一の例について説明する。この第一の例は、被験者の生理状態の時間変動量として、被験者の平均心拍数の時間変動量の検出を行い、当該時間変動量が所定量以上となった場合には、カルマンゲインの値を制御する処理である。 First, a first example of the Kalman gain control process will be described. In this first example, the time fluctuation amount of the average heart rate of the subject is detected as the time fluctuation amount of the physiological state of the subject, and when the time fluctuation amount exceeds a predetermined amount, the value of the Kalman gain It is a process to control.
図5について説明する。図5は、カルマンゲイン制御処理の第一の例の処理内容を図解したフローチャートである。
まず、S301では、図3のS101及びS102の処理が繰り返し実行されたことによって記憶されている心拍間隔の観測値データを、所定数(例えば直近の2分間分のデータ)を読み出して、その心拍間隔の平均値を算出する処理を検出部14が行う。
FIG. 5 will be described. FIG. 5 is a flowchart illustrating the contents of the first example of the Kalman gain control process.
First, in S301, a predetermined number (for example, data for the last two minutes) of the observed value data of the heartbeat interval stored by repeatedly executing the processing of S101 and S102 in FIG. The
次に、S302において、S301の処理で算出された平均心拍数が、前回実行されたカルマンゲイン制御処理においての平均心拍数の算出値から所定の割合(例えば10%)以上変化していたか否かを判定する処理を制御部15が行う。ここで、制御部15は、平均心拍数が所定の割合以上変化したと判定したとき(判定結果がYesのとき)にはS303に処理を進める。一方、制御部15は、ここで、平均心拍数の変化が所定の割合未満であると判定したとき(判定結果がNoのとき)にはS305に処理を進める。なお、カルマンゲイン制御処理が始めて実行される場合には、このS302の判定処理の結果をYesとしてよい。
Next, in S302, whether or not the average heart rate calculated in the process of S301 has changed by a predetermined ratio (for example, 10%) or more from the calculated value of the average heart rate in the previously executed Kalman gain control process. The
S303では、上述した平均心拍数の変化の割合に対応付けられている制御量を、制御量テーブルから読み出して取得する処理を制御部15が行う。
In S303, the
図6は、平均心拍数の変化の割合と制御量とを対応付けた制御量テーブルの例が表されている。なお、制御量の値は1よりも大きい値である。
なお、制御部15は、制御量を、制御量テーブルから取得する代わりに、所定の算出式を用いて、平均心拍数の変化の割合から制御量を算出するようにしてもよい。
FIG. 6 shows an example of a control amount table in which the rate of change in average heart rate is associated with the control amount. Note that the value of the control amount is a value larger than 1.
Note that the
次に、S304では、S203の処理によって算出されたカルマンゲインの値に、S303の処理により取得された制御量を乗算して、カルマンゲインの値を大きくする処理を制御部15が行う。このようにしてカルマンゲインの値を大きくすると、この処理の後に行われる図4におけるS205の心拍間隔の推定モデル更新処理における、更新1回当りの予測誤差の減少量が大きくなる。この結果、被験者の平均心拍数の急激な変動に対しての推定部12による心拍間隔のモデルの推定の反応性が向上する。
Next, in S304, the
次に、S305では、S301の処理により算出された平均心拍数の算出値を記憶部(例えば図2のRAM23)の所定記憶領域に記憶させる処理を検出部14が行う。この平均心拍数の算出値の記憶は、この後にカルマンゲイン制御処理が改めて実行されたときのS302の判定処理において使用される。
Next, in S305, the
上述したS305の処理の完了後は、図5のカルマンゲイン制御処理が終了し、その後は図4に処理が戻る。 After completion of the process of S305 described above, the Kalman gain control process of FIG. 5 ends, and thereafter the process returns to FIG.
次にカルマンゲイン制御処理の第二の例について説明する。この第二の例は、被験者の生理状態の時間変動量として、被験者の身体部位の加速度の時間変動量の検出を行い、当該時間変動量が所定量以上となった場合には、カルマンゲインの値を制御する処理である。 Next, a second example of the Kalman gain control process will be described. In this second example, the time fluctuation amount of the acceleration of the subject's body part is detected as the time fluctuation amount of the physiological state of the subject, and when the time fluctuation amount exceeds a predetermined amount, the Kalman gain This is a process for controlling the value.
図7について説明する。図7は、カルマンゲイン制御処理の第二の例の処理内容を図解したフローチャートである。
まず、S351では、図2の加速度センサ42を用いて被験者の体動によって生じる加速度を検出し、当該加速度を表している加速度データの所定時間(例えば直近の2分間分のデータ)の平均値(平均化速度)を算出する処理を検出部14が行う。
FIG. 7 will be described. FIG. 7 is a flowchart illustrating the contents of a second example of the Kalman gain control process.
First, in S351, acceleration generated by the body movement of the subject is detected using the
次に、S352において、S351の処理で算出された平均加速度が、前回実行されたカルマンゲイン制御処理においての平均加速度の算出値から所定の割合(例えば10%)以上変化していたか否かを判定する処理を制御部15が行う。ここで、制御部15は、平均加速度が所定の割合以上変化したと判定したとき(判定結果がYesのとき)にはS353に処理を進める。一方、制御部15は、ここで、平均加速度の変化が所定の割合未満であると判定したとき(判定結果がNoのとき)にはS355に処理を進める。なお、カルマンゲイン制御処理が始めて実行される場合には、このS352の判定処理の結果をYesとしてよい。
Next, in S352, it is determined whether or not the average acceleration calculated in the process of S351 has changed by a predetermined ratio (for example, 10%) or more from the calculated value of the average acceleration in the previously executed Kalman gain control process. The
S353では、上述した平均加速度の変化の割合に対応付けられている制御量を、制御量テーブルから読み出して取得する処理を制御部15が行う。この制御量テーブルは、図6に例示したものと同様のものでよい。
In S353, the
なお、制御部15は、制御量を、制御量テーブルから取得する代わりに、所定の算出式を用いて、平均加速度の変化の割合から制御量を算出するようにしてもよい。
Note that the
次に、S354では、S203の処理によって算出されたカルマンゲインの値に、S353の処理により取得された制御量を乗算して、カルマンゲインの値を大きくする処理を制御部15が行う。このようにしてカルマンゲインの値を大きくすると、この処理の後に行われる図4におけるS205の心拍間隔の推定モデル更新処理における、更新1回当りの予測誤差の減少量が大きくなる。この結果、被験者の平均心拍数の急激な変動に対しての推定部12による心拍間隔のモデルの推定の反応性が向上する。
Next, in S354, the
次に、S355では、S351の処理により算出された平均加速度の算出値を記憶部(例えば図2のRAM23)の所定記憶領域に記憶させる処理を検出部14が行う。この平均加速度の算出値の記憶は、この後にカルマンゲイン制御処理が改めて実行されたときのS352の判定処理において使用される。
Next, in S355, the
上述したS355の処理の完了後は、図7のカルマンゲイン制御処理が終了し、その後は図4に処理が戻る。 After completion of the process of S355 described above, the Kalman gain control process of FIG. 7 ends, and thereafter the process returns to FIG.
覚醒度判定装置10において以上の手順で上述した各処理が行われることで、被験者の覚醒度の判定が行われて、眠気が生じたことが検知された場合に所定の警報が発せられる。
By performing each of the above-described processes in the above procedure in the awakening
なお、覚醒度判定装置10において行われる上述した処理の手順は、上述した手順のみに限定されるものではない。
In addition, the procedure of the process described above performed in the arousal
10 覚醒度判定装置
11 取得部
12 推定部
13 判定部
14 検出部
15 制御部
20 コンピュータ
21 MPU
22 ROM
23 RAM
24 ハードディスク装置
25 入力装置
26 出力装置
27 インタフェース装置
28 記録媒体駆動装置
29 バスライン
30 可搬型記録媒体
41 心拍センサ
42 加速度センサ
DESCRIPTION OF
22 ROM
23 RAM
24
Claims (18)
前記被験者の心拍の信号を表している心拍信号を前記被験者から検出し、該心拍信号の周期を心拍間隔として取得する取得部、
前記心拍間隔の過去の取得値に基づき推定されていた該心拍間隔についてのモデルを、前記取得部による該心拍間隔の新たな取得値と該モデルにおいての該新たな取得値についての予測値との誤差に基づき、該誤差が減少するように更新することによって、該心拍間隔のモデルの推定を行う推定部、及び
前記推定部により推定された心拍間隔のモデルに基づいて前記心拍間隔の変動に対するスペクトルを算出して、該スペクトルに基づいて前記覚醒度を判定する判定部、
を備えることを特徴とする覚醒度判定装置。 A wakefulness determination device for determining a subject's wakefulness,
An acquisition unit for detecting a heartbeat signal representing a heartbeat signal of the subject from the subject and acquiring a cycle of the heartbeat signal as a heartbeat interval;
A model for the heartbeat interval estimated based on a past acquisition value of the heartbeat interval is obtained by calculating a new acquisition value of the heartbeat interval by the acquisition unit and a prediction value for the new acquisition value in the model. An estimation unit that estimates the heartbeat interval model by updating the error based on the error, and a spectrum for the fluctuation of the heartbeat interval based on the heartbeat interval model estimated by the estimation unit And a determination unit that determines the arousal level based on the spectrum,
A wakefulness determination device comprising:
前記生理状態の時間変動量が所定量以上となった場合に前記推定部の制御を行って、前記心拍間隔のモデルの更新における更新1回当りの前記誤差の減少量を、該制御前よりも大きくする制御部、
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の覚醒度判定装置。 A detection unit that detects a temporal variation amount of the physiological state of the subject, and an update in updating the heart rate interval model by performing control of the estimation unit when the temporal variation amount of the physiological state becomes a predetermined amount or more. A control unit for increasing the amount of decrease in the error per operation larger than before the control;
The wakefulness determination device according to claim 1, further comprising:
前記制御部は、前記カルマンフィルタにおけるカルマンゲインを制御して、前記心拍間隔のモデルの更新における更新1回当りの前記誤差の減少量を、該制御前よりも大きくする、
ことを特徴とする請求項2に記載の覚醒度判定装置。 The estimation unit performs estimation of the model of the heartbeat interval by using a Kalman filter,
The control unit controls a Kalman gain in the Kalman filter to increase the amount of decrease in the error per update in updating the heart rate interval model more than before the control.
The arousal level determination apparatus according to claim 2.
前記被験者の心拍の信号を表している心拍信号を前記被験者から検出し、該心拍信号の周期を心拍間隔として取得し、
前記心拍間隔の過去の取得値に基づき推定されていた該心拍間隔についてのモデルを、該心拍間隔の新たな取得値と該モデルにおいての該新たな取得値についての予測値との誤差に基づき、該誤差が減少するように更新することによって、該心拍間隔のモデルの推定を行い、
前記推定によって推定された心拍間隔のモデルに基づいて前記心拍間隔の変動に対するスペクトルを算出して、該スペクトルに基づいて前記覚醒度を判定する、
ことを特徴とする覚醒度判定方法。 A method for determining a degree of arousal for determining a degree of arousal of a subject,
Detecting a heartbeat signal representing a signal of the heartbeat of the subject from the subject, and obtaining a cycle of the heartbeat signal as a heartbeat interval;
Based on the error between the new acquired value of the heartbeat interval and the predicted value of the new acquired value in the model, the model for the heartbeat interval estimated based on the past acquired value of the heartbeat interval, By updating the error to reduce the model of the heartbeat interval,
Calculating a spectrum for fluctuation of the heartbeat interval based on a model of the heartbeat interval estimated by the estimation, and determining the arousal level based on the spectrum;
A method of determining arousal level, characterized by:
前記被験者の生理状態の時間変動量を検出し、
前記生理状態の時間変動量が所定量以上となった場合に前記推定の制御を行って、前記心拍間隔のモデルの更新における更新1回当りの前記誤差の減少量を、該制御前よりも大きくする、
ことを特徴とする覚醒度判定方法。 The wakefulness determination method according to claim 7, further comprising:
Detecting the amount of time variation of the physiological state of the subject,
The estimation control is performed when the amount of time fluctuation of the physiological state exceeds a predetermined amount, and the amount of decrease in the error per update in updating the heart rate interval model is larger than before the control. To
A method of determining arousal level, characterized by:
前記推定の制御では、前記カルマンフィルタにおけるカルマンゲインを制御して、前記心拍間隔のモデルの更新における更新1回当りの前記誤差の減少量を、該制御前よりも大きくする、
ことを特徴とする請求項8に記載の覚醒度判定方法。 The estimation of the model of the heartbeat interval is performed using a Kalman filter,
In the estimation control, the Kalman gain in the Kalman filter is controlled so that the amount of decrease in the error per update in updating the heart rate interval model is larger than before the control.
The arousal level determination method according to claim 8.
前記被験者の心拍の信号を表している心拍信号を前記被験者から検出し、該心拍信号の周期を心拍間隔として取得し、
前記心拍間隔の過去の取得値に基づき推定されていた該心拍間隔についてのモデルを、該心拍間隔の新たな取得値と該モデルにおいての該新たな取得値についての予測値との誤差に基づき、該誤差が減少するように更新することによって、該心拍間隔のモデルの推定を行い、
前記推定によって推定された心拍間隔のモデルに基づいて前記心拍間隔の変動に対するスペクトルを算出して、該スペクトルに基づいて前記覚醒度を判定する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 A program for causing a computer to determine the degree of arousal of a subject,
Detecting a heartbeat signal representing a signal of the heartbeat of the subject from the subject, and obtaining a cycle of the heartbeat signal as a heartbeat interval;
Based on the error between the new acquired value of the heartbeat interval and the predicted value of the new acquired value in the model, the model for the heartbeat interval estimated based on the past acquired value of the heartbeat interval, By updating the error to reduce the model of the heartbeat interval,
Calculating a spectrum for fluctuation of the heartbeat interval based on a model of the heartbeat interval estimated by the estimation, and determining the arousal level based on the spectrum;
A program that causes a computer to execute processing.
前記被験者の生理状態の時間変動量を検出し、
前記生理状態の時間変動量が所定量以上となった場合に前記推定の制御を行って、前記心拍間隔のモデルの更新における更新1回当りの前記誤差の減少量を、該制御前よりも大きくする、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 The program according to claim 13, further comprising:
Detecting the amount of time variation of the physiological state of the subject,
The estimation control is performed when the amount of time fluctuation of the physiological state exceeds a predetermined amount, and the amount of decrease in the error per update in updating the heart rate interval model is larger than before the control. To
A program that causes a computer to execute processing.
前記推定の制御では、前記カルマンフィルタにおけるカルマンゲインを制御して、前記心拍間隔のモデルの更新における更新1回当りの前記誤差の減少量を、該制御前よりも大きくする、
ことを特徴とする請求項14に記載のプログラム。 The estimation of the model of the heartbeat interval is performed using a Kalman filter,
In the estimation control, the Kalman gain in the Kalman filter is controlled so that the amount of decrease in the error per update in updating the heart rate interval model is larger than before the control.
The program according to claim 14.
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