JP5038222B2 - 生体状態推定装置及びプログラム並びに記録媒体 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
本発明は、生体状態の推定対象を例示したものである。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
<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。
<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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
(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。
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…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
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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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