JPWO2010143535A1

JPWO2010143535A1 - 眠気判定装置

Info

Publication number: JPWO2010143535A1
Application number: JP2011518410A
Authority: JP
Inventors: 清子横山; 高橋　一誠; 一誠高橋; 隼人大橋; 元気田端
Original assignee: Nagoya City University
Current assignee: Nagoya City University
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: US8979761B2; US20120078122A1; WO2010143535A1; EP2441387A4; EP2441387A1; JP5704612B2

Abstract

平均心拍数ＨＲを眠気判定用値Ｐ１に設定し（Ｓ１３０）、呼吸間隔ＲｅｓｐＩの１分間の標準偏差σを眠気判定用値Ｐ２に設定し（Ｓ１５０）、心拍動間隔ＲＲＩが長くなる変動が生じたとき（ＲＲＩカウント値Ｘｉが値１のとき）の平均心拍動間隔ＲＲＩａｖｇの２乗の積算値を１分間で除した値を眠気判定用値Ｐ３に設定し（Ｓ１９０）、呼吸間隔ＲｅｓｐＩが長くなる変動が生じたとき（ＲｅｓｐＩカウント値Ｙｉが値１のとき）の変動率を平均化した値を眠気判定用値Ｐ４に設定し（Ｓ２１０）、各眠気判定用値Ｐ１〜Ｐ４と各々に設定されている重み係数ａ〜ｄとを乗じて総和をとったものを眠気判定用値Ｐに設定し（Ｓ２２０）、眠気判定用値Ｐが値０未満のときには高覚醒と判定し（Ｓ２４０）、値０以上のときには低覚醒と判定する（Ｓ２５０）。

Description

本発明は、被験者の眠気の程度を判定する眠気判定装置に関する。

従来、この種の眠気判定装置としては、車両の運転者の眠気を検知するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、人が眠気に抗している状態では交感神経系の活動が活発化することを利用して、心拍センサにより検出される心拍信号から心拍周期時系列を取得すると共に心拍周期時系列から心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーを取得し、この心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが所定値よりも大きいときに覚醒度が低下していると判定している。なお、覚醒度の低下が判定されると、運転者の覚醒度を上昇させるためにブザーなどの音やメーター照明などの光，振動などの刺激を与える。
特開２００８−１６１６６４号公報

このように車両の運転者の眠気を早い段階で検知して居眠り運転を防止することは安全上きわめて重要な課題として考えられている。しかし、上述した心拍ゆらぎによる自律神経活動の推定は個人差も大きく、眠気の検知を安定して行なうことができない場合が生じる。

本発明の眠気判定装置は、人の眠気の程度をより正確に判定することを主目的とする。

本発明の眠気判定装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の眠気判定装置は、
被験者の眠気の有無を判定する眠気判定装置であって、
前記被験者の呼吸間隔を取得する呼吸間隔取得手段と、
前記取得された呼吸間隔が長くなる変動が生じたときに該変動の程度を眠気判定用パラメータとして用いて前記被験者の眠気の有無を判定する眠気判定手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の眠気判定装置では、被験者の呼吸間隔を取得し、取得した呼吸間隔が長くなる変動が生じたときにこの変動の程度を眠気判定用パラメータとして用いて被験者の眠気の有無を判定する。人は眠気を感じると、あくびをしたり深呼吸をしたりすることが多くなるため、十分に覚醒しているときに比して呼吸間隔が大きく変動することに基づく。これにより、被験者の眠気の有無をより正確に判定することができる。

こうした本発明の眠気判定装置において、前記眠気判定用パラメータは、前記取得された呼吸間隔が長くなる変動が生じたときの該変動の比率に基づいて得られるパラメータであるものとすることもできる。こうすれば、被験者の眠気の有無をさらに正確に判定することができる。

また、本発明の眠気判定装置において、前記眠気判定用パラメータは、前記取得された呼吸間隔の標準偏差を計算することにより得られるパラメータであるものとすることもできる。こうすれば、被験者の眠気の有無をさらに正確に判定することができる。

さらに、本発明の眠気判定装置において、前記眠気判定手段は、複数の眠気判定用パラメータと、該複数の眠気判定用パラメータに各々設定されている重みとを用いて前記被験者の眠気の有無を判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、人が眠気を感じたときの反応に個人差が生じるものとしても、眠気の有無をより正確に判定することができる。

また、本発明の眠気判定装置において、前記被験者の心拍動間隔を取得する心拍動間隔取得手段を備え、前記眠気判定手段は、前記取得された心拍動間隔の平均値を算出し、前記取得された心拍動間隔が短くなる変動が生じたときの該変動の頻度と前記算出した心拍動間隔の平均値とを前記眠気判定用パラメータとして用いて前記被験者の眠気の有無を判定する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の眠気判定装置において、前記眠気判定用パラメータは、前記取得された心拍動間隔が短くなる変動が生じる度に、前記取得された心拍動間隔を単位時間当たりの心拍数で除した値を前記算出した心拍動間隔の平均値に乗じることにより得られるパラメータであるものとすることもできる。この場合、前記眠気判定用パラメータは、前記取得された心拍動間隔が短くなる変動が生じる度に前記算出した心拍動間隔の平均値の２乗を積算し、該積算した値を単位時間で除することにより得られるパラメータであるものとすることもできる。

本発明の一実施例としての眠気判定装置２０を備える居眠り防止システムの構成の概略を示す構成図である。心電図の心拍動間隔ＲＲＩを説明する説明図である。呼吸センサ２４により検出される信号波形の一例を示す説明図である。コントローラ３０により実行される眠気判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。心拍動間隔ＲＲＩの波形の一例を示す説明図である。呼吸間隔ＲｅｓｐＩの波形の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例としての眠気判定装置２０を備える居眠り防止システムの構成の概略を示す構成図である。実施例の眠気判定装置２０は、自動車に搭載されて運転者の眠気の程度を判定するための装置として構成されており、図示するように、運転者の脈波を検出する脈波センサ２２と、運転者の呼吸の動きを検出する呼吸センサ２４と、装置全体をコントロールするコントローラ３０とを備える。

脈波センサ２２は、ステアリングホイール１４のグリップ部に取り付けられ、近赤外光を皮膚表面から照射する発光素子と透過光または反射光を受光する受光素子とからなる光センサであり、末梢血管を流れる血流量の変化を光量の変化として検出する。この脈波センサ２２により検出される信号から得られる加速度脈波のピーク間隔は、図２に示す心電図のＲ波の間隔（心拍動間隔）に相当するものとして考えられている。脈波センサ２２により検出された信号は、増幅器，ノイズを除去するためのフィルタを介して無線あるいは有線によりコントローラ３０に出力される。

呼吸センサ２４は、シートベルト１２が装着されたときに運転者の胸腹部に当たる部位に取り付けられたストレインゲージであり、運転者の呼吸時における胸郭あるいは腹部の動きを電気抵抗の変化として検出する。図３に、呼吸センサ２４により検出される信号波形の一例を示す。呼吸センサ２４により検出された信号は、増幅器，ノイズを除去するためのフィルタを介して無線あるいは有線によりコントローラ３０に出力される。

コントローラ３０は、ＣＰＵ３２を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ３２の他に処理プログラムが記憶されたＲＯＭ３４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ３６と、図示しない入出力ポートとを備える。このコントローラ３０には、脈波センサ２２からの脈波信号や呼吸センサ２４からの呼吸信号などが入力ポートを介して入力されている。また、コントローラ３０からは、シート１０の背もたれ部やフットレスト１６、ステアリングホイール１４内に埋め込まれて加振する加振アクチュエータ（モータ）４２，４４，４６への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。

次に、こうして構成された眠気判定装置２０の動作について説明する。図４は、コントローラ３０により実行される眠気判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。

眠気判定処理ルーチンが実行されると、コントローラ３０のＣＰＵ３２は、まず、脈波センサ２２からの脈波信号や呼吸センサ２４からの呼吸信号などの処理に必要なデータを入力する（ステップＳ１００）。続いて、入力した脈波信号のピーク（極大値）を抽出すると共に抽出した今回のピークと前回抽出したピークとの時間差を心拍動間隔ＲＲＩとして算出する（ステップＳ１１０）。図５に心拍動間隔ＲＲＩの波形の一例を示す。そして、算出した心拍動間隔ＲＲＩに基づいて次式（１）により１分間（６００００ｍｓｅｃ）の平均心拍数ＨＲ（回／ｍｉｎ）を算出し（ステップＳ１２０）、算出した平均心拍数ＨＲを眠気判定用値Ｐ１に設定する（ステップＳ１３０）。ここで、眠気判定用値Ｐ１は、運転者の眠気の有無を判定するためのパラメータの一つであり、心拍数は運転中など眠ることのできない状況では人は覚醒しようとする意識が働いて一時的に上昇する傾向を示すことに基づくものである。

HR=60000/RRI …(1)

眠気判定用値Ｐ１を設定すると、次に、入力した呼吸信号のピーク（極大値）を抽出すると共に抽出した今回のピークと前回抽出したピークとの時間差を呼吸間隔ＲｅｓｐＩとして算出する（ステップＳ１４０）。図６に呼吸間隔ＲｅｓｐＩの波形の一例を示す。そして、算出した呼吸間隔ＲｅｓｐＩの１分間の標準偏差σを演算し（ステップＳ１５０）、演算した呼吸間隔ＲｅｓｐＩの標準偏差σを眠気判定用値Ｐ２に設定する（ステップＳ１６０）。ここで、眠気判定用値Ｐ２は、運転者の眠気の有無を判定するためのパラメータの一つであり、人は眠気を感じるとあくびをしたり深呼吸をしたりすることが多くなるため、十分に覚醒しているときに比して呼吸間隔ＲｅｓｐＩに大きなバラツキが生じることに基づくものである。

眠気判定用値Ｐ２を設定すると、ステップＳ１１０で算出した心拍動間隔ＲＲＩから次式（２）により平均心拍動間隔ＲＲＩａｖｇを算出すると共に（ステップＳ１７０）、ＲＲＩカウント値Ｘｉを次式（３）により設定し（ステップＳ１８０）、設定したＲＲＩカウント値Ｘｉと平均心拍動間隔ＲＲＩａｖｇとに基づいて次式（４）により眠気判定用値Ｐ３を設定する（ステップＳ１９０）。ここで、式（２）中の「ｎ」は１分間当たりの心拍数を示す。また、ＲＲＩカウント値Ｘｉは、式（３）に示すように、１分間で今回の心拍動間隔ＲＲＩ（ｉ）が前回の心拍動間隔ＲＲＩ（ｉ−１）よりも小さいときに値１ずつカウントアップするものである（図５参照）。眠気判定用値Ｐ３は、人は眠気を感じると、心拍動間隔が短くなる変動が頻繁にあらわれ、徐々に上昇していく傾向を示す例が多く確認されたことに基づいている。

眠気判定用値Ｐ３を設定すると、ＲｅｓｐＩカウント値Ｙｉを次式（５）により設定すると共に（ステップＳ２００）、設定したＲｅｓｐＩカウント値Ｙｉに基づいて次式（６）により眠気判定用値Ｐ４を設定する（ステップＳ２１０）。ここで、ＲｅｓｐＩカウント値Ｙｉは、式（５）に示すように、１分間で今回の呼吸間隔ＲｅｓｐＩ（ｉ）が前回の呼吸間隔ＲｅｓｐＩ（ｉ−１）よりも大きいときに値１ずつカウントアップするものである（図６参照）。眠気判定用値Ｐ４は、式（６）からわかるように、呼吸間隔ＲｅｓｐＩが長くなる変動が生じたときの変動率を平均化したものであり、呼吸が長くなる動作たとえば深呼吸やあくびの頻度が多くなると値が大きくなる傾向を示す。

こうして各眠気判定用値Ｐ１〜Ｐ４を設定すると、各眠気判定用値Ｐ１〜Ｐ４に対して予め設定された係数ａ〜ｄをそれぞれ乗じたものの総和をとることにより眠気判定用値Ｐを設定し（ステップＳ２２０）、設定した眠気判定用値Ｐと値０とを比較し（ステップＳ２３０）、眠気判定用値Ｐが値０未満のときには眠気を感じていない高覚醒の状態と判定し（ステップＳ２４０）、設定した眠気判定用値Ｐが値０以上のときには眠気を感じている低覚醒の状態と判定して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。ここで、係数ａ〜ｄは、眠気判定用値Ｐ１〜Ｐ４に対してそれぞれ個別に設定された重み係数であり、具体的な数値は実験などに基づいて定めることができる。このように、複数の眠気判定用値Ｐ１〜Ｐ４と係数ａ〜ｄとを用いて眠気の有無を判定するための眠気判定用値Ｐを設定するのは、眠気を感じたときに反応する指標には個人差があるから、一つの生理指標によると、安定した判定を行なうことができない場合が多いためである。なお、実施例では、眠気判定処理ルーチンにより低覚醒と判定されると、コントローラ３０は、所定時間間隔（例えば、１秒間隔）で振動が付与されるよう加振アクチュエータを制御することにより、刺激を与えて覚醒の向上を促す。勿論、運転者の刺激を与える手法としては、これに限られず、ブザーなどの音やルームライトなどの光，エアバックなどによる加圧など様々な手法を採用し得る。

以上説明した実施例の眠気判定装置２０によれば、呼吸間隔ＲｅｓｐＩが長くなる変動が生じたときの変動率を平均化して眠気判定用値Ｐ４を設定し、設定した眠気判定用値Ｐ４をパラメータの一つとして用いて運転者の眠気の有無を判定するから、呼吸間隔の指標により正確に運転者の眠気の有無を判定することができる。しかも、４つの眠気判定用値Ｐ１〜Ｐ４とこれらに各々設定されている重みａ〜ｄとを用いて眠気判定用値Ｐを設定するから、眠気を感じたときに反応する指標には個人差が生じるものとしても、より安定して眠気の有無を判定することができる。さらに、眠気判定用値Ｐ１として平均心拍数ＨＲを用いたり、眠気判定用値Ｐ２として呼吸間隔ＲｅｓｐＩの１分間の標準偏差σを用いたり、眠気判定用値Ｐ３としてＲＲＩカウント値Ｘｉが値１のときの平均心拍動間隔ＲＲＩａｖｇの２乗の単位時間当たりの値を用いたりするから、さらに正確に眠気の有無を判定することができる。

実施例の眠気判定装置２０では、眠気判定用値Ｐに基づいて低覚醒の状態にあるか高覚醒の状態にあるかの２段階の判定を行なうものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、２つの閾値Ｐｒｅｆ１，Ｐｒｅｆ２を設定し、眠気判定用値Ｐが閾値Ｐｒｅｆ１以上のときには覚醒レベルが高レベルと判定し閾値Ｐｒｅｆ２以上で閾値Ｐｒｅｆ１未満のときには覚醒レベルが中レベルと判定し閾値Ｐｒｅｆ２未満のときには覚醒レベルが低レベルと判定するなど、３段階以上の多段階の覚醒レベルの判定を行なうものとしてもよい。

実施例の眠気判定装置２０では、４つの眠気判定用値Ｐ１〜Ｐ４を用いて眠気の有無を判定するものとしたが、呼吸間隔ＲｅｓｐＩの変動に関する指標として少なくとも眠気判定用値Ｐ３，Ｐ４のいずれかを含むものであれば、眠気判定用値の一部を省略するものとしてもよいし、５つ以上の眠気判定用値を用いて眠気の有無を判定するものとしてもよい。

実施例の眠気判定装置２０では、脈波センサ２２を心拍センサとして用いて心拍動間隔ＲＲＩを算出するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、ステアリングホイール１４の左右のグリップ部にそれぞれ電極を貼り付けて両手が左右の電極に触れているときの電位差を検出するなど、心拍信号に相当するものとして検知することができるものであれば、如何なる心拍センサを用いるものとしてもよい。

実施例の眠気判定装置２０では、呼吸センサ２４としてストレインゲージを用いるものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、呼吸に伴う胸腹部の動きをレーザ測距により検知するなど、呼吸の動きを検知することができるものであれば、如何なる呼吸センサを用いるものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、呼吸センサ２４とこの呼吸センサ２４からの呼吸信号に基づいて呼吸間隔ＲｅｓｐＩを算出する眠気判定処理ルーチンのステップＳ１４０の処理を実行するコントローラ３０とが「呼吸間隔取得手段」に相当し、呼吸間隔ＲｅｓｐＩが長くなる変動が生じたときの変動率を平均化して眠気判定用値Ｐ４を設定し、設定した眠気判定用値Ｐ４を含む眠気判定用値Ｐ１〜Ｐ４と重み係数ａ〜ｄとを用いて眠気判定用値Ｐを設定し、設定した眠気判定用値Ｐが値０未満のときには高覚醒と判定し値０以上のときには低覚醒と判定するステップＳ１３０，Ｓ１５０，Ｓ１６０〜Ｓ２５０の処理を実行するコントローラ３０が「眠気判定手段」に相当する。また、脈波センサ２２と脈波センサ２２からの脈波信号に基づいて心拍動間隔ＲＲＩを算出するステップＳ１１０の処理を実行するコントローラ３０が「心拍動間隔取得手段」に相当する。

以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本出願は、２００９年６月８日に出願された日本国特許出願第２００９−１３７５５１を優先権主張の基礎としており、引用によりそれらの内容の全てが本明細書に含まれる。

本発明は、眠気判定装置の製造産業や自動車産業などに利用可能である。

Claims

被験者の眠気の有無を判定する眠気判定装置であって、
前記被験者の呼吸間隔を取得する呼吸間隔取得手段と、
前記取得された呼吸間隔が長くなる変動が生じたときに該変動の程度を眠気判定用パラメータとして用いて前記被験者の眠気の有無を判定する眠気判定手段と、
を備える眠気判定装置。
請求項１記載の眠気判定装置であって、
前記眠気判定用パラメータは、前記取得された呼吸間隔が長くなる変動が生じたときの該変動の比率に基づいて得られるパラメータである
眠気判定装置。
請求項１または２記載の眠気判定装置であって、
前記眠気判定用パラメータは、前記取得された呼吸間隔の標準偏差に基づいて得られるパラメータである
眠気判定装置。
前記眠気判定手段は、複数の眠気判定用パラメータと、該複数の眠気判定用パラメータに各々設定されている重みとを用いて前記被験者の眠気の有無を判定する手段である請求項１ないし３いずれか１項に記載の眠気判定装置。
請求項１ないし４いずれか１項に記載の眠気判定装置であって、
前記被験者の心拍動間隔を取得する心拍動間隔取得手段を備え、
前記眠気判定手段は、前記取得された心拍動間隔の平均値を算出し、前記取得された心拍動間隔が短くなる変動が生じたときの該変動の頻度と前記算出した心拍動間隔の平均値とを前記眠気判定用パラメータとして用いて前記被験者の眠気の有無を判定する手段である
眠気判定装置。
請求項５記載の眠気判定装置であって、
前記眠気判定用パラメータは、前記取得された心拍動間隔が短くなる変動が生じる度に、前記取得された心拍動間隔を単位時間当たりの心拍数で除した値を前記算出した心拍動間隔の平均値に乗じることにより得られるパラメータである
眠気判定装置。
請求項６記載の眠気判定装置であって、
前記眠気判定用パラメータは、前記取得された心拍動間隔が短くなる変動が生じる度に前記算出した心拍動間隔の平均値の２乗を積算し、該積算した値を単位時間で除することにより得られるパラメータである
眠気判定装置。