TWI608954B - Vehicle driver physiological condition monitoring method - Google Patents

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Description

車輛駕駛者生理狀態監測方法
本創作是關於一種生理狀態監測方法，特別是指車輛駕駛者生理狀態監測方法。
人體的生理狀態可反映在行為上，當生理狀態異常時，會影響行為能力。舉例而言，當人體處於高血糖狀態時，會有脫水、心跳加快、心律不整或低血壓，甚至休克等症狀；當人體處於低血糖狀態時，會有心悸、頭痛、頭暈、虛弱、疲倦或心跳加快等症狀。當人體處於低血氧狀態時，會有疲勞、注意力不集中、嗜睡、心跳加快等症狀。當人體處於高血壓狀態時，會有頭痛、耳鳴、呼吸急促或心跳加速等症狀；當人體處於低血壓狀態時，會因腦部血液不足，而有頭昏眼花、全身無力或心律不整等症狀，甚至失去知覺而昏倒。
由此可見，當駕駛者開車時，其生理狀態與行車安全息息相關，當駕駛者的行為能力受到影響，例如感到注意力不集中、嗜睡或虛弱時，其自然沒有辦法穩定地操控車輛行進，從而增加引起交通事故的機會。
因此本創作的主要目的是提供一種車輛駕駛者生理狀態監測方法，用以監測駕駛者的生理信號以判斷駕駛者的身體狀態是否發生異狀，若有異狀時，可發出警示以提醒駕駛者。
本創作車輛駕駛者生理狀態監測方法係於一監測裝置執行，該監測裝置與一生理信號檢測裝置連結，該生理信號檢測裝置用以檢測一車輛駕駛者的生理信號，該車輛駕駛者生理狀態監測方法包含： (a)建立一個人化生理資料庫，包含：透過該生理信號檢測裝置在一初始期間內週期性地檢測該車輛駕駛者的生理信號；根據所述生理信號計算一生理信號平均值與一生理信號標準差值；及根據該生理信號平均值與該生理信號標準差值計算一生理信號容許範圍，使該個人化生理資料庫儲存有該生理信號容許範圍；(b)經過該初始期間後，透過該生理信號檢測裝置檢測該車輛駕駛者的一即時生理信號；以及(c)判斷該即時生理信號是否超出該生理信號容許範圍，以在當該即時生理信號超出該生理信號容許範圍時發出警示。
根據本創作的方法，該個人化生理資料庫在該初始期間所得到的生理信號容許範圍係反映駕駛者開車之前的生理狀態，當駕駛者開始駕車後，本創作即判斷即時生理信號是否超出該生理信號容許範圍。若超出，代表駕駛者當下的身理狀態相較於開車之前的生理狀態有異狀，本創作即可發出警示，藉此可在駕駛者因生理狀態異常而影響其行為能力以前，就提醒駕駛者應停車休息，達到預警的功效，有效降低發生事故的機會。
另一方面，對於不同駕駛者來說，本創作並非採用單一參考範圍，本創作所建立的該個人化生理資料庫中，該生理信號容許範圍係依不同駕駛者而有所不同，因此本創作對於即時生理信號的判斷結果能符合駕駛者實際駕車時的生理狀態。
10‧‧‧監測裝置
11‧‧‧個人化生理資料庫
12‧‧‧輸入介面
13‧‧‧輸出介面
20‧‧‧生理信號檢測裝置
21‧‧‧第一發光元件
22‧‧‧第二發光元件
23‧‧‧第三發光元件
30‧‧‧駕駛者
圖1：實施本創作方法的監測裝置與生理信號檢測裝置電路方塊示意圖。
圖2A：本創作方法之實施例的流程圖(一)。
圖2B：本創作方法之實施例的流程圖(二)。
圖2C：本創作方法之實施例的流程圖(三)。
圖2D：本創作方法之實施例的流程圖(四)。
圖3：本創作在初始期間所檢測到複數筆心率信號的直方圖。
圖4：本創作之實施例的心率信號容許範圍RANGEHR示意圖。
圖5：本創作之實施例的心率變異度信號容許範圍RANGEHRV示意圖。
圖6：本創作之實施例的血壓信號容許範圍RANGEBlood-pressure示意圖。
圖7：本創作之實施例的血糖信號容許範圍RANGEGlucose示意圖。
圖8：本創作之實施例的血氧信號容許範圍RANGESpO2示意圖。
圖9：本創作之實施例的心率信號容許範圍RANGEHR與危險條件的示意圖。
本創作為車輛駕駛者生理狀態監測方法，請參考圖1，本創作方法係於一監測裝置10執行，該監測裝置10可以無線或有線方式與一生理信號檢測裝置20連結以進行資料傳輸或控制，該生理信號檢測裝置20用以檢測一駕駛者30的生理信號。於一實施例中，該監測裝置10可為一可攜式電子裝置或車載裝置，可攜式電子裝置如智慧型手機，該監測裝置10包含有一輸入介面12與一輸出介面13，該輸入介面12係例如觸控面板或按鍵，該輸出介面13係例如揚聲器、顯示器或指示燈；該生理信號檢測裝置20可安裝於一腕戴式裝置，例如手環，但不以此為限。
該生理信號檢測裝置20可為已知的光體積描述信號儀(Photoplethysmography,PPG)，其以光學方式檢測駕駛者30的生理信號。舉例來說，當駕駛者30的血壓、血糖或血氧發生異狀，都會影響心率及心率變異度，又心率以及心率變異度可作為突發性心臟病的評估參考依據；於一實施例中， 本創作可檢測駕駛者30的心率、心率變異度、血壓、血糖與血氧等生理資訊，以作為評估駕駛者30的身體狀態的指標。該生理信號檢測裝置20可包含有用以分別產生不同光波長的一第一發光元件21、一第二發光元件22與一第三發光元件23，該第一、第二、第三發光元件21、22、23可為發光二極體(LED)、表面黏著型發光二極體(SMD LED)或雷射二極體(LD)，該第一發光元件21可發出光波長為660~740奈米(nm)的光，如660nm，該第二發光元件22可發出光波長為900~1000nm的光，如940nm，該第三發光元件23可發出光波長為1000~1800nm的光，如1550nm。該第一發光元件21點亮時，係用以檢測駕駛者30的一心率信號(Heart rate,HR)SHR，該心率信號SHR經過快速傅利葉轉換(FFT)後，在頻域分析可得到駕駛者30的一心率變異度信號(Heart rate variability,HRV)SHRV，其中快速傅利葉轉換(FFT)與頻域分析可在該監測裝置10或該生理信號檢測裝置20實施。該第一發光元件21與該第二發光元件22同時點亮時，係用以檢測駕駛者30的一血壓信號SBlood-pressure與一血氧信號SSpO2，其中該血壓信號SBlood-pressure係指收縮壓與舒張壓中的至少一個。該第一至第三發光元件21~23同時點亮時，係用以檢測駕駛者30的一血糖信號SGlucose。
藉此，如圖1所示，該監測裝置10所得到的生理信號包含有心率信號SHR、心率變異度信號SHRV、血壓信號SBlood-pressure、血糖信號SGlucose與血氧信號SSpO2。
請配合參考圖1與圖2A，本創作車輛駕駛者生理狀態監測方法首先係建立一個人化生理資料庫11(S01)，其中該個人化生理資料庫11儲存於該監測裝置10中。在本步驟中，請參考圖2B，該監測裝置10透過該生理信號檢測裝置20在一初始期間內週期性地檢測駕駛者30的複數筆生理信號(S011)，並根據該些生理信號計算一生理信號平均值與一生理信號標準差值(S012)，再根據該生理信號平均值與該生理信號標準差值計算一生理信號容許範圍，使該個人 化生理資料庫11儲存有該生理信號容許範圍(S013)。該生理信號容許範圍的一下限值可為該生理信號平均值減去一倍、兩倍或三倍的該生理信號標準差值，該生理信號容許範圍的一上限值可為該生理信號平均值加上一倍、兩倍或三倍的該生理信號標準差值。
在第012步驟中，可理解的是，該生理信號平均值為該些生理信號的一平均值，亦即該些生理信號的總和與總筆數的比值；該生理信號標準差值計算方式如下：
σ：該生理信號標準差值；n：該些生理信號的總筆數；xi：第i筆生理信號；-x：該些生理信號的平均值。
於前述實施例中，該監測裝置10可在該初始期間內得到複數筆心率信號SHR、複數筆心率變異度信號SHRV、複數筆血壓信號SBlood-pressure、複數筆血糖信號SGlucose與複數筆血氧信號SSpO2。以心率信號SHR為例，當駕駛者30上車後，駕駛者30可啟動該監測裝置10及生理信號檢測裝置20，並於駕駛座上收集駕駛者生理狀態並維持一段時間，則該段時間即為該初始期間，其可為5分鐘。是以，該監測裝置10可得到該駕駛者30在該初始期間內的複數筆心率信號SHR，如圖3所示的直方圖，其顯示駕駛者30在該初始期間內心率信號SHR的分佈。接著，該監測裝置10根據該等心率信號SHR計算出一心率平均值AVEHR與一心率標準差值σHR，如圖4所示的常態分佈圖，其對應的心率平均值AVEHR可為98.59bpm(beats per minute)，心率標準差值σHR為6.6bpm。該監測裝置10得出該心率平均值AVEHR與該心率標準差值σHR後，根據該心率平均值AVEHR與該 心率標準差值σHR計算一心率容許範圍RANGEHR，該心率容許範圍RANGEHR的一下限值Range_Lower與一上限值Range_Upper可分別為該心率信號平均值AVEHR分別減去與加上一倍、兩倍或三倍的該生理信號標準差值σHR，舉例而言，該心率信號平均值AVEHR減去與加上一倍、兩倍與三倍的該生理信號標準差值σHR所形成的心率容許範圍RANGEHR分別為92~105bpm、85~111bpm以及79~118bpm。圖4所示的生理信號容許範圍RANGEHR的上/下限值Range_Upper/Range_Lower係以該心率信號平均值AVEHR加/減三倍的該心率信號標準差值σHR為例。
根據前述可以類推，請參考圖5，該監測裝置10根據該些心率變異度信號SHRV計算一心率變異度平均值AVEHRV與一心率變異度標準差值σHRV，並根據該心率變異度平均值AVEHRV與該心率變異度標準差值σHRV計算一心率變異度容許範圍RANGEHRV；請參考圖6，該監測裝置10根據所述血壓信號SBlood-pressure計算一血壓平均值AVEBlood-pressure與一血壓標準差值σBlood-pressure，並根據該血壓平均值AVEBlood-pressure與該血壓標準差值σBlood-pressure計算一血壓容許範圍RANGEBlood-pressure；請參考圖7，該監測裝置10根據所述血糖信號SGlucose計算一血糖平均值AVEGlucose與一血糖標準差值σGlucose，並根據該血糖平均值AVEGlucose與該血糖標準差值σGlucose計算一血糖容許範圍RANGEGlucose；請參考圖8，該監測裝置10根據所述血氧信號SSpO2計算一血氧平均值AVESpO2與一血氧標準差值σSpO2，並根據該血氧平均值AVESpO2與該血氧標準差值σSpO2計算一血氧容許範圍RANGESpO2。
如上所述，該個人化生理資料庫11所儲存的生理信號容許範圍包含有該心率容許範圍RANGEHR、該心率變異度容許範圍RANGEHRV、該血壓容許範圍RANGEBlood-pressure、該血糖容許範圍RANGEGlucose以及該血氧容許範圍RANGESpO2。
請參考圖2A，於經過該初始期間後，亦即建立該個人化生理資料庫11後，該監測裝置10判斷該個人化生理資料庫11所儲存的生理信號容許範圍是否超出參考理想範圍(S02)，所述參考理想範圍是儲存於該監測裝置10中，以下表為例：
當生理信號容許範圍未超出參考理想範圍，代表該駕駛者30的生理狀態良好，肇事機會低，駕駛人可直接開車；當生理信號容許範圍超出參考理想範圍，該監測裝置10透過該輸出介面13以聲音或畫面發出警示並維持一段時間(例如一分鐘)(S03)，接著詢問駕駛者30以確認駕駛者30是否繼續開車(S04)。當該駕駛者30評估自身狀況後決定不開車，其可操作該輸入介面12以下達一否定指令，當該監測主機10接收該否定指令後，回復執行第S03步驟；當該駕駛者30決定繼續開車，其可操作該輸入介面12以下達一確定指令。
當該監測主機10接收該確定指令後，該監測裝置10透過該生理信號檢測裝置20週期地檢測駕駛者30的一即時生理信號(S05)，例如檢測週期可為5分鐘，以每5分鐘檢測一次。於一實施例中，當駕駛者30決定繼續開車之後，於該駕駛者30駕駛車輛中，同時由該監測裝置10週期地接收該生理信號檢測裝置20所產生的即時心率信號，於本實施例中，所述即時心率信號包含有一 即時心率信號、一即時心率變異度信號、一即時血壓信號、一即時血糖信號與一即時血氧信號，由該即時心率信號、該即時心率變異度信號、該即時血壓信號、該即時血糖信號與該即時血氧信號皆反映駕駛者30當下的體能狀態。
於接收前述即時生理信號後，該監測裝置10判斷即時生理信號是否超出生理信號容許範圍(S06)，以在當該即時生理信號超出該生理信號容許範圍時發出警示(S07)，於本實施例中，該監測裝置10可判斷該即時心率信號是否超出該心率容許範圍RANGEHR、判斷該即時心率變異度信號是否超出該心率變異度容許範圍RANGEHRV、判斷該即時血壓信號是否超出該血壓容許範圍RANGEBlood-pressure、判斷該即時血糖信號是否超出該血糖容許範圍RANGEGlucose，以及判斷該即時血氧信號是否超出該血氧容許範圍RANGESpO2，以在當前述即時生理信號超出其對應的生理信號容許範圍時發出警示。
於一實施例中，如圖2C所示，當該監測主機10接收該確定指令後，該監測主機10可執行一省電模式(S08)，當該監測裝置10執行該省電模式時，僅透過該生理信號檢測裝置20檢測該即時心率信號與該即時心率變異度信號(S081)，以判斷即時心率信號與即時心率變異度信號是否超出其對應的容許範圍(S082)，並在該即時心率信號或該即時心率變異度信號超出其對應的容許範圍RANGEHR、RANGEHRV時執行一快速偵測模式，當該監測主機10執行該快速偵測模式時，係依序判斷接下來所偵測到的即時血氧信號、即時心率信號、即時心率變異度信號、即時血壓信號與即時血糖信號是否分別超出其對應的容許範圍RANGESpO2、RANGEHR、RANGEHRV、RANGEBlood-pressure、RANGEGlucose(S09)。
在第S09步驟中，若該即時血氧信號、即時心率信號、即時心率變異度信號、即時血壓信號與即時血糖信號當中的任一筆信號超出其對應的容許範圍，該監測主機10即透過該輸出介面13以閃燈或聲音發出警示(S10)；若該 即時血氧信號、即時心率信號、即時心率變異度信號、即時血壓信號與即時血糖信號皆未超出其對應的容許範圍，該監測主機10可判斷該等即時生理信號是否超出其對應的參考理想範圍，以於超範圍時發出警示。
前述中，該省電模式能達成省電的原因在於，僅點亮該第一發光元件21即可檢測即時心率信號以及即時心率變異度信號，而不需點亮該第二與該第三發光元件22、23，從而消耗較少的電能，達到節能的功效。在該快速偵測模式中，可依據信號處理速度由快而慢來決定該些即時生理信號的判斷順序，舉例而言，判斷該即時血氧信號是否超出其血氧容許範圍的判斷速度低於1秒，判斷該即時心率信號以及即時心率變異度信號是否超出其容許範圍的判斷速度低於30秒，判斷該即時血壓信號是否超出其血壓容許範圍的判斷速度低於150秒，判斷該即時血糖信號是否超出其血糖容許範圍的判斷速度低於200秒。
如前所述，需說明的是，當該生理信號容許範圍的上/下限值為該生理信號平均值加/減一倍或兩倍的該生理信號標準差值時，在第S082與S09步驟的判斷靈敏度較高，故當駕駛者30的即時生理信號有異常變動，該監測裝置10可檢測出異常。相對的，當該生理信號容許範圍的上/下限值為該生理信號平均值加/減三倍的該生理信號標準差值時，即時生理信號可在較大的範圍內變動而不致被判斷為異常，在第S03步驟的判斷靈敏度較低。
請參考圖2D，當該監測裝置10在第S09步驟判斷出即時生理信號超出生理信號容許範圍，可進一步判斷即時生理信號是否符合一危險條件(S11)。以即時心率信號為例，請參考圖9，心率的危險條件可為低於50bpm及高於130bpm。當即時生理信號不符合該危險條件，該監測裝置10執行一第一警示模式以透過該輸出介面13以燈號及/或聲音發出警示(S12)；當即時生理信號符合該危險條件，該監測裝置10執行一第二警示模式以透過該輸出介面13以 燈號及/或聲音發出警示(S13)，該第一警示模式與該第二警示模式不同，舉例而言，該第一警示模式與該第二警示模式可分別為閃燈模式，該第二警示模式的閃燈頻率可高於該第一警示模式的閃燈頻率，藉此警示駕駛者30其生理訊號不但超出該生理信號容許範圍，還超出危險範圍，讓駕駛者30有所警覺並立刻停車，避免繼續駕駛車輛而提高肇事機會。
本創作中，對應於心率信號SHR、血壓信號SBlood-pressure、血糖信號SGlucose與血氧信號SSpO2的危險條件係整理如下表：

Claims (7)

  1. 一種車輛駕駛者生理狀態監測方法，係於一監測裝置執行，該監測裝置與一生理信號檢測裝置連結，該生理信號檢測裝置用以檢測一車輛駕駛者的生理信號，該車輛駕駛者生理狀態監測方法包含：(a)建立一個人化生理資料庫，包含：透過該生理信號檢測裝置在一初始期間內週期性地檢測該車輛駕駛者的生理信號；根據所述生理信號計算一生理信號平均值與一生理信號標準差值；及根據該生理信號平均值與該生理信號標準差值計算一生理信號容許範圍，使該個人化生理資料庫儲存有該生理信號容許範圍；(b)經過該初始期間後，透過該生理信號檢測裝置檢測該車輛駕駛者的一即時生理信號；以及(c)該監測裝置判斷該即時生理信號是否超出該生理信號容許範圍，以在當該即時生理信號超出該生理信號容許範圍時發出警示。
  2. 如請求項1所述之車輛駕駛者生理狀態監測方法，在所述步驟(a)中，所述生理信號包含有心率信號、心率變異度信號、血壓信號、血糖信號與血氧信號；該個人化生理資料庫所儲存的生理信號容許範圍包含有該心率容許範圍、該心率變異度容許範圍、該血壓容許範圍、該血糖容許範圍以及該血氧容許範圍；在所述步驟(b)中，透過該生理信號檢測裝置所檢測的即時生理信號包含一即時心率信號、一即時心率變異度信號、一即時血壓信號、一即時血糖信號與一即時血氧信號；在所述步驟(c)中，當在一省電模式判斷出該即時心率信號超出該心率容許範圍或該即時心率變異度信號超出該心率變異度容許範圍，依序判斷該即時血 氧信號、該即時心率信號、該即時心率變異度信號、該即時血壓信號與該即時血糖信號是否分別超出其對應的容許範圍，以在該即時血氧信號、該即時心率信號、該即時心率變異度信號、該即時血壓信號與該即時血糖信號當中的任一筆信號超出其對應的容許範圍時透過一輸出介面發出警示。
  3. 如請求項1所述之車輛駕駛者生理狀態監測方法，在所述步驟(c)中，當該即時生理信號超出該生理信號容許範圍，進一步判斷該即時生理信號是否符合一危險條件；當該即時生理信號不符合該危險條件，該監測裝置執行一第一警示模式；當該即時生理信號符合該危險條件，該監測裝置執行一第二警示模式，該第一警示模式與該第二警示模式不同。
  4. 如請求項2所述之車輛駕駛者生理狀態監測方法，在所述步驟(c)中，當該即時生理信號超出該生理信號容許範圍，進一步判斷該即時生理信號是否符合一危險條件；當該即時生理信號不符合該危險條件，該監測裝置執行一第一警示模式；當該即時生理信號符合該危險條件，該監測裝置執行一第二警示模式，該第一警示模式與該第二警示模式不同；所述危險條件包含：低於50(bpm)或高於130(bpm)的心率；低於(89mmHg)或高於160(mmHg)的收縮壓；低於59(mmHg)或高於100(mmHg)的舒張壓；低於50(mg/dL)或高於250(mg/dL)的血糖；低於94%的血氧。
  5. 如請求項3或4所述之車輛駕駛者生理狀態監測方法，該第二警示模式的一閃燈頻率高於該第一警示模式的一閃燈頻率。
  6. 如請求項1至4中任一項所述之車輛駕駛者生理狀態監測方法，在所述步驟(a)中，該生理信號容許範圍的一下限值為該生理信號平均值減去兩倍的該生理信號標準差值，該生理信號容許範圍的一上限值為該生理信號平均值加上兩倍的該生理信號標準差值。
  7. 如請求項1至4中任一項所述之車輛駕駛者生理狀態監測方法，在所述步驟(a)中，該生理信號容許範圍的一下限值為該生理信號平均值減去三倍的該生理信號標準差值，該生理信號容許範圍的一上限值為該生理信號平均值加上三倍的該生理信號標準差值。
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