JP2004344269A - 精神状態判定装置及び精神状態判定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被験者の心拍数の変動傾向に基づいてこの被験者の精神状態を判定する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間又は動物の心拍に基づいて精神状態を判定する精神状態判定装置及び精神状態判定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、車両運転者の心拍数、心拍周期、呼吸数、呼吸周期の平均値等の生体情報に基づいて運転者の覚醒状態を検出するようにした身体状態検出装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。かかる身体状態検出装置においては、運転者から測定したた心拍の平均周期を、予め定められている基準値と比較しその比較結果に基づいて運転者の覚醒状態を判断するようにしている。
【0003】
しかしながら、人間の精神状態は平常状態時においても外部環境や時間帯等によって随時変動するので、上述した如き方法では平常状態から眠気状態への遷移を正しく判定することができないという問題があった。
【0004】
【特許文献1】
特開平07−059757号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題を解決すべく為されたものであり、外部環境又は時間帯に拘わらずに、被験者の精神状態を正しく判定することが可能な精神状態判定装置及び精神状態判定方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載による精神状態判定装置は、被験者の精神状態を判定する精神状態判定装置であって、前記被験者からこの被験者の心筋の動きに対応した心筋パルス信号を検出するセンサと、前記心筋パルス信号に基づいて心拍数を測定する心拍数測定手段と、前記心拍数の変動傾向に基づいて前記被験者の精神状態を判別してその判別結果を示す信号を生成する判別手段と、を有する。
【0007】
請求項5記載による精神状態判定方法は、被験者の精神状態を判定する精神状態判定方法であって、前記被験者の心筋の動きに対応した心筋パルス信号に基づいて心拍数を測定する心拍数測定行程と、前記心拍数の変動傾向に基づいて前記被験者の精神状態を判別してその判別結果を示す信号を生成する判別行程と、を有する。
【0008】
請求項6記載による精神状態判定装置は、被験者の精神状態を判定する精神状態判定装置であって、前記被験者からこの被験者の心筋の動きに対応した心筋パルス信号を検出するセンサと、前記心筋パルス信号に基づいて心拍数を測定する心拍数測定手段と、前記心拍数が所定期間に亘り継続して所定値よりも小であり且つ低下傾向にある場合に前記被験者が眠気状態にあると判定する眠気判定手段と、を有する。
【0009】
請求項12記載による精神状態判定方法は、被験者の精神状態を判定する精神状態判定方法であって、前記被験者における心拍数を測定する心拍数測定行程と、前記心拍数が所定期間に亘り継続して所定値よりも小であり且つ低下傾向にある場合に前記被験者が眠気状態にあると判定する眠気判定行程と、を有する。
請求項18記載による精神状態判定装置は、被験者の精神状態を判定する精神状態判定装置であって、前記被験者からこの被験者の心筋の動きに対応した心筋パルス信号を検出するセンサと、前記心筋パルス信号に基づいて心拍数を測定する心拍数測定手段と、前記心筋パルス信号に基づいて呼吸変動に対応した心拍の拍動間隔の揺らぎを測定して心拍揺らぎ信号を生成する拍揺らぎ測定手段と、前記心拍数が所定期間に亘り継続して所定値よりも小であり且つ前記心拍揺らぎ信号中の所定帯域の成分値が上昇傾向にある場合に前記被験者が眠気状態にあると判定する眠気判定手段と、を有する。
【0010】
請求項20記載による精神状態判定方法は、被験者の精神状態を判定する精神状態判定方法であって、前記被験者から心拍数を測定する心拍数測定行程と、前記被験者から呼吸変動に対応した心拍の拍動間隔の揺らぎを測定して心拍揺らぎ信号を生成する心拍揺らぎ測定行程と、前記心拍数が所定期間に亘り継続して所定値よりも小であり且つ前記心拍揺らぎ信号中の所定帯域の成分値が上昇傾向にある場合に前記被験者が眠気状態にあると判定する眠気判定行程と、を有する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明による精神状態判定装置の構成を示す図である。
図1において、センサ11は、被験者の皮膚表面における所定の2点間の電位差に対応した電気信号、又は被験者の皮膚表面において生じる皮膚振動、又は被験者の血流量である脈拍に対応した電気信号をBPF(Band Pass Filter)12に供給する。BPF12は、かかる電気信号中から運転者の心筋の動きに対応した信号成分のみを抽出し、これを心筋パルス信号CS(心電図信号)として心拍数測定部13及び心拍揺らぎ測定部14に供給する。心拍数測定部13は、上記心筋パルス信号CSに基づいて心拍数を測定し、この心拍数を示す心拍数データCNを所定期間おきに順次、精神状態判定部15に供給する。心拍揺らぎ測定部14は、心筋パルス信号CSによる拍動間隔の時間変動成分中の0.15〜0.4[Hz]成分を、心拍HF(high frequency)値として測定し、この心拍HF値を表す心拍揺らぎデータRSAを所定期間おきに順次、精神状態判定部15に供給する。
【0012】
精神状態判定部15は、上記心拍数データCN及び心拍揺らぎデータRSAに対して、精神状態判定処理(後述する)を施すことにより、被験者が眠気を催している弛緩状態(以下、眠気状態と称する)、又は緊張状態、或いは平常状態のいずれの精神状態にあるのかを判定する。そして、精神状態判定部15は、判定した精神状態を表すモード信号MODをモードレジスタ16に供給する。例えば、精神状態判定部15は、被験者が平常状態にあると判定された場合には「0」、緊張状態にあると判定された場合には「1」、眠気状態にあると判定された場合には「2」なる値を有するモード信号MODをモードレジスタ16に供給する。又、精神状態判定部15は、被験者が緊張状態にある場合には、その緊張の深度を表す緊張深度DKを求めこれをモードレジスタ16に供給する。更に、精神状態判定部15は、被験者が眠気状態にある場合には、その眠気状態時の深度を表す眠気深度DNを求めこれをモードレジスタ16に供給する。
【0013】
モードレジスタ16は、精神状態判定部15から供給されたモード信号MOD、眠気深度DN、緊張深度DKを夫々個別に上書き記憶し、これらを精神状態モニタ部17に供給しつづける。又、モードレジスタ16は、精神状態判定部15からモード読出指令信号が供給された場合には、現時点において記憶されているモード信号MODを精神状態判定部15に供給する。
【0014】
精神状態モニタ部17は、モード信号MODにて示される精神状態(眠気状態、緊張状態、又は平常状態)を表す画像(文字画像を含む)、並びに眠気深度DN又は緊張深度DKを表す画像を表示させるべき画像信号を生成し、これを表示装置18に供給する。表示装置18は、かかる画像信号に基づく画像を画面に表示する。又、精神状態モニタ部17は、モード信号MOD、及び眠気深度DN又は緊張深度DKにて示される内容を音声にて知らせるべき音声信号を所定期間おきにスピーカ19に供給する。スピーカ19は、かかる音声信号に基づく音声を発生する。尚、精神状態モニタ部17は、眠気状態を示すモード信号MODが供給された場合に限り、覚醒を促すメッセージを表す画像を表示させるべき画像信号を表示装置18に供給すると共に、覚醒を促す音声を繰り返し発生させるべき音声信号をスピーカ19に供給するようにしても良い。
【0015】
図2は、測定開始に応じて精神状態判定部15にて実施される精神状態判定処理フローを示す図である。
図2において、先ず、精神状態判定部15は、心拍数測定部13から供給された心拍数データCNを取り込み、この心拍数データCNにて示される心拍数を初期心拍数ICNとして内蔵メモリ(図示せぬ)に記憶する(ステップS1)。次に、精神状態判定部15は、上記初期心拍数ICNに所定のオフセット値OFを加算して得た加算結果を、平常状態又は眠気状態と、緊張状態とを区分する際の緊張区分値TNKとして上記内蔵メモリに記憶する(ステップS2)。次に、精神状態判定部15は、平常状態を示す「0」なるモード信号MODをモードレジスタ16に供給する(ステップS3)。かかるステップS3の実行に応じて、精神状態モニタ部17は、平常状態を表す画像(文字画像を含む)を表示させるべき画像信号を表示装置18に供給する。次に、精神状態判定部15は、モード読出指令信号をモードレジスタ16に送出することにより、現時点においてモードレジスタ16に記憶されているモード信号MODを取り込む(ステップS4)。
【0016】
次に、精神状態判定部15は、ステップS4にて取り込んだモード信号MODが平常状態を示す「0」であるか否かを判定し(ステップS5)、「0」ではないと判定された場合には眠気状態を示す「2」であるか否かを判定する(ステップS6)。
ここで、上記ステップS5においてモード信号MODが平常状態を示す「0」であると判定された場合には、精神状態判定部15は、平常状態からの状態遷移検出サブルーチンの実行に移る(ステップS7)。
【0017】
図3は、平常状態からの状態遷移検出サブルーチンフローを示す図である。
図3において、精神状態判定部15は、先ず、1分間内において10秒おきに6サンプル分の心拍数データCNを順次取り込み、これらを心拍数データCN1〜CN6として内蔵メモリに記憶する(ステップS71)。すなわち、1分間内において第1番目に取り込んだ心拍数データCNをCN1、第2番目に取り込んだ心拍数データCNをCN2、第3番目に取り込んだ心拍数データCNをCN3、第4番目に取り込んだ心拍数データCNをCN4、第5番目に取り込んだ心拍数データCNをCN5、第6番目に取り込んだ心拍数データCNをCN6として順次、内蔵メモリに記憶してゆくのである。次に、精神状態判定部15は、上記心拍数データCN1〜CN6の全てが、上記緊張区分値TNKよりも小であるか否かを判定する(ステップS72)。ステップS72において心拍数データCN1〜CN6の内の少なくとも1つが上記緊張区分値TNKよりも小ではないと判定された場合、精神状態判定部15は、緊張状態を示す「1」なるモード信号MODをモードレジスタ16に供給する(ステップS75)。かかるステップS75の実行に応じて、精神状態モニタ部17は、緊張状態を表す画像(文字画像を含む)を表示させるべき画像信号を表示装置18に供給する。平常ステップS75の実行により、表示装置18には緊張状態を表す画像が表示される。
【0018】
一方、上記ステップS72にて心拍数データCN1〜CN6が全て緊張区分値TNKよりも小であると判定された場合、精神状態判定部15は、上記心拍数データCN1〜CN6に基づき、心拍数が低下傾向にあるか否かを検出する。この際、精神状態判定部15は、心拍数が低下傾向にあることを検出した場合には論理レベル1、そうでない場合には論理レベル0の低下傾向フラグFRを低下傾向フラグレジスタ151に記憶する(ステップS77)。
【0019】
上記ステップS77による心拍数の低下傾向検出処理の終了後、精神状態判定部15は、低下傾向フラグレジスタ151に記憶されている低下傾向フラグFRが、心拍数の低下傾向を表す論理レベル1であるか否かを判定する(ステップS78)。かかるステップS78において、低下傾向フラグFRが論理レベル1ではないと判定された場合、つまり、心拍数が低下傾向にはないと判定された場合には、精神状態判定部15は、前述した如きステップS76の実行に移る。すなわち、精神状態判定部15は、平常状態を示す「0」なるモード信号MODをモードレジスタ16に供給する。
【0020】
一方、上記ステップS78において、低下傾向フラグFRが論理レベル1であると判定された場合、つまり、心拍数が低下傾向にあると判定された場合には、精神状態判定部15は、上述した如き第6番目に取り込んだ心拍数データCN6を復帰心拍数データRRとして復帰心拍数レジスタ152に記憶する(ステップS79)。次に、精神状態判定部15は、眠気状態を示す「2」なるモード信号MODをモードレジスタ16に供給する(ステップS80)。ステップS80の実行に応じて、精神状態モニタ部17は、眠気状態を表す画像(文字画像を含む)を表示させるべき画像信号を表示装置18に供給すると共に、眠気状態を表す音声を発生させるべき音声信号をスピーカ19に供給する。尚、この際、精神状態モニタ部17は、覚醒を促すメッセージを表す画像を表示させるべき画像信号を表示装置18に供給すると共に、覚醒を促す音声を発生させるべき音声信号をスピーカ19に供給するようにしても良い。すなわち、ステップS80の実行により、表示装置18にて表示される画像が、眠気状態を表す画像(又は覚醒を促す画像)になる。
【0021】
上記ステップS75、S76、又はS80の実行後、精神状態判定部15は、図2に示すステップS4の実行に戻り、前述した如き動作を繰り返し実行する。
この間、図2に示すステップS6において、上記モード信号MODが眠気状態を示す「2」ではない、すなわち緊張状態を示す「1」であると判定された場合には、精神状態判定部15は、緊張状態からの状態遷移検出サブルーチンの実行に移る(ステップS8)。
【0022】
図4は、緊張状態からの状態遷移検出サブルーチンフローを示す図である。
図4において、精神状態判定部15は、1サンプル分の心拍数データCNを取り込み(ステップS81)、その値が上記緊張区分値TNKよりも大であるか否かを判定する(ステップS82)。かかるステップS82において1サンプル分の心拍数データCNが緊張区分値TNKよりも大であると判定された場合、精神状態判定部15は、取り込んだ心拍数データCNと緊張区分値TNKとの差分に所定の感度係数を乗算した乗算結果を、緊張の深度を表す緊張深度DKとしてモードレジスタ16に供給する(ステップS83)。かかるステップS83の実行に応じて、精神状態モニタ部17は、緊張状態を表す画像(文字画像を含む)、並びにその緊張深度を表す画像を表示させるべき画像信号を表示装置18に供給する。すなわち、ステップS83の実行により、表示装置18は、緊張状態とその深度を表す画像を表示する。
【0023】
一方、上記ステップS82において、心拍数データCNの値が上記緊張区分値TNKよりも大ではないと判定された場合、精神状態判定部15は、平常状態を示す「0」なるモード信号MODをモードレジスタ16に供給する(ステップS84)。かかるステップS84の実行に応じて、精神状態モニタ部17は、平常状態を表す画像(文字画像を含む)を表示させるべき画像信号を表示装置18に供給する。すなわち、ステップS84の実行により、表示装置18において平常状態を表す画像が表示される。
【0024】
上記ステップS83又はS84の実行後、精神状態判定部15は、図2に示すステップS4の実行に戻り、前述した如き動作を繰り返し実行する。
この間、図2に示すステップS6において上記モード信号MODが眠気状態を示す「2」であると判定された場合には、精神状態判定部15は、眠気状態からの状態遷移検出サブルーチンの実行に移る(ステップS9)。
【0025】
図5は、眠気状態からの状態遷移検出サブルーチンフローを示す図である。
図5において、精神状態判定部15は、先ず、1分間内において10秒おきに6サンプル分の心拍数データCNを順次取り込み、これらを心拍数データCN1〜CN6として内蔵メモリに記憶する(ステップS91)。次に、精神状態判定部15は、上記心拍数データCN1〜CN6の全てが、上記復帰心拍数レジスタ152に記憶されている復帰心拍数データRRよりも小であるか否かを判定する(ステップS92)。ステップS92において心拍数データCN1〜CN6の全てが上記復帰心拍数データRRよりも小であると判定された場合、精神状態判定部15は、取り込んだ心拍数データCNと上記復帰心拍数データRRとの差分に所定の感度係数を乗算した乗算結果を、眠気の深度を表す眠気深度DNとしてモードレジスタ16に供給する(ステップS93)。かかるステップS93の実行に応じて、精神状態モニタ部17は、眠気状態を表す画像(文字画像を含む)、並びにその眠気深度を表す画像を表示させるべき画像信号を表示装置18に供給する。すなわち、ステップS93の実行により、表示装置18は、眠気状態とその深度を表す画像を表示する。更に、精神状態モニタ部17は、眠気状態を表す音声を発生させるべき音声信号をスピーカ19に供給する。尚、この際、精神状態モニタ部17は、覚醒を促すメッセージを表す画像を表示させるべき画像信号を表示装置18に供給すると共に、覚醒を促す音声を発生させるべき音声信号をスピーカ19に供給するようにしても良い。
【0026】
一方、上記ステップS92において、心拍数データCN1〜CN6の内の少なくとも1つが上記復帰心拍数データRRよりも小ではないと判定された場合、精神状態判定部15は、平常状態を示す「0」なるモード信号MODをモードレジスタ16に供給する(ステップS94)。かかるステップS94の実行に応じて、精神状態モニタ部17は、平常状態を表す画像(文字画像を含む)を表示させるべき画像信号を表示装置18に供給する。すなわち、ステップS94の実行により、表示装置18には平常状態を表す画像が表示される。
【0027】
上記ステップS93又はS94の実行後、精神状態判定部15は、図2に示すステップS4の実行に戻り、前述した如き動作を繰り返し実行する。
以下に、図2〜図5にて示される精神状態判定動作について、図6を参照しつつ説明する。
被験者がその直前まで緊張状態にあった場合には、精神状態判定部15は、ステップS8による緊張状態からの状態遷移検出処理(図4)に基づき、被験者の精神状態が緊張状態を維持しているのか、あるいは平常状態に遷移したのかを判定する。ここで、ステップS82により被験者の心拍数を示す心拍数データCNが緊張区分値TNKよりも大であると判定された場合には、被験者の精神状態が図6に示すように、引き続き緊張状態を維持していると判断する。尚、緊張区分値TNKとは、測定開始時点において測定した被験者の初期心拍数に、所定のオフセットOFを加算して得たものである。一方、心拍数データCNが緊張区分値TNKよりも小なる場合には、精神状態判定部15はステップS84を実行することにより、被験者の精神状態が図6に示す如く緊張状態から平常状態に遷移したと判断する。
【0028】
被験者がその直前まで眠気状態(弛緩状態)にあった場合には、精神状態判定部15は、ステップS9による眠気状態からの状態遷移検出処理(図5)に基づき、被験者の精神状態が眠気状態を維持しているのか、あるいは平常状態に遷移したのかを判定する。ここで、ステップS92にて、被験者の1分間分の心拍数を示す心拍数データCN1〜6が全て上記復帰心拍数データRRにて示される復帰心拍数よりも小であると判定された場合、精神状態判定部15は、被験者の精神状態が図6に示すように引き続き眠気状態(弛緩状態)を維持していると判断する。一方、ステップS92にて心拍数データCN1〜6の少なくとも1つが復帰心拍数データRRよりも小ではないと判定された場合、精神状態判定部15は、ステップS94を実行することにより、被験者の精神状態が図6に示す如く眠気状態(弛緩状態)から平常状態に遷移したと判断する。尚、復帰心拍数データRRとは、図3に示す平常状態からの状態遷移検出処理のステップS79にて設定されたものであり、低下傾向にある心拍数データ系列(CN1〜CN6)中の最終の心拍数データCN6である。
【0029】
被験者がその直前まで平常状態にあった場合には、精神状態判定部15は、ステップS7による平常状態からの状態遷移検出処理(図3)に基づき、被験者の精神状態が平常状態を維持しているのか、或いは眠気状態(弛緩状態)又は緊張状態のいずれの状態に遷移したかを判別する。ここで、ステップS72において被験者の心拍数を示す心拍数データCNが1分間に亘り継続して上記緊張区分値TNKよりも小にはならないと判定された場合、精神状態判定部15は、ステップS75を実行することにより被験者の精神状態が図6に示す如く平常状態から緊張状態に遷移したと判断する。又、心拍数データCNが1分間に亘り緊張区分値TNKよりも小であると判定され且つ、ステップS78にて心拍数が低下傾向にはないと判定された場合には、精神状態判定部15は、ステップS76を実行することにより被験者の精神状態が図6に示す如く平常状態をそのまま維持していると判断する。そして、心拍数データCNが1分間に亘り緊張区分値TNKよりも小であると判定され且つステップS78にて心拍数が低下傾向にあると判定された場合には、精神状態判定部15は、ステップS80の実行により被験者の精神状態が図6に示す如く平常状態から眠気状態(弛緩状態)に遷移したと判断する。
【0030】
すなわち、人間の精神状態が平常状態から、眠気を催す弛緩状態に遷移する際には心拍数が低下し、この際、心拍数が連続低下する場合と上下変動を伴って低下する場合とがある点に着目して、被験者の心拍数の低下傾向を検出するようにしたのである。
よって、例え外部環境や時間帯等によって被験者の平常状態時における平均心拍数が変動してしまっても、この被験者が平常状態から眠気状態(弛緩状態)に遷移したことを正しく判断することが可能となる。
【0031】
尚、緊張状態から平常状態に遷移する際にも心拍数の低下が生じるので、心拍数の低下傾向の検出のみで精神状態の判定を行うと、被験者が実際には眠気を感じていないのに眠気状態に遷移したと誤判断してしまう。そこで、ステップS72にて心拍数が1分間に亘り継続して緊張区分値TNKより小であると判定された場合、つまり緊張状態以外の状態(つまり、平常状態又は眠気状態)であると判定された場合に限り、心拍数の低下傾向の検出に基づく眠気状態の判定を行うようにしている。これにより、被験者が実際には緊張状態から平常状態に遷移したにも拘わらず、これを平常状態から眠気状態への遷移であると誤判断してしまうことを防止できる。
【0032】
ここで、図3に示すステップS77にて心拍数の上下変動及びノイズ発生をも考慮して正しく心拍数の低下傾向を検出するにあたり、図7に示す如き心拍数低下傾向検出サブルーチンを実行するようにしても良い。
図7において、先ず、精神状態判定部15は、図3のステップS71にて取り込んだ心拍数データCN1〜CN6各々の内、第1番目に取り込んだ心拍数データCN1と第6番目に取り込んだ心拍数データCN6との心拍数の差を求めこれを低下値a1として内蔵メモリに記憶する(ステップS41)。次に、精神状態判定部15は、第2番目に取り込んだ心拍数データCN2と第5番目に取り込んだ心拍数データCN5との心拍数の差を求めこれを低下値a2として内蔵メモリに記憶する(ステップS42)。次に、精神状態判定部15は、第3番目に取り込んだ心拍数データCN3と第4番目に取り込んだ心拍数データCN4との心拍数の差を求めこれを低下値a3として内蔵メモリに記憶する(ステップS43)。
【0033】
次に、精神状態判定部15は、上記低下値a1〜a3各々が、
a1>a2>a3>0
なる大小関係にあるか否かを判定する(ステップS44)。
かかるステップS44において低下値a1〜a3各々が上記の如き大小関係を満たすと判定された場合、精神状態判定部15は、上記心拍数データCN1にて示される心拍数と心拍数データCN6にて示される心拍数との中心値を求め、これを中心値m1として内蔵メモリに記憶する(ステップS45)。次に、精神状態判定部15は、上記心拍数データCN2にて示される心拍数と心拍数データCN5にて示される心拍数との中心値を求め、これを中心値m2として内蔵メモリに記憶する(ステップS46)。次に、精神状態判定部15は、上記心拍数データCN3にて示される心拍数と心拍数データCN4にて示される心拍数との中心値を求め、これを中心値m3として内蔵メモリに記憶する(ステップS47)。次に、精神状態判定部15は、上記中心値m2と中心値m1との差の絶対値を求め、これを変動値b1として内蔵メモリに記憶する(ステップS48)。次に、精神状態判定部15は、上記中心値m3と中心値m2との差の絶対値を求め、これを変動値b2として内蔵メモリに記憶する(ステップS49)。次に、精神状態判定部15は、上記変動値b1が所定の第1基準値γ1よりも小であるか否かを判定する(ステップS50)。かかるステップS50において、上記変動値b1が所定の第1基準値γ1よりも小であると判定されると、精神状態判定部15は、次に、上記変動値b2が所定の第2基準値γ2(γ1>γ2)よりも小であるか否かを判定する(ステップS51)。ステップS51において、上記変動値b2が所定の第2基準値γ2よりも小であると判定されると、精神状態判定部15は、心拍数が低下傾向にあることを示す論理レベル1の低下傾向フラグFRを低下傾向フラグレジスタ151に記憶する(ステップS52)。
【0034】
一方、上記ステップS51において上記変動値b2が所定の第2基準値γ2よりも小ではないと判定された場合、又は、上記ステップS50において上記変動値b1が所定の第1基準値γ1よりも小ではないと判定された場合、精神状態判定部15は、心拍数が低下傾向にはないことを示す論理レベル0の低下傾向フラグFRを低下傾向フラグレジスタ151に記憶する(ステップS53)。
【0035】
尚、上記ステップS44にて上記低下値a1〜a3各々が、
a1>a2>a3>0
なる大小関係にはないと判定された場合にも、精神状態判定部15は上記ステップS53を実行して、論理レベル0の低下傾向フラグFRを低下傾向フラグレジスタ151に記憶する。
【0036】
上記ステップS52又はS53が終了したら、精神状態判定部15は、図4に示す心拍数低下傾向検出サブルーチンを抜けて、図3に示すステップS78の実行に移る。
以下に、かかる心拍数低下傾向検出サブルーチンの実行による心拍数の低下傾向の検出動作について説明する。
【0037】
被験者の精神状態が平常状態から眠気状態(弛緩状態)に遷移するとき、その心拍数は、例えば図8(a)又は図8(b)に示す如き形態にて上下変動しながら徐々に低下して行く。この際、1分間内において取得した心拍数データCN1〜CN6の内の心拍数データCN1及びCN6間の低下値a1と、心拍数データCN2及びCN5間の低下値a2と、心拍数データCN3及び4間の低下値a3とが、
a1>a2>a3>0
なる大小関係を満たすことになる。
【0038】
すなわち、低下値a1〜a3が上記の如き大小関係を満たさない場合には、心拍数は低下傾向にはないといえる。そこで、図7に示す心拍数低下傾向検出サブルーチンでは、ステップS44にて低下値a1〜a3が上記の如き大小関係を満たさないと判定された場合には、ステップS53において心拍数が低下傾向にはないことを示す論理レベル0の低下傾向フラグFRを設定する。
【0039】
ところで、例え上記低下値a1〜a3が上記の如き大小関係を満たしていても、心拍数の上下変動が大幅に大であると、必ずしも心拍数が低下傾向にあるとはいえなくなる。例えば図8(b)の如き形態で心拍数データCN1〜CN6各々を取得した場合、その1分間内での心拍数の変動が大であると、心拍数の増加傾向にあるCN4〜CN6間での心拍数の増加度合いが大となる。よって、心拍数データCN6を取得した時点以降においても心拍数が大幅に増大する可能性がでてくる。そこで、図7に示す心拍数低下傾向検出サブルーチンでは、例えば図8(b)に示される心拍数データCN1及びCN6の中心値m1と、心拍数データCN2及びCN5の中心値m2との差である変動値b1が第1基準値γ1よりも小であるか否かをステップS50にて判定する。更に、図8(b)に示される心拍数データCN3及びCN4の中心値m3と、心拍数データCN2及びCN5の中心値m2との差である変動値b2が第2基準値γ1よりも小であるか否かをステップS51にて判定する。そして、ステップS50及びS51にて、上記変動値b1が第1基準値γ1よりも小であり、かつ変動値b2が第2基準値γ2よりも小であると判定された場合に、心拍数が低下傾向にあることを示す論理レベル1の低下傾向フラグFRを設定するようにしている。
【0040】
以上の如く、図7に示す心拍数低下傾向検出サブルーチンでは、1分間内において取得した心拍数データCN1〜CN6の内のCN1及びCN6間の低下値a1と、CN2及びCN5間の低下値a2と、CN3及びCN4間の低下値a3とが、
a1>a2>a3>0
なる大小関係を満たし、且つ、
CN1及びCN6の中心値m1とCN2及びCN5の中心値m2との差である変動値b1、並びにCN3及びCN4の中心値m3と上記中心値m2との差である変動値b2が夫々所定値(γ1、γ2)より小なる場合に限り、心拍数が低下傾向にあると判断するのである。
【0041】
すなわち、1分間内の先頭部で取得した心拍数から終了部で取得した心拍数を減算した結果が0より大であり、且つこの1分間内での心拍数の変動の大きさが所定の基準値よりも小である場合に、心拍数の変化率が負の傾向にある、つまり低下傾向にあると判断するようにしたのである。
かかる心拍数低下傾向検出処理によれば、心拍数が連続低下する場合のみならず、図8(a)又は図8(b)に示す如き上下変動を伴う低下時においてもこれを正しく検出することが可能となる。又、図7に示す心拍数低下傾向検出処理では、4つ以上の心拍数データCNの系列に基づいて低下傾向を検出しているので、例えノイズ等の影響により1サンプル分の心拍数データCNの値が低下してしまっても、心拍数の低下傾向を正しく判断することが可能となる。
【0042】
尚、車両の運転中においては、運転者の精神状態として眠気状態と緊張状態とが同時に生じる場合があり、この際、例え運転者が眠気を感じていても心拍数が低下しない場合がある。ところが、眠気状態と緊張状態とが同時に生じている際に、運転者の精神状態が眠気状態の方に遷移した場合には、呼吸変動に関わる拍動間隔の揺らぎを表すRSA(Respiratory Sinus Arrhythmia)から抽出した上記心拍HF値が上昇する。そこで、心拍数の低下傾向を検出する代わりに、以下の如く、心拍HF値の上昇傾向を検出することにより眠気状態の判定を行うようにしても良い。
【0043】
図9は、かかる点に鑑みて為された眠気判定サブルーチンフローを示す図である。尚、図9に示す眠気判定サブルーチンは、図3に示すステップS71及びS72の実行後において、ステップS77〜S80に代わって実行するものである。
図9において、先ず、精神状態判定部15は、5分間に亘り10秒おきに30サンプル分の心拍揺らぎデータRSAを順次取り込み、これらを心拍揺らぎデータRSA1〜RSA30として内蔵メモリに記憶する(ステップS101)。次に、精神状態判定部15は、心拍揺らぎデータRSA1〜RSA30なるデータ系列の時間軸をX軸、心拍HF値のスケール軸をY軸と捉え、このデータ系列を表す回帰式(Y=aX+b)を求める(ステップS102)。次に、精神状態判定部15は、かかる回帰式(Y=aX+b)に基づき回帰心拍揺らぎデータRS1〜RS30を算出する(ステップS103)。次に、精神状態判定部15は、回帰心拍揺らぎデータRS1〜RS30と、心拍揺らぎデータRSA1〜RSA30との相関を相関値Kとして求める(ステップS104)。次に、精神状態判定部15は、相関値Kが0.9以上であるか否かを判定する(ステップS105)。ステップS105において相関値Kが0.9以上であると判定された場合には、次に、精神状態判定部15は、上記回帰式の傾きaが0よりも大であるか否か、つまり傾きaが正の値であるか否かを判定する(ステップS106)。ステップS106において傾きaが正の値であると判定された場合、精神状態判定部15は、心拍HF値が上昇傾向にあると判断して眠気状態を示す「2」なるモード信号MODをモードレジスタ16に供給する(ステップS107)。
【0044】
かかるステップS107の実行後、又は上記ステップS105にて相関値Kが0.9未満であると判定された場合、或いは上記ステップS106にて回帰式(Y=aX+b)の傾きaが0より小であると判定された場合、精神状態判定部15は、眠気判定サブルーチンを抜けてステップS4の実行に戻る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による精神状態判定装置の構成を示す図である。
【図2】図1の精神状態判定部15にて実行される精神状態判別処理フローを示す図である。
【図3】平常状態からの状態遷移検出サブルーチンを示す図である。
【図4】緊張状態からの状態遷移検出サブルーチンを示す図である。
【図5】眠気状態からの状態遷移検出サブルーチンを示す図である。
【図6】図1に示される精神状態判定装置の動作を説明するための図である。
【図7】心拍数低下傾向検出サブルーチンを示す図である。
【図8】眠気状態への遷移時における心拍数の低下の一例と、心拍数の低下時における心拍数データCN1〜CN6、低下値a1〜a3及び変動値b1、b2を示す図である。
【図9】図3に示すステップS77〜S80に代わって実行される眠気判定サブルーチンの一例を示す図である。
【符号の説明】
13 心拍数測定部
15 精神状態判定部
16 モードレジスタ
151 低下傾向フラグレジスタ
Claims (21)
- 被験者の精神状態を判定する精神状態判定装置であって、
前記被験者からこの被験者の心筋の動きに対応した心筋パルス信号を検出するセンサと、
前記心筋パルス信号に基づいて心拍数を測定する心拍数測定手段と、
前記心拍数の変動傾向に基づいて前記被験者の精神状態を判別してその判別結果を示す信号を生成する判別手段と、を有することを特徴とする精神状態判定装置。 - 前記判別手段は、前記心拍数の大きさが所定値よりも小であり且つ前記心拍数が低下傾向にある場合には前記被験者が弛緩状態にあると判別する一方、前記心拍数の大きさが所定値よりも大である場合には前記被験者が緊張状態にあると判別することを特徴とする請求項1記載の精神状態判定装置。
- 前記判別手段は、所定期間内の先頭部で取得した前記心拍数から前記所定期間内の終了部で取得した前記心拍数を減算した結果が0より大であり、且つ前記所定期間内での前記心拍数の変動の大きさが所定の基準値よりも小である場合に前記心拍数が低下傾向にあると判断する心拍数低下傾向検出手段を含むことを特徴とする請求項2記載の精神状態判定装置。
- 前記心筋パルス信号に基づいて心拍の拍動間隔のゆらぎ成分を測定する心拍ゆらぎ測定手段を更に備え、
前記判別手段は前記心拍数の変動傾向及び前記ゆらぎ成分に基づいて前記被験者の精神状態を判別してその判別結果を示す信号を生成することを特徴とする請求項1記載の精神状態判定装置。 - 被験者の精神状態を判定する精神状態判定方法であって、
前記被験者の心筋の動きに対応した心筋パルス信号に基づいて心拍数を測定する心拍数測定行程と、
前記心拍数の変動傾向に基づいて前記被験者の精神状態を判別してその判別結果を示す信号を生成する判別行程と、を有することを特徴とする精神状態判定方法。 - 被験者の精神状態を判定する精神状態判定装置であって、
前記被験者からこの被験者の心筋の動きに対応した心筋パルス信号を検出するセンサと、
前記心筋パルス信号に基づいて心拍数を測定する心拍数測定手段と、
前記心拍数が所定期間に亘り継続して所定値よりも小であり且つ低下傾向にある場合に前記被験者が眠気状態にあると判定する眠気判定手段と、を有することを特徴とする精神状態判定装置。 - 前記眠気判定手段は、前記所定期間内の先頭部で取得した前記心拍数から前記所定期間内の終了部で取得した前記心拍数を減算した結果が0より大であり、且つ前記所定期間内での前記心拍数の変動の大きさが所定の基準値よりも小である場合に前記心拍数が低下傾向にあると判断する心拍数低下傾向検出手段を含むことを特徴とする請求項6記載の精神状態判定装置
- 前記心拍数低下傾向検出手段は、
前記所定期間内の先頭の時点で取得した前記心拍数から前記所定期間内の最終の時点で取得した前記心拍数を減算した結果を第1低下値として求める第1低下値算出手段と、
前記先頭の時点の次の時点で取得した前記心拍数から前記最終の時点の直前の時点で取得した前記心拍数を減算した結果を第2低下値として求める第2低下値算出手段と、
前記先頭の時点で取得した前記心拍数と前記最終の時点で取得した前記心拍数との中心値を第1中心値として求める第1中心値算出手段と、
前記先頭の時点の次の時点で取得した前記心拍数と前記最終の時点の直前の時点で取得した前記心拍数との中心値を第2中心値として求める第2中心値算出手段と、
前記第1中心値と前記第2中心値との差の絶対値を変動値として求める変動値算出手段と、
前記変動値が所定の基準値よりも小であり、且つ前記第1低下値及び前記第2低下値各が、
第1低下値>第2低下値>0
である場合に前記心拍数が低下傾向にあると判断する手段と、を備えたことを特徴とする請求項7記載の精神状態判定装置。 - 前記心拍数が前記所定値よりも大である場合には前記被験者が緊張状態にあると判断する緊張状態判定手段を更に備えたことを特徴とする請求項6記載の精神状態判定装置。
- 前記所定期間は1分間であることを特徴とする請求項6記載の精神状態判定装置。
- 測定開始時点において測定された前記被験者の心拍数に所定のオフセット値を加算して得られた加算結果を前記所定値として設定する設定手段を更に備えたことを特徴とする請求項6記載の精神状態判定装置。
- 被験者の精神状態を判定する精神状態判定方法であって、
前記被験者における心拍数を測定する心拍数測定行程と、
前記心拍数が所定期間に亘り継続して所定値よりも小であり且つ低下傾向にある場合に前記被験者が眠気状態にあると判定する眠気判定行程と、を有することを特徴とする精神状態判定方法。 - 前記眠気判定行程は、前記所定期間内の先頭部で取得した前記心拍数から前記所定期間内の終了部で取得した前記心拍数を減算した結果が0より大であり、且つ前記所定期間内での前記心拍数の変動の大きさが所定の基準値よりも小である場合に前記心拍数が低下傾向にあると判断する心拍数低下傾向検出行程を含むことを特徴とする請求項12記載の精神状態判定方法。
- 前記心拍数低下傾向検出行程は、
前記所定期間内の先頭の時点で取得した前記心拍数から前記所定期間内の最終の時点で取得した前記心拍数を減算した結果を第1低下値として求める第1低下値算出行程と、
前記先頭の時点の次の時点で取得した前記心拍数から前記最終の時点の直前の時点で取得した前記心拍数を減算した結果を第2低下値として求める第2低下値算出行程と、
前記先頭の時点で取得した前記心拍数と前記最終の時点で取得した前記心拍数との中心値を第1中心値として求める第1中心値算出行程と、
前記先頭の時点の次の時点で取得した前記心拍数と前記最終の時点の直前の時点で取得した前記心拍数との中心値を第2中心値として求める第2中心値算出行程と、
前記第1中心値と前記第2中心値との差の絶対値を変動値として求める変動値算出行程と、
前記変動値が所定の基準値よりも小であり、且つ前記第1低下値及び前記第2低下値各が、
第1低下値>第2低下値>0
である場合に前記心拍数が低下傾向にあると判断する行程と、を備えたことを特徴とする請求項13記載の精神状態判定方法。 - 前記心拍数が前記所定値よりも大である場合には前記被験者が緊張状態にあると判断する緊張状態判定行程を更に備えたことを特徴とする請求項14記載の精神状態判定方法。
- 前記所定期間は1分間であることを特徴とする請求項12記載の精神状態判定方法。
- 測定開始時点において測定された前記被験者の心拍数に所定のオフセット値を加算して得られた加算結果を前記所定値として設定する設定行程を更に備えたことを特徴とする請求項12記載の精神状態判定方法。
- 被験者の精神状態を判定する精神状態判定装置であって、
前記被験者からこの被験者の心筋の動きに対応した心筋パルス信号を検出するセンサと、
前記心筋パルス信号に基づいて心拍数を測定する心拍数測定手段と、
前記心筋パルス信号に基づいて呼吸変動に対応した心拍の拍動間隔の揺らぎを測定して心拍揺らぎ信号を生成する拍揺らぎ測定手段と、
前記心拍数が所定期間に亘り継続して所定値よりも小であり且つ前記心拍揺らぎ信号中の所定帯域の成分値が上昇傾向にある場合に前記被験者が眠気状態にあると判定する眠気判定手段と、を有することを特徴とする精神状態判定装置。 - 前記所定帯域は、0.15Hz〜0.4Hzであることを特徴とする請求項18記載の精神状態判定装置。
- 被験者の精神状態を判定する精神状態判定方法であって、
前記被験者から心拍数を測定する心拍数測定行程と、
前記被験者から呼吸変動に対応した心拍の拍動間隔の揺らぎを測定して心拍揺らぎ信号を生成する心拍揺らぎ測定行程と、
前記心拍数が所定期間に亘り継続して所定値よりも小であり且つ前記心拍揺らぎ信号中の所定帯域の成分値が上昇傾向にある場合に前記被験者が眠気状態にあると判定する眠気判定行程と、を有することを特徴とする精神状態判定方法。 - 前記所定帯域は、0.15Hz〜0.4Hzであることを特徴とする請求項20記載の精神状態判定方法。
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