JP6406171B2 - 瞬目検知装置 - Google Patents
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Description
被検者の眼電位を計測する眼電位計測手段と、
前記眼電位の微分値の時系列データを生成する眼電位微分値データ生成手段と、
前記眼電位の微分値の時系列データから前記眼電位の微分値の周波数特性を表す周波数特性値を決定する周波数特性値決定手段と、
前記眼電位の微分値の周波数特性値に基づいて閾値用係数を設定し、前記眼電位の微分値の時系列データに於ける前記微分値の標準偏差に前記閾値用係数を乗じて得られた数に基づいて前記眼電位の微分値の時系列データに於ける瞬目波形の検知のための上閾値及び下閾値を設定する閾値設定手段と、
前記時系列データに於いて、前記眼電位の微分値が前記上閾値を上回った後に前記上閾値から前記下閾値まで所定時間内に変化したとき又は前記下閾値を下回った後に前記下閾値から前記上閾値まで所定時間内に変化したときにその眼電位の微分値の変化を前記瞬目波形として検出する瞬目波形検出手段と
を含む装置によって達成される。
2…被検者の目
3…信号処理装置
本発明の瞬目検知装置は、非特許文献1の場合と同様に、EOG法によって被検者の眼電位を計測し、その眼電位の微分値の時系列データに於いて、瞬目の発生によって生ずる瞬目波形を検出することにより、瞬目の発生を検知する装置である。図1(A)を参照して、本発明の瞬目検知装置の基本的な構成に於いては、まず、被検者の顔面1の目及び瞼2の周囲に少なくとも一対の電極EL1、EL2が貼着され、かかる電極間の電位差が眼電位信号として逐次的に信号処理装置3へ送られる。信号処理装置3に於いては、AD変換器にて眼電位信号が逐次的にディジタル化され、データ処理部にて、ディジタル化された眼電信号、即ち、眼電位の計測値の時系列データを用いて、後に説明される如き瞬目の検知のための種々の処理が実行される。なお、データ処理部は、データメモリと相互に通信し、適宜、眼電位の計測値の時系列データ、その微分値データ、及びその他の演算処理結果を、データメモリに記憶し、また、データメモリに記憶された種々の数値を呼び出して、演算処理に用いるよう構成される。また、データ処理部に於ける演算処理結果は、適時、結果出力部、例えば、ディスプレイ、へ送信されて、表示されてよい。更に、瞬目検知の結果は、例えば、眠気判定のための任意の装置へ送信されるようになっていてよい。信号処理装置3は、典型的には、コンピュータ装置であってよく、通常の態様にて、図示していない双方向コモン・バスにより相互に連結されたCPU、記憶装置、入出力装置(I/O)が装備され、瞬目検知装置の各部の作動は、CPUに於いてプログラムを実行することにより達成されることとなる。
本発明の装置による瞬目検知に於いては、上記の如く、被検者の眼電位を逐次的に計測し、瞬目が発生した際に、図1(B)に模式的に描かれている如く生ずる電位変化を検出することにより、瞬目が検知される。しかしながら、実際の眼電位の逐次的な計測データ(時系列データ)に於いては、瞬目に因る電位変化の他に、眼球運動等の他の要因による電位変化も発生するので、瞬目を選択的に検知するためには、瞬目に因る電位変化の波形の特徴を捉える必要がある。そこで、本発明に於ける瞬目検知技術では、眼電位の計測データの時間微分値を算出して、眼電位の微分値の時系列データを生成し、かかる眼電位の微分値の時系列データにて、図1(C)に描かれている如き、瞬目に因る電位変化に対応する微分値の波形(瞬目波形)の検出が為される。かかる瞬目波形は、具体的には、図示の如く、データ値(微分値)が略0値の状態からプラス方向に変位した後、比較的短い時間のうちに続けてマイナス方向に変位し、プラス側へ変位して再び0値へ戻るプロファイルを描く波形であり、また、その波形の振幅は、通常、眼球運動等の電位変化の波形(非瞬目波形)の振幅よりも大きい。そこで、瞬目波形の検知に於いては、プラス側とマイナス側のそれぞれに上閾値TUと下閾値TLとを設定し、微分値が、上閾値TUを超えた後に、上閾値TU(点tb)から所定の時間tp内に下閾値TL(点tt)まで変位したとき、その波形が瞬目波形として特定される(非瞬目波形は、その値が上閾値TUと下閾値TLとに到達しないと想定されている。)。ここで、所定の時間tpは、実験的に予め設定可能であり、典型的には、例えば、0.2秒に設定される。そして、上閾値TUと下閾値TLは、瞬目波形の振幅に適合して設定されるべきところ、瞬目波形の振幅は、被検者によって異なるので、例えば、非特許文献1の場合には、任意の時間区間の時系列データに於ける眼電位の微分値の平均値と標準偏差とを用いて、
上閾値=平均値+2×標準偏差 …(1a)
下閾値=平均値−1×標準偏差 …(1b)
と設定されていた。なお、微分値の平均値は、略0となるので、閾値は、被検者によらず、一律に、概ね標準偏差の定数倍に設定されていたということができる。
(瞬目の発生時の電位変化の方向は、被検者顔面に貼着される電極の配置によって決定される。図6に例示した非特許文献1の場合の瞬目に因る電位変化の方向は、マイナス方向であり、本実施形態とは逆方向であるが、これは、陽極と陰極の配置が本実施形態の場合とは逆になっていることによる。上記の式(1a)、(1b)は、瞬目に因る電位変化の方向が、プラス側となっている場合の閾値を示している。)
上閾値=平均値+標準偏差×上閾値用係数 …(2a)
下閾値=平均値−標準偏差×下閾値用係数 …(2b)
の形式にて設定され、ここに於いて、上閾値用係数と下閾値用係数とが、瞬目波形成分のパワーに対する非瞬目波形成分のパワーの割合に基づいて、かかる割合が大きいときに、割合が小さいときに比して、大きくなるように設定される。かかる構成によれば、瞬目の発生間隔の長い被検者の場合には、瞬目の発生間隔の短い被検者の場合に比して、標準偏差に対する閾値の大きさの割合が高く設定されて、非瞬目波形成分の誤検出を有効に回避できるようになることが期待される。また、瞬目の発生間隔の短い被検者の場合には、標準偏差に対する閾値の大きさの割合が無用に高く設定されてしまうことが防止され、これにより、閾値の大きさが大き過ぎることによる瞬目波形成分の検出漏れが低減されることが期待される。
本発明の装置による瞬目検知処理に於いては、被検者の顔面に貼着された電極間の電位差が逐次的に計測されるとともに、プログラムに従って、計測された電位差の時系列データを用いた眼電位の微分値の時系列データの生成と、眼電位の微分値の時系列データを用いた瞬目波形の検出が実行される。
まず、図3(A)を参照して、眼電位の微分値の時系列データの生成処理に於いては、図1(A)にて説明されている如く、被検者の顔面に貼着された電極間の電位差が、逐次的にAD変換器にてディジタル化されて、図4(A)に例示されている如き、眼電位の計測値の時系列データが生成される(ステップ10)。なお、眼電位の計測値の時系列データは、データメモリへ格納されてよい。眼電位の計測値の時系列データには、瞬目による電位変化の他に、直流成分とノイズ等の高周波数成分が含まれているので、これらの成分を除去するべく、バンドパス・フィルタに通される(ステップ11)。バンドパス・フィルタの例として、低域側カットオフ周波数は、0.7Hz、高域側カットオフ周波数は、10Hzなどであってよい。なお、ノイズ等の高周波数の除去は、平滑化処理によって実行されてもよい。しかる後、直流成分と高周波数成分とが除去された眼電位の計測値の時系列データの時間微分が実行されて(ステップ12)、図4(B)に例示されている如き、眼電位の微分値の時系列データが生成され、眼電位の微分値の時系列データは、データメモリへ格納されてよい。なお、電極間の電位差のAD変換から眼電位の微分値の時系列データの生成までの処理は、後に説明される瞬目検出処理とは独立に逐次的に実行されてよい。
次に、図3(B)を参照して、瞬目検出処理に於いては、概して述べれば、上記の閾値用係数が設定済みか否か(ステップ1)、閾値が設定済みか否か(ステップ3)が判定され、閾値用係数、閾値が、それぞれ、設定されていなければ、それぞれの設定処理(ステップ2、4)が順に実行され、閾値が設定された段階で、眼電位の微分値の時系列データに於いて、瞬目波形の検出(ステップ5)が実行される。以下、一連の処理の各々について、詳細に説明する。
図3(C)を参照して、閾値用係数の設定処理に於いては、まず、データメモリに格納された任意の時間幅の眼電位の微分値の時系列データが抽出され(ステップ20)、かかるデータの周波数解析演算、例えば、FFT演算が実行される(ステップ21)。抽出される眼電位の微分値の時系列データは、典型的には、瞬目検知の開始後から任意に設定された時間幅、例えば、15秒間のデータであってよいが、これに限定されない。周波数解析演算を行うと、図3(A)又は(B)に例示されている如き、眼電位の微分値の時系列データの周波数スペクトルが得られるので、かかる周波数スペクトルに於いて、その周波数特性を表す周波数特性値、より具体的には、瞬目波形成分のパワーに対する非瞬目波形成分のパワーの割合を表す値の算出が実行される(ステップ22)。
C=B/A …(3)
により与えられてよい。
G=周波数スペクトルのパワーの総和値F/瞬目波形成分のパワー値A
であってもよい。
C≧Dのとき、P1−瞬目の発生間隔の長い群
C<Dのとき、P2−瞬目の発生間隔の短い群
ここで、Dは、所定値であり、実験等を通じて、適宜設定されてよい。また、群P1、P2毎にU、L及びWが、例えば、下記のように設定されていてよい。
C≧D4のとき、Pa−瞬目の発生間隔の最も長い群
D4>C≧D3のとき、Pb
D3>C≧D2のとき、Pc
D2>C≧D1のとき、Pd
D1>C のとき、Pe−瞬目の発生間隔の最も短い群
ここで、D1〜D4は、それぞれ、所定値であり(D4>D3>D2>D1)、実験等を通じて、適宜設定されてよい。また、U、L及びWは、群Pa、Pb、Pc、Pd、Pe毎に例えば、下記のように設定されてよい。
U=kUC
L=kLC
W=kWC
kU、kL、kWは、それぞれ、正数であり、実験等を通じて、適宜設定されてよい。
図3(D)を参照して、上記の如く、周波数特性値に応じて、上閾値用係数U、下閾値用係数L及び閾値設定用時間幅Wがそれぞれ設定されると、これらを用いて、上閾値TU、下閾値TLが設定される。処理に於いては、まず、データメモリから、閾値設定用時間幅Wの眼電位の微分値の時系列データが抽出され(ステップ30)、その時系列データに於ける平均値Mと標準偏差SDとが算出される(ステップ31)。そして、上閾値用係数U、下閾値用係数Lを用いて、上閾値TU、下閾値TLがそれぞれ、
TU=M+SD×U …(4a)
TL=M−SD×L …(4b)
により算出される(ステップ32)。
再度、図3(B)を参照して、上閾値TU、下閾値TLが算出されると、それ以降、眼電位の微分値の時系列データに於いて、瞬目波形検出処理が実行される(ステップ5)。図1(C)を再度参照して、処理に於いては、具体的には、瞬目波形は、時系列データに於いて、下記の条件1〜4が成立したときに、その部位が瞬目波形であり、瞬目が発生したと判定される。
条件1:微分値が上閾値TUを上回った(ts)。
条件2:ts後に、微分値が上閾値TUを下回った(tb)。
条件3:tb後に、微分値が下閾値TLを下回った(tt)。
条件4:tb〜ttの時間間隔が、所定時間tp内であった。
なお、所定時間tpは、既に触れた如く、通常の瞬目波形にて得られる値であり、例えば、0.2秒などと設定される。また、更なる条件として、
条件5:tt後に、微分値が下閾値TLを上回った(te)。
が追加されてよい。かかる瞬目波形検出処理は、閾値の設定後に於いては、略リアルタイムに(眼電位の微分値の時系列データの算出と伴に)実行されてよいことは理解されるべきである。
図5(A)、(B)は、それぞれ、上記に説明された処理に従って、周波数特性値により、P2(瞬目の発生間隔の短い群)、P1(瞬目の発生間隔の長い群)に分類された被検者にて得られた眼電位の微分値の時系列データの例を示している。なお、かかる計測は、眼電位計測と同時に、ビデオカメラの撮像により、瞬目の有無を確認できる状態にて行った。図中、TU1、TU2は、それぞれ、P1群、P2群の閾値用係数を用いて算出した上閾値を示している。また、Xは、ビデオカメラの撮影画像に於いて、瞬目が確認された部位を示しており、mは、眼球運動による波形であると推定される部位を示している。同図を参照して理解される如く、図5(A)、(B)のいずれに於いても、各群に対応する閾値用係数を用いて算出した上閾値は、瞬目波形の振幅より小さく、瞬目の無かった部位の波形(非瞬目波形)mの振幅よりも大きい値となった。これに対して、P1群の時系列データ(図5(B))に於いて、P2群の閾値用係数を用いた上閾値TU2は、非瞬目波形よりも小さくなり、この場合、瞬目波形の誤検出が生じてしまうことを示している。また、P2群の時系列データ(図5(A))に於いて、P1群の閾値用係数を用いた上閾値TU1を用いた場合、上閾値に到達しない瞬目波形が発生することがあり、この場合、瞬目波形の検出漏れが生じてしまうことを示している。実際、上記の計測例に於いて、ビデオカメラの撮影画像に於いて4回の瞬目の発生が確認されたP1群(瞬目の発生間隔の長い群)の眼電位の微分値の時系列データ上に於いて、P1群の閾値用係数を用いて算出した閾値を用いた場合には、正しく4回の瞬目が検出されたのに対し(正解率100%)、P2群の閾値用係数を用いて算出した閾値を用いた場合には、16回の瞬目の発生が検出され、12回の誤検出がされた結果となった(誤検出率75%)。また、ビデオカメラの撮影画像に於いて15回の瞬目の発生が確認されたP2群(瞬目の発生間隔の短い群)の眼電位の微分値の時系列データ上に於いて、P2群の閾値用係数を用いて算出した閾値を用いた場合には、正しく15回の瞬目が検出されたのに対し(正解率100%)、P1群の閾値用係数を用いて算出した閾値を用いた場合には、4回の瞬目の発生しか検出されず、9回の検出漏れとなる結果となった(検出漏れ率60%)。これらの結果は、上記に説明された本発明の処理に従って設定された閾値を用いることによって、瞬目波形の誤検出及び検出漏れが低減されることを示している。
Claims (7)
- 瞬目検知装置であって、
被検者の眼電位を計測する眼電位計測手段と、
前記眼電位の微分値の時系列データを生成する眼電位微分値データ生成手段と、
前記眼電位の微分値の時系列データから前記眼電位の微分値の周波数特性を表す周波数特性値を決定する周波数特性値決定手段と、
前記眼電位の微分値の周波数特性値に基づいて閾値用係数を設定し、前記眼電位の微分値の時系列データに於ける前記微分値の標準偏差に前記閾値用係数を乗じて得られた数に基づいて前記眼電位の微分値の時系列データに於ける瞬目波形の検知のための上閾値及び下閾値を設定する閾値設定手段と、
前記時系列データに於いて、前記眼電位の微分値が前記上閾値を上回った後に前記上閾値から前記下閾値まで所定時間内に変化したとき又は前記下閾値を下回った後に前記下閾値から前記上閾値まで所定時間内に変化したときにその眼電位の微分値の変化を瞬目波形として検出する瞬目波形検出手段と
を含み、
前記周波数特性値が前記眼電位の微分値の時系列データに於ける瞬目波形成分のパワーに対する非瞬目波形成分のパワーの割合を表す値であり、前記閾値設定手段に於いて、前記割合が大きいときの前記閾値用係数の大きさが、前記割合が小さいときに比して、大きく設定される装置。 - 請求項1の装置であって、前記周波数特性値検出手段が前記眼電位の微分値の時系列データの周波数スペクトルを算出する手段を含み、前記周波数特性値が前記眼電位の微分値の前記周波数スペクトルに於ける瞬目波形成分のパワーと非瞬目波形成分のパワーとの割合を表す値である装置。
- 請求項2の装置であって、前記周波数特性値が前記瞬目波形成分のパワーに対する前記非瞬目波形成分のパワーの最大値の比であり、前記周波数特性値が大きいときの前記閾値用係数の大きさが、前記周波数特性値が小さいときに比して、大きく設定される装置。
- 請求項2の装置であって、前記周波数特性値が前記周波数スペクトルのパワーの総和であり、前記周波数特性値が大きいときの前記閾値用係数の大きさが、前記周波数特性値が小さいときに比して、大きく設定される装置。
- 請求項1乃至4のうちのいずれかの装置であって、前記周波数特性値に基づいて前記被検者が分類され、該被検者の分類のそれぞれに対して前記閾値用係数が設定される装置。
- 請求項1乃至5のうちのいずれかの装置であって、前記周波数特性値に基づいて前記眼電位の微分値の時系列データに於ける前記微分値の標準偏差を算出するための時系列データの区間幅が設定される装置。
- 請求項1乃至6のうちのいずれかの装置であって、前記検出された瞬目波形に於いて瞬目時間を検出する瞬目時間検出手段を含む装置。
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