(57)【要約】【課題】運転者の状態の判定精度を向上させることが可能な状態判定装置、状態判定システム及び状態判定プログラムを提供すること。【解決手段】本発明の一実施形態に係る状態判定装置１０は、運転者から取得した心電信号について周波数成分別の強度を算出する信号強度算出部１０２と、周波数成分別の強度の積算値又は積算値の平均値である積算平均値を算出する積算値算出部１０３と、積算値又は積算平均値と、これらに対応する積算値判定閾値との比較に基づいて、心電信号に含まれているノイズのレベルを判定する積算値判定部１０６とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者の状態を判定する状態判定装置（１０）であって、
前記運転者から取得した心電信号について周波数成分別の強度を算出する信号強度算出部（１０２）と、
前記周波数成分別の強度の積算値である周波数成分積算値又は前記周波数成分積算値の平均値である積算平均値を算出する積算値算出部（１０３）と、
前記周波数成分積算値又は前記積算平均値と、これらに対応する積算値判定閾値との比較に基づいて、前記心電信号に含まれているノイズのレベルを判定する積算値判定部（１０６）を備える、状態判定装置。
【請求項２】
前記周波数成分積算値又は前記積算平均値が前記積算値判定閾値以下である場合、前記運転者の前記心電信号を用いて、前記運転者の状態を判定する状態判定部（１０９）を備える、請求項１に記載の状態判定装置。
【請求項３】
前記状態判定部は、前記運転者が運転する車両の振動の大小を示す振動値が振動値判定閾値以下である場合に、前記運転者の状態を判定する、請求項２に記載の状態判定装置。
【請求項４】
前記状態判定部は、前記運転者の体動の大小を示す体動値が体動値判定閾値以下である場合に、前記運転者の状態を判定する、請求項２又は３に記載の状態判定装置。
【請求項５】
前記運転者の前記心電信号が示す心電波形に周期的なピーク値が存在するか否か判断する心電信号解析部（１０４）と、
前記心電波形に周期的なピーク値が存在する場合に、前記周波数成分積算値又は前記積算平均値を用いて、前記積算値判定閾値を算出する閾値算出部（１０５）と
をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の状態判定装置。
【請求項６】
前記信号強度算出部が用いる前記心電信号に基づいて心拍数を算出する心拍数算出部（１１１）と、
前記心拍数算出部が算出した前記心拍数の分散値を算出する分散値算出部（１１２）と、
前記分散値が分散値判定閾値以下であるか否か判定する分散値判定部（１１３）と、
前記分散値が前記分散値判定閾値以下である場合、前記周波数成分積算値又は前記積算平均値を用いて、前記積算値判定閾値を算出する閾値算出部（１０５）と
をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の状態判定装置。
【請求項７】
前記運転者が運転する車両の振動の大小を示す振動値が、振動値判定閾値以下であるか否か判定する振動値判定部（１０７）と、
前記振動値が前記振動値判定閾値以下である場合に、前記周波数成分積算値又は前記積算平均値を用いて、前記積算値判定閾値を算出する閾値算出部（１０５）と
をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の状態判定装置。
【請求項８】
前記運転者の体動の大小を示す体動値が、体動値判定閾値以下であるか否か判定する体動値判定部（１０８）と、
前記体動値が前記体動値判定閾値以下である場合に、前記周波数成分積算値又は前記積算平均値を用いて、前記積算値判定閾値を算出する閾値算出部（１０５）と
をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の状態判定装置。
【請求項９】
前記積算値算出部は、２つの解析対象期間を部分的に重複させて、前記周波数成分積算値又は前記積算平均値を算出する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の状態判定装置。
【請求項１０】
前記積算値算出部は、２つの解析対象期間を重複なく連続させて、前記周波数成分積算値又は前記積算平均値を算出する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の状態判定装置。
【請求項１１】
運転者の状態を判定する状態判定システム（１）であって、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の状態判定装置（１０）と、
前記運転者が運転する車両を操舵するためのステアリングホイール（１１）に設置された電極（１２）と
備える、状態判定システム。
【請求項１２】
運転者の状態を判定する状態判定装置（１０）が備える演算装置が実行する状態判定プログラムであって、
前記運転者から取得した心電信号について周波数成分別の強度を算出するステップ（Ｓ１０４）と、
前記周波数成分別の強度の積算値である周波数成分積算値又は前記周波数成分積算値の平均値である積算平均値を算出するステップ（Ｓ１０５）と、
前記周波数成分積算値又は前記積算平均値と、これらに対応する積算値判定閾値との比較に基づいて、前記心電信号に含まれているノイズのレベルを判定するステップ（Ｓ１０６）と、
を含む、状態判定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者の状態を判定する状態判定装置、状態判定システム及び状態判定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の運転者の心電信号を計測し、その心電信号を用いて、運転者の心臓の状態を判定する技術が開発されている。例えば、特許文献１は、運転者の心電信号を検出する電極シートがステアリングホイールに設置された心電センサを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１２１７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１が開示する心電センサでは、運転中にステアリングホイールの電極シートと運転者の手との接触状態が頻繁に変化してノイズが生じることがある。このようなノイズが含まれている心電信号を用いて運転者の状態を判定すると、運転者の状態を正確に判定できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を鑑みてされたものであり、運転者の状態の判定精度を向上させることが可能な状態判定装置、状態判定システム及び状態判定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る状態判定装置（１０）は、運転者から取得した心電信号について周波数成分別の強度を算出する信号強度算出部（１０２）と、周波数成分別の強度の積算値である周波数成分積算値又は周波数成分積算値の平均値である積算平均値を算出する積算値算出部（１０３）と、周波数成分積算値又は積算平均値と、これらに対応する積算値判定閾値との比較に基づいて、心電信号に含まれているノイズのレベルを判定する積算値判定部（１０６）を備える。
【０００７】
また、本発明の一実施形態に係る状態判定システム（１）は、状態判定装置（１０）と、運転者が運転する車両を操舵するためのステアリングホイール（１１）に設置された電極（１２）とを含む。
【０００８】
さらに、本発明の一実施形態に係る状態判定プログラムは、運転者から取得した心電信号について周波数成分別の強度を算出するステップ（Ｓ１０４）と、周波数成分別の強度の積算値である周波数成分積算値又は当該周波数成分積算値の平均値である積算平均値を算出するステップ（Ｓ１０５）と、周波数成分積算値又は積算平均値と、これらに対応する積算値判定閾値との比較に基づいて、心電信号に含まれているノイズのレベルを判断するステップ（Ｓ１０６）とを含む。
【０００９】
これにより、本発明では、運転者から取得した心電信号の周波数成分積算値又は積算平均値と積算値判定閾値とを比較して、心電信号に含まれているノイズのレベルを判断する。このため、心電信号に含まれているノイズが少ない場合に、当該心電信号を用いて運転者の状態を判定することができる。また、ノイズが多い心電信号を用いて運転者の状態を判定した場合でも、ノイズが多いことを考慮した判定を行うことができる。その結果、本発明は、運転者の状態の判定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る状態判定システムを示す概略図である。
【図２】第１の実施形態の状態判定装置が有する機能を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態の状態判定システムで実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】第１の実施形態の状態判定装置が実行する閾値算出処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】ノイズレベルが小さいときの正常時の心電図と、この心電図に示す心電信号の周波数成分別の強度を示す図である。
【図６】ノイズレベルが小さいときの心異常時の心電図と、この心電図に示す心電信号の周波数成分別の強度を示す図である。
【図７】ノイズレベルが大きいときの心電図と、この心電図に示す心電信号の周波数成分別の強度を示す図である。
【図８】Ｒ波が出現している心電信号の周波数成分別の強度を示す図である。
【図９】第２の実施形態の状態判定装置が有する機能を示すブロック図である。
【図１０】第２の実施形態の状態判定装置が実行する閾値算出処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】運転者の時間毎の心拍数の一例を示す図である。
【図１２】第３の実施形態の状態判定装置が実行する閾値算出処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図１に示すように、状態判定システム１は、状態判定装置１０と、ステアリングホイール１１と、一対の電極１２と、振動検出装置（図示せず）と、体動検出装置（図示せず）とを含む。
【００１２】
状態判定装置１０は、運転者の状態を判定する装置である。状態判定装置１０は、マイクロコントローラと、種々の電子回路と、入出力インタフェースとを備える。マイクロコントローラは、状態判定装置１０の動作を制御する装置であり、演算装置と、揮発性記憶装置と、不揮発性記憶装置とを備える。
【００１３】
演算装置は、種々のプログラムを実行可能なＣＰＵ等の演算装置である。演算装置は、不揮発性記憶装置に保存された状態判定プログラムを実行することにより、図２に示す機能を提供することができる。入出力インタフェースは、電極１２、振動検出装置及び体動検出装置との間で、種々のデータの送受信を行うインタフェースである。
【００１４】
ステアリングホイール１１は、車両を操舵するための装置である。ステアリングホイール１１には、車両の運転時に運転者の手が接触する位置に電極１２が設置される。
【００１５】
電極１２は、運転者の心筋細胞が発生させる活動電位を示す心電信号を検出する装置である。電極１２は、運転者から取得した心電信号を、通信線を介して、状態判定装置１０に提供する。電極１２が提供した心電信号は、当該心電信号の受信時刻を示す情報と共に、状態判定装置１０のマイクロコントローラが備える揮発性記憶装置又は不揮発性記憶装置にバッファリングされる。なお、本実施形態では、一対の電極１２を採用するが、他の実施形態では、３以上の電極１２を採用してもよい。
【００１６】
振動検出装置は、車両の振動を検出する装置である。振動検出装置の具体例として、車両の加速度を検出可能な加速度センサ等が挙げられる。振動検出装置は、車両の振動の程度を示す振動値を、状態判定装置１０に一定の間隔で提供する。振動検出装置が提供した振動値は、当該振動値の受信時刻を示す情報と共に、状態判定装置１０のマイクロコントローラが備える揮発性記憶装置又は不揮発性記憶装置にバッファリングされる。
【００１７】
体動検出装置は、運転者の体動を検出する装置である。体動検出装置の具体例として、運転者の体動を検出可能なドライバステータスモニタ（ＤＳＭ）やウェアラブルセンサ等が挙げられる。体動検出装置は、運転者の体動の程度を示す体動値を、状態判定装置１０に一定の間隔で提供する。体動検出装置が提供した体動値は、当該体動値の受信時刻を示す情報と共に、状態判定装置１０のマイクロコントローラが備える揮発性記憶装置又は不揮発性記憶装置にバッファリングされる。
【００１８】
次に、図２を参照して、状態判定装置１０が有する機能について説明する。状態判定装置１０は、フィルタ処理部１０１と、信号強度算出部１０２と、積算値算出部１０３と、心電信号解析部１０４と、閾値算出部１０５と、積算値判定部１０６と、振動値判定部１０７と、体動値判定部１０８と、状態判定部１０９と、異常時処理部１１０とを有する。フィルタ処理部１０１は、状態判定装置１０が備える電子回路又は状態判定装置１０の演算処理によって実現することができる。フィルタ処理部１０１以外の機能部は、状態判定装置１０の演算装置が実行可能なプログラムによって実現することができる。
【００１９】
フィルタ処理部１０１は、電極１２が提供した心電信号にフィルタ処理を施す機能部である。フィルタ処理部１０１は、電極１２が提供した心電信号から、心筋細胞が発生させることのない周波数成分を除去することができる。
【００２０】
信号強度算出部１０２は、心電信号について周波数成分の強度を算出する機能部である。信号強度算出部１０２は、心電信号がバッファリングされた記憶装置から解析対象期間の心電信号を取得し、解析対象期間の心電信号に高速フーリエ変換を施す。これにより、信号強度算出部１０２は、図５〜図７に示すように、心電信号の周波数成分の強度を算出することができる。図５〜図７には、ノイズレベルが小さいときの正常時の心電図及び心異常時（心室性期外収縮）の心電図と、ノイズレベルが大きいときの心電図と、これらの心電図に含まれる心電信号の解析対象期間内の周波数成分の強度が示されている。
【００２１】
本実施形態では、心電信号の周波数成分の強度を算出する際に、任意の時間を解析対象期間として使用することができるが、解析対象期間は、１拍分の心電波形を含み得る時間とするのが好ましい。例えば、運転者の心拍数の範囲を１２０〜２０ｂｐｍと想定した場合、１拍分の心電波形を含む時間は０．５〜３秒になるため、解析対象期間を３秒とすることができる。
【００２２】
周波数解析を行う計測点である解析ポイントの数は、演算装置の演算効率を高めるため、２ｎ（例えば、６４や１２８、２５６等）であることが好ましい。また、解析ポイントの数は、解析対象期間の長短に応じて決定することが好ましい。例えば、計測周波数が１００Ｈｚの場合、解析対象期間が２．５６秒では、解析ポイントの数を２５６とし、解析対象期間が０．６４秒では、解析ポイントの数を６４とすることができる。これにより、心電信号の解析精度を一定に保つことができる。
【００２３】
本実施形態では、信号強度算出部１０２は、心電信号に高速フーリエ変換を施すことより、心電信号の周波数成分の強度を算出するが、他の実施形態では、心電信号の周波数成分の強度を算出可能な他の手法（例えば、離散フーリエ変換等）を用いてもよい。
【００２４】
積算値算出部１０３は、周波数成分の強度の積算値（以下、「周波数成分積算値」とする。）又は周波数成分積算値の平均値（以下、「積算平均値」とする。）を算出する機能部である。積算値算出部１０３は、心電信号に含まれる周波数成分の強度を積算することにより、周波数成分積算値を算出できる。また、積算値算出部１０３は、周波数成分積算値を解析ポイントの数で除算することにより、積算平均値を算出することができる。
【００２５】
例えば、図５に示す例の場合、正常時の心電信号の周波数成分積算値は、「２６０４．４」である。この例では、解析ポイントの数が１２８であるため、ノイズレベルが小さいときの正常時の心電信号の積算平均値は、「２０．３」となる。同様に、図６に示す例の場合、ノイズレベルが小さいときの心異常時の心電信号の周波数成分積算値は、「５８８２．５」であるため、積算平均値は「４６．０」となる。また、図７に示す例の場合、ノイズレベルが大きいときの心電信号の周波数成分積算値は、「４０２６７．４」であるため、積算平均値は「３１４．６」となる。
【００２６】
心電信号解析部１０４は、運転者の心電信号を解析し、当該心電信号が示す心電波形にＲ波の周期的なピーク値が存在するか否か判断する機能部である。具体的には、心電信号解析部１０４は、図８に示すように、信号強度算出部１０２が算出した心電信号の周波数成分の強度を解析し、所定の周波数帯域に所定の閾値を超えるピーク値が存在するか否か判断する。例えば、運転者の心拍数の範囲を２０〜１２０ｂｐｍと想定した場合、基本周波数が約０．３３〜２Ｈｚとなり、その７倍高調波までを考慮すると、所定の周波数帯域は約０．３３〜１４Ｈｚになる。所定の閾値は、心電信号に周期的なＲ波が含まれている場合に算出されるＲ波の周波数の信号強度及び当該Ｒ波の高調波の信号強度と、心電信号の周波数全体の信号強度の平均値との差を考慮して決定することができる。
【００２７】
図８に示す例は、心拍数が６０ｂｐｍの正常な被験者の心電信号の周波数成分の強度を示している。心拍数が６０ｂｐｍの場合、Ｒ波の周波数は１Ｈｚであり、その高調波の周波数は、２Ｈｚ、３Ｈｚ、４Ｈｚ、５Ｈｚ、６Ｈｚ、７Ｈｚ等である。心電信号に周期的なＲ波が含まれている場合、これらの周波数の信号強度が高くなる。一方、心電信号に周期的なＲ波が含まれていない場合、これらの周波数の信号強度が低くなる。このため、心電信号解析部１０４は、所定の周波数帯域に所定の閾値を超えるピーク値が存在するか否か判断することにより、心電信号に周期的なＲ波が含まれているか否か判断することができる。
【００２８】
心電信号解析部１０４は、心電信号の周波数成分の強度を解析した結果、所定の周波数帯域に所定の閾値を超えるピーク値が存在する場合、周期的なＲ波のピーク値が存在すると判断することができる。一方、所定の閾値を超えるピーク値が存在しない場合、心電信号解析部１０４は、周期的なＲ波のピーク値が存在しないと判断することができる。
【００２９】
閾値算出部１０５は、周波数成分積算値又は積算平均値の判定に使用する積算値判定閾値を算出する機能である。閾値算出部１０５は、周波数成分積算値の判定に使用する積算値判定閾値と、積算平均値の判定に使用する積算値判定閾値の２種類の閾値を算出することができる。
【００３０】
周波数成分積算値の判定に使用する積算値判定閾値は、ノイズが少ないときの正常時又は心異常時の周波数成分積算値よりも大きく、かつ、ノイズ発生時の周波数成分積算値よりも小さい値とする。例えば、閾値算出部１０５は、正常時の心電信号の周波数成分積算値の整数倍（３倍等）の値を積算値判定閾値とすることができる。
【００３１】
一方、積算平均値の判定に使用する積算値判定閾値は、ノイズが少ないときの正常時又は心異常時の積算平均値よりも大きく、かつ、ノイズ発生時の積算平均値よりも小さい値とする。例えば、閾値算出部１０５は、正常時の心電信号の積算平均値の整数倍（３倍等）の値を積算値判定閾値とすることができる。
【００３２】
積算値判定部１０６は、周波数成分積算値又は積算平均値を判定する機能部である。積算値判定部１０６は、周波数成分積算値又は積算平均値が、これらに対応する積算値判定閾値以下であるか否か判定する。すなわち、積算値判定部１０６は、心電信号に含まれるノイズレベルの大小を判定する。
【００３３】
振動値判定部１０７は、振動検出装置が提供した振動値を判定する機能部である。具体的には、振動値判定部１０７は、振動値がバッファリングされた記憶装置から振動値を取得し、振動値が振動値判定閾値以下であるか否か判定する。振動値判定閾値は、車両の振動によるノイズが実際に心電信号に含まれているときの振動値を基準に決定することができる。すなわち、振動値判定部１０７は、振動値が振動値判定閾値以下であるか否か判定することにより、車両の振動に起因するノイズが心電信号に含まれている恐れがあるか否か判定することができる。
【００３４】
体動値判定部１０８は、体動検出装置が提供した体動値を判定する機能部である。具体的には、体動値判定部１０８は、体動値がバッファリングされた記憶装置から体動値を取得し、体動値が体動値判定閾値以下であるか否か判定する。体動値判定閾値は、運転者の体動に起因するノイズが実際に心電信号に含まれているときの体動値を基準に決定することができる。すなわち、体動値判定部１０８は、体動値が体動値判定閾値以下であるか否か判定することにより、運転者の体動に起因するノイズが心電信号に含まれている恐れがあるか否か判定することができる。
【００３５】
状態判定部１０９は、運転者の心電信号を用いて運転者の状態を判定する機能部である。状態判定部１０９は、例えば、不整脈や心停止が起きているか否か判定することができる。
【００３６】
期外収縮（心室性期外収縮や心房性期外収縮）による不整脈の場合、状態判定部１０９は、心電信号に含まれる連続する２つのＲ波の間隔を用いて、当該不整脈が起きているか否か判定することができる。より詳細には、状態判定部１０９は、解析対象期間内の連続する２つのＲ波の間隔を順次算出し、これらのＲ波の間隔の平均値又は中央値を算出する。そして、状態判定部１０９は、各Ｒ波の間隔について当該平均値又は中央値との差分を算出する。この差分が所定の閾値以上である場合、すなわち、Ｒ波の間隔の平均値又は中央値よりも極端に短いＲ波の間隔が存在する場合、または、Ｒ波の間隔の平均値又は中央値よりも極端に長いＲ波の間隔が存在する場合、状態判定部１０９は、当該不整脈が起きていると判定することができる。所定の閾値は、正常時のＲ波の間隔と、不整脈が起きているときに計測されるＲ波の間隔との差分を考慮して決定することができる。
【００３７】
頻脈性不整脈の場合、状態判定部１０９は、心電信号に含まれるＲ波の数が所定の閾値以上であるか否か判定することにより、頻脈性不整脈が起きているか否か判定することができる。所定の閾値は、実際に頻脈が起きているときに計測されるＲ波の数を考慮して決定することができる。Ｒ波の数が所定の閾値以上である場合、状態判定部１０９は、頻脈性不整脈が起きていると判定することができる。
【００３８】
除脈性不整脈の場合、状態判定部１０９は、心電信号に含まれるＲ波の数が所定の閾値以下であるか否か判定することにより、除脈性不整脈が起きているか否か判定することができる。所定の閾値は、実際に除脈が起きているときに計測されるＲ波の数を考慮して決定することができる。Ｒ波の数が所定の閾値以下である場合、状態判定部１０９は、除脈性不整脈が起きていると判定することができる。
【００３９】
異常時処理部１１０は、運転者の心臓に異常が発生している場合に、特定の異常時処理を実行する機能部である。例えば、異常時処理部１１０は、車両に設置されたスピーカーを用いて、運転者の異常を知らせる警告音を鳴らすことができる。また、異常時処理部１１０は、車両に設置された画像表示装置を用いて、運転者の異常を知らせる画像を表示することができる。
【００４０】
さらに、異常時処理部１１０は、運転者に異常が発生している旨の通知を遠隔のサーバに送信することができる。さらに、異常時処理部１１０は、車両のブレーキを制御するＥＣＵに対して車両の停止命令を送信し、車両を停止させることができる。さらに、異常時処理部１１０は、ハザードランプを制御するＥＣＵに対してハザードランプの点滅命令を送信し、ハザードランプを点滅させることができる。
【００４１】
次に、図３を参照して、状態判定システム１で実行される処理について説明する。ステップＳ１０１では、状態判定装置１０のフィルタ処理部１０１が、電極１２に流れる運転者の心電信号を取得し、当該心電信号を状態判定装置１０に提供する。ステップＳ１０２では、状態判定装置１０のフィルタ処理部１０１が、電極１２の提供した心電信号にフィルタ処理を施す。ステップＳ１０３では、閾値算出処理が実行され、積算値判定閾値が算出される。閾値算出処理については、図４を参照して後述する。
【００４２】
ステップＳ１０４では、信号強度算出部１０２が、記憶装置から解析対象期間の心電信号を取得し、当該心電信号に高速フーリエ変換を施して、心電信号の周波数成分の強度を算出する。ステップＳ１０５では、積算値算出部１０３が、心電信号の周波数成分の強度を用いて、周波数成分積算値又は積算平均値を算出する。なお、ステップＳ１０４は、計測開始時等、ノイズ判定に用いる閾値が算出されていない場合のみ実行し、閾値が算出されている場合は実行しない。
【００４３】
ステップＳ１０６では、積算値判定部１０６が、周波数成分積算値又は積算平均値がこれらに対応する積算値判定閾値以下であるか否か判定する。周波数成分積算値又は積算平均値が積算値判定閾値を超える場合（ＮＯ）、すなわち、心電信号のノイズのレベルが大きい場合、ステップＳ１０１に処理が戻る。一方、周波数成分積算値又は積算平均値が積算値判定閾値以下である場合（ＹＥＳ）、すなわち、心電信号のノイズのレベルが小さい場合、ステップＳ１０７に処理が分岐する。
【００４４】
ステップＳ１０７では、振動値判定部１０７が、記憶装置から振動値を取得し、振動値が振動値判定閾値以下であるか否か判定する。ここで、振動値判定部１０７が取得する振動値は、ステップＳ１０４で信号強度算出部１０２が取得した心電信号の解析対象期間に含まれる時刻情報を有する振動値である。
【００４５】
振動値が振動値判定閾値を超える場合（ＮＯ）、すなわち、車両の振動に起因するノイズが心電信号に含まれている可能性が高い場合、ステップＳ１０１に処理が戻る。一方、振動値が振動値判定閾値以下である場合（ＹＥＳ）、すなわち、当該ノイズが心電信号に含まれている可能性が低い場合、ステップＳ１０８に処理が分岐する。
【００４６】
ステップＳ１０８では、体動値判定部１０８が、記憶装置から体動値を取得し、体動値が体動判定閾値以下であるか否か判定する。ここで、体動値判定部１０８が取得する体動値は、ステップＳ１０４で信号強度算出部１０２が取得した心電信号の解析対象期間に含まれる時刻情報を有する体動値である。
【００４７】
体動値が体動判定閾値を超える場合（ＮＯ）、すなわち、運転者の体動に起因するノイズが心電信号に含まれている可能性が高い場合、ステップＳ１０１に処理が戻る。一方、体動値が体動値判定閾値以下である場合（ＹＥＳ）、すなわち、当該ノイズが心電信号に含まれている可能性が低い場合、ステップＳ１０９に処理が分岐する。
【００４８】
ステップＳ１０９では、状態判定部１０９が、記憶装置から解析対象期間の心電信号を取得し、当該心電信号を用いて運転者の状態を判定する。ここで、状態判定部１０９が取得する心電信号は、ステップＳ１０４で信号強度算出部１０２が取得した心電信号と同じである。すなわち、状態判定部１０９は、ノイズが含まれている可能性が低い心電信号を用いて運転者の状態を判定する。
【００４９】
ステップＳ１１０では、運転者の状態の判定結果に応じて、処理がステップＳ１０１又はステップＳ１１１に分岐する。具体的には、運転者の状態が正常であると判定された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１０１に処理が戻る。一方、運転者の状態が異常であると判定された場合（ＮＯ）、ステップＳ１１１に処理が分岐する。ステップＳ１１１では、異常時処理部１１０が、異常時処理を実行し、ステップＳ１０１に処理が戻る。
【００５０】
図３に示す処理では、ステップＳ１０４において信号強度算出部１０２が解析対象期間（以下、「先行の解析対象期間」とする。）について心電信号の周波数成分の強度を算出した後、ステップＳ１０５において積算値算出部１０３が、当該先行の解析対象期間について周波数成分積算値を算出する。そして、ステップＳ１０６以降の処理が実行されて、処理がステップＳ１０１に戻り、後続の解析対象期間について、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５が処理される。すなわち、信号強度算出部１０２が、後続の解析対象期間の心電信号を取得して、心電信号の周波数成分の強度を算出する。次いで、積算値算出部１０３が、当該後続の解析対象期間について周波数成分積算値を算出する。
【００５１】
このとき、信号強度算出部１０２は、先行の解析対象期間と部分的に重複する後続の解析対象期間の心電信号を取得して、心電信号の周波数成分の強度を算出することができる。そして、積算値算出部１０３は、当該後続の解析対象期間について周波数成分積算値を算出することができる。
【００５２】
代替的に、信号強度算出部１０２は、先行の解析対象期間に連続する後続の解析対象期間の心電信号を取得して、心電信号の周波数成分の強度を算出することができる。そして、積算値算出部１０３は、当該後続の解析対象期間について周波数成分積算値を算出することができる。
【００５３】
次に、図４を参照して、周波数成分積算値の判定に使用する積算値判定閾値を算出する閾値算出処理について説明する。
【００５４】
ステップＳ２０１では、信号強度算出部１０２が、記憶装置から解析対象期間の心電信号を取得し、当該心電信号に高速フーリエ変換を施して、心電信号の周波数成分の強度を算出する。
【００５５】
ステップＳ２０２では、心電信号解析部１０４が、心電信号の周波数成分の強度を解析し、所定の周波数帯域に所定の閾値を超えるピーク値が存在するか否か判断することにより、心電信号に周期的なＲ波のピーク値が存在するか否か判断する。心電信号に周期的なＲ波のピーク値が無い場合（ＮＯ）、ステップＳ２０１に処理が戻る。一方、心電信号に周期的なＲ波のピーク値が存在する場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２０３に処理が分岐する。
【００５６】
ステップＳ２０３では、積算値算出部１０３が、ステップＳ２０１で算出された周波数成分の強度を積算することにより、周波数成分積算値を算出する。ステップＳ２０４では、閾値算出部１０５が、周波数成分積算値を用いて積算値判定閾値を算出し、図４の閾値算出処理が終了する。
【００５７】
周波数成分積算値の判定に使用する積算値判定閾値を算出する場合、閾値算出処理で使用する解析対象期間は、図３に示すステップＳ１０４（心電信号の周波数成分の強度の算出処理）及びステップＳ１０５（周波数成分積算値又は積算平均値の算出処理）で使用する解析対象期間と同一であることが好ましい。
【００５８】
一方、積算平均値の判定に使用する積算値判定閾値を算出する場合、閾値算出処理で使用する解析対象期間は、図３に示すステップＳ１０４及びステップＳ１０５で使用する解析対象期間と同一である必要はない。この場合、閾値算出処理で使用する解析対象期間は、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５で使用する解析対象期間よりも広い範囲とすることが好ましい。例えば、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５で使用する解析対象期間が３秒である場合、閾値算出処理で使用する解析対象期間は、３秒以上の時間（例えば、５秒等）とすることができる。
【００５９】
また、積算平均値の判定に使用する積算値判定閾値を算出する場合、図４のステップＳ２０１〜ステップＳ２０３を実行した後、積算値算出部１０３は、周波数成分積算値を解析ポイントの数で除算して積算平均値を算出する。そして、閾値算出部１０５が、当該積算平均値を用いて積算値判定閾値を算出する。
【００６０】
（第１の実施形態の効果）
第１の実施形態では、状態判定装置１０の信号強度算出部１０２が、運転者の心電信号に含まれる周波数成分の強度を算出する。次いで、積算値算出部１０３が、当該周波数成分の強度を用いて、周波数成分積算値又は積算平均値を算出する。
【００６１】
図５〜図７に示すように、ノイズレベルが大きいときの心電信号の周波数成分積算値（「４０２６７．４」）及び積算平均値（「３１４．６」）は、ノイズレベルが小さいときの正常時及び心異常時の周波数成分積算値（「２６０４．４」及び「５８８２．５」）及び積算平均値（「２０．３」及び「４６．０」）と比較して有意に大きい。
【００６２】
このため、積算値判定部１０６は、周波数成分積算値又は積算平均値が、これらに積算値判定閾値以下であるか否か判定することにより、心電信号に含まれているノイズのレベルを判断することができる。そして、状態判定部１０９は、周波数成分積算値又は積算平均値が積算値判定閾値以下である場合、すなわち、心電信号に含まれているノイズのレベルが小さい場合に、当該心電信号を用いて運転者の状態を判定する。これにより、運転者の状態の判定精度を向上させることができる。
【００６３】
また、第１の実施形態では、閾値算出処理において積算値判定閾値を算出する場合、心電信号解析部１０４が、運転者の心電信号が示す心電波形に周期的なピーク値が存在するか否か、すなわち、心電信号に含まれているノイズのレベルを判断する。そして、心電波形に周期的なピーク値が存在する場合、閾値算出部１０５が、当該心電信号の周波数成分積算値又は積算平均値を用いて積算値判定閾値を算出する。
【００６４】
このため、閾値算出部１０５は、ノイズのレベルが小さい心電信号の周波数成分積算値又は積算平均値を用いて積算値判定閾値を算出することができる。これにより、積算値判定閾値の信頼性を高めることができ、運転者の状態の判定精度を向上させることができる。
【００６５】
さらに、第１の実施形態では、積算値算出部１０３は、２つ解析対象期間を部分的に重複させて、周波数成分積算値又は積算平均値を算出することができる。このため、積算値判定部１０６が、例えば、先行の判定で解析対象期間のノイズレベルが大きいと判定した場合において、後続の判定で解析対象期間のノイズレベルが小さいと判定したとき、先行の解析対象期間のうち後続の解析対象期間と重複しない期間のノイズレベルが大きいと判定できる。これにより、ノイズレベルが大きい期間を、より詳細に特定することができる。その結果、心電波形のＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波のうち、いずれの波がノイズで埋もれているか否か判定することができる。
【００６６】
さらに、第１の実施形態では、積算値算出部１０３は、２つの解析対象期間を重複なく連続させて、周波数成分積算値又は積算平均値を算出することができる。このため、解析対象期間を重複させる場合と比較して、心電信号の解析効率を高めることができ、運転者の状態の判定効率を向上させることができる。
【００６７】
さらに、第１の実施形態では、状態判定部１０９は、車両の振動の大小を示す振動値が振動値判定閾値以下である場合、すなわち、車両の振動に起因するノイズが心電信号に含まれている可能性が低い場合に、当該心電信号を用いて運転者の状態を判定する。これにより、運転者の状態の判定精度を向上させることができる。
【００６８】
さらに、第１の実施形態では、状態判定部１０９は、運転者の体動の大小を示す体動値が体動値判定閾値以下である場合、すなわち、運転者の体動に起因するノイズが心電信号に含まれている可能性が低い場合に、当該心電信号を用いて運転者の状態を判定する。これにより、運転者の状態の判定精度を向上させることができる。
【００６９】
さらに、第１の実施形態では、閾値算出部１０５は、積算平均値の判定に使用する積算値判定閾値を算出する場合、図３のステップＳ１０４及びステップＳ１０５で使用する解析対象期間よりも広い範囲の心電信号を用いて、当該積算値判定閾値を算出する。これにより、積算平均値の判定に使用する積算値判定閾値の信頼性を高めることができ、運転者の状態の判定精度を向上させることができる。
【００７０】
さらに、第１の実施形態では、積算平均値を用いて心電信号のノイズのレベルを判断する場合、閾値算出部１０５は、図３のステップＳ１０４及びステップＳ１０５で使用する解析対象期間と異なる解析対象期間について積算値判定閾値を算出することができる。このため、解析対象期間を決定する際の自由度を高めることができる。
【００７１】
さらに、第１の実施形態では、２ｎの数の解析ポイントを使用することができる。これにより、状態判定装置１０の演算装置の演算効率を高めることができる。
【００７２】
さらに、第１の実施形態では、解析対象期間の長短に応じた解析ポイントの数を採用することができる。これにより、様々な長さの解析対象期間を採用した場合でも、心電信号の解析精度を一定に保つことができる。
【００７３】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態では、状態判定装置１０は、運転者の心拍数の分散値を用いて、心電信号にノイズが含まれているか否か判定し、心電信号に含まれるノイズのレベルが小さい場合に、積算値判定閾値を算出する。状態判定装置１０は、図９に示すように、第１の実施形態の心電信号解析部１０４の代わりに、心拍数算出部１１１と、分散値算出部１１２と、分散値判定部１１３とを備える。これらの機能部は、状態判定装置１０の演算装置が実行可能なプログラムによって実現することができる。
【００７４】
心拍数算出部１１１は、解析対象期間の心電信号を解析して、心拍数（ｂｐｍ）を算出する機能部である。具体的には、心拍数算出部１１１は、例えば、連続する２つのＲ波の間隔（秒）を算出し、当該間隔の逆数に６０を乗算することにより、図１１に示すように、解析対象期間について心拍数（ｂｐｍ）を算出することができる。
【００７５】
分散値算出部１１２は、解析対象期間の心拍数の分散値を算出する機能部である。分散値算出部１１２は、心拍数算出部１１１が算出した心拍数の平均値を算出する。そして、分散値算出部１１２は、当該平均値と心拍数の最大値又は最小値との差分を算出し、値が大きい方の差分を分散値とすることができる。また、分散値算出部１１２は、心拍数の平均値の代わりに、心拍数算出部１１１が算出した心拍数の中央値を用いて、分散値を算出してもよい。
【００７６】
分散値判定部１１３は、心拍数の分散値を判定する機能部である。心電信号のノイズのレベルが小さい場合、Ｒ波の検出精度が高くなり正確な心拍数の算出できるため、心拍数の分散値は小さくなる。一方、心電信号のノイズのレベルが大きい場合は、Ｒ波の検出精度が低く正確な心拍数の算出ができないため、心拍数の分散値が大きくなる。このため、分散値判定部１１３は、心拍数の分散値が所定の閾値以下であるか否か判定することにより、心電信号のノイズのレベルを判定することができる。所定の閾値は、心電信号のノイズのレベルが小さいときの心拍数の分散値よりも大きく、かつ、心電信号のノイズのレベルが大きいときの心拍数の分散値よりも小さい値とする。
【００７７】
次に、図１０を参照して、第２の実施形態に係る閾値算出処理について説明する。図１０に示す閾値算出処理は、周波数成分積算値の判定に使用する積算値判定閾値を算出する処理である。
【００７８】
ステップＳ３０１では、心拍数算出部１１１が、解析対象期間について複数の心拍数を算出する。ステップＳ３０２では、分散値算出部１１２が、これらの心拍数の分散値を算出する。ステップＳ３０３では、分散値判定部１１３が、心拍数の分散値が閾値以下であるか否か判定する。心拍数の分散値が閾値を超える場合（ＮＯ）、すなわち、心電信号のノイズのレベルが大きい場合、ステップＳ３０１に処理が戻る。一方、心拍数の分散値が閾値以下である場合（ＹＥＳ）、すなわち、心電信号のノイズのレベルが小さい場合、ステップＳ３０４に処理が分岐する。
【００７９】
ステップＳ３０４では、信号強度算出部１０２が、記憶装置から解析対象期間の心電信号を取得し、当該心電信号に高速フーリエ変換を施して、心電信号の周波数成分の強度を算出する。ここで、信号強度算出部１０２が使用する心電信号の解析対象期間と、ステップＳ３０１で心拍数算出部１１１が使用する解析対象期間は同じである。すなわち、信号強度算出部１０２は、ノイズのレベルが小さい心電信号を用いて周波数成分の強度を算出する。
【００８０】
ステップＳ３０５では、積算値算出部１０３が、周波数成分の強度を積算することにより、周波数成分積算値を算出する。ステップＳ３０６では、閾値算出部１０５が、周波数成分積算値を用いて積算値判定閾値を算出し、図１０の閾値算出処理が終了する。
【００８１】
一方、積算平均値の判定に使用する積算値判定閾値を算出する場合、図１０のステップＳ３０１〜ステップＳ３０５を実行した後、積算値算出部１０３が、周波数成分積算値を解析ポイントの数で除算して積算平均値を算出する。そして、閾値算出部１０５が、当該積算平均値を用いて積算値判定閾値を算出する。
【００８２】
（第２の実施形態の効果）
第２の実施形態では、閾値算出処理において積算値判定閾値を算出する場合、心拍数算出部１１１が、運転者の心電信号を用いて、解析対象期間について複数の心拍数を算出する。次いで、分散値算出部１１２が、これらの心拍数の分散値を算出する。次いで、分散値判定部１１３が、当該分散値が分散値判定閾値以下であるか否か、すなわち、心電信号のノイズのレベルを判定する。そして、当該分散値が分散値判定閾値以下である場合、閾値算出部１０５が、当該心電信号の周波数成分積算値又は積算平均値を用いて積算値判定閾値を算出する。
【００８３】
このため、閾値算出部１０５は、ノイズのレベルが小さい心電信号の周波数成分積算値又は積算平均値を用いて、積算値判定閾値を算出することができる。これにより、積算値判定閾値の信頼性を高めることができ、運転者の状態の判定精度を向上させることができる。
【００８４】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態では、状態判定装置１０は、車両の振動の程度を示す振動値又は運転者の体動の程度を示す体動値を用いて、これらに起因するノイズが心電信号に含まれている可能性について判定し、当該ノイズが心電信号に含まれている可能性が低い場合に、積算値判定閾値を算出する。第３の実施形態では、状態判定装置１０は、第１の実施形態の心電信号解析部１０４を省略することができる。
【００８５】
次に、図１２を参照して、第３の実施形態に係る閾値算出処理の一例について説明する。図１２に示す閾値算出処理は、周波数成分積算値の判定に使用する積算値判定閾値を算出する処理である。図１２に示す閾値算出処理では、振動値を用いて、心電信号にノイズが含まれている可能性があるか否か判断する。
【００８６】
ステップＳ４０１では、振動値判定部１０７が、記憶装置から振動値を取得し、ステップＳ４０２で振動値が振動値判定閾値以下であるか否か判定する。振動値が振動値判定閾値を超える場合（ＮＯ）、すなわち、心電信号にノイズが含まれている可能性が高い場合、ステップＳ４０１に処理が戻る。一方、振動値が振動値判定閾値以下である場合（ＹＥＳ）、すなわち、心電信号にノイズが含まれている可能性が低い場合、ステップＳ４０３に処理が分岐する。
【００８７】
ステップＳ４０３では、信号強度算出部１０２が、記憶装置から解析対象期間の心電信号を取得し、当該心電信号に高速フーリエ変換を施して、心電信号の周波数成分の強度を算出する。ここで、信号強度算出部１０２が使用する心電信号の解析対象期間と、ステップＳ４０１で振動値判定部１０７が使用する解析対象期間は同じである。すなわち、信号強度算出部１０２は、ノイズが含まれている可能性の低い心電信号を用いて周波数成分の強度を算出する。
【００８８】
ステップＳ４０４では、積算値算出部１０３が、周波数成分の強度を積算することにより、周波数成分積算値を算出する。ステップＳ４０５では、閾値算出部１０５が、周波数成分積算値を用いて積算値判定閾値を算出し、図１２の閾値算出処理が終了する。
【００８９】
図１２に示す閾値算出処理では、振動値を用いて心電信号にノイズが含まれている可能性について判断するが、体動値を用いてノイズが含まれている可能性について判断することもできる。この場合、体動値判定部１０８が、記憶装置から体動値を取得し、当該体動値が体動値判定閾値以下であるか否か判定する。そして、体動値が体動値判定閾値以下である場合、すなわち、心電信号にノイズが含まれている可能性が低い場合、閾値算出部１０５が、周波数成分積算値を用いて積算値判定閾値を算出する。
【００９０】
また、積算平均値の判定に使用する積算値判定閾値を算出する場合、図１２のステップＳ４０１〜ステップＳ４０４を実行した後、積算値算出部１０３は、周波数成分積算値を解析ポイントの数で除算して積算平均値を算出する。そして、閾値算出部１０５が、当該積算平均値を用いて積算値判定閾値を算出する。
【００９１】
（第３の実施形態の効果）
第３の実施形態では、閾値算出処理において積算値判定閾値を算出する場合、振動値判定部１０７が、車両の振動の大小を示す振動値が振動値判定閾値以下であるか否か、すなわち、心電信号にノイズが含まれている可能性について判定する。そして、当該振動値が振動値判定閾値以下である場合、閾値算出部１０５が、当該心電信号の周波数成分積算値又は積算平均値を用いて積算値判定閾値を算出する。
【００９２】
このため、閾値算出部１０５は、ノイズが含まれている可能性が低い心電信号の周波数成分積算値又は積算平均値を用いて、積算値判定閾値を算出することができる。これにより、積算値判定閾値の信頼性を高めることができ、運転者の状態の判定精度を向上させることができる。
【００９３】
また、第３の実施形態では、閾値算出処理において積算値判定閾値を算出する場合、体動値判定部１０８が、運転者の体動の大小を示す体動値が体動値判定閾値以下であるか否か、すなわち、心電信号にノイズが含まれている可能性について判定する。そして、当該体動値が体動値判定閾値以下である場合、閾値算出部１０５が、当該心電信号の周波数成分積算値又は積算平均値を用いて積算値判定閾値を算出する。
【００９４】
このため、閾値算出部１０５は、ノイズが含まれている可能性が低い心電信号の周波数成分積算値又は積算平均値を用いて、積算値判定閾値を算出することができる。これにより、積算値判定閾値の信頼性を高めることができ、運転者の状態の判定精度を向上させることができる。
【００９５】
＜その他の実施形態＞
上述した実施形態では、心電信号のノイズレベルが低く、かつ、車両や体動に起因するノイズが心電信号に含まれている可能性が低い場合に、運転者の状態を判定するが、他の実施形態では、心電信号のノイズのレベルが大きい場合や車両や体動に起因するノイズが心電信号に含まれている可能性が高い場合でも、運転者の状態を判定することができる。この場合、心電信号のノイズのレベルが低く、かつ、車両や体動に起因するノイズが心電信号に含まれている可能性が低い場合の判定結果の信頼性を高くし、心電信号のノイズのレベルが大きい場合や車両や体動に起因するノイズが心電信号に含まれている可能性が高い場合の判定結果の信頼性を低くする。これにより、判定結果の信頼性に基づいて、判定結果を解析することができる。
【００９６】
また、状態判定装置１０は、ノイズレベルが小さい心電信号に基づく判定結果のみを出力し、ノイズレベルが大きい心電信号に基づく判定結果を出力しない構成としてもよい。
【００９７】
さらに、上述した実施形態では、フィルタ処理部１０１が心電信号をフィルタリングするが、他の実施形態では、積算値算出部１０３が、周波数成分のうち、例えば０．１Ｈｚ以下の周波数成分を除く周波数成分の強度を積算して、周波数成分積算値を算出することができる。これにより、心電信号の直流成分を除去することができる。また、積算値算出部１０３は、このようにして算出した周波数成分積算値を用いて、積算平均値を算出することができる。
【００９８】
さらに、上述した実施形態では、フィルタ処理部１０１以外の機能部は、状態判定装置１０の演算装置が実行可能なプログラムによって実現するが、他の実施形態では、これらの機能部を、状態判定装置１０が備える電子回路によって実現してもよい。
【００９９】
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、様々に変更して実施することができる。
【符号の説明】
【０１００】
１  状態判定システム、  １０  状態判定装置、  １０２  信号強度算出部、  １０３  積算値算出部、  １０４  心電信号解析部、  １０５  閾値算出部、  １０６  積算値判定部、  １０７  振動値判定部、  １０８  体動値判定部、  １０９  状態判定部、  １１１  心拍数算出部、  １１２  分散値算出部、  １１３  分散値判定部、  １１  ステアリングホイール、  １２  電極
【図１】
2020188910.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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