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JP7660416B2 - Electroencephalogram signal processing method, device, program, and vehicle seat - Google Patents
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Electroencephalogram signal processing method, device, program, and vehicle seat Download PDF

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Description

本開示は脳波信号処理方法、脳波信号処理装置、脳波信号処理プログラムおよび車両用シートに関する。 The present disclosure relates to an electroencephalogram signal processing method, an electroencephalogram signal processing device, an electroencephalogram signal processing program, and a vehicle seat.

特許文献1に記載の技術では、車両の走行中に運転者が発する脳波信号が、脳波計測器によって取得される。また、運転者が例えば首振り運動をすることに伴う生体アーチファクト(体動によるアーチファクト)の発生を、例えばカメラや異常に大きな脳波電圧の検出によって検出する。また、検出された生体アーチファクトに対応したフィルタが、例えばコントローラのメモリから選択される。そして、選択されたフィルタを用いて、脳波計測器で取得された脳波信号から生体アーチファクトの影響が除去された真性の脳波信号を取得する。 In the technology described in Patent Document 1, an electroencephalogram (EEG) signal emitted by the driver while the vehicle is traveling is acquired by an electroencephalogram (EEG) measuring device. In addition, the occurrence of biological artifacts (artifacts caused by body movement) caused by, for example, the driver's head shaking is detected, for example, by a camera or by detecting abnormally large EEG voltage. In addition, a filter corresponding to the detected biological artifact is selected, for example, from the memory of a controller. Then, using the selected filter, a true EEG signal is acquired from the EEG signal acquired by the EEG measuring device, with the influence of the biological artifacts removed.

特開2017-42261号公報JP 2017-42261 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術は、体動を検出するためのカメラなどが必要となるので、構成が複雑化するという欠点がある。また、特許文献1に記載の技術は、脳波信号に含まれる各種のアーチファクトのうち、予め想定した生体アーチファクト(対応するフィルタを予め作成してメモリに記憶したアーチファクト)しか低減できない、という欠点がある。 However, the technology described in Patent Document 1 has the disadvantage that it requires a camera or the like to detect body movements, making the configuration complicated. In addition, the technology described in Patent Document 1 has the disadvantage that, among the various artifacts contained in the EEG signal, it can only reduce predetermined biological artifacts (artifacts for which a corresponding filter has been created in advance and stored in memory).

例えば、特許文献1に記載の技術は、瞬きと欠伸と首振りが同時に発生したなどのように、予め想定しない体動が発生した場合、当該体動によるアーチファクトに対応するフィルタが記憶されていないために、前記体動によるアーチファクトを低減することができない。また例えば、特許文献1に記載の技術は、脳波信号に含まれる環境に起因するアーチファクトや通信時のアーチファクトについて考慮されておらず、環境に起因するアーチファクトや通信時のアーチファクトを低減することもできない。 For example, the technology described in Patent Document 1 is unable to reduce artifacts caused by body movements that are not anticipated, such as simultaneous blinking, yawning, and head shaking, because it does not store a filter that corresponds to the artifacts caused by the body movements. Also, for example, the technology described in Patent Document 1 does not take into account artifacts caused by the environment or artifacts that occur during communication that are included in the EEG signal, and is therefore unable to reduce artifacts caused by the environment or artifacts that occur during communication.

本開示は上記事実を考慮して成されたもので、構成の複雑化を招くことなく、脳波信号に含まれる各種のアーチファクトを低減できる脳波信号処理方法、脳波信号処理装置、脳波信号処理プログラムおよび車両用シートを得ることが目的である。 The present disclosure has been made in consideration of the above facts, and aims to provide an EEG signal processing method, an EEG signal processing device, an EEG signal processing program, and a vehicle seat that can reduce various artifacts contained in EEG signals without complicating the configuration.

第1の態様に係る脳波信号処理方法は、被験者の脳波信号を取得し、取得した脳波信号に対し振幅が閾値以上の異常値を低減する異常値低減処理を行い、前記異常値低減処理を経た脳波信号に対し平滑化フィルタを掛ける第1フィルタ処理を行い、前記第1フィルタ処理を経た脳波信号に対しDCオフセット成分を低減するDCオフセット低減処理を行い、前記DCオフセット低減処理を経た脳波信号に対しハイパスフィルタおよびローパスフィルタを掛ける第2フィルタ処理を行う。 The EEG signal processing method according to the first aspect acquires an EEG signal from a subject, performs an abnormal value reduction process on the acquired EEG signal to reduce abnormal values whose amplitude is equal to or greater than a threshold, performs a first filter process on the EEG signal that has undergone the abnormal value reduction process by applying a smoothing filter, performs a DC offset reduction process on the EEG signal that has undergone the first filter process by reducing a DC offset component, and performs a second filter process on the EEG signal that has undergone the DC offset reduction process by applying a high-pass filter and a low-pass filter.

第1の態様では、被験者の脳波信号に対して、異常値低減処理、第1フィルタ処理、DCオフセット低減処理および第2フィルタ処理を順に行う。これにより、本願発明者等が実施した実験の結果(後述)からも明らかなように、脳波信号に含まれる各種のアーチファクトを低減することができる。また、第1の態様は、被験者の体動を検出するためのカメラなどを必要としないので、構成の複雑化を招くこともない。 In the first aspect, the electroencephalogram signal of the subject is subjected to anomaly reduction processing, first filter processing, DC offset reduction processing, and second filter processing in that order. As a result, as is clear from the results of experiments conducted by the inventors of the present application (described later), it is possible to reduce various artifacts contained in the electroencephalogram signal. In addition, the first aspect does not require a camera or the like for detecting the subject's body movements, and therefore does not lead to a complicated configuration.

第2の態様は、第1の態様において、前記異常値低減処理として、振幅が閾値以上を示すデータの値を、その前後のデータの中間値に置き換える処理を行う。 In the second aspect, the abnormal value reduction process in the first aspect involves replacing data whose amplitude is equal to or greater than a threshold with the intermediate value of the data before and after it.

第2の態様によれば、振幅が閾値以上の異常値を低減する異常値低減処理を簡易な処理で実現することができる。 According to the second aspect, it is possible to realize an abnormal value reduction process that reduces abnormal values whose amplitude is equal to or exceeds a threshold value through simple processing.

第3の態様は、第1の態様または第2の態様において、前記第2フィルタ処理を経た脳波信号のパワースペクトルにおける有意な周波数帯域を判定し、判定した前記有意な周波数帯域から前記被験者の意識状態を判定する。 The third aspect is the first or second aspect, in which a significant frequency band in the power spectrum of the EEG signal that has been subjected to the second filter processing is determined, and the state of consciousness of the subject is determined from the determined significant frequency band.

本開示によれば、脳波信号に含まれる各種のアーチファクトを低減できるので、第3の態様によれば、各種のアーチファクトが低減された脳波信号から有意な周波数帯域を正確に判定することができ、被験者の意識状態を正確に判定することができる。 According to the present disclosure, various artifacts contained in an EEG signal can be reduced, and therefore, according to the third aspect, significant frequency bands can be accurately determined from an EEG signal in which various artifacts have been reduced, and the subject's state of consciousness can be accurately determined.

第4の態様は、第1の態様~第3の態様の何れかにおいて、非安静状態の被験者の脳波信号を取得する。 The fourth aspect is to obtain an EEG signal from a subject in a non-resting state in any of the first to third aspects.

第4の態様によれば、被験者が非安静状態であっても、各種のアーチファクトが低減された被験者の脳波信号を得ることができる。 According to the fourth aspect, it is possible to obtain an EEG signal from a subject with various artifacts reduced, even when the subject is not in a resting state.

第5の態様は、第1の態様~第4の態様の何れかにおいて、車両の運転を行っている被験者の脳波信号を取得する。 The fifth aspect is any one of the first to fourth aspects, in which an electroencephalogram signal is acquired from a subject who is driving a vehicle.

第5の態様によれば、被験者が車両の運転を行っている場合にも、各種のアーチファクトが低減された被験者の脳波信号を得ることができる。 According to the fifth aspect, it is possible to obtain an EEG signal from a subject with various artifacts reduced, even when the subject is driving a vehicle.

第6の態様は、第1の態様~第5の態様の何れかにおいて、前記異常値低減処理における前記閾値は、150μVまたはそれを超える値である。 In a sixth aspect, in any one of the first to fifth aspects, the threshold value in the abnormal value reduction process is 150 μV or a value greater than this.

被験者が非安静状態である場合、体動によるアーチファクトの大きさは150μVまたはそれを超える値である。第6の態様では、異常値低減処理における閾値を、150μVまたはそれを超える値とすることで、被験者が非安静状態である場合に、体動によるアーチファクトを適切に低減することができる。 When the subject is not at rest, the magnitude of the artifact caused by body movement is 150 μV or more. In the sixth aspect, by setting the threshold value in the abnormal value reduction process to 150 μV or more, it is possible to appropriately reduce artifacts caused by body movement when the subject is not at rest.

第7の態様は、第1の態様~第6の態様の何れかにおいて、前記被験者の脳波信号に含まれる前記被験者の体動によるアーチファクトに関連する第1情報を取得し、取得した第1情報に基づいて、少なくとも前記異常値低減処理の処理パラメータを設定する。 The seventh aspect is any one of the first to sixth aspects, in which first information related to artifacts caused by the subject's body movements contained in the subject's EEG signal is acquired, and at least processing parameters of the abnormal value reduction process are set based on the acquired first information.

被験者の脳波信号に含まれる被験者の体動によるアーチファクトの大きさは、被験者個人の体質(例えば汗の掻き易さなど)によって変化する。第7の態様では、被験者の体動によるアーチファクトに関連する第1情報(例えば被験者の体質情報など)を取得し、取得した第1情報に基づいて、少なくとも前記異常値低減処理の処理パラメータを設定するので、体動によるアーチファクトを適切に低減することができる。 The magnitude of artifacts caused by the subject's body movements contained in the subject's EEG signal varies depending on the subject's individual constitution (e.g., how easily they sweat). In the seventh aspect, first information related to artifacts caused by the subject's body movements (e.g., information about the subject's constitution) is acquired, and at least the processing parameters of the abnormal value reduction process are set based on the acquired first information, so that artifacts caused by body movements can be appropriately reduced.

第8の態様は、第1の態様~第7の態様の何れかにおいて、前記被験者の脳波信号に含まれる環境に起因するアーチファクトに関連する第2情報を取得し、取得した第2情報に基づいて前記第2フィルタ処理の処理パラメータを設定する。 The eighth aspect is any one of the first to seventh aspects, in which second information related to an artifact caused by the environment contained in the electroencephalogram signal of the subject is acquired, and processing parameters of the second filtering process are set based on the acquired second information.

被験者の脳波信号に含まれる環境に起因するアーチファクトは、周辺に存在する電磁波源の配置などの環境によって変化する。第8の態様では、環境に起因するアーチファクトに関連する第2情報(例えば周囲環境のID)を取得し、取得した第2情報に基づいて第2フィルタ処理の処理パラメータを設定するので、環境に起因するアーチファクトを適切に低減することができる。 Environmental artifacts contained in the subject's EEG signal vary depending on the environment, such as the location of electromagnetic wave sources in the vicinity. In the eighth aspect, second information (e.g., the ID of the surrounding environment) related to the environmental artifacts is acquired, and processing parameters for the second filter processing are set based on the acquired second information, so that environmental artifacts can be appropriately reduced.

第9の態様に係る脳波信号処理装置は、被験者の脳波信号を取得する取得部と、前記取得部によって取得された脳波信号に対し振幅が閾値以上の異常値を低減する異常値低減処理を行う異常値低減部と、前記異常値低減部による前記異常値低減処理を経た脳波信号に対し平滑化フィルタを掛ける第1フィルタ処理を行う第1フィルタ部と、前記第1フィルタ部による前記第1フィルタ処理を経た脳波信号に対しDCオフセット成分を低減するDCオフセット低減処理を行うDCオフセット低減部と、前記DCオフセット低減部による前記DCオフセット低減処理を経た脳波信号に対しハイパスフィルタおよびローパスフィルタを掛ける第2フィルタ処理を行う第2フィルタ部と、を含んでいる。 The electroencephalogram signal processing device according to the ninth aspect includes an acquisition unit that acquires an electroencephalogram signal of a subject, an abnormal value reduction unit that performs an abnormal value reduction process on the electroencephalogram signal acquired by the acquisition unit to reduce abnormal values whose amplitude is equal to or greater than a threshold, a first filter unit that performs a first filter process that applies a smoothing filter to the electroencephalogram signal that has undergone the abnormal value reduction process by the abnormal value reduction unit, a DC offset reduction unit that performs a DC offset reduction process that reduces a DC offset component on the electroencephalogram signal that has undergone the first filter process by the first filter unit, and a second filter unit that performs a second filter process that applies a high-pass filter and a low-pass filter to the electroencephalogram signal that has undergone the DC offset reduction process by the DC offset reduction unit.

第9の態様によれば、第1の態様と同様に、構成の複雑化を招くことなく、脳波信号に含まれる各種のアーチファクトを低減できる。 According to the ninth aspect, similar to the first aspect, various artifacts contained in the EEG signal can be reduced without complicating the configuration.

第10の態様に係る車両用シートは、車両の運転者が着座するシート本体と、前記シート本体に着座した車両の運転者の脳波を計測し、脳波信号を出力する脳波計測部と、被験者の脳波信号として前記脳波計測部から出力された脳波信号を取得する第9の態様に係る脳波信号処理装置と、を含んでいる。 The vehicle seat according to the tenth aspect includes a seat body on which a driver of the vehicle sits, an EEG measuring unit that measures the EEG of the driver of the vehicle seated in the seat body and outputs an EEG signal, and an EEG signal processing device according to the ninth aspect that acquires the EEG signal output from the EEG measuring unit as the EEG signal of the subject.

第10の態様によれば、第1の態様と同様に、構成の複雑化を招くことなく、各種のアーチファクトを低減した脳波信号を得ることができる。 According to the tenth aspect, as with the first aspect, it is possible to obtain an EEG signal with reduced various artifacts without complicating the configuration.

第11の態様に係る脳波信号処理プログラムは、コンピュータに、被験者の脳波信号を取得し、取得した脳波信号に対し振幅が閾値以上の異常値を低減する異常値低減処理を行い、前記異常値低減処理を経た脳波信号に対し平滑化フィルタを掛ける第1フィルタ処理を行い、前記第1フィルタ処理を経た脳波信号に対しDCオフセット成分を低減するDCオフセット低減処理を行い、前記DCオフセット低減処理を経た脳波信号に対しハイパスフィルタおよびローパスフィルタを掛ける第2フィルタ処理を行うことを含む処理を実行させる。 The EEG signal processing program according to the eleventh aspect causes a computer to execute processing including acquiring an EEG signal from a subject, performing an abnormal value reduction process on the acquired EEG signal to reduce abnormal values whose amplitude is equal to or greater than a threshold, performing a first filter process on the EEG signal that has undergone the abnormal value reduction process by applying a smoothing filter, performing a DC offset reduction process on the EEG signal that has undergone the first filter process by reducing a DC offset component, and performing a second filter process on the EEG signal that has undergone the DC offset reduction process by applying a high-pass filter and a low-pass filter.

第11の態様によれば、第1の態様と同様に、構成の複雑化を招くことなく、脳波信号に含まれる各種のアーチファクトを低減できる。 According to the eleventh aspect, similar to the first aspect, various artifacts contained in the EEG signal can be reduced without complicating the configuration.

本開示は、構成の複雑化を招くことなく、脳波信号に含まれる各種のアーチファクトを低減できる、という効果を有する。 The present disclosure has the effect of reducing various artifacts contained in EEG signals without complicating the configuration.

実施形態に係る車両用シートの側面図である。1 is a side view of a vehicle seat according to an embodiment; 第1実施形態に係る脳波信号処理ECUの概略構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a schematic configuration of an electroencephalogram signal processing ECU according to the first embodiment; FIG. 第1実施形態に係る脳波信号処理ECUの機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of the electroencephalogram signal processing ECU according to the first embodiment. 第1実施形態に係る脳波信号処理を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing electroencephalogram signal processing according to the first embodiment. 第2実施形態に係る脳波信号処理ECUの概略構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of an electroencephalogram signal processing ECU according to a second embodiment. 処理パラメータDBの一例を示す図表である。11 is a table showing an example of a processing parameter DB. 閾値DBの一例を示す図表である。11 is a table illustrating an example of a threshold DB. 第2実施形態に係る脳波信号処理ECUの機能ブロック図である。FIG. 11 is a functional block diagram of an electroencephalogram signal processing ECU according to a second embodiment. 第2実施形態に係る脳波信号処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing electroencephalogram signal processing according to the second embodiment. 本願発明者等が実施した実験において、真性脳波信号を模擬する信号として用いた15Hzのsin波を示す線図である。FIG. 1 is a diagram showing a 15 Hz sine wave used as a signal simulating a true electroencephalogram signal in an experiment conducted by the inventors of the present application. 図10に示すsin波のパワースペクトルを示す線図である。FIG. 11 is a diagram showing the power spectrum of the sine wave shown in FIG. 10 . 本願発明者等が作成した疑似脳波信号を示す線図である。FIG. 2 is a diagram showing a pseudo-electroencephalogram signal created by the present inventors. 図12に示す疑似脳波信号のパワースペクトルを示す線図である。FIG. 13 is a diagram showing the power spectrum of the pseudo-electroencephalogram signal shown in FIG. 12 . 疑似脳波信号に対して異常値低減処理のみを行った場合の脳波信号のパワースペクトルを示す線図である。13 is a diagram showing the power spectrum of an electroencephalogram signal when only an outlier reduction process is performed on a pseudo-electroencephalogram signal. FIG. 疑似脳波信号に対して第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)のみを行った場合の脳波信号のパワースペクトルを示す線図である。13 is a diagram showing the power spectrum of the electroencephalogram signal when only the first filter processing (moving average filter) is performed on the pseudo-electroencephalogram signal. FIG. 疑似脳波信号に対してDCオフセット低減処理のみを行った場合の脳波信号のパワースペクトルを示す線図である。13 is a diagram showing the power spectrum of an electroencephalogram signal when only DC offset reduction processing is performed on a pseudo-electroencephalogram signal. FIG. 疑似脳波信号に対して第2フィルタ処理(ハイパスフィルタおよびローパスフィルタ)のみを行った場合の脳波信号のパワースペクトルを示す線図である。13 is a diagram showing the power spectrum of the electroencephalogram signal when only the second filter processing (high-pass filter and low-pass filter) is performed on the pseudo-electroencephalogram signal. FIG. 疑似脳波信号に対して異常値低減処理を行った場合の脳波信号を示す線図である。13 is a diagram showing an electroencephalogram signal when an abnormal value reduction process is performed on a pseudo-electroencephalogram signal. FIG. 図18に示す脳波信号のパワースペクトルを示す線図である。FIG. 19 is a diagram showing the power spectrum of the electroencephalogram signal shown in FIG. 18. 図18に示す脳波信号に対して第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)を行った場合の脳波信号を示す線図である。19 is a diagram showing an electroencephalogram signal obtained by performing a first filter process (moving average filter) on the electroencephalogram signal shown in FIG. 18 . 図20に示す脳波信号のパワースペクトルを示す線図である。FIG. 21 is a diagram showing the power spectrum of the electroencephalogram signal shown in FIG. 20. 図20に示す脳波信号に対してDCオフセット低減処理を行った場合の脳波信号を示す線図である。21 is a diagram showing an electroencephalogram signal when a DC offset reduction process is performed on the electroencephalogram signal shown in FIG. 20. FIG. 図22に示す脳波信号のパワースペクトルを示す線図である。FIG. 23 is a diagram showing the power spectrum of the electroencephalogram signal shown in FIG. 22. 図22に示す脳波信号に対して第2フィルタ処理(ハイパスフィルタおよびローパスフィルタ)を行った場合の脳波信号を示す線図である。23 is a diagram showing the electroencephalogram signal when second filter processing (high-pass filter and low-pass filter) is performed on the electroencephalogram signal shown in FIG. 22. 図24に示す脳波信号のパワースペクトルを示す線図である。FIG. 25 is a diagram showing the power spectrum of the electroencephalogram signal shown in FIG. 24. 疑似脳波信号に対し、(3)DCオフセット低減処理→(1)異常値低減処理→(2)第1フィルタ処理→(4)第2フィルタ処理の順に各処理を行った場合の脳波信号のパワースペクトルを示す線図である。This is a line graph showing the power spectrum of an EEG signal when the pseudo-EEG signal is subjected to the following processing in the order of (3) DC offset reduction processing → (1) outlier reduction processing → (2) first filter processing → (4) second filter processing. 疑似脳波信号に対し、(4)第2フィルタ処理→(1)異常値低減処理→(2)第1フィルタ処理→(3)DCオフセット低減処理の順に各処理を行った場合の脳波信号のパワースペクトルを示す線図である。This is a line graph showing the power spectrum of an EEG signal when the pseudo-EEG signal is subjected to the following processing in the order of (4) second filter processing → (1) outlier reduction processing → (2) first filter processing → (3) DC offset reduction processing. 疑似脳波信号に対し、(2)第1フィルタ処理→(1)異常値低減処理→(3)DCオフセット低減処理→(4)第2フィルタ処理の順に各処理を行った場合の脳波信号のパワースペクトルを示す線図である。This is a line graph showing the power spectrum of an EEG signal when the pseudo-EEG signal is subjected to the following processing in the order of (2) first filter processing → (1) outlier reduction processing → (3) DC offset reduction processing → (4) second filter processing. 疑似脳波信号に対し、(1)異常値低減処理→(2)第1フィルタ処理→(4)第2フィルタ処理→(3)DCオフセット低減処理の順に各処理を行った場合の脳波信号のパワースペクトルを示す線図である。This is a line graph showing the power spectrum of an EEG signal when the pseudo-EEG signal is subjected to the following processes in order: (1) outlier reduction processing → (2) first filter processing → (4) second filter processing → (3) DC offset reduction processing. 疑似脳波信号に対し、(2)第1フィルタ処理→(3)DCオフセット低減処理→(4)第2フィルタ処理→(1)異常値低減処理の順に各処理を行った場合の脳波信号のパワースペクトルを示す線図である。This is a line graph showing the power spectrum of an EEG signal when the pseudo-EEG signal is subjected to the following processing in the order of (2) first filter processing → (3) DC offset reduction processing → (4) second filter processing → (1) abnormal value reduction processing. 疑似脳波信号に対し、(1)異常値低減処理→(3)DCオフセット低減処理→(4)第2フィルタ処理→(2)第1フィルタ処理の順に各処理を行った場合の脳波信号のパワースペクトルを示す線図である。This is a line graph showing the power spectrum of an EEG signal when the pseudo-EEG signal is subjected to the following processing in the order of (1) outlier reduction processing → (3) DC offset reduction processing → (4) second filter processing → (2) first filter processing. 疑似脳波信号に対し、(1)異常値低減処理→(3)DCオフセット低減処理→(2)第1フィルタ処理→(4)第2フィルタ処理の順に各処理を行った場合の脳波信号のパワースペクトルを示す線図である。This is a line graph showing the power spectrum of an EEG signal when the pseudo-EEG signal is subjected to the following processing in the order of (1) abnormal value reduction processing → (3) DC offset reduction processing → (2) first filter processing → (4) second filter processing.

以下、図面を参照して本開示の実施形態の一例を詳細に説明する。 An example of an embodiment of the present disclosure is described in detail below with reference to the drawings.

〔第1実施形態〕
図1に示す車両用シート10はシート本体12を含んでいる。シート本体12は車両の運転席に設けられており、被験者の一例である車両の運転者20によって着座される。シート本体12に着座した運転者20は、車両の走行時に、ステアリングホイール22やペダル(図示省略)を操作して車両を運転する。なお、第1実施形態において、車両用シート10は特定の車種の車両に設けられる。
First Embodiment
A vehicle seat 10 shown in Fig. 1 includes a seat body 12. The seat body 12 is provided in a driver's seat of a vehicle, and is seated by a vehicle driver 20, who is an example of a test subject. The driver 20 seated in the seat body 12 operates a steering wheel 22 and pedals (not shown) to drive the vehicle when the vehicle is traveling. In the first embodiment, the vehicle seat 10 is provided in a vehicle of a specific model.

シート本体12はシートクッション部14、シートバック部16およびヘッドレスト部18を含んでいる。ヘッドレスト部18は、シートバック部16の車両上下方向上端部に、シートバック部16の長さ方向に沿ってスライド移動可能に取り付けられている。シートバック部16は、車両上下方向下端部が、シートクッション部14の車両前後方向後端部に、図示しない回動機構を介して取り付けられており、シートクッション部14に対し、車両幅方向に沿った軸回りに回動可能とされている。 The seat body 12 includes a seat cushion portion 14, a seat back portion 16, and a headrest portion 18. The headrest portion 18 is attached to the upper end portion of the seat back portion 16 in the vertical direction of the vehicle so as to be slidable along the length of the seat back portion 16. The lower end portion of the seat back portion 16 in the vertical direction of the vehicle is attached to the rear end portion of the seat cushion portion 14 in the longitudinal direction of the vehicle via a rotation mechanism (not shown), and is rotatable relative to the seat cushion portion 14 around an axis along the width direction of the vehicle.

また、車両用シート10は脳波計測装置24および脳波信号処理ECU(Electronic Control Unit)26を含んでいる。脳波計測装置24は、ヘルメット型で、シート本体12に着座した車両の運転者20の頭部に装着される。脳波計測装置24は、運転者20の頭部に装着された状態で、運転者20の脳波を計測し、計測した脳波を表す脳波信号を脳波信号処理ECU26へ無線通信により出力する。脳波計測装置24は脳波計測部の一例である。 The vehicle seat 10 also includes an EEG measuring device 24 and an EEG signal processing ECU (Electronic Control Unit) 26. The EEG measuring device 24 is helmet-shaped and is worn on the head of the driver 20 of the vehicle who is seated in the seat body 12. The EEG measuring device 24 measures the brain waves of the driver 20 while worn on the head of the driver 20, and outputs an EEG signal representing the measured brain waves to the EEG signal processing ECU 26 via wireless communication. The EEG measuring device 24 is an example of an EEG measuring section.

脳波信号処理ECU26はシートクッション部14内に収納されている。図2に示すように、脳波信号処理ECU26は、CPU(Central Processing Unit)28と、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などのメモリ30と、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)などの不揮発性の記憶部32と、を含んでいる。また脳波信号処理ECU26は、脳波計測装置24と無線通信を行うための無線通信部34と、音声出力機能および振動発生機能を備えた報知部36と、を含んでいる。CPU28、メモリ30、記憶部32、無線通信部34および報知部36は内部バス38を介して相互に通信可能に接続されている。 The EEG signal processing ECU 26 is housed in the seat cushion section 14. As shown in FIG. 2, the EEG signal processing ECU 26 includes a CPU (Central Processing Unit) 28, a memory 30 such as a ROM (Read Only Memory) or a RAM (Random Access Memory), and a non-volatile storage section 32 such as a HDD (Hard Disk Drive) or an SSD (Solid State Drive). The EEG signal processing ECU 26 also includes a wireless communication section 34 for wirelessly communicating with the EEG measuring device 24, and an alarm section 36 with a voice output function and a vibration generation function. The CPU 28, the memory 30, the storage section 32, the wireless communication section 34, and the alarm section 36 are connected to each other so as to be able to communicate with each other via an internal bus 38.

記憶部32は、脳波信号処理プログラム40を記憶している。脳波信号処理ECU26は、脳波信号処理プログラム40が記憶部32から読み出されてメモリ30に展開され、メモリ30に展開された脳波信号処理プログラム40がCPU28によって実行されることで、図3に示す各機能部として各々機能する。すなわち、脳波信号処理ECU26は、取得部60、異常値低減部62、第1フィルタ部64、DCオフセット低減部66、第2フィルタ部68、有意帯域判定部70および意識状態判定部72として各々機能する。なお、脳波信号処理ECU26は脳波信号処理装置の一例である。 The storage unit 32 stores an EEG signal processing program 40. The EEG signal processing ECU 26 functions as each of the functional units shown in FIG. 3 when the EEG signal processing program 40 is read from the storage unit 32 and loaded into the memory 30, and the EEG signal processing program 40 loaded into the memory 30 is executed by the CPU 28. That is, the EEG signal processing ECU 26 functions as an acquisition unit 60, an abnormal value reduction unit 62, a first filter unit 64, a DC offset reduction unit 66, a second filter unit 68, a significant band determination unit 70, and a consciousness state determination unit 72. The EEG signal processing ECU 26 is an example of an EEG signal processing device.

取得部60は、脳波計測装置24から車両の運転者20の脳波信号を取得する。異常値低減部62は、取得部60によって取得された脳波信号に対し、振幅が閾値以上の異常値を低減する異常値低減処理を行う。第1フィルタ部64は、異常値低減部62による異常値低減処理を経た脳波信号に対し移動平均フィルタを掛ける第1フィルタ処理を行う。なお、移動平均フィルタは平滑化フィルタの一例である。DCオフセット低減部66は、第1フィルタ部64による第1フィルタ処理を経た脳波信号に対し、DCオフセット成分を低減するDCオフセット低減処理を行う。 The acquisition unit 60 acquires the EEG signal of the vehicle driver 20 from the EEG measurement device 24. The abnormal value reduction unit 62 performs an abnormal value reduction process on the EEG signal acquired by the acquisition unit 60 to reduce abnormal values whose amplitude is equal to or greater than a threshold. The first filter unit 64 performs a first filter process that applies a moving average filter to the EEG signal that has undergone the abnormal value reduction process by the abnormal value reduction unit 62. Note that the moving average filter is an example of a smoothing filter. The DC offset reduction unit 66 performs a DC offset reduction process on the EEG signal that has undergone the first filter process by the first filter unit 64 to reduce the DC offset component.

第2フィルタ部68は、DCオフセット低減部66によるDCオフセット低減処理を経た脳波信号に対し、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタを掛ける第2フィルタ処理を行う。有意帯域判定部70は、第2フィルタ部68による第2フィルタ処理を経た脳波信号のパワースペクトルにおける有意な周波数帯域を判定する。意識状態判定部72は、有意帯域判定部70によって判定された有意な周波数帯域から車両の運転者20の意識状態を判定する。 The second filter unit 68 performs a second filtering process by applying a high-pass filter and a low-pass filter to the EEG signal that has undergone the DC offset reduction process by the DC offset reduction unit 66. The significant band determination unit 70 determines the significant frequency band in the power spectrum of the EEG signal that has undergone the second filtering process by the second filter unit 68. The consciousness state determination unit 72 determines the consciousness state of the vehicle driver 20 from the significant frequency band determined by the significant band determination unit 70.

次に本第1実施形態の作用として、運転者20が車両の運転操作を行っている間、第1実施形態に係る脳波信号処理ECU26によって実行される脳波信号処理について、図4を参照して説明する。 Next, as an operation of the first embodiment, the EEG signal processing executed by the EEG signal processing ECU 26 according to the first embodiment while the driver 20 is operating the vehicle will be described with reference to FIG. 4.

ステップ100において、取得部60は、運転者20の所定時間分の脳波を表す脳波信号を脳波計測装置24から無線通信により取得する。この脳波信号は、運転者20に瞬きや首振りなどの体動が発生した場合に、当該体動によるアーチファクトが加わる。また、車両の運転席に設けられる車両用シート10の周囲には電磁波源(例えばハーネスやカーナビ装置など)が存在しており、上記の脳波信号には、周囲に存在する電磁波源の配置などに応じて、環境に起因するアーチファクトが加わっている。また、脳波計測装置24と脳波信号処理ECU26との無線通信が行われた際には、上記の脳波信号に通信時のアーチファクトも加わる。 In step 100, the acquisition unit 60 acquires an EEG signal representing the brain waves of the driver 20 for a predetermined period of time from the EEG measurement device 24 via wireless communication. When the driver 20 makes a body movement such as blinking or shaking his head, an artifact caused by the body movement is added to this EEG signal. In addition, electromagnetic wave sources (e.g., harnesses, car navigation devices, etc.) are present around the vehicle seat 10 installed in the driver's seat of the vehicle, and the above EEG signal is added with artifacts caused by the environment depending on the arrangement of the surrounding electromagnetic wave sources. In addition, when wireless communication is performed between the EEG measurement device 24 and the EEG signal processing ECU 26, communication artifacts are also added to the above EEG signal.

ステップ102において、異常値低減部62は、取得部60によって取得された脳波信号の中に、振幅が閾値電圧以上の部分が有るか否か判定する。このステップ102では、脳波信号に体動によるアーチファクトが加わっている部分が有るか否かを判定している。本実施形態では、非安静状態、より詳しくは車両の運転操作を行っている運転者20の脳波を取得するため、脳波信号に加わる体動によるアーチファクトの大きさが、被験者が安静状態の場合に比べて大きくなる。このため、第1実施形態では、上記の閾値電圧として150μV、或いはそれ以上の値(一例としては200μV)が予め設定されている。 In step 102, the abnormal value reduction unit 62 determines whether the EEG signal acquired by the acquisition unit 60 includes a portion whose amplitude is equal to or greater than the threshold voltage. In this step 102, it is determined whether the EEG signal includes a portion that includes artifacts due to body movement. In this embodiment, the EEG is acquired from a driver 20 who is not at rest, more specifically, who is operating a vehicle, so that the magnitude of the artifacts due to body movement added to the EEG signal is larger than when the subject is at rest. For this reason, in the first embodiment, the threshold voltage is preset to 150 μV or a value greater than this (200 μV as an example).

ステップ102の判定が肯定された場合はステップ104へ移行する。ステップ104において、異常値低減部62は、取得部60によって取得された脳波信号のうち、振幅が閾値電圧以上の部分のデータを除去する。そして、ステップ106において、異常値低減部62は、ステップ104で除去したデータを、当該除去したデータの前後に存在するデータの中央値で補間し(中央値以外の中間値を用いてもよい)、ステップ108へ移行する。体動によるアーチファクトは振幅が大きいため、上記のようにステップ102~106(異常値低減部62による異常値低減処理の一例)では体動によるアーチファクトを先に低減している。なお、ステップ102の判定が否定された場合はステップ104,106をスキップしてステップ108へ移行する。 If the determination in step 102 is positive, the process proceeds to step 104. In step 104, the abnormal value reduction unit 62 removes data from the EEG signal acquired by the acquisition unit 60 that has an amplitude equal to or greater than the threshold voltage. Then, in step 106, the abnormal value reduction unit 62 interpolates the data removed in step 104 with the median of the data existing before and after the removed data (an intermediate value other than the median may be used), and the process proceeds to step 108. Since artifacts due to body movement have a large amplitude, the artifacts due to body movement are reduced first in steps 102 to 106 (an example of the abnormal value reduction process by the abnormal value reduction unit 62) as described above. Note that if the determination in step 102 is negative, steps 104 and 106 are skipped and the process proceeds to step 108.

ステップ108において、第1フィルタ部64は、異常値低減部62による異常値低減処理を経た脳波信号に対し移動平均フィルタを掛ける第1フィルタ処理を行う。第1フィルタ処理では、脳波信号の変化を滑らかにすることで高周波成分を抑制している。なお、移動平均フィルタの区間は、車両用シート10が設けられる特定の車種の車両において、脳波信号に加わる体動によるアーチファクトに応じて予め設定されている。 In step 108, the first filter unit 64 performs a first filter process in which a moving average filter is applied to the EEG signal that has been subjected to the abnormal value reduction process by the abnormal value reduction unit 62. In the first filter process, high frequency components are suppressed by smoothing the changes in the EEG signal. Note that the section of the moving average filter is preset according to artifacts caused by body movements that are added to the EEG signal in a specific vehicle model in which the vehicle seat 10 is installed.

ステップ110において、DCオフセット低減部66は、第1フィルタ部64による第1フィルタ処理を経た脳波信号に対し、DCオフセット成分を低減するDCオフセット低減処理を行う。DCオフセット低減処理では、通信時のアーチファクトを低減するために、主に低周波成分を抑制している。 In step 110, the DC offset reduction unit 66 performs a DC offset reduction process to reduce the DC offset component on the EEG signal that has been subjected to the first filtering process by the first filter unit 64. In the DC offset reduction process, low-frequency components are mainly suppressed in order to reduce artifacts during communication.

ステップ112において、第2フィルタ部68は、DCオフセット低減部66によるDCオフセット低減処理を経た脳波信号に対し、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタを掛ける第2フィルタ処理を行う。なお、ハイパスフィルタの遮断周波数およびローパスフィルタの遮断周波数は、車両用シート10が設けられる特定の車種の車両において、脳波信号に加わる環境に起因するアーチファクトの周波数帯域などに応じて予め設定されている。 In step 112, the second filter unit 68 performs a second filtering process in which the EEG signal that has been subjected to the DC offset reduction process by the DC offset reduction unit 66 is filtered through a high-pass filter and a low-pass filter. Note that the cutoff frequency of the high-pass filter and the cutoff frequency of the low-pass filter are preset according to the frequency band of environmental artifacts that are added to the EEG signal in the specific vehicle model in which the vehicle seat 10 is installed.

第2フィルタ処理におけるフィルタ波形は山型であり、第2フィルタ処理を行ったとしても、フィルタの遮断周波数付近では除去しきれないアーチファクトが残ってしまう。本実施形態では、前記除去しきれないアーチファクトを最小限にするために、第1フィルタ部64による第1フィルタ処理、DCオフセット低減部66によるDCオフセット低減処理を予め行っている。 The filter waveform in the second filtering process is mountain-shaped, and even if the second filtering process is performed, artifacts that cannot be completely removed remain near the cutoff frequency of the filter. In this embodiment, in order to minimize the artifacts that cannot be completely removed, the first filtering process by the first filter unit 64 and the DC offset reduction process by the DC offset reduction unit 66 are performed in advance.

このように、本実施形態では、運転者20の脳波信号に対し、異常値低減部62による異常値低減処理、第1フィルタ部64による第1フィルタ処理、DCオフセット低減部66によるDCオフセット低減処理および第2フィルタ部68による第2フィルタ処理を順に行っている。これにより、例として図25にも示すような、各種のアーチファクトが低減された脳波信号を得ることができる。 In this manner, in this embodiment, the EEG signal of the driver 20 is subjected to the following processes in order: abnormal value reduction process by the abnormal value reduction unit 62, first filtering process by the first filter unit 64, DC offset reduction process by the DC offset reduction unit 66, and second filtering process by the second filter unit 68. This makes it possible to obtain an EEG signal in which various artifacts have been reduced, as shown in FIG. 25 as an example.

ステップ114において、有意帯域判定部70は、各種のアーチファクトが低減された脳波信号に対し、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)を行ってパワースペクトルを求め、求めたパワースペクトルにおける有意な周波数帯域を判定する有意帯域判定処理を行う。この有意帯域判定処理には、脳波信号のパワースペクトル上で最大のピークが生じている周波数帯域を有意と判定する手法と、脳波信号のパワースペクトルをα波、β波、δ波、θ波などの周波数帯域毎に積分し、積分結果が最大値を示す周波数帯域を有意と判定する手法とがある。ステップ114では何れの手法を適用してもよい。 In step 114, the significant band determination unit 70 performs FFT (Fast Fourier Transform) on the EEG signal from which various artifacts have been reduced to obtain a power spectrum, and performs significant band determination processing to determine significant frequency bands in the obtained power spectrum. This significant band determination processing can be performed using a method in which the frequency band in which the maximum peak occurs on the power spectrum of the EEG signal is determined to be significant, or a method in which the power spectrum of the EEG signal is integrated for each frequency band, such as alpha waves, beta waves, delta waves, and theta waves, and the frequency band in which the integration result shows a maximum value is determined to be significant. Either method may be applied in step 114.

ステップ116において、意識状態判定部72は、有意帯域判定部70によって判定された有意な周波数帯域から車両の運転者20の意識状態を判定し、必要に応じて運転者20に警告する意識状態判定処理を行う。具体的には、例えば、有意帯域判定部70によって判定された有意な周波数帯域がθ波に相当する周波数帯域であった場合、意識状態判定部72は、運転者20が眠気を催している意識状態と判定し、報知部36から警告音や警告メッセージを出力させると共に報知部36で振動を発生させる。これにより、運転者20を覚醒させることができる。 In step 116, the consciousness state determination unit 72 performs consciousness state determination processing to determine the consciousness state of the vehicle driver 20 from the significant frequency band determined by the significant band determination unit 70, and to warn the driver 20 as necessary. Specifically, for example, if the significant frequency band determined by the significant band determination unit 70 is a frequency band corresponding to θ waves, the consciousness state determination unit 72 determines that the driver 20 is in a drowsy consciousness state, and causes the notification unit 36 to output a warning sound or a warning message and generate a vibration. This can wake up the driver 20.

ステップ118において、脳波信号処理ECU26は、運転者20による運転操作が終了したか否か判定する。ステップ118の判定が否定された場合はステップ100に戻り、ステップ118の判定が肯定される迄、ステップ100~ステップ118を繰り返す。運転者20による運転操作が終了すると、ステップ118の判定が肯定されて脳波信号処理を終了する。 In step 118, the EEG signal processing ECU 26 determines whether the driver 20 has finished driving. If the determination in step 118 is negative, the process returns to step 100, and steps 100 to 118 are repeated until the determination in step 118 is positive. When the driver 20 has finished driving, the determination in step 118 is positive, and EEG signal processing is terminated.

以上説明したように、第1実施形態では、被験者の脳波信号を取得し、取得した脳波信号に対し振幅が閾値以上の異常値を低減する異常値低減処理を行う。また、異常値低減処理を経た脳波信号に対し平滑化フィルタを掛ける第1フィルタ処理を行う。また、第1フィルタ処理を経た脳波信号に対しDCオフセット成分を低減するDCオフセット低減処理を行う。そして、DCオフセット低減処理を経た脳波信号に対しハイパスフィルタおよびローパスフィルタを掛ける第2フィルタ処理を行う。これにより、構成の複雑化を招くことなく、脳波信号に含まれる各種のアーチファクトを低減することができる。 As described above, in the first embodiment, an EEG signal from a subject is acquired, and an abnormal value reduction process is performed on the acquired EEG signal to reduce abnormal values whose amplitude is equal to or greater than a threshold. A first filter process is also performed to apply a smoothing filter to the EEG signal that has undergone the abnormal value reduction process. A DC offset reduction process is also performed to reduce DC offset components on the EEG signal that has undergone the first filter process. Then, a second filter process is performed to apply a high-pass filter and a low-pass filter to the EEG signal that has undergone the DC offset reduction process. This makes it possible to reduce various artifacts contained in the EEG signal without complicating the configuration.

また、第1実施形態では、異常値低減処理として、振幅が閾値以上を示すデータの値を、その前後のデータの中間値に置き換える処理を行う。これにより、振幅が閾値以上の異常値を低減する異常値低減処理を簡易な処理で実現することができる。 In addition, in the first embodiment, the abnormal value reduction process involves replacing the value of data whose amplitude is equal to or greater than a threshold with the intermediate value of the data before and after it. This makes it possible to realize the abnormal value reduction process, which reduces abnormal values whose amplitude is equal to or greater than a threshold, with simple processing.

また、第1実施形態では、第2フィルタ処理を経た脳波信号のパワースペクトルにおける有意な周波数帯域を判定し、判定した有意な周波数帯域から被験者の意識状態を判定する。これにより、各種のアーチファクトが低減された脳波信号から有意な周波数帯域を正確に判定することができ、被験者の意識状態を正確に判定することができる。 In addition, in the first embodiment, a significant frequency band is determined in the power spectrum of the EEG signal that has been subjected to the second filter process, and the subject's state of consciousness is determined from the determined significant frequency band. This makes it possible to accurately determine the significant frequency band from the EEG signal in which various artifacts have been reduced, and therefore to accurately determine the subject's state of consciousness.

また、第1実施形態では、非安静状態の被験者の脳波信号を取得する。これにより、被験者が非安静状態であっても、各種のアーチファクトが低減された被験者の脳波信号を得ることができる。 In addition, in the first embodiment, an EEG signal is acquired from a subject who is not in a resting state. This makes it possible to obtain an EEG signal from a subject in which various artifacts are reduced, even if the subject is not in a resting state.

また、第1実施形態では、車両の運転を行っている被験者(運転者20)の脳波信号を取得する。これにより、被験者が車両の運転を行っている場合にも、各種のアーチファクトが低減された被験者の脳波信号を得ることができる。 In addition, in the first embodiment, an EEG signal is acquired from a subject (driver 20) who is driving a vehicle. This makes it possible to obtain an EEG signal from the subject with various artifacts reduced even when the subject is driving a vehicle.

また、第1実施形態では、異常値低減処理における閾値は、150μVまたはそれを超える値としている。これにより、被験者が非安静状態である場合に、体動によるアーチファクトを適切に低減することができる。 In addition, in the first embodiment, the threshold value in the abnormal value reduction process is set to 150 μV or a value exceeding this. This makes it possible to appropriately reduce artifacts due to body movement when the subject is not in a resting state.

〔第2実施形態〕
次に本開示の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present disclosure will be described. Note that the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

第2実施形態において、車両用シート10は、複数の車種のうち何れかの車種の車両に設けられる。図5に示すように、第2実施形態に係る脳波信号処理ECU26は、車両用シート10が設けられた車両(以下、「特定車両」という)に搭載されている車両側ECU50と通信線を介して接続されている。車両側ECU50は、脳波信号処理ECU26と同様に、CPU、メモリ、記憶部などを含んでおり、車両側ECU50の記憶部には特定車両の車種を表す車種IDが記憶されている。脳波信号処理ECU26は車両側ECU50から特定車両の車種IDを取得する。 In the second embodiment, the vehicle seat 10 is installed in a vehicle of any one of a plurality of vehicle types. As shown in FIG. 5, the brainwave signal processing ECU 26 according to the second embodiment is connected via a communication line to a vehicle-side ECU 50 mounted in the vehicle in which the vehicle seat 10 is installed (hereinafter referred to as the "specific vehicle"). The vehicle-side ECU 50 includes a CPU, memory, storage unit, etc., similar to the brainwave signal processing ECU 26, and the storage unit of the vehicle-side ECU 50 stores a vehicle model ID representing the vehicle model of the specific vehicle. The brainwave signal processing ECU 26 acquires the vehicle model ID of the specific vehicle from the vehicle-side ECU 50.

脳波信号処理ECU26の記憶部32には処理パラメータDB42が記憶されている。本第2実施形態では、車両の車種毎に、脳波信号に加わる環境起因のアーチファクトが予め計測され、アーチファクトの計測結果に応じて、車両の車種毎に処理パラメータが予め定められている。ここで、処理パラメータは、第2フィルタ部68による第2フィルタ処理におけるハイパスフィルタの遮断周波数およびローパスフィルタの遮断周波数を含む。図6に示すように、処理パラメータDB42には、車両の車種毎に定められた処理パラメータが、車種IDと対応付けて登録されている。 The memory unit 32 of the EEG signal processing ECU 26 stores a processing parameter DB 42. In the second embodiment, environmental artifacts added to the EEG signal are measured in advance for each vehicle model, and processing parameters are determined in advance for each vehicle model according to the artifact measurement results. Here, the processing parameters include the cutoff frequency of the high-pass filter and the cutoff frequency of the low-pass filter in the second filter process by the second filter unit 68. As shown in FIG. 6, the processing parameters determined for each vehicle model are registered in the processing parameter DB 42 in association with the vehicle model ID.

また、第2実施形態において、無線通信部34は、運転者20に装着されるスマートウォッチなどのウェアラブル端末52と無線通信を行うことが可能とされている。ウェアラブル端末52は、運転者20の汗の掻き易さのレベルなどの体質を検知する機能を有しており、当該機能によって検知した運転者20の汗の掻き易さのレベルを含む体質を、運転者20の体質情報として脳波信号処理ECU26へ送信する。 In the second embodiment, the wireless communication unit 34 is capable of wireless communication with a wearable device 52, such as a smart watch, worn by the driver 20. The wearable device 52 has a function of detecting the physical constitution of the driver 20, such as the level of sweatiness, and transmits the physical constitution of the driver 20, including the level of sweatiness, detected by this function, to the EEG signal processing ECU 26 as physical constitution information of the driver 20.

脳波信号処理ECU26の記憶部32には閾値DB44が記憶されている。本第2実施形態では、運転者20の体質(例えば汗の掻き易さのレベルなど)毎に、異常値低減部62による異常値低減処理における閾値が予め定められている。図7に示すように、閾値DB44には、運転者20の体質(例えば汗の掻き易さのレベルなど)毎に定められた前記閾値が、運転者20の体質情報と対応付けて登録されている。 The memory unit 32 of the EEG signal processing ECU 26 stores a threshold DB 44. In the second embodiment, a threshold for the abnormal value reduction process by the abnormal value reduction unit 62 is determined in advance for each physical constitution of the driver 20 (e.g., the level of sweatiness, etc.). As shown in FIG. 7, the threshold DB 44 stores the threshold determined for each physical constitution of the driver 20 (e.g., the level of sweatiness, etc.) in association with physical constitution information of the driver 20.

第2実施形態において、脳波信号処理ECU26は、車両側ECU50と通信を行うための通信部46(図5参照)を含んでいる。また脳波信号処理ECU26は、図8に示すパラメータ設定部74としても機能する。パラメータ設定部74は、第2実施形態に係る脳波信号処理(図9参照)のうち、ステップ90~ステップ96の処理を行う。 In the second embodiment, the EEG signal processing ECU 26 includes a communication unit 46 (see FIG. 5) for communicating with the vehicle-side ECU 50. The EEG signal processing ECU 26 also functions as a parameter setting unit 74 shown in FIG. 8. The parameter setting unit 74 performs steps 90 to 96 of the EEG signal processing according to the second embodiment (see FIG. 9).

すなわち、ステップ90において、パラメータ設定部74は、車両側ECU50から特定車両の車種IDを取得する。ステップ92において、パラメータ設定部74は、ステップ90で取得した車種IDと対応付けて処理パラメータDB42に登録されている処理パラメータを読み出す。そして、読み出した処理パラメータのうち、第2フィルタ処理におけるハイパスフィルタの遮断周波数およびローパスフィルタの遮断周波数を第2フィルタ部68に設定する。なお、上記の車種IDは第2情報の一例である。 That is, in step 90, the parameter setting unit 74 acquires the vehicle model ID of the specific vehicle from the vehicle-side ECU 50. In step 92, the parameter setting unit 74 reads out the processing parameters registered in the processing parameter DB 42 in association with the vehicle model ID acquired in step 90. Then, of the processing parameters that have been read out, the cutoff frequency of the high-pass filter and the cutoff frequency of the low-pass filter in the second filter process are set in the second filter unit 68. Note that the above vehicle model ID is an example of second information.

また、ステップ94において、パラメータ設定部74は、ウェアラブル端末52から運転者20の体質情報を取得する。ステップ96において、パラメータ設定部74は、ステップ94で取得した体質情報と対応付けて閾値DB44に登録されている閾値を読み出し、読み出した閾値を異常値低減部62に設定する。なお、上記の体質情報は第1情報の一例である。また、第2実施形態に係る脳波信号処理(図9)において、ステップ94、95はステップ90、92よりも先に実行してもよい。また、ステップ90、92はステップ112よりも先に実行すればよく、脳波信号処理(図9)の最初に実行しなくても構わない。 In addition, in step 94, the parameter setting unit 74 acquires constitutional information of the driver 20 from the wearable terminal 52. In step 96, the parameter setting unit 74 reads out a threshold value registered in the threshold DB 44 in association with the constitutional information acquired in step 94, and sets the read-out threshold value in the abnormal value reduction unit 62. Note that the constitutional information is an example of the first information. In addition, in the EEG signal processing according to the second embodiment (FIG. 9), steps 94 and 95 may be executed before steps 90 and 92. In addition, steps 90 and 92 may be executed before step 112, and do not have to be executed at the beginning of the EEG signal processing (FIG. 9).

上記のように、第2実施形態では、被験者の脳波信号に含まれる被験者の体動によるアーチファクトに関連する第1情報(運転者の体質情報)を取得し、取得した第1情報に基づいて、少なくとも異常値低減処理の処理パラメータを設定する。これにより体動によるアーチファクトを適切に低減することができる。 As described above, in the second embodiment, first information (physical information about the driver) related to artifacts caused by the subject's body movements contained in the subject's EEG signal is acquired, and at least the processing parameters of the abnormal value reduction process are set based on the acquired first information. This makes it possible to appropriately reduce artifacts caused by body movements.

また、第2実施形態では、被験者の脳波信号に含まれる環境に起因するアーチファクトに関連する第2情報(車種ID)を取得し、取得した第2情報に基づいて第2フィルタ処理のハイパスフィルタおよびローパスフィルタの処理パラメータを設定する。これにより、環境に起因するアーチファクトを適切に低減することができる。 In addition, in the second embodiment, second information (vehicle type ID) related to artifacts caused by the environment contained in the subject's EEG signal is acquired, and the processing parameters of the high-pass filter and low-pass filter of the second filter processing are set based on the acquired second information. This makes it possible to appropriately reduce artifacts caused by the environment.

なお、第2実施形態では、被験者の体動によるアーチファクトに関連する第1情報(運転者の体質情報)を取得し、取得した第1情報に基づいて異常値低減処理の処理パラメータ(閾値)を設定する態様を説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではなく、取得した第1情報に基づき、異常値低減処理の処理パラメータに加えて第1フィルタ処理の処理パラメータ(例えば移動平均フィルタの区間)も設定するようにしてもよい。但し、移動平均フィルタの区間は、値を長くし過ぎると(例えば30秒以上にすると)、後段の意識状態判定処理に悪影響を及ぼす可能性があるので、概ね5~10秒の範囲内の値を設定することが好ましい。 In the second embodiment, the first information (physical information of the driver) related to artifacts caused by the subject's body movements is acquired, and the processing parameters (thresholds) of the abnormal value reduction processing are set based on the acquired first information. However, the present disclosure is not limited to this, and the processing parameters of the first filter processing (e.g., the interval of the moving average filter) may also be set in addition to the processing parameters of the abnormal value reduction processing based on the acquired first information. However, if the value of the interval of the moving average filter is made too long (e.g., 30 seconds or more), it may adversely affect the consciousness state determination processing in the subsequent stage, so it is preferable to set a value within the range of approximately 5 to 10 seconds.

また、第2実施形態では、運転者20の汗の掻き易さのレベルなどの体質をウェアラブル端末52が検知する態様を説明したが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、車両用シート10のシート本体12に生体センサを内蔵させておき、当該生体センサによって運転者20の汗の掻き易さのレベルなどの体質を検知するようにしてもよい。 In the second embodiment, the wearable terminal 52 detects the physical characteristics of the driver 20, such as the level of sweatiness, but the present disclosure is not limited to this. For example, a biosensor may be built into the seat body 12 of the vehicle seat 10, and the physical characteristics of the driver 20, such as the level of sweatiness, may be detected by the biosensor.

また、上記では平滑化フィルタの一例として移動平均フィルタを適用した態様を説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、例えば加重平均フィルタ、重み付けされた移動平均フィルタ、指数移動平均フィルタなどの他の平滑化フィルタを適用してもよい。 In addition, while the above describes an embodiment in which a moving average filter is applied as an example of a smoothing filter, the present disclosure is not limited to this, and other smoothing filters, such as a weighted average filter, a weighted moving average filter, or an exponential moving average filter, may also be applied.

また、上記では車両用シート10の脳波信号処理ECU26が、有意帯域判定処理および意識状態判定処理も行う態様を説明したが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、車両用シート10の脳波信号処理ECU26は、各種のアーチファクトが低減された脳波信号を外部装置(例えば車両側ECU50)へ出力し、外部装置で有意帯域判定処理および意識状態判定処理を行うようにしてもよい。 In addition, although the above describes an embodiment in which the EEG signal processing ECU 26 of the vehicle seat 10 also performs the significant band determination process and the consciousness state determination process, the present disclosure is not limited to this. For example, the EEG signal processing ECU 26 of the vehicle seat 10 may output an EEG signal in which various artifacts have been reduced to an external device (e.g., the vehicle-side ECU 50), and the significant band determination process and the consciousness state determination process may be performed by the external device.

さらに、上記では本開示に係る脳波信号処理装置の一例である脳波信号処理ECU26が車両用シート10に組み込まれており、車両の運転操作を行う運転者20の脳波信号を処理する態様を説明したが、本開示はこれに限定されるものではない。本開示によれば、被験者が非安静状態であっても各種のアーチファクトが低減された脳波信号を得ることができるので、本開示は様々な脳波応用技術へ適用可能である。 Furthermore, in the above description, an embodiment has been described in which an EEG signal processing ECU 26, which is an example of an EEG signal processing device according to the present disclosure, is incorporated in a vehicle seat 10 and processes the EEG signal of a driver 20 who drives the vehicle, but the present disclosure is not limited to this. According to the present disclosure, it is possible to obtain an EEG signal with reduced artifacts even when the subject is not in a resting state, and therefore the present disclosure is applicable to various EEG application technologies.

また、上記では本開示に係る脳波信号処理プログラム40が記憶部32に予め記憶(インストール)されている態様を説明したが、本開示に係る脳波信号処理プログラムは、HDD、SSD、DVD等の非一時的記録媒体に記録されている形態で提供することも可能である。 In addition, although the above describes a mode in which the EEG signal processing program 40 according to the present disclosure is pre-stored (installed) in the storage unit 32, the EEG signal processing program according to the present disclosure can also be provided in a form in which it is recorded on a non-temporary recording medium such as an HDD, SSD, or DVD.

次に、本開示に係る脳波信号処理方法の有効性を検証するために、本願発明者等が実施した実験について説明する。 Next, we will explain the experiments conducted by the inventors of the present application to verify the effectiveness of the EEG signal processing method disclosed herein.

この実験では、真性脳波信号を模擬する信号として15Hzのsin波(図10参照)を用いた。この15Hzのsin波に対してFFTを行って求めたパワースペクトルを図11に示す。また、脳波信号に重畳される各種のアーチファクトを模擬するために、15Hzのsin波に、通信時のアーチファクトを模擬する1Hzのsin波および環境に起因するアーチファクトを模擬する50Hzのsin波を掛け合わせ、さらに、体動によるアーチファクトを模擬するランダムノイズを付加した疑似脳波信号を作成した(図12)。この疑似脳波信号に対してFFTを行って求めたパワースペクトルを図13に示す。なお、体動によるアーチファクトをランダムノイズによって模擬しているのは、体動によるアーチファクトを、想定外の体動によるアーチファクトであっても低減できるか否かを確認するためである。 In this experiment, a 15 Hz sine wave (see FIG. 10) was used as a signal simulating a true EEG signal. FIG. 11 shows the power spectrum obtained by performing FFT on this 15 Hz sine wave. In addition, in order to simulate various artifacts superimposed on the EEG signal, a pseudo-EEG signal was created by multiplying the 15 Hz sine wave by a 1 Hz sine wave that simulates communication artifacts and a 50 Hz sine wave that simulates environmental artifacts, and further adding random noise to simulate artifacts due to body movement (FIG. 12). FIG. 13 shows the power spectrum obtained by performing FFT on this pseudo-EEG signal. Note that the reason artifacts due to body movement are simulated by random noise is to confirm whether artifacts due to body movement can be reduced even if they are artifacts due to unexpected body movement.

図13に示す疑似脳波信号のパワースペクトルでは、通信時のアーチファクトに対応する周波数成分が1Hz付近に現れており、環境に起因するアーチファクトに対応する周波数成分が50Hz付近に現れている。また、体動によるアーチファクトに対応するランダムなノイズ成分が全ての周波数帯域に現れており、真性脳波信号に相当する15Hzの周波数成分はノイズに隠れてしまっている。 In the power spectrum of the pseudo-EEG signal shown in Figure 13, frequency components corresponding to communication artifacts appear around 1 Hz, and frequency components corresponding to environmental artifacts appear around 50 Hz. In addition, random noise components corresponding to body movement artifacts appear in all frequency bands, and the 15 Hz frequency component corresponding to the true EEG signal is hidden by the noise.

本開示に係る脳波信号処理方法を適用した脳波信号処理は、図4にも示すように、脳波信号を取得した後、(1)異常値低減処理(ステップ102~106)、(2)第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)(ステップ108)、(3)DCオフセット低減処理(ステップ110)、(4)第2フィルタ処理(ハイパスフィルタおよびローパスフィルタ)(ステップ112)、の各処理を番号順に行っている。まずは前述の疑似脳波信号に対し、(1)~(4)の各処理を単独で行った実験の結果を説明する。 As shown in FIG. 4, EEG signal processing using the EEG signal processing method according to the present disclosure involves acquiring an EEG signal and then performing the following processes in numerical order: (1) outlier reduction process (steps 102-106), (2) first filter process (moving average filter) (step 108), (3) DC offset reduction process (step 110), and (4) second filter process (high-pass filter and low-pass filter) (step 112). First, we will explain the results of an experiment in which each of the processes (1)-(4) was performed individually on the aforementioned pseudo-EEG signal.

疑似脳波信号に対して(1)異常値低減処理のみを行った場合の脳波信号のパワースペクトルを図14に示す。(1)異常値低減処理のみを行った場合、真性脳波信号に相当する15Hzの周波数成分が減衰してしまっている。また、1Hzのピークが高く、50Hzにも15Hzと同程度のパワーを持つピークが存在している。このため、後段における運転者の意識状態の判定で誤判定が発生する虞がある。 Figure 14 shows the power spectrum of the EEG signal when only the (1) outlier reduction process is performed on the pseudo-EEG signal. (1) When only the outlier reduction process is performed, the 15 Hz frequency component, which corresponds to the true EEG signal, is attenuated. In addition, the peak at 1 Hz is high, and there is also a peak at 50 Hz with the same power as 15 Hz. This may result in an erroneous determination of the driver's consciousness in the subsequent stage.

また、疑似脳波信号に対して(2)第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)のみを行った場合の脳波信号のパワースペクトルを図15に示す。(2)第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)のみを行った場合、真性脳波信号に相当する15Hzの周波数成分の減衰は見られないものの、1Hzのピークが高く、50Hzにも15Hzと同程度のパワーを持つピークが存在している。このため、後段における運転者の意識状態の判定で誤判定が発生する虞がある。 Figure 15 shows the power spectrum of the EEG signal when only the (2) first filter process (moving average filter) is performed on the pseudo-EEG signal. When only the (2) first filter process (moving average filter) is performed, there is no attenuation of the 15 Hz frequency component that corresponds to the true EEG signal, but the peak at 1 Hz is high and there is also a peak at 50 Hz with the same power as 15 Hz. This may result in an erroneous determination of the driver's consciousness in the subsequent stage.

また疑似脳波信号に対して(3)DCオフセット低減処理のみを行った場合の脳波信号のパワースペクトルを図16に示す。(3)DCオフセット低減処理のみを行った場合、1Hzのピークをカットすることができるものの、50Hzに15Hzと同程度のパワーを持つピークが存在している。このため、後段における運転者の意識状態の判定で誤判定が発生する虞がある。 Figure 16 shows the power spectrum of the EEG signal when only the (3) DC offset reduction process is performed on the pseudo-EEG signal. When only the (3) DC offset reduction process is performed, the 1 Hz peak can be cut, but there is a peak at 50 Hz that has the same power as that at 15 Hz. This may result in an erroneous determination of the driver's consciousness state in the subsequent stage.

また、疑似脳波信号に対して(4)第2フィルタ処理(ハイパスフィルタおよびローパスフィルタ)のみを行った場合の脳波信号のパワースペクトルを図17に示す。(4)第2フィルタ処理(ハイパスフィルタおよびローパスフィルタ)のみを行った場合、およそ10Hz付近にピークが現れており、真性脳波信号に相当する15Hzの周波数成分が減衰して他の周波数成分に隠れてしまっている。このため、後段における運転者の意識状態の判定で誤判定が発生する。 Figure 17 shows the power spectrum of the EEG signal when only the (4) second filtering process (high-pass filter and low-pass filter) is performed on the pseudo-EEG signal. When only the (4) second filtering process (high-pass filter and low-pass filter) is performed, a peak appears at approximately 10 Hz, and the 15 Hz frequency component corresponding to the true EEG signal is attenuated and hidden by other frequency components. This causes an erroneous determination of the driver's consciousness state in the subsequent stage.

上述したように、(1)~(4)の各処理を単独で行った場合の脳波信号のパワースペクトル(図14~図17)は、何れも、真性脳波信号を模擬する15Hzの周波数成分がその他の周波数帯域の成分に対して顕著に大きくはなっておらず、アーチファクトを低減する性能が不十分であることが明らかである。 As described above, in the power spectra of the EEG signals when each of the processes (1) to (4) is performed alone (Figures 14 to 17), the 15 Hz frequency component that simulates the true EEG signal is not significantly larger than the components in the other frequency bands, and it is clear that the performance in reducing artifacts is insufficient.

続いて、疑似脳波信号に対し、(1)~(4)の各処理を番号順に行った場合(本開示に係る脳波信号処理方法に則った順序で行った場合)の結果を説明する。 Next, we will explain the results when the pseudo-EEG signal is subjected to the processes (1) to (4) in the numerical order (in accordance with the EEG signal processing method of the present disclosure).

まず、疑似脳波信号に対して(1)異常値低減処理を行った場合、脳波信号の波形は図12から図18に示すように変化し、そのパワースペクトルは図13から図19に示すように変化する。図19に示すパワースペクトルでは、50Hzの周波数成分が低下し、15Hzの周波数成分が少し目立ってきているが、各アーチファクトは十分には低減されていないので不完全な状態と言える。このため、後段における運転者の意識状態の判定において、どの周波数帯域が有意なのかについて誤判定が発生する虞がある。 First, when the pseudo-EEG signal is subjected to the (1) outlier reduction process, the waveform of the EEG signal changes as shown in Figures 12 to 18, and its power spectrum changes as shown in Figures 13 to 19. In the power spectrum shown in Figure 19, the 50 Hz frequency component has decreased and the 15 Hz frequency component has become slightly more noticeable, but the artifacts have not been sufficiently reduced, so it can be said to be in an incomplete state. For this reason, there is a risk of an erroneous determination being made as to which frequency bands are significant when determining the driver's state of consciousness in a later stage.

次に(1)異常値低減処理を経た脳波信号に対して(2)第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)を行った場合、脳波信号の波形は図18から図20に示すように変化し、そのパワースペクトルは図19から図21に示すように変化する。図21に示すパワースペクトルでは、15Hzの周波数成分が少し目立ってきているが、各アーチファクトは十分には低減されていないので不完全な状態と言える。このため、後段における運転者の意識状態の判定において、どの周波数帯域が有意なのかについて誤判定が発生する虞がある。 Next, when (2) the first filter process (moving average filter) is performed on the EEG signal that has been subjected to (1) the abnormal value reduction process, the waveform of the EEG signal changes as shown in FIG. 18 to FIG. 20, and its power spectrum changes as shown in FIG. 19 to FIG. 21. In the power spectrum shown in FIG. 21, the 15 Hz frequency component becomes slightly more noticeable, but the artifacts have not been sufficiently reduced, so it can be said to be in an incomplete state. For this reason, there is a risk of an erroneous determination being made as to which frequency band is significant when determining the driver's state of consciousness in a later stage.

次に(1)異常値低減処理→(2)第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)を経た脳波信号に対して(3)DCオフセット低減処理を行った場合、脳波信号の波形は図20から図22に示すように変化し、そのパワースペクトルは図21から図23に示すように変化する。図22を図20と比較しても明らかなように、DCオフセット低減処理を経た脳波信号は、振幅の中心が0付近へ変化している。図23に示すパワースペクトルでは、1Hz付近の周波数成分(通信時のアーチファクト)が半分程度まで抑えられてはいるものの、各アーチファクトは十分には低減されていないので不完全な状態と言える。このため、後段における運転者の意識状態の判定において、どの周波数帯域が有意なのかについて誤判定が発生する虞がある。 Next, when the EEG signal that has been subjected to (1) anomaly reduction processing and (2) first filter processing (moving average filter) is subjected to (3) DC offset reduction processing, the waveform of the EEG signal changes as shown in FIG. 20 to FIG. 22, and its power spectrum changes as shown in FIG. 21 to FIG. 23. As is clear from comparing FIG. 22 with FIG. 20, the EEG signal that has been subjected to DC offset reduction processing has its center of amplitude shifted to near 0. In the power spectrum shown in FIG. 23, although the frequency components (artifacts during communication) around 1 Hz have been suppressed to about half, each artifact has not been sufficiently reduced, so it can be said to be in an incomplete state. For this reason, there is a risk of an erroneous determination being made as to which frequency band is significant in the determination of the driver's consciousness state in the subsequent stage.

さらに(1)異常値低減処理→(2)第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)→(3)DCオフセット低減処理を経た脳波信号に対して(4)第2フィルタ処理(ハイパスフィルタおよびローパスフィルタ)を行った場合、脳波信号の波形は図22から図24に示すように変化し、そのパワースペクトルは図23から図25に示すように変化する。図25に示すパワースペクトルでは、各アーチファクトが十分に低減され、真性脳波信号に相当する15Hzの周波数成分が顕著なピークを示している。このため、後段における運転者の意識状態の判定において、15Hz付近の周波数帯域が有意であると間違いなく判定することができる。 Furthermore, when the EEG signal that has been subjected to (1) outlier reduction processing → (2) first filtering processing (moving average filter) → (3) DC offset reduction processing is subjected to (4) second filtering processing (high-pass filter and low-pass filter), the waveform of the EEG signal changes as shown in Figures 22 to 24, and its power spectrum changes as shown in Figures 23 to 25. In the power spectrum shown in Figure 25, each artifact is sufficiently reduced, and the frequency component of 15 Hz, which corresponds to the true EEG signal, shows a prominent peak. Therefore, in the determination of the driver's consciousness state in the subsequent stage, it can be determined without fail that the frequency band around 15 Hz is significant.

さらに、本願発明者等は(1)~(4)の各処理を番号順に行う(本開示に係る脳波信号処理方法に則った順序で行う)ことの有効性を検証するために、各処理の実行順序を変えて各処理を行い、パワースペクトルを確認する実験を行った。この実験の結果を説明する。 Furthermore, in order to verify the effectiveness of performing each of the processes (1) to (4) in numerical order (performing them in the order that conforms to the EEG signal processing method of the present disclosure), the inventors of the present application conducted an experiment in which the execution order of each process was changed and the power spectrum was confirmed. The results of this experiment will now be described.

第1の実行順序は、DCオフセット低減処理を最初に行うものである。すなわち、疑似脳波信号に対して、(3)DCオフセット低減処理→(1)異常値低減処理→(2)第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)→(4)第2フィルタ処理(ハイパスフィルタおよびローパスフィルタ)、の順序で各処理を行うものである。第1の実行順序で各処理を行って得られた脳波信号のパワースペクトルを図26に示す。 The first execution order is to perform the DC offset reduction process first. That is, the pseudo-EEG signal is subjected to the following processes in the order: (3) DC offset reduction process → (1) abnormal value reduction process → (2) first filter process (moving average filter) → (4) second filter process (high-pass filter and low-pass filter). The power spectrum of the EEG signal obtained by performing each process in the first execution order is shown in FIG. 26.

図26に示すパワースペクトルでは、真性脳波信号に相当する15Hzの周波数成分が最大のピークになってはいるものの、25Hz付近の周波数成分のピークもそれに劣らず高い。このため、図26に示すパワースペクトルに対し、最大のピークが生じている周波数帯域を有意と判定する有意帯域判定処理を行った場合、有意な周波数帯域を誤判定する虞がある。また、図26に示すパワースペクトルは、5Hz付近~28Hz付近の周波数帯域について、平均的にレベルが高くなっている。このため、図26に示すパワースペクトルに対し、周波数帯域毎に積分した結果が最大値を示す周波数帯域を有意と判定する有意帯域判定処理を行った場合にも、有意な周波数帯域を誤判定する虞がある。 In the power spectrum shown in FIG. 26, the frequency component at 15 Hz, which corresponds to the true EEG signal, has the maximum peak, but the peak of the frequency component near 25 Hz is no less high. Therefore, if a significant band determination process is performed on the power spectrum shown in FIG. 26 to determine that the frequency band in which the maximum peak occurs is significant, there is a risk of misjudging the significant frequency band. Furthermore, the power spectrum shown in FIG. 26 has a high level on average for the frequency bands near 5 Hz to 28 Hz. Therefore, even if a significant band determination process is performed on the power spectrum shown in FIG. 26 to determine that the frequency band in which the result of integrating each frequency band shows the maximum value is significant, there is a risk of misjudging the significant frequency band.

第2の実行順序は、第2フィルタ処理(ハイパスフィルタおよびローパスフィルタ)を最初に行うものである。すなわち、疑似脳波信号に対して、(4)第2フィルタ処理(ハイパスフィルタおよびローパスフィルタ)→(1)異常値低減処理→(2)第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)→(3)DCオフセット低減処理、の順序で各処理を行うものである。第2の実行順序で各処理を行って得られた脳波信号のパワースペクトルを図27に示す。 The second execution order is to perform the second filter processing (high-pass filter and low-pass filter) first. That is, the pseudo-EEG signal is subjected to the following processing in the order of (4) second filter processing (high-pass filter and low-pass filter) → (1) outlier reduction processing → (2) first filter processing (moving average filter) → (3) DC offset reduction processing. The power spectrum of the EEG signal obtained by performing each processing in the second execution order is shown in Figure 27.

図27に示すパワースペクトルでは、7Hz付近に最大のピークがあり、真性脳波信号に相当する15Hz付近のピークは減衰してしまっている。このため、図27に示すパワースペクトルに対し、最大のピークが生じている周波数帯域を有意と判定する有意帯域判定処理を行った場合、有意な周波数帯の誤判定が発生する。また、図27に示すパワースペクトルは、7Hz付近~28Hz付近の周波数帯域に幾つかのピークが存在している。このため、図27に示すパワースペクトルに対し、周波数帯域毎に積分した結果が最大値を示す周波数帯域を有意と判定する有意帯域判定処理を行った場合にも、有意な周波数帯域を誤判定する虞がある。 The power spectrum shown in Figure 27 has a maximum peak near 7 Hz, and the peak near 15 Hz, which corresponds to the true EEG signal, is attenuated. For this reason, if a significant band determination process is performed on the power spectrum shown in Figure 27 to determine that the frequency band in which the maximum peak occurs is significant, an erroneous determination of the significant frequency band will occur. Furthermore, the power spectrum shown in Figure 27 has several peaks in the frequency band near 7 Hz to 28 Hz. For this reason, even if a significant band determination process is performed on the power spectrum shown in Figure 27 to determine that the frequency band in which the result of integrating each frequency band shows a maximum value is significant, there is a risk of an erroneous determination of the significant frequency band.

第3の実行順序は、第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)を最初に行うものである。すなわち、疑似脳波信号に対して、(2)第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)→(1)異常値低減処理→(3)DCオフセット低減処理→(4)第2フィルタ処理(ハイパスフィルタおよびローパスフィルタ)、の順序で各処理を行うものである。第3の実行順序で各処理を行って得られた脳波信号のパワースペクトルを図28に示す。 The third execution order is to perform the first filter processing (moving average filter) first. That is, the pseudo-EEG signal is subjected to the following processing in the order of (2) first filter processing (moving average filter) → (1) outlier reduction processing → (3) DC offset reduction processing → (4) second filter processing (high-pass filter and low-pass filter). The power spectrum of the EEG signal obtained by performing each processing in the third execution order is shown in Figure 28.

図28に示すパワースペクトルでは、真性脳波信号に相当する15Hz付近のピークがカットされて無くなってしまっており、8Hz付近および23Hz付近に高いピークがある。このため、図28に示すパワースペクトルに対し、最大のピークが生じている周波数帯域を有意と判定する有意帯域判定処理を行った場合、有意な周波数帯の誤判定が発生する。また、周波数帯域毎に積分した結果が最大値を示す周波数帯域を有意と判定する有意帯域判定処理を行った場合にも、有意な周波数帯域を誤判定する虞がある。 In the power spectrum shown in Figure 28, the peak near 15 Hz, which corresponds to the true EEG signal, has been cut off and disappears, and there are high peaks near 8 Hz and 23 Hz. For this reason, when a significant band determination process is performed on the power spectrum shown in Figure 28 to determine that the frequency band in which the maximum peak occurs is significant, an erroneous determination of the significant frequency band occurs. Also, when a significant band determination process is performed to determine that the frequency band in which the result of integrating each frequency band shows the maximum value is significant, there is a risk of an erroneous determination of the significant frequency band.

第4の実行順序は、DCオフセット低減処理を最後に行うものである。すなわち、疑似脳波信号に対して、(1)異常値低減処理→(2)第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)→(4)第2フィルタ処理(ハイパスフィルタおよびローパスフィルタ)→(3)DCオフセット低減処理、の順序で各処理を行うものである。第4の実行順序で各処理を行って得られた脳波信号のパワースペクトルを図29に示す。 The fourth execution order is to perform the DC offset reduction process last. That is, the pseudo-EEG signal is subjected to the following processes in the order: (1) outlier reduction process → (2) first filter process (moving average filter) → (4) second filter process (high-pass filter and low-pass filter) → (3) DC offset reduction process. The power spectrum of the EEG signal obtained by performing each process in the fourth execution order is shown in FIG. 29.

図29に示すパワースペクトルでは、5Hz付近および7Hz付近に高いピークがあり、真性脳波信号に相当する15Hz付近には明瞭なピークが存在していない。このため、図29に示すパワースペクトルに対し、最大のピークが生じている周波数帯域を有意と判定する有意帯域判定処理を行った場合、有意な周波数帯の誤判定が発生する。また、周波数帯域毎に積分した結果が最大値を示す周波数帯域を有意と判定する有意帯域判定処理を行った場合にも、有意な周波数帯域を誤判定する虞がある。 The power spectrum shown in Figure 29 has high peaks near 5 Hz and 7 Hz, and no clear peak is present near 15 Hz, which corresponds to the true EEG signal. For this reason, when a significant band determination process is performed on the power spectrum shown in Figure 29 to determine that the frequency band in which the maximum peak occurs is significant, an erroneous determination of the significant frequency band occurs. Also, when a significant band determination process is performed to determine that the frequency band in which the result of integrating each frequency band shows the maximum value is significant, there is a risk of an erroneous determination of the significant frequency band.

第5の実行順序は、異常値低減処理を最後に行うものである。すなわち、疑似脳波信号に対して、(2)第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)→(3)DCオフセット低減処理→(4)第2フィルタ処理(ハイパスフィルタおよびローパスフィルタ)→(1)異常値低減処理、の順序で各処理を行うものである。第5の実行順序で各処理を行って得られた脳波信号のパワースペクトルを図30に示す。 The fifth execution order is to perform the outlier reduction process last. That is, the pseudo-EEG signal is subjected to the following processes in the order: (2) first filter process (moving average filter) → (3) DC offset reduction process → (4) second filter process (high-pass filter and low-pass filter) → (1) outlier reduction process. The power spectrum of the EEG signal obtained by performing each process in the fifth execution order is shown in Figure 30.

図30に示すパワースペクトルでは、11Hz付近に高いピークがあり、真性脳波信号に相当する15Hz付近にはピークは存在するもの、その高さは比較的低い。このため、図30に示すパワースペクトルに対し、最大のピークが生じている周波数帯域を有意と判定する有意帯域判定処理を行った場合、有意な周波数帯の誤判定が発生する。また、周波数帯域毎に積分した結果が最大値を示す周波数帯域を有意と判定する有意帯域判定処理を行った場合にも、有意な周波数帯域を誤判定する虞がある。 The power spectrum shown in Figure 30 has a high peak near 11 Hz, and although there is a peak near 15 Hz, which corresponds to the true EEG signal, its height is relatively low. For this reason, when a significant band determination process is performed on the power spectrum shown in Figure 30 to determine that the frequency band in which the maximum peak occurs is significant, an erroneous determination of the significant frequency band occurs. Also, when a significant band determination process is performed to determine that the frequency band in which the result of integrating each frequency band shows the maximum value is significant, there is a risk of an erroneous determination of the significant frequency band.

第6の実行順序は、第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)を最後に行うものである。すなわち、疑似脳波信号に対して、(1)異常値低減処理→(3)DCオフセット低減処理→(4)第2フィルタ処理(ハイパスフィルタおよびローパスフィルタ)→(2)第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)、の順序で各処理を行うものである。第6の実行順序で各処理を行って得られた脳波信号のパワースペクトルを図31に示す。 The sixth execution order is to perform the first filter process (moving average filter) last. That is, the pseudo-EEG signal is subjected to the following processes in the order: (1) outlier reduction process → (3) DC offset reduction process → (4) second filter process (high-pass filter and low-pass filter) → (2) first filter process (moving average filter). The power spectrum of the EEG signal obtained by performing each process in the sixth execution order is shown in FIG. 31.

図31に示すパワースペクトルでは、27Hz付近に高いピークがあり、次に高いピークは20Hz付近である。そして真性脳波信号に相当する15Hz付近には明瞭なピークは存在していない。このため、図31に示すパワースペクトルに対し、最大のピークが生じている周波数帯域を有意と判定する有意帯域判定処理を行った場合、有意な周波数帯の誤判定が発生する。また、周波数帯域毎に積分した結果が最大値を示す周波数帯域を有意と判定する有意帯域判定処理を行った場合にも、有意な周波数帯域を誤判定する虞がある。 In the power spectrum shown in Figure 31, there is a high peak near 27 Hz, and the next highest peak is near 20 Hz. There is no clear peak near 15 Hz, which corresponds to the true EEG signal. For this reason, if a significant band determination process is performed on the power spectrum shown in Figure 31 to determine that the frequency band in which the maximum peak occurs is significant, an erroneous determination of the significant frequency band will occur. Also, if a significant band determination process is performed to determine that the frequency band in which the result of integrating each frequency band shows the maximum value is significant, there is a risk of an erroneous determination of the significant frequency band.

第7の実行順序は、DCオフセット低減処理と第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)の実行順序を入れ替えたものである。すなわち、疑似脳波信号に対して、(1)異常値低減処理→(3)DCオフセット低減処理→(2)第1フィルタ処理(移動平均フィルタ)→(4)第2フィルタ処理(ハイパスフィルタおよびローパスフィルタ)、の順序で各処理を行うものである。第7の実行順序で各処理を行って得られた脳波信号のパワースペクトルを図32に示す。 The seventh execution order reverses the order of execution of the DC offset reduction process and the first filter process (moving average filter). That is, the pseudo-EEG signal is subjected to the following processing in the order of (1) abnormal value reduction process → (3) DC offset reduction process → (2) first filter process (moving average filter) → (4) second filter process (high-pass filter and low-pass filter). The power spectrum of the EEG signal obtained by performing each process in the seventh execution order is shown in FIG. 32.

図32に示すパワースペクトルでは、22Hz付近に高いピークがあり、次に高いピークは19Hz付近である。そして真性脳波信号に相当する15Hz付近には多少のピークは存在しているもの、その高さは低い。このため、図32に示すパワースペクトルに対し、最大のピークが生じている周波数帯域を有意と判定する有意帯域判定処理を行った場合、有意な周波数帯の誤判定が発生する。また、周波数帯域毎に積分した結果が最大値を示す周波数帯域を有意と判定する有意帯域判定処理を行った場合にも、有意な周波数帯域を誤判定する虞がある。 In the power spectrum shown in Figure 32, there is a high peak near 22 Hz, and the next highest peak is near 19 Hz. Although there is a small peak near 15 Hz, which corresponds to the true EEG signal, the height of the peak is low. For this reason, when a significant band determination process is performed on the power spectrum shown in Figure 32, in which the frequency band in which the maximum peak occurs is determined to be significant, an erroneous determination of the significant frequency band occurs. Also, when a significant band determination process is performed in which the frequency band in which the result of integrating each frequency band shows the maximum value is determined to be significant, there is a risk of an erroneous determination of the significant frequency band.

以上の結果から、脳波信号に対しては、(1)~(4)の各処理を番号順に行う(本開示に係る脳波信号処理方法に則った順序で行う)ことが、各種のアーチファクトを低減した、真性脳波信号に近い脳波信号を得る上で非常に有効であることが確認できた。 From the above results, it has been confirmed that performing each of the processes (1) to (4) on an EEG signal in numerical order (performing them in the order that conforms to the EEG signal processing method of the present disclosure) is extremely effective in obtaining an EEG signal that is close to a true EEG signal with various artifacts reduced.

10 車両用シート
12 シート本体
24 脳波計測装置
26 脳波信号処理ECU
40 脳波信号処理プログラム
60 取得部
62 異常値低減部
64 第1フィルタ部
66 DCオフセット低減部
68 第2フィルタ部
70 有意帯域判定部
72 意識状態判定部
74 パラメータ設定部
10 Vehicle seat 12 Seat body 24 Electroencephalogram measuring device 26 Electroencephalogram signal processing ECU
40 EEG signal processing program 60 Acquisition unit 62 Abnormal value reduction unit 64 First filter unit 66 DC offset reduction unit 68 Second filter unit 70 Significant band determination unit 72 Consciousness state determination unit 74 Parameter setting unit

Claims (9)

車両の運転を行っている被験者の脳波信号に加わる環境起因のアーチファクトが車両の車種毎に予め計測され、前記アーチファクトの計測結果に応じて、被験者の脳波信号に含まれる環境に起因するアーチファクトに関連する第2情報としての車両の車種を、当該車両の車種毎に、脳波信号に対し遮断周波数が第1周波数のハイパスフィルタおよび遮断周波数が前記第1周波数よりも高い第2周波数のローパスフィルタを掛ける第2フィルタ処理における前記第1周波数および前記第2周波数と対応付けて記憶部に記憶させておき、an environmental artifact added to an electroencephalogram signal of a subject who is driving a vehicle is measured in advance for each vehicle model, and in accordance with a measurement result of the artifact, the vehicle model as second information related to the environmental artifact included in the electroencephalogram signal of the subject is stored in a storage unit in association with the first frequency and the second frequency in a second filtering process in which the electroencephalogram signal is filtered through a high-pass filter having a cutoff frequency of a first frequency and a low-pass filter having a cutoff frequency of a second frequency higher than the first frequency, for each vehicle model;
車両の運転を行っている被験者の脳波信号を取得すると共に、前記被験者が運転している車両の車種を取得し、Acquiring an electroencephalogram signal of a subject who is driving a vehicle and acquiring the type of vehicle that the subject is driving;
取得した脳波信号に対し振幅が閾値以上の異常値を低減する異常値低減処理を行い、An abnormal value reduction process is performed on the acquired electroencephalogram signal to reduce abnormal values having an amplitude equal to or greater than a threshold value.
前記異常値低減処理を経た脳波信号に対し平滑化フィルタを掛ける第1フィルタ処理を行い、performing a first filtering process in which a smoothing filter is applied to the electroencephalogram signal that has been subjected to the abnormal value reduction process;
前記第1フィルタ処理を経た脳波信号に対しDCオフセット成分を低減するDCオフセット低減処理を行い、performing a DC offset reduction process for reducing a DC offset component on the electroencephalogram signal that has been subjected to the first filtering process;
前記DCオフセット低減処理を経た脳波信号に対し、前記取得した車両の車種と対応付けて前記記憶部に記憶されている前記第1周波数を前記ハイパスフィルタの遮断周波数に設定し、かつ、前記取得した車両の車種と対応付けて前記記憶部に記憶されている前記第2周波数を前記ローパスフィルタの遮断周波数に設定した、前記第2フィルタ処理を行うA second filtering process is performed on the electroencephalogram signal that has been subjected to the DC offset reduction process, in which the first frequency that is stored in the storage unit in association with the vehicle model of the acquired vehicle is set as a cutoff frequency of the high-pass filter, and the second frequency that is stored in the storage unit in association with the vehicle model of the acquired vehicle is set as a cutoff frequency of the low-pass filter.
脳波信号処理方法。EEG signal processing method.
前記異常値低減処理として、振幅が閾値以上を示すデータの値を、その前後のデータの中間値に置き換える処理を行う請求項1記載の脳波信号処理方法。2. The electroencephalogram signal processing method according to claim 1, wherein the abnormal value reduction process comprises replacing a data value whose amplitude is equal to or greater than a threshold value with an intermediate value between the data before and after the data value. 前記第2フィルタ処理を経た脳波信号のパワースペクトルにおける有意な周波数帯域を判定し、determining a significant frequency band in a power spectrum of the electroencephalogram signal that has been subjected to the second filtering process;
判定した前記有意な周波数帯域から前記被験者の意識状態を判定する請求項1または請求項2記載の脳波信号処理方法。3. The electroencephalogram signal processing method according to claim 1, further comprising the step of determining a state of consciousness of the subject from the determined significant frequency band.
非安静状態の被験者の脳波信号を取得する請求項1~請求項3の何れか1項記載の脳波信号処理方法。4. The electroencephalogram signal processing method according to claim 1, wherein an electroencephalogram signal is acquired from a subject in a non-resting state. 車両の運転を行っている被験者の脳波信号を取得する請求項1~請求項4の何れか1項記載の脳波信号処理方法。5. The electroencephalogram signal processing method according to claim 1, further comprising acquiring an electroencephalogram signal from a subject who is driving a vehicle. 前記異常値低減処理における前記閾値は、150μVまたはそれを超える値である請求項1~請求項5の何れか1項記載の脳波信号処理方法。The electroencephalogram signal processing method according to any one of claims 1 to 5, wherein the threshold value in the abnormal value reduction process is 150 μV or a value exceeding this. 車両の運転を行っている被験者の脳波信号に加わる環境起因のアーチファクトが車両の車種毎に予め計測され、前記アーチファクトの計測結果に応じて、被験者の脳波信号に含まれる環境に起因するアーチファクトに関連する第2情報としての車両の車種を、当該車両の車種毎に、脳波信号に対し遮断周波数が第1周波数のハイパスフィルタおよび遮断周波数が前記第1周波数よりも高い第2周波数のローパスフィルタを掛ける第2フィルタ処理における前記第1周波数および前記第2周波数と対応付けて記憶する記憶部と、a storage unit that measures in advance for each vehicle type an artifact caused by an environment added to an electroencephalogram signal of a subject who is driving a vehicle, and stores, according to a measurement result of the artifact, the vehicle type as second information related to the artifact caused by the environment included in the electroencephalogram signal of the subject, in association with the first frequency and the second frequency in a second filtering process that filters the electroencephalogram signal through a high-pass filter having a cutoff frequency of a first frequency and a low-pass filter having a cutoff frequency of a second frequency higher than the first frequency, for each vehicle type;
車両の運転を行っている被験者の脳波信号を取得すると共に、前記被験者が運転している車両の車種を取得する取得部と、an acquisition unit that acquires an electroencephalogram signal of a subject who is driving a vehicle and acquires a type of the vehicle that the subject is driving;
前記取得部によって取得された脳波信号に対し振幅が閾値以上の異常値を低減する異常値低減処理を行う異常値低減部と、an abnormal value reduction unit that performs an abnormal value reduction process for reducing abnormal values having amplitudes equal to or greater than a threshold value for the electroencephalogram signal acquired by the acquisition unit;
前記異常値低減部による前記異常値低減処理を経た脳波信号に対し平滑化フィルタを掛ける第1フィルタ処理を行う第1フィルタ部と、a first filter unit that performs a first filter process of applying a smoothing filter to the electroencephalogram signal that has been subjected to the abnormal value reduction process by the abnormal value reduction unit;
前記第1フィルタ部による前記第1フィルタ処理を経た脳波信号に対しDCオフセット成分を低減するDCオフセット低減処理を行うDCオフセット低減部と、a DC offset reduction unit that performs a DC offset reduction process to reduce a DC offset component on the electroencephalogram signal that has been subjected to the first filtering process by the first filter unit;
前記DCオフセット低減部による前記DCオフセット低減処理を経た脳波信号に対し、前記取得部によって取得された前記車両の車種と対応付けて前記記憶部に記憶されている前記第1周波数を前記ハイパスフィルタの遮断周波数に設定し、かつ、前記車両の車種と対応付けて前記記憶部に記憶されている前記第2周波数を前記ローパスフィルタの遮断周波数に設定した、前記第2フィルタ処理を行う第2フィルタ部と、a second filter unit that performs a second filter process on the electroencephalogram signal that has been subjected to the DC offset reduction process by the DC offset reduction unit, the second filter process setting the first frequency that is stored in the storage unit in association with the vehicle model acquired by the acquisition unit as a cutoff frequency of the high-pass filter, and setting the second frequency that is stored in the storage unit in association with the vehicle model as a cutoff frequency of the low-pass filter;
を含む脳波信号処理装置。13. An electroencephalogram signal processing device comprising:
車両の運転者が着座するシート本体と、A seat body on which a driver of the vehicle sits;
前記シート本体に着座した車両の運転者の脳波を計測し、脳波信号を出力する脳波計測部と、an electroencephalogram (EEG) measuring unit that measures an electroencephalogram of a driver of a vehicle seated in the seat body and outputs an electroencephalogram signal;
被験者の脳波信号として前記脳波計測部から出力された脳波信号を取得する請求項7記載の脳波信号処理装置と、8. The electroencephalogram signal processing apparatus according to claim 7, further comprising:
を含む車両用シート。1. A vehicle seat comprising:
車両の運転を行っている被験者の脳波信号に加わる環境起因のアーチファクトが車両の車種毎に予め計測され、前記アーチファクトの計測結果に応じて、被験者の脳波信号に含まれる環境に起因するアーチファクトに関連する第2情報としての車両の車種を、当該車両の車種毎に、脳波信号に対し遮断周波数が第1周波数のハイパスフィルタおよび遮断周波数が前記第1周波数よりも高い第2周波数のローパスフィルタを掛ける第2フィルタ処理における前記第1周波数および前記第2周波数と対応付けて記憶部に記憶させておき、an environmental artifact added to an electroencephalogram signal of a subject who is driving a vehicle is measured in advance for each vehicle model, and in accordance with a measurement result of the artifact, the vehicle model as second information related to the environmental artifact included in the electroencephalogram signal of the subject is stored in a storage unit in association with the first frequency and the second frequency in a second filtering process in which the electroencephalogram signal is filtered through a high-pass filter having a cutoff frequency of a first frequency and a low-pass filter having a cutoff frequency of a second frequency higher than the first frequency, for each vehicle model;
コンピュータに、On the computer,
車両の運転を行っている被験者の脳波信号を取得すると共に、前記被験者が運転している車両の車種を取得し、Acquiring an electroencephalogram signal of a subject who is driving a vehicle and acquiring the type of vehicle that the subject is driving;
車両の運転を行っている被験者の脳波信号を取得し、Acquire an electroencephalogram (EEG) signal from a subject who is driving a vehicle;
取得した脳波信号に対し振幅が閾値以上の異常値を低減する異常値低減処理を行い、An abnormal value reduction process is performed on the acquired electroencephalogram signal to reduce abnormal values having an amplitude equal to or greater than a threshold value.
前記異常値低減処理を経た脳波信号に対し平滑化フィルタを掛ける第1フィルタ処理を行い、performing a first filtering process in which a smoothing filter is applied to the electroencephalogram signal that has been subjected to the abnormal value reduction process;
前記第1フィルタ処理を経た脳波信号に対しDCオフセット成分を低減するDCオフセット低減処理を行い、performing a DC offset reduction process for reducing a DC offset component on the electroencephalogram signal that has been subjected to the first filtering process;
前記DCオフセット低減処理を経た脳波信号に対し、前記取得した車両の車種と対応付けて前記記憶部に記憶されている前記第1周波数を前記ハイパスフィルタの遮断周波数に設定し、かつ、前記取得した車両の車種と対応付けて前記記憶部に記憶されている前記第2周波数を前記ローパスフィルタの遮断周波数に設定した、前記第2フィルタ処理を行うA second filtering process is performed on the electroencephalogram signal that has been subjected to the DC offset reduction process, in which the first frequency that is stored in the storage unit in association with the vehicle model of the acquired vehicle is set as a cutoff frequency of the high-pass filter, and the second frequency that is stored in the storage unit in association with the vehicle model of the acquired vehicle is set as a cutoff frequency of the low-pass filter.
ことを含む処理を実行させるための脳波信号処理プログラム。The electroencephalogram signal processing program for executing processing including the above.
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