ИЗМЕРЕНИЕ БДИТЕЛЬНОСТИ Российский патент 2011 года по МПК A61B3/113 

Настоящее изобретение относится к контролю за уровнем бдительности, в частности, у водителей транспортных средств.

Описание известного уровня техники

Поскольку состояние сонливости нарушает способность операторов управлять самыми различными механизмами, включая транспортные средства всех видов: автомобильные, железнодорожные, воздушные и водные, а также промышленное оборудование, выявление такого состояния имеет большое значение. Проблему сонливости во время управления транспортным средством невозможно решить, научив водителей принимать меры для восстановления бдительности, когда они почувствуют сонливость. Сложность заключается в том, что многие люди не осознают, что они находятся в состоянии сонливости в этот момент, хотя после пробуждения они могут понимать, что были сонными. Это значит, что человек не может прогнозировать, когда его уровень сонливости возрастет до уровня возникновения опасности, поскольку в сонном состоянии человек перестает осознавать текущий момент и непроизвольно теряет внимание.

В патенте США 5745038 описан прибор для контроля глаз, который анализирует свет, отраженный от глаза, для определения характера мигания как показателя сонливости.

В патенте США 5867587 описана система, в которой используются цифровые изображения лица и глаз оператора для определения параметра, относящегося к миганию глаз, и этот параметр сравнивается с его пороговым значением. Когда данный параметр падает ниже порогового значения, выдается сигнал предупреждения.

В заявке WO 98/490028 также используется видеоизображение в качестве средства контроля за взглядом, позволяющее видеть диапазон движений глаза и анализировать и вычислять степень бдительности.

В патенте США 6091334 описана система для анализа сонливости, которая контролирует движения головы и устойчивость взгляда.

В патенте США 6102870 используются данные устройства слежения за глазами, их фиксацией и саккадами, позволяющие определить психическое состояние оператора, а именно находится ли он в состоянии наблюдения, чтения, поиска, размышления или намерения сделать выбор. Целью этой системы является улучшение реакции на программное обеспечение ЭВМ.

В патенте США 6097295 описана система анализа изображения на основании размера зрачка.

В патенте США 6147612 описана система для предотвращения засыпания, которая обнаруживает движение век и выдает тревожный сигнал, когда это движение свидетельствует о состоянии сонливости.

В патенте США 6346887 используется видеосистема слежения за глазами, которая отслеживает активность глаза и диаметр и положение зрачка и выдает сигнал, представляющий активность глаза, который можно использовать для оценки бдительности.

В заявке WO 03/039358 описано устройство для контроля бдительности, в котором используется ИК-излучение для измерения амплитуды и скорости движения век и глаз для определения количественного показателя бдительности по шкале, которую можно коррелировать со шкалой уровней алкоголя в крови. Этот прибор предназначен для определения бдительности в реальном времени и способен формировать калиброванный количественный показатель бдительности оператора.

В основу настоящего изобретения положена задача создания усовершенствованного прибора для контроля за уровнем бдительности такого типа, как описан в WO 03/039358.

Краткое описание изобретения

Предложена система контроля бдительности, содержащая

а) средство для измерения движения век,

b) запоминающее средство для непрерывной регистрации измерений,

с) процессор данных для анализа движений век в целях получения количественных показателей амплитуды и скорости смыкания и размыкания век, выведения средних значений этих количественных показателей за предварительно определенные периоды времени и измерения отклонения от предварительно определенного значения для субъектов в состоянии бдительности,

d) средство отображения для отображения измерения бдительности, или

е) средство тревожной сигнализации, включающееся при достижении измерением предварительно определенного значения.

В качестве основного количественного показателя возникновения состояния сонливости используется отношение амплитуды к скорости размыкания и смыкания век. Это отношение амплитуды к максимальной скорости (ОАС) смыкания и размыкания век при мигании возрастает с возникновением сонливости и может использоваться для прогнозирования падений бдительности. В основу настоящего изобретения частично положено обнаружение факта, что при одной и той же амплитуде ОАС имеет различные значения для смыкания и размыкания век. Обычно веки смыкаются быстрее, чем размыкаются, и между этими двумя скоростями существует слабая корреляция. Автор обнаружил, что лишение сна увеличивает ОАС как для смыкания, так и для размыкания век. Следовательно, продолжительность этих движений возрастает с увеличением степени сонливости. Было обнаружено, что соотношение скорости и амплитуды размыкания век является основным показателем уровня сонливости. Отношение амплитуды к максимальной скорости размыкания век (ОАС) измеряется временем, и оно относительно постоянное у бдительных субъектов, но постепенно увеличивается с повышением уровня сонливости и не требует калибровки.

Значения, вычисленные в целях сравнения, необходимо усреднять за предварительно определенный период времени. Измеряемые параметры век и значения, выбранные для усреднения, можно определить путем испытаний, и они могут представлять собой любую подходящую комбинацию параметров и средних значений. Предпочтительно вычислять отношения скорости к амплитуде для каждого обнаруженного движения, а затем определить среднее значение за предварительно определенный интервал времени. Можно также усреднять другие параметры, такие как продолжительность размыкания и смыкания век, и включать их в конечную вычисленную величину. Также предпочтительно в качестве дополнительных параметров включить движения глаза, такие как саккады. Для получения окончательного вычисления эти различные параметры предпочтительно взвешиваются. Окончательное вычисление становится показателем уровня сонливости, его низкое значение показывает бдительность, а более высокие значения показывают возрастающие уровни сонливости.

Движения век и глаза можно контролировать с помощью любой подходящей технологии, включая видеокамеру или цифровую камеру, идентифицирующей и измеряющей соответствующие движения глаз.

Для сохранения обнаруженных детектором сигналов или обработанных сигналов, или сигналов, представляющих события, использованные в процессоре данных, используется запоминающее средство. Как будет подробно описано ниже, хотя можно использовать абсолютные количественные показатели амплитуды и скорости, предпочтительно использовать их относительные количественные показатели, чтобы исключить необходимость в калибровке. Средние значения можно вычислять с помощью подходящего статистического анализа множества данных, а затем использовать среднее значение, как будет более подробно описано ниже.

В качестве средства отображения можно использовать графическое отображение на экране, цифровое отображение, звуковое отображение или распечатку отчета. Сигнализация может быть реализована в виде мигающего светового сигнала или звукового сигнала и может включать в себя любые сигналы предупреждения, используемые в мобильных телефонах, такие как звонки, вибрация и т.п. В транспортных средствах сигнал можно реализовать в форме вибрации сиденья или затягивания пристяжного ремня. При этом необходим только достаточный сигнал, чтобы разбудить сонного водителя и чтобы он мог сразу остановиться.

Выходные данные анализатора, помимо того, что они используются для сигнализации, можно сохранять в виде записи и/или передавать в центр управления. При осуществлении контроля за местонахождением грузовых автомобилей сигналы предупреждения можно легко передавать по радио вместе с информацией о местонахождении, при этом центральная диспетчерская станция может анализировать эти данные и осуществлять контроль за водителями в оперативном режиме. Выходные сигналы, а также сигналы предупреждения также могут изменить рабочее состояние транспортного средства или станка, используемого человеком, за которым осуществляют контроль. К таким мерам можно отнести торможение транспортного средства, выключение питания или переключение в безопасный режим работы.

Подробное описание изобретения

Результаты испытания изобретения проиллюстрированы на прилагаемых чертежах, на которых

фиг.1 изображает запись, снятую у субъекта в состоянии бдительности с использованием настоящего изобретения;

фиг.2 изображает запись мигания, снятую у субъекта в состоянии сонливости с использованием предложенного способа;

фиг.3 иллюстрирует отношение амплитуды к максимальной скорости для смыкания век во время мигания;

фиг.4 иллюстрирует отношение амплитуды к максимальной скорости для размыкания век во время мигания;

фиг.5 иллюстрирует мигания и длительное смыкание век у субъекта в состоянии сонливости, полученные согласно настоящему изобретению;

фиг.6 иллюстрирует показатель сонливости согласно настоящему изобретению для субъекта, не спавшего в течение суток;

фиг.7 иллюстрирует процент нарушений бдительности, определенный с помощью теста на бдительность за один и тот же период времени;

фиг.8 иллюстрирует взаимосвязь между шкалой сонливости Джонса (ШСД) и концентрацией алкоголя в крови;

фиг.9 иллюстрирует взаимосвязь между очками по шкале сонливости Джонса и средним временем реакции;

фиг.10 иллюстрирует взаимосвязь между очками по шкале сонливости Джонса и процентом нарушений бдительности.

Выполнение записи с одного глаза или обоих глаз

В настоящем изобретении используется такое же устройство контроля глаза, как и в предыдущей публикации WO 03/039358, поданной автором настоящего изобретения. В публикации WO 03/039358 описаны очки с преобразователями (ИК-светодиоды и фототранзисторы) на обоих глазах. В основу этого изобретения положен тот факт, что при сонливости изменяется бинокулярная координация, поэтому важно снимать запись с обоих глаз. Однако, как показали дальнейшие исследования автора, с увеличением степени сонливости измерение бинокулярной координации становится менее точным. Поэтому, если измерение бинокулярной координации не требуется, то записей с одного глаза достаточно для всех других параметров.

В настоящее время предпочтительно использовать два источника ИК-излучения и по меньшей мере один фототранзисторный детектор, расположенный на нижнем элементе оправы очков под одним глазом.

Современные методы применения видеокамеры для контроля сонливости имеют проблемы как практического, так и теоретического характера. Некоторые из теоретических проблем, возможно, будут преодолены в будущем, когда частоту смены кадров камеры можно будет увеличить до около 500 Гц, что позволит измерять скорости и ОАС. В настоящее время предпочтительным является использование ИК-излучения и его детектирования.

На фиг.1 показаны записи, полученные с помощью настоящего изобретения, у субъекта в состоянии бдительности. На вертикальной оси показано положение в произвольных единицах (А), а скорость представляет собой изменение А за 20 миллисекунд.

На фиг.2 показано мигание субъекта в состоянии сонливости, полученное с помощью настоящего изобретения:

амп - амплитуда мигания,

мсс - максимальная скорость смыкания век,

мср - максимальная скорость размыкания век,

время между событиями - количественный показатель длительности мигания,

скорость - изменение положения за 50 мсек.

На фиг.5 показаны мигания и длительное смыкание век у субъекта в состоянии сонливости.

Отношения амплитуды к скорости (ОАС)

Как известно из публикации WO 03/039358, в состоянии бдительности амплитуда каждого мигания или саккады имеет высокую корреляцию с его максимальной скоростью. Изобретение частично основано на том, что эта скорость изменяется с сонливостью. Отношение амплитуды к скорости (ОАС) является важным количественным показателем сонливости. В публикации WO 03/039358 ОАС измеряются как для миганий, так и для саккад. В настоящее время предпочтительным является брать за основу ОАС для миганий, исключая саккады и другие движения. В публикации WO 03/039358 каждое ОАС измеряется как отношение амплитуды движения век (общее изменение положения), измеренной в произвольных единицах (А), деленное на максимальную скорость этого движения, измеренную как максимальное изменение А за 10 миллисекунд. Автор обнаружил, что таким образом можно точно определить относительную скорость большинства миганий и всех саккад, но не более медленных миганий, имеющих место в состоянии сонливости. Автор пришел к заключению, что скорость следует измерять как максимальное изменение А за 50 миллисекунд. Обозначим это отношение как ОАС(50) вместо ОАС(10).

В публикации WO 03/039358 рассматривается, в основном, ОАС(10) для смыкания век во время мигания. Настоящее изобретение частично основано на обнаружении того факта, что смыкание и размыкание век следует рассматривать отдельно. В данном изобретении отношения для смыкания век ОАСС(50) и размыкания век ОАСР(50) рассматриваются как отдельные переменные. Они существенно различаются (р<0,001), но имеют малую корреляцию.

На фиг.3 показано отношение амплитуды к максимальной скорости для смыкания век во время миганий.

На фиг.4 показано отношение амплитуды к максимальной скорости для размыкания век во время миганий.

Продолжительность движений век

Продолжительность смыкания век измеряется как интервал времени между переходами через нуль в сигнале скорости и называется интервалом перехода через нуль в положительную область (ИПНП). Продолжительность размыкания век измеряется отдельно как интервал перехода через нуль в отрицательную область (ИПНО). Эти ИПНП и последующие ИПНО имеют лишь небольшую корреляцию даже у одного и того же субъекта (r=приблизительно 0,5). Эти продолжительности высоко коррелированы с соответствующими ОАС для смыкания и размыкания, хотя и не равны им.

Во время мигания у субъектов в состоянии бдительности веки обычно не остаются сомкнутыми в течение более чем 1-2 миллисекунд, однако с возрастанием сонливости продолжительность смыкания заметно возрастает. Она измеряется как отдельная переменная (продолжительность смыкания век). Общая продолжительность мигания измеряется как сумма продолжительности смыкания, продолжительности сомкнутого состояния и продолжительности размыкания.

При размыкании век в конце мигания они достигают своей максимальной скорости, когда они наполовину разомкнуты, а оставшаяся часть движения может быть довольно медленной. Поэтому всегда было трудно точно измерить продолжительность этого движения и общую продолжительность миганий. Некоторые исследователи пытались решить эту проблему путем измерения продолжительности миганий по интервалу между веками, когда достигалась половина соответствующих амплитуд при смыкании и размыкании. В настоящем изобретении используется альтернативный количественный показатель. Он представляет собой интервал между точкой максимальной скорости смыкания и следующей максимальной скоростью размыкания, так называемое "время между событиями". Его следует отличать от интервала между последовательными саккадами, т.е. взглядом в одну сторону, а затем в другую, обычно имеющим место у людей в состоянии бдительности. При миганиях фаза или направление движения смыкания век всегда одинаковы - вниз (так называемая положительная фаза). За ней следует размыкание, которое всегда направлено вверх (отрицательная фаза). Отрицательное время между событиями (ОВМС) измеряется как время между максимальными скоростями последовательных положительных и отрицательных движений, независимо от их характера (включая некоторые последовательные саккады в соответствующей фазе). Отрицательное время между событиями дает количественный показатель общей продолжительности миганий, которая не зависит от неопределенности моментов начала и конца движений век.

Относительная амплитуда движений

Доказано, что гораздо легче отличать мигания от других движений глаза и век у сидящих прямо субъектов при выполнении компьютерного теста на работоспособность, чем в процессе вождения. Другие виды движения глаз во время вождения не подчиняются тем же самым законам амплитуды и скорости, которые используются в измерении ОАС. Поэтому в настоящем изобретении предпочтительно отличать мигания от других движений. Предложенный способ реализации этой задачи является самокалибрующимся. Хотя нормальные мигания несколько отличаются друг от друга, их можно охарактеризовать продолжительностью и относительно большой амплитудой по сравнению с другими движениями.

Были установлены контрольные интервалы для "нормальной" продолжительности смыкания век (ИПНП) и отрицательного времени между событиями (ОВМС) во время миганий. В состоянии сонливости многие мигания превышают эти "нормальные" интервалы, а другие все еще соответствуют им. Амплитуда этих "нормальных" миганий используется в качестве контрольной величины для измерения относительной амплитуды всех движений.

Для вычисления относительной амплитуды любого движения сначала необходимо установить "контрольную" амплитуду "нормальных" миганий конкретного субъекта в данное время, которая может меняться в различных обстоятельствах, например, в зависимости от интенсивности света в данное время. Измеряется амплитуда каждого движения положительной фазы, которое имеет продолжительность в пределах контрольного интервала для смыкания век во время "нормальных" миганий (например, ИПНП=80-250 мсек) и за которым следует движение отрицательной фазы с ОАСС в пределах контрольного интервала (например, 60-200 мсек). Эти амплитуды последовательно накапливаются и, когда их число достигнет двадцати, вычисляется их 85-я процентиль. Она принимается за "контрольную" амплитуду, которая больше никак не калибруется и постоянно корректируется во время записи на основании последних двадцати измерений. Относительная амплитуда всех других движений, независимо от того, имеют ли они положительную или отрицательную фазу, вычисляется как процент этой 85-й процентили.

Относительная амплитуда большинства движений глаза и век, отличных от мигания, составляет <70%. Это особенно верно для большинства горизонтальных и вертикальных саккад и вестибулярно-окулярных движений, которые компенсируют движения головы во время вождения. Следовательно, почти все мигания можно различить по их относительной амплитуде >70%. Различив мигания таким образом, их можно количественно охарактеризовать, независимо от их продолжительности в состоянии сонливости.

Относительная скорость вычисляется как изменение в единицах относительной амплитуды за секунду.

Гримаса представляет собой вынужденное произвольное смыкание век, обычно наблюдаемое в состоянии сонливости, когда глаза испытывают раздражение. Гримасу можно отличить от нормального мигания по ее относительно большой амплитуде, обычно >150%. До настоящего времени ни один известный метод контроля за движениями глаз и век не позволял отличать гримасы, и это является еще одной уникальной особенностью изобретения.

Относительное положение

При неподвижном состоянии век важно различать, что происходит в это время: размыкание или смыкание. Для этого необходимо знать относительное положение век. Согласно настоящему изобретению для этого данное положение регистрируется каждый раз, когда начинается и заканчивается период нулевой скорости для событий в рамках "нормального" диапазона миганий, описанного выше. Все эти значения положений накапливаются за минуту. Вычисляются их 10-я и 90-я процентили, а также разность между процентилями. Это значение принимается за контрольный интервал разностей между относительно высоким (сомкнутые веки) и низким (разомкнутые веки) положениями. Затем любое конкретное положение записывается как процент этой разности. Для практических целей последнее значение принимается за "нейтральное" положение, хотя фактически оно немного выше такового. Это относительное положение в любое конкретное время представляет собой процент разности между 10-й и 90-й процентилями предыдущих движений.

Разность между относительной амплитудой и относительным положением и потребность в обоих значениях для анализа может быть очевидна не сразу. Первое значение эквивалентно коэффициенту усиления системы, измеренному в моменты максимальной скорости, а второе значение - смещению постоянной составляющей, измеренному в моменты нулевой скорости.

При попадании прямого солнечного света на фототранзисторы выход их усилителя практически доходит до нуля. Записи, сделанные в это время, бесполезны для определения уровня сонливости и должны быть удалены из анализа. Это делается посредством простого удаления всех точек данных для (абсолютных) положений ниже (например) 200, в то время как большинство других значений находится в диапазоне 1000-2000.

Шкала сонливости Джонса

В настоящее время не существует общепринятой калиброванной шкалы для объективного измерения уровня сонливости субъекта в конкретное время. Существуют методы субъективного сообщения ощущений, связанных с сонливостью, такие как Стенфордская шкала сонливости (СШС) или шкала сонливости института Каролинска, которые позволяют измерять относительные изменения у субъектов, но они не способны точно отражать различия между субъектами.

В настоящем изобретении предложена шкала сонливости Джонса (ШСД). ШСД основана на взвешенной комбинации переменных, описывающих характеристики движений век и факультативно глаз, которые изменяются при сонливости и объективно измеряются предложенным устройством.

В таблице 1 представлены переменные и их весовые значения согласно одному варианту осуществления изобретения.

Таблица 1 Переменная В-вес Статистическая значимость
(p<) Log_n стандартного
отклонения времени
между событиями 1,1575 0,00000 Среднее положительное ОАС -4,7422 0,00000 Среднее отрицательное ОАС 2,6295 0,00000 Log_n средней продолжитель-
ности смыкания век 0,5116 0,00000 Log_n средней общей продол-
жительности миганий -1,9377 0,00002 Стандартное отклонение
положительного ОАС 2,3916 0,0008 Нарушение бдительности (константа) 7,9719 0,00000

В этой регрессии учитывается 62% всех переменных между периодами 60 сек для данных "бдительности" и "нарушений бдительности" (R=0,785; p<0,0000). Эти переменные были выбраны статистическим методом из приблизительно 20, включая среднее и стандартное отклонение для большинства переменных. В-веса были получены из сравнений между записями, сделанными, когда субъекты были в состоянии бдительности (n=28) и способны реагировать в течение 2 секунд по меньшей мере на 98% визуальных раздражителей, представленных им в тесте бдительности Джонса (ТБД), и такими же записями, сделанными после 24-38 часов лишения сна, когда субъекты были в состоянии сонливости в такой степени (n=9), что они ошибались (не реагировали на визуальные раздражители в течение 2 секунд) в течение по меньшей мере 5% времени в ТБД. По-видимому, водитель не сможет управлять транспортным средством в последних условиях.

На фиг.6 и 7 показана корреляция между показателем сонливости и нарушением бдительности у лишенных сна субъектов.

Средние и стандартные отклонения этих переменных были вычислены для каждой минуты записей в ТБД. Некоторые переменные, не имевшие нормального распределения, были нормированы логарифмическим (lg) преобразованием. Данных для "бдительности" было больше, чем данных для условий нарушения бдительности, потому что такие данные были исключены для нескольких субъектов, лишенных сна, но тем не менее не проявивших нарушений бдительности в ТБД, и которые по этому определению не находились в состоянии сонливости в это время.

Статистический анализ выполнялся сначала методом ступенчатой множественной регрессии (вперед и назад) с использованием выбранных переменных для прогнозирования состояний "бдительности" и "сонливости", закодированных как 1 и 8. Этот анализ повторяли методом ступенчатого дискриминационного анализа, а затем методом логистического регрессионного анализа, каждый из которых дал по существу одинаковые результаты. Базу данных разделили на две половины и выполнили отдельные множественные регрессионные анализы на каждой половине, что также дало очень похожий результат. Таким образом, была подтверждена возможность широкого применения ШСД для разных субъектов. Выбор переменных и их веса можно немного изменять, применяя расширенную базу данных.

В других экспериментах субъектов лишали сна на непрерывные периоды длительностью 27 часов и выполняли 15-минутные ТБД через каждые три часа. Среднее значение по ШСД постепенно возрастало после полуночи, так же, как и процент нарушений работоспособности в ТБД (р<0,001).

Калибровку ШСД выполняли в единицах снижения работоспособности по ТБД при увеличении концентраций алкоголя в крови. Это делалось на основании предыдущего исследования того же типа, продемонстрировавшего такую взаимосвязь. Аналогично, ШСД можно также откалибровать по степени влияния на качество вождения на тренажере вождения, сравнивая работоспособность в состояниях бдительности и лишения сна.

Во втором варианте осуществления изобретения этот алгоритм был изменен для учета измененных весов и новых переменных, таких как средняя продолжительность окулярной неподвижности (ПОН) за минуту. Эта величина представляет собой среднее значение интервалов между последовательными движениями глаз и век любого вида, включая саккады, мигание, вестибулярно-окулярные движения и т.п. Относительно длительные периоды окулярной неподвижности типичны для состояния сонливости у многих субъектов. Еще одна новая переменная - это процент саккад, имеющих ОАС выше определенного порога (% саккад с высоким ОАС). Этот процент увеличивается с сонливостью.

В таблице 2 представлены переменные и веса для второго варианта осуществления изобретения.

Таблица 2 Значимость переменной (р<) В-вес Статистическая Ln среднего интервала перехода через нуль в отрицательную область 2,66 0,00001 Ln стандартного отклонения времени между событиями 0,99 0,00001 Ln средней продолжительности смыкания век 0,07 0,003 Ln стандартного отклонения отрицательного ОАС 0,22 0,00001 Процент саккад с высоким ОАС 0,01 0,001 Ln средней продолжительности окулярной неподвижности -1,49 0,00001 Константа 13,83 0,00001

Результаты многих экспериментов, проведенных автором, показали, что ШСД можно калибровать в единицах "критического уровня" сонливости, который можно применять в большинстве случаев с более высокой точностью и чувствительностью путем сравнения значений по ШСД с результатами тестов психофизиологической работоспособности.

Значения ШСД измерялись ежеминутно во время тестов на время реакции (тест бдительности Джонса, или ТБД) у многих субъектов, которые находились в состоянии сонливости из-за того, что они были в какой-то степени лишены сна, или приняли различные количества алкоголя, или имели какую-либо другую причину состояния сонливости. Различные уровни сонливости, отраженные в баллах ШСД, были затем описаны как уровни влияния на работоспособность в этих стандартных тестах, например замедление времени визуальной реакции и частота отсутствия реакции субъекта на значимый визуальный раздражитель.

Эти результаты показывают, что когда степень сонливости водителя достигает "критического" уровня, равного или выше 5,0 баллов на ШСД, он больше не способен управлять транспортным средством. Эта оценка ШСД связана с довольно высокой вероятностью отсутствия реакции на значимый визуальный раздражитель, представленный в его поле зрения. Для безопасного вождения способность реагировать на ясный и релевантный визуальный раздражитель, такой как красный свет на идущем впереди автомобиле или поворот дороги, является необходимой.

На фиг.8 показана взаимосвязь между шкалой сонливости Джонса (ШСД) и концентрацией алкоголя в крови (г%) у 19 субъектов. (Планки погрешности представляют интервалы 95% достоверности, ANOVA р<0,0001).

Была обнаружена статистически значимая взаимосвязь между баллами ШСД, измеренными во время стандартного теста (10 минутный ТБД) у 19 добровольцев, и их концентрацией алкоголя в крови (ВАС), измеренной с помощью анализатора дыхания вечером, когда они принимали постепенно увеличивающееся количество алкоголя между 18 или 24 часами.

Во время ТБД субъекта просили как можно быстрее нажимать на кнопку (которая находилась в доминирующей руке), увидев изменяющиеся формы на экране компьютера. Эти изменения происходили с произвольными интервалами от 5 до 15 сек. Три круга на экране изменяли свою форму на квадраты или ромбы на 400 мсек. Этого времени было достаточно, чтобы субъекты в состоянии бдительности могли увидеть изменение, и они редко не проявляли реакции. Их время реакции (ВР), измеренное с точностью до 2 мсек, обычно составляло менее 500 мсек.

В состоянии сонливости наблюдалось несколько видов изменения реакции.

1. Более медленная реакция на каждый раздражитель (более продолжительное время реакции).

2. Более частое отсутствие реакции, т.е. больше пропусков.

Эти изменения, возникающие в состоянии сонливости, оценивались путем вычисления среднего ВР для каждого теста ТБД, а также вычислялся процент количества раз, когда субъект не смог отреагировать за определенные интервалы времени (0,5; 1,0 или 2,0 сек).

Баллы ШСД и ВР во время ТБД измерялись у многих субъектов при различных уровнях сонливости, вызванной лишением сна вплоть до 40 часов непрерывного бодрствования. Были также измерены баллы ШСД и ВР у 19 субъектов с различными уровнями алкоголя в крови, как показано на фиг.8. На фиг.9 представлены совокупные результаты для 70 субъектов, которые были подвергнуты всего 221 ТБД, из них 51 субъект был лишен сна (треугольники и штриховая линия), а 19 субъектов находились под действием алкоголя (кружки и непрерывная линия).

Существует очень значительная линейная взаимосвязь между ШСД и ВР у каждой группы субъектов, и их регрессии подобны. Более высокие баллы ШСД связаны с более медленной реакцией на визуальные раздражители в ТБД (большее ВР). Это справедливо независимо от причины сонливости. Уровень 5 баллов по ШСД связан со средним ВР более 500 мсек. Хотя такое ВР не было принято за общее критическое значение, оно представляет медленную реакцию, которая предположительно может повысить риск аварии.

ШСД представляет собой объективный физиологический количественный показатель окулярной функции, а ВР является количественным показателем поведения, которое явно связано с задачей вождения. В физиологических исследованиях не принято устанавливать корреляции между такими переменными при 0,6-0,7 в базе данных такого размера.

На фиг.10 показана взаимосвязь между баллами по шкале сонливости Джонса и процентом "нарушений бдительности" в 221 ТБД, выполненных с 51 субъектами, лишенными сна (треугольники и штриховая линия), и 19 субъектами, находящимися под действием алкоголя (кружки и сплошная линия).

На фиг.10 показана аналогичная взаимосвязь для тех же двух групп субъектов, что и на фиг.9, между баллами ШСД и процентом "нарушений бдительности" в ТБД, когда реакция либо отсутствовала, либо была замедленной, ВР>500 мсек. Это особенно важно при управлении транспортным средством, когда отсутствие реакции или недостаточно быстрая реакция на ясный визуальный раздражитель может иметь критическое значение. Эти взаимосвязи очень существенны, так как они обеспечивают дополнительное доказательство обоснованности ШСД. Оценка 5 баллов по ШСД связана с высокой вероятностью нарушения бдительности в тесте на работоспособность и, предположительно, также во время управления транспортным средством.

Из приведенного выше описания понятно, что настоящее изобретение представляет собой уникальный метод измерения степени сонливости и надежный параметр для прогнозирования способности субъекта работать с механизмами или транспортными средствами, требующими бдительности.

Специалистам будет понятно, что варианты осуществления устройства и способа, отличные от описанных выше, могут также обеспечить преимущества изобретения, не выходя за рамки его основного изобретательского замысла.

Способ и устройство для измерения сонливости, в частности, у водителей транспортных средств. Способ включает в себя этапы: а) непрерывно контролируют движение век глаз субъекта, b) измеряют амплитуду движения век, с) измеряют максимальную скорость смыкания и размыкания век по отдельности, d) получают отдельные значения отношения амплитуды к скорости для смыкания и размыкания век, соответственно, е) по отдельности выводят средние значения отношений амплитуды к скорости для смыкания и размыкания, соответственно, за предварительно определенные интервалы времени, f) регистрируют отдельные средние значения для каждого интервала, взвешивают средние значения различным образом и суммируют их для получения количественного показателя сонливости, который сравнивают со шкалой сонливости, основанной на данных, собранных у субъектов в состояниях бдительности и сонливости. Система выполнена с возможностью реализации указанного способа. Применение данной группы изобретений позволит усовершенствовать контроль за бдительностью. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил., 2 табл.

1. Компьютеризированный способ измерения сонливости субъекта, включающий в себя этапы, на которых: а) непрерывно контролируют движение век по меньшей мере одного глаза субъекта, b) измеряют амплитуду движения век, с) измеряют максимальную скорость смыкания и размыкания век по отдельности, d) получают отдельные значения отношения амплитуды к скорости для смыкания и размыкания век соответственно, е) по отдельности выводят средние значения отношений амплитуды к скорости для смыкания и размыкания соответственно за предварительно определенные интервалы времени, f) регистрируют отдельные средние значения для каждого интервала, взвешивают средние значения различным образом и суммируют их для получения количественного показателя сонливости, который сравнивают со шкалой сонливости, основанной на данных, собранных у субъектов в состояниях бдительности и сонливости.

2. Способ по п.1, в котором количественный показатель сонливости также включает в себя среднее значение интервалов между последовательными движениями глаз и век любого вида.

3. Способ по п.1, в котором количественный показатель сонливости также включает в себя процент саккад с высоким отношением амплитуды к скорости.

4. Способ по п.1, в котором в количественный показатель сонливости также включают среднюю продолжительность мигания век и смыкания век за предварительно определенный интервал.

5. Система контроля бдительности, содержащая а) средство для измерения движения век, b) запоминающее средство для непрерывной регистрации измерений, с) процессор данных для анализа движений век согласно которому: 1) получают отдельные значения отношения амплитуды к скорости для смыкания и размыкания век соответственно, 2) по отдельности выводят средние значения отношений амплитуды к скорости для смыкания и размыкания соответственно за предварительно определенные интервалы времени, 3) регистрируют отдельные средние значения для каждого интервала, взвешивают средние значения различным образом и суммируют их для получения количественного показателя сонливости, который сравнивают со шкалой сонливости, основанной на данных, собранных у субъектов в состояниях бдительности и сонливости; d) средство отображения, показывающее измерение бдительности, или е) средство тревожной сигнализации, включающееся при достижении измерением предварительно определенного значения.

6. Система контроля бдительности по п.5, в которой в качестве средства измерения движения век используется камера.

7. Система контроля бдительности по п.5, в которой средство для измерения движения век содержит по меньшей мере один источник ИК-излучения, установленный на оправе очков, и по меньшей мере один детектор ИК-излучения, также установленный на оправе очков.

8. Система контроля бдительности по п.5, прикрепленная к водителю транспортного средства или оператору механизма, в которой сигнал тревоги может также вызвать изменение рабочего состояния транспортного средства или механизма.