Способ определения функционального состояния водителя автомобиля в рейсе по тремору рук Российский патент 2019 года по МПК B60K28/06 G08B21/06 A61B5/11 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для оперативного контроля психофизиологического состояния водителя в рейсе.

Известно, что параметры тремора тела и рук человека являются индикатором не только неврологической патологии, но и текущего состояния, вызванного например, стрессом, утомлением, холодом, т.н. психогенный тремор (см., например, Левин О.С., Штульман Д.Р. Неврология. Справочник практического врача. 10-е изд, М, Медпресс-информ, 2016, 160-161. Психогенное дрожание может начинаться остро, иметь нестандартные и изменчивые характеристики.

Известно устройство для комплексного исследования различных видов тремора человека RU 2483676 С1, Тиманин 10.06.2013. Оно состоит из акселерометрического датчика, соединенного с аналого-цифровым преобразователем и компьютером с программным обеспечением для ввода и обработки сигналов тремора. Устройство содержит второй независимый от первого одноосный пьезоэлектрический акселерометрический датчик. Каждый из датчиков через выделенный канал согласующего блока соединен с выделенным входом аналого-цифрового преобразователя, а выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с модулем специализированного программного обеспечения компьютера, выполненного с возможностью определения количественных параметров тремора и сопоставления их с соответствующими величинами в норме. Устройство позволяет повысить точность измерения параметров тремора и сравнение их с соответствующими величинами в норме, направленное преимущественно на диагностику болезни Паркинсона.

Недостатки решения - применение только в лабораторно-клинических условиях, отсутствие технического решения для мобильной реализации аппаратуры, применение методов для исследования нарушений работы нервной системы для больных различного анамнеза (т.е. отсутствие информации по изменениям тремора у здоровых людей в различных функциональных состояниях: при стрессе, при утомлении).

Известны регистрация и анализ тремора с помощью детектора движения на основе веб-камеры. / С.В. Фролов, А.В. Горбунов, А.Ю. Потлов Регистрация и анализ тремора с помощью детектора движения на основе веб-камеры // Биомедицина. - 2012, №2 - С. 80-83), заключающаяся в том, что тремор можно зафиксировать с помощью детектора движения, основанного на сравнении кадров путем вычитания из последующего кадра предыдущего. Недостатком данного метода является то, что патологическая двигательная активность может не проявиться в момент проведения такого исследования.

Известно использование трехосных акселерометров для интерпретации двигательной активности конечностей пациента во время его сна по частоте, амплитуде и длительности периода сигнала, измеренного и зарегистрированного устройством, закрепляемым на лодыжках и/или запястьях пациента (RU 2640138 С2, Горбунов и др., 26.12.2017).

Описано устройство для определения состояния водителя в рейсе, в котором регистрируются колебания тела водителя посредством датчиков, встроенных в ремень безопасности для определения перемещений тела водителя на сиденье (US 5813989 (A), PIONEER ELECTRONIC CORP [JP], 29.09.1998). В изобретении US 2007241915 (A1) - MEDICAL APPLICATIONS IN TELEMATICS, [US] IBM, 18.10.2007 решается задача облегчения работы водителя с потенциально изнурительным состоянием. По меньшей мере, один датчик обеспечивает данные, соответствующие, по меньшей мере, одному условию транспортного средства или условию водителя. База данных включает в себя потенциально изнурительные данные состояния и данные о симптомах, соответствующие этому. Центральный блок обработки данных связан с передачей данных с базой данных и по меньшей мере одним датчиком. Процессор контролирует работу транспортного средства водителем на основе данных датчика и базы данных. Однако тремор не регистрируется и не рассматривается как единственный диагностический параметр. В изобретении (WO 2017214231 (A1), BLYNCSYNC TECH LLC, 14.12.2017) показана возможность регистрации биометрических данных, собранных, в частности с помощью акселерометра, гироскопа и др. датчиков и воспринимать биометрические данные, такие как распознавание лица, скорость мигания, гироскопический наклон головы, определение зевоты и могут быть спроектированы, например, для звуковой сигнализации водителя, который кивает и зевает в рейсе. Аналогичные решения описаны в публикациях US 9908530, STATE FARM MUTUAL AUTOMOBILE INSURANCE CO, 06.03.2018; US 2016082979 (A1) GM GLOBAL TECH OPERATIONS INC, 24.03.2016 и др.

Однако из вышеуказанных источников не следует возможность определения функционального состояния водителя автомобиля в рейсе на основе учета психогенного тремора.

Наиболее близким аналогом патентуемого технического решения является способ определения функционального состояния водителя автомобиля в рейсе, включающий регистрацию физиологических параметров водителя, за счет одновременного учета психофизиологического состояния водителя, моторики его действий при управлении транспортом, а также оперативного учета внешних факторов, в которых находится водитель, реализованный в интеллектуальной перчатке (RU 2455694 С1, "НЕЙРОКОМ", 10.07.2012 - прототип).

Настоящее изобретение направлено на решение проблемы контроля состояния водителя автомобиля в рейсе путем учета психогенного тремора.

Патентуемый способ определения функционального состояния водителя автомобиля в рейсе включает регистрацию физиологических параметров и их обработку.

Отличие состоит в том, что в качестве физиологических параметров регистрируют тремор тела водителя, для чего на рулевом колесе и на запястье правой руки (ПР), осуществляющей взаимодействие с рычагом коробки передач, устанавливают трехосные акселерометры и непрерывно регистрируют амплитудно-частотные характеристики.

Затем выделяют непроизвольный компонент изометрического тремора ПР по скачкообразным изменениям линейного ускорения движения при переносе ПР с рулевого колеса на рычаг коробки передач, выделяют показатели произвольного компонента кинетического тремора ПР, по которым оценивают негативное изменение функционального состояния водителя по отношению к индивидуальной норме.

Способ может характеризоваться тем, что непроизвольный компонент изометрического тремора ПР определяют как разность параметров колебаний руки водителя и рулевого колеса автомобиля, а также тем, что негативное изменение функционального состояния водителя включает, но не исчерпывается стрессом и/или утомлением.

Способ может характеризоваться также тем, что значения индивидуальной нормы определяют как средние и среднеквадратичные отклонения показателей после не менее тридцати измерений.

Технический результат изобретения - возможность использования параметров психогенного тремора как стрессового показателя психофизиологического состояния водителя для целей безаварийности в рейсе.

Блок-схема способа представлена на фигуре, где обозначены: рулевое колесо 10 автомобиля, рычаг 12 коробки передач (если коробка передач механическая), трехосный акселерометр 14, установленный на рулевом колесе 10, левая 16 и правая рука (ПР) 18 водителя, трехосный акселерометр 20, установленный на запястье ПР 18, блок 30 обработки, хранения данных и принятия решений. Стрелкой 101 и скобкой 102 показана зона перемещения ПР 18 от рулевого колеса 10 к рычагу 12, в которой фиксируются скачкообразные изменения линейного ускорения движения. Связь акселерометров 14 и 20 с блоком 30 осуществляется по радиоканалу.

В блоке 31 происходит сбор оцифрованных с частотой 60 Гц данных с обоих акселерометров по 6-ти каналам. Вычисляются модули полных ускорений (МПУ) и по формулам:

После одновременного накопления 1024 значений от обоих акселерометров в блоке 32 вычисляется корреляция между полученными рядами. Если коэффициент корреляции больше или равен 0.8, то в блоке 32 происходит попарное вычитание одного ряда данных из другого. Полученный ряд разностей МПУ поступает в блок 33, где подвергается Фурье преобразованию и получается частотный спектр мощностей колебаний МПУ ПР. Здесь же выделяются значимые пики в спектре в диапазоне от 10^-2 до 20 Гц. Значимость проверяется по критерию χ². Затем информация о текущих значимых пиках в спектре поступает в блок сравнения с индивидуальными нормами (блок 35). Если в интервале частот 10-20 Гц появились достоверные пики в текущем спектре (изометрический тремор), которых нет в индивидуальной норме, и они появляются на последующих временных интервалах, на которых оцениваются спектры, то вырабатывается предупреждающий сигнал в блоке индикации (блок 36).

Если коэффициент корреляции меньше 0,8, то считается, что ПР снята с руля и текущие МПУ поступают в блок 34. В блоке 34 происходит сравнительный анализ этих МПУ с индивидуальным шаблоном вождения автомобиля данного водителя, который выработан в процессе накопления и определения индивидуальных норм кинетического тремора. При появлении в разнице между текущим МПУ и шаблонным МПУ значений, превышающей 2g, в блок 36 поступает предупреждающий сигнал.

Параметры изометрического и кинетического тремора руки водителя по отдельности накапливаются в памяти блока 30. После тридцати измерений они усредняются, оцениваются среднеквадратичные отклонения (СКО). Эти значения (средние значения и СКО) принимаются за индивидуальную норму.

В блоке 30 дополнительно происходит оценка параметров вибраций автомобиля в пути (частотно-амплитудные характеристики).

Способ реализуют следующим образом.

После запуска двигателя за период его прогрева измеряются параметры вибраций автомобиля в стоянке. В процессе поездки акселерометр 14 на рулевом колесе 10 отслеживает все вибрации в движении автомобиля: собственные, из-за качества дороги, из-за сопротивления воздуха, тела человека и пр. Когда ПР 18 сопряжена с рулевым колесом 10, акселерометр 20 на ПР 18 отслеживает все упомянутые вибрации и колебания из-за наличия тремора руки.

Данные с обоих акселерометров 14 и 20 по радиоканалам передаются в блок 30 обработки данных. В блоке 30 происходит первичная обработка, например, вычитание из параметров движения руки водителя упомянутых параметров вибраций автомобиля в пути.

Результаты первичной обработки подвергаются вторичной обработке с учетом положения ПР 18 на рулевом колесе 10 или вне его для выявления параметров тремора руки. Индикатором местоположения ПР 18 в зоне является начало резкого линейного ускорения руки.

Когда ПР 18 время от времени снимается с рулевого колеса 10 и занимается, например, переключением передач, тогда во время движения руки 18 от рулевого колеса 10 до рычага 12 коробки передач (стрелкой 101 и скобкой 102 показана зона перемещения ПР 18), акселерометр 20 на руке покажет линейное ускорение ПР 18 (для данного ускорения также можно создать индивидуальную норму).

Параметры тремора руки водителя накапливаются в памяти блока 30 обработки данных. После тридцати измерений они усредняются, оцениваются среднеквадратичные отклонения (СКО). Эти значения (средние значения и СКО) принимаются за индивидуальную норму.

В последующих поездках значения текущих параметров тремора руки в блоке 35 сравнения сопоставляются с индивидуальной нормой. При выпадении текущих средних значений за пределы (индивидуальное среднее ± 2СКО) индивидуальной нормы на индикаторе блока 36 индикации высветится информация о превышении нормы. Если текущие средние значения окажутся за пределами (индивидуальное среднее ± 3СКО и более) индивидуальной нормы, то сработает тревога, после которой водитель должен остановиться и отдохнуть.

Изобретение относится к способу определения функционального состояния водителя автомобиля в рейсе. Способ включает регистрацию физиологических параметров и их обработку. В качестве физиологических параметров регистрируют тремор тела водителя, для чего на рулевом колесе и на запястье правой руки (ПР), осуществляющей взаимодействие с рычагом коробки передач, устанавливают трехосные акселерометры, непрерывно регистрирующие амплитудно-частотные характеристики. Выделяют непроизвольный компонент изометрического тремора ПР по скачкообразным изменениям линейного ускорения движения при переносе ПР с рулевого колеса на рычаг коробки передач, выделяют показатели произвольного компонента кинетического тремора ПР, по которым оценивают негативное изменение функционального состояния водителя по отношению к индивидуальной норме. Обеспечивается возможность использования параметров психогенного тремора как стрессового показателя психофизиологического состояния водителя для целей безаварийности в рейсе. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения функционального состояния водителя автомобиля в рейсе, включающий регистрацию физиологических параметров и их обработку,

отличающийся тем, что

в качестве физиологических параметров регистрируют тремор тела водителя, для чего на рулевом колесе и на запястье правой руки (ПР), осуществляющей взаимодействие с рычагом коробки передач, устанавливают трехосные акселерометры и непрерывно регистрируют амплитудно-частотные характеристики,

затем выделяют непроизвольный компонент изометрического тремора ПР по скачкообразным изменениям линейного ускорения движения при переносе ПР с рулевого колеса на рычаг коробки передач,

далее выделяют показатели произвольного компонента кинетического тремора ПР, по которым оценивают негативное изменение функционального состояния водителя по отношению к индивидуальной норме.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что непроизвольный компонент изометрического тремора ПР определяют как разность параметров колебаний руки водителя и рулевого колеса автомобиля.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что негативное изменение функционального состояния водителя включает, но не исчерпывается стрессом и/или утомлением.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что значения индивидуальной нормы определяют как средние и среднеквадратичные отклонения показателей после не менее тридцати измерений.