JP2020103495A - Method of monitoring autonomic nerve activity and system thereof - Google Patents

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千鶴 中川
Chizuru Nakagawa
千鶴 中川
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Abstract

To provide a method of accurately monitoring an autonomic nerve activity which exerts an influence on the operation behavior of an operator by a simple method, and a system thereof.SOLUTION: There are provided a method of monitoring an autonomic nerve activity which exerts an influence on the operation behavior of an operator, and a system thereof. The system comprises: a biological information measurement unit which respectively measures heart rate waveform data and aspiration waveform data being time waveforms of a heart rate and aspiration of the operator in a prescribed operation section; and a control unit which includes a determination device which extracts a parasympathetic nerve component of the heart rate waveform data by waveform variation in the aspiration waveform data and determines the state of the autonomic nerve activity of the operator.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、車両の運転中にある運転者のモニタリング方法及びそのシステムに関し、特に、運転者の運転行動に影響を与える自律神経活動のモニタリング方法及びそのシステムに関する。 The present invention relates to a method and system for monitoring a driver who is driving a vehicle, and more particularly to a method and system for monitoring autonomic nerve activity that affects the driving behavior of the driver.

人間の自律神経は、交感神経系と副交感神経系とにより構成されており、これらをバランスさせることで心身を正常状態に維持している。ここで、心拍変動(心拍間隔の変動)には、心身の緊張状態を反映する交感神経系の活動と、この働きを鎮静状態へと導く副交感神経系の活動を反映する成分があり、この副交感神経系の活動を反映する成分のピークは呼吸周期とほぼ一致するとされている。そこで、車両を運転する運転者の呼吸や心拍などの生体周期情報の変化を捉えて該運転者の自律神経の活動状態を判別し、車両の運転制御に反映させ、又は、警報を与えようとするシステムなどが提案されている。 Human autonomic nerves are composed of a sympathetic nervous system and a parasympathetic nervous system, and by maintaining these balance, the mind and body are maintained in a normal state. Here, the heart rate variability (variation in heart rate interval) has a component that reflects the activity of the sympathetic nervous system that reflects mental and physical tension and the activity of the parasympathetic nervous system that leads this function to a sedative state. It is said that the peak of the component that reflects the activity of the nervous system almost coincides with the respiratory cycle. Therefore, an attempt is made to capture changes in biological cycle information such as breathing and heartbeat of a driver driving a vehicle to determine the activity state of the driver's autonomic nerves, reflect the change in the driving control of the vehicle, or give an alarm. A system for doing so has been proposed.

例えば、特許文献1では、運転者の心拍変化を検出し該運転者の自律神経の活動状態を検出する方法を開示している。ここでは、車両のハンドル部に設けた電極によって運転者の心拍計測を行うとともに、電極を複数設けてハンドルの把持状態を検出し且つ運転者を撮像して姿勢を検出することで、心拍と運転者の様子からその自律神経の活動状態、つまり、緊張感、眠気、焦燥感、疲労感、ぼんやり(注意散漫)などの車両の運転に注意を要する状態を判別処理できるとしている。 For example, Patent Document 1 discloses a method of detecting a change in the heartbeat of a driver and detecting the activity state of the driver's autonomic nerves. Here, the heart rate of the driver is measured by measuring the driver's heartbeat using electrodes provided on the steering wheel of the vehicle, and detecting the gripping state of the steering wheel by providing a plurality of electrodes and imaging the driver's posture. According to the state of the person, the state of activity of the autonomic nerves, that is, the state in which attention is required for driving the vehicle, such as nervousness, drowsiness, irritability, fatigue, and vagueness (distraction), can be discriminated.

また、特許文献2でも、運転者の自律神経の活動状態を判定し運転支援を行う車両用運転支援方法として、呼吸の変化と運転状態の変化とに基づいて判別する方法を開示している。すなわち、シート背部に設けた感圧センサからの体圧信号と、アクセル及びブレーキの走行状態量と、から呼吸信号を抽出し運転者の「心理的動転度合い」を判定するとしている。ここで、体圧の入力信号にはアクセル及びブレーキの操作に基づく体圧変動が含まれるため、走行状態量によってアクセル及びブレーキの操作に基づく体圧変動を取り除いて、正確な呼吸信号を得るべきとしている。 In addition, Patent Document 2 also discloses a method of determining based on a change in breathing and a change in driving state as a vehicle driving support method for determining the activity state of the driver's autonomic nerve and performing driving support. That is, the respiratory signal is extracted from the body pressure signal from the pressure sensor provided on the back of the seat and the traveling state amount of the accelerator and the brake to determine the "psychological upset degree" of the driver. Here, since the input signal of the body pressure includes the body pressure fluctuation based on the operation of the accelerator and the brake, the body pressure fluctuation based on the operation of the accelerator and the brake should be removed depending on the running state amount to obtain an accurate breathing signal. I am trying.

更に、特許文献3では、測定された心拍について呼吸性変動の出現を期待される拍間時間(RRI)を数値的にフィルタ処理して求め、RRIの変動状態が通常運転状態のものであるか、又は、急激な精神負荷の変動に対応する単純増加又は単純減少かを検出して、「居眠り」のような自律神経の活動状態の指標である覚醒度の判定を行う覚醒度判定方法を開示している。ここでは、通常状態であるときと、単純増加あるいは単純減少であるときで、RRIの変動に対応した基準線f(n)を変更し、この基準線f(n)に対するRRIの分散RRVnを演算し、分散RRVnに基づいた覚醒度の検出を行い得るとしている。 Further, in Patent Document 3, the beat-to-beat time (RRI), which is expected to appear the respiratory fluctuation in the measured heartbeat, is obtained by numerical filter processing, and whether the fluctuation state of the RRI is the normal driving state or not. , Or a wakefulness determination method that determines whether the wakefulness is an index of an activity state of an autonomic nerve such as “drowsiness” by detecting whether the consciousness is a simple increase or a simple decrease corresponding to a sudden change in mental load. doing. Here, the reference line f(n) corresponding to the fluctuation of the RRI is changed between the normal state and the simple increase or the simple decrease, and the variance RRVn of the RRI with respect to the reference line f(n) is calculated. However, it is said that the arousal level can be detected based on the distributed RRVn.

特許第4739407号公報Japanese Patent No. 4739407 特開2006−042903号公報JP, 2006-042903, A 特開2007−044154号公報JP, 2007-044154, A

上記したように、心拍を測定して運転者の運転行動に影響を与える自律神経活動をモニタリングしようとする試みがあるが、ここでは呼吸周期を用いた信号処理が行われ得る。一方、呼吸は人の意志によって変化してしまうため、安定した運転支援を行ない得る程度の精度を与えることは簡単ではない。 As described above, there is an attempt to measure the heartbeat to monitor the autonomic nerve activity that affects the driving behavior of the driver, but here, signal processing using the respiratory cycle may be performed. On the other hand, since breathing changes depending on the will of the person, it is not easy to give the degree of accuracy that enables stable driving support.

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、運転者の運転行動に影響を与える自律神経活動を簡便な手法で精度良くモニタリングする方法及びそのシステムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is a method and a method for accurately monitoring an autonomic nerve activity that affects the driving behavior of a driver with a simple method. To provide a system.

本発明による、運転者の運転行動に影響を与える自律神経活動のモニタリング方法は、所定運転区間における前記運転者の心拍及び呼吸の時間波形である心拍波形データ及び呼吸波形データをそれぞれ測定し、前記呼吸波形データの波形変化によって前記心拍波形データの副交感神経成分を抽出して前記運転者の前記自律神経活動の状態を判別することを特徴とする。 According to the present invention, a method for monitoring autonomic nerve activity that affects the driving behavior of a driver, measures heartbeat waveform data and respiratory waveform data, which are time waveforms of the driver's heartbeat and respiration in a predetermined driving section, respectively, and It is characterized in that the state of the autonomic nerve activity of the driver is discriminated by extracting the parasympathetic nerve component of the heartbeat waveform data according to the waveform change of the respiratory waveform data.

また、本発明による、運転者の運転行動に影響を与える自律神経活動のモニタリングシステムは、所定運転区間における前記運転者の心拍及び呼吸の時間波形である心拍波形データ及び呼吸波形データをそれぞれ測定する生体情報測定ユニットと、前記呼吸波形データの波形変化によって前記心拍波形データの副交感神経成分を抽出し前記運転者の前記自律神経活動の状態を判別する判別装置を含む制御ユニットと、を備えたことを特徴とする。 In addition, the monitoring system of the autonomic nerve activity that influences the driving behavior of the driver according to the present invention measures heartbeat waveform data and respiratory waveform data, which are time waveforms of the heartbeat and respiration of the driver in a predetermined driving section, respectively. A biological information measuring unit; and a control unit including a discriminating device for discriminating the state of the autonomic nerve activity of the driver by extracting a parasympathetic nerve component of the heartbeat waveform data by a waveform change of the respiratory waveform data. Is characterized by.

かかる発明によれば、運転者の生体情報として心拍と呼吸を同時に測定し、これらの波形データを対比して呼吸情報に基づいて心拍情報を分析でき、簡便な手法で運転者の自律神経活動の状態を精度良く判別あるいは推定できる。 According to such an invention, the heartbeat and respiration are simultaneously measured as the biometric information of the driver, heartbeat information can be analyzed based on the respiration information by comparing these waveform data, and the autonomic nervous activity of the driver can be analyzed by a simple method. The state can be accurately discriminated or estimated.

上記した自律神経活動のモニタリング方法あるいはそのシステムの発明において、前記制御ユニットがデータベースを含むとともに、前記所定運転区間における前記心拍波形データ及び前記呼吸波形データを繰り返し取得して蓄積し、前記判別装置が前記データベースに基づいて前記呼吸波形データの前記波形変化を判別するように構成してもよい。このとき、前記波形変化は、前記呼吸波形データの呼吸波形の振幅又は周波数の変化に基づくものであるのが好ましい。かかる発明によれば、自律神経活動の状態の判別精度をより高めることが可能となる。 In the invention of the method for monitoring the autonomic nerve activity or the system thereof, the control unit includes a database, and the heartbeat waveform data and the respiratory waveform data in the predetermined driving section are repeatedly acquired and accumulated, and the determination device is You may comprise so that the said waveform change of the said respiratory waveform data may be discriminate|determined based on the said database. At this time, it is preferable that the waveform change is based on a change in the amplitude or frequency of the respiratory waveform of the respiratory waveform data. According to this invention, it is possible to further improve the accuracy of discriminating the state of autonomic nerve activity.

上記した自律神経活動のモニタリング方法あるいはそのシステムの発明において、前記生体情報測定ユニットが、前記運転者の胸囲を測定して前記呼吸波形データを取得する呼吸波形測定装置を含むように構成してもよい。かかる発明によれば、運転者の動作に大きな影響を与えることなく、心拍を簡便且つ精確に測定できる。併せて、心拍と呼吸とを同時かつ近傍で測定することが可能になるとともに、ユニット全体の小型化をも図ることができる。 In the invention of the method for monitoring an autonomic nerve activity or the system thereof, the biological information measuring unit may be configured to include a respiratory waveform measuring device for measuring the chest circumference of the driver to obtain the respiratory waveform data. Good. According to this invention, the heartbeat can be measured easily and accurately without significantly affecting the operation of the driver. At the same time, it becomes possible to measure the heartbeat and respiration at the same time and in the vicinity, and it is possible to reduce the size of the entire unit.

上記した自律神経活動のモニタリング方法あるいはそのシステムの発明において、前記判別の後に、当該判別結果に応じて前記運転者に運転補助情報を通知するように構成してもよい。かかる発明によれば、運転中の運転者にリアルタイムに判別結果をフィードバックすることで運転を補助することが可能となる。 In the invention of the method for monitoring the autonomic nerve activity or the system thereof, it may be configured to notify the driver of the driving assistance information according to the determination result after the determination. According to this invention, it becomes possible to assist the driving by feeding back the discrimination result to the driving driver in real time.

本発明の代表的な一例によるモニタリングシステムの概要を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an outline of a monitoring system according to a representative example of the present invention. 運転者から測定した波形データである。Waveform data measured by the driver. 他の運転者から測定した波形データである。Waveform data measured from another driver. 心拍変動及び呼吸の周波数分布の例である。ここで、(a)は副交感神経系活動の優位なとき、(b)は副交感神経系活動の低下したときの各例を示す。It is an example of heartbeat fluctuation and frequency distribution of respiration. Here, (a) shows each example when the parasympathetic nervous system activity is dominant, and (b) shows each example when the parasympathetic nervous system activity decreases.

以下、本発明の代表的な一例による運転者のモニタリング方法及びそのシステムの具体的な実施態様について、図1〜図3を用いて説明する。 Specific embodiments of a driver monitoring method and system according to a representative example of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.

図1に示すように、運転者の運転行動に影響を与える自律神経活動をモニタリングするモニタリングシステム100は、運転者の生体情報として、運転者の心拍と呼吸との時間波形をそれぞれ測定する生体情報測定ユニット110と、この生体情報測定ユニット110からの波形データを受信するとともに、当該波形データを分析する機能を含む制御ユニット120と、を含む。 As shown in FIG. 1, a monitoring system 100 that monitors an autonomic nerve activity that influences a driver's driving behavior includes biometric information that measures time waveforms of a driver's heartbeat and respiration as biometric information of the driver. It includes a measurement unit 110 and a control unit 120 having a function of receiving the waveform data from the biological information measurement unit 110 and analyzing the waveform data.

生体情報測定ユニット110は、例えば運転者の胸部に装着可能な伸縮性を有するベルト状の装着具として構成され、心拍を測定する心拍計測センサ112と、呼吸状態を測定する呼吸検出センサ114と、を含む。ここで、心拍計測センサ112は、複数の心電図電極等により構成され、呼吸検出センサ114は、運転者の胸囲、すなわち、胸部の周囲長の変化を検出する変位センサ等により構成された呼吸波形測定装置からなる。これにより、生体情報測定ユニット110は、運転者の動作に大きな影響を与えることなく、心拍と呼吸とを同時かつ近傍で測定することが可能になるとともに、ユニット全体の小型化をも図ることができる。 The biological information measurement unit 110 is configured as, for example, a stretchable belt-shaped wearing device that can be worn on the driver's chest, and has a heartbeat measuring sensor 112 for measuring a heartbeat, a respiration detecting sensor 114 for measuring a respiration state, including. Here, the heartbeat measurement sensor 112 is composed of a plurality of electrocardiogram electrodes and the like, and the respiration detection sensor 114 is a respiratory waveform measurement composed of a displacement sensor or the like that detects a change in the driver's chest circumference, that is, the circumference of the chest. Composed of equipment. As a result, the biological information measuring unit 110 can measure the heartbeat and respiration at the same time and in the vicinity without significantly affecting the operation of the driver, and can reduce the size of the entire unit. it can.

制御ユニット120は、図1に示したモニタリングシステム100全体の動作を制御するとともに、生体情報測定ユニット110にデータの測定を指令して測定データを受信する制御装置122と、当該制御装置122から転送された波形データを分析して運転者の自律神経の活動状態を判別する判別装置124と、判別装置124が実行するプログラムや生体情報測定ユニット110から受信した波形データを記憶する記憶装置126と、を含む。判別装置124は、所定の判別プログラムにより、例えば生体情報測定ユニット110で測定された測定データにおいて、同一区間の心拍の波形データと呼吸の波形データとを対比して運転者の自律神経の活動状態を判別する。つまり、呼吸波形データの波形変化に基づいて心拍波形データの副交感神経成分を抽出して運転者の自律神経活動の状態を判別するのである。また、制御ユニット120は、図示を省略する出力装置(モニタ等)を含んでもよい。 The control unit 120 controls the overall operation of the monitoring system 100 shown in FIG. 1, and also controls the biological information measuring unit 110 to receive data by transmitting measurement data to the biological information measuring unit 110. A discriminating device 124 for discriminating the activity state of the driver's autonomic nerve by analyzing the generated waveform data, and a storage device 126 for storing the program executed by the discriminating device 124 and the waveform data received from the biological information measuring unit 110. including. The discriminating device 124 compares the heartbeat waveform data and the respiration waveform data of the same section in the measurement data measured by the biological information measuring unit 110 according to a predetermined discrimination program, for example, to determine the autonomic nerve activity state of the driver. To determine. That is, the state of the driver's autonomic nerve activity is determined by extracting the parasympathetic nerve component of the heartbeat waveform data based on the waveform change of the respiratory waveform data. Further, the control unit 120 may include an output device (monitor or the like) not shown.

また、生体情報測定ユニット110と制御ユニット120の制御装置122とは、電気信号を伝達する信号線130で接続される。なお、信号線130は有線接続の場合に限定されず、生体情報測定ユニット110と制御ユニット120とを無線で接続して指令信号や測定データのやり取りを実施してもよい。 The biological information measuring unit 110 and the control device 122 of the control unit 120 are connected by a signal line 130 that transmits an electric signal. Note that the signal line 130 is not limited to a wired connection, and the biological signal measuring unit 110 and the control unit 120 may be wirelessly connected to exchange a command signal and measurement data.

次に、本発明の1つの実施例による運転者の自律神経の活動状態の判別方法による代表的な判別例を説明する。 Next, a typical discrimination example by the discrimination method of the activity state of the autonomic nerve of the driver according to one embodiment of the present invention will be described.

ここでは、運転者の運転作業中における生体情報を測定する実験として、運転シミュレータを用いた模擬運転作業を実施した。具体的には、大型TVモニタとワンハンドル型コントローラなどで構成した簡易鉄道運転シミュレータを用い、シミュレータ制御には,市販の鉄道運転シミュレーションソフトを用いた。実験は、運転者が休憩を挟みながら模擬走行課題(例えば実際の複数駅間の走行プログラム)を所定回数だけ繰り返し行う。このとき、運転者には,実験中は時刻表に従って制限速度内で運転するとともに、非常時には、非常ブレーキをかけて警笛を鳴らすよう指示した。そして、運転者の心理的動揺状態における生体情報の変化を得るために、運転プログラム中の線路内に支障物(例えば倒木等)を置き、これを発見してからブレーキを操作するまでの時間を併せて測定した。 Here, a simulated driving work using a driving simulator was carried out as an experiment for measuring biological information during the driving work of the driver. Specifically, a simple railway operation simulator composed of a large TV monitor and a one-handle controller was used, and commercially available railway operation simulation software was used for simulator control. In the experiment, the driver repeats a simulated running task (for example, an actual running program between a plurality of stations) a predetermined number of times while taking a break. At this time, the driver was instructed to drive within the speed limit according to the timetable during the experiment, and to apply the emergency brake and sound the horn in an emergency. Then, in order to obtain changes in the biological information in the driver's psychological agitation state, place an obstacle (for example, a fallen tree) in the track in the driving program, and set the time from when the obstacle is detected until the brake is operated. It was also measured.

なお、図2及び図3において、横軸に時間を示した。(a)では、縦軸に心拍数の所定時間あたりの回数を無次元化して表した。(b)では、縦軸に呼吸に基づく電位変化を表した。また、(c)では、ブレーキ(ノッチ)操作の強さを無次元化して表した。 2 and 3, the horizontal axis represents time. In (a), the vertical axis represents the number of heartbeats per predetermined time in a dimensionless manner. In (b), the vertical axis represents the change in electric potential due to respiration. Further, in (c), the strength of the brake (notch) operation is expressed dimensionlessly.

ところで、運転者の自律神経活動を推定する上では、人間の心理的動揺時に「頭が真っ白になる」との表現があるように、運転者が動揺した場合に現状認識が困難な状態となるため、主観評価に頼らない推定手法が求められる。ここでは、心理的動揺を生じさせる事象が発生した後の心理過程を、「心理的動揺がない」心理過程と、「心理的動揺がある」心理過程とに大別する。 By the way, in estimating the driver's autonomic nervous activity, it is difficult to recognize the current situation when the driver is shaken, as in the expression "the head becomes pure white" when the person is psychologically disturbed. Therefore, an estimation method that does not rely on subjective evaluation is required. Here, the psychological process after the occurrence of the event causing the psychological agitation is roughly classified into a psychological process having no psychological agitation and a psychological process having a psychological agitation.

心理的動揺が生じない場合は、冷静に状況把握を行って適切な行動に移ると考えられ、自律神経系の反応としては、相対的に情報収集に徹する副交感神経系の反応が生じると考えられる。一方,心理的動揺が生じると、神経が興奮状態となり交感神経系が優位になると考えられる。実際には、心理的動揺を全く生じずに状況把握等の適切な行動に移る「タイプA」と、一時的に心理的動揺が生じるものの速やかに回復して適切な行動に移行する「タイプB」と、心理的動揺が持続する「タイプC」の3つのタイプがあると考えられる。 If psychological agitation does not occur, it is considered that the situation is calmly grasped and appropriate actions are taken, and the reaction of the autonomic nervous system is considered to be the reaction of the parasympathetic nervous system that is relatively focused on collecting information. .. On the other hand, when psychological agitation occurs, it is considered that the nerve becomes excited and the sympathetic nervous system becomes dominant. Actually, “Type A” is a suitable action such as situational grasp without any psychological agitation, and “Type B” is a temporary psychological agitation, which is promptly recovered and transferred to an appropriate action. It is considered that there are three types, “Type C” in which psychological agitation lasts.

図2に示すように、まず第1の被験者としての運転者の測定データによれば、支障物を発見した時刻Tに対して、支障物の発見直後に即座にブレーキ操作を実行している。このとき、支障物の発見直後に心拍数が上昇するとともに、呼吸の振幅中心がいったん負側に転位して間隔がやや短くなるという交感神経系の賦活が一時的に見られたが、その後直ちに心拍数が減少するとともに、呼吸の間隔が伸びて定常状態に復帰するという副交感神経系の反応が得られた。 As shown in FIG. 2, first, according to the measurement data of the driver as the first test subject, the braking operation is immediately executed immediately after the obstacle is found at the time T when the obstacle is found. At this time, activation of the sympathetic nervous system was temporarily observed, in which the heart rate increased immediately after the obstruction was detected, and the amplitude center of breathing once shifted to the negative side and the interval became slightly shorter. A parasympathetic response was obtained in which the heart rate decreased and the breathing interval increased to return to a steady state.

このように、運転者の呼吸をリアルタイムで計測し、その波形データの振幅あるいは周波数の変化(波形変化)を起点とすることにより、心拍の波形データにおける交感神経系が優位である区間(交感神経成分)と副交感神経系が優位である区間(副交感神経成分)とを分けて抽出することが可能となる。すなわち、自律神経の副交感神経系による活動のタイミングを、従来の心拍の波形データの測定だけで検知した場合に比べて、より正確に把握することが可能となる。そして、図2に示す心拍及び呼吸の波形データから、第1の運転者は、上記した「タイプB」の類型に当てはまるものと判別できる。 In this way, by measuring the driver's breathing in real time and using the change in the amplitude or frequency of the waveform data (waveform change) as the starting point, the section in which the sympathetic nervous system is dominant in the heartbeat waveform data (sympathetic nerve It is possible to separately extract the component) and the section in which the parasympathetic nervous system is dominant (parasympathetic nervous component). That is, it becomes possible to more accurately grasp the timing of the activity of the parasympathetic nervous system of the autonomic nerve, as compared with the case where the conventional measurement of the waveform data of the heartbeat is detected. Then, from the waveform data of the heartbeat and respiration shown in FIG. 2, the first driver can determine that the above-mentioned “type B” type is applicable.

一方、図3に示すように、第2の被験者としての運転者の測定データによれば、支障物を発見した時刻Tに対して、支障物の発見から約3秒後にブレーキ操作を実行している。また、支障物の発見直後から心拍数が上昇して約20秒間にわたって心拍数の高い状態が継続するとともに、呼吸の間隔が短く(あるいはランダムに)なって振幅が減少する(すなわち呼吸が浅くなる)という交感神経系が優位となる反応が持続した。 On the other hand, as shown in FIG. 3, according to the measurement data of the driver as the second test subject, the braking operation is performed about 3 seconds after the obstacle is found at the time T when the obstacle is found. There is. In addition, immediately after the obstacle is detected, the heart rate rises and the high heart rate continues for about 20 seconds, and the breathing interval becomes short (or random) and the amplitude decreases (that is, breathing becomes shallow). ), the reaction in which the sympathetic nervous system was dominant continued.

このように、運転者の呼吸の乱れがある程度の時間持続するような場合は、心拍の波形データにおける交感神経系が優位である区間が長く持続している状態を意味し、副交感神経系が優位となって自律神経による回復活動の開始が遅れていることが検知できる。すなわち、運転者に心理的動揺があったとしても、心拍と呼吸の波形データを対比することにより、副交感神経系の活動による心理状態回復のタイミングを把握することが可能となる。そして、図3に示す心拍及び呼吸の波形データから、上記した「タイプC」の類型に当てはまるものと判別できる。 In this way, if the driver's breathing disturbance lasts for a certain period of time, it means that the section in which the sympathetic nervous system is dominant in the heartbeat waveform data is long and the parasympathetic nervous system is dominant. Therefore, it is possible to detect that the start of recovery activity by the autonomic nerve is delayed. That is, even if the driver has psychological agitation, by comparing the waveform data of heartbeat and breath, it is possible to grasp the timing of the psychological state recovery due to the activity of the parasympathetic nervous system. From the waveform data of the heartbeat and respiration shown in FIG. 3, it can be determined that the above-mentioned “type C” type is applicable.

上記したとおり、同一の運転者に対する心拍及び呼吸の波形データを所定運転区間で同時に対比することにより、心拍の波形データにおける副交感神経成分を抽出して、心理的動揺状態の様子(すなわち心拍活動における呼吸成分の影響度と変化)を視覚化することができて好ましい。これにより、運転者の自律神経の活動状態とその類型を判別することが可能となる。また、このようなデータを同一の運転区間に対して繰り返し取得する、あるいは多くの運転者に対して取得して、それらをデータベース化することにより、自律神経の活動状態の判別の精度をより高めることも可能となる。 As described above, by comparing the heartbeat and respiratory waveform data for the same driver at the same time in a predetermined driving section, the parasympathetic nerve component in the heartbeat waveform data is extracted, and the state of psychological sway (that is, in heartbeat activity) is extracted. This is preferable because the degree of influence and change of the respiratory component can be visualized. As a result, it becomes possible to discriminate the driver's autonomic nerve activity state and its type. In addition, such data is repeatedly acquired for the same driving section, or acquired for many drivers and stored in a database to improve the accuracy of the determination of the activity state of the autonomic nerve. It is also possible.

図4に視覚化の一例を示した。図4(a)は副交感神経系活動の優位なときの波形、及び、図4(b)は副交感神経系活動の低下しているときの波形を示す。ここで、横軸は周波数、縦軸は心拍及び呼吸のパワースペクトル密度(PSD)を無次元化して表したものである。これから判るように、呼吸のピーク周波数帯域の心拍変動成分の変化から副交感神経系活動の様子を容易に把握することができるようになる。 FIG. 4 shows an example of visualization. FIG. 4A shows a waveform when parasympathetic nervous system activity is dominant, and FIG. 4B shows a waveform when parasympathetic nervous system activity is reduced. Here, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents power spectral density (PSD) of heartbeat and respiration in a dimensionless manner. As can be seen from this, it becomes possible to easily grasp the state of parasympathetic nervous system activity from changes in the heartbeat fluctuation component in the peak frequency band of respiration.

また、図1に示したモニタリングシステム100において、制御ユニット120にモニタ等の出力装置を設け、判別装置124の判別結果に応じて運転者に運転補助情報を通知するように構成してもよい。このとき、運転補助情報としては、運転者が興奮状態にあることの状況表示や、ブレーキ操作を促す警告表示、あるいは定常運転状態に復帰するための手順を教示する補助手順表示等が考えられる。これにより、運転中の運転者にリアルタイムに判別結果をフィードバックすることで運転を補助するとともに、過去に蓄積した運転者ごとの生体情報及び判別結果を運転者の補助機能に利用することが可能となる。 Further, in the monitoring system 100 shown in FIG. 1, the control unit 120 may be provided with an output device such as a monitor, and the driver may be notified of the driving assistance information according to the determination result of the determination device 124. At this time, as the driving assistance information, a status display indicating that the driver is in an excited state, a warning display prompting a brake operation, or an auxiliary procedure display teaching a procedure for returning to a steady driving state can be considered. As a result, it is possible to assist the driving by feeding back the discrimination result to the driving driver in real time, and to use the biometric information and the discrimination result accumulated for each driver in the past for the assisting function of the driver. Become.

上記した実施例による運転者の運転活動に影響を与える自律神経活動をモニタリングするモニタリング方法及びそのシステムによれば、生体情報測定ユニットから得られた呼吸波形データから波形の変化を読み取り、同時に計測した心電図から得られた心拍波形データの変動成分の中で、呼吸周期の近傍に生じる副交感神経系の活動を反映する成分を正確に算出することができるため、運転者の生体情報を測定した測定データを用いて、簡便な手法で運転者の自律神経活動の状態を精度良く判別あるいは推定できる。また、個人内の心拍変動と呼吸周期・強さを経時的に測定・蓄積することによって、個人内の自律神経の活動状態に対応した変化パターンを抽出し、心電図と呼吸波形を活用した自律神経活動の状態の推定における判別精度を向上させることも可能となる。 According to the monitoring method and the system for monitoring the autonomic nerve activity that affects the driving activity of the driver according to the above-described embodiment, the change in the waveform is read from the respiratory waveform data obtained from the biological information measuring unit, and simultaneously measured. Among the fluctuation components of the heartbeat waveform data obtained from the electrocardiogram, it is possible to accurately calculate the component that reflects the activity of the parasympathetic nervous system that occurs in the vicinity of the respiratory cycle. The state of autonomic nerve activity of the driver can be accurately discriminated or estimated by using a simple method. In addition, by measuring and accumulating the heart rate variability and respiratory cycle/strength within an individual over time, the change pattern corresponding to the activity state of the autonomic nerve within the individual is extracted, and the autonomic nerve utilizing the electrocardiogram and respiratory waveform is extracted. It is also possible to improve the discrimination accuracy in estimating the state of activity.

なお、上記のような呼吸波形分析によれば、自律神経系活動だけでなく、心理的状態の推定などにも使用できる。 According to the above respiratory waveform analysis, it can be used not only for autonomic nervous system activity but also for estimating a psychological state.

以上、本発明による代表的な実施例について述べたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、適宜、当業者によって変更され得る。すなわち、当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。 Although the representative embodiment according to the present invention has been described above, the present invention is not necessarily limited to this, and can be appropriately changed by those skilled in the art. Thus, one of ordinary skill in the art will be able to find various alternatives and modifications without departing from the scope of the appended claims.

100 モニタリングシステム
110 生体情報測定ユニット
112 心拍計測センサ
114 呼吸検出センサ
120 制御ユニット
122 制御装置
124 判別装置
126 記憶装置
100 Monitoring System 110 Biological Information Measuring Unit 112 Heart Rate Measurement Sensor 114 Respiration Detection Sensor 120 Control Unit 122 Control Device 124 Discrimination Device 126 Storage Device

Claims (10)

運転者の運転行動に影響を与える自律神経活動のモニタリング方法であって、
所定運転区間における前記運転者の心拍及び呼吸の時間波形である心拍波形データ及び呼吸波形データをそれぞれ測定し、前記呼吸波形データの波形変化によって前記心拍波形データの副交感神経成分を抽出して前記運転者の前記自律神経活動の状態を判別することを特徴とする自律神経活動のモニタリング方法。
A method of monitoring autonomic nervous activity that affects the driving behavior of a driver,
The heartbeat waveform data and the respiratory waveform data, which are time waveforms of the heartbeat and respiration of the driver in a predetermined driving section, are measured, and the parasympathetic nerve component of the heartbeat waveform data is extracted by the waveform change of the respiratory waveform data to perform the driving. A method for monitoring autonomic nerve activity, comprising determining the state of the autonomic nerve activity of a person.
前記所定運転区間における前記心拍波形データ及び前記呼吸波形データを繰り返し取得し、前記呼吸波形データの前記波形変化を判別することを特徴とする請求項1記載の自律神経活動のモニタリング方法。 The method for monitoring autonomic nerve activity according to claim 1, wherein the heartbeat waveform data and the respiratory waveform data in the predetermined operation section are repeatedly acquired to determine the waveform change of the respiratory waveform data. 前記波形変化は、前記呼吸波形データの呼吸波形の振幅又は周波数の変化に基づくことを特徴とする請求項2記載の自律神経活動のモニタリング方法。 The method for monitoring autonomic nerve activity according to claim 2, wherein the waveform change is based on a change in amplitude or frequency of a respiratory waveform of the respiratory waveform data. 前記呼吸波形データは、前記運転者の胸囲を測定して取得されることを特徴とする請求項1乃至3のうちの1つに記載の自律神経活動のモニタリング方法。 The method for monitoring autonomic nerve activity according to claim 1, wherein the respiratory waveform data is acquired by measuring a chest circumference of the driver. 抽出された前記心拍波形データの副交感神経成分における判別から前記運転者に運転補助情報を通知することを特徴とする請求項1乃至4のうちの1つに記載の自律神経活動のモニタリング方法。 The method for monitoring autonomic nerve activity according to claim 1, wherein the driver is notified of the driving assistance information based on the discrimination in the parasympathetic nerve component of the extracted heartbeat waveform data. 運転者の運転行動に影響を与える自律神経活動のモニタリングシステムであって、
所定運転区間における前記運転者の心拍及び呼吸の時間波形である心拍波形データ及び呼吸波形データをそれぞれ測定する生体情報測定ユニットと、
前記呼吸波形データの波形変化によって前記心拍波形データの副交感神経成分を抽出し前記運転者の前記自律神経活動の状態を判別する判別装置を含む制御ユニットと、
を備えたことを特徴とする自律神経活動のモニタリングシステム。
A monitoring system for autonomic nervous activity that affects the driving behavior of a driver,
A biological information measuring unit that measures heartbeat waveform data and respiratory waveform data, which are time waveforms of the heartbeat and respiration of the driver in a predetermined driving section, respectively,
A control unit including a discriminating device for discriminating the state of the autonomic nerve activity of the driver by extracting a parasympathetic nerve component of the heartbeat waveform data by a waveform change of the respiratory waveform data,
A monitoring system for autonomic nervous activity, characterized by being equipped with.
前記制御ユニットはデータベースを含むとともに、前記所定運転区間における前記心拍波形データ及び前記呼吸波形データを繰り返し取得して蓄積し、前記判別装置は前記データベースに基づいて前記呼吸波形データの前記波形変化を判別することを特徴とする請求項6記載の自律神経活動のモニタリングシステム。 The control unit includes a database and repeatedly acquires and stores the heartbeat waveform data and the respiratory waveform data in the predetermined operation section, and the determination device determines the waveform change of the respiratory waveform data based on the database. The monitoring system for autonomic nervous activity according to claim 6, wherein: 前記波形変化は、前記呼吸波形データの呼吸波形の振幅又は周波数の変化に基づくことを特徴とする請求項7記載の自律神経活動のモニタリングシステム。 The system for monitoring autonomic nervous activity according to claim 7, wherein the waveform change is based on a change in amplitude or frequency of a respiratory waveform of the respiratory waveform data. 前記生体情報測定ユニットは、前記運転者の胸囲を測定して前記呼吸波形データを取得する呼吸波形測定装置を含むことを特徴とする請求項6乃至8のうちの1つに記載の自律神経活動のモニタリングシステム。 9. The autonomic nerve activity according to claim 6, wherein the biological information measuring unit includes a respiratory waveform measuring device that measures the driver's chest circumference and acquires the respiratory waveform data. Monitoring system. 抽出された前記心拍波形データの副交感神経成分における判別から前記運転者に運転補助情報を通知することを特徴とする請求項6乃至9のうちの1つに記載の自律神経活動のモニタリングシステム。 10. The autonomic nerve activity monitoring system according to claim 6, wherein the driver is notified of the driving assistance information based on the discrimination in the parasympathetic nerve component of the extracted heartbeat waveform data.
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