(57)【要約】【課題】  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の提供。【解決手段】  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である。本発明においては、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。【選択図】図１
2020103495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４７３９４０７号公報
【特許文献２】特開２００６−０４２９０３号公報
【特許文献３】特開２００７−０４４１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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。
【図２】運転者から測定した波形データである。
【図３】他の運転者から測定した波形データである。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【符号の説明】
【００３６】
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
【図１】
2020103495.tif 000003
【図２】
2020103495.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020103495.tif 000006