JP2010142593A - Device and method for diagnosing automatic nerve function for vehicle - Google Patents
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Abstract
【課題】血管支配の自律神経機能を定量的に計測し、乗員の健康促進、維持等に優位な車両用自律神経機能診断装置及び車両用自律神経機能診断方法を提供すること。
【解決手段】車両の乗員の自律神経機能を診断して調整作用を提供する車両用自律神経機能診断装置100であって、血管動態を検出する血管動態検出手段11〜15と、第1の血管動態の時系列データと第2の血管動態の時系列データの相互相関関数が最大となる遅れ時間を検出する遅れ時間検出手段22と、第1又は第2の血管動態に時系列データに前記遅れ時間を加えて、第1又は第2の血管動態の時系列データの回帰直線を算出する回帰直線算出手段23と、回帰直線の傾きから血圧反射感受性を定量化する血管反射システム評価手段24と、定量化された血圧反射感受性に応じて、自律神経機能を調整する刺激を提供する刺激提供手段25と、を有する。
【選択図】図1To provide a vehicle autonomic nerve function diagnostic device and a vehicle autonomic nerve function diagnostic method that are superior in accelerating and maintaining the health of passengers by quantitatively measuring the autonomic nerve function of blood vessel control.
A vehicle autonomic nerve function diagnosis apparatus 100 for diagnosing an autonomic nerve function of an occupant of a vehicle and providing an adjustment action, the vasodynamic detection means 11-15 for detecting vasodynamics, and a first blood vessel A delay time detecting means 22 for detecting a delay time at which a cross-correlation function between the time series data of the kinetics and the time series data of the second vasodynamics is maximized; Adding a time, a regression line calculating means 23 for calculating a regression line of the time series data of the first or second vasodynamics, a blood vessel reflex system evaluating means 24 for quantifying blood pressure reflex sensitivity from the slope of the regression line, Stimulus providing means 25 for providing a stimulus for adjusting the autonomic nerve function according to the quantified blood pressure reflex sensitivity.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、乗り物の運転中に、運転者の自律神経機能を精密に定量診断することができる車両用自律神経機能診断装置及び車両用自律神経機能診断方法に関する。 The present invention relates to a vehicle autonomic nerve function diagnostic apparatus and a vehicle autonomic nerve function diagnostic method that can accurately and quantitatively diagnose a driver's autonomic nerve function while driving a vehicle.
乗員の自律神経機能が車両の運転中の乗員に影響を及ぼすことが知られている。従来、自律神経機能診断装置としては、ホルター心電図などを使った心電図RR間隔のゆらぎ計測による心拍変動から自律神経機能の診断を行う方法などが行われていた(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1には、周期性の揺らぎ解析を行う方法が開示されているが、人体に必ず存在する非線形成分の解析を行わないので全体論的な解析が不可能である。また、心拍以外の情報を検出できないので自律神経機能の総合的な判定が困難である。
It is known that the occupant's autonomic nervous function affects the occupant while driving the vehicle. Conventionally, as an autonomic function diagnosis apparatus, a method of diagnosing autonomic function from heart rate variability by fluctuation measurement of an electrocardiogram RR interval using a Holter electrocardiogram or the like has been performed (for example, see Patent Document 1).
また、運転状況に応じた生体の診断システムを運転状況から判定する技術が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。しかし、特許文献2に記載された方法は、ドライバモデルを介する方法であるため、自律神経機能を監視するには十分でない。
Moreover, the technique which determines the biological diagnosis system according to a driving condition from a driving condition is disclosed (for example, refer patent document 2). However, since the method described in
また、例えば、自律神経機能を介した血圧反射機能に関して薬理学的に昇圧剤や降圧剤の心臓血管作動性の薬剤を静脈注射し、血圧の変動時における心拍の反応を定量的に解析することにより、逆算された回帰直線から血圧反射機能を推定する方法が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。しかし、患者に注射して血圧の変動を人工的に惹起する人体に侵襲的な手法は普及しにくい。 In addition, for example, for blood pressure reflex function via autonomic nerve function, pharmacologically vasoactive drugs such as vasopressor and antihypertensive drugs are intravenously injected to quantitatively analyze heart rate response when blood pressure fluctuates Thus, a method for estimating the blood pressure reflex function from the regression line calculated backward is proposed (see, for example, Non-Patent Document 1). However, it is difficult to spread an invasive technique to a human body that is injected into a patient and artificially induces a change in blood pressure.
また、神経系を介した血圧反射機能に関してヘッドアップティルト装置により、強制的に体位変換させて、橈骨動脈にカニューレを挿入し、連続的に血圧を測定することにより血圧反射機能を計測する方法が提案されている(例えば、非特許文献2参照。)。しかし、この方法は、患者に注射して負担を与え、大掛かりな計測装置を必要とするもので、一般臨床病院へ普及するにいたらず、一部の大学病院などの研究施設で研究用途に応用されているだけである。 Further, there is a method for measuring the blood pressure reflex function by forcibly changing the position by a head-up tilt device with respect to the blood pressure reflex function via the nervous system, inserting a cannula into the radial artery, and continuously measuring the blood pressure. (For example, refer nonpatent literature 2). However, this method injects the burden on the patient and requires a large-scale measuring device. It is not widely used in general clinical hospitals, but is applied to research applications in some research facilities such as university hospitals. It has only been done.
また、脈波計測による血圧のモニターによって、間接的に自律神経機能を推定する方法も試みられている(例えば、非特許文献3参照。)。この方法は、血圧と心拍を持続的に計測し、血圧の変動時における心拍の反応を定量的に解析することにより、逆算された回帰直線から血圧反射機能を推定するものである。しかし、心臓支配の自律神経機能は診断できても、血管支配の自律神経機能は診断できない。 In addition, a method of indirectly estimating the autonomic nervous function by monitoring blood pressure by pulse wave measurement has been attempted (for example, see Non-Patent Document 3). In this method, blood pressure and heart rate are continuously measured, and a blood pressure reflex function is estimated from a regression line calculated backward by quantitatively analyzing the response of the heart rate when the blood pressure fluctuates. However, even if the autonomic nervous function of heart control can be diagnosed, the autonomic function of blood vessel control cannot be diagnosed.
一方、芳香の持つ自律神経の対する賦活作用は、昔から伝統的に知られており、例えば、ローズ様香料による鎮静作用、レモン様香料による興奮作用が、2つの刺激間の心拍数の比較から示されている(例えば、非特許文献4参照。)。 On the other hand, the activation action of the fragrance on the autonomic nerve has been traditionally known, for example, the sedative action by the rose-like fragrance and the excitement action by the lemon-like fragrance from the comparison of the heart rate between the two stimuli. (For example, refer nonpatent literature 4).
また、覚醒度の低い乗員に芳香を放ち覚醒を促す技術が開示されている(例えば、特許文献3参照。)が、従来、これらの芳香を、人体の自律神経機能の状態に応じて、運転中に適切な方法で提供する技術は提案されていない。
従来の技術は、乗り物の運転中に自律神経機能を定量診断するには、大掛かりな診断システムが必要であるという間題があった。また心臓支配の自律神経機能計測は可能でも、血管支配の自律神経計測は不可能であった。生体の自律神経支配には、地域性反応があり、一部だけの自律神経診断では全く不十分であることは、医学的によく知られている。また、自律神経機能を診断して、適切な芳香の放散、あるいはマッサージを提供して、自律神経を整える車両用装置、すなわち運転すると健康が管理でき、より運転能力が向上するような装置の報告は提案されていない。 The conventional technique has a problem that a large-scale diagnosis system is necessary to quantitatively diagnose the autonomic nerve function while driving a vehicle. In addition, the autonomic nervous function measurement of the heart control is possible, but the autonomic nerve measurement of the blood vessel control is impossible. It is well known medically that the autonomic innervation of a living body has a local response and that only a part of the autonomic nerve diagnosis is insufficient. In addition, a vehicle device that diagnoses autonomic nerve function and provides appropriate fragrance release or massage to adjust the autonomic nerve, that is, a device that can manage health and improve driving ability when driving is reported. Has not been proposed.
本発明は、上記課題に鑑み、血管支配の自律神経機能を定量的に計測し、乗員の健康促進、維持等に優位な車両用自律神経機能診断装置及び車両用自律神経機能診断方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a vehicle autonomic nerve function diagnostic apparatus and a vehicle autonomic nerve function diagnostic method that quantitatively measure the autonomic nerve function of blood vessel control and that is superior in promoting and maintaining the health of passengers. For the purpose.
上記課題に鑑み、本発明は、車両の乗員の自律神経機能を診断して調整作用を提供する車両用自律神経機能診断装置であって、血管動態を検出する血管動態検出手段と、第1の血管動態の時系列データと第2の血管動態の時系列データの相互相関関数が最大となる遅れ時間を検出する遅れ時間検出手段と、第1又は第2の血管動態に時系列データに前記遅れ時間を加えて、第1又は第2の血管動態の時系列データの回帰直線を算出する回帰直線算出手段と、回帰直線の傾きから血圧反射感受性を定量化する血管反射システム評価手段と、定量化された血圧反射感受性に応じて、自律神経機能を調整する刺激を提供する刺激提供手段と、を有することを特徴とする。 In view of the above problems, the present invention provides a vehicle autonomic nerve function diagnostic apparatus for diagnosing an autonomic nerve function of a vehicle occupant and providing an adjustment action, a vasodynamic detection means for detecting vascular dynamics, and a first A delay time detecting means for detecting a delay time at which a cross-correlation function between the time-series data of vasodynamics and the second series of vasodynamics is maximized; and the delay in time-series data in the first or second vasodynamics A regression line calculating means for calculating a regression line of the time-series data of the first or second vasodynamics over time, a vascular reflex system evaluating means for quantifying blood pressure reflex sensitivity from the slope of the regression line, and quantification And a stimulus providing means for providing a stimulus for adjusting the autonomic nerve function according to the blood pressure reflex sensitivity.
血管支配の自律神経機能を定量的に計測し、乗員の健康促進、維持等に優位な車両用自律神経機能診断装置及び車両用自律神経機能診断方法を提供することができる。 An autonomic nerve function diagnosing device for vehicles and an autonomic nerve function diagnosing method for vehicles that are superior in accelerating and maintaining occupant health can be provided by quantitatively measuring the autonomic nerve function of blood vessel control.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態の車両用自律神経機能診断装置100の概略を説明する図の一例である。車両用自律神経機能診断装置(以下、診断装置100という)は、例えば、血管動態の測定を介して心臓支配及び血管支配(循環系)の自律神経機能を定量的に診断する。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an example of a diagram for explaining the outline of a vehicle autonomic nervous
運転者には、脈圧計として指尖脈波計11が装着されており、血圧値、心拍数、一回拍出量がモニタリングされる。これらは直接測定されることが望ましいが、何らかのデータを加工することが実用的である。本実施形態の診断装置100では例えばPWTT(脈波伝播時間:血液の脈波が心臓を発してから指先に到達するまでの時間)を使用する。脈波から心電図のR波に対応する情報を演算することも不可能でないが、図1では心電図をモニターするための電極12,13がステアリングホイールに2箇所備えられている。脈波と心電図から、血圧値、PWTT、R波信号、心拍数、一回拍出量、を含む血行動態の時系列データが得られる。
The driver is equipped with a finger plethysmograph 11 as a pulse pressure meter, and the blood pressure value, heart rate, and stroke volume are monitored. These are preferably measured directly, but it is practical to process some data. In the
そして、診断装置100は2つの方法で、血圧反射感受性を定量化する。
A)よく知られているように、自律神経の血圧反射機能により、血圧が上がると心拍がゆっくりとなり、血管がゆるみ、心臓の収縮(一回拍出量)を減少させて血圧を下げるように作用する。したがって、心拍、血管のゆるみ、心臓の収縮が計測できれば自律神経の機能を計測できることになる。そこで、血圧反射機能が適切に作用しているか否かを、血圧反射感受性を定量化することで評価する。
The
A) As is well known, the blood pressure reflex function of the autonomic nerve causes the heartbeat to slow down when the blood pressure rises, the blood vessels loosen, and the heart contraction (stroke volume) to decrease to lower the blood pressure. Works. Therefore, the function of the autonomic nerve can be measured if the heartbeat, the loosening of blood vessels, and the contraction of the heart can be measured. Therefore, it is evaluated by quantifying blood pressure reflex sensitivity whether or not the blood pressure reflex function is functioning appropriately.
一例としては、血圧とPWTTの相互相関関数を計算し、相互相関関数が最大値となる遅れ時間において、両者の回帰直線を求める。上記の血圧反射感受性により、血圧が上がればPWTTは下がり、血圧が下がればPWTTは上がるはずなので、両者は正の相関を有すると考えられる。したがって、回帰直線の傾きから血圧反射感受性の程度を評価することができる。 As an example, a cross-correlation function between blood pressure and PWTT is calculated, and a regression line between the two is obtained at a delay time at which the cross-correlation function is maximum. Because of the above blood pressure reflex sensitivity, PWTT should decrease if the blood pressure increases and PWTT should increase if the blood pressure decreases, so it is considered that the two have a positive correlation. Therefore, the degree of blood pressure reflex sensitivity can be evaluated from the slope of the regression line.
診断装置100は、血圧反射感受性の評価に応じて香りやマッサージ、メッセージを運転者を含む乗員に提供する。
The
なお、同様の評価が血圧と心拍数、又は、血圧と心臓の収縮(一回拍出量)の関係からも可能である。心拍数は心電図又は脈波のいずれから(又は後述する心音図からでもよい)計測でき、心臓の収縮はインピーダンス法で計測できる。 The same evaluation can be made from the relationship between blood pressure and heart rate, or blood pressure and heart contraction (stroke volume). The heart rate can be measured from either an electrocardiogram or a pulse wave (or from a heart sound diagram described later), and the heart contraction can be measured by an impedance method.
B)また、Mayer波(心拍数の時系列データ、血圧の時系列データなどに含まれる、約10秒を周期とするゆらぎ)を用いて血圧反射機能の定量化を提案する。この方法では、血圧と心拍数の時系列データそれぞれの低周波数成分を取り出し、両者の低周波数成分同士の相互相関係数の最大値(ρmax)を血圧反射感受性の指標とする。ρmaxは、血圧と心拍数の相関が低くなると低下するので、ρmaxから血圧反射感受性を評価できる。 B) Also, quantification of the blood pressure reflex function is proposed using Mayer waves (fluctuations with a period of about 10 seconds included in time-series data of heart rate, time-series data of blood pressure, etc.). In this method, low frequency components of time series data of blood pressure and heart rate are extracted, and the maximum value (ρ max ) of the cross-correlation coefficient between the low frequency components is used as an index of blood pressure reflex sensitivity. Since ρ max decreases when the correlation between blood pressure and heart rate decreases, blood pressure reflex sensitivity can be evaluated from ρ max .
Mayer波を利用した方法は、A)よりも短時間で血圧反射感受性が得られるので、適切なタイミングで香りやマッサージを乗員に提供することが容易になる。 Since the method using the Mayer wave provides blood pressure reflex sensitivity in a shorter time than A), it becomes easy to provide a passenger with a scent or massage at an appropriate timing.
〔診断装置100の概略〕
図2は、A)における診断装置100のブロック図の一例を示す。診断装置100は、制御部20により制御され、制御部20には指尖脈波計11、1対の電極12,13、香り提供部16、マッサージ部17及び表示装置18がCAN(Controller Area Network)やFlexRay等の車載LANを介して接続されている。制御部20は、例えばナビゲーション用の電子制御ユニット、ドアや室内照明を制御するボディ用電子制御ユニット、メータパネルの点灯や表示を制御するメータ用制御ユニットなどのコンピュータを実体とする。制御部20の各ブロックは、CPUがプログラムを実行するか又はASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェア回路により実装される。
[Outline of Diagnostic Device 100]
FIG. 2 shows an example of a block diagram of the
血圧測定部14、心電図測定部15、脈波伝播時間測定部21により、血圧、心拍数、PWTT等の血管動態が得られ、これらから、遅れ時間算出部22がPWTTと血圧の相互相関関数が最大となる遅れ時間を求め、回帰直線算出部23は血圧と、最大となる遅れ時間を足したPWTTとの回帰直線を算出し、感受性評価部24は回帰直線の傾きから血圧反射感受性を評価する。乗員支援部25は、評価結果に応じて、香り提供部16、マッサージ部17、及び、表示装置18を用いて乗員の自律神経機能を調整する。
The blood
〔 A)血圧反射感受性の検出〕
図3(a)は、診断装置100がA)の方法で血圧反射感受性を評価する手順を示すフローチャート図の一例である。以下、図3(a)に従い説明する。
[A) Detection of blood pressure reflex sensitivity]
FIG. 3A is an example of a flowchart illustrating a procedure in which the
<S10>
指尖脈波計11は、例えば、ステアリングホイールの前方側のやや内側に、運転者の指先を監視できる位置、又は、アクセルペダルの指先側に配置されている。指尖脈波計11は、運転者の1以上の指先に所定の波長のLED光を照射し,その透過光(又は反射光)をフォトダイオードを用いて計測する。ヘモグロビンの流量は血流に比例すると考えられるので、ヘモグロビンに反射する波長のLED光を照射して得られる反射波から脈波が得られる。
<S10>
The finger plethysmograph 11 is disposed, for example, slightly inside the front side of the steering wheel, at a position where the driver's fingertip can be monitored, or at the fingertip side of the accelerator pedal. The finger plethysmograph 11 irradiates one or more fingertips of the driver with LED light of a predetermined wavelength, and measures the transmitted light (or reflected light) using a photodiode. Since the flow rate of hemoglobin is considered to be proportional to the blood flow, a pulse wave can be obtained from the reflected wave obtained by irradiating LED light having a wavelength reflected by hemoglobin.
脈波のみから血圧を算出することもできるし、PWTTから血圧を算出することもできる。脈波のみから血圧を算出する方法がいくつか提案されているが、例えば加速度脈波を利用する。加速度脈波は、最大の振幅を示す最初の極大点を有する陽性波(a波)、a波に続く陰性波(b波)、以下、c波、d波、e波というように波形の極値を境に名称がある。例えば、このa波とe波の時間間隔を計算式に算入することで血圧値が得られる。なお、血圧は、上腕動脈、橈骨動脈などのトノメトリ法により測定してもよい。また、PWTTを用いる場合、PWTTは血圧が上昇すると短縮し、血圧が低下すると長くなることを利用して、所定の計算式を用いて血圧を算出する。なお、脈波から心拍数が測定される。 The blood pressure can be calculated from only the pulse wave, or the blood pressure can be calculated from PWTT. Several methods for calculating blood pressure from only a pulse wave have been proposed. For example, an acceleration pulse wave is used. The acceleration pulse wave is a positive wave (a wave) having the first local maximum point showing the maximum amplitude, a negative wave (b wave) following the a wave, and the following c wave, d wave, and e wave. There is a name after the value. For example, the blood pressure value can be obtained by adding the time interval between the a wave and the e wave to the calculation formula. The blood pressure may be measured by a tonometry method such as brachial artery or radial artery. Further, when PWTT is used, the blood pressure is calculated using a predetermined calculation formula using the fact that PWTT is shortened when the blood pressure is increased and becomes longer when the blood pressure is decreased. The heart rate is measured from the pulse wave.
1対の電極12、13は、例えば、ステアリングホイールに設けられ、中立状態で左右の掌が把持する部位にそれぞれ配置される。運転者の左右の掌が独立にそれぞれの電極12,13に触れると電位差が生じる。心電図測定部15はこの電位差を検出、増幅、成形することで心電図を得ることができ、心電図から例えばR波、RR間隔、心拍数等が検出できる。
The pair of
なお、脈波と心電図は時系列に取得されるが、測定ポイント間にインターバルが生じる。このため、血圧測定部14及び心電図測定部15は、時系列データに線形補間、スプライン補間を施して、それぞれ時間的に等間隔のデータに変換することが好ましい。なお、補間方法はどのような手法を用いてもよい。
In addition, although a pulse wave and an electrocardiogram are acquired in time series, an interval arises between measurement points. For this reason, it is preferable that the blood
図4は、このようにして測定された心拍数(上段)、脈波(中断)、及び、PWTT(下段)の時系列データの一例を示す。脈波伝播時間測定部21は、例えば、心電図波形におけるR波の発生時刻から、対応する血圧波形の立ち上がり点の時刻との差を、PWTTとして測定する。R波の立ち上がり、脈波の立ち上がり点の時刻は、一拍分に対応する波形における最小値が得られた時刻、波形の一次微分、二次微分の立ち上がり点の時刻、高周波成分の発生時刻等から求めることができる。
FIG. 4 shows an example of time series data of the heart rate (upper stage), pulse wave (interruption), and PWTT (lower stage) measured in this way. The pulse wave propagation
なお、R波の立ち上がりでなく心音からPWTTを検出してもよい。この場合、電極12,13の代わりに心音を集音するマイクを設ける。心音のII音の発生から末梢動脈における脈波の発生までの時間がPWTTとなる。
Note that PWTT may be detected not from the rise of the R wave but from heart sounds. In this case, a microphone that collects heart sounds is provided instead of the
また、PWTTでなく一回拍出量を用いる場合、一回拍出量は、一拍分の脈波を積分し所定の係数を乗じたり、例えば超音波心臓断層法、超音波ドプラ血流計測法、又はアドミッタンス法などにより算出することが可能である。 When stroke volume is used instead of PWTT, stroke volume is integrated by multiplying a pulse wave for one beat and multiplied by a predetermined coefficient, for example, ultrasonic cardiac tomography, ultrasonic Doppler blood flow measurement. It is possible to calculate by the method or the admittance method.
<S20、S30>
遅れ時間算出部22は、血圧とPWTTの相互相関関数の値が最大となる遅れ時間を求める。図5は、血圧とPWTTの相互相関関数の一例を示す。相互相関関数の求め方はいくつかあるが例えば次式から算出される。
相互相関関数 =Σ{ a(t)×b(t+τ)/|a(t)||b(t+τ)|
a(t)は血圧、b(t)はPWTTであり、τは一拍分の周期を最大に所定の増大分を刻みながら変化する遅れ時間である。また、Σは測定点毎に加算する意味である。なお、ここでは相互相関関数を規格化した(規格化相互相関関数)。
<S20, S30>
The delay time calculation unit 22 calculates a delay time at which the value of the cross-correlation function between blood pressure and PWTT is maximized. FIG. 5 shows an example of a cross-correlation function between blood pressure and PWTT. There are several ways to obtain the cross-correlation function, but it is calculated from the following equation, for example.
Cross-correlation function = Σ {a (t) × b (t + τ) / | a (t) || b (t + τ) |
a (t) is the blood pressure, b (t) is the PWTT, and τ is a delay time that changes while chopping up a predetermined increment while maximizing the period of one beat. Further, Σ means to add every measurement point. Here, the cross-correlation function was normalized (normalized cross-correlation function).
τを少しずつ変えながらそれぞれの相互相関関数を算出する。τに対し相互相関関数をプロットすると、図5のように、最も相互相関関数が大きくなるτmaxが「最大となる遅れ時間」である。すなわち、PWTTと血圧のいずれかを、最大となる遅れ時間ずらすことで、両者の相関が最もよくなる。 Each cross-correlation function is calculated while changing τ little by little. When the cross-correlation function is plotted against τ, as shown in FIG. 5, τ max at which the cross-correlation function is largest is the “maximum delay time”. That is, the correlation between the two becomes the best by shifting either the PWTT or the blood pressure by the maximum delay time.
上記のように、自律神経が正常に作用していると血圧とPWTTには相関があり、最もよく相関する遅れ時間における両者の相関性が血圧反射感受性の評価となる。 As described above, when the autonomic nerve is functioning normally, there is a correlation between the blood pressure and the PWTT, and the correlation between the two at the most correlated delay time is an evaluation of blood pressure reflex sensitivity.
<S40>
具体的には、回帰直線算出部23は、血圧と、最大となる遅れ時間τmaxを足したPWTTを散布図にプロットしその回帰直線を算出する。図6は、散布図と回帰直線の一例を示す。図6では血圧値を正規化している(平均値を0に標準偏差で割った)。図6の回帰直線は、次式のようになっている。
回帰直線 = 0.47×x+0.01
0.47が傾きとなる。傾きの数値自体には個人差があるが、傾きが大きくなれば血圧反射感受性が増大したこと、小さくなれば減少したことになるので、傾きの変化を監視すればその運転者の血圧反射感受性の変化を検出できる。傾きは、次述するB)の方法のゲインに相当する。
<S40>
Specifically, the regression
Regression line = 0.47 × x + 0.01
0.47 is the slope. The slope value itself varies from person to person. However, if the slope increases, the blood pressure reflex sensitivity increases, and if it decreases, the blood pressure reflex sensitivity decreases. Change can be detected. The inclination corresponds to the gain of the method B) described below.
また、回帰直線の算出で得られる相関係数R(−1〜1:−1だと完全な逆相関、0でだと相関なし、1だと完全な相関)により、血圧反射感受性を評価してもよい。すなわち、血圧反射機能が低下した状態では、血圧とPWTTとの相関が低下し相関係数が低下するからである。相関係数Rが大きくなれば血圧反射感受性が増大したこと、小さくなれば減少したことになるので、相関係数Rの変化を監視すればその運転者の血圧反射感受性の変化を検出できる。相関係数は、次述するB)の方法のコヒーレンスに相当する。 In addition, blood pressure reflex sensitivity is evaluated by the correlation coefficient R obtained by calculating the regression line (-1 to 1: -1 for complete inverse correlation, 0 for no correlation, 1 for complete correlation). May be. That is, in a state where the blood pressure reflex function is lowered, the correlation between the blood pressure and PWTT is lowered and the correlation coefficient is lowered. If the correlation coefficient R increases, the blood pressure reflex sensitivity increases. If the correlation coefficient R decreases, the blood pressure reflex sensitivity decreases. Therefore, if the change of the correlation coefficient R is monitored, a change in the blood pressure reflex sensitivity of the driver can be detected. The correlation coefficient corresponds to the coherence of the method B) described below.
<S50>
以上のような考えから、感受性評価部24は回帰直線の傾き又は相関係数Rの少なくとも一方から運転者の感受性を評価する。例えば、同じ運転者の過去の回帰直線の傾き及び相関係数Rを記録しておき、過去の最大値と最小値を基準に、現在の運転者の血圧反射感受性を評価する。感受性評価部24は、例えば3〜5段階程度の段階のうちいずれかの段階に血圧反射感受性を対応づけ、対応づけられた段階を評価値として乗員支援部25に出力する。評価値が大きいほど血圧反射感受性がよく、小さいほど悪い。
<S50>
From the above consideration, the
<S60>
乗員支援部25は、評価値に基づき予め定めた方法で乗員を支援する。例えば、適切な香りを提供する、乗員をマッサージする、表示装置18に血圧反射感受性の評価結果や血圧、心拍数等を表示して運転中の健康管理に注意するよう喚起する。支援の詳細と効果については後に詳述する。
<S60>
The
〔 B)血圧反射感受性の検出〕
B)の方法による血圧反射感受性の定量化について説明する。図7は、B)における診断装置100のブロック図の一例を、図3(b)は血圧反射感受性を評価する手順を示すフローチャート図の一例である。なお、図7において図2と同一部には同一の符号を付しその説明は省略する。図7の診断装置100は、血圧、PWTTの低周波成分を抽出する低周波成分抽出部31、低周波成分同士の相互相関関数を算出する相互相関関数算出部32を有する。
[B) Detection of blood pressure reflex sensitivity]
The quantification of blood pressure reflex sensitivity by the method B) will be described. FIG. 7 is an example of a block diagram of the
<S10、S120>
ステップS10は図3(a)と同様なので省略する。S10により血圧と心拍数の時系列データが計測されたら、ステップS120で低周波成分抽出部31は両者の低周波数成分を取り出す。
<S10, S120>
Step S10 is the same as FIG. When the time series data of blood pressure and heart rate is measured in S10, the low frequency
図2のような血圧の時系列データ、心拍数の時系列データには様々な周波数成分が含まれているが、このうち低周波成分(例えば、0.04〜0.15Hz)は血圧変動由来であることが、高周波成分(例えば、0.15〜0.50Hz)は呼吸変動由来であることが知られている。したがって、低周波成分のみを取り出せば、血管反射システムの機能による成分を取り出せる。図8は、心拍数、血圧、PWTTの低周波成分(例えば、0.04〜0.15Hz)の一例を示す。 The time series data of blood pressure and the time series data of heart rate as shown in FIG. 2 include various frequency components. Of these, low frequency components (for example, 0.04 to 0.15 Hz) are derived from blood pressure fluctuations. It is known that the high frequency component (for example, 0.15 to 0.50 Hz) is derived from respiratory fluctuations. Therefore, if only the low frequency component is extracted, the component due to the function of the blood vessel reflection system can be extracted. FIG. 8 shows an example of the low frequency components (for example, 0.04 to 0.15 Hz) of heart rate, blood pressure, and PWTT.
ところで、血管運動には10秒前後のゆっくりとしたゆらぎの成分(Mayer波)があることが知られているが、このゆらぎも血圧反射感受性の機能の表れであると言われている。そこで、10秒前後の情報から血圧反射感受性を定量化することが考えられる。 By the way, it is known that the blood vessel motion has a slow fluctuation component (Mayer wave) of about 10 seconds, and this fluctuation is also said to be a function of blood pressure reflex sensitivity. Therefore, it is conceivable to quantify the blood pressure reflex sensitivity from information of around 10 seconds.
<S130>
具体的には、血圧の時系列データ、心拍数の時系列データの相互相関関数の最大値ρmaxを算出する。相互相関関数算出部32は、例えば次式から相互相関関数ρxy(τ)を算出する。なお、血圧の時系列データをx(t)、心拍数の時系列データをy(t)とした。そして、ある時刻の前後60秒(計120秒)に渡り相互相関関数ρxy(τ)を算出する。
<S130>
Specifically, the maximum value ρ max of the cross-correlation function of the time-series data of blood pressure and the time-series data of heart rate is calculated. The cross-correlation
<S140>
そして感受性評価部24は、τが正の領域において相互相関関数ρmax(τ)の最大値(相互相関係数ρmax)を血圧反射感受性の指標とする。すなわち、相互相関係数ρmaxが高いほど血圧反射感受性が高いことになる。
<S140>
Then, the
なお、相互相関関数の算出にあたり心拍数を用いたが、心拍数の代わりに一回拍出量の時系列データ、脈圧の揺らぎを用いても同様の評価(コヒーレンス、ゲイン)が可能である。 Although the heart rate was used in the calculation of the cross-correlation function, the same evaluation (coherence, gain) can be performed by using time-series data of stroke volume and fluctuations in pulse pressure instead of the heart rate. .
〔血圧反射機能の線形性ρmax検出の変形例〕
ところで、脈波だけからRR間隔を算出し、血圧反射機能の線形性ρmaxを検出することもできる。これにより電極12,13や心電図測定部15を不要にすることができる。図9は、拍内積分値PWareaを用いたρmaxの検証例を示す図である。脈波の立ち上がり時点から心拍間隔を計算し、脈圧から血流量と血圧を推定する。また、心拍の時系列データと血圧の時系列データから、血圧反射機能の線形性を推定できる。
[Modification of linearity ρ max detection of blood pressure reflex function]
By the way, it is also possible to calculate the RR interval from only the pulse wave and detect the linearity ρ max of the blood pressure reflex function. As a result, the
〔乗員支援〕
乗員支援について説明する。香り提供部16は、例えばエアコンのダクトに設置された香りのタンク、香りのタンクを備えた空気砲などである。タンクには、レモンやローズ等の香り成分が封入されており、血圧反射感受性の評価値が低いような場合、レモンやローズの香り成分を放出する。
[Crew support]
Explain crew support. The
より具体的には、評価値を5段階とした場合、交感神経が優位(評価値が例えば4以上:相関性、感受性が強い)であるため運転に支障をきたすような場合は、鎮静効果のある香り成分(ローズ、ペパーミント、ジャスミン、ブラックペッパー等)を吐出し、副交感神経が優位(評価値が例えば2以下:相関性、感受性が弱い)であるため運転に支障をきたすような場合は、覚醒効果のある香り成分(レモン、オレンジ、ラベンダー等)を吐出する。後述するようにこれらの芳香で交感・副交感神経のバンラスをコントロールでき、血圧や心拍を整え、自律神経バランスを改善することができる。本実施形態の診断装置100は、血圧反射感受性を数値で評価しているので、数値に応じて香り成分の強さを調整するなどしてもよい。
More specifically, when the evaluation value is 5 levels, the sympathetic nerve is dominant (evaluation value is 4 or more: correlation and sensitivity is high), so if the driving is disturbed, the sedative effect is When a certain scent component (rose, peppermint, jasmine, black pepper, etc.) is discharged and the parasympathetic nerve is dominant (evaluation value is 2 or less: correlation, sensitivity is low), it may interfere with driving. Discharges fragrant ingredients (lemon, orange, lavender, etc.) that have an awakening effect. As will be described later, these fragrances can control sympathetic / parasympathetic bunras, adjust blood pressure and heart rate, and improve autonomic balance. Since the
また、マッサージ部17は、例えばシートに内蔵されたマッサージ装置である。もみ玉やバイブレータをシートバックやヘッドレストに内蔵して筋肉をほぐしたり、エアバックで脚部を加圧しながら包み込む等のマッサージを運転者を含む乗員に低供する。マッサージと血圧に関係性が強いのは経験的にも実験的にも知られており、評価値が例えば1以下の場合に運転者にマッサージを提供することで、血圧や心拍を整え、自律神経バランスを改善することができる。
Moreover, the
血圧反射機能の評価値から交感神経トーヌス(動脈血管壁の平滑筋を支配する神経系であり、交感神経トーヌスによる平滑筋の収縮が強くなると血圧が上昇し、弱くなると低下する)が活発で、疲れやすいと考えられる場合は、マッサージを提供することで鎮静効果が得られる。すなわち、評価値が例えば5以上の場合に運転者にマッサージを提供することで、自律神経の活動を和らげることができる。 From the evaluation value of the blood pressure reflex function, sympathetic tonus (the nervous system that governs the smooth muscle of the arterial vessel wall, the blood pressure increases when the smooth muscle contraction by the sympathetic tonus increases, and decreases when it weakens) If you feel tired easily, you can get a sedative effect by providing a massage. That is, the activity of the autonomic nerve can be moderated by providing massage to the driver when the evaluation value is 5 or more, for example.
香り成分とマッサージは、いずれかを提供してもよいし、両方を提供してもよい。血圧反射感受性の評価値が低い状態では、香りと共にマッサージを提供することで相乗効果が期待できる。なお、マッサージは車両が信号待ち、駐車中等、車両が停止しており運転に支障がない状態で提供することが好ましい。 Either the scent component or the massage may be provided, or both may be provided. In a state where the evaluation value of blood pressure reflex sensitivity is low, a synergistic effect can be expected by providing a massage with a fragrance. In addition, it is preferable that the massage is provided in a state where the vehicle is stopped and does not hinder driving, such as when the vehicle is waiting for a signal or parked.
また、表示装置18は、例えばナビゲーション用のディスプレイ、メータパネルの液晶ディスプレイ等であり、血圧反射感受性の評価値から診断される運転者の体調を文字又はアイコン等の少なくとも一方で提示する。音声メッセージにより提供してもよい。例えば、交感神経が優位な場合は「いらいらしていませんか? リラックスした運転を心がけましょう」と表示し、副交感神経が優位の場合は「疲労がたまっていませんか?少し休憩を取りましょう」と表示する。運転者や同乗者はこのような表示を見て、安全運転を心がけることができ、更に健康も管理できる。なお、このようなメッセージと共に香りやマッサージを提供してもよいし、運転者にこれらを提供するか否かを選択させてもよい。
The
〔香りと血行動態の関係〕
香りと血行動態の関係についていくつかの実験結果を説明する。図10は、香りの放出による血行動態の変化の一例を示す。図10では上段から、心拍(HR)、一回拍出量(SV)、収縮期血圧(BP)、脈波伝播時間(PWTT)、総末梢血管抵抗(TPR)である。図示する矢印のタイミングで香り(例えば、覚醒作用のあるレモン)を提供すると、一回拍出量、収縮期血圧、PWTT、末梢血管抵抗に影響があることが認められる。したがって、運転中に香りを提供することで、血行動態とそれを支配する自律神経に治療効果があることになる。
[Relationship between aroma and hemodynamics]
Some experimental results on the relationship between aroma and hemodynamics are explained. FIG. 10 shows an example of a change in hemodynamics due to the release of a scent. In FIG. 10, from the top, heart rate (HR), stroke volume (SV), systolic blood pressure (BP), pulse wave propagation time (PWTT), and total peripheral vascular resistance (TPR). Providing a scent (for example, awakening lemon) at the timing of the arrow shown in the figure shows that stroke volume, systolic blood pressure, PWTT, and peripheral vascular resistance are affected. Therefore, providing a scent during driving will have a therapeutic effect on the hemodynamics and the autonomic nerves that govern them.
図11(a)は、レモンとローズの香りが心拍数に与える影響を示す図の一例である。それぞれの香りを与える直前を基準に、レモンとローズの香りにより影響された心拍数の増減を示した。心拍数はレモンの香りにより1.8増加し、ローズの香りにより10.6減少している。したがって、血圧反射感受性の評価値が低い場合には、レモンの香りを提供することで覚醒作用が得られ、血圧反射感受性の評価値が高い場合には、ローズの香りを提供することで鎮静作用が得られる。 FIG. 11 (a) is an example of a diagram showing the influence of the scent of lemon and rose on the heart rate. The increase and decrease in heart rate influenced by the scent of lemon and rose was shown immediately before giving each scent. Heart rate is increased by 1.8 due to lemon scent and decreased by 10.6 due to rose scent. Therefore, when the evaluation value of blood pressure reflex sensitivity is low, an awakening action is obtained by providing a lemon scent, and when the evaluation value of blood pressure reflex sensitivity is high, a sedative action is provided by providing a rose scent. Is obtained.
図11(b)は、レモンとローズの香りが収縮期血圧に与える影響を示す図の一例である。それぞれの香りを与える直前を基準に、レモンとローズの香りにより影響された収縮期血圧の増減を示した。収縮期血圧はレモンの香りにより1.0減少し、ローズの香りにより2.0増加している。血圧が下がると(上がる)と自律神経は心拍数を(上げる)(下げる)ため、レモンの香りとローズの香りのいずれにおいても、図11(a)と整合性ある結果が得られている。 FIG.11 (b) is an example of the figure which shows the influence which the scent of lemon and rose has on systolic blood pressure. The increase / decrease in systolic blood pressure influenced by the scent of lemon and rose was shown on the basis of immediately before giving each scent. The systolic blood pressure is decreased by 1.0 due to the lemon scent and increased by 2.0 due to the rose scent. When the blood pressure is lowered (increased), the autonomic nerve (raises) (lowers) the heart rate. Therefore, in both the lemon scent and the rose scent, results consistent with FIG. 11A are obtained.
図11(c)は、レモンとローズの香りが血圧反射機能の感受性に与える影響を示す図の一例である。レモンとローズの香りにより回帰直線の傾き又はゲインに変化が現れるので、それぞれの香りを与える直前を基準に血圧反射機能の感受性の増減を示すことができる。レモンの香りにより血圧反射機能の感受性を下げることが、ローズの香りにより血圧反射機能の感受性を上げることができることが確認できる。 FIG.11 (c) is an example of the figure which shows the influence which the scent of lemon and rose has on the sensitivity of a blood-pressure reflex function. Since changes in the slope or gain of the regression line appear due to the scent of lemon and rose, the increase or decrease in the sensitivity of the blood pressure reflex function can be shown based on the time immediately before giving each scent. It can be confirmed that the sensitivity of the blood pressure reflex function can be reduced by the scent of lemon, and the sensitivity of the blood pressure reflex function can be increased by the scent of rose.
したがって、上述したように、いらいらしている場合(交感神経が優位)にはレモンの香りでいらいら感を抑制でき、眠気が強いような場合(副交感神経が優位)にはローズの香りで覚醒させることができるなど、適切な香りを提供することで、運転者の自律神経機能を調整・治療することができる。 Therefore, as described above, when irritated (sympathetic nerve is dominant), the scent of lemon can suppress irritability, and when sleepiness is strong (parasympathetic nerve is dominant), it is awakened with the scent of rose. The driver's autonomic nervous function can be adjusted and treated by providing an appropriate scent.
以上説明したように、本実施形態の診断装置100は、車両操作の制約を最小限に抑制して運転者の血管動態を測定し、血管支配の自律神経機能を定量的に診断することで、運転者への適切な支援が可能となり、自律神経機能を治療することができる。
As described above, the
11 指尖脈波計
12、13 電極
14 血圧測定部
15 心電図測定部
16 香り提供部
17 マッサージ部
18 表示装置
100 車両用自律神経機能診断装置(診断装置)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
Claims (9)
血管動態を検出する血管動態検出手段と、
第1の血管動態の時系列データと第2の血管動態の時系列データの相互相関関数が最大となる遅れ時間を検出する遅れ時間検出手段と、
第1又は第2の血管動態の時系列データに前記遅れ時間を加えて、第1の血管動態の時系列データと第2の血管動態の時系列データの散布図から回帰直線を算出する回帰直線算出手段と、
回帰直線の傾きから血圧反射感受性を定量化する血管反射システム評価手段と、
定量化された血圧反射感受性に応じて、自律神経機能を調整する刺激を運転者に提供する刺激提供手段と、
を有することを特徴とする車両用自律神経機能診断装置。 An autonomic nerve function diagnostic device for a vehicle that diagnoses an autonomic nerve function of a vehicle occupant and provides a stimulus according to a diagnosis result,
Vasodynamic detection means for detecting vascular dynamics;
A delay time detecting means for detecting a delay time at which a cross-correlation function between the time series data of the first vasodynamics and the time series data of the second vasodynamics is maximized;
A regression line for calculating a regression line from a scatter diagram of the first vascular dynamic time series data and the second vascular dynamic time series data by adding the delay time to the first or second vascular dynamic time series data. A calculation means;
A blood vessel reflex system evaluation means for quantifying blood pressure reflex sensitivity from the slope of the regression line;
A stimulus providing means for providing a driver with a stimulus that adjusts the autonomic nerve function according to the quantified blood pressure reflex sensitivity;
An autonomic nerve function diagnostic apparatus for a vehicle characterized by comprising:
第1の血管動態の低周波数成分と第2の血管動態の低周波数成分との相互相関関数の最大値を求める相互相関最大値算出手段と、を有し、
前記血管反射システム評価手段は、前期最大値から血圧反射感受性を定量化する、
ことを特徴とする請求項1記載の車両用自律神経機能診断装置。 Low-frequency component extraction means for extracting a low-frequency component from each of the time-series data of the first vasodynamics and the time-series data of the second vasodynamics;
Cross-correlation maximum value calculating means for obtaining a maximum value of a cross-correlation function between the low-frequency component of the first vasodynamics and the low-frequency component of the second vasodynamics,
The blood vessel reflex system evaluation means quantifies blood pressure reflex sensitivity from the maximum value in the previous period,
The vehicular autonomic nerve function diagnosis apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1記載の車両用自律神経機能診断装置。 The first vasodynamics are blood pressure values and the second vasokinetics is either pulse wave transit time, heart rate or stroke volume,
The vehicular autonomic nerve function diagnosis apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2記載の車両用自律神経機能診断装置。 The first vasodynamics is the blood pressure value, the second vasokinetics is the heart rate,
The vehicular autonomic nerve function diagnosis apparatus according to claim 2.
ことを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載の車両用自律神経機能診断装置。 Based on the quantified blood pressure reflex sensitivity, the stimulus providing means releases a sedative scent when the sympathetic nerve is dominant, and releases a scent with a wakefulness when the parasympathetic nerve is dominant.
The vehicle autonomic nervous function diagnosis apparatus according to any one of claims 1 to 4.
ことを特徴とする請求項1記載の車両用自律神経機能診断装置。 The stimulus providing means provides the driver with a rose scent when the quantified evaluation value of blood pressure reflex sensitivity is equal to or higher than the first reference value, and provides a lemon scent when the evaluation value is lower than the second reference value. provide,
The vehicular autonomic nerve function diagnosis apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1記載の車両用自律神経機能診断装置。 The stimulus providing means massages the driver with a massage means built in the seat when the quantified evaluation value of blood pressure reflex sensitivity is equal to or greater than a third reference value.
The vehicular autonomic nerve function diagnosis apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1記載の車両用自律神経機能診断装置。 The stimulus providing means massages the driver with a massage means built in the seat when the quantified evaluation value of blood pressure reflex sensitivity is equal to or lower than a fourth reference value.
The vehicular autonomic nerve function diagnosis apparatus according to claim 1.
血管動態を検出するステップと、
第1の血管動態の時系列データと第2の血管動態の時系列データの相互相関関数が最大となる遅れ時間を検出するステップと、
第1又は第2の血管動態の時系列データに前記遅れ時間を加えて、第1の血管動態の時系列データと第2の血管動態の時系列データの散布図から回帰直線を算出するステップと、
回帰直線の傾きから血圧反射感受性を定量化するステップと、
定量化された血圧反射感受性に応じて、自律神経機能を調整する刺激を運転者に提供するステップと、
を有することを特徴とする車両用自律神経機能診断方法。 A method for diagnosing an autonomic nerve function of a vehicle occupant and providing an adjustment action for the vehicle.
Detecting vasodynamics;
Detecting a delay time at which a cross-correlation function between the time series data of the first vasodynamics and the time series data of the second vasodynamics is maximized;
Adding a delay time to the time series data of the first or second vasodynamics and calculating a regression line from a scatter diagram of the time series data of the first vasodynamics and the time series data of the second vasodynamics; ,
Quantifying blood pressure reflex sensitivity from the slope of the regression line;
Providing a driver with a stimulus that adjusts autonomic function in response to the quantified blood pressure reflex sensitivity;
A method for diagnosing an autonomic nerve function for a vehicle, comprising:
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