JP6885541B2 - Cerebral blood flow status determination device - Google Patents
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Description
本発明は、計測対象者の運転操作に伴う脳血流状態を判定する脳血流状態判定装置に関する。 The present invention relates to cerebral blood flow state-size TeiSo location determining cerebral blood flow conditions associated with driving operation of the measured person.
従来より、直接的或いは間接的な乗員による行動、所謂操作部に対する操作動作をトリガとして、次に続く車両側挙動を制御することが行われている。
特許文献１のドライビングポジション制御装置は、乗員の指示によって手動運転から自動運転に切り替えた場合、手動運転中の運転に適するように予め定めた第１位置よりもリラックス可能な仰臥位となる第２位置に移動し、また、乗員の指示によって自動運転から手動運転に切り替えた場合、第１位置に移動するように位置検出結果に基づいてステアリング位置移動部、シート位置移動部及びペダル位置移動部を協調制御している。
Conventionally, it has been practiced to control the subsequent vehicle-side behavior by using a direct or indirect occupant action, that is, an operation action on a so-called operation unit as a trigger.
The driving position control device of
ところで、人間の脳活動を検出するため、脳から発生する微弱電場（脳波）や微弱磁場（脳磁場）を計測する脳機能マッピング技術が知られている。
非侵襲的に脳活動を計測する計測手法としては、神経細胞脳電気活動由来の電気現象を計測する脳波計測法（Electroencephalography: EEG）及び脳磁計測法（Magnetoencephalography: MEG）が存在し、神経細胞発火後の二次的な現象である脳血流や代謝変化を計測する機能的磁気共鳴画像計測法（Functional Magnetic Resonance Imaging: fMRI）、近赤外分光法（Near Infra-Red Spectroscopy: NIRS）等が存在している。
By the way, in order to detect human brain activity, a brain function mapping technique for measuring a weak electric field (brain wave) or a weak magnetic field (brain magnetic field) generated from the brain is known.
As measurement methods for non-invasively measuring brain activity, there are electroencephalography (EEG) and magnetoencephalography (MEG), which measure electrical phenomena derived from nerve cell brain electrical activity, and nerve cells. Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), Near Infra-Red Spectroscopy (NIRS), etc., which measure secondary phenomena such as cerebral blood flow and metabolic changes after ignition. Exists.
ｆＭＲＩは、ボールド効果に伴う核磁気共鳴を利用して計測対象である脳を断層撮像する計測手法である。このｆＭＲＩは、他の計測法に比べて、空間分解能及びコントラスト分解能が高い点、あらゆる方向からの断面画像が撮像できる点等の優位性を備えている。
ボールド効果とは、脳の賦活部位における酸素消費量と血流量の変化により、酸素と結合した酸素化ヘモグロビンと酸素と結合していない脱酸素化ヘモグロビンとの比率が変動し、この変動に伴って賦活部位の磁性強度に変動が起こる現象である。
脳の神経細胞が電気的に活動する場合、そのエネルギーとしてＡＴＰ（Adenosine triphosphate）が必要とされ、神経細胞の活動に伴ってＡＴＰを生産するための代謝活動（糖代謝及び酸素代謝）が増加することから、脳の賦活部位では、局所脳血流が増加することに着目したものである。
fMRI is a measurement method for tomographic imaging of the brain to be measured by utilizing nuclear magnetic resonance associated with the bold effect. This fMRI has advantages such as high spatial resolution and contrast resolution and the ability to capture a cross-sectional image from all directions as compared with other measurement methods.
The bold effect is that the ratio of oxygenated hemoglobin bound to oxygen and deoxygenated hemoglobin not bound to oxygen fluctuates due to changes in oxygen consumption and blood flow at the activation site of the brain. This is a phenomenon in which the magnetic strength of the activated portion fluctuates.
When nerve cells in the brain are electrically activated, ATP (Adenosine triphosphate) is required as energy, and metabolic activity (sugar metabolism and oxygen metabolism) for producing ATP increases with the activity of nerve cells. Therefore, we focused on the increase in local cerebral blood flow at the activation site of the brain.
脳科学において、自身による手足の運動が発生した場合、運動に関連した脳部位が賦活し、この部位の脳血流状態が変化することが報告されている。
しかし、自己の操作力以外の力が、反力として操作部から付与された状況下における脳状態、所謂脳血流状態の変化は未だ詳細には解明されていない。
車両走行時、運転者には、操作部から様々な操作反力が作用している。
具体的には、ステアリングの回転操作や車速等に応じたタイヤの状態変化に起因した操作反力や、車線逸脱防止の運転支援を目的としたＬＫＡ（Lane Keep Asist）等である。
車両挙動からのフィードバックに相当する操作反力と運転者の操作感覚との関係性を明らかにするため、反力を伴う操作における操作感覚に対応した脳状態（脳血流状態）を可視化する手法の確立が求められている。
In brain science, it has been reported that when limb movement occurs by oneself, the brain part related to the movement is activated and the cerebral blood flow state of this part changes.
However, the change in the brain state, the so-called cerebral blood flow state, under the condition that a force other than the self-manipulating force is applied as a reaction force by the operating unit has not yet been clarified in detail.
When the vehicle is running, various operating reaction forces are applied to the driver from the operation unit.
Specifically, it is an operation reaction force caused by a change of tire state according to a steering rotation operation or a vehicle speed, or an LKA (Lane Keep Asist) for the purpose of driving support for preventing lane departure.
A method of visualizing the brain state (cerebral blood flow state) corresponding to the operation sensation in the operation with reaction force in order to clarify the relationship between the operation reaction force corresponding to the feedback from the vehicle behavior and the driver's operation sensation. Is required to be established.
ところで、随意運動の場合、行動する前段階において、本人による自覚を伴った意識的な決定が成されている。
そして、自覚を伴う意識（以下、顕在意識という）状態の前段階には、顕在意識を喚起するための自覚を伴わない意識（以下、潜在意識という）状態が存在している。
車両の制御において、実際に乗員が行う操作動作をトリガとするのではなく、行動の前段階である顕在意識や潜在意識を用いて後に継続する車両側挙動を制御することにより、走行安全性が改善され、更には、車室内快適性を格段に向上することが期待できる。
しかし、乗員の運転操作に係る動作と乗員の潜在意識との直接的且つ相関的な関連性についても、未だ詳細には解明されていない。
By the way, in the case of voluntary movement, a conscious decision is made by the person himself / herself in the pre-action stage.
And, in the pre-stage of the state of consciousness with consciousness (hereinafter referred to as actual consciousness), there is a state of consciousness without consciousness (hereinafter referred to as subconscious) for arousing actual consciousness.
In vehicle control, driving safety is improved by controlling the vehicle-side behavior that continues afterwards by using the actual consciousness and subconsciousness, which are the pre-stages of the action, instead of using the operation action actually performed by the occupant as a trigger. It can be expected to be improved and further to significantly improve the comfort of the passenger compartment.
However, the direct and correlative relationship between the occupant's driving operation and the occupant's subconscious mind has not yet been clarified in detail.
自覚を伴わない潜在意識状態は、換言すれば、無意識状態に近い状態ではあるものの、脳の賦活部位における活動として物理的に存在しているため、前述の脳機能マッピング技術を用いることにより、潜在意識に関わる脳活動を計測することが可能である。
それ故、この計測結果に基づいて、乗員の運転操作に係る動作と潜在意識との関連性を明らかにすることが考えられる。
しかし、ＥＥＧやＭＥＧでは、頭蓋外部に設置したセンサにより、神経細胞の電気活動が物理法則に従って拡散した電場や磁場を計測するため、観察可能範囲に制約を受け易く、空間分解能も低い。従って、賦活部位の位置的特長を計測することは困難である。
ＮＩＲＳでは、頭皮上から近赤外光（７００〜２５００ｎｍの波長光）を照射し、脳表に近い部分（大脳皮質）からの乱反射光の成分を計測するため、脳深部の測定が難しく、空間分解能も低い（２５〜３０ｍｍ程度）。また、ＮＩＲＳは、血流を計測していることから、実際の神経細胞の活動に比べると遅い変化しか示さず、時間分解能が低い。
In other words, the subconscious state without awareness is a state close to the unconscious state, but it physically exists as an activity in the activated part of the brain. Therefore, by using the above-mentioned brain function mapping technique, the subconscious state is latent. It is possible to measure the brain activity related to the consciousness.
Therefore, based on this measurement result, it is conceivable to clarify the relationship between the movement related to the driving operation of the occupant and the subconscious mind.
However, in EEG and MEG, since the electric field and magnetic field in which the electrical activity of nerve cells is diffused according to the laws of physics are measured by a sensor installed outside the skull, the observable range is easily restricted and the spatial resolution is low. Therefore, it is difficult to measure the positional feature of the activated portion.
NIRS irradiates near-infrared light (wavelength light of 700 to 2500 nm) from above the scalp and measures the component of diffusely reflected light from the part near the brain surface (cerebral cortex), so it is difficult to measure the deep part of the brain and space. The resolution is also low (about 25 to 30 mm). In addition, since NIRS measures blood flow, it shows only slow changes compared to actual nerve cell activity, and its time resolution is low.
一方、ｆＭＲＩは、空間分解能に優れており、大脳辺縁部及び大脳皮質からの信号に加え、脳幹等の脳深部からの信号を測定することも可能である。
しかし、ｆＭＲＩによって全部の脳範囲を撮像する場合、ＮＩＲＳと同様に、時間分解能を高くすることができないことから、乗員の運転操作に係る動作と脳の賦活部位の位置的特徴との相関関係を解析するためには、具体的な解析手法やこれに用いる解析装置を確立する必要がある。
On the other hand, fMRI has excellent spatial resolution, and can measure signals from deep parts of the brain such as the brain stem in addition to signals from the limbic region and the cerebral cortex.
However, when the entire brain range is imaged by fMRI, the time resolution cannot be increased as in NIRS. Therefore, the correlation between the movement related to the driving operation of the occupant and the positional feature of the activated part of the brain is determined. In order to analyze, it is necessary to establish a specific analysis method and an analysis device used for this method.
本発明の目的は、反力を伴う操作における操作感覚を可視化することができる脳血流状態判定装置等を提供することである。 An object of the present invention is to provide a cerebral blood flow state-size TeiSo置等the operation feeling can be visualized in the operation with the reaction force.
請求項１の発明は、計測対象者の車両の運転操作に伴う脳血流状態を判定する脳血流状態判定装置において、計測対象者によるステアリングホイール部の操作に対応した視覚情報を表示部に表示する表示手段と、前記視覚情報に基づいて計測対象者が操作可能なステアリングホイール部の反力を伴う反力操作特性を時系列的に検出する反力操作特性検出手段と、計測対象者の複数の脳部位の脳血流状態を磁気共鳴画像によって時系列的に検出する脳血流状態検出手段と、前記反力操作特性と複数の脳部位の脳血流状態とに基づき計測対象者の車両の運転操作状態を判定する計測対象者状態判定手段とを備え、前記反力操作特性検出手段が、前記ステアリングホイール部に反力を付与可能な電動モータと、前記電動モータと脳血流状態検出手段との間を磁気的に遮断すると共に床面から立設された電磁シールド壁と、計測対象者を仰臥状態で略直線状に支持する支持部と、前記電磁シールド壁を貫通して計測対象者の上側に配置された前記ステアリングホイール部と電動モータとを連結するシャフト部とを有することを特徴としている。
The invention of
この脳血流状態判定装置では、前記視覚情報に基づいて計測対象者が操作可能なステアリングホイール部の反力を伴う反力操作特性を時系列的に検出する反力操作特性検出手段と、計測対象者の複数の脳部位の脳血流状態を磁気共鳴画像によって時系列的に検出する脳血流状態検出手段とを有するため、計測対象者の操作感覚に対応した脳血流状態を高い空間分解能で視覚的に取得することができる。計測対象者による操作部の操作に対応した視覚情報を表示部に表示する表示手段を設けたため、計測対象者に対して実際の運転操作に伴う操作感覚と同様の擬似操作感覚を付与することができる。前記反力操作特性と複数の脳部位の脳血流状態とに基づき計測対象者の車両の運転操作状態を判定する計測対象者状態判定手段を有するため、脳の賦活部位を介してステアリングホイール部からの操作反力と計測対象者の操作感覚との関係性を明らかにすることができる。また、仰臥状態における車両のステアリング操舵操作に係る動作と脳の賦活部位の位置的特徴との相関関係を解析することができる。 In this cerebral blood flow state determination device , a reaction force operation characteristic detecting means for detecting a reaction force operation characteristic accompanied by a reaction force of a steering wheel portion that can be operated by a measurement target person based on the visual information, and measurement. Since it has a cerebral blood flow state detecting means that detects the cerebral blood flow state of a plurality of brain parts of the subject in a time series by a magnetic resonance image, the cerebral blood flow state corresponding to the operation sensation of the measurement subject is in a high space. It can be obtained visually with resolution. Since a display means for displaying visual information corresponding to the operation of the operation unit by the measurement target person is provided on the display unit, it is possible to give the measurement target person a pseudo operation feeling similar to the operation feeling associated with the actual driving operation. it can. Since it has a measurement target person state determination means for determining the driving operation state of the vehicle of the measurement target person based on the reaction force operation characteristic and the cerebral blood flow state of a plurality of brain parts, the steering wheel portion is provided via the activation part of the brain. It is possible to clarify the relationship between the operation reaction force from the vehicle and the operation feeling of the person to be measured. In addition, it is possible to analyze the correlation between the movement related to the steering operation of the vehicle in the supine state and the positional feature of the activated portion of the brain.
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記反力操作特性検出手段が、床面に立設され、前記シャフト部を前記支持部に対して略平行に支持するシャフト用支持部とを有することを特徴としている。
The invention of
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記電動モータとシャフト部との連結部が、前記ステアリングホイール部とシャフト部との連結部と略同じ高さ位置に配置されたことを特徴としている。
In the invention of
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記シャフト部は、前記電磁シールド壁に対して回転自在に軸受けされたことを特徴としている。
The invention of claim 4 is characterized in that, in the invention of any one of
本発明の脳血流状態判定装置によれば、反力を伴う操作における操作感覚を可視化するため、運転操作に係る動作と脳の賦活部位の位置的特徴との相関関係を視覚的に解析することができ、運転操作に係る動作に先行した潜在意識に関わる脳活動の発現を判定することができる。 According to cerebral blood flow state-size TeiSo location of the present invention, the operation feeling in the operation with the reaction force to visualize visually the correlation between the position characteristics of activated sites behavior and brain according to the driving operation It can be analyzed, and the expression of brain activity related to the subconscious mind prior to the movement related to the driving operation can be determined.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下の説明は、本発明を車両の操舵動作に係る脳血流状態判定装置に適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The following description, the present invention is an illustration of a present invention is applied to cerebral blood flow state-size TeiSo location according to the steering operation of the vehicle the present invention, its application, or do not limit its application ..
以下、本発明の実施例１について図１〜図１４に基づいて説明する。
図１，図２に示すように、脳血流状態判定装置Ｄは、計測対象者（以下、対象者と略す）の血流状態を磁気共鳴画像によって検出可能なＭＲＩ装置１（脳血流状態検出手段）と、対象者による車両の擬似運転操作において反力を伴う反力操作特性（操作反力Ｆ）を検出可能な操作特性検出機構２（反力操作特性検出手段）と、対象者の反力操作特性に対応した脳血流状態を判定可能な判定制御部３（計測対象者状態判定手段）等を備えている。
Hereinafter, Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 14.
As shown in FIGS. 1 and 2, the cerebral blood flow state determination device D is an MRI device 1 (cerebral blood flow state) capable of detecting the blood flow state of a measurement target person (hereinafter abbreviated as the target person) by a magnetic resonance image. The detection means), the operation characteristic detection mechanism 2 (reaction force operation characteristic detection means) capable of detecting the reaction force operation characteristic (operation reaction force F) accompanied by the reaction force in the simulated driving operation of the vehicle by the target person, and the target person's It is provided with a determination control unit 3 (measurement target person state determination means) and the like that can determine the cerebral blood flow state corresponding to the reaction force operation characteristic .
まず、ＭＲＩ装置１について説明する。
ＭＲＩ装置１は、核磁気共鳴を利用して体内、特に脳を断層撮像可能に構成されている。
ＭＲＩ装置１は、ボクセル（単位体積）が、例えば、２×２×２ｍｍとされ、予め規定された撮像範囲を１スライス当り９６×９６ピクセルの空間解像度で撮像している。
また、このＭＲＩ装置１は、数１０〜１００ｍｓｅｃで１枚の画像を撮像でき、例えば３０枚（スライス）の撮像で上端から下端に亙って脳全体を網羅することができる。
本実施例では、２ｓｅｃ周期で連続的に全脳の脳血流状態に相当する機能画像を取得し、この全脳の機能画像情報を判定制御部３へ出力している。
尚、以下の説明においては、説明の便宜上、１スライス当り８×８ピクセルの空間解像度に簡易化した例を用いて説明を行う。
First, the
The
The
Further, this
In this embodiment, functional images corresponding to the cerebral blood flow state of the whole brain are continuously acquired at a cycle of 2 sec, and the functional image information of the whole brain is output to the
In the following description, for convenience of explanation, an example simplified to a spatial resolution of 8 × 8 pixels per slice will be used for description.
ＭＲＩ装置１は、例えば、静磁場を形成するコイルを有する円筒状の超伝導マグネットと、この超伝導マグネット内に配設されると共に超伝導マグネットよりも小径円筒状に形成された内筒部１１（図４参照）と、この内筒部１１内に配設されると共に磁気共鳴信号を受信可能で且つ内筒部１１よりも小径円筒状に形成された受信コイルと、この受信コイルの上側内周部分に画像を投影可能なプロジェクタ１２（表示手段）等を備えている。
脳血流状態判定時、仰臥状態の対象者の頭部は、受信コイル内に挿入された状態である。
内筒部１１は、磁場を均一に調整するためのシムコイルと、傾斜磁場を形成するための傾斜磁場コイルと、電磁波を照射するための送信コイルによって構成されている（何れのコイルも図示略）。
The
At the time of determining the cerebral blood flow state, the head of the subject in the supine state is in a state of being inserted into the receiving coil.
The inner cylinder portion 11 is composed of a shim coil for uniformly adjusting the magnetic field, a gradient magnetic field coil for forming a gradient magnetic field, and a transmission coil for irradiating electromagnetic waves (all coils are not shown). ..
図１〜図３に示すように、脳血流状態判定時、対象者は、ＭＲＩ装置１の内筒部１１内に配設された板状の支持部１３の上に仰臥状態で略直線状に支持されている。
支持部１３には、ステアリングホイール部１４（操作部）が装備されている。
ステアリングホイール部１４は、仰臥状態の対象者の腰部相当部分の上側位置に配置され、対象者による操舵操作により左右何れの方向にも回動自在に形成されている。
図４に示すように、ステアリングホイール部１４は、上下円弧部分を切り欠いた部分円形状に形成されている。基準（直進走行）状態において、ステアリングホイール部１４の左右上端部は略直線状に連結され、左右下端部は回動中心部分に夫々直線状に連結されている。これにより、対象者がステアリングホイール部１４の円周部分を把持したとき、車両走行時と同様に、左手は上側頂部から反時計回りに約６０度近傍位置、右手は上側頂部から時計回りに約６０度近傍位置を夫々把持することができる。
As shown in FIGS. 1 to 3, when determining the cerebral blood flow state, the subject is lying on a plate-shaped
The
The
As shown in FIG. 4, the
プロジェクタ１２は、対象者の頭頂部近傍位置に配設され、対象者によるステアリングホイール部１４の操作特性（操舵角θ）に対応した視覚情報を表示部１５に表示可能に構成されている。ここで視覚情報とは、図５に示すように、対象者が車両を操縦した際、フロントウインドガラスを介して対象者が視覚的に認識可能な走行風景と同様の仮想の走行風景画像である。
表示部１５は、受信コイルの上側内周部分に装着され、脳血流状態判定時、対象者が支持部１３の上に仰臥状態になった際、対象者の両眼に対向する位置に配置されている。
The
The
次に、操作特性検出機構２について説明する。
操作特性検出機構２は、対象者によるステアリングホイール部１４の反力を伴う反力操作特性を時系列的に検出可能に構成されている。
図１〜図４に示すように、この操作特性検出機構２は、支持部１３と、シャフト部２１，２２と、シャフト部２１を支持部１３に対して略平行に支持するシャフト支持部２３と、反力制御部２４等を備えている。
Next, the operating
The operating
As shown in FIGS. 1 to 4, the operating
シャフト部２１，２２は、非磁性材料（例えば捩り剛性が高いＣＦＲＰ等）で夫々形成され、ステアリングホイール部１４の回動中心部分と反力制御部２４とを略水平状に連結している。これらシャフト部２１，２２は、両者が所定の交差角度（例えば１０°）を形成するように配設されている。
シャフト部２１は、一端部がステアリングホイール部１４の回動中心部分に連結され、他端部が自在継手２５（例えばユニバーサルジョイント）を介してシャフト部２２の一端部に連結されている。
シャフト部２１の途中部は、上下方向に伸縮自在に構成されたシャフト支持部２３（シャフト用支持部）の頂部に形成された回転ジョイント（図示略）により回転自在に保持されている。
シャフト部２２は、一端部が自在継手２４を介してシャフト部２１の他端部に連結され、他端部が反力制御部２４に設けられたモータ２６の回転軸に連結されている。
シャフト部２２は、ＭＲＩ装置１と反力制御部２４との間を磁気的に遮断する電磁シールド壁２７を貫通するように配置され、電磁シールド壁２７に対して回転自在に軸受けされている。
The
One end of the
The intermediate portion of the
One end of the
The
反力制御部２４は、電動モータ２６を備え、対象者によるステアリングホイール部１４の操舵角θに応じた操舵反力Ｆをステアリングホイール部１４に再現している。
反力制御部２４は、予め規定されたＦ−θ特性を保有し、対象者が操作したステアリングホイール部１４の操舵角θを時系列的、例えば１ｍｓｅｃ毎に検出している。
図６は、横軸に操舵角θ、縦軸に操舵反力Ｆを規定した車両操舵時におけるＦ−θ特性である。Ｆ−θ特性は、左操舵角θが増加する程、操舵反力Ｆが大きくなるように設定され、右操舵角θが増加する程、操舵反力Ｆが大きくなるように設定されている。
そして、保有するＦ−θ特性に基づき対象者が操舵した操舵角θに応じた操舵反力Ｆをステアリングホイール部１４に付与するようにモータ２６を制御している。
更に、反力制御部２４は、ステアリングホイール部１４に付与した操舵反力Ｆを対象者によるステアリングホイール部１４の反力操作特性として、また、ステアリングホイール部１４を操舵した操舵角θを対象者によるステアリングホイール部１４の操作特性（操作量）として、例えば１ｍｓｅｃ毎に判定制御部３へ出力している。
The reaction
The reaction
FIG. 6 shows the F−θ characteristic at the time of vehicle steering, in which the steering angle θ is defined on the horizontal axis and the steering reaction force F is defined on the vertical axis. The F−θ characteristic is set so that the steering reaction force F increases as the left steering angle θ increases, and the steering reaction force F increases as the right steering angle θ increases.
Then, the
Further, the reaction
次に、判定制御部３について説明する。
判定制御部３は、ＭＲＩ装置１にて撮像された第１機能画像を、第１機能画像を撮像した時から１周期（２ｓｅｃ）後に撮像された第２機能画像を取得した時までの間に操作されたステアリングホイール部１４に付与した反力操作特性に対応した脳の機能画像であると判定している。具体的には、所定の機能画像を、その機能画像を取得した時よりも１周期後に行われる特定の反力操作特性に関連付けている。
Next, the
The
図７（ａ）に示すように、判定制御部３は、例えば８×８の空間解像度で撮像すると共に水平方向にスライスした３０枚の平面機能画像Ａ１〜Ａ３０を所定周期（例えば２ｓｅｃ）の同期信号に夫々割付けている。
同期信号に割付けられた機能画像Ａ１〜Ａ３０は、８行８列の６４領域に夫々分割されている。
図７（ｂ）に示すように、各機能画像Ａ１〜Ａ３０は、行毎に左上から順に１，２，…，８のように各区画領域に対して番号が夫々付与されている。
例えば、機能画像Ａ１〜Ａ３０のうち上端から２０番目（２０スライス目）の機能画像Ａ２０の１行４列の領域については、領域Ａ２０（１，４）と表記する。
As shown in FIG. 7A, the
The functional images A1 to A30 assigned to the synchronization signal are each divided into 64 regions of 8 rows and 8 columns.
As shown in FIG. 7B, the functional images A1 to A30 are numbered for each section area in order from the upper left, such as 1, 2, ..., 8 for each row.
For example, among the functional images A1 to A30, the region of the 20th (20th slice) functional image A20 from the upper end in 1 row and 4 columns is referred to as the region A20 (1,4).
判定制御部３は、反力制御部２４から入力した操舵角θと操舵反力Ｆと各脳部位の周期毎の機能画像Ａ１〜Ａ３０とを記憶可能なメモリ（図示略）を備え、機能画像Ａ１〜Ａ３０に基づいて全領域における脳血流変化量（％）を演算している。
脳血流変化量とは、各領域の操舵無操作時における輝度値と操舵操作時における輝度値との変化差分を夫々算出し、計測対象領域以外の領域における変化差分の平均値に対する計測対象領域における変化差分の百分率で表されるパーセントボールドシグナル変化量である。
The
The cerebral blood flow change amount is the measurement target area with respect to the average value of the change difference in the areas other than the measurement target area by calculating the change difference between the brightness value when the steering is not operated and the brightness value during the steering operation in each area. It is a percentage bold signal change amount expressed by a percentage of the change difference in.
判定制御部３は、反力制御部２４から入力した操舵角θに応じて仮想車両の進行方向を演算し、プロジェクタ１２を制御している。これにより、表示部１５に表示される走行風景画像が対象者の操舵角θに応じて変更され、対象者に車両操縦の臨場感を与えている。
また、判定制御部３は、一旦メモリに記憶された操舵角θと操舵反力Ｆを機能画像Ａ１〜Ａ３０が割付けられた同期信号に対して夫々割付けている。
本実施例では、同期信号に操舵角θと操舵反力Ｆを割付ける場合、その同期信号の間（２ｓｅｃ）に付与された操舵角θの平均値と操舵反力Ｆの平均値とを対象者の操作特性及び反力操作特性として同期信号に割付けている。
尚、操舵角θ及び操舵反力Ｆの平均値に代えて各々の変化量や変化率を操作特性及び反力操作特性の代表値としても良い。
The
Further, the
In this embodiment, when the steering angle θ and the steering reaction force F are assigned to the synchronization signal, the average value of the steering angle θ and the average value of the steering reaction force F given during the synchronization signal (2 sec) are targeted. It is assigned to the synchronization signal as the operation characteristic and reaction force operation characteristic of the person.
Instead of the average values of the steering angle θ and the steering reaction force F, the respective change amounts and rate of change may be used as representative values of the operating characteristics and the reaction force operating characteristics.
判定制御部３は、同期信号に割付けられた機能画像Ａ１〜Ａ３０と操舵角θ及び操舵反力Ｆとに基づき、対象者の動作（操作挙動）とその動作の前段階において活性化している対象者の脳の賦活部位とを判定可能に構成されている。
図８に示すように、例えば、ｎ＋１番目の同期信号に対応して、左旋回するために対象者がステアリングホイール部１４を操舵角θ操作すると共に所定荷重である操舵反力Ｆが対象者の左腕に作用し、ｎ＋１番目の同期信号よりも時系列的に早いｎ番目の同期信号に割付けられた領域Ａ２０（２，６）の脳に活性化状態が検出された場合、左旋回動作という対象者の動作と脳の賦活領域である領域Ａ２０（２，６）との関連性の存在を可視化することができ、対象者の操作感覚を意識レベルで客観的且つ視覚的に判定することができる。
The
As shown in FIG. 8, for example, the subject operates the
ｎ番目の同期信号に割付けられた操舵角θは、見かけ上、対象者によって何の動作もされてない状態である。しかし、ｎ番目の同期信号に割付けられた領域Ａ２０（２，６）の脳に活性化状態が検出された場合、ｎ番目の同期信号に割付けられた操舵角θの対象者の状態は、次に左旋回を実行する（操作意識がある）構え状態であると判定される。
また、ｎ番目の同期信号に割付けられた領域Ａ２０（２，６）の脳に活性化状態が検出されない場合、対象者の状態は、（操作意識がない）構え状態ではないと判定される。
これにより、機能画像Ａ１〜Ａ３０のうち２０番目の機能画像の２行６列の領域における脳血流の活性化を検出することで、対象者が実際の行動を起こす前に、対象者の構え状態を判定することができ、対象者による左旋回動作を予測することが可能である。
同様に、右旋回動作についても判定することができる。
The steering angle θ assigned to the nth synchronization signal is apparently in a state in which no operation is performed by the subject. However, when the activation state is detected in the brain of the region A20 (2, 6) assigned to the nth synchronization signal, the state of the subject with the steering angle θ assigned to the nth synchronization signal is as follows. It is determined that the vehicle is in a stance to make a left turn (have an operational consciousness).
Further, when the activated state is not detected in the brain of the region A20 (2, 6) allocated to the nth synchronization signal, it is determined that the subject's state is not the (unconsciousness of operation) stance state.
As a result, by detecting the activation of cerebral blood flow in the region of 2 rows and 6 columns of the 20th functional image of the functional images A1 to A30, the subject's posture before the subject actually takes an action. The state can be determined, and it is possible to predict the left turn motion by the subject.
Similarly, the right turn operation can also be determined.
次に、図９〜図１１のフローチャートに基づいて、脳血流判定装置Ｄの制御処理手順について説明する。
尚、Ｓｉ（ｉ＝１，２…）は、各処理のためのステップを示す。
図９のフローチャートに示すように、まず、Ｓ１にて、脳血流判定装置Ｄの作動開始スイッチがオン操作されたか否か判定する。
Ｓ１の判定の結果、作動開始スイッチがオン操作された場合、Ｓ２に移行し、各種情報を読み込んだ後、Ｓ３に移行する。Ｓ１の判定の結果、作動開始スイッチがオン操作されていない場合、リターンして判定を継続する。
Next, the control processing procedure of the cerebral blood flow determination device D will be described based on the flowcharts of FIGS. 9 to 11.
In addition, Si (i = 1, 2, ...) Indicates a step for each process.
As shown in the flowchart of FIG. 9, first, in S1, it is determined whether or not the operation start switch of the cerebral blood flow determination device D has been turned on.
As a result of the determination of S1, when the operation start switch is turned on, the process proceeds to S2, various information is read, and then the process proceeds to S3. As a result of the determination in S1, if the operation start switch is not turned on, it returns and the determination is continued.
Ｓ３では、機能画像Ａ１〜Ａ３０、操舵角θ及び操舵反力Ｆを夫々割付けするための同期信号を発生させ、操作特性検出行程（Ｓ４）及び脳血流状態検出行程（Ｓ５）に夫々移行する。操作特性検出行程と脳血流状態検出行程とは、夫々並行に独立して実行される。
Ｓ４及びＳ５が終了した後、同期信号を媒介として操作特性検出行程で取得された操舵角θ（操作特性）及び操作反力Ｆ（反力操作特性）と脳血流状態検出行程で取得された機能画像とを合成し（Ｓ６）、Ｓ７に移行する。
Ｓ７では、対象者状態判定行程を実行し、終了する。
対象者状態判定行程では、同期信号に割付けられた機能画像Ａ１〜Ａ３０と操舵角θ及び操舵反力Ｆとに基づき、対象者の動作とその動作の前段階において活性化している対象者の脳の賦活部位とを判定する。
In S3, synchronization signals for allocating the functional images A1 to A30, the steering angle θ, and the steering reaction force F are generated, and the process shifts to the operation characteristic detection process (S4) and the cerebral blood flow state detection process (S5), respectively. .. The operation characteristic detection process and the cerebral blood flow state detection process are executed independently in parallel.
After the completion of S4 and S5, the steering angle θ (operating characteristic) and operating reaction force F (reaction operating characteristic) acquired in the operating characteristic detection process and the cerebral blood flow state detection process were acquired through the synchronization signal. Combine with the functional image (S6) and move to S7.
In S7, the target person state determination process is executed and ended.
In the subject state determination process, the subject's motion and the subject's brain activated in the stage prior to the motion are based on the functional images A1 to A30 assigned to the synchronization signal, the steering angle θ, and the steering reaction force F. It is determined that the activation site of.
次に、Ｓ４の操作特性検出行程について説明する。
図１０のフローチャートに示すように、ステアリングホイール部１４の操作特性及び反力操作特性を時系列的に検出する操作特性検出処理では、まず、Ｓ１１にて、ステアリングホイール部１４が操作されたか否か判定する。
Ｓ１１の判定の結果、ステアリングホイール部１４が操作された場合、予め設定されているＦ−θ特性に基づき操舵角θに応じた操舵反力Ｆを設定し（Ｓ１２）、Ｓ１３に移行する。Ｓ１１の判定の結果、ステアリングホイール部１４が操作されていない場合、リターンして判定を継続する。
Next, the operation characteristic detection process of S4 will be described.
As shown in the flowchart of FIG. 10, in the operation characteristic detection process for detecting the operation characteristic and the reaction force operation characteristic of the
When the
Ｓ１３では、操舵反力Ｆに応じたモータ２６の出力値を設定し、Ｓ１４に移行する。
Ｓ１４では、設定された出力値に応じてモータ２６を駆動し、Ｓ１５に移行する。
Ｓ１５では、操舵角θに対応した走行風景を表示部１５に表示し、Ｓ１６に移行する。
Ｓ１６では、同期信号に対応付けられた操舵角θと操舵反力Ｆと走行風景情報とを記録し、Ｓ１７に移行する。
In S13, the output value of the
In S14, the
In S15, the traveling scenery corresponding to the steering angle θ is displayed on the
In S16, the steering angle θ, the steering reaction force F, and the traveling scenery information associated with the synchronization signal are recorded, and the process proceeds to S17.
Ｓ１７では、脳血流判定装置Ｄの作動開始スイッチがオフ操作されたか否か判定する。
Ｓ１７の判定の結果、作動開始スイッチがオフ操作された場合、終了する。
Ｓ１７の判定の結果、作動開始スイッチがオフ操作されていない場合、Ｓ１１にリターンする。
In S17, it is determined whether or not the operation start switch of the cerebral blood flow determination device D has been turned off.
As a result of the determination in S17, when the operation start switch is turned off, the operation ends.
As a result of the determination in S17, if the operation start switch is not turned off, the process returns to S11.
次に、Ｓ５の脳血流状態検出行程について説明する。
図１１のフローチャートに示すように、対象者の脳血流状態を周期的に検出する脳血流状態検出処理では、まず、Ｓ２１にて、対象者の脳について、複数の領域に分割されると共に領域毎の脳血流状態を検出した機能画像Ａ１〜Ａ３０を取得し、Ｓ２２に移行する。
Ｓ２２では、同期信号に対応付けられた機能画像Ａ１〜Ａ３０を記録し、Ｓ２３に移行する。
Ｓ２３では、脳血流判定装置Ｄの作動開始スイッチがオフ操作されたか否か判定する。
Ｓ２３の判定の結果、作動開始スイッチがオフ操作された場合、終了する。Ｓ２３の判定の結果、作動開始スイッチがオフ操作されていない場合、Ｓ２１にリターンする。
Next, the cerebral blood flow state detection process of S5 will be described.
As shown in the flowchart of FIG. 11, in the cerebral blood flow state detection process for periodically detecting the cerebral blood flow state of the subject, first, in S21, the subject's brain is divided into a plurality of regions. The functional images A1 to A30 that detect the cerebral blood flow state for each region are acquired, and the process proceeds to S22.
In S22, the functional images A1 to A30 associated with the synchronization signal are recorded, and the process proceeds to S23.
In S23, it is determined whether or not the operation start switch of the cerebral blood flow determination device D has been turned off.
As a result of the determination in S23, when the operation start switch is turned off, the operation ends. As a result of the determination in S23, if the operation start switch is not turned off, the process returns to S21.
次に、上記脳血流判定装置Ｄの作用、効果について説明する。
まず、図１２〜図１４に基づき、検証結果を説明する。
これらの検証実験では、ステアリングホイール部１４を所定の条件で操作し、操作時の脳血流状態の１周期前の脳血流状態の機能画像を検出した。
図１２に示すように、右折時、右腕に１０Ｎ負荷が作用した場合、左脳の表部近傍（左大脳皮質一次運動野）に大きな高輝度部位、深部に複数の高輝度部位が観察された。
図１３に示すように、左折時、左腕に１０Ｎ負荷が作用した場合、右脳の表部近傍（右大脳皮質一次運動野）に大きな高輝度部位、深部に複数の高輝度部位が観察された。
図１４に示すように、左右両腕に１０Ｎ負荷が作用した場合、左右両脳の表部近傍部位に大きな高輝度部位、深部に複数の高輝度部位が観察された。
これにより、操作動作前において、脳血流量が多い、所謂他の部位に比べて活性度の高い賦活部位が操作動作毎に夫々発現し、賦活部位の検出によって操作動作を予測できることが知見された。
Next, the action and effect of the cerebral blood flow determination device D will be described.
First, the verification results will be described with reference to FIGS. 12 to 14.
In these verification experiments, the
As shown in FIG. 12, when a 10N load was applied to the right arm when turning right, a large high-intensity region was observed near the surface of the left brain (primary motor cortex of the left cerebral cortex), and a plurality of high-intensity regions were observed in the deep part.
As shown in FIG. 13, when a 10N load was applied to the left arm when turning left, a large high-intensity region was observed near the surface of the right brain (primary motor cortex of the right cerebral cortex), and a plurality of high-intensity regions were observed in the deep part.
As shown in FIG. 14, when a 10N load was applied to both the left and right arms, a large high-intensity region was observed in the vicinity of the surface of both the left and right brains, and a plurality of high-intensity regions were observed in the deep part.
As a result, it was found that before the operation operation, an activation site having a large cerebral blood flow, which is more active than other so-called sites, is expressed for each operation operation, and the operation operation can be predicted by detecting the activation site. ..
本脳血流判定装置Ｄによれば、対象者によるステアリングホイール部１４の操作に対応した視覚情報に基づいて対象者が操作可能なステアリングホイール部１４の操舵反力Ｆを時系列的に検出する操作特性検出機構２と、対象者の複数の脳部位の脳血流状態を磁気共鳴画像によって時系列的に検出するＭＲＩ装置１とを有するため、対象者の操作感覚に対応した脳血流状態を高い空間分解能で視覚的に取得することができる。
対象者によるステアリングホイール部１４の操作に対応した視覚情報を表示部１５に表示するプロジェクタ１２を設けたため、対象者に対して実際の運転操作に伴う操作感覚と同様の擬似操作感覚を付与することができる。
操舵反力Ｆと複数の脳部位の脳血流状態とに基づき対象者の運転操作状態を判定する判定制御部３を有するため、脳の賦活部位を介してステアリングホイール部１４からの操作反力Ｆと対象者の操作感覚との関係性を明らかにすることができる。
According to the cerebral blood flow determination device D, the steering reaction force F of the
Since the
Since it has a
判定制御部３は、ｎ＋１番目の同期信号に割付けられた操舵反力Ｆとｎ番目の同期信号に割付けられた複数の脳部位の脳血流状態との対応付けによりｎ＋１番目の同期信号に割付けられた操舵反力Ｆに関連性が高い脳血流状態を選定し、この関連性が高い脳血流状態に基づいて対象者の運転操作状態を判定するため、脳の賦活部位を介してステアリングホイール部１４からの操作反力Ｆと対象者の操作感覚との関係性を意識レベルで明らかにすることができる。
The
ＭＲＩ装置１は、機能画像Ａ１〜Ａ３０を夫々複数の領域に分割して領域毎の脳血流状態を検出するため、脳の賦活部位の位置的特徴に対して関連する動作を確実に対応付けすることができる。
Since the
操作部が操舵可能なステアリングホイール部１４であり、操作特性検出機構２が、対象者を仰臥状態で略直線状に支持する支持部１３と、対象者の上側に配置されたステアリングホイール部１４と反力制御部２４とを連結するシャフト部２１，２２と、シャフト部２１を支持部１３に対して略平行に支持するシャフト支持部２３とを備えている。
この構成によれば、仰臥状態における車両のステアリング操舵操作に係る動作と脳の賦活部位の位置的特徴との相関関係を解析することができる。
The
According to this configuration, it is possible to analyze the correlation between the movement related to the steering operation of the vehicle in the supine state and the positional feature of the activated portion of the brain.
ステアリングホイール部１４が上下円弧部分を切り欠いた部分円形状に形成され、シャフト部２１，２２が非磁性材料で形成され且つ途中部に自在継手２５が設けられたため、脳血流状態判定装置Ｄを既存のＭＲＩ装置を用いて容易に形成することができる。
Since the
次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。 Next, a modified example in which the embodiment is partially modified will be described .
１〕前記実施形態においては、脳血流状態を水平面を含む横スライス状の平面機能画像を用いて検出した例を説明したが、平面機能画像に代えて、前後方向に直交する面を含む縦スライス状の正面（背面）機能画像を用いても良く、左右方向に直交する面を含む縦スライス状の側面機能画像を用いても良い。
また、平面機能画像、正面機能画像、側面機能画像を組み合わせて脳血流状態を判定することも可能である。
1 ] In the above embodiment, an example in which the cerebral blood flow state is detected using a horizontal slice-shaped plane function image including a horizontal plane has been described, but instead of the plane function image, a vertical plane including a plane orthogonal to the front-back direction is included. A slice-shaped front (back) functional image may be used, or a vertical slice-shaped side functional image including planes orthogonal to the left-right direction may be used.
It is also possible to determine the cerebral blood flow state by combining a plane function image, a front function image, and a side function image.
２〕前記実施形態においては、脳の上端部から下端部に亙って横スライス状に切断した３０スライスの平面機能画像を取得する例を説明したが、諸条件に応じて、３０スライスよりも少ない平面機能画像を用いても良く、当然３０よりも多い平面機能画像を用いても良い。 2 ] In the above embodiment, an example of acquiring a planar functional image of 30 slices cut in a horizontal slice shape from the upper end to the lower end of the brain has been described, but it is more than 30 slices depending on various conditions. A small number of plane function images may be used, and of course, more than 30 plane function images may be used.
３〕前記実施形態においては、操作特性検出行程と脳血流状態検出行程とをリアルタイムに並行に実行した例を説明したが、反力制御部から入力した操舵反力と各周期毎の機能画像とを記憶可能なメモリを備えているため、全計測が終了した後、別途、各演算を行い、脳血流状態判定行程を実行しても良い。 3 ] In the above embodiment, an example in which the operation characteristic detection process and the cerebral blood flow state detection process are executed in parallel in real time has been described, but the steering reaction force input from the reaction force control unit and the functional image for each cycle have been described. Since it is provided with a memory capable of storing the above, it is possible to separately perform each calculation and execute the cerebral blood flow state determination process after all the measurements are completed.
４〕前記実施形態においては、ｎ＋１番目の同期信号に割付けられた操作反力とｎ番目の同期信号に割付けられた複数の脳部位の脳血流状態との対応付けによりｎ＋１番目の同期信号に割付けられた操舵反力に関連性が高い脳血流状態を選定した例を説明したが、少なくとも操作反力の検出タイミングよりも前の脳血流状態であれば良く、２周期以前の脳血流状態であっても良い。 4 ] In the above embodiment, the n + 1th synchronization signal is obtained by associating the operation reaction force assigned to the n + 1th synchronization signal with the cerebral blood flow state of a plurality of brain regions assigned to the nth synchronization signal. An example of selecting a cerebral blood flow state that is highly related to the assigned steering reaction force has been described, but it is sufficient if the cerebral blood flow state is at least before the detection timing of the operation reaction force, and the cerebral blood flow two cycles or earlier. It may be in a flowing state.
５〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。 5 ] In addition, a person skilled in the art can carry out the present invention in a form in which various modifications are added to the above-described embodiment or in a combination of the respective embodiments without departing from the gist of the present invention. It also includes various modified forms.
Ｄ 脳血流判定装置
１ ＭＲＩ装置
２ 操作特性検出機構
３ 判定制御部
１２ プロジェクタ
１３ 支持部
１４ ステアリングホイール部
１５ 表示部
２１，２２ シャフト部
２３ シャフト支持部
２５ 自在継手
D Cerebral blood
Claims (4)
計測対象者によるステアリングホイール部の操作に対応した視覚情報を表示部に表示する表示手段と、
前記視覚情報に基づいて計測対象者が操作可能なステアリングホイール部の反力を伴う反力操作特性を時系列的に検出する反力操作特性検出手段と、
計測対象者の複数の脳部位の脳血流状態を磁気共鳴画像によって時系列的に検出する脳血流状態検出手段と、
前記反力操作特性と複数の脳部位の脳血流状態とに基づき計測対象者の車両の運転操作状態を判定する計測対象者状態判定手段とを備え、
前記反力操作特性検出手段が、
前記ステアリングホイール部に反力を付与可能な電動モータと、
前記電動モータと脳血流状態検出手段との間を磁気的に遮断すると共に床面から立設された電磁シールド壁と、
計測対象者を仰臥状態で略直線状に支持する支持部と、
前記電磁シールド壁を貫通して計測対象者の上側に配置された前記ステアリングホイール部と電動モータとを連結するシャフト部とを有することを特徴とする脳血流状態判定装置。 In the cerebral blood flow state determination device that determines the cerebral blood flow state associated with the driving operation of the vehicle of the measurement target person,
A display means for displaying visual information on the display unit corresponding to the operation of the steering wheel unit by the measurement target person,
A reaction force operating characteristic detecting means for detecting a reaction force operating characteristic accompanied by a reaction force of a steering wheel portion that can be operated by a measurement target person based on the visual information in a time series,
A means for detecting the cerebral blood flow state, which detects the cerebral blood flow state of a plurality of brain regions of the measurement target in a time series by magnetic resonance imaging,
It is provided with a measurement target person state determining means for determining the driving operation state of the vehicle of the measurement target person based on the reaction force operating characteristic and the cerebral blood flow state of a plurality of brain regions.
The reaction force operating characteristic detecting means
An electric motor that can apply a reaction force to the steering wheel,
An electromagnetic shield wall erected from the floor while magnetically blocking between the electric motor and the cerebral blood flow state detecting means,
A support part that supports the person to be measured in a supine position in a substantially straight line,
A cerebral blood flow state determining device having a steering wheel portion arranged above the measurement target and a shaft portion connecting the electric motor so as to penetrate the electromagnetic shield wall .
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