2006 年 工 程 科 技 與 中 西 醫 學 應 用 研 討 會 大 會 9 th Conference on Engineering Technology and Applications of Chinese and Western Medicine Taichung, Taiwan Conference Proceeding 論 文 集 (Page 223-228) 模 擬 靜 態 駕 駛 環 境 下 探 討 駕 駛 者 駕 駛 任 務 前 後 生 理 指 標 之 變 化 Variation in Physiological Indexes Before and After an Indoor Simulated Driving Task 梁 文 杰 1 阮 約 翰 1 林 明 漢 2 3 孫 德 銓 國 立 清 華 大 學 1 工 業 工 程 與 工 程 管 理 學 系 1 National Tsing Hua University,Industrial Engineering and Engineering Management 大 華 技 術 學 院 2 自 動 化 工 程 學 系 2 Ta Hwa Institute of Technology,Automation Engineering 台 灣 科 學 地 股 份 有 限 公 司 3 3 Taiwan Scientific Corporation 摘 要 本 研 究 主 要 探 討 駕 駛 者 在 模 擬 靜 態 駕 駛 環 境 下 駕 駛 任 務 前 後 生 理 指 標 的 變 化, 生 理 指 標 包 括 : 收 縮 壓 (SYS) 舒 張 壓 (DIA) 心 博 率 (HR) 心 率 變 異 (HRV) 副 交 感 神 經 活 性 (HF%) 交 感 神 經 活 性 (LF%) 交 感 / 副 交 感 神 經 平 衡 指 標 (LF/HF) VLF/HF 及 手 掌 表 面 溫 度 等, 藉 由 新 型 腕 式 生 理 監 視 器 心 律 大 師 ANSWatch 作 為 量 測 工 具 由 研 究 結 果 顯 示, 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 心 博 率 (HR) 副 交 感 神 經 活 性 指 標 (HF%) 及 手 掌 表 面 溫 度 有 顯 著 下 降 的 趨 勢 ; 心 率 變 異 (HRV) 交 感 神 經 活 性 指 標 (LF%) VLF/HF 比 值 有 顯 著 上 升 的 趨 勢 ; 這 些 指 標 在 駕 駛 任 務 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 (P<0.05) 而 收 縮 壓 (SYS) 舒 張 壓 (DIA) 及 交 感 / 副 交 感 神 經 平 衡 指 標 (LF/HF) 在 駕 駛 任 務 前 後 沒 有 顯 著 性 差 異 結 果 顯 示, 由 於 長 時 間 駕 駛 所 產 生 的 駕 駛 疲 勞, 使 得 心 率 變 異 (HRV) 及 交 感 神 經 活 性 指 標 (LF) 有 顯 著 上 升 的 趨 勢 副 交 感 神 經 活 性 指 標 (HF) 有 顯 著 下 降 的 趨 勢, 本 研 究 認 為 心 率 變 異 (HRV) 副 交 感 神 經 活 性 (HF%) 及 交 感 神 經 活 性 (LF%) 是 精 神 負 荷 及 循 環 不 良 之 敏 感 指 標, 可 定 量 評 估 駕 駛 疲 勞 1
關 鍵 字 : 駕 駛 生 理 指 標 心 率 變 異 HRV Abstract The objective of this study was to monitor variation in physiological indexes before and after an indoor simulated driving task. The physiological indexes included systolic pressure (SYS), diastolic pressure (DIA), heart rate (HR), heart rate variability (HRV), sympathetic activity index (LF%), parasympathetic activity index (HF%), Sympatho-vagal balance index (LF/HF), the ratio of very-low-frequency band to high-frequency band (VLF/HF), and surface temperature of both palms. Physiological indexes were measured using a new wrist patient monitor ANSWatch which was recently approved by Department of Health, Taiwan. The study showed that HR, HF%, and surface temperature of palms decreased while HRV, LF% and VLF/HF increased following the 90-min simulated driving task. These changes in indexes were all statistically significant (P<0.05). In contrast, no significant change was found for SYS and DIA. LF/HF increased but its change did not reach a significant level. Driving fatigue and poor circulation were thought to cause these physiological changes. We concluded that HR, HRV, LF%, and HF% were sensitive parameters for mental workload and immobility, and could be used to quantify and evaluate driving fatigue. Keywords:Driving Physiology Index Heart Rate Variability ANSWatch 1. 前 言 駕 駛 疲 勞 是 發 生 交 通 意 外 事 故 的 一 個 重 要 因 子, 尤 其 在 長 時 間 駕 駛 及 單 調 的 駕 駛 環 境 中 很 容 易 造 成 厭 煩 及 昏 睡 狀 態, 本 研 究 主 要 探 討 在 長 時 間 (90 分 鐘 ) 單 調 的 駕 駛, 觀 察 駕 駛 任 務 前 後 生 理 指 標 : 收 縮 壓 (SYS) 舒 張 壓 (DIA) 心 博 率 (HR) 心 率 變 異 (HRV) 副 交 感 神 經 活 性 (HF%) 交 感 神 經 活 性 (LF%) 交 感 / 副 交 感 神 經 平 衡 指 標 (LF/HF) VLF/HF 及 手 掌 表 面 溫 度 的 變 化 程 度 與 方 向, 駕 駛 任 務 前 後 是 否 有 顯 著 的 差 異? 並 且 作 為 未 來 駕 駛 相 關 研 究 的 基 礎 上 述 心 率 變 異 各 參 數 之 生 理 意 義 係 依 據 1996 年 歐 美 國 際 標 準 (Task Force of the European Society of Cardiology, 1996), 而 其 中 VLF( 即 頻 譜 分 析 中 之 極 低 頻 ) 之 生 理 意 義 在 該 標 準 中 雖 有 討 論 但 未 界 定 過 去 有 很 多 學 者 也 作 過 很 多 相 關 的 研 究,Li Zeng Yong(2003) 針 對 汽 車 駕 駛 員 駕 駛 過 程 中 觀 察 心 率 變 異 性 (HRV) 功 率 頻 譜 的 變 化, 該 研 究 應 用 心 率 變 異 性 (HRV) 功 率 頻 譜 分 析 並 且 結 合 主 觀 評 估, 分 析 模 擬 實 際 駕 駛 條 件 下 實 驗 者 的 心 臟 自 主 神 經 功 能 狀 態, 該 研 究 駕 駛 座 椅 是 在 振 動 實 驗 台 上 進 行 的, 研 究 結 果 發 現 實 驗 者 心 率 變 異 性 (HRV) 表 現 出 明 顯 的 變 化, 例 如 : 交 感 神 經 活 性 LF(%) 增 加 副 交 感 神 經 活 性 HF(%) 降 低 平 衡 性 指 標 (LF/HF) 增 加, 以 上 三 個 指 標 作 統 計 性 的 檢 定 都 出 現 顯 著 性 的 差 異, 實 驗 結 果 表 明 心 率 變 異 性 (HRV) 是 精 神 負 荷 敏 感 的 指 標, 可 定 量 評 估 駕 駛 疲 勞 Yang Yu Shu(2002) 等 學 者 提 到 以 心 電 圖 指 標 來 評 估 駕 駛 疲 勞, 該 研 究 甄 選 16 位 受 測 者, 在 實 驗 室 進 行 90 分 鐘 之 駕 駛 模 擬, 並 且 於 駕 駛 的 過 程 當 中 量 測 收 集 心 電 圖 信 號, 針 對 實 驗 開 始 和 結 束 15 分 鐘 時 段 心 電 信 號 的 七 項 頻 域 指 標 進 行 分 析, 該 研 究 發 現 : 有 四 項 心 電 圖 時 頻 域 指 標 與 疲 勞 程 度 有 明 顯 相 關, 心 率 變 異 性 時 域 測 量 指 標 中 的 RR 間 距 的 標 準 差 (SD) 明 顯 上 升 低 頻 率 功 率 值 LF(%) 明 顯 上 升 高 頻 率 功 率 值 HF(%) 明 顯 下 降 LF 與 HF 之 比 值 (LF/HF) 明 顯 上 升, 因 此 該 研 究 認 為 此 四 項 心 電 圖 時 頻 域 指 標, 可 以 對 駕 駛 者 疲 勞 程 度 進 行 量 化 的 反 應 與 評 估 Zengyong Li (2005) 等 學 者 提 到 以 針 灸 的 方 式 來 減 緩 駕 駛 者 的 駕 駛 疲 勞, 透 過 HR(Heart Rate) TP(Total Power) LF(AU:Absolute Unit) LF(%) HF(AU:Absolute Unit) HF(%) LF/HF 等 指 標 來 評 估 針 灸 所 帶 來 減 緩 的 效 果, 該 研 究 共 抽 取 29 位 受 測 者, 將 受 測 者 分 成 三 組 (A=10 B=10 C=9),A B 兩 組 同 樣 都 執 行 180 分 鐘 之 駕 駛 模 擬, 主 要 的 差 異 在 2
於 針 灸 的 位 置 不 同 ;C 組 則 不 執 行 駕 駛 模 擬, 但 仍 然 接 受 針 灸 研 究 結 果 發 現 :A B 兩 組 受 測 者 於 駕 駛 任 務 180 分 鐘 結 束 後, 指 標 TP(Total Power) LF(AU: Absolute Unit) LF(%) HF(AU:Absolute Unit) LF/HF 等 指 標 有 上 升 的 趨 勢, 並 且 除 了 HF(AU:Absolute Unit) 沒 有 顯 著 性 差 異 之 外, 其 餘 TP LF(AU:Absolute Unit) LF(%) LF/HF 等 指 標 有 顯 著 性 差 異 ; 而 HF(%) 指 標 有 下 降 的 趨 勢, 並 且 有 顯 著 性 差 異 另 外 Zengyong Li (2003) 等 學 者 提 到 以 磁 針 灸 的 方 式 來 減 緩 駕 駛 者 的 駕 駛 疲 勞, 透 過 LF(%) HF(%) LF/HF 等 指 標 來 評 估 磁 針 灸 的 效 果, 共 抽 取 40 位 男 性 受 測 者, 將 受 測 者 分 成 A(Study Group) 及 B(Control Group) 兩 組, 兩 組 人 員 都 執 行 駕 駛 任 務 180 分 鐘, 該 研 究 結 果 發 現 : 駕 駛 任 務 至 150 分 鐘 時 ( 刺 激 前 ), 兩 組 受 測 者 都 有 相 同 的 結 果, 亦 即 LF(%) LF/HF 有 顯 著 上 升 的 趨 勢,HF(%) 有 顯 著 下 降 的 趨 勢 上 述 提 到 不 同 學 者 的 一 些 相 關 研 究, 這 些 研 究 給 我 們 方 向 與 指 引, 本 研 究 是 在 模 擬 靜 態 駕 駛 環 境 下 探 討 駕 駛 者 駕 駛 任 務 前 後 生 理 指 標 的 變 化, 藉 由 市 售 新 型 腕 式 生 理 監 視 器 心 律 大 師 ANSWatch 生 理 監 視 器 作 為 量 測 工 具, 心 律 大 師 ANSWatch 生 理 監 視 器 主 要 優 點 為 攜 帶 方 便 操 作 簡 易 精 確 度 高, 量 測 參 數 包 括 : 收 縮 壓 (SYS) 舒 張 壓 (DIA) 心 博 率 (HR) 心 率 變 異 (HRV) 副 交 感 神 經 活 性 (HF%) 交 感 神 經 活 性 (LF%) LF/HF 及 VLF/HF 等 生 理 指 標 測 者 皆 沒 有 因 為 疾 病 而 接 受 藥 物 治 療, 並 且 健 康 良 好, 要 求 受 測 者 前 一 天 晚 上 不 能 熬 夜, 並 且 實 驗 前 1 小 時 不 得 吃 任 何 東 西, 以 確 保 實 驗 數 據 的 客 觀 性, 實 驗 完 成 後 斟 酌 給 予 工 讀 費 用, 受 測 者 基 本 資 料 如 表 1 所 述 表 1 受 測 者 基 本 資 料 項 目 平 均 值 年 齡 23.57 ± 2.23 ( 歲 ) 身 高 173.06 ± 5.47 ( 公 分 ) 體 重 66.75 ± 6.91 ( 公 斤 ) 體 脂 肪 21.33 ± 4.97 (%) (2). 實 驗 變 項 本 研 究 採 用 實 驗 性 研 究 法, 因 此 必 須 決 定 獨 立 變 項 與 相 依 變 項, 獨 立 變 項 包 括 : 性 別 ( 男 性 ) 年 紀 (23 ±3 歲 ) 環 境 溫 度 (22±1 ) 駕 駛 時 間 (90 分 鐘 ); 相 依 變 項 ( 生 理 指 標 ) 包 括 : 血 壓 (BP) 心 博 率 (HR) 心 率 變 異 (HRV) 交 感 神 經 活 性 (LF%) 副 交 感 神 經 活 性 (HF%) 平 衡 性 指 標 (LF/HF) 另 一 平 衡 性 指 標 (VLF/HF) 及 手 掌 表 面 溫 度 的 變 化 本 實 驗 控 制 以 上 自 變 項, 進 而 了 解 依 變 項 之 變 化 程 度 與 方 向 (3). 駕 駛 模 擬 器 靜 態 駕 駛 模 擬 器 為 一 個 模 擬 直 線 高 速 駕 駛 場 景, 場 景 是 藉 由 單 槍 投 影 機 投 射 出 來 的 影 像, 受 測 者 距 離 前 方 螢 幕 大 約 3~4 公 尺, 受 測 者 須 注 視 前 方 的 螢 幕 場 景, 螢 幕 尺 寸 大 小 為 70inch*70inch, 高 速 公 路 上 左 側 有 行 道 樹, 右 側 有 圍 牆, 受 側 者 須 藉 由 方 向 盤 來 操 控 車 子 於 右 側 內 側 車 道 上, 螢 幕 上 有 一 紅 色 警 示 長 2. 方 法 本 研 究 採 取 人 因 工 程 當 中 的 實 驗 性 研 究 方 法, 主 要 是 考 量 實 驗 成 本 及 實 驗 變 數 容 易 控 制, 並 且 可 避 免 一 些 突 發 狀 況 的 發 生, 自 變 項 包 括 : 駕 駛 環 境 作 業 環 境 ( 溫 度 ) 性 別 年 齡 等, 這 些 變 數 在 實 驗 室 當 中 可 控 制, 但 現 場 的 研 究 則 無 法 做 到 精 確 的 控 制, 因 此 條 圖 形, 當 車 子 偏 離 程 度 愈 來 愈 大 時, 紅 色 警 示 長 條 圖 的 面 積 愈 來 愈 大, 反 之 愈 來 愈 小, 而 當 車 子 偏 離 程 度 過 大 甚 至 接 觸 到 旁 邊 圍 牆 會 發 出 漸 進 式 Be Be 警 示 聲 音, 以 提 醒 駕 駛 者 要 修 正 車 子 的 角 度 於 內 側 車 道 上, 如 此 追 蹤 此 軌 跡 直 到 實 驗 時 間 90 分 鐘 結 束 為 止, 靜 態 駕 駛 模 擬 場 景 如 圖 1 所 示 本 實 驗 採 取 實 驗 性 研 究 (1). 受 測 者 為 了 避 免 性 別 及 年 齡 因 子 對 HRV 造 成 影 響 (Duanping et al, 1995), 本 研 究 甄 選 新 竹 清 華 及 交 通 大 學 21 位 男 性 受 測 者,21 位 受 測 者 為 大 學 部 或 碩 士 班 學 生, 年 齡 範 圍 是 23±3 歲 ( 即 20~26 歲 之 間 ), 所 有 受 3
圖 1 靜 態 駕 駛 模 擬 場 景 (4). 實 驗 設 備 與 材 料 實 驗 設 備 包 括 軟 體 及 硬 體 設 備,a. 硬 體 : 筆 記 型 電 腦 單 槍 投 影 機 心 律 大 師 ANSWatch 生 理 監 視 器 靜 態 駕 駛 模 擬 控 制 方 向 盤 倒 數 計 時 器 體 重 體 脂 量 測 計 量 測 記 錄 暨 主 觀 問 卷 調 查 表 等 b. 軟 體 : 高 速 直 線 駕 駛 模 擬 器 Win XP 心 律 大 師 ANSWatch 生 理 監 視 器 資 料 下 載 及 分 析 軟 體 SPSS 統 計 軟 體 (5). 實 驗 作 業 與 程 序 受 測 者 前 一 天 晚 上 不 得 熬 夜 且 需 充 分 的 休 息, 實 驗 前 1 小 時 不 得 吃 或 喝 任 何 東 西, 實 驗 前 先 填 寫 基 本 資 料 及 量 測 體 重 體 脂 肪, 接 著 充 分 休 息 20 分 鐘, 然 後 量 測 生 理 指 標, 包 括 : 血 壓 (BP) 心 博 率 (HR) 心 率 變 異 (HRV) 交 感 神 經 活 性 指 標 (LF%) 副 交 感 神 經 活 性 指 標 (HF%) 平 衡 性 指 標 (LF/HF) 另 一 平 衡 性 指 標 (VLF/HF) 及 手 掌 表 面 溫 度 等 指 標, 量 測 時 間 約 6~7 分 鐘, 量 測 結 束 且 資 料 客 觀 則 緊 接 著 執 行 靜 態 駕 駛 任 務 90 分 鐘, 靜 態 駕 駛 任 務 結 束 後 立 即 執 行 生 理 指 標 的 量 測, 量 測 結 束 立 即 下 載 記 錄 資 料, 以 確 認 資 料 之 正 確 性 與 客 觀 性, 如 沒 有 問 題, 最 後 填 寫 主 觀 問 卷 資 料 並 斟 酌 給 予 工 讀 費 用 ; 實 驗 時 序 如 圖 2 所 示 20 分 9 分 90 分 9 分 5 分 休 息 量 測 駕 駛 任 務 量 測 問 卷 133 分 圖 2 實 驗 時 序 圖 (6). 生 理 參 數 之 記 錄 及 分 析 本 研 究 是 利 用 台 灣 科 學 地 公 司 所 開 發 的 心 律 大 師 ANSWatch 生 理 監 視 器 ( 如 圖 3 所 示 ) 來 執 行 生 理 指 標 之 量 測 圖 3 心 律 大 師 ANSWatch 腕 式 生 理 監 視 器 量 測 參 數 包 括 : 血 壓 (BP) 心 博 率 (HR) 心 率 變 異 (HRV) 交 感 神 經 指 標 (LF%) 副 交 感 神 經 指 標 (HF%) 平 衡 性 指 標 (LF/HF) 及 另 一 平 衡 性 指 標 (VLF/HF) 等 生 理 指 標 駕 駛 任 務 開 始 前 及 駕 駛 任 務 90 分 終 結 束 後 各 量 測 一 次, 量 測 時 需 將 心 律 大 師 ANSWatch 生 理 監 視 系 統 適 當 佩 戴 並 且 固 定 於 受 測 者 手 腕 上, 量 測 高 度 要 與 心 臟 位 置 約 略 同 高, 量 測 時 間 大 約 6~7 分 鐘, 在 量 測 過 程 中 受 測 者 不 得 有 任 何 的 移 動 或 振 動, 以 確 保 量 測 數 據 的 品 質 與 客 觀 性 根 據 心 律 大 師 使 用 手 冊 及 該 公 司 所 提 供 之 技 術 資 料, 血 壓 (BP: 縮 收 壓 舒 張 壓 ) 採 用 習 知 之 震 盪 法 (Oscillatory Method), 經 人 體 試 驗 依 水 銀 血 壓 校 正 後 準 確 度 為 ±8 mmhg, 心 率 變 異 (HRV) 依 據 1996 年 歐 美 國 際 標 準 (Task Force of the European Society of Cardiology, 1996) 將 手 腕 橈 動 脈 擷 取 之 5 分 鐘 血 壓 脈 波 訊 號 採 用 時 域 (Time Domain) 及 頻 域 (Frequency Domain) 分 析 兩 種 方 法, 經 人 體 試 驗 依 醫 院 用 心 電 圖 機 (ECG; Agilent A3 Patient Monitor) 校 正 後 準 確 度 為 ±5%. 心 律 大 師 在 分 析 過 程 中 並 依 照 標 準 將 非 由 自 律 神 經 引 起 之 不 規 則 心 跳 ( 例 如 : 身 體 移 動 咳 嗽 或 心 律 不 整 (Cardiac Arrhythmia) 等 ) 排 除 於 HRV 分 析 之 外, 以 提 高 心 率 變 異 各 參 數 之 準 確 度 (7). 統 計 分 析 本 研 究 使 用 統 計 學 上 小 樣 本 t 分 配 成 對 數 據 之 假 設 檢 定, 檢 定 各 個 生 理 參 數 : 血 壓 (BP) 心 博 率 (HR) 心 率 變 異 (HRV) 交 感 神 經 指 標 (LF%) 副 交 感 神 經 指 標 (HF%) 平 衡 性 指 標 (LF/HF) 平 衡 性 指 標 (VLF/HF) 及 手 掌 表 面 溫 度 等 生 理 指 標, 在 駕 駛 任 務 前 與 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 變 化 的 程 度 與 方 向, 駕 駛 任 務 前 與 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 是 否 有 顯 著 差 異? 顯 著 水 準 α 設 定 為 0.05 3. 結 果 本 研 究 主 要 在 實 驗 室 使 用 心 律 大 師 ANSWatch 生 理 監 視 器 來 收 集 數 據, 實 驗 作 業 與 程 序 依 照 先 前 所 述 來 執 行, 駕 駛 任 務 前 與 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 之 量 測 結 果 如 表 2 所 示 4
表 2 靜 態 模 擬 駕 駛 任 務 前 後 之 生 理 指 標 均 值 變 化 生 理 指 標 駕 駛 任 務 前 均 值 駕 駛 任 務 鐘 後 均 值 t 值 P 值 SYS 107.76 ± 8.33 107.43 ± 8.56-0.34 0.3690 DIA 69.67 ± 1.77 69.62 ± 1.76 0.18 0.4296 HR 67.76 ± 12.77 63.86 ± 10.64 * 3.50 0.0021 HRV 42.86 ± 15.14 53.29 ± 18.45 * -4.13 0.0006 HF (%) 53.43 ± 17.13 46.86 ± 16.00 * 2.00 0.0309 LF (%) 41.81 ± 17.13 48.38 ± 16.00 * -2.00 0.0309 LF / HF 0.97 ± 0.80 1.21 ± 0.82-1.55 0.0719 VLF / HF 1.73 ± 2.04 3.58 ± 3.50 * -2.55 0.0097 左 手 掌 溫 度 34.52 ± 0.78 33.25 ± 2.22 * 3.14 0.0082 右 手 掌 溫 度 34.56 ± 0.86 33.57 ± 2.28 * 2.54 0.0098 *: 表 有 顯 著 性 差 異 (α 為 0.05) 由 表 2 可 知 : 心 博 率 (HR) 心 率 變 異 (HRV) 副 交 感 神 經 活 性 HF(%) 交 感 神 經 活 性 LF(%) VLF / HF 左 手 掌 溫 度 右 手 掌 溫 度 等 生 理 指 標 於 駕 駛 90 分 鐘 後 有 顯 著 差 異 (t 絕 對 值 大 於 1.725;P < 0.05); 而 收 縮 壓 (SYS) 舒 張 壓 (DIA) 及 LF / HF 等 生 理 指 標 於 駕 駛 90 分 鐘 後 沒 有 顯 著 差 異, 雖 然 LF / HF 沒 有 顯 著 差 異, 但 駕 駛 後 仍 有 上 升 的 趨 勢 (1). 血 壓 (Blood Pressure) 由 表 2 顯 示, 收 縮 壓 (SYS) 及 舒 張 壓 (DIA) 於 駕 駛 任 務 前 後 都 沒 有 顯 著 的 變 化, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 任 務 前 後 沒 有 顯 著 的 差 異 (t 值 分 別 為 -0.34 與 0.18;P 值 分 別 為 0.3690 與 0.4296) (2). 心 博 率 (Heart Rate) 由 表 2 顯 示, 心 博 率 (Heart Rate) 於 駕 駛 任 務 90 得 知 駕 駛 任 務 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 為 3.50;P 值 為 0.0021) (3). 心 率 變 異 (Heart Rate Variability) 由 表 2 顯 示, 心 率 變 異 (Heart Rate Variability) 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 有 上 升 的 趨 勢, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 任 務 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 為 -4.13;P 值 為 0.0006) (4). 副 交 感 神 經 活 性 指 標 HF(%) 由 表 2 顯 示, 副 交 感 神 經 活 性 指 標 HF(%) 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 有 下 降 的 趨 勢, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 任 務 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 為 2.0;P 值 為 0.0309) (5). 交 感 神 經 指 標 LF(%) 由 表 2 顯 示, 交 感 神 經 活 性 指 標 LF(%) 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 有 上 升 的 趨 勢, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 任 務 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 為 -2.0; P 值 為 0.0309) (6). 平 衡 性 指 標 (LF/HF) 由 表 2 顯 示, 平 衡 性 指 標 (LF/HF) 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 有 上 升 的 趨 勢, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 任 務 前 後 沒 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 為 -1.55; P 值 為 0.0719) (7). 平 衡 性 指 標 (VLF/HF) 由 表 2 顯 示,VLF/HF 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 有 上 升 的 趨 勢, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 任 務 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 為 -2.55;P 值 為 0.0097) (8). 手 掌 表 面 溫 度 由 表 2 顯 示, 左 右 手 掌 表 面 溫 度 於 駕 駛 任 務 90 得 知 駕 駛 任 務 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 分 別 為 3.14 與 2.54;P 值 為 0.0082 與 0.0098) 4. 討 論 由 表 2 知 : 心 博 率 (HR) 心 率 變 異 (HRV) 副 交 感 神 經 活 性 HF(%) 交 感 神 經 活 性 LF(%) 平 衡 性 指 標 VLF/HF 左 手 掌 溫 度 右 手 掌 溫 度 等 生 理 指 標 於 駕 駛 90 分 鐘 後 有 顯 著 差 異 (P < 0.05); 而 收 縮 壓 (SYS) 舒 張 壓 (DIA) 及 LF/HF 等 生 理 指 標 於 駕 駛 90 分 鐘 後 沒 有 顯 著 差 異, 雖 然 LF/HF 沒 有 顯 著 差 異, 但 駕 駛 後 仍 有 上 升 的 趨 勢 ; 詳 細 討 論 如 下 所 述 (1). 血 壓 (Blood Pressure) 由 表 2 顯 示, 收 縮 壓 (SYS) 或 舒 張 壓 (DIA) 平 均 值 於 駕 駛 任 務 前 後 都 沒 有 顯 著 的 變 化, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 任 務 前 後 沒 有 顯 著 的 差 異 (t 值 分 別 為 -0.34 與 0.18;P 值 分 別 為 0.3690 與 0.4296); 本 研 究 是 在 實 驗 室 進 行, 是 屬 於 靜 態 的 模 擬 實 驗, 駕 駛 者 所 承 受 的 心 智 負 荷 較 實 際 的 道 路 駕 駛 要 來 得 小, 也 因 此 導 致 駕 駛 者 收 縮 壓 (SYS) 或 舒 張 壓 (DIA) 平 均 值 於 駕 駛 任 務 前 後 都 沒 有 顯 著 的 變 化, 這 與 我 們 的 5
預 期 結 果 是 一 樣 的 (2). 心 博 率 (Heart Rate) 由 表 2 顯 示, 心 博 率 (Heart Rate) 於 駕 駛 任 務 90 得 知 駕 駛 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 為 3.50;P 值 為 0.0021); 從 研 究 中 發 現 對 大 部 份 的 受 測 者 言, 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 都 有 下 降 的 趨 勢, 每 一 位 受 測 者 下 降 的 程 度 不 一, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 前 後 有 顯 著 性 的 差 異, 從 這 樣 的 結 果 我 們 認 為, 在 單 調 的 駕 駛 環 境 容 易 造 成 厭 煩 及 昏 睡 狀 態, 而 且 本 研 究 為 靜 態 駕 駛 模 擬, 對 駕 駛 者 而 言 並 未 構 成 太 大 的 心 智 負 荷, 因 此 受 測 者 心 情 上 較 為 輕 鬆, 因 此 心 博 率 大 都 降 低 (3). 心 率 變 異 (Heart Rate Variability) 由 表 2 顯 示, 心 率 變 異 (Heart Rate Variability) 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 有 上 升 的 趨 勢, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 為 -4.13; P 值 為 0.0006); 從 研 究 中 發 現, 對 於 大 部 份 的 受 測 者 而 言, 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 心 率 變 異 (Heart Rate Variability) 都 有 上 升 的 趨 勢, 每 一 位 受 測 者 上 升 的 程 度 不 一, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 前 後 有 顯 著 性 的 差 異, 從 這 樣 的 結 果 我 們 認 為, 駕 駛 者 長 時 間 處 於 單 調 無 聊 的 駕 駛 環 境 當 中, 很 容 易 產 生 厭 煩 與 昏 睡 狀 態, 可 是 受 測 者 又 必 須 :(1) 注 視 前 方 的 螢 幕 場 景 (2) 雙 手 操 作 方 向 盤 以 完 成 駕 駛 任 務, 因 此 會 啟 動 交 感 神 經 活 性 指 標 (LF), 而 從 結 果 得 知, 交 感 神 經 活 性 指 標 (LF% 與 LF(AU)) 的 確 有 上 升 的 趨 勢, 因 此 造 成 心 率 變 異 (Heart Rate Variability) 有 升 高 的 趨 勢 (4). 副 交 感 神 經 活 性 指 標 HF(%) 由 表 2 顯 示, 副 交 感 神 經 活 性 指 標 HF(%) 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 有 下 降 的 趨 勢, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 任 務 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 為 2.0;P 值 為 0.0309); 一 般 而 言, 如 果 身 體 疲 勞 副 交 感 神 經 活 性 指 標 HF(%) 應 當 會 上 升, 但 本 研 究 結 果 剛 好 相 反, 亦 即 有 顯 著 的 下 降 趨 勢, 這 樣 的 結 果 本 研 究 的 解 釋 為 受 測 者 都 為 年 輕 的 學 生, 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 並 未 感 覺 極 度 疲 勞, 否 則 在 產 生 駕 駛 疲 勞 的 狀 況 之 下 副 交 感 神 經 活 性 指 標 (HF% 與 HF(AU)) 應 當 有 上 升 的 趨 勢 (5). 交 感 神 經 指 標 LF(%) 由 表 2 顯 示, 交 感 神 經 指 標 LF(%) 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 有 上 升 的 趨 勢, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 任 務 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 為 -2.0;P 值 為 0.0309); 單 調 的 駕 駛 容 易 產 生 厭 煩 及 昏 睡 狀 態 的 現 象, 本 研 究 靜 態 駕 駛 任 務 的 時 間 為 90 分 鐘, 對 年 輕 的 駕 駛 者 而 言, 並 未 構 成 太 大 的 負 荷, 對 多 數 受 測 者 而 言, 並 未 造 成 強 烈 的 駕 駛 疲 勞 現 象, 因 此 交 感 神 經 指 標 LF(%) 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 有 顯 著 上 升 的 趨 勢, 也 因 此 促 成 心 率 變 異 (Heart Rate Variability) 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 有 顯 著 上 升 的 趨 勢 (6). 平 衡 性 指 標 (LF/HF) 由 表 2 顯 示, 平 衡 性 指 標 (LF/HF) 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 有 上 升 的 趨 勢, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 任 務 前 後 沒 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 為 -1.55:P 值 為 0.0719); 雖 然 由 結 果 得 知 平 衡 性 指 標 (LF/HF) 駕 駛 任 務 前 後 沒 有 顯 著 性 的 差 異, 但 本 研 究 進 一 步 將 受 測 者 區 分 比 對 分 析 時 發 現, 當 受 測 者 駕 駛 前 平 衡 性 指 標 (LF/HF)<1.33( 共 17 人 ) 其 平 衡 性 指 標 (LF/HF) 於 駕 駛 90 分 鐘 後 有 上 升 的 趨 勢, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 任 務 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 為 -2.66; P 值 為 0.0089) ; 而 當 受 測 者 駕 駛 前 平 衡 性 指 標 (LF/HF)>1.33( 共 4 人 ), 其 平 衡 性 指 標 (LF/HF) 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 有 下 降 的 趨 勢, 而 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 任 務 前 後 沒 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 為 1.76) 由 於 平 衡 性 指 標 (LF/HF)>1.33 之 受 測 者 樣 本 空 間 不 夠 大 ( 只 有 4 位 ), 此 暫 時 性 結 論 應 於 未 來 研 究 中 進 一 步 確 認 (7). 平 衡 性 指 標 (VLF/HF) 由 表 2 顯 示, 平 衡 性 指 標 (VLF/HF) 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 有 上 升 的 趨 勢, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 任 務 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 為 -2.55;P 值 為 0.0097), 由 於 VLF 之 功 率 頻 譜 有 顯 著 上 升 的 趨 勢, 因 此 造 成 VLF/HF 有 上 升 的 趨 勢, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 任 務 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 為 -2.55;P 值 為 0.0097) 由 於 VLF ( 即 頻 譜 分 析 中 之 極 低 頻 ) 之 生 理 意 義 在 1996 標 準 中 未 有 界 定, 國 際 文 獻 解 6
釋 不 一, 此 平 衡 性 指 標 (VLF/HF) 駕 駛 前 後 變 化 之 觀 察 暫 不 在 這 裡 討 論 (8). 手 掌 表 面 溫 度 由 表 2 顯 示, 左 右 手 掌 表 面 溫 度 於 駕 駛 任 務 90 得 知 駕 駛 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 分 別 為 3.14 與 2.54;P 值 為 0.0082 與 0.0098); 研 究 中 發 現, 多 數 的 受 測 者 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 結 束 後 左 右 手 掌 表 面 溫 度 都 有 下 降 的 趨 勢, 由 於 長 時 間 的 駕 駛 造 成 受 測 者 血 液 循 環 不 良, 也 因 此 造 成 左 右 手 掌 表 面 溫 度 於 駕 駛 90 得 知 駕 駛 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 5. 綜 合 討 論 由 於 長 時 間 處 於 單 調 且 空 間 侷 限 的 駕 駛 環 境 當 中 很 容 易 產 生 厭 煩 血 液 循 環 不 良 及 駕 駛 昏 睡 的 問 題, 本 研 究 企 圖 了 解 駕 駛 任 務 前 後 生 理 指 標 : 收 縮 壓 (SYS) 舒 張 壓 (DIA) 心 博 率 (HR) 心 率 變 異 (HRV) 副 交 感 神 經 活 性 指 標 (HF) 交 感 神 經 活 性 指 標 (LF) 交 感 神 經 活 性 (LF)/ 副 交 感 神 經 活 性 (HF) VLF/HF 及 左 右 手 掌 表 面 溫 度 等 是 否 有 顯 著 的 差 異? 本 研 究 採 用 心 律 大 師 ANSWAtch 腕 式 生 理 監 視 器 作 為 量 測 生 理 指 標 的 工 具, 心 律 大 師 ANSWAtch 腕 式 生 理 監 視 器 最 大 的 優 點 是 量 測 準 確 度 高 攜 帶 方 便 及 操 作 簡 易, 本 研 究 發 現 心 博 率 (HR) 心 率 變 異 (HRV) 副 交 感 神 經 活 性 HF(%) 交 感 神 經 活 性 LF(%) VLF / HF 手 掌 溫 度 等 生 理 指 標 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 有 顯 著 的 差 異 (P < 0.05), 這 些 結 果 提 供 給 我 們 未 來 在 駕 駛 相 關 研 究 的 一 個 基 礎 6. 結 論 本 研 究 發 現 心 博 率 (HR) 心 率 變 異 (HRV) 副 交 感 神 經 活 性 HF(%) 交 感 神 經 活 性 LF(%) VLF/HF 手 掌 溫 度 等 生 理 指 標 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 有 顯 著 的 差 異 (P < 0.05) 同 時 發 現, 當 受 測 者 平 衡 性 指 標 (LF/HF)<1.33 時, 其 平 衡 性 指 標 (LF/HF) 於 駕 駛 任 務 90 分 鐘 後 有 上 升 的 趨 勢, 並 且 由 小 樣 本 t 分 配 成 對 檢 定 得 知 駕 駛 任 務 前 後 有 顯 著 性 的 差 異 (t 值 為 -2.66;P 值 為 0.0089) 7. 未 來 研 究 本 研 究 受 測 者 是 針 對 大 學 及 研 究 所 在 學 的 學 生, 是 屬 於 年 輕 族 群, 未 來 可 考 慮 不 同 族 群, 例 如 : 中 年 族 群 銀 髮 族 群 女 性 族 群 等, 比 較 各 族 群 是 否 有 差 異? 以 作 為 未 來 駕 駛 研 究 的 一 個 參 考 與 基 礎 另 外 駕 駛 任 務 90 分 鐘 似 乎 未 能 造 成 年 輕 受 測 者 進 入 極 度 疲 勞 之 境 界, 未 來 實 驗 設 計 將 朝 向 惡 化 環 境 模 擬, 以 加 速 駕 駛 疲 勞 8. 參 考 文 獻 Fumio Kobayashi etc., 2002, Blood Pressure and Heart Rate Variability in Taxi Drivers on Long Duty Schedules, Journal of Occupation Health, Vol. 44, pp. 214-220. Kun Jiao, Zengyong Li, Ming Chen, Chengtao Wang, Shaohua Qi, 2004, Effect of Different Vibration Frequencies on Heart Rate Variability and Driving Fatigue in Healthy Drivers, International Arch. Occupational Environment Health, Vol. 77, pp. 205-212. LI Zeng-yong, JIAO Kun, CHEN Ming, Wang Cheng-tao, 2003, Power Spectrum Analysis of Heart Rate Variability of Driver During Simulated Driving, Chiness Journal of Biomedical Engineering, Vol. 22, No. 6. Milosevic, S., 1997, Driver s Fatigue Studies, Ergonomics, Vol. 40, No. 3, pp. 381 389. Saroj K.L. Lal*, Craig, 2001, A Critical of The Psychophysiology of Driver Fatigue, Biological Psychology, 55, pp.173-194. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and 7
Electrophysiology. Heart Rate Variability:Standards of Measurement, Physiological Interpretation, and Clinical use Circulation. 1996; 93: 1043 1065 Zengyong Li, Chengtao Wang, Arthur F. T. Mark and Daniel H. K. Chow, 2005, Effect of Accupuncture on Heart Rate Variability in Normal Subjects Under Fatigue and Non-Fatigue, European Journal of Applied Physiology. Zengyong Li, Kun Jiao, Ming Chen, Chengtao Wang, 2003, Effect of Magnitopuncture on Sympathetic and Parasympathetic Nerve Activities in Healthy Drivers Assessment by Power Spectrum Analysis of Heart Rate Variability, European Journal Applied Physiology, Vol. 88, pp. 404-410. Zengyong Li, Kun Jiao, Ming Chen, Chengtao Wang, 2004, Reducing the Effects of Driving Fatigue with Magnitopuncture Stimulation, Accident Analysis and Prevention, Vol. 36, pp. 501-505. Yang Yu-shu, YAO Zhen-qiang, LI Zeng-yong, JIAO Kun, Oct-2002, Investigation on Correlation Between ECG Indexes and Driver Fatigue, Machinery Design and Manufacture, No. 5. 8
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