O.e3
0 二 23
鋳 間(scc)
4 5
図3‑9心 拍 間 隔(PPI)が 短 い ピ ー ク の 除 去
ス テ ッ プ2:異 常 な 心 拍 間 隔(PPI)の ピ ー ク の 再 検 出(図3‑10参 照)
着 目 し た ピ ー ク 候 補(Pn)と 前 の ピ ー ク 候 補(Pn‑1)の 間 の 心 拍 間 隔(Pn‑1Pn1)と 着 目 し た ピ ー ク 候 補(Pn)と 後 の ピ ー ク 候 補(Pn+1)の 間 の 心 拍 間 隔(PnPn+11)の 比 較 を 行 っ た.
PnPn+11<Pn‑1Pn1×0.60RPnPn+11>Pn ‑IPnl×1.4… 式(3・5)
⇒ ピ ー ク の 再 検 出
P。pj1‑{(P。.、6pn.、51+pn.、spn‑、41+…+pn‑2pn.、1)÷15}が
0以 上 の 最 小 の 値 を と る ピ ー ク 候 補(Pj)を 除 外 処 理 前 の ピ ー ク 候 補 か ら 再 検 出 す る.再 検 出 後,再 度 心 拍 間 隔 の 比 較 を 行 っ た.
pn‑1pnl×0・7<pnpjl<pn‑1pnl×1・3… 式(3・6)
⇒ ピー ク候 補(町)を 選 択
な お,こ の 条 件 を満 た さな か っ た 場 合,注 目 した 心 拍 間 隔 が 前 の 心 拍 間 隔 の0.6倍 以 下 な ら ば そ の ま ま,注 目 した 心 拍 間 隔 が 前 の 心 拍 間 隔 の1.4倍 以 上 な らば 前 の ピ ー ク と の 間 隔 が 心 拍 間 隔 平 均 に な る位 置 に ピー ク を い れ た.
餌oO(︾)馨轍
Pρ1〜)、 ノPηPη+11
・0。04
0 1 23
鋳 聞(sò》
45
040α(︾)響瓢
⇒
・0。04
〜
,'
01 23
時 聞(sec)
4 S
図3・10異 常 な 心 拍 間 隔(PPI)の ピ ー ク の 再 検 出
ウ 呼 吸 ノ イ ズ に 着 目 した ピー ク 候 補 の 選 択(図3・11)
呼 吸 波 形 とい え ば,一 定 の低 周 波 数 帯 で構 成 され た ゆ るや か な 波 形 をイ メ ー ジ す る が,実 際 に は ピ ー ク の 部 分,す な わ ち 呼 気(吸 気)か ら吸 気(呼 気)に 変 わ る 箇 所 で 不 規 則 な 変 化 が 生 じ る場 合 が あ る.そ の た め,可 変 移 動 平 均 差 分 法 を 用 い て 抽 出 した 脈 波 波 形 に お い て も, 5秒 に1回(成 人 の 呼 吸 数 は1分 間 に12回 程 度)呼 吸 成 分 が ノイ ズ と して残 存 す る場 合 が あ る.そ こ で,呼 吸 ノ イ ズ を含 ん だ ピー ク候 補(脈 波)は 面 積 が 大 き くな る こ と に着 目 し, 呼 吸 ノ イ ズ に 関 す る 処 理 を施 した.
着 目 した ピ ー ク候 補(疏)を 通 る原 点 か ら次 の 原 点 ま で の波 形 の 面積 値 を ∫η と し,
Sn≧ 蓋 Σ匙1∫ κ ×2… 式(3・7)
→IPn‑1Pj1'一(Pn‑iPn+11÷2)1の 値 が 最 小 値 と な る ピ ー ク 候 補(Pj)を 選 択
脈波波形
0.02
0
ε響轍
e.02
劉 一 呼吸 ノイズ :{」 薗
1;蓼
一
中央値
時na(10秒 聞1図3‑11呼 吸 ノ イ ズ に 着 目 した ピー ク 候 補 の 選 択
3.2.3心 拍 間 隔 補 正 処 理
3.2.2で 述 べ た ピ ー ク 検 出 に よ っ て,正 確 に 脈 波 ピ ー ク を 検 出 す る こ と を 可 能 に し た.そ の 後,脈 波 ピ ー ク と 脈 波 ピ ー ク の 間 隔(PPI)を 算 出 し,異 常 なPPIへ の 処 理 を 施 し た.異 常 なPPIの 検 出 条 件 と し て,PPInの 比 較 対 象 は 前 後 のPPI(PPIn‑1,PPIn+1)が 異 常 なPPI と な り得 る と い う懸 念 か らPPInの 前 後15拍 の 平 均 と し,先 行 研 究 か ら 隣 り合 うPPIの 差 は 最 大 で200msec程 度 で あ る こ と[21]を 踏 ま え,ゆ ら ぎ 閾 値 は250msecと し た.
lPPln‑一{(PPlnの 過 去15拍 の 平 均+PPlnの 未 来15拍 の 平 均)÷2}1>250msec
… 式(3・8)
→PPlnを 「PPIn‑1とPPIn+1の 中 点 」 で 補 正
3.2.4最 適 チ ャ ン ネ ル,移 動 平 均 法 の 選 択
今 回 構 築 した シ ス テ ム で は,精 度 を安 定 させ る た め に24G且z帯 の マ イ ク ロ波 レー ダ ー を 2つ 用 い た.1っ の レー ダ ー か ら2つ の 出 力(iとq)を 得 られ る の で,全 部 で4つ の 出 力 を得 た.ま た,3.2.1項 に て移 動 平 均 差 分 法 に お け る 刻 み 幅 をm=81,41,21,11の4パ タ ー ン と設 定 した た め,1つ の 出 力 に対 して4つ の 脈 波 波 形 が得 られ る.そ して,3.2.2項 で 述 べ た よ うに1っ の 脈 波 波 形 か ら上 ピー ク と下 ピー ク の2っ の 心 拍 間 隔 が 得 られ る.よ っ
て,全 部 で
【4チ ャ ンネ ル ×移 動 平 均 法(4つ の 刻 み 幅m=81,41,21,11)×2つ(上 下)ピ ー ク=
32個 】
の 心 拍 間 隔(PPI)か ら最 適 なPPIが 得 られ た チ ャ ン ネ ル を1分 毎 に 選 択 した.な お,1 分 間 に お け る 異 常 心 拍 間 隔 の 個 数 が 最 も少 な い チ ャ ン ネ ル を最 適 な チ ャ ン ネ ル と した.
3.3レ ー ダ ー か ら 算 出 し たHRV・ 心 拍 数 の 精 度 検 証
レ ー ダ ー の 出 力 信 号 か ら1分 毎 に 算 出 し たHRVの 精 度 を 検 証 す る た め,心 電 図(日 本 光 電 工 業 ㈱PSG・1100)か ら もR波 の 検 出 を 行 い,RR間 隔 か ら レー ダ ー と 同 様 の 条 件(周 波 数 解 析(ウ ィ ン ド ウ 処 理120秒))で1分 毎 に 且RVを 算 出 し た.そ し て,2.4節 で 述 べ た 男 子 大 学 生20名(計 測 時 間 約8時 間,デ ー タ 数9781個)を 対 象 に レ ー ダ ー か ら算 出 し た 且RV・ 心 拍 数 と 心 電 図 か ら 算 出 し た 且RV・ 心 拍 数 の 比 較 を 行 い,相 関 係 数 と 平 均 二 乗 誤 差 を 算 出 し た(1名 あ た り約480個 の 且RV比 較)(表3‑1参 照).な お,1個 のHRVの 異 常 値 の 影 響 を 最 小 限 に す る た め,且RVの 比 較 に あ た っ て5分 間 移 動 平 均 処 理 を 施 し た.
20名 の 平 均 の 相 関 は 且Fが0.62(±0.20),LFが0.71(±0.12),LF/且Fが0.64(±
0.20),心 拍 数 が0.92(±0.06)と な り,平 均 の 平 均2乗 誤 差 は 且Fが1003.2(±420.3),
LFが977.3(±500.6),LFIHFが1.0(±0.8),心 拍 数 が1.6(±0.6)と な っ た.心 拍 数 に 関 し て は,相 関 係 数 が 高 く ず れ も 小 さ い こ と か ら ど の 計 測 対 象 者 に お い て も8時 間 継 続 し て 正 確 に 算 出 で き た と い え る.ま たLFに 関 し て も,相 関 係 数 に 着 目す る と 相 関 が 高 く ば ら っ き も 少 な い こ と か ら 心 拍 数 ほ ど で は な い が,ど の 計 測 対 象 者 で も 十 分 な 精 度 で 算 出 可 能 で あ る と わ か っ た.一 方,且F,LFIHFに 関 し て は,相 関 係 数 の ば ら つ き が 大 き く,相
関 係 数 が0.6以 下 の 計 測 対 象 者 が 且Fは7名,LFIHFは6名 い た こ と か ら 個 人 差 が 大 き い と わ か っ た.且RV・ 心 拍 数 全 てPP間 隔 か ら 算 出 し て い る に も 関 わ らず 結 果 が 大 き く異 な る 要 因 と し て は,心 拍 数 はPP間 隔 の 平 均 値,LFはPP間 隔 の 時 系 列 デ ー タ の 大 き な ゆ ら ぎ,且FはPP間 隔 の 時 系 列 デ ー タ の 小 さ な ゆ ら ぎ が 影 響 し て い る た め だ と 考 え られ る.
可 変 移 動 平 均 差 分 法 導 入 前 と 導 入 後 の1{FとLFIHF(t19)を 図3‑12に 示 す.(計 測 対 象 者 別 に 着 目 す る と,)可 変 移 動 平 均 差 分 法 導 入 前 と比 較 し て,t19の 相 関 係 数 は 且Fが+0.24
(0.89),LFが+0.07(0.87),LFIHFが+0.15(0.90)と 改 善 し 、 且RVも 正 確 に 算 出 で き た.
今 後,さ ら に 且RV算 出 精 度 を 向 上 さ せ て い く た め に は,レ ー ダ ー 本 体 か ら継 続 し て 発 生 す る ノ イ ズ に 対 し て ア ナ ロ グ フ ィ ル タ を 用 い て 減 衰 さ せ る な ど,ハv‑一一̀ド面 か らSIN比 を 向 上 させ る こ と が 必 要 で あ る と考 え て い る.
表3‑1レ ー ダ ー か ら算 出 した 且RV・ 心 拍 数 と心 電 図 か ら算 出 した 且RV・ 心 拍 数 の 比 較
相関係数
平 均2乗 誤 差計測対象者
HF LF LF/HF
心拍数
HF LF LF/HF心拍数
tl 0.45 0.71 0.51 0.83 1186.0 812.8 2.6 3.3
t2 0.69 0.80 0.80 0.96 865.2 1443.8 0.8 1.1
t3 0.28 0.57 0.73 0.94 962.5 707.8 0.7 1.0
t4 0.90 0.86 0.82 0.94 9602 765.4 0.6 2.1
t5 0.83 0.86 0.27 0.91 833.5 1376.5 1.1 1.1
t6 0.20 0.66 0.63 0.85 1545.5 1215.1 2.0 2.0
t7 0.42 0.87 0.53 0.98 528.8 305.6 2.7 0.9
t8 0.53 0.62 0.63 0.92 1050.9 815.6 0.7 1.6
t9 0.46 0.59 0.54 0.87 809.5 465.1 0.6 1.0
t10 0.60 0.48 0.48 0.81 1762.9 1696.6 0.5 1.7 t11 0.62 0.77 0.73 0.97 1055.5 1362.4 0.4 1.4 t12 0.65 0.63 0.66 0.86 935.1 1962.6 1.5 2.4
t13 0.80 0.57 0.88 0.79 816.7 556.5 0.8 1.4
t14 0.64 0.79 0.74 0.89 820.9 981.2 0.6 2.5
t15 0.54 0.60 0.11 0.97 2262.0 1526.5 0.5 1.5 t16 0.57 0.72 0.46 0.94 928.5 1515.6 2.9 2.3
t17 0.92 0.84 0.85 0.98 651.5 360.4 0.3 1.2
t18 0.68 0.65 0.71 0.97 889.8 850.1 0.6 1.7
t19 0.89 0.87 0.90 0.98 537.2 458.9 0.6 1.2
t20 0.84 0.83 0.79 0.96 661.4 366.4 0.4 1.5
平均
0.62 0.71 0.64 0.92 1003.2 977.3 1.0 1.6標準偏差
0.20 0.12 0.20 0.06 420.3 500.6 0.8 0.66000
へ
愉4eOO
ε 生200。
0
23:16
0:56 2:36 4:16 5:56時刻 6
42
﹂ = ご 一
0
23:ユ60:562:364:16
時 刻
図3・12t19の8時 間 に お け る 且F(上)とLFIHF(下) (可 変 移 動 平 均 差 分 法 導 入 前 と 導 入 後 の 比 較)
5=56
3.4考 察
更 な る 且RV・ 心 拍 数 算 出 精 度 向 上 の た め,3.2.2項 で 述 べ た ピ ー ク検 出 と は 全 く違 う視 点 か ら時 間 軸 に 依 存 しな い ピー ク検 出 を 考 案 した の で,以 下 に記 す.ま たHRV・ 心 拍 数 を算 出 で き な か っ た 計 測 対 象 者 の 原 因 分 析 も行 っ た.
(1)時 間 軸 に 依 存 しな い ピー ク検 出
3.2.2項 で 述 べ た ピー ク検 出 で は,時 系 列 に従 っ て 先 頭 か ら順 番 に ピー ク を確 定 して い く 逐 次 処 理 を 行 っ て き た(P1,P2,P3… の 順 で 検 出).し か しな が ら,本 来 私 た ち は 振 幅 が 大 き い
ピ ー ク(か つ 近 辺 に 似 た よ うな ピー ク 候 補 が 存 在 しな い)が 連 続 して お り,ピ ー ク と ピー ク の 間 隔 が1000msec程 度 の ピ ー ク か ら脈 波 で あ る と判 断 して い く.そ こ で,振 幅 の 大 き さ に 着 目 した 時 間 軸 に依 存 しな い ピー ク検 出 手 法 を 考 案 し,3.2.2項 で 述 べ た ピ ー ク検 出 手 法 と 同 等 の 且RV算 出 精 度 を得 られ た の で,参 考 と して 手 順 を 以 下 に 述 べ る(図3‑13).
ス テ ップ1:最 大 振 幅 か ら順 次 確 定 処 理
確 定 条 件:前 後 約500msec以 内 に 近 い 振 幅 の ピー ク候 補 が 存 在 しな い
→ 存 在 す る場 合,2次 候 補 と して 残 し,ス テ ップ2ヘ ス テ ッ プ2:2次 候 補 に つ い て は 適 正 間 隔 で 確 定 処 理
確 定 方 法:前 後 ピー ク の 中 点 に近 い2次 候 補 を選 択
1 0。5 ε0 馨鞭
・0 .5 4
1 0.5 ε0 騒 ・0.5
4
0
4
0
重2
3鱒 聞㈲45 6
7図3・13時 間 軸 に 依 存 し な い ピ ー ク 検 出(上:ス テ ッ プ1後 下:ス テ ッ プ2後)
(2)HRV・ 心 拍 数 を 算 出 で き な か っ た 計 測 対 象 者 の 原 因 分 析
HRV・ 心 拍 数 が 短 時 間 で あ れ ば 確 実 に 算 出 可 能 で,長 時 間 に な る と計 測 が 困 難 に な る 理 由 と して は,や は り睡 眠 姿 勢(仰 向 け ・横 向 き ・うつ 伏 せ 等)の 頻 繁 な 変 化 に 伴 い,レ ー ダ ー 信 号 が 対 応 で き な い 姿 勢 ・動 きが あ っ た と考 え られ る .ま た,睡 眠 姿勢 が頻 繁 に変 化す る と い う こ とは,覚 醒 の 時 間 が 長 い,睡 眠 が 深 い 時 間 が 短 い,体 動 期 間 が 長 い とい うこ と だ と 推 測 で き る.HRV・ 心 拍 数 を算 出 で き た 計 測 対 象 者 の 睡 眠 段 階 の1例(t19)と 算 出 で き な か っ た 計 測 対 象 者 の 睡 眠 段 階 の1例(t15)を 示 す(図3・14).な お,睡 眠 段 階 はPSG計 測 に よ り出 力 され た もの で あ る.