(57)【要約】  運動強度推定装置は、対象者のＥＣＧ波形のＲ波のピーク値からＳ波のピーク値までのＲＳ振幅を算出するＲＳ波算出部（３）と、ＥＣＧ波形のＴ波の振幅を算出するＴ波算出部（４）と、ＥＣＧ波形から心拍数を算出する心拍数算出部（５）と、ＲＳ振幅で規格化したＴ波の振幅を、対象者の運動強度を示す第１の指標として算出する指標算出部（６）と、第１の指標に心拍数を乗じた値を、対象者の運動強度を示す第２の指標として算出する指標算出部（７）とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象者の心電図波形のＲ波のピーク値からＳ波のピーク値までのＲＳ振幅、前記Ｒ波の高さ、または前記Ｓ波の深さのいずれかを算出する第１のステップと、
前記心電図波形のＴ波の振幅または高さのいずれかを算出する第２のステップと、
前記Ｔ波の振幅または高さを、前記ＲＳ振幅、前記Ｒ波の高さ、または前記Ｓ波の深さのいずれかを用いて規格化した値を、前記対象者の運動強度を示す第１の指標として算出する第３のステップとを含むことを特徴とする運動強度推定方法。
【請求項２】
請求項１記載の運動強度推定方法において、
さらに、前記心電図波形から心拍数を算出する第４のステップと、
前記第１の指標に前記心拍数を乗じた値を、前記対象者の運動強度を示す第２の指標として算出する第５のステップとを含むことを特徴とする運動強度推定方法。
【請求項３】
請求項１記載の運動強度推定方法において、
さらに、前記第１の指標に基づいて前記対象者の運動強度を推定する第６のステップを含むことを特徴とする運動強度推定方法。
【請求項４】
請求項２記載の運動強度推定方法において、
さらに、前記第２の指標に基づいて前記対象者の運動強度を推定する第７のステップを含むことを特徴とする運動強度推定方法。
【請求項５】
対象者の心電図波形のＲ波のピーク値からＳ波のピーク値までのＲＳ振幅、前記Ｒ波の高さ、または前記Ｓ波の深さのいずれかを算出するように構成された第１の算出部と、
前記心電図波形のＴ波の振幅または高さのいずれかを算出するように構成された第２の算出部と、
前記Ｔ波の振幅または高さを、前記ＲＳ振幅、前記Ｒ波の高さ、または前記Ｓ波の深さのいずれかを用いて規格化した値を、前記対象者の運動強度を示す第１の指標として算出するように構成された第３の算出部とを備えることを特徴とする運動強度推定装置。
【請求項６】
請求項５記載の運動強度推定装置において、
さらに、前記心電図波形から心拍数を算出するように構成された第４の算出部と、
前記第１の指標に前記心拍数を乗じた値を、前記対象者の運動強度を示す第２の指標として算出するように構成された第５の算出部とを備えることを特徴とする運動強度推定装置。
【請求項７】
対象者の心電図波形のＲ波のピーク値からＳ波のピーク値までのＲＳ振幅、前記Ｒ波の高さ、または前記Ｓ波の深さのいずれかを算出する第１のステップと、
前記心電図波形のＴ波の振幅または高さのいずれかを算出する第２のステップと、
前記Ｔ波の振幅または高さを、前記ＲＳ振幅、前記Ｒ波の高さ、または前記Ｓ波の深さのいずれかを用いて規格化した値を、前記対象者の運動強度を示す第１の指標として算出する第３のステップとを、コンピュータに実行させることを特徴とする運動強度推定プログラム。
【請求項８】
請求項７記載の運動強度推定プログラムにおいて、
さらに、前記心電図波形から心拍数を算出する第４のステップと、
前記第１の指標に前記心拍数を乗じた値を、前記対象者の運動強度を示す第２の指標として算出する第５のステップとを、コンピュータに実行させることを特徴とする運動強度推定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人の心電図波形から運動強度を推定する運動強度推定方法、運動強度推定装置およびプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、シャツ等の衣服に電極を仕込んだタイプのウェアラブルなＥＣＧ（Electrocardiogram、心電図）波形計測デバイスが開発され、いろいろなシーンで活用されるようになってきている。【０００３】
ＥＣＧ波形を計測できると、様々な生体情報の取得が可能となる。例えば、スポーツトレーニングなどにおいて、運動強度がある一定の程度を超えると、体への血流量を増やす必要から、心臓は心拍数を上げることに加え、心室の拡張末期容量を増やすようになる（前負荷予備能）。そうした場合、ＥＣＧ波形では、心室の拡張期に対応する、Ｔ波のプロファイルが変化すると考えられる。したがって、Ｔ波を分析することは、運動強度の推定等に活用できる。【０００４】
しかしながら、ウェアラブルなＥＣＧ波形計測デバイスでは、電極の濡れ方の具合や、体表面との接触の状況により、ＥＣＧ波形の振幅レベルが変動する場合がある。そのような場合、Ｔ波の高さも振幅レベルに従って変動してしまい、運動強度の影響を正しく評価することが難しくなる。
特許文献１には、心臓の弛緩時間、すなわちＴ波の長さの変化に基づいて、運動強度を評価する構成が開示されている。しかし、特許文献１に開示された構成では、ＥＣＧ波形の振幅レベルの変動については考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２７５２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、ＥＣＧ波形の振幅が変動する場合でも、運動強度を示す適切な指標を得ることができる運動強度推定方法、運動強度推定装置およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の運動強度推定方法は、対象者の心電図波形のＲ波のピーク値からＳ波のピーク値までのＲＳ振幅、前記Ｒ波の高さ、または前記Ｓ波の深さのいずれかを算出する第１のステップと、前記心電図波形のＴ波の振幅または高さのいずれかを算出する第２のステップと、前記Ｔ波の振幅または高さを、前記ＲＳ振幅、前記Ｒ波の高さ、または前記Ｓ波の深さのいずれかを用いて規格化した値を、前記対象者の運動強度を示す第１の指標として算出する第３のステップとを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の運動強度推定方法の１構成例は、さらに、前記心電図波形から心拍数を算出する第４のステップと、前記第１の指標に前記心拍数を乗じた値を、前記対象者の運動強度を示す第２の指標として算出する第５のステップとを含むことを特徴とするものである。【０００８】
また、本発明の運動強度推定装置は、対象者の心電図波形のＲ波のピーク値からＳ波のピーク値までのＲＳ振幅、前記Ｒ波の高さ、または前記Ｓ波の深さのいずれかを算出するように構成された第１の算出部と、前記心電図波形のＴ波の振幅または高さのいずれかを算出するように構成された第２の算出部と、前記Ｔ波の振幅または高さを、前記ＲＳ振幅、前記Ｒ波の高さ、または前記Ｓ波の深さのいずれかを用いて規格化した値を、前記対象者の運動強度を示す第１の指標として算出するように構成された第３の算出部とを備えることを特徴とするものである。【０００９】
また、本発明の運動強度推定プログラムは、対象者の心電図波形のＲ波のピーク値からＳ波のピーク値までのＲＳ振幅、前記Ｒ波の高さ、または前記Ｓ波の深さのいずれかを算出する第１のステップと、前記心電図波形のＴ波の振幅または高さのいずれかを算出する第２のステップと、前記Ｔ波の振幅または高さを、前記ＲＳ振幅、前記Ｒ波の高さ、または前記Ｓ波の深さのいずれかを用いて規格化した値を、前記対象者の運動強度を示す第１の指標として算出する第３のステップとを、コンピュータに実行させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Ｔ波の変化を的確に把握することができ、対象者の心電図波形の振幅が変動する場合でも、対象者の運動強度を示す適切な指標を得ることができる。本発明では、ウェアラブルな波形計測デバイスを用いた場合にも、適切な指標を得ることができる。その結果、本発明では、対象者の運動強度を正しく推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、ＥＣＧ波形の例を示す図である。
【図２】図２は、心拍数の例を示す図である。
【図３】図３は、ＥＣＧ波形のＴ波の振幅をプロットした図である。
【図４】図４は、ＥＣＧ波形のＲＳ振幅で規格化したＴ波の振幅をプロットした図である。
【図５】図５は、ＥＣＧ波形のＴ波の振幅に心拍数を乗じた値を示す図である。
【図６】図６は、ＥＣＧ波形の規格化したＴ波の振幅に心拍数を乗じた値を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施例に係る運動強度推定装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明の実施例に係る運動強度推定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図９】図９は、ＥＣＧ波形のＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波の例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例に係る運動強度推定装置を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
［発明の原理］
図１は、被験者がランニングをしているときに、ウェアラブルデバイスを用いて取得した、被験者のＥＣＧ波形を示す図である。図１の（ａ）のグラフ（６００秒分）において、横軸のおよそ２２０〜４４０秒の区間では、ＥＣＧ波形の振幅レベルが何らかの理由によって低下している。
【００１３】
図１の（ｂ）は図１の（ａ）のグラフの１５０秒付近を拡大したものであり、図１の（ｃ）は図１の（ａ）のグラフの３５０秒付近を拡大したものである。図１の（ｂ）、（ｃ）の○印はＴ波のピークの位置を示している。図１の（ｂ）、（ｃ）によると、１５０秒付近に比べ、３５０秒付近ではＲ波の振幅レベルが低下していることが分かる。したがって、Ｔ波の高さを評価するには、Ｒ波の振幅との相対的な関係を考慮すべきであることが示唆される。
【００１４】
図２は、図１の（ａ）と同一の計測期間における被験者の心拍数を示す図である。図２によれば、２２０〜４４０秒の区間の心拍数が高く、また３３０秒あたりにはピークもあり、この付近で最も運動強度が上がっていると推測できる。
【００１５】
前述のように、Ｔ波の高さは、心室の拡張末期容量に対応しており、心臓にかかっている負荷、すなわち被験者に課されている運動の強度を、心拍数とは異なる側面から反映する指標になっていると考えられる。ただし、ＥＣＧ波形の振幅レベルの変動を考慮して適切に評価する必要がある。
【００１６】
図３は、図１の（ａ）のＥＣＧ波形におけるＴ波の振幅をプロットした図である。Ｔ波の振幅は、例えばＥＣＧ波形からＲ波を検出し、そのＲ波に引き続く一定の時間幅における最大値と最小値を検出して、最大値と最小値との差を取る、などといった手法で求めることができる。
【００１７】
一方、図４は、図３のＴ波の振幅を、このＴ波と同じ心拍のＲＳ振幅で除した値、すなわちＲＳ振幅で規格化したＴ波の振幅をプロットした図である。ここでは、ＥＣＧ波形のノイズの影響を取り除き、滑らかな曲線を得るため、Ｔ波の振幅とＲＳ振幅の各々を、０．５秒間隔で再サンプリングし、３０秒分の移動平均をとっている。
【００１８】
図３では、２２０〜４４０秒の区間でＴ波の振幅が、他の区間よりも２５％程度大きな値になっている。一方、図４では、２４０〜４４０秒の区間で、規格化したＴ波の振幅が、他の区間よりも５０％ほど大きくなっており、心臓の前負荷予備能の発動や運動強度を、より正確に表している蓋然性が高い。
【００１９】
また、Ｔ波の振幅を、心拍数と組み合わせる（例えば、Ｔ波の振幅と心拍数を掛け合わせる）ことにより、心拍数の情報も取り込んで、運動の強度を表す新たな指標を与えることもできる。
図５は、図３のＴ波の振幅に図２の心拍数を乗じた値を示し、図６は、図４の規格化したＴ波の振幅に図２の心拍数を乗じた値を示している。図３、図４と同様に、図５、図６には差異が見られる。図６の方が、心臓が駆出している血液量に関して、より的確に評価していると考えられる。
【００２０】
［実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図７は本発明の実施例に係る運動強度推定装置の構成を示すブロック図である。運動強度推定装置は、ＥＣＧ波形のサンプリングデータ列を出力する心電計１と、ＥＣＧ波形のサンプリングデータ列とサンプリング時刻の情報とを記憶する記憶部２と、ＥＣＧ波形のＲ波のピーク値からＳ波のピーク値までのＲＳ振幅を算出するＲＳ波算出部３（第１の算出部）と、ＥＣＧ波形のＴ波の振幅を算出するＴ波算出部４（第２の算出部）と、ＥＣＧ波形から心拍数を算出する心拍数算出部５（第４の算出部）と、ＲＳ振幅で規格化したＴ波の振幅を、対象者の運動強度を示す第１の指標として算出する指標算出部６（第３の算出部）と、第１の指標に心拍数を乗じた値を、対象者の運動強度を示す第２の指標として算出する指標算出部７（第５の算出部）と、指標算出部６の算出結果を出力する算出結果出力部８と、指標算出部７の算出結果を出力する算出結果出力部９と、第１の指標に基づいて対象者の運動強度を推定する運動強度推定部１０と、第２の指標に基づいて対象者の運動強度を推定する運動強度推定部１１と、運動強度推定部１０の推定結果を出力する推定結果出力部１２と、運動強度推定部１１の推定結果を出力する推定結果出力部１３とを備えている。
【００２１】
以下、本実施例の運動強度推定装置の動作を図８、図９を用いて説明する。図８は運動強度推定装置の動作を説明するフローチャート、図９はＥＣＧ波形のＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波の例を示す図である。
【００２２】
心電計１は、運動強度推定の対象者のＥＣＧ波形を測定し、ＥＣＧ波形のサンプリングデータ列を出力する（図８ステップＳ１００）。このとき、心電計１は、各サンプリングデータにサンプリング時刻の情報を付加して出力する。なお、ＥＣＧ波形の具体的な測定方法は周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。記憶部２は、心電計１から出力されたＥＣＧ波形のサンプリングデータ列とサンプリング時刻の情報とを記憶する。
【００２３】
ＲＳ波算出部３は、記憶部２に記憶されたＥＣＧ波形のＲ波のピーク値から直後のＳ波のピーク値までの振幅であるＲＳ振幅（図９のＡ１）を心拍毎に算出する（図８ステップＳ１０１）。なお、Ｒ波とＳ波を検出する方法は、例えば特開２０１５−１５６９３６号公報に開示されている。
【００２４】
Ｔ波算出部４は、記憶部２に記憶されたＥＣＧ波形のＴ波の振幅を心拍毎に算出する（図８ステップＳ１０２）。具体的には、Ｔ波算出部４は、Ｒ波のピーク値の時刻から所定の待機時間が経過した後の一定の時間幅の検出期間における最大値（Ｔ波のピーク値）と最小値（Ｔ波のボトム値）とを検出して、最大値から最小値までの振幅（図９のＡ２）を、Ｔ波の振幅として算出する。待機時間は、Ｒ波の直後のＳ波が除去されるように予め設定される。なお、Ｒ波ではなく、Ｓ波のピーク値の時刻を始点として待機時間を定めてもよい。検出期間の時間幅は、Ｔ波のピーク値とその後に続くボトム値とが含まれるように予め設定される。
【００２５】
心拍数算出部５は、記憶部２に記憶されたＥＣＧ波形から心拍数ＨＲ（瞬時心拍数）を心拍毎に算出する（図８ステップＳ１０３）。心拍数算出部５は、Ｒ波と１つ前のＲ波の時間間隔であるＲ−Ｒ間隔（図９のＩ）を心拍毎に検出し、次式により心拍数ＨＲを心拍毎に算出する。
ＨＲ［ｂｐｍ］＝６００００／Ｉ［ｍｓ］                ・・・（１）
【００２６】
指標算出部６は、ＲＳ振幅Ａ１で規格化したＴ波の振幅Ａ２’を、運動強度を示す第１の指標Ｅ１として心拍毎に算出する（図８ステップＳ１０４）。具体的には、指標算出部６は、次式のようにＴ波の振幅Ａ２を、このＴ波と同じ心拍のＲＳ振幅Ａ１（すなわち、Ｔ波の直前のＲＳ振幅Ａ１）で除した値を第１の指標Ｅ１として算出する。
Ｅ１＝Ａ２’＝Ａ２／Ａ１                              ・・・（２）
【００２７】
なお、上記の発明の原理で説明したとおり、式（２）で用いるＴ波の振幅Ａ２を、指標Ｅ１を算出しようとする心拍におけるＴ波の振幅と、この心拍よりも過去の一定時間（例えば３０秒）のＴ波の振幅との平均値としてもよい。同様に、式（２）で用いるＲＳ振幅Ａ１を、指標Ｅ１を算出しようとする心拍におけるＲＳ振幅と、この心拍よりも過去の一定時間（例えば３０秒）のＲＳ振幅との平均値としてもよい。
【００２８】
指標算出部７は、第１の指標Ｅ１に、この第１の指標Ｅ１（Ｔ波）と同じ心拍から算出された心拍数ＨＲを乗じた値を、運動強度を示す第２の指標Ｅ２として心拍毎に算出する（図８ステップＳ１０５）。
Ｅ２＝Ｅ１×ＨＲ                                      ・・・（３）
【００２９】
算出結果出力部８，９は、それぞれ指標算出部６，７による算出結果を出力する（図８ステップＳ１０６）。このときの出力方法としては、例えば算出結果のグラフ表示、算出結果の外部機器への送信などがある。
【００３０】
運動強度推定部１０は、指標算出部６によって算出された第１の指標Ｅ１と所定の閾値ＴＨ１とを比較して、対象者の運動強度を推定する（図８ステップＳ１０７）。具体的には、運動強度推定部１０は、第１の指標Ｅ１が閾値ＴＨ１以下の場合、対象者の運動強度が低いと推定し、第１の指標Ｅ１が閾値ＴＨ１を超える場合、対象者の運動強度が高いと推定する。図４の例では、例えば０．２５［ａ．ｕ．］程度を閾値ＴＨ１とすればよい。なお、閾値ＴＨ１を複数設けて、対象者の運動強度を多段階評価してもよい。
【００３１】
運動強度推定部１１は、指標算出部７によって算出された第２の指標Ｅ２と所定の閾値ＴＨ２とを比較して、対象者の運動強度を推定する（図８ステップＳ１０８）。具体的には、運動強度推定部１１は、第２の指標Ｅ２が閾値ＴＨ２以下の場合、対象者の運動強度が低いと推定し、第２の指標Ｅ２が閾値ＴＨ２を超える場合、対象者の運動強度が高いと推定する。図６の例では、例えば４０［ａ．ｕ．］程度を閾値ＴＨ２とすればよい。上記と同様に、閾値ＴＨ２を複数設けて、対象者の運動強度を多段階評価してもよい。
【００３２】
推定結果出力部１２，１３は、それぞれ運動強度推定部１０，１１の推定結果を出力する（図８ステップＳ１０９）。このときの出力方法としては、例えば推定結果の表示、推定結果の音声出力、推定結果の外部機器への送信などがある。
【００３３】
こうして、本実施例では、Ｔ波の変化を的確に把握することができ、ＥＣＧ波形の振幅が変動する場合でも、対象者の運動強度を示す適切な指標Ｅ１，Ｅ２を得ることができる。その結果、本実施例では、対象者の運動強度を正しく推定することが可能となる。
【００３４】
なお、本発明は、シャツ等の衣服の内側の面に電極を配置して、電極を対象者の体表面と接触させることにより、ＥＣＧ波形を取得するＥＣＧ波形計測デバイス（ウェアラブルデバイス）に好適である。ただし、本発明の適用対象はこのようなＥＣＧ波形計測デバイスに限るものではない。
【００３５】
本実施例で説明した運動強度推定装置の記憶部２とＲＳ波算出部３とＴ波算出部４と心拍数算出部５と指標算出部６，７とは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインターフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図１０に示す。コンピュータは、ＣＰＵ１００と、記憶装置１０１と、インターフェース装置（以下、Ｉ／Ｆと略する）１０２とを備えている。Ｉ／Ｆ１０２には、心電計１と、算出結果出力部８，９のハードウェアとが接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の運動強度推定方法を実現させるための運動強度推定プログラムは記憶装置１０１に格納される。ＣＰＵ１００は、記憶装置１０１に格納された運動強度推定プログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。
【００３６】
なお、本実施例において、ＲＳ振幅Ａ１の代わりに、ＥＣＧ波形の基線からＲ波のピーク値までのＲ波の高さ（図９のＨ１）を用いてもよい。この場合は、ＲＳ波算出部３の代わりに、Ｒ波の高さＨ１を心拍毎に算出するＲ波算出部（第１の算出部）を設けることになる。また、ＲＳ振幅Ａ１の代わりに、ＥＣＧ波形の基線からＳ波のピーク値までのＳ波の深さ（図９のＤ）を用いてもよい。この場合は、ＲＳ波算出部３の代わりに、Ｓ波の深さＤを心拍毎に算出するＳ波算出部（第１の算出部）を設けることになる。また、Ｔ波の振幅Ａ２の代わりに、ＥＣＧ波形の基線からＴ波のピーク値までのＴ波の高さ（図９のＨ２）を用いてもよい。この場合は、Ｔ波算出部４の代わりに、Ｔ波の高さＨ２を心拍毎に算出するＴ波算出部（第２の算出部）を設けることになる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、人の運動強度を推定する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…心電計、２…記憶部、３…ＲＳ波算出部、４…Ｔ波算出部、５…心拍数算出部、６，７…指標算出部、８，９…算出結果出力部、１０，１１…運動強度推定部、１２，１３…推定結果出力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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2019198704.tif 000014
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