(57)【要約】【課題】正確度を高めた心拍変異度を利用する自律神経検査装置を提供する。【解決手段】本発明の自律神経検査装置は、被検者の身体から心電図信号等を検出する信号検出部;その出力信号を変換するA/D変換器;その出力信号から心電図信号のRポイント等を検出するピーク検出部;その出力信号から動雑音をとり除く動雑音除去部を具備して、動雑音除去部の出力信号から平均心拍数等、を求める時間演算部を具備する時間分析部;動雑音除去部の出力信号から超低周波数帯域の強度等を求める周波数分析部;性別、年齢を含む被検者情報を入力して臨時的に貯蔵するデータ入力部;東洋人の性別、年齢及びパラメーターによる基準範囲を設定するためのデータを貯蔵しているデータベース;時間分析部や周波数分析部で出力されたパラメーターが基準範囲の中にあるのかとうかを比較するパラメーター分析部；で構成される。【選択図】図２
2006150065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
心電図信号または酸素飽和度信号を検出する信号検出部と、
前記の信号検出部の出力信号をデジタル信号で変換するA/D変換器と、
前記のA/D変換器の出力信号から心電図信号のRポイント及びRR間隔を検出するピーク検出部と、
前記のピーク検出部の出力信号から動雑音を取り除く動雑音除去部と、
前記の動雑音除去部の出力信号から時間ドメイン(domain)上のパラメーターを求める時間分析部と、
前記の動雑音除去部の出力信号から周波数ドメイン上のパラメーターを求める周波数分析部と、
性別、年齢を含む被検者情報を入力して臨時的に貯蔵するデータ入力部と、
東洋人の性別、年齢及びパラメーターによる基準範囲を設定するためのデータを貯蔵するデータベースと、
前記の時間分析部や前記の周波数分析部から出力されたパラメーターが前記の基準範囲の内にあるのかどうかを比較するパラメーター分析部とを備えたことを特徴とする自律神経検査装置。
【請求項２】
前記の時間ドメイン上のパラメーターとして平均心拍数(mean HRT)を少なくとも含めて、
前記のパラメーター分析部は、前記の時間分析部から受信された平均心拍数が平均心拍数の最大基準値より小さい又は同じであり、平均心拍数の最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べる平均心拍数分析部を少なくとも備えることを特徴とする請求項１記載の自律神経検査装置。
【請求項３】
前記の平均心拍数分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が男子である場合、
前記の平均心拍数の最大基準値(ymax)が
ymax =  -0.1x + 89.1
(但し、ymaxは平均心拍数の最大基準値であり、xは年齢である)
により求められて、
前記の平均心拍数の最小基準値(ymin)が
ymin =  -0.1x + 67.1
(但し、yminは平均心拍数の最小基準値であり、xは年齢である)
により求められることを特徴とする請求項２記載の自律神経検査装置。
【請求項４】
前記の平均心拍数分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が女子である場合、
前記の平均心拍数の最大基準値(ymax)が
ymax = -0.16x + 91.1
(但し、ymaxは平均心拍数の最大基準値であり、xは年齢である)
により求められて、
前記の平均心拍数の最小基準値(ymin)が
ymin = -0.16x + 71.1
(但し、yminは平均心拍数の最小基準値であり、xは年齢である)
により求められることを特徴とする請求項２記載の自律神経検査装置。
【請求項５】
前記の時間ドメイン上のパラメーターとして全体のRR間隔の標準偏差(SDNN)を少なくとも含めて、
前記のパラメーター分析部は、前記の時間分析部から受信された全体のRR間隔の標準偏差(SDNN)をSDNN最大基準値より小さい又は同じであり、SDNN最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べるSDNN分析部を少なくとも備えることを特徴とする請求項１記載の自律神経検査装置。
【請求項６】
前記のSDNN分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が男子である場合、
前記のSDNN最大基準値(ymax)が
ymax  = -0.52x + 80.4
(但し、ymaxはSDNN最大基準値であり、xは年齢であり、ymaxが0より小くなる時にはymaxを0にする)
により求められて、
前記のSDNN最小基準値(ymin)が
ymin =-0.52x + 40.4
(但し、yminはSDNN最小基準値であり、xは年齢であり、yminが0より小くなる時にはyminを0にする)
により求められることを特徴とする請求項５記載の自律神経検査装置。
【請求項７】
前記のSDNN分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が女子である場合、
前記のSDNN最大基準値(ymax)が
ymax =  -0.44x + 71.1
(但し、ymaxはSDNN最大基準値であり、xは年齢であり、ymaxが0より小くなる時にはymaxを0にする)
により求められて、
前記のSDNN最小基準値(ymin)は
ymin =  -0.44x + 38.9
(但し、yminはSDNN最小基準値であり、xは年齢であり、yminが0より小くなる時にはyminを0にする)
により求められることを特徴とする請求項５記載の自律神経検査装置。
【請求項８】
前記の時間ドメイン上のパラメーターとして隣接したRR間隔の差を二乗した値の平均の平方根(RMSSD)を少なくとも含めて、
前記のパラメーター分析部は、前記の時間分析部から受信された隣接したRR間隔の差を二乗した値の平均の平方根(RMSSD)をRMSSD最大基準値より小さい又は同じであり、RMSSD最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べるRMSSD分析部を少なくとも備えることを特徴とする請求項１記載の自律神経検査装置。
【請求項９】
前記のRMSSD分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が男子である場合、
前記のRMSSD最大基準値(ymax)が
ymax =  -0.35x + 56.9
(但し、ymaxはRMSSD最大基準値であり、xは年齢であり、ymaxが0より小くなる時にはymaxを0にする)
により求められて、
前記のRMSSD最小基準値(ymin)が
ymin =  -0.35x + 26.1
(但し、yminはRMSSD最小基準値であり、xは年齢であり、yminが0より小くなる時にはyminを0にする)
により求められることを特徴とする請求項８記載の自律神経検査装置。
【請求項１０】
前記のRMSSD分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が女子である場合、
前記のRMSSD最大基準値(ymax)が
ymax =  -0.35x + 58.9
(但し、ymaxはRMSSD最大基準値であり、xは年齢であり、ymaxが0より小くなる時にはymaxを0にする)
により求められて、
前記のRMSSD最小基準値(ymin)が
ymin =  -0.35x + 27.5
(但し、yminはRMSSD最小基準値であり、xは年齢であり、yminが0より小くなる時にはyminを0にする)
により求められることを特徴とする請求項８記載の自律神経検査装置。
【請求項１１】
前記の時間ドメイン上のパラメーターとして連続されるRR間隔差(SRD)を少なくとも含めて、
前記のパラメーター分析部は、前記の時間分析部から受信された連続されるRR間隔差(SRD)をSRD最大基準値より小さい又は同じであり、SRD最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べるSRD分析部を少なくとも備えることを特徴とする請求項１記載の自律神経検査装置。
【請求項１２】
前記のSRD分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が男子である場合、
前記のSRD最大基準値(ymax)が
ymax = 0.0009x + 1.05
(但し、ymaxはSRD最大基準値であり、xは年齢である)
により求められて、
前記のSRD最小基準値(ymin)が
ymin = 0.0009x + 0.79
(但し、yminはSRD最小基準値であり、xは年齢である)
により求められることを特徴とする請求項１１記載の自律神経検査装置。
【請求項１３】
前記のSRD分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が女子である場合、
前記のSRD最大基準値(ymax)が
ymax =  0.0013x + 1.01
(但し、ymaxはSRD最大基準値であり、xは年齢である)
により求められて、
前記のSRD最小基準値(ymin)が
ymin =  0.0013x + 0.79
(但し、yminはSRD最小基準値であり、xは年齢である)
により求められることを特徴とする請求項１１記載の自律神経検査装置。
【請求項１４】
前記の時間ドメイン上のパラメーターとして圧迫指数(PI)を少なくとも含めて、
前記のパラメーター分析部は、前記の時間分析部から受信された圧迫指数(PI)をPI最大基準値より小さい又は同じであり、PI最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べるPI分析部を少なくとも備えることを特徴とする請求項１記載の自律神経検査装置。
【請求項１５】
前記のPI分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が男子である場合、
前記のPI最大基準値(ymax)が
ymax = 1.88x + 13.9
(但し、ymaxはPI最大基準値であり、xは年齢である)
により求められて、
前記のPI最小基準値(ymin)が
ymin = 1.88x - 40.1
(但し、yminはPI最小基準値であり、xは年齢であり、yminが0より小くなる時にはyminを0にする)
により求められることを特徴とする請求項１４記載の自律神経検査装置。
【請求項１６】
前記のPI分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が女子である場合、
前記のPI最大基準値(ymax)が
ymax = 1.54x + 29.7
(但し、ymaxはPI最大基準値であり、xは年齢である)
により求められて、
前記のPI最小基準値(ymin)が
ymin = 1.54x - 30.3
(但し、yminはPI最小基準値であり、xは年齢であり、yminが0より小くなる時にはyminを0にする)
により求められることを特徴とする請求項１４記載の自律神経検査装置。
【請求項１７】
前記の周波数ドメイン上のパラメーターとして5分間の全体強度(パワースペックトロム密度)(TP)を少なくとも含めて、
前記のパラメーター分析部は、前記の周波数分析部から受信された5分間の全体強度(TP)をTP最大基準値より小さい又は同じであり、TP最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べるTP分析部を少なくとも備えることを特徴とする請求項１記載の自律神経検査装置。
【請求項１８】
前記のTP分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が男子である場合、
前記のTP最大基準値(ymax)が
ymax = -0.031x + 8.93
(但し、ymaxはTP最大基準値であり、xは年齢である)
により求められて、
前記のTP最小基準値(ymin)が
ymin = -0.031x + 7.07
(但し、yminはTP最小基準値であり、xは年齢である)
により求められることを特徴とする請求項１７記載の自律神経検査装置。
【請求項１９】
前記のTP分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が女子である場合、
前記のTP最大基準値(ymax)が
ymax =  -0.27x + 8.61
(但し、ymaxはTP最大基準値であり、xは年齢である)
により求められて、
前記のTP最小基準値(ymin)が
ymin  =  -0.27x + 6.89
(但し、yminはTP最小基準値であり、xは年齢である)
により求められることを特徴とする請求項１７記載の自律神経検査装置。
【請求項２０】
前記の周波数ドメイン上のパラメーターとして低周波数帯域(LF)強度(パウォスペックトロム)を少なくとも含めて、
前記のパラメーター分析部は、前記の周波数分析部から受信された低周波数帯域(LF)強度を、LF最大基準値より小さい又は同じであり、LF最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べるLF分析部を少なくとも備えることを特徴とする請求項１記載の自律神経検査装置。
【請求項２１】
前記のLF分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が男子である場合、
前記のLF最大基準値(ymax)が
ymax = -0.044x + 8.38
(但し、ymaxはLF最大基準値であり、xは年齢である)
により求められて、
前記のLF最小基準値(ymin)が
ymin = -0.044x + 6.22
(但し、yminはLF最小基準値であり、xは年齢である)
により求められることを特徴とする請求項２０記載の自律神経検査装置。
【請求項２２】
前記 LF分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が女子である場合、
前記のLF最大基準値(ymax)が
ymax =  -0.038x + 7.76
(但し、ymaxはLF最大基準値であり、xは年齢である)
により求められて、
前記のLF最小基準値(ymin)が
ymin =  -0.038x + 5.74
(但し、yminはLF最小基準値であり、xは年齢である)
により求められることを特徴とする請求項２０記載の自律神経検査装置。
【請求項２３】
前記の周波数ドメイン上のパラメーターとして高周波数帯域(HF)強度(パウォスペックトロム)を少なくとも含めて、
前記のパラメーター分析部は、前記の周波数分析部から受信された高周波数帯域(HF)強度(パワースペックトロム密度)がHF最大基準値より小さい又は同じであり、HF最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べるHF分析部を少なくとも備えることを特徴とする請求項１記載の自律神経検査装置。
【請求項２４】
前記のHF分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が男子である場合、
前記のHF最大基準値(ymax)が
ymax =  -0.034x + 7.42
(但し、ymaxはHF最大基準値であり、xは年齢である)
により求められて、
前記のHF最小基準値(ymin)が
ymin =  -0.034x + 5.04
(但し、yminはHF最小基準値であり、xは年齢である)
により求められることを特徴とする請求項２３記載の自律神経検査装置。
【請求項２５】
前記のHF分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が女子である場合、
前記のHF最大基準値(ymax)が
ymax =  -0.035x + 7.55
(但し、ymaxはHF最大基準値であり、xは年齢である)
により求められて、
前記のHF最小基準値(ymin)が
ymin =  -0.035x + 5.23
(但し、yminはHF最小基準値であり、xは年齢である)
により求められることを特徴とする請求項２３記載の自律神経検査装置。
【請求項２６】
前記の周波数ドメイン上のパラメーターとして正規化した低周波数帯域(LF)強度(パワースペックトロム密度)、正規化した高周波数帯域(HF)強度(パワースペックトロム密度)を少なくとも含めて、
前記のパラメーター分析部は、
前記の周波数分析部から受信された正規した低周波数帯域(LF)強度が、正規化したLF強度の最大基準値より小さい又は同じであり、正規化したLF強度の最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べる正規化したLF分析部と、
前記の周波数分析部から受信された正規化した高周波数帯域(HF)強度が、正規化したHF強度の最大基準値より小さい又は同じであり、正規化したHF強度の最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べる正規化したHF分析部とを備えることを特徴とする請求項１記載の自律神経検査装置。
【請求項２７】
前記の正規化したLF強度は、低周波数帯域(LF)強度を、LFの強度とHFの強度との合で正規化させたものであり、
前記の正規化したHF強度は、高周波数帯域(HF)強度を、LFの強度とHFの強度との合で正規化させたものであることを特徴とする請求項２６記載の自律神経検査装置。
【請求項２８】
前記の周波数ドメイン上のパラメーターとして低周波数対高周波数の帯域強度比(LF/HF ratio)を少なくとも含めて、
前記のパラメーター分析部は、前記の周波数分析部から受信された低周波数対高周波数の帯域強度比(LF/HF ratio)を、強度比の最大基準値より小さい又は同じであり、強度比の最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べる強度比分析部を少なくとも備えることを特徴とする請求項１記載の自律神経検査装置。
【請求項２９】
前記の強度比分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が男子である場合、
前記の強度比の最大基準値(ymax)が
ymax =  -0.015x + 5.57
(但し、ymaxは強度比の最大基準値であり、xは年齢である)
により求められて、
前記の強度比の最小基準値(ymin)が
ymin =  -0.015x + 1.57
(但し、yminは強度比の最小基準値であり、xは年齢であり、yminが0より小くなる時にはyminを0にする)
により求められることを特徴とする請求項２８記載の自律神経検査装置。
【請求項３０】
前記の強度比分析部で、
前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が女子である場合、
前記の強度比の最大基準値(ymax)が
ymax =  -0.003x + 4.11
(但し、ymaxは強度比の最大基準値であり、xは年齢である)
により求められて、
前記の強度比の最小基準値(ymin)が
ymin =  -0.003x -  0.03
(但し、yminは強度比の最小基準値であり、xは年齢であり、yminが0より小くなる時にはyminを0にする)
により求められることを特徴とする請求項２８記載の自律神経検査装置。
【請求項３１】
前記の周波数分析部は周波数ドメイン上のパラメーターとして感性的状態(Emotional State)(ES)を含めて、
前記の感性的状態(ES)が
【数１】
2006150065.tif 000018
（但し、LFnormは低周波数帯域(LF)強度(PSD)を低周波数帯域(LF)強度(PSD)と高周波数帯域(HF)強度(PSD)との合に正規化したものであり、HFnormは低周波数帯域(LF)強度(PSD)を低周波数帯域(LF)強度(PSD)と高周波数帯域(HF)強度(PSD)との合に正規化したものである）
の式によって求められることを特徴とする請求項１記載の自律神経検査装置。
【請求項３２】
前記の周波数分析部は周波数ドメイン上のパラメーターとして精神的ストレス指数(Mental stress index)(MSI)を含めて、
精神的ストレス指数(MSI)が
【数２】
2006150065.tif 000019
（但し、LFnormは低周波数帯域(LF)強度(PSD)を低周波数帯域(LF)強度(PSD)と高周波数帯域(HF)強度(PSD)との合に正規化したものであり、HFnormは低周波数帯域(LF)強度(PSD)を低周波数帯域(LF)強度(PSD)と高周波数帯域(HF)強度(PSD)との合に正規化したものである）
の式によって求められることを特徴とする請求項１記載の自律神経検査装置。
【請求項３３】
前記の時間分析部は時間ドメイン上のパラメーターとして圧迫指数(PI)を含めて、
圧迫指数(PI)が
【数３】
2006150065.tif 000020
（但し、VSはRR間隔変異の範囲であり、MOはRR間隔データの中でRR間隔の一番ひんぱんな平均(most probable meaning)であり、MOAはRR間隔データでRR間隔の一番ひんぱんな平均(most probable meaning)の個数、即ち、MOの個数である）
の式によって求められることを特徴とする請求項１記載の自律神経検査装置。
【請求項３４】
前記の時間分析部は時間ドメイン上のパラメーターとして肉体的ストレス指数(PSI)を含めて、
肉体的ストレス指数(PSI)は
【数４】
2006150065.tif 000021
（但し、VSはRR間隔変異の範囲であり、MOはRR間隔データの中でRR間隔の一番ひんぱんな平均(most probable meaning)であり、MOAはRR間隔データでRR間隔の一番ひんぱんな平均(most probable meaning)の個数、即ち、MOの個数である）
の式によって求められることを特徴とする請求項１記載の自律神経検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自律神経検査装置に関する。詳しくは、心拍変異度を利用する正確度を高めた自律神経検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
心拍変異度(Heart Rate Variability)(以下、HRVだと言う)と言うのは時間による心拍の周期的な変化を言うものであって、これは体内あるいは外部の環境の要因に対する自律神経系の恒常性(homeostasis)の調節メカニズムを追跡するのに重要な鍵になる。
自律神経検査装置は心拍変異度によって心拍動の微細な変化を波形を通じて分析して、ストレスに対する人体の自律神経の反応を可視化として、現在の健康状態及び精神生理学的な安定状態を確認することができる装備である。
自律神経と言うのは、内臓や血管などの機能を統制する神経であり、校感神経と副交感神経として分けられる。この自律神経が人体の五臓六腑とホルモンの円滑な作用に関与するので自律神経の安定した拮抗作用は元気で楽な心身を維持するのに絶対的な要素である。自律神経はその中枢を間脳の視床下部に置いてあり、末梢を身体内のすべての臓器や組職機関に置いているので、五臓六腑の活動を管掌して呼吸、循環、消化、内分泌機能、新陳代謝などの生命活動に重要な調節機能を担当している。
【０００３】
自律神経系活動と心臓拍動の動きは密接な関係がある。したがって心拍変異度を測定することで自律神経系の活動を推正することができる。特に心拍変異度を測定することで自律神経系の活動を分析する方法は再現性が優れてあり、また非浸湿的な検事方式を適応することができると言う長所がある。
より詳しくは、心拍数は東方結節にある心拍調律細胞の固有の自発性に自律神経系が影響を及ぼして決定される。東方結節は交感神経と副交感神経との両方の支配を受けていて、交感神経と副交感神経とのお互いに相反する影響が均衡を成して心拍数を決める。よって、短期の心拍動数の変異は呼吸、圧受容器(baroreceptor)、化学受容器(chemoreceptor)、自律神経系活動によって決まる。また長い時間の心拍動数の変異は呼吸、圧受容器、化学受容器、自律神経系活動だけではなく体温、代謝量(metabolic rate)、睡眠サイクル等も寄与する。
【０００４】
HRVは東方結節に影響を及ぼす交感神経と副交感神経との間の相互作用に関連があり、これは記録上に表す心拍動数の時間による変化を意味するのではなく、心拍動及びRR間隔(心電図でRポイントから次のRポイントまでの間隔)の変動を反映する。すなわち、一つの心臓週期から次の心臓週期までの間の微細な変異を意味する。
一般的に心拍変異の測定は心電図(以下、ECGだという。)や酸素飽和度(以下、PPGだと言う。)を利用して測定する。心拍間隔は心電図や酸素飽和度の信号上の波形でピーク(peak)を検出して、ピークから次のピークまでの間の間隔を測定して求められて、このように測定された心拍間隔は800msec前後で、続けて変化される。  このような心拍間隔がリアルタイムで測定されればこれを再び数式によってリアルタイムで分当りの心拍動数(分毎の心拍数)に表現することができる。このように測定された心拍間隔から計算された心拍動数の変化グラフをHRT(Heart Rate turbulence)テコグラム(tachogram)と言う。
【０００５】
図1aは正常人の心拍変化の一例で、図1bは疾病状態の人の心拍変化の一例である。
図1a及び図1bは記録時間の間の心拍動の変化を記録したものであるが、ECGまたはPPG上のピーク間の間隔、即ち、RR間隔またはNN(Normal to Normal)間隔が測定されれば、それから瞬間的な心拍動数が計算されて、図1a及び図1bのようなグラフが描かれるようになる。
図1aでの元気な人は前記のようなグラフが不規則的で複雑に現われるが、図1bでの疾病状態にある人の場合には心拍動の微細な変化が非常に単調に現われる。即ち、HRV減少の意味は心拍動の躍動的な変化の複雑性が減少されたことを言い、これは絶えず変化する環境に対する体内適応能力が減少したことを意味する。拍動間の微細な変化から自律神経系の体内の恒常性の調節メカニズムを推正することができる。元気で調節能力のすぐれた人は血中の酸素濃度、体温、血圧などに敏感に反応して素早く短時間の内に生理的な均衡状態に至ることができるが、疾病状態にある場合にはそうではなくて生理的な均衡状態に至ることができなくなる。
【０００６】
HRV分析方法は時間ドメイン(domain)分析と周波数ドメイン分析とで大きく大別される。
時間ドメイン分析(Time domain analysis)は心拍の間のRR間隔を統計的に処理する技法で、一般的には24時間の間の資料を分析するが、ヨーロッパ及び北米の心臓調律と電気生理学(the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology)(以下NASPEだと言う。)の特別専門委員会(the Task Force)では5分記録でも可能であると言っている。特定時間で心拍数や正常なパルス(pulse)の間の間隔が測定される。連続的なECG或いはPPG波形からRR間隔や瞬間的な心拍動が決まる。時間範囲の心拍変異度は主に副交感神経系の影響を反映して、時間範囲分析のすべての単位はmsecである。時間範囲分析で一連の資料は二つの類型で得られる。その中の一つはRR間隔や瞬間心拍動を直接的な測定で得られるものであり、他の一つはRR間隔の差から得られるものである。時間範囲分析を通じて求められるパラメーターでは平均心拍数(Mean Heart rate)、全体RR間隔の標準偏差(以下SDNNという)、隣接したRR間隔の差を二乗した値の平均の平方根(以下、RMSSDだと言う)がある。
【０００７】
周波数ドメイン分析はFFT(ピュリエに変換: Fast Fourier Transform)を利用して周波数範囲を分析することで、HRV変動信号を構成する各周波数帯域を分離して評価する分析方式である。すなわち、HRV信号はそれぞれ他の帯域の周波数信号が合されて一つの複雑な信号で現われるようになるので、このようなHRV信号を構成する各周波数帯域の強度(PSD: Power Spectral Density)を分離して評価する方式である。周波数範囲分析を通じて求められるパラメーターは超低周波数帯域(Very low frequency)(以下VLFだと言う)の強度、低周波数帯域(low frequency)(以下LFだと言う)の強度、高周波数帯域(High frequency)(以下HFだと言う)の強度、5分間全体の強度(5-minute total power)(以下TPだと言う)、低周波数対高周波数の帯域の強度比(LF/HF ratio)、正規化した低・高周波数帯域の強度(normalized LF and HF)がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし従来の自律神経検査装置は動雑音などによってパラメーターが間違って測定される場合がある。また従来の自律神経検査装置で検査値に対する基準値が東洋人には合わなくて誤った結果を出す場合が多くあった。これらの基準値はNASPEで定義した基準値を使うので、これらの基準値は西洋人を基準としで測定されて作われたものなので、韓国を含めた日本などの東洋人には適切な基準値ではない。
したがって正確度を高めた自律神経検査装置が要望される。
【０００９】
本発明では時間ドメイン分析だけではなくて周波数ドメイン分析も行い、動雑音をとり除いて、東洋人にあう基準値を具備して、心拍変異度を利用する正確度を高めた自律神経検査装置を提供する。
【００１０】
また本発明では圧迫指数(肉体的ストレス指数)、感性的状態(精神的ストレス指数)を定量的に分析することができる指数を具備する自律神経検査装置を提供する。
また本発明は自律神経系活動に対する定量分析をして交感神経や副交感神経の活動を同時に分析することができるし、本発明は自律神経系均衡の程度を確認することができるし、全般的な健康状態を予測することができるし、ストレスによる身体の反応ぐらいを確認することができるし、ストレスに対する反応の急性/慢性の程度を把握するし、肉体的/精神的のストレスの程度を把握してストレス関連疾患の発病危険を予測し被検者の疲労の程度を易しく確認できるし、心臓の電気的安定度を予測して機能性消化障害の自律神経学的な解釈ができる自律神経検査装置を提供する。
即ち、本発明の目的は交感神経と副交感神経の活動を同時に分析することができるし、自律神経系の均衡程度を確認することができるし、ストレスによる身体の反応ぐらいを確認することができる自律神経検査装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は圧迫指数、感性的状態を定量的に分析する自律神経検査装置を提供することにある。
本発明の他の目的は動雑音をとり除いて正確度を高めた心拍変異度を利用した自律神経検査装置を提供することにある。
本発明の他の目的は韓国及び日本を含めた東洋人に適当な正常基準値(reference)に対する性別、年齢別に構築されたデータベースを具備して、肉体的、感性的状態の程度、全般的な健康状態の程度をより正確に分析することができる自律神経検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成する本発明は、心電図信号または酸素飽和度信号を検出する信号検出部と、前記の信号検出部の出力信号をデジタル信号で変換するA/D変換器と、前記のA/D変換器の出力信号から心電図信号のRポイント及びRR間隔を検出するピーク検出部と、前記のピーク検出部の出力信号から動雑音を取り除く動雑音除去部と、前記の動雑音除去部の出力信号から時間ドメイン(domain)上のパラメーターを求める時間分析部と、前記の動雑音除去部の出力信号から周波数ドメイン上のパラメーターを求める周波数分析部と、性別、年齢を含む被検者情報を入力して臨時的に貯蔵するデータ入力部と、東洋人の性別、年齢及びパラメーターによる基準範囲を設定するためのデータを貯蔵するデータベースと、前記の時間分析部や前記の周波数分析部から出力されたパラメーターが前記の基準範囲の内にあるのかどうかを比較するパラメーター分析部とを具備する。
【００１３】
前記の時間分析部は、時間ドメイン(domain)上のパラメーターとして平均心拍数(mean HRT)、全体のRR間隔の標準偏差(SDNN)、隣接したRR間隔の差を二乗した値の平均の平方根(RMSSD)、連続されるRR間隔差(SRD)、圧迫指数(PI)を求める。
【００１４】
前記の周波数分析部は、周波数ドメイン上のパラメーターとして超低周波数帯域(VLF)強度(パワースペックトロム密度)(PSD)、低周波数帯域(LF)強度(PSD)、高周波数帯域(HF)強度(PSD)、5分間の全体強度(TP)、低周波数帯域の正規化した強度(normalized LF)、高周波数帯域の正規化した強度(normalized HF)、低周波数対高周波数の帯域強度比(LF/HF ratio)、感性的状態(ES)、精神的ストレス指数(MSI)を求める。
【００１５】
前記のパラメーター分析部は、各々パラメーターの基準範囲として、性別及び年齢による各々パラメーターの最大基準値と最大基準値とを求める。また、この各々パラメーターの最大基準値及び最大基準値を利用して、前記の時間分析部や前記の周波数分析部から受信されたパラメーターが基準範囲の中であるのかどうか判断する。
【００１６】
例えば、前記のパラメーター分析部は、前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が男子である場合、前記の平均心拍数の最大基準値(ymax)が
ymax =  -0.1x + 89.1  (但し、ymaxは平均心拍数の最大基準値であり、xは年齢である)
により求められて、前記の平均心拍数の最小基準値(ymin)が
ymin =  -0.1x + 67.1  (但し、yminは平均心拍数の最小基準値であり、xは年齢である)
により求められる。
【００１７】
また、前記のデータ入力部から入力された被検者の性別が女子である場合、前記の平均心拍数の最大基準値(ymax)が
ymax = -0.16x + 91.1  (但し、ymaxは平均心拍数の最大基準値であり、xは年齢である)
により求められて、前記の平均心拍数の最小基準値(ymin)が
ymin = -0.16x + 71.1  (但し、yminは平均心拍数の最小基準値であり、xは年齢である)
により求められる。
他のパラメーターも性別によって年齢を変数(x)とした本発明の数学式から求められる。
【発明の効果】
【００１８】
以上で説明したように、本発明の自律神経検査装置は圧迫の程度、感性的状態の程度、精神的ストレスの程度を定量的に分析して、また動雑音をとり除いて正確度を高めた。
また本発明の自律神経検査装置は韓国及び日本を含めた東洋人に適切な正常基準値(reference)を性別、年齢別に構築されたデータベースを具備して、肉体的状態、精神的状態、感性的状態を含める全般的な健康状態の程度をより正確に分析することができる。
また本発明の自律神経検査装置で自律神経系活動に対する定量分析をして交感神経や副交感神経の活動を同時に分析することができるし、自律神経系の均衡程度を確認することができるし、全般的な健康状態を予測してストレスによる身体の反応ぐらいを確認することができるし、ストレスに対する反応の級性/晩性の程度を把握することができるし、肉体的/精神的ストレスの程度を把握してストレス関連疾患の発病危険を予測することができるし、被検者の疲労程度を易しく確認して、心臓の電気的な安定度を予測して、機能性消化障害などの自律神経学的な解釈をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の一実施例による自律神経検査装置の構成及び動作を添付した図面を参照して詳しく説明する。
図2は本発明の望ましい一実施例による自律神経検査装置の構成を概略的に説明するためのブロック図として、信号検出部(1000)、A/D変換器(1300)、ピーク検出部(1600)、時間分析部(2000)、周波数分析部(3000)、パラメーター分析部(4000)、基準値データベース(5000)、データ入力部(5500)、分析結果表示部(6000)を具備する。
信号検出部(1000)は被検者の身体から心電図(ECG)信号及び酸素飽和度(PPG)信号を検出するためのもので、ECG信号検出部(100)とPPG信号検出部(500)を具備する。
ECG信号検出部(100)は二つの心電図電極、増幅器、フィルターで構成され、二つの心電図電極から心電図信号を検出し増幅した後、雑音を取り除く。
PPG信号検出部(500)は光学センサー、増幅器、フィルターを具備して、光学センサーからPPG信号を検出して増幅した後、雑音を取り除く。
A/D変換器(1300)は信号検出部(1000)のECG信号検出部(100)及びPPG信号検出部(500)の出力信号をデジタル信号に変換する。
【００２０】
ピーク検出部(1600)はA/D変換器(1300)の出力信号から心電図信号のピーク(peak)であるRポイントを検出して、RR間隔を求めて、心拍数を計算する。一般的に一週期の心電図信号はP、Q、R、S、Tポイントを具備して、その中にピーク点にあたるポイントがRポイントなので、ここではRポイントを検出する。そしてRR間隔、即ち、Rポイントから次のRポイントまでの間隔を求める。RR間隔は心拍の周期にあたる。RR間隔の値から該当の時間の心拍数を計算して、測定時の間に貯蔵する。測定が完了すれば貯蔵した値を時間分析部(2000)へ伝達する。
時間分析部(2000)は統計的な技法を利用して時間ドメインパラメーター、すなわち、平均心拍数(mean HRT)、全体RR間隔の標準偏差(SDNN)(以下、SDNNという)、隣接したRR間隔の差を二乗した値の平均の平方根(RMSSD)(以下、RMSSDと言う)、連続されるRR間隔差(successive RR interval difference)(以下、SRDという)、近似エントロピー(approximate entrophy)(以下、APENという)、圧迫指数(pressure index)(以下、PIと言う)を求める。特に圧迫指数(PI)は肉体的なストレス指数(Physical Stress index)(以下、PSIと言う)とも言える。
【００２１】
周波数分析(3000)は周波数ドメインパラメーター、すなわち、FFT変換を通じて得られた結果を超低周波数帯域(VLF)、低周波数帯域(LF)、高周波数帯域(HF)の領域帯別で強度を計算してこれを利用して5分間全体強度(TP)、低周波数帯域の正規化した強度(normalized LF)、高周波数帯域の正規化した強度(normalized HF)、低周波数対高周波数の帯域強度比(LF/HF ratio)を演算する。低周波数対高周波数の帯域強度比(LF/HF ratio)から感性的状態(emotional state)(以下、ESだと言う)を決める。特に感性的状態(ES)は精神的ストレス指数(mental stress index)(以下、MSIと言う)とも言える。
【００２２】
基準値データベース(5000)は正常人でいる約5000人の臨床データを基にして得られた性別、年齢による正常範囲に対するデータベースである。これを基にして正常有無、即ち、正常であるかとうかに対する判断できる。基準値データベース(5000)は韓国及び日本を含めた東洋人に適切なデータベースである。
データ入力部(5500)では被検者の性別、年齢を入力して臨時的に貯蔵する。
パラメーター分析部(4000)は時間分析部(2000)及び周波数分析部(3000)から求められたパラメーター、即ち、平均心拍数、SDNN、RMSSD、APEN、SRD、PI、TP、VLFの強度、LFの強度、HFの強度、低周波数帯域の正規化した強度(normalized LF)、高周波数帯域の正規化した強度(normalized HF)、低周波数対高周波数の帯域強度比(LF/HF ratio)、ESと基準値データベース(500)に既に構築されている値を利用した基準範囲とを比較して分析する。そして時間分析部(2000)及び周波数分析部(3000)から検出された各パラメーター毎に持つ生体信号と臨床結果との関係を類推して自律神経の活性度、自律神経の均衡度、ストレス抵抗度、ストレス指数、疲労度、心臓安定度、異常心拍動数などを分析する。
【００２３】
ピーク検出部(1600)、時間分析部(2000)、周波数分析部(3000)、パラメーター分析部(4000)はマイクロプロセッサーによって成している。
分析結果表示部(6000)では分析結果を二つの方法によって表示される。第1表示方法は各パラメーターの固有の値を正常領域を基準としで表示する一般的な表示方法で、圧迫指数(PI)、感性的状態(ES)などを表示する。
第2表示方法は各パラメーター毎に持つ生体信号と臨床結果との関係を類推して自律神経の活性度、自律神経の均衡度、ストレス抵抗度、ストレス指数、疲労度、平均心拍数、心臓安定度、異常心拍動数などを表示する。
図3は図2の信号検出部を説明するための構成図である。図3の(a)は図2のECG信号検出部(100)を説明するためのブロック図であり、図3の(b)は図2のPPG信号検出部(500)を説明するためのブロック図である。
【００２４】
図3の(a)でECG信号検出部(100)は二つの心電図電極(110)、増幅器(130)、フィルター部(160)で構成される。二つの心電図電極(110)は心電図信号を検出する。心電図電極(110)として両手首に装着するやっとこ型リードを使うことができる。増幅器(130)は心電図電極(110)の出力信号を差動増幅する。フィルター部(160)は60Hz雑音などの雑音を取り除く。
図3の(b)ではPPG信号検出部(500)は光学センサー(510)、増幅器(530)、フィルター部(560)で構成される。二つの光学センサー(510)は血液の流れ信号を電気的信号に変えてくれる。増幅器(130)は光学センサー(510)の出力信号を増幅する。フィルター部(160)は60Hz雑音などの雑音を取り除く。
【００２５】
図4は図2のピーク検出部の構成を説明するためのブロック図である。
ピーク検出部(1600)は雑音除去部(1610)、Rポイント検出部(1620)、RR間隔検出部(1630)、心拍数演算部(1640)、バッファー部(1650、1660)を具備する。
雑音除去部(1610)はA/D変換器(1300)から受信された心電図信号からアーティファクト(artifact)を取り除く。
Rポイント検出部(1620)は雑音除去部(1610)の出力信号を微分してその微分波形で変曲点を捜して、この変曲点から第1ピークと第2ピークの値と時間位置を検出する。ここで第1ピークは第1のRポイントにあたり、第2ピークは第2のRポイントにあたる。
RR間隔検出部(1630)はRポイント検出部(1620)の出力信号からRR間隔、即ち、第2のRポイントから第1のRポイントまでの時間間隔を求める。
心拍数演算部(1640)はA/D変換器(1300)から1分間入力されたデータ数を前記のRR間隔で分けて分当りの心拍動数(分毎の心拍数)を演算する。
バッファー部(1650、1660)はRR間隔の検出部(1630)及び心拍数演算部(1640)で求めたRR間隔及び分当りの心拍動数をバッファーリングして、時間制御部(1600)に出力する。
【００２６】
図2のピーク検出部(1600)を図5でより詳しく説明する。
図5は図2のピーク検出部を説明するための手順図である。
A/D変換器(1300)(S110)から受信された心電図信号から30Hzの3次低域通過フィルター(LPF)を通過してアーティファクトをとり除く(S120)。そして微分してその微分波形で変曲点を捜す(S130)。
このように捜さした変曲点から第1ピークがある時間位置、即ち、第1ピーク時間位置を求めて、第1ピーク時間位置にある第1ピーク値を得る(S140)。このようにして得られた第1ピークが所定のR設定基準に当たれば第1ピークとして求められる(S150)。第1ピークが所定のR設定基準に合わないの場合は終了する(S160)。第1ピークは第1のRポイントであり、このRポイントは所定のR設定基準に当たるRポイントで、正常(normal)Rポイントにあたる。
前記の微分波形で第1ピーク時間位置の以後で変曲点を捜して第2ピークがある時間位置、即ち、第2ピーク時間位置を求めて、その時間位置にある第2ピーク値を得る(S170)。このようにして得られた第2ピークが所定のR設定基準に当たれば第2ピークとして求められる(S180)。第２ピークが所定のR設定基準に合わないのの場合は終了する(S190)。第2ピークは第1ピーク直ぐ隣にあるピークであり、第2ピークは第2のRポイントである。第2のRポイントは所定のR設定基準に当たるRポイントで、正常(normal)Rポイントにあたる。また第2のRポイントは第1のRポイントのすぐ次のRポイントになる。
【００２７】
そしてRR間隔である第2のRポイントから第1のRポイントまでの時間間隔、即、第2ピーク時間位置から第1ピーク時間位置までの時間間隔は、第2ピーク時間位置から第1ピーク時間位置を引いて(引き算して)RR間隔を求められる(S200)。前記RR間隔を正常(normal)Rポイントから正常(normal)Rポイントまでの間隔なので、NN間隔とも呼む。前記のRR間隔は心電図の一週期、即ち、一回の心拍動に該当する時間間隔と言える。
したがって分当り心拍動数はA/D変換器(1300)のサンプリング周波数に60を掛ければ1分間のデータ数であり、これを前記のRR間隔で分ければ分当り心拍動数(分毎の心拍数)になる(210)。
次は本発明の中の時間ドメイン(time domain)上で分析されるパラメーターに対して説明する。
時間分析部(2000)は時間分析部(2000)で求めたRR間隔、分当り心拍動数を統計的な技法を用いて平均心拍数(mean HRT)、全体RR間隔の標準偏差(SDNN)、隣接したRR間隔の差を二乗した値の平均の平方根(RMSSD)、近似エントロピー(APEN)、連続されるRR間隔差(SRD)、圧迫指数(PI)を求める。
測定時間の間に取得されたN個のRR間隔(RRI)は式1のように表すことができる。
【００２８】
RRI={I(1)、I(2)、I(3)、...、I(N)}                            （式1）
式1において、RRIは測定時間の間に取得されたN個のRR間隔であり、I(1)、I(2)、I(3)...I(N)はそれぞれRR間隔である。
測定時間の間に取得されたN個の心拍数(以下HRTだと言う)データは式2のように表すことができる。
【００２９】
HRT={hr(1)、hr(2)、hr(3)、...、hr(N)}                          （式2）
HRTは測定時間の間に取得されたN個の心拍数であり、hr(1)、hr(2)、hr(3)、...、hr(N)はそれぞれ心拍数である。hr(1)、hr(2)、hr(3)、...、hr(N)は式1のRR間隔、即ち、I(1)、I(2)、I(3)、...、I(N)によって求められる心拍数である。
【００３０】
i番目心拍数は式3のように表すことができる。
hr(i)=(1分間の総サンプル数)/I(i)                                  （式3）
もしA/D変換器のサンプリング周波数が500Hzであれば、1分間(60秒)の総サンプル数は500×60になって30000になる。
それで記録時間の間の平均心拍動数を平均心拍数(mean HRT)と言い、これを式4のように表すことができる。
【数１】
2006150065.tif 000003
（式4）
式4において、Nは総心拍数であり、hr(i)はi番目の心拍数である。平均心拍数(mean HRT)は分当りの心拍動数で、単位がbpmである。
【００３１】
全体RR間隔の標準偏差(SDNN)は式5によって求める。
【数２】
2006150065.tif 000004
（式5）
式5において、meanRRIは平均RR間隔であり、I(i)はi番目のRR間隔である。
隣接したRR間隔の差を二乗した値の平均の平方根(RMSSD)は式6によって求める。
【数３】
2006150065.tif 000005
（式6）
連続されるRR間隔差(successive RRI difference)(SRD)は式7によって求める。
【数４】
2006150065.tif 000006
（式7）
SRDは5分の区間の中において前部分の日程区間をベースラインとして取って、変化の程度を測定することで、SRDのデータは心拍が一定な状態(status)を維持するのかとうかを分かる指数になる。
【００３２】
圧迫指数(PI)は式8によって求める。
【数５】
2006150065.tif 000007
（式8）
【００３３】
式8において、VSは変位範囲(Variation Scope)で、即ち、RR間隔の変異の範囲である。MOはRR間隔データの中でRR間隔の一番ひんぱんな平均(most probable meaning)であり、MOAはRR間隔データでRR間隔の一番ひんぱんな平均(most probable meaning)の個数、即ち、MOの個数である。
圧迫指数(PI)は肉体的ストレス指数(PSI)とも同じなので、式9のように表れる。
【数６】
2006150065.tif 000008
（式9）
【００３４】
その外に、時間分析部(2000)は近似エントロピー(approximate entrophy)(APEN)を求めるので、APENはタイムシリーズ(time series)でその信号がどのぐらい複雑なのかどうか(complexity)を統計的に定量化した数値で、ここでは全体心拍動時間の一連の複雑性を定量化した数値である。
近似エントロピー(APEN)は式10によって求める。
【数７】
2006150065.tif 000009
（式10）
ただし、この時、Pm(i)は集合RRIの連続されたm個の元素で構成された部分集合であり、Pm={Pm(1)、Pm(2)、Pm(3)、・・・、Pm(N-m+1)}として表すことができる。
そして、0≦k＜mである時、Pm(i)とPm(j)とが｜I(i+k)-I(j+k)｜＜rを満足すれば、二つのパターンであるPm(i)とPm(j)とが「類似である」と定義して、集合PmでPm(i)と「類似である」パターンの個数をnim(r)という。
【００３５】
図6は図2の時間分析部(2000)の構成を説明するためのブロック図として、動雑音除去部(2100)、時間演算処理部(2050)、時間バッファー部(2700)を具備する。時間演算処理部(2050)は平均心拍数演算部(2200)、SDNN演算部(2300)、RMSSD演算部(2400)、SRD演算部(2500)、PI演算部(2600)を具備して、時間バッファー部(700)は第1時間バッファー部(2150)、第2時間バッファー部(2250)、第3時間バッファー部(2350)、第4時間バッファー部(2450)、第5時間バッファー部(2550)、第6時間バッファー部(2650)を具備する。
動雑音除去部(2100)はピーク検出部(1600)で入力されたデータの中で動雑音(motion artifact)によって間違って検出されたデータを取り除いてその位置に動雑音のないのきれいなデータで代置する。
【００３６】
平均心拍数演算部(2200)は動雑音除去部(2100)の出力信号を利用して式4によって平均心拍数(mean HRT)を求める。
SDNN演算部(2300)は動雑音除去部(2100)の出力信号及び平均心拍数演算部(2200)の出力信号を利用して式5によって全体RR間隔の標準偏差(SDNN)を求める。
RMSSD演算部(2400)は動雑音除去部(2100)の出力信号を利用して式6によって隣接したRR間隔の差を二乗した値の平均の平方根(RMSSD)を求める。
SRD演算部(2500)は動雑音除去部(2100)の出力信号を利用して式7によって連続されるRR間隔差(SRD)を求める。
PI演算部(2600)は平均心拍数演算部(2200)の出力信号を利用して式8によってPIを求める。
また図面に図示されでないが、時間分析部(2000)はAPEN演算部(未図示)及びこれによるバッファー部をさらに具備する。
【００３７】
第1ないし第6時間バッファー部(2150、2250、2350、2450、2550、2650)は動雑音除去部(2100)、平均心拍数演算部(2200)、SDNN演算部(2300)、RMSSD演算部(2400)、SRD演算部(2500)、PI演算部(2600)の出力信号をバッファーリングして、これらの出力信号を周波数分析部(3000)やパラメーター検出部(4000)に伝送する。
【００３８】
次は本発明中において周波数ドメイン(freauency domain)上で分析されるパラメーターに対して説明する。
周波数分析部(3000)は心拍変異(HRV)信号を構成する各周波数帯域(VLF、LF、HF)の強度(POWER)を分離評価するためのもので、RR間隔の変化を波形分析して各周波数領域の信号が相対的にどのぐらいの強度、即ち、どのぐらいのパワースペックトロム密度(PSD: Power spectral density)を持っているのかを評価するためのものである。
周波数分析部(3000)はピーク検出部(1600)の出力信号から周波数分析を進行するためにFFT変換を行う。FFT変換を通じて得られた結果を超低周波数帯域(VLF)、低周波数帯域(LF)、高周波数帯域(HF)の領域帯別での強度を計算してこれらを利用して5分間全体強度(TP)、低周波数帯域の正規化した強度(normalized LF)、高周波数帯域の正規化した強度(normalized HF)、低周波数帯域対高周波数帯域の強度比(LF/HF ratio)などを計算する。
【００３９】
VLF、LF、HFの主要な周波数帯域及びそのパウォスペックトロムの分布は固定的ではなくて、呼吸や心臓に対する自律神経系の調節に応じて多様に表れる。高周波数領域(HF)のHRVの大きさは呼吸による迷走神経の副交感神経の活性に関係があって、低周波数の領域のHRVの大きさは迷走神経活性と交感神経活との両方に影響を受ける。そして低周波数領域の大きさ/高周波数領域の大きさの比は交感神経の活性と副交感神経の活性との均衡を反映する指数になる。
一般的に5分間の心拍変異(HRV)信号の主要な周波数帯域は0.04Hzから0.4Hzまでの間である。図7は心拍変異(HRV)信号の主要な周波数帯域でのパウォスペックトロム密度(以下、PSDと言う)の一例を表す。
【００４０】
心拍変異(HRV)信号のパワースペックトロム密度(PSD(x))、即ち、PSD(x)は周波数がxであるパワースペックトロム密度で、xは0.0≦x≦0.4である。
VLF(Very low frequency)のPSDは0.0033〜0.04Hzの周波数帯域のPSDであり、交感神経の付加的な情報を提供してくれる。VLFのPSDは式11のように表れる。
【数８】
2006150065.tif 000010
（式11）
式11で、VLFはVLFでのPSDを表す。
LF(low frequency)のPSDは0.04〜0.15Hzの周波数帯域のPSDであり、血圧の調節及びメカニズムの活動を反映する0.1Hzの附近の相対的な低周波成分であり、交感神経系や副交感神経系の活動を同時に反映する。LFのPSDは式12のように表れる。
【数９】
2006150065.tif 000011
（式12）
式12で、LFはLFでのPSDを表す。
【００４１】
HF(High frequency)のPSDは0.15〜0.4Hzの周波数帯域のPSDであり、この周波数帯域は呼吸に関連がある周波数帯域(Respiratory band)で、即ち、呼吸活動と関連がある相対的な高周波数成分である。HFのPSDは副交感神経系(迷走神経)の活動に対する指数である。HFのPSDは式13に表れる。
【数１０】
2006150065.tif 000012
（式13）
式13で、HFはHFでのPSDを表す。
5分間全体強度(5-minute total power)(TP)はVLF、LF、HFのPSDを含む5分間のすべてのパワー(power)を意味する。これは基本的な影響の因子である交感神経の活動だけではなく、自律神経系の全体的な活動を反映する。TPは式14のように表す。
【数１１】
2006150065.tif 000013
（式14）
式14においてVLF、LF、HFはVLF、LF、HFのPSDを表す。すなわち、5分間の全体強度(TP)は周波数xが0.0033≦x≦0.4であるパワースペックトロム密度(PSD)である。
【００４２】
低周波数帯域の正規化した強度(normalized LF)(LFnorm)はLFのPSDとHFのPSDとを合わせた値でLFのPSDを正規化したものである。低周波数帯域の正規化した強度(LFnorm)は式15のように表れる。
【数１２】
2006150065.tif 000014
（式15）
式15でLF、HFはLF、HFのPSDを表す。
高周波数帯域の正規化した強度(normalized HF)(HFnorm)はLFのPSDとHFのPSDとを合わせた値でHFのPSDを正規化したものである。高周波数帯域の正規化した強度(HFnorm)は式16のように表れる。
【数１３】
2006150065.tif 000015
（式16）
式16でLF、HFはLF、HFのPSDを表す。
【００４３】
低周波数帯域の正規化した強度(LFnorm)及び高周波数帯域の正規化した強度(HFnorm)で自律神経系の二つの系統の調節程度及び均衡程度が分かる。
低周波数対高周波数の帯域強度比(LF/HF ratio)(Ratio)はLFとHFの間の割合で、低周波数対高周波数の帯域強度比(Ratio)は交感神経と副交感神経との間の全体的な均衡ぐらいを反映する。低周波数対高周波数の帯域強度比(LF/HF ratio)(Ratio)は交感神経の活動度に比例して、副交感神経の活動度に反比例する。低周波数対高周波数の帯域強度比(Ratio)は式17のように表れる。
【数１４】
2006150065.tif 000016
（式17）
式17でLFnormは低周波数帯域の正規化した強度であり、HFnormは高周波数帯域の正規化した強度であり、Ratioは低周波数対高周波数の帯域強度比を表す。
【００４４】
感性的状態(Emotional State)(ES)や精神的ストレス(Mental stress index)(MSI)は低周波数対高周波数の帯域強度比(LF/HF ratio)であり、これを数学式で表示すれば式18のようになる。
【数１５】
2006150065.tif 000017
（式18）
【００４５】
図8は図2の周波数分析部の構成を説明するためのブロック図で、FFT演算処理部(3100)、TP演算部(3200)、VLF演算部(3300)、LF演算部(3400)、HF演算部(3500)、正規化演算部(3600)、強度比演算部(3700)、第1ないし第6周波数バッファー部(3250、3350、3450、3550、3650、3750)に成している。
【００４６】
FFT演算処理部(3100)は時間分析部(2000)の動雑音除去部(2100)から第1時間バッファー部(2150)を通じて受信された信号、すなわち、時間分析部(2000)の動雑音除去部(2100)から動雑音を取り除いて動雑音があった部分を動雑音のないのきれいなデータで代置した心電図信号からFFTを求める。
TP演算部(3200)はFFT演算処理部(3100)の出力信号を利用して、5分間の全体強度(TP)、すなわち、5分間の全体のPSDを求める。
VLF演算部(3300)はFFT演算処理部(3100)の出力信号を利用して式11によって0.0033〜0.04Hzの周波数帯域のPSDを求める。
LF演算部(3400)はFFT演算処理部(3100)の出力信号を利用して式12によって0.04〜0.15Hzの周波数帯域のPSDを求める。
HF演算部(3500)はFFT演算処理部(3100)の出力信号を利用して式13によって0.15〜0.4Hzの周波数帯域のPSDを求める。
正規化演算部(3600)はLF演算部(3400)及びHF演算部(3500)の出力信号を利用して式15と式16によって低周波数帯域の正規化した強度(LFnorm)と高周波数帯域の正規化した強度(HFnorm)を求める。
強度比演算部(3700)は正規化演算部(3600)の出力信号を利用して式17によって低周波数(LF)対高周波数(HF)の帯域強度比(LF/HF ratio)(Ratio)を求める。低周波数(LF)対高周波数(HF)の帯域強度比(LF/HF ratio)(Ratio)は感性的状態(Emotional State)(ES)及び精神的ストレス指数(Mental stress index)(MSI)にあたる。
【００４７】
第1ないし第6周波数バッファー部(3250、3350、3450、3550、3650、3750)はTP演算部(3200)、VLF演算部(3300)、LF演算部(3400)、HF演算部(3500)、正規化演算部(3600)、強度比演算部(3700)の出力信号をバッファーリングして、これをパラメーター部(4000)に伝達する。
【００４８】
次は本発明で構築された基準値データベースに対して説明する。
基準値データベース(5000)は正常である約5000人余りの臨床データを基にして得られた性別、年齢による正常範囲に関するデータベースである。
図9は韓国人の男子らの年齢による平均心拍数の一例であり、図10は韓国人の女子らの年齢による平均心拍数の一例である。
【００４９】
図9から韓国の男子らの平均心拍数に対するフィッティング線の方程式は式19のように求められた。この時、標準偏差は約±11である。
y=-0.1x + 78.1                                                    （式19）
ここでyは平均心拍数を表して、xは年齢を表す。したがってデータベースには東洋人の男の平均心拍数に対して係数である-0.1、切片である78.1、標準偏差である±11を貯蔵される。
【００５０】
図10から韓国の女子らの平均心拍数に対するフィッティング線の方程式は式20のように求められる。この時、標準偏差は約±10である。
y=-0.16x + 81.1                                                  （式20）
ここでyは平均心拍数を表して、xは年齢を表す。したがってデータベースには東洋人の女子の平均心拍数に関する係数である-0.16、切片である81.1、標準偏差である±10が貯蔵される。
即ち、図9や図10は基準値データベースを構築するために統計作業を遂行したグラフの一例で、他のパラメーターも同じ方式によって求められ、そのグラフのフィッティング線を通じて基準範囲が求められた。
【００５１】
パラメーター分析部(4000)はデータベース(5000)を基にして基準範囲の内であるのかどうかを判断する。本発明で構築された基準値データベース(5000)は韓国及び日本を含めた東洋人に適当なデータベースである。
すなわち、本発明において、各パラメーターの基準範囲は式21のように表れることができる。
ymax=Ax + B + C
ymin=Ax + B - C                                                  （式21）
ここでymaxはそのパラメーターの最大基準値を表し、yminはそのパラメーターの最小基準値を表して、ymax及びyminは0より大きい。またxは年齢を表し、Cは標準偏差を表す。A、B、Cは性別やパラメーターによって変わる値で、データベースに既に貯蔵された値である。Aはそのパラメーターの係数に該当する。Bはそのパラメーターの切片にあたる。即ち、各パラメーターの値がそのパラメーターの最大基準値と最小基準値の中にある場合、そのパラメーターは基準範囲の内にあることとして決定する。
【００５２】
図11は図2のパラメーター分析部の構成を説明するためのブロック図であり、平均心拍数分析部(4100)、SDNN分析部(4150)、RMSSD分析部(4200)、SRD分析部(4250)、PI分析部(4300)、TP分析部(4400)、VLF分析部(4450)、LF分析部(4500)、HF分析部(4550)、正規化したLF分析部(4600)、正規化したHF分析部(4650)、強度比分析部(4700)を具備する。以下で周波数分析に関する数理はログスケール(log scale)で表示する。
パラメーター分析部(4000)は時間分析部(2000)から平均心拍数、SDNN、RMSSD、SRD、PI、APENを受信し、また周波数分析部(3000)からTP、VLFの強度(PSD)、LFの強度(PSD)、HFの強度(PSD)、正規化したLFの強度、正規化したHFの強度、LF対HFの帯域強度比を受信する。またデータ入力部(5500)から被検者の性別及び年齢を受信する。被検者の性別によって前記の各パラメーターにあたる係数、切片、標準偏差等々で構成される基準データをデータベース(5000)から読み、式21によって各パラメーターの最大基準値と最小基準値を求める。そして時間分析部(2000)または周波数分析部(3000)から受信された前記の各パラメーターと、各パラメーターの最大基準値及び最小基準値とを比べる。
【００５３】
平均心拍数分析部(4100)は時間分析部(2000)から平均心拍数を受信して、またデータ入力部(5500)から被検者の性別及び年齢を受信する。被検者の性別によってデータベース(5500)から読み取った所定の平均心拍数基準データから式21によって平均心拍数の最大基準値及び最小基準値を求める。そして時間分析部(2000)から受信された平均心拍数と前記の平均心拍数の最大基準値及び最小基準値とを比べる。即ち、平均心拍数分析部(4100)は時間分析部(2000)から受信された平均心拍数が平均心拍数の最小基準値より大きい又は同じであり、平均心拍数の最大基準値より小さい又は同じであるのかどうかを比較する(平均心拍数の最小基準値≦平均心拍数≦平均心拍数の最大基準値)。本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が男子である場合にはデータベース(5500)から読み取った所定の平均心拍数基準データは係数が-0.1、切片が78.1、標準偏差が11であり、したがって男子の平均心拍数の最大基準値及び最小基準値は式22のようになる。そして本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が女子である場合にはデータベース(5500)から読み取った所定の平均心拍数基準データは係数が-0.16、切片が81.1、標準偏差が10であり、したがって女子の平均心拍数の最大基準値及び最小基準値は式23のようになる。
ymax  =  -0.1x + 78.1 + 11  =  -0.1x + 89.1
ymin  =  -0.1x + 78.1 - 11  =  -0.1x + 67.1                  （式22）
ymax  =  -0.16x + 81.1 + 10  =  -0.16x + 91.1
ymin  =  -0.16x + 81.1 - 10  =  -0.16x + 71.1                  （式23）
ここでymaxは平均心拍数の最大基準値であり、yminは平均心拍数の最小基準値で、xは年齢である。  ymax及びyminの単位はbpm(bit/minute)である。
【００５４】
SDNN分析部(4150)は時間分析部(2000)からSDNNを受信し、またデータ入力部(5500)から被検者の性別及び年齢を受信する。被検者の性別によってデータベース(5500)で読み取った所定のSDNN基準データから式21によってSDNNの最大基準値及び最小基準値を求める。そして時間分析部(2000)から受信されたSDNNと前記のSDNNの最大基準値及び最小基準値とを比べる。即ち、SDNN分析部(4150)は時間分析部(2000)から受信されたSDNNが、SDNN最大基準値より小さい又は同じであり、SDNN最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べる(SDNN最小基準値≦SDNN≦SDNN最大基準値)。本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が男子である場合データベース(5500)で読み取った所定のSDNN基準データは係数が-0.52、切片が60.4、標準偏差が20であり、したがって男子のSDNNの最大基準値及び最小基準値は式24のようになる。そして本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が女子である場合にはデータベース(5500)で読み取った所定のSDNN基準データは係数が-0.44、切片が55、標準偏差が16.1であり、したがって女子のSDNNの最大基準値及び最小基準値は式25のようになる。
ymax  =  -0.52x + 60.4 + 20  =  -0.52x + 80.4
ymin  =  -0.52x + 60.4 - 20  =  -0.52x + 40.4                  （式24）
ymax  =  -0.44x + 55 + 16.1  =  -0.44x + 71.1
ymin  =  -0.44x + 55 - 16.1  =  -0.44x + 38.9                  （式25）
ここでymaxはSDNNの最大基準値であり、yminはSDNNの最小基準値であり、xは年齢である。式24及び式25によって求められたymax、yminが0より小くなる場合はその値を0にする。
【００５５】
SDNNと言うパラメーターは心拍変異度(HRV)を表す指数で、これは、即ち、それぞれの正常なRR間隔(NN間隔)が平均とどれだけ差を表すのかを意味するので、SDNNが大きい場合には心拍変動信号がそれほど不規則であるということを意味して、反対にSDNNが小さいという理由は心拍変動信号がそれほど単調であるということを意味する。
RMSSD分析部(4200)は時間分析部(2000)からRMSSDを受信して、またデータ入力部(5500)から被検者の性別及び年齢を受信する。被検者の性別によってデータベース(5500)で読み取った所定のRMSSD基準データから式21によってRMSSDの最大基準値と最小基準値を求める。そして時間分析部(2000)から受信されたRMSSDと前記のRMSSDの最大基準値及び最小基準値とを比べる。即ち、RMSSD分析部(4200)は時間分析部(2000)から受信されたRMSSDが、RMSSD最大基準値より小さい又は同じであり、RMSSD最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べる(RMSSD最小基準値≦RMSSD≦RMSSD最大基準値)。本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が男子である場合にはデータベース(5500)で読み取った所定のRMSSD基準データは係数が-0.35、切片が41.5、標準偏差が15.4であり、したがって男子のRMSSDの最大基準値及び最小基準値は式26のようになる。そして本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が女子である場合データベース(5500)から読み取った所定のRMSSD基準データは係数が-0.35、切片が43.2、標準偏差が15.7であり、したがって女子のRMSSDの最大基準値及び最小基準値は式27のようになる。
ymax  =  -0.35x + 41.5 + 15.4=-0.35x + 56.9
ymin  =  -0.35x + 41.5 - 15.4=-0.35x + 26.1                      （式26）
ymax  =  -0.35x + 43.2 + 15.7=-0.35x + 58.9
ymin  =  -0.35x + 43.2 - 15.7=-0.35x + 27.5                      （式27）
ここでymaxはRMSSDの最大基準値であり、yminはRMSSDの最小基準値であり、xは年齢である。式26及び式27によって求められたymax、yminが0より小くなる時はその値(ymax、ymin)は0にする。隣接したRR間隔の差を二乗した値の平均の平方根(RMSSD)は心臓に関与する自律神経の中で副交感神経の活動を評価しようとする時に利用される変数である。
【００５６】
SRD分析部(4250)は時間分析部(2000)からSRDを受信して、またデータ入力部(5500)から被検者の性別及び年齢を受信する。被検者の性別によってデータベース(5500)で読み取った所定のSRD基準データから式21によってSRDの最大基準値と最小基準値を求める。そして時間分析部(2000)から受信されたSRDと前記のSRDの最大基準値及び最小基準値とを比べる。即ち、SRD分析部(4250)は時間分析部(2000)から受信されたSRDが、SRD最大基準値より小さい又は同じであり、SRD最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べる(SRD最小基準値≦SRD≦SRD最大基準値)。本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が男子である場合データベース(5500)から読み取った所定のSRD基準データは係数が0.0009、切片が0.92、標準偏差が0.13であり、したがって男子のSRDの最大基準値及び最小基準値は式28のようになる。そして本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が女子である場合データベース(5500)から読み取った所定のSRD基準データは係数が0.0013、切片が0.9、標準偏差が0.11であり、したがって女子のSRDの最大基準値及び最小基準値は式29のようになる。
ymax  =  0.0009x + 0.92 + 0.13  =  0.0009x + 1.05
ymin  =  0.0009x + 0.92 - 0.13  =  0.0009x + 0.79            （式28）
ymax  =  0.0013x + 0.9 + 0.11  =  0.0013x + 1.01
ymin  =  0.0013x + 0.9 - 0.11  =  0.0013x + 0.79              （式29）
ここでymaxはSRDの最大基準値であり、yminはSRDの最小基準値であり、xは年齢である。
【００５７】
PI分析部(4300)は時間分析部(2000)からPIを受信して、またデータ入力部(5500)から被検者の性別及び年齢を受信する。被検者の性別によってデータベース(5500)で読み取った所定のPI基準データから式21によってPIの最大基準値及び最小基準値を求める。そして時間分析部(2000)から受信されたPIと前記のPIの最大基準値及び最小基準値とを比べる。即ち、PI分析部(4300)は時間分析部(2000)から受信されたPIが、PI最大基準値より小さい又は同じであり、PI最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べる(PI最小基準値≦PI≦PI最大基準値)。本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が男子である場合データベース(5500)で読み取った所定のPI基準データは係数が1.88、切片が-13.1、標準偏差が27であり、したがって男子のPIの最大基準値及び最小基準値は式30のようになる。そして本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が女子である場合データベース(5500)で読み取った所定のPI基準データは係数が1.54、切片が-0.3、標準偏差が30であり、したがって女子のPIの最大基準値及び最小基準値は式31のようになる。
ymax  =  1.88x - 13.1 + 27  =  1.88x + 13.9
ymin  =  1.88x - 13.1 - 27  =  1.88x - 40.1                  （式30）
ymax  =  1.54x - 0.3 + 30  =  1.54x + 29.7
ymin  =  1.54x - 0.3 - 30  =  1.54x - 30.3                    （式31）
ここでymaxはPIの最大基準値であり、yminはPIの最小基準値であり、xは年齢である。式30及び式31によって求められたymax、yminが0より小くなる時にはその値(ymax、ymin)は0にする。
【００５８】
一般的にHRVの増加は心拍数の増加を意味することではなく、心拍の変化率の増加を意味する。HRVの増加は生理的に心臓拍動が不規則で複雑であるということを意味して、HRVの減少は心臓拍動が規則的で一定であることを意味する。
また図面には図示されないであるが、パラメーター分析部(4000)はAPEN分析部(未図示)をさらに具備する。APEN分析部は時間分析部(2000)からAPENを受信して、またデータ入力部(5500)から被検者の性別及び年齢を受信する。被検者の性別によってデータベース(5500)で読み取った所定のAPEN基準データから式21によってAPENの最大基準値及び最小基準値を求める。そして時間分析部(2000)から受信されたAPENと前記のAPENの最大基準値及び最小基準値とを比べる。
【００５９】
TP分析部(4400)は周波数分析部(3000)からTPを受信して、またデータベース(5500)から被検者の性別及び年齢を受信する。被検者の性別によってデータベース(5500)で読み取った所定のTP基準データから式21によってTPの最大基準値及び最小基準値を求める。そして周波数分析部(3000)から受信されたTPと前記のTPの最大基準値及び最小基準値とを比べる。即ち、TP分析部(4400)は周波数分析部(3000)から受信されたTPが、TPの基準範囲であるTP最大基準値より小さい又は同じであり、TP最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べる(TP最小基準値≦TP≦TP最大基準値)。本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が男子である場合データベース(5500)で読み取った所定のTP基準データは係数が-0.031、切片が8、標準偏差が0.93であり、したがって男子のTPの最大基準値及び最小基準値は式32のようになる。そして本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が女子である場合データベース(5500)で読み取った所定のTP基準データは係数が-0.27、切片が7.75、標準偏差が0.86であり、したがって女子のTPの最大基準値及び最小基準値は式33のようになる。
ymax  =  -0.031x + 8 + 0.93  =  -0.031x + 8.93
ymin  =  -0.031x + 8 - 0.93  =  -0.031x + 7.07                  （式32）
ymax  =  -0.27x + 7.75 + 0.86  =  -0.27x + 8.61
ymin  =  -0.27x + 7.75 - 0.86  =  -0.27x + 6.89                  （式33）
ここでymaxはTPの最大基準値であり、yminはTPの最小基準値であり、xは年齢である。ここでTPの単位はms2/Hzである。
【００６０】
VLF分析部(4450)は周波数分析部(3000)からVLF強度(PSD)を受信して、またデータベース(5500)から被検者の性別及び年齢を受信する。被検者の性別によってデータベース(5500)で読み取った所定のVLF強度の基準データから式21によってVLF強度の最大基準値及び最小基準値を求める。そして周波数分析部(3000)から受信されたVLF強度と前記のVLF強度の最大基準値及び最小基準値とを比べる。即ち、VLF分析部(4450)は周波数分析部(3000)から受信されたVLF強度が、VLF強度の最大基準値より小さい又は同じであり、VLF強度の最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べる(VLF最小基準値≦VLF≦VLF最大基準値)。
【００６１】
LF分析部(4500)は周波数分析部(3000)からLF強度(PSD)を受信して、またデータベース(5500)から被検者の性別及び年齢を受信する。被検者の性別によってデータベース(5500)で読み取った所定のLF強度の基準データから式21によってLF強度の最大基準値と最小基準値を求める。そして周波数分析部(3000)から受信されたLF強度と前記のLF強度の最大基準値及び最小基準値とを比べる。即ち、LF分析部(4500)は周波数分析部(3000)から受信されたLF強度が、LF強度の最大基準値より小さい又は同じであり、LF強度の最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べる(LF最小基準値≦LF≦LF最大基準値)。本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が男子である場合データベース(5500)で読み取った所定のLF強度の基準データは係数が-0.044、切片が7.3、標準偏差が1.08であり、したがって男子のLF強度の最大基準値及び最小基準値は式34のようになる。そして本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が女子である場合データベース(5500)で読み取った所定のLF強度の基準データは係数が-0.038、切片が6.75、標準偏差が1.01であり、したがって女子のLF強度の最大基準値及び最小基準値は式35のようになる。
ymax  =  -0.044x + 7.3 + 1.08=-0.044x + 8.38
ymin  =  -0.044x + 7.3 - 1.08=-0.044x + 6.22                  （式34）
ymax  =  -0.038x + 6.75 + 1.01=-0.038x + 7.76
ymin  =  -0.038x + 6.75 - 1.01=-0.038x + 5.74                  （式35）
ここでymaxはLF強度の最大基準値であり、yminはLF強度の最小基準値であり、xは年齢である。ここでLF強度の単位はms2/Hzである。LFの強度は交感神経系及び副交感神経系の活動を同時に反映するが、一般的には交感神経活動の指数として活用される。
【００６２】
HF分析部(4550)は周波数分析部(3000)から受信されたHFの強度(PSD)と前記のデータベース(5500)で読み取った所定のHF基準データとを比較して分析する。この時にはデータベース(5500)で読み取ったHF基準データはHF最大基準データ及びHF最小基準データである。即ち、HF分析部(4550)は周波数分析部(3000)から受信されたHFの強度(PSD)がHF最大H基準データより小さい又は同じであり、HF最小基準データより大きい又は同じであるのかどうかを比べる(HF最小基準値≦HF≦HF最大基準値)。本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が男子である場合データベース(5500)で読み取った所定のHF強度の基準データは係数が-0.034、切片が6.23、標準偏差が1.19であり、したがって男子のHF最大基準値及びHF最小基準値は式36のようになる。そして本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が女子である場合データベース(5500)で読み取った所定のHF強度の基準データは係数が-0.035、切片が6.39、標準偏差が1.16であり、したがって女子のHF最大基準値及びHF最小基準値は式37のようになる。
ymax  =  -0.034x + 6.23 + 1.19 = -0.034x + 7.42
ymin  =  -0.034x + 6.23 - 1.19 = -0.034x + 5.04              （式36）
ymax  =  -0.035x + 6.39 + 1.16 = -0.035x + 7.55
ymin  =  -0.035x + 6.39 - 1.16 = -0.035x + 5.23                （式37）
ここでymaxはHF最大基準値であり、yminはHF最小基準値であり、xは年齢である。ここでHF強度の単位はms2/Hzである。
【００６３】
HFの強度は副交感神経系(迷走神経)の活動に対する指数なので、心臓の電気的な安定度に密接な関連があると知られている。一般的にはHFが増加すると、全般的にHRVが増加するようになる。
正規化したLF分析部(4600)は周波数分析部(3000)から正規化したLF強度(PSD)を受信して、またデータベース(5500)から被検者の性別及び年齢を受信する。被検者の性別によってデータベース(5500)で読み取った所定の正規化したLF強度の基準データから式21によって正規化したLF強度の最大基準値及び最小基準値を求める。そして周波数分析部(3000)から受信された正規化したLF強度と、前記の正規化したLF強度の最大基準値及び最小基準値とを比べる。即ち、正規化したLF分析部(4600)は周波数分析部(3000)から受信された正規化したLF強度が、正規化したLF強度の最大基準値より小さい又は同じであり、正規化したLF強度の最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べる(正規化したLF強度の最小基準値≦正規化したLF強度≦正規化したLF強度の最大基準値)。
【００６４】
正規化したHF分析部(4650)は周波数分析部(3000)から正規化したHF強度(PSD)を受信して、またデータベース(5500)から被検者の性別及び年齢を受信する。被検者の性別によってデータベース(5500)で読み取った所定の正規化したHF強度の基準データから式21によって正規化したHF強度の最大基準値と最小基準値を求める。そして周波数分析部(3000)から受信された正規化したHF強度と、前記の正規化したHF強度の最大基準値及び最小基準値とを比べる。即ち、正規化したHF分析部(4650)は周波数分析部(3000)から受信された正規化したHF強度が、正規化したHF強度の最大基準値より小さい又は同じであり、正規化したHF強度の最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べる(正規化したHF強度の最小基準値≦正規化したHF強度≦正規化したHF強度の最大基準値)。
【００６５】
正規化したLF強度は、式15のように、LFの強度とHFの強度との合を100にした時にLFの強度が占める割合を意味する。正規化したHF強度は、式16のように、LFの強度とHFの強度との合を100にした時にHFの強度が占める割合を意味する。これらはLF対HFの帯域強度比とともに交感神経や副交感神経の間のバランス(balance)を評価するのに重要な指数である。
強度比分析部(4700)は周波数分析部(3000)からLF対HF帯域の強度比を受信して、またデータベース(5500)から被検者の性別及び年齢を受信する。被検者の性別によってデータベース(5500)で読み取った所定の強度比の基準データから式21によって強度比の最大基準値及び最小基準値を求める。
そして周波数分析部(3000)から受信された強度比と、前記の強度比の最大基準値及び最小基準値とを比べる。即ち、強度比分析部(4700)は周波数分析部(3000)から受信された強度比が、強度比の最大基準値より小さい又は同じであり、強度比の最小基準値より大きい又は同じであるのかどうかを比べる(強度比の最小基準値≦強度比≦強度比の最大基準値)。本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が男子である場合データベース(5500)で読み取った所定の強度比の基準データは係数が-0.015、切片が3.57、標準偏差が2.0であり、したがって男子の強度比の最大基準値及び最小基準値は式38のようになる。そして本発明でデータ入力部(5500)から入力された被検者の性別が女子である場合データベース(5500)で読み取った所定の強度比の基準データは係数が-0.003、切片が2.04、標準偏差が2.07であり、したがって女子の強度比の最大基準値及び最小基準値は式39のようになる。
ymax  =  -0.015x + 3.57 + 2.0=-0.015x + 5.57
ymin  =  -0.015x + 3.57 - 2.0=-0.015x + 1.57          （式38）
ymax  =  -0.003x + 2.04 + 2.07=-0.003x + 4.11
ymin  =  -0.003x + 2.04 - 2.07=-0.003x -0.03          （式39）
ここでymaxは強度比の最大基準値であり、yminは強度比の最小基準値であり、xは年齢である。式38や式39によって求められたyminが0より小くなる時はその値を0にする。
【００６６】
周波数分析部(3000)で感性的状態(Emotional State)、精神的ストレス(Mental stress index)(MSI)は式18によって、即ち、LF対HFの帯域強度比によって求められる。したがって強度比分析部(4700)は感性的状態(Emotional State)、精神的ストレス(Mental stress index)(MSI)を分析することになる。
LF対HFの帯域強度比はLFとHFとの間の割合を意味するので、これは交感神経と副交感神経との均衡ぐらい、即ち、自律神経の全体的な均衡程度を反映する。場合によってはLF対HFの帯域強度比は交感神経の活動に対する指数として利用されることもある。LF対HFの帯域強度比は交感神経の活動度に比例し、副交感神経の活動度に反比例する。
【００６７】
図12は図2の分析結果表示部でストレス指数を表示した一例である。
分析結果表示部(6000)の画面上にストレス指数を表したもので圧力指数(PI)(Pressure Index)は肉体的ストレス指数(Physical stress index)(PSI)を表して、LF対HFの帯域強度比は感性的状態(Emotional State)、精神的ストレス(Mental stress index)(MSI)を表す。
【００６８】
本発明は以上で説明されて図面に例示されたものによって限定されるのではなくて、当業者なら次に記載する請求範囲の内でもっと多い変形及び変用例が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１ａ】図1aは正常人の心拍変化の一例である。
【図１ｂ】図1bは疾病状態の人の心拍変化の一例である。
【図２】図2は本発明の望ましい一実施例による自律神経検査装置の構成を概略的に説明するためのブロック図である。
【図３】図3は図2の信号検出部を説明するための構成図である。
【図４】図4は図2のピーク検出部の構成を説明するためのブロック図である。
【図５】図5は図2のピーク検出部を説明するための手順図である。
【図６】図6は図2の時間分析部の構成を説明するためのブロック図である。
【図７】図7は心拍変異(HRV)信号の主な周波数帯域でのパウォスペックトロム密度(PSD)の一例である。
【図８】図8は図2の周波数分析部の構成を説明するためのブロック図である。
【図９】図9は韓国の男子の年齢による平均心拍数の一例である。
【図１０】図10は韓国の女子の年齢による平均心拍数の一例である。
【図１１】図11は図2のパラメーター分析部の構成を説明するためのブロック図である。
【図１２】図12は図2の分析結果の表示部でストレス指数を表示した一例である。
【符号の説明】
【００７０】
100      ECG信号検出部
110      心電図電極
130      増幅器
160      フィルター部
500      PPG信号検出部
510      光学センサー
530      増幅器
560      フィルター部
1000      信号検出部
1300      A/D変換器
1600      ピーク検出部
1610      雑音除去部
1620      Rポイント検出部
1630      RR間隔検出部
1640      心拍数演算部
1650      バッファー部
1660      バッファー部
2000      時間分析部
2100      動雑音除去部
2150      第1時間バッファー部
2050      時間演算処理部
2200      平均心拍数演算部
2250      第2時間バッファー部
2300      SDNN演算部
2350      第3時間バッファー部
2400      RMSSD演算部
2450      第4時間バッファー部
2500      SRD演算部
2550      第5時間バッファー部
2600      PI演算部
2650      第6時間バッファー部
2700      時間バッファー部
3000      周波数分析部
3100      FFT演算処理部
3200      TP演算部
3250      第1周波数バッファー部
3300      VLF演算部
3350      第2周波数バッファー部
3400      LF演算部
3450      第3周波数バッファー部
3500      HF演算部
3550      第4周波数バッファー部
3600      正規化演算部
3650      第5周波数バッファー部
3700      強度比演算部
3750      第6周波数バッファー部
4000      パラメーター分析部
4100      平均心拍数分析部
4150      SDNN分析部
4200      RMSSD分析部
4250      SRD分析部
4300      PI分析部
4400      TP分析部
4450      VLF分析部
4500      LF分析部
4550      HF分析部
4600      正規化したLF分析部
4650      正規化したHF分析部
4700      強度比分析部
5000      基準値データベース
5500      データ入力部
6000      分析結果表示部
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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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【図１１】
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【図１２】
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