(57)【要約】【課題】被験者個人毎の自律神経活動を絶対的尺度で定量する。【解決手段】被験者の心周期時系列をＨ（ｎ）とするとき、【数２７】2004350952.tif 000029（但し、ＰＩ（ｎ）＝｛Ｈ（ｎ）−Ｈ（ｎ＋１）｝＊１００／Ｈ（ｎ））を得るトーン算出手段４と、ＰＩ（ｎ）時系列に関する確率分布をｐ（ｉ）とするとき、【数２８】2004350952.tif 000030を得るエントロピー算出手段５と、上記により得られるトーンとエントロピーのそれぞれの個人固有値を取得する個人固有値取得手段６と、この個人固有値を取得した後に得られるトーンとエントロピーとの少なくとも一方と、個人固有値とを比較し、自律神経活動について評価結果を得る。【選択図】  図１
2004350952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の心周期時系列をＨ（ｎ）とするとき、トーンを次に定義する式（１）から得るトーン算出手段と、
【数１】
2004350952.tif 000017
但し、ＰＩ（ｎ）＝｛Ｈ（ｎ）−Ｈ（ｎ＋１）｝＊１００／Ｈ（ｎ）
前記ＰＩ（ｎ）時系列に関する確率分布をｐ（ｉ）とするとき、エントロピーを次に定義する式（２）から得るエントロピー算出手段と、
【数２】
2004350952.tif 000018
前記トーン算出手段と前記エントロピー算出手段とを用いて得られる当該被験者に対応するトーンとエントロピーのそれぞれの個人固有値を取得する個人固有値取得手段と、
この個人固有値取得手段により個人固有値を取得した後に、前記トーン算出手段と前記エントロピー算出手段との少なくとも一方により得られる値と前記個人固有値とを比較し、自律神経活動について評価結果を得る評価手段と、
前記評価手段により得られる評価結果を出力する出力手段と
を具備する自律神経活動評価装置。
【請求項２】
被験者の心周期時系列をＨ（ｎ）とするとき、トーンを次に定義する式（１）から得るトーン算出手段と、
【数３】
2004350952.tif 000019
但し、ＰＩ（ｎ）＝｛Ｈ（ｎ）−Ｈ（ｎ＋１）｝＊１００／Ｈ（ｎ）
前記ＰＩ（ｎ）時系列に関する確率分布をｐ（ｉ）とするとき、エントロピーを次に定義する式（２）から得るエントロピー算出手段と、
【数４】
2004350952.tif 000020
年齢範囲に対応してトーン標準値とエントロピー標準値が記憶された記憶手段と、
前記トーン算出手段と前記エントロピー算出手段との少なくとも一方により得られる値と前記記憶手段に記憶されている対応年齢範囲の標準値とを比較し、自律神経活動について評価結果を得る評価手段と、
前記評価手段により得られる評価結果を出力する出力手段と
を具備する自律神経活動評価装置。
【請求項３】
被験者の心周期時系列をＨ（ｎ）とするとき、トーンを次に定義する式（１）から得るトーン算出ステップと、
【数５】
2004350952.tif 000021
但し、ＰＩ（ｎ）＝｛Ｈ（ｎ）−Ｈ（ｎ＋１）｝＊１００／Ｈ（ｎ）
前記ＰＩ（ｎ）時系列に関する確率分布をｐ（ｉ）とするとき、エントロピーを次に定義する式（２）から得るエントロピー算出ステップと、
【数６】
2004350952.tif 000022
前記トーン算出ステップと前記エントロピー算出ステップとを用いて算出される当該被験者に対応するトーンとエントロピーのそれぞれの個人固有値を取得する個人固有値取得ステップと、
この個人固有値取得ステップにより個人固有値を取得した後に、前記トーン算出ステップと前記エントロピー算出ステップとの少なくとも一方により得られる値と前記個人固有値とを比較し、自律神経活動について評価結果を得る評価ステップと、
前記評価ステップにより得られる評価結果を出力する出力ステップと
を具備する自律神経活動評価方法。
【請求項４】
年齢範囲に対応するトーン標準値とエントロピー標準値が記憶された記憶手段の上記標準値を用いて、自律神経活動について評価結果を得る自律神経活動評価方法であって、
被験者の心周期時系列をＨ（ｎ）とするとき、トーンを次に定義する式（１）から得るトーン算出ステップと、
【数７】
2004350952.tif 000023
但し、ＰＩ（ｎ）＝｛Ｈ（ｎ）−Ｈ（ｎ＋１）｝＊１００／Ｈ（ｎ）
前記ＰＩ（ｎ）時系列に関する確率分布をｐ（ｉ）とするとき、エントロピーを次に定義する式（２）から得るエントロピー算出ステップと、
【数８】
2004350952.tif 000024
前記トーン算出ステップと前記エントロピー算出ステップとの少なくとも一方により得られる値と前記記憶手段に記憶されている対応年齢範囲の標準値とを比較し、自律神経活動について評価結果を得る評価ステップと、
前記評価ステップにより得られる評価結果を出力する出力ステップと
を具備する自律神経活動評価方法。
【請求項５】
プログラムにより動作するプロセッサにより実行されて自律神経活動の評価を行う自律神経活動評価プログラムであって、
被験者の心周期時系列をＨ（ｎ）とするとき、トーンを次に定義する式（１）から得るトーン算出ステップと、
【数９】
2004350952.tif 000025
但し、ＰＩ（ｎ）＝｛Ｈ（ｎ）−Ｈ（ｎ＋１）｝＊１００／Ｈ（ｎ）
前記ＰＩ（ｎ）時系列に関する確率分布をｐ（ｉ）とするとき、エントロピーを次に定義する式（２）から得るエントロピー算出ステップと、
【数１０】
2004350952.tif 000026
前記トーン算出ステップと前記エントロピー算出ステップとを用いて算出される当該被験者に対応するトーンとエントロピーのそれぞれの個人固有値を取得する個人固有値取得ステップと、
この個人固有値取得ステップにより個人固有値を取得した後に、前記トーン算出ステップと前記エントロピー算出ステップとの少なくとも一方により得られる値と前記個人固有値とを比較し、自律神経活動について評価結果を得る評価ステップと、
前記評価ステップにより得られる評価結果を出力する出力ステップと
を具備する自律神経活動評価プログラム。
【請求項６】
年齢範囲に対応するトーン標準値とエントロピー標準値が記憶された記憶手段の上記標準値を用いると共に、プログラムにより動作するプロセッサにより実行されて自律神経活動の評価を行う自律神経活動評価プログラムであって、
被験者の心周期時系列をＨ（ｎ）とするとき、トーンを次に定義する式（１）から得るトーン算出ステップと、
【数１１】
2004350952.tif 000027
但し、ＰＩ（ｎ）＝｛Ｈ（ｎ）−Ｈ（ｎ＋１）｝＊１００／Ｈ（ｎ）
前記ＰＩ（ｎ）時系列に関する確率分布をｐ（ｉ）とするとき、エントロピーを次に定義する式（２）から得るエントロピー算出ステップと、
【数１２】
2004350952.tif 000028
前記トーン算出ステップと前記エントロピー算出ステップとの少なくとも一方により得られる値と前記記憶手段に記憶されている対応年齢範囲の標準値とを比較し、自律神経活動について評価結果を得る評価ステップと、
前記評価ステップにより得られる評価結果を出力する出力ステップと
を具備する自律神経活動評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、心拍変動解析を用いて自律神経活動を評価するための自律神経活動装置及びその方法、さらに自律神経活動評価プログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一拍毎の心拍変動が自律神経活動に由来するものであることは、既に一世紀以上に及ぶ様々な研究により明らかにされている。また、近年は、この心拍変動にスペクトル解析の手法を応用し、自律神経活動を非侵襲的に定量しようとする試みも盛んに行われている。しかしながら、自律神経活動を定量する方法や定量するための尺度は未だ確立されていない。
【０００３】
一方、交感神経が心拍数を加速し、副交感神経が心拍数を減速することは既に前世紀以来、様々な実験により確認されている（”Ｒｏｓｅｎｂｌｕｅｔｈ，  Ａ．  ＆  Ｓｉｍｅｏｎｅ，  Ｆ．Ａ．  １９３４．  Ｔｈｅ  ｉｎｔｅｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｖａｇａｌ  ａｎｄ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｃａｒｄｉａｃ  ｒａｔｅ．  Ａｍ  Ｊ  Ｐｈｙｓｉｏｌ  １１０，  ４２−５５．”  ，  ”Ｗａｒｎｅｒ，  Ｈ．Ｒ．  ＆  Ｃｏｘ，  Ａ．  １９６２．  Ａ  ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ  ｍｏｄｅｌ  ｏｆ  ｈｅａｒｔ  ｒａｔｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｂｙ  ｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃ  ａｎｄ  ｖａｇｕｓ  ｅｆｆｅｒｅｎｔ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．  Ｊ  Ａｐｐｌ  Ｐｈｙｓｉｏｌ  １７，  ３４９−３５５．”，  ”Ｌｅｖｙ，  Ｍ．  Ｎ．  １９９０．  Ａｕｔｏｎｏｍｉｃ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｃａｒｄｉａｃ  ｃｏｎｔｒｏｌ．  Ａｎｎ  ＮＹ  Ａｃａｄ  Ｓｃｉ  ６０１，  ２０９−２２１．”  ，  ”Ｉｒｉｓａｗａ，Ｈ．  ，  Ｂｒｏｗｎ，  Ｈ．  Ｆ．  ，  ａｎｄ  Ｇｉｌｅｓ，  Ｗ．  １９９３．  Ｃａｒｄｉａｃ  ｐａｃｅｍａｋｉｎｇ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｓｉｎｏａｔｒｉａｌ  ｎｏｄｅ．  Ｐｈｙｓｉｏｌ  Ｒｅｖ  ７３，  １９７−２２７．”）。
【０００４】
しかしながら、上記の実験により測定されているのは、あくまでも「平均の心拍数」に過ぎなかった。心拍における一拍毎の変動が問題にされるようになったのは、信号処理の機器や装置が整備された近年のことである。これまで「平均値」として成立するものと考えられてきたこの自律神経活動と心拍変動との関係が、心拍における一拍毎の変動においても厳密に成立するものと仮定し、本願の発明者らは、自律神経活動を評価する手法を提示した。
【０００５】
【非特許文献１】
笈田映一他２名  ジェイ  アプル  フィジオル（Ｊ  Ａｐｐｌ  Ｐｈｙｓｉｏｌ）１９９７  ８２巻  １７９４−１８０１
【非特許文献２】
笈田映一他３名  ジェイ  ジェロントル（Ｊ  Ｇｅｒｏｎｔｏｌ）１９９９  ５４Ａ巻  Ｍ２１９−Ｍ２２４
【非特許文献３】
笈田映一他３名  アクタ  フィジオル  スキャンド（Ａｃｔａ  Ｐｈｙｓｉｏｌ  Ｓｃａｎｄ）  １９９９  １６５巻  ４２１−４２２
【非特許文献４】
笈田映一他３名  アクタ  フィジオル  スキャンド（Ａｃｔａ  Ｐｈｙｓｉｏｌ  Ｓｃａｎｄ）１９９９  １６５巻  １２９−１３４
【０００６】
上記論文では、交感神経と副交感神経が交互に心臓ペースメーカーに作用し、それぞれ、一拍毎の心周期を制御するものと考え、この短縮、あるいは延長をトーン、エントロピーなる二つの尺度で定量している。この結果、トーンが交感−副交感神経のバランスを、またエントロピーがこれら交感−副交感神経総体としての活動を評価するものであることが認められた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の論文において提示した手法を更に進展させるべくなされたもので、その目的は、被験者個人毎の自律神経活動を絶対的尺度で定量することが可能な自律神経活動評価装置及びその方法、  更に自律神経活動評価プログラムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る自律神経活動評価装置は、被験者の心周期時系列をＨ（ｎ）とするとき、トーンを次に定義する式（１）から得るトーン算出手段と、
【数１３】
2004350952.tif 000003
但し、ＰＩ（ｎ）＝｛Ｈ（ｎ）−Ｈ（ｎ＋１）｝＊１００／Ｈ（ｎ）
前記ＰＩ（ｎ）時系列に関する確率分布をｐ（ｉ）とするとき、エントロピーを次に定義する式（２）から得るエントロピー算出手段と、
【数１４】
2004350952.tif 000004
前記トーン算出手段と前記エントロピー算出手段とを用いて得られる当該被験者に対応するトーンとエントロピーのそれぞれの個人固有値を取得する個人固有値取得手段と、この個人固有値取得手段により個人固有値を取得した後に、前記トーン算出手段と前記エントロピー算出手段との少なくとも一方により得られる値と前記個人固有値とを比較し、自律神経活動について評価結果を得る評価手段と、前記評価手段により得られる評価結果を出力する出力手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る自律神経活動評価装置は、被験者の心周期時系列をＨ（ｎ）とするとき、トーンを次に定義する式（１）から得るトーン算出手段と、
【数１５】
2004350952.tif 000005
但し、ＰＩ（ｎ）＝｛Ｈ（ｎ）−Ｈ（ｎ＋１）｝＊１００／Ｈ（ｎ）
前記ＰＩ（ｎ）時系列に関する確率分布をｐ（ｉ）とするとき、エントロピーを次に定義する式（２）から得るエントロピー算出手段と、
【数１６】
2004350952.tif 000006
年齢別のトーン標準値とエントロピー標準値が記憶された記憶手段と、前記トーン算出手段と前記エントロピー算出手段との少なくとも一方により得られる値と前記記憶手段に記憶されている対応年齢の標準値とを比較し、自律神経活動について評価結果を得る評価手段と、前記評価手段により得られる評価結果を出力する出力手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る自律神経活動評価方法は、被験者の心周期時系列をＨ（ｎ）とするとき、トーンを次に定義する式（１）から得るトーン算出ステップと、
【数１７】
2004350952.tif 000007
但し、ＰＩ（ｎ）＝｛Ｈ（ｎ）−Ｈ（ｎ＋１）｝＊１００／Ｈ（ｎ）
前記ＰＩ（ｎ）時系列に関する確率分布をｐ（ｉ）とするとき、エントロピーを次に定義する式（２）から得るエントロピー算出ステップと、
【数１８】
2004350952.tif 000008
前記トーン算出ステップと前記エントロピー算出ステップとを用いて算出される当該被験者に対応するトーンとエントロピーのそれぞれの個人固有値を取得する標準値取得ステップと、この標準値取得ステップにより個人固有値を取得した後に、前記トーン算出ステップと前記エントロピー算出ステップとの少なくとも一方により得られる値と前記個人固有値とを比較し、自律神経活動について評価結果を得る評価ステップと、前記評価ステップにより得られる評価結果を出力する出力ステップとを具備することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る自律神経活動評価方法は、年齢別のトーン標準値とエントロピー標準値が記憶された記憶手段の上記標準値を用いて、自律神経活動について評価結果を得る自律神経活動評価方法であって、被験者の心周期時系列をＨ（ｎ）とするとき、トーンを次に定義する式（１）から得るトーン算出ステップと、
【数１９】
2004350952.tif 000009
但し、ＰＩ（ｎ）＝｛Ｈ（ｎ）−Ｈ（ｎ＋１）｝＊１００／Ｈ（ｎ）
前記ＰＩ（ｎ）時系列に関する確率分布をｐ（ｉ）とするとき、エントロピーを次に定義する式（２）から得るエントロピー算出ステップと、
【数２０】
2004350952.tif 000010
前記トーン算出ステップと前記エントロピー算出ステップとの少なくとも一方により得られる値と前記記憶手段に記憶されている対応年齢の標準値とを比較し、自律神経活動について評価結果を得る評価ステップと、前記評価ステップにより得られる評価結果を出力する出力ステップとを具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る自律神経活動評価プログラムは、プログラムにより動作するプロセッサにより実行されて自律神経活動の評価を行う自律神経活動評価プログラムであって、被験者の心周期時系列をＨ（ｎ）とするとき、トーンを次に定義する式（１）から得るトーン算出ステップと、
【数２１】
2004350952.tif 000011
但し、ＰＩ（ｎ）＝｛Ｈ（ｎ）−Ｈ（ｎ＋１）｝＊１００／Ｈ（ｎ）
前記ＰＩ（ｎ）時系列に関する確率分布をｐ（ｉ）とするとき、エントロピーを次に定義する式（２）から得るエントロピー算出ステップと、
【数２２】
2004350952.tif 000012
前記トーン算出ステップと前記エントロピー算出ステップとを用いて算出される当該被験者に対応するトーンとエントロピーのそれぞれの個人固有値を取得する個人固有値取得ステップと、この個人固有値取得ステップにより個人固有値を取得した後に、前記トーン算出ステップと前記エントロピー算出ステップとの少なくとも一方により得られる値と前記個人固有値とを比較し、自律神経活動について評価結果を得る評価ステップと、前記評価ステップにより得られる評価結果を出力する出力ステップとを具備することを特徴としている。
【００１３】
本発明に係る自律神経活動評価プログラムは、年齢範囲に対応するトーン標準値とエントロピー標準値が記憶された記憶手段の上記標準値を用いると共に、プログラムにより動作するプロセッサにより実行されて自律神経活動の評価を行う自律神経活動評価プログラムであって、被験者の心周期時系列をＨ（ｎ）とするとき、トーンを次に定義する式（１）から得るトーン算出ステップと、
【数２３】
2004350952.tif 000013
但し、ＰＩ（ｎ）＝｛Ｈ（ｎ）−Ｈ（ｎ＋１）｝＊１００／Ｈ（ｎ）
前記ＰＩ（ｎ）時系列に関する確率分布をｐ（ｉ）とするとき、エントロピーを次に定義する式（２）から得るエントロピー算出ステップと、
【数２４】
2004350952.tif 000014
前記トーン算出ステップと前記エントロピー算出ステップとの少なくとも一方により得られる値と前記記憶手段に記憶されている対応年齢範囲の標準値とを比較し、自律神経活動について評価結果を得る評価ステップと、前記評価ステップにより得られる評価結果を出力する出力ステップとを具備することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して、本発明に係る自律神経活動評価装置及びその方法を説明する。図１には、本発明に係る自律神経活動評価装置の実施例が示されている。被験者１における体表面の所定位置には、心電図信号を取り出すための電極２が貼着されている。電極２により取り出された心電図信号は、増幅及びＡ／Ｄ変換機能を有する信号処理部３へ送られて、増幅されＡ／Ｄ変換される。
【００１５】
信号処理部３とトーン算出手段４は図２に示されるフローチャートに基づき次に説明するトーンの算出を行う。信号処理部３は、Ｒ波を順次に検出して心周期を求め（Ｓ１）、心周期時系列をＨ（ｎ）（ｎは、心拍のシリアル番号）とするとき（図３参照）、心周期の差分ｄ（ｎ）を次式により求める（Ｓ２）。
ｄ（ｎ）＝Ｈ（ｎ）−Ｈ（ｎ＋１）・・・（３）
【００１６】
上記のように心周期は、心電図信号におけるＲ−Ｒ間隔（ＲピークとＲピークの間隔）である。心周期は心拍数と同様に被験者の活動状態に大きく左右される値であるから、その差分ｄ（ｎ）も心周期の大小に左右される値である。そこで、信号処理部３は、上記差分を直前の心周期に対する百分率として指数化する（Ｓ３）。これをＰＩ（Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ  Ｉｎｄｅｘ）とする。
ＰＩ（ｎ）＝｛Ｈ（ｎ）−Ｈ（ｎ＋１）｝＊１００／Ｈ（ｎ）・・・（４）
【００１７】
このＰＩを用いて前掲の論文の趣旨を述べると、「交感神経活動ではＰＩが正となり、副交感神経活動ではＰＩが負となり、交感神経活動の活動量も副交感神経活動の活動量も、ＰＩの絶対値に比例する」と表現することができる。その結果、このＰＩ時系列の平均値は、交感神経活動と副交感神経活動とのバランスを表すと考えることができる。そこで、これを無次元のトーンとし、次の式（１）により表す。
【数２５】
2004350952.tif 000015
ここで、Ｎは所定時間内におけるＰＩ時系列項の総数である。但し、上記（１）式においては、ＰＩ（ｎ）＝０となる項を除いてあり、ＰＩ（ｎ）＝０以外の項数がＮとなっている。
【００１８】
トーン算出手段４は、信号処理部３から（４）式により示されるＰＩ（ｎ）を得て、上記トーンを算出し（Ｓ４）、算出したトーンを保持する（Ｓ５）。トーン算出手段４によりトーンが算出された後に、ＰＩ時系列がエントロピー算出手段５により取り込まれ、以下に説明するエントロピーの算出に用いられる。
【００１９】
上記ＰＩ時系列の確率分布をｐ（ｉ）（一定の時間間隔でＰＩがｉ（ｉは整数）という値を持つ確率）とするとき、エントロピーは次の式（２）により算出される。
【数２６】
2004350952.tif 000016
【００２０】
ＰＩ時系列の例が図４（ａ）に示すようであるときに、その確率分布ｐ（ｉ）が例えば図４（ｂ）に示すようであると、シャノンにより定義されているエントロピーは上記式（２）により求めることができる。エントロピー算出手段５は、図５のフローチャートに示すように、ＰＩ時系列からその確率分布ｐ（ｉ）を求め（Ｓ１１）、これに基づきエントロピーを算出して（Ｓ１２）、保存する（Ｓ１３）。
【００２１】
トーン算出手段４とエントロピー算出手段５には個人固有値取得手段６が接続されており、個人固有値取得手段６はトーン算出手段４とエントロピー算出手段５とを用いて得られる当該被験者１に対応するトーンとエントロピーのそれぞれの個人固有値を取得する。具体的には、被験者１の例えば安静状態において測定を行う。１回のみの測定では上記のトーン算出手段４により算出されたトーンの値を個人固有値とし、複数回の測定では上記のトーン算出手段４により算出されたトーンの値の内の最も適切な値を採用して個人固有値とする。また、１回のみの測定ではエントロピー算出手段５により算出されたエントロピーの値を個人固有値とし、  複数回の測定ではエントロピー算出手段５により算出されたエントロピーの値の内の最も適切な値を採用して個人固有値とする。ここにおいて、  最も適切な値とは、原則的にはトーンが最も低く、エントロピーが最も高い値を意味する。このようにして求められたトーンとエントロピーの個人固有値は、記憶手段７に記憶される。
【００２２】
また、上記記憶手段７には、年齢範囲に対応するトーン標準値とエントロピー標準値（ここでは、年齢標準値）が記憶されている。この年齢範囲に対応するトーン標準値とエントロピー標準値は、例えば、図６に示されるように年代別に、値が対応づけられたテーブルに格納されている。年齢範囲に対応するトーン標準値とエントロピー標準値は、例えば、何人かの被験者についてトーン値とエントロピー値を求め、これらを平均して、これに所定の幅を持たせたものである。図６の例では、０乃至９歳、  １０  乃至１９歳、  ・・・、  ９０  乃至９９歳に分けて、  各年齢範囲におけるトーンの平均値と幅を、ａ０±ｃ０，ａ１±ｃ１，・・・，ａ９±ｃ９として示し、エントロピーの平均値と幅を、ｂ０±ｄ０，ｂ１±ｄ１，・・・，ｂ９±ｄ９として示す。尚、  実際には、ａ０，ａ１，・・・，ａ９は、  マイナスの数値であり、  ｂ１，ｂ２，・・・，ｂ９０、  プラスの数値であり、  幅を示す数値ｃ０、ｃ１、・・・、ｃ９及びｄ０、ｄ１、・・・、ｄ９は各年代デ異なる値を示す。このように、記憶手段７にはトーンとエントロピーの個人固有値と年齢範囲に対応する標準値が記憶されている。前述の論文において明らかにしたように、トーンは交感神経活動と副交感神経活動のバランスを表す指標として使用することができ、エントロピーは自律神経全体の活動を表す指標として使用することができる。本発明では、トーンとエントロピーの個人固有値と年齢範囲に対応する標準値に対して、現に被験者１から得られるトーンとエントロピー値を比較して自律神経活動の評価を行うものである。
【００２３】
トーン算出手段４とエントロピー算出手段５には評価手段８が接続されており、評価手段８は、トーン算出手段４とエントロピー算出手段５との少なくとも一方により得られる値と記憶手段７に対し個人固有値取得手段６により記憶された個人固有値とを比較し、自律神経活動について評価結果を得る。また、評価手段８は、トーン算出手段４とエントロピー算出手段５との少なくとも一方により得られる値と、入力手段１０から入力される被験者１の年齢データに対応する記憶手段７に記憶されている対応年齢の標準値（年齢標準値）とを比較し、自律神経活動について評価結果を得る。評価手段８により得られた評価結果は、出力手段９により表示などの出力が行われる。
【００２４】
上記構成に係る自律神経活動評価装置の各手段は、図７に示される構成を有するパーソナルコンピュータ等のコンピュータにより実現することができる。即ち、図７のコンピュータは、ＣＰＵ１１が主メモリ１２に記憶された図８、図１０〜図１３に示すフローチャートに対応するプログラムを用いて処理を行うものである。
【００２５】
ＣＰＵ（セントラル・  プロセッシング・  ユニット）１１には、バス１３を介して入出力インタフェース１４、表示コントローラ１５、キーボードコントローラ１６、磁気ディスクコントローラ１７、マウスコントローラ１８が接続されている。
【００２６】
入出力インタフェース１４には、信号処理部３から送られる心電図信号のディジタル化データが到来する。表示コントローラ１５には、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置１９が接続され、ディスプレイ装置１９は出力手段９として機能する。キーボードコントローラ１６には、図１の入力手段１０に対応するキーボード入力装置２０が接続されており、各種のデータやコマンド等を入力することができる。磁気ディスクコントローラ１７には、図１の記憶手段７に対応する磁気ディスク記憶装置２１が接続されている。磁気ディスク記憶装置２１には、必要なデータやプログラムが記憶されている。マウスコントローラ１８には、ポインティングディバイスであるマウス２２が接続されており、必要な入力が行われる。マウス２２も図１の入力手段１０に対応する。
【００２７】
このようにコンピュータにより構成される自律神経活動評価装置では、ＣＰＵ１１が図８に示されるフローチャートに対応するプログラムを実行することにより、トーン算出手段４、エントロピー算出手段５、個人固有値取得手段６及び評価手段８として機能し、自律神経活動の評価を行うので、このフローチャートに基づき動作を説明する。例えば、当初においては、図９に示すようなメニュー画面をディスプレイ装置１９へ表示して、いずれの処理を所望するかを操作者に問い合わせる（Ｓ２１）。つまり、個人固有値取得の処理を行うのか、自律神経失調症診断を行うのか、ストレス度（リラックス度）判定を行うのか、体調判定を行うのかについて問い合わせる。
【００２８】
そして、ＣＰＵ１１は、個人固有値取得の処理を行う入力があったか（Ｓ２２）、自律神経失調症診断を行う入力があったか（Ｓ２３）、ストレス度（リラックス度）判定を行う入力があったか（Ｓ２４）、体調判定を行う入力があったか（Ｓ２５）を検出する。
【００２９】
個人固有値取得の処理を行う入力があったことが検出されると、個人固有値取得の処理（Ｓ２６）へ進む。この処理は図１０に示されるフローチャートに対応する処理である。まず、トーン算出処理を行う（Ｓ３１）。このステップＳ３１における処理は、図２のフローチャートによって示される既述の処理である。次に、エントロピー算出処理を行う（Ｓ３２）。このステップＳ３２における処理は、図５のフローチャートによって示される既述の処理である。そして次に、個人固有値取得手段６として個人固有値の取得と記憶手段７への記憶とを行い（Ｓ３３）、処理を終了する。
【００３０】
また、自律神経失調症診断を行う入力があったことが検出されると、自律神経失調症診断処理（Ｓ２７）へ進む。この処理は、図１１に示されるフローチャートに対応する処理である。まず、トーン算出処理を行う（Ｓ４１）。このステップＳ４１における処理は、図２のフローチャートによって示される既述の処理である。次に、エントロピー算出処理を行う（Ｓ４２）。このステップＳ４２における処理は、図５のフローチャートによって示される既述の処理である。
【００３１】
そして次に、被験者１の例えば年齢の入力がキーボード入力装置２０から入力され（Ｓ４３）、この年齢に対応するエントロピー標準値（年齢範囲標準値）を記憶手段７から取り出し、上記ステップＳ４２において算出したエントロピー値と比較し（Ｓ４４）、エントロピー標準値の範囲内であるかを検出する（Ｓ４５）。比較の結果、エントロピー標準値の範囲内であることが検出されると、正常である旨の表示データを表示コントローラ１５へ送りディスプレイ装置１９において正常である旨の表示を行わせる（Ｓ４６）。一方、比較の結果、エントロピー標準値の範囲外であることが検出されると、トーンが標準値より低いか，またはエントロピーが標準値より高いかを検出する（Ｓ４７）。このステップＳ４７においてＹＥＳへ分岐すると、正常である旨の表示データを表示コントローラ１５へ送りディスプレイ装置１９において正常である旨の表示を行わせる（Ｓ４６）。また、ステップＳ４７においてＮＯへ分岐すると、自律神経失調症の疑いのある旨の表示データを表示コントローラ１５へ送りディスプレイ装置１９において自律神経失調症の疑いのある旨の表示を行わせる（Ｓ４８）。以上のようにして、自律神経全体の活動を表す指標であるエントロピーを用いて自律神経失調症診断の処理を行うことが可能である。
【００３２】
また、図８に示すフローチャートに対応する処理を実行しているときに、ストレス度（リラックス度）判定を行う入力があったことが検出されると、ストレス度（リラックス度）判定処理（Ｓ２８）へ進む。この処理は、図１２に示されるフローチャートに対応する処理である。まず、トーン算出処理を行う（Ｓ５１）。このステップＳ５１における処理は、図２のフローチャートによって示される既述の処理である。次に、エントロピー算出処理を行う（Ｓ５２）。このステップＳ５２における処理は、図５のフローチャートによって示される既述の処理である。次に、記憶手段７に記憶した個人固有値（又は年齢標準値）と上記で算出したトーン値及びエントロピーとを比較し（Ｓ５３）、算出したトーン値が個人固有値（又は年齢標準値）より高いか，及び又は算出したエントロピー値が個人固有値（又は年齢標準値）より低いかを検出する（Ｓ５４）。
【００３３】
比較の結果、算出したトーン値が個人固有値（又は年齢標準値）より高い場合，及び又は算出したエントロピー値が個人固有値（又は年齢標準値）より低い場合には、ストレスは強い旨の表示データを表示コントローラ１５へ送りディスプレイ装置１９においてストレスが強い旨の表示を行わせる（Ｓ５６）。一方、比較の結果、上記と逆の場合には、ストレスは弱い旨の表示データを表示コントローラ１５へ送りディスプレイ装置１９においてストレスは弱い旨の表示を行わせる（Ｓ５５）。以上のようにして、交感神経活動と副交感神経活動のバランスを表す指標であるトーンと自律神経全体の活動を表す指標であるエントロピーとを用いてストレス度（リラックス度）判定の処理を行うことができる。
【００３４】
また、図８に示すフローチャートに対応する処理を実行しているときに、体調判定を行う入力があったことが検出されると、体調判定処理（Ｓ２９）へ進む。この処理は、図１３に示されるフローチャートに対応する処理である。まず、トーン算出処理を行う（Ｓ６１）。このステップＳ６１における処理は、図２のフローチャートによって示される既述の処理である。次に、エントロピー算出処理を行う（Ｓ６２）。このステップＳ６２における処理は、図５のフローチャートによって示される既述の処理である。
【００３５】
そして次に、記憶手段７に記憶したトーン及びエントロピーの個人固有値と上記で算出したトーン及びエントロピー値とを比較し（Ｓ６３）、算出したトーンが個人固有値より低い，及び又は、算出したエントロピー値が個人固有値より高いかを検出する（Ｓ６４）。
【００３６】
比較の結果、算出したトーンが個人固有値より低い場合，及び又は、算出したエントロピー値が個人固有値より高い場合には、体調が良好である旨の表示データを表示コントローラ１５へ送りディスプレイ装置１９において体調が良好である旨の表示を行わせる（Ｓ６５）。一方、比較の結果、算出したトーンが個人固有値以上の場合，及び又は、算出したエントロピー値が個人固有値の範囲以下の場合には、体調が悪い旨の表示データを表示コントローラ１５へ送りディスプレイ装置１９において体調が悪い旨の表示を行わせる（Ｓ６６）。以上のようにして、交感神経活動と副交感神経活動のバランスを表す指標であるトーンと自律神経全体の活動を表す指標であるエントロピーを用いて体調判定の処理を行うことができる。
【００３７】
上記の自律神経活動評価装置は、運動、歩行、睡眠その他の日常活動のあらゆる場面において動作させることができ、その間における自律神経活動の経時的変化を得ることも可能である。
【００３８】
本発明の自律神経活動評価装置は、各種の心電計や、睡眠分析装置更に加速度脈波計などに組み込み、安静時における自律神経活動評価を行うことができる。また、本発明の自律神経活動評価装置は、湿度、照度、香料、仕事中、使用する道具（椅子やパーソナルコンピュータなど）、運動負荷の度合いなどの環境変化や薬に対する反応などを自律神経活動として測定し評価することが可能であり、ストレスモニタとして使用することもできる。更に、患者に対して用いることにより患者の状態を適切に把握することができ、言わば患者モニタ或いは監視装置（ベッドサイドモニタ）として使用することも可能である。
【００３９】
更に、上記実施例では、パーソナルコンピュータにより各手段の機能を実現することを示したが、ワンチップマイクロコンピュータにより腕時計型の装置として実現することも可能である。
【００４０】
なお、上記実施例では、電極２を体表面に装着するものを示したが、脈派センサを備える指サック型の検出部により脈波信号を検出して、これに基づき心周期（Ｒ−Ｒ間隔）を得るようにしても良い。また、脈波信号を耳朶から得るようにしても良い。
【００４１】
また、上記実施例では、年齢範囲として、十歳（１０年）を基準とし、十歳毎にトーン標準値とエントロピー標準値をテーブルに格納したものを用いたが、これに限定されるものではない。年齢範囲として例えば１歳を基準とし、１歳，２歳，３歳、・・・に対応してトーン標準値とエントロピー標準値をテーブルに格納したものを用いても良い。要は、トーン標準値とエントロピー標準値を区分する年齢範囲は任意に設定できる。
【００４２】
また、個人固有値を求める場合に、被験者１を安静状態として測定を行ったが、これに限らない。例えば被験者１にある種の負荷（運動負荷、環境負荷など）を与えて個人固有値を得ておき、これを基準として同種或いは他の種の負荷（運動負荷、環境負荷など）を与えてトーン・エントロピーの測定を行い、これと上記個人固有値とを比較して、その大小により被験者１の健康状態などを観測するようにしても良い。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、心周期の差分を直前の心周期に対する百分率として指数化したＰＩの値が交感神経活動及び副交感神経活動に関連することに鑑み、このＰＩの時系列の平均値をトーンとして算出し、更に、上記ＰＩ時系列の確率分布をｐ（ｉ）とするとき、シャノンにより定義されるエントロピーを算出し、これら個人固有値として記憶し、これとその後に得られるトーン値やエントロピー値と比較して、自律神経活動の評価を行うので、個人における自律神経活動の評価を比較可能な絶対的尺度において適切に行うことができる。また、予め年齢範囲対応のトーン標準値とエントロピー標準値を記憶しておき、この記憶された値とある時点において得られるトーン値やエントロピー値と比較して、自律神経活動の評価を行うので、個人における自律神経活動の評価を同年齢範囲との比較において適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自律神経活動評価装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明に係る自律神経活動評価装置において行われるトーン算出処理を説明するためのフローチャート。
【図３】本発明に係る自律神経活動評価装置において用いる心周期（Ｒ−Ｒ間隔）を説明するための図。
【図４】（ａ）は、本発明に係る自律神経活動評価装置においてエントロピー算出の際に用いるＰＩ時系列の例を示す図であり、（ｂ）は、その確率分布ｐ（ｉ）を示す図。
【図５】本発明に係る自律神経活動評価装置において行われるエントロピー算出処理を説明するためのフローチャート。
【図６】本発明に係る自律神経活動評価装置において記憶手段に記憶される年齢標準値の例を示す図。
【図７】本発明に係る自律神経活動評価装置を実現するマイクロコンピュータの構成を示す図。
【図８】本発明に係る自律神経活動評価装置が実行する動作を説明するためのフローチャート。
【図９】本発明に係る自律神経活動評価装置において表示されるメニュー画面の例を示す図。
【図１０】本発明に係る自律神経活動評価装置が実行する個人固有値取得の動作を説明するためのフローチャート。
【図１１】本発明に係る自律神経活動評価装置が実行する自律神経失調症診断の動作を説明するためのフローチャート。
【図１２】本発明に係る自律神経活動評価装置が実行するストレス判定の動作を説明するためのフローチャート。
【図１３】本発明に係る自律神経活動評価装置が実行する体調判定の動作を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１  被験者
２  電極
３  信号処理部
４  トーン算出手段
５  エントロピー算出手段
６  個人固有値取得手段
７  記憶手段
８  評価手段
９  出力手段
１０  入力手段
【図１】
2004350952.tif 000031
【図２】
2004350952.tif 000032
【図３】
2004350952.tif 000033
【図４】
2004350952.tif 000034
【図５】
2004350952.tif 000035
【図６】
2004350952.tif 000036
【図７】
2004350952.tif 000037
【図８】
2004350952.tif 000038
【図９】
2004350952.tif 000039
【図１０】
2004350952.tif 000040
【図１１】
2004350952.tif 000041
【図１２】
2004350952.tif 000042
【図１３】
2004350952.tif 000043