JP2004350952A

JP2004350952A - Autonomic nerve activity evaluation device, its method, and autonomic nerve activity evaluation program

Info

Publication number: JP2004350952A
Application number: JP2003152822A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Oida; 映一笈田
Original assignee: S & Me Kk
Current assignee: S & Me Kk
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To determine autonomic nerve activity of each subject by an absolute measure. <P>SOLUTION: A formula for tone calculating means 4 is given by a sum of PI(n)/N where time series of a subject's cardiac cycle is H(n), PI(n)=äH(n)-H(n+1)}*100/H(n). A formula for entropy calculating means 5 is given by a negative sum of p(i)log<SB>2</SB>p(i) where probability distribution on time series of PI(n) is p(i). A personal inherent value obtaining means 6 to obtain personal tone and entropy values calculated by the formulas is also provided. A comparison of the personal inherent value with either or both of the tone and entropy values after the personal inherent value has been obtained leads to evaluation of its autonomic nerve activity. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【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．Ｔｈｅｉｎｔｅｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｖａｇａｌａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｅｆｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅｃａｒｄｉａｃｒａｔｅ．ＡｍＪＰｈｙｓｉｏｌ１１０，４２−５５．” ， ”Ｗａｒｎｅｒ，Ｈ．Ｒ．＆Ｃｏｘ，Ａ．１９６２．Ａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｈｅａｒｔｒａｔｅｃｏｎｔｒｏｌｂｙｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃａｎｄｖａｇｕｓｅｆｆｅｒｅｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．ＪＡｐｐｌＰｈｙｓｉｏｌ１７，３４９−３５５．”， ”Ｌｅｖｙ，Ｍ．Ｎ．１９９０．Ａｕｔｏｎｏｍｉｃｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｉｎｃａｒｄｉａｃｃｏｎｔｒｏｌ．ＡｎｎＮＹＡｃａｄＳｃｉ６０１，２０９−２２１．” ， ”Ｉｒｉｓａｗａ，Ｈ．，Ｂｒｏｗｎ，Ｈ．Ｆ．，ａｎｄＧｉｌｅｓ，Ｗ．１９９３．Ｃａｒｄｉａｃｐａｃｅｍａｋｉｎｇｉｎｔｈｅｓｉｎｏａｔｒｉａｌｎｏｄｅ．ＰｈｙｓｉｏｌＲｅｖ７３，１９７−２２７．”）。
【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（ＪＡｐｐｌＰｈｙｓｉｏｌ）１９９７８２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（ＪＧｅｒｏｎｔｏｌ）１９９９５４Ａ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（ＡｃｔａＰｈｙｓｉｏｌＳｃａｎｄ）１９９９１６５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（ＡｃｔａＰｈｙｓｉｏｌＳｃａｎｄ）１９９９１６５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】

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】

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】

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】

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】

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】

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】

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】

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】

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】

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】

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】

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（ＰｅｒｃｅｎｔａｇｅＩｎｄｅｘ）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】

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】

【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an autonomic nervous activity apparatus and method for evaluating autonomic nervous activity using heart rate variability analysis, and further to an autonomic nervous activity evaluation program.
[0002]
[Prior art]
Various studies over a century have already revealed that heartbeat variability per beat is derived from autonomic nervous activity. In recent years, attempts to non-invasively quantify autonomic nervous activity by applying a spectrum analysis technique to the heart rate variability have been actively made. However, methods and scales for quantifying autonomic nervous activity have not yet been established.
[0003]
On the other hand, it has already been confirmed by various experiments since the last century that the sympathetic nerve accelerates the heart rate and the parasympathetic nerve slows the heart rate (“Rosenblueth, A. & Simone, FA 1934. Thee”). 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, MN 1990. Au Ann NY Acad Sci 601, 209-221. "," Irisawa, H., Brown, H.F., H.F. -227. ").
[0004]
However, what was measured by the above experiment was only "average heart rate". It is in recent years that equipment and devices for signal processing have been provided for the problem of beat-to-beat variation in heartbeat. Assuming that the relationship between the autonomic nervous activity and the heart rate variability, which has been considered to be established as an “average value”, is strictly established also in the variation of the heartbeat on a beat-by-beat basis. Presented a method for evaluating autonomic nervous activity.
[0005]
[Non-patent document 1]
Eiichi Oida and 2 others J Appl Physiol 1997 82 821794-1801
[Non-patent document 2]
Eiichi Oida and 3 others J Gerontol 1999 Volume 54A M219-M224
[Non-Patent Document 3]
Eiichi Oida and 3 others Acta Physiol Scand 1999 Vol. 165 421-422
[Non-patent document 4]
Eiichi Oida et al. Acta Physiol Scand 1999 Vol. 165 129-134
[0006]
In the above paper, the sympathetic nerve and the parasympathetic nerve act alternately on the cardiac pacemaker and control the cardiac cycle of each beat, respectively, and this shortening or prolongation is quantified on two scales, tone and entropy. I have. As a result, it was confirmed that tone evaluated the sympathetic-parasympathetic balance, and entropy evaluated the activity of the sympathetic-parasympathetic nerve as a whole.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to further advance the method presented in the above-mentioned paper, and an object thereof is to provide an autonomic nervous activity evaluation apparatus and method capable of quantifying the autonomic nervous activity of each individual subject on an absolute scale. And to provide an autonomic nervous activity evaluation program.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The autonomic nervous activity evaluation device according to the present invention, when a cardiac cycle time series of a subject is H (n), a tone calculating unit that obtains a tone from Expression (1) defined below:
(Equation 13)

Where PI (n) = {H (n) -H (n + 1)} * 100 / H (n)
When the probability distribution related to the PI (n) time series is p (i), entropy calculating means for obtaining entropy from the following equation (2):
[Equation 14]

After acquiring the individual unique value of the tone and the entropy corresponding to the subject obtained by using the tone calculating means and the entropy calculating means, and acquiring the individual unique value by the individual unique value acquiring means, An evaluation unit that compares a value obtained by at least one of the tone calculation unit and the entropy calculation unit with the personal unique value to obtain an evaluation result for autonomic nervous activity; and an output that outputs an evaluation result obtained by the evaluation unit. Means.
[0009]
The autonomic nervous activity evaluation device according to the present invention, when a cardiac cycle time series of a subject is H (n), a tone calculating unit that obtains a tone from Expression (1) defined below:
(Equation 15)

Where PI (n) = {H (n) -H (n + 1)} * 100 / H (n)
When the probability distribution related to the PI (n) time series is p (i), entropy calculating means for obtaining entropy from the following equation (2):
(Equation 16)

A storage unit in which a tone standard value and an entropy standard value for each age are stored, a value obtained by at least one of the tone calculation unit and the entropy calculation unit, and a standard value of a corresponding age stored in the storage unit. And an output unit for outputting an evaluation result obtained by the evaluation unit, the evaluation unit obtaining an evaluation result for the autonomic nervous activity.
[0010]
The method for evaluating autonomic nervous activity according to the present invention includes the following steps: when a cardiac cycle time series of a subject is H (n), a tone calculating step of obtaining a tone from the following equation (1);
[Equation 17]

Where PI (n) = {H (n) -H (n + 1)} * 100 / H (n)
Assuming that a probability distribution related to the PI (n) time series is p (i), an entropy calculation step of obtaining entropy from the following equation (2):
(Equation 18)

A standard value obtaining step of obtaining each individual unique value of the tone and entropy corresponding to the subject calculated using the tone calculating step and the entropy calculating step, and after obtaining the individual unique value by the standard value obtaining step, Comparing the value obtained by at least one of the tone calculation step and the entropy calculation step with the personal unique value, and outputting an evaluation result obtained by the evaluation step; and an evaluation result obtained by the evaluation step. And an output step.
[0011]
The autonomic nervous activity evaluation method according to the present invention is an autonomic nervous activity evaluation method for obtaining an evaluation result for autonomic nervous activity using the above-mentioned standard values of storage means storing tone standard values and entropy standard values for each age. When the cardiac cycle time series of the subject is H (n), a tone calculating step of obtaining a tone from the following equation (1):
[Equation 19]

Where PI (n) = {H (n) -H (n + 1)} * 100 / H (n)
Assuming that a probability distribution related to the PI (n) time series is p (i), an entropy calculation step of obtaining entropy from the following equation (2):
(Equation 20)

An evaluation step of comparing a value obtained by at least one of the tone calculation step and the entropy calculation step with a standard value of the corresponding age stored in the storage means, and obtaining an evaluation result for autonomic nervous activity; And an output step of outputting an evaluation result obtained by the step.
[0012]
The autonomic nervous activity evaluation program according to the present invention is an autonomic nervous activity evaluation program which is executed by a processor operated by the program to evaluate autonomic nervous activity, wherein the cardiac cycle time series of the subject is H (n). , The tone calculation step of obtaining the tone from the following equation (1),
(Equation 21)

Where PI (n) = {H (n) -H (n + 1)} * 100 / H (n)
Assuming that a probability distribution related to the PI (n) time series is p (i), an entropy calculation step of obtaining entropy from the following equation (2):
(Equation 22)

After acquiring the individual unique value of the tone and the entropy corresponding to the subject calculated using the tone calculating step and the entropy calculating step, and acquiring the individual unique value by the individual unique value acquiring step, Comparing the value obtained by at least one of the tone calculation step and the entropy calculation step with the personal unique value, and outputting an evaluation result obtained by the evaluation step; and an evaluation result obtained by the evaluation step. And an output step.
[0013]
The autonomic nervous activity evaluation program according to the present invention uses the standard values of the storage means in which the tone standard value and the entropy standard value corresponding to the age range are stored, and is executed by the processor operated by the program to execute the autonomic nervous activity. An autonomic nervous activity evaluation program for performing an evaluation, wherein when a cardiac cycle time series of a subject is H (n), a tone calculation step of obtaining a tone from the following equation (1):
[Equation 23]

Where PI (n) = {H (n) -H (n + 1)} * 100 / H (n)
Assuming that a probability distribution related to the PI (n) time series is p (i), an entropy calculation step of obtaining entropy from the following equation (2):
(Equation 24)

An evaluation step of comparing a value obtained by at least one of the tone calculation step and the entropy calculation step with a standard value of a corresponding age range stored in the storage means, and obtaining an evaluation result for autonomic nervous activity; And an output step of outputting an evaluation result obtained in the evaluation step.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an apparatus and method for evaluating autonomic nervous activity according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the apparatus for evaluating autonomic nervous activity according to the present invention. At a predetermined position on the body surface of the subject 1, an electrode 2 for extracting an electrocardiogram signal is adhered. The electrocardiogram signal extracted by the electrode 2 is sent to a signal processing unit 3 having an amplification and A / D conversion function, and is amplified and A / D converted.
[0015]
The signal processing unit 3 and the tone calculation unit 4 calculate a tone described below based on the flowchart shown in FIG. The signal processing unit 3 sequentially detects R waves to obtain a cardiac cycle (S1), and sets the cardiac cycle time series to H (n) (n is a serial number of a heartbeat) (see FIG. 3). The period difference d (n) is obtained by the following equation (S2).
d (n) = H (n) -H (n + 1) (3)
[0016]
As described above, the cardiac cycle is an RR interval (an interval between R peaks) in an electrocardiogram signal. Since the cardiac cycle is a value that largely depends on the activity state of the subject, similarly to the heart rate, the difference d (n) is also a value that depends on the magnitude of the cardiac cycle. Thus, the signal processing unit 3 indexes the difference as a percentage with respect to the immediately preceding cardiac cycle (S3). This is referred to as PI (Percentage Index).
PI (n) = {H (n) -H (n + 1)} * 100 / H (n) (4)
[0017]
The purpose of the above-mentioned paper is described using this PI. It is proportional to the absolute value. " As a result, the average value of this PI time series can be considered to represent the balance between sympathetic nerve activity and parasympathetic nerve activity. Therefore, this is referred to as a dimensionless tone and is represented by the following equation (1).
(Equation 25)

Here, N is the total number of PI time-series terms within a predetermined time. However, in the above equation (1), the term where PI (n) = 0 is excluded, and the number of terms other than PI (n) = 0 is N.
[0018]
The tone calculating means 4 obtains PI (n) represented by the equation (4) from the signal processing unit 3, calculates the tone (S4), and holds the calculated tone (S5). After the tone is calculated by the tone calculating means 4, the PI time series is taken in by the entropy calculating means 5 and used for calculating entropy described below.
[0019]
When the probability distribution of the PI time series is p (i) (probability that PI has a value of i (i is an integer) at certain time intervals), entropy is calculated by the following equation (2).
(Equation 26)

[0020]
When an example of the PI time series is as shown in FIG. 4A and the probability distribution p (i) is as shown in FIG. 4B, for example, the entropy defined by Shannon is It can be obtained by (2). As shown in the flowchart of FIG. 5, the entropy calculating means 5 obtains the probability distribution p (i) from the PI time series (S11), calculates the entropy based on this (S12), and stores it (S13).
[0021]
A personal unique value obtaining means 6 is connected to the tone calculating means 4 and the entropy calculating means 5, and the personal unique value obtaining means 6 obtains a tone corresponding to the subject 1 obtained by using the tone calculating means 4 and the entropy calculating means 5. And the individual values of entropy are obtained. Specifically, the measurement is performed in a state where the subject 1 is at rest, for example. In a single measurement, the tone value calculated by the tone calculating means 4 is used as an individual unique value. In a plurality of measurements, the most appropriate value among the tone values calculated by the tone calculating means 4 is determined. Adopted to be an individual unique value. In the case of only one measurement, the value of the entropy calculated by the entropy calculation means 5 is used as the personal unique value. In the case of multiple measurements, the most appropriate value among the values of the entropy calculated by the entropy calculation means 5 is adopted. To be an individual unique value. Here, the most appropriate value means, in principle, the value with the lowest tone and the highest entropy. The individual unique values of the tone and entropy obtained in this way are stored in the storage means 7.
[0022]
The storage means 7 stores tone standard values and entropy standard values (here, age standard values) corresponding to the age range. The tone standard value and the entropy standard value corresponding to this age range are stored in, for example, a table in which values are associated with each age as shown in FIG. The tone standard value and the entropy standard value corresponding to the age range are obtained, for example, by obtaining tone values and entropy values for some subjects, averaging them, and giving them a predetermined width. In the example of FIG. 6, the average value and the width of the tones in each age range are divided into 0 to 9 years old, 10 to 19 years old, ..., 90 to 99 years old, and a0 ± c0, a1 ± c1,. , A9 ± c9, and the average value and width of the entropy are denoted as b0 ± d0, b1 ± d1,..., B9 ± d9. Actually, a0, a1,..., A9 are negative numerical values, b1, b2,..., B90, positive numerical values, and numerical values c0, c1,. , C9 and d0, d1,..., D9 indicate different values for each age. As described above, the storage means 7 stores the individual values of tone and entropy and the standard values corresponding to the age range. As revealed in the above-mentioned paper, tone can be used as an index indicating the balance between sympathetic nerve activity and parasympathetic nerve activity, and entropy can be used as an index indicating activity of the entire autonomic nerve. In the present invention, the autonomic nervous activity is evaluated by comparing the tone and entropy value actually obtained from the subject 1 with the individual values of tone and entropy and the standard values corresponding to the age range.
[0023]
The evaluation means 8 is connected to the tone calculation means 4 and the entropy calculation means 5, and the evaluation means 8 stores a value obtained by at least one of the tone calculation means 4 and the entropy calculation means 5 and a personal unique value for the storage means 7. An evaluation result is obtained for the autonomic nervous activity by comparing with the individual unique value stored by the obtaining means 6. Further, the evaluation unit 8 stores a value obtained by at least one of the tone calculation unit 4 and the entropy calculation unit 5 and a value stored in the storage unit 7 corresponding to the age data of the subject 1 input from the input unit 10. An evaluation result is obtained for autonomic nervous activity by comparing with a standard value of age (age standard value). The evaluation result obtained by the evaluation means 8 is output such as display by the output means 9.
[0024]
Each unit of the apparatus for evaluating autonomic nervous activity according to the above configuration can be realized by a computer such as a personal computer having the configuration shown in FIG. That is, in the computer shown in FIG. 7, the CPU 11 performs processing using a program stored in the main memory 12 and corresponding to the flowcharts shown in FIGS.
[0025]
An input / output interface 14, a display controller 15, a keyboard controller 16, a magnetic disk controller 17, and a mouse controller 18 are connected to a CPU (Central Processing Unit) 11 via a bus 13.
[0026]
Digitized data of an electrocardiogram signal sent from the signal processing unit 3 arrives at the input / output interface 14. A display device 19 such as a CRT or an LCD is connected to the display controller 15, and the display device 19 functions as the output unit 9. A keyboard input device 20 corresponding to the input means 10 of FIG. 1 is connected to the keyboard controller 16, and can input various data and commands. The magnetic disk controller 17 is connected to a magnetic disk storage device 21 corresponding to the storage means 7 in FIG. Necessary data and programs are stored in the magnetic disk storage device 21. A mouse 22 which is a pointing device is connected to the mouse controller 18 and necessary inputs are performed. The mouse 22 also corresponds to the input unit 10 in FIG.
[0027]
In the autonomic nervous activity evaluation apparatus constituted by the computer as described above, the CPU 11 executes a program corresponding to the flowchart shown in FIG. Since it functions as the means 8 and evaluates the autonomic nervous activity, the operation will be described based on this flowchart. For example, initially, a menu screen as shown in FIG. 9 is displayed on the display device 19, and the operator is inquired about which process is desired (S21). In other words, an inquiry is made as to whether to perform processing for acquiring individual unique values, to perform autonomic imbalance diagnosis, to determine the degree of stress (relaxation), or to determine the physical condition.
[0028]
Then, the CPU 11 determines whether there is an input for performing the process of acquiring an individual unique value (S22), whether there is an input for performing an autonomic imbalance diagnosis (S23), whether there is an input for determining a stress degree (relaxation degree) (S24), It is detected whether there is an input for making a determination (S25).
[0029]
When it is detected that there is an input for performing the process of acquiring the individual unique value, the process proceeds to the process of acquiring the individual unique value (S26). This process is a process corresponding to the flowchart shown in FIG. First, a tone calculation process is performed (S31). The processing in step S31 is the above-described processing shown by the flowchart in FIG. Next, an entropy calculation process is performed (S32). The processing in step S32 is the above-described processing shown by the flowchart in FIG. Then, the individual unique value acquisition unit 6 acquires the individual unique value and stores it in the storage unit 7 (S33), and ends the processing.
[0030]
If it is detected that there is an input for diagnosing autonomic imbalance, the process proceeds to an autonomic imbalance diagnosis process (S27). This process is a process corresponding to the flowchart shown in FIG. First, a tone calculation process is performed (S41). The processing in step S41 is the above-described processing shown by the flowchart in FIG. Next, entropy calculation processing is performed (S42). The processing in step S42 is the above-described processing shown by the flowchart in FIG.
[0031]
Then, for example, an input of the age of the subject 1 is input from the keyboard input device 20 (S43), and an entropy standard value (age range standard value) corresponding to this age is taken out from the storage means 7 and calculated in the above step S42. The value is compared with the entropy value (S44), and it is detected whether the value falls within the range of the entropy standard value (S45). As a result of the comparison, if it is detected that the value is within the range of the standard entropy value, the display data indicating normality is sent to the display controller 15 so that the display device 19 displays the normality (S46). On the other hand, as a result of the comparison, if it is detected that the tone is out of the standard entropy range, it is detected whether the tone is lower than the standard value or the entropy is higher than the standard value (S47). When branching to YES in step S47, the display data indicating normal is sent to the display controller 15 to display on the display device 19 indicating normal (S46). If the determination in step S47 is NO, the display data indicating that autonomic imbalance is suspected is sent to the display controller 15 to cause the display device 19 to display that autonomic imbalance is suspected (S48). As described above, it is possible to perform the process of diagnosing autonomic imbalance using entropy, which is an index indicating the activity of the entire autonomic nerve.
[0032]
In addition, when it is detected that an input for determining a stress level (relaxation degree) is detected while executing processing corresponding to the flowchart illustrated in FIG. 8, a stress level (relaxation degree) determination process (S28). Proceed to. This process is a process corresponding to the flowchart shown in FIG. First, tone calculation processing is performed (S51). The processing in step S51 is the above-described processing shown by the flowchart in FIG. Next, entropy calculation processing is performed (S52). The processing in step S52 is the above-described processing shown by the flowchart in FIG. Next, the personal unique value (or the age standard value) stored in the storage means 7 is compared with the tone value and entropy calculated above (S53), and whether the calculated tone value is higher than the personal unique value (or the age standard value). , And / or whether the calculated entropy value is lower than the individual peculiar value (or the age standard value) (S54).
[0033]
As a result of the comparison, when the calculated tone value is higher than the individual characteristic value (or the age standard value) and / or when the calculated entropy value is lower than the individual characteristic value (or the age standard value), the display data indicating that the stress is strong is displayed. The image is sent to the display controller 15 to display on the display device 19 that the stress is strong (S56). On the other hand, as a result of the comparison, in the case opposite to the above, display data indicating that the stress is weak is sent to the display controller 15 to display on the display device 19 that the stress is weak (S55). As described above, it is possible to perform the stress (relaxation) determination process using the tone, which is an index indicating the balance between the sympathetic nerve activity and the parasympathetic nerve activity, and the entropy, which is an index indicating the activity of the entire autonomic nerve. it can.
[0034]
In addition, when it is detected that there is an input for performing the physical condition determination while performing the process corresponding to the flowchart shown in FIG. 8, the process proceeds to the physical condition determination process (S29). This process is a process corresponding to the flowchart shown in FIG. First, tone calculation processing is performed (S61). The process in step S61 is the above-described process shown by the flowchart in FIG. Next, entropy calculation processing is performed (S62). The processing in step S62 is the above-described processing shown by the flowchart in FIG.
[0035]
Next, the tone and entropy individual values stored in the storage unit 7 are compared with the tone and entropy values calculated above (S63), and the calculated tone is lower than the individual unique value and / or the calculated entropy value is It is detected whether the value is higher than the individual unique value (S64).
[0036]
As a result of the comparison, when the calculated tone is lower than the individual characteristic value and / or when the calculated entropy value is higher than the individual characteristic value, display data indicating that the physical condition is good is sent to the display controller 15 and the physical condition is displayed on the display device 19. Is displayed (S65). On the other hand, as a result of the comparison, when the calculated tone is equal to or more than the individual unique value and / or when the calculated entropy value is equal to or less than the range of the individual unique value, display data indicating that the physical condition is bad is sent to the display controller 15 and the display device 19 is displayed. In step S66, an indication that the physical condition is bad is displayed. As described above, the physical condition determination process can be performed using the tone as the index indicating the balance between the sympathetic nerve activity and the parasympathetic nerve activity and the entropy as the index indicating the activity of the entire autonomic nerve.
[0037]
The above autonomic nervous activity evaluation device can be operated in every scene of daily activities such as exercise, walking, sleep and the like, and it is also possible to obtain a temporal change of the autonomic nervous activity during the operation.
[0038]
The autonomic nervous activity evaluation device of the present invention can be incorporated into various electrocardiographs, sleep analyzers, acceleration pulse wave meters, and the like to evaluate autonomic nervous activity at rest. In addition, the autonomic nervous activity evaluation device of the present invention uses, as autonomic nervous activity, environmental changes such as humidity, illuminance, fragrance, tools used (such as chairs and personal computers), exercise loads, and reactions to drugs as autonomic nervous activities. It can be measured and evaluated, and can also be used as a stress monitor. Further, by using the method for a patient, the condition of the patient can be properly grasped, so that it can be used as a patient monitor or a monitoring device (bedside monitor).
[0039]
Further, in the above embodiment, the function of each means is realized by a personal computer, but it can be realized as a wristwatch type device by a one-chip microcomputer.
[0040]
In the above embodiment, the electrode 2 is mounted on the body surface. However, a pulse wave signal is detected by a finger sack type detection unit having a pulse sensor, and a cardiac cycle (R-R) is detected based on the pulse wave signal. (Interval) may be obtained. Further, the pulse wave signal may be obtained from the earlobe.
[0041]
In the above embodiment, the age range is based on ten years (10 years), and the tone standard value and the entropy standard value are stored in the table for each ten years. However, the present invention is not limited to this. Absent. The age range may be, for example, one year old, and a standard tone value and standard entropy value stored in a table corresponding to one year old, two years old, three years old,... May be used. In short, the age range for dividing the tone standard value and the entropy standard value can be set arbitrarily.
[0042]
In addition, when the individual unique value is obtained, the measurement is performed with the subject 1 in a resting state, but is not limited thereto. For example, a certain kind of load (exercise load, environmental load, etc.) is given to the subject 1 to obtain an individual unique value, and the same or another kind of load (exercise load, environmental load, etc.) is given on the basis of this to obtain a tone / tone. The entropy may be measured, and the measured value may be compared with the individual unique value, and the health state of the subject 1 may be observed based on the magnitude of the measurement.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in view of the fact that the value of PI obtained by indexing the difference of the cardiac cycle as a percentage with respect to the immediately preceding cardiac cycle is related to the sympathetic nerve activity and the parasympathetic nerve activity, When the average value is calculated as a tone, and when the probability distribution of the PI time series is p (i), the entropy defined by Shannon is calculated and stored as these individual eigenvalues, and the tone obtained thereafter is calculated. Since the autonomic nervous activity is evaluated in comparison with the value or the entropy value, the evaluation of the autonomic nervous activity in the individual can be appropriately performed on an absolute scale that can be compared. In addition, since the tone standard value and the entropy standard value corresponding to the age range are stored in advance, and the stored value is compared with the tone value and the entropy value obtained at a certain time, the autonomic nervous activity is evaluated. The evaluation of the autonomic nervous activity in the individual can be appropriately performed in comparison with the same age range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an autonomic nervous activity evaluation device according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a tone calculation process performed in the autonomic nervous activity evaluation device according to the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining a cardiac cycle (RR interval) used in the autonomic nervous activity evaluation device according to the present invention.
4A is a diagram showing an example of a PI time series used for calculating entropy in the autonomic nervous activity evaluation device according to the present invention, and FIG. 4B shows a probability distribution p (i) thereof. FIG.
FIG. 5 is a flowchart illustrating an entropy calculation process performed in the autonomic nervous activity evaluation device according to the present invention.
FIG. 6 is a view showing an example of an age standard value stored in a storage means in the autonomic nervous activity evaluation device according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a microcomputer for realizing the autonomic nervous activity evaluation device according to the present invention.
FIG. 8 is a flowchart for explaining an operation executed by the autonomic nervous activity evaluation device according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing an example of a menu screen displayed in the autonomic nervous activity evaluation device according to the present invention.
FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation of acquiring an individual unique value performed by the autonomic nervous activity evaluation device according to the present invention.
FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of autonomic dysfunction diagnosis performed by the autonomic nervous activity evaluation apparatus according to the present invention.
FIG. 12 is a flowchart illustrating an operation of stress determination performed by the autonomic nervous activity evaluation device according to the present invention.
FIG. 13 is a flowchart for explaining an operation of physical condition determination performed by the autonomic nervous activity evaluation device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 subject
2 electrodes
3 Signal processing unit
4 Tone calculation means
5 Entropy calculation means
6 Individual unique value acquisition means
7 Storage means
8 Evaluation means
9 Output means
10 Input means

Claims

When the cardiac cycle time series of the subject is H (n), tone calculating means for obtaining a tone from the following equation (1):

Where PI (n) = {H (n) -H (n + 1)} * 100 / H (n)
When the probability distribution related to the PI (n) time series is p (i), entropy calculating means for obtaining entropy from the following equation (2):

Individual unique value acquisition means for acquiring individual unique values of tone and entropy corresponding to the subject obtained using the tone calculation means and the entropy calculation means,
After acquiring the personal unique value by the personal unique value acquiring means, comparing the value obtained by at least one of the tone calculating means and the entropy calculating means with the personal unique value, and evaluating means for obtaining an evaluation result for autonomic nervous activity, ,
An output unit that outputs an evaluation result obtained by the evaluation unit.

Storage means for storing tone standard values and entropy standard values corresponding to age ranges;
An evaluation unit that compares a value obtained by at least one of the tone calculation unit and the entropy calculation unit with a standard value of a corresponding age range stored in the storage unit, and obtains an evaluation result for autonomic nervous activity,
An output unit that outputs an evaluation result obtained by the evaluation unit.

When the cardiac cycle time series of the subject is H (n), a tone calculating step of obtaining a tone from the following equation (1);

Where PI (n) = {H (n) -H (n + 1)} * 100 / H (n)
Assuming that a probability distribution related to the PI (n) time series is p (i), an entropy calculation step of obtaining entropy from the following equation (2):

Individual unique value acquisition step of acquiring each individual unique value of tone and entropy corresponding to the subject calculated using the tone calculation step and the entropy calculation step,
After acquiring the individual unique value by the individual unique value acquiring step, a value obtained by at least one of the tone calculation step and the entropy calculation step is compared with the individual unique value, and an evaluation step of obtaining an evaluation result for autonomic nervous activity, ,
An output step of outputting an evaluation result obtained in the evaluation step.

An autonomic nervous activity evaluation method for obtaining an evaluation result for autonomic nervous activity using the standard value of the storage means in which a tone standard value and an entropy standard value corresponding to an age range are stored,
When the cardiac cycle time series of the subject is H (n), a tone calculating step of obtaining a tone from the following equation (1);

An evaluation step of comparing a value obtained by at least one of the tone calculation step and the entropy calculation step with a standard value of a corresponding age range stored in the storage means, and obtaining an evaluation result for autonomic nervous activity;
An output step of outputting an evaluation result obtained in the evaluation step.

An autonomic nervous activity evaluation program that is executed by a processor that operates according to a program to evaluate autonomic nervous activity,
When the cardiac cycle time series of the subject is H (n), a tone calculating step of obtaining a tone from the following equation (1);

An autonomic nervous activity evaluation program which uses the standard values of the storage means in which tone standard values and entropy standard values corresponding to age ranges are stored, and is executed by a processor operated by the program to evaluate autonomic nervous activity. ,
When the cardiac cycle time series of the subject is H (n), a tone calculating step of obtaining a tone from the following equation (1);