JP2008073478A - Grasping method and grasping device for sympathetic nerve activity - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交感神経系の活動をリアルタイムにかつ被験者の身体に負担をかけることなく把握する交換神経活動把握方法およびその把握装置に関する。 The present invention relates to an exchange nerve activity grasping method and grasping device for grasping sympathetic nervous system activity in real time and without imposing a burden on a subject's body.
人間の身体活動のうち重要な心拍、呼吸などの生命を維持する生体活動は自律神経に依存している。自律神経系は交感神経系と副交換神経系とからなり、緊張時（活動時）は交感神経系が活発に活動し、弛緩時（休止時）には副交換神経系が活発に活動している。 Biological activities that maintain life such as heartbeat and respiration, which are important in human physical activity, depend on autonomic nerves. The autonomic nervous system consists of the sympathetic nervous system and the para-switching nervous system. When nervous (active), the sympathetic nervous system is active. When relaxed (resting), the para-switching nervous system is active. Yes.
従来の自律神経系の活動を把握するには、心拍のＲ−Ｒ間隔のデータを周波数解析することにより求めたパワースペクトル密度の分布を見ることで行ってきた。即ち、低周波領域部（ＬＦ）でパワースペクトル密度が高くなると、交感神経系が活発であり、高周波領域部（ＨＦ）でパワースペクトル密度が高くなると、副交換神経系が活発であることが分かる。 In order to grasp the activity of the conventional autonomic nervous system, it has been performed by looking at the distribution of power spectral density obtained by frequency analysis of the data of the RR interval of the heartbeat. That is, when the power spectrum density is increased in the low frequency region (LF), the sympathetic nervous system is active, and when the power spectrum density is increased in the high frequency region (HF), the sub-switching nervous system is active. .
しかし、心拍のＲ−Ｒ間隔のデータからパワースペクトル密度を算出することにより交感神経系の活動を把握する方法は、複雑な演算処理を必要とし、さらにリアルタイムに把握することが困難であった。 However, the method of grasping the activity of the sympathetic nervous system by calculating the power spectrum density from the RR interval data of the heartbeat requires complicated arithmetic processing and is difficult to grasp in real time.
交感神経系の活動は、基礎的な生体活動である心拍や呼吸などの動きを司る機能を有しており、交感神経系の活動を把握することにより身体の活動を的確に把握することが可能となる。その結果、身体の健康度は言うまでもなく、精神の健康度をも把握することが可能になるものであり、交感神経系の活動をリアルタイムに把握することは健康管理の上で重要である。 The sympathetic nervous system has functions that control the movements of heartbeat and breathing, which are basic biological activities, and it is possible to accurately grasp the physical activity by grasping the activities of the sympathetic nervous system. It becomes. As a result, it is possible to grasp not only the physical health level but also the mental health level, and it is important for health management to grasp the activity of the sympathetic nervous system in real time.
上述したように、従来の交感神経系の活動を把握するには、心拍信号のＲ−Ｒ間隔のデータを周波数解析することにより求めたパワースペクトル密度の分布を求めるという複雑な演算を行う必要がある。しかしこの方法では、演算に時間がかかるとともにリアルタイムに把握することが困難であるという問題がある。 As described above, in order to grasp the activity of the conventional sympathetic nervous system, it is necessary to perform a complicated operation of obtaining the distribution of the power spectral density obtained by frequency analysis of the data of the RR interval of the heartbeat signal. is there. However, this method has a problem that it takes time for calculation and it is difficult to grasp in real time.
本発明は上記問題を鑑み、演算処理の負荷が少なくかつリアルタイムに交感神経の活動を把握できる方法および装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus which can grasp the sympathetic nerve activity in real time with a small calculation processing load.
上記目的を達成するために、本発明の第１の解決手段の交感神経活動把握方法は、心拍信号検出手段を用いて被験者から心拍信号を検出し、検出された心拍信号から心拍強度信号を算出し、算出した心拍強度信号の一定時間内のデータの分散値を算出し、前記分散値の値から交感神経の活動を把握することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the sympathetic nerve activity grasping method of the first solving means of the present invention detects a heartbeat signal from a subject using a heartbeat signal detection means, and calculates a heartbeat intensity signal from the detected heartbeat signal. Then, the variance value of the data within a predetermined time of the calculated heart rate intensity signal is calculated, and the activity of the sympathetic nerve is grasped from the value of the variance value.
上記の第１の解決手段によれば、交感神経系の活動は心拍強度信号の一定時間内のデータの分散値から把握することが可能であり、従来から用いられている心拍信号のＲ−Ｒ間隔のデータのパワースペクトル密度の分布を求めるという複雑な演算を行う必要がなく、かつリアルタイムに交感神経系の活動を把握することができる。なお本発明人は、心拍強度信号の一定時間内のデータの分散値の大きさが交換神経系の活発さの程度と相関が高いことを、実験において確認している。 According to the first solution described above, the activity of the sympathetic nervous system can be grasped from the dispersion value of data within a predetermined time of the heart rate intensity signal, and the R-R of the heart rate signal conventionally used. It is not necessary to perform a complicated calculation of obtaining the power spectral density distribution of the interval data, and the activity of the sympathetic nervous system can be grasped in real time. The present inventor has confirmed through experiments that the magnitude of the variance value of data within a certain time of the heart rate intensity signal is highly correlated with the degree of activity of the exchange nervous system.
本発明の第２の解決手段は、第１の解決手段の交感神経活動把握方法であって、交感神経の活動を把握する指標値を、心拍強度の分散値に係数を乗じて算出することを特徴とする。 The second solving means of the present invention is a sympathetic activity grasping method of the first solving means, wherein an index value for grasping sympathetic nerve activity is calculated by multiplying a variance value of heart rate intensity by a coefficient. Features.
本発明の第３の解決手段は、第１の解決手段の交感神経活動把握方法であって、前記心拍信号検出手段は、被験者の身体の下に配置した生体信号検出手段でもって生体信号を検出し、検出された生体信号から心拍信号を抽出することを特徴としており、就寝中の被験者の身体を拘束することなく、交感神経の活動を把握することができる。 The third solving means of the present invention is the sympathetic nerve activity grasping method of the first solving means, wherein the heartbeat signal detecting means detects a biological signal by means of a biological signal detecting means arranged under the body of the subject. The heartbeat signal is extracted from the detected biological signal, and the activity of the sympathetic nerve can be grasped without restricting the body of the sleeping subject.
本発明の第４の解決手段は、第３の解決手段の交感神経活動把握方法であって、前記生体信号検出手段は、微差圧センサと生体信号検出部とからなり、生体信号検出部の内部に収容されている空気の圧力変化を微差圧センサでもって検出することにより生体信号を検出することを特徴としており、簡単な構造でありながら高感度の検出を可能にしている。 A fourth solving means of the present invention is a sympathetic nerve activity grasping method according to the third solving means, wherein the biological signal detecting means includes a slight differential pressure sensor and a biological signal detecting unit, It is characterized by detecting a biological signal by detecting a pressure change of the air accommodated in the inside using a slight differential pressure sensor, and enables high-sensitivity detection while having a simple structure.
本発明の第５の解決手段は、第１の解決手段の交感神経活動把握方法であって、前記心拍信号検出手段は、手首あるいは上腕部に装着する脈派計あるいは血圧計であることを特徴とする。 The fifth solving means of the present invention is the sympathetic nerve activity grasping method of the first solving means, wherein the heartbeat signal detecting means is a sphygmomanometer or a sphygmomanometer worn on the wrist or upper arm. And
本発明の第６の解決手段は、第１の解決手段の交感神経活動把握方法であって、前記心拍信号の強度信号は、心拍信号検出手段で検出した信号をゲインコントロールして得られる係数の逆数として得られる信号であることを特徴とする。 The sixth solving means of the present invention is the sympathetic nerve activity grasping method of the first solving means, wherein the intensity signal of the heartbeat signal is a coefficient obtained by gain-controlling the signal detected by the heartbeat signal detecting means. It is a signal obtained as an inverse number.
本発明の第７の解決手段の交感神経活動把握装置は、被験者から心拍信号を検出する心拍信号検出手段と、検出された心拍信号から心拍強度信号を算出する心拍強度算出手段と、算出した心拍強度信号の一定時間内のデータの分散値を算出する心拍強度分散値算出手段と、上記心拍強度分散値の値から交感神経の活動を把握する交感神経活動把握手段とを備えることを特徴とする。 The sympathetic nerve activity grasping device of the seventh solving means of the present invention comprises a heartbeat signal detecting means for detecting a heartbeat signal from a subject, a heartbeat intensity calculating means for calculating a heartbeat intensity signal from the detected heartbeat signal, and a calculated heartbeat. A heart rate intensity variance value calculating unit that calculates a variance value of data within a predetermined time of an intensity signal, and a sympathetic nerve activity grasping unit that grasps sympathetic nerve activity from the value of the heart rate intensity variance value. .
本発明の第８の解決手段は、第７の解決手段の交感神経活動把握装置であって、上記交感神経把握手段は心拍強度の分散値に係数を乗じて交感神経の活動の指標値を算出する交感神経活動指標値算出手段を備えることを特徴とする。 An eighth solving means of the present invention is the sympathetic nerve activity grasping device of the seventh solving means, wherein the sympathetic nerve grasping means calculates a sympathetic nerve activity index value by multiplying the variance value of the heart rate intensity by a coefficient. And sympathetic nerve activity index value calculating means.
本発明の第９の解決手段は、第７の解決手段の交感神経活動把握装置であって、前記心拍信号検出手段は、被験者の身体の下に配置した生体信号検出手段でもって生体信号を検出し、検出された生体信号から心拍信号を抽出することを特徴とする。 A ninth solving means of the present invention is the apparatus for grasping sympathetic nerve activity of the seventh solving means, wherein the heartbeat signal detecting means detects a biological signal by means of a biological signal detecting means arranged under the body of the subject. And a heartbeat signal is extracted from the detected biological signal.
本発明の第１０の解決手段は、第９の解決手段の交感神経活動把握装置であって、前記生体信号検出手段は、微差圧センサと生体信号検出部とからなり、生体信号検出部の内部に収容されている空気の圧力変化を微差圧センサでもって検出することにより生体信号を検出することを特徴とする。 A tenth solving means of the present invention is the sympathetic nerve activity grasping device of the ninth solving means, wherein the biological signal detecting means comprises a differential pressure sensor and a biological signal detecting section, A biological signal is detected by detecting a pressure change of the air accommodated in the inside using a slight differential pressure sensor.
本発明の第１１の解決手段は、第７の解決手段の交感神経活動把握装置であって、前記心拍信号検出手段は、手首あるいは上腕部に装着する脈派計あるいは血圧計であることを特徴とする。 The eleventh solving means of the present invention is the sympathetic nerve activity grasping device of the seventh solving means, wherein the heartbeat signal detecting means is a sphygmomanometer or a sphygmomanometer worn on the wrist or upper arm. And
本発明の第１２の解決手段は、第７の解決手段の交感神経活動把握装置であって、前記心拍信号強度検出手段は、心拍信号検出手段で検出した信号をゲインコントロールして得られる係数の逆数として得られる信号であることを特徴とする。 The twelfth solving means of the present invention is the sympathetic nerve activity grasping device of the seventh solving means, wherein the heartbeat signal intensity detecting means is a coefficient obtained by gain-controlling the signal detected by the heartbeat signal detecting means. It is a signal obtained as an inverse number.
上述したように本発明の交感神経活動把握方法および把握装置は、心拍信号を検出し、その心拍信号の強度信号を算出し、一定時間内の心拍強度信号のデータの分散値を算出し、この心拍強度信号の分散値を用いて交換神経系の活動の指標値を生成するものであり、従来の心拍信号のＲ−Ｒ間隔のデータからパワースペクトル密度を算出する複雑な演算を行う必要がなく、さらにリアルタイムで交感神経の活動の指標値を得ることができる。 As described above, the sympathetic nerve activity grasping method and grasping device of the present invention detects a heartbeat signal, calculates an intensity signal of the heartbeat signal, calculates a variance value of data of the heartbeat intensity signal within a predetermined time, The index value of the activity of the exchange nervous system is generated using the variance value of the heart rate intensity signal, and there is no need to perform a complicated calculation for calculating the power spectral density from the data of the R-R interval of the conventional heart rate signal. Furthermore, an index value of sympathetic nerve activity can be obtained in real time.
また、心拍信号検出手段として、被験者を拘束することのない生体信号検出手段を用いれば、被験者に身体的な負担をかけることなく交換神経系の活動を把握することが可能となる。一方、腕あるいは上腕部に装着する型式の心拍信号の検出手段を用いることにより、心拍信号の検出はより一層確実なものとなる。 In addition, if the biological signal detection means that does not restrain the subject is used as the heartbeat signal detection means, it becomes possible to grasp the activity of the exchange nervous system without placing a physical burden on the subject. On the other hand, by using a heartbeat signal detection means of the type worn on the arm or upper arm, the heartbeat signal can be detected more reliably.
図をもって本発明の方法および装置について詳細に説明する。図１は本発明の交換神経活動把握方法およびその把握装置における交感神経の活動を示す指標値を求める工程を示すブロック図であり、図２は別の生体信号検出手段を示す平面図であり、図３は交感神経の活動を示す指標値を算出する手順を示すフロー図であり、図４は本発明の交換神経活動把握方法およびその把握装置による心拍強度の分散値の時系列データおよび交感神経系の活動状況を示すグラフである。なお、本発明は本実施例によって限定されるものではない。 The method and apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a process of obtaining an index value indicating sympathetic nerve activity in the exchange nerve activity grasping method and grasping device of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing another biological signal detecting means, FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for calculating an index value indicating sympathetic nerve activity, and FIG. 4 shows time-series data of variance values of heart rate intensity and sympathetic nerves by the exchange nerve activity grasping method and grasping device of the present invention. It is a graph which shows the activity condition of a system. In addition, this invention is not limited by a present Example.
図１は、本発明の交感神経系の活動を把握する方法を実施する実施例の工程を示すブロック図であり、図１（ｂ）は、矢視方向から見た一部断面図である。図１に示す生体信号検出手段１は、被験者を拘束することなく被験者の微細な生体信号を検出する検出手段であり、信号増幅整形手段２により、信号を後の処理工程で処理できるように生体検出手段１で検出された信号を増幅し、呼吸などの不要な信号をバンドパスフィルターなどにより除去する。 FIG. 1 is a block diagram showing the steps of an embodiment for carrying out the method for grasping the activity of the sympathetic nervous system of the present invention, and FIG. 1B is a partial cross-sectional view seen from the direction of the arrow. The biological signal detection means 1 shown in FIG. 1 is a detection means for detecting a minute biological signal of the subject without restraining the subject, and the biological amplification is performed so that the signal can be processed in a later processing step by the signal amplification shaping means 2. The signal detected by the detection means 1 is amplified, and unnecessary signals such as respiration are removed by a band pass filter or the like.
生体信号検出手段１は圧力センサ１ａと圧力検出チューブ１ｂとからなり、被験者を拘束しない生体信号の検出手段を構成している。圧力センサ１ａは、微小な圧力の変動を検出するセンサであり、本実施例では、低周波用のコンデンサマイクロホンタイプを使用するが、これに限るものではなく、適切な分解能とダイナミックレンジを有するものであればよい。 The biological signal detection means 1 includes a pressure sensor 1a and a pressure detection tube 1b, and constitutes a biological signal detection means that does not restrain the subject. The pressure sensor 1a is a sensor that detects minute fluctuations in pressure. In this embodiment, a low-frequency condenser microphone type is used. However, the pressure sensor 1a is not limited to this, and has an appropriate resolution and dynamic range. If it is.
本実施例で使用した低周波用のコンデンサマイクロフォンは、一般の音響用マイクロフォンが低周波領域に対して配慮されていないのに引き替え、受圧面の後方にチャンバーを設けることによって低周波領域の特性を大幅に向上させたものであり、圧力検出チューブ１ｂ内の微小圧力変動を検出するのに好適なものである。また、微小な差圧を計測するのに優れており、０．２Ｐａの分解能と約５０Ｐａのダイナミックレンジを有し、通常使用されるセラミックを利用した微差圧センサと比較して数倍の性能を持つものであり、生体信号が体表面に通して圧力検出チューブ１ｂに加えた微小な圧力を検出するのに好適なものである。また周波数特性は０．１Ｈｚ〜２０Ｈｚの間でほぼ平坦な出力値を示し、心拍および呼吸数等の微少な生体信号を検出するのに適している。 The low-frequency condenser microphone used in this example is replaced with a general acoustic microphone that does not consider the low-frequency area. This is a significant improvement and is suitable for detecting minute pressure fluctuations in the pressure detection tube 1b. In addition, it is excellent for measuring minute differential pressure, has a resolution of 0.2 Pa and a dynamic range of about 50 Pa, and is several times the performance of a fine differential pressure sensor using a ceramic that is normally used. It is suitable for detecting a minute pressure applied to the pressure detection tube 1b through a biological signal through the body surface. The frequency characteristic shows an almost flat output value between 0.1 Hz and 20 Hz, and is suitable for detecting minute biological signals such as heartbeat and respiration rate.
圧力検出チューブ１ｂは、生体信号の圧力変動範囲に対応して内部の圧力が変動するように適度の弾力を有するものを使用する。また圧力変化を適切な応答速度で微差圧センサ１ａに伝達するために圧力検出チューブ１ｂの中空部の容積を適切に選ぶ必要がある。圧力検出チューブ１ｂが適度な弾性と中空部容積を同時に満足できない場合には、圧力検出チューブ１ｂの中空部に適切な太さの芯線をチューブ長さ全体にわたって装填し、中空部の容積を適切にとることができる。 As the pressure detection tube 1b, a tube having an appropriate elasticity so that the internal pressure fluctuates corresponding to the pressure fluctuation range of the biological signal is used. Further, in order to transmit the pressure change to the fine differential pressure sensor 1a at an appropriate response speed, it is necessary to appropriately select the volume of the hollow portion of the pressure detection tube 1b. When the pressure detection tube 1b cannot satisfy the appropriate elasticity and the volume of the hollow portion at the same time, the hollow portion of the pressure detection tube 1b is loaded with a core wire having an appropriate thickness over the entire length of the tube, and the volume of the hollow portion is appropriately set. Can take.
圧力検出チューブ１ｂは寝台７上に敷かれた硬質シート８の上に配置され、その上に弾性を有するクッションシート９が敷かれており、その上には被験者が横臥する。なお、圧力検出チューブ１ｂは、クッションシート９などに組み込んだ構成にすることにより、圧力検出チューブ１ｂの位置を安定させる構造としてもよい。なおここでは、布団などの寝具については図示しない。 The pressure detection tube 1b is disposed on a hard sheet 8 laid on the bed 7, and an elastic cushion sheet 9 is laid thereon, on which a subject lies down. Note that the pressure detection tube 1b may have a structure in which the position of the pressure detection tube 1b is stabilized by being incorporated in the cushion sheet 9 or the like. Note that the bedding such as a futon is not shown here.
本実施例では、２組の生体信号検出手段１が設けられており、一方が被験者の胸部の部位の生体信号を検出し、他方が被験者の臀部の部位を検出することで、被験者の就寝の姿勢に関わらず生体信号を安定して検出するように構成されているが、胸部の部位または臀部の部位の一方のみ圧力検出チューブ１ａを配置する構成としてもよい。 In this embodiment, two sets of biological signal detection means 1 are provided, one of which detects a biological signal of the chest part of the subject and the other of the subject's buttocks part of the subject, Although it is configured to stably detect the biological signal regardless of the posture, the pressure detection tube 1a may be disposed only in one of the chest region and the buttocks region.
生体信号検出手段１によって検出された生体信号は、人の身体から発する様々な振動が混ざりあった信号であり，その中に心拍信号を始めとして呼吸信号や寝返り等の信号が含まれている。生体信号検出手段１によって検出された生体信号を信号増幅整形手段２により増幅し、さらに明らかに異常なレベルの信号を除去するなどして適切な信号整形処理を行う。 The biological signal detected by the biological signal detection means 1 is a signal in which various vibrations emitted from a human body are mixed, and includes a heartbeat signal, a respiratory signal, a wake-up signal, and the like. The biological signal detected by the biological signal detecting means 1 is amplified by the signal amplification and shaping means 2, and an appropriate signal shaping process is performed, for example, by removing a signal having an apparently abnormal level.
信号増幅整形手段２の出力信号には、心拍、呼吸、体動などの生体の発する様々な信号が含まれており、心拍信号検出手段３において、バンドパスフィルターを用いて心拍信号を検出する。 The output signal of the signal amplification shaping means 2 includes various signals generated by the living body such as heartbeat, respiration, and body movement, and the heartbeat signal detection means 3 detects the heartbeat signal using a bandpass filter.
心拍強度信号検出手段４は、自動利得制御手段４１と信号強度演算手段４２とから構成される。自動利得制御手段４１は、心拍信号検出手段３の出力を所定の信号レベルの範囲に入るように自動的にゲイン制御を行ういわゆるＡＧＣ回路であり、この際のゲインの値（係数）を信号強度演算手段４２に出力する。ゲイン制御は、例えば信号のピーク値が上限閾値を超えた場合に出力信号の振幅が小さくなるようにゲインを設定し、ピーク値が下限閾値を下回った場合に振幅が大きくなるようにゲインを設定している。 The heart rate intensity signal detection means 4 is composed of an automatic gain control means 41 and a signal intensity calculation means 42. The automatic gain control means 41 is a so-called AGC circuit that automatically performs gain control so that the output of the heartbeat signal detection means 3 falls within a predetermined signal level range. The gain value (coefficient) at this time is used as the signal intensity. It outputs to the calculating means 42. For gain control, for example, the gain is set so that the amplitude of the output signal decreases when the peak value of the signal exceeds the upper threshold, and the gain is increased when the peak value falls below the lower threshold. is doing.
信号強度演算手段４２は、自動利得制御手段４１において生体信号に対して施したゲイン制御の係数から信号の強度を演算する。上述のＡＧＣ回路から得られるゲインの値は信号の大きさが大なるときには小さく、また信号の大きさが小なるときは大きく設定されるように信号強度を示す関数を設定するのがよい。 The signal strength calculation means 42 calculates the signal strength from the gain control coefficient applied to the biological signal in the automatic gain control means 41. It is preferable to set a function indicating the signal strength so that the gain value obtained from the AGC circuit is set to be small when the signal size is large and to be large when the signal size is small.
交感神経指標値算出手段５は、心拍強度の分散値の値から交感神経の活動状態を把握する指標値を算出する手段である。心拍強度分散算出手段５１において心拍強度信号検出手段４で得られた心拍強度の６０秒間のデータの分散値（標準偏差）を算出する。心拍強度のデータは１秒ごとに測定されており、その時点からさかのぼること６０秒間のデータ、即ち６０個の心拍強度データの分散値を求める。この結果心拍強度のばらつき（分散値）の１秒間隔の時系列データが得られる。ここで、分散値とは、所謂統計学上の分散を示すものであり、分散の替わりに標準偏差を用いてもよい。 The sympathetic nerve index value calculating means 5 is a means for calculating an index value for grasping the activity state of the sympathetic nerve from the value of the dispersion value of the heart rate intensity. The heart rate intensity variance calculating unit 51 calculates the variance value (standard deviation) of the 60-second data of the heart rate obtained by the heart rate intensity signal detecting unit 4. The heart rate intensity data is measured every second, and the data for 60 seconds, that is, the variance value of 60 heart rate intensity data, is determined from that point. As a result, time-series data at intervals of 1 second of variation (dispersion value) in heart rate intensity is obtained. Here, the variance value indicates a so-called statistical variance, and a standard deviation may be used instead of the variance.
心拍強度分散算出手段５１で求めたデータの分散値を用いて、指標値演算手段５２により交感神経の活動状況を示す指標値を算出し、その結果をデータ記憶・出力手段６に出力することにより図示しないモニター装置に表示あるいは印刷装置に印刷する。 By using the variance value of the data obtained by the heart rate intensity variance calculating means 51, an index value indicating the sympathetic nerve activity status is calculated by the index value calculating means 52, and the result is output to the data storage / output means 6. Display on a monitor device (not shown) or print on a printing device.
上述の実施例では、生体信号検出手段として中空のチューブを用いた例で説明したが、図２に示すエアマットを検出手段として用いることも可能である。ここでは、生体信号検出手段１０ａは内部に空気を封入したエアマットであり、その一端にエアチューブ１０ｂが接続され、微差圧センサ１０ｃに接続される。微差圧センサ１０ｃは、図１に示す中空のチューブを用いた生体信号検出手段の場合で説明したものと同じセンサ、即ち微差圧センサ１ａを用いることができる。 In the above-described embodiment, an example in which a hollow tube is used as the biological signal detection means has been described. However, the air mat shown in FIG. 2 can also be used as the detection means. Here, the biological signal detection means 10a is an air mat in which air is enclosed, and an air tube 10b is connected to one end of the biological signal detection means 10a and is connected to the fine differential pressure sensor 10c. As the fine differential pressure sensor 10c, the same sensor as that described in the case of the biological signal detection means using the hollow tube shown in FIG. 1, that is, the fine differential pressure sensor 1a can be used.
次に交感神経の活動を把握する手順について図１、図３および図４を用いて説明する。生体検出手段１で検出された生体信号から信号増幅整形手段２において信号の増幅および整形を行い、次いで心拍信号検出手段３において呼吸などの不要な信号をバンドパスフィルターなどにより除去することにより心拍信号が検出される。検出された心拍信号は図３に示すように心拍強度信号検出手段４において自動利得制御手段（ＡＧＣ）４１でもって心拍信号のゲインを制御することによりピーク値が制御され、心拍強度演算手段４２でもってこのピーク値を用いて心拍信号強度が算出される。自動利得制御手段（ＡＧＣ）４１を用いることにより心拍強度信号の異常値が排除されることにより、データ処理の信頼性が向上する効果がある。 Next, the procedure for grasping the activity of the sympathetic nerve will be described with reference to FIG. 1, FIG. 3, and FIG. The signal amplification and shaping means 2 amplifies and shapes the signal from the biological signal detected by the biological detection means 1, and then the heartbeat signal detection means 3 removes unnecessary signals such as respiration by a bandpass filter or the like. Is detected. As shown in FIG. 3, a peak value of the detected heartbeat signal is controlled by controlling the gain of the heartbeat signal by the automatic gain control means (AGC) 41 in the heartbeat intensity signal detection means 4. Therefore, the heartbeat signal intensity is calculated using this peak value. By using the automatic gain control means (AGC) 41, the abnormal value of the heart rate intensity signal is eliminated, thereby improving the reliability of data processing.
交感神経活動指標値算出手段５は、図３のフロー図に示すように心拍強度信号検出手段４で算出された心拍強度信号について、各々の時点からさかのぼること６０秒間の心拍強度データの分散値（標準偏差）を算出する。就寝中の被験者の心拍強度の分散値の値を連続して表示したのが図４（ａ）である。図４（ａ）は即ち心拍強度の分散値の時系列データを示している。ここで図４（ａ）の心拍強度の標準偏差の単位は、想定される最大の心拍強度の標準偏差を基準とする百分率である。 The sympathetic nerve activity index value calculating means 5 has a 60-second dispersion value of the heart rate intensity data (returning from each time point) for the heart rate intensity signal calculated by the heart rate intensity signal detecting means 4 as shown in the flowchart of FIG. Standard deviation) is calculated. FIG. 4A shows the dispersion values of the heart rate intensity of the subject who is sleeping continuously. FIG. 4A shows time series data of variance values of heart rate intensity. Here, the unit of the standard deviation of the heart rate intensity in FIG. 4A is a percentage based on the assumed standard deviation of the maximum heart rate intensity.
図４（ｂ）には図４（ａ）の被験者に対して同じ時刻の交感神経成分の推移の様子を示す図である。ただし、ここでは、交感神経成分の状態を明瞭に示すために、交感神経成分と副交感神経成分の比の推移を示している。副交換成分野のパワースペクトル密度に対する交換成分野のパワースペクトル密度の比にすることにより交感神経成分が実質的に活発であるか否かが明瞭に示される。図４（ａ）および図４（ｂ）から心拍強度の分散値（標準偏差）の推移と交感神経成分の推移とがよく類似した動きをとることが分かる。実際に相関を求めると高い相関（７０％超）があることが判明した。 FIG. 4B is a diagram showing the transition of the sympathetic nerve component at the same time for the subject in FIG. However, here, in order to clearly show the state of the sympathetic nerve component, the transition of the ratio between the sympathetic nerve component and the parasympathetic nerve component is shown. The ratio of the power spectral density of the exchange component field to the power spectral density of the sub-exchange component field clearly shows whether or not the sympathetic nerve component is substantially active. 4 (a) and 4 (b), it can be seen that the transition of the variance value (standard deviation) of the heart rate intensity and the transition of the sympathetic nerve component take similar movements. When the correlation was actually obtained, it was found that there was a high correlation (over 70%).
この相関を考慮して、交感神経の活動を示す指標Ｐを次の（Ａ）式により求める。
Ｐ＝α・ｓ （Ａ）
ここでＰは、交感神経の活動を示す指標値、ｓは心拍強度の分散値（標準偏差）であり、αは、心拍強度の分散値から交感神経の活動を示す指標値を導出する係数で、心拍強度の分散値と同時期の交感神経のパワースペクトル密度の大きさから実験的に求められる。また、年齢によって心拍強度の分散値が異なる傾向を示すことが予想されるので、年齢による補正が必要と思われる。In consideration of this correlation, an index P indicating sympathetic nerve activity is obtained by the following equation (A).
P = α · s (A)
Here, P is an index value indicating sympathetic nerve activity, s is a variance value (standard deviation) of heart rate intensity, and α is a coefficient for deriving an index value indicating sympathetic activity from the variance value of heart rate intensity. It is experimentally determined from the dispersion value of the heart rate intensity and the power spectrum density of the sympathetic nerve at the same time. Further, since it is expected that the variance value of the heart rate intensity varies depending on the age, it seems that correction by age is necessary.
上記のように算出された指標値は、モニタ装置あるいは印刷装置に出力される。上述のようにして求めた交感神経系の活動の指標値は、交換神経系の活動を把握するための指標値であり、被験者の身体の状態を知る上での重要な目安となるものである。この指標値の値が高い場合には、生体活動は活発な状態であり、この指標値が低い場合はリラックスしている場合を示している。即ち被験者の身体および精神状態を把握することが可能となる。 The index value calculated as described above is output to a monitor device or a printing device. The index value of the sympathetic nervous system activity obtained as described above is an index value for grasping the activity of the exchange nervous system, and is an important measure for knowing the state of the subject's body. . When the index value is high, the biological activity is active, and when the index value is low, the activity is relaxed. That is, it becomes possible to grasp the body and mental state of the subject.
本実施例の説明では、心拍信号を検出する方法として、被験者の身体の下に敷いた生体信号検出手段で得られた生体信号から心拍信号を抽出する方法を示した。本実施例を構成する上記の生体信号検出手段は、被験者の身体を拘束する装着物およびこれらの装着物に接続される信号用コードなどが不要であり、被験者の睡眠を妨げることがない。また、タイマーなどの機能を装置に持たせることにより、電源を入れるなどの操作が不要であり、被験者が何ら操作することなく、被験者の生体信号を取得することができる。 In the description of the present embodiment, as a method for detecting a heartbeat signal, a method for extracting a heartbeat signal from a biological signal obtained by a biological signal detection means placed under the body of the subject has been shown. The above-described biological signal detection means constituting the present embodiment does not require a wearing object that restrains the body of the subject and a signal cord connected to these wearing objects, and does not disturb the sleeping of the subject. Also, by providing the device with a function such as a timer, an operation such as turning on the power is unnecessary, and the subject's biological signal can be acquired without any operation by the subject.
しかし心拍信号を検出する方法は本実施例で説明した構成に限るものではなく、継続的に心拍信号あるいは心拍の信号と同等の信号が得られる検出手段であれば使用可能である。例えば身体に装着するタイプの心拍計、脈派計あるいは脈拍計であってデータを連続的に記録することが可能であれば本発明の生体信号検出手段として使用可能である。 However, the method for detecting a heartbeat signal is not limited to the configuration described in this embodiment, and any detection means that can continuously obtain a heartbeat signal or a signal equivalent to a heartbeat signal can be used. For example, if it is a heart rate meter, a pulse meter, or a pulse meter of the type worn on the body and can continuously record data, it can be used as the biological signal detecting means of the present invention.
本発明の交感神経活動把握方法及びその把握装置は、被験者の心拍信号強度を求め、その強度のばらつき（分散）から交感神経の活動状況を示す指標値を求める方法であり、被験者を拘束することなく把握することが可能であるので、日常生活において容易に使用することができる。 The method for grasping sympathetic nerve activity and the grasping device thereof according to the present invention are methods for obtaining a heartbeat signal intensity of a subject and obtaining an index value indicating a sympathetic nerve activity state from a variation (dispersion) in the intensity, and restraining the subject. Since it can be grasped without any problem, it can be easily used in daily life.
交感神経系の活動は生命維持活動を司る重要な神経系であり、その活動の状況を把握することは、身体的および精神的状態を把握することにつながり、総合的な健康に関する情報の基礎となる指標値と言うことが可能であり、総合的な健康管理に役立てることが期待されること大なるものがある。 Sympathetic nervous system activity is an important nervous system that controls life support activities. Understanding the status of such activities leads to understanding the physical and mental state, and provides the basis for comprehensive health information. It can be said that it is an index value, and there is a great expectation that it will be useful for comprehensive health management.
１ 生体信号検出手段（圧力検出手段）
１ａ 微差圧センサ
１ｂ 圧力検出チューブ
２ 信号増幅整形手段
３ 心拍信号検出手段
４ 心拍強度信号検出手段
５ 交感神経指標値算出手段
６ データ記憶・出力手段
７ 寝台
８ 硬質シート
９ クッションシート
１０ 生体検出手段（圧力検出手段）
１０ａ 圧力検出手段（エアーマット）
１０ｂ エアチューブ
１０ｃ 微差圧センサ
４１ 自動利得制御（ＡＧＣ）手段
４２ 信号強度演算手段
５１ 心拍強度分散算出手段
５２ 指標値演算手段1 Biological signal detection means (pressure detection means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Minute differential pressure sensor 1b Pressure detection tube 2 Signal amplification shaping means 3 Heart rate signal detection means 4 Heart rate intensity signal detection means 5 Sympathetic nerve index value calculation means 6 Data storage / output means 7 Bed 8 Hard sheet 9 Cushion sheet 10 Living body detection means (Pressure detection means)
10a Pressure detection means (air mat)
10b Air tube 10c Differential pressure sensor 41 Automatic gain control (AGC) means 42 Signal intensity calculating means 51 Heart rate intensity dispersion calculating means 52 Index value calculating means
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