JP2018011948A - 生体信号解析装置、生体信号解析方法及び生体信号解析システム - Google Patents
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Abstract
Description
第2の所定時間間隔ごとの移動平均値は、センサ信号の絶対振幅を反映しており、図13では途中で体位変換により信号全体が小さくなっている。正規化呼吸波形は、こうした体位変換による呼吸振幅の変化を正規化することができる。ただし、これだけではチェーンストークス型呼吸を呈する被験者においては、周期的呼吸の際の呼吸振幅が過大に補正されてしまうため、第1の所定時間間隔ごとの移動平均から第2の所定時間間隔ごとの移動平均を差し引いた波形で、さらに正規化呼吸波形を除し、これを補正呼吸信号とする。
尚、第1の所定時間間隔ごとの移動平均から第2の所定時間間隔ごとの移動平均を差し引いた波形の絶対値fの波形は、呼吸運動の振幅変化を表している。チェーンストークス型呼吸においては、周期的に振幅が変化しているのがわかる。そこで、この波形(以下、「CS呼吸波形」(=チェーンストークス型呼吸波形)と表記する。)について、正の部分はゼロ値とし、負の部分について無呼吸か否かの判定を行うために用いる。
不整脈の確定診断は心電図により行われるが、一過性の不整脈を検出するためにはホルター心電計を、場合によっては数日にわたって装着するなど、被験者にとっては必ずしも快適とは言えない。生体信号解析装置4は、心拍の規則性指標、例えば前述のHBRIを算出し、脈不整の定量的な評価を支援する情報を提供することができる。従って、普段の生活のまま心拍の規則性の評価に用いるデータを得ることができ、簡易的な不整脈のスクリーニングとして用いることができる。とりわけ、慢性不整脈で最も頻度の高い心房細動や発作性頻拍症、伝導障害においては、特徴的なパワースペクトルパターンを示し、早期発見が可能となる。また、既に確定診断がなされた不整脈患者の経過観察あるいは治療効果の確認にも応用できる。
現在市販あるいは報告されている非接触型の生体センサはいずれも呼吸運動の検出が可能ではあるものの、本実施の形態のように定量的な解析は行われていない。本実施の形態によれば、無呼吸やチェーンストークス型呼吸の検出が可能であり、睡眠時無呼吸症候群(SAS)のスクリーニング検査として使用できる。また、前述の心拍信号の解析と組み合わせることで、SASと不整脈を同じ測定データで同時に評価することができる。
前述の心拍信号には、心音に相当する波形成分が含まれており、I音、II音のほか、III音、IV音といった異常心音の検出が可能である。
前述の心拍信号の解析によって得られた心拍間隔を用いて心拍間隔変動のスペクトル解析が可能である。通常、心拍間隔変動は心電図のRR間隔を用いて行われるが、心拍信号を用いることにより、簡易な自律神経機能評価が可能となる。
睡眠中の体動、心拍、呼吸の経時的変化を解析することにより、睡眠の質評価を行うことができる。
2………生体センサ
3………生体信号出力装置
4………生体信号解析装置
5………ベッド
Claims (20)
- 生体センサから得られる電気信号に基づくデジタル信号を入力する信号入力手段と、
前記デジタル信号に対してフィルタ処理を行い、心拍信号を抽出する心拍信号抽出手段と、
前記心拍信号に対してノイズ低減処理を行い、解析用心拍信号を生成する第1ノイズ低減手段と、
前記解析用心拍信号に対してフーリエ変換を行い、心拍パワースペクトルを生成する第1パワースペクトル生成手段と、
前記心拍パワースペクトルのピークに基づいて、心拍数を算出する心拍数算出手段と、
を備えることを特徴とする生体信号解析装置。 - 前記心拍パワースペクトルに基づいて、心拍の規則性を評価する指標である心拍規則性指標を算出する第1指標算出手段、
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の生体信号解析装置。 - 前記第1指標算出手段は、前記心拍パワースペクトルの尖度又は前記心拍パワースペクトルのピーク周波数における相対的振幅を前記心拍規則性指標として算出する
ことを特徴とする請求項2に記載の生体信号解析装置。 - 前記第1ノイズ低減手段は、第1の所定時間間隔で前記心拍信号の分散値又は包絡線を算出し、前記分散値又は前記包絡線の対数値の波形から、前記第1の所定時間間隔よりも長い第2の所定時間間隔ごとの移動平均値を差し引いた波形を、前記解析用心拍信号とする
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の生体信号解析装置。 - 前記心拍パワースペクトルの一部の周波数帯に対して逆フーリエ変換を行い、心拍のゆらぎを示す波形を生成する波形生成手段、
を更に備えることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の生体信号解析装置。 - 前記デジタル信号に対してフィルタ処理を行い、呼吸信号を抽出する呼吸信号抽出手段と、
前記呼吸信号に対してノイズ低減処理を行い、解析用呼吸信号を生成する第2ノイズ低減手段と、
前記解析用呼吸信号に対してフーリエ変換を行い、呼吸パワースペクトルを生成する第2パワースペクトル生成手段と、
前記呼吸パワースペクトルのピークに基づいて、呼吸数を算出する呼吸数算出手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の生体信号解析装置。 - 前記呼吸パワースペクトルに基づいて、呼吸安定性を評価する指標である呼吸安定性指標を算出する第2指標算出手段、
を更に備えることを特徴とする請求項6に記載の生体信号解析装置。 - 前記呼吸信号の包絡線を算出し、前記包絡線に基づく波形から低呼吸及び無呼吸を検出するとともに、見かけの低呼吸・無呼吸指標を算出する第3指標算出手段、
を更に備えることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の生体信号解析装置。 - コンピュータが、
生体センサから得られる電気信号に基づくデジタル信号を入力する信号入力ステップと、
前記デジタル信号に対してフィルタ処理を行い、心拍信号を抽出する心拍信号抽出ステップと、
前記心拍信号に対してノイズ低減処理を行い、解析用心拍信号を生成する第1ノイズ低減ステップと、
前記解析用心拍信号に対してフーリエ変換を行い、心拍パワースペクトルを生成する第1パワースペクトル生成ステップと、
前記心拍パワースペクトルのピークに基づいて、心拍数を算出する心拍数算出ステップと、
を実行することを特徴とする生体信号解析方法。 - 振動伝達板と、前記振動伝達板に接着された圧電フィルムを含む生体センサと、
前記生体センサから得られる電気信号に基づくデジタル信号を入力する信号入力手段と、前記デジタル信号に対してフィルタ処理を行い、心拍信号を抽出する心拍信号抽出手段と、前記心拍信号に対してノイズ低減処理を行い、解析用心拍信号を生成する第1ノイズ低減手段と、前記解析用心拍信号に対してフーリエ変換を行い、心拍パワースペクトルを生成する第1パワースペクトル生成手段と、前記心拍パワースペクトルのピークに基づいて、心拍数を算出する心拍数算出手段と、を備える生体信号解析装置と、
を含むことを特徴とする生体信号解析システム。 - 前記振動伝達板は、前記圧電フィルムよりも弾性率が高いことを特徴とする請求項10に記載の生体信号解析システム。
- 前記圧電フィルムは、ポリフッ化ビニリデン製であることを特徴とする請求項10に記載の生体信号解析システム。
- 前記振動伝達板は、ポリカーボネート製であることを特徴とする請求項10又は請求項12に記載の生体信号解析システム。
- 前記生体信号解析装置は、前記心拍パワースペクトルに基づいて、心拍の規則性を評価する指標である心拍規則性指標を算出する第1指標算出手段、を更に備える
ことを特徴とする請求項10乃至請求項13のいずれかに記載の生体信号解析システム。 - 前記第1指標算出手段は、前記心拍パワースペクトルの尖度又は前記心拍パワースペクトルのピーク周波数における相対的振幅を前記心拍規則性指標として算出する
ことを特徴とする請求項14に記載の生体信号解析システム。 - 前記第1ノイズ低減手段は、第1の所定時間間隔で前記心拍信号の分散値又は包絡線を算出し、前記分散値又は前記包絡線の対数値の波形から、前記第1の所定時間間隔よりも長い第2の所定時間間隔ごとの移動平均値を差し引いた波形を、前記解析用心拍信号とする
ことを特徴とする請求項10乃至請求項15のいずれかに記載の生体信号解析システム。 - 前記生体信号解析装置は、前記心拍パワースペクトルの一部の周波数帯に対して逆フーリエ変換を行い、心拍のゆらぎを示す波形を生成する波形生成手段、を更に備える
ことを特徴とする請求項10乃至請求項16のいずれかに記載の生体信号解析システム。 - 前記生体信号解析装置は、前記デジタル信号に対してフィルタ処理を行い、呼吸信号を抽出する呼吸信号抽出手段と、前記呼吸信号に対してノイズ低減処理を行い、解析用呼吸信号を生成する第2ノイズ低減手段と、前記解析用呼吸信号に対してフーリエ変換を行い、呼吸パワースペクトルを生成する第2パワースペクトル生成手段と、前記呼吸パワースペクトルのピークに基づいて、呼吸数を算出する呼吸数算出手段と、を更に備える
ことを特徴とする請求項10乃至請求項17のいずれかに記載の生体信号解析システム。 - 前記生体信号解析装置は、前記呼吸パワースペクトルに基づいて、呼吸安定性を評価する指標である呼吸安定性指標を算出する第2指標算出手段、を更に備える
ことを特徴とする請求項18に記載の生体信号解析システム。 - 前記生体信号解析装置は、前記呼吸信号の包絡線を算出し、前記包絡線に基づく波形から低呼吸及び無呼吸を検出するとともに、見かけの低呼吸・無呼吸指標を算出する第3指標算出手段、を更に備える
ことを特徴とする請求項18又は請求項19に記載の生体信号解析システム。
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