JP2018082975A - 状態推定装置、方法およびプログラム - Google Patents
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Description
第1の実施形態に係る状態判別手法は、心拍変動(HRV:Heart Rate Variability)における低周波成分HRVLFおよび高周波成分HRVHFから呼吸特徴量を推定し、呼吸特徴量の推定値に基づいて状態判別を行うものである。本実施形態では、一例として、換気量(例えば1回換気量)における低周波成分の割合(以降、RVV(LF,n)と呼ぶ)を呼吸特徴量として用いる場合について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る状態推定装置の構成例を示す。図1に示す状態推定装置10は、心電計測部11および状態推定部12を備える。一例として、状態推定装置10は、心電計測部11を被験者(ユーザ)に装着可能なウェアラブルデバイスとし、状態推定部12をスマートフォン、タブレット型端末、パーソナルコンピュータ(PC)などのコンピュータデバイスとしたシステムにより実現される。例えば、コンピュータデバイスは、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサと、プロセッサに接続されるメモリと、心電計測部11と(例えば無線で)通信するための通信インタフェースと、を備える。なお、状態推定装置10の実現形態は、この例に限定されるものではない。例えば、状態推定装置10は1つのデバイスとして実現されてもよい。また、心電計測部11は状態推定装置10の外部に設けられてもよい。言い換えると、状態推定装置10は、心電計測部11に相当する外部の心電計測装置から被験者の心電を計測した結果を取得してもよい。
次に、本実施形態に係る状態推定装置10による状態推定動作について説明する。
本実施形態に係る状態推定処理は、学習フェーズと運用フェーズの2つからなる。学習フェーズは、呼吸特徴量推定用データ記録部124および状態判別用データ記録部125に記録するデータを生成するものである。運用フェーズは、学習フェーズで生成されたデータを用いて呼吸特徴量の推定および状態推定を行うものである。
学習フェーズでは、心拍特徴量から呼吸特徴量を推定する際に使用する呼吸特徴量推定用データと、呼吸特徴量からタスク状態を判別する際に使用する状態判別用データと、を生成する。本実施形態では、一例として、呼吸特徴量推定部122で重回帰分析を用い、状態判別部123でサポートベクターマシンを用いる。
本処理では、心拍特徴量から呼吸特徴量を推定する際に使用する重回帰式の係数および切片を決める。このため、本処理の実施にあたっては、正解値となる呼吸特徴量と心拍特徴量のデータ対が複数必要となる。本処理に用いるシステムの一例を図2に示す。図2に示す呼吸特徴量推定用データ生成システムは、心電計測部21、心拍特徴量算出部22、呼吸計測部23、呼吸特徴量算出部24、呼吸特徴量推定用データ作成部25、および呼吸特徴量推定用データ記録部26を備える。
本処理では、タスク状態の判別に用いる判別器を構築する。このため、本処理の実施にあたっては、正解値となる状態ラベルと呼吸特徴量のデータ対が複数必要となる。本処理に用いるシステムの一例を図3に示す。図3に示す状態判別用データ生成システムは、呼吸計測部31、呼吸特徴量算出部32、状態判別器作成部33、状態ラベル記録部34、および状態判別用データ記録部35を備える。
運用フェーズでは、図1に示した状態推定装置10によって、心拍特徴量から呼吸特徴量を推定し、推定結果を用いて状態判別を行う。
図5のステップS501において、心電計測部11は、被験者の心電を計測する。ステップS502において、心拍特徴量算出部121は、心電計測部11による計測の結果に基づいて、心拍変動の低周波成分HRVLFおよび高周波成分HRVHFを算出する。例えば、心拍特徴量算出部121は、心電計測部11から出力された心電信号からR波を抽出し、隣接する2つのR波からRRIを算出し、RRI列の周波数スペクトルを自己回帰モデルによって解析し、HRVLFおよびHRVHFを算出する。
以上のように、本実施形態では、心拍特徴量と呼吸特徴量との関係、ならびに、呼吸特徴量とタスク状態との関係を事前に学習しておき、心拍特徴量から呼吸特徴量を推定し、推定した呼吸特徴量からタスク状態を判別する。これにより、呼吸の心拍変動への影響を反映した状態推定が可能となる。この結果、呼吸統制をすることなく、高い精度での状態推定が可能となる。さらに、心拍特徴量から呼吸特徴量を推定するので、運用フェーズにおいては、呼吸特徴量を計測するための機器を導入する必要がない。
本発明は、上述した第1の実施形態に限定されるものではない。例えば、呼吸特徴量として、RVV(LF,n)に限らず、呼吸に関連する他の指標を用いてもよい。例えば、呼吸特徴量は、呼吸数に基づくものであってもよく、換気量と呼吸数の両方に基づくものであってもよい。
Claims (8)
- 被験者の心電を計測する心電計測手段から出力される信号に基づいて心拍変動の高周波成分を算出する算出手段と、
前記算出された心拍変動の高周波成分に基づいて呼吸特徴量を推定する推定手段と、
前記推定された呼吸特徴量に基づいて前記被験者の状態を判別する判別手段と、
を備える状態推定装置。 - 前記推定手段は、単回帰分析によって、前記算出された心拍変動の高周波成分から前記呼吸特徴量を算出する、請求項1に記載の状態推定装置。
- 前記算出手段は、前記信号に基づいて心拍変動の低周波成分をさらに算出し、
前記推定手段は、前記算出された心拍変動の低周波成分および高周波成分に基づいて前記呼吸特徴量を推定する、請求項1に記載の状態推定装置。 - 前記推定手段は、重回帰分析によって、前記算出された心拍変動の低周波成分および高周波成分から前記呼吸特徴量を算出する、請求項3に記載の状態推定装置。
- 前記呼吸特徴量は、呼吸数、換気量、またはこれらの両方に基づく、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の状態推定装置。
- 前記呼吸特徴量は、換気量における低周波成分の割合に基づく、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の状態推定装置。
- 被験者の心電を計測した信号に基づいて心拍変動の高周波成分を算出することと、
前記算出された心拍変動の高周波成分に基づいて呼吸特徴量を推定することと、
前記推定された呼吸特徴量に基づいて前記被験者の状態を判別することと、
を備える状態推定方法。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の状態推定装置が備える各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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