JP2021040882A - Cardiopulmonary function state change estimation system, cardiopulmonary function state change estimation device, cardiopulmonary function state change estimation method, and cardiopulmonary function state change estimation program - Google Patents

Cardiopulmonary function state change estimation system, cardiopulmonary function state change estimation device, cardiopulmonary function state change estimation method, and cardiopulmonary function state change estimation program Download PDF

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誠 庄境
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Abstract

To provide highly accurate cardiopulmonary function state change estimation system, cardiopulmonary function state change estimation device, cardiopulmonary function state change estimation method, and cardiopulmonary function state change estimation program.SOLUTION: A cardiopulmonary function state change estimation system includes: a loading device for giving a load to a person to be measured who is doing exercise; and a cardiopulmonary function state change estimation device having a data acquisition unit for acquiring a plurality of pieces of biological marker data related to a cardiopulmonary function of the person to be measured from the person to be measured who is doing exercise at each of a plurality of time points, and a cardiopulmonary function state change point estimation unit for constructing a multi-dimensional movement vector between two points of the plurality of time points respectively on the basis of a multi-dimensional vector at the plurality of time points composed of the biological marker data, and estimating a local maximum point of a curvature degree of two continuous multi-dimensional movement vectors as a change point of a cardiopulmonary function state of the person to be measured.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、心肺機能状態変化推定システム、心肺機能状態変化推定装置、心肺機能状態変化推定方法及び心肺機能状態変化推定プログラムに関する。 The present disclosure relates to a cardiopulmonary function state change estimation system, a cardiopulmonary function state change estimation device, a cardiopulmonary function state change estimation method, and a cardiopulmonary function state change estimation program.

近年、健康の維持・改善における運動の効果が多くの臨床研究で明らかになり、糖尿病等の生活習慣病や心臓病等の治療の方法として、運動療法が実施されるようになってきた。運動療法の中心は、ウォーキングやサイクリング等の有酸素運動である。有酸素運動をより安全かつ効果的に行うためには、患者等が、個人毎に最適な運動強度(以下、「至適運動強度」と呼ぶ)で運動を行うことが重要である。
至適運動強度は、測定対象者に漸増的に運動負荷を与えながら呼気ガスを収集して分析を行うCPX検査(心肺運動負荷検査)により推定されることが一般的である。CPX検査では、呼気ガス分析で求まる測定対象者の酸素摂取量と二酸化炭素排出量とから、心肺機能状態の変化点となる有酸素運動と無酸素運動との境界付近の運動強度(嫌気性代謝閾値、以下AT(Anaerobic Threshold)という)が決定される。CPX検査では、嫌気性代謝閾値ATが測定対象者の至適運動強度とされる。
In recent years, the effects of exercise on maintaining and improving health have been clarified in many clinical studies, and exercise therapy has come to be implemented as a method for treating lifestyle-related diseases such as diabetes and heart disease. The center of exercise therapy is aerobic exercise such as walking and cycling. In order to perform aerobic exercise more safely and effectively, it is important for patients and the like to exercise at the optimum exercise intensity for each individual (hereinafter referred to as "optimal exercise intensity").
The optimum exercise intensity is generally estimated by a CPX test (cardiopulmonary exercise load test) in which exhaled gas is collected and analyzed while gradually applying an exercise load to the person to be measured. In the CPX test, exercise intensity (anaerobic metabolism) near the boundary between aerobic exercise and anaerobic exercise, which is the change point of cardiopulmonary function, is obtained from the oxygen uptake and carbon dioxide emission of the measurement subject obtained by breath gas analysis. The threshold, hereinafter referred to as AT (Anaerobic Threshold)), is determined. In the CPX test, the anaerobic metabolism threshold AT is regarded as the optimum exercise intensity of the person to be measured.

しかしながら、CPX検査は、測定対象者に大きな身体的負担がかかり、また、検査装置も高額で実施可能な施設が限られる等の問題がある。また、CPX検査に必須の呼気ガス分析で必要なマスクの装着は測定対象者にとって不快であり、呼気ガス分析不要の簡便な至適運動強度の測定方法が求められている。そこで、至適運動強度の測定を呼気ガス分析なしでより簡便かつ安価に実現するための装置がいくつか提案されている。例えば、従来、測定対象者の心拍数データおよび心音(具体的には、第1心音)振幅データの二重積を二重積データとして演算し、この二重積データの分布に近似する近似線の屈曲する運動強度を至適運動強度として検出する装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 However, the CPX test imposes a heavy physical burden on the person to be measured, and there are problems such as a limited number of facilities where the test device can be carried out at a high price. In addition, wearing a mask necessary for breath gas analysis, which is essential for CPX examination, is unpleasant for the measurement subject, and a simple method for measuring optimal exercise intensity that does not require breath gas analysis is required. Therefore, some devices have been proposed to realize the measurement of the optimum exercise intensity more easily and inexpensively without exhaled gas analysis. For example, conventionally, the double product of the heart rate data and the heart sound (specifically, the first heart sound) amplitude data of the measurement target person is calculated as the double product data, and an approximation line that approximates the distribution of the double product data. An apparatus has been proposed for detecting the bending exercise intensity of the above as the optimum exercise intensity (see, for example, Patent Document 1).

特許第5526421号公報Japanese Patent No. 5526421

しかしながら、このような装置によって検出された至適運動強度は、多くの測定対象者に対して略正確な至適運動強度を検出することができる一方、一部の測定対象者(例えば、心不全患者などの心疾患患者)では、このような装置によって検出された至適運動強度が実際の至適運動強度からかけ離れてしまう場合がある。また、嫌気性代謝閾値(AT)以外の運動強度決定に有用な情報を検出することができない。
本開示は、嫌気性代謝閾値(AT)や呼吸性代償開始点(RC)などの心肺機能状態の変化点において複数の生物学的マーカデータが屈曲を示すことに着目して上記のような課題に着目したもので、どのような被験者に対しても高い精度で心肺機能状態を推定する心肺機能状態変化推定システム、心肺機能状態変化推定装置、心肺機能状態変化推定方法及び心肺機能状態変化推定プログラムを提供することを目的とする。
However, while the optimal exercise intensity detected by such a device can detect a substantially accurate optimal exercise intensity for many measurement subjects, some measurement subjects (for example, patients with heart failure). In patients with heart failure such as), the optimal exercise intensity detected by such a device may be far from the actual optimal exercise intensity. In addition, it is not possible to detect information useful for determining exercise intensity other than the anaerobic metabolism threshold (AT).
The present disclosure focuses on the fact that multiple biological marker data show flexion at changes in cardiopulmonary function states such as anaerobic metabolic threshold (AT) and respiratory compensation initiation point (RC). Cardiopulmonary function state change estimation system, cardiopulmonary function state change estimation device, cardiopulmonary function state change estimation method, and cardiopulmonary function state change estimation program that estimate cardiopulmonary function state with high accuracy for any subject. The purpose is to provide.

上記課題を解決するために、本開示の一様態に係る心肺機能状態変化推定システムは、運動をしている測定対象者に負荷を与える負荷装置と、
複数の時点のそれぞれにおいて、運動をしている前記測定対象者から前記測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカデータを取得するデータ取得部と、
前記生物学的マーカデータから構成された前記複数の時点における多次元ベクトルに基づいて、複数の前記時点のうちの2点間の多次元移動ベクトルをそれぞれ構成し、連続する2つの前記多次元移動ベクトルの屈曲度の局所最大点を、前記測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定する心肺機能状態変化推定部と、
を有する心肺機能状態変化推定装置と、
を備える心肺機能状態変化推定システム。
In order to solve the above problems, the cardiopulmonary function state change estimation system according to the present disclosure includes a load device that gives a load to a person to be measured who is exercising.
A data acquisition unit that acquires a plurality of biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement subject from the measurement subject who is exercising at each of a plurality of time points.
Based on the multidimensional vector at the plurality of time points composed of the biological marker data, a multidimensional movement vector between two points at the plurality of time points is constructed, and two consecutive multidimensional movements are formed. A cardiopulmonary function state change estimation unit that estimates the local maximum point of the vector flexion degree as a change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject,
Cardiopulmonary function state change estimator with
A cardiopulmonary function state change estimation system equipped with.

本開示の他の様態に係る心肺機能状態変化推定装置は、複数の時点のそれぞれにおいて、運動をしている測定対象者から測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカデータを取得するデータ取得部と、生物学的マーカデータから構成された複数の時点における多次元ベクトルに基づいて、複数の時点のうちの2点間の多次元移動ベクトルをそれぞれ構成し、連続する2つの多次元移動ベクトルの屈曲度の局所最大点を、測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定する心肺機能状態変化推定部と、を備えることを特徴とする。 The cardiopulmonary function state change estimator according to another aspect of the present disclosure acquires a plurality of biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement subject from the measurement subject who is exercising at each of a plurality of time points. Based on a multidimensional vector at a plurality of time points composed of a data acquisition unit and biological marker data, a multidimensional movement vector between two points at a plurality of time points is constructed, and two consecutive multiples are formed. It is characterized by including a cardiopulmonary function state change estimation unit that estimates a local maximum point of the degree of flexion of the dimensional movement vector as a change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject.

本開示の他の態様に係る心肺機能状態変化推定方法は、複数の時点のそれぞれにおいて、運動をしている測定対象者から測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカデータを取得し、生物学的マーカデータから構成された複数の時点における多次元ベクトルに基づいて、複数の時点のうちの2点間の多次元移動ベクトルをそれぞれ構成し、連続する2つの多次元移動ベクトルの屈曲度の局所最大点を、測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定することを特徴とする。 The cardiopulmonary function state change estimation method according to another aspect of the present disclosure acquires a plurality of biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement subject from the measurement subject who is exercising at each of a plurality of time points. Then, based on the multidimensional vector at a plurality of time points composed of biological marker data, a multidimensional movement vector between two points at the plurality of time points is constructed, and two consecutive multidimensional movement vectors are formed. The feature is that the local maximum point of the degree of flexion is estimated as the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject.

本開示の他の態様に係る心肺機能状態推定プログラムは、複数の時点のそれぞれにおいて、運動をしている測定対象者から測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカデータを取得することと、生物学的マーカデータから構成された複数の時点における多次元ベクトルに基づいて、複数の時点のうちの2点間の多次元移動ベクトルをそれぞれ構成することと、連続する2つの多次元移動ベクトルの屈曲度の局所最大点を、測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定することと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。 The cardiopulmonary function state estimation program according to another aspect of the present disclosure acquires a plurality of biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement subject from the measurement subject who is exercising at each of a plurality of time points. That, and based on the multidimensional vector at multiple time points composed of biological marker data, each of the multidimensional movement vectors between two points at multiple time points is constructed, and two consecutive multidimensional ones. It is characterized in that the local maximum point of the degree of flexion of the movement vector is estimated as the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject, and the computer is made to execute.

本開示は、精度の高い心肺機能状態変化推定システム、心肺機能状態変化推定装置、心肺機能状態変化推定方法及び心肺機能状態変化推定プログラムを提供することができる。 The present disclosure can provide a highly accurate cardiopulmonary function state change estimation system, a cardiopulmonary function state change estimation device, a cardiopulmonary function state change estimation method, and a cardiopulmonary function state change estimation program.

第1実施形態に係る心肺機能状態変化推定システム及び心肺機能状態変化推定装置の一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one configuration example of the cardiopulmonary function state change estimation system and the cardiopulmonary function state change estimation device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置で用いる心電データ及び心音データについて説明する概略図である。It is a schematic diagram explaining the electrocardiographic data and the cardiac sound data used in the cardiopulmonary function state change estimation apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置の心肺機能状態変化推定部の一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one structural example of the cardiopulmonary function state change estimation part of the cardiopulmonary function state change estimation apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置の多次元移動ベクトル構成部において構成する多次元移動ベクトルの概要について説明する概略図である。It is a schematic diagram explaining the outline of the multidimensional movement vector configured in the multidimensional movement vector component of the cardiopulmonary function state change estimation apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置の出力部で示すグラフの一例である。This is an example of a graph shown in the output unit of the cardiopulmonary function state change estimation device according to the first embodiment. 嫌気性代謝閾値AT及び呼吸性代償開始点RCを説明する概略図である。It is the schematic explaining the anaerobic metabolism threshold AT and the respiratory compensation start point RC. 第1実施形態に係る心肺機能状態変化推定方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the cardiopulmonary function state change estimation method which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置の一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one configuration example of the cardiopulmonary function state change estimation apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置の一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one configuration example of the cardiopulmonary function state change estimation apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第1から第3実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置のハードウェア構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the hardware configuration of the cardiopulmonary function state change estimation apparatus which concerns on 1st to 3rd Embodiment. 第1から第3実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置に含まれる信号処理端末の内部構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the internal structure of the signal processing terminal included in the cardiopulmonary function state change estimation apparatus which concerns on 1st to 3rd Embodiment. 第1から第3実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置のハードウェア構成の他の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows another example of the hardware configuration of the cardiopulmonary function state change estimation apparatus which concerns on 1st to 3rd Embodiment. 第1から第3実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置に含まれる信号処理端末の内部構成の他の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows another example of the internal structure of the signal processing terminal included in the cardiopulmonary function state change estimation apparatus which concerns on 1st to 3rd Embodiment. 実施例における測定結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement result in an Example. 実施例における測定結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement result in an Example. 実施例における測定結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement result in an Example.

以下、図面を参照して本開示の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本開示は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形(例えば各実施形態を組み合わせる等)して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. However, the embodiments described below are merely examples, and there is no intention of excluding the application of various modifications and techniques not specified below. The present disclosure can be implemented in various modifications (for example, by combining each embodiment) without departing from the spirit of the present disclosure. Further, in the description of the following drawings, the same or similar parts are represented by the same or similar reference numerals.

1.第1実施形態
(1.1)心肺機能状態変化推定装置の構成
以下、図1から図5を用いて、第1実施形態に係る心肺機能状態変化推定システム1000について説明する。
図1は、心肺機能状態変化推定システム1000の一構成例を示すブロック図である。図1に示すように、心肺機能状態変化推定システム1000は、運動をしている測定対象者に負荷を与える負荷装置60と、心肺機能状態変化推定装置1とを備えている。
負荷装置60としては、例えば、測定対象者に与える運動負荷(運動強度)の大きさを制御可能なエルゴメータが用いられる。
心肺機能状態変化推定装置1は、運動負荷制御部10、データ取得部20、記憶部30、心肺機能状態変化推定部40及び出力部50を備えている。心肺機能状態変化推定装置1は、複数の時点のそれぞれにおいて、運動をしている測定対象者から測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカデータを取得し、生物学的マーカデータに基づいて測定対象者の心肺機能状態変化を推定し、推定結果を出力する機能を有する。
1. 1. First Embodiment (1.1) Configuration of Cardiopulmonary Function State Change Estimating Device Hereinafter, the cardiopulmonary function state change estimation system 1000 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a cardiopulmonary function state change estimation system 1000. As shown in FIG. 1, the cardiopulmonary function state change estimation system 1000 includes a load device 60 that applies a load to a person to be measured who is exercising, and a cardiopulmonary function state change estimation device 1.
As the load device 60, for example, an ergometer capable of controlling the magnitude of the exercise load (exercise intensity) given to the person to be measured is used.
The cardiopulmonary function state change estimation device 1 includes an exercise load control unit 10, a data acquisition unit 20, a storage unit 30, a cardiopulmonary function state change estimation unit 40, and an output unit 50. The cardiopulmonary function state change estimation device 1 acquires a plurality of biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement subject from the measurement subject who is exercising at each of a plurality of time points, and the biological marker data. It has a function of estimating the change of cardiopulmonary function state of the measurement subject based on the above and outputting the estimation result.

心肺機能状態変化推定装置1は、例えば小型のデバイスとして実現される。このようなデバイスとしては、例えば貼り付け型(パッチ型)、ケーブル型(ホルター型)、着用型(ベルト型、ベスト型)のいずれかの非侵襲(ウェアラブル)医療機器、または植え込み型医療機器として実現される。
心肺機能状態変化推定装置1は、一部(例えば測定対象者の心電データ及び心音データを取得する機能)のみが小型のデバイスとして実現され、その他の部分が上位コンピュータやクラウド上で実現されていても良い。
以下、心肺機能状態変化推定装置1の各部について詳細に説明する。
The cardiopulmonary function state change estimation device 1 is realized as, for example, a small device. Such devices include, for example, stick-on (patch-type), cable-type (holter-type), wear-type (belt-type, vest-type) non-invasive (wearable) medical devices, or implantable medical devices. It will be realized.
Only a part of the cardiopulmonary function state change estimation device 1 (for example, a function of acquiring the electrocardiographic data and the heartbeat data of the measurement target person) is realized as a small device, and the other part is realized on a host computer or the cloud. You may.
Hereinafter, each part of the cardiopulmonary function state change estimation device 1 will be described in detail.

<運動負荷制御部>
運動負荷制御部10は、負荷試験において、時間とともに一定の割合で運動負荷(以下、「運動強度」とも呼ぶ)を上げるように負荷装置60を制御する。運動負荷制御部10は、心肺運動負荷検査における漸増負荷(ランプ負荷)または心臓リハビリテーションの運動療法における所定の一定負荷を測定対象者に与えるように負荷装置60を制御する。運動負荷の増加率は、例えば、5Watts/分以上20Watts/分以下が用いられる。運動負荷制御部10は、各時点(例えば、10[秒]毎)の運動強度のデータ(以下、「運動強度データ」という)を記憶部30と心肺機能状態変化推定部40とに出力する。運動強度データは、例えば、デジタルデータ形式とする。
<Exercise load control unit>
In the load test, the exercise load control unit 10 controls the load device 60 so as to increase the exercise load (hereinafter, also referred to as “exercise intensity”) at a constant rate with time. The exercise load control unit 10 controls the load device 60 so as to give a predetermined constant load in the exercise therapy of cardiac rehabilitation or the gradual increase load (ramp load) in the cardiopulmonary exercise load test to the measurement subject. As the rate of increase in exercise load, for example, 5 Watts / min or more and 20 Watts / min or less is used. The exercise load control unit 10 outputs exercise intensity data (hereinafter referred to as “exercise intensity data”) at each time point (for example, every 10 [seconds]) to the storage unit 30 and the cardiopulmonary function state change estimation unit 40. The exercise intensity data is, for example, in a digital data format.

<データ取得部>
データ取得部20は、運動をしている測定対象者から、測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカのデータ(以下、「生物学的マーカデータ」とも呼ぶ)を取得する。データ取得部20は、同時に計測した測定対象者の心電データ及び心音データから、複数の時点における測定対象者の心肺機能に関連する生物学的マーカデータを取得する。以下、心電データから取得した生物学的マーカデータ及び心音データから取得した生物学的マーカデータのそれぞれを心電系生物学的マーカデータ、心音系生物学的マーカデータと表記することがある。心肺機能状態変化推定装置1における心肺機能状態推定の対象となる測定対象者は、例えば、心疾患患者、心不全患者及びこれらの疾患を有していない健常者、並びにペットや競走馬等の動物である。
データ取得部20は、例えば、心電採取部21、心電処理部22、心音採取部23及び心音処理部24を備えている。
<Data acquisition department>
The data acquisition unit 20 acquires data of a plurality of biological markers related to the cardiopulmonary function of the measurement target person (hereinafter, also referred to as “biological marker data”) from the measurement target person who is exercising. The data acquisition unit 20 acquires biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement target at a plurality of time points from the electrocardiographic data and the heartbeat data of the measurement target measured at the same time. Hereinafter, the biological marker data acquired from the electrocardiographic data and the biological marker data acquired from the cardiac sound data may be referred to as electrocardiographic biological marker data and cardiac sound biological marker data, respectively. The measurement subjects to be measured by the cardiopulmonary function state change estimation device 1 are, for example, heart disease patients, heart failure patients, healthy people who do not have these diseases, and animals such as pets and racehorses. is there.
The data acquisition unit 20 includes, for example, an electrocardiographic collection unit 21, an electrocardiographic processing unit 22, a heart sound collection unit 23, and a heart sound processing unit 24.

(心電採取部)
心電採取部21は、2つ以上の電極で構成される。心電採取部21は、測定対象者に装着可能に形成され、測定対象者に運動負荷が与えられているときに、測定対象者の心臓の各時点の電位を電極毎に電気信号(以下、「電極信号」とも呼ぶ)として取り出す。心電採取部21は、電極信号が取り出されるたびに、取り出された電極信号を心電処理部22に出力する。
(Electrocardiographic collection section)
The electrocardiographic collection unit 21 is composed of two or more electrodes. The electrocardiographic sampling unit 21 is formed so as to be wearable to the measurement target person, and when an exercise load is applied to the measurement target person, the electric potential at each time point of the measurement target person's heart is an electric signal (hereinafter, hereinafter, electric signal) for each electrode. Also called "electrode signal"). Each time the electrode signal is taken out, the electrocardiographic collecting unit 21 outputs the taken out electrode signal to the electrocardiographic processing unit 22.

(心電処理部)
心電処理部22は、心電採取部21が出力した複数の電極信号間の電位差に基づいて各時点の心電データを生成する。心電データは、例えば、デジタルデータ形式とする。
心電処理部22は、心電データに基づいて、測定対象者の心肺機能に関連する生物学的マーカデータを生成する。心電データに由来する生物学的マーカは、例えば、心拍数(HR)、QR幅(QRI)、QRS幅(QRSD)、又はこれらを心拍長で除した値の少なくとも一つを算出する。心電データに由来する生物学的マーカについては後に詳細に説明する。心電処理部22は、生成した心電データ及び生物学的マーカデータを記憶部30に出力する。また、心電処理部22は、生成した生物学的マーカデータを心肺機能状態変化推定部40に出力する。
(Electrocardiographic processing unit)
The electrocardiographic processing unit 22 generates electrocardiographic data at each time point based on the potential difference between the plurality of electrode signals output by the electrocardiographic sampling unit 21. The electrocardiographic data is, for example, in a digital data format.
The electrocardiographic processing unit 22 generates biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement subject based on the electrocardiographic data. Biological markers derived from electrocardiographic data calculate, for example, heart rate (HR), QR width (QRI), QRS width (QRSD), or at least one of these divided by heart rate length. Biological markers derived from electrocardiographic data will be described in detail later. The electrocardiographic processing unit 22 outputs the generated electrocardiographic data and biological marker data to the storage unit 30. In addition, the electrocardiographic processing unit 22 outputs the generated biological marker data to the cardiopulmonary function state change estimation unit 40.

(心音採取部)
心音採取部23は、マイクロフォン、加速度センサ、圧力センサ等で構成される。心音採取部23は、測定対象者に装着可能に形成され、測定対象者に運動負荷が与えられているときに、測定対象者の心臓の各時点の心音を電気信号として取り出す。電気信号としては、例えば、測定対象者の胸部を伝播する心音振動に応じた心音信号が用いられる。心音採取部23は、心音信号が取り出されるたびに、取り出された心音信号を心音処理部24に出力する。
(Heart sound collection department)
The heart sound collecting unit 23 is composed of a microphone, an acceleration sensor, a pressure sensor, and the like. The heart sound collecting unit 23 is formed so as to be wearable to the measurement target person, and when an exercise load is applied to the measurement target person, the heart sound at each time point of the measurement target person's heart is taken out as an electric signal. As the electric signal, for example, a heart sound signal corresponding to the heart sound vibration propagating in the chest of the person to be measured is used. Each time the heart sound signal is taken out, the heart sound collecting unit 23 outputs the taken out heart sound signal to the heart sound processing unit 24.

(心音処理部)
心音処理部24は、心音採取部23が出力した心音信号に基づいて各時点の心音データを生成する。心音データは、例えばデジタルデータ形式とする。
心音処理部24は、心音データに基づいて、測定対象者の心肺機能に関連する生物学的マーカデータを生成する。心音データに由来する生物学的マーカは、例えば、心臓の収縮期や拡張期等の区間の長さを示すパラメータ(以後、心区間長パラメータという)である。心音処理部24は、例えば、心区間長パラメータとして、電気的機械的活動時間(EMAT)、左室収縮時間(LVST)、左室拡張潅流時間(LDPT)、左室拡張時間(LVDT)、QoS2の少なくとも一つを算出する。あるいは、心音データに由来する生物学的マーカは、例えば、心音の強度を示すパラメータ(以後、心音強度パラメータという)である。心音処理部24は、例えば、心音強度パラメータとして、S1強度(S1 Intensity)、S2強度(S2 Intensity)、S3強度(S3 Intensity)及びS4強度(S4 Intensity)、S1強度、S2強度、S3強度及びS4強度の自然対数値、並びにS1確度(S1 Strength)、S2確度(S2 Strength)、S3確度(S3 Strength)及びS4確度(S4 Strength)の少なくとも一つを算出する。心音データに由来する生物学的マーカについては後に詳細に説明する。心音処理部24は、生成した心電データ及び生物学的マーカデータを記憶部30に出力する。また、心音処理部24は、生成した生物学的マーカデータを心肺機能状態変化推定部40に出力する。
(Heart sound processing unit)
The heart sound processing unit 24 generates heart sound data at each time point based on the heart sound signal output by the heart sound collecting unit 23. The heartbeat data is, for example, in a digital data format.
The heart sound processing unit 24 generates biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement subject based on the heart sound data. The biological marker derived from the heart sound data is, for example, a parameter indicating the length of a section such as systole or diastole of the heart (hereinafter referred to as a heart section length parameter). The heart sound processing unit 24, for example, has electromechanical activity time (EMAT), left ventricular contraction time (LVST), left ventricular diastolic perfusion time (LDPT), left ventricular dilatation time (LVDT), and QoS2 as heart section length parameters. Calculate at least one of. Alternatively, the biological marker derived from the heart sound data is, for example, a parameter indicating the intensity of the heart sound (hereinafter referred to as a heart sound intensity parameter). The heart sound processing unit 24 has, for example, as heart sound intensity parameters, S1 intensity (S1 Intensity), S2 intensity (S2 Intensity), S3 intensity (S3 Intensity) and S4 intensity (S4 Intensity), S1 intensity, S2 intensity, S3 intensity and The natural logarithmic value of S4 intensity and at least one of S1 certainty (S1 Strength), S2 certainty (S2 Strongth), S3 certainty (S3 Strongth) and S4 certainty (S4 Strength) are calculated. Biological markers derived from heartbeat data will be described in detail later. The heart sound processing unit 24 outputs the generated electrocardiographic data and biological marker data to the storage unit 30. In addition, the heart sound processing unit 24 outputs the generated biological marker data to the cardiopulmonary function state change estimation unit 40.

データ取得部20は、例えば、測定対象者の心電データ及び心音データを同時に計測できる医療機器としての機能を有していても良い。また、データ取得部20は、測定対象者の心電データ及び心音データを同時に計測できる外部の医療機器から、心電データ及び心音データ、又は心電データ及び心音データに基づいて算出された生物学的マーカデータを取得する構成であっても良い。
データ取得部20は、取得した生物学的マーカを多次元ベクトル構成部41に出力する。
The data acquisition unit 20 may have, for example, a function as a medical device capable of simultaneously measuring the electrocardiographic data and the cardiac sound data of the measurement target person. Further, the data acquisition unit 20 is a biology calculated based on the electrocardiographic data and the electrocardiographic data, or the electrocardiographic data and the electrocardiographic data from an external medical device capable of simultaneously measuring the electrocardiographic data and the electrocardiographic data of the measurement target person. The configuration may be such that the target marker data is acquired.
The data acquisition unit 20 outputs the acquired biological marker to the multidimensional vector configuration unit 41.

(生物学的マーカ)
以下、図2(A)及び図2(B)を参照して、心電処理部22及び心音処理部24で生成する生物学的マーカについて説明する。
心電データ及び心音データから算出可能な心肺機能状態を表す生物学的マーカは、総称して「CABs(Cardiac Acoustic Biomarkers)」と呼ばれる。CABsは、例えば、上述した心区間長パラメータ又は心音強度パラメータのいずれかである。また、心電データ、心音データを計測し、心電データ又は心音データからCABsを算出する検査は、「CABs検査」と呼ばれる。
(Biological marker)
Hereinafter, the biological markers generated by the electrocardiographic processing unit 22 and the heart sound processing unit 24 will be described with reference to FIGS. 2 (A) and 2 (B).
Biological markers representing cardiopulmonary function states that can be calculated from electrocardiographic data and heart sound data are collectively called "CABs (Cardiac Acoustic Biomarkers)". CABs are, for example, either the above-mentioned heart section length parameter or heart sound intensity parameter. Further, a test for measuring electrocardiographic data and electrocardiographic data and calculating CABs from the electrocardiographic data or cardiac sound data is called a "CABs test".

(心拍数)
心拍数(以下、HR(Heart Rate)という場合がある)は、1分間当たりの一心拍の数である。心拍数は、図2(A)に示すように、心電データのR点から次のR点までの間隔を一心拍とし、1分間の一心拍の数をカウントすることで計測することができる。また、心拍数は、図2(B)に示すように、心音データの正常心音S1から次のS1までの間隔を一心拍とし、1分間の一心拍の数をカウントすることで計測することができる。
(Heart rate)
The heart rate (hereinafter, may be referred to as HR (Heart Rate)) is the number of heartbeats per minute. As shown in FIG. 2A, the heart rate can be measured by counting the number of heartbeats per minute, with the interval from the R point of the electrocardiographic data to the next R point as one heart rate. .. Further, as shown in FIG. 2B, the heart rate can be measured by counting the number of heartbeats per minute, with the interval from the normal heart sound S1 of the heart sound data to the next S1 as one heartbeat. it can.

(心拍長)
心拍長は、心電データのR点から次のR点までの間隔であり、一心拍の長さである。以後簡便のため、心拍長をR−Rという場合がある。
(Heart rate)
The heartbeat length is the interval from the R point of the electrocardiographic data to the next R point, and is the length of one heartbeat. Hereinafter, for convenience, the heart rate may be referred to as RR.

(CABs)
上述したように、心電データに由来する生物学的マーカの具体例としては、例えば、電気的機械的活動時間(EMAT)、左室収縮時間(LVST)、左室拡張潅流時間(LDPT)、左室拡張時間(LVDT)、EMATとLVSTとを合計した時間(QoS2)、心電データのQ点からR点までの時間間隔であるQR幅(QRI:QR Interval)、心電データのQ点からR点を経てS点までの時間間隔であるQRS幅(QRSD:QRS Duration)が挙げられる。
(CABs)
As described above, specific examples of biological markers derived from electrocardiographic data include, for example, electromechanical activity time (EMAT), left ventricular contraction time (LVST), left ventricular diastolic perfusion time (LDPT), and so on. Left ventricular expansion time (LVDT), total time of EMAT and LVST (QoS2), QR width (QRI: QR Interval) which is the time interval from Q point to R point of electrocardiographic data, Q point of electrocardiographic data The QRS width (QRSD: QRS Duration), which is the time interval from the point R to the point S, can be mentioned.

また、CABsの具体例としては、例えば、上述したEMAT、LVST、LDPT、LVDT、QoS2、QRI、QRSDをそれぞれ心拍長(R−R)で除した値であるEMATc、LVSTc、LDPTc、LVDTc、QoS2c、QRIc、QRSDcが挙げられる。 Further, as a specific example of CABs, for example, EMATc, LVSTc, LDPTc, LVDTc, QoS2c, which are values obtained by dividing the above-mentioned EMAT, LVST, LDPT, LVDT, QoS2, PRI, and QRSD by the heart rate (RR), respectively. , QRIc, QRSDc and the like.

電気的機械的活動時間(EMAT:Electro Mechanical Activation Time)は、心電データのQ点から、心音データの正常心音S1のS1強度が最も強い点までの間隔である。EMATは、左心室の心筋が収縮するための心電データの電気的発火から、左心室が収縮を始めるまでの間隔を表す。EMATが120msを超えると、心臓の収縮能が低下していることを示唆していると言われている。
左室収縮時間(LVST:Left Ventricular Systolic Time)は、正常心音S1のS1強度が最も強い点から、正常心音S2のS2強度が最も強い点までの間隔である。LVSTは、心臓の収縮時間間隔を表す。
左室拡張潅流時間(LDPT:Left ventricular Diastolic Perfusion Time)は、正常心音S2のS2強度が最も強い点から、心電データのQ点までの間隔である。LDPTは、左心の拡張時間から電気的機械的活動時間(EMAT)を除いた時間間隔を表す。
The Electro Mechanical Activation Time (EMAT) is the interval from the Q point of the electrocardiographic data to the point where the S1 intensity of the normal heart sound S1 of the heart sound data is the strongest. EMAT represents the interval from the electrical firing of electrocardiographic data due to the contraction of the myocardium of the left ventricle to the onset of contraction of the left ventricle. It is said that when EMAT exceeds 120 ms, it suggests that the contractility of the heart is reduced.
The left ventricular systolic time (LVST: Left Ventricular Systolic Time) is the interval from the point where the S1 intensity of the normal heart sound S1 is the strongest to the point where the S2 intensity of the normal heart sound S2 is the strongest. LVST represents the contraction time interval of the heart.
The left ventricular diastolic perfusion time (LDPT) is the interval from the point where the S2 intensity of the normal heart sound S2 is the strongest to the point Q of the electrocardiographic data. LDPT represents the time interval obtained by subtracting the electromechanical activity time (EMAT) from the expansion time of the left heart.

左室拡張時間(LVDT:Left Ventricular Diastolic Time)は、正常心音S2のS2強度が最も強い点から、後続の正常心音S1のS1強度が最も強い点までの間隔である。LVDTは、心臓の拡張時間間隔を表す。LVDTは、LDPTとEMATとの和で示される。 The left ventricular diastolic time (LVDT) is the interval from the point where the S2 intensity of the normal heart sound S2 is the strongest to the point where the S1 intensity of the subsequent normal heart sound S1 is the strongest. LVDT represents the expansion time interval of the heart. LVDT is indicated by the sum of LDPT and EMAT.

EMATとLVSTを合計した時間(QoS2)は、心電データのQ点から正常心音S2のS2強度が最も強い点までの間隔である。QoS2は、左心室の心筋が収縮するための心電データの電気的発火から左心の収縮が終わるまでの間隔を表す。
QR幅(QRI:QR Interval)は、心電データのQ点からR点までの時間間隔である。
QRS幅(QRSD:QRS Duration)は、心電データのQ点からR点を経てS点までの時間間隔である。QRS幅が広いと、左心内での心電の興奮伝導に時間が掛り、速く興奮した心筋の場所と最後に興奮した心筋の場所の間で心筋の収縮開始タイミングがずれることを意味する。
The total time (QoS2) of EMAT and LVST is the interval from the Q point of the electrocardiographic data to the point where the S2 intensity of the normal heart sound S2 is the strongest. QoS2 represents the interval from the electrical firing of the electrocardiographic data for the contraction of the myocardium of the left ventricle to the end of the contraction of the left heart.
The QR width (QRI: QR Interval) is the time interval from the Q point to the R point of the electrocardiographic data.
The QRS width (QRSD: QRS Duration) is the time interval from the Q point of the electrocardiographic data to the S point via the R point. A wide QRS complex means that the excitatory conduction of the electrocardiogram in the left heart takes time, and the contraction start timing of the myocardium is shifted between the location of the fast excited myocardium and the location of the last excited myocardium.

また、心音データに由来する生物学的マーカの具体例としては、例えば、心音データの正常心音S1の区間のピークピーク振幅(peak-to-peak amplitude)の最大値であるS1強度(S1 Intensity)、心音データの正常心音S2の区間のピークピーク振幅の最大値であるS2強度(S2 Intensity)、心音データの異常心音S3の区間のピークピーク振幅の最大値であるS3強度(S3 Intensity)、心音データの異常心音S4の区間のピークピーク振幅の最大値であるS4強度(S4 Intensity)が挙げられる。 Further, as a specific example of the biological marker derived from the heart sound data, for example, S1 intensity (S1 Intensity) which is the maximum value of the peak-to-peak amplitude in the section of the normal heart sound S1 of the heart sound data. , S2 intensity (S2 Intensity) which is the maximum value of the peak peak amplitude of the normal heart sound S2 section of the heart sound data, S3 intensity (S3 Intensity) which is the maximum value of the peak peak amplitude of the abnormal heart sound S3 section of the heart sound data, and heart sound. The S4 intensity, which is the maximum value of the peak peak amplitude in the section of the abnormal heart sound S4 of the data, can be mentioned.

さらに、CABsの具体例としては、例えば、心音データの正常心音S1,S2及び異常心音S3,S4それぞれの確からしさ(又は尤度)であるS1確度(S1 Strength)、S2確度(S2 Strength)、S3確度(S3 Strength)及びS4確度(S4 Strength)、並びに上述したS1強度、S2強度、S3強度及びS4強度の自然対数値であるlog(S1 Intensity)、log(S2 Intensity)、log(S3 Intensity)及びlog(S4 Intensity)が挙げられる。 Further, specific examples of CABs include, for example, S1 probability (S1 Strength) and S2 probability (S2 Strength), which are the certainty (or likelihood) of the normal heart sounds S1 and S2 and the abnormal heart sounds S3 and S4 of the heart sound data. S3 accuracy (S3 Strength) and S4 accuracy (S4 Strength), as well as the above-mentioned S1 intensity, S2 intensity, S3 intensity, and S4 intensity, which are the natural logarithmic values of log (S1 Integrity), log (S2 Integrity), and log (S3 Integrity). ) And log (S4 Integrity).

以上説明した各指標(生物学的マーカ)は、心電データ又は心音データから算出可能なCABsの具体例であるが、心電データ又は心音データから算出可能な指標であれば、上述の各指標に限定されない。 Each index (biological marker) described above is a specific example of CABs that can be calculated from electrocardiographic data or heartbeat data, but if it is an index that can be calculated from electrocardiographic data or heartbeat data, each of the above-mentioned indexes Not limited to.

<記憶部>
記憶部30は、運動負荷制御部10が出力した運動強度データ、心電処理部22が出力した心電データ、心音処理部24が出力した心音データ及び生物学的マーカデータのそれぞれを記憶する。記憶部30には、測定対象者に運動負荷が与えられているときの各時点における運動強度データ、心電データ、心音データ及び生物学的マーカデータが記憶される。
記憶部30としては、例えば、ハードディスク、SD(Secure Digital)カード等の記録メディアが用いられる。
<Memory>
The storage unit 30 stores each of the exercise intensity data output by the exercise load control unit 10, the electrocardiographic data output by the electrocardiographic processing unit 22, the cardiac sound data output by the cardiac sound processing unit 24, and the biological marker data. The storage unit 30 stores exercise intensity data, electrocardiographic data, cardiac sound data, and biological marker data at each time point when an exercise load is applied to the measurement target person.
As the storage unit 30, for example, a recording medium such as a hard disk or an SD (Secure Digital) card is used.

<心肺機能状態変化推定部>
心肺機能状態変化推定部40は、心電処理部22及び心音処理部24から入力された生物学的マーカデータに基づいて、測定対象者の心肺機能状態の変化点を推定する。
図3に示すように、心肺機能状態変化推定部40は、多次元ベクトル構成部41と、多次元移動ベクトル構成部42と、多次元移動ベクトル長算出部43と、多次元移動ベクトル間角度算出部44と、屈曲度算出部45と、屈曲度局所最大点抽出部46と、心肺機能状態変化点推定部47と、を備えている。
以下、図3とともに図4を参照して、心肺機能状態変化推定部40の詳細について説明する。
<Cardiopulmonary function state change estimation unit>
The cardiopulmonary function state change estimation unit 40 estimates the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject based on the biological marker data input from the electrocardiographic processing unit 22 and the heart sound processing unit 24.
As shown in FIG. 3, the cardiopulmonary function state change estimation unit 40 calculates the angle between the multidimensional movement vector constituent unit 41, the multidimensional movement vector constituent unit 42, the multidimensional movement vector length calculation unit 43, and the multidimensional movement vector. A unit 44, a flexion degree calculation unit 45, a flexion degree local maximum point extraction unit 46, and a cardiopulmonary function state change point estimation unit 47 are provided.
Hereinafter, the details of the cardiopulmonary function state change estimation unit 40 will be described with reference to FIG. 3 and FIG.

(多次元ベクトル構成部)
多次元ベクトル構成部41は、複数の時点における生物学的マーカデータから多次元ベクトルを構成する。すなわち、多次元ベクトル構成部41は、同一のタイミングで得られた複数の生物学的マーカデータを多次元空間に反映させた測定点を示す多次元ベクトルを構成する。多次元ベクトル構成部41は、多次元ベクトルを、複数の時点(例えば10秒毎)で測定された生物学的マーカデータ毎に構成する。
多次元ベクトル構成部41は、複数の多次元ベクトルのデータ(以下、「多次元ベクトルデータ」という)を多次元移動ベクトル構成部42に出力する。
(Multidimensional vector component)
The multidimensional vector constituent unit 41 constructs a multidimensional vector from biological marker data at a plurality of time points. That is, the multidimensional vector constituent unit 41 constructs a multidimensional vector indicating a measurement point in which a plurality of biological marker data obtained at the same timing is reflected in the multidimensional space. The multidimensional vector configuration unit 41 constructs a multidimensional vector for each biological marker data measured at a plurality of time points (for example, every 10 seconds).
The multidimensional vector configuration unit 41 outputs data of a plurality of multidimensional vectors (hereinafter, referred to as “multidimensional vector data”) to the multidimensional movement vector configuration unit 42.

図4は、多次元空間に反映させた測定点と多次元ベクトルとを模式的に示す図である。多次元ベクトル構成部41は、生物学的マーカデータが取得されたN個の時点(第1の時点、第2の時点、・・・、第Nの時点)で測定された生物学的マーカデータを多次元空間に反映させた測定点m1、m2、・・・、mNをそれぞれ示す第1多次元ベクトルa1、第2多次元ベクトルa2、・・・、第N多次元ベクトルaNをそれぞれ構成する。なお、図4には、多次元ベクトルとして、第1多次元ベクトルa1から第3多次元ベクトルa3とを示している。図4には、多次元空間の原点Oを示している。
以下、第kの時点で測定された生物学的マーカデータを多次元空間に反映させた測定点mkを示す第k多次元ベクトルakを、「第kの時点における第k多次元ベクトルak」(kは1以上N以下の整数)という場合がある。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a measurement point and a multidimensional vector reflected in a multidimensional space. The multidimensional vector component 41 is the biological marker data measured at N time points (first time point, second time point, ..., Nth time point) from which the biological marker data was acquired. The first multidimensional vector a1, the second multidimensional vector a2, ..., The Nth multidimensional vector aN indicating the measurement points m1, m2, ... .. Note that FIG. 4 shows the first multidimensional vector a1 to the third multidimensional vector a3 as the multidimensional vector. FIG. 4 shows the origin O of the multidimensional space.
Hereinafter, the kth multidimensional vector ak indicating the measurement point mk in which the biological marker data measured at the kth time point is reflected in the multidimensional space is referred to as "kth multidimensional vector ak at the kth time point" (. k is an integer of 1 or more and N or less).

多次元ベクトル構成部41では、例えば、HR、EMAT、LVST、LDPT、QRSD、S1 Intensity、S2 Intensity、S3 Intensity、S4 Intensityの9個の生物学的マーカデータを多次元ベクトル化する。あるいは、多次元ベクトル構成部41では、例えば、HR、EMAT、LVST、LDPT、QRSD、log(S1 Intensity)、log(S2 Intensity)、log(S3 Intensity)、log(S4 Intensity)の9個の生物学的マーカデータを多次元ベクトル化してもよい。EMAT、LVST、LDPT、QRSDは、血液ポンプとしての心臓の収縮、拡張運動の時間長に関する心区間長パラメータである。S1 Intensity、S2 Intensity、S3 Intensity、S4 Intensityは、血液ポンプとしての心臓内部の血行動態に関連する心音の強度に関する心音強度パラメータである。なお、多次元ベクトル構成部41では、測定対象者の心肺機能の状態に応じて、多次元ベクトルの構成に用いる生物学的マーカの数や組み合わせを適宜変更しても良い。 In the multidimensional vector component 41, for example, nine biological marker data of HR, EMAT, LVST, LDPT, QRSD, S1 Intensity, S2 Intensity, S3 Intensity, and S4 Intensity are converted into a multidimensional vector. Alternatively, in the multidimensional vector component 41, for example, nine organisms of HR, EMAT, LVST, LDPT, QRSD, log (S1 Integrity), log (S2 Integrity), log (S3 Integrity), and log (S4 Integrity). The scientific marker data may be converted into a multidimensional vector. EMAT, LVST, LDPT, and QRSD are cardiac section length parameters related to the contraction of the heart as a blood pump and the time length of diastolic exercise. S1 Intensity, S2 Intensity, S3 Intensity, and S4 Intensity are heart sound intensity parameters relating to the intensity of heart sounds related to hemodynamics within the heart as a blood pump. The multidimensional vector configuration unit 41 may appropriately change the number and combination of biological markers used in the configuration of the multidimensional vector according to the state of the cardiopulmonary function of the measurement target person.

多次元ベクトルを構成する際、これらの生物学的マーカデータはダイナミックレンジが異なる。このため、多次元ベクトル構成部41は、それぞれの生物学的マーカデータを線形正規化等の方法により、[0.0,1.0]区間正規化値に変換する。生物学的マーカデータの欠測がある場合は、前後の生物学的マーカデータの値を用いて、線形補間、多項式近似等の方法により欠測値を穴埋めする方法や、各生物学的マーカデータのメディアン値で穴埋めする方法を用いれば良い。 When constructing a multidimensional vector, these biological marker data have different dynamic ranges. Therefore, the multidimensional vector component 41 converts each biological marker data into a [0.0, 1.0] interval normalization value by a method such as linear normalization. If there is a missing data of biological marker data, the missing data can be filled in by linear interpolation, polynomial approximation, etc. using the values of the biological marker data before and after, or each biological marker data. The method of filling in the blanks with the median value of is used.

(多次元移動ベクトル構成部)
多次元移動ベクトル構成部42は、複数の時点から連続する2つの時点を選択し、2つの時点における2つの多次元ベクトルから、2つの多次元ベクトルの間の多次元移動ベクトルを構成する。すなわち、多次元移動ベクトル構成部42は、多次元ベクトル構成部41から受信した多次元ベクトルデータから選択された2つの時点の多次元ベクトルデータを用いて、2つの多次元ベクトルの差から2つの時点間の多次元移動ベクトルを構成する。
多次元移動ベクトル構成部42は、複数の多次元移動ベクトルのデータ(以下、「多次元移動ベクトルデータ」という)を、多次元移動ベクトル長算出部43及び多次元移動ベクトル間角度算出部44にそれぞれ出力する。また、多次元移動ベクトル構成部42は、複数の多次元移動ベクトルデータを、出力部50に出力しても良い。
(Multidimensional movement vector component)
The multidimensional movement vector configuration unit 42 selects two consecutive time points from a plurality of time points, and constructs a multidimensional movement vector between the two multidimensional movement vectors from the two multidimensional vectors at the two time points. That is, the multidimensional movement vector configuration unit 42 uses the multidimensional vector data at two time points selected from the multidimensional vector data received from the multidimensional vector configuration unit 41, and two from the difference between the two multidimensional vectors. Construct a multidimensional movement vector between time points.
The multidimensional movement vector configuration unit 42 transfers the data of a plurality of multidimensional movement vectors (hereinafter referred to as “multidimensional movement vector data”) to the multidimensional movement vector length calculation unit 43 and the multidimensional movement vector inter-angle calculation unit 44. Output each. Further, the multidimensional movement vector configuration unit 42 may output a plurality of multidimensional movement vector data to the output unit 50.

多次元移動ベクトル構成部42は、1つの多次元移動ベクトルを構成する際に、生物学的マーカデータ取得の時系列において連続した2つの時点を選択して多次元移動ベクトルを構成する。多次元移動ベクトル構成部42は、生物学的マーカデータが取得された複数の時点のうち第1の時点と、第1の時点と連続する(すなわち第1の時点の次に生物学的マーカデータが取得された)第2の時点とを選択する。
図4に示すように、多次元移動ベクトル構成部42は、第1多次元ベクトルa1と第2多次元ベクトルa2とから、第1の時点と第2の時点間(すなわち、測定点m1、m2間)の第1多次元移動ベクトルb1を構成する。生物学的マーカデータの取得周期が10秒の場合、第2の時点は、第1の時点の10秒後の時点である。また、生物学的マーカデータの取得周期を例えば10秒より短い周期とし、10秒毎の区間内で得られた生物学的マーカの移動平均を算出して第1の時点、第2の時点・・・第Nの時点の値としても良い。
When constructing one multidimensional movement vector, the multidimensional movement vector component 42 selects two consecutive time points in the time series of acquiring biological marker data to form the multidimensional movement vector. The multidimensional movement vector component 42 is continuous with the first time point and the first time point among the plurality of time points from which the biological marker data was acquired (that is, the biological marker data after the first time point). Select the second time point (which was obtained).
As shown in FIG. 4, the multidimensional movement vector component 42 receives from the first multidimensional vector a1 and the second multidimensional vector a2 between the first time point and the second time point (that is, measurement points m1 and m2). The first multidimensional movement vector b1 of (between) is constructed. When the acquisition cycle of biological marker data is 10 seconds, the second time point is a time point 10 seconds after the first time point. Further, the acquisition cycle of the biological marker data is set to be shorter than, for example, 10 seconds, and the moving average of the biological markers obtained within the interval of every 10 seconds is calculated to be the first time point, the second time point, and so on.・ ・ It may be the value at the Nth time point.

同様に、多次元移動ベクトル構成部42は、第2の時点と、第2の時点と連続する第3の時点とを選択する。
図4に示すように、多次元移動ベクトル構成部42は、第2の時点における第2多次元ベクトルa2と、第3の時点における第3多次元ベクトルa3とから、第2の時点と第3の時点間(すなわち、測定点m2、m3間)の第2多次元移動ベクトルb2を構成する。このようにして、多次元移動ベクトル構成部42は、生物学的マーカデータが取得された複数の時点のうちの連続する2つの時点間の多次元移動ベクトルを複数構成する。多次元移動ベクトル構成部42は、第1多次元ベクトルa1から第N多次元ベクトルaNに基づいて、第1多次元移動ベクトルb1から第(N−1)多次元ベクトルa(N−1)を構成する。
Similarly, the multidimensional movement vector component 42 selects a second time point and a third time point continuous with the second time point.
As shown in FIG. 4, the multidimensional movement vector component 42 has a second time point and a third time point from the second multidimensional vector a2 at the second time point and the third multidimensional vector a3 at the third time point. The second multidimensional movement vector b2 between the time points (that is, between the measurement points m2 and m3) is constructed. In this way, the multidimensional movement vector component 42 constructs a plurality of multidimensional movement vectors between two consecutive time points among the plurality of time points for which the biological marker data has been acquired. The multidimensional movement vector component 42 obtains the first (N-1) multidimensional vector a (N-1) from the first multidimensional movement vector b1 based on the first multidimensional vector a1 to the Nth multidimensional vector aN. Configure.

(多次元移動ベクトル長算出部)
多次元移動ベクトル長算出部43は、多次元移動ベクトル構成部42から受信した複数の多次元移動ベクトルの長さをそれぞれ算出する。多次元移動ベクトル長算出部43では、多次元移動ベクトルの長さ(連続する測定点間の距離)として、ユークリッド距離、マハラノビス距離、マンハッタン距離、内積等の既存の距離を算出することができる。
多次元移動ベクトル長算出部43は、算出した多次元移動ベクトルの長さのデータ(以下、「多次元移動ベクトル長データ」という)を屈曲度算出部45に出力する。
(Multidimensional movement vector length calculation unit)
The multidimensional movement vector length calculation unit 43 calculates the lengths of the plurality of multidimensional movement vectors received from the multidimensional movement vector configuration unit 42, respectively. The multidimensional movement vector length calculation unit 43 can calculate existing distances such as the Euclidean distance, the Mahalanobis distance, the Manhattan distance, and the inner product as the length of the multidimensional movement vector (distance between continuous measurement points).
The multidimensional movement vector length calculation unit 43 outputs the calculated multidimensional movement vector length data (hereinafter, referred to as “multidimensional movement vector length data”) to the tortuosity calculation unit 45.

(多次元移動ベクトル間角度算出部)
多次元移動ベクトル間角度算出部44は、多次元移動ベクトル構成部42から受信した複数の多次元移動ベクトルから、連続する2つの多次元移動ベクトルの角度θを算出する。ここで、「連続する2つの多次元移動ベクトルの角度θ」とは、一方の多次元移動ベクトルが、当該一方の多次元移動ベクトルと連続する他方の多次元移動ベクトルと同じ方向を向くために回転する角度をいう。より具体的には、図4に示すように、例えば第1の時点と第2の時点間の第1多次元移動ベクトルb1が、第2の時点と第3の時点間の第2多次元移動ベクトルb2と同じ方向を向くために回転する角度θ2が「連続する2つの多次元移動ベクトルの角度θ」の一例である。角度θは、第2多次元移動ベクトルb2の始点が第1多次元移動ベクトルb1の始点と一致するように第2多次元移動ベクトルb2を移動させた場合に、第2多次元移動ベクトルb2と第1多次元移動ベクトルb1とがなす角のうち小さい角度である。
多次元移動ベクトル間角度算出部44は、多次元移動ベクトルの角度のデータ(以下、「多次元ベクトル間角度データ」という)を屈曲度算出部45に出力する。
(Multidimensional movement vector angle calculation unit)
The multidimensional movement vector inter-angle angle calculation unit 44 calculates the angle θ of two consecutive multidimensional movement vectors from the plurality of multidimensional movement vectors received from the multidimensional movement vector constituent unit 42. Here, the "angle θ of two continuous multidimensional movement vectors" is because one multidimensional movement vector points in the same direction as the other multidimensional movement vector continuous with the one multidimensional movement vector. The angle of rotation. More specifically, as shown in FIG. 4, for example, the first multidimensional movement vector b1 between the first time point and the second time point is the second multidimensional movement between the second time point and the third time point. The angle θ2 that rotates to face the same direction as the vector b2 is an example of “the angle θ of two continuous multidimensional movement vectors”. The angle θ is different from the second multidimensional movement vector b2 when the second multidimensional movement vector b2 is moved so that the start point of the second multidimensional movement vector b2 coincides with the start point of the first multidimensional movement vector b1. This is the smaller angle formed by the first multidimensional movement vector b1.
The multidimensional movement vector-to-vector angle calculation unit 44 outputs the angle data of the multi-dimensional movement vector (hereinafter, referred to as “multidimensional movement vector-to-vector angle data”) to the bending degree calculation unit 45.

多次元移動ベクトル間角度算出部44は、第1多次元移動ベクトルb1から第(N−1)多次元移動ベクトルb(N−1)の中から連続する2つの多次元移動ベクトルを選択し、連続する2つの多次元移動ベクトル間の角度を算出する。例えば、図4に示すように、多次元移動ベクトル間角度算出部44は、連続する2つの多次元移動ベクトルとして第1多次元移動ベクトルb1と第2多次元移動ベクトルb2を選択する。 The multidimensional movement vector inter-angle angle calculation unit 44 selects two consecutive multidimensional movement vectors from the first multidimensional movement vector b1 to the (N-1) multidimensional movement vector b (N-1), and selects two consecutive multidimensional movement vectors. Calculate the angle between two consecutive multidimensional movement vectors. For example, as shown in FIG. 4, the multidimensional movement vector-to-angle angle calculation unit 44 selects the first multidimensional movement vector b1 and the second multidimensional movement vector b2 as two consecutive multidimensional movement vectors.

第1多次元移動ベクトルb1と第2多次元移動ベクトルb2との間の角度を第2角度θ2とし、第1多次元移動ベクトルb1と第2多次元移動ベクトルb2がn次元移動ベクトルであるとする。この場合、第1多次元移動ベクトルb1は(b1,b1,・・・,b1)、第2多次元移動ベクトルb2は(b2,b2,・・・,b2)で示される。多次元移動ベクトル間角度算出部44は、第1多次元移動ベクトルb1と第2多次元移動ベクトルb2の内積を、第1多次元移動ベクトルb1の長さと第2多次元移動ベクトルb2の長さとの積で除してarccosineを求めることにより、第2角度θ2[rad]を算出することができる。また、多次元移動ベクトル間角度算出部44は、ラジアン角で示される第2角度θ2[rad]を、角度で示される第2角度θ2’[°]に変換してもよい。また、多次元移動ベクトル間角度算出部44は、同様の計算により、第3角度θ3から第(N−1)角度θ(N−1)を算出することができる。 When the angle between the first multidimensional movement vector b1 and the second multidimensional movement vector b2 is the second angle θ2, and the first multidimensional movement vector b1 and the second multidimensional movement vector b2 are n-dimensional movement vectors. To do. In this case, the first multidimensional movement vector b1 is indicated by (b1 1 , b1 2 , ..., b1 n ), and the second multidimensional movement vector b2 is indicated by (b2 1 , b2 2 , ..., b2 n ). Is done. The angle calculation unit 44 between the multidimensional movement vectors sets the inner product of the first multidimensional movement vector b1 and the second multidimensional movement vector b2 as the length of the first multidimensional movement vector b1 and the length of the second multidimensional movement vector b2. The second angle θ2 [rad] can be calculated by dividing by the product of. Further, the multidimensional movement vector-to-vector angle calculation unit 44 may convert the second angle θ2 [rad] indicated by the radian angle into the second angle θ2'[°] indicated by the angle. Further, the multidimensional movement vector-to-vector angle calculation unit 44 can calculate the third (N-1) angle θ (N-1) from the third angle θ3 by the same calculation.

(屈曲度算出部)
屈曲度算出部45は、連続する2つの多次元移動ベクトルそれぞれの長さ及び角度に基づいて、連続する2つの多次元移動ベクトル間の屈曲度を算出する。本開示において、「屈曲度」は、例えば、連続する2つの多次元移動ベクトルの長さの積から、当該2つの多次元移動ベクトルの内積を引いた値と定義する。
(Tortuosity calculation unit)
The tortuosity calculation unit 45 calculates the tortuosity between two consecutive multidimensional movement vectors based on the length and angle of each of the two consecutive multidimensional movement vectors. In the present disclosure, "tortuosity" is defined as, for example, a value obtained by subtracting the inner product of the two multidimensional movement vectors from the product of the lengths of two consecutive multidimensional movement vectors.

2つの多次元移動ベクトルが第1多次元移動ベクトルb1及び第2多次元移動ベクトルb2である場合について説明する。この場合、第1多次元移動ベクトルb1と第2多次元移動ベクトルb2との間の角度(第2角度θ2)である。この場合、屈曲度BP(第2屈曲度BP2)は、以下の式(1)で示すことができる。ここで、「BP」は、Bending Powerの意である。
屈曲度BP=|b1|・|b2|−|b1|・|b2’|
=|b1|・|b2|−|b1|・(|b2|・cosθ2)
=|b1|・|b2|(1−cosθ2) ・・・式(1)
ここで、|b2’|は、第2多次元移動ベクトルb2の第1多次元移動ベクトルb1上への写像ベクトルの長さであり、|b2’|=|b2|・cosθ2である。第2角度θ2が0°以上、90°以下である場合、0≦cosθ2≦1であり、屈曲度BPは0以上、|b1|・|b2|以下となる。第2角度θ2が90°以上、180°以下である場合、−1≦cosθ2<0であり、屈曲度BPは|b1|・|b2|以上、2|b1|・|b2|以下となる。
屈曲度算出部45は、同様の計算により、第三屈曲度BP3から第(N−1)屈曲度BP(N−1)を算出することができる。
The case where the two multidimensional movement vectors are the first multidimensional movement vector b1 and the second multidimensional movement vector b2 will be described. In this case, it is the angle (second angle θ2) between the first multidimensional movement vector b1 and the second multidimensional movement vector b2. In this case, the tortuosity BP (second tortuosity BP2) can be expressed by the following equation (1). Here, "BP" means Bending Power.
Tortuosity BP = | b1 | ・ | b2 |-| b1 |
= | B1 | ・ | b2 | − | b1 | ・ (| b2 | ・ cosθ2)
= | B1 | · | b2 | (1-cosθ2) ... Equation (1)
Here, | b2'| is the length of the mapping vector of the second multidimensional movement vector b2 onto the first multidimensional movement vector b1, and is | b2'| = | b2 | · cosθ2. When the second angle θ2 is 0 ° or more and 90 ° or less, 0 ≦ cos θ2 ≦ 1 and the tortuosity BP is 0 or more and | b1 | ・ | b2 | or less. When the second angle θ2 is 90 ° or more and 180 ° or less, -1 ≦ cos θ2 <0, and the tortuosity BP is | b1 | ・ | b2 | or more and 2 | b1 | ・ | b2 | or less.
The tortuosity calculation unit 45 can calculate the (N-1) tortuosity BP (N-1) from the third tortuosity BP3 by the same calculation.

なお、「屈曲度」の別の定義として、以下の式(2)で示される屈曲度BP(第2屈曲度BP2)及び式(3)で示される屈曲度BA(第二屈曲度BA2)も考えられる。
屈曲度BS=|b2|−|b2’|
=|b2|−|b2|・cosθ2
=|b2|(1−cosθ2) ・・・式(2)
屈曲度BA=1−cosθ2 ・・・式(3)
ここで、「BS」は、Bending Strengthの意である。また、「BA」は、Bending Angleの意である。
本開示では、屈曲度BPの場合について発明を開示するが、屈曲度BS、屈曲度BAの場合についても同様に実施することができる。
As another definition of "tortuosity", the tortuosity BP (second tortuosity BP2) represented by the following formula (2) and the tortuosity BA (second tortuosity BA2) represented by the formula (3) are also defined. Conceivable.
Tortuosity BS = | b2 |-| b2'|
= | B2 |-| b2 | ・ cosθ2
= | B2 | (1-cosθ2) ... Equation (2)
Tortuosity BA = 1-cos θ2 ・ ・ ・ Equation (3)
Here, "BS" means Bending Strength. Also, "BA" means Bending Angle.
In the present disclosure, the invention is disclosed in the case of the tortuosity BP, but the same can be applied to the cases of the tortuosity BS and the tortuosity BA.

式(1)から分かるように、屈曲度BPは、連続する2つの多次元移動ベクトルの長さの積が一定値の場合、連続する2つのベクトルの間の角度θが大きい(180°に近い)程大きな値となる。また、屈曲度BPは、連続する2つのベクトル間の角度が一定値の場合、連続する2つの多次元移動ベクトルの長さの積が大きい程大きな値となる。これは、角度θが大きい程、又は連続する2つのベクトルの長さの積が大きい程、心肺機能の状態が大きく変化したことを示す。すなわち、このような屈曲度は、測定対象者の心肺機能状態の変化の1つの表現形であると考えられる。
屈曲度算出部45は、連続する2つの多次元移動ベクトル間の屈曲度のデータ(以下、「屈曲度データ」という)を、屈曲度局所最大点抽出部46に出力する。
As can be seen from the equation (1), the tortuosity BP has a large angle θ (close to 180 °) between two consecutive vectors when the product of the lengths of two consecutive multidimensional movement vectors is a constant value. ) The larger the value. Further, when the angle between two continuous vectors is a constant value, the tortuosity BP becomes a larger value as the product of the lengths of the two continuous multidimensional movement vectors is larger. This indicates that the larger the angle θ or the larger the product of the lengths of two continuous vectors, the greater the change in the state of cardiopulmonary function. That is, such tortuosity is considered to be one phenotype of the change in the cardiopulmonary function state of the measurement subject.
The tortuosity calculation unit 45 outputs the tortuosity data (hereinafter referred to as “tortuosity data”) between two consecutive multidimensional movement vectors to the tortuosity local maximum point extraction unit 46.

(屈曲度局所最大点抽出部)
屈曲度局所最大点抽出部46は、屈曲度算出部45から入力された複数の屈曲度データに基づいて、複数の屈曲度のうち、局所的に最大点となる屈曲度を1つ以上抽出して屈曲度局所最大点とする。屈曲度局所最大点抽出部46は、例えば、負荷試験開始後に入力された2つの屈曲度を比較して大きい方の屈曲度を屈曲度局所最大点とし、以降負荷試験が終了するまでその時点での屈曲度局所最大点と入力された屈曲度とを比較し、入力された屈曲度がその時点での屈曲度局所最大点より大きい場合には、入力された屈曲度を新しい屈曲度局所最大点として更新する。
屈曲度局所最大点抽出部46は、図示しないメモリ等に屈曲度局所最大点を記憶し、屈曲度最大点抽出時にメモリからその時点での屈曲度局所最大点を読み出す。また、屈曲度局所最大点抽出部46は、抽出した屈曲度局所最大点を心肺機能状態変化点推定部47に出力する。
(Tortuosity local maximum point extraction part)
The tortuosity local maximum point extraction unit 46 extracts one or more tortuosity local maximum points from a plurality of tortuosity degrees based on a plurality of tortuosity data input from the tortuosity calculation unit 45. The tortuosity is the local maximum point. The tortuosity local maximum point extraction unit 46 compares, for example, two tortuosities input after the start of the load test, sets the larger tortuosity as the local maximum tortuosity, and at that time until the load test is completed thereafter. Compares the tortuosity local maximum point of Update as.
The tortuosity local maximum point extraction unit 46 stores the tortuosity local maximum point in a memory (not shown) or the like, and reads out the tortuosity local maximum point at that time from the memory at the time of extracting the tortuosity maximum point. Further, the tortuosity local maximum point extraction unit 46 outputs the extracted tortuosity local maximum point to the cardiopulmonary function state change point estimation unit 47.

(心肺機能状態変化点推定部)
心肺機能状態変化点推定部47は、運動負荷制御部10から入力された運動強度データを参照して、屈曲度局所最大点抽出部46から入力された屈曲度局所最大点を抽出し、抽出された屈曲度局所最大点を測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定する。心肺機能状態変化点推定部47が推定する心肺機能状態の変化点の一例としては、例えば嫌気性代謝閾値(AT:Anaerobic Threshold)又は呼吸性代償開始点(RC:Respiratory Compensation)が挙げられる。
(Cardiopulmonary function state change point estimation part)
The cardiopulmonary function state change point estimation unit 47 extracts and extracts the tortuosity local maximum point input from the tortuosity local maximum point extraction unit 46 with reference to the exercise intensity data input from the exercise load control unit 10. The local maximum point of tortuosity is estimated as the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject. As an example of the change point of the cardiopulmonary function state estimated by the cardiopulmonary function state change point estimation unit 47, for example, an anaerobic threshold (AT) or a respiratory compensation start point (RC) can be mentioned.

なお、心肺機能状態変化推定装置1が運動負荷と負荷試験開始からの時間との関係を示す情報を有している場合、心肺機能状態変化点推定部47は、屈曲度局所最大点に対応する負荷試験開始からの時間を抽出し、心肺機能状態の変化点としてもよい。記憶部30が、運動負荷制御部10からの運動強度データに基づいて生成された運動負荷と負荷試験開始からの時間との関係を示す情報を記憶している場合、心肺機能状態変化点推定部47は、屈曲度局所最大点に対応する負荷試験開始からの時間を心肺機能状態の変化点とすることができる。
心肺機能状態変化点推定部47は、推定した心肺機能状態の変化点を示すデータ(以下、「心肺機能状態変化点データ」とも呼ぶ)を、出力部50に出力する。心肺機能状態変化点データは、例えば運動強度データ又は負荷試験開始からの時間のデータである。
When the cardiopulmonary function state change estimation device 1 has information indicating the relationship between the exercise load and the time from the start of the load test, the cardiopulmonary function state change point estimation unit 47 corresponds to the local maximum point of tortuosity. The time from the start of the stress test may be extracted and used as the change point of the cardiopulmonary function state. When the storage unit 30 stores information indicating the relationship between the exercise load generated based on the exercise intensity data from the exercise load control unit 10 and the time from the start of the load test, the cardiopulmonary function state change point estimation unit For 47, the time from the start of the load test corresponding to the local maximum flexion point can be set as the change point of the cardiopulmonary function state.
The cardiopulmonary function state change point estimation unit 47 outputs data indicating the estimated change point of the cardiopulmonary function state (hereinafter, also referred to as “cardiopulmonary function state change point data”) to the output unit 50. The cardiopulmonary function state change point data is, for example, exercise intensity data or data of the time from the start of the stress test.

<出力部>
出力部50は、例えば液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンス(OEL:Organic Electro-Luminescence)ディスプレイ等の表示部である。表示部は、心肺機能状態変化点推定部47において推定された嫌気性代謝閾値又は呼吸性代償開始点等の心肺機能状態の変化点又は変化点を示す情報を表示する。
例えば、図5に示すように、表示部は、運動負荷制御部10から入力された運動負荷データに基づく運動強度又は運動強度を示す情報に対する屈曲度を示すグラフ上に、心肺機能状態の変化点(図5中、◎で示す)を示しても良い。この場合、表示部は、心肺機能状態変化点推定部47から入力された心肺機能状態変化点データ、屈曲度算出部45から入力された屈曲度データ及び運動負荷制御部10又は記憶部30から入力された運動強度データに基づいて、図5に示すグラフを生成して表示する。
<Output section>
The output unit 50 is, for example, a display unit of a liquid crystal display, an organic electro-luminescence (OEL) display, or the like. The display unit displays information indicating the change point or change point of the cardiopulmonary function state such as the anaerobic metabolism threshold value or the respiratory compensation start point estimated by the cardiopulmonary function state change point estimation unit 47.
For example, as shown in FIG. 5, the display unit is a change point of the cardiopulmonary function state on a graph showing the degree of flexion with respect to the exercise intensity or the information indicating the exercise intensity based on the exercise load data input from the exercise load control unit 10. (Indicated by ⊚ in FIG. 5) may be indicated. In this case, the display unit inputs the cardiopulmonary function state change point data input from the cardiopulmonary function state change point estimation unit 47, the flexion degree data input from the flexion degree calculation unit 45, and the exercise load control unit 10 or the storage unit 30. The graph shown in FIG. 5 is generated and displayed based on the exercise intensity data obtained.

図5では、運動強度を示す情報として、負荷試験開始からの時間が表示されている。記憶部30は、運動負荷制御部10から送信されたデータに基づき、負荷試験開始からの時間と負荷強度との関係を示すデータを記憶している。このため、心肺機能状態変化推定装置1は、負荷試験開始からの時間と屈曲度との関係から、心肺機能状態の変化点に対応する運動負荷を得ることができる。
表示部は、心肺機能状態の変化点を示す情報として、心肺機能状態の変化点に対応する運動強度(例えば嫌気性代謝閾値や呼吸性代償開始点を示す運動強度)を文字・数字情報等により表示してもよい。
In FIG. 5, the time from the start of the load test is displayed as information indicating the exercise intensity. The storage unit 30 stores data showing the relationship between the time from the start of the load test and the load intensity based on the data transmitted from the exercise load control unit 10. Therefore, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 can obtain an exercise load corresponding to the change point of the cardiopulmonary function state from the relationship between the time from the start of the load test and the tortuosity.
As information indicating the change point of the cardiopulmonary function state, the display unit displays the exercise intensity corresponding to the change point of the cardiopulmonary function state (for example, the exercise intensity indicating the anaerobic metabolic threshold and the respiratory compensation start point) by character / numerical information or the like. It may be displayed.

図6は、例えば、「日本内科学会雑誌第101巻第6号,平成24年6月10日,特集COPD:診断と治療の進歩 トピックスII.診断と検査 3.心肺運動負荷検査(CPET)」に掲載されている図を出典として作図した。図6は、屈曲度とともに、運動負荷量、CXP検査により得られる酸素摂取量VO2[ml/min]、二酸化炭素排出量VCO2[ml/min]、分時換気量V[l/min]や、血液検査で得られる乳酸、水素イオン指数pH等の挙動を示している。ここで、図6において、酸素摂取量VO2、二酸化炭素排出量VCO2、分時換気量や、乳酸、水素イオン指数pHは運動負荷に対する各指標の挙動を示しており、各指標の量や濃度を示すものではない。 Figure 6 shows, for example, "Journal of the Japanese Society of Internal Medicine, Vol. 101, No. 6, June 10, 2012, Special Feature COPD: Advances in Diagnosis and Treatment Topics II. Diagnosis and Examination 3. Cardiopulmonary Exercise Load Examination (CPET)" I drew the figure published in. 6, together with the degree of curvature, the amount of exercise, oxygen uptake V O2 obtained by CXP test [ml / min], carbon dioxide emissions V CO2 [ml / min], minute ventilation V E [l / min ], And the behavior of lactic acid, hydrogen ion index pH, etc. obtained by blood test. Here, in FIG. 6, oxygen uptake V O2 , carbon dioxide emission V CO2 , minute ventilation, lactic acid, and hydrogen ion index pH show the behavior of each index with respect to exercise load, and the amount of each index and It does not indicate the concentration.

図6に示すように、心肺機能状態変化推定装置1により心肺機能状態の変化点を推定することにより、嫌気性代謝閾値ATや呼吸性代償開始点RC等の従来知られた心肺機能状態の変化点以外の変化点も検出することができる。
例えば、図6に示すように、分時換気量V、二酸化炭素排出量VCO2及び乳酸の傾きの変化点は、嫌気性代謝閾値ATである。分時換気量V、二酸化炭素排出量VCO2及び乳酸の傾きの変化点に対応する運動負荷において、心肺機能状態変化推定装置1は、屈曲度のピークLP2を検出する。心肺機能状態変化推定装置1は、当該ピークに対応する運動負荷を嫌気性代謝閾値ATと判断する。
As shown in FIG. 6, by estimating the change point of the cardiopulmonary function state by the cardiopulmonary function state change estimation device 1, the conventionally known change of the cardiopulmonary function state such as the anaerobic metabolism threshold AT and the respiratory compensation start point RC Change points other than points can also be detected.
For example, as shown in FIG. 6, the change points of the minute ventilation volume VE , the carbon dioxide emission amount V CO2, and the slope of lactic acid are the anaerobic metabolism threshold AT. The cardiopulmonary function state change estimation device 1 detects the peak LP2 of the tortuosity at the exercise load corresponding to the change points of the minute ventilation volume VE , the carbon dioxide emission amount V CO2, and the inclination of lactic acid. The cardiopulmonary function state change estimation device 1 determines that the exercise load corresponding to the peak is the anaerobic metabolism threshold AT.

また、図6に示すように、分時換気量V及び二酸化炭素排出量VCO2のみの傾きが変化する点は、呼吸性代償開始点RCである。分時換気量V及び二酸化炭素排出量VCO2の傾きの変化点に対応する運動負荷量において、心肺機能状態変化推定装置1は、屈曲度のピークLP4を検出する。心肺機能状態変化推定装置1は、当該ピークに対応する運動負荷を呼吸性代償開始点RCと判断する。 Further, as shown in FIG. 6, the point at which the slopes of only the minute ventilation volume VE and the carbon dioxide emission amount V CO2 change is the respiratory compensation start point RC. The cardiopulmonary function state change estimation device 1 detects the peak LP4 of the tortuosity at the exercise load corresponding to the change point of the slope of the minute ventilation volume VE and the carbon dioxide emission amount V CO2. The cardiopulmonary function state change estimation device 1 determines that the exercise load corresponding to the peak is the respiratory compensation start point RC.

一方、図6に示すように、嫌気性代謝閾値ATに至る前の運動負荷時において、ピークLP0及びピークLP1が生じる場合がある。ピークLP0及びピークLP1は、マイナーな代償機転であり、ピークLP0は現れない場合も多い。また、嫌気性代謝閾値ATと呼吸性代償開始点RCとの間の領域において、ピークLP3が生じる場合があるこのようなピークLP3位置においても、例えばピークLP0及びピークLP1等とは異なる代償機転が生じていると考えられる。
このような屈曲度のピークは、心不全患者の屈曲度の挙動にあてはまることが多い。また、健常者の屈曲度の挙動は、より動的な機転が観察される傾向にある。
On the other hand, as shown in FIG. 6, peak LP0 and peak LP1 may occur during exercise load before reaching the anaerobic metabolism threshold AT. Peak LP0 and peak LP1 are minor compensatory mechanisms, and peak LP0 often does not appear. Further, in the region between the anaerobic metabolism threshold AT and the respiratory compensation start point RC, peak LP3 may occur. Even at such a peak LP3 position, a compensation mechanism different from that of, for example, peak LP0 and peak LP1 occurs. It is thought that it has occurred.
Such tortuosity peaks often apply to the behavior of tortuosity in patients with heart failure. In addition, the behavior of the tortuosity of healthy subjects tends to be observed to be more dynamic.

(1.2)心肺機能状態推定方法及び心肺機能状態推定プログラム
本実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置1は、少なくとも一つのプロセッサを備えており、プロセッサは、運動負荷制御部10、データ取得部20の心電処理部22及び心音処理部24、記憶部30、並びに心肺機能状態変化推定部40として機能する。
(1.2) Cardiopulmonary function state estimation method and cardiopulmonary function state estimation program The cardiopulmonary function state change estimation device 1 according to the present embodiment includes at least one processor, and the processor includes an exercise load control unit 10 and data acquisition. It functions as an electrocardiographic processing unit 22, a heart sound processing unit 24, a storage unit 30, and a cardiopulmonary function state change estimation unit 40 of the unit 20.

本実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置1では、複数の時点のそれぞれにおいて、運動をしている測定対象者から測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカデータを取得する。心肺機能状態変化推定装置1では、生物学的マーカデータから構成された複数の時点における多次元ベクトルに基づいて、複数の時点のうちの2点間の多次元移動ベクトルをそれぞれ構成し、連続する2つの多次元移動ベクトルの屈曲度の局所最大点に対応する運動負荷を、測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定する心肺機能状態推定方法が実行される。 The cardiopulmonary function state change estimation device 1 according to the present embodiment acquires a plurality of biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement target person from the measurement target person who is exercising at each of the plurality of time points. In the cardiopulmonary function state change estimation device 1, a multidimensional movement vector between two points at a plurality of time points is constructed and continuous based on a multidimensional vector at a plurality of time points composed of biological marker data. A cardiopulmonary function state estimation method is executed in which the exercise load corresponding to the local maximum point of the degree of flexion of the two multidimensional movement vectors is estimated as the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject.

また、心肺機能状態変化推定装置1は、命令を実行する少なくとも一つのプロセッサと、心肺機能状態推定プログラムを記憶する記憶部とを備えている。心肺機能状態推定プログラムは、複数の時点のそれぞれにおいて、運動をしている測定対象者から測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカデータを取得し、生物学的マーカデータから構成された複数の時点における多次元ベクトルに基づいて、複数の時点のうちの2点間の多次元移動ベクトルをそれぞれ構成し、連続する2つの多次元移動ベクトルの屈曲度の局所最大点に対応する運動負荷を、測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定する命令を、プロセッサに実行させる。 Further, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 includes at least one processor that executes an instruction and a storage unit that stores a cardiopulmonary function state estimation program. The cardiopulmonary function state estimation program acquires a plurality of biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement subject from the measurement subject who is exercising at each of multiple time points, and is composed of the biological marker data. Based on the multidimensional vectors at multiple time points, a multidimensional movement vector between two points at multiple time points is constructed, and corresponds to the local maximum point of the degree of bending of two consecutive multidimensional movement vectors. The processor is made to execute an instruction to estimate the exercise load as a change point of the cardiopulmonary function state of the person to be measured.

以下、図1を参照しつつ図7を用いて、心肺機能状態推定方法をより詳細に説明する。
図7に示すように、ステップS11において、心肺機能状態変化推定装置1は負荷試験を開始する。心肺機能状態変化推定装置1では、運動負荷制御部10が時間とともに一定の割合で運動強度を上げるように負荷装置60を制御する。運動負荷制御部10は、負荷試験開始後数分間は測定対象者が安静状態となる運動負荷を与え、負荷試験開始数分後から時間とともに一定の割合で運動強度を上げるように負荷装置60を制御してもよい。このようにして、心肺機能状態変化推定装置1は、エルゴメータ等の負荷装置60を操作する測定対象者に対して運動負荷を与える。
Hereinafter, the cardiopulmonary function state estimation method will be described in more detail with reference to FIG. 1 and FIG. 7.
As shown in FIG. 7, in step S11, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 starts a load test. In the cardiopulmonary function state change estimation device 1, the exercise load control unit 10 controls the load device 60 so as to increase the exercise intensity at a constant rate with time. The exercise load control unit 10 applies an exercise load that allows the person to be measured to rest for several minutes after the start of the load test, and sets the load device 60 so that the exercise intensity increases at a constant rate over time from several minutes after the start of the load test. You may control it. In this way, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 applies an exercise load to the measurement target person who operates the load device 60 such as an ergometer.

ステップS12において、心肺機能状態変化推定装置1は、複数の時点のそれぞれにおいて、運動をしている測定対象者から測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカデータを取得する。心肺機能状態変化推定装置1では、運動をしている測定対象者に取り付けられた心電採取部21又は心音採取部23の少なくとも一方により測定対象者の心電データ又は心音データの少なくとも一方を生成する。心電採取部21、心音採取部23は、負荷試験開始から一定の間隔(例えば、10[秒]毎)で心電データ又は心音データを取得する。心肺機能状態変化推定装置1では、心電処理部22により心電データに由来する生物学的マーカデータを生成し、又は心音処理部24により心音データに由来する生物学的マーカデータを生成する。この後、心電処理部22及び心音処理部24は、生成した各生物学的マーカデータを記憶部30及び心肺機能状態変化推定部40に出力する。 In step S12, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 acquires a plurality of biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement subject from the measurement subject who is exercising at each of the plurality of time points. In the cardiopulmonary function state change estimation device 1, at least one of the electrocardiographic data or the heartbeat data of the measurement subject is generated by at least one of the electrocardiographic collection unit 21 or the heartbeat collection unit 23 attached to the measurement subject who is exercising. To do. The electrocardiographic collection unit 21 and the cardiac sound collection unit 23 acquire electrocardiographic data or cardiac sound data at regular intervals (for example, every 10 [seconds]) from the start of the load test. In the cardiopulmonary function state change estimation device 1, the electrocardiographic processing unit 22 generates biological marker data derived from the electrocardiographic data, or the cardiac sound processing unit 24 generates biological marker data derived from the cardiac sound data. After that, the electrocardiographic processing unit 22 and the heart sound processing unit 24 output each of the generated biological marker data to the storage unit 30 and the cardiopulmonary function state change estimation unit 40.

ステップS13において、心肺機能状態変化推定装置1は、取得した生物学的マーカデータから多次元ベクトルを構成する。心肺機能状態変化推定装置1では、多次元ベクトル構成部41が、測定対象者から同一のタイミングで得られた複数(n種)の生物学的マーカデータを多次元空間(n次元空間)に反映させた測定点を示す多次元(n次元)ベクトルを構成する。心肺機能状態変化推定装置1は、複数の時点で取得した生物学的マーカデータに基づいて、複数の多次元ベクトルを構成する。 In step S13, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 constructs a multidimensional vector from the acquired biological marker data. In the cardiopulmonary function state change estimation device 1, the multidimensional vector component 41 reflects a plurality of (n types) biological marker data obtained from the measurement target person at the same timing in the multidimensional space (n-dimensional space). A multidimensional (n-dimensional) vector indicating the measured points is constructed. The cardiopulmonary function state change estimation device 1 constructs a plurality of multidimensional vectors based on biological marker data acquired at a plurality of time points.

ステップS14において、心肺機能状態変化推定装置1は、複数の時点から連続する2つの時点を選択し、選択された2つの時点における2つの多次元ベクトルの間の多次元移動ベクトルを構成する。心肺機能状態変化推定装置1では、多次元移動ベクトル構成部42が、全ての連続する2つの時点における2つの多次元ベクトルの間の多次元移動ベクトルを構成する。 In step S14, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 selects two consecutive time points from a plurality of time points and constructs a multidimensional movement vector between the two multidimensional vectors at the two selected time points. In the cardiopulmonary function state change estimation device 1, the multidimensional movement vector component 42 constitutes a multidimensional movement vector between two multidimensional vectors at all two consecutive time points.

ステップS15において、心肺機能状態変化推定装置1は、連続する2つの多次元移動ベクトルの間の屈曲度を算出する。心肺機能状態変化推定装置1では、多次元移動ベクトル長算出部43が各多次元移動ベクトルの長さを算出し、多次元移動ベクトル間角度算出部44が連続する2つの多次元移動ベクトル間の角度を算出する。屈曲度算出部45は、連続する2つの多次元移動ベクトルそれぞれの長さ及び角度に基づいて、連続する2つの多次元移動ベクトルの長さの積から、当該2つの多次元移動ベクトルの内積を引いた値を算出し、屈曲度とする。 In step S15, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 calculates the tortuosity between two consecutive multidimensional movement vectors. In the cardiopulmonary function state change estimation device 1, the multidimensional movement vector length calculation unit 43 calculates the length of each multidimensional movement vector, and the multidimensional movement vector angle calculation unit 44 is between two continuous multidimensional movement vectors. Calculate the angle. The bending degree calculation unit 45 calculates the inner product of the two consecutive multidimensional movement vectors from the product of the lengths of the two consecutive multidimensional movement vectors based on the length and angle of each of the two consecutive multidimensional movement vectors. The subtracted value is calculated and used as the degree of bending.

ステップS16において、心肺機能状態変化推定装置1は、複数の屈曲度に基づいて、心肺機能変化点を推定する。心肺機能状態変化推定装置1では、屈曲度局所最大点抽出部46が複数の屈曲度のうち、最大点となる屈曲度を1つ以上抽出して屈曲度最大点とし、心肺機能状態変化点推定部47が、屈曲度最大点に対応する運動負荷を測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定する。
ステップS17において、心肺機能状態変化推定装置1は、推定された心肺機能状態の変化点を出力部に提示する。例えば、心肺機能状態変化推定装置1は、心肺機能状態の変化点を表示部に表示させる。これにより、心肺機能状態変化推定装置1は、心肺機能状態変化推定装置の利用者等に心肺機能状態の変化点を提示することができる。
In step S16, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 estimates the cardiopulmonary function change point based on a plurality of tortuosities. In the cardiopulmonary function state change estimation device 1, the tortuosity local maximum point extraction unit 46 extracts one or more tortuosity, which is the maximum point, out of a plurality of tortuosities, and sets it as the maximum tortuosity point. The part 47 estimates the exercise load corresponding to the maximum tortuosity point as the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject.
In step S17, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 presents the estimated change point of the cardiopulmonary function state to the output unit. For example, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 causes the display unit to display the change point of the cardiopulmonary function state. As a result, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 can present the change point of the cardiopulmonary function state to the user or the like of the cardiopulmonary function state change estimation device.

(1.3)心肺機能状態変化推定装置の利用について
以上により、心肺機能状態変化推定装置の利用者は、出力部50に表示された心肺機能状態の変化点に基づき、測定対象者の心肺機能状態を確認することができる。
測定対象者が心疾患患者や心不全患者である場合、心肺機能状態変化推定装置1は、心疾患患者や心不全患者の心肺機能状態の変化点として嫌気性代謝閾値(AT)や呼吸性代償開始点(RC)を決定することができる。心肺機能状態変化推定装置1は、嫌気性代謝閾値(AT)や呼吸性代償開始点(RC)に基づき、生活習慣病や心臓病等の治療として運動療法を行う際の至適運動強度を決定する。心肺機能状態変化推定装置1の利用者である医師等の医療従事者は、測定対象者の心肺機能状態の変化点や至適運動強度に基づいて、運動療法の指導を行うことができる。
また、測定対象者がまだ心疾患や心不全に至らない健常者である場合も同様に、心肺機能状態変化推定装置1は、嫌気性代謝閾値(AT)や呼吸性代償開始点(RC)に基づき、生活習慣病の予防のための運動を行う際の至適運動強度を決定する。
(1.3) Use of cardiopulmonary function state change estimation device As described above, the user of the cardiopulmonary function state change estimation device can use the cardiopulmonary function of the measurement target person based on the change point of the cardiopulmonary function state displayed on the output unit 50. You can check the status.
When the measurement target is a heart disease patient or a heart failure patient, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 determines the anaerobic metabolic threshold (AT) or the respiratory compensation start point as the change point of the cardiopulmonary function state of the heart disease patient or the heart failure patient. (RC) can be determined. The cardiopulmonary function state change estimation device 1 determines the optimum exercise intensity when performing exercise therapy as a treatment for lifestyle-related diseases, heart diseases, etc., based on the anaerobic metabolic threshold (AT) and the respiratory compensation start point (RC). To do. A medical worker such as a doctor who is a user of the cardiopulmonary function state change estimation device 1 can give guidance on exercise therapy based on the change point of the cardiopulmonary function state and the optimum exercise intensity of the measurement target person.
Similarly, when the measurement target is a healthy person who has not yet reached heart disease or heart failure, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 is based on the anaerobic metabolic threshold (AT) and the respiratory compensation start point (RC). , Determine the optimal exercise intensity when exercising for the prevention of lifestyle-related diseases.

測定対象者がスポーツ選手等の健常者である場合、心肺機能状態変化推定装置1は、嫌気性代謝閾値(AT)や呼吸性代償開始点(RC)に基づき、トレーニングを行う際の至適運動強度を決定することができる。心肺機能状態変化推定装置1の利用者であるスポーツ指導者等は、測定対象者の心肺機能状態の変化点や至適運動強度に基づいて、トレーニングの指導を行うことができる。
また、測定対象者が動物(例えば競走馬)である場合も同様に、心肺機能状態変化推定装置1は、トレーニングのための至適運動強度を決定してトレーニングを行うことができる。
When the measurement target is a healthy person such as an athlete, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 is the optimum exercise for training based on the anaerobic metabolic threshold (AT) and the respiratory compensation start point (RC). The strength can be determined. A sports instructor or the like who is a user of the cardiopulmonary function state change estimation device 1 can provide training guidance based on the change point of the cardiopulmonary function state and the optimum exercise intensity of the measurement target person.
Similarly, when the measurement target is an animal (for example, a racehorse), the cardiopulmonary function state change estimation device 1 can determine the optimum exercise intensity for training and perform training.

<変形例>
(1)第1変形例
本実施形態では、心肺機能状態変化推定装置1の出力部50が表示部である場合の例について説明したが、このような構成に限られない。例えば、心肺機能状態変化推定装置1は、出力部50として、インターネット等のネットワークを介して外部端末と接続するための通信部を有していても良い。この場合、心肺機能状態変化推定部40は、通信部である出力部50を介して、外部端末(図示せず)に心肺機能状態変化点データを送信する。
<Modification example>
(1) First Modified Example In the present embodiment, an example in which the output unit 50 of the cardiopulmonary function state change estimation device 1 is a display unit has been described, but the present invention is not limited to such a configuration. For example, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 may have a communication unit as an output unit 50 for connecting to an external terminal via a network such as the Internet. In this case, the cardiopulmonary function state change estimation unit 40 transmits cardiopulmonary function state change point data to an external terminal (not shown) via the output unit 50 which is a communication unit.

外部端末は、例えばパーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレットコンピュータ等の表示部を有する端末、プリンタ等の印字機能を有する端末、スピーカ等の音声出力機能を有する端末であっても良い。
外部端末が印字機能を有する端末である場合、心肺機能状態の変化点又は変化点を示す情報を紙等に印字する。外部端末が音声出力機能を有する端末である場合、外部端末のスピーカから心肺機能状態の変化点又は変化点を示す情報を音声出力する。
The external terminal may be, for example, a terminal having a display unit such as a personal computer, a smartphone, or a tablet computer, a terminal having a printing function such as a printer, or a terminal having an audio output function such as a speaker.
When the external terminal is a terminal having a printing function, information indicating a change point or a change point of the cardiopulmonary function state is printed on paper or the like. When the external terminal is a terminal having a voice output function, the speaker of the external terminal outputs the change point of the cardiopulmonary function state or the information indicating the change point by voice.

外部端末が表示部を有する端末である場合、心肺機能状態変化推定装置1は、外部端末の表示部に心肺機能状態の変化点又は変化点を示す情報を表示させる。また、心肺機能状態変化推定装置1は、外部端末に、運動負荷制御部10から出力された運動負荷データと屈曲度算出部45から出力された屈曲度データとを送信しても良い。この場合、心肺機能状態変化推定装置1は、外部端末の表示部に、運動負荷データと屈曲度データとに基づいて、運動強度を示す情報に対する屈曲度を示すグラフ上に、心肺機能状態の変化点を表示させることができる。 When the external terminal is a terminal having a display unit, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 causes the display unit of the external terminal to display a change point or information indicating the change point of the cardiopulmonary function state. Further, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 may transmit the exercise load data output from the exercise load control unit 10 and the tortuosity data output from the tortuosity calculation unit 45 to the external terminal. In this case, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 displays a change in the cardiopulmonary function state on the display unit of the external terminal on a graph showing the degree of flexion with respect to the information indicating the exercise intensity based on the exercise load data and the degree of flexion data. Points can be displayed.

(2)第2変形例
本実施形態では、心肺機能状態変化推定装置1の出力部50が表示部であり、屈曲度に基づいて推定された心肺機能状態の変化点又は変化点を示す情報を表示する場合の例について説明したが、このような構成に限られない。例えば、表示部である出力部50は、多次元ベクトル及び多次元移動ベクトルを構成するために用いた複数の生物学的マーカデータのそれぞれを描写したグラフを表示しても良い。すなわち、表示部である出力部50は、複数の生物学的マーカデータを、屈曲度のグラフ上もしくは屈曲度のグラフとは別のグラフ上に描写しても良い。また、表示部である出力部50は、心拍数(HR)や電気的機械的活動時間(EMAT)等の心電データに由来する生物学的マーカの値と、S1強度、S2強度、S3強度及びS4強度等の心音データに由来する生物学的マーカの値とを、異なるグラフ上に描写しても良い。
(2) Second Modified Example In the present embodiment, the output unit 50 of the cardiopulmonary function state change estimation device 1 is a display unit, and information indicating a change point or a change point of the cardiopulmonary function state estimated based on the tortuosity is displayed. An example of display has been described, but the configuration is not limited to this. For example, the output unit 50, which is a display unit, may display a graph depicting each of the plurality of biological marker data used for constructing the multidimensional vector and the multidimensional movement vector. That is, the output unit 50, which is a display unit, may draw a plurality of biological marker data on a graph of tortuosity or on a graph different from the graph of tortuosity. Further, the output unit 50, which is a display unit, has a biological marker value derived from electrocardiographic data such as heart rate (HR) and electromechanical activity time (EMAT), and S1 intensity, S2 intensity, and S3 intensity. And the values of biological markers derived from heartbeat data such as S4 intensity may be depicted on different graphs.

(3)第3変形例
本実施形態では、心肺機能状態変化推定装置1が心電採取部21及び心音採取部23の双方を有する例について説明したが、このような構成に限られない。屈曲度を得るために用いる生物学的マーカデータとして、心電データ又は心音データのいずれかのみから取得可能な複数の生物学的マーカデータのみを用いることが好ましい場合、心肺機能状態変化推定装置1のデータ取得部20は、心電採取部21及び心音採取部23のうちの一方のみを備えていても良い。
(3) Third Modified Example In the present embodiment, an example in which the cardiopulmonary function state change estimation device 1 has both an electrocardiographic collecting unit 21 and a heart sound collecting unit 23 has been described, but the configuration is not limited to this. When it is preferable to use only a plurality of biological marker data that can be obtained from only either electrocardiographic data or cardiac sound data as the biological marker data used to obtain the tortuosity, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 The data acquisition unit 20 may include only one of the electrocardiographic collection unit 21 and the heart sound collection unit 23.

(4)第4変形例
本実施形態では、屈曲度BPを得るために算出式(式(1))を用いた例について説明したが、このような構成に限られない。例えば、心肺機能状態変化推定装置1は、屈曲度BPを得るために、連続する2つの多次元移動ベクトルの長さ及び角度を示すデータ、並びにCPX検査によって得られた心肺機能状態の変化点(嫌気性代謝閾値AT)を教師データとして機械学習することにより生成された学習済モデルを有していても良い。また、屈曲度BPを得るために、複数の時点において取得した生物学的マーカデータ及びCPX検査によって得られた心肺機能状態の変化点を教師データとして機械学習することにより生成された学習済モデルを用いても良い。また、心肺機能状態変化推定装置1は、嫌気性代謝閾値ATや呼吸性代償開始点(RC)を得るために、このような学習済モデルを有していても良い。
(4) Fourth Modified Example In the present embodiment, an example in which the calculation formula (formula (1)) is used to obtain the bending degree BP has been described, but the present invention is not limited to such a configuration. For example, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 has data indicating the length and angle of two consecutive multidimensional movement vectors in order to obtain the tortuosity BP, and the change point of the cardiopulmonary function state obtained by the CPX test (the change point of the cardiopulmonary function state (CPX test). It may have a trained model generated by machine learning using the anaerobic metabolism threshold AT) as teacher data. In addition, in order to obtain the tortuosity BP, a trained model generated by machine learning the biological marker data acquired at a plurality of time points and the change point of the cardiopulmonary function state obtained by the CPX test as teacher data is used. You may use it. In addition, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 may have such a trained model in order to obtain an anaerobic metabolism threshold AT and a respiratory compensation start point (RC).

<第1実施形態の効果>
第1実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置1は、以下の効果を有する。
(1)心肺機能状態変化推定装置1では、測定対象者から取得した複数の生物学的マーカデータに基づいて多次元ベクトル及び多次元移動ベクトルを構成し、連続する2つの多次元移動ベクトル間の屈曲度を用いて心肺機能状態の変化点を推定する。連続する2つの多次元移動ベクトル間の屈曲度は、複数の生物学的マーカデータが総合的に影響した指標である。このため、心肺機能状態変化推定装置1は、測定対象者の心疾患の程度や測定対象者固有の心肺機能状態に関わらず、高い精度で心肺機能状態の変化点を推定することができる。
<Effect of the first embodiment>
The cardiopulmonary function state change estimation device 1 according to the first embodiment has the following effects.
(1) The cardiopulmonary function state change estimation device 1 constructs a multidimensional vector and a multidimensional movement vector based on a plurality of biological marker data acquired from a measurement subject, and between two consecutive multidimensional movement vectors. The degree of change in cardiopulmonary function is estimated using the degree of flexion. The tortuosity between two consecutive multidimensional movement vectors is an index that is totally influenced by a plurality of biological marker data. Therefore, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 can estimate the change point of the cardiopulmonary function state with high accuracy regardless of the degree of the heart disease of the measurement target person and the cardiopulmonary function state peculiar to the measurement target person.

(2)心肺機能状態変化推定装置1は、人が判断する場合と比較して、心肺機能状態の変化点の推定結果にバラつきが生じにくい。このため、医師等による診断の差異が生じにくく、高い精度で心肺機能状態を推定することができる。
(3)心肺機能状態変化推定装置1では、嫌気性代謝閾値(AT)や呼吸性代償開始点(RC)等の従来知られた心肺機能状態の変化点以外の変化点も検出することができる。例えば、心肺機能状態変化推定装置1は、嫌気性代謝閾値ATに至る前において生じるマイナーな代償機転を示すピーク(例えばピークLP0及びピークLP1)や、嫌気性代謝閾値(AT)と呼吸性代償開始点(RC)との間の領域において生じるピーク(例えばピークLP3)を精度よく検出することができる。
(2) The cardiopulmonary function state change estimation device 1 is less likely to cause variation in the estimation result of the change point of the cardiopulmonary function state as compared with the case where a person judges. Therefore, the difference in diagnosis between doctors and the like is unlikely to occur, and the cardiopulmonary function state can be estimated with high accuracy.
(3) The cardiopulmonary function state change estimation device 1 can detect changes other than the conventionally known change points of the cardiopulmonary function state such as the anaerobic metabolism threshold (AT) and the respiratory compensation start point (RC). .. For example, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 has a peak (for example, peak LP0 and peak LP1) showing a minor compensatory mechanism that occurs before reaching the anaerobic metabolic threshold AT, or an anaerobic metabolic threshold (AT) and respiratory compensation initiation. The peak (for example, peak LP3) generated in the region between the point (RC) can be detected accurately.

2.第2実施形態
(2.1)心肺機能状態変化推定装置の構成
以下、図1から図7を参照しつつ、図8を用いて、第2実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置2について説明する。
心肺機能状態変化推定装置2は、運動負荷制御部10、データ取得部20、記憶部30、心肺機能状態変化推定部140及び出力部50を備えている。すなわち、心肺機能状態変化推定装置2は、心肺機能状態変化推定部40に代えて心肺機能状態変化推定部140を備える点で心肺機能状態変化推定装置1と異なる。
以下、記憶部30及び心肺機能状態変化推定部140について説明する。運動負荷制御部10、データ取得部20及び出力部50は、第1実施形態に記載の構成と同様であるため説明を省略する。
2. Second Embodiment (2.1) Configuration of Cardiopulmonary Function State Change Estimating Device Hereinafter, the cardiopulmonary function state change estimating device 2 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 7 and FIG. To do.
The cardiopulmonary function state change estimation device 2 includes an exercise load control unit 10, a data acquisition unit 20, a storage unit 30, a cardiopulmonary function state change estimation unit 140, and an output unit 50. That is, the cardiopulmonary function state change estimation device 2 is different from the cardiopulmonary function state change estimation device 1 in that the cardiopulmonary function state change estimation unit 140 is provided in place of the cardiopulmonary function state change estimation unit 40.
Hereinafter, the memory unit 30 and the cardiopulmonary function state change estimation unit 140 will be described. Since the exercise load control unit 10, the data acquisition unit 20, and the output unit 50 have the same configurations as those described in the first embodiment, description thereof will be omitted.

<記憶部>
記憶部30は、第1実施形態と同様に、運動負荷制御部10が出力した運動強度データ、心電処理部22が出力した心電データ及び生物学的マーカ、並びに心音処理部24が出力した心音データ及び生物学的マーカのそれぞれを記憶する。
また、記憶部30は、予め定められた、心肺機能変化点を含むと推定される運動負荷の領域(以下、「心肺機能変化点存在領域」という)を示すデータ(以下、「心肺機能変化点存在領域データ」という)を記憶する。心肺機能変化点としては、例えば嫌気性代謝閾値(AT)又は呼吸性代償開始点(RC)が挙げられる。記憶部30は、嫌気性代謝閾値存在領域を示す嫌気性代謝閾値存在領域データ及び呼吸性代償開始点領域を示す呼吸性代償開始点領域データの少なくとも一方を記憶する。また、記憶部30は、嫌気性代謝閾値存在領域及び呼吸性代償開始点領域以外の心肺機能変化点存在領域をデータとして記憶していても良い。
<Memory>
Similar to the first embodiment, the storage unit 30 outputs the exercise intensity data output by the exercise load control unit 10, the electrocardiographic data and biological markers output by the electrocardiographic processing unit 22, and the cardiac sound processing unit 24. Store each of the heartbeat data and biological markers.
In addition, the storage unit 30 has data (hereinafter, "cardiopulmonary function change point") indicating a predetermined area of exercise load estimated to include the cardiopulmonary function change point (hereinafter, referred to as "cardiopulmonary function change point existence region"). "Existence area data") is stored. Cardiopulmonary function changes include, for example, the anaerobic metabolic threshold (AT) or the respiratory compensation initiation point (RC). The storage unit 30 stores at least one of the anaerobic metabolism threshold existence region data indicating the anaerobic metabolism threshold existence region and the respiratory compensation start point region data indicating the respiratory compensation start point region. In addition, the storage unit 30 may store the cardiopulmonary function change point existence region other than the anaerobic metabolism threshold existence region and the respiratory compensation start point region as data.

嫌気性代謝閾値存在領域は、負荷試験の間に増加させる運動負荷の範囲のうち、嫌気性代謝閾値(AT)が存在すると推定される領域である。また、呼吸性代償開始点領域は、負荷試験の間に増加させる運動負荷の範囲のうち、呼吸性代償開始点(RC)が存在すると推定される運動負荷の領域である。嫌気性代謝閾値存在領域及び呼吸性代償開始点領域は、例えば事前のCPX検査等により推定されてもよく、従来の知見に基づき推定されても良い。 The anaerobic metabolism threshold presence region is a region in which the anaerobic metabolism threshold (AT) is presumed to be present in the range of exercise load to be increased during the stress test. In addition, the respiratory compensation start point region is a region of exercise load in which the respiratory compensation start point (RC) is presumed to exist in the range of exercise load to be increased during the load test. The anaerobic metabolism threshold existence region and the respiratory compensation starting point region may be estimated, for example, by a prior CPX test or the like, or may be estimated based on conventional knowledge.

例えば、負荷試験として心肺運動負荷検査を行う場合、漸増負荷(ランプ負荷)の初期区間には、心肺機能状態の変化点ではないにも拘らず屈曲度の局所ピークが生じる場合がある。このような心肺機能状態の変化点の検出の妨げとなる屈曲度の局所ピークを除外して心肺機能状態の変化点を高精度で検出するために、心肺機能変化点存在領域が設定される。 For example, when a cardiopulmonary exercise load test is performed as a load test, a local peak of tortuosity may occur in the initial section of the gradual increase load (ramp load) even though it is not a change point of the cardiopulmonary function state. The region where the cardiopulmonary function change point exists is set in order to exclude the local peak of the tortuosity that hinders the detection of the change point of the cardiopulmonary function state and detect the change point of the cardiopulmonary function state with high accuracy.

<心肺機能状態変化推定部>
図8は、心肺機能状態変化推定装置2が備える心肺機能状態変化推定部140の一構成例を示すブロック図である。図8に示すように、心肺機能状態変化推定部140は、多次元ベクトル構成部41と、多次元移動ベクトル構成部42と、多次元移動ベクトル長算出部43と、多次元移動ベクトル間角度算出部44と、屈曲度算出部45と、屈曲度局所最大点抽出部146と、心肺機能状態変化点推定部147と、を備えている。すなわち、心肺機能状態変化推定部140は、屈曲度局所最大点抽出部46及び心肺機能状態変化点推定部47に代えて屈曲度局所最大点抽出部146及び心肺機能状態変化点推定部147を備える点で、第1実施形態の心肺機能状態変化推定部40と異なる。
<Cardiopulmonary function state change estimation unit>
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of a cardiopulmonary function state change estimation unit 140 included in the cardiopulmonary function state change estimation device 2. As shown in FIG. 8, the cardiopulmonary function state change estimation unit 140 calculates the angle between the multidimensional movement vector constituent unit 41, the multidimensional movement vector constituent unit 42, the multidimensional movement vector length calculation unit 43, and the multidimensional movement vector. A unit 44, a flexion degree calculation unit 45, a flexion degree local maximum point extraction unit 146, and a cardiopulmonary function state change point estimation unit 147 are provided. That is, the cardiopulmonary function state change estimation unit 140 includes a tortuosity local maximum point extraction unit 146 and a cardiopulmonary function state change point estimation unit 147 in place of the tortuosity local maximum point extraction unit 46 and the cardiopulmonary function state change point estimation unit 47. In that respect, it differs from the cardiopulmonary function state change estimation unit 40 of the first embodiment.

以下、屈曲度局所最大点抽出部146及び心肺機能状態変化点推定部147について説明する。多次元ベクトル構成部41、多次元移動ベクトル構成部42、多次元移動ベクトル長算出部43、多次元移動ベクトル間角度算出部44及び屈曲度算出部45は、第1実施形態に記載の構成と同様であるため説明を省略する。 Hereinafter, the tortuosity local maximum point extraction unit 146 and the cardiopulmonary function state change point estimation unit 147 will be described. The multidimensional vector configuration unit 41, the multidimensional movement vector configuration unit 42, the multidimensional movement vector length calculation unit 43, the multidimensional movement vector angle calculation unit 44, and the bending degree calculation unit 45 have the same configurations as described in the first embodiment. Since the same is true, the description thereof will be omitted.

(屈曲度局所最大点抽出部)
屈曲度局所最大点抽出部146は、記憶部30から入力された心肺機能変化点存在領域データと、屈曲度算出部45から入力された複数の屈曲度データに基づいて、屈曲度局所最大点を抽出する。屈曲度局所最大点抽出部146は、心肺機能変化点存在領域データに基づき、心肺機能変化点存在領域の負荷強度の範囲で入力された2つの屈曲度を比較して大きい方の屈曲度を屈曲度局所最大点とする。屈曲度局所最大点抽出部146は、心肺機能変化点存在領域の負荷強度の範囲が終了するまでその時点での屈曲度局所最大点と入力された屈曲度とを比較し、入力された屈曲度がその時点での屈曲度局所最大点より大きい場合には、入力された屈曲度を新しい屈曲度局所最大点として更新する。
屈曲度局所最大点抽出部146は、図示しないメモリ等に屈曲度局所最大点を記憶し、屈曲度局所最大点抽出時にメモリからその時点での屈曲度局所最大点を読み出す。また、屈曲度局所最大点抽出部146は、抽出した屈曲度局所最大点を心肺機能状態変化点推定部147に出力する。
(Tortuosity local maximum point extraction part)
The tortuosity local maximum point extraction unit 146 determines the tortuosity local maximum point based on the cardiopulmonary function change point existence region data input from the storage unit 30 and a plurality of tortuosity local maximum points input from the tortuosity calculation unit 45. Extract. The tortuosity local maximum point extraction unit 146 compares the two tortuosities input in the range of the load intensity of the cardiopulmonary function change point existence region based on the cardiopulmonary function change point existence region data, and bends the larger tortuosity. Degree Local maximum point. The tortuosity local maximum point extraction unit 146 compares the tortuosity local maximum point at that time with the input tortuosity until the range of the load intensity in the region where the cardiopulmonary function change point exists is completed, and the input tortuosity local maximum point extraction unit 146. If is greater than the current tortuosity local maximum point, the input tortuosity is updated as a new tortuosity local maximum point.
The tortuosity local maximum point extraction unit 146 stores the tortuosity local maximum point in a memory (not shown) or the like, and reads out the tortuosity local maximum point at that time from the memory at the time of extracting the tortuosity local maximum point. Further, the tortuosity local maximum point extraction unit 146 outputs the extracted tortuosity local maximum point to the cardiopulmonary function state change point estimation unit 147.

(心肺機能状態変化点推定部)
心肺機能状態変化点推定部147は、運動負荷制御部10から入力された運動強度データを参照して、屈曲度局所最大点抽出部146から入力された屈曲度局所最大点に対応する運動負荷を抽出し、抽出された運動負荷を測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定する。
心肺機能状態変化点推定部147は、心肺機能状態の変化点を示す心肺機能状態変化点データを出力部50に出力する。
(Cardiopulmonary function state change point estimation part)
The cardiopulmonary function state change point estimation unit 147 refers to the exercise intensity data input from the exercise load control unit 10 and calculates the exercise load corresponding to the tortuosity local maximum point input from the tortuosity local maximum point extraction unit 146. It is extracted, and the extracted exercise load is estimated as the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject.
The cardiopulmonary function state change point estimation unit 147 outputs cardiopulmonary function state change point data indicating the change point of the cardiopulmonary function state to the output unit 50.

(2.2)心肺機能状態推定方法及び心肺機能状態推定プログラム
本実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置2は、少なくとも一つのプロセッサを備えており、プロセッサは、運動負荷制御部10、データ取得部20の心電処理部22及び心音処理部24、記憶部30、並びに心肺機能状態変化推定部140として機能する。
(2.2) Cardiopulmonary function state estimation method and cardiopulmonary function state estimation program The cardiopulmonary function state change estimation device 2 according to the present embodiment includes at least one processor, and the processor includes an exercise load control unit 10 and data acquisition. It functions as an electrocardiographic processing unit 22, a heart sound processing unit 24, a storage unit 30, and a cardiopulmonary function state change estimation unit 140 of the unit 20.

本実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置2では、複数の時点のそれぞれにおいて、運動をしている測定対象者から測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカデータを取得し、生物学的マーカデータから構成された複数の時点における多次元ベクトルに基づいて、複数の時点のうちの2点間の多次元移動ベクトルをそれぞれ構成し、連続する2つの多次元移動ベクトルから屈曲度を算出し、屈曲度の局所最大点を心肺機能変化点存在領域から抽出し、局所最大点を測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定する心肺機能状態推定方法が実行される。 The cardiopulmonary function state change estimation device 2 according to the present embodiment acquires a plurality of biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement target from the measurement target who is exercising at each of the plurality of time points. Based on the multidimensional vector at multiple time points composed of biological marker data, a multidimensional movement vector between two points at multiple time points is constructed respectively, and the degree of bending is formed from two consecutive multidimensional movement vectors. Is calculated, the local maximum point of the degree of flexion is extracted from the region where the cardiopulmonary function change point exists, and the cardiopulmonary function state estimation method is executed in which the local maximum point is estimated as the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject.

また、心肺機能状態変化推定装置1は、命令を実行する少なくとも一つのプロセッサと、心肺機能状態変化推定プログラムを記憶する記憶部とを備えている。心肺機能状態変化推定プログラムは、複数の時点のそれぞれにおいて、運動をしている測定対象者から測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカデータを取得し、生物学的マーカデータから構成された複数の時点における多次元ベクトルに基づいて、複数の時点のうちの2点間の多次元移動ベクトルをそれぞれ構成し、連続する2つの多次元移動ベクトルから屈曲度を算出し、屈曲度の局所最大点を心肺機能変化点存在領域から抽出し、局所最大点を測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定する命令を、プロセッサに実行させる。 Further, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 includes at least one processor that executes an instruction and a storage unit that stores a cardiopulmonary function state change estimation program. The cardiopulmonary function state change estimation program acquires a plurality of biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement subject from the measurement subject who is exercising at each of multiple time points, and obtains multiple biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement subject from the biological marker data. Based on the constructed multidimensional movement vectors at a plurality of time points, a multidimensional movement vector between two points at a plurality of time points is constructed, the degree of bending is calculated from two consecutive multidimensional movement vectors, and the degree of bending is calculated. The local maximum point is extracted from the region where the cardiopulmonary function change point exists, and the processor is made to execute an instruction to estimate the local maximum point as the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject.

本実施形態の心肺機能状態変化推定方法は、図7に示すステップS16において、連続する2つの多次元移動ベクトルの屈曲度の局所最大点を心肺機能変化点存在領域から抽出して局所最大点とし、局所最大点を測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定する点で第1実施形態の心肺機能状態推定方法と相違する。ステップS11からステップS15及びステップS17は、第1実施形態の心肺機能状態変化推定方法と同様である。 In the cardiopulmonary function state change estimation method of the present embodiment, in step S16 shown in FIG. 7, the local maximum point of the tortuosity of two consecutive multidimensional movement vectors is extracted from the cardiopulmonary function change point existence region and used as the local maximum point. It differs from the cardiopulmonary function state estimation method of the first embodiment in that the local maximum point is estimated as the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject. Steps S11 to S15 and S17 are the same as the cardiopulmonary function state change estimation method of the first embodiment.

<変形例>
(1)第1変形例
本実施形態では、屈曲度局所最大点抽出部146が、心肺機能変化点が存在すると推定される所定領域から屈曲度の局所最大点を抽出して心肺機能状態の変化点とする例について説明したが、このような構成に限られない。例えば、屈曲度局所最大点抽出部146は、心肺機能変化点が存在すると推定される所定領域で最初の屈曲度の局所最大点を心肺機能状態の変化点としてもよい。ここで、「最初の屈曲度の局所最大点」とは、心肺機能変化点存在領域に存在する局所最大点のうち、局所最大点が生じた際の運動負荷が最も小さい、又は負荷試験開始からの時間が短い局所最大点をいう。
(2)第2変形例
本実施形態の第1変形例では、心肺機能変化点が存在すると推定される所定領域で最初の屈曲度の局所最大点を心肺機能状態の変化点とする例について説明したが、このような構成に限られない。例えば、屈曲度局所最大点抽出部146は、屈曲度の変化率や傾きに基づき、所定値以上の大きさの屈曲度の局所最大点を検出した場合には、当該局所最大点を心肺機能状態の変化点としてもよい。
<Modification example>
(1) First Modification Example In the present embodiment, the local maximum tortuosity extraction unit 146 extracts the local maximum tortuosity from a predetermined region where a cardiopulmonary function change point is presumed to exist, and changes in the cardiopulmonary function state. The example of the point has been described, but the configuration is not limited to this. For example, the local maximum tortuosity extraction unit 146 may use the local maximum tortuosity as the change point of the cardiopulmonary function state in a predetermined region where the cardiopulmonary function change point is presumed to exist. Here, the "local maximum point of the first tortuosity" means that among the local maximum points existing in the region where the cardiopulmonary function change point exists, the exercise load when the local maximum point occurs is the smallest, or from the start of the load test. The local maximum point with a short time.
(2) Second Modified Example In the first modified example of the present embodiment, an example in which the local maximum point of the first tortuosity in a predetermined region where the cardiopulmonary function change point is presumed to exist is set as the change point of the cardiopulmonary function state will be described. However, it is not limited to such a configuration. For example, when the tortuosity local maximum point extraction unit 146 detects a local maximum point with a tortuosity greater than or equal to a predetermined value based on the rate of change or inclination of the tortuosity, the local maximum point is set to the cardiopulmonary function state. It may be a change point of.

<第2実施形態の効果>
第2実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置2は、第1実施形態に記載の効果に加えて、以下の効果を有する。
(4)心肺機能状態変化推定装置2では、連続する2つの多次元移動ベクトルの屈曲度の局所最大点を、予め定められた心肺機能変化点存在領域から抽出して局所最大点とし、局所最大点を測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定する。このため、心肺機能状態変化推定装置2は、心肺機能状態の変化点の検出の妨げとなる、心肺機能状態の変化点ではない領域で生じる屈曲度の局所最大点を除外して、心肺機能状態の変化点を高精度で検出することができる。
<Effect of the second embodiment>
The cardiopulmonary function state change estimation device 2 according to the second embodiment has the following effects in addition to the effects described in the first embodiment.
(4) In the cardiopulmonary function state change estimation device 2, the local maximum point of the tortuosity of two consecutive multidimensional movement vectors is extracted from a predetermined cardiopulmonary function change point existence region and used as the local maximum point. The point is estimated as the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject. Therefore, the cardiopulmonary function state change estimation device 2 excludes the local maximum point of tortuosity that occurs in a region other than the change point of the cardiopulmonary function state, which hinders the detection of the change point of the cardiopulmonary function state, and the cardiopulmonary function state. The change point of can be detected with high accuracy.

3.第3実施形態
(3.1)心肺機能状態変化推定装置の構成
以下、図1から図8を参照しつつ、図9を用いて、第3実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置3について説明する。
心肺機能状態変化推定装置3は、運動負荷制御部10、データ取得部20、記憶部30、心肺機能状態変化推定部240及び出力部50を備えている。すなわち、心肺機能状態変化推定装置3は、心肺機能状態変化推定部40に代えて心肺機能状態変化推定部240を備える点で心肺機能状態変化推定装置1と異なる。
以下、記憶部30及び心肺機能状態変化推定部240について説明する。運動負荷制御部10、データ取得部20及び出力部50は、第1実施形態に記載の構成と同様であるため説明を省略する。
3. 3. Third Embodiment (3.1) Configuration of Cardiopulmonary Function State Change Estimating Device Hereinafter, the cardiopulmonary function state change estimating device 3 according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 8 with reference to FIG. To do.
The cardiopulmonary function state change estimation device 3 includes an exercise load control unit 10, a data acquisition unit 20, a storage unit 30, a cardiopulmonary function state change estimation unit 240, and an output unit 50. That is, the cardiopulmonary function state change estimation device 3 is different from the cardiopulmonary function state change estimation device 1 in that the cardiopulmonary function state change estimation unit 240 is provided in place of the cardiopulmonary function state change estimation unit 40.
Hereinafter, the memory unit 30 and the cardiopulmonary function state change estimation unit 240 will be described. Since the exercise load control unit 10, the data acquisition unit 20, and the output unit 50 have the same configurations as those described in the first embodiment, description thereof will be omitted.

<心肺機能状態変化推定部>
図9は、心肺機能状態変化推定装置3が備える心肺機能状態変化推定部240の一構成例を示すブロック図である。図9に示すように、心肺機能状態変化推定部240は、多次元ベクトル構成部41と、多次元移動ベクトル構成部42と、多次元移動ベクトル長算出部43と、多次元移動ベクトル間角度算出部44と、屈曲度算出部45と、を備えている。また、心肺機能状態変化推定部240は、屈曲度局所最大点抽出部146と、心肺機能状態変化点推定部147と、二次元座標算出部248と、心肺機能状態分類部249と、を備えている。すなわち、心肺機能状態変化推定部240は、屈曲度局所最大点抽出部46及び心肺機能状態変化点推定部47に代えて屈曲度局所最大点抽出部146及び心肺機能状態変化点推定部147を備え、さらに二次元座標算出部248と、心肺機能状態分類部249とを備える点で、第1実施形態の心肺機能状態変化推定部40と異なる。
<Cardiopulmonary function state change estimation unit>
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of a cardiopulmonary function state change estimation unit 240 included in the cardiopulmonary function state change estimation device 3. As shown in FIG. 9, the cardiopulmonary function state change estimation unit 240 calculates the angle between the multidimensional movement vector constituent unit 41, the multidimensional movement vector constituent unit 42, the multidimensional movement vector length calculation unit 43, and the multidimensional movement vector. A unit 44 and a bending degree calculation unit 45 are provided. Further, the cardiopulmonary function state change estimation unit 240 includes a tortuosity local maximum point extraction unit 146, a cardiopulmonary function state change point estimation unit 147, a two-dimensional coordinate calculation unit 248, and a cardiopulmonary function state classification unit 249. There is. That is, the cardiopulmonary function state change estimation unit 240 includes a flexion local maximum point extraction unit 146 and a cardiopulmonary function state change point estimation unit 147 in place of the flexion local maximum point extraction unit 46 and the cardiopulmonary function state change point estimation unit 47. Further, it is different from the cardiopulmonary function state change estimation unit 40 of the first embodiment in that it includes a two-dimensional coordinate calculation unit 248 and a cardiopulmonary function state classification unit 249.

以下、について説明する。多次元ベクトル構成部41、多次元移動ベクトル構成部42、多次元移動ベクトル長算出部43、多次元移動ベクトル間角度算出部44及び屈曲度算出部45は、第1実施形態に記載の構成と同様であるため説明を省略する。また、屈曲度局所最大点抽出部146及び心肺機能状態変化点推定部147は、第2実施形態に記載の構成と同様であるため説明を省略する。 The following will be described. The multidimensional vector configuration unit 41, the multidimensional movement vector configuration unit 42, the multidimensional movement vector length calculation unit 43, the multidimensional movement vector angle calculation unit 44, and the bending degree calculation unit 45 have the same configurations as described in the first embodiment. Since the same is true, the description thereof will be omitted. Further, since the tortuosity local maximum point extraction unit 146 and the cardiopulmonary function state change point estimation unit 147 have the same configurations as those described in the second embodiment, the description thereof will be omitted.

(二次元座標算出部)
二次元座標算出部248は、多次元ベクトル構成部41で構成された複数の多次元ベクトルに対応する二次元平面上座標を、数学的手法を用いて算出する。
二次元座標算出部248で用いられる数学的手法としては、例えば、文献「J. W. Sammon, “A nonlinear mapping for data structure analysis”, IEEE Trans. Computers, vol.C-18, no.5, pp.401-409, May 1969.」で開示されたSammon法、射影追跡法、自己組織化マップ法等の多次元尺度構成法(MDS:Multi-Dimensional Scaling)や、主成分分析法の主成分による二次元可視化等のアルゴリズムが挙げられる。
(Two-dimensional coordinate calculation unit)
The two-dimensional coordinate calculation unit 248 calculates the coordinates on the two-dimensional plane corresponding to the plurality of multidimensional vectors configured by the multidimensional vector configuration unit 41 by using a mathematical method.
As a mathematical method used in the two-dimensional coordinate calculation unit 248, for example, the document "JW Sammon," A nonlinear mapping for data structure analysis ", IEEE Trans. Computers, vol.C-18, no.5, pp.401" -409, May 1969. ”, the Sammon method, the projection tracking method, the self-organizing map method, and other multi-dimensional scale construction methods (MDS: Multi-Dimensional Scaling), and the two-dimensional system using the principal components of the principal component analysis method. Examples include algorithms such as visualization.

(心肺機能状態分類部)
心肺機能状態分類部249は、二次元座標算出部248から入力された二次元平面上座標データと、心肺機能状態別モデルとに基づいて、測定対象者の心肺機能状態を分類又は推定する。
心肺機能状態分類部249は、複数の二次元平面上座標データに基づいて予め生成された、測定対象者の心肺機能状態を示す心肺機能状態別モデル(図示せず)を有している。ここで、測定対象者の心肺機能状態とは、例えば心疾患の程度をいう。心肺機能状態別モデルは、例えば心疾患の程度の分類を行うためのモデルである。心肺機能状態別モデルは、例えば、後述する複数の多次元ベクトルの軌跡を教師データとして機械学習することにより生成された学習済モデルである。心肺機能状態別モデルは、多次元ベクトルの軌跡を示すデータを多数収集して記憶部30等に保存し、保存したデータを教師データとして用いることにより生成することができる。
(Cardiopulmonary function status classification department)
The cardiopulmonary function state classification unit 249 classifies or estimates the cardiopulmonary function state of the measurement target person based on the two-dimensional plane coordinate data input from the two-dimensional coordinate calculation unit 248 and the cardiopulmonary function state-specific model.
The cardiopulmonary function state classification unit 249 has a cardiopulmonary function state-specific model (not shown) showing the cardiopulmonary function state of the measurement subject, which is generated in advance based on a plurality of two-dimensional plane coordinate data. Here, the cardiopulmonary functional state of the person to be measured means, for example, the degree of heart disease. The cardiopulmonary function state-specific model is, for example, a model for classifying the degree of heart disease. The cardiopulmonary function state-specific model is, for example, a trained model generated by machine learning the trajectories of a plurality of multidimensional vectors, which will be described later, as teacher data. The cardiopulmonary function state-specific model can be generated by collecting a large amount of data showing the locus of a multidimensional vector, storing it in a storage unit 30 or the like, and using the stored data as teacher data.

また、心肺機能状態別モデルは、例えば心疾患の程度を示す状態遷移モデルであっても良い。心疾患の程度に応じて複数の状態遷移モデルが生成された場合、測定対象者の生物学的マーカデータに基づく二次元平面上座標データが、ある状態遷移モデルから他の状態遷移モデルに遷移することに応じて、心肺機能状態の変化点を推定することも可能となる。 Further, the cardiopulmonary function state-specific model may be, for example, a state transition model indicating the degree of heart disease. When multiple state transition models are generated according to the degree of heart disease, the coordinate data on the two-dimensional plane based on the biological marker data of the measurement subject transitions from one state transition model to another. Accordingly, it is also possible to estimate the change point of the cardiopulmonary function state.

<表示部>
出力部50は、二次元座標算出部248から入力された二次元平面上座標データに基づいて、複数の多次元ベクトルに対応する点を複数の心肺機能状態を表す心肺機能状態点として二次元平面上に表示する。出力部50は、複数の心肺機能状態点を線分で連結して、複数の多次元ベクトルの軌跡を描画する。
また、出力部50は、心肺機能状態分類部249で分類された測定対象者の心肺機能状態を表示しても良い。
<Display unit>
The output unit 50 uses a point corresponding to a plurality of multidimensional vectors as a cardiopulmonary function state point representing a plurality of cardiopulmonary function states based on the coordinate data on the two-dimensional plane input from the two-dimensional coordinate calculation unit 248. Display above. The output unit 50 connects a plurality of cardiopulmonary function state points with a line segment and draws a locus of a plurality of multidimensional vectors.
Further, the output unit 50 may display the cardiopulmonary function state of the measurement target person classified by the cardiopulmonary function state classification unit 249.

(3.2)心肺機能状態推定方法及び心肺機能状態推定プログラム
本実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置2は、少なくとも一つのプロセッサを備えており、プロセッサは、運動負荷制御部10、データ取得部20の心電処理部22及び心音処理部24、記憶部30、並びに心肺機能状態変化推定部240として機能する。
(3.2) Cardiopulmonary function state estimation method and cardiopulmonary function state estimation program The cardiopulmonary function state change estimation device 2 according to the present embodiment includes at least one processor, and the processor includes an exercise load control unit 10 and data acquisition. It functions as an electrocardiographic processing unit 22, a heart sound processing unit 24, a storage unit 30, and a cardiopulmonary function state change estimation unit 240 of the unit 20.

本実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置2では、複数の時点のそれぞれにおいて、運動をしている測定対象者から測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカデータを取得し、生物学的マーカデータから構成された複数の時点における多次元ベクトルに基づいて、複数の時点のうちの2点間の多次元移動ベクトルをそれぞれ構成し、連続する2つの多次元移動ベクトルから屈曲度を算出し、屈曲度の局所最大点を心肺機能変化点存在領域から抽出し、局所最大点に対応する運動負荷を測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定する心肺機能状態変化推定方法が実行される。また、心肺機能状態変化推定装置2では、複数の多次元ベクトルに対応する二次元平面上座標を、数学的手法を用いて算出し、二次元平面上座標データと、予め生成された心肺機能状態別モデルとに基づいて、測定対象者の心肺機能状態を分類して心肺機能状態変化を推定する心肺機能状態推定方法が実行される。 The cardiopulmonary function state change estimation device 2 according to the present embodiment acquires a plurality of biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement target from the measurement target who is exercising at each of the plurality of time points. Based on the multidimensional vector at multiple time points composed of biological marker data, a multidimensional movement vector between two points at multiple time points is constructed respectively, and the degree of bending is formed from two consecutive multidimensional movement vectors. Is calculated, the local maximum point of flexion is extracted from the region where the cardiopulmonary function change point exists, and the exercise load corresponding to the local maximum point is estimated as the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject. Will be executed. Further, in the cardiopulmonary function state change estimation device 2, the coordinates on the two-dimensional plane corresponding to a plurality of multidimensional vectors are calculated by using a mathematical method, and the coordinates data on the two-dimensional plane and the cardiopulmonary function state generated in advance are calculated. Based on another model, a cardiopulmonary function state estimation method for classifying the cardiopulmonary function state of the measurement subject and estimating the change in the cardiopulmonary function state is executed.

また、心肺機能状態変化推定装置1は、複数の時点のそれぞれにおいて、運動をしている測定対象者から測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカデータを取得し、生物学的マーカデータから構成された複数の時点における多次元ベクトルに基づいて、複数の時点のうちの2点間の多次元移動ベクトルをそれぞれ構成し、連続する2つの多次元移動ベクトルから屈曲度を算出し、屈曲度の局所最大点を心肺機能変化点存在領域から抽出し、局所最大点に対応する運動負荷を測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定するとともに、複数の多次元ベクトルに対応する二次元平面上座標を、数学的手法を用いて算出し、二次元平面上座標データと、予め生成された心肺機能状態別モデルとに基づいて、測定対象者の心肺機能状態を分類して心肺機能状態変化を推定する命令を、プロセッサに実行させる。 In addition, the cardiopulmonary function state change estimation device 1 acquires a plurality of biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement target from the measurement target who is exercising at each of the plurality of time points, and is biological. Based on the multidimensional vector at a plurality of time points composed of marker data, a multidimensional movement vector between two points at a plurality of time points is constructed, and the degree of bending is calculated from two consecutive multidimensional movement vectors. , The local maximum point of the degree of flexion is extracted from the region where the cardiopulmonary function change point exists, the exercise load corresponding to the local maximum point is estimated as the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject, and it corresponds to multiple multidimensional vectors. The coordinates on the two-dimensional plane are calculated using a mathematical method, and the cardiopulmonary functional states of the measurement subjects are classified and cardiopulmonary based on the coordinate data on the two-dimensional plane and the cardiopulmonary function state-specific model generated in advance. Causes the processor to execute an instruction to estimate a change in functional state.

<第3実施形態の効果>
第3実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置3は、第1実施形態及び第2実施形態に記載の効果に加えて、以下の効果を有する。
(5)心肺機能状態変化推定装置3では、連続する2つの多次元移動ベクトルの屈曲度の局所最大点を、予め定められた心肺機能変化点存在領域から抽出して局所最大点とし、局所最大点に対応する運動負荷を測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定する。このため、心肺機能状態変化推定装置2は、心肺機能状態の変化点の検出の妨げとなる、心肺機能状態の変化点ではない領域で生じる屈曲度の局所最大点を除外して、心肺機能状態の変化点を高精度で検出することができる。
<Effect of the third embodiment>
The cardiopulmonary function state change estimation device 3 according to the third embodiment has the following effects in addition to the effects described in the first embodiment and the second embodiment.
(5) In the cardiopulmonary function state change estimation device 3, the local maximum point of the tortuosity of two consecutive multidimensional movement vectors is extracted from a predetermined cardiopulmonary function change point existence region and used as the local maximum point. The exercise load corresponding to the point is estimated as the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject. Therefore, the cardiopulmonary function state change estimation device 2 excludes the local maximum point of tortuosity that occurs in a region other than the change point of the cardiopulmonary function state, which hinders the detection of the change point of the cardiopulmonary function state, and the cardiopulmonary function state. The change point of can be detected with high accuracy.

4.心肺機能状態変化推定装置のハードウェア構成
以下、本開示の第1実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置1及び第2実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置2を実現するための、より具体的なハードウェア構成の一例について説明する。
4. Hardware Configuration of Cardiopulmonary Function State Change Estimator The following, more specific for realizing the cardiopulmonary function state change estimation device 1 according to the first embodiment of the present disclosure and the cardiopulmonary function state change estimation device 2 according to the second embodiment. An example of a typical hardware configuration will be described.

図10は、心肺機能状態変化推定システム1000のハードウェア構成の一例である。心肺機能状態変化推定システム1000の心肺機能状態変化推定装置1及び2は、心電用電極321、加速度センサ323、信号処理端末324、運動負荷制御装置325及びコンピュータ326を備える。また、心肺機能状態変化推定装置1及び2の運動負荷制御装置325は、負荷装置であるエルゴメータ327に接続されている。 FIG. 10 is an example of the hardware configuration of the cardiopulmonary function state change estimation system 1000. The cardiopulmonary function state change estimation devices 1 and 2 of the cardiopulmonary function state change estimation system 1000 include an electrocardiographic electrode 321, an acceleration sensor 323, a signal processing terminal 324, an exercise load control device 325, and a computer 326. Further, the exercise load control device 325 of the cardiopulmonary function state change estimation devices 1 and 2 is connected to the ergometer 327 which is a load device.

図10において、心電用電極321は図1の心電採取部21に対応し、加速度センサ323は図1の心音採取部23に対応し、信号処理端末324は図1の心電処理部22及び心音処理部24に対応し、運動負荷制御装置325は図1の運動負荷制御部10に対応する。また、図10において、コンピュータ326は、図1の記憶部30、心肺機能状態変化推定部40又は140、及び出力部50に対応する。 In FIG. 10, the electrocardiographic electrode 321 corresponds to the electrocardiographic sampling unit 21 of FIG. 1, the acceleration sensor 323 corresponds to the heart sound collecting unit 23 of FIG. 1, and the signal processing terminal 324 corresponds to the electrocardiographic processing unit 22 of FIG. And the heart sound processing unit 24, and the exercise load control device 325 corresponds to the exercise load control unit 10 of FIG. Further, in FIG. 10, the computer 326 corresponds to the storage unit 30, the cardiopulmonary function state change estimation unit 40 or 140, and the output unit 50 of FIG.

心電用電極321は、測定対象者330の胸部に装着され、測定対象者330の心臓の各時刻の電気的状態を電気信号(電極信号)として取り出す。
加速度センサ323は、測定対象者330の胸部に装着され、測定対象者330の心臓の各時刻の心音を電気信号(心音信号)として取り出す。
信号処理端末324は、図11に示すように、電極信号を処理するための差動増幅器324A、フィルタ回路324B及びA/D変換器324C、並びに心音信号を処理するためのフィルタ回路324D、増幅器324E及びA/D変換器324Fと、を備えている。信号処理端末324は、デジタル化された心電データ及び心音データをコンピュータ326に送信する。
The electrocardiographic electrode 321 is attached to the chest of the measurement target 330, and extracts the electrical state of the heart of the measurement target 330 at each time as an electric signal (electrode signal).
The acceleration sensor 323 is attached to the chest of the measurement target 330, and extracts the heart sounds of the measurement target 330's heart at each time as an electric signal (heart sound signal).
As shown in FIG. 11, the signal processing terminal 324 includes a differential amplifier 324A for processing an electrode signal, a filter circuit 324B and an A / D converter 324C, and a filter circuit 324D and an amplifier 324E for processing a heartbeat signal. And an A / D converter 324F. The signal processing terminal 324 transmits the digitized electrocardiographic data and cardiac sound data to the computer 326.

運動負荷制御装置325は、所定の運動負荷(運動強度)を測定対象者330に与えるようにエルゴメータ327を制御し、各時刻の運動強度データをコンピュータ326に送信する。
コンピュータ326は、信号処理端末324が出力した心電データ及び心音データと、運動負荷制御装置325が出力した運動強度データとに基づいて、測定対象者330の心肺機能状態の変化点を推定する。
コンピュータ326は、信号処理端末324が出力した心音データ及び心電データの少なくとも一方と、運動負荷制御装置325が出力した運動強度データと、コンピュータ326で設定された選択条件とに基づいて、測定対象者の心肺機能状態の変化点を推定する。コンピュータ326は、測定対象者330の心肺機能状態の変化点をディスプレイ326Aに表示し、又は測定対象者330の心肺機能状態の変化点を外部に出力する。
The exercise load control device 325 controls the ergometer 327 so as to give a predetermined exercise load (exercise intensity) to the measurement target person 330, and transmits the exercise intensity data at each time to the computer 326.
The computer 326 estimates the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject 330 based on the electrocardiographic data and the cardiac sound data output by the signal processing terminal 324 and the exercise intensity data output by the exercise load control device 325.
The computer 326 is a measurement target based on at least one of the heartbeat data and the electrocardiographic data output by the signal processing terminal 324, the exercise intensity data output by the exercise load control device 325, and the selection conditions set by the computer 326. Estimate the change point of the cardiopulmonary function state of the person. The computer 326 displays the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject 330 on the display 326A, or outputs the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject 330 to the outside.

なお、図10では、信号処理端末324とコンピュータ326との間の通信、運動負荷制御装置325とコンピュータ326との間の通信を有線通信としているが、無線通信としてもよい。また、図12に示すように、デジタル化された心電データ及び心音データの少なくとも一方と、運動強度データとのいずれかをSDカード等の記録メディア328、329を使用してコンピュータ326に入力するようにしてもよい。図13に示すように、心電データ及び心音データの少なくとも一方を記録メディア328を使用してコンピュータ326に入力する場合、信号処理端末324は記憶部324Gを含む。 In FIG. 10, the communication between the signal processing terminal 324 and the computer 326 and the communication between the exercise load control device 325 and the computer 326 are wired communication, but wireless communication may also be used. Further, as shown in FIG. 12, at least one of the digitized electrocardiographic data and the cardiac sound data and the exercise intensity data are input to the computer 326 using a recording medium 328 or 329 such as an SD card. You may do so. As shown in FIG. 13, when at least one of the electrocardiographic data and the cardiac sound data is input to the computer 326 using the recording medium 328, the signal processing terminal 324 includes a storage unit 324G.

5.実施例
以下、本開示に係る心肺機能状態変化推定装置おける心肺機能状態推定方法の実施例について説明する。
本実施例では、心不全患者26名を測定対象者とし、26名の測定対象者それぞれに対して、ランプ負荷を与える負荷検査を行い、以下の(a)〜(c)の方法によって嫌気性代謝閾値(AT)を推定した。
5. Examples Hereinafter, examples of the cardiopulmonary function state estimation method in the cardiopulmonary function state change estimation device according to the present disclosure will be described.
In this example, 26 patients with heart failure are measured, and each of the 26 measurement subjects is subjected to a load test in which a ramp load is applied, and anaerobic metabolism is performed by the following methods (a) to (c). The threshold (AT) was estimated.

<嫌気性代謝閾値(AT)の推定>
(a)CPX検査による嫌気性代謝閾値(AT)の推定
従来のCPX検査による呼気ガス分析で得られる測定対象者の酸素摂取量と二酸化炭素排出量とに基づいて、医師により心肺機能状態の変化点を推定し、当該変化点を嫌気性代謝閾値(AT)とした。この方法により得られた嫌気性代謝閾値を嫌気性代謝閾値AT1とした。
<Estimation of anaerobic metabolism threshold (AT)>
(A) Estimating the anaerobic metabolic threshold (AT) by the CPX test Changes in cardiopulmonary function by a doctor based on the oxygen uptake and carbon dioxide emissions of the measurement subject obtained by the exhaled gas analysis by the conventional CPX test. A point was estimated and the change point was defined as the anaerobic metabolism threshold (AT). The anaerobic metabolism threshold obtained by this method was defined as the anaerobic metabolism threshold AT1.

(b)一種類の生物学的マーカデータに基づく嫌気性代謝閾値(AT)の推定
本開示の第2実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置と同様の装置を用いて、負荷検査の運動強度データと、負荷検査により得られた測定対象者の心音データから得たS1強度(S1 Intensity)とを取得した。続いて、運動強度に対する心音のS1強度の勾配の最大の変化点を検出し、当該勾配の最大の変化点に対応する負荷検査の運動強度を嫌気性代謝閾値(AT)とした。この方法により得られた嫌気性代謝閾値を嫌気性代謝閾値AT2とした。
(B) Estimating the anaerobic metabolic threshold (AT) based on one type of biological marker data Exercise intensity of load test using the same device as the cardiopulmonary function state change estimation device according to the second embodiment of the present disclosure. The data and the S1 intensity obtained from the heartbeat data of the measurement subject obtained by the load test were acquired. Subsequently, the maximum change point of the gradient of the S1 intensity of the heart sound with respect to the exercise intensity was detected, and the exercise intensity of the load test corresponding to the maximum change point of the gradient was set as the anaerobic metabolism threshold (AT). The anaerobic metabolism threshold obtained by this method was defined as the anaerobic metabolism threshold AT2.

(c)本開示の心肺機能状態推定方法による嫌気性代謝閾値(AT)の推定
本開示の第2実施形態に係る心肺機能状態変化推定装置を用いて、負荷検査の運動強度データと、負荷検査により得られた測定対象者の複数の生物学的マーカデータとを取得した。ここで、複数の生物学的マーカデータとして、心拍数(HR)、電気的機械的活動時間(EMAT)、左室収縮時間(LVST)、左室拡張潅流時間(LDPT)、QRS幅(QRSD)、S1強度、S2強度、S3強度及びS4強度の自然対数値(log(S1 Intensity)、log(S2 Intensity)、log(S3 Intensity)、log(S4 Intensity))の9つの生物学的マーカデータを取得した。
(C) Estimating the anaerobic metabolic threshold (AT) by the cardiopulmonary function state estimation method of the present disclosure Using the cardiopulmonary function state change estimation device according to the second embodiment of the present disclosure, the exercise intensity data of the load test and the load test A plurality of biological marker data of the measurement subject obtained by the above were obtained. Here, as a plurality of biological marker data, heart rate (HR), electromechanical activity time (EMAT), left ventricular contraction time (LVST), left ventricular diastolic perfusion time (LDPT), QRS width (QRSD). , S1 Intensity, S2 Intensity, S3 Intensity and S4 Intensity Natural Logistics (log (S1 Intensity), log (S2 Intensity), log (S3 Intensity), log (S4 Intensity)) Obtained.

この後、心肺機能状態変化推定装置により、9つの生物学的マーカデータから構成された複数の時点における多次元ベクトルを構成し、多次元ベクトルに基づいて複数の時点のうちの2点間の多次元移動ベクトルを構成した。最後に、連続する2つの多次元移動ベクトル間の屈曲度の局所最大点を心肺機能変化点存在領域から抽出し、局所最大点に対応する運動負荷を測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定し、当該変化点に対応する負荷検査の運動強度を嫌気性代謝閾値(AT)とした。
負荷検査(c)では、負荷検査(a)で医師が推定した嫌気性代謝閾値(AT)存在時間の60±20秒前以降を、嫌気性代謝閾値存在領域とし、60±20秒前以降の最初の屈曲度ピークを嫌気性代謝閾値(AT)とした。この方法により得られた嫌気性代謝閾値を嫌気性代謝閾値AT3とした。
After that, a cardiopulmonary function state change estimator is used to construct a multidimensional vector at a plurality of time points composed of nine biological marker data, and based on the multidimensional vector, a multipoint between two points at the plurality of time points. A dimensional movement vector was constructed. Finally, the local maximum point of tortuosity between two consecutive multidimensional movement vectors is extracted from the region where the cardiopulmonary function change point exists, and the exercise load corresponding to the local maximum point is taken as the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject. Estimated, the exercise intensity of the load test corresponding to the change point was defined as the anaerobic metabolism threshold (AT).
In the load test (c), 60 ± 20 seconds or later of the anaerobic metabolism threshold (AT) existence time estimated by the doctor in the load test (a) is defined as the anaerobic metabolism threshold existence region, and 60 ± 20 seconds or later. The first tortuosity peak was defined as the anaerobic metabolic threshold (AT). The anaerobic metabolism threshold obtained by this method was designated as the anaerobic metabolism threshold AT3.

<心肺機能状態変化点検出精度の評価>
26名の測定対象者それぞれについて、本開示の心肺機能状態変化推定方法による嫌気性代謝閾値(AT)の推定方法(c)を用いた場合の心肺機能状態変化点検出精度を評価した。評価は、測定対象者26名のそれぞれについて、嫌気性代謝閾値AT1と嫌気性代謝閾値AT2との差分の絶対値、及び嫌気性代謝閾値AT1と嫌気性代謝閾値AT3との差分の絶対値を比較し、嫌気性代謝閾値AT1と嫌気性代謝閾値AT3との差分の絶対値が小さい場合に本開示の推定方法(c)の精度が向上していると判断した。
<Evaluation of cardiopulmonary function state change point detection accuracy>
For each of the 26 measurement subjects, the accuracy of detecting the change point of the cardiopulmonary function state when the method (c) for estimating the anaerobic metabolism threshold (AT) by the cardiopulmonary function state change estimation method of the present disclosure was used was evaluated. The evaluation compares the absolute value of the difference between the anaerobic metabolism threshold AT1 and the anaerobic metabolism threshold AT2 and the absolute value of the difference between the anaerobic metabolism threshold AT1 and the anaerobic metabolism threshold AT3 for each of the 26 measurement subjects. However, it was determined that the accuracy of the estimation method (c) of the present disclosure is improved when the absolute value of the difference between the anaerobic metabolism threshold AT1 and the anaerobic metabolism threshold AT3 is small.

<評価結果>
以下の表1に、各測定により得られた嫌気性代謝閾値の測定結果を示す。表1には、嫌気性代謝閾値AT1と、嫌気性代謝閾値AT2又は嫌気性代謝閾値AT3との差及び差の絶対値を示している。さらに、表1には、本開示の推定方法(c)を用いた場合の精度向上率を示している。改善率は、測定対象者26名中、嫌気性代謝閾値AT1と嫌気性代謝閾値AT3との差分の絶対値が嫌気性代謝閾値AT1と嫌気性代謝閾値AT2との差分の絶対値よりも小さくなった人数の割合である。
<Evaluation result>
Table 1 below shows the measurement results of the anaerobic metabolism threshold obtained by each measurement. Table 1 shows the difference between the anaerobic metabolism threshold AT1 and the anaerobic metabolism threshold AT2 or the anaerobic metabolism threshold AT3, and the absolute value of the difference. Further, Table 1 shows the accuracy improvement rate when the estimation method (c) of the present disclosure is used. The improvement rate was such that the absolute value of the difference between the anaerobic metabolism threshold AT1 and the anaerobic metabolism threshold AT3 was smaller than the absolute value of the difference between the anaerobic metabolism threshold AT1 and the anaerobic metabolism threshold AT2 among the 26 measurement subjects. It is the ratio of the number of people.

Figure 2021040882
Figure 2021040882

図14(A)、図15(A)及び図16(A)のグラフは、表1に示す患者No.1、No.2及びNo.3の測定対象者それぞれの、推定方法(c)により得られた屈曲度を示す。図14(B)、図15(B)及び図16(B)のグラフは、負荷試験開始からの時間に対する心拍数(HR)及び心区間長パラメータを示す。図14(C)、図15(C)及び図16(C)のグラフは、負荷試験開始からの時間に対する心音強度パラメータを示す。これらの心拍数、心区間長パラメータ及び心音強度パラメータは、図14(A)、図15(A)及び図16(A)に示す屈曲度の算出に用いた生物学的マーカである。
なお、図14(A)〜図14(C)、図15(A)〜図15(C)及び図16(A)〜図16(C)では、負荷試験開始からの時間に対する各値が示されている。
The graphs of FIGS. 14 (A), 15 (A) and 16 (A) show the patient numbers shown in Table 1. 1, No. 2 and No. The tortuosity obtained by the estimation method (c) of each of the three measurement subjects is shown. The graphs of FIGS. 14 (B), 15 (B) and 16 (B) show the heart rate (HR) and cardiac interval length parameters with respect to the time from the start of the stress test. The graphs of FIGS. 14 (C), 15 (C) and 16 (C) show the heartbeat intensity parameters with respect to the time from the start of the load test. These heart rate, heart section length parameters, and heart sound intensity parameters are biological markers used to calculate the tortuosity shown in FIGS. 14 (A), 15 (A), and 16 (A).
In addition, in FIG. 14A to FIG. 14C, FIG. 15A to FIG. 15C, and FIGS. 16A to 16C, each value with respect to the time from the start of the load test is shown. Has been done.

表1に示すように、嫌気性代謝閾値AT3と嫌気性代謝閾値AT1との差の絶対値AB3と、嫌気性代謝閾値AT2と嫌気性代謝閾値AT1との差の絶対値AB2とを比較すると、全体的に絶対値AB2の方が小さい傾向が見られる。例えば、図14から図16に示すように、嫌気性代謝閾値AT3は嫌気性代謝閾値AT2と比較して嫌気性代謝閾値AT1との乖離が小さい。 As shown in Table 1, the absolute value AB3 of the difference between the anaerobic metabolism threshold AT3 and the anaerobic metabolism threshold AT1 is compared with the absolute value AB2 of the difference between the anaerobic metabolism threshold AT2 and the anaerobic metabolism threshold AT1. Overall, the absolute value AB2 tends to be smaller. For example, as shown in FIGS. 14 to 16, the anaerobic metabolism threshold AT3 has a smaller dissociation from the anaerobic metabolism threshold AT1 than the anaerobic metabolism threshold AT2.

図14(A)に示すように、試験時間500秒の位置には、屈曲度の局所ピーク(図14(A)中、◎で示す)が生じている。この局所ピークに基づいて推定した嫌気性代謝閾値AT3は、CPX試験に基づいて推定した嫌気性代謝閾値AT1と一致する。
一方、図14(B)及び図14(C)では、試験時間500秒の位置には、心拍数、心区間長パラメータ及び心音強度パラメータのいずれの局所ピークも現れていない。このため、推定方法(b)に基づいて推定した嫌気性代謝閾値AT2は嫌気性代謝閾値AT1と乖離する。
図15(A)〜図15(C)及び図16(A)〜図16(C)についても同様の傾向が見られる。すなわち、屈曲度の局所ピーク(図15(A)、図16(A)中、◎で示す)が現れる試験時間において、心拍数、心区間長パラメータ及び心音強度パラメータのいずれの局所ピークも現れていない。
As shown in FIG. 14 (A), a local peak of tortuosity (indicated by ⊚ in FIG. 14 (A)) occurs at a position where the test time is 500 seconds. The anaerobic metabolism threshold AT3 estimated based on this local peak is consistent with the anaerobic metabolism threshold AT1 estimated based on the CPX test.
On the other hand, in FIGS. 14 (B) and 14 (C), none of the local peaks of the heart rate, the heart section length parameter, and the heart sound intensity parameter appeared at the position of the test time of 500 seconds. Therefore, the anaerobic metabolism threshold AT2 estimated based on the estimation method (b) deviates from the anaerobic metabolism threshold AT1.
Similar trends can be seen in FIGS. 15 (A) to 15 (C) and FIGS. 16 (A) to 16 (C). That is, in the test time in which the local peaks of tortuosity (indicated by ⊚ in FIGS. 15A and 16A) appear, all the local peaks of the heart rate, the heart section length parameter, and the heart sound intensity parameter appear. Absent.

測定対象者26名のうち、絶対値AB3が絶対値AB2よりも小さくなる測定対象者は20名である。即ち、本開示の推定方法(c)を用いた場合の精度向上率は、20/26×100=76.9%であり、本開示の推定方法(c)は従来の方法と比較して精度が向上することが分かった。 Of the 26 measurement subjects, 20 have an absolute value AB3 smaller than the absolute value AB2. That is, the accuracy improvement rate when the estimation method (c) of the present disclosure is used is 20/26 × 100 = 76.9%, and the estimation method (c) of the present disclosure is more accurate than the conventional method. Was found to improve.

また、表1に示す通り、絶対値AB3の最大値13.3は絶対値AB2の最大値20.0より小さく、絶対値AB3の平均値4.2は絶対値AB2の平均値8.8より小さい。さらに、絶対値AB3の分散8.5は絶対値AB2の分散40.1より十分に小さく、絶対値AB3の標準偏差2.9は絶対値AB2の標準偏差6.3より小さい。
このように、本開示の推定方法(c)を用いた場合、推定方法(b)を用いた場合よりもCPX検査により推定した嫌気性代謝閾値AT1との乖離が小さく、心肺機能状態変化点の検出精度が全体的に向上することが分かった。
Further, as shown in Table 1, the maximum value 13.3 of the absolute value AB3 is smaller than the maximum value 20.0 of the absolute value AB2, and the average value 4.2 of the absolute value AB3 is from the average value 8.8 of the absolute value AB2. small. Further, the variance 8.5 of the absolute value AB3 is sufficiently smaller than the variance 40.1 of the absolute value AB2, and the standard deviation 2.9 of the absolute value AB3 is smaller than the standard deviation 6.3 of the absolute value AB2.
As described above, when the estimation method (c) of the present disclosure is used, the deviation from the anaerobic metabolism threshold AT1 estimated by the CPX test is smaller than that when the estimation method (b) is used, and the cardiopulmonary function state change point is small. It was found that the detection accuracy was improved overall.

以上、各実施形態により本開示の具体的な構成を説明したが、本開示の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本開示が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本開示の範囲は、請求項により画される技術の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。 Although the specific configuration of the present disclosure has been described above by each embodiment, the scope of the present disclosure is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, and the present disclosure is intended. It also includes all embodiments that provide equal effect. Furthermore, the scope of the present disclosure is not limited to the combination of technical features defined by the claims, but may be defined by any desired combination of specific features among all disclosed features.

例えば、本開示の範囲は、心不全のみにだけに限定されるものではなく、心不全の原疾患である高血圧、虚血性心疾患(心筋梗塞)、不整脈(心房細動等)、弁膜症、心筋症、先天性心疾患等の心疾患への適用も含む。
また、各実施形態に記載の構成が組み合わされて、心肺機能状態変化推定装置が構成されていても良い。
For example, the scope of the present disclosure is not limited to heart failure, but the primary diseases of heart failure are hypertension, ischemic heart disease (myocardial infarction), arrhythmia (atrial fibrillation, etc.), valvular disease, cardiomyopathy. Also includes application to heart diseases such as congenital heart disease.
Further, the cardiopulmonary function state change estimation device may be configured by combining the configurations described in each embodiment.

1,2,3 心肺機能状態変化推定装置
10 運動負荷制御部
20 データ取得部
21 心電採取部
22 心電処理部
23 心音採取部
24 心音処理部
30 記憶部
40,140,240 心肺機能状態変化推定部
41 多次元ベクトル構成部
42 多次元移動ベクトル構成部
43 多次元移動ベクトル長算出部
44 多次元移動ベクトル間角度算出部
45 屈曲度算出部
46,146 屈曲度局所最大点抽出部
47,147 心肺機能状態変化点推定部
50 出力部
60 負荷装置
248 二次元座標算出部
249 心肺機能状態分類部
321 心電用電極
323 加速度センサ
324 信号処理端末
325 運動負荷制御装置
326 コンピュータ
326A ディスプレイ
327 エルゴメータ
328,329 記録メディア
330 測定対象者
1, 2, 3 Cardiopulmonary function state change estimation device 10 Exercise load control unit 20 Data acquisition unit 21 Electrocardiographic collection unit 22 Electrocardiographic processing unit 23 Heart sound collection unit 24 Heart sound processing unit 30 Storage unit 40, 140, 240 Cardiopulmonary function state change Estimating unit 41 Multidimensional vector configuration unit 42 Multidimensional movement vector configuration unit 43 Multidimensional movement vector length calculation unit 44 Multidimensional movement vector inter-angle angle calculation unit 45 Flexibility calculation unit 46,146 Flexibility local maximum point extraction unit 47,147 Cardiopulmonary function state change point estimation unit 50 Output unit 60 Load device 248 Two-dimensional coordinate calculation unit 249 Cardiopulmonary function state classification unit 321 Electrocardiographic electrode 323 Accelerometer 324 Signal processing terminal 325 Exercise load control device 326 Computer 326A Display 327 Ergometer 328, 329 Recording media 330 Measurement target

Claims (21)

運動をしている測定対象者に負荷を与える負荷装置と、
複数の時点のそれぞれにおいて、運動をしている前記測定対象者から前記測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカデータを取得するデータ取得部と、
前記生物学的マーカデータから構成された前記複数の時点における多次元ベクトルに基づいて、複数の前記時点のうちの2点間の多次元移動ベクトルをそれぞれ構成し、連続する2つの前記多次元移動ベクトルの屈曲度の局所最大点を、前記測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定する心肺機能状態変化推定部と、
を有する心肺機能状態変化推定装置と、
を備える心肺機能状態変化推定システム。
A load device that gives a load to the person to be measured who is exercising,
A data acquisition unit that acquires a plurality of biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement subject from the measurement subject who is exercising at each of a plurality of time points.
Based on the multidimensional vector at the plurality of time points composed of the biological marker data, a multidimensional movement vector between two points at the plurality of time points is constructed, and two consecutive multidimensional movements are formed. A cardiopulmonary function state change estimation unit that estimates the local maximum point of the vector flexion degree as a change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject,
Cardiopulmonary function state change estimator with
A cardiopulmonary function state change estimation system equipped with.
前記心肺機能状態変化推定部は、
前記生物学的マーカデータから、前記複数の時点のそれぞれにおける多次元ベクトルを構成する多次元ベクトル構成部と、
前記複数の時点から連続する2つの時点を選択し、前記2つの時点における2つの多次元ベクトルから、2つの前記多次元ベクトルの間の多次元移動ベクトルを構成する多次元移動ベクトル生成部と、
連続する2つの前記多次元移動ベクトルの角度を算出する多次元移動ベクトル間角度算出部と、
連続する2つの前記多次元移動ベクトルの角度から前記屈曲度を算出する屈曲度算出部と、
前記屈曲度のうち、局所最大点となる屈曲度を1つ以上抽出して屈曲度局所最大点とする屈曲度局所最大点抽出部と、
前記屈曲度局所最大点を、前記心肺機能状態の変化点と推定する心肺機能状態変化点推定部と、
を有する請求項1に記載の心肺機能状態変化推定システム。
The cardiopulmonary function state change estimation unit
From the biological marker data, a multidimensional vector component that constitutes a multidimensional vector at each of the plurality of time points,
A multidimensional movement vector generation unit that selects two consecutive time points from the plurality of time points and constitutes a multidimensional movement vector between the two multidimensional movement vectors from the two multidimensional vectors at the two time points.
An angle calculation unit between multidimensional movement vectors that calculates the angles of two consecutive multidimensional movement vectors,
A tortuosity calculation unit that calculates the tortuosity from the angles of two consecutive multidimensional movement vectors,
Of the above-mentioned tortuosity, one or more tortuosity local maximum points that are the local maximum points are extracted and used as the tortuosity local maximum point.
A cardiopulmonary function state change point estimation unit that estimates the local maximum point of tortuosity as a change point of the cardiopulmonary function state,
The cardiopulmonary function state change estimation system according to claim 1.
連続する2つの前記多次元移動ベクトルの長さを算出する多次元移動ベクトル長算出部を備え、
前記屈曲度算出部は、連続する2つの前記多次元移動ベクトルそれぞれの長さ及び角度に基づいて前記屈曲度を算出する
請求項2に記載の心肺機能状態変化推定システム。
A multidimensional movement vector length calculation unit for calculating the lengths of two consecutive multidimensional movement vectors is provided.
The cardiopulmonary function state change estimation system according to claim 2, wherein the tortuosity calculation unit calculates the tortuosity based on the length and angle of each of the two consecutive multidimensional movement vectors.
前記屈曲度算出部は、連続する2つの前記多次元移動ベクトルの長さの積と、連続する2つの前記多次元移動ベクトルの内積との差から前記屈曲度を算出する
請求項3に記載の心肺機能状態変化推定システム。
The bending degree calculation unit according to claim 3, wherein the bending degree calculation unit calculates the bending degree from the difference between the product of the lengths of two continuous multidimensional movement vectors and the inner product of two continuous multidimensional movement vectors. Cardiopulmonary function state change estimation system.
前記データ取得部は、
複数の電極を有し、測定対象者の心臓の電位を電極毎に電極信号として取り出す心電採取部と、
前記心電採取部で取り出した複数の電極信号間の電位差に基づいて心電データを生成し、前記心電データから前記生物学的マーカデータを生成する心電処理部と、
を有する請求項2から4のいずれか一項に記載の心肺機能状態変化推定システム。
The data acquisition unit
An electrocardiographic sampling unit that has multiple electrodes and extracts the potential of the heart of the person to be measured as an electrode signal for each electrode.
An electrocardiographic processing unit that generates electrocardiographic data based on a potential difference between a plurality of electrode signals taken out by the electrocardiographic sampling unit and generates the biological marker data from the electrocardiographic data.
The cardiopulmonary function state change estimation system according to any one of claims 2 to 4.
前記心電処理部は、前記生物学的マーカデータとして、前記心電データから心拍数(HR)、QR幅(QRI)、QRS幅(QRSD)、又はこれらを心拍長で除した値の少なくとも一つを示すデータを算出する
請求項5に記載の心肺機能状態変化推定システム。
The electrocardiographic processing unit, as the biological marker data, is at least one of the heart rate (HR), QR width (QRI), QRS width (QRSD), or a value obtained by dividing these by the heart rate length from the electrocardiographic data. The cardiopulmonary function state change estimation system according to claim 5, which calculates data indicating the above.
前記データ取得部は、
測定対象者の心臓の心音を心音信号として取り出す心音採取部と、
前記データ取得部は、前記心音採取部で取り出した心音信号に基づいて心音データを生成し、前記心音データから前記生物学的マーカデータを生成する心音処理部と、
を有する請求項2から6のいずれか一項に記載の心肺機能状態変化推定システム。
The data acquisition unit
A heart sound collection unit that extracts the heart sounds of the person to be measured as a heart sound signal,
The data acquisition unit includes a heart sound processing unit that generates heart sound data based on the heart sound signal extracted by the heart sound collection unit and generates the biological marker data from the heart sound data.
The cardiopulmonary function state change estimation system according to any one of claims 2 to 6.
前記心音処理部は、前記生物学的マーカデータとして、前記心音データからS1強度(S1 Intensity)、S2強度(S2 Intensity)、S3強度(S3 Intensity)及びS4強度(S4 Intensity)、S1強度、S2強度、S3強度及びS4強度の自然対数値、並びにS1確度(S1 Strength)、S2確度(S2 Strength)、S3確度(S3 Strength)及びS4確度(S4 Strength)、電気的機械的活動時間(EMAT)、左室収縮時間(LVST)、左室拡張潅流時間(LDPT)、左室拡張時間(LVDT)、QoS2の少なくとも一つを示すデータを算出する
請求項7に記載の心肺機能状態変化推定システム。
The heart sound processing unit uses the heart sound data as the biological marker data to obtain S1 intensity (S1 Intensity), S2 intensity (S2 Intensity), S3 intensity (S3 Intensity), S4 intensity (S4 Intensity), S1 intensity, and S2. Intensity, natural logarithmic values of S3 and S4 intensities, as well as S1 intensities (S1 Strength), S2 intensities (S2 Strength), S3 intensities (S3 Strength) and S4 intensities (S4 Strength), electromechanical activity time (EMAT). The cardiopulmonary function state change estimation system according to claim 7, which calculates data indicating at least one of left ventricular contraction time (LVST), left ventricular diastolic perfusion time (LDPT), left ventricular dilatation time (LVDT), and QoS2.
心肺運動負荷検査における漸増負荷を前記測定対象者に与えるように前記負荷装置を制御する運動負荷制御部を備える
請求項2から8のいずれか一項に記載の心肺機能状態変化推定システム。
The cardiopulmonary function state change estimation system according to any one of claims 2 to 8, further comprising an exercise load control unit that controls the load device so as to give a gradual increase load in the cardiopulmonary exercise load test to the measurement target person.
心臓リハビリテーションの運動療法における一定負荷を前記測定対象者に与えるように前記負荷装置を制御する運動負荷制御部を備える
請求項2から8のいずれか一項に記載の心肺機能状態変化推定システム。
The cardiopulmonary function state change estimation system according to any one of claims 2 to 8, further comprising an exercise load control unit that controls the load device so as to give a constant load in exercise therapy for cardiac rehabilitation to the measurement subject.
前記心肺機能状態の変化点を含むと推定される運動負荷の領域である心肺機能変化点存在領域を示す心肺機能変化点存在領域データを記憶する記憶部を備え、
前記心肺機能状態変化点推定部は、前記記憶部から取得した前記心肺機能変化点存在領域データに基づいて、前記心肺機能変化点存在領域に存在する前記心肺機能状態の変化点を推定する
請求項2から10のいずれか一項に記載の心肺機能状態変化推定システム。
A storage unit for storing cardiopulmonary function change point existence area data indicating a cardiopulmonary function change point existence area, which is an area of exercise load presumed to include the change point of the cardiopulmonary function state, is provided.
The claim that the cardiopulmonary function state change point estimation unit estimates the change point of the cardiopulmonary function state existing in the cardiopulmonary function change point existence region based on the cardiopulmonary function change point existence region data acquired from the storage unit. The cardiopulmonary function state change estimation system according to any one of 2 to 10.
前記生物学的マーカデータに基づいて、前記心肺機能状態の変化点を含むと推定される運動負荷の領域である心肺機能状態変化点存在領域を決定し、前記心肺機能状態変化点存在領域を示す心肺機能状態変化点存在領域データを前記心肺機能状態変化点推定部に出力する心肺機能状態変化点存在領域推定部を備え、
前記心肺機能状態変化点推定部は、前記心肺機能状態変化点存在領域推定部から取得した前記心肺機能状態変化点存在領域データに基づいて、前記心肺機能状態変化点存在領域に存在する前記心肺機能状態の変化点を推定する
請求項2から10のいずれか一項に記載の心肺機能状態変化推定システム。
Based on the biological marker data, the cardiopulmonary function state change point existence region, which is a region of exercise load presumed to include the cardiopulmonary function state change point, is determined, and the cardiopulmonary function state change point existence region is shown. It is provided with a cardiopulmonary function state change point existence area estimation unit that outputs cardiopulmonary function state change point existence area data to the cardiopulmonary function state change point estimation unit.
The cardiopulmonary function state change point estimation unit is based on the cardiopulmonary function state change point existence area data acquired from the cardiopulmonary function state change point existence area estimation unit, and the cardiopulmonary function present in the cardiopulmonary function state change point existence area. The cardiopulmonary function state change estimation system according to any one of claims 2 to 10 for estimating a state change point.
前記心肺機能状態の変化点は、嫌気性代謝閾値であり、
前記心肺機能状態変化点推定部は、取得した前記嫌気性代謝閾値を示す嫌気性代謝閾値データに基づいて、前記嫌気性代謝閾値が存在すると推定される嫌気性代謝閾値存在領域に存在する前記心肺機能状態の変化点を前記嫌気性代謝閾値と推定する
請求項11又は12に記載の心肺機能状態変化推定システム。
The change point of the cardiopulmonary function state is the anaerobic metabolism threshold.
The cardiopulmonary function state change point estimation unit is located in the anaerobic metabolism threshold existence region where the anaerobic metabolism threshold is presumed to exist based on the acquired anaerobic metabolism threshold data indicating the anaerobic threshold. The cardiopulmonary function state change estimation system according to claim 11 or 12, wherein the change point of the functional state is estimated as the anaerobic threshold value.
前記心肺機能状態変化推定部は、前記嫌気性代謝閾値に対応する運動負荷を、前記測定対象者の至適運動強度と判定する
請求項13に記載の心肺機能状態変化推定システム。
The cardiopulmonary function state change estimation system according to claim 13, wherein the cardiopulmonary function state change estimation unit determines the exercise load corresponding to the anaerobic metabolism threshold as the optimum exercise intensity of the person to be measured.
前記心肺機能状態の変化点は、呼吸性代償開始点であり、
前記心肺機能状態変化点推定部は、取得した前記呼吸性代償開始点を示す呼吸性代償開始点領域データに基づいて、前記呼吸性代償開始点が存在すると推定される呼吸性代償開始点領域に存在する前記心肺機能状態の変化点を前記呼吸性代償開始点と推定する
請求項11又は12に記載の心肺機能状態変化推定システム。
The change point of the cardiopulmonary function state is the respiratory compensation starting point.
The cardiopulmonary function state change point estimation unit is set in the respiratory compensation start point region where the respiratory compensation start point is presumed to exist, based on the acquired respiratory compensation start point region data indicating the respiratory compensation start point. The cardiopulmonary function state change estimation system according to claim 11 or 12, wherein the existing change point of the cardiopulmonary function state is estimated as the respiratory compensation start point.
前記多次元ベクトル構成部は、前記生物学的マーカデータのそれぞれを正規化し、正規化された前記生物学的マーカデータに基づいて前記多次元ベクトルを構成する
請求項2から請求項15のいずれか一項に記載の心肺機能状態変化推定システム。
Any of claims 2 to 15, wherein the multidimensional vector component normalizes each of the biological marker data and constructs the multidimensional vector based on the normalized biological marker data. The cardiopulmonary function state change estimation system described in item 1.
表示部を備え、
前記心肺機能状態変化推定部は、
前記多次元ベクトル構成部で構成された前記複数の多次元ベクトルに対応する二次元平面上座標を示す二次元平面上座標データを、数学的手法を用いて算出する二次元座標算出部を備え、
前記表示部は、前記二次元平面上座標データに基づいて、前記複数の多次元ベクトルに対応する点を複数の心肺機能状態変化を表す心肺機能状態変化点として二次元平面上に表示し、前記複数の心肺機能状態変化点を線分で連結して、前記複数の多次元ベクトルの軌跡を描画する
請求項2から16のいずれか一項に記載の心肺機能状態変化推定システム。
Equipped with a display
The cardiopulmonary function state change estimation unit
It is provided with a two-dimensional coordinate calculation unit that calculates coordinate data on the two-dimensional plane indicating coordinates on the two-dimensional plane corresponding to the plurality of multidimensional vectors composed of the multi-dimensional vector configuration unit by using a mathematical method.
Based on the coordinate data on the two-dimensional plane, the display unit displays points corresponding to the plurality of multidimensional vectors on the two-dimensional plane as cardiopulmonary function state change points representing a plurality of cardiopulmonary function state changes. The cardiopulmonary function state change estimation system according to any one of claims 2 to 16, wherein a plurality of cardiopulmonary function state change points are connected by a line segment to draw a locus of the plurality of multidimensional vectors.
前記心肺機能状態変化推定部は、
複数の前記二次元平面上座標データに基づいて予め生成された、測定対象者の心肺機能状態変化を示す心肺機能状態別モデルと、
前記二次元座標算出部から入力された二次元平面上座標データと、前記心肺機能状態別モデルとから、前記測定対象者の心肺機能状態を分類する心肺機能状態分類部と、
を備える
請求項17のいずれか一項に記載の心肺機能状態変化推定システム。
The cardiopulmonary function state change estimation unit
A cardiopulmonary function state-specific model showing changes in the cardiopulmonary function state of the measurement subject, which was generated in advance based on the plurality of coordinate data on the two-dimensional plane,
A cardiopulmonary function state classification unit that classifies the cardiopulmonary function state of the measurement target person from the two-dimensional plane coordinate data input from the two-dimensional coordinate calculation unit and the cardiopulmonary function state-specific model.
The cardiopulmonary function state change estimation system according to any one of claims 17.
複数の時点のそれぞれにおいて、運動をしている測定対象者から前記測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカデータを取得するデータ取得部と、
前記生物学的マーカデータから構成された前記複数の時点における多次元ベクトルに基づいて、複数の前記時点のうちの2点間の多次元移動ベクトルをそれぞれ構成し、連続する2つの前記多次元移動ベクトルの屈曲度の局所最大点を、前記測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定する心肺機能状態変化推定部と、
を備える心肺機能状態変化推定装置。
A data acquisition unit that acquires a plurality of biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement subject from the measurement subject who is exercising at each of the plurality of time points.
Based on the multidimensional vector at the plurality of time points composed of the biological marker data, a multidimensional movement vector between two points at the plurality of time points is constructed, and two consecutive multidimensional movements are formed. A cardiopulmonary function state change estimation unit that estimates the local maximum point of the vector flexion degree as a change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject,
A cardiopulmonary function state change estimator equipped with.
複数の時点のそれぞれにおいて、運動をしている測定対象者から前記測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカデータを取得し、
前記生物学的マーカデータから構成された前記複数の時点における多次元ベクトルに基づいて、複数の前記時点のうちの2点間の多次元移動ベクトルをそれぞれ構成し、
連続する2つの前記多次元移動ベクトルの屈曲度の局所最大点を、前記測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定する、
心肺機能状態変化推定方法。
At each of the plurality of time points, a plurality of biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement subject were obtained from the measurement subject who was exercising.
Based on the multidimensional vector at the plurality of time points composed of the biological marker data, a multidimensional movement vector between two points at the plurality of time points is constructed.
The local maximum point of the tortuosity of the two consecutive multidimensional movement vectors is estimated as the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject.
Cardiopulmonary function state change estimation method.
複数の時点のそれぞれにおいて、運動をしている測定対象者から前記測定対象者の心肺機能に関連する複数の生物学的マーカデータを取得することと、
前記生物学的マーカデータから構成された前記複数の時点における多次元ベクトルに基づいて、複数の前記時点のうちの2点間の多次元移動ベクトルをそれぞれ構成することと、
連続する2つの前記多次元移動ベクトルの屈曲度の局所最大点を、前記測定対象者の心肺機能状態の変化点と推定することと、
をコンピュータに実行させる心肺機能状態変化推定プログラム。
Obtaining multiple biological marker data related to the cardiopulmonary function of the measurement subject from the measurement subject who is exercising at each of the plurality of time points, and
Based on the multidimensional vector at the plurality of time points composed of the biological marker data, the multidimensional movement vector between two points at the plurality of time points is constructed, and
Estimating the local maximum point of the tortuosity of the two consecutive multidimensional movement vectors as the change point of the cardiopulmonary function state of the measurement subject,
A cardiopulmonary function state change estimation program that causes a computer to execute.
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