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
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- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
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Abstract
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).
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.
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
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a cardiopulmonary function state
As the
The cardiopulmonary function state
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
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
<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
<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
The
(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
(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
The
(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
(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
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
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
The
(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
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
As the
<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
As shown in FIG. 3, the cardiopulmonary function state
Hereinafter, the details of the cardiopulmonary function state
(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
The multidimensional
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
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
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
(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
The multidimensional movement
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
As shown in FIG. 4, the multidimensional
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
As shown in FIG. 4, the multidimensional
(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
The multidimensional movement vector
(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
The multidimensional movement vector-to-vector
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
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(b11,b12,・・・,b1n)、第2多次元移動ベクトルb2は(b21,b22,・・・,b2n)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
(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
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
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
(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
The tortuosity local maximum
(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
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
The cardiopulmonary function state change
<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
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
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
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VE[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
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VE、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VE、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
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
また、図6に示すように、分時換気量VE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VE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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
In step S17, the cardiopulmonary function state
(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
When the measurement target is a heart disease patient or a heart failure patient, the cardiopulmonary function state
Similarly, when the measurement target is a healthy person who has not yet reached heart disease or heart failure, the cardiopulmonary function state
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
Similarly, when the measurement target is an animal (for example, a racehorse), the cardiopulmonary function state
<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
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
(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
(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
(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
<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
(1) The cardiopulmonary function state
(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
(3) The cardiopulmonary function state
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
The cardiopulmonary function state
Hereinafter, the
<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
In addition, the
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
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
(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
The tortuosity local maximum
(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
The cardiopulmonary function state change
(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
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
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
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
(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
<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
(4) In the cardiopulmonary function state
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
The cardiopulmonary function state
Hereinafter, the
<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
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
(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
As a mathematical method used in the two-dimensional coordinate
(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
The cardiopulmonary function
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
Further, the
(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
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
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
<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
(5) In the cardiopulmonary function state
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
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
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
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
The acceleration sensor 323 is attached to the chest of the
As shown in FIG. 11, the
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
The
The
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
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.
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
Claims (21)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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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