JP3319139B2

JP3319139B2 - 生理状態判定方法及び装置

Info

Publication number: JP3319139B2
Application number: JP07353394A
Authority: JP
Inventors: 義博野口
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1994-04-12
Filing date: 1994-04-12
Publication date: 2002-08-26
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: JPH07275219A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は生理状態判定方法及び装
置に関し、特に心電図のＲ波（心室の収縮に対応する電
位変化、周波数とも高く検出が容易な電圧パルス）によ
る生理状態判定方法及び装置に関するものである。尚、
本発明は当然、心電図のＲ波の代用として脈波、心音の
ピーク値等、心拍間隔を抽出し得るデータを用いる場合
にも適用可能なものである。

【０００２】心拍のＲ波間隔より生成した心拍変動波形
の周波数解析を行うことにより、心拍変動性指標（以
下、ＨＲＶと略称することがある）と呼ばれる指標を得
ることができる。

【０００３】このＨＲＶは、交感・副交感神経系の活動
水準を反映しており、その周波数成分中の低周波（Ｌ
Ｆ）成分（又はＭＷＳＡ成分と呼ばれる0.05〜0.15サイ
クル／ビートの周波数成分）、高周波（ＨＦ）成分（又
はＲＳＡ成分と呼ばれる0.15〜0.45サイクル／ビートの
周波数成分）のピークパワー値等を検討することで精神
的作業負荷、心的作業負荷、覚醒度、緊張度の定量化が
行える可能性が示唆されており、医学的に検討価値の高
い指標として知られている。

【０００４】即ち、ＬＦ成分とは交換神経系を反映する
血圧変動性の成分が低周波であることから重要となって
いる成分であり、そのパワーは精神的緊張の増大、起立
性の刺激（姿勢の変化）などにより増大するものとして
認識されている。また、ＨＦ成分とは呼吸変動性の成分
が高周波であることから称されるものであり、安静状態
や睡眠中に高い値を示し緊張度の増大により消失傾向に
向かうことが知られているものである。

【０００５】従って、被験者が安静状態に有るか否か、
言い換えれば覚醒度が低下しているか否かを判定できる
指標ＨＲＶにおけるＨＦ成分を正確に判定することが期
待されている。

【０００６】

【従来の技術】この様な指標ＨＲＶを求めるための従来
の方法及び装置について以下に説明する。

【０００７】先ず、図１２に示すように人体２０に生体
用電極２１〜２３を張り付け、人体２０の心臓活動に対
応する皮膚表面の電位を交流アンプ２４により電極２１
と２３及び電極２２と２３の差電圧を求めて増幅し、出
力信号Ａ，ＢとしてそれぞれＡ／Ｄ変換器２５に送り、
ここでディジタル信号に変換した後、それぞれ演算部２
６に与えることにより、出力信号Ａ−Ｂ間の電位差を心
電図として記録する。

【０００８】この様な心電図のＲ波が図１３（１）に示
されており、演算部２６は、Ｒ波ピーク時点を検出し、
同図（２）に示すようにＲ波ピーク時点からＲ−Ｒ間隔
（以下、ＲＲＩと略称する）を計測する。例えば、同図
（１）に示すようにＲ波のピーク間隔ＲＲＩ１が０．８
秒であれば、同図（２）に示すようにその間隔ＲＲＩ１
を「０．８」とする。

【０００９】なお、以下、このＲＲＩ波形は後述する種
々の処理を施した心拍変動波形と区別するため、原心拍
変動波形と称する。

【００１０】図１４には、このようなＲＲＩデータを用
いて分散を求めることによりＨＲＶの代用指標を算出す
るという従来例（例えば特開平3-272745号公報）の原理
が示されており、この分散を求める場合、同図（１）の
如くＲＲＩデータを集めた波形（図１３（２）に対応す
るもの）において拍数のサンプル点が多いと、分散が平
均値からの差の二乗和で表されるためＲＲＩの変動の平
均値（図ではＲＲＩのオーバーラインとして示されてい
るが、本明細書中では＊ＲＲＩとして示す）に低周波の
変動の影響が入り込み、ひいては分散結果にも混入して
しまう。

【００１１】これに対して、サンプル数が少ない場合、
ＲＲＩ波形の変動の平均値＊ＲＲＩが低周波の変動の影
響を受け難くなるため、図１４（２）に示す例では、３
拍（点）づつサンプルして、平均値＊ＲＲＩを求めてい
る。更に、８拍サンプルの場合も示されている。

【００１２】この結果、同図（３）に示すように、あた
かもハイ・パス・フィルタを通した波形の分散を求めた
ものと同じ結果になることが示されている。

【００１３】そして、このような分散を求めた後、ＨＲ
ＶのＨＦ成分及びＬＦ成分に相当する数値的指標を算出
することができる。

【００１４】この数値的指標を用いれば、ＦＦＴ等複雑
な計算を要することなく、ＨＲＶを高い時間追従性で算
出することができるため、例えば運転者の覚醒度等をモ
ニターし、覚醒度低下等を警告する装置を構成すること
ができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
観測される原心拍変動波形は、図１４に示したような単
純な波形ではなく非定常成分等を多分に含むため、同図
（３）に示すようなハイ・パス・フィルタを通した波形
の分散に相当する値が得られるとは限らない。

【００１６】即ち、図１５（１）に示すようなＨＦ成分
を多く含む波形の３点Ｒ１〜Ｒ３をサンプルしたときの
分散ＲＲＶ３１と、同図（２）に示すような線形的変動
が大きい全く異なった波形（これは例えば急激に心拍が
下がった状態を示す波形）の３点Ｌ１〜Ｌ３をサンプル
したときの分散ＲＲＶ３２とを比較すると、後者の方に
はＨＦ成分が無いにも関わらず前者より後者の方が大き
くなってしまう。

【００１７】図１６には、図１５に示した波形とこれか
ら求めた分散曲線とがシミュレーションによって示され
ており、図１５（１）に対応するＲＲＩ波形部分Ｖａの
分散はある程度大きな分散を示すが、同図（２）に対応
するＲＲＩ波形部分Ｖｂ〜Ｖｄのそれぞれの分散は極め
て大きくなっていることが分かる。

【００１８】また、図１７には、上記の従来例を用いた
ＨＲＶのＨＦ成分代用指標を覚醒時と覚醒度が低下した
時に求めた実験結果が脳波α波と併せて示されており、
同図（２）に顕著に示すようにα波が小さな緊張時でも
ＨＦ成分が大きく覚醒度が低いと判定せざるを得ない結
果が得られる。

【００１９】このように従来例による手法、即ちＨＦ成
分の代用指標を少数のデータから算出した分散を基準に
算出する方法・装置を実車実路条件での心拍データにあ
てはめた場合、その変化は被験者の生理状態変化と対応
せず、ほとんどランダムな変化を示すという問題点があ
った。

【００２０】従って本発明は、心拍の間隔から生成した
原心拍変動波形により被験者の生理状態を判定する方法
及び装置において、原心拍変動波形中の高周波（ＨＦ）
成分を正確に表すＨＲＶ代用指標を求めることを目的と
する。

【００２１】

【課題を解決するための手段及び作用】〔１〕本発明方
法（その１）：図１乃至図３上記の目的を達成するため、本発明に係る生理状態判定
方法によれば、図１に原理的に示すように、同図（１）
に示す原心拍変動波形（以下、ＲＲＩ波形と称すること
がある）から同図（２）に示す相対変位心拍変動波形
（以下、ＲＲＩ’波形と称することがある）を生成し、
該相対変位心拍変動波形の一定区間を切り出して求めた
所定データ数分の分散と該原心拍変動波形の所定点サン
プルにより求めた平均値から推定した同図（３）に示す
１／ｆゆらぎ成分波形の一定区間を切り出して求めた所
定データ数分の分散との比を該原心拍変動波形中の高周
波成分の代用指標として被験者の生理状態を判定するこ
とを特徴としたものである。

【００２２】即ち、本発明では、ＲＲＩ’波形の分散を
用いることによりハイ・パス・フィルタ効果を生じさ
せ、ロー・パス・フィルタ効果により１／ｆゆらぎ成分
波形の分散を算出し、これらの比を取ることにより全体
として精度の高い原心拍変動波形中に含まれるＨＦ成分
の代用値を求めている。

【００２３】これをより具体的に説明すると、図２に示
すように、従来例の如くＲＲＩ波形から単純に分散をと
るのではなく、ＲＲＩ波形から更に隣接するＲＲＩ値同
士の差分を波形データ（ＲＲＩ(i)−ＲＲＩ(i-1))とす
るＲＲＩ’波形から分散を求める。

【００２４】これを数式で表すと、次式のようになる。

【００２５】

【数１】

【００２６】このＲＲＩ’波形における分散を算出する
ためのデータｎ番目の値ＲＲＩ(n)から始まる所定区間
（データ数）ｌが図２（１）に示されている。なお、ｈ
はこの算出区間からの遅れを示している。

【００２７】また、これとは別に、ＲＲＩ波形から１／
ｆゆらぎ成分波形を求め、さらにこの１／ｆゆらぎ成分
波形の分散を次式のように求める。

【００２８】

【数２】

【００２９】この１／ｆゆらぎ成分波形における分散を
算出するための所定区間（データ数）ｍが図２（２）に
示されており、ｈは０≦ｈ≦ｍ−ｌの範囲で任意に設定
される。

【００３０】なお、式（２）における１／ｆ(n) は、時
系列データＲＲＩに、｛(ＲＲＩ(n+1)＋ＲＲＩ(n)＋Ｒ
ＲＩ(n-1)｝／３の平滑化処理をＲ回施した値の時系列
データであり、ロー・パス・フィルタを通した状態と同
等の作用を呈する。

【００３１】また、ＲＲＩ’波形は、ＲＲＩ波形から１
／ｆゆらぎ成分波形を引いた成分で示すこともできる。

【００３２】このようにして求めた上記の式（１）及び
（２）より本発明が目的とする原心拍変動波形ＲＲＩ波
形中のＨＦ成分の比率を示すｎ番目の代用指標ＩＲＲＶ
(n)が次式のように求められる。

【００３３】

【数３】

【００３４】このようにして、図２（１）に示すような
ＲＲＩ’波形の分散と同図（２）に示すような１／ｆゆ
らぎ成分波形の分散との比により、ＲＲＩ’波形中に含
まれるＨＦ成分の比率を求め、このＨＦ成分が高ければ
安静度が高いと見做すことができる。

【００３５】上記の式（３）においては、ＲＲＩ’波形
の分散を求める際、１／ｆゆらぎ成分波形の分散算出期
間の任意の部分において設定されているが、これに限ら
ず、次式に示すように１／ｆゆらぎ成分波形の分散算出
区間中において、ＲＲＩ’波形の分散を順次求め且つ積
分してもよい。

【００３６】

【数４】

【００３７】図３は、上記の式（４）を説明するための
図であり、同図（１）に示すように分散算出区間ｌの位
置を示すｉを「１〜ｎ」の範囲でｌつづつ増加させ、区
間ｌ毎に分散を求めて積分する場合と、同図（２）に示
すようにｉを、「１〜ｎ」の範囲で「ａ」づつ増加させ
て積分してもよく、ここでａは「１〜ｌ」の範囲で任意
の値をとるものである。

【００３８】〔２〕本発明方法（その２）：図４本発明の原理は、まず図４（１）に示すように、３点の
分散を求める場合、同図(a) に示すようにＨＦ成分を含
む波形でも同図(b) に示すようにＨＦ成分を含まない線
形的変動の大きい波形でもその分散は平均値からの差の
二乗によって算出されるため、共に大きな値を取ること
となる。

【００３９】ここで、分散を算出した区間の両端のデー
タＡ，Ｃを考えると、同図（２）(a) に示すようにＨＦ
成分が大きい波形ではその差が小さく、ＨＦ成分の無い
線形的変動の大きい波形では両端の差が大きいことが分
かる。

【００４０】そこで、同図（１）の場合について分散を
求めた区間の両端区間の値を用いて分散を求めると、そ
の値は波形に含まれる線形的変動の大きさを簡易的に求
めることができることとなる。

【００４１】従って本発明では、ＲＲＩ波形から求めた
所定データ区間の分散と該ＲＲＩ波形から求めた該所定
データ区間の両端の分散との差を該原心拍変動波形中の
高周波成分の代用指標として被験者の生理状態を判定す
ることを特徴としている。

【００４２】この関係を式で表すと、次式のようにな
る。

【００４３】

【数５】

【００４４】この場合、上記の差の代わりに両者の比を
用いてもよく、この場合には次式のようになる。

【００４５】

【数６】

【００４６】なお、分散を用いることなく、区間ｐでの
平均値と区間ｐの両端の平均値の比又は差により、予め
求めた区間ｐでの分散を補正してもよい。

【００４７】〔３〕本発明方法（その３）：図５本発明では、ＲＲＩ波形の３点のデータを結んだ三角形
の面積を求め、該面積を該心拍変動波形中の高周波成分
の代用指標として被験者の生理状態を判定することを特
徴としたものである。

【００４８】即ち、ＨＦ成分が大きい図５（２）に示す
ような波形では面積は大きくなり、逆にＨＦ成分が小さ
い同図（３）に示すような波形では面積は小さくなる。

【００４９】そこで、次式に従ってＨＦ成分の代用指標
を求める。

【００５０】

【数７】

【００５１】但し、この式（７）の適用範囲は｜Ａ｜＜
｜Ｂ｜＜｜Ｃ｜、または｜Ａ｜＞｜Ｂ｜＞｜Ｃ｜が成立
しない場合、即ち｜Ｂ｜が｜Ａ｜，｜Ｂ｜，｜Ｃ｜の内
で最大値となるときである。

【００５２】同図（４）に示すように｜Ｂ｜が最大値で
ない場合には、次式に従ったＨＦ成分の代用指標とな
る。

【００５３】

【数８】

【００５４】従って、まず｜Ｂ｜が最大値であるか否か
を判定し、そうであれば式（７）を用い、そうでなけれ
ば式（８）を用いることでＨＲＶのＨＦ成分振幅に比例
したＩＲＲＶ値が得られる。

【００５５】〔４〕本発明装置（その１）：上記の本発明方法（その１）を実現する本発明に係る生
体状態判定装置としては、心拍ピックアップと、該ピッ
クアップの出力信号を所定の周波数帯域について増幅す
る増幅器と、該増幅器の出力信号をディジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換器と、該ディジタル信号による心拍に
よって生じたＲ波のピーク点間隔を計測して補間するこ
とにより原心拍変動波形を生成すると共に該原心拍変動
波形の隣接するピーク点の間隔差を求めて補間した相対
変位心拍変動波形の一定区間を切り出して求めた所定デ
ータ数分の分散と該原心拍変動波形の所定点サンプルに
より求めた平均値から推定した１／ｆゆらぎ成分波形の
一定区間を切り出して求めた所定データ数分の分散との
比に基づいて該原心拍変動波形中の高周波成分の代用指
標を生成する演算部と、を備えている。

【００５６】この場合、演算部は、該ディジタル信号に
よるＲ波の間隔を求めて補間した原心拍変動波形を生成
する波形生成部と、該原心拍変動波形の隣接するピーク
点の間隔差を求めて補間した相対変位心拍変動波形を得
るためのハイ・パス・フィルタと、該原心拍変動波形の
所定点サンプルにより求めた平均値から推定した１／ｆ
ゆらぎ成分波形を得るためのロー・パス・フィルタと、
それぞれのフィルタの出力信号の振幅値を生成するため
の第１及び第２の整流器と、それぞれのフィルタの出力
信号とそれぞれの整流器の出力信号とから所定データ数
分の分散の代用値を生成するための第１及び第２の積分
器と、各積分器に各所定データ数を与えるための時間計
測器と、各積分器の出力信号の比を該原心拍変動波形中
の高周波成分の代用指標として生成する割り算器と、で
構成することができる。

【００５７】また、上記のハイ・パス・フィルタの代わ
りに、該原心拍変動波形から該ロー・パス・フィルタの
出力信号を減算して相対変位心拍変動波形を得るための
減算器を用いてもよい。

【００５８】更に上記の演算部は、該相対変位心拍変動
波形として、該原心拍変動波形から１／ｆゆらぎ成分を
引いた成分で示すことができる。

【００５９】〔５〕本発明装置（その２）：本発明方法（その２）を実現する本発明に係る生体状態
判定装置では、心拍ピックアップと、該ピックアップの
出力信号を所定の周波数帯域について増幅する増幅器
と、該増幅器の出力信号をディジタル信号に変換するＡ
／Ｄ変換器と、該ディジタル信号による心拍によって生
じたＲ波のピーク点間隔を計測して補間することにより
原心拍変動波形を生成すると共に該原心拍変動波形の一
定区間を切り出して求めた所定データ数分の分散と該原
心拍変動波形から求めた該一定区間の両端区間の所定デ
ータ数分の分散の和との差を該原心拍変動波形中の高周
波成分の代用指標として生成する演算部と、を備えてい
る。

【００６０】上記の演算部は、該差の代わりに両者の比
を用いることができる。

【００６１】〔６〕本発明装置（その３）：本発明方法
（その３）を実現する本発明に係る生体状態判定装置で
は、心拍ピックアップと、該ピックアップの出力信号を
所定の周波数帯域について増幅する増幅器と、該増幅器
の出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
と、該ディジタル信号によるＲ波の間隔を求めて原心拍
変動波形を生成すると共に該原心拍変動波形の３点のデ
ータを結んだ三角形の面積を求め、該面積を該原心拍変
動波形中の高周波成分の代用指標として生成する演算
部、とを備えている。

【００６２】

【実施例】図６は本発明に係る生理状態判定装置の共通
の一実施例を示したもので、基本的には図１２に示した
装置構成と同様に、交流アンプ部２４とＡ／Ｄ変換部２
５と演算部２６とで構成されており、交流アンプ部２４
の入力信号は図示していないが図１２と同様に人体に張
り付けた生体用電極から得ている。

【００６３】そしてこの実施例では、交流アンプ部２４
を作動入力アンプ１とバンドパスフィルタ２との直列回
路で構成しており、バンドパスフィルタ２はＲ波のみを
抽出するために８〜１８Hzの通過帯域に設定されてい
る。

【００６４】また、Ａ／Ｄ変換部２５はバンドパスフィ
ルタ２に接続されたアンプ３とサンプルホールド回路４
とＡ／Ｄ変換器５とバッファメモリ６との直列回路で構
成されている。

【００６５】更に、演算部２６はバッファメモリ６に接
続されたデータバス７に相互接続されたＲＡＭ８と演算
アルゴリズム用ＲＯＭ９とＣＰＵ１０とこれらＲＡＭ８
及びＣＰＵ１０と接続されてＣＰＵ１０を経由せずにＲ
ＡＭ８にデータを格納させる為のＤＭＡコントローラ１
１と、ＣＰＵ１０及びＤＭＡコントローラ１１に一定の
クロック信号を与えるための水晶発振回路１２とで構成
されている。

【００６６】尚、Ａ／Ｄ変換部２５には水晶発振回路１
２からのクロック信号を分周してＡ／Ｄ変換器５に与え
るための分周器１３が設けられており、ＤＭＡコントロ
ーラ１１はサンプルホールド回路４及びＡ／Ｄ変換器５
をも制御するようになっている。

【００６７】図７は図６に示したＣＰＵ１０における演
算処理手順であって上記の本発明方法・装置（その１）
に対応した実施例を示したもので、以下、この図７を参
照して図６の実施例の動作を説明する。

【００６８】まず、心電図のＲ波、脈波、心音のピーク
値等の心拍間隔を検出する心拍ピックアップからの出力
信号は交流アンプ部２４において差動入力アンプ１で増
幅されると共にバンドパスフィルタ２でＲ波のみが取り
出される。

【００６９】このＲ波はＡ／Ｄ変換部２５においてアン
プ３で増幅された後、ＤＭＡコントローラ１１の制御下
のサンプルホールド回路４によりサンプルホールドされ
てＡ／Ｄ変換器５によりディジタル信号に変換され、バ
ッファメモリ６からデータバス７を介してＣＰＵ１０に
取り込まれる。

【００７０】ＣＰＵ１０では処理を開始するとＲ波形デ
ータを読み込み（ステップＳ１）、そのＲ波時刻を検出
する（ステップＳ２）。

【００７１】この様にして求めたＲ波時刻より図１
（１）に示すような原心拍変動波形（ＲＲＩ波形）を算
出する（ステップＳ３）。

【００７２】この様にＲ波間隔を抽出した後、今度は隣
接したＲＲＩ同士の差ＲＲＩ(n)−ＲＲＩ(n-1) を演算
して（ステップＳ４）、図１（２），図２（１），図３
（１）に示す相対心拍変位変動波形（ＲＲＩ’波形）を
生成する（ステップＳ４）。

【００７３】この様に変換される前後のデータをそれぞ
れＲＲＩ(n) 及びＲＲＩ'(n)とすると、これらのデータ
ＲＲＩ(n) 及びＲＲＩ'(n)をＲＡＭ８に格納しておく
（ステップＳ５）。

【００７４】そして、ＣＰＵ１０はＲＡＭ８からデータ
ＲＲＩ(n) を読み出して１／ｆ(n)を算出する（ステッ
プＳ６）。これは、上述した通り時系列データＲＲＩ
(n) に、｛(ＲＲＩ(n+1)＋ＲＲＩ(n)＋ＲＲＩ(n-1)｝／
３の平均化処理をＲ回施した値の時系列データであり、
ロー・パス・フィルタを通した状態と同等の作用を呈す
る。

【００７５】このようにして求めたデータ１／ｆ(n) は
やはりＲＡＭ８に格納する（ステップＳ７）。

【００７６】そしてまた、ＣＰＵ１０はＲＡＭ８よりデ
ータＲＲＩ'(n)及び１／ｆ(n) を読み出して上記の式
（１）及び（２）における分散Ｖ(RRI'(n))及びＶ(1/f
(n))を算出する（ステップＳ８）。

【００７７】そして最後に、分散Ｖ(RRI'(n))及びＶ(1/
f(n))の比ＩＲＲＶをＨＲＶにおけるＨＦ成分の代用指
標として算出する（ステップＳ９）。

【００７８】上記の実施例では、ＣＰＵ１０によるソフ
トウェア処理によりＨＦ成分の代用指標を算出している
が、ＲＡＭ８、ＲＯＭ９、ＣＰＵ１０、及びＤＭＡコン
トローラ１１の代わりに図８に示すようなハードウェア
構成を用いても実現することができる。

【００７９】即ち、演算部２６は、Ａ／Ｄ変換器５から
のディジタル信号による心拍の間隔を求めて原心拍変動
波形を生成する波形生成部３１と、該原心拍変動波形か
ら相対変位心拍変動波形を得るためのハイ・パス・フィ
ルタ（ＨＰＦ）３２と、該原心拍変動波形から１／ｆゆ
らぎ成分波形を得るためのロー・パス・フィルタ（ＬＰ
Ｆ）３３と、それぞれのフィルタ３２，３３の出力信号
の振幅値を生成するための第１及び第２の整流器３４，
３５と、それぞれのフィルタ３２，３３の出力信号とそ
れぞれの整流器３４，３５の出力信号とから所定データ
数分の分散の代用値を生成するための第１及び第２の積
分器３６，３７と、各積分器３６，３７に各所定データ
数を与えるための時間計測器３８と、各積分器３８の出
力信号の比を該原心拍変動波形中の高周波成分の代用指
標として生成する割り算器３９と、で構成することがで
きる。

【００８０】この場合、ＲＲＩ波形はフィルタ３２でＲ
ＲＩ’波形となり、整流器３４と積分器３６とで式
（１）の分散を求めることに相当している。

【００８１】また、ＲＲＩ波形はフィルタ３３で１／ｆ
ゆらぎ成分波形となり、整流器３５と積分器３７とで式
（２）の分散を求めることに相当している。

【００８２】更には、上記のハイ・パス・フィルタ３２
の代わりに、ＲＲＩ波形から該ロー・パス・フィルタ３
３の出力信号を減算してＲＲＩ’波形を得るための減算
器３２’を用いてもよい。

【００８３】図９は図６に示したＣＰＵ１０における演
算処理手順であって上記の本発明方法・装置（その２）
に対応した実施例を示したもので、以下、この図９の処
理手順を説明する。

【００８４】まずステップＳ１〜Ｓ３は図７に示した処
理手順と同じものである。

【００８５】次にステップＳ１１では、図４（１）に示
した区間ｐでの分散ＲＲＶＰを算出する。

【００８６】またステップＳ１２では、図４（２）に示
した区間ｐの両端の分散ＲＲＶＥを算出する。

【００８７】ステップＳ１３では、このようにして求め
られた分散ＲＲＶＰとＲＲＶＥとの比に定数ａを掛ける
ことにより式（６）によって示されるＨＦ成分の代用指
標ＩＲＲＶが得られる。

【００８８】図１０は図６に示したＣＰＵ１０における
演算処理手順であって上記の本発明方法・装置（その
３）に対応した実施例を示したもので、以下、この図１
０の処理手順を説明する。

【００８９】まずステップＳ１〜Ｓ３は図７に示した処
理手順と同じものである。

【００９０】求められたデータＲＲＩ(n) をＲＡＭ８に
格納しておく（ステップＳ２１）。

【００９１】そして、ＲＲＩ波形のサンプル点位置を示
すパラメータｉの初期値を“１”に設定した後（ステッ
プＳ２２）、パラメータｉ＞ｎになるまでは処理を繰り
返すために（ステップＳ２３）、ステップＳ２４におい
て３点のｉのデータＲＲＩ(n) をＲＡＭ８から読み出
す。

【００９２】そして、ＲＲＩ(i+1)≧ＲＲＩ(i)且つＲＲ
Ｉ(i+1)≧ＲＲＩ(i+2)であるか否かを判定する（ステッ
プＳ２５）。

【００９３】これはサンプル点ｉ＋１が図５（１）〜
（３）に該当するのか、或いは同図（４）に該当するの
かを判定しており、この結果、前者の場合（Ｂ点が最大
値の場合）にはステップＳ２６に進んで式（７）の演算
を実行し、後者の場合（Ａ点又はＣ点が最大値の場合）
にはステップＳ２７に進んで式（８）の演算を実行す
る。

【００９４】これらのＨＦ成分代用指標としての演算結
果ＩＲＲＶ１又はＩＲＲＶ２はＲＡＭ８に格納される
（ステップＳ２８）と共に、ステップＳ２９でパラメー
タｉを「２」だけインクリメントしてステップＳ２３で
ｉ＞ｎとなるまで繰り返し、ｉ＞ｎとなった時点で処理
を終了する。

【００９５】なお、本発明の応用例としては、ＲＲＩ’
波形の正又は負の値にのみ本発明の構成を適用されるこ
ともでき、これにより心拍下降傾向（正の場合）や心拍
上昇傾向（負の場合）の変化を誇張して検出することが
可能である。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る生理
状態判定方法及び装置によれば、心拍の間隔から生成し
た原心拍変動波形から生成した相対変位心拍変動波形か
ら求めた分散と該原心拍変動波形から推定した１／ｆゆ
らぎ成分波形の分散との比、または該原心拍変動波形か
ら求めた分散と該原心拍変動波形から求めた同じ区間の
両端の分散との差、あるいは該原心拍変動波形の３点の
データを結んだ三角形の面積、を該原心拍変動波形中の
高周波成分の代用指標として被験者の生理状態を判定す
るように構成したので、原心拍変動波形から単に少デー
タサンプルによる分散を求める従来例に比べて遙かに正
確なＨＲＶのＨＦ成分の代用指標を与えることができ
る。

【００９７】図１１は図１７の従来例に対応して得られ
た本発明の特性グラフであり、これによれば、脳波α波
の上昇によって覚醒度の低下が示されている状態では、
本発明の出力値も上昇しており、本発明の出力値により
覚醒度の低下を検知できることを確認することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る生理状態判定方法及び装置（その
１）を原理的に説明するための波形図である。

【図２】本発明に係る生理状態判定方法及び装置（その
１）において分散を求める区間を説明するためのグラフ
図（その１）である。

【図３】本発明に係る生理状態判定方法及び装置（その
１）において分散を求める区間を説明するためのグラフ
図（その２）である。

【図４】本発明に係る生理状態判定方法及び装置（その
２）を原理的に説明するための波形図である。

【図５】本発明に係る生理状態判定方法及び装置（その
３）を原理的に説明するための波形図である。

【図６】本発明に係る生理状態判定装置に共通な実施例
を示したブロック図である。

【図７】本発明に係る生理状態判定方法及び装置（その
１）の演算部における演算処理例を示したフローチャー
ト図である。

【図８】本発明に係る生理状態判定装置（その１）の演
算部の実施例を示したブロック図である。

【図９】本発明に係る生理状態判定方法及び装置（その
２）の演算部における演算処理例を示したフローチャー
ト図である。

【図１０】本発明に係る生理状態判定方法及び装置（そ
の３）の演算部における演算処理例を示したフローチャ
ート図である。

【図１１】本発明による覚醒時と覚醒低下時のＨＦ成分
代用値特性を示したグラフ図である。

【図１２】一般的な生理状態判定装置としての測定系を
示したブロック図である。

【図１３】従来の心拍変動波形生成手順を示した波形図
である。

【図１４】従来例の原理を説明するためのグラフ図であ
る。

【図１５】従来例の問題点を説明するための原心拍変動
波形の拡大図である。

【図１６】従来例の問題点を説明するための原心拍変動
波形及び分散値を示したグラフ図である。

【図１７】従来例による覚醒時と覚醒低下時のＨＦ成分
特性代用値を示したグラフ図である。

【符号の説明】

２０人体２１〜２３生体用電極２４交流アンプ２５ＡＤ変換部２６演算部８ＲＡＭ９ＲＯＭ１０ＣＰＵ３１原心拍変動波形生成部３２ハイ・パス・フィルタ３３ロー・パス・フィルタ３４，３５整流器３６，３７積分器３８時計計測器３９割り算器図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 5/0452 - 5/0476 A61B 5/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】心拍によって生じたＲ波のピーク点間隔
を計測して補間した原心拍変動波形により被験者の生理
状態を判定する方法において、該原心拍変動波形の隣接するピーク点の間隔差を求めて
補間した相対変位心拍変動波形を生成し、該相対変位心
拍変動波形の一定区間を切り出して求めた所定データ数
分の分散と該原心拍変動波形の所定点サンプルにより求
めた平均値から推定した１／ｆゆらぎ成分波形の一定区
間を切り出して求めた所定データ数分の分散との比を該
原心拍変動波形中の高周波成分の代用指標として被験者
の生理状態を判定することを特徴とした方法。
【請求項２】該相対変位心拍変動波形が、該原心拍変
動波形から１／ｆゆらぎ成分波形を引いた成分で示され
ることを特徴とした請求項１に記載の生理状態判定方
法。
【請求項３】該相対変位心拍変動波形に対する該一定
区間が、該１／ｆゆらぎ成分波形に対する該一定区間に
含まれることを特徴とした請求項１又は２に記載の生理
状態判定方法。
【請求項４】該相対変位心拍変動波形に対する該所定
データ数分の分散が該１／ｆゆらぎ成分波形に対する該
一定区間だけ積分されることを特徴とした請求項３に記
載の生理状態判定方法。
【請求項５】心拍によって生じたＲ波のピーク点間隔
を計測して補間した原心拍変動波形により被験者の生理
状態を判定する方法において、該原心拍変動波形の一定区間を切り出して求めた所定デ
ータ数分の分散と、該原心拍変動波形の一定区間の両端
区間の分散の和と、の差を該原心拍変動波形中の高周波
成分の代用指標として被験者の生理状態を判定すること
を特徴とした生理状態判定方法。
【請求項６】該差の代わりに両者の比を用いることを
特徴とした請求項５に記載の生理状態判定方法。
【請求項７】心拍の間隔から生成した原心拍変動波形
により被験者の生理状態を判定する方法において、該原心拍変動波形の３点のデータを結んだ三角形の面積
を求め、該面積を該原心拍変動波形中の高周波成分の代
用指標として被験者の生理状態を判定することを特徴と
した生理状態判定方法。
【請求項８】心拍ピックアップと、該ピックアップの
出力信号を所定の周波数帯域について増幅する増幅器
と、該増幅器の出力信号をディジタル信号に変換するＡ
／Ｄ変換器と、該ディジタル信号による心拍によって生
じたＲ波のピーク点間隔を計測して補間することにより
原心拍変動波形を生成すると共に該原心拍変動波形の隣
接するピーク点の間隔差を求めて補間した相対変位心拍
変動波形の一定区間を切り出して求めた所定データ数分
の分散と該原心拍変動波形の所定点サンプルにより求め
た平均値から推定した１／ｆゆらぎ成分波形の一定区間
を切り出して求めた所定データ数分の分散との比に基づ
いて該原心拍変動波形中の高周波成分の代用指標を生成
する演算部と、を備えたことを特徴とする生理状態判定
装置。
【請求項９】該演算部が、該ディジタル信号による心
拍によって生じたＲ波のピーク点間隔を計測して補間す
ることにより原心拍変動波形を生成する波形生成部と、
該原心拍変動波形の隣接するピーク点の間隔差を求めて
補間した相対変位心拍変動波形を得るためのハイ・パス
・フィルタと、該原心拍変動波形の所定点サンプルによ
り求めた平均値から推定した１／ｆゆらぎ成分波形を得
るためのロー・パス・フィルタと、それぞれのフィルタ
の出力信号の振幅値を生成するための第１及び第２の整
流器と、それぞれのフィルタの出力信号とそれぞれの整
流器の出力信号とから所定データ数分の分散の代用値を
生成するための第１及び第２の積分器と、各積分器に各
所定データ数を与えるための時間計測器と、各積分器の
出力信号の比を該原心拍変動波形中の高周波成分の代用
指標として生成する割り算器と、で構成されていること
を特徴とした請求項８に記載の生理状態判定装置。
【請求項１０】該ハイ・パス・フィルタの代わりに、該
原心拍変動波形から該ロー・パス・フィルタの出力信号
を減算して相対変位心拍変動波形を得るための減算器を
用いることを特徴とした請求項９に記載の生理状態判定
装置。
【請求項１１】該演算部が、該相対変位心拍変動波形と
して、該原心拍変動波形から１／ｆゆらぎ成分波形を引
いた成分で示すことを特徴とした請求項８に記載の生理
状態判定装置。
【請求項１２】心拍ピックアップと、該ピックアップの
出力信号を所定の周波数帯域について増幅する増幅器
と、該増幅器の出力信号をディジタル信号に変換するＡ
／Ｄ変換器と、該ディジタル信号による心拍によって生
じたＲ波のピーク点間隔を計測して補間することにより
原心拍変動波形を生成すると共に該原心拍変動波形の一
定区間を切り出して求めた所定データ数分の分散と該原
心拍変動波形から求めた該一定区間の両端区間の所定デ
ータ数分の分散の和との差を該原心拍変動波形中の高周
波成分の代用指標として生成する演算部と、を備えたこ
とを特徴とする生理状態判定装置。
【請求項１３】該演算部が、該差の代わりに両者の比を
用いることを特徴とした請求項１２に記載の生理状態判
定装置。
【請求項１４】心拍ピックアップと、該ピックアップの
出力信号を所定の周波数帯域について増幅する増幅器
と、該増幅器の出力信号をディジタル信号に変換するＡ
／Ｄ変換器と、該ディジタル信号によるＲ波の間隔を求
めて原心拍変動波形を生成すると共に該原心拍変動波形
の３点のデータを結んだ三角形の面積を求め、該面積を
該原心拍変動波形中の高周波成分の代用指標として生成
する演算部、とを備えたことを特徴とする生理状態判定
装置。