JP4754447B2 - Biological analysis apparatus and program - Google Patents
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Description
本発明は、生体情報、特に体動や心・拍や脳波などの時系列データを解析する生体解析装置等に関する。 The present invention relates to a biological analysis apparatus that analyzes biological information, in particular, time-series data such as body movement, heart / beat, and brain waves.
従来から、体の動き(体動)や心拍などを含む生体情報の時系列データを評価することにより、その患者を診断したり、あるいは健康管理を行ったりする方法がよく知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a method for diagnosing a patient or performing health care by evaluating time-series data of biological information including body movement (body movement), heartbeat, and the like is well known.
体動を例に取ると、例えば手首の動きを加速度センサを用いて測定することにより、睡眠や覚醒のレベルが推定できる。健康であれば、睡眠中は手首の体動は殆ど無く、覚醒中はたとえ安静にしていても一定以上の体動が見られる。しかし、睡眠時無呼吸症候群などの睡眠障害を持つ患者は、睡眠中であるにもかかわらず体動が見られることがある。また、うつ病や慢性疲労症候群などの精神的な疾患を抱える患者は、覚醒中であるにもかかわらず非常に低い体動が観測される場合があり、健常者とは異なった体動の変化が見られることがある。 Taking body motion as an example, the level of sleep or awakening can be estimated by measuring the wrist movement using an acceleration sensor, for example. If you are healthy, there is almost no movement of your wrist during sleep, and you can see more than a certain amount of movement during awakening even if you are resting. However, patients with sleep disorders such as sleep apnea syndrome may experience body movements even though they are sleeping. Also, patients with mental illness such as depression and chronic fatigue syndrome may observe very low body movements despite being awake. May be seen.
また、手首ではなく、腰部に加速度センサを取り付けることにより、運動量を見積もることができる。覚醒中でも安静時には腰部が動くことはほとんどないが、歩行などの運動を行うと、腰部も動く。腰部と手首の両方に加速度センサを取り付け、覚醒中でかつ安静時の時間を検出し、その時間に血圧を測定することで日常安静時の血圧を採取するといった提案などもなされている。 In addition, the amount of exercise can be estimated by attaching an acceleration sensor to the waist instead of the wrist. The lumbar region hardly moves when resting even while awake, but the lumbar region also moves when exercising such as walking. There have been proposals such as attaching acceleration sensors to both the waist and wrist, detecting the resting time during awakening, and collecting blood pressure during daily rest by measuring blood pressure at that time.
具体的に、手首などに装着された加速度センサの出力値を図に示す。図11(a)は被験者の体動に関するデータとして活動度の値を時系列で表したものである。ここで、活動度(Zero Crossing Data)とは、得られた加速度に対して、単位時間当たりに閾値を横切ったときの回数である。例えば、「10秒間」に「20回」この閾値を横切れば活動度は「20」である。活動度を求めることにより、被験者の動きを取得することができ、値が大きいほど被験者の動きが激しかったことを示す。 Specifically, the output value of the acceleration sensor attached to the wrist or the like is shown in the figure. FIG. 11A shows time values of activity values as data relating to the body movement of the subject. Here, the activity level (Zero Crossing Data) is the number of times when a threshold is crossed per unit time with respect to the obtained acceleration. For example, if this threshold is crossed “20 times” in “10 seconds”, the activity level is “20”. By determining the activity level, the movement of the subject can be acquired, and the larger the value, the stronger the movement of the subject.
また、図11(a)の場合、実線401が活動度を示しており、破線402が閾値を表している。図11(a)においては、閾値を「4」回横切っており、活動度は「4」である。一般に、手首から検出される活動度は、歩行時や何らかの運動をする場合は、「50」前後の値が検出され、安静時や睡眠中などはほとんど「0」となる。
In the case of FIG. 11A, the solid line 401 indicates the activity, and the
また、被験者の心拍を示したのが図10(b)である。図10(b)は、心臓が3回拍動したときの心拍の波形を示している。一般に、一回の拍動につき、上に向くピークが3つと下に向くピークが2つ見られる。これらのピークは順にP、Q、R、S、Tと名づけられており、最も顕著なピークRと次のピークRまでの間隔を「rr−interval」と呼んでいる。厳密には、測定方法の違いや患者の体調の違いにより、これらのピークのすべてが見られなかったり、逆にほかにもピークが現れたりすることがある。 FIG. 10B shows the heartbeat of the subject. FIG. 10B shows a heartbeat waveform when the heart beats three times. In general, for each pulsation, three upward peaks and two downward peaks are observed. These peaks are named P, Q, R, S, and T in order, and the interval between the most prominent peak R and the next peak R is called “rr-interval”. Strictly speaking, not all of these peaks may be observed or other peaks may appear due to differences in the measurement method and the patient's physical condition.
通常、人のrr−intervalは1秒程度で、運動をすると小さくなり、安静時や睡眠時は大きくなる。運動をしていなくても、rr−intervalが小さくなったり、極端に不安定に変動したり、あるいは極端に一定の値を出し続けている場合、心臓に疾患を持っている可能性がある。 Usually, the rr-interval of a person is about 1 second, it becomes smaller when exercising, and becomes larger at rest or sleep. Even if you are not exercising, if rr-interval becomes small, fluctuates extremely unstable, or keeps giving a constant value, you may have a disease in your heart.
また、「220」から自分の年齢を差し引いた心拍数が、その人がもつ最高心拍数(推定最高心拍数)といわれ、運動時にはその数値の70%程度を維持するのが良いといわれている。例えば、40歳の人であれば、運動時は、
(220−40)×0.7=126
となり、120〜130を維持するのが良い。また、日常の心拍変動を数日に渡って測定し、その心拍変動をフラクタル解析することにより、患者の自律神経が正しく機能しているかどうかを診断する手法などが、近年注目されている。
The heart rate obtained by subtracting your age from “220” is said to be the highest heart rate that the person has (estimated maximum heart rate), and it is said that it is good to maintain about 70% of that value during exercise. . For example, if you are 40 years old,
(220-40) × 0.7 = 126
It is good to maintain 120-130. In recent years, attention has been paid to a method for diagnosing whether a patient's autonomic nerve is functioning correctly by measuring daily heart rate variability over several days and performing fractal analysis on the heart rate variability.
そして、これらの生体情報に関するデータは、日常の活動状況や精神状態、身体的又は精神的疾患の症状に応じて、常に変動する。 And the data regarding such biometric information always fluctuate | varies according to the daily activity condition, a mental state, the symptom of a physical or mental disease.
こういった体動の変化から異常を発見する事は従来から注目されており、たとえば心拍から運転者の異常を検知する装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、平常値から異常値の閾値を算出し、高い精度で身体症状の異常を発見するような装置も知られている(例えば、特許文献2参照)。
被験者の生体情報は常に変動するが、活動状況によっては異常と判断される場合もあれば、正常と判断される場合もある。例えば、緊張しているときや運動時に心拍数「140」となっても、それは精神的変化又は肉体的活動の変化が原因であるため、正常の範囲といえるが、安静時や睡眠時に心拍数「140」となった場合は、心臓に疾患がある可能性が高い。 The biological information of the subject always varies, but depending on the activity status, it may be determined to be abnormal or may be determined to be normal. For example, a heart rate of “140” when you are tense or exercising can be said to be in the normal range because it is caused by mental changes or changes in physical activity. If it is “140”, there is a high possibility that the heart has a disease.
また、安静時や軽い運動時に限った心拍や活動度のデータを評価することで、症状を評価する場合があるが、従来は実験室などの特定の管理された環境の中で生活したり、測定者の前で無理に安静な状態等を作ったりすることで、これらのデータを取得するしかなかった。しかし、実験室でデータを取得する場合、被験者を長時間拘束する必要があり手間やコストがかかるといった問題点が生じていた。 Symptoms may be evaluated by evaluating heart rate and activity data only during rest or light exercise, but in the past, living in a specific controlled environment such as a laboratory, The only way to obtain these data is to create a state of rest in front of the measurer. However, when acquiring data in the laboratory, it has been necessary to restrain the subject for a long time, and there has been a problem that it takes time and cost.
また、実験室でデータを取得したり測定者の前でデータを取得したりすると、被験者によっては普段より緊張したり、逆に意識して落ち着いた状態を作ったりすることがあり、必ずしもデータが正しく取れないといったことがあった。 Also, when acquiring data in the laboratory or acquiring data in front of the measurer, some subjects may become more nervous than usual or conversely create a calm state. There was something that could not be taken correctly.
また、日常の特定行動をしたときや特定の場所にいたときに、症状が現れることがある場合には、実験室などの管理された環境でデータを取ることはできなかった。 In addition, data could not be collected in a controlled environment such as a laboratory if symptoms occurred when taking specific daily actions or at specific locations.
以上の課題を解決するために、本発明は、生体情報を時系列で取得し、時系列で取得された生体情報を統計的手法を用いて時間で分割することにより、生体情報を正しく評価することが出来る生体解析装置を提供することである。 In order to solve the above problems, the present invention acquires biological information in time series, and correctly evaluates biological information by dividing the biological information acquired in time series by time using a statistical method. It is providing the biological analysis apparatus which can be performed.
上述した課題を解決するために、本発明の生体解析装置は、被験者の生体情報を時系列に取得する生体情報取得手段と、前記生体情報取得手段により、時系列に取得された生体情報を解析する生体解析手段と、前記生体解析手段により解析された結果に基づいて、被験者の状態を評価する評価手段と、を備えた生体解析装置において、前記生体解析手段は、前記生体情報取得手段により取得された時系列のデータを、生体の時系列データにおいて、該データ内のある時刻τ以前とτ以降に分割し、各τにおいて、τ以前のデータとτ以降のデータの統計的な違いを算出し、違いが最大となる時刻で該データを分割して生体情報を解析する時間分割解析手段を有し、前記評価手段は、前記時間分割解析手段により分割されたそれぞれの時間に応じて、生体情報の時系列データを評価する手段であることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the biological analysis apparatus of the present invention analyzes biological information acquired in time series by biological information acquisition means that acquires biological information of a subject in time series, and the biological information acquisition means. A bioanalyzing device, and a bioanalytical apparatus comprising: an evaluation unit that evaluates a state of a subject based on a result analyzed by the bioanalytical unit, wherein the bioanalytical unit is acquired by the biometric information acquiring unit The time-series data is divided into the time-series data of the living body before the time τ and after τ in the data, and for each τ, the statistical difference between the data before τ and the data after τ is calculated. And time division analysis means for analyzing the biological information by dividing the data at the time when the difference is maximum, and the evaluation means is in accordance with each time divided by the time division analysis means. It is a means for evaluating time-series data of biological information.
また、本発明の生体解析装置において、前記生体情報は、体動の活動度、又は心拍であることを特徴とする。 In the biological analysis apparatus of the present invention, the biological information is an activity level of body movement or a heartbeat.
また、本発明の生体解析装置において、被験者の行動又は心理状態を入力する入力手段を更に備え、前記入力手段により入力された被験者の行動又は心理状態と、前記評価手段により評価された評価とを対応づけて記憶することを特徴とする。 The biological analysis apparatus according to the present invention further includes an input unit that inputs the behavior or psychological state of the subject, and the behavior or psychological state of the subject input by the input unit and the evaluation evaluated by the evaluation unit. It is characterized by being stored in association.
また、本発明の生体解析装置は、前記統計的手法として、t検定を用いることを特徴とする。 The biological analysis apparatus of the present invention, as the statistical method, which comprises using the t-test.
また、本発明の生体解析装置は、前記統計的手法として、χ2検定を用いることを特徴とする。 Further, the biological analysis apparatus of the present invention is characterized in that a χ 2 test is used as the statistical method.
本発明によれば、時系列に取得された被験者の生体情報を統計的手法を用いて時間を分割して解析し、それぞれの時間に応じて、生体情報の時系列データを評価することができる。そして、評価された内容に基づいて、生体解析装置の利用者は、被験者の症状が悪化したときの状況を知り、解析することができ、治療や診断を行うことができる。具体的な効果は以下のとおりである。 According to the present invention, the biological information of the subject acquired in time series can be analyzed by dividing the time using a statistical method, and the time series data of the biological information can be evaluated according to each time. . And based on the evaluated content, the user of the bioanalytical apparatus can know and analyze the situation when the subject's symptoms worsen, and can perform treatment and diagnosis. Specific effects are as follows.
まず、生体の時系列データを統計的手法を用いることで、比較的容易で明確な計算手法を用いて分割することが出来ることとなる。特に、心拍や活動度や脳波を用いて分割されていることで、そのときの行動や精神的状態と相関を持たせて、利用者は診断することが出来るようになる。 First, biological time-series data can be divided using a comparatively easy and clear calculation method by using a statistical method. In particular, the division using the heart rate, the activity level, and the electroencephalogram allows the user to make a diagnosis while correlating with the behavior and mental state at that time.
さらに、適当な時間に分割し、その時刻以前と以降の時系列データを統計的手法を用いて比較し、違いが最大となる時間を割り出すことで、さらに明確に時系列データを分割することが出来るようになる。 Furthermore, it is possible to divide the time series data more clearly by dividing it into appropriate time, comparing the time series data before and after that time using statistical methods, and determining the time when the difference is the maximum. become able to do.
また、分割した時間をさらに同じ手法を用いて分割することで、細かく行動の変化した時点を割り出すことが出来るようになった。分割した時刻を開始時刻として、特定の時間内で分割し、その分割した時刻を開始時刻にして同様の操作を繰り返すことにより、長時間の行動の変化でも細かく行動の変化した時点を割り出すことが出来る。 In addition, by dividing the divided time using the same method, it became possible to determine the time when the behavior changed finely. By dividing the divided time within a specific time as the start time and repeating the same operation with the divided time as the start time, it is possible to determine the time when the behavior changed finely even with long-term behavior changes. I can do it.
また、分割した時刻以前の時間、分割した以降の時間を、同じ手法で分割し、同様の操作を繰り返すことにより、高い精度で行動の変化した時点を見積もることができる。 In addition, the time before the divided time and the time after the divided time are divided by the same method, and the same operation is repeated, so that it is possible to estimate the time when the behavior has changed with high accuracy.
また、分割した時間に、行動や心理状態を後で記入することにより、評価する生体時系列データを取得した状況を正確に把握することが出来るようになり、より正確に生体の時系列データを評価することが出来る。 In addition, by entering the behavior and psychological state later at the divided time, it becomes possible to accurately grasp the situation where the biological time series data to be evaluated is acquired, and more accurately the time series data of the biological body Can be evaluated.
また、分割に使用する統計的手法として、t検定やχ2検定を用いることにより、高い精度で明確に分割することが出来る。 Further, as a statistical method used for the division, a t-test or a χ 2 test can be used to clearly divide with high accuracy.
続いて、本発明を適用した生体情報装置について、最も好適な例を図を用いて説明する。図1は、本発明を適用した場合に於ける生体解析装置10である。生体解析装置10は、心拍データ取得装置100と、加速度データ取得装置110と、生体情報解析装置120とを備えて構成されている。
Next, a most preferred example of the biological information device to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a
心拍データ取得装置100は、心拍センサ102と、送信回路104とを備えており、心拍センサ102で取得された被験者の心拍データを送信回路104を介して生体情報解析装置120に送信する。ここで、心拍センサ102が、被験者の心拍データを取得する方法は公知であり、その説明は省略する。
The heartbeat
加速度データ取得装置110は、加速度センサ112と、送信回路114とを備えており、加速度センサ112で取得した加速度データを、送信回路104を介して生体情報解析装置120に送信する。ここで、加速度センサ112が、加速度を検知し、加速度データとして取得する方法は公知であり、その説明は省略する。
The acceleration
また、心拍データ取得装置100、加速度データ取得装置110から生体情報解析装置120に各データを転送する方法は、有線による転送、電波や赤外線を使った無線による転送、生体を通してデータを転送する手法などさまざまな方法があるが、本実施例では、使用者にとって煩雑でなく、かつ一般に普及している電波によるデータ転送を想定している。
Further, methods for transferring each data from the heart rate
生体情報解析装置120は、心拍データ取得装置100から受信された心拍データ及び加速度データ取得装置110から受信された活動度のデータに基づいて解析する装置である。生体情報解析装置120は、受信回路122と、メモリ124と、生体解析回路126と、表示装置128とを備えて構成されている。
The biological
生体情報解析装置120の動作の概略を説明すると、まず、心拍データ取得装置100において取得された心拍のデータ及び加速度データ取得装置110において取得された加速度のデータが、受信回路122により受信される。そして、受信されたデータをメモリ124に保存する。
The outline of the operation of the biological
生体情報解析装置120は、メモリ124に保存されている心拍のデータ、加速度のデータを読み込み、そのデータを生体解析回路126において解析する。詳細は後述するが、心拍のデータからrr−intarvalを、加速度のデータから活動度を所定の分割された時間に基づいて算出する。そして、データを解析した結果をメモリに保存し、結果等を表示装置128に表示する。なお、表示装置はテキストや絵を表示可能な液晶や、有機ELディスプレイ等を想定しているが、例えば、利用者に緊急に伝える必要があれば、バイブレーションや音による呼び出しも行ってよい。
The biological
図2は、生体解析装置10を携帯電話に組み込んだ場合に於ける外観の一例である。例えば、携帯電話201は、折りたたみ式で、パーツはパーツ202とパーツ203とに分かれている。ここで、携帯電話201には、まず生体解析装置10が備えられており、さまざまな生体信号を処理することが出来ることである。したがって、携帯電話201には、生体情報を受信する受信機器が備わっている。
FIG. 2 is an example of an appearance when the
なお、図1の生体解析装置10では、メモリ124や表示装置128を別に備えていることとして説明したが、これらは、携帯電話がもともと持っているメモリや、表示装置等と共有すればよい。そうすることで、大幅なコストアップを避けることが出来、更に高い携帯性を保つことが可能となる。なお、上記本発明に係る部分以外の点で、一般の携帯電話と大きく異なったところはない。パーツ202は携帯電話操作用のキーが何点か並んでおり、パーツ203は携帯電話表示部分となっている。
1 has been described as including the
通常、使用しないときは図2(a)の如く閉じた状態にし、使用者はポケットなどに普段はしまっておけばよい。使用者が携帯電話を使用するときや生体解析装置の結果を確認するとき、または自分の情報を入力するときには、図2(a)の状態から図2(b)の状態を経て図2(c)の状態まで携帯電話を開いて使用することとなる。 Usually, when not in use, it is closed as shown in FIG. 2 (a), and the user usually keeps it in a pocket or the like. When the user uses a mobile phone, confirms the result of the biological analysis device, or inputs his / her information, the state shown in FIG. 2 (a) is passed through the state shown in FIG. 2 (b). ) The mobile phone is opened until it is used.
図3は本発明品を装着する場合の一例を示したものである。利用者は、心拍データ取得装置301を胸に巻き、加速度センサが内蔵された加速度データ取得装置302を手首に巻き、生体解析装置を内蔵した携帯電話303をズボンのポケットに入れている。本実施形態においては、心拍データ取得装置を胸に巻くことを前提にしているが、この箇所に限定される訳ではなく、例えば手首や指、耳などから取得する方法でも良い。
FIG. 3 shows an example when the product of the present invention is mounted. The user wraps the heart rate
また、本実施形態においては、加速度データ取得装置302を手首に巻いているが、身体の加速度データを取得する箇所は、腰や胸、足などさまざまな箇所が考えられる。本実施形態においては、例えば、睡眠の判定などでよく用いられる手首の加速度を取得することとして説明する。
Further, in the present embodiment, the acceleration
なお、心拍データ取得装置と、加速度データ取得装置は、別々に構成されても良いし、同じ筐体にハウジングして、センサ搭載機器の装着箇所として、手首で心拍と加速度の両方を取得するとしても良い。また、直接加速度センサの内蔵された携帯電話なども用いることとしても良い。 Note that the heart rate data acquisition device and the acceleration data acquisition device may be configured separately, or are housed in the same housing and acquire both heart rate and acceleration at the wrist as a mounting location of the sensor-equipped device. Also good. A mobile phone with a built-in direct acceleration sensor may be used.
次に、受信された生体情報を生体解析回路126が解析する場合の仕組みについて、図を用いて説明する。生体解析回路126は、活動データを統計的手法により、時間で分割し、生体情報を解析する。図4はある時間における活動度を示した図である。横軸に時間を取り、縦軸に手首の活動度(Zero Crossing Data)を取っている。ここで、実線501が被験者の活動度を示し、点線502が統計的手法(t検定)により計算したパラメータを示し、破線503が統計的手法(Kolmogorov−Smirnov検定:ks検定)により計算したパラメータである。
Next, a mechanism when the
図4で示す活動度は、データ取得開始からしばらく歩行をし続け、時刻t1において席に着いて何らかの作業を行った被験者の体動である。すなわち、時刻t1までは平均すると50前後の高い活動度を示しているが、この時間は常に歩行を続けていることを示している。時刻t1以降は活動度が上下に変化しているが、歩行をやめて作業などをしている状態であり、手を動かした時は高い値を示し、安静時には低い値を示している。 The activity shown in FIG. 4 is the body movement of the subject who has continued walking for a while from the start of data acquisition and has taken some work while sitting at the seat at time t 1 . That is, until the time t 1 , on average, a high activity level of around 50 is shown, but this time shows that walking is always continued. After time t 1, the activity level has changed up and down, but it is a state where the user stops walking and is working, showing a high value when moving his hand and a low value when resting.
身体活動を解析するに当たっては、何時から何時までどんな活動を続けていたかを知る必要があるが、活動度の大きさだけではその変化する点を見つけるのは難しい。また、その変化はグラフを目視することである程度予測はつけられるが、明確な判断基準がなく、また大量にデータがある場合は目視による判断では追いつかない。本発明では、以下二種類のうちのいずれかの方法で説明する統計的手法(t検定、ks検定)を取る事により、活動の変化があった時刻t1を推定する。 In analyzing physical activity, it is necessary to know what kind of activity was continued from what time to what time, but it is difficult to find the changing point only by the level of activity. The change can be predicted to some extent by visually observing the graph, but there is no clear judgment criterion, and when there is a large amount of data, the judgment cannot be caught by visual observation. In the present invention, the time t 1 when the activity has changed is estimated by taking a statistical method (t test, ks test) described in one of the following two methods.
[t検定による方法]
まず、指定した範囲(時刻τ0[秒]から時刻τend[秒])内において、以下のようにして時刻τ[秒]におけるt検定の値ttest(τ)を算出する。
First, within a specified range (from time τ 0 [second] to time τ end [second]), a t-test value ttest (τ) at time τ [second] is calculated as follows.
上記の計算方法で計算したttest(τ)は、時刻τ以前と時刻τ以降で、どれだけ行動に差があったかを示す値である。したがって、ttest(τ)をτ0〜τendまで計算し、ttestが最大となるところが、区間τ0〜τendで最も行動が変化した時点となる。 The ttest (τ) calculated by the above calculation method is a value indicating how much the behavior is different before the time τ and after the time τ. Therefore, ttest (τ) is calculated from τ 0 to τ end , and the place where ttest is maximized is the time when the behavior changes most in the interval τ 0 to τ end .
[ks検定による方法]
まず、指定した範囲(時刻τ0[秒]から時刻τend[秒])内において、以下のようにして時刻τ[秒]におけるks統計量ks(τ)を算出する。
First, within the specified range (from time τ 0 [second] to time τ end [second]), the ks statistic ks (τ) at time τ [second] is calculated as follows.
図4の活動度(実線501)に対して、上記の手法でttest(τ)の値をプロットしたのが、図4の点線502であり、P(τ)の値をプロットしたのが、図4の破線503である。これを見ると、いずれの計算方法を取っても、被験者が歩行から作業に行動を移した時点t1で、P(τ)及びttest(τ)が最大になっていることがわかる。以上の方法をとることで、行動の変化した時点t1が算出できる。
The value of ttest (τ) is plotted by the above method with respect to the activity level (solid line 501) in FIG. 4 is a dotted
t検定による方法、ks検定による方法のいずれの手法を用いても高い精度で行動の変化した点を見つけることができるので結果に大きな違いは生じない。ただし、t検定を用いたほうは比較する値のばらつきが大きくても同程度の精度で得られるが、ks検定による方法は比較する値がばらつくと、ばらつきに応じて精度も異なる。体動のように「0」〜「100」あたりまで広く変化する場合は、t検定の方が適していると考えられ、rr−intervalのように約1秒前後に集中する場合は、ks検定が適していると考えられ、状況に応じて使い分けるのが良い。 Even if the method using the t test or the method using the ks test is used, a point where the behavior has changed can be found with high accuracy, so that there is no significant difference in the results. However, the t-test method can be obtained with the same degree of accuracy even if the value to be compared has a large variation. However, if the method to be compared varies, the accuracy varies depending on the variation. The t-test is considered more suitable when it varies widely from “0” to “100”, such as body movement, and the ks test when concentrated around 1 second, such as rr-interval. Is considered appropriate and should be used according to the situation.
なお、図4は、ひとつの行動から別の行動に一度だけ変化した時点を取り上げたが、人の行動は一日に何度も変化する。そのように変化した時点を検出する2つの方法を、図5及び図6を用いて説明する。まず、第一の手法は、時間を追って変化した点を知ることができ、リアルタイム性が有効な携帯機器などに乗せるときに有効な方法で、図5を用いて説明する。第二の手法は、行動の変化の大きい順に変化した時点を探す方法で、高い精度を求めるときなどに有効な方法で、図6を用いて説明する。 In addition, although FIG. 4 picked up the time of changing from one action to another action only once, a person's action changes many times a day. Two methods for detecting the time of such change will be described with reference to FIGS. First, the first method is a method that can be used to know a point that has changed over time, and is effective when it is mounted on a portable device or the like that is effective in real time, and will be described with reference to FIG. The second method is a method of searching for the time points where the behavior changes in descending order, and is effective when high accuracy is required, and will be described with reference to FIG.
[第一の手法]
図5(a)は被験者が睡眠した状態から始まり、時刻t2で起床した後しばらく活動度の低い行動を続け、時刻t3に移動のために歩行を始めた行動例を示している。以上のように、行動が2回変化した時の行動の変化を検出する方法を以下に示す。
[First method]
FIG. 5A shows an example of behavior in which the subject starts sleeping and continues to act with low activity for a while after getting up at time t 2 and then starts walking for movement at time t 3 . As described above, a method for detecting a change in behavior when the behavior changes twice will be described below.
データの先頭から30分以内で、行動の変化があった時点を図4と同様の方法で調べる。図5(b)は、図5(a)の先頭から30分の体動データを実線で、ttest(τ)値を点線で示している。すると、ttest(τ)は時刻t2で最大の値をとり、一回目の行動の変化があった時点であるとわかる。 The point in time when the behavior has changed within 30 minutes from the beginning of the data is examined by the same method as in FIG. FIG. 5B shows the body movement data for 30 minutes from the top of FIG. 5A by a solid line and the ttest (τ) value by a dotted line. Then, ttest (τ) takes the maximum value at time t 2 , and it can be understood that it is the time when the first action change occurred.
次に、時刻t2を出発点として、30分以内で行動に変化があった時点を同様に調べる。図5(c)は、図5(a)の時刻t2から30分の体動データを実線で、ttest(τ)値を点線で示している。同様に、時刻t3でttest(τ)値が最大を示しており、二回目の行動の変化があった時点であることがわかる。同様の手法は、さらに長い時間のデータでも実行可能であり、リアルタイムに計算することもできる。 Next, starting from time t 2 , the time point when the behavior has changed within 30 minutes is similarly examined. FIG. 5C shows the body movement data for 30 minutes from time t 2 in FIG. 5A by a solid line and the ttest (τ) value by a dotted line. Similarly, at time t 3 , the ttest (τ) value shows the maximum value, and it can be seen that this is the time when the second action change occurred. A similar technique can be executed with data of a longer time and can be calculated in real time.
本実施形態においては、30分以内を基準に行動の変化した時点を探したが、30分に限定する必要はない。さらに細かい行動の変化を見る必要がある場合は、30分以下の時間で探すことも考えられ、逆に行動の荒い変化を見る場合は、30分以上の時間で探すことが考えられ、状況に応じて修正してよい。 In the present embodiment, the time point when the behavior changes is searched for within 30 minutes, but it is not necessary to limit to 30 minutes. If you need to see more detailed changes in behavior, you can search in less than 30 minutes. Conversely, if you want to see rough changes in behavior, you can search in more than 30 minutes. You may modify it accordingly.
また、図5(a)〜図5(c)での説明では、ttest(τ)値が最大となった時刻で、行動の変化があったかどうかを判断したが、それに加えてttest(τ)の最大値で行動の変化があったかどうかを判断する基準としてもよい。ttest(τ)は、時刻τ以前と時刻τ以降で行動の差を示すものであり、たとえピークであっても、必ずしも行動に変化があったことにはならない。たとえば、時刻t2は、睡眠時から安静時に行動が変化した時点を示した時刻でありその行動の差は小さいが、時刻t3は安静から歩行に行動が変化した時刻であり、その行動の差は大きい。それぞれのピーク値は、時刻t2で約30であり、時刻t3で約90であり、行動の差に比例した値を示している。 In the description of FIGS. 5A to 5C, it is determined whether or not there is a change in behavior at the time when the ttest (τ) value becomes maximum. It may be a criterion for judging whether or not there is a change in behavior at the maximum value. ttest (τ) indicates a difference in behavior before time τ and after time τ, and even if it is a peak, the behavior does not necessarily change. For example, time t 2 is the time when the behavior changes from sleep to rest and the difference in behavior is small, but time t 3 is the time when the behavior changes from rest to walking, The difference is big. Each peak value is about 30 at time t 2 and about 90 at time t 3 , indicating a value proportional to the difference in behavior.
従って、もし、睡眠と安静の区別が必要でない場合は、ピークの値がたとえば60以上で初めて行動に変化があったとすることで、図5(c)のような例で睡眠・安静と歩行の変化を知ることができる。 Therefore, if it is not necessary to distinguish between sleep and rest, it is assumed that there is a change in behavior for the first time when the peak value is, for example, 60 or more. You can see changes.
[第二の手法]
図6(a)は図5(a)と同じデータであり、ttest(τ)の値をデータの先頭から最後までの値をもとに計算し、点線で示している。すると、ttest(τ)は時刻t3で最大の値をとっており、図6(a)で示す体動は時刻t3でもっとも顕著に変化している。ここで、時刻t3で二つの区間(区間A:先頭〜t3、区間B:t3〜最後)に分割する。分割した二つの区間のうち、30分以上の時間を持つ区間Aのデータでttest(τ)を計算し、次に顕著に変化のあった時刻t2をその次に行動の変化があった時刻とする。上記のような手法を繰り返すことにより、行動が2回以上変化した時の行動の変化を検出することができる。また、上記の手法は行動の変化が顕著に現れた順に、変化した時刻を特定するので、高い精度で行動に変化があった時点を知ることができる。
[Second method]
FIG. 6A is the same data as FIG. 5A, and the value of ttest (τ) is calculated based on the values from the beginning to the end of the data and is indicated by a dotted line. Then, ttest (τ) has taken the largest value at time t 3, the body movement shown in FIG. 6 (a) has changed most markedly at time t 3. Here, two sections at time t 3 (section A: top ~t 3, section B: t 3 ~ last) is divided into. Ttest (τ) is calculated from the data of section A having a time of 30 minutes or more out of the two divided sections, and the next time t 2 when the change is noticeable is the next time the action changes. And By repeating the method as described above, it is possible to detect a change in behavior when the behavior changes twice or more. In addition, the above method specifies the time of change in the order in which the change of behavior appears prominently, so it is possible to know the time when the behavior has changed with high accuracy.
なお、本実施形態においては、30分以上の区間に対して、ttest(τ)を用いたが、30分に限定する必要はない。さらに細かい行動の変化を見る必要がある場合は、30分以下の時間で探すことも考えられ、逆に行動の荒い変化を見る場合は、30以上の時間で探すことが考えられ、状況に応じて修正してよい。 In the present embodiment, ttest (τ) is used for a section of 30 minutes or longer, but it is not necessary to limit to 30 minutes. If you need to see more detailed changes in behavior, you can search in less than 30 minutes. Conversely, if you want to see rough changes in behavior, you can search in more than 30 hours. You can correct it.
また、データの継続する時間を分割する区間の判断基準とせず、ttest(τ)の最大値を分割する区間の判断基準としてもよい。たとえば、もし、睡眠と安静の区別が必要でない場合は、ピークの値がたとえば60以下となるまで分割を繰り返すという方法をとると、図6(b)では分割しないと判断し、行動の変化が時刻t3のみであるという手段も取れる。 Moreover, it is good also as a judgment criterion of the area which divides | segments the maximum value of ttest ((tau)) instead of using the judgment time of the area which divides | segments the data continuation time. For example, if it is not necessary to distinguish between sleep and rest, if the method of repeating the division until the peak value becomes 60 or less, for example, it is determined that the division is not divided in FIG. A measure of only time t 3 can also be taken.
なお、いずれの手法もt検定による手法で説明したが、ks検定による手法で同様の計算は可能である。 In addition, although both methods were demonstrated by the method by t test, the same calculation is possible by the method by ks test.
図8は本発明品を装着した被験者の身体活動を示している。図8(a)は図5及び図6で示した体動データと同じで縦軸に活動度をとり、横軸に時間をとっている。図8(b)は、縦軸に心拍のrr−intervalをとり、横軸には図8(a)と同じスケールで時間をとっている。rr−intervalは、値が大きいほど単位時間当たりに拍動する心拍数が少ないことを意味する。 FIG. 8 shows the physical activity of a subject wearing the product of the present invention. FIG. 8A is the same as the body movement data shown in FIGS. 5 and 6 and shows the activity on the vertical axis and the time on the horizontal axis. In FIG. 8B, the vertical axis represents the rr-interval of the heartbeat, and the horizontal axis represents time on the same scale as FIG. 8A. rr-interval means that the larger the value, the smaller the heart rate that beats per unit time.
図8(a)及び図8(b)に破線で示した時刻は、図5(a)〜図5(c)で説明した第一の手法を用いて分割した時刻である。この分割した時刻に、被験者は行動の変化を行っている。例えば時刻t82は運動から安静へと変化した時刻を示す。図8(a)と図8(b)とを比較すると、時刻t81〜t82の区間は、活動状態から運動状態に変化し、活動動度は非常に高く、それに応じて、rr−intervalは周辺の時間よりも低い値を示している。これは、運動により心拍数が上がっていることを示しており、被験者のrr−intervalを評価する場合は、運動中であることを前提に評価する必要がある。 The times indicated by broken lines in FIGS. 8A and 8B are times divided using the first method described in FIGS. 5A to 5C. At this divided time, the subject is changing his / her behavior. For example, time t82 indicates the time when the exercise changes to rest. Comparing FIG. 8 (a) and FIG. 8 (b), the interval from time t81 to t82 changes from the active state to the exercise state, and the activity activity is very high. Accordingly, rr-interval is The value is lower than the time. This indicates that the heart rate has increased due to exercise, and when evaluating the subject's rr-interval, it is necessary to perform the evaluation on the premise that the subject is exercising.
一方、時刻t83〜t84、時刻t85〜t86、時刻t87以降のそれぞれの区間は、いずれもほとんど同じレベルで活動度が低く、被験者が安静にしていることを示している。しかし、rr−intervalの変化を見ると、時刻t85〜t86の区間のみ、周囲の値に比べて低く、運動時並の低下を示している。これは、何らかの心臓の疾患の兆候を表している可能性があるので、安静時であることを前提に被験者のrr−intervalを評価する。しかし、活動度と心拍だけでは疾患かどうかの判断がつかないため、同時に被験者の置かれている状況を記入する。 On the other hand, each of the sections from time t83 to t84, time t85 to t86, and time t87 is almost the same level, and the activity level is low, indicating that the subject is resting. However, when looking at the change in rr-interval, only the interval from time t85 to t86 is lower than the surrounding values, indicating a decrease in average during exercise. Since this may represent any sign of heart disease, the subject's rr-interval is evaluated assuming that it is at rest. However, since it is not possible to determine whether the disease is caused by the activity level or heart rate alone, the situation where the subject is placed is entered at the same time.
本実施形態では、一例として、計算した区間の活動度が平均「15」以下で、かつrr−intervalが「700」を下回ったときに、その区間に何をしていたかを携帯電話で入力する。たとえば、忘れ物などを思い出し、焦りが生じた結果rr−intervalが低くなったのであれば問題ないが、何も心理的変化がないのに、rr−intervalが低くなったのであれば、心疾患の可能性がある。また、電車や人ごみの中にいたために、rr−intervalが低くなった場合は、パニック障害などの心身症である可能性が高い。 In the present embodiment, as an example, when the activity of the calculated section is an average of “15” or less and the rr-interval is less than “700”, what is being done in the section is input by the mobile phone. . For example, if the rr-interval is low as a result of remembering forgetfulness and irritability, there is no problem. However, if there is no psychological change, but the rr-interval is low, there is no heart disease. there is a possibility. In addition, if the rr-interval is low due to being in a train or a crowd, there is a high possibility of a psychosomatic disorder such as a panic disorder.
具体的に、生体解析装置120の動作を図9の動作フローを用いて説明する。まず、心拍データ取得装置100から心拍データを、加速度データ取得装置110から加速度データをそれぞれ取得する(ステップS100)。続いて、取得されたデータに基づいて、生体解析回路126は、被験者の活動度及びrr−intarvalを算出する(ステップS102)。ここで、活動度及びrr−intarvalを算出する方法としては、上述した各方法のいずれかが用いられることとなる。
Specifically, the operation of the
続いて、被験者の状態を評価する。具体的に、まず、ステップS102において算出された活動度が平均「15」以下であるか否かを判定する(ステップS104)。ここで、活動度の平均が「15」以下の場合は(ステップS104;Yes)、続いてrr−intarvalが平均「700」以下であるか否かを判定する(ステップS106)。そして、rr−intarvalの平均が「700」以下の場合は(ステップS106;Yes)、表示装置128に被験者の状態を入力させる画面を表示し、被験者の状態を入力させる(ステップS108)。入力された被験者の状態と、算出された活動度、rr−intarvalとが対応づけてメモリ124に記憶される。
Subsequently, the condition of the subject is evaluated. Specifically, first, it is determined whether or not the activity level calculated in step S102 is an average “15” or less (step S104). Here, when the average of activity is “15” or less (step S104; Yes), it is subsequently determined whether or not rr-interval is “700” or less (step S106). When the average of rr-interval is “700” or less (step S106; Yes), a screen for inputting the state of the subject is displayed on the
生体解析装置10の使用者は、図3に従って本発明品を装着し日常生活を送る。被験者の体動(活動度)およびrr−intervalは、定期的に携帯電話303に送られ、携帯電話303はデータを受け取るたびに上記説明した方法で時系列データの解析を行い、rr−intervalの時系列データを分割する。分割したそれぞれのrr−intervalのデータに対して、異常の可能性がある場合(たとえば、図8(a)における時刻t85〜86の区間など)は、その時間に何をしていたか、どういうところにいたか、どういう心理状態にあったか、などの質問を行う。図9は、何をしていたかを問う質問例で、「食事」「運動」「乗り物による移動」「その他」の中から選ぶようになっている。もし、たとえば「乗り物による移動」を選択し、使用者が安静にしていたにもかかわらずrr−intervalが低い値を示した場合、乗り物酔いやパニック障害などの可能性が考えられる。さらに質問を繰り返し、rr−itnervalや体動の解析を繰り返すことにより、より高い精度で細かく診断が可能となる。ここで得られた診断結果は、後に医療機関で診察の際役立てることができるし、またその場ですぐに医療機関に警告を発することもできる。また、その場で自己による治療(認知行動療法)を行うことも考えられる。
The user of the
[変形例]
本実施形態においては、体動の特に活動度を用いてrr−intervalの時間の分割を行い、日常生活におけるrr−intervalの変化をみて、兆候の発見や病状の診断を可能としたが、変化を見るための生体情報として活動度に限る必要はなく、たとえば脳波などを用いて行うことで、同様に心理的な変化から評価することとしても良い。
[Modification]
In this embodiment, the time of rr-interval is divided using the activity level of body movement, and the change of rr-interval in daily life is made possible to detect signs and diagnose the medical condition. It is not necessary to limit the degree of activity as biometric information for viewing, and it is also possible to evaluate from a psychological change by using, for example, an electroencephalogram.
また、本実施形態における生体解析装置10は、何も兆候の発見や病状の診断に使うだけではなく、行動の備忘録として使うことも可能である。たとえば、自分がどの程度時間をかけてプレゼンテーションを行ったかどうかを体動または心拍から行動や心理の変化する時間をもとに、後から割り出すことができる。
In addition, the
また、行動や心理の変化は、体動、心拍(またはrr−interval)、脳波以外にも、短時間に変化する身体の特徴であれば、適応可能である。たとえば、眼球の動き、まばたきの回数、体表面電導度、発汗量、体温なども心理的な変化や行動と密接に関連しており、類似した効果が得られると考えられる。 In addition to body movements, heartbeats (or rr-intervals), and electroencephalograms, changes in behavior and psychology can be applied as long as the body features change in a short time. For example, the movement of the eyeball, the number of blinks, the body surface conductivity, the amount of sweat, the body temperature, etc. are closely related to psychological changes and actions, and it is considered that similar effects can be obtained.
10 生体情報装置
100 心拍データ取得装置
102 心拍センサ
104 送信回路
110 加速度データ取得装置
112 加速度センサ
114 送信回路
120 生体情報解析装置
122 受信回路
124 メモリ
126 生体解析回路
128 表示装置
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記生体情報取得手段により、時系列に取得された生体情報を解析する生体解析手段と、
前記生体解析手段により解析された結果に基づいて、被験者の状態を評価する評価手段と、
を備えた生体解析装置において、
前記生体解析手段は、前記生体情報取得手段により取得された時系列のデータを、生体の時系列データにおいて、該データ内のある時刻τ以前とτ以降に分割し、各τにおいて、τ以前のデータとτ以降のデータの統計的な違いを算出し、違いが最大となる時刻で該データを分割して生体情報を解析する時間分割解析手段を有し、
前記評価手段は、前記時間分割解析手段により分割されたそれぞれの時間に応じて、生体情報の時系列データを評価する手段であることを特徴とする生体解析装置。 Biological information acquisition means for acquiring biological information of the subject in time series;
Biological analysis means for analyzing biological information acquired in time series by the biological information acquisition means;
Based on the result analyzed by the biological analysis means, evaluation means for evaluating the state of the subject,
In a biological analysis apparatus equipped with
The biological analysis unit divides the time series data acquired by the biological information acquisition unit into a time series data of the living body before and after a certain time τ in the data, and at each τ, before τ. Calculating a statistical difference between the data and the data after τ, dividing the data at a time when the difference is maximum, and analyzing the biological information;
The biological analysis apparatus characterized in that the evaluation means is means for evaluating time-series data of biological information according to each time divided by the time division analysis means.
前記入力手段により入力された被験者の行動又は心理状態と、前記評価手段により評価された評価とを対応づけて記憶することを特徴とする請求項1又は2に記載の生体解析装置。 It further comprises input means for inputting the subject's behavior or psychological state,
The biological analysis apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the behavior or psychological state of the subject input by the input unit and the evaluation evaluated by the evaluation unit are stored in association with each other.
被験者の生体情報を時系列に取得する生体情報取得機能と、
前記生体情報取得機能により、時系列に取得された生体情報を解析する生体解析機能と、
前記生体解析機能により解析された結果に基づいて、被験者の状態を評価する評価機能と、
を実現させるプログラムであって、
前記生体解析機能は、前記生体情報取得機能により取得された時系列のデータを、生体の時系列データにおいて、該データ内のある時刻τ以前とτ以降に分割し、各τにおいて、τ以前のデータとτ以降のデータの統計的な違いを算出し、違いが最大となる時刻で該データを分割して生体情報を解析する時間分割解析機能を有し、
前記評価機能は、前記時間分割解析機能により分割されたそれぞれの時間に応じて、生体情報の時系列データを評価する機能を実行させることを特徴とするプログラム。 On the computer,
A biological information acquisition function for acquiring biological information of the subject in time series,
A biological analysis function for analyzing biological information acquired in time series by the biological information acquisition function;
Based on the result analyzed by the biological analysis function, an evaluation function for evaluating the state of the subject,
Is a program that realizes
The biological analysis function divides the time series data acquired by the biological information acquisition function into a time series data of a living body before and after a certain time τ in the data, and at each τ, before τ Calculates the statistical difference between the data and the data after τ, and has a time division analysis function for analyzing the biological information by dividing the data at the time when the difference is maximum ,
The evaluation function causes a function to evaluate time-series data of biological information according to each time divided by the time division analysis function.
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