JP5306017B2 - リラクセーション判定装置 - Google Patents

Description

この発明は、被験者がリラックスした状態にあるか否かを客観化するための技術に関する。

従来、被験者がリラックスしているか否かを判定するためには、図１に示すような質問シートに回答してもらうことにより行っていた。各項目について、被験者が該当する度合いを選択して記入することで、リラックスの度合いを判断できるようにしたものである。

一方、心電図などの生体情報を計測し、これに基づいてストレスやリラックスの度合いを判断する技術も提案されている。

特許文献１は、心電図のＲ−Ｒ間隔のＨＦ成分に基づいて、被験者のストレスの大小を計測する装置を開示している。

特許文献２は、心電図からＬＦ成分／ＨＦ成分を算出し、これに基づいて緊張感／疲労感を判断する方法を開示している。

特許文献３は、心拍動の間隔の標準偏差に基づいて、リラクセーション測定値を決定することを開示している。

特許文献４は、ＲＲ間隔の周波数変動と呼吸周期の変動とに基づいて、リラックス状態を測定する方法を開示している。

特許文献５は、心拍変動を周波数解析してＬＦ成分／ＨＦ成分を算出し、これに基づいて肩こりであるか否かを判断する方法を開示している。

特開２００７−１６７０９１ 特開２００７−１３９４９９ 特開２００６−６９４４ 特開２００５−３１９２５６ 特開２０００−１６６８７９

しかしながら、質問シートによる方法では、質問を理解しこれに答えること自体が、被験者のリラックス度に大きな影響を与える可能性があり、客観的な測定は困難である。特に、測定精度を高めるために質問を増加させればさせるほど、上記の問題が顕著になるというジレンマがある。

また、特許文献１、２、５は、それぞれ、ストレス、緊張感／疲労感、肩こりを測定するものであり、直接的にリラックスを計測するものではない。仮に、これらがリラックスの計測に応用できるとしても、被験者のリラックス度合いを正確に反映しているかどうかは、必ずしも明確ではない。リラクセーションに言及する特許文献３、４についても同様に、被験者のリラックス度合いを正確に反映しているかどうかは、必ずしも明確ではない。

この発明の各側面を以下に示す。

(1)この発明に係るリラクセーション判定装置は、測定部によって測定された心電情報を取得する心電情報取得部と、前記心電情報の波高関連値に関するゆらぎに基づいて、被験者がリラックスしているか否かを判断するリラクセーション判断手段と、リラクセーション判断手段による判断結果を出力する出力手段とを備えている。

したがって、心電情報に基づいて、客観的に迅速に被験者がリラックスしているか否かを判定することができる。

(2)この発明に係るリラクセーション判定装置は、波高関連値に関するゆらぎが、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波もしくはＳＴの波高関連値のゆらぎであることを特徴としている。

(3)この発明に係るリラクセーション判定装置は、リラクセーション判断手段が、前記心電情報の波高関連値に関するゆらぎと前記心電情報の波形特徴点の間隔のゆらぎの双方に基づいて、被験者がリラックスしているか否かを判断することを特徴としている。

したがって、より正確にリラックスしているか否かを判定することができる。

(4)この発明に係るリラクセーション判定装置は、リラクセーション判断手段が、時系列データとして得られた前記波高関連値を周波数解析する波高関連値周波数解析手段と、前記波高関連値周波数解析手段によって得られた波高関連値の周波数成分に基づいてＬＦ成分を算出して波高関連値ＬＦ成分とする波高関連値ＬＦ成分算出手段とを備え、前記波高関連値ＬＦ成分を波高関連値のゆらぎの特徴として得ることを特徴としている。

(5)この発明に係るリラクセーション判定装置は、リラクセーション判断手段が、前記波高関連値ＬＦ成分が減少した場合に、リラックスしていると判定することを特徴としている。

(6)この発明に係るリラクセーション判定装置は、リラクセーション判断手段が、時系列データとして得られた前記心電情報の波形特徴点の間隔を周波数解析する間隔周波数解析手段と、前記間隔周波数解析手段によって得られた波形特徴点の間隔の周波数成分に基づいてＨＦ成分を算出して間隔ＨＦ成分とする間隔ＨＦ成分算出手段とを備え、前記間隔ＨＦ成分を間隔のゆらぎの特徴として得ることを特徴としている。

(7)この発明に係るリラクセーション判定装置は、リラクセーション判断手段が、前記波高関連値ＬＦ成分が減少し、前記間隔ＨＦ成分が実質的に変化しない場合に、被験者がリラックスしていると判断することを特徴としている。

(8)この発明に係るリラクセーション判定装置は、リラクセーション判断手段が、前記波高関連値ＬＦ成分が実質的に変化せず、前記間隔ＨＦ成分が増大した場合に、被験者がリラックスしていると判断することを特徴としている。

(9)この発明に係るリラクセーション判定装置は、リラクセーション判断手段が、前記波高関連値ＬＦ成分が減少し、前記間隔ＨＦ成分が増大した場合に、被験者がリラックスしていると判断することを特徴としている。

この発明において「測定部」とは、測定対象の心電波形を測定する機能を有するものをいい、心電計などがこれに該当する。実施形態においては、図３のＥＣＧ電極２０、増幅アンプ２２がこれに該当する。

「リラクセーション判断手段」は、実施形態においては、図４のステップＳ３〜Ｓ７、図５のステップＳ８〜Ｓ１１がこれに対応する。

「間隔周波数解析手段」は、実施形態においては、図４のステップＳ５、Ｓ６がこれに対応する。

「間隔波形ＨＦ成分算出手段」は、実施形態においては、図４のステップＳ７がこれに対応する。

「波高関連値周波数解析手段」は、実施形態においては、図５のステップＳ８、Ｓ９がこれに対応する。

「波高関連値ＬＦ成分算出手段」は、実施形態においては、図５のステップＳ１０がこれに対応する。

「出力手段」とは、判断結果を何らかの形式で出力する機能を有するものをいい、ディスプレイ、プリンタ、他のコンピュータ、記録媒体などに対する出力を行うものや送信するための通信部を含む概念である。

「心電情報」とは、心電波形データだけでなく、心電波形の特徴部分の値などを含む概念である。

「波高関連値」とは、波高ピーク、波高平均値、波形面積のいずれかをいうものである。実施形態では、Ｐ波の波高値、Ｑ波の波高値、Ｒ波の波高値、Ｓ波の波高値、Ｔ波の波高値もしくはＳＴの波高値がこれに該当する。

「心電情報取得部」とは、測定部からの信号を受ける回路、記録媒体からのデータを読み出すドライブ、通信によって送られてくるデータを受信する受信部などを含む概念である。

「ゆらぎ」とは、値の時間的変動をいうものである。

「Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波もしくはＳＴの特徴値のゆらぎ」とは、Ｐ波などを特徴付ける特徴値（ピーク値や平均値など）のゆらぎをいう。

「プログラム」とは、ＣＰＵにより直接実行可能なプログラムだけでなく、ソース形式のプログラム、圧縮処理がされたプログラム、暗号化されたプログラム等を含む概念である。

質問シートの例である。 この発明の一実施形態によるリラクセーション判定装置の機能ブロック図である。 リラクセーション判定装置をＣＰＵを用いて実現した場合のハードウエア構成である。 リラクセーション判定プログラムのフローチャートである。 リラクセーション判定プログラムのフローチャートである。 心電波形を示す図である。 ハードディスク３２に記録された一拍ごとのデータを示す図である。 ハードディスク３２に記録された５秒間の平均のデータを示す図である。 ＲＲ間隔、Ｒ波高値のスプライン補完を示す図である。 ＬＦ成分とＨＦ成分の算出を示す図である。 リラクセーション判定装置の実測例データを示す図である。 リラクセーション判定装置の実測例データを示す図である。 判定例を示す図である。 密閉式足浴の方法を示す図である。 実測例グラフを示す図である。 実測例グラフを示す図である。 実測例グラフを示す図である。 実測例グラフを示す図である。 実測例グラフを示す図である。 実測例グラフを示す図である。 実測例グラフを示す図である。 実測例グラフを示す図である。 sIgA値、血清CO値の測定データである。 ＲＲ間隔のＬＦ成分／ＨＦ成分の算出値を示す図である。 ＲＲ間隔のＬＦ成分／ＨＦ成分の算出値を示す図である。 ＲＲ間隔のＬＦ成分／ＨＦ成分の算出値を示す図である。 ＲＲ間隔のＬＦ成分／ＨＦ成分の算出値を示す図である。 実測例グラフを示す図である。 実測例グラフを示す図である。 実測例グラフを示す図である。 実測例グラフを示す図である。 実測例グラフを示す図である。 実測例グラフを示す図である。 実測例グラフを示す図である。 実測例グラフを示す図である。 実測例グラフを示す図である。

１．機能ブロック図
図２に、この発明の一実施形態によるリラクセーション判定装置の機能ブロック図を示す。心電情報取得部２は、被験者の心電図情報を取得する。

波高関連値取得手段１０は、得られた心電図に基づいて、波高関連値（たとえばＲ波のピーク値（Ｒ波高値））を各周期ごとに取得する。なお、波高関連値取得手段１０は、予め波高関連値の含まれたデータを取得しても良いし、心電図データに基づいて波高関連値を算出することによってこれを取得しても良い。波高関連値周波数解析手段１２は、時系列データとして得られた波高関連値を周波数解析し、周波数成分ごとの大きさを得る。波高関連値ＬＦ成分算出手段１４は、波高関連値の周波数成分に基づいてＬＦ成分（波高関連値ＬＦ成分）を算出する。

間隔取得手段４は、得られた心電図に基づいて、心電波形の特徴点の間隔（たとえば、Ｒ波とＲ波の時間間隔（ＲＲ間隔））を取得する。なお、間隔取得手段４は、予め特徴点の間隔の含まれたデータを取得しても良いし、心電図データに基づいて特徴点の間隔を算出することによってこれを取得しても良い。間隔周波数解析手段６は、時系列データとして得られた特徴点の間隔を周波数解析し、周波数成分ごとの大きさを得る。間隔ＨＦ成分算出手段８は、間隔周波数解析手段６によって得られた特徴点の間隔の周波数成分に基づいてＨＦ成分（間隔ＨＦ成分）を算出する。

解析手段１６は、波高関連値ＬＦ成分と間隔ＨＦ成分の変化に基づき、以下のようにして被験者がリラックスしているか否かおよびその程度を判断する。この実施形態では、i)波高関連値ＬＦ成分が減少し間隔ＨＦ成分が増大した場合、ii)波高関連値ＬＦ成分が変化せず間隔ＨＦ成分が増大した場合、iii)波高関連値ＬＦ成分が減少し間隔ＨＦ成分が変化しなかった場合のいずれかと判定された場合、被験者がリラックスしていると判断する。また、波高関連値ＬＦ成分減少の程度または間隔ＨＦ成分増大の程度を、リラックスの度合いとする。

なお、この実施形態では、波高関連値取得手段１０、波高関連値周波数解析手段１２、波高関連値ＬＦ成分算出手段１４、間隔取得手段４、間隔周波数解析手段６、間隔ＨＦ成分算出手段８によって、リラクセーション判断手段３が構成されている。

出力手段１７は、以上のようにして解析された被験者のリラックスの判定結果を、ディスプレイなどに出力する。

２．ハードウエア構成
図３に、一実施形態によるリラクセーション判定装置をＣＰＵ２６を用いて実現した場合のハードウエア構成を示す。ＣＰＵ２６には、Ａ／Ｄ変換器２４、ディスプレイ２８、メモリ３０、ハードディスク３２、操作部３４が接続されている。

ＥＣＧ電極２０は、被験者の心電信号を取得するため、対象者の体に貼り付けられる。ＥＣＧ電極２０からの心電信号は、増幅アンプ２２によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器２４によってディジタルデータの心電波形信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器２４は、生成したディジタルデータをメモリ３０に蓄積していく。

メモリ３０は、ＣＰＵ２６のワークエリアとして使用される。ディスプレイ２８は、判定結果などを表示する。操作部３４は、操作者による操作入力を行うためのボタンなどである。ハードディスク３２には、リラクセーション判定のためのプログラムが記録されている。

３．リラクセーション判定プログラムの処理
ハードディスク３２に記録されたリラクセーション判定プログラムのフローチャートを図４に示す。ＣＰＵ２６は、ステップＳ１において、メモリ３０に蓄積された心電波形データを取り込む。心電波形は、電位の変化を所定時間ごとにサンプリングしたディジタルデータであり、模式的に示すと図６に示すようになる。

ＣＰＵ２６は、取り込んだ心電波形の一拍を認識する（ステップＳ２）。たとえば、所定の値を超えるピーク点を有する波を認識しこれをＲ波とする。そして、このＲ波の直前のボトム波をＱ波とし、Ｑ波の開始点を一拍の開始点とする。同様にして、次の拍の開始点を認識することにより一拍を認識する。また、Ｒ波の直後のボトム波をＳ波とし、Ｓ波終了後の平坦部をＳＴ部として認識する。

ＣＰＵ２６は、次に、今回認識した一拍のＲ波のピークと、前の拍のＲ波のピークとの時間間隔を算出し、ハードディスク３２に記録する（ステップＳ３）。この実施形態では、ステップＳ３が間隔取得手段に対応する。さらに、Ｒ波のピークの波高値を算出し、ハードディスク３２に記録する（ステップＳ４）。この実施形態では、ステップＳ４が波高関連値取得手段に対応する。したがって、処理が継続されると、図７ａに示すように、ハードディスク３２には、各拍ごとのＲＲ間隔とＲ波高値が記録されていくことになる。

なお、図７ａにおいて、ＲがＲ波高値を示し、ＲＲがＲＲ間隔を示している。また、絶対時刻は計測時刻を示し、相対時刻は計測開始を０とした時間を示している。また、この実施形態では、図７ａに示すように、ＲＲ間隔とＲ波高値以外の特徴値も記録するようにしている。ＰはＰ波高値、ＱはＱ波高値、ＳはＳ波高値、ＳＴはＳＴ値、ＴはＴ波高値、ＰＲはＰ波とＲ波の間隔、ＶＡＴはＱ波とＲ波の間隔、ＱＲＳはＱ波とＳ波の間隔、ＱＴはＱ波とＴ波の間隔である。

次に、ＣＰＵ２６は、ＲＲ間隔の時間的変動を表す波形を算出する（ステップＳ５）。たとえば、図７ｂに示すように、図７ａのデータに基づいてＲＲ間隔の５秒間の平均値の時間的変動を算出する。次に、図８Ａに示すように、横軸に時間、縦軸にＲＲ間隔をとった平面に、図７ｂのＲＲ間隔の平均値の時間的変動をＰに示すようにプロットする。横軸に対するプロットの時間間隔は、実際の一拍の時間に対応するようにすればよい。ＲＲ間隔の時間的変動は一拍ごとの離散的な値となっているので、図８Ａに示すようにスプライン補完などにより、なめらかな波形αで結ぶ。

次に、ＣＰＵ２６は、生成したＲＲ間隔変動波形αに基づいて、一拍よりも細かい時間間隔（たとえば、数十ms）でリサンプリングして、ＲＲ間隔の時系列データを得る。この時系列データを、周波数解析し（たとえば、フーリエ変換、ウエーブレット変換など）、各周波数成分ごとの値を算出する（ステップＳ６）。この周波数解析による値は、リサンプリングの単位時間間隔ごとに算出する。

図９にこのようにして得られた周波数解析の波形を示す。縦軸はパワースペクトル密度（単位はmsec²・Hzの平方根）であり、横軸は周波数（単位はHz）である。低い周波数に現れたピークを有する波をＶＬＦ、その次の波をＬＦ、その次の波をＨＦ（呼吸性変動成分を表している）と呼ぶ。ＣＰＵ２６は、ＨＦの波の平均値を算出する。

この実施形態では、ＣＰＵ２６は、次のようにしてＨＦの平均値を算出している。まず、0.15Hz〜0.4Hz（2Hzまでとしてもよい）の間にある極大値を見出す。次に、この極大値から前後0.15Hzの区間の波形を抽出し、最小値を基線としてその面積を算出する（図９参照）。これを、周波数幅（0.3Hz）で割ることにより、平均値を算出し、これをＲＲ間隔ＨＦ成分としている（単位はmsec/（Hzの平方根））。

ＣＰＵ２６は、リサンプリングの単位時間ごとに算出したＲＲ間隔ＨＦ成分の５秒間の平均値を算出し、ハードディスク３２に記録する（ステップＳ７）。図１０に、ＲＲ間隔ＨＦ成分の記録例を示す。図において、HF Amplitudeで示す項目が、ＲＲ間隔ＨＦ成分である。

次に、ＣＰＵ２６は、Ｒ波高値の時間的変動を表す波形を算出する（ステップＳ８）。たとえば、図８Ｂに示すように、横軸に時間、縦軸にＲ波高値をとった平面に、図７ｂのデータに基づいてＲ波高値の５秒間の平均値の時間的変動をＱに示すようにプロットする。横軸に対するプロットの時間間隔は、実際の一拍の時間に対応するようにとればよい。Ｒ波高値の時間的変動は一拍ごとの離散的な値となっているので、図８Ｂに示すようにスプライン補完などにより、なめらかな波形βで結ぶ。

次に、ＣＰＵ２６は、生成したＲ波高値波形βに基づいて、一拍よりも細かい時間間隔（たとえば、数十ms）でリサンプリングして、Ｒ波高値の時系列データを得る。この時系列データを、周波数解析し（たとえば、フーリエ変換、ウエーブレット変換など）、各周波数成分ごとの値を算出する（ステップＳ９）。この周波数解析による値は、リサンプリングの単位時間間隔ごとに算出する。

図９にこのようにして得られた周波数解析の波形を示す。ＣＰＵ２６は、時系列データであるＲ波高値の周波数解析波形につき、前述のＲＲ間隔ＨＦ成分と同様の算出方法によって、Ｒ波高値ＬＦ成分を算出する。

この実施形態では、ＣＰＵ２６は、次のようにしてＲ波高値ＬＦの平均値を算出している。まず、0.04Hz〜0.15Hzの区間の波形を抽出し、最小値を基線としてその面積を算出する（図９参照）。これを、周波数幅（0.11Hz）で割ることにより、平均値を算出し、これをＲ波高値ＬＦ成分としている（単位はmsec/（Hzの平方根））。

ＣＰＵ２６は、リサンプリングの単位時間ごとに算出したＲ波高値ＬＦ成分の５秒間の平均値を算出し、ハードディスク３２に記録する（ステップＳ１０）。図１１に、Ｒ波高値ＬＦ成分の記録例を示す。図１１において、LF Amplitudeで示す項目が、Ｒ波高値ＬＦ成分である。

上記のようにして、Ｒ波高値ＬＦ成分とＲＲ間隔ＨＦ成分を得ると、ＣＰＵ２６は、これらに基づいて被験者がリラックスした状態にあるかどうかを判断する（図５、ステップＳ１１）。その判定は、たとえば、以下のようにして行う。ＣＰＵ２６は、上記のようにして得たＲ波高値ＬＦ成分とＲＲ間隔ＨＦ成分のそれぞれについて、直近の所定時間（たとえば直近１分間）の平均値を現在平均値として取得する。さらに、Ｒ波高値ＬＦ成分とＲＲ間隔ＨＦ成分のそれぞれについて、測定開始から現在まで（過去の所定期間）の平均値を基準平均値として取得する。なお、基準平均値としては、別途平常状態において取得したＲ波高値ＬＦ成分とＲＲ間隔ＨＦ成分の平均値を、被験者ごとに予め記録しておいて用いてもよい。

ＣＰＵ２６は、Ｒ波高値ＬＦ成分とＲＲ間隔ＨＦ成分のそれぞれについて、基準平均値と現在平均値とを比較して、現在平均値が基準平均値から「実質的に変化していない」、基準平均値より「減少している」、基準平均値より「増大している」かを判断する。たとえば、現在平均値の基準平均値からの変動量絶対値が、基準平均値の所定割合以下（たとえば１０パーセント以下）であれば、「実質的に変化していない」と判断する。変動量絶対値が所定割合を超え（たとえば１０パーセントを超え）、現在平均値が基準平均値よりも大きければ「増大している」、現在平均値が基準平均値よりも小さければ「減少している」と判断する。

ＣＰＵ２６は、Ｒ波高値ＬＦ成分およびＲＲ間隔ＨＦ成分の判断に基づいて、図１２に示すように、被験者がリラックスしているか否かを判定する。この実施形態では、Ｒ波高値ＬＦ成分が「減少している」と判断し、かつＲＲ間隔ＨＦ成分が「実質的に変化していない」と判断した場合には、被験者はリラックスしていると判定する。Ｒ波高値ＬＦ成分が「実質的に変化していない」と判断し、かつＲＲ間隔ＨＦ成分が「増大している」と判断した場合には、被験者はリラックスしていると判定する。Ｒ波高値ＬＦ成分が「減少している」と判断し、かつＲＲ間隔ＨＦ成分が「増大している」と判断した場合には、被験者はリラックスしていると判定する。上記の組み合わせ以外の場合（たとえば、Ｒ波高値ＬＦ成分が「増大している」場合や、ＲＲ間隔ＨＦ成分が「減少している」場合など）には、被験者はリラックスした状態にないと判定する。

ＣＰＵ２６は、このようにして判定した結果を、ディスプレイ２８に表示するなどして出力する（ステップＳ１２）。ＣＰＵ２６は、上記の処理を繰り返し、リアルタイムに被験者がリラックスしているか否かを判定する。

５．実施例
４名の成人女性につき、密閉式足浴を行い、本発明にかかるリラックス判定を行った実験例を以下に示す。ここで、密閉式足浴は、本願発明者の一人である山本敬子によって開発された足浴方式である。主として、起き上がることが困難であって通常の入浴ができない患者に対し、施すことを目的としたものである。

図１３に、密閉式足浴の概略を示す。図１３Ａに示すように、膝の裏に枕５０などをあて、膝を起こした状態にする。ビニール袋５４の中にお湯の入った容器５２を入れ、この容器５２に足先をつける（図１３Ｂ参照）。ビニール袋５４の入り口を、膝下において足をくるむように止める。続いて、この上に毛布などを掛ける。

密閉式足浴は、湯の温度が冷めにくいため、希望する時間だけ湯につかることができ、密閉されているため湯がこぼれる心配もないという利点がある。密閉式足浴を行うことにより、リラクセーション効果があるとの報告がなされている（たとえば、豊田久美子、荒川千登世、稲本俊「足浴が精神神経免疫系に及ぼす影響」総合看護1997,32(3),pp3-14）。

密閉式足欲は、患者に対してだけでなく健常者に対してもリラクセーション効果があることも報告されている（たとえば、岩崎眞弓、野村志保子「局所温罨法によるリラクゼーション効果の検討」日本看護研究学会2005,28(0285-9262)pp33-44）。そこで、この実験では、４名の成人女性（健常者）に対し、密閉式足浴を行い、リラックス判定を実施した。手順は以下のとおりである。

(1)足浴を開始する（なお、図において(1)は丸数字として示している。以下、(2)(3)・・も同様である）。(1)から(2)までの間に、膝を曲げる、オリーブ油を塗る、足のマッサージをするなどを行う。

(2)足をお湯につける。(2)から(3)までの間は安静に横たわっている。

(3)足をお湯から出す。(3)から(4)の間は足を石けんで洗い、お湯で足を洗浄する。

(4)足をくるんでいたビニール袋を全て外す。

この実験においては、被験者がリラックス状態にあるか否かを確認するために、sIgAおよび血清コレチゾール(血清CO)の量を計測した。リラックスするとsIgAが増加し、血清COが減少することが知られている。この実験では、被験者の唾液を採取し、これに含まれるsIgA、血清COの変化を測定し、被験者がリラックス状態にあることを確認した。

図２２に、sIgA、血清COの測定結果を示す。sIgA前は、(1)の時点の２０分前に採取した唾液に含まれるsIgA量を示す（単位μｇ/ｍＬ）。血清CO前は、(1)の時点の２０分前に採取した唾液に含まれる血清CO量を示す（単位μｇ/ｄＬ）。sIgA後（血清CO後）は、(1)の時点の３０分後に採取した唾液に含まれるsIgA量（血清CO量）を示す。なお、sIgAは、被験者がリラックスした状態になってから、２０分程度遅れて、その値が増加することが知られている。したがって、sIgA量は、２０分程度前の被験者の状態を示す指標である。

図２２から明らかなように、いずれの被験者においても、実験開始前より実験開始後において、sIgAが増加し、血清COが減少しており、リラックスした状態に変化していることがわかる。

また、図２２には、図１に示すようなシートを用いて被験者に記載してもらった値を併せて示している。「不快な−心地よい」の項目は、数値が大きいほど心地よいことを示している。「眠い−目覚めた」の項目は、数値が大きいほど目覚めていることを表している。「緊張した−リラックスした」の項目は、数値が大きいほどリラックスしていることを表している。「ＦＳ」の項目は、フェイススケールの値を示し、数値が小さいほど、にこやかであることを表している。各項目において「前」は、(1)の時点の２０分前に質問シートに記入したもらった結果、「後」は(1)の時点の３０分後に質問シートに記入してもらった結果である。

図２２からも明らかなように、足浴を開始した後の(1)から３０分後の時点では、sIgA、血清CO、質問シートのいずれに関しても、全ての被験者について、リラックス状態にあることが示されている。

この実験では、上記の計測と並行して、足浴開始の前から連続的に心電図の計測を行った。図１４から図２１に計測結果を示す。図１４、図１５が被験者Ａ、図１６、図１７が被験者Ｂ、図１８、図１９が被験者Ｃ、図２０、図２１が被験者Ｄのデータである。

各図において、(1)は足浴を開始した時点を示している。(1)から(2)までの間に、膝を曲げる、オリーブ油を塗る、足のマッサージをするなどを行っている。(2)は足をお湯につけた時点である。(2)から(3)までの間は安静に横たわっている。(3)は足をお湯から出した時点である。(3)から(4)の間は足を石けんで洗い、お湯で足を洗浄している。(4)は足をくるんでいたビニール袋を全て外した時点である。

いずれの被験者においても、(2)以降において、Ｒ波高値ＬＦ成分が減少するかあるいは変化せず、ＲＲ間隔ＨＦ成分が増大するかあるいは変化しないことが観察できる。

具体的には、ＣＰＵ２６は、たとえば次のようにして被験者がリラックスしているか否かを判定する。まず、被験者の安静時の心電図を計測し、Ｒ波高値ＬＦ成分、ＲＲ間隔ＨＦ成分の平均値を算出して、基準値として予めハードディスク３２に記録しておく。判定時にも、被験者の心電図を計測し、Ｒ波高値ＬＦ成分、ＲＲ間隔ＨＦ成分の平均値を算出する。このときの平均値は、４拍以上の平均値であればよく、１分以上の平均値が好ましく、５分以上の平均値とすることがさらに好ましい。ＣＰＵ２６は、このようにして計測した平均値を、予め記録しておいた基準値と比較し、リラックスしているか否かを判断し、ディスプレイ２８に表示するなどして出力する。

たとえば、図１４〜図２１に示す４人の被験者について、足浴開始前の平均値を基準値とし、足浴開始以後の平均値の変化を示したのが表１である。

表１において、足浴開始前平均は、(1)の時点の３５分前から２０分前までの１５分間における平均値である（平常状態における平均値）。足浴開始後平均は、(1)の時点から３０分後から３５分後までの５分間における平均値である。

従来技術においては、ＲＲ間隔のＬＦ成分／ＨＦ成分の増加があれば、リラックスしていると判定するものがあった。そこで、各被験者のＲＲ間隔のＬＦ成分／ＨＦ成分を算出し、図２３〜図２６にグラフとして示した。図２３は、図１５に示す被験者ＡのＲＲ間隔のＬＦ成分／ＨＦ成分の変化をプロットしたものである。図２４、図２５、図２６は、それぞれ、図１７、図１９、図２１に示す被験者Ｂ、Ｃ、ＤのＲＲ間隔のＬＦ成分／ＨＦ成分の変化をプロットしたものである。図２３〜図２６において、縦軸はＬＦ成分／ＨＦ成分の値、横軸は時間（分）を示す。

図２３、図２４においては、リラックスしているにも拘わらず、ＬＦ成分／ＨＦ成分が減少している。したがって、従来、提案されているＲＲ間隔のＬＦ成分／ＨＦ成分は、リラックスの度合いの指標としては正確性を欠くことが分かる。

４．その他実施形態
(1)上記実施形態では、Ｒ波高値ＬＦ成分、ＲＲ間隔ＨＦ成分の所定時間分の平均値（実施形態では５秒の平均）を用いているが、Ｒ波高値ＬＦ成分、ＲＲ間隔ＨＦ成分をそのまま用いて判断するようにしてもよい。

(2)上記実施形態では、Ｒ波高値ＬＦ成分、ＲＲ間隔ＨＦ成分の所定時間分の平均値をそのまま用いているが、これをハイカットフィルタリングして判断に用いてもよい。たとえば、時系列のＲ波高値ＬＦ成分、ＲＲ間隔ＨＦ成分を、0.03Hzを遮断周波数とするハイカットフィルタリングする。その時の、ＲＲ間隔ＨＦ成分の値を図１０のハイカットHF Amplitudeに示す。Ｒ波高値ＬＦ成分の値を図１１のハイカットLF Amplitudeに示す。また、図１４Ｃに、ハイカット後のＲ波高値ＬＦ成分（５秒間の平均）の推移を示す。図１５Ｄに、ハイカット後のＲＲ間隔ＨＦ成分（５秒間の平均）の推移を示す。このようにハイカット処理を行うことにより、より明瞭に痛みの判断を行うことができる。

(4)なお、上記では、Ｒ波高値ＬＦ成分、ＲＲ間隔ＨＦ成分を用いて判定を行った。しかし、Ｒ波高値に代えてＰ波、Ｑ波、Ｓ波、Ｔ波など他の波高値やＳＴ値を用いてもよい。たとえば、図２７Ａ、図２９Ａ、図３１Ａ、図３３Ａは、それぞれ、被験者Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤのＴ波高値のＬＦ成分であり、図２８Ａ、図３０Ａ、図３２Ａ、図３４Ａは、それぞれ、被験者Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤのＳＴ値のＬＦ成分である。Ｒ波高値と同じように、リラクセーションによりその値が低下していることが分かる。なお、図２７Ｃ〜図３４Ｃは、ハイカットフィルタリング処理をした波形である。

(5)上記実施形態では、ＲＲ間隔ＨＦ成分を用いてノイズ排除を行うようにしている。しかし、心電波形の任意の特徴点（Ｐ点、Ｑ点など）の拍動間隔のＨＦ成分を用いるようにしてもよい。また、同一拍内の任意の２つの特徴点間の時間間隔のＨＦ成分を用いてもよい。図３５Ｂに、同一拍内におけるＱＴ間隔のＨＦ成分を示す。図３５Ｄに、ハイカットフィルタリング処理をした波形を示す。ＲＲ間隔ＨＦ成分と同じように、リラクセーションとともに値が増大している。

(6)上記実施形態では、ＬＦ成分やＨＦ成分算出において平均値を用いているが、最高値や面積値を用いてもよい。

(7)上記実施形態では、人間を対象としているので、図９においてＬＦ成分算出のための範囲を0.04Hz〜0.15Hz、ＨＦ成分算出のための範囲を0.15Hz〜0.4Hzとした。しかし、動物などを対象としてリラクセーション判定を行う場合には、下記表２に示すようにその範囲を定めるとよい。

(8)なお、上記各実施形態では、リラクセーション判定を出力するようにしているが、図１４などに示すようなグラフをディスプレイ２８に表示出力して人間に判断させるようにしてもよい。

(9)なお、上記実施形態ではリラクセーション判定装置として構成したが、リラクセーション判定機能を有する心電計として適用することもできる。

(10)上記実施形態では、ＨＦ成分、ＬＦ成分を算出することによって「ゆらぎ」を数値化している。しかし、他の方法、たとえば、ＨＦ波やＬＦ波のピーク値、ＨＦ波やＬＦ波の急峻度などによって「ゆらぎ」を数値化して判定するようにしてもよい。

(11)上記実施形態では、心電図波形を受けてＲ波高値、ＲＲ間隔などの特徴量を抽出し、リラクセーション判定を行っている。しかし、外部から特徴量自体を受けて、リラクセーション判定を行うようにしてもよい。

(12)上記実施形態では、波高関連値や間隔値のゆらぎに基づいてリラクセーションを判断している。しかし、波高関連値や間隔値に基づいて直接的にリラクセーション判断してもよい。

(13)上記実施形態では、図１２に示すように、i)Ｒ波高値ＬＦ成分が「減少している」と判断し、かつＲＲ間隔ＨＦ成分が「実質的に変化していない」と判断した場合、ii)Ｒ波高値ＬＦ成分が「実質的に変化していない」と判断し、かつＲＲ間隔ＨＦ成分が「増大している」と判断した場合、iii)Ｒ波高値ＬＦ成分が「減少している」と判断し、かつＲＲ間隔ＨＦ成分が「増大している」と判断した場合には、被験者はリラックスしていると判定している。しかし、i)ii)iii)のいずれか一つだけ、あるいは任意の二つについてのみ判断を行うようにしても良い。

(14)上記実施形態では、図１の各機能をコンピュータを用いて実現したが、その一部または全部をハードウエア論理回路によって実現するようにしてもよい。

Claims (19)

1. 測定部によって測定された心電情報を取得する心電情報取得部と、
   前記心電情報の波高関連値に関するゆらぎに基づいて、被験者がリラックスしているか否かを判断するリラクセーション判断手段と、
   リラクセーション判断手段による判断結果を出力する出力手段と、
   を備えたリラクセーション判定装置。
2. 請求項１のリラクセーション判定装置において、
   前記波高関連値に関するゆらぎが、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波もしくはＳＴの波高関連値のゆらぎであることを特徴とするリラクセーション判定装置。
3. 請求項１または２のリラクセーション判定装置において、
   前記リラクセーション判断手段は、前記心電情報の波高関連値に関するゆらぎと前記心電情報の波形特徴点の間隔のゆらぎの双方に基づいて、被験者がリラックスしているか否かを判断することを特徴とするリラクセーション判定装置。
4. 請求項１〜３のいずれかのリラクセーション判定装置において、
   前記リラクセーション判断手段は、
   時系列データとして得られた前記波高関連値を周波数解析する波高関連値周波数解析手段と、
   前記波高関連値周波数解析手段によって得られた波高関連値の周波数成分に基づいてＬＦ成分を算出して波高関連値ＬＦ成分とする波高関連値ＬＦ成分算出手段とを備え、
   前記波高関連値ＬＦ成分を波高関連値のゆらぎの特徴として得ることを特徴とするリラクセーション判定装置。
5. 請求項４のリラクセーション判定装置において、
   前記リラクセーション判断手段は、前記波高関連値ＬＦ成分が減少した場合に、リラックスしていると判定することを特徴とするリラクセーション判定装置。
6. 請求項４のリラクセーション判定装置において、
   前記リラクセーション判断手段は、
   時系列データとして得られた前記心電情報の波形特徴点の間隔を周波数解析する間隔周波数解析手段と、
   前記間隔周波数解析手段によって得られた波形特徴点の間隔の周波数成分に基づいてＨＦ成分を算出して間隔ＨＦ成分とする間隔ＨＦ成分算出手段とを備え、
   前記間隔ＨＦ成分を間隔のゆらぎの特徴として得ることを特徴とするリラクセーション判定装置。
7. 請求項６のリラクセーション判定装置において、
   前記リラクセーション判断手段は、前記波高関連値ＬＦ成分が減少し、前記間隔ＨＦ成分が実質的に変化しない場合に、被験者がリラックスしていると判断することを特徴とするリラクセーション判定装置。
8. 請求項６のリラクセーション判定装置において、
   前記リラクセーション判断手段は、前記波高関連値ＬＦ成分が実質的に変化せず、前記間隔ＨＦ成分が増大した場合に、被験者がリラックスしていると判断することを特徴とするリラクセーション判定装置。
9. 請求項６のリラクセーション判定装置において、
   前記リラクセーション判断手段は、前記波高関連値ＬＦ成分が減少し、前記間隔ＨＦ成分が増大した場合に、被験者がリラックスしていると判断することを特徴とするリラクセーション判定装置。
10. コンピュータによってリラクセーション判定装置を実現するためのリラクセーション判定プログラムであって、
    測定部によって測定された心電情報を取得する心電情報取得手段と、
    前記心電情報の波高関連値に関するゆらぎに基づいて、被験者がリラックスしているか否かを判断するリラクセーション判断手段と、
    をコンピュータによって実現するためのリラクセーション判定プログラム。
11. 請求項１０のリラクセーション判定プログラムにおいて、
    前記波高関連値に関するゆらぎが、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波もしくはＳＴの波高関連値のゆらぎであることを特徴とするリラクセーション判定プログラム。
12. 請求項１０または１１のリラクセーション判定プログラムにおいて、
    前記リラクセーション判断手段は、前記心電情報の波高関連値に関するゆらぎと前記心電情報の波形特徴点の間隔のゆらぎの双方に基づいて、被験者がリラックスしているか否かを判断することを特徴とするリラクセーション判定プログラム。
13. 請求項１０〜１２のいずれかのリラクセーション判定プログラムにおいて、
    前記リラクセーション判断手段は、
    時系列データとして得られた前記波高関連値を周波数解析する波高関連値周波数解析手段と、
    前記波高関連値周波数解析手段によって得られた波高関連値の周波数成分に基づいてＬＦ成分を算出して波高関連値ＬＦ成分とする波高関連値ＬＦ成分算出手段とを備え、
    前記波高関連値ＬＦ成分を波高関連値のゆらぎの特徴として得ることを特徴とするリラクセーション判定プログラム。
14. 請求項１３のリラクセーション判定プログラムにおいて、
    前記リラクセーション判断手段は、前記波高関連値ＬＦ成分が減少した場合に、リラックスしていると判定することを特徴とするリラクセーション判定プログラム。
15. 請求項１３のリラクセーション判定プログラムにおいて、
    前記リラクセーション判断手段は、
    時系列データとして得られた前記心電情報の波形特徴点の間隔を周波数解析する間隔周波数解析手段と、
    前記間隔周波数解析手段によって得られた波形特徴点の間隔の周波数成分に基づいてＨＦ成分を算出して間隔ＨＦ成分とする間隔ＨＦ成分算出手段とを備え、
    前記間隔ＨＦ成分を間隔のゆらぎの特徴として得ることを特徴とするリラクセーション判定プログラム。
16. 請求項１５のリラクセーション判定プログラムにおいて、
    前記リラクセーション判断手段は、前記波高関連値ＬＦ成分が減少し、前記間隔ＨＦ成分が実質的に変化しない場合に、被験者がリラックスしていると判断することを特徴とするリラクセーション判定プログラム。
17. 請求項１５のリラクセーション判定プログラムにおいて、
    前記リラクセーション判断手段は、前記波高関連値ＬＦ成分が実質的に変化せず、前記間隔ＨＦ成分が増大した場合に、被験者がリラックスしていると判断することを特徴とするリラクセーション判定プログラム。
18. 請求項１５のリラクセーション判定プログラムにおいて、
    前記リラクセーション判断手段は、前記波高関連値ＬＦ成分が減少し、前記間隔ＨＦ成分が増大した場合に、被験者がリラックスしていると判断することを特徴とするリラクセーション判定プログラム。
19. 心電計によって計測した心電波形を取得し、
    前記心電波形の波高関連値に関するゆらぎを算出し、
    当該ゆらぎに基づいてなされた、被験者がリラックスしているか否かの判断を表示部に表示すること、
    を特徴とするリラクセーション判定装置の作動方法。
    

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