JP6778369B2 - Biological signal analysis system and program - Google Patents

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本発明は、生体信号を解析する生体信号解析システムに関し、より詳細には、心拍のゆらぎを解析するのに適した生体信号解析システムに関する。 The present invention relates to a biological signal analysis system for analyzing biological signals, and more particularly to a biological signal analysis system suitable for analyzing fluctuations in heartbeat.

従来、一見して何の問題もないように見えた人が、ある日突然心臓の不調を訴えて重篤な状態に至るケースが後を絶たない。 In the past, there have been many cases in which a person who seemed to have no problem at first glance suddenly complained of a heart condition and became seriously ill.

一方、1980年代以降、心拍のゆらぎと健康状態の相関に着目した研究が進んでおり、これに伴って心拍のゆらぎの解析方法について種々検討がなされてきた。この点につき、非特許文献1は、DFA(Detrended Fluctuation Analysis)を使用した心拍ゆらぎの解析法を開示する。 On the other hand, since the 1980s, research focusing on the correlation between heartbeat fluctuations and health status has been progressing, and along with this, various studies have been conducted on methods for analyzing heartbeat fluctuations. In this regard, Non-Patent Document 1 discloses a method for analyzing heartbeat fluctuations using DFA (Detrended Fluctuation Analysis).

C.-K.Peng, S. Havlin, H. E. Stanley, and A. L. Goldberger, Quantification of scaling exponents and crossover phenomenain nonstationaryheartbeat time series)”,Chaos, 第5巻(Vol.5), 1995, pp.82-87C.-K.Peng, S. Havlin, H.E. Stanley, and A. L. Goldberger, Quantification of scaling exponents and crossover phenomenain nonstationaryheartbeat time series) ”, Chaos, Volume 5 (Vol.5), 1995, pp.82-87

本発明は、心臓の機能不全の予兆検知に役立つ情報を提供することができる新規な生体信号解析システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a novel biological signal analysis system capable of providing information useful for detecting signs of cardiac dysfunction.

本発明者は、心臓の機能不全の予兆検知に役立つ情報を提供することができる新規な生体信号解析システムの構成につき鋭意検討した結果、以下の構成に想到し、本発明に至ったのである。 As a result of diligent studies on the configuration of a novel biological signal analysis system capable of providing information useful for detecting signs of cardiac dysfunction, the present inventor came up with the following configuration and arrived at the present invention.

すなわち、本発明によれば、生体信号から心拍動成分を主成分として含む電圧信号を抽出する心拍動成分抽出部と、前記電圧信号に基づいて心拍発生時刻を取得する心拍発生時刻取得部と、前記心拍発生時刻から算出した心拍間隔の時系列データに基づいてDFAを実行するためのDFA解析部と、DFA解析部が算出したスケーリング指数を心臓の健康状態を表す指標として提示する健康状態情報を生成する健康状態情報生成部とを含む、生体信号解析システムが提供される。 That is, according to the present invention, a heartbeat component extraction unit that extracts a voltage signal containing a heartbeat component as a main component from a biological signal, a heartbeat generation time acquisition unit that acquires a heartbeat generation time based on the voltage signal, and a heartbeat generation time acquisition unit. The DFA analysis unit for executing DFA based on the time-series data of the heartbeat interval calculated from the heartbeat occurrence time, and the health condition information that presents the scaling index calculated by the DFA analysis unit as an index indicating the health condition of the heart. A biological signal analysis system including a health condition information generation unit to be generated is provided.

上述したように、本発明によれば、心臓の機能不全の予兆検知に役立つ情報を提供することができる新規な生体信号解析システムが提供される。 As described above, the present invention provides a novel biological signal analysis system capable of providing information useful for detecting signs of cardiac dysfunction.

本実施形態の生体信号解析システムの概要構成図。The outline block diagram of the biological signal analysis system of this embodiment. 本実施形態の生体信号解析システムの機能構成図。The functional block diagram of the biological signal analysis system of this embodiment. 本実施形態の心拍動成分抽出部が抽出する心拍パルス信号の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the heartbeat pulse signal extracted by the heartbeat component extraction part of this embodiment. 本実施形態の心拍発生時刻取得処理を表すフローチャート。The flowchart which shows the heartbeat occurrence time acquisition processing of this embodiment. 本実施形態の心拍発生時刻取得処理を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the heartbeat occurrence time acquisition process of this embodiment. 本実施形態の解析対象データ生成処理を表すフローチャート。The flowchart which shows the analysis target data generation processing of this embodiment. 本実施形態の解析対象データ生成処理を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the analysis target data generation processing of this embodiment. 本実施形態のグラフ生成処理を表すフローチャート。The flowchart which shows the graph generation process of this embodiment. 本実施形態のボックスサイズ・データを示す図。The figure which shows the box size data of this embodiment. 本実施形態のグラフ生成処理を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the graph generation process of this embodiment. 本実施形態のグラフ生成部が生成する両対数グラフを示す図。The figure which shows the log-log graph generated by the graph generation part of this embodiment. 本実施形態のスケーリング指数算出処理を表すフローチャート。The flowchart which shows the scaling index calculation process of this embodiment. 本実施形態の健康状態情報生成処理を表すフローチャート。The flowchart which shows the health state information generation processing of this embodiment. 本実施形態の健康状態情報を示す図。The figure which shows the health state information of this embodiment. 本発明の生体信号解析システムの実装態様を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the implementation mode of the biological signal analysis system of this invention.

以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜、その説明を省略するものとする。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the embodiments shown in the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings. In each of the figures referred to below, the same reference numerals are used for common elements, and the description thereof will be omitted as appropriate.

図1は、本発明の実施形態である生体信号解析システム100の概要構成を示す。図1に示すように、本実施形態の生体信号解析システム100は、端末装置10とコンピュータ20を含んで構成される。 FIG. 1 shows an outline configuration of the biological signal analysis system 100 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the biological signal analysis system 100 of the present embodiment includes a terminal device 10 and a computer 20.

端末装置10は、被検者の生体信号を収集するための装置であり、被検者の携帯容易性の観点から小型軽量の装置として構成されている。使用時において、端末装置10に接続された3つの電極11a,11b,11cは、被検者の胸部の適切な位置に取り付けられ、端末装置10は、3つの電極11a,11b,11cの電位差を生体信号(電圧信号)として取得する。端末装置10は、取得した生体信号に基づいて被検者の心臓の拍動が発生した時刻(以下、心拍発生時刻という)に関する所定のデータを生成し、コンピュータ20に送信する。なお、図1は、端末装置10がBluetooth(登録商標)やZigbee(登録商標)などの近距離無線通信によってデータを転送するイメージを示しているが、これはあくまで例示であって、データは、他の無線通信方式によって転送してもよいし、有線通信で転送してもよいことはいうまでもない。 The terminal device 10 is a device for collecting a biological signal of a subject, and is configured as a compact and lightweight device from the viewpoint of portability of the subject. At the time of use, the three electrodes 11a, 11b, 11c connected to the terminal device 10 are attached to appropriate positions on the chest of the subject, and the terminal device 10 creates a potential difference between the three electrodes 11a, 11b, 11c. Acquired as a biological signal (voltage signal). The terminal device 10 generates predetermined data regarding the time when the heartbeat of the subject occurs (hereinafter, referred to as the heartbeat generation time) based on the acquired biological signal, and transmits it to the computer 20. Note that FIG. 1 shows an image in which the terminal device 10 transfers data by short-range wireless communication such as Bluetooth (registered trademark) or Zigbee (registered trademark), but this is merely an example, and the data is shown. It goes without saying that the data may be transferred by another wireless communication method or by wired communication.

一方、コンピュータ20は、端末装置10から送信されるデータに基づいて健康状態情報を生成するための情報処理装置であり、図1は、コンピュータ20がディスプレイ30に健康状態情報を表示する様子を示している。本実施形態において、健康状態情報とは、心臓の健康状態を評価する際に参考にすることができる情報を意味し、より具体的には、心臓の機能不全の予兆検知に役立つ情報を意味する。なお、図1では、コンピュータ20としてノート型PCを例示的に示しているが、コンピュータ20は、タブレット型やデスクトップ型のPCであってもよいし、診断用途に特化したワークステーションやサーバであってもよいことはいうまでもない。 On the other hand, the computer 20 is an information processing device for generating health condition information based on the data transmitted from the terminal device 10, and FIG. 1 shows how the computer 20 displays the health condition information on the display 30. ing. In the present embodiment, the health condition information means information that can be referred to when evaluating the health condition of the heart, and more specifically, information that is useful for detecting signs of cardiac dysfunction. .. Although a notebook PC is exemplified as the computer 20 in FIG. 1, the computer 20 may be a tablet-type or desktop-type PC, or may be a workstation or server specialized for diagnostic purposes. It goes without saying that it may be present.

以上、本実施形態の生体信号解析システム100の概要構成について説明してきたが、続いて、図2に示す機能ブロック図に基づいて、端末装置10およびコンピュータ20の機能構成を説明する。 The outline configuration of the biological signal analysis system 100 of the present embodiment has been described above, but subsequently, the functional configurations of the terminal device 10 and the computer 20 will be described based on the functional block diagram shown in FIG.

最初に、端末装置10の機能構成について説明する。端末装置10は、心拍動成分抽出部12と心拍発生時刻取得部14を含んで構成されている。 First, the functional configuration of the terminal device 10 will be described. The terminal device 10 includes a heartbeat component extraction unit 12 and a heartbeat generation time acquisition unit 14.

心拍動成分抽出部12は、電極11a,11b,11cによってで検出される被検者の微弱な生体信号(アナログ信号)を増幅し、増幅後の信号から低周波ノイズを除去することで心拍動成分を抽出する。なお、心拍動成分抽出部12は、ハイパスフィルタを備えるアンプ回路によって実現することができる。 The heartbeat component extraction unit 12 amplifies the weak biological signal (analog signal) of the subject detected by the electrodes 11a, 11b, 11c, and removes low-frequency noise from the amplified signal to perform heartbeat. Extract the ingredients. The heartbeat component extraction unit 12 can be realized by an amplifier circuit provided with a high-pass filter.

ここで、JIS規格では、心電計のハイパスフィルタの時定数τが3.2秒(低域遮断周波数0.05Hz以下)と定められているところ、本実施形態においては、心拍動成分抽出部12を構成するアンプ回路のハイパスフィルタの時定数τを0.1秒程度に設定することが好ましい。 Here, in the JIS standard, the time constant τ of the high-pass filter of the electrocardiograph is defined as 3.2 seconds (low cutoff frequency 0.05 Hz or less), but in the present embodiment, the heartbeat component extraction unit. It is preferable to set the time constant τ of the high-pass filter of the amplifier circuit constituting 12 to about 0.1 second.

図3は、ハイパスフィルタの時定数τを0.1秒に設定した心拍動成分抽出部12によって抽出された心拍動成分を主成分として含む電圧信号(以下、心拍パルス信号という)の波形を示す。ハイパスフィルタの時定数τを0.1秒程度(低域遮断周波数を約1.6Hz以下)に設定することで、被検者の体動に起因する低周波ノイズがほぼ完全に除去され、基線が常に安定するようになるので、検査中、被検者に過度の拘束を強いる必要がなくなる。なお、ハイパスフィルタの時定数τをJIS規格の規格値より小さくすると、P波やT波の波形に歪みが生じる可能性があるが、本システムでは、R波またはS波のピーク時刻を心拍発生時刻として取得するので、このことは問題にならない。 FIG. 3 shows a waveform of a voltage signal (hereinafter referred to as a heartbeat pulse signal) containing a heartbeat component extracted by a heartbeat component extraction unit 12 in which the time constant τ of the high-pass filter is set to 0.1 seconds. .. By setting the time constant τ of the high-pass filter to about 0.1 seconds (low frequency cutoff frequency is about 1.6 Hz or less), low-frequency noise caused by the body movement of the subject is almost completely removed, and the baseline. Will always be stable, eliminating the need to impose excessive restraints on the subject during the examination. If the time constant τ of the high-pass filter is made smaller than the JIS standard value, the waveforms of the P wave and T wave may be distorted, but in this system, the peak time of the R wave or S wave is generated as a heartbeat. This is not a problem as it is acquired as the time.

心拍動成分抽出部12は、生体信号から抽出した心拍パルス信号を心拍発生時刻取得部14に出力する。これを受けて、心拍発生時刻取得部14は、心拍パルス信号(アナログ信号)に基づいて、心拍発生時刻を取得する。なお、心拍発生時刻取得部14は、A/D変換器を内蔵したMCU(マイクロコントローラユニット)によって実現することができる。 The heartbeat component extraction unit 12 outputs the heartbeat pulse signal extracted from the biological signal to the heartbeat generation time acquisition unit 14. In response to this, the heartbeat generation time acquisition unit 14 acquires the heartbeat generation time based on the heartbeat pulse signal (analog signal). The heartbeat generation time acquisition unit 14 can be realized by an MCU (microcontroller unit) having a built-in A / D converter.

ここで、図4に示すフローチャートおよび図5に示す心拍パルス信号の波形図に基づいて、心拍発生時刻取得部14が実行する処理を説明する。 Here, the process executed by the heartbeat generation time acquisition unit 14 will be described based on the flowchart shown in FIG. 4 and the waveform diagram of the heartbeat pulse signal shown in FIG.

ステップ101では、心拍動成分抽出部12から入力される心拍パルス信号の電圧監視を開始する。電圧の監視は、心拍パルス信号の信号電圧が所定の閾値電圧Vthを超えるまで継続され(S101、No)、心拍パルス信号の信号電圧が閾値電圧Vthを超えた時点で(S101、Yes)、処理はステップ102に進む。 In step 101, voltage monitoring of the heartbeat pulse signal input from the heartbeat component extraction unit 12 is started. The voltage monitoring is continued until the signal voltage of the heartbeat pulse signal exceeds the predetermined threshold voltage Vth (S101, No), and when the signal voltage of the heartbeat pulse signal exceeds the threshold voltage Vth (S101, Yes). , The process proceeds to step 102.

ステップ102では、サンプリング期間T1にわたって心拍パルス信号の電圧値を所定のサンプリングレートでサンプリングし、サンプリング期間T1が経過した時点でサンプリングを停止する(S103)。例えば、サンプリングレート=1kHz、サンプリング期間T1=100msとした場合、ステップ102において、100個の電圧値がサンプリングされる。 In step 102, the voltage value of the heartbeat pulse signal is sampled at a predetermined sampling rate over the sampling period T1, and the sampling is stopped when the sampling period T1 elapses (S103). For example, when the sampling rate = 1 kHz and the sampling period T1 = 100 ms, 100 voltage values are sampled in step 102.

続くステップ104では、サンプリングした電圧値の中の最大値Vmaxをサンプリングした時刻を取得し、これを心拍発生時刻tとして記録する。 In the following step 104, the time at which the maximum value V max among the sampled voltage values is sampled is acquired, and this is recorded as the heartbeat generation time t.

なお、図5は、心拍パルス信号のR波に対応する波形のピーク時刻を拍発生時刻tとした例を示しているが、電極の取りつけ位置(誘導)によっては、上向きのR波よりも下向きのS波の方が大きく現れる場合がある。その場合は、心拍パルス信号の信号電圧が所定の閾値電圧を下回った時点からサンプリングを実施し、サンプリングした電圧値の中の最小値のサンプリング時刻(S波に対応する波形のピーク時刻)を心拍発生時刻tとすればよい。要するに、本実施形態においては、着目する波形の向きに応じて閾値電圧を決定し、心拍パルス信号の信号電圧が当該閾値電圧に達した時点からサンプリングを実施し、サンプリングした電圧値の中の極値のサンプリング時刻を心拍発生時刻tとすればよい。 Note that FIG. 5 shows an example in which the peak time of the waveform corresponding to the R wave of the heartbeat pulse signal is set to the beat generation time t, but depending on the electrode mounting position (guidance), the peak time is downward from the upward R wave. The S wave may appear larger. In that case, sampling is performed from the time when the signal voltage of the heartbeat pulse signal falls below a predetermined threshold voltage, and the sampling time (peak time of the waveform corresponding to the S wave) of the minimum value among the sampled voltage values is set as the heartbeat. The time of occurrence may be t. In short, in the present embodiment, the threshold voltage is determined according to the direction of the waveform of interest, sampling is performed from the time when the signal voltage of the heartbeat pulse signal reaches the threshold voltage, and the pole in the sampled voltage value is performed. The sampling time of the value may be set to the heartbeat generation time t.

続くステップ105では、心拍発生時刻tの取得数が目標数Aに達したか否かを判断する。ここで、目標数Aは脈拍数に対応し、本実施形態においては、目標数Aを1500〜2500の範囲の自然数に設定することが好ましい。この値は、被検者が定常状態を維持することができるのはせいぜい30分間程度であるという本発明者の経験的知見によるものであり、1500〜2500という範囲は、成人の30分間の平均的な脈拍数に相当する。 In the following step 105, it is determined whether or not the number of acquisitions of the heartbeat occurrence time t has reached the target number A. Here, the target number A corresponds to the pulse rate, and in the present embodiment, it is preferable to set the target number A to a natural number in the range of 1500 to 2500. This value is based on the empirical knowledge of the present inventor that the subject can maintain a steady state for about 30 minutes at the most, and the range of 1500 to 2500 is the average for 30 minutes for adults. Corresponds to the typical pulse rate.

ステップ105の判断の結果、目標数Aに達していない場合は(S105、No)、サンプリング停止後、待機期間T2が経過したか否を判断する(S106)。以降、待機期間T2が経過するまでこの判断処理をループする(S106、No)。 As a result of the determination in step 105, if the target number A has not been reached (S105, No), it is determined whether or not the waiting period T2 has elapsed after the sampling is stopped (S106). After that, this determination process is looped until the waiting period T2 elapses (S106, No).

待機期間T2が経過すると(S106、Yes)、処理は再びステップ101に戻って、心拍パルス信号の電圧監視を再開する。以降、ステップ105において、心拍発生時刻tの取得数が目標数Aに達したと判断されるまでの間、上述した一連の処理(S101〜S106)を繰り返し実行する。 When the waiting period T2 elapses (S106, Yes), the process returns to step 101 again to resume voltage monitoring of the heartbeat pulse signal. After that, in step 105, the above-mentioned series of processes (S101 to S106) are repeatedly executed until it is determined that the number of acquired heartbeat occurrence times t has reached the target number A.

つまり、本実施形態においては、サンプリング期間T1に連続する待機期間T2において心拍パルス信号の電圧監視を中断することで、その間に発生する予期しないノイズが心拍としてカウントされることを防止している。 That is, in the present embodiment, by interrupting the voltage monitoring of the heartbeat pulse signal during the standby period T2 continuous with the sampling period T1, it is possible to prevent unexpected noise generated during that period from being counted as the heartbeat.

本実施形態においては、待機期間T2として、平均的な心拍間隔の略半分の時間長とサンプリング期間T1の時間長の差分に相当する時間長を設定することが好ましい。これは、平常時の心拍間隔の略半分の時間長の中で2回以上の心拍動が発生することはないという経験的事実に基づく。例えば、平均的な心拍間隔が1000msの被検者について、サンプリング期間T1を100msとする場合、待機期間T2は、400ms(1000/2−100)に設定すればよい。なお、平均的な心拍間隔の時間長としては、事前に求めておいた被検者の心拍間隔の平均値を用いることができる。 In the present embodiment, it is preferable to set the waiting period T2 to be a time length corresponding to a difference between the time length of approximately half of the average heartbeat interval and the time length of the sampling period T1. This is based on the empirical fact that no more than one heartbeat occurs in a time length that is approximately half the normal heartbeat interval. For example, when the sampling period T1 is 100 ms for a subject having an average heart rate interval of 1000 ms, the waiting period T2 may be set to 400 ms (1000 / 2-100). As the average heartbeat interval time length, the average value of the heartbeat intervals of the subject obtained in advance can be used.

上述した一連の処理(S101〜S106)を繰り返し実行した結果、心拍発生時刻tの取得数が目標数Aに達すると(S106、Yes)、心拍発生時刻取得部14は、心拍発生時刻取得処理を終了する。これを受けて、端末装置10は、心拍発生時刻取得部14が取得したA個の心拍発生時刻をコンピュータ20に送信する。 As a result of repeatedly executing the series of processes (S101 to S106) described above, when the number of acquired heartbeat occurrence times t reaches the target number A (S106, Yes), the heartbeat occurrence time acquisition unit 14 performs the heartbeat occurrence time acquisition process. finish. In response to this, the terminal device 10 transmits the A heartbeat generation times acquired by the heartbeat generation time acquisition unit 14 to the computer 20.

以上、端末装置10の機能構成について説明してきたが、続いて、コンピュータ20の機能構成について説明する。 The functional configuration of the terminal device 10 has been described above, but subsequently, the functional configuration of the computer 20 will be described.

図2に示すように、コンピュータ20は、端末装置10から送信される心拍発生時刻に基づいてDFA(Detrended Fluctuation Analysis)を実行するためのDFA解析部22と、DFAの結果を利用して健康状態情報を生成するための健康状態情報生成部28とを含んで構成されている。本実施形態のDFA解析部22が採用するDFAの手法は、解析対象信号のゆらぎの分布関数がガウス分布である場合だけでなく、レヴィ分布である場合にも有効であり、本手法によれば、心拍のゆらぎの変化を精緻に検知することが可能になる。DFA解析部22は、DFAの対象となる時系列データを生成するための解析対象データ生成部23と、生成された時系列データに基づいて両対数グラフを生成するグラフ生成部24と、生成された両対数グラフに基づいてスケーリング指数を導出するスケーリング指数算出部25とを含んで構成されている。以下、上述した各機能部が実行する処理の内容を順を追って説明する。 As shown in FIG. 2, the computer 20 uses the DFA analysis unit 22 for executing DFA (Detrended Fluctuation Analysis) based on the heartbeat generation time transmitted from the terminal device 10 and the result of the DFA to be in a healthy state. It is configured to include a health condition information generation unit 28 for generating information. The DFA method adopted by the DFA analysis unit 22 of the present embodiment is effective not only when the distribution function of the fluctuation of the signal to be analyzed is a Gaussian distribution but also when it is a Levy distribution. , It becomes possible to precisely detect changes in heartbeat fluctuations. The DFA analysis unit 22 is generated by an analysis target data generation unit 23 for generating time-series data to be DFA, and a graph generation unit 24 that generates a log-log graph based on the generated time-series data. It is configured to include a scaling index calculation unit 25 for deriving a scaling index based on a log-log graph. Hereinafter, the contents of the processing executed by each of the above-mentioned functional units will be described step by step.

まず、図6に示すフローチャートに基づいて、解析対象データ生成部23が実行する解析対象データ生成処理を説明する。 First, the analysis target data generation process executed by the analysis target data generation unit 23 will be described based on the flowchart shown in FIG.

コンピュータ20が、端末装置10からA個の心拍発生時刻を受信したことを受けて、解析対象データ生成部23が以下の処理を開始する。 Upon receiving the A heartbeat generation times from the terminal device 10 by the computer 20, the analysis target data generation unit 23 starts the following processing.

ステップ201では、端末装置10から受信したA個の心拍発生時刻tからM個(A-1個)の心拍間隔xを算出し、算出したM個の心拍間隔xを要素とする時系列データ{x}を生成する。具体的には、端末装置10から受信したA個の心拍発生時刻tを時系列に並べ、(i+1)番目の時刻と(i)番目の時刻の時間差分を心拍間隔xとして算出する。その結果、M個(A-1個)の心拍間隔xが得られ、{x}は、M個の要素xからなる時系列データとして生成される。図7(a)は、ステップ201で生成される時系列データ{x}のグラフを例示的に示す。図7(a)に示すグラフでは、横軸をデータの時系列順番[i]に取り、縦軸を心拍間隔[x]に取っている。 In step 201, M (A-1) heartbeat intervals x are calculated from the A heartbeat occurrence times t received from the terminal device 10, and time-series data {with the calculated M heartbeat intervals x as elements. Generate x i }. Specifically, the A heartbeat occurrence times t received from the terminal device 10 are arranged in a time series, and the time difference between the (i + 1) th time and the (i) th time is calculated as the heartbeat interval x. As a result, M (A-1) heartbeat intervals x are obtained, and {x i } is generated as time series data composed of M elements x. Figure 7 (a) shows a graph of the time-series data {x i} illustratively generated in step 201. In the graph shown in FIG. 7A, the horizontal axis is the time series order [i] of the data, and the vertical axis is the heartbeat interval [x].

続くステップ202では、時系列データ{x}を構成するM個の心拍間隔xの平均値xaveを算出した後、時系列データ{x}を構成する各要素から平均値xaveを差し引くことによって、時系列データ{(x−xave)}を生成する。図7(b)は、ステップ202で生成される時系列データ{(x−xave)}のグラフを示す。 In step 202, when after calculating the average value x ave of the M heartbeat interval x constituting the series data {x i}, subtracting the mean value x ave from the elements constituting the series data {x i} When By doing so, time series data {(x−x ave ) i } is generated. FIG. 7B shows a graph of the time series data {(xx ave ) i } generated in step 202.

続くステップ203では、時系列データ{(x−xave)}を積分して時系列データ{y}を生成する。具体的には、時系列データ{(x−xave)}の各要素を時系列順に足し合わせることによって時系列データ{y}を生成する。下記式(1)は、時系列データ{y}の算出式を示す。 In the following step 203, the time series data {(x−x ave ) i } is integrated to generate the time series data {y i }. Specifically, time-series data {y i } is generated by adding each element of time-series data {(xx- ave ) i } in chronological order. The following formula (1) shows the calculation formula of the time series data {y i }.

図7(c)は、ステップ203で生成される時系列データ{y}のグラフを示す。本実施形態においては、この時系列データ{y}が解析対象データとなる。最後に、生成した時系列データ{y}を記憶部26に保存して(ステップ204)、処理を終了する。 FIG. 7C shows a graph of the time series data {y i } generated in step 203. In the present embodiment, this time series data {y i } is the data to be analyzed. Finally, the generated time series data {y i } is stored in the storage unit 26 (step 204), and the process is terminated.

以上、解析対象データ生成部23が実行する処理について説明してきたが、続いて、図8に示すフローチャートに基づいて、グラフ生成部24が実行するグラフ生成処理を説明する。 The process executed by the analysis target data generation unit 23 has been described above. Next, the graph generation process executed by the graph generation unit 24 will be described based on the flowchart shown in FIG.

解析対象データ生成部23が解析対象データ(時系列データ{y})を生成したことを受けて、グラフ生成部24が以下の処理を開始する。 In response to the analysis target data generation unit 23 generating the analysis target data (time series data {y i }), the graph generation unit 24 starts the following processing.

ステップ301では、解析対象データ生成部23が保存した時系列データ{y}を記憶部26からロードする。 In step 301, the time series data {y i } saved by the analysis target data generation unit 23 is loaded from the storage unit 26.

続くステップ302では、記憶部26からボックスサイズ・データをロードする。ここで、ボックスサイズ・データは、DFAにおいて使用する複数のボックスサイズ(整数)のセットであり、ボックスサイズとは、データの要素数を意味する。図9は、10〜1000の範囲に存在する136個の整数をボックスサイズとして有するボックスサイズ・データを例示的に示す。図9に示す例では、ボックスサイズ・データに含まれる136個の整数は、10〜100の間は1ずつ増分し、100〜500の間は10ずつ増分し、500〜1000の間は100ずつ増分している。 In the following step 302, the box size data is loaded from the storage unit 26. Here, the box size data is a set of a plurality of box sizes (integers) used in DFA, and the box size means the number of elements of the data. FIG. 9 schematically shows box size data having 136 integers in the range of 10 to 1000 as box sizes. In the example shown in FIG. 9, the 136 integers contained in the box size data are incremented by 1 between 10 and 100, incremented by 10 between 100 and 500, and incremented by 100 between 500 and 1000. Incrementing.

続くステップ303では、ロードしたボックスサイズ・データの中から最初のボックスサイズ[N]をセットする。図9に示すボックスサイズ・データの場合、例えば、最小のボックスサイズ[10]を最初にセットする。 In the following step 303, the first box size [N] is set from the loaded box size data. In the case of the box size data shown in FIG. 9, for example, the minimum box size [10] is set first.

続くステップ304では、ステップ301でロードした時系列データ{y}をその時点でセットされているボックスサイズ[N]で分割する。例えば、その時点でセットされているボックスサイズが[10]であった場合、時系列データ{y}を10個の要素を含む小区間(以下、ボックスという)に分割する。つまり、時系列データ{y}がM個の要素からなる場合、ステップ304において、時系列データ{y}は、M/N個のボックスに分割されることになる。図10(a)は、ボックスサイズ[10]で分割した時系列データ{y}を示す。この場合、各ボックス(BOX(1)、BOX(2)、BOX(3)…)は、10個の要素を含む。 In the following step 304, the time series data {y i } loaded in step 301 is divided by the box size [N] set at that time. For example, when the box size set at that time is [10], the time series data {y i } is divided into subsections (hereinafter, referred to as boxes) including 10 elements. That is, when the time series data {y i } is composed of M elements, in step 304, the time series data {y i } is divided into M / N boxes. FIG. 10A shows time series data {y i } divided by the box size [10]. In this case, each box (BOX (1), BOX (2), BOX (3) ...) Contains 10 elements.

続くステップ305では、分割後のボックス(BOX(1)、BOX(2)、BOX(3)…)のそれぞれにつき、当該ボックス内に存在するN個のデータに対して近似曲線をフィッティングし、当該近似曲線上の値を各ボックスの局所トレンドyとして決定する。ここで、近似曲線のフィッティングは1次関数から4次関数までを用いた最小二乗法によって行うことができる。なお、ここでいう近似曲線は、直線を含む概念である。図10(b)は、各ボックス(BOX(1)、BOX(2)、BOX(3)…)に対して近似曲線y(y(1)、y(2)、y(3)…)をフィッティングした状態を示している。なお、図10(b)においては、説明の便宜上、近似曲線を1次関数で示している。 In the following step 305, an approximate curve is fitted to each of the N pieces of data existing in the box for each of the divided boxes (BOX (1), BOX (2), BOX (3) ...). The value on the approximate curve is determined as the local trend y V of each box. Here, the fitting of the approximate curve can be performed by the minimum square method using the linear function to the quaternary function. The approximate curve referred to here is a concept including a straight line. FIG. 10 (b) shows approximate curves y V (y V (1), y V (2), y V (3) for each box (BOX (1), BOX (2), BOX (3) ...). ) ...) is shown in the fitted state. In FIG. 10B, for convenience of explanation, the approximate curve is shown by a linear function.

続くステップ306では、ボックス(BOX(1)、BOX(2)、BOX(3)…)のそれぞれにつき、ボックスを構成する各要素から当該ボックスについて決定した局所トレンドyを差し引くことにより、時系列データ{z}を生成する。下記式(2)は、時系列データ{z}の式を示し、図10(c)は、ステップ205で生成される時系列データ{z}のグラフを示す。 In step 306, the box (BOX (1), BOX ( 2), BOX (3) ...) for each of, by subtracting the local trend y V from each of the elements constituting the box determined for the box, the time series It generates data {z i}. Following formula (2), when The equation of series data {z i}, FIG. 10 (c) shows a graph of the time-series data {z i} generated in step 205.

続くステップ307では、時系列データ{z}のボックス(BOX(1)、BOX(2)、BOX(3)…)のそれぞれにつき、ボックスを構成する先頭の要素(点線の丸で囲んで示す)の値と末尾の要素(点線の四角で囲んで示す)の値の差分を求める。 In step 307, when box-series data {z i} (BOX (1 ), BOX (2), BOX (3) ...) for each of, shown enclosed by the first element (dotted circle constituting the box ) And the value of the last element (indicated by the dotted square).

なお、上述したステップ306および307の処理に代えて、以下の方法を採用して計算量を軽減してもよい。すなわち、各ボックス(BOX(1)、BOX(2)、BOX(3)…)の先頭の要素から対応する局所トレンドyを差し引いた値と末尾の要素から対応する局所トレンドyを差し引いた値の差分を求める方法である。 Instead of the processes of steps 306 and 307 described above, the following method may be adopted to reduce the amount of calculation. That is, each box (BOX (1), BOX ( 2), BOX (3) ...) by subtracting the first element of the corresponding local trend y V from the corresponding local trend y V values and end of elements was subtracted from of This is a method for finding the difference between values.

続くステップ308では、全てのボックス(BOX(1)、BOX(2)、BOX(3)…)について求めた差分(先頭と末尾の差分)の二乗平均平方根[S]を算出する。 In the following step 308, the root mean square [S] of the difference (difference between the beginning and the end) obtained for all the boxes (BOX (1), BOX (2), BOX (3) ...) is calculated.

続くステップ309では、ステップ307で算出した二乗平均平方根[S]とその時点でセットされているボックスサイズ[N]からなる数値の組(N,S)を記録する。 In the following step 309, a set (N, S) of numerical values consisting of the root mean square [S] calculated in step 307 and the box size [N] set at that time is recorded.

続くステップ310では、ステップ302でロードしたボックスサイズ・データに含まれる全てのボックスサイズ[N]について、組(N,S)を記録したか否かを判断する。その結果、全てのボックスサイズ[N]について組(N,S)の記録が完了していない場合には(ステップ310、No)、処理はステップ311に進む。 In the following step 310, it is determined whether or not the set (N, S) is recorded for all the box sizes [N] included in the box size data loaded in step 302. As a result, if the recording of the set (N, S) is not completed for all the box sizes [N] (step 310, No), the process proceeds to step 311.

ステップ311では、ボックスサイズ・データに含まれる値の中から次のボックスサイズ[N]を新たにセットする。図9に示すボックスサイズ・データの場合、例えば、ボックスサイズ[11]を新たにセットする。その後、処理は再びステップ304に戻る。 In step 311, the next box size [N] is newly set from the values included in the box size data. In the case of the box size data shown in FIG. 9, for example, the box size [11] is newly set. After that, the process returns to step 304 again.

以降、ステップ310において、全てのボックスサイズ[N]について組(N,S)を記録したと判断されるまでの間、上述した一連の処理(S304〜S310)を繰り返し実行する。 After that, in step 310, the series of processes (S304 to S310) described above are repeatedly executed until it is determined that the set (N, S) has been recorded for all the box sizes [N].

つまり、本実施形態では、ステップ302でロードしたボックスサイズ・データに含まれる全てのボックスサイズについて、上述した一連の処理(S304〜S310)を実行することによって、ボックスサイズの数だけ数値の組(N,S)が記録されることになり、図9に示すボックスサイズ・データの場合、136個の組(N,S)が記録されることになる。 That is, in the present embodiment, by executing the series of processes (S304 to S310) described above for all the box sizes included in the box size data loaded in step 302, a set of numerical values (as many as the number of box sizes) ( N, S) will be recorded, and in the case of the box size data shown in FIG. 9, 136 sets (N, S) will be recorded.

ここで、ボックスサイズ[N]と二乗平均平方根[S]の関係は、下記式(3)に示す関数S(N)として定義される。なお、下記式(3)において、“M”は時系列データ{y}の要素数を示し、“N”はボックスサイズを示し、“zjN+N−zjN+1“は、j番目のボックスの先頭の要素(zjN+1)と末尾の要素(zjN+N)の差分(変位)を示す。 Here, the relationship between the box size [N] and the root mean square [S] is defined as the function S (N) shown in the following equation (3). In the following equation (3), "M" indicates the number of elements of the time series data {y i }, "N" indicates the box size, and "z jN + N − z jN + 1 " is the beginning of the jth box. The difference (displacement) between the element (z jN + 1 ) and the last element (z jN + N ) is shown.

再び、図8に戻って説明を続ける。ステップ310において、全てのボックスサイズ[N]について組(N,S)を記録したと判断した場合(ステップ310、Yes)、処理は、ステップ312に進む。 Returning to FIG. 8 again, the explanation will be continued. If it is determined in step 310 that the set (N, S) has been recorded for all the box sizes [N] (step 310, Yes), the process proceeds to step 312.

ステップ312では、記録した組(N,S)を両対数グラフにプロットする。図11は、ステップ312で生成される両対数グラフを例示的に示す。図11に示す両対数グラフでは、縦軸をlog[S]に、横軸をlog[N]に取り、対数目盛を刻んでいる。最後に、ステップ312で生成した両対数グラフを記憶部26に保存して(ステップ313)、処理を終了する。 In step 312, the recorded pairs (N, S) are plotted on a log-log graph. FIG. 11 illustrates an exemplary log-log graph generated in step 312. In the log-log graph shown in FIG. 11, the vertical axis is log [S] and the horizontal axis is log [N], and the logarithmic scale is engraved. Finally, the log-log graph generated in step 312 is stored in the storage unit 26 (step 313), and the process ends.

以上、グラフ生成部24が実行する処理について説明してきたが、続いて、図12に示すフローチャートに基づいて、スケーリング指数算出部25が実行するスケーリング指数算出処理を説明する。 The process executed by the graph generation unit 24 has been described above. Next, the scaling index calculation process executed by the scaling index calculation unit 25 will be described based on the flowchart shown in FIG.

スケーリング指数算出部25は、健康状態情報生成部28からの要求を受けて(後述する)、以下の処理を開始する。 The scaling index calculation unit 25 receives a request from the health state information generation unit 28 (described later), and starts the following processing.

ステップ401では、グラフ生成部24が生成した両対数グラフを記憶部26からロードする。 In step 401, the log-log graph generated by the graph generation unit 24 is loaded from the storage unit 26.

続くステップ402では、ロードした両対数グラフのプロットのうち、健康状態情報生成部28から指定されたボックスサイズの範囲(後述する)に含まれるプロットに1次関数をフィッティングし、フィッティングした1次関数の傾きをスケーリング指数αとして算出する。最後に、1次関数のフィッティングを行った両対数グラフと算出したスケーリング指数αを記憶部26に保存して(ステップ403)、処理を終了する。 In the following step 402, the linear function is fitted to the plot included in the box size range (described later) specified by the health condition information generation unit 28 among the loaded log-log graph plots, and the fitted linear function is fitted. Is calculated as the scaling index α. Finally, the log-log graph to which the linear function is fitted and the calculated scaling index α are stored in the storage unit 26 (step 403), and the process is terminated.

以上、スケーリング指数算出部25が実行する処理について説明してきたが、続いて、図13に示すフローチャートに基づいて、健康状態情報生成部28が実行する健康状態情報生成処理を説明する。 The process executed by the scaling index calculation unit 25 has been described above. Next, the health state information generation process executed by the health state information generation unit 28 will be described based on the flowchart shown in FIG.

健康状態情報生成部28は、所定のUI画面を介して、ボックスサイズの範囲を指定した処理要求をユーザから受け付ける。なお、本実施形態においては、一度に2以上のボックスサイズの範囲の指定を受け付けるようにしてもよい。健康状態情報生成部28は、ユーザからの処理要求を受けて以下の処理を開始する。 The health state information generation unit 28 receives a processing request for which a range of the box size is specified from the user via a predetermined UI screen. In this embodiment, the designation of two or more box size ranges may be accepted at one time. The health state information generation unit 28 starts the following processing in response to the processing request from the user.

ステップ501では、ユーザが指定したボックスサイズの範囲を指定して、スケーリング指数算出部25にスケーリング指数の計算を要求する。これを受けて、スケーリング指数算出部25がスケーリング指数算出処理を実行する(図12参照)。 In step 501, a range of the box size specified by the user is specified, and the scaling index calculation unit 25 is requested to calculate the scaling index. In response to this, the scaling index calculation unit 25 executes the scaling index calculation process (see FIG. 12).

続くステップ502では、スケーリング指数の算出に使用した両対数グラフと算出したスケーリング指数αを記憶部26からロードする。 In the following step 502, the log-log graph used for calculating the scaling index and the calculated scaling index α are loaded from the storage unit 26.

続くステップ503では、ロードした両対数グラフとスケーリング指数αを使用して健康状態情報を生成する。 In the following step 503, the loaded log-log graph and the scaling index α are used to generate health information.

図14は、可視化データとして生成された健康状態情報を例示的に示す。図14(a)に示す例では、ボックスサイズの範囲[30〜270]に1次関数をフィッティングした両対数グラフ上にスケーリング指数αが健康指標αとして提示されている。一方、図14(b)に示す例では、3つのボックスサイズの範囲[30〜60]、[70〜140]および[130〜270]に1次関数をフィッティングした両対数グラフ上に各1次関数に対応するスケーリング指数αが健康指標αとして提示されている。なお、本発明は、健康状態情報のフォーマットを限定するものではなく、スケーリング指数αを心臓の健康状態を表す指標として提示することができるフォーマットであれば、どのようなフォーマットであってもよい。 FIG. 14 schematically shows health condition information generated as visualization data. In the example shown in FIG. 14A, the scaling index α is presented as the health index α on a log-log graph in which the linear function is fitted in the box size range [30 to 270]. On the other hand, in the example shown in FIG. 14 (b), the linear functions are fitted to the three box size ranges [30 to 60], [70 to 140], and [130 to 270], and the linear functions are fitted to each linear graph. The scaling index α corresponding to the function is presented as the health index α. The present invention does not limit the format of the health status information, and any format may be used as long as the scaling index α can be presented as an index representing the health status of the heart.

最後に、健康状態情報生成部28は、生成した診断支援情報健康状態情報を記憶部26に保存して(ステップ504)、処理を終了する。 Finally, the health state information generation unit 28 saves the generated diagnosis support information health state information in the storage unit 26 (step 504), and ends the process.

なお、本実施形態においては、ボックスサイズの範囲のデフォルト値を設定しておき、ボックスサイズの範囲についてユーザから明示的な指定がない場合に、当該デフォルト値が示すボックスサイズの範囲についてスケーリング指数αを計算し、その結果を心臓の健康状態を表す指標として提示するようにしてもよい。この場合、ボックスサイズの範囲のデフォルト値は、10〜300とすることが好ましく、30〜270とすることがより好ましい。この値は、本発明者の経験的知見によるものであり、本発明者は、数百人の被検者の健康状態を経時的に観察した経験から、当該ボックスサイズの範囲について計算したスケーリング指数αと急性心筋梗塞の危険因子であるストレスとの間に密接な相関があることを発見したのである。 In this embodiment, the default value of the box size range is set, and when the user does not explicitly specify the box size range, the scaling index α is set for the box size range indicated by the default value. May be calculated and the result presented as an indicator of heart health. In this case, the default value in the box size range is preferably 10 to 300, more preferably 30 to 270. This value is based on the empirical knowledge of the present inventor, and the present inventor calculated the scaling index for the range of the box size from the experience of observing the health condition of hundreds of subjects over time. They found that there was a close correlation between α and stress, which is a risk factor for acute myocardial infarction.

以上、本発明の生体信号解析システムを実施形態に基づいて説明してきたが、本発明の生体信号解析システムは、図1に示した態様の他にも種々の実装構成が可能であることはいうまでもない。例えば、本発明の生体信号解析システムは、図2に示した各機能手段を小型の筐体に一体化することによって、図15(a)に示すような携帯型装置として実装することができる。また、本発明の生体信号解析システムは、図2に示したコンピュータ20が備える機能手段をWebアプリケーションとしてWebサーバ50に搭載することによって、Webサービスとして実装することができる。この場合、モバイル端末40(例えば、スマートフォンやタブレットPC)にインストールされた専用アプリケーションが端末装置10から受信した心拍発生時刻を含むHTTPリクエストをWebサーバ50に送信し、Webサーバ50からHTTPレスポンスとして健康状態情報を受信する。要するに、本発明の生体信号解析システムを構成する各機能手段は、健康状態情報をユーザに提示しうる限りにおいて、任意の単位で自由に組み合わせることができ、また、それらを任意の態様で分散して配置することができる。 The biological signal analysis system of the present invention has been described above based on the embodiment, but it is said that the biological signal analysis system of the present invention can be implemented in various ways in addition to the embodiment shown in FIG. Not to mention. For example, the biological signal analysis system of the present invention can be implemented as a portable device as shown in FIG. 15A by integrating each of the functional means shown in FIG. 2 into a small housing. Further, the biological signal analysis system of the present invention can be implemented as a Web service by mounting the functional means provided in the computer 20 shown in FIG. 2 on the Web server 50 as a Web application. In this case, the dedicated application installed on the mobile terminal 40 (for example, a smartphone or tablet PC) transmits an HTTP request including the heartbeat occurrence time received from the terminal device 10 to the Web server 50, and the Web server 50 sends a healthy HTTP response. Receive status information. In short, each functional means constituting the biological signal analysis system of the present invention can be freely combined in any unit as long as health condition information can be presented to the user, and they are dispersed in any manner. Can be placed.

以上、説明したように、本実施形態によれば、被検者に過度の拘束を強いることなく、心臓の機能不全の予兆検知に役立つ有用な健康状態情報をユーザに提示することが可能になる。心臓に潜在的なリスクを抱えたユーザは、提示された健康状態情報に基づいて生活習慣を見直すなどの策を講じることができるので、大事に至らずに済む。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to present the user with useful health condition information useful for detecting signs of cardiac dysfunction without forcing the subject to be excessively restrained. .. Users with potential heart risk can take measures such as reviewing their lifestyle based on the health information presented, so it does not matter.

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。 Although the present invention has been described above with embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and as long as the present invention exerts its actions and effects within the range of embodiments that can be inferred by those skilled in the art. , Is included in the scope of the present invention.

また、上述した端末装置10およびコンピュータ20の各機能は、C、C++、C#、Java(登録商標)などで記述された装置実行可能なプログラムにより実現することができ、本実施形態のプログラムは、ハードディスク装置、CD−ROM、MO、DVD、フレキシブルディスク、EEPROM、EPROMなどの装置可読な記録媒体に格納して頒布することができ、また他装置が可能な形式でネットワークを介して伝送することができる。 Further, each function of the terminal device 10 and the computer 20 described above can be realized by a device executable program described in C, C ++, C #, Java (registered trademark), etc., and the program of the present embodiment is , Hard disk devices, CD-ROMs, MOs, DVDs, flexible disks, EEPROMs, EPROMs, etc. Can be stored and distributed in readable recording media, and transmitted via a network in a format that other devices can. Can be done.

10…端末装置、11…電極、12…心拍動成分抽出部、14…心拍発生時刻取得部、20…コンピュータ、22…DFA解析部、23…解析対象データ生成部、24…グラフ生成部、25…スケーリング指数算出部、26…記憶部、28…健康状態情報生成部、30…ディスプレイ、40…モバイル端末、50…Webサーバ、100…生体信号解析システム
10 ... Terminal device, 11 ... Electrode, 12 ... Heartbeat component extraction unit, 14 ... Heartbeat generation time acquisition unit, 20 ... Computer, 22 ... DFA analysis unit, 23 ... Analysis target data generation unit, 24 ... Graph generation unit, 25 ... Scaling index calculation unit, 26 ... Storage unit, 28 ... Health status information generation unit, 30 ... Display, 40 ... Mobile terminal, 50 ... Web server, 100 ... Biological signal analysis system

Claims (10)

生体信号から心拍動成分を主成分として含む電圧信号を抽出する心拍動成分抽出部と、
前記電圧信号に基づいて心拍発生時刻を取得する心拍発生時刻取得部と、
前記心拍発生時刻から算出した心拍間隔の時系列データに基づいてDFAを実行するためのDFA解析部と、
DFA解析部が算出したスケーリング指数を心臓の健康状態を表す指標として提示する健康状態情報を生成する健康状態情報生成部と、
を含み、
前記心拍発生時刻取得部は、
前記電圧信号の電圧が所定の閾値に達した時点からサンプリング期間にわたって該電圧信号の電圧値をサンプリングし、電圧の極値をサンプリングした時刻を前記心拍発生時刻として取得し、該サンプリング期間に連続する待機期間において該電圧信号の監視を中断し、前記待機期間が、平均的な心拍間隔の半分の時間長と前記サンプリング期間の時間長の差分に設定される、
生体信号解析システム。
A heartbeat component extractor that extracts a voltage signal containing a heartbeat component as a main component from a biological signal,
A heartbeat generation time acquisition unit that acquires a heartbeat generation time based on the voltage signal,
A DFA analysis unit for executing DFA based on the time series data of the heartbeat interval calculated from the heartbeat occurrence time, and
A health condition information generation unit that generates health condition information that presents the scaling index calculated by the DFA analysis unit as an index representing the health condition of the heart,
Including
The heartbeat generation time acquisition unit
The voltage value of the voltage signal is sampled from the time when the voltage of the voltage signal reaches a predetermined threshold value over a sampling period, the time when the extreme value of the voltage is sampled is acquired as the heartbeat generation time, and the time is continuous with the sampling period. The monitoring of the voltage signal is interrupted during the standby period, and the standby period is set to the difference between the time length of half the average heartbeat interval and the time length of the sampling period.
Biological signal analysis system.
前記心拍動成分抽出部は、ハイパスフィルタを含み、該ハイパスフィルタの時定数は0.1程度である、請求項1に記載の生体信号解析システム。 The biological signal analysis system according to claim 1, wherein the heartbeat component extraction unit includes a high-pass filter, and the time constant of the high-pass filter is about 0.1. 前記DFA解析部は、
前記心拍発生時刻から算出した心拍間隔の時系列データの各要素から平均値を引いた値を積分して解析対象データを生成する解析対象データ生成部と、
前記解析対象データをボックスサイズN(Nは1以上の整数。以下同様)で分割し、ボックス毎のトレンドを決定し、各ボックスについて先頭の要素からトレンドを差し引いた値と末尾の要素からトレンドを差し引いた値の差分を求め、該差分の二乗平均平方根SとボックスサイズNの組(N,S)を記録するという一連の処理を、複数の異なるボックスサイズNについて実行し、記録した複数の前記組(N,S)を両対数グラフにプロットするグラフ生成部と、
前記両対数グラフにおける前記プロットの一部または全部に1次関数をフィッティングし、該1次関数の傾きをスケーリング指数として算出するスケーリング指数算出部と、
を含む、請求項1または2に記載の生体信号解析システム。
The DFA analysis unit
An analysis target data generation unit that generates analysis target data by integrating a value obtained by subtracting an average value from each element of the heartbeat interval time series data calculated from the heartbeat occurrence time.
The analysis target data is divided by the box size N (N is an integer of 1 or more. The same applies hereinafter), the trend for each box is determined, and the trend is calculated from the value obtained by subtracting the trend from the first element and the trend from the last element for each box. A series of processes of obtaining the difference between the subtracted values and recording the set (N, S) of the root mean square S of the difference and the box size N is executed for a plurality of different box sizes N, and the recorded plurality of said A graph generator that plots pairs (N, S) on a log-log graph,
A scaling index calculation unit that fits a linear function to a part or all of the plot in the log-log graph and calculates the slope of the linear function as a scaling index.
The biological signal analysis system according to claim 1 or 2.
前記グラフ生成部は、
各前記ボックス内のN個の要素に近似曲線をフィッティングして前記トレンドを決定する、請求項3に記載の生体信号解析システム。
The graph generator
The biological signal analysis system according to claim 3, wherein an approximate curve is fitted to N elements in each of the boxes to determine the trend.
前記スケーリング指数算出部は、
指定された前記ボックスサイズNの範囲の前記プロットに1次関数をフィッティングする、請求項3または4に記載の生体信号解析システム。
The scaling index calculation unit
The biological signal analysis system according to claim 3 or 4, wherein a linear function is fitted to the plot in the specified box size N range.
前記スケーリング指数算出部は、
前記ボックスサイズNが10〜300の範囲の前記プロットに1次関数をフィッティングする、請求項3〜5のいずれか一項に記載の生体信号解析システム。
The scaling index calculation unit
The biological signal analysis system according to any one of claims 3 to 5, wherein a linear function is fitted to the plot having a box size N in the range of 10 to 300.
前記解析対象データ生成部は、
所定数の前記心拍発生時刻に基づいて前記解析対象データを生成する、請求項3〜5のいずれか一項に記載の生体信号解析システム。
The analysis target data generation unit is
The biological signal analysis system according to any one of claims 3 to 5, which generates the analysis target data based on a predetermined number of heartbeat occurrence times.
前記所定数は、1500〜2500の範囲の自然数である、請求項7に記載の生体信号解析システム。 The biological signal analysis system according to claim 7, wherein the predetermined number is a natural number in the range of 1500 to 2500. 心臓の健康状態を表す指標を含む健康状態情報を生成するため、コンピュータが実行する方法であって、コンピュータが、
生体信号から心拍動成分を主成分として含む電圧信号を抽出するステップと、
前記電圧信号に基づいて心拍発生時刻を取得するステップと、
前記心拍発生時刻から算出した心拍間隔の時系列データに基づいてDFAを実行するステップと、
DFA解析部が算出したスケーリング指数を心臓の健康状態を表す指標として提示する健康状態情報を生成するステップと、
実行し、
前記心拍発生時刻を取得するステップは、
前記電圧信号の電圧が所定の閾値に達した時点からサンプリング期間にわたって該電圧信号の電圧値をサンプリングし、電圧の極値をサンプリングした時刻を前記心拍発生時刻として取得し、該サンプリング期間に連続する待機期間において該電圧信号の監視を中断するステップであって、
前記待機期間が、平均的な心拍間隔の半分の時間長と前記サンプリング期間の時間長の差分に設定される、
コンピュータ実行可能なプログラム。
A method performed by a computer to generate health information, including indicators of heart health .
The step of extracting a voltage signal containing a heartbeat component as a main component from a biological signal,
The step of acquiring the heartbeat generation time based on the voltage signal and
A step of executing DFA based on the time series data of the heartbeat interval calculated from the heartbeat occurrence time, and
A step to generate health condition information that presents the scaling index calculated by the DFA analysis unit as an index showing the health condition of the heart, and
And run
The step of acquiring the heartbeat occurrence time is
The voltage value of the voltage signal is sampled from the time when the voltage of the voltage signal reaches a predetermined threshold value over a sampling period, the time when the extreme value of the voltage is sampled is acquired as the heartbeat generation time, and the time is continuous with the sampling period. A step of interrupting the monitoring of the voltage signal during the standby period.
The waiting period is set to the difference between half the time length of the average heartbeat interval and the time length of the sampling period.
A computer-executable program.
前記DFAを実行するステップは、
前記心拍発生時刻から算出した心拍間隔の時系列データの各要素から平均値を引いた値を積分して解析対象データを生成するステップと、
前記解析対象データをボックスサイズN(Nは1以上の整数。以下同様)で分割し、ボックス毎のトレンドを決定し、各ボックスについて先頭の要素からトレンドを差し引いた値と末尾の要素からトレンドを差し引いた値の差分を求め、該差分の二乗平均平方根SとボックスサイズNの組(N,S)を記録するという一連の処理を、複数の異なるボックスサイズNについて実行し、記録した複数の前記組(N,S)を両対数グラフにプロットするステップと、
前記両対数グラフにおける前記プロットの一部または全部に1次関数をフィッティングし、該1次関数の傾きをスケーリング指数として算出するステップと、
を含む、請求項9に記載のコンピュータ実行可能なプログラム。
The step of executing the DFA is
A step of integrating the values obtained by subtracting the average value from each element of the time series data of the heartbeat interval calculated from the heartbeat occurrence time to generate the analysis target data, and
The analysis target data is divided by the box size N (N is an integer of 1 or more. The same applies hereinafter), the trend for each box is determined, and the trend is calculated from the value obtained by subtracting the trend from the first element and the trend from the last element for each box. A series of processes of obtaining the difference between the subtracted values and recording the set (N, S) of the root mean square S of the difference and the box size N is executed for a plurality of different box sizes N, and the recorded plurality of said Steps to plot pairs (N, S) on a log-log graph,
A step of fitting a linear function to a part or all of the plot in the log-log graph and calculating the slope of the linear function as a scaling index.
9. The computer-executable program of claim 9 .
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