JP7155980B2 - 生体機能評価装置、生体機能評価方法、及びプログラム - Google Patents
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前記被測定者から生体信号を取得する生体信号取得部と、
前記被測定者の体動を検知する体動検知部と、
前記生体信号から心拍間隔を算出する心拍間隔算出部と、
前記体動検知部によって検知された前記体動が前記心拍間隔の変動に与えた影響に基づいて、前記体動を影響動作と検知する影響動作検知部と、
前記影響動作検知部が前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記生体信号について前記心拍間隔が前記体動の影響を受けている影響区間を特定する区間設定部と、
を有し、
前記影響動作検知部が前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記区間設定部が特定した前記影響区間における前記心拍間隔に対して所定の処理を施した後に、前記生体機能の評価を行う。
(1)LF、HFのばらつきには、(a)自律神経等の生体機能が変化したことによる変動と、(b)唾液の嚥下や深呼吸などの心拍間隔に影響する「影響動作」による変動があり、これら「影響動作」によってLFとHFのばらつきが増幅される。
(2)上記(a)の自律神経機能等の生体機能の変化は体動をともなわないが、(b)の「影響動作」は、体動が発生すると同時に、心拍間隔が大きく変動する。
(3)頭や体を動かすだけの動きは(b)の「影響動作」には当たらず、被測定者にこのような動きがあっても心拍間隔はあまり変動しない。
図1は、第1実施形態の生体機能評価装置1Aの機能ブロック図である。生体機能評価装置1Aは、信号処理部200Aと、体動モニタ部220と、生体信号測定部230と、表示部240を有する。第1実施形態では、体動のモニタと生体信号の取得を、別々のセンサで行う。
図3は、生体機能評価装置1Aで行われる処理フローである。生体機能評価の開始コマンドが入力されると、測定が開始され、生体信号を取得し、かつ体動をモニタする(S31)。一例として、生体信号は心電または脈波であり、体動は上半身の動きである。
脈拍のピーク時間Tmとして、脈波信号が極大となる時間を用いてもよいし、脈波信号が極小となる時間を用いてもよい。また、脈拍のピーク時間Tmは、ピーク近傍の信号値に基づいて補正された補正ピーク時間を用いてもよい。
ステップS31~S33とパラレルに被測定者の体動がモニタされており、体動検知部205で体動が検知されたか否かが判断される(S34)。たとえば、体動モニタ部220の出力が所定範囲を超えて変化したときに、体動ありとして検知される。体動が検知されない場合(S34でNO)、生体機能評価装置1Aは、計測時間が終了するまで(S35でYES)、ステップS31~S34を繰り返して計測を続ける。
図8と図9は、影響動作判定の第一の方法について、説明する図である。図8(a)は、体動検知部205で得られる体動モニタ信号の信号変化量の時間変化、図8(b)は、心拍間隔算出部203によって得られた心拍間隔データである。図8(c)は、統計解析部204により得られた5秒ごとの心拍間隔の標準偏差である。
ここで、xiは体動検知時刻T1の後のある時刻の心拍間隔、μは心拍間隔平均値、σは標準偏差値である。
図12は、影響区間の第一の設定方法について説明する図である。図12(a)で信号変化量が閾値Thを大きく上回って体動が検知され、かつ、図12(b)に示すように心拍間隔の平均偏差が体動検知時刻T1より前に比べて増大しているので、「影響動作」有りと判断される。ここで、体動発生後の心拍状態が、体動発生前の心拍状態に戻るまでの区間を影響区間tinf に設定する(影響区間の第一の設定方法)。この影響区間の第一の設定方法では、体動発生前の心拍状態を表わす指標として、体動発生までの心拍間隔の標準偏差の平均を用いている。
ここで、g(s)はあらかじめ実験で導出された関数であり、単位強度当たりの影響時間を表わしている。図14(b)に示すように、体動検知信号の強度Dで決まる影響区間Tinfでは、一般的に心拍間隔の偏差が大きくなっているので、体動検知信号の強度を用いて影響区間を決定することができる。
生体機能評価部210は、有効区間に取得された心拍間隔データを解析して、自律神経バランス等の生体の機能または状態を評価する。ここでは、自律神経バランスを表わす指標であるLF、HF、LF/HFを評価する例を説明する。
図18は、第2実施形態の生体機能評価装置1Bの機能ブロック図である。生体機能評価装置1Bは、信号処理部200Bと、表示部240と、撮像部250を有する。第2実施形態では、撮像部250で撮影される画像データを用いて体動をモニタし、生体信号を取得する。
ここで、p0(n)、r(n)、g(n)、b(n)は、それぞれnフレーム目の脈波信号、R信号、G信号、B信号の信号値を表す。またar、ag、abは、R信号、G信号、b信号の重みを表す。
被測定者から生体信号を取得する手順と、
前記被測定者の体動を検知する手順と、
前記生体信号から心拍間隔を算出する手順と、
前記被測定者の体動が検知された場合に、前記体動が前記心拍間隔の変動に与えた影響に基づいて、前記体動を影響動作と検知する手順と、
前記体動が前記影響動作と検知された場合に、前記心拍間隔が前記体動の影響を受けている影響区間を特定する手順と、
前記体動が前記影響動作と検知された場合に、前記影響区間における前記心拍間隔に対して所定の処理を施した後に、前記生体機能の評価を行う手順と、
を実行させる。
100 情報処理装置
200A、200B 信号処理部
201 画像信号入力部
202 生体信号抽出部
203 心拍間隔算出部
204 統計解析部
205 体動検知部
206 影響動作判定部
207 影響区間設定部
208 影響区間処理部
209 計測時間設定・カウント部
210 生体機能評価部
220 体動モニタ部
230 生体信号測定部
240 表示部
250 撮像部
Claims (13)
- 心拍間隔を用いて被測定者の生体機能の評価を行う生体機能評価装置であって、
前記被測定者から生体信号を取得する生体信号取得部と、
前記被測定者の体動を検知する体動検知部と、
前記生体信号から心拍間隔を算出する心拍間隔算出部と、
前記体動検知部によって検知された前記体動が、前記心拍間隔の変動に与えた影響に基づいて、前記体動を影響動作と検知する影響動作検知部と、
前記影響動作検知部が前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記生体信号について前記心拍間隔が前記体動の影響を受けている影響区間を特定する区間設定部と、
を有し、
前記影響動作検知部が前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記区間設定部が特定した前記影響区間における前記心拍間隔に対して所定の処理を施した後に、前記生体機能の評価を行い、
前記影響動作検知部は、前記体動検知部による体動検知後の前記心拍間隔の統計情報を、前記体動検知部による体動検知よりも前の前記被測定者の前記心拍間隔の統計情報と比較して、一定以上の偏差が生じている場合に、前記体動検知部による体動を前記影響動作と検知することを特徴とする生体機能評価装置。 - 前記所定の処理は、前記影響区間における心拍間隔の削除、または補正であることを特徴とする請求項1に記載の生体機能評価装置。
- 前記影響動作検知部は、前記体動検知部により前記体動が検知された場合において、前記心拍間隔の標準偏差が前記体動検知部による前記体動検知より前の標準偏差よりも増大している場合に、前記体動を前記影響動作と検知することを特徴とする請求項1に記載の生体機能評価装置。
- 前記影響動作検知部は、前記体動検知部により前記体動が検知された場合において、前記心拍間隔が、前記体動検知部による前記体動検知より前の心拍間隔の最小値よりも所定量以上減少した場合に、前記体動を前記影響動作と検知することを特徴とする請求項1に記載の生体機能評価装置。
- 前記影響動作の検知は、前記体動検知部により前記体動が検知された場合において、前記被測定者の前記心拍間隔の統計情報を、事前の統計情報と比較して、前記事前の統計情報との間に一定以上の偏差が生じている場合に、前記体動を前記影響動作と検知することを特徴とする請求項1に記載の生体機能評価装置。
- 心拍間隔を用いて被測定者の生体機能の評価を行う生体機能評価装置であって、
前記被測定者から生体信号を取得する生体信号取得部と、
前記被測定者の体動を検知する体動検知部と、
前記生体信号から心拍間隔を算出する心拍間隔算出部と、
前記体動検知部によって検知された前記体動が、前記心拍間隔の変動に与えた影響に基づいて、前記体動を影響動作と検知する影響動作検知部と、
前記影響動作検知部が前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記生体信号について前記心拍間隔が前記体動の影響を受けている影響区間を特定する区間設定部と、
を有し、
前記影響動作検知部が前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記区間設定部が特定した前記影響区間における前記心拍間隔に対して所定の処理を施した後に、前記生体機能の評価を行い、
前記区間設定部は、前記影響動作検知部が前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記体動検知部が前記体動の発生を検知した時点から、前記心拍間隔の標準偏差が前記体動検知部による前記体動の検知よりも前の標準偏差の平均値に戻るまでの時間を、前記影響区間に設定することを特徴とする生体機能評価装置。 - 心拍間隔を用いて被測定者の生体機能の評価を行う生体機能評価装置であって、
前記被測定者から生体信号を取得する生体信号取得部と、
前記被測定者の体動を検知する体動検知部と、
前記生体信号から心拍間隔を算出する心拍間隔算出部と、
前記体動検知部によって検知された前記体動が、前記心拍間隔の変動に与えた影響に基づいて、前記体動を影響動作と検知する影響動作検知部と、
前記影響動作検知部が前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記生体信号について前記心拍間隔が前記体動の影響を受けている影響区間を特定する区間設定部と、
を有し、
前記影響動作検知部が前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記区間設定部が特定した前記影響区間における前記心拍間隔に対して所定の処理を施した後に、前記生体機能の評価を行い、
前記区間設定部は、前記影響動作検知部が前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記体動検知部が前記体動を検知した時点より後の前記心拍間隔の最初のピークと2番目のピークの間を前記影響区間に設定することを特徴とする生体機能評価装置。 - 心拍間隔を用いて被測定者の生体機能の評価を行う生体機能評価装置であって、
前記被測定者から生体信号を取得する生体信号取得部と、
前記被測定者の体動を検知する体動検知部と、
前記生体信号から心拍間隔を算出する心拍間隔算出部と、
前記体動検知部によって検知された前記体動が、前記心拍間隔の変動に与えた影響に基づいて、前記体動を影響動作と検知する影響動作検知部と、
前記影響動作検知部が前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記生体信号について前記心拍間隔が前記体動の影響を受けている影響区間を特定する区間設定部と、
を有し、
前記影響動作検知部が前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記区間設定部が特定した前記影響区間における前記心拍間隔に対して所定の処理を施した後に、前記生体機能の評価を行い、
前記区間設定部は、前記影響動作検知部が前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記体動検知部が前記体動の発生を検知した時点から一定の時間を前記影響区間に設定することを特徴とする生体機能評価装置。 - 心拍間隔を用いて被測定者の生体機能の評価を行う生体機能評価装置であって、
前記被測定者から生体信号を取得する生体信号取得部と、
前記被測定者の体動を検知する体動検知部と、
前記生体信号から心拍間隔を算出する心拍間隔算出部と、
前記体動検知部によって検知された前記体動が、前記心拍間隔の変動に与えた影響に基づいて、前記体動を影響動作と検知する影響動作検知部と、
前記影響動作検知部が前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記生体信号について前記心拍間隔が前記体動の影響を受けている影響区間を特定する区間設定部と、
を有し、
前記影響動作検知部が前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記区間設定部が特定した前記影響区間における前記心拍間隔に対して所定の処理を施した後に、前記生体機能の評価を行い、
前記区間設定部は、前記影響動作検知部が前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記体動の検知信号の強度の関数として前記影響区間を設定することを特徴とする生体機能評価装置。 - 前記生体信号取得部と前記体動検知部の少なくとも一方は、接触型センサまたはウエアラブルセンサからの入力信号に基づいて前記生体信号及び前記体動の少なくとも一方を検知することを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の生体機能評価装置。
- 前記生体信号取得部と前記体動検知部の少なくとも一方は、前記被測定者を撮影した画像データから前記生体信号及び前記体動の少なくとも一方を検知することを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の生体機能評価装置。
- 生体機能評価装置により心拍間隔を用いて被測定者の生体機能の評価を行う生体機能評価方法であって、前記生体機能評価装置は、
前記被測定者から生体信号を取得し、
前記被測定者の体動を検知し、
前記生体信号から心拍間隔を算出し、
前記被測定者の体動が検知された場合に、前記体動が前記心拍間隔の変動に与えた影響に基づいて、前記体動を影響動作と検知し、
前記体動が前記影響動作と検知された場合に、前記心拍間隔が前記体動の影響を受けている影響区間を特定し、
前記影響区間における前記心拍間隔に対して所定の処理を施した後に、前記被測定者の生体機能の評価を行い、
前記体動を前記影響動作と検知した場合に、前記体動の発生を検知した時点から、前記心拍間隔の標準偏差が前記体動の検知よりも前の標準偏差の平均値に戻るまでの時間を、前記影響区間に設定することを特徴とする
生体機能評価方法。 - 心拍間隔を用いて被測定者の生体機能の評価を行う生体機能評価装置に、
被測定者から生体信号を取得する手順と、
前記被測定者の体動を検知する手順と、
前記生体信号から心拍間隔を算出する手順と、
前記被測定者の体動が検知された場合に、前記体動が前記心拍間隔の変動に与えた影響に基づいて、前記体動を影響動作と検知する手順と、
前記体動が前記影響動作と検知された場合に、前記心拍間隔が前記体動の影響を受けている影響区間を特定する手順と、
前記体動が前記影響動作と検知された場合に、前記生体機能の評価を、前記影響区間における前記心拍間隔に対して所定の処理を施した後に行う手順と、
を実行させ、
前記体動が前記影響動作と検知された場合に、前記体動の発生が検知された時点から、前記心拍間隔の標準偏差が前記体動の検知よりも前の標準偏差の平均値に戻るまでの時間を、前記影響区間に設定することを特徴とする
生体機能評価プログラム。
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