JPH06217946A

JPH06217946A - 生体リズム曲線測定装置

Info

Publication number: JPH06217946A
Application number: JP5011168A
Authority: JP
Inventors: Emi Koyama; 恵美小山; Hiroshi Hagiwara; 啓萩原; Takeyuki Imai; 健之今井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1993-01-26
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1994-08-09
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: JP3293213B2

Abstract

(57)【要約】【目的】心電計測データに基づいて、非侵襲的に生体の
リズムを測定する。【構成】心電計測データからサーカディアン成分抽出手
段１０により、各単位時刻毎に割り当てられた周辺時系
列区間の時系列データからサーカディアン成分を表現す
る値を区間データレベル代表値として算出することによ
り約１日を単位とするサーカディアン変動の成分を抽出
する。次に、外乱計測データに基づいて補正手段６によ
り、外乱の種類とその影響の大きさを時系列的に判別し
た後、その結果に応じて心電計測データから抽出したサ
ーカディアン成分のデータを削除補完あるいは修正する
という手法で外乱の影響を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒトの心電の計測値か
ら生体リズム曲線を測定するための生体リズム曲線測定
装置に関するものであり、特に、約１日周期の生体リズ
ム（サーカディアンリズム）を日常生活中で測定する用
途に利用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】様々な生体現象を時系列的に表現する
と、周期性を示すことが多い。しかも、その多くは自励
的な振動であると考えられており、生体リズムと総称さ
れている。生体リズムはその周期によっていくつかの種
類に分けられ、１年という長いものから数秒という短い
ものまである。人間は明期に覚醒度が向上して活動的と
なり、暗期に覚醒度が低下して休息に入るが、これはサ
ーカディアンリズム（Ｃｉｒｃａｄｉａｎｒｈｙｔｈ
ｍ：約１日を周期とするリズム）と呼ばれる生物時計
（Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｌｏｃｋ）によって刻まれ
る生体リズム（Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｒｈｙｔｈｍ）
の１つである。

【０００３】生体リズムのうち、人間の生活に最も関わ
りの深いものは、約１日を周期とするサーカディアンリ
ズムである。人間の代表的なサーカディアンリズムとし
て、体温変動、睡眠覚醒サイクル、ホルモン分泌量変動
などを挙げることができる。その他、心身の活動度、作
業や運動能力、薬品に対する感受性、自律系の機能に至
るまで、人間の生活に付随する生理的現象はサーカディ
アン変動を示すと考えてよい。

【０００４】ヒトのサーカディアンリズムは、深部体温
リズムを中心とするグループと睡眠覚醒サイクルを中心
とするグループとの２系統の振動体群に分かれるのでは
ないかという説が現在のところ有力である。深部体温リ
ズムは明暗周期の影響を受けており、睡眠覚醒サイクル
は社会的同調因子の影響を受けていると言われている。
覚醒度や生体リズムをモニターするには、実験室レベル
ではポリグラフ等のかなり進んだ技術が存在するが、日
常的な作業場面において被験者に苦痛を与えず、また、
その作業行動に支障がなく、非侵襲的に生体の活性度を
モニターすることはできないのが現状である。

【０００５】このうち、深部体温のリズムは、外部から
の影響が少なく、明瞭なサーカディアンリズムを示すこ
と、他のリズムとの関係がかなり明らかになっているこ
と、連続計測が可能なことなどから、ヒトのサーカディ
アンリズムの中で最も重要な指標とされている。深部体
温計測法の候補としては、直腸温・鼓膜温（外耳道壁の
奥の温度でもよい）・食道温・深部皮下温・尿温などが
挙げられるが、長時間の連続測定が可能という条件を満
たすものは直腸温である。しかし、いずれも被験者に苦
痛を与える計測法であることが難点である。

【０００６】直腸温の一般的な計測法は、先端にサーミ
スタを埋め込んだプローブを肛門から１０ｃｍ以上挿入
し、それが抜けないようにテープで固定する方法であ
る。サーミスタの抵抗値から温度を算出してメモリに記
憶する装置が携帯用体温計として市販されている。ま
た、直腸温を直接計測する方法の他に、対流熱交換方式
で皮膚の表面から深部体温を測定できる装置（コアテン
プ）が市販されている。センサーの直径が大きくなるほ
ど、より深部の体温が計測でき、皮膚表面から約１０ｍ
ｍ深さの体温計測まで可能である。しかし、この方式で
はセンサー部で皮膚を加熱する必要があり、リズム計測
のように長時間使用する場合には低温やけどの危険性が
あり、取り扱いに注意しなければならない。

【０００７】上述のように、深部体温の計測は被験者に
対する侵襲が大きくなりがちであり、日常生活の中で被
験者に苦痛を与えることなく、生体リズムを測定するた
めには、深部体温以外の計測項目に着目する必要がある
と考えられる。そこで、例えば、特開平１−２９７０５
３号公報には、睡眠中の心拍数のトレンド曲線の最低点
から体温リズムの最低点を推定する技術が開示されてい
る。また、特願平３−１５３４４４号出願では、深部体
温以外の生体信号からサーカディアン変動成分を抽出す
る手段と抽出された成分に対して外乱の影響を補正する
手段とを備えた生体リズム曲線測定装置が提案されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】特開平１−２９７０５
３号公報の従来技術では、睡眠中の心拍数のトレンドを
観測するものであるから、睡眠中のリズム曲線しか推定
できないという問題がある。また、従来のトレンド曲線
の導出方法では、リズム曲線推定の精度が不十分である
という問題がある。次に、特願平３−１５３４４４号出
願で提案された方法では、深部体温以外の生体信号から
サーカディアン変動成分を抽出する手段及び外乱の影響
を補正する手段の開示が不十分であった。

【０００９】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、日常的な作業場面
において、被験者に苦痛を与えず、また、その作業行動
に支障がなく、非侵襲的に生体のリズムを測定できるよ
うにした生体リズム曲線測定装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る生体リズム
曲線測定装置にあっては、上記の課題を解決するため
に、図１に示すように、生体の心電を計測するための主
センサー部２と、外乱計測用の副センサー部３と、各セ
ンサー部２、３による計測タイミングを決定するための
タイマー手段４と、各センサー部２、３による計測結果
を時系列的に記憶するための記憶手段５と、主センサー
部２の計測時系列から約１日を周期とするサーカディア
ン変動の成分を抽出するサーカディアン成分抽出手段１
０と、抽出されたサーカディアン変動の成分に対して少
なくとも主センサー部２あるいは副センサー部３の計測
結果のうちの１つ以上に基づいて外乱の影響を補正する
補正手段６と、補正された体温のリズム曲線を出力する
リズム曲線出力手段８とから構成されるものである。な
お、主センサー部２の計測項目は、心電情報に関係する
ものを少なくとも１つ設定すれば良く、心電図、心拍
数、心電Ｒ−Ｒ間隔、脈波、自律神経活動度の少なくと
も１つ以上を採用することが好ましい。また、図２に示
すように、副センサー部３の計測項目としては、外気
温、照度、身体活動度、身体姿勢状態の少なくとも１つ
以上を含むことが好ましい。

【００１１】ここで、サーカディアン成分抽出手段１０
は、図５に示すように、主センサー部２の計測結果時系
列の各単位時刻毎にサーカディアン成分を表現する値を
算出する際に用いる周辺時系列データ区間の長さを設定
する区間長さ設定手段１１と、サーカディアン成分表現
値算出範囲となる周辺時系列区間を各単位時刻毎に割り
当てるデータ区分手段１２と、割り当てられた周辺時系
列区間の時系列データからサーカディアン成分を表現す
る値を区間データレベル代表値として算出する区間デー
タレベル代表値算出手段１３を備えることが好ましい。
さらに、前記補正手段６は、図８に示すように、副セン
サー部３あるいは主センサー部２の少なくとも１つ以上
の計測結果から外乱の種類とその影響の大きさを時系列
的に判別する外乱影響判別手段６５と、外乱影響判別手
段６５の出力結果に応じて主センサー部２のデータから
抽出されたサーカディアン成分を削除補完あるいは修正
する外乱影響補正手段６２を備えることが好ましい。な
お、図１に示すように、補正されたサーカディアン成分
から真のリズム曲線を推定する推定手段７と、リズム曲
線の特徴パラメータを出力する特徴パラメータ出力手段
９を更に備えることが好ましい。

【００１２】

【作用】本発明においては、主センサー部２により心電
情報（心拍数・Ｒ−Ｒ間隔など）を計測し、副センサー
部３では外気温や照度、身体活動度、身体姿勢状態など
の外乱を計測する。各センサー部２、３による計測タイ
ミングはタイマー手段４により決定され、その計測デー
タは記憶手段５に時系列的に記憶される。この記憶され
た計測結果に基づいて、心電計測データから区間長さ設
定手段１１とデータ区分手段１２と区間データレベル代
表値算出手段１３を備えたサーカディアン成分抽出手段
１０により、各単位時刻毎に割り当てられた周辺時系列
区間の時系列データからサーカディアン成分を表現する
値を区間データレベル代表値として算出することにより
約１日を単位とするサーカディアン変動の成分を抽出す
る。次に、外乱計測データに基づいて外乱影響判別手段
６５と外乱影響補正手段６２とを備えた補正手段６によ
り、外乱の種類とその影響の大きさを時系列的に判別し
た後、その結果に応じて心電計測データから抽出したサ
ーカディアン成分のデータを削除補完あるいは修正する
という手法で外乱の影響を除去し、リズム曲線出力手段
８により体温のリズム曲線を出力するものである。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例のブロック構成図を図１に
示す。本実施例では、検出手段１として、主センサー部
２と副センサー部３を備えている。主センサー部２は、
心電計測用であり、その主な計測項目は、ＥＣＧ（心電
図）である。現状では、心電図を測定するためには、被
験者の胸部に電極を装着しなければならないため、日常
生活の中で心電図を計測することは難しいが、プローブ
を肛門から１０ｃｍ以上挿入する直腸温計測に比べれ
ば、被験者に苦痛や羞恥心を与えることはなく、被験者
に対する侵襲の度合いは直腸温の計測に比べれば、大幅
に緩和されている。また、心電図の完全な波形データを
得る代わりに、心拍数や心電Ｒ−Ｒ間隔（単位時間当た
りの平均値の逆数を利用する）、脈波（脈拍数を利用す
る）、自律神経活動度（単位時間当たりのＲ−Ｒ間隔の
ゆらぎから算出する）などの部分的なデータを得るだけ
でも、以下に説明するように、サーカディアン変動成分
を抽出することは可能であるので、例えば、光電式脈流
計や腕時計型の心拍計により心電計測データを得るよう
に構成しても良い。次に、副センサー部３は、外乱計測
用であり、その主な計測項目は、外気温と照度、及び身
体の活動度、姿勢状態である。この検出手段１による心
電計測と外乱計測のタイミングはタイマー手段４により
決定される。タイマー手段４のタイマー時間を任意に設
定可能とすることにより、可変サンプリングを行うこと
ができる。これにより、リズム変動の大きい部分では、
サンプリング周期を短くし、リズム変動の小さい部分で
はサンプリング周期を長くすることができ、効率的な計
測データの収集が可能となる。

【００１４】検出手段１の主センサー部２と副センサー
部３の計測データは、記憶手段５に時系列的に記憶され
る。上述のタイマー手段４による計測間隔は、１分〜５
分の範囲とすることが好ましいが、計測間隔は例えば１
分程度に短く設定して、隣接する複数個（例えば５個）
の計測データの平均値を演算し、その平均値を時系列的
に記憶するようにしてもよい。

【００１５】次に、サーカディアン成分抽出手段１０で
は、記憶手段５に時系列的に記憶された計測データのう
ち、主センサー部２による心電情報の計測データ時系列
からサーカディアン変動成分を抽出する。次に、補正手
段６では、抽出されたサーカディアン変動成分から計測
ノイズを除去した後、副センサー部３による外乱計測デ
ータに基づいて外乱要素の影響を補正し、さらに、低周
波通過フィルタで高周波ノイズを除去して生体リズム曲
線を取り出すものである。推定手段７は、生体リズムを
近似する周期関数曲線によるカーブフィッティング手段
と、前後の点列からリズム曲線の谷間やピークを推定す
る手段等を有する。

【００１６】リズム曲線出力手段８は、リズム曲線の波
形を表示する手段であり、例えば、グラフィック機能付
きのＬＣＤディスプレイにより構成されている。特徴パ
ラメータ出力手段９は、生体リズム曲線の特徴を算出し
て出力するものである。ここで、その他のリズム曲線の
特徴としては、例えば、デューティ比やスペクトル、立
ち上がりの傾き、極大値の数、極小値の数などが挙げら
れる。

【００１７】次に、検出手段１の詳細な構成を図２に示
し説明する。図中、２２は心電情報（心拍数、Ｒ−Ｒ間
隔など）の計測装置であり、心電（脈拍）センサー２１
の出力に応じて、例えば、心拍数やＲ−Ｒ間隔という心
電情報を計測する。その計測データは、データロガー５
１に記憶される。このデータロガー５１は各種の計測デ
ータを時系列的に記憶するための記憶手段である。３１
は加速度センサーであり、例えば万歩計のような構成
で、被験者の手首に装着されて手首の加速度を検出す
る。３２は活動度計であり、手首の加速度に基づいて身
体の活動度を検出する。３１は、手首だけでなく、万歩
計のように腹部に装着してもよく、その場合、３２は全
身的な活動度を検出するものとなる。その計測データ
は、単位時間当たりの加速度出力のゼロクロスの回数あ
るいは加速度出力の積分値としてデータロガー５１に記
憶される。３３は受光センサーであり、受光量に応じて
通電量が変化するものである。３４は照度計であり、受
光センサー３３の出力により周囲照度を計測する。その
計測データは、データロガー５１に記憶される。３５は
サーミスタ外気温センサーであり、周囲温度を計測する
ものである。その計測データもデータロガー５１に記憶
される。３６は圧電あるいは感圧導電センサーであり、
押圧力に応じて通電量が変化するものである。３７は姿
勢計測装置であり、人体臀部あるいは大腿部背中側上部
などに装着した圧電あるいは感圧導電センサー３６の出
力により人体の姿勢、即ち、立位であるか座位・臥位で
あるかを計測する。その計測データは、データロガー５
１に記憶される。

【００１８】図３及び図４は、直腸温、活動度（手首の
動き）、心拍数（拍／分）、姿勢情報の長時間計測例を
示したものである。活動度（手首の動き）はゼロクロス
（回／分）で表わしている。また、姿勢情報は立位か否
かで表わしている。図中、ｓは睡眠期、ｗは覚醒期であ
る。図３は通常生活における計測（約５８時間）、図４
は身体活動を抑制するなどにより外乱の影響を極力減少
させた条件における計測（約３５時間）である。各デー
タは１分毎にサンプリングしたものである。これらのデ
ータは同一被験者のものである。当然予測されることで
あるが、図３のデータが日常生活の中で得られるもので
あるのに対して、図４の体温データは本発明により推定
したい生体リズム曲線に近いものである。リズムをフリ
ーラン状態で計測しているわけではなく、Ｃｏｎｓｔａ
ｎｔｒｏｕｔｉｎｅ法ほど厳密に外乱の影響を除去す
ることもできなかったが、２４時間周期の外的同調因子
の影響の下では、図４のような体温変動をもって推定し
たい生体リズム曲線が得られたと考えてよい。ここで
は、図３や図４のような心拍数データからサーカディア
ン変動成分を抽出した後、外乱の影響を除去して図４の
体温変動のような生体リズム波形を推定する例を開示す
る。

【００１９】図３や図４で直腸温と心拍数のデータを比
較すれば明らかなように、心拍数の大まかな変動傾向は
直腸温の変動傾向と極めて良く類似している。そこで、
心拍数の計測時系列からその大まかな変動傾向を算出で
きれば、直腸温を計測しなくても被験者の生体リズムを
測定できると考えられる。この機能を実現する手段が図
１のサーカディアン成分抽出手段１０であり、心拍計測
データを情報処理することにより、約１日を単位とする
サーカディアン成分を抽出するものである。その詳細な
構成を図５に示し説明する。

【００２０】サーカディアン成分抽出手段１０は、図５
に示すように、区間長さ設定手段１１とデータ区分手段
１２と、区間データレベル代表値算出手段１３とから構
成されている。図３及び図４に示すように、心拍数は一
時的に増加するというパターンのノイズが多いことか
ら、各単位時間毎にノイズののらないベースレベルのよ
うなものを推定すればサーカディアン変動成分が算出で
きると考えられる。このようなベースレベルを推定する
には、まず、区間長さ設定手段１１によって周囲のどの
くらいの長さのデータ時系列を利用すればよいかを設定
し、次に、データ区分手段１２によって演算に用いるデ
ータ時系列範囲を設定し、さらに、区間データレベル代
表値算出手段１３によって設定した範囲内のデータのベ
ースレベルをその区間をデータレベル代表値として算出
する。区間長さ設定手段１１によって設定する区間の長
さとしては、１０〜３０分程度が適当であると考えられ
る。データ区分手段１２によって演算に用いるデータ時
系列範囲を設定する（各単位時刻毎に割り当てる）方法
としては、大別して、各時刻毎にその両側に一定長さの
区間をとって演算範囲としてそれをずらしていく方法
と、予めデータ時系列全体を一定長さ区間に分断してそ
の分断された区間内の全ての時刻についてその区間共通
の演算結果を割り当てる方法とが考えられる。さらに、
区間データレベル代表値算出手段１３によってその区間
のデータのベースレベルを算出する方法としては、その
区間のデータの最小値を求める方法が一般的である。こ
の場合、唯一の最小値をとる他に、最小から幾つかのデ
ータを集めてそれらの平均値をとる方法も考えられる。

【００２１】このような手段を用いて求めた図３及び図
４の心拍数データに対するサーカディアン成分抽出手段
の出力波形の例を図６及び図７に示す。これらの出力波
形には、体温計測波形と同様に外乱の影響が見られるも
のの、元の心拍数計測データ時系列と比較すると、サー
カディアン変動成分が強調された波形になっていること
が分かる。

【００２２】次に、これらの出力波形から外乱の影響を
取り除いて生体リズム曲線を推定する例を開示する。さ
て、直腸温や心拍数の変動をみると、就寝中はレベルが
低く、覚醒中は上昇していて、これは、通常生活時及び
活動抑制時とも同様の傾向である。図３と図４をみる
と、通常の生活における計測データでは、日常生活によ
る影響で、体温や心拍数リズムのマスキングが観測さ
れ、特に、身体活動（走歩行・手足の運動など）や入浴
によるレベル上昇が顕著である。このように体温や心拍
数変動に対する外乱の影響はそれらのレベル上昇方向に
現れるのが通常である。さらに、レベル上昇の原因とな
る事象に対して、心拍数の反応には数分の遅延が見られ
る。一般に、心拍数の反応の遅延時間は直腸温の遅延時
間より短く、その反応の大きさは直腸温の反応の大きさ
よりも大きいことが予想される。これらのことから、外
乱の影響を補正する手段としては、まず、副センサーあ
るいは主センサーの計測データから、心拍数上昇の原因
が生じていると考えられる区間を判別し、その区間に心
拍数反応遅延時間を加えたものを心拍数が外乱の影響を
受けた区間とし、次に、心拍数から算出したサーカディ
アン変動成分に対して、その区間のデータを削除して前
後のサーカディアン変動成分データから補完をしてリズ
ム曲線を推定すればよいと考えられる。なお、心拍数が
外乱の影響を受けた区間が補完できないほど長い時間で
あるような場合には、より急峻なサーカディアン変動成
分データの変動区間のみを削除補完した後、全体を下方
修正すればよいと考えられる。

【００２３】次に、補正手段６の詳細な構成を図８に示
し説明する。まず、計測される心拍数データ及びそのサ
ーカディアン変動成分には、外乱の影響の他に、計測上
のノイズが現れることが考えられる。そこで、ノイズ除
去手段６１では、周囲の点列と比較して、例えば、１０
拍以上離れている孤立点列をノイズとして除去する。こ
れは、サーカディアン変動成分は急激には変化しないと
いう性質を利用している。

【００２４】一方、外乱影響判別手段６５では、副セン
サー部３による外乱計測データあるいは主センサー部２
による心拍数計測データに基づいて、心拍数サーカディ
アン変動成分データへ影響を及ぼすと考えられる外乱要
素の出現区間を判別し、その外乱要素出現区間に心拍数
反応遅延時間を加えた区間を外乱要素による心拍数サー
カディアン変動成分の変動区間と判別する。心拍数サー
カディアン変動成分データへ影響を及ぼすと考えられる
外乱要素の出現区間を判別する例としては、次のような
ものが考えられる。

【００２５】第１の例として、姿勢計測装置３７の出力
を利用し、人体の姿勢、即ち、立位であるか座位・臥位
であるかによって外乱要素の出現区間を判別する方式が
考えられる。この場合は、人体の姿勢が立位である時に
身体活動の影響を受けると予想されるので、その区間を
外乱要素の出現区間と判別すればよい。この方式では、
姿勢計測装置３７の出力だけでなく照度計３４の出力や
外気温センサーの出力も利用することができる。つま
り、周囲照度が上昇した場合には外出したと判断できる
ので、身体活動の影響を受けた区間と判別でき、外気温
が急激に上昇あるいは下降した場合にも外乱要素出現区
間と判別できる。

【００２６】第２の例として、活動度計３２の出力を利
用し、身体の活動量がある設定値より大きい区間を外乱
要素の出現区間であると判別する方式が考えられる。こ
の方式では、活動度計３２の出力の代わりに主センサー
部の心電情報計測装置２２の出力（心拍数など）を利用
することもできる。さて、このようにして判別した外乱
要素出現区間に心拍数反応遅延時間を加えた区間を外乱
要素による心拍数サーカディアン変動成分の変動区間と
判別するわけであるが、心拍数反応遅延時間としては、
数分〜十数分の値（例えば、５〜１０分）を設定すれば
よい。

【００２７】次に、外乱影響補正手段６２では、外乱影
響判別手段６５の出力結果に基づいて、ノイズ除去手段
６１を通過した後の心拍数サーカディアン変動成分デー
タを補正する。外乱影響判別手段６５で判別された外乱
要素による心拍数サーカディアン変動成分の変動区間が
さほど長くない場合には、その変動区間のサーカディア
ン変動成分を削除した後、前後のデータから補完を行
う。この補完方法としては、直線補完・高次曲線補完・
スプライン補完などの方法を採用することができる。ま
た、外乱影響判別手段６５で判別された外乱要素による
心拍数サーカディアン変動成分の変動区間が長くて削除
した後、補完ができないような場合には、特に、外乱の
影響が大きいと判断される変動区間のみを削除補完した
後、全体を下方修正するという方法をとればよい。

【００２８】以上のようにして外乱要素による心拍数サ
ーカディアン変動成分の変動区間を判別して心拍数サー
カディアン変動成分データを削除補完する経過を図９に
示す。図９、図１１、図１３は図３の心拍数データ、図
１０、図１２、図１４、図１５は図４の心拍数データで
ある。図９と図１０は、第１の例による外乱影響補正の
結果を示す。ここでは、人体の姿勢が立位である区間を
外乱要素の出現区間と判別し、心拍数反応遅延時間を５
分として外乱要素による心拍数サーカディアン変動成分
の変動区間を算出して心拍数サーカディアン変動成分デ
ータの削除を行った。図１１と図１２は、第２の例によ
る外乱影響補正の結果を示す。ここでは、活動度計３２
の出力としてゼロクロス回数を利用し、毎分１００回を
越える区間を外乱要素の出現区間と判別し、心拍数反応
遅延時間を５分として外乱要素による心拍数サーカディ
アン変動成分の変動区間を算出して心拍数サーカディア
ン変動成分データの削除を行った。図１３と図１４は、
第２の例による外乱影響補正の結果の別の例を示す。こ
こでは、主センサー部の心電情報計測装置２２の出力
（心拍数）を利用し、ある時刻の前後１０分ずつの区間
内の心拍数の最大値と最小値との差が３０を越える区間
を外乱要素の出現区間と判別し、心拍数反応遅延時間を
５分として外乱要素による心拍数サーカディアン変動成
分の変動区間を算出して心拍数サーカディアン変動成分
データの削除を行った。また、図１５では、図９〜図１
４で外乱要素による心拍数サーカディアン変動成分の変
動区間と判別された区間の論理和をとった区間を改めて
変動区間として心拍数サーカディアン変動成分データの
削除補完を行った例を示す。

【００２９】いずれの例においても、外乱影響補正によ
り、図４のような外乱の影響を極力減少させた体温変動
に波形として近い結果が得られたと考えられる。これら
の出力結果の振幅を身体活動の大きさなどに基づいて下
方修正すれば、さらに外乱の影響を極力減少させた体温
変動に近い心拍数サーカディアン変動成分の波形を推定
できる。なお、これらの補正例で用いた定数は一例であ
り、この数値に限定されるものでないことは言うまでも
ない。

【００３０】次に、欠測値補完手段６３では、ノイズと
して除去した区間・計測不能だった区間などの欠測区間
を補完する。この補完方法としては、直線補完・高次曲
線補完・スプライン補完などの方法を採用することがで
きる。最後に、低域通過フィルタ６４では、外乱影響補
正及び欠測値補完の処理をした後の計測データから高周
波ノイズを除去して、生体リズム曲線を出力するもので
ある。これにより、約１日を周期とする非常に滑らかな
リズム曲線が得られる。図１５では一番下のグラフにそ
の結果が示されている。

【００３１】次に、推定手段７では、補正手段６で得ら
れた生体リズム曲線から、真のリズム曲線を推定するも
のである。例えば、最小２乗近似による基準曲線へのカ
ーブフィッティングを行うことが考えられる。基準曲線
としては、三角関数を変形したものとして、次式のよう
な関数を用いることができる。ｆ（ｘ）＝Ａ｛１−（１−ｃｏｓ（２π（ｘ−ｃ）／
Ｌ））²／４｝ここで、Ａは振幅であり、Ｌは約２４時間の周期であ
る。他の基準曲線として、図１６に示すように、周期が
約２４時間でデューティ比が１：２の矩形波あるいはそ
の角を取って丸みを付けた曲線を用いてもよい。これ
は、就寝期と覚醒期の比率が約１：２であることを利用
している。また、図１７に示すように、周期が約２４時
間の三角波あるいはその角をとって丸みを付けた曲線を
用いてもよい。そのほかに、個人の数周期分のデータの
加算平均により作成した基準データを用いることもでき
るが、これは被験者により異なることは言うまでもな
い。

【００３２】次に、基準曲線へのカーブフィッテング以
外の方法で、真のリズム曲線を推定する方法を説明す
る。例えば、非線型振動を表現する微分方程式（ファン
デアポール型、ボルテラ型など）を利用して、計測デー
タにフィットするような方程式の係数を求める方法が考
えられる。あるいは、補正手段６の出力曲線の立ち上が
り・立ち下がり部分のデータ時系列から最低点や最高点
付近の曲線を推定したり、前後の関係から間の曲線を予
測する方法があり、例えば、線形ＡＲモデルや線形ＡＲ
ＭＡモデルを利用すればよい。さらに、補正手段６の低
周波通過フィルタ６４の出力をそのまま推定曲線として
利用することもできる。この場合、特に、睡眠中の深部
体温の最低点を決めるとき、谷間が１つとは限らない
が、極小値の中の最小値を取ることにすればよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明の生体リズム曲線装置では、深部
体温から生体リズムを測定する従来技術とは異なり、心
電情報（心電図、心拍数、心電Ｒ−Ｒ間隔、脈波、自律
神経活動度）からサーカディアン変動成分を抽出して生
体リズムを測定するように構成したので、被験者に対す
る侵襲が少なくなるという効果がある。また、被験者に
外乱を与えないで生体リズムを測定する従来技術とは異
なり、被験者に与えられる外乱を副センサー部により計
測し、その外乱計測データに基づいて外乱の種類とその
影響の大きさを判別した結果に応じて、主センサー部で
得られた計測データから抽出したサーカディアン変動成
分を定量的に補正するように構成したので、日常生活の
中での被験者の生体リズムを測定することが可能になる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成を示すブロック図
である。

【図２】本発明の一実施例に用いる検出手段の詳細な構
成を示すブロック図である。

【図３】本発明による通常生活時の長時間計測例を示す
図である。

【図４】本発明による活動抑制時の長時間計測例を示す
図である。

【図５】本発明に用いるサーカディアン成分抽出手段の
ブロック図である。

【図６】通常生活時のサーカディアン変動成分の抽出例
を示す図である。

【図７】活動抑制時のサーカディアン変動成分の抽出例
を示す図である。

【図８】本発明に用いる補正手段の詳細な構成を示すブ
ロック図である。

【図９】通常生活時のリズム曲線の第１の補正例を示す
図である。

【図１０】活動抑制時のリズム曲線の第１の補正例を示
す図である。

【図１１】通常生活時のリズム曲線の第２の補正例を示
す図である。

【図１２】活動抑制時のリズム曲線の第２の補正例を示
す図である。

【図１３】通常生活時のリズム曲線の第３の補正例を示
す図である。

【図１４】活動抑制時のリズム曲線の第３の補正例を示
す図である。

【図１５】活動抑制時のリズム曲線の第４の補正例を示
す図である。

【図１６】本発明に用いる第１の基準曲線の波形図であ
る。

【図１７】本発明に用いる第２の基準曲線の波形図であ
る。

【符号の説明】

１検出手段２主センサー部３副センサー部４タイマー手段５記憶手段６補正手段７推定手段８リズム曲線出力手段９特徴パラメータ出力手段１０サーカディアン成分抽出手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体の心電を計測するための主センサ
ー部と、外乱計測用の副センサー部と、各センサー部に
よる計測タイミングを決定するためのタイマー手段と、
各センサー部による計測結果を時系列的に記憶するため
の記憶手段と、主センサー部の計測時系列から約１日を
周期とするサーカディアン変動の成分を抽出するサーカ
ディアン成分抽出手段と、抽出されたサーカディアン変
動の成分に対して少なくとも主センサー部あるいは副セ
ンサー部の計測結果のうち１つ以上に基づいて外乱の影
響を補正する補正手段と、補正された生体リズム曲線を
出力するリズム曲線出力手段とから構成され、前記サー
カディアン成分抽出手段は、主センサー部の計測結果時
系列の各単位時刻毎にサーカディアン成分を表現する値
を算出する際に用いる周辺時系列データ区間の長さを設
定する区間長さ設定手段と、サーカディアン成分表現値
算出範囲となる周辺時系列区間を各単位時刻毎に割り当
てるデータ区分手段と、割り当てられた周辺時系列区間
の時系列データからサーカディアン成分を表現する値を
区間データレベル代表値として算出する区間データレベ
ル代表値算出手段を備えることを特徴とする生体リズム
曲線測定装置。
【請求項２】生体の心電を計測するための主センサ
ー部と、外乱計測用の副センサー部と、各センサー部に
よる計測タイミングを決定するためのタイマー手段と、
各センサー部による計測結果を時系列的に記憶するため
の記憶手段と、主センサー部の計測時系列から約１日を
周期とするサーカディアン変動の成分を抽出するサーカ
ディアン成分抽出手段と、抽出されたサーカディアン変
動の成分に対して少なくとも主センサー部あるいは副セ
ンサー部の計測結果のうち１つ以上に基づいて外乱の影
響を補正する補正手段と、補正された生体リズム曲線を
出力するリズム曲線出力手段とから構成され、前記補正
手段は、副センサー部あるいは主センサー部の少なくと
も１つ以上の計測結果から外乱の種類とその影響の大き
さを時系列的に判別する外乱影響判別手段と、外乱影響
判別手段の出力結果に応じて主センサー部のデータから
抽出されたサーカディアン成分を削除補完あるいは修正
する外乱影響補正手段を備えることを特徴とする生体リ
ズム曲線測定装置。
【請求項３】主センサー部の計測項目が心電図、心
拍数、心電Ｒ−Ｒ間隔、脈波、自律神経活動度の少なく
とも１つ以上を含むことを特徴とする請求項１又は２記
載の生体リズム曲線測定装置。
【請求項４】副センサー部の計測項目が外気温、照
度、身体活動度、身体姿勢状態の少なくとも１つ以上を
含むことを特徴とする請求項１又は２記載の生体リズム
曲線測定装置。
【請求項５】補正されたサーカディアン成分から真
のリズム曲線を推定する推定手段と、リズム曲線の特徴
パラメータを出力する特徴パラメータ出力手段を更に備
えることを特徴とする請求項１又は２記載の生体リズム
曲線測定装置。