JPH069546B2 - Diagnostic device using pulse wave and / or heartbeat collected from body surface - Google Patents

Diagnostic device using pulse wave and / or heartbeat collected from body surface

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JPH069546B2
JPH069546B2 JP2340635A JP34063590A JPH069546B2 JP H069546 B2 JPH069546 B2 JP H069546B2 JP 2340635 A JP2340635 A JP 2340635A JP 34063590 A JP34063590 A JP 34063590A JP H069546 B2 JPH069546 B2 JP H069546B2
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pulse wave
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body surface
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一郎 津田
浩明 岩永
泰昇 野藤
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KONPYUUTA KONBINIENSU KK
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、体表面から採取した脈波及び/又は心拍を用
いる診断装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Field of Industrial Application The present invention relates to a diagnostic device that uses a pulse wave and / or heartbeat collected from a body surface.

(ロ)従来の技術 従来、エレクトロニクス技術の進展により、脳波図や心
電図等の電気的な計測結果に基づいて心身の異常等を診
断することが行われている。
(B) Conventional Technology With the progress of electronics technology, it has been practiced to diagnose physical and mental abnormalities based on electrical measurement results such as an electroencephalogram and an electrocardiogram.

(ハ)発明が解決しようとする課題 ところが、現在は、上記脳波図や心電図等を医師が観察
して診断を下すことが行われているだけであり、上記の
計測データを演算処理して、同データに内包された秩序
を発見し、同秩序から何等かの結論を導出して、その結
論から診断を導出するということは行われていない。
(C) Problems to be Solved by the Invention However, at present, only a doctor observes the above electroencephalogram or electrocardiogram to make a diagnosis, and the arithmetic processing of the above measurement data is performed. It is not done to discover the order contained in the same data, to derive some conclusions from the order, and to derive the diagnosis from the conclusions.

(ニ)課題を解決するための手段 本発明では、被験者の体表面に装着可能の脈波及び/又
は心電センサと、上記センサで採取した脈波波形及び/
又は心電波形をA/D変換器によりデジタル化し、そのデ
ジタル化した数値である離散データをターケンスの埋込
み手法により数学的な操作で創り出した仮想空間である
数空間に埋込んだカオスアトラクターを2次元数空間に
投影する演算手段と、この2次元数空間の投影を表示す
る表示手段と、上記カオスアトラクターよりカオスの特
徴の1つである初期値に対する鋭敏な依存性の程度を指
数で示した数値であるリアプノフ指数を算出する演算手
段と、上記リアプノフ指数を表示する表示手段と、上記
離散データ及び/又はリアプノフ指数を記憶する記憶手
段とを具備することを特徴とする体表面から採取した脈
波及び/又は心拍を用いる診断装置を提供せんとするも
のである。
(D) Means for Solving the Problems In the present invention, a pulse wave and / or electrocardiographic sensor that can be mounted on the body surface of a subject, and a pulse wave waveform and / or a pulse wave waveform collected by the sensor
Or, a chaotic attractor that digitizes the electrocardiographic waveform with an A / D converter and embeds the digitized discrete data in a number space, which is a virtual space created by a mathematical operation using the Takens embedding method, is used. The calculation means for projecting onto the two-dimensional number space, the display means for displaying the projection on the two-dimensional number space, and the degree of sharp dependence on the initial value, which is one of the characteristics of chaos, by the chaos attractor as an index. Collected from the body surface, comprising: a calculating unit for calculating the Lyapunov exponent which is the indicated numerical value, a display unit for displaying the Lyapunov exponent, and a storage unit for storing the discrete data and / or the Lyapunov exponent. It is intended to provide a diagnostic device using the pulse wave and / or the heartbeat.

また、上記脈波センサを、被験者の指尖部を挿入可能の
有底筒状のカバー部と、同カバー部の内面に、上記指尖
部の指腹部にそれぞれ当接可能の赤外線発光ダイオード
とフォトトランジスタとを配設して、赤外線発光ダイオ
ードとフォトトランジスタとの光軸を指尖部の内部にお
いて20°〜30°の角度で交差させたフォトセンサと
で構成したことにも特徴を有する。
Further, the pulse wave sensor, a bottomed cylindrical cover portion into which the finger tip of the subject can be inserted, an inner surface of the cover portion, an infrared light emitting diode capable of contacting the finger pad of the finger tip portion, respectively. It is also characterized in that a phototransistor is provided, and the infrared light emitting diode and the phototransistor are configured by a photosensor in which the optical axes of the phototransistor intersect at an angle of 20 ° to 30 ° inside the fingertip portion.

(ホ)作用・効果 まず、カオスについて説明すると、本発明において、カ
オスとは秩序ある統合体であるコスモスと対比して使わ
れる混沌、反秩序とは異なり、上記コスモスをも含みう
る統合体を意味するものであり、規則や法則性を有し、
数学的、物理学的に明確に定義された概念であり、法則
自体が因果律に従っているにもかかわらず、結果の将来
の予測が確率では捉らえられない不確定になる現象であ
る。
(E) Actions / Effects First, chaos will be described. In the present invention, chaos is a chaotic or anti-ordering system used in contrast to cosmos, which is an orderly integrator. Meaning, having rules and laws,
It is a mathematically and physically well-defined concept, and although the law itself follows causality, it is an uncertain phenomenon in which the future prediction of the outcome cannot be captured by probability.

すなわち、決定論的であるにもかかわらず、実際には僅
かな誤差が、非線形的な影響下で増幅され予測不可能に
なる現象であり、決定論的に生成されるランダムネスが
カオスである。
That is, although it is deterministic, a slight error is actually a phenomenon that is amplified and becomes unpredictable under nonlinear influence, and deterministically generated randomness is chaos. .

したがって、カオスは、予測可能性には基本的限界があ
ることを示すと共に、従来、確率的にしか捉えられない
とされていたかなりの現象が、秩序構造体を導出できる
という意味で予測可能であることを示している。
Therefore, chaos shows that there is a fundamental limit to the predictability, and it is predictable in the sense that it is possible to derive an ordered structure from a considerable phenomenon that was previously thought to be captured only stochastically. It indicates that there is.

また、カオスの長期的挙動を特徴づけるトポロジーをカ
オスアトラクターといい、カオスを生成したシステムの
挙動が収束する数学的構造体である。
A topology that characterizes the long-term behavior of chaos is called a chaotic attractor, which is a mathematical structure in which the behavior of a system that generates chaos converges.

かかる観点に立って、体表面から採取した脈波及び/又
は心電波形データを解析した結果、これらは上記カオス
に属するものであり、したがって、脈波及び/又は心電
波形データが予測可能の現象に属しており、特に指尖部
から採取した脈波のデータを数空間に埋めこんだカオス
アトラクターと、カオスの特徴の一つである初期値にた
いする鋭敏な依存性、すなわち、初期値依存性の程度を
示すリアプノフ指数とが、被験者の脳内情報処理に密接
に関係していることを発見した。
From this viewpoint, as a result of analyzing the pulse wave and / or the electrocardiographic waveform data collected from the body surface, these belong to the above chaos, and therefore, the pulse wave and / or the electrocardiographic waveform data can be predicted. It belongs to the phenomenon, especially the chaotic attractor that embedded the pulse wave data collected from the fingertip in the number space, and the sharp dependence on the initial value that is one of the characteristics of chaos, that is, the initial value dependence. We found that the Lyapunov index, which indicates the degree of sex, is closely related to the information processing in the brain of the subject.

かかる知見に基づいて、体表面から採取した脈波及び/
又は心電波形データをターケンスの埋込み手法により4
次元数空間に埋め込み、これを3次元数空間に投影し、
次いで2次元数空間に投影することにより、CRT等の
表示手段によって表示することができる。
Based on such findings, pulse waves and / or
Alternatively, the electrocardiographic waveform data can be 4
Embed it in the three-dimensional space, project it into the three-dimensional space,
Then, by projecting onto a two-dimensional number space, it can be displayed by a display means such as a CRT.

また、上記カオスアトラクターを演算処理して、リアプ
ノフ指数を求めることにより、診断の資料とすることが
できる。
In addition, the chaotic attractor is arithmetically processed to obtain the Lyapunov exponent, which can be used as a diagnostic material.

このようにして表示されたカオスアトラクター及び/又
はリアプノフ指数と、被験者の状態との間には、第8a
図〜第11b図で示すような対応があることから、被験
者の心理的状態を含む心身の状態を正確に把握すること
ができる。
Between the chaotic attractor and / or the Lyapunov exponent displayed in this way and the state of the subject, the 8a
Since there are correspondences shown in FIGS. 11 to 11b, it is possible to accurately grasp the state of mind and body including the psychological state of the subject.

また、指尖部から採取した脈波データが脳内情報処理と
密接な関係があるのは、次のような理由によるものと考
えられる。
In addition, it is considered that the pulse wave data collected from the fingertip is closely related to the information processing in the brain for the following reason.

手の指尖部には、血流と自律神経とが集中している。Blood flow and autonomic nerves are concentrated in the fingertips of the hand.

また、手は第2の脳といわれ、発生学的に見ると、脳の
発達と手の発達とが同時進行的に行われるなど、手と脳
とは密接な関係を有している。
Also, the hand is called the second brain, and from a developmental point of view, the hand and the brain have a close relationship such that the development of the brain and the development of the hand are simultaneously performed.

脳の体性感覚野、運動野に占める手(指尖部)の面積の
割合が非常に大きい。
The ratio of the area of the hand (fingertip) to the somatosensory and motor areas of the brain is very large.

また、被験者の指尖部を挿入可能の有底筒状のカバー部
と、同カバー部の内面に、上記指尖部の指腹部にそれぞ
れ当接可能の赤外線発光ダイオードとフォトトランジス
タとを配設して、赤外線発光ダイオードとフォトトラン
ジスタとの光軸を指尖部の内部において20°〜30°
の角度で交差させたことにより、カバー部によって外光
を遮蔽しながら、赤外線発光ダイオードから投射された
赤外線を指尖部の内部で反射させ、これをフォトトラン
ジスタに入射させることにより、指尖部の脈波に正確に
対応した波形の電圧を同センサから出力させることがで
きる。
In addition, a bottomed cylindrical cover portion into which the subject's fingertip portion can be inserted, and an infrared light emitting diode and a phototransistor that can respectively contact the finger pad of the fingertip portion are provided on the inner surface of the cover portion. Then, the optical axes of the infrared light emitting diode and the phototransistor are 20 ° to 30 ° inside the fingertip portion.
By crossing at an angle of, the infrared rays projected from the infrared light emitting diode are reflected inside the fingertip portion while shielding the outside light by the cover portion, and the infrared rays are made incident on the phototransistor, whereby the fingertip portion It is possible to output from the same sensor a voltage having a waveform accurately corresponding to the pulse wave.

(ヘ)実施例 本発明の実施例を添付図を参照して説明する。(F) Example An example of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第1図は、診断装置(A)を示しており、同診断装置は脈
波センサ(1)、心電計(2)、オペアンプ(3)、A/D変換
器(4)、演算手段及び記憶手段としての小型コンピュー
タ(5)、表示手段としてのCRTディスプレイ(6)及びプ
リンタ(7)と、これらに電力を供給する電源(8)とで構成
されている。
FIG. 1 shows a diagnostic device (A). The diagnostic device includes a pulse wave sensor (1), an electrocardiograph (2), an operational amplifier (3), an A / D converter (4), a computing means and It is composed of a small computer (5) as a storage means, a CRT display (6) and a printer (7) as a display means, and a power supply (8) for supplying electric power to these.

脈波センサ(1)は、被験者の指尖部に装着して、同指尖
部から脈波を採取するためのもので、第2図で示すよう
に、黒色スポンジゴム等の柔軟かつ遮光性を有する素材
を有底筒状に形成して、被験者の指尖部(11)を挿入でき
るようにしたカバー部(12)と、同カバー部(12)の内面に
設けたフォトセンサ(14)とで構成されている。
The pulse wave sensor (1) is attached to the fingertip of the subject and is used to collect the pulse wave from the fingertip. As shown in FIG. 2, the pulse wave sensor (1) is flexible and has light-shielding properties such as black sponge rubber. A cover part (12) formed by forming a material having a cylindrical shape with a bottom so that a subject's fingertip part (11) can be inserted, and a photosensor (14) provided on the inner surface of the cover part (12). It consists of and.

フォトセンサ(14)はカバー部(12)の内面に取付けられて
おり、被験者の指尖部(11)の指腹部(13)に、それぞれ当
接可能とした赤外線発光ダイオード(15)とフォトトラン
ジスタ(16)とで構成されており、赤外線発光ダイオード
(15)とフォトトランジスタ(16)との光軸(15a)(16a)を指
尖部(11)の内部で、20°〜30°の角度で交差させて
おり、赤外線発光ダイオード(15)から投射した波長940n
mの赤外線を上記指尖部(11)の内部で反射させ、この反
射光をフォトトランジスタ(16)に入射させることによ
り、被験者の指尖部(11)における脈波を計測し、これを
電圧として出力することができる。
The photo sensor (14) is attached to the inner surface of the cover (12), and an infrared light emitting diode (15) and a phototransistor (15) that can be brought into contact with the finger pad (13) of the subject's finger tip (11), respectively. (16) composed of and infrared light emitting diode
The optical axes (15a) and (16a) of (15) and the phototransistor (16) are intersected at an angle of 20 ° to 30 ° inside the fingertip (11), and the infrared light emitting diode (15) Projected wavelength 940n
The infrared rays of m are reflected inside the fingertip (11), and the reflected light is incident on the phototransistor (16) to measure the pulse wave at the fingertip (11) of the subject, Can be output as

なお、赤外線発光ダイオード(15)とフォトトランジスタ
(16)との先端部には、それぞれ、凸レンズが装着されて
いる。(17)は安定化電源である。
In addition, infrared light emitting diode (15) and phototransistor
A convex lens is attached to each of the tip ends of (16). (17) is a stabilized power supply.

第3図はフォトセンサ(14)の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of the photo sensor (14).

脈波センサ(1)は上記のように構成されており、被験者
の指尖部(11)に装着するカバー部(12)を、柔軟かつ遮光
性を有する素材で有底筒状に形成したことで、指尖部(1
1)への着脱が容易であり、脈波の計測に外光の影響がな
く、フォトセンサ(14)の装着位置を安定させ、正確に脈
波の計測を行うことができる。
The pulse wave sensor (1) is configured as described above, the cover part (12) to be attached to the fingertip part (11) of the subject is formed of a flexible and light-shielding material into a cylindrical shape with a bottom. And fingertip (1
It can be easily attached to and detached from the 1), the measurement of the pulse wave is not affected by external light, the mounting position of the photo sensor (14) is stabilized, and the pulse wave can be accurately measured.

オペアンプ(3)は、上記フォトセンサ(14)や心電計(2)の
出力電圧をそれぞれ正確に一定の増幅率で増幅して、次
のA/D変換器(4)に出力するものである。
The operational amplifier (3) accurately amplifies the output voltage of the photo sensor (14) or the electrocardiograph (2) at a constant amplification factor and outputs it to the next A / D converter (4). is there.

A/D変換器(4)は、オペアンプ(3)の出力電圧を12ビ
ットのデジタル信号に変換し、脈波や心電波形の離散デ
ータとして、次の小型コンピュータ(5)に出力するもの
であり、同A/D変換器(4)に小型コンピュータ(5)から
の出力要求信号が入力されるたびに、上記デジタル信号
を出力するようにしている。
The A / D converter (4) converts the output voltage of the operational amplifier (3) into a 12-bit digital signal and outputs it to the next small computer (5) as discrete data of pulse wave and electrocardiographic waveform. The digital signal is output every time the output request signal from the small computer (5) is input to the A / D converter (4).

小型コンピュータ(5)は、次に説明する各種演算機能
と、演算の結果等をCRTディスプレイ(6)及びプリン
タ(7)に出力する機能と、A/D変換器(4)から入力した
脈波及び/又は心電波形の離散データと、上記演算の結
果等を記憶する機能とを有している。
The small computer (5) has various calculation functions described below, a function of outputting the calculation results to the CRT display (6) and the printer (7), and a pulse wave input from the A / D converter (4). And / or has a function of storing the discrete data of the electrocardiographic waveform and the result of the above calculation.

まず、小型コンピュータ(5)の全体的な処理手順を第4
図を参照して説明する。
First, the overall processing procedure of the small computer (5)
It will be described with reference to the drawings.

小型コンピュータ(5)をスタート(100)させると、まず初
期設定(101)が行われ、後述する4次元数空間の視線方
向を設定(102)し、脈波及び/又は心拍の離散データ処
理の各種演算に頻繁に用いられる定数を予め算出して記
憶させ(103)、CRTディスプレイ(6)をオープン(104)
して、メニューを表示させる(105)。
When the small computer (5) is started (100), the initial setting (101) is first performed, and the line-of-sight direction of the four-dimensional number space described later is set (102) to process the pulse wave and / or heartbeat discrete data. Constants frequently used for various calculations are calculated in advance and stored (103), and the CRT display (6) is opened (104).
Then, the menu is displayed (105).

メニューには、第5図で示すように、A/D変換器(4)
からのパワーオンレスポンスを受信して診断装置(A)を
使用可能な状態にするパワーオンシーケンス(107)、カ
オスアトラクター表示ウィンドウのクリア(108)、カオ
スアトラクター表示サイズを大きくするズームイン(10
9)、カオスアトラクター表示サイズを小さくするズーム
アウト(110)、データをウインドウ内に収まるようにし
て表示させるパルスウエーブ(111)、データの保存(11
2)、保存したデータの読み込みと、そのデータのカオス
アトラクターの表示(116)、4次元数空間の視線方向変
更によるカオスアトラクターの回転(113)(なお、現在
までの試行で発見した脈波及び/又は心電波形の甲大が
把握しやすい角度を3パターン登録し、これらを容易に
指定できるようにしている)、200Hzのサンプリン
グ周期で10000点の脈波及び/又は心拍の離散デー
タを収集して、カオスアトラクターとしてウインドウ上
に描く次データ(114)、診断装置(A)の作動を終了させる
END(115)等がある。
In the menu, as shown in FIG. 5, the A / D converter (4)
Power-on sequence (107) that receives the power-on response from the diagnostic device (A) to enable it, clears the chaotic attractor display window (108), and enlarges the chaotic attractor display size.
9), zoom out to reduce the display size of chaos attractor (110), pulse wave (111) to display data so that it fits in the window, and save data (11
2), reading the saved data and displaying the chaotic attractor of the data (116), rotation of the chaotic attractor by changing the line-of-sight direction of the four-dimensional number space (113) (In addition, the pulse found in the trial up to now) Waves and / or 3 patterns of angles that make it easy to grasp the size of the electrocardiographic waveform are registered so that these can be specified easily.) Discrete data of 10,000 pulse waves and / or heartbeats at a sampling frequency of 200 Hz Are collected and the next data (114) drawn on the window as a chaotic attractor, END (115) for ending the operation of the diagnostic device (A), and the like.

次に、カオスアトラクター表示のための演算について、
脈波を例にとって説明する。なお、心電波形の処理も脈
波波形の場合と同様である。
Next, regarding the calculation for displaying the chaotic attractor,
A pulse wave will be described as an example. The processing of the electrocardiographic waveform is similar to that of the pulse waveform.

第6図は、上記演算の概要を示しており、脈波波形を2
00Hzのサンプリング周期で12ビットに分解して(1
20)離散データを作成し、この離散データを、ターケン
スの埋込み手法で4次元数空間にを埋めこんでカオスア
トラクターを作成する(121)。
FIG. 6 shows an outline of the above calculation, in which the pulse wave waveform is
It is decomposed into 12 bits at the sampling frequency of 00Hz (1
20) Create discrete data, and embed this discrete data in a four-dimensional number space by the Turkens embedding method to create a chaotic attractor (121).

4次元数空間のカオスアトラクターを3次元数空間に投
影する(122)。
The chaotic attractor of the four-dimensional number space is projected onto the three-dimensional number space (122).

3次元数空間に投影されたカオスアトラクターを2次元
数空間に投影し、画面に出力する(123)。という順序で
行われる。
The chaotic attractor projected in the three-dimensional number space is projected in the two-dimensional number space and output to the screen (123). It is done in that order.

なお、上記演算中に、メニューを呼出して、カオスアト
ラクターを回転させて任意の方向から見ることができる
ようにすることと、カオスアトラクターの拡大、縮小及
び離散データの保存と、保存した離散データの読み込み
と、その離散データから算出したカオスアトラクターの
表示とが可能である。
During the above calculation, a menu is called to rotate the chaotic attractor so that it can be seen from any direction, and the chaotic attractor can be enlarged or reduced and discrete data can be saved. It is possible to read the data and display the chaotic attractor calculated from the discrete data.

また、演算速度を高めるために、A/D変換器(4)から
の離散データを整数型とし、上記演算に頻繁に用いられ
る定数を予め算出して記憶させている。
Further, in order to increase the calculation speed, the discrete data from the A / D converter (4) is of integer type, and constants frequently used for the above calculation are calculated in advance and stored.

なお、上記演算において、離散データをターケンスの埋
込み手法で4次元数空間に埋めこむというのは、小型コ
ンピュータ(5)に次々と入力する離散データのある時点
での数値を第1の軸の数値Xとし、この時点から(例え
ば一定間隔τ=10とすれば)10個目の数値を第2の
軸の数値Y、20個目の数値を第3の軸の数値Z、30
個目の数値を第4の軸の数値Wとして、これらの数値で
4次元のベクトルを形成させ、このようにして次のベク
トルを1個目、11個目、21個目、31個目の数値
X,Y,Z,Wで形成し、こうして作成した多数のベク
トルで離散データから算出したカオスアトラクターを4
次元数空間内に形成することである。
In the above calculation, embedding the discrete data in the four-dimensional number space by the embedding method of the Turkens means that the numerical value of the discrete data input to the small computer (5) one after another at a certain time is the numerical value of the first axis. X, from this point (for example, if the constant interval τ = 10), the tenth numerical value is the second axis numerical value Y, and the twentieth numerical value is the third axis numerical value Z, 30.
The four-dimensional vector is formed by these numerical values with the numerical value W of the fourth axis as the numerical value W of the fourth axis, and in this way, the next vector is the first, eleventh, twenty-first, and thirty-first A chaotic attractor calculated from discrete data with a large number of vectors formed by numerical values X, Y, Z, and W in this way is 4
It is to form in the dimensional space.

そして、4次元数空間の視方向の単位ベクトルn1=(n
1,n2,n3,n4)を第4の軸に一致させるために、次の行列
計算を行って、各ベクトル(X,Y,Z,W)を
(X′,Y′,Z′,W′)に変換する。
Then, the unit vector n1 = (n in the viewing direction of the four-dimensional number space
In order to match (1, n2, n3, n4) with the fourth axis, the following matrix calculation is performed, and each vector (X, Y, Z, W) is converted into (X ′, Y ′, Z ′, W). ′)

ところで、4次元数空間に形成されたカオスアトラクタ
ーは、CRTディスプレイ(6)では図形として表示する
ことができないので、次の行列計算を行い3次元数空間
への投影点の座標X″,Y″,Z″を算出する。
By the way, since the chaotic attractor formed in the four-dimensional number space cannot be displayed as a figure on the CRT display (6), the following matrix calculation is performed and the coordinates X ″, Y of the projection point in the three-dimensional number space are calculated. ", Z" is calculated.

そして、次式の計算により、上記3次元数空間の座標を
2次元数空間に投影した座標X,Yを算出する。
Then, the coordinates X and Y obtained by projecting the coordinates of the three-dimensional number space onto the two-dimensional number space are calculated by the calculation of the following equation.

X=Y″cosβ−X″cosα Y=Z″−Xtanβ ただし、α,βは3次元数空間のx,y軸が2次元数空間
のx,y軸となす角度である。
X = Y ″ cosβ−X ″ cosα Y = Z ″ −Xtanβ where α and β are angles formed by the x and y axes of the three-dimensional number space and the x and y axes of the two-dimensional number space.

このようにして得た2次元数空間の座標X,Yを表
示手段としてのCRTディスプレイ(6)、又はプリンタ
(7)に出力して診断の資料にする。
A CRT display (6) as a display means or a printer using the coordinates X and Y of the two-dimensional number space thus obtained
Output it to (7) and use it as a diagnostic material.

次に、リアプノフ指数について説明する。Next, the Lyapunov index will be described.

カオスは初期値に強く依存する性質を持っている。この
性質を初期値依存性といい、初期値依存性の程度を指数
で示した数値をリアプノフ指数という。
Chaos has a property of strongly depending on the initial value. This property is called initial value dependence, and the numerical value indicating the degree of initial value dependence by an index is called the Lyapunov exponent.

そして、このリアプノフ指数は、カオスアトラクターが
描く軌道のうち、近接した2本の軌道間の距離が、ある
単位時間経過すると、どの程度離れるかを計算すること
によって求めることができる。
The Lyapunov exponent can be calculated by calculating how far the distance between two adjacent trajectories drawn by the chaotic attractor is when a certain unit time elapses.

次に、リアプノフ指数を求めるための理論的な計算方法
について説明する。
Next, a theoretical calculation method for obtaining the Lyapunov exponent will be described.

第12図で示すように、基準となる軌道をx(t)t={0,
1,2…nτ}、x(0)からτ時間進んだ先の点をx
(τ)、x(0)に近接した点をy(τ)、y(0)が存在する
軌道をy(t)、y(0)からτ時間進んだ先の点をy(τ)、
x(0)とy(0)との距離をd(0)としたとき、x(τ)とy
(τ)との距離d(τ)を次式であらわすことができ
る。
As shown in FIG. 12, the reference trajectory is x (t) t = {0,
1,2 ... nτ}, x (0) is the point ahead τ time
(Τ), y (τ) is a point near x (0), y (t) is the orbit where y (0) exists, and y (τ) is the point ahead of τ time from y (0),
When the distance between x (0) and y (0) is d (0), x (τ) and y
The distance d (τ) from (τ) can be expressed by the following equation.

d(τ)=d(0)eλτ これは、最初近接していた軌道間の距離が時間とともに
指数関数的に拡大することをあらわしており、この距離
の拡大率を指数で示した数値λがリアプノフ指数であ
る。
d (τ) = d (0) e λτ This means that the distance between orbits that were initially close to each other exponentially expands with time, and the expansion ratio of this distance is expressed as an exponential value λ. Is the Lyapunov index.

そして、リアプノフ指数λは次式で算出することができ
る。
The Lyapunov exponent λ can be calculated by the following equation.

d(τ)=d(0)eλτλτ=d(τ)/d(0) λτ=log{d(τ)/d(0)} λ=log{d(τ)/d(0)}/τ 次に、上記理論に基づくリアプノフ指数の具体的な算出
方法を説明する。
d (τ) = d (0) e λτ e λτ = d (τ) / d (0) λτ = log e {d (τ) / d (0)} λ = log e {d (τ) / d ( 0)} / τ Next, a specific method of calculating the Lyapunov exponent based on the above theory will be described.

基準となる軌道x(t) t={0,1,2…nτ}があると
き、ベクトルx(0)x(1)に直交し、ある単位距離だけ離れ
た点をy(0)、y(0)が存在する軌道をy(t)とす
る。
When there is a reference trajectory x (t) t = {0,1,2 ... nτ}, a point that is orthogonal to the vector x (0) x (1) and is separated by a certain unit distance is y 0 (0), The orbit where y 0 (0) exists is y 0 (t).

x(0)とy(0)との距離をd(0)とし、点x(0)のτ時間
後の点をx(τ)、y(0)のτ時間後の点をy
(τ)、x(τ)とy(τ)との距離をd(τ)とす
る。
The distance between x (0) and y 0 (0) is d 0 (0), the point τ time after point x (0) is x (τ), and the point τ time after y 0 (0) is y
The distance between 0 (τ), x (τ) and y (τ) is d (τ).

次に、ベクトルx(τ)y(τ)と同じ方向にあり、
ある単位距離だけ離れた点をy(0)、y(0)が存在す
る軌道をy(t)、x(τ)とy(0)との距離をd
(0)、x(τ)のτ時間後の点をx(2τ)、y(0)
のτ時間後の点をy(τ)、x(2τ)とy(τ)
との距離をd(τ)とする。
Then, in the same direction as the vector x (τ) y 0 (τ),
A point separated by a certain unit distance is y 1 (0), a trajectory where y 1 (0) exists is y 1 (t), and a distance between x (τ) and y 1 (0) is d.
The point after τ time of 1 (0), x (τ) is x (2τ), y 1 (0)
Point after τ time of y 1 (τ), x (2τ) and y 1 (τ)
The distance from and is d 1 (τ).

次に、ベクトルx(2τ)y(τ)と同じ方向にあ
り、ある単位距離だけ離れた点をy(0)、x(2τ)
とy(0)との距離をd(0)、x(2τ)のτ時間後の
点をx(3τ)、y(0)のτ時間後の点をy
(τ)、x(3τ)とy(τ)の距離をd(τ)
とする。
Next, points in the same direction as the vector x (2τ) y 1 (τ) and separated by a certain unit distance are y 2 (0), x (2τ)
And y 2 (0) is the distance between d 2 (0), x (2τ) after τ time is x (3τ), and y 2 (0) after τ time is y.
The distance between 2 (τ), x (3τ) and y 2 (τ) is d 2 (τ)
And

この操作を繰り返すことによって、最初のτ時間ではd
(τ)/d(0)倍、次のτ時間では、d(τ)/
(0)倍、その次のτ時間では、d(τ)/d(0)
倍だけx(t)軌道と近接軌道の距離が拡大しており、nτ
時間後には dn−1(τ)/dn−1(0)となることがわかる。
By repeating this operation, d in the first τ time
0 (τ) / d 0 (0) times, and in the next τ time, d 1 (τ) /
d 1 (0) times, and in the next τ time, d 2 (τ) / d 2 (0)
The distance between the x (t) orbit and the adjacent orbit is expanded by a factor of two, and nτ
It can be seen that after time, it becomes d n-1 (τ) / d n-1 (0).

リアプノフ指数λは単位時間あたりの軌道間の距離の拡
大率の平均であるから、次式で求めることができる。
The Lyapunov exponent λ is the average of the expansion ratios of the distances between the orbits per unit time, and can be calculated by the following equation.

上記は、理論的なリアプノフ指数λの算出方法である
が、この計算方法では、現実に被験者の体表面から採取
した離散データのリアプノフ指数を計算することは困難
である。
The above is a theoretical calculation method of the Lyapunov exponent λ, but with this calculation method, it is difficult to calculate the Lyapunov exponent of the discrete data actually collected from the body surface of the subject.

その理由は、論理的リアプノフ指数計算方法のモデルと
して用いられるデータは、適宜に定めた公式(数学モデ
ル)によってカオスのデータを生成させており、したが
って、連続的な無限のデータをとることができるので、
次にのべる各条件を満すことができる。
The reason is that the data used as the model of the logical Lyapunov exponent calculation method generates chaos data by an appropriately defined formula (mathematical model), and thus can take continuous infinite data. So
Each of the following conditions can be satisfied.

これに対し、現実に被験者の体表面から採取した離散デ
ータでは、必ずしも数空間の望む位置にデータ点をとれ
るとは限らないし、データ数も有限である。そのため、 4次元ベクトル軌道のある点AにおけるベクトルA′
(単位ベクトル)が軌道の直交位置に存在することが必
要であるが、現実に被験者の体表面から採取した離散デ
ータでは、必ずしもこれがあるとは限らない。
On the other hand, in the discrete data actually collected from the body surface of the subject, it is not always possible to take data points at desired positions in the number space, and the number of data is finite. Therefore, the vector A'at the point A with the four-dimensional vector orbit
It is necessary that the (unit vector) exists at the orthogonal position of the trajectory, but this does not always exist in the discrete data actually collected from the body surface of the subject.

また、ある点Bにおける次のベクトルB″(単位ベクト
ル)が、点Bにおける軌道の直交位置に存在することが
必要であるが、現実にはこれが必ず見つかるとは限らな
い。
Further, the next vector B ″ (unit vector) at a certain point B needs to exist at the orthogonal position of the trajectory at the point B, but this is not always found in reality.

また、ベクトルB′とB″のなす角が小さいことが必要
であるが、現実には必ずしも小さいとは限らない。
Further, it is necessary that the angle formed by the vectors B ′ and B ″ is small, but it is not necessarily small in reality.

そこで、各点における最も近似したベクトルを探すの
であるが、例えば、前記ベクトルB″を探すとき、単に
B′に近いという条件だけで検索すると、点Bの次の点
におけるベクトルをとる可能性がある。
Therefore, the closest vector at each point is searched. For example, when searching for the vector B ″, if the search is performed simply on the condition that it is close to B ′, the vector at the point next to the point B may be obtained. is there.

データ数が有限であるので、点Aが離散データ群の終
端付近にあると、次のデータ点(点Aにτを加えた点)
がとれない。
Since the number of data is finite, if point A is near the end of the discrete data group, the next data point (point A plus τ)
I can't take it.

脈波及び/又は心電波形がA/D変換によって12ビ
ットの離散データとなるが、これも有限の数であるの
で、別々のデータ点が同じ値になっている可能性があ
る。
The pulse wave and / or the electrocardiographic waveform becomes 12-bit discrete data by A / D conversion, but since this is also a finite number, it is possible that different data points have the same value.

そこで本発明では、リアプノフ指数計算に用いるデータ
点の採用条件の次のように定めている。
Therefore, in the present invention, the conditions for adopting the data points used in the calculation of the Lyapunov exponents are defined as follows.

すなわち、4次元空間において、上記軌道上に頂点を置
き、かつ、ベクトルB′を中心線とした頂角が小さい円
錐を設定して、この円錐内にあるベクトルを採用するよ
うにした。
That is, in a four-dimensional space, a vertex is placed on the above trajectory, and a cone with a small apex angle with the vector B'as the center line is set, and the vector within this cone is adopted.

上記によって、前記ベクトルB″が非常に小さくて、軌
道方向と略同一方向でないかぎり、隣の点のベクトルを
取る可能性を回避できる。
From the above, it is possible to avoid the possibility of taking the vector of the adjacent point unless the vector B ″ is very small and is not substantially in the same direction as the trajectory direction.

また、各ベクトルの軌道に対する角度θは、各データの
ベクトルを(X,Y,Z,W)、軌道方向のベクトルを
(X′,Y′,Z′,W′)とすると、 で算出することができ、これによってベクトルと軌道の
直交性をチェックすることができる。
Further, the angle θ of each vector with respect to the trajectory is (X, Y, Z, W), where the vector of each data is (X ', Y', Z ', W'), and It is possible to check the orthogonality between the vector and the trajectory by this.

また、各ベクトルの絶対値の上限と下限とを設定して、
この範囲内にあるベクトルを採用するようにすることに
よって、前記ベクトルB″が非常に小さくて、軌道方向
と略同一方向であっても、隣の点のベクトルを取る可能
性を回避することができる。
Also, set the upper and lower limits of the absolute value of each vector,
By adopting a vector within this range, it is possible to avoid the possibility of taking a vector of an adjacent point even if the vector B ″ is very small and is substantially in the same direction as the trajectory direction. it can.

なお、上記範囲は前記カオスアトラクターを観察して、
最も収束がよい値を設定することができる。
In the above range, observing the chaotic attractor,
The value with the best convergence can be set.

このようにしてとった各ベクトルの伸び率を2を底とし
た対数に変換し、これの算術平均値を第1リアプノフ指
数λ1とする。
The elongation rate of each vector thus obtained is converted into a logarithm whose base is 2, and the arithmetic mean value thereof is defined as the first Lyapunov exponent λ1.

上記の計算を実行するために、小型コンピュータ(5)内
に、第7a図と第7b図で示すプログラム(50)を格納し
ている。
In order to carry out the above calculation, the program (50) shown in FIGS. 7a and 7b is stored in the small computer (5).

すなわち、リアプノフ指数λ1の演算をスタートさせる
と(51)、まず、前記のベクトル軌道の始端近傍に、デー
タ点の採用条件を判断するための基準となる点Aを設定
する(52)。なおこの点Aは計算の進行に伴って先送りさ
れる。
That is, when the calculation of the Lyapunov exponent λ1 is started (51), first, a point A, which is a reference for judging the adoption condition of the data point, is set near the start end of the vector trajectory (52). This point A is postponed as the calculation progresses.

次に、次の点B(τだけ後の点)をとる余裕があるは否
かを判断し(53)、余裕がある場合は(53Y)この点Bを次
の点として採用し(54)、この点Bで仮のデータ点を探し
(55)、見つかれば(55Y)、次の点から仮のデータ点を探
し(56)、見つからなければ離散データの先頭から検索す
る(57)。
Next, it is judged whether there is a margin to take the next point B (point after τ) (53), and if there is a margin (53Y), this point B is adopted as the next point (54). Find a temporary data point at this point B
(55) If it is found (55Y), a temporary data point is searched for from the next point (56), and if not found, the discrete data is searched from the beginning (57).

次に、このようにして見つけたデータ点が前述の採用条
件に適合していれば(58Y)、このデータ点を採用し(5
9)、なければ(58N)、データ点採用条件中のベクトルの
大きさの範囲を更新し(60)、この範囲の上限を逸脱して
いなければ(61N)、ステップ(55)に戻り、逸脱している
と(61Y)、基準点Aを次の点Bに移して(62)、ステップ
(53)に戻る。このようにして採用したデータ点は、前述
したベクトルA′がベクトルB′に発展する余裕がある
か否かを判断し(63)、余裕があれば(63Y)、ベクトル
B′の軌道との直交性をチェックする(64)。なお、ステ
ップ(63)で余裕がない場合(63N)及びステップ(64)で直
交していない場合(64N)は、ステップ(55)に戻る。
Then, if the data point found in this way meets the above-mentioned adoption conditions (58Y), this data point is adopted (5
9), if not (58N), update the vector size range in the data point adoption condition (60), and if it does not deviate from the upper limit of this range (61N), return to step (55) and deviate. While doing (61Y), the reference point A is moved to the next point B (62), and the step
Return to (53). The data point thus adopted is judged whether or not there is a margin to develop the above-mentioned vector A ′ into the vector B ′ (63), and if there is a margin (63Y), it is determined as the trajectory of the vector B ′. Check for orthogonality (64). If there is no margin in step (63) (63N) and if there is no orthogonality in step (64) (64N), the process returns to step (55).

そして、後述のリトライ中であるか否かを判断して(6
5)、リトライ中であれば(65Y)、前回のベクトルとのな
す角を算出して(66)、この角が大きい場合(66L)は、ス
テップ(55)に戻り、小さい場合(66S)及び前記ステップ
(65)でリトライ中でない場合(65N)は、ベクトルB′を
ベクトルA′から発展したベクトルとして確定する(6
7)。
Then, it is judged whether or not the retry described below is in progress (6
5) If it is during retry (65Y), calculate the angle with the previous vector (66), and if this angle is large (66L), return to step (55), and if it is small (66S) and Step
If the retry is not being performed in (65) (65N), the vector B'is determined as a vector developed from the vector A '(6
7).

そして、リトライのために点AとベクトルA′とを記憶
させておく(68)。
Then, the point A and the vector A'are stored for the retry (68).

なお、演算の終末に際し、ステップ(53)で次の点をとる
余裕がなくなれば(53N)、演算を終了させる(E)。
At the end of the calculation, if there is no room to obtain the next point in step (53) (53N), the calculation is terminated (E).

次に、点Bにおける仮のベクトルB″をさがし(70)、こ
のベクトルB″がデータ点採用条件に適合していなけれ
ば(71N)、上記条件のベクトルの大きさの範囲を更新し
(72)、それでも上限を逸脱していると(73Y)、リトライ
フラグをセットして(74)、ステップ(55)に戻る。
Next, the temporary vector B ″ at the point B is searched (70), and if the vector B ″ does not meet the data point adoption condition (71N), the range of the vector size of the above condition is updated.
(72) If the upper limit is still exceeded (73Y), the retry flag is set (74) and the process returns to step (55).

また、ステップ(73)で上限を逸脱していなければ(73
N)、ステップ(70)に戻る。
If the upper limit is not exceeded in step (73) (73
N), return to step (70).

そして、ステップ(71)でデータ点採用条件に適合したベ
クトルB″があると(71Y)、このベクトルB″が軌道と
直交しているか否かを判断し(75)、直交していなければ
(75N)、ステップ(70)に戻り、直交していると(75Y)、点
Bにおける各ベクトルB′,B″のなす角度を算出し(7
6)、この角度が充分に小さいか否か、すなわち、前述の
円錐内にB″が入っているか否かを判断し(77)、角度が
小さくない場合(77N)は、ステップ(70)に戻り、小さい
場合(77Y)は、点Aから点Bに移動したことによるベク
トルA′からベクトルB′への伸び率を、2を底とした
対数に変換し(78)、この数値を算術平均として第1リア
プノフ指数λ1とする(79)。
Then, if there is a vector B ″ that meets the data point adoption condition in step (71) (71Y), it is judged whether or not this vector B ″ is orthogonal to the trajectory (75), and if it is not orthogonal,
(75N), returning to step (70), if they are orthogonal (75Y), the angle formed by the vectors B ′ and B ″ at point B is calculated (7
6) Judge whether this angle is sufficiently small, that is, whether B ″ is in the above cone (77). If the angle is not small (77N), proceed to step (70). Returning, if it is small (77Y), the elongation rate from vector A'to vector B'because of moving from point A to point B is converted into a logarithm with base 2 (78), and this numerical value is arithmetically averaged. As the first Lyapunov exponent λ1 (79).

そして、現在計算している点Bが離散データの終端であ
るか否かを判断し(80)、終端でなければ(80N)、上記の
点Bを次回計算の基準点(前記の点Aに相当)に代入し
(81)、ベクトルB″を単位ベクトルに変換して次回計算
の基準ベクトル(前記のベクトルB′に相当)に代入し
(82)、リトライのために点BとベクトルB′とを記憶さ
せ(83)、点Bの次の点を算出し(84)、算出された次の点
の基準ベクトルから発展したベクトルを算出し(85)、次
回計算において用いるベクトルの直交チェック用の座標
を更新して(86)、ステップ(70)に戻り、上記の計算を繰
返す。
Then, it is judged whether or not the point B currently calculated is the end of the discrete data (80), and if it is not the end (80N), the above point B is set as the reference point for the next calculation (to the above point A). Equivalent)
(81) Convert the vector B ″ into a unit vector and substitute it into the reference vector for the next calculation (corresponding to the vector B ′ above).
(82) The point B and the vector B'are stored for the retry (83), the point next to the point B is calculated (84), and the vector developed from the calculated reference vector of the next point is calculated. Then, (85), the coordinates for orthogonal check of the vector used in the next calculation are updated (86), the process returns to step (70), and the above calculation is repeated.

なお、ステップ(80)で点Bが離散データの終端であると
判断されると(80Y)、演算を終了させる(E)。つまり、ス
テップ(52)〜(68)では、主として、次の点におけるベク
トルB′を参照してデータ点採用条件に適合する基準点
を検索し、ステップ(70)〜(77)では同条件に適合する発
展したベクトルを検索するようにしており、上記のよう
に、採用するデータ点の採用条件を設定し、この条件に
適合したデータ点を検索することによって、不適格なデ
ータ点が計算に算入されることを防止し、しかも、適格
なデータ点が見つからない場合は、その点におけるデー
タ点検索を放棄するのではなく、採用条件のベクトルの
大きさの設定範囲を広げて検索して、次善のデータ点を
採用するようにしたことで、高い精度で第1リアプノフ
指数λ1を算出することができる。
When it is determined that the point B is the end of the discrete data in step (80) (80Y), the calculation is ended (E). That is, in steps (52) to (68), a reference point that meets the data point adoption condition is searched mainly by referring to the vector B ′ at the next point, and in steps (70) to (77), the same condition is found. It is designed to search for suitable developed vectors.As described above, by setting the adoption conditions for the data points to be adopted and searching for data points that meet this condition, unqualified data points can be calculated. In order to prevent the inclusion of data points, and if no suitable data point is found, instead of abandoning the data point search at that point, expand the search range of the size of the recruitment condition vector and search. By adopting the suboptimal data point, the first Lyapunov exponent λ1 can be calculated with high accuracy.

次に、第2リアプノフ指数λ2の計算について説明す
る。
Next, the calculation of the second Lyapunov exponent λ2 will be described.

第2リアプノフ指数λ2の計算も、基本的には前述した
第1リアプノフ指数λ1の計算と同じであり、点A1に
おいてデータ点採用条件に適合したベクトルA2とA3
をとって4次元数空間内に三角形A1-A2-A3を形成し、次
に、ベクトルA2とA3とが次の点B1までに発展した
ベクトルB2とB3とで三角形B1-B2-B3を形成し、更
に、点B1で新たにとった適格なベクトルB′とB″と
で三角形B1−B′−B″を形成して、三角形B1-B2-B3
と三角形B1−B′−B″のなす角度が充分に小さいと
き、三角形A1-A2-A3から三角形B1-B2-B3への面積の伸び
率を算出し、これを2を底とした対数に変換し、この数
値を算術平均することによって第2リアプノフ指数λ2
を算出する。
The calculation of the second Lyapunov exponent λ2 is basically the same as the above-described calculation of the first Lyapunov exponent λ1, and at the point A1, the vectors A2 and A3 adapted to the data point adoption condition are obtained.
To form a triangle A1-A2-A3 in the four-dimensional number space, and then the vectors A2 and A3 form a triangle B1-B2-B3 with the vectors B2 and B3 developed to the next point B1. Then, the newly formed eligible vectors B'and B "at the point B1 form a triangle B1-B'-B", and the triangle B1-B2-B3 is formed.
When the angle between the triangle B1-B'-B ″ and the triangle B1-B′-B ″ is sufficiently small, calculate the area expansion rate from the triangle A1-A2-A3 to the triangle B1-B2-B3, and use this as the logarithm with 2 as the base. The second Lyapunov exponent λ2 by converting and arithmetically averaging this number
To calculate.

なお、各三角形のなす角度は、ベクトルB2とB3の合
成ベクトルと、ベクトルB′とB″の合成ベクトルとが
なす角度をもって、上記三角形がなす角度とした。
The angle formed by each triangle is the angle formed by the combined vector of the vectors B2 and B3 and the combined vector of the vectors B'and B ".

次に、カオスアトラクター及びリアプノフ指数と、被験
者の状態との対応について説明する。
Next, the correspondence between the chaotic attractor and the Lyapunov index and the condition of the subject will be described.

第8a図は、ある被験者(H氏・男性・健康)がリラッ
クスしている状態での脈波データのカオスアトラクター
であり、第8b図は同被験者が読書(雑誌)している状
態のものである。
FIG. 8a is a chaotic attractor of pulse wave data when a subject (Mr. H, male, healthy) is relaxing, and FIG. 8b is a state in which the subject is reading (magazine). Is.

上記両図を比較すると、読書のように、脳内情報処理が
活発に行われているときは、カオスアトラクターの図形
が縮小する傾向があり、右上−左下方向の幅の縮小は僅
かであるが、左上−右下方向の幅の縮小が顕著である。
Comparing the above two figures, the figure of the chaotic attractor tends to shrink when the information processing in the brain is actively performed like reading, and the width reduction in the upper right-lower left direction is slight. However, the width reduction in the upper left-lower right direction is remarkable.

また、カオスアトラクターの右上部分の渦巻状の局所構
造がリラックス時に比べて、明らかに密になっている。
In addition, the spiral local structure in the upper right part of the chaotic attractor is clearly denser than when relaxed.

第9a図は、別の被験者(K氏・女性・健康)がリラッ
クスしているとき、第9b図は読書(数学のテキス
ト)、第9c図は読書(マンガの本)しているとき、第
9d図はぼんやりと美しい絵を眺めているときの脈波デ
ータのカオスアトラクターであり、図形の大きさは、リ
ラックスしているときと美しい絵を眺めているときが小
さく、読書しているときが大きくなっている。
Fig. 9a shows another subject (Mr. K, woman, health) relaxing, Fig. 9b shows reading (mathematical text), and Fig. 9c shows reading (manga book). Figure 9d is a chaotic attractor of pulse wave data when looking at a vaguely beautiful picture. The size of the figure is small when relaxing and looking at a beautiful picture, when reading a book. Is getting bigger.

しかし、数学のテキストを読んでいるときと、マンガの
本を読んでいるときとでは、後者の図形の方が小さく、
被験者の興味の有無によって意識集中の程度に差がある
ことがわかる。
But when I'm reading a math textbook and when I'm reading a manga book, the latter figure is smaller,
It can be seen that there is a difference in the degree of consciousness concentration depending on whether the subject is interested or not.

上記の2例は、両方とも健康な被験者を対象としたもの
であり、両方に共通して脳内情報処理が活発になるにし
たがって、局所構造が粗→密になり、意識の集中が高く
なるにしたがって、図形が縮小することがうかがわれ
る。
Both of the above two examples are for healthy subjects. As both brain information processing becomes active, the local structure becomes coarser → denser and the concentration of consciousness becomes higher. According to this, it can be seen that the figure shrinks.

また、図形の大きさの僅かな差異及び細部構造は、個人
差が考えられるので、被験者間の比較よりも、同一被験
者の状態変化の方がより大きい意味を持っているものと
思われる。
In addition, since slight differences in the size of graphics and detailed structures are considered to be individual differences, it is considered that a change in state of the same subject has a greater meaning than a comparison between subjects.

また、リアプノフ指数をそれぞれ図面の下部に記載して
いるが、第1リアプノフ指数λ1は意識の集中が高くな
るにしたがって小さくなり、第2リアプノフ指数λ2は
脳内情報処理が活発になるにしたがって小さくなってお
り、健康な被験者の場合には、上記のカオスアトラクタ
ーから得た結果とよく対応している。
The Lyapunov exponents are shown at the bottom of the drawing. The first Lyapunov exponent λ1 becomes smaller as the concentration of consciousness becomes higher, and the second Lyapunov exponent λ2 becomes smaller as the brain information processing becomes active. And, in the case of healthy subjects, corresponds well with the results obtained from the above chaotic attractors.

第10a図は神経症の病歴を有するS氏の治療前、第1
0b図に治療中、第10c図は治療により回復後のリラ
ックス状態におけるカオスアトラクターを示しており、
治療前の図形が極端に小さく、回復後は図形が拡大して
健康者とほぼ同大となっている。また、渦巻状の局所構
造が右上方に移動して図形の端部にラップしており、治
療前と回復後との違いが明らかである。
FIG. 10a shows the treatment of Mr. S, who has a history of neurosis, before treatment.
Fig. 0b shows the chaotic attractor in the relaxed state after the treatment, and Fig. 10c shows the chaotic attractor in the relaxed state after the treatment.
The figure before treatment is extremely small, and after recovery, the figure expands and is almost the same size as a healthy person. In addition, the spiral local structure moves to the upper right and wraps around the end of the figure, and the difference between before treatment and after recovery is clear.

第1リアプノフ指数λ1は、治療前が小さく、治療中大
きくなり、回復後は治療中より小さいが治療前よりも大
きくなっている。
The first Lyapunov index λ1 is small before the treatment, increases during the treatment, and after recovery is smaller than during the treatment but larger than before the treatment.

なお、上記神経症の治療には森田療法が用いられてい
る。この治療法は、暗黒無音の部屋に患者を一定時間収
容し、この間、外界からの刺激を遮断することによって
行われるものである。
Morita therapy is used to treat the above-mentioned neurosis. This treatment method is performed by accommodating a patient in a dark and silent room for a certain period of time and cutting off external stimuli during this period.

健康者で得た結論に、上記第1リアプノフ指数λ1の推
移を外挿すれば、意識が過度に集中したために神経症の
症状を呈したのではないかとも思われる。
Extrapolating the transition of the first Lyapunov index λ1 to the conclusions obtained from healthy persons, it is considered that the symptoms of neurosis may have been exhibited due to excessive concentration of consciousness.

第2リアプノフ指数λ2は、治療前と治療中は同一水準
を保っているが、回復後は小さくなっており、治療前と
治療中、脳内情報処理が活発でなかったたものが、回復
後は脳内情報処理が活発に行われるようになったことを
示している。
The second Lyapunov index λ2 remained at the same level before and during the treatment, but decreased after the recovery, and after the treatment, the brain information processing was not active. Indicates that information processing in the brain has become active.

第11a図は健康者、第11b図は目下不整脈治療中の
心疾患患者から、心電計(2)で採取した心電波形データ
のカオスアトラクターであり、両方ともリラックス状態
のものである。
Fig. 11a is a healthy person, and Fig. 11b is a chaotic attractor of electrocardiographic waveform data collected by an electrocardiograph (2) from a heart disease patient currently undergoing arrhythmia treatment, both of which are in a relaxed state.

両者の図形を比較すると、健康者の図形が結び目から四
方にのびた手と、2個のループよりなる輪郭が明瞭な略
蝶結び形状であるのに対し、心疾患患者のものは、形状
が複雑になり、特に、左上方の構造が乱れている。
Comparing the two figures, the figure of a healthy person is a bow-shaped shape with clear outlines consisting of two loops and two loops, whereas those of heart disease patients have a complicated shape. In particular, the structure on the upper left side is disordered.

参考までに、健康者の第1リアプノフ指数λ1は2.9±
0.1と小さく、図形の構造とよく対応している。
For reference, the first Lyapunov index λ1 of healthy people is 2.9 ±
It is as small as 0.1 and corresponds well to the structure of the figure.

本実施例では上記のように、脈波センサ(1)と心電計(2)
とでそれぞれ採取した被験者の脈波データと心電波形デ
ータとから、脈波と心拍のカオスアトラクターと、第
1、第2リアプノフ指数λ1,λ2を算出してCRTデ
ィスプレイ上に表示することにより、被験者の心理状態
を含めた心身の状態を診断することが可能であり、特
に、一見ランダムに見える上記データから、論理的に秩
序を抽出し、同秩序に基づいて、心身の状態を示すカオ
スアトラクター及びリアプノフ指数を表現することか
ら、診断者の違いによる差異のない、極めて客観的な診
断を下すことができる。
In this embodiment, as described above, the pulse wave sensor (1) and the electrocardiograph (2)
By calculating the pulse wave and heartbeat chaotic attractors and the first and second Lyapunov exponents λ1 and λ2 from the pulse wave data and the electrocardiographic waveform data of the subject respectively collected by and and displaying them on the CRT display. , It is possible to diagnose the physical and mental condition including the psychological state of the subject, and in particular, the chaos that indicates the physical and mental condition is extracted logically from the above seemingly random data and the order is extracted. By expressing the attractor and the Lyapunov index, it is possible to make an extremely objective diagnosis without any difference due to the difference in the diagnosticians.

なお、前述したカオスアトラクターの収束と、第1、第
2リアプノフ指数λ1,λ2とがよく対応していること
から、本実施例における第1、第2リアプノフ指数λ
1,λ2の演算法が適正であることを立証している。
Since the convergence of the chaotic attractor described above and the first and second Lyapunov indexes λ1 and λ2 correspond well, the first and second Lyapunov indexes λ in the present embodiment.
It proves that the calculation method of 1, λ2 is proper.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係る診断装置の構成を示す説明図、第
2図は脈波センサの構造を示す断面説明図、第3図はフ
ォトセンサの回路図、第4図は脈波及び心電波形データ
の全体的な処理手順を示す説明図、第5図はメニューの
説明図、第6図はカオスアトラクター表示のための演算
手順の説明図、第7a図と第7b図とはリアプノフ指数
を求める演算処理のフローチャート、第8a図〜第10
c図は脈波のカオスアトラクター、第11a図及び第1
1b図は心電波形データのカオスアトラクター、第12
図はリアプノフ指数計算の説明図である。 (A):診断装置 (1):脈波センサ (2):心電計 (5):小型コンピュータ(演算手段、記憶手段) (6):CRTディスプレイ(表示手段) (11):指尖部 (14):フォトセンサ (15):赤外線発光ダイオード (16):フォトトランジスタ
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a diagnostic device according to the present invention, FIG. 2 is a sectional explanatory diagram showing the structure of a pulse wave sensor, FIG. 3 is a circuit diagram of a photosensor, and FIG. 4 is a pulse wave and a heart. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the overall processing procedure of radio wave type data, FIG. 5 is an explanatory diagram of a menu, FIG. 6 is an explanatory diagram of a calculation procedure for displaying a chaotic attractor, and FIGS. 7a and 7b are Lyapunov. Flowchart of arithmetic processing for obtaining index, FIGS. 8a to 10
Figure c is a pulse wave chaotic attractor, Figures 11a and 1
Fig. 1b is a chaotic attractor for electrocardiographic waveform data, No. 12
The figure is an illustration of Lyapunov exponent calculation. (A): Diagnostic device (1): Pulse wave sensor (2): Electrocardiograph (5): Small computer (arithmetic means, storage means) (6): CRT display (display means) (11): Finger tip (14): Photo sensor (15): Infrared light emitting diode (16): Photo transistor

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】イ)被験者の体表面に装着可能の脈波及び
/又は心電センサと、 ロ)上記センサで採取した脈波波形及び/又は心電波形
をA/D変換器によりデジタル化し、そのデジタル化した
数値である離散データをターケンスの埋込み手法により
数学的な操作で創り出した仮想空間である数空間に埋込
んだカオスアトラクターを2次元数空間に投影する演算
手段と、 ハ)この2次元数空間の投影を表示する表示手段と、 ニ)上記カオスアトラクターよりカオスの特徴の1つで
ある初期値に対する鋭敏な依存性の程度を指数で示した
数値であるリアプノフ指数を算出する演算手段と、 ホ)上記リアプノフ指数を表示する表示手段と、 ヘ)上記離散データ及び/又はリアプノフ指数を記憶す
る記憶手段とを具備することを特徴とする体表面から採
取した脈波及び/又は心拍を用いる診断装置。
1. A) pulse wave and / or electrocardiographic sensor that can be worn on the body surface of a subject; and b) digitize the pulse wave waveform and / or electrocardiographic waveform collected by the sensor by an A / D converter. , A calculation means for projecting a chaotic attractor embedded in a number space, which is a virtual space created by mathematical operation of the digitized discrete data, which is a numerical algorithm, into a two-dimensional number space, and c) Display means for displaying the projection of this two-dimensional number space, and d) calculating the Lyapunov exponent, which is a numerical value indicating the degree of sharp dependence on the initial value, which is one of the characteristics of chaos, from the chaotic attractor. From a body surface characterized by comprising: a calculating means for performing: (e) a display means for displaying the Lyapunov exponent; and a) a storage means for storing the discrete data and / or the Lyapunov exponent. Sorted pulse wave and / or diagnostic device using heartbeat.
【請求項2】上記脈波センサを、被験者の指尖部を挿入
可能の有底筒状のカバー部と、同カバー部の内面に、上
記指尖部の指腹部にそれぞれ当接可能の赤外線発光ダイ
オードとフォトトランジスタとを配設して、赤外線発光
ダイオードとフォトトランジスタとの光軸を指尖部の内
部において20°〜30°の角度で交差させたフォトセ
ンサとで構成したことを特徴とする請求項1記載の体表
面から採取した脈波及び/又は心拍を用いる診断装置。
2. The pulse wave sensor has a bottomed cylindrical cover into which a subject's finger tip can be inserted, and infrared rays capable of abutting on the inner surface of the cover to the finger pad of the finger tip. A light emitting diode and a phototransistor are provided, and the infrared light emitting diode and the phototransistor are configured by a photosensor in which the optical axes of the infrared light emitting diode and the phototransistor intersect at an angle of 20 ° to 30 ° inside the fingertip portion. The diagnostic device using the pulse wave and / or the heartbeat collected from the body surface according to claim 1.
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