JPH11319119A - Cardiac pacemaker - Google Patents

Cardiac pacemaker

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Publication number
JPH11319119A
JPH11319119A JP10127889A JP12788998A JPH11319119A JP H11319119 A JPH11319119 A JP H11319119A JP 10127889 A JP10127889 A JP 10127889A JP 12788998 A JP12788998 A JP 12788998A JP H11319119 A JPH11319119 A JP H11319119A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metabolic demand
heart
rate
metabolic
exercise
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10127889A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Manabe
一宏 眞鍋
Yoshihito Fukui
美仁 福井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cardio Pacing Research Labs KK
Original Assignee
Cardio Pacing Research Labs KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cardio Pacing Research Labs KK filed Critical Cardio Pacing Research Labs KK
Priority to JP10127889A priority Critical patent/JPH11319119A/en
Publication of JPH11319119A publication Critical patent/JPH11319119A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stimulate the heart at a physiological stimulus rate even in a different kinetic form (such as walking on the level ground, running, going up the stairs or going down the stairs). SOLUTION: Numbers WC-X and WC-Z of steps are calculated from acceleration in advancing direction and acceleration in vertical direction by a metabolic request index calculating part 300 and when the kinetic form discriminated by a kinetic form discriminating part 200 is walking on the level ground, the number WC-X provided from the acceleration in advancing direction is selected by a metabolic request index selecting part 400 but when the kinetic form is running, going up the stairs or going down the stairs, the number WC-Z provided from the acceleration in the vertical direction is selected by the metabolic request index selecting part 400. At the same time, a cardiac stimulus rate function corresponding to the kinetic form discriminated by the kinetic form discriminating part 200 is selected by a cardiac stimulus rate function selecting part 600 and the cardiac stimulus rate is calculated by a cardiac stimulus rate calculating part 700 while using the number of steps with higher detection accuracy matched with each kinetic form as a metabolic request index so that the heart can be stimulated at the physiological cardiac stimulus rate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する分野】本発明は心臓ペースメーカー、特
に運動形態に応じて心臓刺激レートの制御を行う心臓ペ
ースメーカーに関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a cardiac pacemaker, and more particularly to a cardiac pacemaker that controls a cardiac stimulation rate in accordance with a form of exercise.

【0002】[0002]

【従来の技術】心臓ペースメーカーは、心臓の機能不全
や刺激伝導系障害を有する患者に用いられ、一定時間心
臓活動が起こらない場合に心臓に電気刺激を行って心臓
活動を補うものである。過去においては、電気刺激を行
うレートが一定に固定されていたために、患者の運動が
制限される場合があった。これに対して患者の代謝要求
をセンサによって検出し、自動的に心臓刺激レートを調
整する心臓ペースメーカーが開発されており、この種の
心臓ペースメーカーにおいては、測定が簡便である体振
動を代謝要求の指標として利用したものが最も多い。
2. Description of the Related Art A cardiac pacemaker is used for a patient having a cardiac dysfunction or a stimulus conduction system disorder, and supplements the cardiac activity by performing electrical stimulation on the heart when the cardiac activity does not occur for a certain period of time. In the past, the rate at which the electrical stimulation was performed was fixed at a fixed rate, which sometimes limited the patient's movement. On the other hand, cardiac pacemakers have been developed in which a patient's metabolic demand is detected by a sensor and the heart stimulation rate is automatically adjusted. Most used as indicators.

【0003】運動においては、下肢の動きに伴う、足が
地面を蹴りそして着地するといった動作が、体運動とし
て検出される。この検出された動作の頻度(運動時にお
ける歩数)、または体振動を一定時間積分した量が、代
謝量を示す指標とされてきた。
[0003] In the exercise, a motion such as a foot kicking and landing on the ground accompanying a motion of a lower limb is detected as a body motion. The frequency of the detected motion (the number of steps during exercise) or the amount obtained by integrating the body vibration for a certain period of time has been used as an index indicating the metabolic rate.

【0004】体振動を検出するセンサとしては、体振動
に伴って、重りがある空間を往復運動することによって
起こる、重りに接続された機械的スイッチの動作を検出
するもの、磁石がある空間を往復運動することによって
生ずる磁界変化を検出するもの、電気的接点が配置され
た容器内に封入された水銀が移動することによって、そ
の接触を検出するもの、圧電素子の変形による電圧変化
を検出するもの、ピエゾ抵抗素子の変形による抵抗変化
を検出するもの等が一般的である。
As a sensor for detecting body vibration, a sensor for detecting an operation of a mechanical switch connected to the weight, which is generated by reciprocating in a space having a weight due to the body vibration, and a sensor for detecting a space in which a magnet exists. Detects changes in magnetic field caused by reciprocating motion, Detects contact by moving mercury enclosed in a container in which electrical contacts are arranged, Detects voltage changes due to deformation of piezoelectric element In general, a device that detects a change in resistance due to deformation of a piezoresistive element is used.

【0005】体振動として歩数を利用したものでは、患
者の前後方向の振動をセンサによって検出し、そのセン
サからの出力信号をフィルタ処理した後にある閾値と比
較し、閾値を越えた回数を一定時間カウントすることに
よって、一種の歩行速度を求め、これによって心臓刺激
レートを調節するものがある。また、体振動として一定
時間の積分量を利用したものでは、前後方向あるいは上
下方向のどちらか一方の振動をセンサによって検出し、
そのセンサの出力信号をフィルタ処理した後に一定時間
積分を行い、この積分値によって心臓刺激レートを調節
するものがある。
In the case of using the number of steps as body vibration, the longitudinal vibration of the patient is detected by a sensor, an output signal from the sensor is filtered and compared with a certain threshold value, and the number of times exceeding the threshold value is determined for a predetermined time. Some types of walking speed are obtained by counting, and the heart stimulation rate is adjusted accordingly. In the case of using the integration amount for a certain period of time as the body vibration, the sensor detects the vibration in either the front-rear direction or the vertical direction,
In some cases, the output signal of the sensor is filtered and then integrated for a certain period of time, and the heart stimulation rate is adjusted based on the integrated value.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、心臓刺
激レートの指標として歩数を利用した心臓ペースメーカ
ーでは、同じ歩行速度であるならば、平地歩行、階段上
昇、階段下降、坂道昇り、坂道下り等といった歩行の状
態が異なっている場合においてもその区別ができずに、
全て同レベルの運動として認識することになる。従っ
て、例えば平地歩行と階段上昇を比較した場合に、明ら
かに階段上昇の方が代謝量は大きいにもかかわらず、歩
数のみの判断では運動の状態に合った代謝量の要求を検
出することができないため、心臓刺激レートを生理的に
制御することができない。
However, in a cardiac pacemaker using the number of steps as an index of the heart stimulation rate, if the walking speed is the same, walking such as walking on level ground, ascending stairs, descending stairs, ascending a slope, descending a slope, etc. Even if the state is different, it can not be distinguished,
All will be recognized as the same level of exercise. Therefore, for example, when comparing flat-walking and stair climbing, although stair climbing clearly has a larger metabolic rate, it is possible to detect a metabolic demand that matches the exercise state by judging only the number of steps. Because of this, the heart stimulation rate cannot be physiologically controlled.

【0007】また、歩数は加速度がある閾値を越えるこ
とによって運動動作における一歩を検出するので、上下
方向の加速度検出による歩数測定では、平地をゆっくり
と歩行した場合に上下方向の振動が小さく検出精度が劣
る。一方、前後方向の加速度検出による歩数測定では、
階段上昇や階段下降時のように進行方向の振動が小さい
場合に検出精度が劣る。
In addition, since the number of steps detects one step in athletic movement when the acceleration exceeds a certain threshold value, in the step measurement by detecting the acceleration in the vertical direction, when walking slowly on flat ground, the vibration in the vertical direction is small and the detection accuracy is small. Is inferior. On the other hand, in the step count measurement by detecting the acceleration in the front-rear direction,
When the vibration in the traveling direction is small, such as when ascending or descending a stair, detection accuracy is poor.

【0008】以下、本発明者が歩行時の鎖骨下の進行方
向加速度と上下方向加速度から平均歩行速度を算出した
結果を表1,2に示す。表1は、進行方向加速度を用い
て平地走行,階段上昇,階段下降時の平均歩行速度を求
めた結果である。なお測定に使用する閾値レベルは、平
地歩行時の1歩あたりの進行方向加速度の最大値を、全
運動時間で平均した値の50%の値とした。表2は、上
下方向加速度を用いて平地歩行時の平均歩行速度を求め
た結果である。なお測定に使用する閾値レベルは、階段
上昇時の1歩あたりの上下方向加速度の最大値を、全運
動時間で平均した値の50%の値とした。
Tables 1 and 2 show the results of the present inventors calculating the average walking speed from the acceleration in the traveling direction and the acceleration in the vertical direction below the collarbone during walking. Table 1 shows the results obtained by using the acceleration in the traveling direction to calculate the average walking speed when traveling on level ground, climbing stairs, and descending stairs. The threshold level used for the measurement was a value of 50% of the average value of the acceleration in the traveling direction per step when walking on level ground, averaged over the entire exercise time. Table 2 shows the result of calculating the average walking speed during walking on level ground using the vertical acceleration. The threshold level used for the measurement was a value of 50% of a value obtained by averaging the maximum value of the vertical acceleration per one step at the time of climbing the stairs over the entire exercise time.

【0009】[0009]

【表1】 [Table 1]

【0010】[0010]

【表2】 [Table 2]

【0011】表1では、測定不能(70,90歩/分の階段
下降)や、平均歩行速度を少ない方向に誤認識(110歩/
分の階段下降時の平均歩行速度を66.2歩/分、130歩/分
の階段下降時の平均歩行速度を111.8歩/分、130歩/分の
平地走行時の平均歩行速度を103.8歩/分、140歩/分の平
地走行時の平均歩行速度を85.0歩/分と誤認識)する場
合があることがわかった。この結果は、平地歩行時に安
定して平均歩行速度の測定が行われるように閾値を設定
しているので、平地走行,階段上昇,階段下降時は、平
地歩行時と比較して進行方向加速度の振幅が小さいため
に、加速度が設定した閾値を越えない場合が発生するこ
とが原因と考えられる。
[0011] In Table 1, it is impossible to measure (70, 90 steps / min down stairs) or misrecognize the average walking speed in a small direction (110 steps / min).
The average walking speed when descending stairs is 66.2 steps / min, the average walking speed when descending 130 steps / min is 111.8 steps / min, and the average walking speed when traveling on flat ground is 1303.8 steps / min. In some cases, the average walking speed when running on flat ground at 140 steps / min was erroneously recognized as 85.0 steps / min.). Since the threshold value is set so that the average walking speed is measured stably when walking on level ground, the acceleration in the traveling direction is lower when traveling on level ground, when climbing stairs, and when descending stairs compared to when walking on level ground. It is considered that the cause is that the acceleration does not exceed the set threshold value due to the small amplitude.

【0012】表2では、平均歩行速度を少ない方向に誤
認識(90歩/分の平均歩行速度を63.3歩/分、110歩/分の
平均歩行速度を95.0歩/分と誤認識)する場合があるこ
とがわかった。この結果は、平地走行,階段上昇,階段
下降時に安定して平均歩行速度の測定が行われるように
閾値を設定しているので、平地歩行時は、平地走行,階
段上昇,階段下降時と比較して上下方向加速度の振幅が
小さいために、加速度が設定した閾値を越えない場合が
発生することが原因と考えられる。
In Table 2, the case where the average walking speed is erroneously recognized in a small direction (the average walking speed of 90 steps / minute is erroneously recognized as 63.3 steps / minute, and the average walking speed of 110 steps / minute is erroneously recognized as 95.0 steps / minute) I found that there was. The threshold is set so that the average walking speed is measured stably when traveling on level ground, climbing stairs, and descending stairs. It is considered that the cause is that the amplitude of the vertical acceleration is small and the acceleration does not exceed the set threshold.

【0013】また、同じ歩行速度であっても、階段昇降
時の前後方向の体振動は平地歩行時の体振動と比較して
小さく、上下方向の体振動は平地歩行時の体振動と比較
して大きい。したがって、体振動の一定時間積分量は、
前後方向では平地歩行に比較して階段昇降時が小さく、
上下方向では平地歩行に比較して階段昇降時が大きく、
また上下方向では階段下降の方が階段上昇よりも大き
い。よって、心臓刺激レートの指標として一定時間の積
分量を利用した心臓ペースメーカーでは、体振動の一定
時間積分量のみの判断では運動の状態に合った代謝量の
要求を検出することができないため、心臓刺激レートを
生理的に制御することはできない。
Further, even at the same walking speed, the body vibration in the front-rear direction when climbing up and down stairs is smaller than the body vibration during walking on flat ground, and the body vibration in the up-down direction is smaller than the body vibration during walking on flat ground. Big. Therefore, the integration amount of body vibration for a certain time is
In the front-rear direction, the amount of time when going up and down stairs is smaller than when walking on level ground,
In the vertical direction, when going up and down stairs compared to walking on flat ground,
In the vertical direction, descending stairs is larger than climbing stairs. Therefore, in a cardiac pacemaker that uses an integral amount for a certain period of time as an index of the cardiac stimulation rate, it is not possible to detect a request for a metabolic amount that matches the exercise state by judging only the integral amount for a certain period of body vibration. The stimulation rate cannot be controlled physiologically.

【0014】一定時間内における歩数や体振動の一定時
間積分量を指標として採用している心臓ペースメーカー
においては、階段上昇時に十分な心臓刺激レートの増加
が得られなかったり、階段下降時に過度の心臓刺激レー
トの増加が起こったとの報告がある。( Markus M,Mic
hel S. Activity Controlled Cardiac Pacemakers Dur
ing Stairwalking. PACE1996,Vol.19,P1036〜104
1)上記課題を解決するための1つの方法として、イン
ターメディックス社が出願した米国特許USP5,360,436や
USP5,447,524には、患者の横方向と上下方向の加速度を
測定し、その大小関係を基に歩行か自転車漕ぎかを判断
し、歩行と自転車漕ぎとで心臓刺激レートを算出するア
ルゴリズムを変えるという技術が開示されている。しか
し、この特許の方法は歩行か自転車漕ぎかという特殊な
形態に適用される技術であって、運動形態が、例えば歩
行形態の違い(平地歩行,坂道歩行,階段上昇,階段下
降等)、歩行と走行の違い、歩行や走行と異なる他の運
動(膝の屈伸,荷物持ち上げ等)と異なった場合に、そ
れらの運動形態を判別するために適用することはでき
ず、心臓刺激レートの生理的制御が十分できているとは
言えない。
In a cardiac pacemaker that uses the number of steps within a certain period of time or the integral amount of body vibration for a certain period of time as an index, a sufficient increase in the heart stimulation rate cannot be obtained when the stairs rise, or an excessive heart rate decreases when the stairs descend. There have been reports of increased stimulation rates. (Markus M, Mic
hel S. Activity Controlled Cardiac Pacemakers Dur
ing Stairwalking. PACE1996, Vol.19, P1036-104
1) As one method for solving the above-mentioned problem, US Pat. No. 5,360,436 filed by Intermedics, Inc.
USP 5,447,524 states that the patient's lateral and vertical accelerations are measured, and that the algorithm that determines the heart stimulation rate between walking and cycling is determined based on the magnitude relationship between walking and cycling. Techniques are disclosed. However, the method of this patent is a technique applied to a special form of walking or biking, and the form of exercise is, for example, a difference in the form of walking (walking on a flat ground, walking on a slope, climbing a stair, descending a stair, etc.), walking. Can not be applied to determine the form of exercise when it is different from other exercises that differ from walking or running (bending and stretching of knees, lifting of luggage, etc.). It cannot be said that control is sufficient.

【0015】本発明は、運動形態が平地歩行,走行,階
段上昇,階段下降等のように様々に異なっても、心臓を
生理的な刺激レートで刺激可能な心臓ペースメーカーを
提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a cardiac pacemaker which can stimulate the heart at a physiological stimulation rate even when the exercise mode is variously different such as walking on a flat ground, running, climbing a stair, descending a stair, and the like. I do.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の心臓ペースメーカーは、患者の運動を検出
する運動検出手段と、前記運動検出手段の出力に基づい
て運動形態を判別する運動形態判別手段と、患者の代謝
要求を反映する物理量を検出する代謝要求検出手段と、
前記代謝要求検出手段の出力から複数の代謝要求指標を
算出する代謝要求指標算出手段と、前記運動形態判別手
段によって判別した運動形態に応じて、前記代謝要求指
標算出手段によって算出した複数の代謝要求指標の中か
ら少なくとも1つの代謝要求指標を選択する代謝要求指
標選択手段と、前記代謝要求指標算出手段によって算出
した複数の代謝要求指標に対応して複数の心臓刺激レー
ト関数が記憶された心臓刺激レート関数記憶手段と、前
記運動形態判別手段によって判別した運動形態に応じ
て、前記心臓刺激レート関数を選択する心臓刺激レート
関数選択手段と、前記代謝要求指標選択手段で選択され
た代謝要求指標と前記心臓刺激レート関数選択手段で選
択された心臓刺激レート関数とによって、心臓刺激レー
トを算出する心臓刺激レート算出手段と、前記心臓刺激
レート算出手段の算出結果に基づいて、心臓刺激のレー
ト制御を行う心臓刺激レート制御手段と、前記心臓刺激
のレートで心臓を刺激する心臓刺激手段とを具備するこ
とを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a cardiac pacemaker according to the present invention comprises a motion detecting means for detecting a motion of a patient, and a motion for discriminating a motion form based on an output of the motion detecting means. Metamorphic request detecting means for detecting a physical quantity reflecting the metabolic demand of the patient,
A metabolic demand index calculating means for calculating a plurality of metabolic demand indexes from the output of the metabolic demand detecting means; and a plurality of metabolic demands calculated by the metabolic demand index calculating means according to the exercise mode determined by the exercise mode determining means. A metabolic demand index selecting means for selecting at least one metabolic demand index from the indexes; and a heart stimulus storing a plurality of cardiac stimulation rate functions corresponding to the plurality of metabolic demand indexes calculated by the metabolic demand index calculating means. Rate function storage means, a cardiac stimulation rate function selecting means for selecting the cardiac stimulation rate function in accordance with the exercise mode determined by the exercise mode determining means, and a metabolic demand index selected by the metabolic demand index selecting means. A heart stimulating rate calculated by the heart stimulating rate function selected by the heart stimulating rate function selecting means; Rate calculation means, heart stimulation rate control means for controlling the rate of heart stimulation based on the calculation result of the heart stimulation rate calculation means, and heart stimulation means for stimulating the heart at the heart stimulation rate It is characterized by.

【0017】また、本発明の心臓ペースメーカーは、患
者の運動を検出する運動検出手段と、前記運動検出手段
の出力に基づいて運動形態を判別する運動形態判別手段
と、患者の代謝要求を反映する物理量を検出する複数の
代謝要求検出手段と、前記運動形態判別手段によって判
別した運動形態に応じて、前記複数の代謝要求検出手段
の中から少なくとも1つの代謝要求検出手段を選択する
代謝要求検出選択手段と、前記代謝要求検出選択手段で
選択された代謝要求検出手段の出力から代謝要求指標を
算出する代謝要求指標算出手段と、前記代謝要求指標算
出手段によって算出した代謝要求指標に対して複数の心
臓刺激レート関数が記憶された心臓刺激レート関数記憶
手段と、前記運動形態判別手段によって判別した運動形
態に応じて、前記心臓刺激レート関数を選択する心臓刺
激レート関数選択手段と、前記代謝要求検出選択手段で
選択された代謝要求検出手段の出力から前記代謝要求指
標算出手段で算出された代謝要求指標と、前記心臓刺激
レート関数選択手段で選択された心臓刺激レート関数と
によって、心臓刺激レートを算出する心臓刺激レート算
出手段と、前記心臓刺激レート算出手段の算出結果に基
づいて、心臓刺激のレート制御を行う心臓刺激レート制
御手段と、前記心臓刺激のレートで心臓を刺激する心臓
刺激手段とを具備することを特徴とする。
Further, the cardiac pacemaker of the present invention has a motion detecting means for detecting the motion of the patient, a motion type discriminating means for discriminating the motion type based on the output of the motion detecting means, and reflects the metabolic demand of the patient. A plurality of metabolic request detecting means for detecting a physical quantity; and a metabolic request detecting selection for selecting at least one metabolic request detecting means from the plurality of metabolic request detecting means in accordance with the exercise mode determined by the exercise mode determining means. Means, a metabolic demand index calculating means for calculating a metabolic demand index from the output of the metabolic demand detecting means selected by the metabolic demand detection selecting means, and a plurality of metabolic demand indexes calculated by the metabolic demand index calculating means. A heart stimulus rate function storage unit in which a heart stimulus rate function is stored; and A heart stimulation rate function selecting means for selecting a splanchnic stimulation rate function; a metabolic demand index calculated by the metabolic demand index calculating means from an output of the metabolic demand detecting means selected by the metabolic demand detection selecting means; Heart stimulation rate calculation means for calculating a heart stimulation rate based on the heart stimulation rate function selected by the rate function selection means, and cardiac stimulation for controlling the rate of heart stimulation based on the calculation result of the heart stimulation rate calculation means It is characterized by comprising rate control means and heart stimulating means for stimulating the heart at the rate of the heart stimulus.

【0018】また、本発明の心臓ペースメーカーは、患
者の運動を検出する運動検出手段と、前記運動検出手段
の出力に基づいて運動形態を判別する運動形態判別手段
と、患者の代謝要求を反映する物理量を検出する複数の
代謝要求検出手段と、前記運動形態判別手段によって判
別した運動形態に応じて、前記複数の代謝要求検出手段
の中から少なくとも1つの代謝要求検出手段を選択する
代謝要求検出選択手段と、前記代謝要求検出選択手段で
選択された代謝要求検出手段の出力から複数の代謝要求
指標を算出する代謝要求指標算出手段と、前記運動形態
判別手段によって判別した運動形態に応じて、前記代謝
要求指標算出手段によって算出した複数の代謝要求指標
の中から少なくとも1つの代謝要求指標を選択する代謝
要求指標選択手段と、前記代謝要求指標算出手段によっ
て算出した代謝要求指標に対して複数の心臓刺激レート
関数が記憶された心臓刺激レート関数記憶手段と、前記
運動形態判別手段によって判別した運動形態に応じて、
前記心臓刺激レート関数を選択する心臓刺激レート関数
選択手段と、前記代謝要求検出選択手段で選択された代
謝要求検出手段の出力を用いて前記代謝要求指標算出手
段で算出された複数の代謝要求指標から、前記代謝要求
指標選択手段で選択された代謝要求指標と、前記心臓刺
激レート関数選択手段で選択された心臓刺激レート関数
とによって、心臓刺激レートを算出する心臓刺激レート
算出手段と 前記心臓刺激レート算出手段の算出結果に
基づいて心臓刺激のレート制御を行う心臓刺激レート制
御手段と、前記心臓刺激のレートで心臓を刺激する心臓
刺激手段とを具備することを特徴とする。
Further, the cardiac pacemaker of the present invention has a motion detecting means for detecting the motion of the patient, a motion type discriminating means for discriminating the motion type based on the output of the motion detecting means, and reflects the metabolic demand of the patient. A plurality of metabolic request detecting means for detecting a physical quantity; and a metabolic request detecting selection for selecting at least one metabolic request detecting means from the plurality of metabolic request detecting means in accordance with the exercise mode determined by the exercise mode determining means. Means, a metabolic demand index calculating means for calculating a plurality of metabolic demand indices from the output of the metabolic demand detecting means selected by the metabolic demand detection selecting means, and according to the exercise mode determined by the exercise mode determining means, Metabolic demand index selecting means for selecting at least one metabolic demand index from a plurality of metabolic demand indexes calculated by the metabolic demand index calculating means The cardiac stimulation rate function storage means in which a plurality of cardiac stimulation rate function is stored for metabolic demand indicator calculated by the metabolic demand index calculating means, depending on the motion form which is determined by the motion form determining means,
Cardiac stimulation rate function selecting means for selecting the cardiac stimulation rate function; and a plurality of metabolic demand indices calculated by the metabolic demand index calculating means using the output of the metabolic demand detecting means selected by the metabolic demand detecting / selecting means. A heart stimulation rate calculating means for calculating a heart stimulation rate according to the metabolic demand index selected by the metabolic demand index selecting means and the heart stimulation rate function selected by the heart stimulation rate function selecting means; A heart stimulus rate control means for controlling a rate of a heart stimulus based on a calculation result of the rate calculation means, and a heart stimulus means for stimulating a heart at the heart stimulus rate.

【0019】上記心臓ペースメーカーにおいて、前記運
動形態判別手段は、前記運動検出手段の検出結果に基づ
いて運動形態を判別し、運動形態判別手段で判別する運
動形態とは、平地歩行、走行、階段上昇、階段下降であ
り、運動検出手段は直交する2軸もしくは3軸の加速度
を独立に検出可能な加速度センサからなり、代謝要求指
標は加速度センサの2つ以上の異なる方向の加速度から
それぞれ算出されるもので、その一例としては設定時間
内における歩数あるいは平均歩行速度であることが望ま
しい。また2つ以上の異なる方向の加速度として、患者
の運動の進行方向と上下方向の加速度を用いることが望
ましい。
In the cardiac pacemaker, the exercise form discriminating means discriminates an exercise form based on the detection result of the exercise detecting means, and the exercise form discriminated by the exercise form discriminating means includes walking on a flat ground, running, and climbing a stair. , The stairs descending, the motion detecting means comprises an acceleration sensor capable of independently detecting orthogonal two-axis or three-axis acceleration, and the metabolic demand index is calculated from the acceleration in two or more different directions of the acceleration sensor, respectively. For example, the number of steps or the average walking speed within a set time is desirable. In addition, it is desirable to use the acceleration in the moving direction of the patient's movement and the acceleration in the vertical direction as the acceleration in two or more different directions.

【0020】上記ペースメーカーにおいて、代謝要求指
標算出手段によって進行方向加速度と上下方向加速度か
ら平均歩行速度を算出し、運動形態判別手段によって判
別された運動形態が平地歩行であれば、代謝要求指標選
択手段で進行方向加速度から得られた平均歩行速度を選
択し、運動形態が走行、階段上昇、階段下降であれば、
代謝要求指標選択手段で上下方向加速度から得られた平
均歩行速度を選択することで、それぞれの運動形態に合
った検出精度の高い平均歩行速度を代謝要求指標として
用いて心臓刺激レートを算出することにより、生理的な
刺激レートで心臓を刺激する。なお代謝要求指標算出手
段の処理は、必ずしも演算に限られるものでなくてもよ
く、代謝要求検出手段の出力そのものを代謝要求指標と
して出力したり、あるいは代謝要求検出手段の出力に対
しフィルタリング、バイアス設定、利得設定等の若干の
操作を加えただけで代謝要求指標として出力する場合等
も含むこととする。
In the above pacemaker, the metabolic demand index calculating means calculates an average walking speed from the acceleration in the traveling direction and the vertical acceleration, and if the exercise mode determined by the exercise mode determining means is level walking, the metabolic demand index selecting means is used. Select the average walking speed obtained from the acceleration in the traveling direction, and if the exercise form is running, stair climb, stair descend,
By selecting the average walking speed obtained from the vertical acceleration by the metabolic demand index selecting means, calculating the heart stimulation rate using the average walking speed with high detection accuracy suitable for each exercise form as the metabolic demand index Stimulates the heart at a physiological stimulation rate. Note that the processing of the metabolic demand index calculating means is not necessarily limited to the calculation, and the output itself of the metabolic demand detecting means may be output as a metabolic demand index, or the output of the metabolic demand detecting means may be filtered or biased. The case of outputting as a metabolic demand index with only a few operations such as setting and gain setting is also included.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って、本発明
の心臓ペースメーカーの実施の形態を詳細に説明する。
尚、本明細書で使用される「代謝要求指標」とは、「患
者の運動により要求される代謝量と相関のある指標であ
り、その指標から計算式(関数、アルゴリズム)によっ
て患者の代謝量が推定可能であるもの」と定義する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a cardiac pacemaker according to the present invention.
The “metabolism demand index” used in this specification is an index that is correlated with the metabolism required by the exercise of the patient, and the metabolism demand of the patient is calculated from the index by a calculation formula (function, algorithm). Can be estimated. "

【0022】本実施の形態では、心臓刺激レートの代謝
要求指標の一例として平均歩行速度を用いて本発明を説
明することとするが、例えば、体動センサを使用した場
合には、体動量(センサ及びセンシング回路から得られ
る出力、あるいはその出力をフィルタ処理した信号を、
検波、絶対値化あるいは2乗し、更に積分処理、平均処
理あるいは加算処理した値等を使用)や、体動強度(セ
ンサ及びセンシング回路から得られる出力、あるいはそ
の出力をフィルタ処理した信号の最大振幅値等を使用)
を代謝要求指標とすることが出来る。更に、他の代謝要
求指標としては、インピーダンス法で測定される、呼吸
数,一回換気量,分時換気量,一回拍出量,拍出量,駆
出前時間等や、温度センサで測定される中心静脈血温
度、酸素飽和度センサで測定される静脈血酸素飽和度や
動脈血酸素飽和度、神経センサで測定される神経インパ
ルス頻度、ホルモンセンサで測定される血中カテコラミ
ン、筋電図で測定される筋電パルス振幅や筋電パルス頻
度、乳酸センサで測定される血中乳酸量、血液ガスセン
サで測定される血中酸素分圧や血中炭素ガス分圧、血圧
センサで測定される血圧値や血圧変化速度、心電図で測
定されるQT間隔、pHセンサで測定される血中pH等
も使用できる。
In the present embodiment, the present invention will be described using an average walking speed as an example of a metabolic demand index of a cardiac stimulation rate. For example, when a body movement sensor is used, the amount of body movement ( An output obtained from the sensor and the sensing circuit, or a signal obtained by filtering the output,
Detection, conversion to absolute value or squaring, and use of values obtained by integration processing, averaging processing or addition processing), body motion intensity (output obtained from sensors and sensing circuits, or the maximum of signals obtained by filtering the output) Use amplitude value etc.)
Can be used as a metabolic demand index. In addition, other metabolic demand indicators are measured by the impedance method, such as respiratory rate, tidal volume, minute ventilation, tidal volume, pulse volume, time before ejection, and temperature sensor. Central venous blood temperature, venous oxygen saturation or arterial oxygen saturation measured by oxygen saturation sensor, nerve impulse frequency measured by nerve sensor, blood catecholamine measured by hormone sensor, electromyogram EMG pulse amplitude and EMG pulse frequency to be measured, blood lactate amount measured by a lactate sensor, blood oxygen partial pressure and blood carbon gas partial pressure measured by a blood gas sensor, blood pressure measured by a blood pressure sensor Values and blood pressure change rates, QT intervals measured by an electrocardiogram, blood pH measured by a pH sensor, and the like can also be used.

【0023】<第1の実施の形態>図1Aに、第1の実
施の形態による心臓ペースメーカーの例として、3軸加
速度センサを運動検出手段と代謝要求検出手段で共通に
用い、2つの代謝要求指標を算出し、運動形態に応じて
1つの代謝要求指標を選択する場合のブロック図を示
す。
<First Embodiment> FIG. 1A shows an example of a cardiac pacemaker according to a first embodiment, in which a three-axis acceleration sensor is used in common for motion detecting means and metabolic demand detecting means, and two metabolic demand sensors are used. FIG. 10 is a block diagram showing a case where an index is calculated and one metabolic demand index is selected according to the exercise mode.

【0024】運動検出部及び代謝要求検出部100は、
3軸加速度センサ1aと、該センサの出力を増幅してデ
ィジタル信号として出力する加速度センシング回路2a
とから構成される。運動形態判別部200は、DSP
(Digital Signal Processor)3aおよび運動形態判別
結果を一時保管するレジスタREG3(6a)から構成され
る。本実施の形態では、代謝要求指標は前後方向の加速
度から算出される平均歩行速度と上下方向の加速度から
算出される平均歩行速度との2つを用いており、代謝要
求指標算出部300は、前記DSP3aおよび代謝要求
指標算出結果を一時保管するレジスタREG1(4a),RE
G2(5a)とから構成される。代謝要求指標選択部40
0は、REG3の出力に従ってREG1,REG2の出力を切り換え
るセレクタSEL1(11a)から構成され、レジスタREG3
の運動形態EXERが平地歩行であれば、前後方向の加速度
から算出される平均歩行速度を選択し、運動形態EXERが
走行,階段上昇,階段下降であれば、上下方向の加速度
から算出される平均歩行速度を選択する。
The exercise detecting section and the metabolic demand detecting section 100
A three-axis acceleration sensor 1a and an acceleration sensing circuit 2a for amplifying the output of the sensor and outputting it as a digital signal
It is composed of The exercise form discriminating unit 200 includes a DSP
(Digital Signal Processor) 3a and a register REG3 (6a) for temporarily storing the result of exercise form discrimination. In the present embodiment, the metabolic request index uses two of an average walking speed calculated from the acceleration in the front-rear direction and an average walking speed calculated from the acceleration in the vertical direction. Registers REG1 (4a), RE for temporarily storing the DSP 3a and the metabolic demand index calculation result
G2 (5a). Metabolic demand index selection section 40
0 comprises a selector SEL1 (11a) for switching the output of REG1 and REG2 in accordance with the output of REG3.
If the exercise mode EXER is level walking, select the average walking speed calculated from the acceleration in the front-rear direction. If the exercise mode EXER is running, climbing stairs, descending the stairs, select the average walking speed. Select a walking speed.

【0025】又、本実施の形態では、心臓刺激レート関
数としてfwalk(平地走行時),frun(走行時),fupst
(階段上昇時),fdownst(階段下降時)の4つを用い
ており、心臓刺激レート関数記憶部500は、REG4(7
a),REG5(8a),REG6(9a),REG7(10a)の
4系統のレジスタによって構成される。心臓刺激レート
関数選択部600は、レジスタREG3の運動形態EXERに応
じてREG4〜7の出力を切り換えるセレクタSEL2(12
a)から構成される。
Further, in the present embodiment, fwalk (during running on flat ground), frun (during running), fupst
(When the stairs rise) and fdownst (when the stairs fall) are used, and the heart stimulation rate function storage unit 500 stores the REG4 (7
a), REG5 (8a), REG6 (9a), and REG7 (10a). The heart stimulus rate function selection unit 600 selects a selector SEL2 (12) for switching the outputs of REG4 to REG7 according to the exercise mode EXER of the register REG3.
a).

【0026】心臓刺激レート算出部700は演算回路1
3aから構成され、SEL1,SEL2の出力を用いて心臓刺激
レートを算出する。REG4,REG5,REG6,REG7にはそれぞ
れの心臓刺激レート関数を表現するための係数,定数,
演算子などの情報が含まれる。運動形態情報EXERに基づ
いて選択された情報と平均歩行速度とから、前述の演算
回路13aが該当する心臓刺激レート関数による心臓刺
激レート算出を実行する。尚、4つの心臓刺激レート関
数の形式や係数,定数に共通項があれば、それらを演算
回路に含めることは可能である。心臓刺激レート制御部
800は、ペーシング制御回路14aから構成され、演
算回路13aで算出された心臓刺激レートに、心電信号
センシング回路16aからの自己心拍センシング出力も
含めた条件判定により、適切な刺激レートのペーシング
トリガ出力を心臓刺激部900に出力する。 心臓刺激
部900は、ペーシング制御回路14aからのトリガ出
力に同期して心臓の拍動に必要な電圧振幅のペーシング
パルスを発生するドライバ回路15aから構成され、ペ
ーシングパルス出力はコネクタ部を通して、図示されて
いないペーシングリード線により心腔内まで導かれ、患
者の心臓を刺激し拍動させる。
The heart stimulus rate calculating section 700 has an arithmetic circuit 1
3a, and calculates the heart stimulation rate using the outputs of SEL1 and SEL2. REG4, REG5, REG6, REG7 have coefficients, constants,
Contains information such as operators. From the information selected based on the exercise form information EXER and the average walking speed, the above-described arithmetic circuit 13a executes the calculation of the cardiac stimulation rate by the corresponding cardiac stimulation rate function. If there are common terms in the form, coefficient, and constant of the four cardiac stimulation rate functions, they can be included in the arithmetic circuit. The cardiac stimulation rate control unit 800 includes a pacing control circuit 14a, and performs appropriate stimulation based on a condition determination including the self-heart rate sensing output from the electrocardiographic signal sensing circuit 16a in the cardiac stimulation rate calculated by the arithmetic circuit 13a. The rate pacing trigger output is output to the heart stimulating unit 900. The heart stimulating unit 900 includes a driver circuit 15a that generates a pacing pulse having a voltage amplitude necessary for pulsation of the heart in synchronization with a trigger output from the pacing control circuit 14a. An unpaced pacing lead leads into the heart chamber and stimulates and beats the patient's heart.

【0027】代謝要求指標をWCとした場合の心臓刺激レ
ート関数 f(WC) の一例を以下に示す。
An example of the heart stimulation rate function f (WC) when the metabolic demand index is WC is shown below.

【0028】 Rt = R_basic (WC < WC_basic), Rt = fwalk =Awalk×(WC−WC_basic) + Bwalk + R_basic frun =Arun ×(WC−WC_basic) + Brun + R_basic fupst =Aupst×(WC−WC_basic) + Bupst + R_basic fdownst=Adownst×(WC−WC_basic)+ Bdownst+ R_basic (WC ≧ WC_basic) …(1式) ここで、WC_basicは基本指標、Awalk(平地歩行時),A
run(走行時),Aupst(階段上昇時),Adownst(階段
下降時)は、それぞれの運動形態における代謝要求指標
WCとターゲットレートRtを結ぶ一次式の係数、Bwalk
(平地歩行時),Brun(走行時),Bupst(階段上昇
時),Bdownst(階段下降時)は、それぞれの運動形態
における代謝要求指標WCが基本指標WC_basicと等しい場
合のターゲットレートRtと基本レートR_basicの差(切
片)である。基本指標とは、運動を行っても検出された
代謝要求指標WCが基本指標以下であれば、心拍数の上昇
が起こらない代謝要求指標値である。
Rt = R_basic (WC <WC_basic), Rt = fwalk = Awalk × (WC−WC_basic) + Bwalk + R_basic frun = Arun × (WC−WC_basic) + Brun + R_basic fupst = Aupst × (WC−WC_basic) + Bupst + R_basic fdownst = Adownst × (WC−WC_basic) + Bdownst + R_basic (WC ≧ WC_basic) (1 equation) where WC_basic is a basic index, Awalk (when walking on level ground), A
run (when running), Aupst (when stairs are up), Adownst (when stairs are down) are metabolic demand indices for each exercise form
Bwalk, a linear coefficient that connects WC and target rate Rt
(When walking on level ground), Brun (when running), Bupst (when climbing stairs), Bdownst (when descending stairs) are the target rate Rt and the basic rate when the metabolic demand index WC in each exercise form is equal to the basic index WC_basic This is the difference (intercept) of R_basic. The basic index is a metabolic demand index value at which the heart rate does not increase if the metabolic demand index WC detected even after exercise is equal to or less than the basic index.

【0029】また心臓刺激レート算出関数は1式以外の
別の式で表される関数でも良いし、代謝要求指標WCの一
つの値に対し一つのターゲットレートが対応するのであ
れば、心臓刺激レート算出関数が数式によって表される
関数でなくても良い。
The heart stimulation rate calculation function may be a function represented by another equation other than the one equation, or if one target rate corresponds to one value of the metabolic demand index WC, the heart stimulation rate is calculated. The calculation function does not have to be a function represented by a mathematical expression.

【0030】尚、DSP3aにおける、平地歩行,走
行,階段上昇,階段下降の運動形態判別及び平均歩行速
度の算出は、本出願人でもある(株)カージオペーシン
グリサーチ・ラボラトリーが先に出願した「体動検出方
法及びその装置」(特願平9−100306号)に記載
の処理等により可能である。上記「体動検出方法及びそ
の装置」では、人体に装着あるいは植え込まれ、互いに
直交する2方向もしくは3方向の加速度を独立に検出
し、地面と概ね平行もしくは10度前後上向きな進行方向
加速度の強度と地面と概ね垂直な上下方向加速度の強度
を算出し、2つの加速度強度から運動形態(平地歩行,
走行,階段上昇,階段下降)を判別する装置が提案され
ている。以下に、図5及び図6A,6Bを参照して、そ
の概略を説明する。
In the DSP 3a, discrimination of the movement form of walking on a flat ground, running, climbing stairs, climbing stairs, and calculating the average walking speed are performed by Cardiopacing Research Laboratory Co., Ltd. Body Motion Detection Method and Apparatus Thereof ”(Japanese Patent Application No. 9-100306). In the above "body movement detection method and device", the acceleration is detected independently in two or three directions attached to or implanted in the human body and orthogonal to the ground. Calculate the intensity and the intensity of the vertical acceleration that is almost perpendicular to the ground, and calculate the exercise form (level walking,
A device for discriminating between traveling, stair climbing, and stair descending has been proposed. The outline will be described below with reference to FIG. 5 and FIGS. 6A and 6B.

【0031】(DSP3aの構成例)図5は、本実施の
形態のDSPを含む運動形態判別部200及び代謝要求
指標算出部300の構成例を示す図である。
(Example of Configuration of DSP 3a) FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the exercise mode discriminating unit 200 and the metabolic demand index calculating unit 300 including the DSP of the present embodiment.

【0032】図5の装置は、複数の加速度センサを有す
る加速度センシング部(1)と、加速度センシング部
(1)より出力される加速度情報から、進行方向加速度
と上下方向加速度とを算出する座標変換部(49)と、
座標変換部(49)より出力される進行方向加速度と上
下方向加速度とから進行方向加速度の強度と上下方向加
速度の強度とを算出する加速度強度算出部(2)と、座
標変換部(49)より出力される進行方向加速度と上下
方向加速度とから、平均歩行速度を測定する平均歩行速
度測定部(3)と、加速度強度算出部(2)より出力さ
れる加速度強度から運動形態を判別する運動形態判別部
(46)と、加速度強度算出部(2)より出力される加
速度強度から運動に起因する体動か外来振動に起因する
体動かを識別する外来振動識別部(47)と、加速度セ
ンシング部(1)より出力される加速度波形を処理し、
角度補正係数を算出する角度補正係数算出部(48)と
を有している。特に、座標変換部(49)と加速度強度
算出部(2)と平均歩行速度測定部(3)には動作アル
ゴリズムが図示されている。
The apparatus shown in FIG. 5 has an acceleration sensing section (1) having a plurality of acceleration sensors, and coordinate conversion for calculating a traveling direction acceleration and a vertical acceleration from acceleration information output from the acceleration sensing section (1). Part (49),
An acceleration intensity calculation unit (2) for calculating the intensity of the traveling direction acceleration and the intensity of the vertical direction acceleration from the traveling direction acceleration and the vertical direction acceleration output from the coordinate conversion unit (49); An average walking speed measuring unit (3) for measuring an average walking speed based on the output traveling direction acceleration and vertical acceleration, and an exercise mode for determining the exercise mode based on the acceleration intensity output from the acceleration intensity calculating unit (2). A discrimination unit (46), an external vibration identification unit (47) for identifying a body motion caused by the external vibration caused by the motion from the acceleration intensity output from the acceleration intensity calculation unit (2), and an acceleration sensing unit ( 1) process the acceleration waveform output from
An angle correction coefficient calculation unit (48) for calculating an angle correction coefficient. In particular, an operation algorithm is illustrated in the coordinate conversion unit (49), the acceleration intensity calculation unit (2), and the average walking speed measurement unit (3).

【0033】加速度センサを含む加速度センシング部
(1)では3軸の加速度を測定し、直流成分を含んだ値
を座標変換部(49)に入力する。加速度センサはペー
スメーカー内部に固定されており、この時のセンサX軸
はペースメーカーケース平面と垂直な向き、すなわち植
え込み時に身体の前後方向を向くように設定する。入力
レンジは任意であるが、本実施の形態ではX軸が±1.5
G、Y,Z軸が±3Gとした。発明者によるデータの分析
によれば、進行方向の加速度と上下方向の加速度との交
流成分の振幅の絶対値の比は、平地歩行,階段上昇,下
降時において概ね約1対2であった。従って、X軸のレ
ンジをY,Z軸のレンジの1/2とし、X軸加速度の精
度を向上させた。
An acceleration sensing unit (1) including an acceleration sensor measures three-axis acceleration, and inputs a value including a DC component to a coordinate conversion unit (49). The acceleration sensor is fixed inside the pacemaker, and the sensor X-axis at this time is set so as to be perpendicular to the plane of the pacemaker case, that is, to face the front-back direction of the body when implanted. The input range is arbitrary, but in this embodiment, the X axis is ± 1.5
The G, Y, and Z axes were ± 3G. According to the analysis of the data by the inventor, the ratio of the absolute value of the amplitude of the AC component between the acceleration in the traveling direction and the acceleration in the vertical direction was approximately 1: 2 when walking on level ground, climbing stairs, and descending. Therefore, the X-axis range is set to 1 / of the Y- and Z-axis ranges to improve the accuracy of the X-axis acceleration.

【0034】次にバンドパスフィルタ(4,5,6)
で、重力加速度と高周波振動とを除去する。バンドパス
フィルタの帯域は、重力加速度と高周波振動とを除去す
るという目的が達成されれば任意である。しかし、発明
者によるデータの分析によれば、運動による体動の周波
数は歩行,走行周期の逆数の2倍として現れ、速い走行
時は6Hz 以上の周波数帯域を持つことがわかっている。
従って、運動による体動の高周波成分を除去しないよう
に、高周波のカットオフ周波数は10Hzとした。低周波の
カットオフ周波数は重力加速度を除去することと、60歩
/ 分程度の遅い歩行の体動を除去しないことを考慮し0.
5Hz とした。バンドパスフィルタ(4,5,6)を通っ
たX,Y,Z軸の加速度をAx,Ay,Azとする。
Next, a band pass filter (4, 5, 6)
Then, the gravitational acceleration and the high frequency vibration are removed. The band of the band-pass filter is arbitrary as long as the purpose of removing gravitational acceleration and high-frequency vibration is achieved. However, according to the analysis of the data by the inventor, it is known that the frequency of the body motion due to the movement appears as twice the reciprocal of the walking and running cycle, and that the frequency band of 6 Hz or more at the time of fast running.
Therefore, the high-frequency cutoff frequency was set to 10 Hz so as not to remove the high-frequency component of the body motion due to the movement. The low frequency cutoff frequency is to eliminate gravitational acceleration and
Considering not removing body movements of walking that is as slow as about 0 / min.
5 Hz. The accelerations in the X, Y, and Z axes passing through the band-pass filters (4, 5, 6) are assumed to be Ax, Ay, Az.

【0035】万歩計で用いられる体動検出のように、体
表に装着することが可能な場合は直交する2方向の加速
度の測定が可能な加速度センシング部を用い、これら2
軸を水平面に平行な人体の前後方向乃至は水平面に平行
な人体の前後方向より10度前後上向きの方向と重力方向
と概ね平行な方向とに設定することで、進行方向加速度
の強度(XACT)と上下方向加速度の強度(ZACT)とが測
定可能である。しかし、ペースメーカーで用いられる体
動検出のように人体に植え込まれる場合は、加速度の検
出方向が進行方向,上下方向と一致しないため、そのず
れを補正する座標変換機能が必要である。
As in the case of body motion detection used in a pedometer, when the sensor can be attached to the body surface, an acceleration sensing unit capable of measuring acceleration in two orthogonal directions is used.
By setting the axis to the front-back direction of the human body parallel to the horizontal plane or to the direction about 10 degrees upward from the front-back direction of the human body parallel to the horizontal plane and the direction substantially parallel to the direction of gravity, the acceleration in the traveling direction (XACT) And the magnitude of vertical acceleration (ZACT) can be measured. However, when implanted in a human body as in the case of body motion detection used in a pacemaker, the direction of acceleration detection does not coincide with the traveling direction and the vertical direction, so a coordinate conversion function for correcting the deviation is required.

【0036】座標変換部(49)における進行方向加速
度と上下方向加速度との算出は、以下の(1式) ,(2式)
に示すように、3軸の加速度のそれぞれに角度補正係数
Kx1(7),Ky1 (8),Kz1 (9),Kx2(10),Ky2(1
1),Kz2(12)を乗算器(13,14,15,16,17,18)で
乗算して、3軸の加速度のそれぞれの進行方向成分と上
下方向成分とを算出し、加算器(19,20)で3軸の成分
を加算することで行う。
The calculation of the acceleration in the traveling direction and the acceleration in the vertical direction in the coordinate conversion unit (49) is performed by the following equations (1) and (2).
As shown in the figure, the angle correction coefficient
Kx1 (7), Ky1 (8), Kz1 (9), Kx2 (10), Ky2 (1
1), Kz2 (12) are multiplied by multipliers (13, 14, 15, 16, 17, 18) to calculate the respective traveling direction components and vertical components of the three-axis acceleration, and adder ( This is performed by adding the components of the three axes in (19, 20).

【0037】 進行方向加速度: AxX=Kx1 ×Ax + Ky1×Ay + Kz1×Az …(2式) 上下方向加速度: AzZ=Kx2 ×Ax + Ky2×Ay + Kz2×Az …(3式) 角度補正係数Kx1 〜Kz2 の算出は角度補正係数算出部
(48)で行う。まず、Kx1 〜Kz2 の算出に必要なペー
スメーカーの仰角とずれ角は、定期検診時に、X,Y,
Z軸のそれぞれのフィルタ処理を行う前の加速度信号を
テレメトリでペースメーカー内より読み出し、外部でそ
の直流成分を測定するか、もしくは所定の時間毎にX,
Y,Z軸のそれぞれのフィルタ処理を行う前の加速度信
号の直流成分を測定することで、以下の(4式) ,(5
式) ,(6式) に従って算出する。
Traveling direction acceleration: AxX = Kx1 × Ax + Ky1 × Ay + Kz1 × Az (Expression 2) Vertical acceleration: AzZ = Kx2 × Ax + Ky2 × Ay + Kz2 × Az (Expression 3) Angle correction coefficient The calculation of Kx1 to Kz2 is performed by an angle correction coefficient calculation unit (48). First, the elevation angle and the deviation angle of the pacemaker required for calculating Kx1 to Kz2 are determined at the time of the periodic examination by X, Y,
The acceleration signal before performing each filtering process of the Z axis is read out from the pacemaker by telemetry, and its DC component is measured externally, or X,
By measuring the DC component of the acceleration signal before performing the respective filtering processes on the Y and Z axes, the following equations (4) and (5) are obtained.
Equation (6) and Equation (6).

【0038】ここで、ペースメーカーの仰角とずれ角を
使用し、Kx1 〜Kz2 は、定期検診時に、もしくは所定の
時間毎に、(7式) ,(8式) ,(9式) ,(10式) ,
(11式) ,(12式) のように算出する。この時ペース
メーカーの仰角φは、測定値乃至は測定値より10度前後
小さな値とすることで、進行方向加速度は水平面に平行
な人体の前後方向乃至は水平面に平行な人体の前後方向
より10度前後上向きの方向となる。
Here, the elevation angle and the deviation angle of the pacemaker are used, and Kx1 to Kz2 are determined at the time of a regular medical checkup or at predetermined intervals by the following equations (7), (8), (9), and (10). ),
It is calculated as shown in (Equation 11) and (Equation 12). At this time, the elevation angle φ of the pacemaker is a measured value or a value smaller by about 10 degrees than the measured value, so that the acceleration in the traveling direction is 10 degrees from the longitudinal direction of the human body parallel to the horizontal plane or the longitudinal direction of the human body parallel to the horizontal plane. The direction is forward and backward.

【0039】 ペースメーカーの仰角:φ=sin-1{ センサーX軸加速度の直流成分/重力加速度} …(4式) ペースメーカーのずれ角:θ=sin-1{センサーY 軸加速度の直流成分/( 重力加速 度×cos φ)} …(5式) θ=cos-1{センサーZ軸加速度の直流成分/( 重力加速度×cos φ)}…(6式) 角度補正係数: Kx1 = K/2 ×cos φ …(7式) Ky1 = −K ×sin φ×sin θ …(8式) Kz1 = −K ×sin φ×cos θ …(9式) Kx2 = K/4 ×sin φ …(10式) Ky2 = K/2 ×cos φ×sin θ …(11式) Kz2 = K/2 ×cos φ×cos θ …(12式) 加速度センシング部のX軸とY,Z軸の入力ダイナミッ
クレンジの違いを考慮し、角度補正係数Kx1 ,Kx2 は1
/2した。また、進行方向加速度と上下方向加速度とで
は加速度強度を算出した時に、同じ振幅でも進行方向よ
り上下方向の方が加速度強度が大きいという性質を考慮
し、角度補正係数Kx2 ,Ky2 ,Kz2 は1/2した。従っ
て、角度補正係数Kx2 は1/4となっている。角度補正
係数Kx1〜Kz2 内の係数Kは加速度強度の最大値を調整
するための任意の係数で、患者の体格や活動状況に応じ
て調整されるものである。次に、進行方向加速度と上下
方向加速度を2乗(あるいは絶対値化、あるいは検波)
して、その処理出力の一定時間の平均値(あるいは積分
値、あるいは加算値)を算出して、加速度強度とする。
本実施の形態では、進行方向加速度と上下方向加速度と
を乗算器(21,22)で2乗し、ローパスフィルタ(23,
24)で過去4秒間の平均値を算出する。更に、クリップ
器(25,26)によりクリップし、走行時等の大きな加速
度を処理した場合のオーバーフローを防止し、進行方向
加速度強度(XACT),上下方向加速度強度(ZACT)を算
出する。
Elevation angle of pacemaker: φ = sin-1 {DC component of sensor X-axis acceleration / gravity acceleration} (4) Pacemaker deviation angle: θ = sin-1 {DC component of sensor Y-axis acceleration / (gravity Acceleration degree x cos φ)} (Equation 5) θ = cos-1 直流 DC component of sensor Z-axis acceleration / (gravity acceleration x cos φ)} (Equation 6) Angle correction coefficient: Kx1 = K / 2 x cos φ ... (7) Ky1 = -K x sin φ x sin θ ... (8) Kz1 = -K x sin φ x cos θ ... (9) Kx2 = K / 4 x sin φ ... (10) Ky2 = K / 2 × cos φ × sin θ ... (Equation 11) Kz2 = K / 2 × cos φ × cos θ ... (Equation 12) Considering the difference between the input dynamic range of the X axis and Y, Z axes of the acceleration sensing part And the angle correction coefficients Kx1 and Kx2 are 1
/ 2. Also, when the acceleration intensity is calculated between the traveling direction acceleration and the vertical direction acceleration, the angle correction coefficients Kx2, Ky2, and Kz2 are calculated as 1/1, taking into account the property that the acceleration intensity is greater in the vertical direction than in the traveling direction even if the amplitude is the same. Two. Therefore, the angle correction coefficient Kx2 is 1/4. A coefficient K in the angle correction coefficients Kx1 to Kz2 is an arbitrary coefficient for adjusting the maximum value of the acceleration intensity, and is adjusted according to the physique and activity status of the patient. Next, the traveling direction acceleration and the vertical direction acceleration are squared (or converted to an absolute value or detected).
Then, an average value (or an integrated value or an added value) of the processing output for a predetermined time is calculated, and the calculated value is set as the acceleration intensity.
In the present embodiment, the traveling direction acceleration and the vertical direction acceleration are squared by the multipliers (21, 22), and the low-pass filters (23,
24) Calculate the average value for the past 4 seconds. Furthermore, clipping is performed by the clipper (25, 26) to prevent overflow when processing a large acceleration during traveling or the like, and calculate the traveling direction acceleration intensity (XACT) and the vertical direction acceleration intensity (ZACT).

【0040】次に、平均歩行速度測定部(3)のアルゴ
リズムを説明する。平均歩行速度は進行方向加速度と上
下方向加速度とでそれぞれ独立に測定する。上下方向加
速度においては、上方向加速度成分あるいは下方向加速
度成分のいずれの成分からも平均歩行速度の測定が可能
なように、加算器(20)の出力である上下方向加速度に
Kneg(27)、値は1か−1、を乗算器(28)で乗算し、
正負反転可能とする。
Next, the algorithm of the average walking speed measuring section (3) will be described. The average walking speed is measured independently for the traveling direction acceleration and the vertical direction acceleration. In the vertical acceleration, the vertical acceleration output from the adder (20) is added to the vertical acceleration so that the average walking speed can be measured from either the upward acceleration component or the downward acceleration component.
Kneg (27), the value is 1 or -1, multiplied by the multiplier (28),
The sign can be reversed.

【0041】まず、進行方向と上下方向の加速度信号と
閾値 sthX ,sthZ(29,30)をコンパレータ(31,32)
で比較し、加速度信号が閾値よりも大となった時に信号
を発生する。そのコンパレータ信号に同期してパルス発
生器(33,34)にて300ms 幅のノントリガーのパルスを
発生する。ノントリガー機能は、300ms 以内に再度コン
パレータ信号が来てもパルスを発生せず、一歩あたり2
つのピークが現れる歩行に対処するために付加した。
尚、300ms 幅のノントリガーのパルスを発生する手段
は、コンパレータ信号を検出後、経過時間を測定する手
段を設け、経過時間が300ms 以内に再度コンパレータ信
号を検出してもコンパレータ信号を検出しないようなソ
フト的な手段に置き換え可能である。
First, the acceleration signals in the traveling direction and the vertical direction and threshold values sthX and sthZ (29, 30) are compared with comparators (31, 32).
And a signal is generated when the acceleration signal becomes larger than the threshold value. The pulse generator (33, 34) generates a non-trigger pulse of 300ms width in synchronization with the comparator signal. The non-trigger function does not generate a pulse even if the comparator signal comes again within 300 ms.
Two peaks were added to address the gait.
The means for generating a non-trigger pulse having a width of 300 ms is provided with a means for measuring the elapsed time after detecting the comparator signal so that the comparator signal is not detected even if the comparator signal is detected again within 300 ms. It can be replaced with simple software means.

【0042】次に、所定時間(本実施の形態では4秒
間)毎に現れたパルスの数をカウンタ(35,36)でカウ
ントしXWS ,ZWS (一定時間あたりの歩数)とする。ま
た、所定時間の最初のパルスの立ち上がりから次のパル
スの立ち上がりまでの時間をカウンタ(37,38)でカウ
ントし、加算器(39,40)で加算しながらレジスタ(4
1,42)に記録し、更に次のパルスまでの時間をカウン
トしてレジスタ(41,42)に加算し、最終的には4秒間
内の最後のパルスまでの時間を加算し、レジスタ(41,
42)の値をXWTM,ZWTM(歩行時間)とし、レジスタ(4
1,42)、カウンタ(37,38)の値をリセットする。最
後に除算器(43,44)で{XWS (一定時間あたりの歩
数)−1}/XWTM(歩行時間)、{ZWS (一定時間あた
りの歩数)−1}/ZWTM(歩行時間)を算出し、単位時
間当たりの平均歩行速度とする。
Next, the number of pulses that appear every predetermined time (four seconds in the present embodiment) is counted by a counter (35, 36), and is set as XWS, ZWS (the number of steps per fixed time). Also, the time from the rise of the first pulse to the rise of the next pulse in the predetermined time is counted by the counters (37, 38), and added by the adders (39, 40).
1, 42), further counts the time until the next pulse and adds it to the register (41, 42). Finally, the time to the last pulse within 4 seconds is added to the register (41). ,
Set the value of (42) as XWTM, ZWTM (walking time) and register (4
1, 42), and reset the counters (37, 38). Finally, the dividers (43, 44) calculate {XWS (steps per fixed time) -1} / XWTM (walking time) and {ZWS (steps per fixed time) -1} / ZWTM (walking time). , The average walking speed per unit time.

【0043】表3に発明者が収集した歩行の速さを変え
た平地歩行,平地走行,階段上昇,階段下降時のXACT,
ZACT,ZACT/XACTの平均値,最大値,最小値を表わす。
Table 3 shows XACT when walking on level ground, traveling on level ground, ascending stairs and descending stairs, with varying walking speeds collected by the inventor.
Shows the average, maximum and minimum values of ZACT and ZACT / XACT.

【0044】[0044]

【表3】 [Table 3]

【0045】この表をグラフ化したものが図6Aや図6
Bである。図6Aや図6Bを基に運動形態判定部(4
6)で運動形態判別が行われる。
FIG. 6A and FIG.
B. Based on FIGS. 6A and 6B, the exercise mode determination unit (4
In 6), the exercise form is determined.

【0046】<第1の実施の形態の変形例>図1Aでは
各構成要素をハードウエアで構成する例を述べたが、本
実施の形態の他の例としてマイクロプロセッサを用いた
例を図1Bに示す。
<Modification of First Embodiment> FIG. 1A shows an example in which each component is constituted by hardware. However, as another example of this embodiment, an example using a microprocessor is shown in FIG. 1B. Shown in

【0047】本実施の形態においては、図1Aの構成の
内、代謝要求指標選択部400、心臓刺激レート関数記
憶部500、心臓刺激レート関数選択部600、心臓刺
激レート算出部700における処理を、CPU101
0、ROM1020、RAM1030を有するマイクロ
プロセッサ1000を用いたソフト的手法で行う。本実
施の形態においても、運動検出部100、運動形態判別
部200、代謝要求指標算出部300、心臓刺激レート
制御部800、心臓刺激部900は、図1Aと同様にハ
ードウエアで構成する。
In the present embodiment, the processing in the metabolic demand index selecting section 400, the cardiac stimulation rate function storing section 500, the cardiac stimulation rate function selecting section 600, and the cardiac stimulation rate calculating section 700 in the configuration of FIG. CPU 101
0, a ROM 1020, and a RAM 1030. Also in the present embodiment, the motion detection unit 100, the motion mode discrimination unit 200, the metabolic demand index calculation unit 300, the heart stimulation rate control unit 800, and the heart stimulation unit 900 are configured by hardware as in FIG. 1A.

【0048】図1C及び図1Dにマイクロプロセッサ1
000における処理のアルゴリズムを示す。以下に詳細
に説明する。
FIG. 1C and FIG. 1D show the microprocessor 1
000 shows the processing algorithm. This will be described in detail below.

【0049】ステップS100で、マイクロプロセッサ
1000のRAM1020には、REG3から運動形態EXE
R、REG1からWC_X(進行方向加速度から算出した平均歩
行速度)、REG2からWC_Z(上下方向加速度から算出した
平均歩行速度)が読み込まれ、ROM1010またはR
AM1020には、基本レート(R_basic)、最大レート
(Rmax)、刺激レート(Rpace)、上昇変動レート(dRu
p)、下降変動レート(dRdown)、心臓刺激レート関数fwa
lk(平地歩行時),frun(走行時),fupst(階段上昇
時),fdownst(階段下降時)が用意される。尚、実時
間の刺激レート(Rpace)はRAM1020に記憶される
が、標準の刺激レートや他のパラメータ及び関数は、R
OM1010に固定データとして格納されていてもよい
し、RAM1020に書き換え可能にロードされてもよ
い。
At step S100, the exercise form EXE is stored in the RAM 1020 of the microprocessor 1000 from REG3.
R, WC_X (average walking speed calculated from acceleration in the traveling direction) from REG1, and WC_Z (average walking speed calculated from vertical acceleration) from REG2, are read from ROM 1010 or R
The AM 1020 includes a basic rate (R_basic), a maximum rate (Rmax), a stimulus rate (Rpace), and a rising fluctuation rate (dRu).
p), descent rate (dRdown), heart rate function fwa
lk (when walking on level ground), frun (when running), fupst (when stairs are up), and fdownst (when stairs are down) are prepared. Note that the real-time stimulation rate (Rpace) is stored in the RAM 1020, but the standard stimulation rate and other parameters and functions are represented by R
The data may be stored in the OM 1010 as fixed data, or may be rewritably loaded in the RAM 1020.

【0050】運動形態EXERが平地歩行WALKであったな
ら、ステップS110からS111に進んで、ステップ
S111とS112で代謝要求指標WC_X(進行方向加速
度から算出した平均歩行速度)と心臓刺激レート関数fw
alkを選択し、ステップS150でWC_Xを指標として心
臓刺激レート関数fwalkでターゲットレートRtを算出す
る。運動形態EXERが走行RUNであったなら、ステップS
120からS121に進んで、ステップS121とS1
22で代謝要求指標WC_Z(上下方向加速度から算出した
平均歩行速度)と心臓刺激レート関数frunを選択し、ス
テップS150でWC_Zを指標として心臓刺激レート関数
frunでターゲットレートRtを算出する。運動形態EXERが
階段上昇UPSTであったなら、ステップS130からS1
31に進んで、ステップS131とS132で代謝要求
指標WC_Z(上下方向加速度から算出した平均歩行速度)
と心臓刺激レート関数fupstを選択し、ステップS15
0でWC_Zを指標として心臓刺激レート関数fupstでター
ゲットレートRtを算出する。運動形態EXERが階段下降DO
WNSTであったなら、ステップS140からS141に進
んで、ステップS141とS142で代謝要求指標WC_Z
(上下方向加速度から算出した平均歩行速度)と心臓刺
激レート関数fdownstを選択し、ステップS150でWC_
Zを指標として心臓刺激レート関数fdownstでターゲット
レートRtを算出する。
If the exercise mode EXER is a flat-ground walk WALK, the process proceeds from step S110 to step S111. In steps S111 and S112, the metabolic demand index WC_X (average walking speed calculated from the acceleration in the traveling direction) and the heart stimulation rate function fw
alk is selected, and a target rate Rt is calculated by a cardiac stimulation rate function fwalk using WC_X as an index in step S150. If the exercise mode EXER is run RUN, step S
The process proceeds from S120 to S121, and steps S121 and S1 are performed.
In step 22, a metabolic demand index WC_Z (average walking speed calculated from vertical acceleration) and a cardiac stimulation rate function frun are selected, and in step S150, a cardiac stimulation rate function using WC_Z as an index.
Calculate the target rate Rt with frun. If the exercise form EXER is the stair climbing UPST, steps S130 to S1
Proceeding to 31, the metabolic demand index WC_Z (the average walking speed calculated from the vertical acceleration) in steps S131 and S132
And the heart stimulation rate function fupst are selected, and step S15
At 0, the target rate Rt is calculated by the heart stimulation rate function fupst using WC_Z as an index. Exercise form EXER goes down stairs DO
If it is WNST, the process proceeds from step S140 to S141, and in steps S141 and S142, the metabolic demand index WC_Z
(Average walking speed calculated from vertical acceleration) and heart stimulation rate function fdownst, and WC_
The target rate Rt is calculated by the heart stimulation rate function fdownst using Z as an index.

【0051】このように、運動形態毎に2つ以上の代謝
要求指標から少なくとも1つの代謝要求指標を選択し、
その代謝要求指標を指標としてターゲットレートを算出
するのが本実施の形態の特徴であり、これによって生理
的な心臓刺激レート制御が可能となる。得られたターゲ
ットレートが最大レートRmaxより大きい場合、および基
本レートR_basicより小さい場合は、ステップS170
〜S173でそれぞれ最大レートRmax、および基本レー
トR_basicでクリップする。
As described above, at least one metabolic demand index is selected from two or more metabolic demand indexes for each exercise mode,
The feature of the present embodiment is that the target rate is calculated using the metabolic demand index as an index, thereby enabling physiological heart rate control. If the obtained target rate is larger than the maximum rate Rmax and smaller than the basic rate R_basic, step S170
In S173, clipping is performed at the maximum rate Rmax and the basic rate R_basic, respectively.

【0052】尚、ターゲットレートの算出においては、
あらかじめメモリ内部にそのターゲットレートの参照テ
ーブルを記録しておき、代謝要求指標WCに対応するター
ゲットレートの値の記録されているアドレスを、その代
謝要求指標WCを基に検索し、そのアドレスに記録された
ターゲットレートの値を導出するということも可能であ
る。心臓刺激レート関数に関わる係数や参照テーブルと
いったパラメータはプログラマにより外部から変更が可
能である。
In calculating the target rate,
The reference table of the target rate is recorded in the memory in advance, and the address where the value of the target rate corresponding to the metabolic demand index WC is recorded is searched based on the metabolic demand index WC, and recorded at the address. It is also possible to derive the value of the calculated target rate. Parameters such as coefficients and reference tables relating to the heart stimulation rate function can be externally changed by a programmer.

【0053】ターゲットレートRtから心臓刺激レートRp
aceを算出する処理の一例として、ステップS180〜
S186が実行される。現在の心臓刺激レートRpaceが
ターゲットレートRt以上なら、心臓刺激レートRpaceは
下降変動レートdRdownを減算し(S184)、そうでな
いなら心臓刺激レートRpaceは上昇変動レートdRupを加
算する(S181)。心臓刺激レートが最大レートRmax
より大きい場合、および基本レートR_basicより小さい
場合はそれぞれ最大レートRmax、および基本レートR_ba
sicでクリップする(S182、S183、S185、
S186)。ステップS190で、実時間の心臓刺激レ
ート(Rpace)は心臓刺激レート制御部800に出力され
る。
From the target rate Rt to the heart stimulation rate Rp
As an example of processing for calculating ace, steps S180 to S180
S186 is executed. If the current heart stimulation rate Rpace is equal to or higher than the target rate Rt, the heart stimulation rate Rpace subtracts the falling fluctuation rate dRdown (S184); otherwise, the heart stimulation rate Rpace adds the rising fluctuation rate dRup (S181). Heart stimulation rate is the maximum rate Rmax
If it is greater than and less than the basic rate R_basic, the maximum rate Rmax and the basic rate R_ba respectively.
clip with sic (S182, S183, S185,
S186). In step S190, the real-time cardiac stimulation rate (Rpace) is output to the cardiac stimulation rate control unit 800.

【0054】尚、本実施の形態では、代謝要求指標選択
部400、心臓刺激レート関数記憶部500、心臓刺激
レート関数選択部600、心臓刺激レート算出部700
における処理を、マイクロプロセッサを用いたソフト的
手法で行ったが、運動形態判別部200と代謝要求指標
算出部300における処理をマイクロプロセッサを用い
たソフト的手法で行ってもよく、心臓ペースメーカーに
おいて、何をハードウエアで実現し、何をソフトウエア
で実現するか、あるいは1つのマイクロプロセッサを用
いるか、複数のマイクロプロセッサを並列または直列に
設けるかは、処理速度と信頼性と小型化とを考慮して決
定されるものである。
In the present embodiment, the metabolic demand index selecting section 400, the cardiac stimulation rate function storage section 500, the cardiac stimulation rate function selecting section 600, the cardiac stimulation rate calculating section 700
Was performed by a software method using a microprocessor, but the processing in the exercise form discriminating unit 200 and the metabolic demand index calculating unit 300 may be performed by a software method using a microprocessor. What to implement in hardware and what to implement in software, whether to use a single microprocessor, or to provide multiple microprocessors in parallel or in series, consider processing speed, reliability, and miniaturization. Is determined.

【0055】図7に、制御部全体をソフトウエアで実現
する心臓ペースメーカーの構成例を示す。図7の多くの
部分は集積されたICチップでの実現が可能である。
FIG. 7 shows an example of the configuration of a cardiac pacemaker in which the entire control unit is realized by software. Many parts of FIG. 7 can be realized by integrated IC chips.

【0056】81はペースメーカー全体の動作を制御す
るCPU、82はCPU81の処理手順を格納するRO
Mであり、処理手順としては運動形態判別プログラム8
2aや代謝要求指標算出プログラム82bやペースメー
カーの心臓刺激レート算出プログラム82cが格納され
ている。83は補助記憶用のRAMであり、運動形態判
別プログラム82aの実行で判別された運動形態情報8
3aや代謝要求指標算出プログラム82bで算出された
歩数情報83b及び角度補正係数等の定数が記憶され
て、ペースメーカーの駆動制御に利用される。84は種
々の外部情報を入力する入力インタフェースであり、例
えば利用者の心拍等を検出するパルス検知部84aや加
速度検出部84bからの情報をインタフェースする。8
5は種々の情報を外部出力する出力インタフェースであ
り、例えば心臓への駆動パルスを出力するパルス発生部
85aが接続される。86は電源である。
Reference numeral 81 denotes a CPU for controlling the operation of the entire pacemaker, and reference numeral 82 denotes an RO for storing the processing procedure of the CPU 81.
M, and the processing procedure is the exercise form discrimination program 8
2a, a metabolic demand index calculation program 82b, and a pacemaker heart stimulation rate calculation program 82c are stored. Reference numeral 83 denotes a RAM for auxiliary storage, which is the exercise mode information 8 determined by executing the exercise mode determination program 82a.
The step number 83a calculated by the metabolic demand index calculation program 82b and constants such as angle correction coefficients are stored and used for drive control of the pacemaker. Reference numeral 84 denotes an input interface for inputting various external information, and interfaces with information from a pulse detection unit 84a and an acceleration detection unit 84b for detecting, for example, a user's heartbeat and the like. 8
Reference numeral 5 denotes an output interface for outputting various kinds of information to the outside, and is connected to, for example, a pulse generator 85a for outputting a drive pulse to the heart. 86 is a power supply.

【0057】<第2の実施の形態>図2Aに第2の実施
の形態による心臓ペースメーカーとして、運動検出部を
代謝要求検出部の1つとして用い、運動形態に応じて、
2つの代謝要求検出部から1つの代謝要求検出部を選択
する場合のブロック図を示す。
<Second Embodiment> FIG. 2A shows a cardiac pacemaker according to a second embodiment, in which the exercise detector is used as one of the metabolic demand detectors.
FIG. 4 is a block diagram showing a case where one metabolic request detecting unit is selected from two metabolic request detecting units.

【0058】本実施の形態では、運動検出部100は、
第1センサ1cと、該第1センサ1cの出力を増幅しデ
ィジタル信号として出力する第1センシング回路2cを
含む。運動検出部100は代謝要求検出部の1つとして
共通に用いられる。代謝要求検出部101は、第2セン
サ10cと、該第2センサ10cの出力を増幅しディジ
タル信号として出力する第2センシング回路11cとを
含む。ここで、第1センサ1cと第1センシング回路2
cには、検出された情報から運動形態が判別できるセン
サ及びセンシング回路が使用される。また検出された運
動形態によって、第1センサ1cと第1センシング回路
2cより検出した情報から代謝要求指標を算出するか、
第2センサ10cと第2センシング回路11cより検出
した情報から代謝要求指標を算出するかを判断し、それ
ぞれの運動形態に合ったセンサ及びセンシング回路を選
択することで代謝需要に相関の高い心臓刺激が可能とな
る。
In the present embodiment, the motion detecting section 100
It includes a first sensor 1c and a first sensing circuit 2c that amplifies the output of the first sensor 1c and outputs the amplified signal as a digital signal. The exercise detecting unit 100 is commonly used as one of the metabolic demand detecting units. The metabolic demand detecting unit 101 includes a second sensor 10c and a second sensing circuit 11c that amplifies the output of the second sensor 10c and outputs the amplified signal as a digital signal. Here, the first sensor 1c and the first sensing circuit 2
For c, a sensor and a sensing circuit capable of discriminating the exercise form from the detected information are used. Also, depending on the detected exercise mode, a metabolic demand index is calculated from information detected by the first sensor 1c and the first sensing circuit 2c,
It is determined whether a metabolic demand index is calculated from information detected by the second sensor 10c and the second sensing circuit 11c, and a sensor and a sensing circuit suitable for each exercise form are selected, so that cardiac stimulation having a high correlation with metabolic demand is performed. Becomes possible.

【0059】例えば、第1センサ1cに3軸加速度セン
サ等の体動センサを使用した場合を仮定すると、図6B
に示されるように、乗り物に乗っている場合の外来振動
検出時(体動未検出時を含む)には、体動センサ及びセ
ンシング回路の出力からは、心臓刺激レートを決めるた
めの代謝要求指標が算出できない。従って、運動形態が
外来振動(体動未検出を含む)であった場合、体動セン
サとは異なる第2センサ10cと第2センシング回路1
1cから得られた情報で代謝要求指標を算出することが
望まれる。それらのセンサと代謝要求指標の例のいくつ
かが、実施の形態の最初に挙げられている。すなわち、
第1センサ1cと第2センサ10cとの組み合わせは、
その検出が相補的なものが選ばれるのが望ましい。尚、
本例では、2種類の異なるセンサを使用する場合を示す
が、大型化が避けられるならば更に多くの種類のセンサ
を使用すれば、より信頼性を高めることが可能である。
この場合には、運動形態の判別を複数種類のセンサの検
出に基づいて行ってもよい。
For example, assuming that a body motion sensor such as a three-axis acceleration sensor is used as the first sensor 1c, FIG.
As shown in (2), when detecting an external vibration (including when no body movement is detected) while riding on a vehicle, a metabolic demand index for determining a heart stimulation rate is obtained from the outputs of the body movement sensor and the sensing circuit. Cannot be calculated. Therefore, when the motion mode is the external vibration (including the non-detection of the body motion), the second sensor 10c and the second sensing circuit 1 that are different from the body motion sensor
It is desired to calculate the metabolic demand index using the information obtained from 1c. Some examples of those sensors and metabolic demand indicators are listed at the beginning of the embodiment. That is,
The combination of the first sensor 1c and the second sensor 10c is
It is desirable to select those whose detection is complementary. still,
In this example, two types of different sensors are used. However, if an increase in the size can be avoided, the reliability can be further improved by using more types of sensors.
In this case, the determination of the exercise mode may be performed based on the detection of a plurality of types of sensors.

【0060】以下、第1センサ1cに3軸加速度センサ
を使用した場合を例に説明する。運動形態判別部200
は、DSP11および運動形態判別結果を一時保管する
レジスタREG3(6a)で構成される。運動検出選択部1
100は、加速度センシング回路2cおよび第2センシ
ング回路11cの出力を運動形態EXERに応じて切り換え
るセレクタSEL11(12c)から構成される。代謝要求
指標算出部300は、DSP12(13c)および代謝
要求指標算出結果を一時保管するレジスタREG12(14
c)で構成される。本実施の形態では、心臓刺激レート
関数としてfwalk(平地歩行時),frun(走行時),fup
st(階段上昇時),fdownst(階段下降時),fnoise
(外来振動検出及び体動未検出時)の5つを用いてお
り、心臓刺激レート関数記憶部500は、REG4,REG5,
REG6,REG7,REG8の5系統のレジスタによって構成され
る。心臓刺激レート関数選択部600は、運動形態EXER
に応じてREG4〜8の出力を切り換えるセレクタSEL2で構
成される。心臓刺激レート算出部700は演算回路13
aで構成され、REG12,SEL2の出力を用いて心臓刺激レ
ートを算出する。心臓刺激レート制御部800は、ペー
シング制御回路14aで構成され、演算回路13aで算
出された心臓刺激レートに、心電信号センシング回路1
6aからの自己心拍センシング出力も含めた条件判定に
より、適切な刺激レートのペーシングトリガ出力を心臓
刺激部900に出力する。心臓刺激部900はドライバ
回路15aで構成され、ドライバ回路15aの出力はコ
ネクタ部を通して、図示されていないペーシングリード
線により心腔内まで導かれ、患者の心臓を刺激し拍動さ
せる。
Hereinafter, a case where a three-axis acceleration sensor is used as the first sensor 1c will be described as an example. Exercise form discriminator 200
Is composed of a DSP 11 and a register REG3 (6a) for temporarily storing a result of exercise mode discrimination. Motion detection selector 1
Reference numeral 100 denotes a selector SEL11 (12c) for switching the outputs of the acceleration sensing circuit 2c and the second sensing circuit 11c according to the exercise mode EXER. The metabolic demand index calculating unit 300 stores the DSP 12 (13c) and the metabolic demand index calculation result in the register REG12 (14).
c). In the present embodiment, fwalk (during walking on flat ground), frun (during running), fup
st (when ascending stairs), fdownst (when descending stairs), fnoise
(External vibration detection and body motion non-detection) are used, and the heart stimulation rate function storage unit 500 stores REG4, REG5,
REG6, REG7, REG8 are comprised of five registers. The heart stimulus rate function selection unit 600 includes a motion form EXER
The selector SEL2 switches the outputs of the REG4 to REG8 in accordance with the conditions. The heart stimulus rate calculation unit 700 includes an arithmetic circuit 13
a, the heart stimulation rate is calculated using the outputs of REG12 and SEL2. The cardiac stimulation rate control section 800 is constituted by a pacing control circuit 14a, and the cardiac stimulation rate calculated by the arithmetic circuit 13a is added to the electrocardiogram signal sensing circuit 1
A pacing trigger output having an appropriate stimulus rate is output to the heart stimulating unit 900 based on the condition determination including the self-heart-rate sensing output from 6a. The heart stimulating unit 900 is composed of a driver circuit 15a, and the output of the driver circuit 15a is guided into the heart chamber by a pacing lead (not shown) through a connector unit, and stimulates and beats the patient's heart.

【0061】尚、本実施の形態におけるDSP11は、
例えば図5の座標変換部(49)と加速度強度算出部
(2)と運動形態判別部(46)の機能を含み、DSP
12は、座標変換部(49)と歩数測定部(3)を含
む。尚、図5のDSPが1チップIC化されたものであ
れば、DSP11とDSP12は共通のチップを使用す
るものであってもよい。
Note that the DSP 11 in the present embodiment is
For example, the DSP includes the functions of the coordinate conversion unit (49), the acceleration intensity calculation unit (2), and the exercise mode determination unit (46) in FIG.
12 includes a coordinate conversion unit (49) and a step number measurement unit (3). Note that if the DSP of FIG. 5 is a one-chip IC, the DSP 11 and the DSP 12 may use a common chip.

【0062】<第2の実施の形態の変形例>図2Aでは
各構成要素をハードウエアで構成する例を述べたが、第
2の実施の形態の変形例としてマイクロプロセッサを用
いた例を図2Bに示す。
<Modification of Second Embodiment> In FIG. 2A, an example in which each component is configured by hardware has been described, but as a modification of the second embodiment, an example using a microprocessor is illustrated. 2B.

【0063】本実施の形態においては、運動検出選択部
1100、心臓刺激レート関数記憶部500、心臓刺激
レート関数選択部600、心臓刺激レート算出部700
における処理を、CPU1210とROM1220とR
AM1230からなるマイクロプロセッサ1200を用
いたソフト的手法で行う。本実施の形態においても、運
動検出部100、代謝要求検出部101、運動形態判別
部200、代謝要求指標算出部300、心臓刺激レート
制御部800、心臓刺激部900は、図2A同様にハー
ドウエアで構成する。しかし、本実施の形態の代謝要求
指標算出部300では、処理速度を速くするためDSP
21と22とを設けて、第1センサ1cの検出による代
謝要求指標の算出と第2センサ10cの検出による代謝
要求指標の算出とを並列に実行する。
In this embodiment, the motion detection and selection unit 1100, the heart stimulation rate function storage unit 500, the heart stimulation rate function selection unit 600, and the heart stimulation rate calculation unit 700
The processing in the CPU 1210, the ROM 1220, and the R
This is performed by a software method using a microprocessor 1200 composed of the AM 1230. Also in the present embodiment, the exercise detecting unit 100, the metabolic request detecting unit 101, the exercise form determining unit 200, the metabolic request index calculating unit 300, the cardiac stimulation rate control unit 800, and the cardiac stimulating unit 900 are hardware similar to FIG. 2A. It consists of. However, in the metabolic demand index calculating section 300 of the present embodiment, the DSP
21 and 22 are provided, and the calculation of the metabolic demand index by the detection of the first sensor 1c and the calculation of the metabolic demand index by the detection of the second sensor 10c are executed in parallel.

【0064】図2C及び図2Dにマイクロプロセッサ1
200における処理のアルゴリズムを示す。以下に詳細
に説明する。
FIG. 2C and FIG. 2D show the microprocessor 1
2 shows an algorithm of processing in 200. This will be described in detail below.

【0065】ステップS200で、マイクロプロセッサ
1200のRAM1220には、REG3から運動形態EXE
R、REG21からX_S1(第1センサによる代謝要求指標)、
REG22からX_S2(第2センサによる代謝要求指標)が読
み込まれ、ROM1210またはRAM1220には、
基本レート(R_basic)、最大レート(Rmax)、心臓刺激
レート(Rpace)、上昇変動レート(dRup)、下降変動レ
ート(dRdown)、心臓刺激レート関数fwalk(平行歩行
時),frun(走行時),fupst(階段上昇時),fdownst
(階段下降時),fnoise(外来振動検出及び体動未検出
時)が用意される。尚、実時間の心臓刺激レート(Rpac
e)はRAM1220に記憶されるが、標準の心臓刺激レ
ートや他のパラメータ及び関数は、ROM1210に固
定データとして格納されていてもよいし、RAM122
0に書き換え可能にロードされてもよい。
At step S200, the exercise form EXE is stored in the RAM 1220 of the microprocessor 1200 from REG3.
R, REG21 to X_S1 (metabolism demand index by the first sensor),
X_S2 (metabolism demand index by the second sensor) is read from REG22, and stored in ROM 1210 or RAM 1220,
Basic rate (R_basic), maximum rate (Rmax), cardiac stimulation rate (Rpace), rising fluctuation rate (dRup), falling fluctuation rate (dRdown), heart stimulation rate function fwalk (during parallel walking), frun (during running), fupst (when stairs rise), fdownst
(When stairs descend) and fnoise (when extraneous vibration is detected and body motion is not detected) are prepared. In addition, the real-time heart stimulation rate (Rpac
e) is stored in the RAM 1220, but the standard cardiac stimulation rate and other parameters and functions may be stored in the ROM 1210 as fixed data,
It may be rewritably loaded to 0.

【0066】運動形態EXERが平地歩行WALKであったな
ら、ステップS210からS211に進んで、ステップ
S211とS212で代謝要求指標X_Sn(平地歩行にあ
ったセンサn(n=1または2)による代謝要求指標)と心臓
刺激レート関数fwalkを選択し、ステップS250でX_S
n(n=1または2)を指標として心臓刺激レート関数fwalkで
ターゲットレートRtを算出する。運動形態EXERが走行RU
Nであったなら、ステップS220からS221に進ん
で、ステップS221とS222で代謝要求指標X_Sn
(走行にあったセンサn(n=1または2)による代謝要求指
標)と心臓刺激レート関数frunを選択し、ステップS2
50でX_Sn(n=1または2)を指標として心臓刺激レート関
数frunでターゲットレートRtを算出する。運動形態EXER
が階段上昇UPSTであったなら、ステップS230からS
231に進んで、ステップS231とS232で代謝要
求指標X_Sn(階段上昇にあったセンサn(n=1または2)に
よる代謝要求指標)と心臓刺激レート関数fupstを選択
し、ステップS250でX_Sn(n=1または2)を指標として
心臓刺激レート関数fupstでターゲットレートRtを算出
する。運動形態EXERが階段下降DOWNSTであったなら、ス
テップS240からS241に進んで、ステップS24
1とS242で代謝要求指標X_Sn(階段下降にあったセ
ンサn(n=1または2)による代謝要求指標)と心臓刺激レ
ート関数fdownstを選択し、ステップS250でX_Sn(n=
1または2)を指標として心臓刺激レート関数fdownstでタ
ーゲットレートRtを算出する。運動形態EXERが外来振動
NOISEであったなら、ステップS260からS261に
進んで、ステップS261とS262で代謝要求指標X_
Sn(外来振動にあったセンサn(n=1または2)による代謝
要求指標)と心臓刺激レート関数fnoiseを選択し、ステ
ップS250でX_Sn(n=1または2)を指標として心臓刺激
レート関数fnoiseでターゲットレートRtを算出する。
If the exercise mode EXER is walking on level ground, the flow advances from step S210 to step S211. In steps S211 and S212, the metabolic request index X_Sn (the metabolic request by the sensor n (n = 1 or 2) which was in level ground walking) is used. Index) and the heart stimulation rate function fwalk are selected, and in step S250, X_S
The target rate Rt is calculated using the heart stimulation rate function fwalk using n (n = 1 or 2) as an index. Exercise form EXER is running RU
If it is N, the process proceeds from step S220 to S221, and in steps S221 and S222, the metabolic demand index X_Sn
(Metabolism demand index by the sensor n (n = 1 or 2) which was in the running) and the heart stimulation rate function frun are selected, and step S2 is performed.
At 50, the target rate Rt is calculated by the cardiac stimulation rate function frun using X_Sn (n = 1 or 2) as an index. Exercise form EXER
Is a stair climbing UPST, then go from step S230 to S
In step S231, the metabolic demand index X_Sn (metabolic demand index by the sensor n (n = 1 or 2) at the stair rise) and the heart stimulation rate function fupst are selected in steps S231 and S232, and in step S250, X_Sn (n = 1 or 2) is used as an index to calculate the target rate Rt with the cardiac stimulation rate function fupst. If the exercise mode EXER is the stair descent DOWNST, the process proceeds from step S240 to S241, and proceeds to step S24.
In steps S1 and S242, a metabolic demand index X_Sn (a metabolic demand index by a sensor n (n = 1 or 2) at a stairs descent) and a heart stimulation rate function fdownst are selected, and in step S250, X_Sn (n =
The target rate Rt is calculated using the heart stimulation rate function fdownst using 1 or 2) as an index. Exercise is exercise form EXER
If NO, the process proceeds from step S260 to S261, and the metabolic demand index X_ is determined in steps S261 and S262.
Then, Sn (a metabolic demand index by a sensor n (n = 1 or 2) corresponding to an external vibration) and a cardiac stimulation rate function fnoise are selected, and in step S250, a cardiac stimulation rate function fnoise using X_Sn (n = 1 or 2) as an index. Is used to calculate the target rate Rt.

【0067】このように、運動形態毎に2つ以上のセン
サから少なくとも1つのセンサを選択し、そのセンサの
データを基に求めた代謝要求指標を指標としてターゲッ
トレートを算出するのが本実施の形態の特徴であり、こ
れによって生理的な刺激レート制御が可能となる。
As described above, in this embodiment, at least one sensor is selected from two or more sensors for each exercise mode, and the target rate is calculated using the metabolic demand index obtained based on the data of the sensor as an index. It is a feature of the morphology, which allows physiological stimulus rate control.

【0068】以下のステップS270からS290まで
は図1CのステップS170からS190と同様なの
で、説明は省略する。
The following steps S270 to S290 are the same as steps S170 to S190 in FIG. 1C, and a description thereof will be omitted.

【0069】尚、ターゲットレートの算出においては、
あらかじめメモリ内部にそのターゲットレートの参照テ
ーブルを記録しておき、代謝要求指標に対応するターゲ
ットレートの値の記録されているアドレスを、その代謝
要求指標X_Snを基に検索し、そのアドレスに記録された
ターゲットレートの値を導出するということも可能であ
る。心臓刺激レート関数に関わる係数や参照テーブルと
いったパラメータはプログラマにより外部から変更が可
能である。
In calculating the target rate,
A reference table of the target rate is recorded in advance in the memory, and an address at which the value of the target rate corresponding to the metabolic demand index is recorded is searched based on the metabolic demand index X_Sn, and the address is recorded at that address. It is also possible to derive the value of the target rate. Parameters such as coefficients and reference tables relating to the heart stimulation rate function can be externally changed by a programmer.

【0070】又、本実施の形態では、心臓刺激レート関
数記憶部500、心臓刺激レート関数選択部600、心
臓刺激レート算出部700における処理を、マイクロプ
ロセッサを用いたソフト的手法で行ったが、第1の実施
の形態と同様に運動形態判別部200と代謝要求指標算
出部300における処理をマイクロプロセッサを用いた
ソフト的手法で行ってもよく、心臓ペースメーカーにお
いて、何をハードウエアで実現し、何をソフトウエアで
実現するか、あるいは1つのマイクロプロセッサを用い
るか、複数のマイクロプロセッサを並列または直列に設
けるかは、処理速度と信頼性と小型化とを考慮して決定
されるものである。
In the present embodiment, the processing in the heart stimulation rate function storage section 500, the heart stimulation rate function selection section 600, and the heart stimulation rate calculation section 700 is performed by a software method using a microprocessor. Similar to the first embodiment, the processing in the exercise form discriminating unit 200 and the metabolic demand index calculating unit 300 may be performed by a software method using a microprocessor. In the cardiac pacemaker, what is realized by hardware, What is realized by software, whether a single microprocessor is used, or a plurality of microprocessors are provided in parallel or in series is determined in consideration of processing speed, reliability, and miniaturization. .

【0071】本実施の形態においても、図7に示したよ
うに、制御部全体をソフトウエアで実現すれば、多くの
部分が集積されたICチップでの実現が可能である。
Also in the present embodiment, as shown in FIG. 7, if the entire control section is realized by software, it can be realized by an IC chip in which many parts are integrated.

【0072】<第3の実施の形態>図3Aに、第3の実
施の形態による心臓ペースメーカーの例として、運動検
出部を代謝要求検出部の1つとして用い、2つの代謝要
求検出部の出力からそれぞれ2つの代謝要求指標を算出
し、運動形態に応じて1つの代謝要求検出部及び1つの
代謝要求指標を選択する場合のブロック図を示す。
<Third Embodiment> FIG. 3A shows an example of a cardiac pacemaker according to a third embodiment, in which a movement detecting unit is used as one of the metabolic request detecting units, and the outputs of the two metabolic request detecting units. FIG. 5 is a block diagram showing a case where two metabolic requirement indices are calculated from the above, and one metabolic requirement detecting unit and one metabolic requirement index are selected according to the exercise mode.

【0073】本実施の形態では、第2の実施の形態と同
様に、運動検出部100は、第1センサ1cと、該第1
センサ1cの出力を増幅しディジタル信号として出力す
る第1センシング回路2cを含む。運動検出部100は
代謝要求検出部の1つとして共通に用いられる。代謝要
求検出部101は、第2センサ10cと、該第2センサ
10cの出力を増幅しディジタル信号として出力する第
2センシング回路11cとを含む。ここで、第1センサ
1cと第1センシング回路2cには、検出された情報か
ら運動形態が判別できるセンサ及びセンシング回路が使
用される。また検出された運動形態によって、第1セン
サ1cと第1センシング回路2cより検出した情報から
代謝要求指標を算出するか、第2センサ10cと第2セ
ンシング回路11cより検出した情報から代謝要求指標
を算出するかを判断し、それぞれの運動形態に合ったセ
ンサ及びセンシング回路を選択することで代謝需要に相
関の高い心臓刺激が可能となる。
In this embodiment, similarly to the second embodiment, the motion detecting section 100 includes the first sensor 1c and the first sensor 1c.
It includes a first sensing circuit 2c that amplifies the output of the sensor 1c and outputs it as a digital signal. The exercise detecting unit 100 is commonly used as one of the metabolic demand detecting units. The metabolic demand detecting unit 101 includes a second sensor 10c and a second sensing circuit 11c that amplifies the output of the second sensor 10c and outputs the amplified signal as a digital signal. Here, as the first sensor 1c and the first sensing circuit 2c, a sensor and a sensing circuit that can determine a movement form from the detected information are used. The metabolic demand index is calculated from the information detected by the first sensor 1c and the first sensing circuit 2c, or the metabolic demand index is calculated from the information detected by the second sensor 10c and the second sensing circuit 11c, depending on the detected exercise mode. Judgment as to whether or not to calculate is made, and by selecting a sensor and a sensing circuit suitable for each exercise form, heart stimulation having a high correlation with metabolic demand can be performed.

【0074】例えば、第1センサ1cに3軸加速度セン
サ等の体動センサを使用した場合を仮定すると、図6B
に示されるように、乗り物に乗っている場合の外来振動
検出時(体動未検出時を含む)には、体動センサ及びセ
ンシング回路の出力からは、心臓刺激レートを決めるた
めの代謝要求指標が算出できない。従って、運動形態が
外来振動(体動未検出を含む)であった場合、体動セン
サとは異なる第2センサ10cと第2センシング回路1
1cから得られた情報で代謝要求指標を算出することが
望まれる。それらのセンサと代謝要求指標の例のいくつ
かが、実施の形態の最初に挙げられている。すなわち、
第1センサ1cと第2センサ10cとの組み合わせは、
その検出が相補的なものが選ばれるのが望ましい。尚、
本例では、2種類の異なるセンサを使用する場合を示す
が、大型化が避けられるならば更に多くの種類のセンサ
を使用すれば、より信頼性を高めることが可能である。
この場合には、運動形態の判別を複数種類のセンサの検
出に基づいて行ってもよい。
For example, assuming that a body motion sensor such as a three-axis acceleration sensor is used as the first sensor 1c, FIG.
As shown in (2), when detecting an external vibration (including when no body movement is detected) while riding on a vehicle, a metabolic demand index for determining a heart stimulation rate is obtained from the outputs of the body movement sensor and the sensing circuit. Cannot be calculated. Therefore, when the motion mode is the external vibration (including the non-detection of the body motion), the second sensor 10c and the second sensing circuit 1 that are different from the body motion sensor
It is desired to calculate the metabolic demand index using the information obtained from 1c. Some examples of those sensors and metabolic demand indicators are listed at the beginning of the embodiment. That is,
The combination of the first sensor 1c and the second sensor 10c is
It is desirable to select those whose detection is complementary. still,
In this example, two types of different sensors are used. However, if an increase in the size can be avoided, the reliability can be further improved by using more types of sensors.
In this case, the determination of the exercise mode may be performed based on the detection of a plurality of types of sensors.

【0075】以下、第1センサ1cに3軸加速度センサ
を使用した場合を例に説明する。運動形態判別部200
は、DSP11および運動形態判別結果を一時保管する
レジスタREG3(6a)で構成される。運動検出選択部1
100は、加速度センシング回路2cおよび第2センシ
ング回路11cの出力を運動形態EXERに応じて切り換え
るセレクタSEL11(12c)から構成される。
Hereinafter, a case where a three-axis acceleration sensor is used as the first sensor 1c will be described as an example. Exercise form discriminator 200
Is composed of a DSP 11 and a register REG3 (6a) for temporarily storing a result of exercise mode discrimination. Motion detection selector 1
Reference numeral 100 denotes a selector SEL11 (12c) for switching the outputs of the acceleration sensing circuit 2c and the second sensing circuit 11c according to the exercise mode EXER.

【0076】代謝要求指標算出部300は、DSP12
(13c)および代謝要求指標算出結果を一時保管する
レジスタREG21(14e),REG22(15e)で構成され
る。代謝要求指標選択部400は、レジスタREG21,REG
22の出力を運動形態EXERに応じて切り換えるセレクタSE
L1で構成される。
The metabolic demand index calculating section 300
(13c) and registers REG21 (14e) and REG22 (15e) for temporarily storing the metabolic demand index calculation result. The metabolic requirement index selecting unit 400 stores the registers REG21, REG
Selector SE that switches the output of 22 according to the exercise form EXER
It is composed of L1.

【0077】本実施の形態では、心臓刺激レート関数と
してfwalk(平地歩行時),frun(走行時),fupst(階
段上昇時),fdownst(階段下降時),fnoise(外来振
動検出及び体動未検出時)の5つを用いており、心臓刺
激レート関数記憶部500は、REG4,REG5,REG6,REG
7,REG8の5系統のレジスタによって構成される。心臓
刺激レート関数選択部600は、運動形態EXERに応じて
REG4〜8の出力を切り換えるセレクタSEL2で構成され
る。心臓刺激レート算出部700は演算回路13aで構
成され、SEL1,SEL2の出力を用いて心臓刺激レートを算
出する。心臓刺激レート制御部800は、ペーシング制
御回路14aで構成され、演算回路13aで算出された
心臓刺激レートに、心電信号センシング回路16aから
の自己心拍センシング出力も含めた条件判定により、適
切な刺激レートのペーシングトリガ出力を心臓刺激部9
00に出力する。心臓刺激部900はドライバ回路15
aで構成され、ドライバ回路15aの出力はコネクタ部
を通して、図示されていないペーシングリード線により
心腔内まで導かれ、患者の心臓を刺激し拍動させる。
In this embodiment, fwalk (during walking on flat ground), frun (during running), fupst (during stairs rising), fdownst (during stairs falling), fnoise (external vibration detection and body motion non-motion) are used as heart stimulation rate functions. (At the time of detection), and the heart stimulation rate function storage unit 500 stores REG4, REG5, REG6, REG
7 and REG8. The heart stimulus rate function selection unit 600 selects the exercise mode according to the exercise form EXER.
It is composed of a selector SEL2 for switching the outputs of REG4 to REG8. The heart stimulation rate calculation unit 700 is composed of an arithmetic circuit 13a, and calculates the heart stimulation rate using the outputs of SEL1 and SEL2. The cardiac stimulation rate control unit 800 is constituted by a pacing control circuit 14a, and performs appropriate stimulation based on a condition determination that includes the self-heart rate sensing output from the electrocardiographic signal sensing circuit 16a in the cardiac stimulation rate calculated by the arithmetic circuit 13a. Rate pacing trigger output to heart stimulating unit 9
Output to 00. The heart stimulating unit 900 includes the driver circuit 15
The output of the driver circuit 15a is guided to the inside of the heart cavity by a pacing lead (not shown) through the connector section, and stimulates and beats the patient's heart.

【0078】尚、本実施の形態におけるDSP11は、
例えば図5の座標変換部(49)と加速度強度算出部
(2)と運動形態判別部(46)の機能を含み、DSP
12は、座標変換部(49)と歩数測定部(3)を含
む。尚、図5のDSPが1チップIC化されたものであ
れば、DSP11とDSP12は共通のチップを使用す
るものであってもよい。
Note that the DSP 11 in this embodiment is
For example, the DSP includes the functions of the coordinate conversion unit (49), the acceleration intensity calculation unit (2), and the exercise mode determination unit (46) in FIG.
12 includes a coordinate conversion unit (49) and a step number measurement unit (3). Note that if the DSP of FIG. 5 is a one-chip IC, the DSP 11 and the DSP 12 may use a common chip.

【0079】<第3の実施の形態の変形例>図3Aでは
各構成要素としてハードウエアで構成する場合を述べた
が、本実施の形態としてマイクロプロセッサを用いた構
成例を図3Bに示す。
<Modification of Third Embodiment> In FIG. 3A, a case has been described in which each component is configured by hardware. However, FIG. 3B shows a configuration example using a microprocessor as the present embodiment.

【0080】本実施の形態においては、運動検出選択部
1100、代謝要求指標選択部400、心臓刺激レート
関数記憶部500、心臓刺激レート関数選択部600、
心臓刺激レート算出部700における処理を、CPU1
310とROM1320とRAM1330からなるマイ
クロプロセッサ1300を用いたソフト的手法で行う。
本実施の形態においても、運動検出部100、代謝要求
検出部101、運動形態判別部200、代謝要求指標算
出部300、心臓刺激レート制御部800、心臓刺激部
900は、図3A同様にハードウエアで構成する。しか
し、本実施の形態の代謝要求指標算出部300では、処
理速度を速くするためDSP121と122とを設け
て、第1センサ1cの検出による2つの代謝要求指標の
算出と第1センサ10cの検出による2つの代謝要求指
標の算出とを並列に実行する。
In the present embodiment, the motion detection selection section 1100, the metabolic demand index selection section 400, the heart stimulation rate function storage section 500, the heart stimulation rate function selection section 600,
The processing in the heart stimulation rate calculation unit 700 is
The processing is performed by a software method using a microprocessor 1300 including a ROM 310, a ROM 1320, and a RAM 1330.
Also in the present embodiment, the exercise detecting unit 100, the metabolic request detecting unit 101, the exercise form determining unit 200, the metabolic request index calculating unit 300, the heart stimulation rate control unit 800, and the heart stimulating unit 900 are hardware similar to FIG. 3A. It consists of. However, in the metabolic requirement index calculating unit 300 of the present embodiment, the DSPs 121 and 122 are provided to increase the processing speed, and the two metabolic requirement indices are calculated by the detection of the first sensor 1c and the detection of the first sensor 10c. And the calculation of the two metabolic demand indices are performed in parallel.

【0081】図3C及び図3Dにマイクロプロセッサ1
300における処理のアルゴリズムを示す。以下に詳細
に説明する。
FIG. 3C and FIG.
3 shows an algorithm of processing in 300. This will be described in detail below.

【0082】ステップS300で、マイクロプロセッサ
1300のRAM1320には、REG3から運動形態EXE
R、REG211からX_S1_1(第1センサによる代謝要求指標
1)、REG221からX_S1_2(第1センサによる代謝要求指
標2)、REG212からX_S2_1(第2センサによる代謝要求
指標1)、REG222からX_S2_2(第2センサによる代謝要
求指標2)が読み込まれ、ROM1310またはRAM
1320には、基本レート(R_basic)、最大レート(Rm
ax)、心臓刺激レート(Rpace)、上昇変動レート(dRu
p)、下降変動レート(dRdown)、心臓刺激レート関数fwa
lk(平行歩行時),frun(走行時),fupst(階段上昇
時),fdownst(階段下降時),fnoise(外来振動検出
及び体動未検出時)が用意される。尚、実時間の心臓刺
激レート(Rpace)はRAM1320に記憶されるが、標
準の心臓刺激レートや他のパラメータ及び関数は、RO
M1310に固定データとして格納されていてもよい
し、RAM1320に書き換え可能にロードされてもよ
い。
At step S300, the RAM 1320 of the microprocessor 1300 stores the exercise form EXE from the REG3.
R, REG211 to X_S1_1 (metabolism demand index 1 by first sensor), REG221 to X_S1_2 (metabolism demand index 2 by first sensor), REG212 to X_S2_1 (metabolism demand index 1 by second sensor), REG222 to X_S2_2 (second metabolism demand index) The metabolic demand index 2) by the sensor is read and read into the ROM 1310 or the RAM.
1320 includes a basic rate (R_basic) and a maximum rate (Rm
ax), cardiac stimulation rate (Rpace), rising fluctuation rate (dRu
p), descent rate (dRdown), heart rate function fwa
lk (at the time of parallel walking), frun (at the time of running), fupst (at the time of stairs going up), fdownst (at the time of stairs going down), and fnoise (at the time of detecting extraneous vibration and not detecting body motion) are prepared. It should be noted that the real-time heart stimulation rate (Rpace) is stored in the RAM 1320, but the standard heart stimulation rate and other parameters and functions are determined by RO
It may be stored as fixed data in M1310 or may be rewritably loaded in RAM 1320.

【0083】運動形態EXERが平地歩行WALKであったな
ら、ステップS310からS311に進んで、ステップ
S311とS312で代謝要求指標X_Sn_m(平地歩行に
あったセンサn(n=1または2)による代謝要求指標m(m=1ま
たは2))と心臓刺激レート関数fwalkを選択し、ステッ
プS350でX_Sn_m(n=1または2,m=1または2)を指標と
して心臓刺激レート関数fwalkでターゲットレートRtを
算出する。運動形態EXERが走行RUNであったなら、ステ
ップS320からS321に進んで、ステップS321
とS322で代謝要求指標X_Sn_m(走行にあったセンサ
n(n=1または2)による代謝要求指標m(m=1または2))と心
臓刺激レート関数frunを選択し、ステップS350でX_
Sn_m(n=1または2,m=1または2)を指標として心臓刺激レ
ート関数frunでターゲットレートRtを算出する。運動形
態EXERが階段上昇UPSTであったなら、ステップS330
からS331に進んで、ステップS331とS332で
代謝要求指標X_Sn_m(階段上昇にあったセンサn(n=1ま
たは2)による代謝要求指標m(m=1または2))と心臓刺激
レート関数fupstを選択し、ステップS350でX_Sn_m
(n=1または2,m=1または2)を指標として心臓刺激レート
関数fupstでターゲットレートRtを算出する。運動形態E
XERが階段下降DOWNSTであったなら、ステップS340
からS341に進んで、ステップS341とS342で
代謝要求指標X_Sn_m(階段下降にあったセンサn(n=1ま
たは2)による代謝要求指標m(m=1または2))と心臓刺激
レート関数fdownstを選択し、ステップS350でX_Sn_
m(n=1または2,m=1または2)を指標として心臓刺激レート
関数fdownstでターゲットレートRtを算出する。運動形
態EXERが外来振動NOISEであったなら、ステップS36
0からS361に進んで、ステップS361とS362
で代謝要求指標X_Sn_m(外来振動にあったセンサn(n=1
または2)による代謝要求指標m(m=1または2))と心臓刺
激レート関数fnoiseを選択し、ステップS350でX_Sn
_m(n=1または2,m=1または2)を指標として心臓刺激レー
ト関数fnoiseでターゲットレートRtを算出する。
If the exercise mode EXER is walking on level ground walk, the process advances from step S310 to step S311. At steps S311 and S312, the metabolic request index X_Sn_m (the metabolic request by the sensor n (n = 1 or 2) during level ground walking) is determined. The index m (m = 1 or 2)) and the cardiac stimulation rate function fwalk are selected, and in step S350, the target rate Rt is calculated by the cardiac stimulation rate function fwalk using X_Sn_m (n = 1 or 2, m = 1 or 2) as an index. calculate. If the exercise mode EXER is the running RUN, the process proceeds from step S320 to S321, and proceeds to step S321.
And the metabolic demand index X_Sn_m (the sensor
The metabolic demand index m (m = 1 or 2) according to n (n = 1 or 2)) and the cardiac stimulation rate function frun are selected, and in step S350, X_
The target rate Rt is calculated by the cardiac stimulation rate function frun using Sn_m (n = 1 or 2, m = 1 or 2) as an index. If the exercise form EXER is the stair climbing UPST, step S330
From step S331 and S332, the metabolic demand index X_Sn_m (the metabolic demand index m (m = 1 or 2) by the sensor n (n = 1 or 2) at the stairs rise) and the heart stimulation rate function fupst Selected and in step S350 X_Sn_m
The target rate Rt is calculated with the heart stimulation rate function fupst using (n = 1 or 2, m = 1 or 2) as an index. Exercise form E
If XER is down stairs DOWNST, step S340
From step S341 and S342, the metabolic demand index X_Sn_m (the metabolic demand index m (m = 1 or 2) by the sensor n (n = 1 or 2) at the stairs descending) and the heart stimulation rate function fdownst Selected, and X_Sn_
The target rate Rt is calculated using the heart stimulation rate function fdownst using m (n = 1 or 2, m = 1 or 2) as an index. If the exercise mode EXER is a foreign vibration NOISE, step S36
The process proceeds from step S361 to step S361, and steps S361 and S362 are performed.
And the metabolic demand index X_Sn_m (sensor n (n = 1
Or 2) the metabolic demand index m (m = 1 or 2)) and the cardiac stimulation rate function fnoise are selected, and X_Sn
The target rate Rt is calculated by the cardiac stimulation rate function fnoise using _m (n = 1 or 2, m = 1 or 2) as an index.

【0084】このように、運動形態毎に2つ以上のセン
サからそれぞれ求めた2つ以上の代謝要求指標から少な
くとも1つの代謝要求指標を指標としてターゲットレー
トを算出するのが本実施の形態の特徴であり、これによ
って生理的な刺激レート制御が可能となる。
As described above, the feature of the present embodiment is that the target rate is calculated using at least one metabolic demand index from two or more metabolic demand indexes obtained from two or more sensors for each exercise mode. This allows physiological stimulation rate control.

【0085】以下のステップS370からS390まで
は図1CのステップS170からS190と同様なの
で、説明は省略する。
The following steps S370 to S390 are the same as steps S170 to S190 in FIG. 1C, and a description thereof will be omitted.

【0086】尚、ターゲットレートの算出においては、
あらかじめメモリ内部にそのターゲットレートの参照テ
ーブルを記録しておき、代謝要求指標に対応するターゲ
ットレートの値の記録されているアドレスを、その代謝
要求指標X_Sn_mを基に検索し、そのアドレスに記録され
たターゲットレートの値を導出するということも可能で
ある。心臓刺激レート関数に関わる係数や参照テーブル
といったパラメータはプログラマにより外部から変更が
可能である。
In calculating the target rate,
A reference table of the target rate is recorded in advance in the memory, and an address at which the value of the target rate corresponding to the metabolic demand index is recorded is searched based on the metabolic demand index X_Sn_m, and the address is recorded at that address. It is also possible to derive the value of the target rate. Parameters such as coefficients and reference tables relating to the heart stimulation rate function can be externally changed by a programmer.

【0087】又、本実施の形態では、代謝要求指標選択
部400、心臓刺激レート関数記憶部500、心臓刺激
レート関数選択部600、心臓刺激レート算出部700
における処理を、マイクロプロセッサを用いたソフト的
手法で行ったが、第1の実施の形態と同様に運動形態判
別部200と代謝要求指標算出部300における処理を
マイクロプロセッサを用いたソフト的手法で行ってもよ
く、心臓ペースメーカーにおいて、何をハードウエアで
実現し、何をソフトウエアで実現するか、あるいは1つ
のマイクロプロセッサを用いるか、複数のマイクロプロ
セッサを並列または直列に設けるかは、処理速度と信頼
性と小型化とを考慮して決定されるものである。
In the present embodiment, the metabolic demand index selecting section 400, the cardiac stimulation rate function storage section 500, the cardiac stimulation rate function selecting section 600, the cardiac stimulation rate calculating section 700
Was performed by a software method using a microprocessor, but the processing in the exercise form discriminating unit 200 and the metabolic demand index calculating unit 300 was performed by a software method using a microprocessor, as in the first embodiment. In a cardiac pacemaker, what is realized by hardware and what is realized by software, whether a single microprocessor is used, or a plurality of microprocessors are provided in parallel or in series depends on the processing speed. It is determined in consideration of the reliability and the miniaturization.

【0088】本実施の形態においても、図7に示したよ
うに、制御部全体をソフトウエアで実現すれば、多くの
部分が集積されたICチップでの実現が可能である。
Also in this embodiment, as shown in FIG. 7, if the entire control unit is realized by software, it can be realized by an IC chip in which many parts are integrated.

【0089】尚、図2A,図2B,図3A,図3Bにお
いて、それぞれ複数のDSPが用いられているが、運動
検出部に必要とされる周波数帯域(サンプリングレー
ト)としては100Hz以下であるため、それに比べて充分
高速なクロックでDSPを稼働させることにより1つの
DSPで前述の複数の処理を行わせることも可能であ
る。
Although a plurality of DSPs are used in FIGS. 2A, 2B, 3A, and 3B, the frequency band (sampling rate) required for the motion detection unit is 100 Hz or less. By operating the DSP with a clock that is sufficiently faster than that, it is possible to perform the above-described plurality of processes with one DSP.

【0090】又、本実施の形態に示したアルゴリズムは
ROMに記憶してペースメーカーに搭載してもよいし、
外部からテレメトリでペースメーカー内のRAMに書き
込んでも良い。又、本実施の形態に示したアルゴリズム
で使用する各種変数、関数はペースメーカーに搭載した
ROMにあらかじめ記憶しておいてもよいし、外部から
テレメトリでペースメーカー内のRAMに書き込んでも
良い。
The algorithm described in the present embodiment may be stored in a ROM and mounted on a pacemaker.
The data may be written to the RAM in the pacemaker by telemetry from outside. Further, various variables and functions used in the algorithm shown in the present embodiment may be stored in a ROM mounted on the pacemaker in advance, or may be written from outside into the RAM in the pacemaker by telemetry.

【0091】更に、以上の実施の形態において、心臓刺
激レートの代謝要求指標として平均歩行速度を用いた
が、平均歩行速度以外にも加速度信号あるいは体動信号
の一定時間積分量、一定時間平均値、一定時間加算値、
最大振幅といった体振動を演算処理することによって求
めることのできる指標や、体温や呼吸量といった生体情
報を指標として用いることも可能である。
Further, in the above embodiment, the average walking speed is used as the metabolic demand index of the cardiac stimulation rate. However, in addition to the average walking speed, the integration amount of the acceleration signal or the body motion signal for a certain time and the average value for a certain time are used. , Fixed time addition value,
It is also possible to use as an index an index that can be obtained by calculating the body vibration such as the maximum amplitude, or biological information such as body temperature and respiratory volume.

【0092】例えば、運動検出部や代謝要求検出部(セ
ンサ)の例と代謝要求指標の例としては、以下のような
例が挙げられる。
For example, the following examples are given as examples of the exercise detecting section and the metabolic demand detecting section (sensor) and of the metabolic demand index.

【0093】・1軸もしくは多軸のピエゾ抵抗型,圧電
型,容量型加速度(体動)センサ,その他の体動セン
サ:歩数(センサ及びセンシング回路から得られる出
力、あるいはその出力をフィルタ処理した信号がある閾
値を超えた回路)、体動量(センサ及びセンシング回路
から得られる出力、あるいはその出力をフィルタ処理し
た信号を、検波、あるいは絶対値化、あるいは2乗し、
更に積分処理、あるいは平均処理、あるいは加算処理し
た値)、体動強度(センサ及びセンシング回路から得ら
れる出力、あるいはその出力をフィルタ処理した信号の
最大振幅値) ・インピーダンス法:呼吸数,一回換気量,分時換気
量,一回拍出量,拍出量,駆出前時間 ・温度センサ: 中心静脈血温度 ・酸素飽和度センサ: 静脈血酸素飽和度,動脈血酸素
飽和度 ・神経センサ: 神経インパルス頻度 ・ホルモンセンサ: 血中カテコラミン ・筋電図: 筋電パルス振幅,筋電パルス頻
度 ・乳酸センサ: 血中乳酸量 ・血液ガスセンサ: 血中酸素分圧,血中炭素ガス分
圧 ・血圧センサ: 血圧値,血圧変化速度 ・心電図: QT間隔 ・pHセンサ: 血中pH 又、運動形態の例としては、平地歩行,走行,階段上
昇,階段下降,腕の回転,膝の屈伸,荷物持ち上げ,自
転車こぎ,坂道歩行,坂道走行等が、挙げられる。
One-axis or multi-axis piezoresistive, piezoelectric, capacitive acceleration (body motion) sensor, and other body motion sensors: step count (output obtained from sensor and sensing circuit, or filtered output Signals that exceed a certain threshold), body movement (outputs obtained from sensors and sensing circuits, or signals obtained by filtering the outputs, are detected, converted to absolute values, or squared,
Furthermore, integration processing, averaging processing, or addition processing), body motion intensity (output obtained from the sensor and the sensing circuit, or the maximum amplitude value of a signal obtained by filtering the output) Impedance method: respiration rate, once Ventilation volume, minute ventilation volume, stroke volume, stroke volume, time before ejection ・ Temperature sensor: Central venous blood temperature ・ Oxygen saturation sensor: Venous oxygen saturation, arterial oxygen saturation ・ Nerve sensor: Nerve Impulse frequency • Hormone sensor: Blood catecholamine • EMG: EMG pulse amplitude, EMG pulse frequency • Lactate sensor: Blood lactate • Blood gas sensor: Blood oxygen partial pressure, blood carbon gas partial pressure • Blood pressure sensor : Blood pressure value, blood pressure change rate ・ Electrocardiogram: QT interval ・ pH sensor: Blood pH In addition, examples of the exercise form include walking on flat ground, running, ascending stairs, descending stairs, rotating arms, and knees. Bending, lifting luggage, riding a bicycle, walking uphill, running uphill, and the like.

【0094】[0094]

【実施例】本発明の実施の形態の1つである、3軸加速
度センサを運動検出手段と代謝要求検出手段で共通に用
い、2つの代謝要求指標を算出し、運動形態に応じて1
つの代謝要求指標を選択する場合の作用効果を以下に示
す。本実施の形態では心臓刺激レートの代謝要求指標と
しては平均歩行速度を用いることとする。発明者が歩行
時の鎖骨下の進行方向加速度を用いて平地歩行時の平均
歩行速度を求めた結果を表4に、上下方向加速度を用い
て平地走行,階段上昇,階段下降時の平均歩行速度を求
めた結果を表5に示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A three-axis acceleration sensor, which is one of the embodiments of the present invention, is used in common by a motion detecting means and a metabolic demand detecting means, and two metabolic demand indexes are calculated.
The effects of selecting one metabolic demand index are shown below. In the present embodiment, the average walking speed is used as the metabolic demand index of the cardiac stimulation rate. Table 4 shows the results of the inventor's calculation of the average walking speed when walking on flat ground using the acceleration in the direction of movement below the collarbone during walking, and the average walking speed when running on flat ground, climbing stairs, and descending stairs using vertical acceleration. Are shown in Table 5.

【0095】[0095]

【表4】 [Table 4]

【0096】[0096]

【表5】 [Table 5]

【0097】表4,表5に示すように、運動形態を判別
し、平地歩行時は進行方向加速度を用いた平均歩行速度
を選択し、平地走行,階段上昇,階段下降時は上下方向
加速度を用いた平均歩行速度を選択することで、±2.3
歩/分以内の標準偏差で平均歩行速度の測定を行うこと
が可能であった。
As shown in Tables 4 and 5, the exercise mode is determined, the average walking speed using the traveling direction acceleration is selected when walking on level ground, and the vertical acceleration is calculated when running on level ground, ascending stairs, and descending stairs. By choosing the average walking speed used, ± 2.3
It was possible to measure the average walking speed with standard deviation within steps / min.

【0098】本実施の形態により平地歩行,平地走行,
階段上昇,階段下降時に、生理的な刺激レートで心臓刺
激が可能であることを実証するために、健常人による運
動負荷試験を行い心拍数、体振動(加速度)データを収
集した。運動負荷試験は平地歩行負荷(90歩/分,110
歩/分,130歩/分の速さの各歩行負荷)、平地走行負
荷(130歩/分,140歩/分の速さの各走行負荷)、階段
上昇負荷(90歩/分,110歩/分,130歩/分の速さの各
階段上昇負荷)、階段下降負荷(90歩/分,110歩/
分,130歩/分の速さの各階段下降負荷)の11のプロ
トコルからなる。階段負荷に使用した階段は、70段の階
段と3歩で通過する5箇所の踊り場からなる。運動負荷試
験は、運動前安静(4分)、運動負荷、運動後安静(8
分)から構成される。運動負荷時間は、平地歩行負荷、
平地走行負荷の場合4分、階段昇降負荷の場合90歩/
分,110歩/分,130歩/分の各速さで、それぞれ約55
秒,約45秒,約40秒である。上記11のプロトコルの運
動負荷試験を5回ずつ行い、各歩行,走行の終了直前の
心拍数を求め、平均化した。結果を表6に示す。
According to this embodiment, walking on level ground, running on level ground,
In order to demonstrate that cardiac stimulation can be performed at a physiological stimulation rate when stairs are ascending and descending, a heart rate and body vibration (acceleration) data were collected by performing an exercise load test with a healthy person. The exercise load test was performed on a flat ground walking load (90 steps / min, 110
Steps / min, 130 steps / min speed walking load), flat ground running load (130 steps / min, 140 step / min speed running loads), stair climbing load (90 steps / min, 110 steps) / Minute, 130 steps / minute speed of each stair climbing), stairs descending load (90 steps / min, 110 steps /
Min, and 130 steps / min speed down each stair). The stairs used for loading the stairs consist of 70 stairs and 5 landings that pass in 3 steps. Exercise tests consist of rest before exercise (4 minutes), exercise, rest after exercise (8 minutes).
Minutes). Exercise load time is the level walking load,
4 minutes for flatland running load, 90 steps for stair climbing load
Minute, 110 steps / min, 130 steps / min
Seconds, about 45 seconds, about 40 seconds. The exercise load test of the above 11 protocols was performed 5 times, and the heart rate immediately before the end of each walking and running was determined and averaged. Table 6 shows the results.

【0099】[0099]

【表6】 [Table 6]

【0100】本実施の一例として、平地歩行時は進行方
向加速度を用いた平均歩行速度WC_Xを選択し、平地走
行,階段上昇,階段下降時は上下方向加速度を用いた平
均歩行速度WC_Zを選択し、前記1式に示す心臓刺激レー
ト関数のA(一次式の係数)、B(切片)は表7に示す値を採
用し、ターゲットレートを算出した。
As an example of this embodiment, the average walking speed WC_X using the acceleration in the traveling direction is selected when walking on level ground, and the average walking speed WC_Z using the vertical acceleration is selected when running on flat ground, climbing stairs, and descending stairs. The target rate was calculated by using the values shown in Table 7 for A (coefficient of the linear equation) and B (intercept) of the heart stimulation rate function shown in the above equation (1).

【0101】[0101]

【表7】 [Table 7]

【0102】算出されたターゲットレートと、運動負荷
試験で得られた歩行,走行負荷の終了直前の心拍数と比
較した結果を図4に示す。四角,丸,三角,菱形の各点
が運動負荷試験で得られた心拍数、直線が選択された平
均歩行速度から心臓刺激レート関数で求めた心拍数であ
る。
FIG. 4 shows the result of comparing the calculated target rate with the heart rate immediately before the end of the walking and running loads obtained in the exercise load test. Square, round, triangular, and rhombic points indicate the heart rate obtained by the exercise load test, and the straight line indicates the heart rate obtained from the selected average walking speed using the heart stimulation rate function.

【0103】相関係数R^2を表8に示す。Table 8 shows the correlation coefficient R ^ 2.

【0104】[0104]

【表8】 [Table 8]

【0105】[0105]

【発明の効果】以上説明したように,本発明によれば、
運動形態が平地歩行,走行,階段上昇,階段下降等のよ
うに様々に異なっても、心臓を生理的な刺激レートで刺
激可能な心臓ペースメーカーを提供できる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a cardiac pacemaker capable of stimulating the heart at a physiological stimulation rate, even if the exercise form is variously different, such as walking on a flat ground, running, climbing a stair, descending a stair, and the like.

【0106】すなわち、運動形態を判別し、例えば、平
地歩行時は進行方向加速度を用いた平均歩行速度を選択
し、走行,階段上昇,階段下降時は上下方向加速度を用
いた平均歩行速度を選択し、それぞれの運動形態に合っ
た精度の高い平均歩行速度を用いて心臓刺激レートを算
出することにより、運動負荷試験で得られた心拍数と、
心臓刺激レート算出関数で平均歩行速度から求めた心拍
数とは、すべての運動形態で0.9以上の高い相関係数R^2
で相関させることができた。
That is, the exercise mode is discriminated. For example, when walking on level ground, an average walking speed using the acceleration in the traveling direction is selected, and when running, climbing stairs, and descending the stairs, an average walking speed using vertical acceleration is selected. Then, by calculating the heart stimulation rate using a highly accurate average walking speed that matches each exercise form, the heart rate obtained in the exercise load test,
The heart rate calculated from the average walking speed by the heart stimulation rate calculation function is a high correlation coefficient R ^ 2 of 0.9 or more for all exercise forms.
Could be correlated.

【0107】よって、運動形態(平地歩行,走行,階段
上昇,階段下降)を判別可能な心臓ペースメーカー
(「体動検出方法及びその装置」(特願平9−1003
06号、出願人:(株)カージオペーシングリサーチ・
ラボラトリー)に記載の処理手段を備えた心臓ペースメ
ーカー)であって、判別された運動形態により2つ以上
の代謝要求指標から自動的に1つを選択し、心臓刺激レ
ートを算出することにより、生理的な刺激レートでの心
臓刺激が可能となった。
Thus, a cardiac pacemaker (“Body motion detection method and device”) (Japanese Patent Application No. 9-1003) capable of discriminating the motion form (walking on the ground, running, climbing stairs, descending stairs).
06, Applicant: Cardiopacing Research Co., Ltd.
Laboratory), which automatically selects one of two or more metabolic demand indices according to the determined exercise mode and calculates a cardiac stimulation rate, thereby obtaining a physiological rate. Heart stimulation at a reasonable stimulation rate has become possible.

【0108】[0108]

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

【図1A】3軸加速度センサを運動検出手段と代謝要求
検出手段で共通に用い、2つの代謝要求指標を算出し、
運動形態に応じて1つの代謝要求指標を選択する第1の
実施の形態の心臓ペースメーカーを、ハードウエアで構
成したブロック図である。
FIG. 1A is a diagram showing an example in which a three-axis acceleration sensor is used in common by a motion detecting means and a metabolic demand detecting means, and two metabolic demand indexes are calculated;
It is a block diagram which constituted the cardiac pacemaker of 1st Embodiment which selects one metabolic demand parameter | index according to an exercise form with hardware.

【図1B】第1の実施の形態の心臓ペースメーカーを、
ハードウエアおよびマイクロプロセッサで構成したブロ
ック図である。
FIG. 1B illustrates a cardiac pacemaker of the first embodiment;
FIG. 2 is a block diagram including hardware and a microprocessor.

【図1C】図1Bの心臓ペースメーカーのマイクロプロ
セッサの処理をフローチャートで表した図である。
FIG. 1C is a flowchart showing the processing of the microprocessor of the cardiac pacemaker of FIG. 1B.

【図1D】図1Bの心臓ペースメーカーのマイクロプロ
セッサの処理をフローチャートで表した図である。
FIG. 1D is a flowchart showing the processing of the microprocessor of the cardiac pacemaker of FIG. 1B.

【図2A】運動検出部を代謝要求検出部の1つとして用
い、運動形態に応じて、2つの代謝要求検出部から1つ
の代謝要求検出部を選択し、代謝要求指標を算出する第
2の実施の形態の心臓ペースメーカーを、ハードウエア
で構成したブロック図である。
FIG. 2A is a diagram illustrating a second example in which the exercise detector is used as one of the metabolic request detectors, one metabolic request detector is selected from the two metabolic request detectors according to the exercise mode, and a metabolic request index is calculated. It is a block diagram which constituted the cardiac pacemaker of an embodiment with hardware.

【図2B】第2の実施の形態の心臓ペースメーカーを、
ハードウエアおよびマイクロプロセッサで構成したブロ
ック図である。
FIG. 2B illustrates a cardiac pacemaker of a second embodiment;
FIG. 2 is a block diagram including hardware and a microprocessor.

【図2C】図2Bの心臓ペースメーカーのマイクロプロ
セッサの処理をフローチャートで表した図である。
FIG. 2C is a flowchart showing the processing of the microprocessor of the cardiac pacemaker of FIG. 2B.

【図2D】図2Bの心臓ペースメーカーのマイクロプロ
セッサの処理をフローチャートで表した図である。
FIG. 2D is a flowchart showing the processing of the microprocessor of the cardiac pacemaker of FIG. 2B.

【図3A】運動検出部を代謝要求検出部の1つとして用
い、2つの代謝要求検出部の出力からそれぞれ2つの代
謝要求指標を算出し、運動形態に応じて1つの代謝要求
検出部及び1つの代謝要求指標を選択する第3の実施の
形態の心臓ペースメーカーを、ハードウエアで構成した
ブロック図である。
FIG. 3A shows an example in which the exercise detector is used as one of the metabolic request detectors, two metabolic request indices are calculated from the outputs of the two metabolic request detectors, and one metabolic request detector and 1 are calculated according to the exercise mode. It is a block diagram which constituted the cardiac pacemaker of a 3rd embodiment which selects one metabolic demand index with hardware.

【図3B】第3の実施の形態の心臓ペースメーカーを、
ハードウエアおよびマイクロプロセッサで構成したブロ
ック図である。
FIG. 3B shows a cardiac pacemaker of a third embodiment;
FIG. 2 is a block diagram including hardware and a microprocessor.

【図3C】図3Bの心臓ペースメーカーのマイクロプロ
セッサの処理をフローチャートで表した図である。
FIG. 3C is a flowchart showing the processing of the microprocessor of the cardiac pacemaker of FIG. 3B.

【図3D】図3Bの心臓ペースメーカーのマイクロプロ
セッサの処理をフローチャートで表した図である。
FIG. 3D is a flowchart showing the processing of the microprocessor of the cardiac pacemaker of FIG. 3B;

【図4】選択された歩数を代謝要求指標として算出した
ターゲットレートと、運動負荷試験で得られた心拍数と
を比較した結果を表すグラフを示す図である。
FIG. 4 is a graph showing a result of comparing a target rate calculated using a selected number of steps as a metabolic demand index with a heart rate obtained in an exercise load test.

【図5】本実施の形態のDSPの構成例を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a DSP according to the present embodiment.

【図6A】歩行の速さを変えた平地歩行,平地走行,階
段上昇,階段下降時の進行方向加速度強度(XACT),加
速度強度比率(ZACT/XACT)の測定値の分布を示した図
である。
FIG. 6A is a diagram showing a distribution of measured values of a traveling direction acceleration intensity (XACT) and an acceleration intensity ratio (ZACT / XACT) at the time of walking on level ground, running on level ground, rising stairs, and descending stairs while changing walking speed. is there.

【図6B】歩行の速さを変えた平地歩行,平地走行,階
段上昇,階段下降時およびバス,自動車,電車乗車時の
進行方向加速度強度(XACT),上下方向加速度強度(ZA
CT)の測定値の分布を示した図である。
[FIG. 6B] Traveling acceleration intensity (XACT), vertical acceleration intensity (ZA) when walking on level ground, running on level ground, climbing stairs, descending stairs, and riding a bus, car, or train while changing walking speed
FIG. 4 is a diagram showing a distribution of measured values of CT).

【図7】本実施の形態のソフトウエアで構成されたペー
スメーカーの構成例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a pacemaker configured by software of the present embodiment.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 患者の運動を検出する運動検出手段と、 前記運動検出手段の出力に基づいて運動形態を判別する
運動形態判別手段と、 患者の代謝要求を反映する物理量を検出する代謝要求検
出手段と、前記代謝要求検出手段の出力から複数の代謝
要求指標を算出する代謝要求指標算出手段と、 前記運動形態判別手段によって判別した運動形態に応じ
て、前記代謝要求指標算出手段によって算出した複数の
代謝要求指標の中から少なくとも1つの代謝要求指標を
選択する代謝要求指標選択手段と、 前記代謝要求指標算出手段によって算出した複数の代謝
要求指標に対応して複数の心臓刺激レート関数が記憶さ
れた心臓刺激レート関数記憶手段と、 前記運動形態判別手段によって判別した運動形態に応じ
て、前記心臓刺激レート関数を選択する心臓刺激レート
関数選択手段と、 前記代謝要求指標選択手段で選択された代謝要求指標と
前記心臓刺激レート関数選択手段で選択された心臓刺激
レート関数とによって、心臓刺激レートを算出する心臓
刺激レート算出手段と、 前記心臓刺激レート算出手段の算出結果に基づいて、心
臓刺激のレート制御を行う心臓刺激レート制御手段と、 前記心臓刺激のレートで心臓を刺激する心臓刺激手段と
を具備することを特徴とする心臓ペースメーカー。
1. A movement detecting means for detecting a movement of a patient, a movement form determining means for determining a movement form based on an output of the movement detecting means, and a metabolic demand detection for detecting a physical quantity reflecting a metabolic demand of the patient. Means, a metabolic demand index calculating means for calculating a plurality of metabolic demand indexes from the output of the metabolic demand detecting means, and a plurality of metabolic demand index calculated by the metabolic demand index calculating means according to the exercise mode determined by the exercise mode determining means. A metabolic demand index selecting means for selecting at least one metabolic demand index from the metabolic demand indexes; and a plurality of cardiac stimulation rate functions corresponding to the plurality of metabolic demand indexes calculated by the metabolic demand index calculating means. The heart stimulus rate function storage means, and selecting the heart stimulus rate function according to the motion mode determined by the motion mode determination means. Heart stimulation rate function calculating means for calculating a heart stimulation rate based on the metabolic demand index selected by the metabolic demand index selecting means and the heart stimulation rate function selected by the heart stimulation rate function selecting means Means, cardiac stimulation rate control means for controlling the rate of cardiac stimulation based on the calculation result of the cardiac stimulation rate calculating means, and cardiac stimulation means for stimulating the heart at the rate of cardiac stimulation. And a cardiac pacemaker.
【請求項2】 患者の運動を検出する運動検出手段と、 前記運動検出手段の出力に基づいて運動形態を判別する
運動形態判別手段と、 患者の代謝要求を反映する物理量を検出する複数の代謝
要求検出手段と、 前記運動形態判別手段によって判別した運動形態に応じ
て、前記複数の代謝要求検出手段の中から少なくとも1
つの代謝要求検出手段を選択する代謝要求検出選択手段
と、 前記代謝要求検出選択手段で選択された代謝要求検出手
段の出力から代謝要求指標を算出する代謝要求指標算出
手段と、 前記代謝要求指標算出手段によって算出した代謝要求指
標に対して複数の心臓刺激レート関数が記憶された心臓
刺激レート関数記憶手段と、 前記運動形態判別手段によって判別した運動形態に応じ
て、前記心臓刺激レート関数を選択する心臓刺激レート
関数選択手段と、 前記代謝要求検出選択手段で選択された代謝要求検出手
段の出力から前記代謝要求指標算出手段で算出された代
謝要求指標と、前記心臓刺激レート関数選択手段で選択
された心臓刺激レート関数とによって、心臓刺激レート
を算出する心臓刺激レート算出手段と、 前記心臓刺激レート算出手段の算出結果に基づいて、心
臓刺激のレート制御を行う心臓刺激レート制御手段と、 前記心臓刺激のレートで心臓を刺激する心臓刺激手段と
を具備することを特徴とする心臓ペースメーカー。
2. A movement detecting means for detecting a movement of a patient, a movement form determining means for determining a movement form based on an output of the movement detecting means, and a plurality of metabolism detecting physical quantities reflecting a metabolic demand of the patient. Request detecting means, and at least one of the plurality of metabolic request detecting means according to the exercise mode determined by the exercise mode determining means.
Metabolic demand detection selecting means for selecting one metabolic demand detecting means; metabolic demand index calculating means for calculating a metabolic demand index from the output of the metabolic demand detecting means selected by the metabolic demand detecting / selecting means; Means for storing a plurality of heart stimulation rate functions for the metabolic demand index calculated by the means; and selecting the heart stimulation rate function according to the exercise mode determined by the exercise mode determination means. Cardiac stimulation rate function selecting means; a metabolic demand index calculated by the metabolic demand index calculating means from the output of the metabolic demand detecting means selected by the metabolic demand detection / selecting means; Heart stimulus rate calculating means for calculating a heart stimulus rate according to the obtained heart stimulus rate function; Based on the stage of the calculation result, cardiac pacemaker, characterized by comprising a cardiac stimulation rate control means for rate control of the heart stimulator, and a cardiac stimulation device for stimulating the heart rate of the heart stimulator.
【請求項3】 患者の運動を検出する運動検出手段と、 前記運動検出手段の出力に基づいて運動形態を判別する
運動形態判別手段と、 患者の代謝要求を反映する物理量を検出する複数の代謝
要求検出手段と、 前記運動形態判別手段によって判別した運動形態に応じ
て、前記複数の代謝要求検出手段の中から少なくとも1
つの代謝要求検出手段を選択する代謝要求検出選択手段
と、 前記代謝要求検出選択手段で選択された代謝要求検出手
段の出力から複数の代謝要求指標を算出する代謝要求指
標算出手段と、 前記運動形態判別手段によって判別した運動形態に応じ
て、前記代謝要求指標算出手段によって算出した複数の
代謝要求指標の中から少なくとも1つの代謝要求指標を
選択する代謝要求指標選択手段と、 前記代謝要求指標算出手段によって算出した代謝要求指
標に対して複数の心臓刺激レート関数が記憶された心臓
刺激レート関数記憶手段と、 前記運動形態判別手段によって判別した運動形態に応じ
て前記心臓刺激レート関数を選択する心臓刺激レート関
数選択手段と、 前記代謝要求検出選択手段で選択された代謝要求検出手
段の出力を用いて前記代謝要求指標算出手段で算出され
た複数の代謝要求指標から、前記代謝要求指標選択手段
で選択された代謝要求指標と、前記心臓刺激レート関数
選択手段で選択された心臓刺激レート関数とによって、
心臓刺激レートを算出する心臓刺激レート算出手段と、 前記心臓刺激レート算出手段の算出結果に基づいて心臓
刺激のレート制御を行う心臓刺激レート制御手段と、 前記心臓刺激のレートで心臓を刺激する心臓刺激手段と
を具備することを特徴とする心臓ペースメーカー。
3. A movement detecting means for detecting a movement of a patient, a movement form determining means for determining a movement form based on an output of the movement detecting means, and a plurality of metabolisms for detecting a physical quantity reflecting a metabolic demand of the patient. Request detecting means, and at least one of the plurality of metabolic request detecting means according to the exercise mode determined by the exercise mode determining means.
Metabolic demand detection selecting means for selecting one metabolic demand detecting means; metabolic demand index calculating means for calculating a plurality of metabolic demand indexes from the output of the metabolic demand detecting means selected by the metabolic demand detecting / selecting means; A metabolic demand index selecting means for selecting at least one metabolic demand index from a plurality of metabolic demand indexes calculated by the metabolic demand index calculating means in accordance with the exercise mode determined by the determining means; A heart stimulation rate function storage unit in which a plurality of heart stimulation rate functions are stored with respect to the metabolic demand index calculated by the above, and a heart stimulation that selects the heart stimulation rate function according to the exercise mode determined by the exercise mode determination unit Using the output of the metabolic request detecting means selected by the rate function selecting means and the metabolic request detecting and selecting means, A plurality of metabolic demand index calculated by the required index calculation means, a metabolic demand indicator selected by the metabolic demand indicator selecting means, by the cardiac stimulation rate function selected by the cardiac stimulation rate function selection means,
Heart stimulation rate calculation means for calculating a heart stimulation rate; heart stimulation rate control means for performing a heart stimulation rate control based on the calculation result of the heart stimulation rate calculation means; a heart for stimulating a heart at the heart stimulation rate A cardiac pacemaker comprising stimulating means.
【請求項4】 前記代謝要求検出手段もしくはその一部
が、前記運動検出手段に含まれることを特徴とする請求
項1乃至3のいずれか1つに記載の心臓ペースメーカ
ー。
4. The cardiac pacemaker according to claim 1, wherein the metabolic demand detecting means or a part thereof is included in the exercise detecting means.
【請求項5】 前記運動形態判別手段で判別する運動形
態が平地歩行、走行、階段上昇、階段下降を含むことを
特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の心臓
ペースメーカー。
5. The cardiac pacemaker according to claim 1, wherein the exercise mode discriminated by the exercise mode discriminating means includes walking on a flat ground, running, ascending a stair, and descending a stair.
【請求項6】 前記運動検出手段は、直交する2軸もし
くは3軸の加速度を独立に検出可能な加速度センサを有
することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに
記載の心臓ペースメーカー。
6. The cardiac pacemaker according to claim 1, wherein said motion detecting means has an acceleration sensor capable of independently detecting orthogonal two-axis or three-axis acceleration. .
【請求項7】 前記代謝要求指標算出手段が算出する代
謝要求指標として、設定時間内における歩数、あるいは
歩行速度を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいず
れか1つに記載の心臓ペースメーカー。
7. The cardiac pacemaker according to claim 1, wherein the metabolic demand index calculated by the metabolic demand index calculating means includes a step number or a walking speed within a set time. .
【請求項8】 前記設定時間内における歩数あるいは歩
行速度は、患者の運動の進行方向と上下方向の加速度か
ら算出されたものであることを特徴とする請求項7記載
の心臓ペースメーカー。
8. The cardiac pacemaker according to claim 7, wherein the number of steps or the walking speed within the set time is calculated from the acceleration of the movement of the patient and the acceleration in the vertical direction.
【請求項9】 運動形態に応じて心臓刺激のレート制御
を行う心臓ペースメーカーであって、 平地歩行、走行、階段上昇、階段下降を含む運動形態を
判別する運動形態判別手段と、 前記運動形態判別手段の判別結果に対応して代謝要求指
標から算出された運動刺激レートで心臓を刺激する心臓
刺激手段とを具備することを特徴とする心臓ペースメー
カー。
9. A cardiac pacemaker for controlling a rate of cardiac stimulation according to an exercise form, comprising: exercise form discriminating means for discriminating exercise forms including walking on a flat ground, running, climbing stairs, and descending stairs; A heart stimulating means for stimulating the heart at an exercise stimulating rate calculated from a metabolic demand index in accordance with a result of the means discrimination.
【請求項10】 直交する2軸もしくは3軸の加速度を
独立に検出可能な加速度センサを有し、患者の運動を検
出する運動検出手段を具備し、 前記運動形態判別手段は、前記運動検出手段の検出結果
に基づいて運動形態を判別することを特徴とする請求項
9記載の心臓ペースメーカー。
10. An exercise sensor comprising: an acceleration sensor capable of independently detecting orthogonal two-axis or three-axis acceleration; and a movement detecting means for detecting a movement of a patient; The cardiac pacemaker according to claim 9, wherein the exercise mode is determined based on the detection result.
【請求項11】 運動形態に応じて心臓刺激のレート制
御を行う心臓ペースメーカーの制御方法であって、 患者の運動を検出して、その検出結果に基づいて平地歩
行、走行、階段上昇、階段下降を含む運動形態を判別
し、 前記判別結果に対応して代謝要求指標から算出された心
臓刺激レートで心臓を刺激することを特徴とする心臓ペ
ースメーカーの制御方法。
11. A method for controlling a cardiac pacemaker that controls the rate of cardiac stimulation in accordance with a form of exercise, wherein the method detects a patient's movement and, based on the detection result, walks on a level ground, runs, steps up, and steps down. A method of controlling a cardiac pacemaker, comprising: determining an exercise form including: (i) stimulating a heart at a heart stimulation rate calculated from a metabolic demand index according to the determination result.
【請求項12】 運動形態に応じて心臓刺激のレート制
御を行う心臓ペースメーカーの制御プログラムをコンピ
ュータ読み取り可能に記憶する記憶媒体であって、 前記制御プログラムは、 患者の運動を検出して、その検出結果に基づいて平地歩
行、走行、階段上昇、階段下降を含む運動形態を判別す
るモジュールと、 前記検出結果に基づいて代謝要求指標を算出するモジュ
ールと、 前記判別結果に対応して前記代謝要求指標から心臓刺激
レートを算出するモジュールとを含むことを特徴とする
記憶媒体。
12. A storage medium for storing a control program of a cardiac pacemaker for controlling a rate of cardiac stimulation in accordance with a form of exercise in a computer-readable manner, wherein the control program detects a movement of a patient and detects the movement. A module for determining a movement form including level walking, running, climbing a stair, and descending a stair based on a result; a module for calculating a metabolic demand index based on the detection result; and the metabolic demand index corresponding to the determination result. And a module for calculating a cardiac stimulation rate from the data.
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