WO2023063220A1 - 生体分析装置及びプログラム - Google Patents

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大輔 中島
昌泰 藤岡
真人 鈴木
良紀 勝俣
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株式会社グレースイメージング
慶應義塾
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
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    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material

Definitions

  • the present invention relates to a bioanalyzer and program.
  • Patent Literature 2 proposes obtaining biosignals during sleep of a subject as an example of a predetermined behavior pattern to evaluate sleep quality.
  • JP 2007-075586 A Japanese Patent No. 5879833
  • An object of the present invention is to provide a bioanalyzer and a program that can easily acquire the timing of a transition of a subject's state beyond a predetermined level from a biosignal.
  • the present invention is a bioanalytical apparatus that performs analysis using a transition point indicating a timing of a state transition of a subject from a biosignal acquired from the subject for a predetermined period, and a biosignal acquisition unit that acquires the biosignal.
  • a change amount calculation unit that calculates a change amount of the acquired biosignal at predetermined time intervals; a time detection unit that detects a time when the calculated change amount becomes equal to or greater than a predetermined time; and an output unit that outputs as a point.
  • the biomedical signal acquisition unit acquires, as the biomedical signal, a change over time in a lactate level contained in a secretion from the living body of the subject.
  • a lactic acid threshold which will be described later, can be obtained by acquiring changes over time in the lactic acid value contained in the secretions of the subject's body, so the timing of the state transition of the subject can be determined in real time. This is because it is possible to analyze
  • the biosignal acquisition unit acquires a change over time in the sweat lactic acid value of the subject as the biosignal. Since the lactic acid level contained in sweat is higher than the lactic acid level contained in secretions from other living organisms, obtaining the change over time in the lactic acid level in sweat of the subject enables detection of lactic acid from other secretions. This is because changes in biological signals can be captured more effectively than when values are acquired, and the timing of state transitions of the subject can be acquired more accurately.
  • the biosignal acquiring unit acquires, as the biosignal, a change over time in the lactic acid value in sweat during exercise of the subject. This is because sweating of the subject is accelerated during exercise, and biosignals can be obtained more easily than when the subject is at rest.
  • Patent Documents 1 and 2 require a measurement environment in which biosignals can be easily acquired, such as eating, excretion, bathing, moving, and resting patterns such as sleeping, as behavioral patterns in the subject's daily life. was supposed.
  • biosignals such as eating, excretion, bathing, moving, and resting patterns such as sleeping, as behavioral patterns in the subject's daily life.
  • an environment is required to measure the sweat lactic acid value (biological signal) in a state where the subject undergoes a certain amount of exercise, such as walking, running, or cycling, artifacts and noise due to the external environment are required.
  • Patent Documents 1 and 2 are applicable as "a bioanalyzer capable of easily acquiring the timing of a transition of a subject's state more than a predetermined value from a biosignal.” Therefore, it is necessary to apply one embodiment of the bioanalytical device of the present invention.
  • the bioanalyzer also includes an exercise intensity acquiring unit that acquires the intensity of exercise applied to the subject over time over a predetermined period of time, and an exercise intensity that specifies the acquired exercise intensity corresponding to the detected time. and a specifying unit, wherein the output unit preferably outputs the specified exercise intensity. This is because it is possible to easily output the exercise intensity corresponding to the timing at which the physical condition changes, in addition to the timing at which the physical condition changes.
  • the biomedical signal obtained from the subject is obtained by incremental load exercise.
  • the gradually increasing load exercise it is possible to more quantify the exercise intensity applied to the subject for a predetermined period of time, and it is possible to acquire the timing of the state transition of the subject more accurately. is.
  • the biological signal obtained from the subject is obtained by electrical muscle stimulation or exercise combined with electrical muscle stimulation.
  • electrical muscle stimulation By applying electrical muscle stimulation to the subject, it is possible to apply a higher load than when performing normal exercise, to effectively capture changes in biological signals, and to determine the timing of state transitions of the subject. can be obtained more accurately.
  • the biological signal obtained from the subject is obtained under a hypoxic environment.
  • the measurement environment it is possible to apply a higher load than when exercising in a normal oxygen environment, and to effectively capture changes in biological signals. This is because it is possible to more accurately acquire the timing of the state transition of .
  • the biological signal obtained from the subject is obtained by exercising in water. This is because by exercising in water, the biological signals are less likely to be affected by artifacts and noise derived from the external environment, and the timing of the state transition of the subject can be acquired more accurately. .
  • the present invention also provides a program for causing a computer to operate as a bioanalytical apparatus for analyzing a transition point indicating a timing of a state transition of a subject from a biosignal acquired from the subject for a predetermined period, wherein the computer comprises the a biosignal acquisition unit that acquires a biosignal, a change amount calculation unit that calculates an amount of change in the acquired biosignal at each predetermined time, a time detection unit that detects a time when the calculated amount of change is equal to or greater than a predetermined time, detection
  • the present invention relates to a program that operates as an output unit that outputs the calculated time as the transition point.
  • the present invention it is possible to provide a bioanalytical apparatus and a program that can easily acquire the timing of a transition of a subject's state beyond a predetermined level from a biosignal.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of acquiring a biosignal of a subject using a bioanalyzer according to one embodiment of the present invention
  • 4 is a graph showing the relationship between the lactic acid value in sweat analyzed by the bioanalyzer of one embodiment and the anaerobic threshold of exhaled gas.
  • 1 is a block diagram showing the configuration of a biological signal analyzer of one embodiment
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the sweat lactic acid value analyzed by the biological signal analyzer of one embodiment and time.
  • 4 is a flow chart showing the flow of operation of the bioanalyzer of one embodiment.
  • FIG. 1 A bioanalyzer according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5.
  • FIG. 1 An overview of the bioanalyzer 1 according to this embodiment will be described.
  • the bioanalyzer 1 is, for example, an apparatus that acquires a biomedical signal from the subject H for a predetermined period and analyzes a transition point that indicates the timing of the state transition of the subject H from the biomedical signal for the predetermined period.
  • the subject H may be a person, a horse, or the like.
  • the bioanalyzer 1 acquires biosignals from a sensor 100 attached to the skin of a subject H (subject), as shown in FIG. 1, for example.
  • the site where the sensor 100 is attached to the subject H is not particularly specified, but if the subject H is a person, for example, a site where many sweat glands are concentrated (forehead, upper arm, back, or wrist) is suitable. . It is possible to easily acquire temporal changes in the sweat lactic acid value of the subject H, effectively capture changes in biological signals, and more accurately acquire the timing of state transitions of the subject H. It is from.
  • the bioanalyzer 1 can acquire the following various signals from the sensor 100 as analysis signals.
  • the bioanalyzer 1 can acquire the amount of the component contained in the secretion fluid secreted from the skin of the subject H who is exercising, as a biosignal in the form of an electrical signal.
  • a lactic acid threshold which will be described later, can be obtained by obtaining changes over time in the lactic acid value contained in the body secretions of the subject H. It becomes possible to analyze the timing in real time. Furthermore, during exercise, it is possible to obtain secretions from the skin of the subject H more easily than during rest.
  • the bioanalyzer 1 can acquire a biosignal of the subject H who is exercising such that the exercise intensity is gradually increased from a weak load to a strong load (gradually increasing load exercise).
  • the gradually increasing load exercise it is possible to further quantify the exercise intensity applied to the subject H for a predetermined period of time, and it is possible to acquire the timing of the state transition of the subject H more accurately. becomes.
  • the bioanalyzer 1 can acquire a biosignal of the subject H who is performing electrical muscle stimulation or exercise combined with electrical muscle stimulation.
  • electrical muscle stimulation by applying electrical muscle stimulation to the subject H, it is possible to apply a higher load than in the case of performing normal exercise, effectively capture changes in biological signals, and determine the state of the subject H. It becomes possible to acquire the transition timing more accurately.
  • the bioanalyzer 1 can acquire biosignals of a subject H who is exercising in a hypoxic environment.
  • the measurement environment by setting the measurement environment to a hypoxic environment, it is possible to apply a higher load than when exercising in a normal oxygen environment, and to effectively capture changes in biological signals. It becomes possible to acquire the timing of the state transition of the subject H more accurately.
  • the bioanalyzer 1 can acquire biosignals of a subject H exercising in water.
  • the biological signals are less likely to be affected by artifacts and noise derived from the external environment, and the timing of the state transition of the subject H can be acquired more accurately. It is preferable because
  • the biological analyzer 1 analyzes the timing of the anaerobic threshold (AT) from the biological signal thus obtained from the subject H as a transition point.
  • the bioanalyzer 1 analyzes the transition point at which the oxygen supply to the muscles is changed from a sufficient state to an insufficient state.
  • the bioanalyzer 1 in the following embodiments uses the amount of lactic acid contained in sweat to analyze the timing at which the anaerobic metabolism threshold is reached as a transition point.
  • the reason for this is that the lactic acid value contained in sweat is higher than that contained in other secretions from the living body, and therefore by acquiring the change over time in the sweat lactic acid value of the subject H, it is possible to This is because changes in biological signals can be captured more effectively than when the lactic acid value is obtained from secretions, and the timing of the state transition of the subject H can be obtained more accurately.
  • the bioanalytical device 1 analyzes the transition point using the biomedical signal from the sensor 100, the bioanalytical device 1 can be realized with a simpler device.
  • the mutation point indicates the timing of the state transition of the subject H based on the biological signal acquired from the subject H for a predetermined time using the bioanalyzer 1. value.
  • the transition point may be determined visually from the obtained data, or may be obtained as a result of calculation processing by a program.
  • a general anomaly detection algorithm, a machine learning algorithm, or the like can be used as the calculation processing by the program.
  • an extended autoregressive model, k-neighborhood method, singular spectrum transformation method, or the like can be combined and used in combination to detect transition points with higher accuracy, which is preferable.
  • the biological analyzer 1 includes a biological signal acquisition unit 11, a biological signal storage unit 12, a variation calculation unit 13, an analysis unit 14, a time detection unit 15, and an exercise intensity acquisition unit 16. , an exercise intensity storage unit 17 , an exercise intensity identification unit 18 , and an output unit 19 .
  • the biosignal acquisition unit 11 is implemented by, for example, the operation of the CPU.
  • the biomedical signal acquisition unit 11 acquires a biomedical signal.
  • the biological signal acquisition unit 11 acquires, from the sensor 100, a biological signal obtained by converting the component amount of the secretion of the subject H into an electrical signal, for example, as shown in FIG.
  • the biomedical signal acquiring unit 11 acquires a change over time of a substance to be measured contained in a secretion from the living body of the subject H as a biomedical signal.
  • the biosignal acquisition unit 11 acquires changes over time in the sweat lactic acid value of the subject H as biosignals.
  • the biological signal acquisition unit 11 acquires the biological signal once (0.1 Hz) within 10 seconds because there is a possibility of missing the timing of the state transition of the subject H. In addition, it is preferable that the biological signal acquisition unit 11 acquires the biosignal once every 0.0625 seconds or more (16 Hz) due to problems with the operating speed of the program and the capacity of the recording medium. From both of the above points of view, it is more preferable to acquire the biosignal once every second (1 Hz).
  • the biological signal storage unit 12 reads/writes recording media such as magnetic recording media (hard disk drives, etc.), semiconductor memories (SSD, USB memories, etc.), optical storage devices (CDs, DVDs, etc.), SD cards, etc. It is a device, a storage area of a cloud server, and the like.
  • the biosignal storage unit 12 stores the acquired biosignals.
  • the change amount calculation unit 13 is implemented, for example, by the operation of the CPU.
  • the change amount calculator 13 calculates the change amount of the acquired biosignal at each predetermined time.
  • the change amount calculator 13 calculates, for example, the amount of change at a predetermined time from a previous predetermined time in the acquired biosignal.
  • the change amount calculation unit 13 calculates, as the amount of change, the difference between the sweat lactic acid value at a predetermined time and the sweat lactic acid value at a previous predetermined time in the acquired biological signal.
  • the analysis unit 14 is implemented, for example, by the operation of a CPU.
  • the analysis unit 14 analyzes the calculated amount of change.
  • the analysis unit 14 detects, for example, a change in the sweat lactic acid value that indicates a predetermined amount of change or more. For example, as shown in FIG. 4, the analysis unit 14 acquires the timing at which the perspiration lactic acid value sharply rises (for example, the timing just after a little over eight minutes from the start of exercise) as the timing of the LT value.
  • the AT value obtained by expiratory gas analysis appears at the timing of 8 minutes after the start of exercise.
  • the time detection unit 15 is implemented, for example, by the operation of the CPU.
  • the time detection unit 15 detects the time when the calculated amount of change becomes equal to or greater than a predetermined value.
  • the time detection unit 15 detects, for example, the time corresponding to the transition detected by the analysis unit 14 and indicating the amount of change greater than or equal to a predetermined amount.
  • the time detection unit 15 detects a predetermined time indicating the transition detected by the analysis unit 14 .
  • the time detection unit 15 detects, for example, the time at which the biological signal indicating the relevant transition is acquired as the corresponding time.
  • the exercise intensity acquisition unit 16 is implemented, for example, by the operation of the CPU.
  • the exercise intensity acquisition unit 16 acquires the intensity of exercise applied to the subject H over time for a predetermined period.
  • the exercise intensity acquisition unit 16 acquires exercise intensity information obtained from exercise equipment (not shown), for example.
  • the exercise intensity storage unit 17 reads/writes recording media such as magnetic recording media (hard disk drives, etc.), semiconductor memories (SSD, USB memories, etc.), optical storage devices (CDs, DVDs, etc.), SD cards, etc. It is a device, a storage area of a cloud server, and the like.
  • the exercise intensity storage unit 17 stores the acquired exercise intensity information.
  • the exercise intensity specifying unit 18 is implemented, for example, by the operation of the CPU.
  • the exercise intensity identifying unit 18 identifies the acquired exercise intensity corresponding to the detected time. For example, the exercise intensity identifying unit 18 uses the time corresponding to the time detected by the time detecting unit 15 to identify the exercise intensity corresponding to the time from the stored exercise intensity information.
  • the output unit 19 is implemented, for example, by the operation of the CPU.
  • the output unit 19 outputs the detected time transition point. Also, the output unit 19 outputs the specified exercise intensity.
  • the biomedical signal acquisition unit 11 acquires a biomedical signal (step S1).
  • the biosignal acquisition unit 11 stores the acquired biosignals in the biosignal storage unit 12 .
  • the exercise intensity acquisition unit 16 acquires exercise intensity (step S2).
  • the exercise intensity acquisition unit 16 stores information on the acquired exercise intensity in the exercise intensity storage unit 17 .
  • the amount-of-change calculation unit 13 calculates the amount of change in the sweat lactic acid value contained in the biosignal (step S3).
  • the analysis unit 14 detects a sweat lactic acid value that indicates a change amount of a predetermined amount or more (step S4).
  • step S5 If a predetermined amount of change or more is detected (step S5: YES), the process proceeds to step S6. On the other hand, if the amount of change greater than or equal to the predetermined amount is not detected (step S5: NO), the process returns to step S1.
  • step S6 the time detection unit 15 detects the time when the change is greater than or equal to a predetermined amount.
  • the exercise intensity specifying unit 18 specifies the exercise intensity corresponding to the time when the change is greater than or equal to a predetermined value (step S7).
  • the output unit 19 outputs the detected time and exercise intensity (step S8).
  • step S9 it is determined whether or not the process is finished. If acquisition of the biosignal ends (step S9: YES), the processing according to this flow ends. On the other hand, if acquisition of biosignals continues (step S9: NO), the process returns to step S1.
  • Each configuration included in the bioanalyzer 1 can be implemented by hardware, software, or a combination thereof.
  • “implemented by software” means implemented by a computer reading and executing a program.
  • Non-transitory computer readable media include various types of tangible storage media.
  • Examples of non-transitory computer-readable media include magnetic recording media (e.g., flexible discs, magnetic tapes, hard disk drives), magneto-optical recording media (e.g., magneto-optical discs), CD-ROMs (Read Only Memory), CD- R, CD-R/W, semiconductor memory (eg, mask ROM, PROM (programmable ROM), EPROM (erasable PROM), flash ROM, RAM (random access memory)).
  • the display program may also be supplied to the computer on various types of transitory computer readable medium. Examples of transitory computer-readable media include electrical signals, optical signals, and electromagnetic waves. Transitory computer-readable media can deliver the program to the computer via wired channels, such as wires and optical fibers, or wireless channels.
  • a bioanalytical apparatus 1 that analyzes a transition point indicating the timing of a state transition of a subject H from a biomedical signal acquired from the subject H for a predetermined period, and includes a biosignal acquisition unit 11 that acquires the biosignal. a change amount calculator 13 for calculating the amount of change in the acquired biosignal at predetermined time intervals; a time detection unit 15 for detecting the time when the calculated amount of change is equal to or greater than a predetermined amount; and the detected time as a transition point. and an output unit 19 that outputs as.
  • the timing of the state transition of the subject H can be easily detected by analyzing the biological signal.
  • the biomedical signal acquiring unit 11 can acquire the change over time of the substance to be measured of the lactate level contained in the body secretion of the subject H as a biomedical signal.
  • the lactate threshold can be obtained by obtaining changes over time in the lactic acid value contained in the secretions from the living body of the subject H. Therefore, the timing of the state transition of the subject H can be determined. Real-time analysis becomes possible.
  • the biomedical signal acquisition unit 11 can acquire the change over time in the sweat lactic acid value of the subject H as a biomedical signal.
  • the sweat lactic acid value it is possible to detect the transition point at a lower cost than in the case of exhaled gas analysis.
  • the transition point can be easily detected by reducing the physical burden by making it non-invasive.
  • the lactic acid value contained in sweat is higher than the lactic acid value contained in other secretions from the living body, obtaining the change over time in the lactic acid value in the sweat of the subject H can be used to detect other secretions. It is possible to capture changes in biosignals more effectively than when the lactate value is acquired from , and it is possible to acquire the timing of the state transition of the subject H more accurately.
  • the biomedical signal acquisition unit 11 can acquire the change over time of the sweat lactic acid value during exercise of the subject H as a biomedical signal. In this case, since sweating of the subject H is promoted during exercise, biosignals can be obtained more easily than when the subject is at rest.
  • the bioanalyzer 1 includes an exercise intensity acquisition unit 16 that acquires the intensity of exercise applied to the subject H over time over a predetermined period of time, and an exercise intensity acquisition unit 16 that specifies the acquired exercise intensity corresponding to the detected time. and an intensity specifying unit 18, and the output unit 19 can output the specified exercise intensity.
  • an exercise intensity acquisition unit 16 that acquires the intensity of exercise applied to the subject H over time over a predetermined period of time
  • an exercise intensity acquisition unit 16 that specifies the acquired exercise intensity corresponding to the detected time.
  • an intensity specifying unit 18, and the output unit 19 can output the specified exercise intensity.
  • the biomedical signal obtained from the subject H can be obtained by gradually increasing load exercise.
  • the gradually increasing load exercise it is possible to further quantify the exercise intensity applied to the subject H for a predetermined period of time, and it is possible to acquire the timing of the state transition of the subject H more accurately. becomes.
  • the biological signal obtained from the subject H can be obtained by electrical muscle stimulation or exercise combined with electrical muscle stimulation.
  • electrical muscle stimulation by applying electrical muscle stimulation to the subject H, it is possible to apply a higher load than in the case of performing normal exercise, effectively capture changes in biological signals, and determine the state of the subject H. It becomes possible to acquire the transition timing more accurately.
  • the biological signal obtained from the subject H can be obtained under a hypoxic environment.
  • the measurement environment to a hypoxic environment, it is possible to apply a higher load than when exercising in a normal oxygen environment, and to effectively capture changes in biological signals. It becomes possible to acquire the timing of the state transition of the subject H more accurately.
  • the biological signal obtained from the subject H can be obtained by exercising in water.
  • the biological signals are less likely to be affected by artifacts and noise derived from the external environment, and the timing of the state transition of the subject H can be acquired more accurately. .
  • the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be modified as appropriate.
  • the change amount calculation unit 13 calculates the change amount after the biosignal acquisition unit 11 acquires all biosignals
  • the slope of the tangent line indicating the change in the sweat lactic acid value at a predetermined time is calculated as follows: You may make it calculate.
  • the analysis unit 14 may detect the timing when the inclination is greater than or equal to a predetermined value.
  • the bioanalyzer 1 analyzes the sweat lactic acid value of the subject H
  • the bioanalyzer 1 performs optical analysis of the blood of the subject H, biological fluid (blood, subcutaneous tissue fluid, etc.) obtained using an invasive sensor fixed to the subject H, tear, saliva, or lactic acid value of urine. may be analyzed.

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Abstract

生体信号から、被検体の状態変移について、所定以上の変移のタイミングを容易に取得可能な生体分析装置及びプログラムを提供すること。　被検体Ｈから取得された所定期間の生体信号から被検体Ｈの状態変移のタイミングを示す変移点を分析する生体分析装置１であって、生体信号を取得する生体信号取得部１１と、取得された生体信号の所定時刻ごとの変化量を算出する変化量算出部１３と、算出された変化量の所定以上となる時刻を検出する時刻検出部１５と、検出された時刻を変移点として出力する出力部１９と、を備える。

Description

生体分析装置及びプログラム
　本発明は、生体分析装置及びプログラムに関する。
　従来より、被検体（被検者）の生体信号を取得して、被検体の身体状態を判定する試みがなされている。例えば、両手で把持することにより、複数の生体信号を取得するとともに、被検体の健康状態を分析する生体信号測定器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　これらの提案の多くは、被検体の日常生活における所定行動パターンにて生体信号を取得して健康状態を分析することを目的としている。例えば特許文献２には、所定行動パターンの一例としての被検体の睡眠時の生体信号を取得して睡眠の質を評価することが提案されている。
特開２００７－０７５５８６号公報 特許第５８７９８３３号公報
　しかしながら、近年、被検体の状態変移について、所定以上の変移のタイミングを分析するにあたり、生体信号から得たいという要望がなされているが、特許文献１及び２を含む従来の技術をそのまま適用してもこのような要望に応えることが困難な状況である。
　本発明は、生体信号から、被検体の状態変移について、所定以上の変移のタイミングを容易に取得可能な生体分析装置及びプログラムを提供することを目的とする。
　本発明は、被検体から取得された所定期間の生体信号から被検体の状態変移のタイミングを示す変移点を用いた分析をする生体分析装置であって、前記生体信号を取得する生体信号取得部と、取得された前記生体信号の所定時刻ごとの変化量を算出する変化量算出部と、算出された変化量の所定以上となる時刻を検出する時刻検出部と、検出された時刻を前記変移点として出力する出力部と、を備える生体分析装置に関する。
　このような前記生体分析装置を採用することで、前記生体信号から、前記被検体の状態変移について、所定以上の変移のタイミング（前記変化量の所定以上となる時刻）を容易に取得できる。したがって、前記生体信号を分析することにより、前記被検体の状態変移のタイミングを容易に検出できる。
　また、前記生体信号取得部は、前記被検体の生体からの分泌物に含まれる乳酸値の経時的な変化を前記生体信号として取得するのが好ましい。
　前記被検体の生体からの分泌物に含まれる乳酸値の経時的な変化を取得することにより、後述する乳酸性しきい値を得ることが可能なため、前記被検体の状態変移のタイミングをリアルタイムに分析することが可能となるからである。
　また、前記生体信号取得部は、前記被検体の汗中乳酸値の経時的な変化を前記生体信号として取得するのが好ましい。
　汗中に含まれる乳酸値は他の生体からの分泌物に含まれる乳酸値よりも高いため、前記被検体の汗中乳酸値の経時的な変化を取得することにより、他の分泌物から乳酸値を取得した場合よりも効果的な生体信号の変化を捉えることができ、前記被検体の状態変移のタイミングをより正確に取得することが可能となるからである。
　また、前記生体信号取得部は、前記被検体の運動中の汗中乳酸値の経時的な変化を前記生体信号として取得するのが好ましい。
　運動中は被検体の発汗が促進されるため、安静時に比べて生体信号を容易に取得することが可能となるからである。
　なお、特許文献１及び２を含む従来の技術は、被検体の日常生活における行動パターンとして、食事、排せつ、入浴、移動、睡眠など安静時のパターンといった、生体信号の取得が容易な測定環境が想定されていた。即ち、歩行時やランニング、サイクリングなどの一定の運動強度が被検体に発生した状態での汗中乳酸値（生体信号）を測定する環境が必要になるような場合、アーチファクトや外部環境由来によるノイズの影響で生体信号をうまく取得できないことがしばしば発生する。この点でも、「生体信号から、被検体の状態変移について、所定以上の変移のタイミングを容易に取得可能な生体分析装置」としては、特許文献１及び２を含む従来の生体分析装置は適用することはできず、本発明の生体分析装置の一実施形態を適用する必要がある。
　また、生体分析装置は、前記被検体に加えられた所定期間の経時的な運動強度を取得する運動強度取得部と、検出された前記時刻に対応する取得された前記運動強度を特定する運動強度特定部と、をさらに備え、前記出力部は、特定された前記運動強度を出力するのが好ましい。
　身体状態が変化するタイミングに加えて、身体状態が変化したタイミングに対応する運動強度を容易に出力することができるからである。
　また、前記被検体から取得された生体信号が、漸増負荷運動によって得られるのが好ましい。
　漸増負荷運動を実施することにより、前記被検体に加えられた所定時間の運動強度をより定量化することができ、前記被検体の状態変移のタイミングをより正確に取得することが可能となるからである。
　また、前記被検体から取得された生体信号が、電気筋肉刺激または電気筋肉刺激と併用した運動によって得られるのが好ましい。
　前記被検体に電気筋肉刺激をかけることにより、通常の運動を実施した場合よりも高い負荷をかけることができ、効果的な生体信号の変化を捉えることができ、前記被検体の状態変移のタイミングをより正確に取得することが可能となるからである。
　また、前記被検体から取得された生体信号が、低酸素環境下によって得られるのが好ましい。
　測定環境を低酸素環境下にすることにより、通常の酸素環境下にて運動を実施した場合よりも高い負荷をかけることができ、効果的な生体信号の変化を捉えることができ、前記被検体の状態変移のタイミングをより正確に取得することが可能となるからである。
　また、前記被検体から取得された生体信号が、水中での運動によって得られるのが好ましい。
　水中での運動を実施することにより、生体信号がアーチファクトや外部環境由来によるノイズの影響の影響を受けづらく、前記被検体の状態変移のタイミングをより正確に取得することが可能となるからである。
　また、本発明は、被検体から取得された所定期間の生体信号から被検体の状態変移のタイミングを示す変移点を分析する生体分析装置としてコンピュータを動作させるプログラムであって、前記コンピュータを、前記生体信号を取得する生体信号取得部、取得された前記生体信号の所定時刻ごとの変化量を算出する変化量算出部、算出された変化量の所定以上となる時刻を検出する時刻検出部、検出された時刻を前記変移点として出力する出力部、として動作させるプログラムに関する。
　本発明によれば、生体信号から、被検体の状態変移について、所定以上の変移のタイミングを容易に取得可能な生体分析装置及びプログラムを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る生体分析装置によって被検体の生体信号を取得する例を示す概略図である。 一実施形態の生体分析装置によって分析される汗中乳酸値と呼気ガスの無酸素性閾値との関係を示すグラフである。 一実施形態の生体信号分析装置の構成を示すブロック図である。 一実施形態の生体信号分析装置によって分析される汗中乳酸値と時間との関係を示すグラフである。 一実施形態の生体分析装置の動作の流れを示すフローチャートである。
　以下、本発明の一実施形態に係る生体分析装置について、図１から図５を参照して説明する。
　まず、本実施形態に係る生体分析装置１の概要について説明する。
　生体分析装置１は、例えば、被検体Ｈから所定期間の生体信号を取得し、当該所定期間の生体信号から被検体Ｈの状態変移のタイミングを示す変移点を分析する装置である。なお、被検体Ｈは、人又は馬等が考えられる。
　生体分析装置１は、変異点を検出するために、例えば、図１に示すように、被検体Ｈ（被検者）の皮膚に装着されたセンサ１００から生体信号を取得する。
　被検体Ｈに対してセンサ１００を装着する部位は、特に指定は無いが、例えば被検体Ｈが人の場合、汗腺が多く集まっている場所（額、上腕、背中、または手首）が好適である。被検体Ｈの汗中乳酸値の経時的な変化を取得しやすく、効果的な生体信号の変化を捉えることができ、被検体Ｈの状態変移のタイミングをより正確に取得することが可能となるからである。
　具体的には、生体分析装置１は、次に示す各種各様な信号を分析信号としてセンサ１００から取得することができる。
　例えば、生体分析装置１は、運動中の被検体Ｈの皮膚から分泌する分泌液に含まれる成分の量を電気信号としての生体信号として取得することができる。
　この場合、被検体Ｈの生体からの分泌物に含まれる乳酸値の経時的な変化を取得することにより、後述する乳酸性しきい値を得ることが可能なため、被検体Ｈの状態変移のタイミングをリアルタイムに分析することが可能となる。さらに、運動中は安静時に比べ被検体Ｈの皮膚からの分泌物を容易に取得することが可能となる。
　また例えば、生体分析装置１は、弱い負荷から強い負荷へと運動強度を徐々に上げていくような運動（漸増負荷運動）をしている被検体Ｈの生体信号を取得することができる。
　この場合、漸増負荷運動を実施することにより、被検体Ｈに加えられた所定時間の運動強度をより定量化することができ、被検体Ｈの状態変移のタイミングをより正確に取得することが可能となる。
　また例えば、生体分析装置１は、電気筋肉刺激または電気筋肉刺激と併用した運動をしている被検体Ｈの生体信号を取得することができる。
　この場合、被検体Ｈに電気筋肉刺激をかけることにより、通常の運動を実施した場合よりも高い負荷をかけることができ、効果的な生体信号の変化を捉えることができ、被検体Ｈの状態変移のタイミングをより正確に取得することが可能となる。
　また例えば、生体分析装置１は、低酸素環境下の運動をしている被検体Ｈの生体信号を取得することができる。
　この場合、測定環境を低酸素環境下にすることにより、通常の酸素環境下にて運動を実施した場合よりも高い負荷をかけることができ、効果的な生体信号の変化を捉えることができ、被検体Ｈの状態変移のタイミングをより正確に取得することが可能となる。
　また例えば、生体分析装置１は、水中での運動をしている被検体Ｈの生体信号を取得することができる。
　この場合、水中での運動を実施することにより、生体信号がアーチファクトや外部環境由来によるノイズの影響の影響を受けづらく、前記被検体Ｈの状態変移のタイミングをより正確に取得することが可能となるため好ましい。
　生体分析装置１は、このようにして被検体Ｈから取得した生体信号から、嫌気性代謝しきい値（ＡＴ：Anaerobic Threshold）となるタイミングを変移点として分析する。すなわち、生体分析装置１は、筋肉への酸素供給が十分に足りている状態から不足する状態に移行する変移点を分析する。
　特に、以下の実施形態における生体分析装置１は、汗中に含まれる乳酸値の量を用いて、嫌気性代謝しきい値となるタイミングを変移点として分析するものである。
　その理由は、汗中に含まれる乳酸値は他の生体からの分泌物に含まれる乳酸値よりも高いため、被検体Ｈの汗中乳酸値の経時的な変化を取得することにより、他の分泌物から乳酸値を取得した場合よりも効果的な生体信号の変化を捉えることができ、被検体Ｈの状態変移のタイミングをより正確に取得することが可能となるためである。
　ここで、生体分析装置１は、センサ１００からの生体信号を用いて変移点を分析することから、生体分析装置１をより簡易な装置で実現することを可能にするものである。
　変異点とは、生体分析装置１を用いて被検体Ｈから取得された所定時間の生体信号から被検体Ｈの状態変移のタイミングを示すものであり、嫌気性代謝しきい値や乳酸性しきい値を示すものである。
　変移点は、得られたデータから目視で判断したものを採用してもよいし、プログラムによって計算処理の結果得られたものを採用してもよい。プログラムによる計算処理としては、一般的な異常検知アルゴリズム、機械学習アルゴリズムなどを用いることができる。機械学習アルゴリズムのうち、自己回帰モデルを拡張したもの、またはｋ－近傍法、特異スペクトル変換法などを組み合わせて複合的に使用することで、より精度の高い変移点の検出が可能なため好ましい。
　ここで、呼気ガスを用いて判断される嫌気性代謝しきい値と、汗中乳酸値との関係について説明する。呼気ガスから検出されるＡＴ値に対して、汗中乳酸値から得られる乳酸性しきい値（ＬＴ：Lactate Threshold）を比較した。その結果、図２に示すように、呼気ガスから得られるＡＴ値に対して、汗中乳酸値から得られるＬＴ値は互いに相関がある。したがって、高価且つ操作性の難しい呼気ガス分析装置に変えて、汗中乳酸値を分析する分析装置を用いることにより、安価且つ簡便に呼気ガスと同様の変移点を得ることができる。
　次に、本発明の一実施形態に係る生体分析装置１及びプログラムについて説明する。
　生体分析装置１は、図３に示すように、生体信号取得部１１と、生体信号格納部１２と、変化量算出部１３と、分析部１４と、時刻検出部１５と、運動強度取得部１６と、運動強度格納部１７と、運動強度特定部１８と、出力部１９と、を備える。
　生体信号取得部１１は、例えば、CＰＵが動作することにより実現される。生体信号取得部１１は、生体信号を取得する。生体信号取得部１１は、例えば、図１に示すように、被検体Ｈの分泌物の成分量を電気信号に変換した生体信号をセンサ１００から取得する。生体信号取得部１１は、被検体Ｈの生体からの分泌物に含まれる被測定物質の経時的な変化を生体信号として取得する。本実施形態において、生体信号取得部１１は、被検体Ｈの汗中乳酸値の経時的な変化を生体信号として取得する。
　なお、生体信号取得部１１は、被検体Ｈの状態変移のタイミングを見逃す可能性があることから１０秒以内に１回（０．１Ｈｚ）生体信号を取得するのが好ましい。また、生体信号取得部１１は、プログラムの動作速度や記録媒体の容量の問題から０．０６２５秒以上に１回（１６Ｈｚ）に取得するのが好ましい。上記両方の観点から１秒ごとに１回（１Ｈｚ）生体信号を取得するのがさらに好ましい。
　生体信号格納部１２は、例えば、磁気記録媒体（ハードディスクドライブ等）、半導体メモリ（ＳＳＤ、ＵＳＢメモリ等） 、光学式記憶装置（ＣＤ、ＤＶＤ等）、ＳＤカード等の記録媒体の読取／書込装置、クラウドサーバの記憶領域等である。生体信号格納部１２は、取得された生体信号を格納する。
　変化量算出部１３は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。変化量算出部１３は、取得された生体信号の所定時刻ごとの変化量を算出する。変化量算出部１３は、例えば、取得された生体信号において、所定時刻における前の所定時刻からの変化量を算出する。具体的には、変化量算出部１３は、取得された生体信号において、所定時刻における汗中乳酸値について、前の所定時刻における汗中乳酸値との差分を変化量として算出する。
　分析部１４は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。分析部１４は、算出された変化量について分析する。分析部１４は、例えば、所定以上の変化量を示す汗中乳酸値の変移を検出する。分析部１４は、例えば、図４に示すように、汗中乳酸値が急激に上昇するタイミング（例えば、運動開始から８分強経直後のタイミング）をＬＴ値のタイミングとして取得する。なお、図４において、呼気ガス分析によるＡＴ値は、運動開始後８分のタイミングで現れることがわかっている。
　時刻検出部１５は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。時刻検出部１５は、算出された変化量の所定以上となる時刻を検出する。時刻検出部１５は、例えば、分析部１４によって検出された所定以上の変化量を示す変移に対応する時刻を検出する。具体的には、時刻検出部１５は、分析部１４によって検出された変移を示す所定時刻を検出する。時刻検出部１５は、例えば、該当する変移を示す生体信号を取得した時刻を対応する時刻として検出する。
　運動強度取得部１６は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。運動強度取得部１６は、被検体Ｈに加えられた所定期間の経時的な運動強度を取得する。運動強度取得部１６は、例えば、運動器具（図示せず）から得られる運動強度の情報を取得する。
　運動強度格納部１７は、例えば、磁気記録媒体（ハードディスクドライブ等）、半導体メモリ（ＳＳＤ、ＵＳＢメモリ等） 、光学式記憶装置（ＣＤ、ＤＶＤ等）、ＳＤカード等の記録媒体の読取／書込装置、クラウドサーバの記憶領域等である。運動強度格納部１７は、取得された運動強度の情報を格納する。
　運動強度特定部１８は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。運動強度特定部１８は、検出された時刻に対応する取得された運動強度を特定する。運動強度特定部１８は、例えば、時刻検出部１５によって検出された時刻に対応する時刻を用いて、格納された運動強度の情報から時刻に対応する運動強度を特定する。
　出力部１９は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。出力部１９は、検出された時刻変移点として出力する。また、出力部１９は、特定された運動強度を出力する。
　次に、生体分析装置１の動作の流れについて、図５のフローチャートを参照して説明する。
　まず、生体信号取得部１１は、生体信号を取得する（ステップＳ１）。生体信号取得部１１は、取得した生体信号を生体信号格納部１２に格納する。次いで、運動強度取得部１６は、運動強度を取得する（ステップＳ２）。運動強度取得部１６は、取得した運動強度の情報を運動強度格納部１７に格納する。
　次いで、変化量算出部１３は、生体信号に含まれる汗中乳酸値の変化量を算出する（ステップＳ３）。次いで、分析部１４は、所定以上の変化量を示す汗中乳酸値を検出する（ステップＳ４）。
　所定以上の変化量が検出された場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ６に進む。一方、所定以上の変化量が検出されない場合（ステップＳ５：ＮＯ）、処理は、ステップＳ１に戻る。
　ステップＳ６において、時刻検出部１５は、所定以上の変化を示した時刻を検出する。次いで、運動強度特定部１８は、所定以上の変化を示した時刻に対応する運動強度を特定する（ステップＳ７）。次いで、出力部１９は、検出された時刻と、運動強度とを出力する（ステップＳ８）。
　次いで、処理が終了するか否かが判断される（ステップＳ９）。生体信号の取得が終了する場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、本フローによる処理は、終了する。一方、生体信号の取得が継続する場合（ステップＳ９：ＮＯ）、処理は、ステップＳ１に戻る。
　次に、本実施形態のプログラムについて説明する。
　生体分析装置１に含まれる各構成は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせによりそれぞれ実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。
　プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ(Programmable ROM)、ＥＰＲＯＭ(Erasable PROM)、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ(random access memory）)を含む。また、表示プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
　以上、一実施形態に係る生体分析装置１及びプログラムによれば、以下の効果を奏する。
（１）被検体Ｈから取得された所定期間の生体信号から被検体Ｈの状態変移のタイミングを示す変移点を分析する生体分析装置１であって、生体信号を取得する生体信号取得部１１と、取得された生体信号の所定時刻ごとの変化量を算出する変化量算出部１３と、算出された変化量の所定以上となる時刻を検出する時刻検出部１５と、検出された時刻を変移点として出力する出力部１９と、を備える。
　これにより、生体信号から、被検体Ｈの状態変移について、所定以上の変移のタイミング（変化量の所定以上となる時刻）を容易に取得できる。したがって、生体信号を分析することにより、被検体Ｈの状態変移のタイミングを容易に検出できる。
（２）生体信号取得部１１は、被検体Ｈの生体からの分泌物に含まれる乳酸値の被測定物質の経時的な変化を生体信号として取得することができる。
　この場合、被検体Ｈの生体からの分泌物に含まれる乳酸値の経時的な変化を取得することにより、乳酸性しきい値を得ることが可能なため、被検体Ｈの状態変移のタイミングをリアルタイムに分析することが可能となる。
（３）生体信号取得部１１は、被検体Ｈの汗中乳酸値の経時的な変化を生体信号として取得することができる。
　この場合、汗中乳酸値を用いることにより、呼気ガス分析をする場合に比べ、安価に変移点を検出することができる。また、血中乳酸値を計測する場合に比べ、非侵襲性とすることで、より身体的な負荷を減らして容易に変移点を検出することができる。また、汗中に含まれる乳酸値は他の生体からの分泌物に含まれる乳酸値よりも高いため、被検体Ｈの汗中乳酸値の経時的な変化を取得することにより、他の分泌物から乳酸値を取得した場合よりも効果的な生体信号の変化を捉えることができ、被検体Ｈの状態変移のタイミングをより正確に取得することが可能となる。
　（４）生体信号取得部１１は、被検体Ｈの運動中の汗中乳酸値の経時的な変化を生体信号として取得することができる。
　この場合、運動中は被検体Ｈの発汗が促進されるため、安静時に比べて生体信号を容易に取得することが可能となる。
　（５）生体分析装置１は、被検体Ｈに加えられた所定期間の経時的な運動強度を取得する運動強度取得部１６と、検出された時刻に対応する取得された運動強度を特定する運動強度特定部１８と、をさらに備え、出力部１９は、特定された運動強度を出力することができる。
　この場合、身体状態が変化するタイミングに加えて、身体状態が変化したタイミングに対応する運動強度を容易に出力することができる。
　（６）ここで、被検体Ｈから取得される生体信号は、漸増負荷運動によって得られるようにすることができる。
　この場合、漸増負荷運動を実施することにより、被検体Ｈに加えられた所定時間の運動強度をより定量化することができ、被検体Ｈの状態変移のタイミングをより正確に取得することが可能となる。
　（７）また、被検体Ｈから取得される生体信号は、電気筋肉刺激または電気筋肉刺激と併用した運動によって得られるようにすることができる。
　この場合、被検体Ｈに電気筋肉刺激をかけることにより、通常の運動を実施した場合よりも高い負荷をかけることができ、効果的な生体信号の変化を捉えることができ、被検体Ｈの状態変移のタイミングをより正確に取得することが可能となる。
　（８）また、被検体Ｈから取得される生体信号は、低酸素環境下によって得られるようにすることができる。
　この場合、測定環境を低酸素環境下にすることにより、通常の酸素環境下にて運動を実施した場合よりも高い負荷をかけることができ、効果的な生体信号の変化を捉えることができ、被検体Ｈの状態変移のタイミングをより正確に取得することが可能となる。
　（９）また、被検体Ｈから取得される生体信号は、水中での運動によって得られるようにすることができる。
　この場合、水中での運動を実施することにより、生体信号がアーチファクトや外部環境由来によるノイズの影響の影響を受けづらく、被検体Ｈの状態変移のタイミングをより正確に取得することが可能となる。
　以上、本開示の生体分析装置及びプログラムの好ましい各実施形態につき説明したが、本開示は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
　例えば、上記実施形態において、変化量算出部１３は、生体信号取得部１１が全ての生体信号を取得した後に変化量を算出する場合、所定時刻における汗中乳酸値の変化を示す接線の傾きを算出するようにしてもよい。分析部１４は、所定以上の傾きを示したタイミングを検出るようにしてもよい。
　また、上記実施形態において、生体分析装置１は、被検体Ｈの汗中乳酸値を分析する例を説明したが、これに制限されない。生体分析装置１は、被検体Ｈの血液の光学分析、侵襲性で被検体Ｈに固定されるセンサを用いて得られる生体液（血液や皮下組織液等）、涙、唾液、又は尿の乳酸値を分析してもよい。
　１　生体分析装置
　１１　生体信号取得部
　１３　変化量算出部
　１５　時刻検出部
　１６　運動強度取得部
　１８　運動強度特定部
　１９　出力部
　Ｈ　被検体

Claims (10)

  1. 　被検体から取得された所定期間の生体信号から被検体の状態変移のタイミングを示す変移点を分析する生体分析装置であって、
    　前記生体信号を取得する生体信号取得部と、
    　取得された前記生体信号の所定時刻ごとの変化量を算出する変化量算出部と、
    　算出された変化量の所定以上となる時刻を検出する時刻検出部と、
    　検出された時刻を前記変移点として出力する出力部と、
    を備える生体分析装置。
  2. 　前記生体信号取得部は、前記被検体の生体からの分泌物に含まれる乳酸値の経時的な変化を前記生体信号として取得する請求項１に記載の生体分析装置。
  3. 　前記生体信号取得部は、前記被検体の汗中乳酸値の経時的な変化を前記生体信号として取得する請求項１又は２に記載の生体分析装置。
  4. 　前記生体信号取得部は、前記被検体の運動中の汗中乳酸値の経時的な変化を前記生体信号として取得する請求項１から３のいずれかに記載の生体分析装置。
  5. 　前記被検体に加えられた所定期間の経時的な運動強度を取得する運動強度取得部と、
    　検出された前記時刻に対応する取得された前記運動強度を特定する運動強度特定部と、
    をさらに備え、
    　前記出力部は、特定された前記運動強度を出力する請求項１から４のいずれかに記載の生体分析装置。
  6. 　前記被検体から取得された前記生体信号が、漸増負荷運動によって得られる請求項１から５のいずれかに記載の生体分析装置。
  7. 　前記被検体から取得された生体信号が、電気筋肉刺激または電気筋肉刺激と併用した運動によって得られる請求項１から６のいずれかに記載の生体分析装置。
  8. 　前記被検体から取得された前記生体信号が、低酸素環境下によって得られる請求項１から７のいずれかに記載の生体分析装置。
  9. 　前記被検体から取得された前記生体信号が、水中での運動によって得られる請求項１から８のいずれかに記載の生体分析装置。
  10. 　被検体から取得された所定期間の生体信号から被検体の状態変移のタイミングを示す変移点を分析する生体分析装置としてコンピュータを動作させるプログラムであって、
    　前記コンピュータを、
    　前記生体信号を取得する生体信号取得部、
    　取得された前記生体信号の所定時刻ごとの変化量を算出する変化量算出部、
    　算出された変化量の所定以上となる時刻を検出する時刻検出部、
    　検出された時刻を前記変移点として出力する出力部、
    として動作させるプログラム。
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