JP4568825B2 - Calculation method of parasympathetic nerve activity index - Google Patents

Description

心臓に関わる自律神経系の活動評価のうち、特に副交感神経活動指標の算出方法に関する。 Among the activities evaluation of the autonomic nervous system related to the heart, about the particular method of calculating the parasympathetic activity index.

従来の副交感神経活動指標の算出方法は、身体が定常的な状態にある時に、心電図のＲ波のピーク時間間隔を求め、この間隔から心拍周波数を算出する。この心拍周波数のペクトル分析を行い、このスペクトルの高周波成分（ＨＦ成分）の多寡により副交感神経活動を評価している。この高周波成分とは、呼吸周波数に等しい周波数成分であり、呼吸性洞性不整脈による影響であることが知られている。副交感神経が活発になると、呼吸性洞性不整脈（ＲＳＡ）が顕著になり、心拍周波数が呼吸の影響を強く受けるようになる。 In the conventional parasympathetic activity index calculation method, when the body is in a steady state, the peak time interval of the R wave of the electrocardiogram is obtained, and the heartbeat frequency is calculated from this interval. A spectrum analysis of the heartbeat frequency is performed, and parasympathetic nerve activity is evaluated based on the number of high-frequency components (HF components) of this spectrum. This high-frequency component is a frequency component equal to the respiratory frequency and is known to be an effect of respiratory sinus arrhythmia. When parasympathetic nerves become active, respiratory sinus arrhythmia (RSA) becomes prominent, and the heart rate frequency is strongly influenced by respiration.

これに対して、交感神経活動は、比較的ゆっくりと働くために、この評価には、長時間の安定的な状態が必要である。副交感神経は、素早く働く性質があるが、医学や生理学の分野では、この交感神経活動と共に評価されることが多いため、ほとんど、長時間の安定的な状態でしか議論されなかった。このため、短時間に変動する様子を調べるための副交感神経活動の定量的な指標の算出方法はなかった。 On the other hand, since sympathetic nerve activity works relatively slowly, this evaluation requires a stable state for a long time. Although parasympathetic nerves have the property of working quickly, in the field of medicine and physiology, since they are often evaluated together with this sympathetic nerve activity, they were mostly discussed only in a stable state for a long time. For this reason, there has been no method for calculating a quantitative index of parasympathetic nerve activity for examining changes in a short time.

副交感神経活動は、本来、素早く働く自律神経系の働きであり、その働きを調べるには、短い時間単位で評価する必要がある。しかしながら、これまでは、心拍周波数の揺らぎをスペクトル分析法で評価する方法しかなく、有効なスペクトル解析を行うために、比較的長い時間における平均値的な評価しか出来なかった。
この発明は、上記背景技術の問題点に鑑み点されたもので、一呼吸ごとに、副交感神経活動指標を求めてその評価を可能にする副交感神経活動指標の算出方法を提供することを目的とする。 Parasympathetic nerve activity is inherently a function of the autonomic nervous system that works quickly, and in order to examine its function, it is necessary to evaluate it in short time units. However, until now, there was only a method for evaluating fluctuations in the heartbeat frequency by a spectrum analysis method, and only an average evaluation over a relatively long time could be performed in order to perform an effective spectrum analysis.
The present invention has been made in view of the problems of the background art described above, and an object thereof is to provide a method for calculating a parasympathetic nerve activity index that allows a parasympathetic nerve activity index to be obtained and evaluated for each breath. To do .

心電図から、一心拍毎にＲ波のピーク時間を読みとり、このＲ波のピーク時間から一心拍ごとの心拍周期を求め、この心拍周期から心拍周波数を計算する。このとき、心拍周波数は一心拍ごとに定まるため、時間的に飛び飛びの値となる。この飛び飛びの値の間を補間して、任意の時間における心拍周波数を求める。また、呼吸周期も同時に計測し、一呼吸周期に相当する時間帯を切り出して、この時間帯の心拍周波数の揺らぎとこの呼吸周期との関係を次のように調べる。
この切り出した時間帯は、そのときの一呼吸に要した時間で、その逆数は呼吸周波数である。この時間帯における心拍周波数の変動成分のうち、この呼吸周波数と等しい周波数成分のパワーを計算する。そして、計算されたパワーを一呼吸時間における副交感神経活動指標とする。 From the electrocardiogram, the peak time of the R wave is read for each heartbeat, the heartbeat cycle for each heartbeat is obtained from the peak time of the R wave, and the heartbeat frequency is calculated from this heartbeat cycle . At this time, since the heartbeat frequency is determined for each heartbeat, it becomes a jump value in time. By interpolating between the jump values, the heart rate frequency at an arbitrary time is obtained. The respiratory cycle is also measured at the same time, a time zone corresponding to one respiratory cycle is cut out, and the relationship between the fluctuation of the heart rate frequency in this time zone and this respiratory cycle is examined as follows.
This cut-out time zone is the time required for one breath at that time, and its reciprocal is the breathing frequency. Of the fluctuation components of the heart rate frequency in this time zone, the power of the frequency component equal to the respiration frequency is calculated. The calculated power is used as an index of parasympathetic nerve activity during one breathing time.

この発明の副交感神経活動指標の算出方法は、副交感神経活動は身体の特定の器官に一種のリラックス状態を与える働きがあることを利用して、身体のリラックス状態の評価を可能とするものである。また、この神経活動は迅速に働く特徴があり、この活動を一呼吸毎に評価できれば、健康器具等を使用したときの身体へのリラックス効果の評価が可能となる。この他、人にリラックス感を与えることを目的とした商品の効能について、副交感神経活動から見た評価が可能となる。 The parasympathetic nerve activity index calculation method according to the present invention makes it possible to evaluate the relaxed state of the body by utilizing that parasympathetic nerve activity has a function of giving a kind of relaxed state to a specific organ of the body. . In addition, the neural activity has quickly work features, if you can evaluate this activity every single breath, it is possible to evaluate the relaxing effect on the body when using health equipment and the like. In addition, it is possible to evaluate the efficacy of products aimed at giving people a sense of relaxation from the viewpoint of parasympathetic activity.

本発明は、一呼吸毎に副交感神経活動を評価することができることから、使用時の副交感神経活動の状況を計測することができる。また、これらのデータを蓄積することにより、副交感神経活動の年齢的な特性や、個人特有のパターンなどが明らかになり、これを踏まえた適切なサービスをフィードバックさせることができる。
具体的な例としては、呼吸開始時間を計測する装置器具を有し、Ｒ波のピーク時間を何らかの方法で計測できる装置を有する製品を開発することにより、一呼吸ごとに副交感神経活動を評価する機能を持たせることが出来る。副交感神経活動は、一種のリラックス状態を評価する指標でもあるので、このような製品を利用している時のリラックス状態を評価して、この時の心身の状態に適した身体刺激を与える機能を持つ製品を開発することができる。このとき、利用者の年齢や病歴などを事前に考慮して装置を調整する必要がある。 Since this invention can evaluate a parasympathetic nerve activity for every respiration, the condition of the parasympathetic nerve activity at the time of use can be measured. Also, by accumulating these data, the age-related characteristics of parasympathetic nerve activity, individual-specific patterns, etc. are clarified, and appropriate services based on this can be fed back.
As a specific example, parasympathetic nerve activity is evaluated for each breath by developing a product having a device that measures the respiratory start time and having a device that can measure the peak time of the R wave by some method. Can have a function. Parasympathetic nerve activity is also an index for evaluating a kind of relaxed state, so it has a function that evaluates the relaxed state when using such a product and gives physical stimulation suitable for the state of mind and body at this time. You can develop the products you have. At this time, it is necessary to adjust the apparatus in consideration of the age and medical history of the user in advance.

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。呼吸性洞性不整脈は吸気中に心拍周波数が多くなり、呼気中に心拍周波数が小さくなる現象である。
図１は心電図と呼吸の計測結果を示したものである。呼吸開始は、吸気からはじまり、グラフに表示された呼吸曲線の値が極小となった時間であり、吸気は次の呼吸曲線が極大となったところで終了する。この時点から呼気が開始され、次の曲線が極小値になる時刻に呼気が終了する。これが、１呼吸のサイクルである。
図１から分かるように、吸気時のＲ波は、ピーク同士の間隔が狭く、呼気時のＲ波は、ピーク同士の間隔は広くなっている。この現象が呼吸性洞性不整脈である。この現象を定量的に算出するために、Ｒ波のピーク同士の中点に心拍周波数プロットする。心拍周波数は、Ｒ波のピーク同士の間隔から算出される。この心拍周波数は黒点で表したように飛び飛びの値となるが、図２のように、この黒点の間にスプライン補間を行うと、心拍周波数の変動を、連続的に表すことができる。 Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples. Respiratory sinus arrhythmia is a phenomenon in which the heart rate frequency increases during inspiration and the heart rate frequency decreases during expiration.
FIG. 1 shows electrocardiogram and respiration measurement results. The start of respiration starts from inspiration and is the time when the value of the respiration curve displayed on the graph becomes a minimum, and inspiration ends when the next respiration curve becomes maximum. Expiration starts from this point, and expires at the time when the next curve reaches a minimum value. This is a cycle of one breath.
As can be seen from Figure 1, R-wave during inspiration, narrow interval between the peaks, R-wave during expiration, the interval between the peaks is wider. This phenomenon is respiratory sinus arrhythmia. In order to quantitatively calculate this phenomenon , the heart rate frequency is plotted at the midpoint between the peaks of the R wave. The heartbeat frequency is calculated from the interval between the peaks of the R wave. The heartbeat frequency is a jump value as represented by black dots. However, if spline interpolation is performed between the black dots as shown in FIG. 2, fluctuations in the heartbeat frequency can be represented continuously.

次に、この求めた心拍周波数と呼吸との相関性を次のように計算する。心拍周波数成分は一呼吸の間にも変化している。この変化している心拍周波数は、色々な周波数成分を持っている。このうち、この一呼吸に対応する呼吸周期の逆数を呼吸周波数として計算し、そのパワーを心拍周波数と呼吸の相関性を示す値とする。図３に示すように、このように計算された相関性を副交感神経活動の強さとする。 Next, the correlation between the obtained heartbeat frequency and respiration is calculated as follows. The heart rate frequency component changes during one breath. This changing heart rate frequency has various frequency components. Among them, the inverse of the breathing cycle that corresponds to the single breath was calculated as the breathing frequency, a value indicating the correlation between respiration and the power and the heartbeat frequency. As shown in FIG. 3, the correlation calculated in this way is defined as the strength of parasympathetic nerve activity.

今日、健康効果を持つ製品や、ストレス状態におかれた人に何らかの癒しをもたらす製品が注目されている。しかしながら、健康状態は、年齢や病歴などの個人の特性が関わる部分が大きい。また、ストレス状態に対する対処法の種類は、個人の特性のほか、その時の生理的な状態によって微妙に異なる。
この発明は、人間の生理学的な知見をデータベース化して、これとコンピューター制御技術とを組み合わせることにより、個人の特性や、使用するときの状態に合わせた個別的なサービスを提供できる可能性がある。 Today, products with health benefits and products that bring some kind of healing to people in stress are drawing attention. However, the health condition is largely related to individual characteristics such as age and medical history. Moreover, the kind of the coping method with respect to a stress state is slightly different according to the physiological state at that time besides an individual characteristic.
This invention has a possibility of providing individual services according to individual characteristics and conditions when used by creating a database of human physiological knowledge and combining it with computer control technology. .

呼吸性洞性不整脈（ＲＳＡ）の内容を示すグラフである。呼吸性洞性不整脈とは、吸気時に、心拍が早くなり、呼気時に心拍が遅くなる生理現象のことである。 It is a graph which shows the content of respiratory sinus arrhythmia (RSA). Respiratory sinus arrhythmia is a physiological phenomenon in which the heart beats faster during inspiration and slows during exhalation. 心電図から、心拍周波数を計算する方法を示すグラフである。隣合うＲ波のピークから、心拍周期を算出して、このＲ波の中間地点の心拍周波数を計算する。これらの飛び飛びの値をスプライン補間して、任意の時間での心拍周波数を求める。 It is a graph which shows the method of calculating a heart rate frequency from an electrocardiogram. The heartbeat period is calculated from the peak of the adjacent R wave, and the heartbeat frequency at the midpoint of this R wave is calculated. These jump values are spline interpolated to obtain the heart rate frequency at an arbitrary time. 副交感神経を評価する方法を示すグラフである。心拍周波数と呼気量比曲線との関係から、呼吸性洞性不整脈を定量的に評価している。 It is a graph which shows the method of evaluating a parasympathetic nerve. Respiratory sinus arrhythmia is quantitatively evaluated from the relationship between heart rate frequency and expiratory volume ratio curve.

Claims (1)

一心拍毎の心拍周期を求め、この心拍周期から心拍周波数を算出し、この心拍周波数の値の時間軸方向の間を補間して、任意の時間における心拍周波数を求め、同時に呼吸周期も計測し、一呼吸周期に相当する時間帯毎に、この時間帯の前記補間した心拍周波数の値の変動を示す波形について、前記呼吸周期から求めた呼吸周波数と等しい周波数成分のパワーを計算し、計算されたパワーを一呼吸の時間帯における副交感神経活動指標とすることを特徴とする副交感神経活動指標の算出方法。 Obtain the heartbeat cycle for each heartbeat, calculate the heartbeat frequency from this heartbeat cycle, interpolate between the heartbeat frequency values in the time axis direction, find the heartbeat frequency at any time, and simultaneously measure the respiratory cycle For each time zone corresponding to one breathing cycle, the power of the frequency component equal to the breathing frequency obtained from the breathing cycle is calculated for the waveform indicating the fluctuation of the interpolated heartbeat frequency value in this time zone. The parasympathetic nerve activity index is calculated by using the measured power as a parasympathetic nerve activity index in a breathing time zone .

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