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情報処理装置、心拍情報取得解析装置、睡眠時無呼吸症候群防止装置、プログラム、記録媒体、及び呼吸間隔算出方法

国内特許コード P07P004563
整理番号 P2005-049
掲載日 2007年4月27日
出願番号 特願2005-288629
公開番号 特開2007-097678
登録番号 特許第4852698号
出願日 平成17年9月30日(2005.9.30)
公開日 平成19年4月19日(2007.4.19)
登録日 平成23年11月4日(2011.11.4)
発明者
  • 高塚 伸太朗
  • 村林 俊
  • 三田村 好矩
出願人
  • 国立大学法人北海道大学
発明の名称 情報処理装置、心拍情報取得解析装置、睡眠時無呼吸症候群防止装置、プログラム、記録媒体、及び呼吸間隔算出方法
発明の概要 【課題】被験者に負担をかけずに、正確な呼吸間隔に関する情報を求めることのできる情報処理装置を実現する。
【解決手段】情報処理装置100は、心拍間隔の時系列データである心拍変動データに対して正弦関数のフィッティングを行うことによって正弦関数の各パラメタの値を求めるフィッティング部12と、求められたパラメタの値に基づいて、呼吸間隔と一致する心拍変動周期を求める呼吸間隔算出部13とを備えている。情報処理装置100は、使用が容易な心電計によって得られる心電図データに基づいて呼吸間隔を算出するため、被験者に負担をかけることがない。また、心拍変動周期を求める際に、心拍変動データの等間隔補間を行わずに直接フィッティングを行うことによって求めるため、補間に起因する情報損失やアーチファクトを排除し、正確な呼吸間隔の情報を得ることができる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


呼吸の調節異常による疾患として、睡眠時無呼吸症候群が挙げられる。睡眠時無呼吸症候群は、一晩の睡眠中に10秒以上の無呼吸が30回以上起こる疾患である。睡眠時無呼吸症候群に罹患すると、眠気によって社会生活に支障をきたすだけでなく、高血圧や不整脈などの疾患をも引き起こすと考えられている。睡眠時に起こる無呼吸を検知するためには、通常、パルスオキシメータによる酸素飽和度や、ひずみゲージ又は加速度センサによる腹部や胸部の動き、鼻腔付近の気流や温度などを計測する必要がある。しかしながら、これらの計測手法は専門家による操作が必要であったり、装置の取り付けが困難であったりすることから、家庭で被験者が容易に利用できるものではない。



ところで、呼吸は心拍変動に影響を及ぼすことが知られている(非特許文献1)。これは、吸気時には副交感神経を遮断し心拍を速めて効率的な酸素運搬を実現することによるもので、呼吸性洞性不整脈と言われている。このことについて詳述すると以下の通りである。



周知のごとく、心臓の働きは、交感神経及び副交感神経によって拮抗的に制御されており、その心拍間隔は絶えず周期的に変動している。ここで、時系列的な心拍間隔の情報から生成した心拍間隔の変動情報(以下「心拍変動情報」という)を周波数解析すると、二つの主要な周波数成分が観察される。その一つは低周波数(LF)成分と呼ばれる0.05~0.15Hzの周波数成分であり、主として交感神経及び副交感神経の活動状態を反映するものである。そして、もう一つは高周波数(HF)成分と呼ばれる0.15~0.45Hzの周波数成分であり、主として副交感神経の活動状態を反映するものである。これらの各周波数成分は自立神経活動を反映しているため、そのスペクトルのパワーが自律神経の活動状況を示す指標として自律神経機能検査などにおいて利用されている。



ここで、心臓迷走神経の出力ニューロンの活動は、呼吸中枢からの干渉により吸気時には抑制され、呼気時には刺激される。その結果、ある程度以上の深さで呼吸を行っていると、心臓迷走神経活動が吸気時に略消失し、呼気時にのみ現れる。従って、上記の2つの周波数成分のうち、高周波数成分は呼吸を反映したもの、すなわち呼吸性洞性不整脈として捉えることができる。



以上のことから、心拍変動情報を周波数解析し、高周波成分を抽出することによって、呼吸の周波数に関する情報を得ることが試みられている。特許文献1,2には、被験者から取得した心拍変動データをスペクトル解析することによって、呼吸の周波数に関する情報を取得する装置が提案されている。この手法によれば、在宅で利用できる心電計を用いて呼吸の周期に関する情報を簡便に取得できるとされている。
【特許文献1】
特開2004-81513号公報(2004年3月18日公開)
【特許文献2】
特開2005-160650号公報(2005年6月23日公開)
【非特許文献1】
井上博編集「循環器疾患と自律神経機能」医学書院、1996年、P.71-109

産業上の利用分野


本発明は、心拍間隔の時系列データである心拍変動データから心拍変動の周期情報を取得する情報処理装置及び呼吸間隔算出方法と、心電図データを取得するとともに上記情報処理装置を用いて心拍変動の周期情報を取得する心拍情報取得解析装置と、さらにはこの心拍情報取得解析装置によって取得した情報に基づいて睡眠時無呼吸症候群を防止する睡眠時無呼吸症候群防止装置とに関するものである。また、本発明は、上記各装置に用いられるプログラム及びこれを記録した記録媒体に関するものでもある。

特許請求の範囲 【請求項1】
心拍間隔の時系列データである心拍変動データに対して所定の形式の関数のフィッティングを行うことによって近似関数を求めるフィッティング部と、
上記近似関数に基づいて、上記心拍間隔の変動の周期情報を求める変動周期算出部と
上記心拍変動データに含まれる複数の極値点を特徴的データとして抽出する特徴的データ抽出部と、
上記特徴的データ抽出部によって特徴的データとして抽出された極値点間の時間の差に基づいて、上記フィッティング部によって上記関数のフィッティングが行われる上記心拍変動データの時間区間である解析区間を決定する区間決定部とを備え、
上記フィッティング部が、上記区間決定部によって決定された解析区間に含まれる上記心拍変動データに対して上記フィッティングを行うことを特徴とする情報処理装置。

【請求項2】
上記解析区間の長さが、上記特徴的データから推定される心拍変動周期の1/2周期分以上であることを特徴とする、請求項に記載の情報処理装置。

【請求項3】
上記特徴的データ抽出部によって特徴的データとして抽出された極値点間の時間の差に基づいて、心拍間隔の変動周期の推定範囲を求める推定周期範囲算出部をさらに備え、
上記フィッティング部及び変動周期算出部が、上記心拍間隔の変動周期を、上記推定周期範囲算出部によって算出された推定範囲内で決定することを特徴とする、請求項又はに記載の情報処理装置。

【請求項4】
上記特徴的データ抽出部が、
上記心拍変動データの極値点を時系列順に選別して特徴的データとして抽出するものであり、
選別対象である極値点を特徴的データとして抽出するか否かを、既に抽出した直前の1又は複数の特徴的データの性質に基づいて決定することを特徴とする、請求項からの何れか1項に記載の情報処理装置。

【請求項5】
上特徴的データ抽出部が、
上記心拍変動データの極大点及び極小点を時系列順に選別して特徴的データとして抽出するものであり、
選別対象である極大点を特徴的データとして抽出するか否かを、既に特徴的データとして抽出した直前の極大点の値と直前の極小点の値との差と、該直前の極小点の値と当該選別対象である極大点の値との差との比較結果に基づいて決定するとともに、
選別対象である極小点を特徴的データとして抽出するか否かを、既に特徴的データとして抽出した直前の極小点の値と直前の極大点の値との差と、該直前の極大点の値と当該選別対象である極小点の値との差との比較結果に基づいて決定することを特徴とする、請求項に記載の情報処理装置。

【請求項6】
上記各部を制御することによって、上記解析区間ごとの心拍間隔の変動の周期情報の決定を時系列順に連続的に行う繰返実行部を備えていることを特徴とする、請求項からの何れか1項に記載の情報処理装置。

【請求項7】
上記変動周期算出部が、上記心拍間隔の変動の周期情報を基に呼吸間隔を求めることを特徴とする、請求項1からの何れか1項に記載の情報処理装置。

【請求項8】
上記所定の形式の関数が正弦関数であることを特徴とする、請求項1からの何れか1項に記載の情報処理装置。

【請求項9】
上記所定の形式の関数が、周波数、振幅、位相、及び直流成分に関するパラメタを有する正弦関数であり、
上記変動周期算出部が、上記近似関数の振幅を基に副交感神経の活動指標を求めるとともに、上記近似関数の直流成分を基に交感神経の活動指標を求めることを特徴とする、請求項に記載の情報処理装置。

【請求項10】
生体から取得された心電図データ又は脈波データを上記心拍変動データに変換するデータ変換部をさらに備えていることを特徴とする、請求項1からの何れか1項に記載の情報処理装置。

【請求項11】
請求項1からの何れか1項に記載の情報処理装置の各部と、
心拍データを上記心拍変動データに変換するデータ変換部と、
上記データ変換部に入力する心拍データを生体から取得する心拍情報取得装置とを備えていることを特徴とする心拍情報取得解析装置。

【請求項12】
請求項1に記載の心拍情報取得解析装置と、
上記心拍情報取得解析装置の変動周期算出部によって求められた心拍間隔の変動の周期情報を閾値と比較する比較部と、
上記比較部による比較結果に応じて指示信号を出力する信号出力部と、
上記信号出力部によって出力された指示信号に応答して、上記心拍データを取得した生体に対して呼吸の誘発を行う呼吸誘発装置とを備えていることを特徴とする睡眠時無呼吸症候群防止装置。

【請求項13】
請求項1から1の何れか1項に記載の置を動作させるためのプログラムであって、コンピュータを上記各部として機能させるためのプログラム。

【請求項14】
請求項1に記載のプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

【請求項15】
心拍間隔の時系列データである心拍変動データに対して所定の形式の関数のフィッティングを行うことによって近似関数を求めるフィッティング工程と、
上記近似関数に基づいて、上記心拍間隔の変動の周期情報を求める変動周期算出工程と
上記心拍変動データに含まれる複数の極値点を特徴的データとして抽出する特徴的データ抽出工程と、
上記特徴的データ抽出工程によって特徴的データとして抽出された極値点間の時間の差に基づいて、上記フィッティング工程によって上記関数のフィッティングが行われる上記心拍変動データの時間区間である解析区間を決定する区間決定工程とを含み、
上記フィッティング工程では、上記区間決定工程によって決定された解析区間に含まれる上記心拍変動データに対して上記フィッティングを行うことを特徴とする呼吸間隔算出方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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出願権利状態 登録
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