JP5593473B2 - 自律神経機能診断装置、生体モニタリングシステムおよびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、自律神経機能についての異常の有無を診断するための自律神経機能診断装置、生体状態を監視するための生体モニタリングシステムおよびプログラムに関する。

現代社会では、社会環境に基づく様々なストレスが増加している。そのため、近年、うつ病、自律神経失調症、起立性調節障害、慢性疲労症候群のような精神的な疾患を抱える患者の増加が大きな社会問題となっている。そして、このような精神的な疾患に陥ると、自律神経が正常に機能しなくなる機能障害が発生する。

自律神経には、主に活性状態の時に機能する交感神経と、主に安静状態の時に機能する副交感神経とがある。生体が安静状態の時には、自律神経の状態が副交感神経優位の状態となり、血圧値、脈拍数は下降する。そして、生体が緊張・活性状態の時には、自律神経の状態は交感神経優位の状態となり、血圧値、脈拍数が上昇する。

自律神経機能が正常な場合には、この交感神経と副交感神経とがバランスを保ちながら交感神経優位の状態と副交感神経優位の状態との間で切り替えが行われる。しかし、自律神経機能が異常になるとこのバランスがくずれてしまい、患者に対して負荷をかけた場合でも適切に自律神経機能が反応しなくなることが知られている。

そのため、被診断者に対して起立試験等の負荷試験を行って自律神経機能の反応を観察することにより、自律神経機能の診断を行うための様々な方法が提案されている（例えば特許文献１〜４参照）。

この特許文献１〜４に記載された従来の診断方法では、心拍数の分散を用いて自律神経機能の評価を行ったり、心電データから得られたＲ波間隔のデータをスペクトル解析して得られたパワースペクトルにおけるＬＦ成分やＨＦ成分を用いて、交感神経の活動度、副交感神経の活動度を測定したり、Ｒ波間隔の変動係数である心電図Ｒ−Ｒ間隔変動係数（ＣＶＲＲ：Coefficient of Variance of R-R intervals）を求めて自律神経機能が正常であるか否かの診断が行われていた。

特開２０１０−３５８９６号公報 特許第４３２７２４３号公報 特許第４４８７０１５号公報 特許第４５１６６２３号公報

しかし、本願の発明者らは、上述したような従来の方法を用いてＬＦ成分やＨＦ成分またはＣＶＲＲをそれぞれ単独で観察しただけでは、自律神経機能の異常の有無を診断できない場合があることに気がついた。つまり、自律神経機能に異常がある可能性が高いと思われる被診断者に対して試験を行っても異常を検出できない場合があることに気がついた。

本発明の目的は、ＬＦ成分やＨＦ成分またはＣＶＲＲを用いただけでは診断することができないような自律神経機能の異常の有無を判定することが可能な自律神経機能診断装置、生体モニタリングシステムおよびプログラムを提供することである。

[自律神経機能診断装置]
上記目的を達成するために、本発明の自律神経機能診断装置は、被診断者の心電を測定する心電測定手段と、
前記被診断者に対する負荷試験を指示する指示手段と、
前記心電測定手段により測定された心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出する算出手段と、
前記指示手段により負荷試験の指示が行われた後に、前記算出手段により算出された直流成分変動係数に基づいて、前記被診断者の自律神経機能についての異常の有無を判定する判定手段と、
前記判定手段における判定結果を表示する表示手段とを備えている。

また、本発明の他の自律神経機能診断装置は、心電測定装置により測定された被診断者の心電データを受け付ける受付手段と、
前記被診断者に対する負荷試験を指示する指示手段と、
前記受付手段により受け付けた心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出する算出手段と、
前記指示手段により負荷試験の指示が行われた後に、前記算出手段により算出された直流成分変動係数に基づいて、前記被診断者の自律神経機能についての異常の有無を判定する判定手段と、
前記判定手段における判定結果を表示する表示手段とを備えている。

本発明によれば、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルのＬＦ成分やＨＦ成分または、心電図Ｒ−Ｒ間隔変動係数ＣＶＲＲだけでなく、直流成分変動係数に基づいて自律神経機能の異常の有無を判定するようにしているので、ＬＦ成分やＨＦ成分またはＣＶＲＲを用いただけでは診断することができないような自律神経機能の異常の有無を判定することが可能になる。

さらに、前記判定手段は、前記算出手段により算出された直流成分変動係数が、前記指示手段により負荷試験の指示を行ってから所定の時間が経過するまでの時間範囲内において、予め設定されたしきい値を越えない場合、前記被診断者に自律神経機能についての異常の可能性があると判定するようにしても良い。

さらに、前記判定手段は、前記算出手段により算出された直流成分変動係数の心電図Ｒ−Ｒ間隔変動係数に対する割合が、前記指示手段により負荷試験の指示を行ってから所定の時間が経過するまでの時間範囲内において、予め設定されたしきい値を越えない場合に、前記被診断者に自律神経機能についての異常の可能性があると判定するようにしても良い。

本発明によれば、被診断者の年齢等の要因により直流成分変動係数の絶対値が変化した場合でも、心電図Ｒ−Ｒ間隔変動係数に対する割合に基づいて診断が行われるため、被診断者の年齢によらずに精度の高い診断を行うことが可能となる。

さらに、前記算出手段は、パワースペクトルの周波数成分における０．０４Ｈｚ以下の領域の積分値である直流成分ＤＣと、Ｒ−Ｒ間隔の平均値ＡＶＲＲから、

という式に基づいて、前記直流成分変動係数を算出するようにしても良い。

さらに、前記算出手段は、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における０．０４〜０．１５Ｈｚの領域の積分値である低周波数成分ＬＦ及び０．１５〜０．４５Ｈｚの領域の積分値である高周波成分ＨＦと、Ｒ−Ｒ間隔の平均値ＡＶＲＲと、心電図Ｒ−Ｒ間隔変動係数ＣＶＲＲとから、

という式に基づいて、前記直流成分変動係数を算出するようにしても良い。

本発明によれば、直流成分変動係数を直接算出するのではなく、比較的短時間の測定で算出可能な心電図Ｒ−Ｒ間隔変動係数ＣＶＲＲ、低周波数成分ＬＦおよび高周波数成分ＨＦから直流成分変動係数を算出するようにしているので、測定時間を長くすることなく直流成分変動係数が算出可能になる。

また、本発明の他の自律神経機能診断装置は、被診断者の脈波を測定する脈波測定手段と、
前記被診断者に対する負荷試験を指示する指示手段と、
前記脈波測定手段により測定された脈波データに基づいて、脈波間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出する算出手段と、
前記指示手段により負荷試験の指示が行われた後に、前記算出手段により算出された直流成分変動係数に基づいて、前記被診断者の自律神経機能についての異常の有無を判定する判定手段と、
前記判定手段における判定結果を表示する表示手段とを備えている。

本発明によれば、被診断者の心電データの替わりに脈波データを測定して直流成分変動係数を算出しているので、被診断者の自律神経機能についての異常の有無を簡便に判定することが可能となる。

[生体モニタリングシステム]
また、本発明の生体モニタリングシステムは、生体の心電を測定する心電測定手段と、
前記心電測定手段により測定された心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された直流成分変動係数を表示する表示手段と、
前記算出手段により算出された直流成分変動係数が予め設定されたしきい値を超えた場合、前記生体に何等かの異常が発生したものと警告する警告手段とを備えている。

また、本発明の他の生体モニタリングシステムは、心電測定装置により測定された被診断者の心電データを受け付ける受付手段と、
前記受付手段により受け付けた心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された直流成分変動係数を表示する表示手段と、
前記算出手段により算出された直流成分変動係数が予め設定されたしきい値を超えた場合、前記生体に何等かの異常が発生したものと警告する警告手段とを備えている。

本発明によれば、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルのＬＦ成分やＨＦ成分または、心電図Ｒ−Ｒ間隔変動係数ＣＶＲＲだけでなく、直流成分変動係数に基づいて生体の異常を監視しているので、ＬＦ成分やＨＦ成分またはＣＶＲＲを用いただけでは検出することができないような被診断者の異常を検出することが可能になる。

また、本発明の他の生体モニタリングシステムは、生体の脈波を測定する脈波測定手段と、
前記脈波測定手段により測定された脈波データに基づいて、脈波間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された直流成分変動係数を表示する表示手段と、
前記算出手段により算出された直流成分変動係数が予め設定されたしきい値を超えた場合、前記生体に何等かの異常が発生したものと警告する警告手段とを備えている。

本発明によれば、被診断者の心電データの替わりに脈波データを測定して直流成分変動係数を算出しているので、被診断者の異常の発生の監視を簡便に行うことが可能となる。

[プログラム]
また、本発明のプログラムは、被診断者の心電を測定するステップと、
測定された心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出するステップと、
負荷試験の指示が行われた後に、算出された直流成分変動係数に基づいて、前記被診断者の自律神経機能についての異常の有無を判定するステップと、
判定結果を表示するステップとをコンピュータに実行させる。

また、本発明の他のプログラムは、被診断者の心電データを受け付けるステップと、
受け付けた心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出するステップと、
負荷試験の指示が行われた後に、算出された直流成分変動係数に基づいて、前記被診断者の自律神経機能についての異常の有無を判定するステップと、
判定結果を表示するステップとをコンピュータに実行させる。

また、本発明の他のプログラムは、生体の心電を測定するステップと、
測定された心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出するステップと、
算出された直流成分変動係数を表示するステップと、
算出された直流成分変動係数が予め設定されたしきい値を超えた場合、前記生体に何等かの異常が発生したものと警告するステップとをコンピュータに実行させる。

また、本発明の他のプログラムは、生体の心電データを受け付けるステップと、
受け付けた心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出するステップと、
算出された直流成分変動係数を表示するステップと、
算出された直流成分変動係数が予め設定されたしきい値を超えた場合、前記生体に何等かの異常が発生したものと警告するステップとをコンピュータに実行させる。

以上、説明したように、本発明によれば、ＬＦ成分やＨＦ成分またはＣＶＲＲを用いただけでは診断することができないような自律神経機能の異常の有無を判定することが可能となるという効果を得ることができる。

本発明の第１の実施形態の自律神経機能診断装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の自律神経機能診断装置の動作を示すフローチャートである。 図１中の心電モニタ１４により測定された心電データの心電波形の一例を示す図である。 Ｒ−Ｒ波間隔をプロットして再サンプリングしたデータに対してスペクトル解析を行って求めたパワースペクトルの一例を示す図である。 直流成分変動係数ＣＣＶ（ＤＣ）を算出するための式を示す図である。 ＣＶＲＲ、ＣＣＶ（ＬＦ）およびＣＣＶ(ＨＦ)から、ＣＣＶ（ＤＣ)を間接的に算出する際の算出処理の流れを示すフローチャートである。 ＣＶＲＲを算出するための式を示す図（図７（Ａ））、およびＣＣＶ（ＬＦ）、ＣＣＶ（ＨＦ）を算出するための式を示す図である（図７（Ｂ））。 ＣＶＲＲ、ＣＣＶ（ＬＦ）およびＣＣＶ（ＨＦ）を用いてＣＣＶ(ＤＣ)を算出可能であることを説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の自律神経機能診断装置における表示装置２２の具体的な表示例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の自律神経機能診断装置における表示装置２２の具体的な別の表示例を示す図である。 本発明の第２の実施形態の生体モニタリングシステムにおける具体的な表示例を示す図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態では、自律神経機能についての異常の有無を診断するための自律神経機能診断装置に対して本願発明を適用した場合について説明する。

図１は本発明の第１の実施形態の自律神経機能診断装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の自律神経機能診断装置は、図１に示されるように、被測定者の心電データを取得するための心電図モニタ１４と、ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５と、判定処理部１６と、制御装置１８と、記憶装置２０と、診断結果を表示するための表示装置２２とから構成されている。

心電図モニタ１４は、被診断者の例えば喉元にマイナス電極を、左脇腹にプラス電極を、右脇腹にボディアースをそれぞれ装着し、心臓の動きを電気信号として得て心電データとして記録する。

ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５は、心電図モニタ１４により測定された心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における０．０４Ｈｚ以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数（ＣＣＶ（ＤＣ）：component coefficient of variance (DC)）を算出する。なお、このＣＣＶ（ＤＣ）の具体的な算出方法については後述する。

判定処理部１６は、制御装置１８から表示装置２２を介して起立指示が行われた後に、ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５により算出されたＣＣＶ（ＤＣ）の値に基づいて、被診断者の自律神経機能についての異常の有無を判定する。具体的には、判定処理部１６は、ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５により算出されたＣＣＶ（ＤＣ）が、制御装置１８により起立試験の指示が行われてから、例えば６０秒というような所定の時間が経過するまでの時間範囲内において、予め設定されたしきい値を越えない場合、被診断者に自律神経機能についての異常の可能性があると判定する。

ここで、自律神経機能についての異常とは、自律神経機能自体に異常がある場合だけでなく、自律神経機能に指示を出す機能に異常があり自律神経機能が正常に働かず自律神経機能に支障をきたすような異常がある場合をも含む。この自律神経機能について異常がある場合とは、具体的には、自律神経失調症、うつ病、起立性調節障害、慢性疲労症候群、迷走神経反射性失神、交感神経亢進失神等様々な場合が考えられる。また、糖尿病による自律神経障害等も自律神経機能についての異常に含まれる。

ただし、ＣＣＶ（ＤＣ）の絶対値は、被診断者の年齢等により大きく変化するため、判定処理部１６は、ＣＣＶ（ＤＣ）の値のＣＶＲＲ（Coefficient of Variance of R-R intervals：心電図Ｒ−Ｒ間隔変動係数）に対する割合が、制御装置１８により起立試験の指示が行われてから所定の時間が経過するまでの時間範囲内において、予め設定されたしきい値を越えない場合に、被診断者に自律神経機能についての異常の可能性があると判定するようにしてもよい。なお、このＣＶＲＲの具体的な算出方法についても後述する。

制御装置１８は、例えばコンピュータからなり、被診断者の心電データの測定が開始された後、表示装置２２を介して被診断者に対して負荷試験を指示し、判定処理部１６によって得られた判定結果を記憶装置２０に記憶し、あるいは表示装置２２に表示する。

具体的には、制御装置１８は、心電図モニタ１４により心電データの測定が開始され、ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５により被診断者の安静時のＣＣＶ（ＤＣ）が測定されＣＣＶ（ＤＣ）算出可能な状態になったと判断すると、表示装置２２を介して被診断者に対して負荷試験として起立試験を行うよう指示し、判定処理部１６により得られた被診断者に自律神経機能の異常の可能性があるか否かの判定結果を表示装置２２に表示する。

また、本実施形態では、制御装置１８は、被診断者に対して起立試験を行う構成であるが、本発明はこれに限定されるものではない。制御装置１８が行う負荷試験として、例えば、被診断者に対して深呼吸を行わせるような負荷試験や、被診断者に対して安静仰臥位から立ち上がらせるような負荷試験など、肉体的または精神的な負荷を被診断者に与える負荷試験であれば、起立試験以外の他の負荷試験を行うような場合でも、本発明は同様に適用可能である。

次に、本実施形態の自律神経機能診断装置の動作を図２を参照して詳細に説明する。図２は本実施形態の自律神経機能診断装置の動作を示すフローチャートである。

まず、初期設定として、診断が開始される前に、被診断者の氏名、年齢、ＩＤ番号、性別、既往歴（糖尿病、血管障害など）等の被診断者情報が制御装置１８に入力される。（ステップＳ１０１）。

そして、診断が開始されると、心電図モニタ１４により被診断者の心電データの測定が行われる（ステップ１０２）。すると、制御装置１８は、被診断者に対して起立指示を行い（ステップＳ１０３）、ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５は、被診断者の起立後に測定された心電データからＣＣＶ（ＤＣ）を算出する（ステップＳ１０４）。

次に、判定処理部１６は、ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５により算出された起立後のＣＣＶ（ＤＣ）の値に基づいて、被診断者の自律神経機能についての異常の有無を判定する（ステップＳ１０５）。

そして、判定処理部１６により得られた診断結果は、制御装置１８により記憶装置２０に格納されるとともに表示装置２２に表示され（ステップＳ１０６）、診断が終了する。

次に、図２のステップＳ１０４示したＣＣＶ（ＤＣ）の算出方法の詳細について説明する。

まずステップＳ１０４において、ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５は、心電図モニタ１４から入力された心電データから心拍変動を算出する。この心拍変動の算出は、図３（Ａ）及図３（Ｂ）に示すように、Ｒ波と次のＲ波との間隔をとってＲ−Ｒ間隔を測定し、次に図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）に示すように、測定したＲ-Ｒ間隔データを後方のＲ波の時間的位置にプロットし、これを補間した後に、等間隔（図３（Ｃ）の点線）で再サンプリングしたデータを作成することにより行う。次に、この再サンプリングしたデータに対してスペクトル分析（周波数変換）を行ってパワースペクトルを求める。このパワースペクトルの一例を図４（Ａ）に示す。この図４において横軸は、周波数であり、縦軸はＰＳＤ（Power spectral density：パワースペクトル密度）である。

ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５は、図４（Ａ）に示したパワースペクトルから、図４（Ｂ）に示すような０．０４Ｈｚ以下の領域の積分値である直流成分ＤＣ（ｍｓ²）を算出する。ここで、直流成分ＤＣとは、具体的には、超低周波数領域（０．０３〜０．０４Ｈｚ）の積分値ＶＬＦおよび極超低周波領域（０．０３Ｈｚ以下）の積分値ＵＬＦを合わせたものである。

なお、低周波成分ＬＦ（ｍｓ²）は、パワースペクトルの周波数成分における０．０４〜０．１５Ｈｚの領域の積分値であり（図４（Ｃ））、高周波成分ＨＦ（ｍｓ²）は、パワースペクトルの周波数成分における０．１５〜０．４５Ｈｚの領域の積分値である（図４（Ｄ））。

そして、ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５は、上記で算出された直流成分ＤＣと、心電データにおけるＲ波の間隔であるＲ−Ｒ間隔の平均値ＡＶＲＲから、図５に示すような計算式に基づいて、ＣＣＶ（ＤＣ）を算出する。

ただし、周波数解析を行う計算方法の種類によっては、低い周波数の計算には長い測定時間が必要となる場合がある。例えば、周波数解析を行う計算方法としてフーリエ変換を用いたような場合、周波数ｆの演算を行うためには、測定時間Ｔ＝１／ｆが必要となる。つまり、測定時間が３０秒の場合、周波数約０．０３３Ｈｚ程度までしか演算できないことになり、０．０４Ｈｚ以下の領域の演算を充分行うためには長時間の測定を行う必要がある。

そのため、ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５は、ＣＣＶ（ＤＣ）を直接算出するのではなく、低周波成分ＬＦ、高周波成分ＨＦと、Ｒ−Ｒ間隔の平均値ＡＶＲＲと、心電図Ｒ−Ｒ間隔変動係数ＣＶＲＲとから、ＣＣＶ（ＤＣ）を算出するようにしてもよい。低周波成分ＬＦ、高周波成分ＨＦの算出には、直流成分ＤＣの算出と比較して短時間の測定時間ですむため、このような算出方法を用いることにより、周波数解析の方法に限定されることなく短い測定時間でＣＣＶ（ＤＣ）を算出することが可能となる。

なお、最大エントロピー法やウェーブレット解析により周波数変換を行えば、測定時間が短い場合でも低周波領域のスペクトル密度を推定することは可能である。

このような方法によりＣＣＶ（ＤＣ）を算出する際のＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５における算出処理の流れを図６のフローチャートに示す。

ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５は、先ず心電データからＣＶＲＲを算出する（ステップＳ２０１）。ＣＶＲＲとは、心拍変動のばらつき度合いを示す指標であり、図３（Ｂ）およびその拡大図である図３（Ａ）に示した心電波形におけるＲ−Ｒ間隔（心電波形のＲ波の頂点の間隔）のばらつき度合いを示す係数である。このＣＶＲＲは、具体的には、図７（Ａ）に示すような式により算出される。この図７（Ａ）に示す式において、ＳＤＲＲとは、Ｒ−Ｒ間隔標準偏差であり、ＡＶＲＲはＲ−Ｒ間隔平均である。

ここで、Ｒ−Ｒ間隔標準偏差とは、例えば、３０秒間という所定期間や１００拍というような心拍の所定回数におけるＲ−Ｒ間隔の標準偏差である。また、Ｒ−Ｒ間隔平均とは、例えば、所定期間や心拍の所定回数におけるＲ−Ｒ間隔の平均である。

次に、ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５は、ＣＣＶ（ＤＣ）を算出したのと同様な方法により、低周波成分変動係数ＣＣＶ（ＬＦ）および高周波成分変動係数ＣＣＶ（ＨＦ）を算出する（ステップＳ２０２、Ｓ２０３）。具体的には、ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５は、パワースペクトルの周波数成分における０．０４〜０．１５Ｈｚの領域の積分値である低周波成分ＬＦ、およびパワースペクトルの周波数成分における０．１５〜０．４５Ｈｚの領域の積分値である高周波成分ＨＦを求め、図７（Ｂ）に示すような計算式によりＣＣＶ（ＬＦ）およびＣＣＶ（ＨＦ）を算出する。なお、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理の順序については、このような順番で算出が行われる必要はなく、どのような順序で行われても良い。

最後に、ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５は、ＣＶＲＲ、ＣＣＶ（ＬＦ）およびＣＣＶ（ＨＦ）から、下記の式に基づいて、直流成分変動係数ＣＣＶ（ＤＣ）を算出する（ステップＳ２０４）。

なお、このような算出方法により直流成分変動係数ＣＣＶ（ＤＣ）が算出可能である理由を以下に説明する。

先ず、Ｒ−Ｒ間隔標準偏差ＳＤＲＲの二乗であるＳＤＲＲ²は、自律神経活動のトータルパワーと等しくなることが知られている。そして、直流成分ＤＣ、低周波成分ＬＦ、高周波成分ＨＦの合計も、このトータルパワーと等しくなる。そのため、図８（Ａ）に示すように、ＳＤＲＲ²は、ＤＣ＋ＬＦ＋ＨＦとほぼ等しくなる。

そして、図８（Ａ）に示した式の両辺をＲ−Ｒ間隔平均ＡＶＲＲの二乗であるＡＶＲＲ²で割ると、図８（Ｂ）に示すような式に変形される。ここで、ＣＶＲＲは、図７（Ａ）に示すようにＳＤＲＲ／ＡＶＲＲであり、ＣＣＶ（ＤＣ）、ＣＣＶ（ＬＦ）、ＣＣＶ（ＨＦ）は、図５、図７（Ｂ）に示すような式により定義されているため、図８（Ｂ）に示す式は、図８（Ｃ）に示すような式に変形することができる。

その結果、直流成分変動係数ＣＣＶ（ＤＣ）は、図８（Ｄ）に示すような式により、ＣＶＲＲ、ＣＣＶ（ＬＦ）およびＣＣＶ（ＨＦ）を用いて算出可能であることが分かる。

次に、直流成分変動係数に基づいて自律神経機能の異常の有無を判定することにより、ＬＦ成分やＨＦ成分またはＣＶＲＲを用いただけでは診断することができないような自律神経機能の異常の有無を判定することができる理由を以下に説明する。

本願の発明者らは、起立試験を行った場合でも、ＬＦ成分やＨＦ成分、ＣＶＲＲだけからだけでは自律神経機能の異常を検出することができない場合があることに気がついた。そして、このような場合でも、自律神経機能が正常な被診断者と異常がある被診断者との間では、交感神経の活動度合いの指標である低周波成分変動係数ＣＣＶ（ＬＦ）の二乗と、副交感神経の活動度合いの指標である高周波成分変動係数ＣＣＶ（ＨＦ）の二乗を合計した値と、ＣＶＲＲの二乗の値とが異なることに気がついた。そして、自律神経機能に異常が無い被診断者では、起立試験を行った場合、このＣＣＶ（ＬＦ）の二乗とＣＣＶ（ＨＦ）の二乗の合計値とＣＶＲＲの二乗の値との間に大きな差が生じるのに対して、自律神経機能に異常がある被診断者では、ＣＣＶ（ＬＦ）の二乗とＣＣＶ（ＨＦ）の二乗の合計値とＣＶＲＲの二乗の値との間には差が生じないことに気がついた。そして、本願の発明者らは、この差が直流成分変動係数ＣＣＶ（ＤＣ）に基づくものであることに気がついた。

起立試験により被診断者に対して負荷をかけた場合、心拍が変動を開始してから立位として安定な心拍に落ち着くまで、個人差はあるものの３０秒から２分程度の時間がかかる。この３０秒間から２分かけて心拍が起立負荷に応答し、その後安定な状態に向う際の心拍変動のゆらぎにおける周波数の範囲は、約０．０３３Ｈｚ〜０．００８Ｈｚに相当する。従って、直流成分変動係数ＣＣＶ（ＤＣ）は、起立という負荷から立位安定までの心拍変動制御全体を示していることになる。そして、起立してから立位安定までの間に、被診断者の心拍が負荷に対して全く応答しない場合には、直流成分変動係数ＣＣＶ（ＤＣ）が全く現れない。

このように、本実施形態の自律神経機能診断装置では、起立してから立位安定に至るまでの心拍変動制御全体を直流成分変動係数ＣＣＶ（ＤＣ）として数値化することにより、負荷に基づいた自律神経応答を測定できるようになった。

なお、交感神経活動の亢進から５秒ほど遅れて発生するメイヤー(Mayer）波と呼ばれる血圧変動のゆらぎがあることが知られている。このメイヤー波の発生機序には、抹消説、中枢説、共鳴説などがあるが、その発生機序はまだ確定されていない。しかし、こうした血圧変動が血管の圧受容体により検知され、さらに遅れた応答が低周波数領域に直流成分変動係数ＣＣＶ（ＤＣ）として現れたのではないかと推量される。

次に、本実施形態の自律神経機能診断装置における表示装置２２の具体的な表示例を図９、図１０に示す。この図９、図１０に示したグラフは、ＣＣＶ（ＤＣ）を直接算出せずに、図６のフローチャートに示したような方法により、ＣＶＲＲ、ＣＣＶ（ＬＦ）およびＣＣＶ（ＨＦ）からＣＣＶ（ＤＣ）を間接的に算出する場合の例である。

先ず、被非診断者の自律神経の状態が正常な場合における測定結果を図９に示す。図９（Ａ）には、ＣＶＲＲ、ＣＣＶ（ＬＦ）、ＣＣＶ（ＨＦ）の測定結果が示されている。そして、図９（Ｂ）には、この図９（Ａ）に示した測定結果を用いて算出したＣＣＶ（ＤＣ）の値が示されている。

この図９に示した例では、測定開始から３分結果後に被診断者に対して起立指示を行い、起立指示を行ってから１分間が経過するまでにＣＣＶ（ＤＣ）の値が５％を越えるか否かに基づいて、被診断者の自律神経機能に異常があるか否かの判定が行われるものとして説明を行なう。図９に示した例では、起立指示から１分以内にＣＣＶ（ＤＣ）の値が５％を越えているため、この被診断者の自律神経機能は正常であると判定される。

次に、被非診断者が軽いうつ病の場合における測定結果を図１０に示す。図９と同様に、図１０（Ａ）には、ＣＶＲＲ、ＣＣＶ（ＬＦ）、ＣＣＶ（ＨＦ）の測定結果が示され、図１０（Ｂ）には、この図１０（Ａ）に示した測定結果を用いて算出したＣＣＶ（ＤＣ）の値が示されている。

この図１０に示した例では、起立指示が行われ被診断者が起立動作を行ったにもかかわらず自律神経が正常に反応していない。そのため、この図１０に示した例では、起立指示から１分が経過するまでにＣＣＶ（ＤＣ）の値が５％を越えることはなく、この被診断者の自律神経機能には何等かの異常があると判定される。

このように、本実施形態の自律神経機能診断装置によれば、直流成分変動係数ＣＣＶ（ＤＣ）に基づいて自律神経機能の異常の有無を判定するようにしているので、ＬＦ成分やＨＦ成分またはＣＶＲＲを用いただけでは診断することができないような自律神経機能の異常の有無を判定することが可能になる。

なお、図９、図１０では、起立指示から１分間が経過するまでにＣＣＶ（ＤＣ）の値が５％を越えれば被診断者の自律神経機能は正常であると判定しているが、ＣＣＶ（ＤＣ）の値があまり大きすぎる場合には、何等かの異常があることも考えられる。そのため、ＣＣＶ（ＤＣ）の値対する上限値を設け、ＣＣＶ（ＤＣ）の値が５％を越えた場合でも、この上限値を超えた場合には、自律神経機能に何等かの異常があると判定するようにしてもよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、生体状態を監視するための生体モニタリングシステムに対して本発明を適用した場合について説明する。

なお、本実施形態の生体モニタリングシステムの構成は、図１に示した第１の実施形態の自律神経機能診断装置の構成と同様であるため、その詳細な説明については省略する。また、本実施形態における直流成分変動係数ＣＣＶ（ＤＣ）の算出方法についても、上記で説明した第１の実施形態における算出方法と同様な算出方法を用いることができるため、その説明は省略する。

本実施形態の生体モニタリングシステムは、例えば、歯科治療中の患者等の生体に異常が発生しないかを監視するために用いられる。本実施形態の生体モニタリングシステムでは、判定処理部１６は、ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５により算出された直流成分変動係数ＣＣＶ（ＤＣ）が予め設定されたしきい値を超えた場合、患者に何等かの異常が発生したものと判定し、制御装置１８が表示装置２２や、音声装置（不図示）等を介して、患者に異常が発生した旨の警告を行う。

本実施形態の生体モニタリングシステムにより測定された測定結果の具体例を図１１に示す。この図１１に示した例では、患者に何等かの異常が発生しているか否かを判定するためのしきい値ｔｈとして７％が設定されているものとして説明する。

図１１に示した例は、監視の患者に脳貧血が発生した際のデータをグラフとして表示したものであり、監視中の患者のＣＣＶ（ＤＣ）の値が監視の途中でしきい値ｔｈを大幅に超えていることがわかる。

このように本実施形態の生態モニタリングシステムによれば、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルのＬＦ成分やＨＦ成分または、心電図Ｒ−Ｒ間隔変動係数ＣＶＲＲだけでなく、直流成分変動係数ＣＣＶ（ＤＣ）に基づいて生体の異常を監視しているので、ＬＦ成分やＨＦ成分またはＣＶＲＲを用いただけでは検出することができないような生体の異常を検出することが可能になる。

[変形例]
なお、上記の実施形態では心電図データを測定するための心電モニタ１４が、本発明の自律神経機能診断装置内部に設けられている場合を説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。心電図モニタ１４を設けることなく、自律神経機能診断装置内部に外部からの心電図データを受け付けるための受付手段を設け、この受付手段が外部から受け付けた心電データからＣＶＲＲを算出するという構成にすることもできる。このような構成にすることにより、自律神経機能診断装置は、心電モニタ１４のような心電測定装置を設ける必要がなくなる。

また、本実施形態では、被診断者の心電データを測定し、その心電データから得られた心電図Ｒ−Ｒ間隔に基づいて自律神経機能についての異常の有無を判定していたが、本発明はこれに限定されるものではない。一般的に心電データを測定するためには複数の電極を被診断者に装着する必要がある。そのため、より手軽で簡便に測定ができるように、簡易的な方法ではあるが、心電データの替わりに被診断者の脈波を測定し、その脈波データから脈波間隔を得て、心電データの場合と同様に周波数解析を行うことによっても、自律神経機能についての異常の有無を判定することが可能である。

具体的には、例えば生体の橈骨動脈に当てられた圧力センサを用いて被診断者の脈波を測定するような脈波測定器を、心電図モニタ１４の替わりに用いるような構成とすることにより、本願発明の自律神経機能診断装置を構成することが可能となる。そして、このような構成の場合には、ＣＣＶ（ＤＣ）算出部１５は、脈波データに基づいて直流成分変動係数を算出することとなる。

また、上記の実施形態では、直流成分変動係数、低周波成分変動係数、高周波変動係数を、それぞれ、ＣＣＶ（ＤＣ）、ＣＣＶ（ＬＦ）、ＣＣＶ（ＨＦ）と標記しているが、文献によってはＣ−ＣＶ（ＤＣ）、Ｃ−ＣＶ（ＬＦ）、Ｃ−ＣＶ（ＨＦ）と標記される場合もある。しかし、これらは標記方法が異なるだけであり同一の値を示すものである。

１４ 心電図モニタ
１５ ＣＣＶ（ＤＣ）算出部
１６ 判定処理部
１８ 制御装置
２０ 記憶装置
２２ 表示装置

Claims (19)

1. 被診断者の心電を測定する心電測定手段と、
   前記被診断者に対する負荷試験を指示する指示手段と、
   前記心電測定手段により測定された心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出する算出手段と、
   前記指示手段により負荷試験の指示が行われた後に、前記算出手段により算出された直流成分変動係数が、前記指示手段により負荷試験の指示を行ってから所定の時間が経過するまでの時間範囲内において、予め設定されたしきい値を越えない場合、前記被診断者に自律神経機能についての異常の可能性があると判定する判定手段と、
   前記判定手段における判定結果を表示する表示手段と、
   を備えた自律神経機能診断装置。
2. 心電測定装置により測定された被診断者の心電データを受け付ける受付手段と、
   前記被診断者に対する負荷試験を指示する指示手段と、
   前記受付手段により受け付けた心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出する算出手段と、
   前記指示手段により負荷試験の指示が行われた後に、前記算出手段により算出された直流成分変動係数が、前記指示手段により負荷試験の指示を行ってから所定の時間が経過するまでの時間範囲内において、予め設定されたしきい値を越えない場合、前記被診断者に自律神経機能についての異常の可能性があると判定する判定手段と、
   前記判定手段における判定結果を表示する表示手段と、
   を備えた自律神経機能診断装置。
3. 被診断者の心電を測定する心電測定手段と、
   前記被診断者に対する負荷試験を指示する指示手段と、
   前記心電測定手段により測定された心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出する算出手段と、
   前記指示手段により負荷試験の指示が行われた後に、前記算出手段により算出された直流成分変動係数の心電図Ｒ−Ｒ間隔変動係数に対する割合が、前記指示手段により負荷試験の指示を行ってから所定の時間が経過するまでの時間範囲内において、予め設定されたしきい値を越えない場合に、前記被診断者に自律神経機能についての異常の可能性があると判定する判定手段と、
   前記判定手段における判定結果を表示する表示手段と、
   を備えた自律神経機能診断装置。
4. 心電測定装置により測定された被診断者の心電データを受け付ける受付手段と、
   前記被診断者に対する負荷試験を指示する指示手段と、
   前記受付手段により受け付けた心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出する算出手段と、
   前記指示手段により負荷試験の指示が行われた後に、前記算出手段により算出された直流成分変動係数の心電図Ｒ−Ｒ間隔変動係数に対する割合が、前記指示手段により負荷試験の指示を行ってから所定の時間が経過するまでの時間範囲内において、予め設定されたしきい値を越えない場合に、前記被診断者に自律神経機能についての異常の可能性があると判定する判定手段と、
   前記判定手段における判定結果を表示する表示手段と、
   を備えた自律神経機能診断装置。
5. 前記算出手段は、パワースペクトルの周波数成分における０．０４Ｈｚ以下の領域の積分値である直流成分ＤＣと、Ｒ−Ｒ間隔の平均値ＡＶＲＲから、
   

   

   という式に基づいて、前記直流成分変動係数を算出する請求項１から４のいずれか１項記載の自律神経機能診断装置。
6. 前記算出手段は、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における０．０４〜０．１５Ｈｚの領域の積分値である低周波数成分ＬＦ及び０．１５〜０．４５Ｈｚの領域の積分値である高周波成分ＨＦと、Ｒ−Ｒ間隔の平均値ＡＶＲＲと、心電図Ｒ−Ｒ間隔変動係数ＣＶＲＲとから、
   

   

   という式に基づいて、前記直流成分変動係数を算出する請求項１から４のいずれか１項記載の自律神経機能診断装置。
7. 被診断者の脈波を測定する脈波測定手段と、
   前記被診断者に対する負荷試験を指示する指示手段と、
   前記脈波測定手段により測定された脈波データに基づいて、脈波間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出する算出手段と、
   前記指示手段により負荷試験の指示が行われた後に、前記算出手段により算出された直流成分変動係数が、前記指示手段により負荷試験の指示を行ってから所定の時間が経過するまでの時間範囲内において、予め設定されたしきい値を越えない場合、前記被診断者に自律神経機能についての異常の可能性があると判定する判定手段と、
   前記判定手段における判定結果を表示する表示手段と、
   を備えた自律神経機能診断装置。
8. 被診断者の脈波を測定する脈波測定手段と、
   前記被診断者に対する負荷試験を指示する指示手段と、
   前記脈波測定手段により測定された脈波データに基づいて、脈波間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出する算出手段と、
   前記指示手段により負荷試験の指示が行われた後に、前記算出手段により算出された直流成分変動係数の脈波間隔変動係数に対する割合が、前記指示手段により負荷試験の指示を行ってから所定の時間が経過するまでの時間範囲内において、予め設定されたしきい値を越えない場合に、前記被診断者に自律神経機能についての異常の可能性があると判定する判定手段と、
   前記判定手段における判定結果を表示する表示手段と、
   を備えた自律神経機能診断装置。
9. 生体の心電を測定する心電測定手段と、
   前記心電測定手段により測定された心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された直流成分変動係数を表示する表示手段と、
   前記算出手段により算出された直流成分変動係数が予め設定されたしきい値を超えた場合、前記生体に何等かの異常が発生したものと警告する警告手段と、
   を備えた生体モニタリングシステム。
10. 心電測定装置により測定された被診断者の心電データを受け付ける受付手段と、
    前記受付手段により受け付けた心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出する算出手段と、
    前記算出手段により算出された直流成分変動係数を表示する表示手段と、
    前記算出手段により算出された直流成分変動係数が予め設定されたしきい値を超えた場合、前記生体に何等かの異常が発生したものと警告する警告手段と、
    を備えた生体モニタリングシステム。
11. 前記算出手段は、パワースペクトルの周波数成分における０．０４Ｈｚ以下の領域の積分値である直流成分ＤＣと、Ｒ−Ｒ間隔の平均値ＡＶＲＲから、
    

    

    という式に基づいて、前記直流成分変動係数を算出する請求項９または１０記載の生体モニタリングシステム。
12. 前記算出手段は、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における０．０４〜０．１５Ｈｚの領域の積分値である低周波数成分ＬＦ及び０．１５〜０．４５Ｈｚの領域の積分値である高周波成分ＨＦと、Ｒ−Ｒ間隔の平均値ＡＶＲＲと、心電図Ｒ−Ｒ間隔変動係数ＣＶＲＲとから、
    

    

    という式に基づいて、前記直流成分変動係数を算出する請求項９または１０記載の生体モニタリングシステム。
13. 生体の脈波を測定する脈波測定手段と、
    前記脈波測定手段により測定された脈波データに基づいて、脈波間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出する算出手段と、
    前記算出手段により算出された直流成分変動係数を表示する表示手段と、
    前記算出手段により算出された直流成分変動係数が予め設定されたしきい値を超えた場合、前記生体に何等かの異常が発生したものと警告する警告手段と、
    を備えた生体モニタリングシステム。
14. 被診断者の心電を測定するステップと、
    測定された心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出するステップと、
    負荷試験の指示が行われた後に、算出された直流成分変動係数が、負荷試験の指示を行ってから所定の時間が経過するまでの時間範囲内において、予め設定されたしきい値を越えない場合、前記被診断者に自律神経機能についての異常の可能性があると判定するステップと、
    判定結果を表示するステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
15. 被診断者の心電データを受け付けるステップと、
    受け付けた心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出するステップと、
    負荷試験の指示が行われた後に、算出された直流成分変動係数が、負荷試験の指示を行ってから所定の時間が経過するまでの時間範囲内において、予め設定されたしきい値を越えない場合、前記被診断者に自律神経機能についての異常の可能性があると判定するステップと、
    判定結果を表示するステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
16. 生体の心電を測定するステップと、
    測定された心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出するステップと、
    算出された直流成分変動係数を表示するステップと、
    算出された直流成分変動係数が予め設定されたしきい値を超えた場合、前記生体に何等かの異常が発生したものと警告するステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
17. 生体の心電データを受け付けるステップと、
    受け付けた心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出するステップと、
    算出された直流成分変動係数を表示するステップと、
    算出された直流成分変動係数が予め設定されたしきい値を超えた場合、前記生体に何等かの異常が発生したものと警告するステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
18. 被診断者の心電を測定するステップと、
    測定された心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出するステップと、
    負荷試験の指示が行われた後に、算出された直流成分変動係数の心電図Ｒ−Ｒ間隔変動係数に対する割合が、負荷試験の指示を行ってから所定の時間が経過するまでの時間範囲内において、予め設定されたしきい値を越えない場合に、前記被診断者に自律神経機能についての異常の可能性があると判定するステップと、
    判定結果を表示するステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
19. 被診断者の心電データを受け付けるステップと、
    受け付けた心電データに基づいて、心電図Ｒ−Ｒ間隔のデータを周波数解析した結果得られるパワースペクトルの周波数成分における一定周波数以下の領域の積分値の変動係数である直流成分変動係数を算出するステップと、
    負荷試験の指示が行われた後に、算出された直流成分変動係数の心電図Ｒ−Ｒ間隔変動係数に対する割合が、負荷試験の指示を行ってから所定の時間が経過するまでの時間範囲内において、予め設定されたしきい値を越えない場合に、前記被診断者に自律神経機能についての異常の可能性があると判定するステップと、
    判定結果を表示するステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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