心拍の呼吸性変動に着目した副交感神経活動のオンライン推定滋賀県立大学大学院二ノ宮創 R波心拍間隔心電図波形 4 2 0 −2 120 1.2 心拍間隔[秒] 1.1 (RRI) 約1秒 1 120 t1 t2 122 124 128 130 心拍の呼吸性呼吸・血圧・体温変動(RSA) により変動する t1 t 2 122 126 124 126 128 130 呼吸周期 2 呼吸波形 0 (約3～6秒) −2 120 122 124 126 128 時間 [秒] 心拍間隔は呼吸に依存して伸縮 130 研究目的・研究目的心拍ゆらぎの呼吸性変動（RSA）を用いて副交感神経活動をリアルタイムに精度良く評価する・研究方法心拍ゆらぎの構成心拍ゆらぎ血圧や体温による変動(0.15Hz以下) 呼吸周期 RSA(0.15Hz～0.40Hz) 1回換気量心拍ゆらぎから血圧・体温による変動を低減し，RSAを精度良く推定 RSAから呼吸周期の影響を低減し，副交感神経活動を精度良く推定呼吸と心拍ゆらぎの関係心拍間隔 1.2 リラックス時（仰臥位）呼吸成分：大呼気時に心拍間隔は長くなる 1.15 1.1 0.8 0.75 0.7 [秒] 1.05 0.65 1 0.6 3 3 2 呼気 1 2 1 呼吸 0 波形−1 −2 緊張時（立位） 0 −1 10秒 −3 吸気 −2 10秒 −3 時間 [秒] 時間 [秒] 副交感神経活動推定の流れ心電図から心拍間隔(RRI)を測定呼吸を測定従来の手法 1呼吸分のRRIの最大値と最小値の差から心拍の呼吸性変動(RSA)を推定 RSAには心拍ゆらぎの体温・血圧による変動が含まれるカルマンフィルタを用いてRSAのトレンド(平均値の時間変化) を推定改善した手法カルマンフィルタを用いて RRIのトレンドを推定 RRIからトレンドを引いた残り (残差)をRSAとして扱う心拍ゆらぎの体温・血圧による変動を低減できるカルマンフィルタを用いて RSAのトレンドを推定改善した手法(RRIのトレンド推定) カルマンフィルタを用いて，心拍ゆらぎの体温・血圧による変動をRRIのトレンドとして推定する 1.3 RRI Trend of RRI 0.15Hz以下 (6.7秒以上) に追従 Trend of RRI [s] 1.25 1.2 体温・血圧による変動を表している 1.15 1.1 1.05 1600 1620 1640 1660 Time [s] 1680 1700 課題負荷実験への適用課題負荷・・・3桁の暗算実験姿勢・・・仰臥位（仰向け）負荷実験開始安静 900[s] 0 実験終了課題 600[s] 900 安静 600[s] 1500 2100 [s] Residue Trend of RRI RRI [s] RRIにカルマンフィルタを適用課題負荷 1.2 1 0.8 0 500 1000 1500 2000 0.15Hz以下の低周波(体温・血圧) 1.2 1 0.8 0 500 1000 1500 2000 0.1 0.15Hz以上の高周波(残差)を RSAとして扱う 0 −0.1 0 500 1000 1500 Time [s] 2000 低周波成分の低減の確認 35 Power spectrum 体温・血圧 30 成分呼吸成分 (RSA) RRI Residue 25 20 15 10 5 0 0 0.1 0.15 0.2 0.3 Frequency [Hz] 0.4 0.5 心拍ゆらぎの低周波成分(体温・血圧による影響)が低減できた RSA Amplitude [s] RSA Amplitude [s] RSA振幅の比較 0.3 課題負荷従来の手法 0.2 0.1 0 0 500 1000 1500 0.3 2000 今回の手法 0.2 0.1 0 0 500 1000 1500 Time [s] 2000 体温・血圧の影響を低減できて，RSA振幅の平均値は小さくできた 0.3 課題負荷 0.2 0.1 Expiratory time [s] RSA Amplitude [s] RSA振幅と呼気時間の関係 0 0 500 1000 1500 2000 500 1000 1500 Time [s] 2000 5 4 3 2 1 0 呼吸周期 RSA振幅一回換気量呼気時間吸気時間 RSA振幅の時間変化が呼気時間の長短によるものか副交感神経活動によるものか明確でない呼気時間とRSA振幅の正規化 0.25 0.25 0.15 RSA 1 = − + 0.15 T T RSA 1 = − T 0.15 0.15 RSA 0.1 0.05 0 0 呼吸周期：3,4,5,6秒・負の線形の傾き・呼気時間の逆数がおよそ1のところで RSA振幅が0 1/T 0.2 RSA1/T 0.2 0.07 + 0.07 T 0.1 0.05 0.5 1 1/Expiratory time (a) Supine 0 0 呼気時間の正規化式 RSA1 = −2RSA0.5 × 0.5 1 1/Expiratory time (b) Standing T 1 + 2RSA0.5 T RSA振幅のトレンド推定結果 RSA Amplitude Smoothing Trend of RSA Trend of RSA[s] 0.25 課題負荷 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 500 1000 1500 Time [s] 2000 リラックス度を表すRSA振幅のトレンドを推定することができた結論・心拍間隔のトレンドを推定することで，心拍ゆらぎに含まれる低周波成分の影響を低減できた・呼気時間の長さを正規化することで， RSA振幅の影響を取り除くことができた