EPI21 Earthquake Prediction Institute for the 21st century

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スポーツジムEPI21)

健康管理システム


心電・血圧計を用いた運動と健康を管理するシステムです。

目次

概要

パソコンに接続する生体信号検出ユニットとソフトの特徴

生体信号検出ユニット

ソフトウエアー

機能1     機能2     機能3     機能4

日々の運動と健康管理

まとめ

特許

システムの写真

システムの画面表示

大動脈圧脈波(大学病院でカテーテルと同時使用)

大動脈圧脈波‐不整脈(大学病院でカテーテルと同時使用)

ECGTの検出

ECGVの検出

心拍リズム変化と自律神経のバランスとの関係

心拍リズム変化の拡大図

心拍リズム変化のD-A平面図表示

心拍リズム変化のD-V平面図表示

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概要

運動前後の、

1)     血圧・脈波・心電情報等の同時観察から得る血流の循環状態(血行動態)と

2)     心拍数(脈拍数)の変化から得る自律神経のバランス状態と

を把握する世界初の運動効果を把握する健康管理システムです。

個人データは、会員番号か名前で管理されたホルダーに、蓄積され、各種器具による適切な有酸素運動効果を把握できます。スポーツジムEpi21での有酸素運動を、適切な血圧値の維持のみならず、健康な自律神経のバランスの維持に利用しましょう。

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このシステムは、()武田エンジニアリング・コンサルタント(http://www.tec21.jp/)により開発された健康管理システムで、Dr.TEC21と呼び、国内外の特許(10件)を取得しています。その模式図です。

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パソコンに接続する生体信号検出ユニットとソフトの特徴

生体信号検出ユニット

血圧測定で利用するカフ(腕帯)と心電波形を収集の電極、もしくは電極が付いたハンドヘルドサイズの検出ユニットからなります。胸部もしくは背中に、検出ユニットを直接置く事もできます。検出ユニットは、ノートブックパソコン等にUSB接続されます。ワイヤレスのBluetooth接続も開発中です。

ソフトウエアー

機能1

カフ圧変動に含まれる生体信号をリアルタイムで画像情報に変換します。

汎用デジタル血圧計を用いた血圧測定と同様に、上腕に巻きつけたカフ(腕帯とゴム袋)を手動、もしくは自動加圧し、血圧測定を開始します。この時、ソフトは、カフ圧力を、デジタル値と水銀血圧計の水銀柱の上下運動として画像表示します。

カフ圧が動脈圧波の最高・最低血圧値付近に近づいた時、カフ圧力の変動から得た物理情報は、特徴あるパターンを描きます。最高血圧値は動脈圧波の山に、そして、最低血圧値は、動脈圧波の谷に相当します。医療機関でカテーテル計測した動脈圧波を、Dr.TEC21に取り込みながら、血圧測定を、図7と図9、に表示しています。この同時測定時に、ソフトは、カフ圧変動から、その加速度・パワー等の物理情報を抽出し、血圧測定の特徴を可視化していきます。従って、聴診器を使用しなくても、これら動脈圧波の山と谷の検出は、このソフトが表示するグラフから容易に観察できるので、正確な血圧値を得ることが可能となります。

聴診器で検出するコロトコフ音は、その発生・消滅は、一般的に、カフ圧が動脈圧波の山に近づいたときコロトコフ音が発生し、谷より下がるとコロトコフ音が消滅します。従って、聴診法ではコロトコフ音の発生、消滅時のカフ圧値(水銀の高さmmHg)をそれぞれ最高、最低血圧値としています。しかし、このようなコロトコフ音の発生と消滅には、数多くの例外と個人差があり、この様な間接測定による血圧測定は不正確になる事が、頻繁に生じます。

一方、医療機関でカテーテルを挿入して得られる大動脈の血圧変動から直接得る血圧測定は正確です。医療機関で、被験者に挿入したカテーテルの圧力値をDr.TEC21に収集しながら同時に血圧測定をしてみると、この装置の間接血圧測定は、カテーテルを用いた直接法と同一の測定値を得ます。即ち、市販の聴診法やオシロメトリック方式を用いた市販デジタル血圧計を用いた測定より精度が高くなっています。

更に、パソコンに取り込んだカフ圧力変動を可視化し、図7と図9に例示してある様に、あなたの血圧値を正確に推定する事もできます。従って、家庭や職場で測った血圧値が頻繁に変化する方は、後述の機能2、3を用いると、医療機関でカテーテルを挿入して得られる大動脈の血圧変動と同等な血圧変動を簡単に推定する事が可能となります。心臓の機械的な運動と電気的な機能をジムで簡単に把握でき、有酸素運動の効果を定量的に評価することも可能になってきます。

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機能2

心臓の筋肉収縮に起因した生体電位変化を波形としてグラフ表示します。

3個の電極と2つのリストバンドで収集した1mVオーダーの生体電位変化を、医療機関の定期健診で馴染み深い心電情報、例えば、左右両手にリストバンドを付けた場合、ECG Iに変換します。波形変換と同時に瞬時心拍数も計測し表示します。Dr.TEC21の独自の方法は、R波を抽出し、それらR−R間隔を計測して瞬時心拍数を算出します。また、リストバンドでは、R波がほとんど出現しないような人の場合でも、瞬時心拍数をリアルタイム検出します。

ハンドヘルドサイズのケースに、電極を配列した装置を胸部等に直接接触させても、心電情報を計測できます。1分、1時間等の任意時間間隔で連続収集も可能となり、運動による自律神経が競合する状況を把握でき、バランスの改善に利用できます。

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機能3

心臓の機械的な運動を推察できる情報に変換します。

カフ圧力変動を動脈の管壁運動情報に変換します。心臓の機械的な運動により作られる血流の圧力脈動は、ほとんどの場合大動脈から上腕へと伝達され、カフ(腕帯)圧力Pcで部分的に拘束されている上腕の動脈血管の管壁運動を誘起し、その運動がカフ圧力Pcの圧力変動を生じさせます。このPc変動が圧力変換器により血行動態と呼ばれる時系列に変換され、心臓の機械運動情報に変換されます。

また血行動態の特徴的なパターンは、40年ほど前に学会報告されていたコロトコフ音の強度分布パターンの臨床研究における症例と全く同様なパターン分類が確認されており、分類された症例、例えば、高血圧症等は薬物療法に頼らずに、適切な運動による症状の改善が期待されています。

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機能4

血圧測定中のカフ圧力変動と生体電位信号の同時表示機能します。

ソフトウエアーを血圧・心電情報同時測定モードにすると、心電情報(例えばECG I)を、血行動態と同時に表示する事ができます。一度の血圧測定から、心臓の電気的及び機械的な機能に関する情報をジムで簡単に把握ができます。

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日々の運動と健康管理

収集保存した日々の血圧値の変動(最高・最低・脈拍等)の集計グラフ及び収集データ(血行動態・ECG・脈波)を参照して、適度な有酸素運動による適切な血圧と体調維持を管理できます。その健康管理と体調維持を会員皆様の間で、お互いに分かち合う事も可能です。

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まとめ

1.   簡単な心電、血圧同時測定に要する時間は、測定準備も含めて1分以内です。

2.   血圧測定中の動脈官壁運動(血行動態)・心電波形の同時計測データや長時間連続計測の心電波形等は、各人のファイルへ自動保存され、簡単にデータベースを構築できます。

3.   長時間連続した心電波形のデータから、心拍変動のリズムも解析できます。自律神経のバランス状態をチェックでき、有酸素運動による自律神経のバランス向上を確認できます。

4.   心房細動、心室未熟収縮、Systolic Murmur等も、簡単に認識でき、大事に至らない前に専門医療機関で診断してもらう事も可能となります。

5.   またかかりつけの医師に、簡潔で豊富な日々のデータ(ファイル保存されたデータをプリントした物)を提供する事で、適切な診断を仰ぐ事も可能と思われます。

6.   ジムの運動前後に、心機能の健康状態をチェックできます。

7.   Dr.TEC21で収集し蓄積した各自の血圧等の生体情報は、テキストもしくはCSVファイルで提供できます。従って、エクセルでグラフ表示でき、自宅や職場での血圧の管理に役立てる事も可能です。

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特許

日本国特許庁、特許公報、第2572275 日本国特許庁、特許公報、第2787143

日本国特許庁、特許公報、第3044228

大韓民国特許 第4398

US Patent No. 5,222,020, US Patent No. 5,425,372, US Patent No. 5,626,141

UK Patent No. GB2241580B, UK Patent No. GB2279752B

French Patent No.9407577

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システムの写真

DrTEC21+B5note

図1. B5サイズノートPC+ウエアーブルタイプのDr.TEC21

自動排気弁付きの手動加圧方式

 

DrTEC21Wearable

図2. ウエアーブルタイプのDr.TEC21(ユニットとカフの一体型)

USB(A−ミニB)ケーブル、心電波形検出用の電極、自動排気弁付きの加圧用ゴム球

 

DrTEC21

図3. DR.TEC21のレギュラータイプ(ユニットとカフのセパレート型)

手動排気弁付きの加圧用ゴム球

 

ECG-OP-b-inBulletTrain

図4. 新幹線内で心電情報収集と心電波形表示例

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システムの画面表示

AtrialF1

図5. 血圧・心電図の同時測定例

 

PVC1

図6. 血圧・心電図の同時測定例

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大動脈圧脈波(大学病院でカテーテルと同時使用)

CathterB

図7. 血圧・心電図・大動脈圧脈波(大学病院でカテーテルと同時使用)

CathterB-Mag

図8. 血圧・心電図・大動脈圧脈波(カテーテル使用)図7の部分拡大図

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大動脈圧脈波不整脈(大学病院でカテーテルと同時使用)

CathterC

図9. 血圧・心電図・大動脈圧脈波(大学病院でカテーテルと同時使用)

CathterC-Mag

10. 血圧・心電図・大動脈圧脈波(カテーテル使用)図9の部分拡大図

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ECGTの検出

ECG I

11. 心電図(ECG I)1分間連続測定例(10mm/1mV と5秒表示画面)

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ECGVの検出

ECG III

12. 心電図(ECG III)1分間連続測定例(1mV/10mm と5秒表示画面)

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心拍リズム変化と自律神経のバランスとの関係

13 Dr.TEC21で計測したジョギング直後の心拍リズム

13の左側に配置してある縦軸は、心拍間隔時間(R-R間隔時間で変位D)、横軸は、累積心拍数(脈拍数)の整数です。この心拍数は、脈を記録した時刻と一意的な関係が成立するので、横軸が、時刻(時間)となります。

13は、ジョギング直後の心拍間隔時間(D = 639msec94拍)から、運動の負荷もほぼ解消したと思われる状態(D = 1005msec60拍)に落ち着く約1時間20分間の様子のグラフ表示です。この表示では、縦軸上の赤色目盛りがDを表示する目盛りとなっています。

そのゼロ点から、上方向がマイナス(Dの減少方向)下がプラス(Dの増加方向)に設定されています。下方にプラスを選択した理由は、心拍間隔時間Dが増加すると心拍数が減少するからです。これは、心拍数表示の慣用的な方法で、下方向が心拍数の減少する方向となります。表示方向の逆転もソフトの設定で可能となります。Dは、心拍(脈)と次の心拍との時間間隔なので、その逆数が瞬時の脈拍数となります。したがって、Dは、心拍数もしくは脈拍数を表していると解釈できます。

グラフ表示した変位D、加速度A、パワーPWは、Physical Wavelet(物理的ウエーブレット)で設定したw5s5のウエーブレットで解析した結果です。加速度Aは、心拍変化を起こしている加速度(力)、パワーは、変化を起こしているエネルギーの変化率です。

上からA(青色)、D(赤色)、PW(黒色)となり、緑色の各グラフはw1s5で得たものです。各自が、簡単に、グラフのプロパティ(Property of Graphics)で設定できます。

Dの値に無関係ですので、緑色表示のDは、生データとなります。この生データの値は、左側に表示してある水銀柱のような計器に表示してある柱(緑色)の高さにも変換表示され、そのD値の変動は、基準位置からの柱の頭の変動に対応します。又、Dの変動値は、その下のデジタルボックスに、msecの単位で表示されます。

又、マウスポインターをDグラフ上に置くと、累積心拍数とD値の読み取りが、メインパネル中央下にあるデジタル数値(5797,970)として表示されます。それは、累積心拍数(pulses)が5797の時、D値が970 msecである事を意味します。

なお、上記、物理的ウエーブレットとは、微分(変化率を求める数学的手段)が適用できない不規則な変化をする緑色の生データ等に、微分適用を可能とする数学的手段です。微分可能となれば、物理の運動法則を使用でき、不規則変化をする自律神経の運動を定量的に評価できます。

この物理的ウエーブレットは、EPI21の理事長(武田文秀)により、その理論と技術が確立され、大地震や巨大地震の予知にも利用されます。

Dr.TEC21の取り扱いと大まかな評価の説明に関しては、スタッフが行います。解析結果の細かい評価につきましては、ご希望があれば、武田文秀が行う事も可能です。この場合、会員様の記録データを基にしたご説明と評価等は、毎月一度実施する「地震予知セミナー」と同様に、開催予定の「運動による健康管理セミナー」で、毎月一度か2か月に一度、ご説明したいと計画しております。

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加速度A(青と緑)のグラフは、左縦軸スケールの-400の位置でA=0(基準位置)となる相対スケール表示です。Dの増減を支配する自律神経活動力を表します。交換、副交感神経活動の釣り合いがとれ、自律神経活動力が見かけ上ゼロとなる状態が、その基準位置となります。Aの増減方向は、Dの基準からのスケール方向と同じです。この12の場合、基準から上方向が、Dを減少させる方向(心拍数を増加させる方向)で、交換神経活動の方が副交感神経活動より活発になり心拍数を増加させようとする力が働いたことになります。下方向は、Dを増加させる方向(心拍数を減少させる方向)で、副交感神経活動の方がより活発で心拍数を下げるように力が働いたことになります。一般的には、Aの増減で表示できる、これら2つの神経活動の競合が心拍変動つまり心拍リズムを生み出します。しかし、呼吸に関連する心拍変動は、副交感神経活動量の増減が、心拍数を減増させるので、Aの増減は、必ずしも交感、副交感の競合に対応しているとは言えません。

心拍間隔時間D(赤)のグラフは、左縦軸の赤色スケール上のゼロで示される基準箇所からの変化量を表示しています。その基準値は639 msecです。

右側に配置した水銀柱の様な計器の縦軸スケール(黒色)は、PW表示のスケールです。Threshold for PW(パワーのしきい値)で設定した50000は、スケール上に、小さな赤色の横バーとして表示されています。もし、PWのレベルが、50000を超えると、しきい値を超えている間(異常であると判定している間)、表示している各グラフ線は、すべて太くなります。瞬時パワーの値は、黒色の水銀柱の高さにも変換しています。その読み取り値は、計器の右横にある、一番下の瞬時パワー表示ボックスにデジタル表示されます。その上のPWmaxPWminのボックスには、パワーPWの最大値と最小値とがそれぞれ表示されます。その最大、最小値は次の2つの場合により異なります。後述の水色の拡張バーを使用してグラフを拡大表示した場合は、その累積心拍数の範囲の、PWの最大値と最小値を表示します。拡大機能を使用しなかった場合は、最初に、最小値が検出された時の最小値とその直前に検出されていた最大値を表示します。これら最大値と最小値は、グラフ表示が終了すると、瞬時パワー表示に使用されていた水銀柱の上下の高さに変換されます。これらの機能は、心拍変動をリアルタイムで監視する時、変動の異常を自動検出するためのもので、通常の心拍変動解析では必要としないかもしれません。また、PWThreshold for PW(パワーのしきい値)を超えて、異常と判定された場合は、瞬時パワー表示ボックス下に赤色のボックスが飛び出し、しきい値を最初に超えた前後のPWの値を赤色表示し、その下の水色ボックスに異常検出した累積心拍数の箇所(値)を表示します。

メインパネルの計器や、ラベル上に、マウスアイコンを移動すると、アイコンは矢印から、矢印に疑問符を伴ったアイコンに変わります。この状態で、しばらくするとアイコンの置かれた要素に関する説明が飛び出してきます。これらの説明でメインパネルの機能と、各ラベルの意味も理解でき、各自の操作も可能となります。

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心拍リズム変化の拡大図

14. 心拍数が150から1650までの間を表示

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心拍リズム変化のD-A平面図表示

15. ジョギング直後、自律神経のバランスの変化に作用する力の推移

力は、黒いウインドウ内のグラフの縦軸の加速度Aで、横軸は脈拍のD

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心拍リズム変化のD-V平面図表示

16. ジョギング直後、自律神経のバランスが変化する様子

変化の速さは、黒いウインドウ内のグラフの縦軸に表示された速度Vで、横軸は脈拍のD

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Last Updated : 2016/06/29 11:40