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Fast calculation of heart rate variability parameters using state space methods and application to a visualisation system for physical fatigue

Research Project

Project/Area Number 18K04219
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21040:Control and system engineering-related
Research InstitutionKisarazu National College of Technology

Principal Investigator

Sawaguchi Yoshihito  木更津工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (50455119)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords生体計測 / 心拍変動 / 不等間隔時系列 / 状態空間フィルタ / 帯域パワー推定 / 安全管理 / 不等間隔サンプリング / 疲労度 / ウェアラブルシステム / 離散化
Outline of Final Research Achievements

In this study, I have proposed a linear filtering method for unevenly sampled time series using the state-space methodology, which is widely used in control engineering. Moreover, I have applied the method to the estimation of heart rate variability indices called LF, HF and VHF, which refer to the sum of specific bandpowers contained in the heartbeat interval time series and showed that the computational burden of the proposed method is much lower than that of the conventional methods for heart rate variability analysis. Focusing on the reflection index of respiration, which is defined as the ratio of these heart rate variability indices and is said to reflect the degree of physical fatigue, I have constructed a fatigue visualization system consisting of wristwatch-type terminals that calculate and transmit this index to a server and a web application that displays the index values of several persons on a web browser.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の主要な成果である不等間隔時系列に対する線形フィルタの適用法は,状態空間法を用いるオブザーバなどにも応用できる.このため心拍変動解析に限らず,必ずしも一定間隔で測定値が得られるとは限らない系の状態推定や制御に有効と言える.また,本研究の成果を大学や民間企業の共同研究者に提供し,消防隊員や海上保安官などの高負荷活動従事者を対象とした安全管理システムを共同開発している.このシステムの実現により高負荷活動従事者の安全性向上が見込め,このような社会的意義のあるシステムへの応用も,本研究の成果のひとつと言える.

Report

(5 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2022 2021 2019 2018

All Presentation (6 results)

  • [Presentation] 心拍変動指標の高速演算・集約表示システムの開発2022

    • Author(s)
      沢口義人
    • Organizer
      スマートライフ学会2022年大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 不等間隔時系列に対する帯域パワー推定法の提案2021

    • Author(s)
      沢口義人
    • Organizer
      第65回システム制御情報学会研究発表講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 呼吸循環代謝指数に基づく消防活動管理システム構築に向けた検討2019

    • Author(s)
      真下大志, 沢口義人, 岸信行, 小副川博通, 岡泰資
    • Organizer
      2019年度日本火災学会研究発表会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] スマートフォンを操作端末とするウェアラブル高強度身体運動記録器の開発2019

    • Author(s)
      横山哲大, 沢口義人
    • Organizer
      令和元年度電気学会東京支部 第10回学生研究発表会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 長期間の心拍変動記録のためのパッチ型装置の開発2019

    • Author(s)
      加藤敦也, 沢口義人
    • Organizer
      令和元年度電気学会東京支部 第10回学生研究発表会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 不等間隔時系列に対する状態空間フィルタによる心拍変動周波数解析の高速化;2018

    • Author(s)
      沢口義人
    • Organizer
      第61回自動制御連合講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2023-01-30  

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