生体信号におけるゆらぎとリズムの臨床医学的意義

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06304056
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 山本 光璋 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (40004618)
• 研究分担者: 八名 和夫 法政大学, 工学部, 教授 (50138244) ; 上野 照剛 東京大学, 医学部, 教授 (00037988) ; 小倉 久直 京都大学, 工学部, 教授 (50025954) ; 佐藤 俊輔 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (60014015) ; 間野 忠明 名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (30023659)
• キーワード: 1 / fゆらぎ / スペクトル / 長時間計測 / 血圧 / 発汗 / 呼吸 / 心拍

研究概要

生体は、その発生から、発達、成長、老化という、非定常な加齢過程の中で、様々な時間スケールのリズムとゆらぎを示す存在である。疾患の治療に当たっては、この非定常性・リズム・ゆらぎという3要素を考慮することが重要であると考えられる。本研究では、同一個体における生体信号を出来うる限り長時間にわたり計測し、解析することにより、診断精度を飛躍的に向上させ、ひいては治療効果を高めるとともに、予防医学への展開の可能性を探ることを目的にしている。
今年度の研究成果を以下にまとめる。
(1)正常被験者の睡眠時の心拍ゆらぎに、10^<-3>〜10^<-2>Hzの帯域において、スペクトルが1/f構造からずれる現象が見出された。これは徐波睡眠中のダイナミクスを反映しているものと考えられた。(2)本態性高血圧患者に関する48時間の血圧計測により夜間の血圧低下率と左室肥大との関係が調べられ、血圧低下率が少ない群との有意な相関が見られた。(3)狭心症における精神性発汗の測定により、各個人における胸痛にともなう精神ストレスの経過観察にこれが有効であることが示された。(4)安静呼吸時胸腔内圧のフラクタル次元を求めたところ、2〜3程度であり、比較的少数自由度の変動であることが示された。(5)統制呼吸を行って心拍ゆらぎとの相関を調べたところ、両振動現象に有意なカップリングの存在が示唆された。(6)ニューラルネットワークを用いて、心拍時系列に含まれた振動成分の非線形度を定量化する解析法を提案した。(7)生体信号に一般にみられる1/fゆらぎする点時系列の一つのモデルとして独立増分過程のレベルクロス点により生成される点時系列の統計的な性質が明らかにされた。
以上のように、生体信号のゆらぎとリズムの、病態との関連や多くの有用な解析法が提案された。これらの成果はいずれも生体信号ゆらぎの臨床医学的な意義を示すものであり、新たに提案された解析法はゆらぎ現象からの情報抽出に少なからず貢献するものである。

研究成果

• [文献書誌] M.Yamamoto: "A further study on 1/f fluctuations in cats interheartbeat intervals." In"Noise in Physical Systems and 1/f fluctuations''Bareikis and katilius eds.,World Scientific. 651-654 (1995)
• [文献書誌] 山本光璋: "ネコの心拍ゆらぎの低周波限界について-第2報-" 第9回ゆらぎ現象研究会論文集. 13-14 (1995)
• [文献書誌] 山本光璋: "動物の心拍1/fゆらぎの超低周波特性について" 信学技術 MBE-95. 59-64 (1995)
• [文献書誌] 山本光璋: "正常被験者における心拍1/fゆらぎからのシフト現象について" 平成7年度電気関係学会東北支部連大予稿集. 93- (1995)
• [文献書誌] M.Yamamoto: "State-dependency of cardio uascular Dynamics during sleep and wakefulness" In"Computer Analysis of cardiovascular Signals"Di Rienzo ed.,IOS Press. 75-80 (1995)
• [文献書誌] M.Yamamoto: "Trajectory Analyses on Time-Varying Multivariate cardiovascular Dynamics Based on a Distance Measure" Proc.17th Ann.Conf.IEEE EMBS. (CD-ROM). 1.2.5.2 (1995)
• [文献書誌] 山本光璋: "非正規性を考慮した心臓血管系ダイナミクスの解析" 第10回生体・生理工学シンポジウム論文集. 345-348 (1995)
• [文献書誌] 佐々木孝夫: "サーカディアンリズムと呼吸器疾患" 臨床と薬物治療. 14. 1114-1118 (1995)
• [文献書誌] 佐々木孝夫: "巧みに喘息を抑え込む" メディカル朝日. 2. 31-34 (1996)
• [文献書誌] 早野順一郎: "心拍変動による動的自律神経反応の分析" 日本麻酔学会誌. 15. 453-457 (1995)
• [文献書誌] J.Hayano: "Lesser vagal with drawal during isometric exercise with age." J.Appl.Physiol.79. 805-811 (1995)
• [文献書誌] 八名和夫: "ランダム呼吸による心拍の呼吸性変動解析" 医用電子と生体工学. 33. 101-108 (1995)
• [文献書誌] K.Yana: "Timedomain methods for characterizing respiratory fluctuations of the heart rate:Liuear stationary,Non-stationary and Non-Linear approach" In“Computer Analysis of Blood pressure and Heart Rate signals"D:Rienzo ed.IOS PRESS. (in press). (1995)
• [文献書誌] T.Toyota: "Gastric myoelectrical activities in elderly human subjects-sueface electrogastographic observations." J.Smooth Muscle Res.31. 43-49 (1995)
• [文献書誌] S.Ueno: "Dynamic behavior of dissolved Oxygen under onagnetic fields." IEEE Trans.on Magnetics. 31. 4259-4261 (1995)
• [文献書誌] 上野照剛: "脳波・脳磁図による視覚認知反応の計測" 日本応用磁気学会誌. 19. 637-640 (1995)
• [文献書誌] 田村康二: "心拍変動の生理的意義" Heart Disease UPDATE. 3. 38-43 (1995)
• [文献書誌] 田村康二: "48時間血圧測定からみた血圧日内変動" CLINICIAN. 42. 101-108 (1995)
• [文献書誌] T.Mano: "Artrial baroreflex gain for muscle sympathetic nerve activity during head-up tilting in humans" Environmental Medicine. 39. 81-84 (1995)
• [文献書誌] T.Mano: "Delayed and diminished pressor response to muscle sympathetic nerreactivity in the eldevly" J.Appl.Physiol.(in press). (1995)
• [文献書誌] T.Yanaga: "Observation of palmar sweating during daily life by newly developed ambulatory palmar sweating monitoring system." Therap.Res.16. 20-23 (1995)
• [文献書誌] 矢永尚士: "冠動脈疾患と精神性発汗" 発汗学. 2. 73-75 (1995)
• [文献書誌] 佐藤俊輔: "心拍リズムと呼吸リズムの相互関係について" 信学技報 MBE95. 9-16 (1995)
• [文献書誌] H.Ogura: "Estimation of wiener kernels of a nonlinear system by means of digital Laguerre filters and their fast algorithm." 1995 IEEE Workshop Nonlinear & Signal & Image Process.855-858 (1995)
• [文献書誌] 小倉久直: "1/f^α雑音のレベルクロス点により生成される点時系列の相関々数とスペクトル" 統計数理研共同研究リポート80,「理工学における不規則現象の解析手法とその応用」. 39-45 (1995)