拍の補正
別名:アーチファクト補正, RR間隔の編集, 拍の編集
HRVの計算前に、誤った拍の間隔(見逃した拍、余分な拍、異所性拍動)を見つけて、削除または置き換えること。目安として、補正する拍は5%未満にとどめます。
拍の補正は2つの段階からなります。不良な間隔を見つけ、それを直します。
見つける。 よく使われるルールは、各間隔をその前後の間隔と比べます。たとえばKubiosは、局所平均からの隔たりが閾値を超える間隔に印をつけます。閾値は、「very low」の設定では0.45 sで、そこから0.35、0.25、0.15 sと小さくなり、「very strong」の設定では0.05 sです(Alcantaraら, 2020)。LipponenとTarvainen(2019)は、連続する間隔の差の系列に基づき、記録に合わせて閾値が変わる自動的な方法を作りました。この方法は、実際の異所性拍動の約97%を検出しました。
もっと単純なルールもよく使われます。範囲フィルターは、300〜2,000 msのような妥当な範囲の外にある間隔を除きます。割合のルールは、隣の間隔と約20%を超えて違う間隔に印をつけます。PiskorskiとGuzik(2005)の商フィルターは、隣り合う間隔の比が0.8〜1.2の範囲を外れると、その拍を除きます。このサイトのHRV計算ツールにあるような局所中央値のルールは、隣の間隔の中央値から25%を超えて離れた間隔を除きます。Berntsonら(1990)は、拍ごとの差のばらつきを、その人自身の値から求めて、カットオフを決めました。
直す。 Peltola(2012)は選択肢を整理しています。不良な間隔を削除するか、隣の間隔の平均、隣どうしを結ぶ直線(線形補間)、隣を通る滑らかな曲線(3次スプライン)で置き換えます。拍を見逃した場合には、3つ目の方法があります。2倍になった間隔を2つに分け、失われた拍を元に戻すものです。この方法を、異所性拍動の後の長い休止にけっして使ってはいけません。そこには見逃された拍がないからです。
見た目。 タコグラムでは、よい補正は急なスパイクや落ち込みを取り除き、呼吸によるなだらかな上下を残します。厳しすぎるルールでは、本来の変動の一部まで平らにしてしまいます。
HRVにとっての意味。
- 削除すると、系列から時間が失われます。Peltolaは、削除はRMSSDとpNN50には勧められず、SDNNには許容されうるとし、スペクトルには代わりに補間を使うべきだと報告しています。
- 少しの修正でも、短い測定値は変わります。修正した間隔が5%に満たなくても結果が変わりうるうえ、正常な拍が80%未満の記録を除外する研究も多くあります。Kubiosのガイドは、補間した拍を5%未満にとどめるよう勧めています。
- 設定が厳しいほど、実際の拍まで修正されます。Alcantaraらは、子どもでは「very low」と「very strong」の設定の間でSDNNが平均39 ms違い、「very strong」の設定では子どもの間隔の39%が置き換えられたことを確認しています。
下で不良な拍を1つ加えて、それぞれの方法を試してください。
不良な拍を1つ補正する
教材用の記録(341個の間隔)
印を付けた間隔: 1 個中 341 個
| 指標 | きれい | 不良な拍あり | 補正後 |
|---|---|---|---|
| RMSSD (ms) | 33.4 | 70.2 | 70.2 |
| SDNN (ms) | 28.7 | 51.7 | 51.7 |
| pNN50 (%) | 8.2 | 8.8 | 8.8 |
| LFパワー (ms²) | 120 | 1241 | 1241 |
| HFパワー (ms²) | 635 | 2314 | 2314 |
見逃した拍があると、1つの間隔が前後の約2倍に長くなります。 そのまま残すと、RMSSDは33.4 msから70.2 msに上がり、真の値の2.1倍になります。SDNNの変化はそれより小さくなります。
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教材用の記録の最初の60秒間の拍と拍の間隔を示す折れ線で、仕込んだアーチファクトがスパイクとして現れ、印を付けた間隔に丸が付き、その上に補正後の線が重なっています。表には、きれいな記録、アーチファクトを残したままの記録、補正後の記録について、RMSSD、SDNN、pNN50、LFパワー、HFパワーと、印を付けた間隔の数が並びます。1つ目のボタン群では、見逃した拍、余分な拍、異所性拍動のいずれかを仕込むか、きれいな記録に戻せます。もう1つのボタン群では、補正方法(そのまま残す、削除、前後の平均、線形補間、3次スプライン)を選べます。見逃した拍をそのままにするとRMSSDはおよそ2倍になりますが、どの方法でも数%の差まで戻ります。
HRVの求め方:拍から数値までのレッスンでは、補正の段階全体を順に説明しています。アーチファクトと余分な拍動では、1つの系列を3通りに補正して、補正前後の数値を示しています。
出典
- Role of editing of R–R intervals in the analysis of heart rate variability
- A robust algorithm for heart rate variability time series artefact correction using novel beat classification
- Impact of Using Different Levels of Threshold-Based Artefact Correction on the Quantification of Heart Rate Variability in Three Independent Human Cohorts
- Filtering Poincaré plots
- An approach to artifact identification: application to heart period data