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。

JavaScriptをオンにするとボタンが使えます。

5分間の教材用の記録にある、不良な拍1つです。ルールは、前後の間隔の中央値から250 msを超えて離れた間隔に印を付け、選んだ方法で修復します。補正の前後の数値を、きれいな記録と比べてみてください。

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

  1. Role of editing of R–R intervals in the analysis of heart rate variability Frontiers in Physiology, 2012
  2. A robust algorithm for heart rate variability time series artefact correction using novel beat classification Journal of Medical Engineering & Technology, 2019
  3. Impact of Using Different Levels of Threshold-Based Artefact Correction on the Quantification of Heart Rate Variability in Three Independent Human Cohorts Journal of Clinical Medicine, 2020
  4. Filtering Poincaré plots Computational Methods in Science and Technology, 2005
  5. An approach to artifact identification: application to heart period data Psychophysiology, 1990

用語集の一覧