トレンド除去

別名:トレンドを除去する, smoothness priors法

スペクトルを計算する前に、拍の間隔の系列からゆっくりしたずれを取り除くこと。そのずれが、最も低い周波数に偽のパワーとして積み上がるのを防ぎます。

数分のあいだ、心拍数が完全に一定に保たれることはまれです。落ち着くにつれてじわじわと下がったり、姿勢を変えると上がったりします。拍と拍の間隔のグラフでは、これは速い呼吸の波の下にある、ゆっくりした傾きやカーブとして現れます。トレンド除去は、このゆっくりした成分を見つけて引き去ります。

最も単純な方法は、直線を引き去ることです。このサイトのHRV計算ツールは、Tarvainen、Ranta-aho、Karjalainen(2002)のsmoothness priors法を使います。これは、データに合わせて曲がるハイパスフィルターのように働き、ずれには追従して、より速いリズムはそのままにします。計算ツールは、平滑化のパラメーターλを500に設定しています。

心拍変動(HRV)にとっての意味。 スペクトルは、系列を速さの異なるリズムに分けます。ずれはすべてのなかで最もゆっくりしたリズムなので、残っていると、 VLF VLFパワー 0.003〜0.04 Hzの帯域にある心拍間隔の分散で、単位はms²です。25秒から5分ごとに繰り返すリズムを表します。少なくとも5分間の記録が必要で、24時間で読むのが最適です。 VLFパワーについてさらに詳しく (超低周波)に偽のパワーとして現れ、 LF LFパワー 心拍間隔の分散のうち0.04〜0.15 Hzの帯域に入る部分で、単位はms²。7〜25秒ごとに繰り返すリズムです。かつては交感神経の活動と読まれましたが、現在は異論があります。 LFパワーについてさらに詳しく (低周波)にも漏れ出します。 RMSSD RMSSD 隣接するNN間隔の差の二乗平均平方根。1拍ごとの心拍間隔が次の拍とどれだけ違うかをミリ秒で表すHRV指標で、主に迷走神経の活動を反映します。 RMSSDについてさらに詳しく 、 NN50 NN50 隣り合うNN間隔の差が50ミリ秒を超える組の数。これを連続する間隔の差の数(間隔の数より一つ少ない)で割ると、pNN50になります。 NN50についてさらに詳しく 、pNN50は、隣り合う拍だけを比べるため、トレンドにほとんど影響されません(ShafferとGinsberg, 2017)。RMSSDが日常的な指標になっているのは、これもその理由の一つです。トレンド除去が強すぎると、実際のゆっくりしたリズムまで取り除いてしまいます。そのため、設定の違う2つのプログラムが、同じ記録について異なるLFパワーを報告することがあります。

トレンドを取り除く

教材用の記録(加工あり)

上:教材用の記録にゆっくりしたふらつきを加えたものと、smoothness priors法で見つけたそのトレンド(破線)です。下:同じ記録からトレンドを取り除いたものです。呼吸の波はそのままで、最も低い周波数にこぼれ込むドリフトだけがなくなっています。

5分間の拍と拍の間隔を示す2つの折れ線グラフです。上のグラフはゆっくり上下にふらつき、そのふらつきに沿って破線のトレンドの線が引かれています。下のグラフは0付近で平らになり、速い呼吸の波だけが残っています。

定常性のページは、トレンド除去が守ろうとする前提を説明しています。

出典

  1. An advanced detrending method with application to HRV analysis IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2002
  2. An Overview of Heart Rate Variability Metrics and Norms Frontiers in Public Health, 2017

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