正規化単位（n.u.）

正規化単位は、 LF 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）パワーとHF（高周波）パワーを、二つの合計に対する割合で表すので、LF n.u. + HF n.u. = 100になります。

この指標がある理由

帯域ごとの絶対パワーは、人によって大きく違います。HFが100 ms²の人も3,000 ms²の人もいて、どちらも健康です。1996年、欧州心臓病学会と北米ペーシング・電気生理学会のタスクフォース（Task Force）は、総量の大きさにかかわらず、人や条件を越えて二つの帯域のバランスを比べられるよう、正規化単位を導入しました。その定義では、トータルパワー（TP）からVLFを引いた値で割り、5分間の記録ではこれがLF + HFにあたります。ShafferとGinsbergも同じ考え方で説明しています。各帯域の絶対パワーを、LFとHFの絶対パワーの合計で割るというものです。

計算式

$$\mathrm{LF}_{\mathrm{nu}} = \frac{\mathrm{LF}}{\mathrm{LF}+\mathrm{HF}}\times 100,\qquad \mathrm{HF}_{\mathrm{nu}} = \frac{\mathrm{HF}}{\mathrm{LF}+\mathrm{HF}}\times 100$$

各帯域のパワーを二つの合計で割り、百分率にします。$\mathrm{LF}$と$\mathrm{HF}$は、ms²での絶対パワーです。二つの割合は足すと100になるため、LF n.u.、HF n.u.、LF/HF比は、一つの数値の三通りの書き方です。$\mathrm{LF}/\mathrm{HF} = \mathrm{LF}_{\mathrm{nu}} / \mathrm{HF}_{\mathrm{nu}}$ が成り立ちます。

計算例

リズムを分解する

教材用の記録から5分間

周波数（Hz）ごとのパワー 呼吸

VLFLFHF

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

ULF

24時間分の記録が必要

VLF

3 ms²

LF

120 ms²

HF

635 ms²

トータルパワー

758 ms²

LF n.u.

15.9

HF n.u.

84.1

LF/HF

0.19

ピーク

0.250 Hz, HF

休息十分、1分あたり15回（0.250 Hz）、5分、Welch法（トレンド除去後）。 呼吸のピークはHF帯の0.250 Hzにあり、約0.1 Hzの血圧の波が、LF帯の小さなピークになっています。LF/HFは0.19です。

休息十分 ストレス状態 ドリフトあり 異所性拍動あり

呼吸数 1分あたり15回 記録時間 5分

Welch法（FFT） Lomb–Scargle法

先にトレンドを除去する（smoothness priors法、λ = 500）

JavaScriptをオンにすると操作できます。

0〜0.5 Hzの周波数に対するパワーの折れ線グラフです。VLF帯（0.003〜0.04 Hz）、LF帯（0.04〜0.15 Hz）、HF帯（0.15〜0.4 Hz）に色が付き、呼吸周波数の位置に印があります。表示欄には、ULF、VLF、LF、HF、トータルパワー（ms²）、正規化単位のLFとHF、LF/HF比、ピーク周波数が表示され、何が変わったかを説明する文が続きます。操作は、1分あたり5〜20回の呼吸数スライダー、記録時間スライダー、トレンド除去のチェックボックス、WelchまたはLomb–Scargleのボタン、そして休息十分、ストレス状態、ドリフトあり、異所性拍動ありの記録を選ぶ4つのプリセットボタンです。

教材用の記録の五分間では、LF n.u. = 120 ÷ (120 + 635) × 100 = 15.9、HF n.u. = 84.1です。呼吸を毎分7回まで遅くすると、呼吸のピークがLF帯域に入るため、LF n.u.は99.5に上がります。次にプリセット「ストレス状態」に切り替えると、LF n.u.は39.9と、もっともらしい割合になりますが、その下の絶対パワーは休息時の値の何分の一かに落ちています。Task Force自身が、この理由から、正規化単位を絶対値とあわせて報告するよう助言しています。

何で変わるか

二つの帯域の間でパワーを動かすものすべてです。何よりも呼吸数で、次いで姿勢と圧受容器反射です。Nunanらがまとめた短時間記録の値は、LF n.u.が52 ± 10、 HF HF HFパワー 心拍間隔の分散のうち、通常の呼吸の範囲である0.15〜0.40 Hzの帯域に入る部分で、単位はms²。呼吸が毎分9〜24回のとき、主に迷走神経活動を反映します。 HFパワーについてさらに詳しく n.u.が40 ± 10で、それぞれ別の研究の組からまとめたものなので、二つを足しても100になりません。

誤解しやすい場面

全体の変動の指標として読むと、誤解します。この指標は、設計上その情報を捨てているからです。呼吸が遅いときや速いときも誤解します。そのとき割合が測っているのは呼吸だからです。二つのプログラムで正規化の方法が違う場合も同じです。LF + HFで割る方法、トータルパワーからVLFを引いて割る方法、VLFを含むトータルパワーで割る方法があり、最後の方法は同じ記録からより小さな数値を出します。

どこで目にするか

Task Forceの名称はLF normとHF normで、単位はn.u.です。Kubios HRVは、絶対値、対数、相対値の隣に、LFとHFの「Normalized power」をn.u.で出力します。「バランス」のバーを表示するアプリの多くは、LF n.u.とHF n.u.を並べて描いています。HRVアプリのLF、HF、VLF、nuは何を意味しますか？は、典型的なアプリの画面を読み解きます。