サンプリング周波数

センサーは、心臓を連続して見ているわけではありません。一秒間に何度もスナップショットを撮っていて、サンプリング周波数はその回数です。機器は拍を、撮ったスナップショットのどれかの上にしか置けないので、スナップショットの間の時間が、各拍をどこまで正確に計れるかを制限します。

Quigleyら（2024）は、 心電図 心電図 心電図 皮膚に付けた電極で記録する、心臓の電気的な活動の記録。心電図に基づくRR間隔は、HRVを測るうえでの参照基準です。 心電図についてさらに詳しく （ECG）についての数値を挙げています。1000 HzならR波のピークを約±1 msで計れますが、250 Hzでは約±4 msまでです。1000 Hzを推奨し、それより低い周波数は「とくにHRV指標で」誤差を加えると警告しています。Laborde、Mosley、Thayer（2017）は、研究用の下限を125 Hzとし、呼吸による揺れが小さい場合は500 Hzがより安全だとしています。

心拍変動（HRV）にとって大切な理由。 時間の誤差は間隔に入り込み、RMSSDは一つの間隔から次の間隔への変化から作られるので、その誤差を直接拾います。実際の拍ごとの変化が小さいほど、一定の誤差の影響は大きくなります。スマートフォンのカメラは毎秒約25〜30フレームで記録するため、各拍は最大20 msまで丸められます。ソフトウェアは、サンプルの間を補間して、その一部を取り戻せます。これは、脈波のように、拍の形が複数のサンプルにまたがるときに有効です。

下で試してみてください。周波数を25 Hzにすると、RMSSDが約三分の一高く出ます。脈波に切り替えて補間をオンにすると、誤差の大部分が消えます。

各拍の時刻をどれだけ細かく測るか

教材用の記録（再サンプリング済み）

各拍の直前の間隔（最初の60秒） 780〜980 ms。破線は真の時刻

時間分解能

±0.5 ms

RMSSD（測定値）

33.4 ms

RMSSD（真の値）

33.4 ms

SDNN

28.7 ms

pNN50

8.2 %

1000 Hzでは、各拍の時刻が1ミリ秒単位まで測られます。RMSSDは真の値と一致します。

サンプリング周波数 1000 Hz（1 msごとに1サンプル） 10005002501005025

各拍の形

ECGのスパイク（幅が狭い） 脈波（幅が広い）

サンプル間を補間して、各拍の時刻を精密にする

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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、真の時刻を破線、デバイスが測った時刻を実線で示しています。表示欄には、時間分解能（ミリ秒）、測定したRMSSDと真のRMSSD、SDNN、pNN50が表示されます。スライダーでサンプリング周波数を1000〜25 Hzの範囲で設定でき、2つのラジオボタンで、幅の狭いECGのスパイクか幅の広い脈波かを選べます。チェックボックスで、サンプル間の補間をオンにできます。1000 Hzでは数値が一致します。25 Hzで補間なしの場合、RMSSDは約3分の1高く出ます。

時計やカメラが脈をどう計るかは、PPGガイドとスマートフォンのカメラでHRVは測れる？をご覧ください。