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健康な人を対象としたストレス誘発型メンタルタスク中の心拍変動特性のモニタリングを目的とした耳たぶに装着したワイヤレスBluetooth光電式センサの検証
Validation of a Wireless Bluetooth Photoplethysmography Sensor Used on the Earlobe for Monitoring Heart Rate Variability Features during a Stress-Inducing Mental Task in Healthy Individuals.
PMID: 32668810 DOI: 10.3390/s20143905.
抄録
心電図（ECG）を用いた心拍変動（HRV）は、ストレス反応のバイオマーカーとして人気を集めています。HRVモニタリングに代わるものとして、光電式容積脈波計（PPG）のような安価で侵襲性のない非侵襲技術が検討されています。本稿では、新しいワイヤレス PPG センサーを用いて、精神的にストレスの多いタスクによって誘発される HRV の変化を検出し、その信号を HRV 解析のための心電図の代替として使用できるかどうかを検証した結果を報告します。PPG センサーと ECG センサーを使用して、安静時と精神的ストレスの多いタスクの間に、ボランティアから同時にデータを収集しました。これらの信号から HRV メトリクスを抽出して比較し、両者の一致を確認し、ストレスの多いタスクによってメトリクスに変化が生じたかどうかを判断しました。両タスクとも、平均拍間間隔、SDNN、LF、SD2 では中程度/良好な一致が見られましたが、pNN50、RMSSD|SD1、HF の各メトリクスでは一致していませんでした。PPG 信号から得られたテストされた HRV メトリクスの大部分は、精神的なタスクによる有意な減少を示しました。特定の HRV 特性間で不一致が見られたため、異なる技術の測定値を比較する際には注意が必要です。それでも、テストしたセンサーは精神的ストレス要因による HRV の変化を検出することに成功しました。
Heart rate variability (HRV), using electrocardiography (ECG), has gained popularity as a biomarker of the stress response. Alternatives to HRV monitoring, like photoplethysmography (PPG), are being explored as cheaper and unobtrusive non-invasive technologies. We report a new wireless PPG sensor that was tested in detecting changes in HRV, elicited by a mentally stressful task, and to determine if its signal can be used as a surrogate of ECG for HRV analysis. Data were collected simultaneously from volunteers using a PPG and ECG sensor, during a resting and a mentally stressful task. HRV metrics were extracted from these signals and compared to determine the agreement between them and to determine if any changes occurred in the metrics due to the stressful task. For both tasks, a moderate/good agreement was found in the mean interbeat intervals, SDNN, LF, and SD2, and a poor agreement for the pNN50, RMSSD|SD1, and HF metrics. The majority of the tested HRV metrics obtained from the PPG signal showed a significant decrease caused by the mental task. The disagreement found between specific HRV features imposes caution when comparing metrics from different technologies. Nevertheless, the tested sensor was successful at detecting changes in the HRV caused by a mental stressor.