心弾動測定を用いた肉用牛の心拍間隔自動検出の検討
本研究では、肉用牛の個体ごとの健康管理をより効率的かつ細やかに実施するため、心弾動（BCG: ballistocardiography 、以下、BCGとする）を用いた心拍数および心拍間隔の自動計測システムが構築可能か検証した。ピエゾコンタクトマイクを黒毛和種繁殖雌牛の左胸深部および右側体側部の体表に密着させることで体表振動を電圧に変換し、サンプリング周波数500 Hzにて時系列データの収集を行った。同時に計測した心電図（ECG: electrocardiography、以下、ECGとする）とピエゾコンタクトマイクにより得られた信号を比較した結果、それぞれの計測部位において心拍に対応する電圧値の...
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| Published in | Journal of the Japanese Agricultural Systems Society Vol. 40; no. 1; pp. 1 - 8 |
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| Main Authors | , , , , , , |
| Format | Journal Article |
| Language | Japanese |
| Published |
システム農学会
25.03.2024
|
| Subjects | |
| Online Access | Get full text |
| ISSN | 0913-7548 2189-0560 |
| DOI | 10.14962/jass.40.1_1 |
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| Abstract | 本研究では、肉用牛の個体ごとの健康管理をより効率的かつ細やかに実施するため、心弾動（BCG: ballistocardiography 、以下、BCGとする）を用いた心拍数および心拍間隔の自動計測システムが構築可能か検証した。ピエゾコンタクトマイクを黒毛和種繁殖雌牛の左胸深部および右側体側部の体表に密着させることで体表振動を電圧に変換し、サンプリング周波数500 Hzにて時系列データの収集を行った。同時に計測した心電図（ECG: electrocardiography、以下、ECGとする）とピエゾコンタクトマイクにより得られた信号を比較した結果、それぞれの計測部位において心拍に対応する電圧値の変動を確認した。その後、この電圧値の変動からECGの拍動のピーク波形を示すQRS Complexに対応するピークを検知できるかを検証した。ピエゾコンタクトマイクより得られた波形に対してバタワース特性を持つフィルタ処理を実施した後、ピークを自動検出した結果、左胸深部では20-30 Hz、30-40 Hzおよび40-50 Hz、右側体側部では10-20 Hzおよび30-40 Hzの通過域を設定した際にQRS Complexとピーク数が100±1 %以内で一致した。さらに、得られたピーク間隔とECGから得られる心拍間隔との誤差を評価したところ、左胸深部では30-40 Hzの通過域でフィルタ処理した波形を用いることで3.3 %、右側体側部では15-20 Hzの通過域で5.5 %の誤差率平均となった。なお、ECGのQRS Complexとそれぞれの部位で計測されたピークの遅延時間を評価したところ、左胸深部では33.23 ms、右体側部では264.17 msであった。これは、左胸深部付近が心音を直接取得していることに対して、右側体側部における計測では付近を通る大血管を流れる血流が起こす振動を取得していることを示唆しており、心臓付近に限らない体表から心弾動を計測できることが示された。 |
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| AbstractList | 本研究では、肉用牛の個体ごとの健康管理をより効率的かつ細やかに実施するため、心弾動（BCG: ballistocardiography 、以下、BCGとする）を用いた心拍数および心拍間隔の自動計測システムが構築可能か検証した。ピエゾコンタクトマイクを黒毛和種繁殖雌牛の左胸深部および右側体側部の体表に密着させることで体表振動を電圧に変換し、サンプリング周波数500 Hzにて時系列データの収集を行った。同時に計測した心電図（ECG: electrocardiography、以下、ECGとする）とピエゾコンタクトマイクにより得られた信号を比較した結果、それぞれの計測部位において心拍に対応する電圧値の変動を確認した。その後、この電圧値の変動からECGの拍動のピーク波形を示すQRS Complexに対応するピークを検知できるかを検証した。ピエゾコンタクトマイクより得られた波形に対してバタワース特性を持つフィルタ処理を実施した後、ピークを自動検出した結果、左胸深部では20-30 Hz、30-40 Hzおよび40-50 Hz、右側体側部では10-20 Hzおよび30-40 Hzの通過域を設定した際にQRS Complexとピーク数が100±1 %以内で一致した。さらに、得られたピーク間隔とECGから得られる心拍間隔との誤差を評価したところ、左胸深部では30-40 Hzの通過域でフィルタ処理した波形を用いることで3.3 %、右側体側部では15-20 Hzの通過域で5.5 %の誤差率平均となった。なお、ECGのQRS Complexとそれぞれの部位で計測されたピークの遅延時間を評価したところ、左胸深部では33.23 ms、右体側部では264.17 msであった。これは、左胸深部付近が心音を直接取得していることに対して、右側体側部における計測では付近を通る大血管を流れる血流が起こす振動を取得していることを示唆しており、心臓付近に限らない体表から心弾動を計測できることが示された。 本研究では、肉用牛の個体ごとの健康管理をより効率的かつ細やかに実施するため、心弾動(BCG:ballistocardiography、以下、BCGとする)を用いた心拍数および心拍間隔の自動計測システムが構築可能か検証した。ピエゾコンタクトマイクを黒毛和種繁殖雌牛の左胸深部および右側体側部の体表に密着させることで体表振動を電圧に変換し、サンプリング周波数500Hzにて時系列データの収集を行った。同時に計測した心電図(ECG:electrocardiography、以下、ECGとする)とピエゾコンタクトマイクにより得られた信号を比較した結果、それぞれの計測部位において心拍に対応する電圧値の変動を確認した。その後、この電圧値の変動からECGの拍動のピーク波形を示すQRS Complexに対応するピークを検知できるかを検証した。ピエゾコンタクトマイクより得られた波形に対してバタワース特性を持つフィルタ処理を実施した後、ピークを自動検出した結果、左胸深部では20-30Hz、30-40Hzおよび40-50Hz、右側体側部では10-20Hzおよび30-40Hzの通過域を設定した際にQRS Complexとピーク数が100±1%以内で一致した。さらに、得られたピーク間隔とECGから得られる心拍間隔との誤差を評価したところ、左胸深部では30-40Hzの通過域でフィルタ処理した波形を用いることで3.3%、右側体側部では15-20Hzの通過域で5.5%の誤差率平均となった。なお、ECGのQRS Complexとそれぞれの部位で計測されたピークの遅延時間を評価したところ、左胸深部では33.23ms、右体側部では264.17msであった。これは、左胸深部付近が心音を直接取得していることに対して、右側体側部における計測では付近を通る大血管を流れる血流が起こす振動を取得していることを示唆しており、心臓付近に限らない体表から心弾動を計測できることが示された。 |
| Author | 松尾, 直樹 大石, 風人 内藤, 啓貴 森尾, 吉成 村上, 克介 福島, 嵩彬 兒嶋, 朋貴 |
| Author_xml | – sequence: 1 fullname: 村上, 克介 organization: 三重大学大学院生物資源学研究科 – sequence: 1 fullname: 兒嶋, 朋貴 organization: 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構畜産研究部門 – sequence: 1 fullname: 内藤, 啓貴 organization: 三重大学大学院生物資源学研究科 – sequence: 1 fullname: 福島, 嵩彬 organization: 三重大学大学院生物資源学研究科 – sequence: 1 fullname: 森尾, 吉成 organization: 三重大学大学院生物資源学研究科 – sequence: 1 fullname: 松尾, 直樹 organization: 三重大学大学院生物資源学研究科 – sequence: 1 fullname: 大石, 風人 organization: 京都大学大学院農学研究科 |
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| PublicationDate | 2024/03/25 |
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| PublicationDecade | 2020 |
| PublicationTitle | Journal of the Japanese Agricultural Systems Society |
| PublicationTitleAlternate | システム農学 |
| PublicationYear | 2024 |
| Publisher | システム農学会 |
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| References | Kahankova, R., Kolarik, J., Brablik, J., Barnova, K., Simkova, I., and Martinek, R., 2022, Alternative measurement systems for recording cardiac activity in animals: a pilot study. Animal Biotelemetry, Vol.10, No.15, pp.1-21. 松本佳昭・土本健太郎・田中正吾, 2002, 心音センサを用いた心拍および呼吸の無拘束計測：関数解析的手法による計測, 福祉工学シンポジウム講演論文集, pp. 75-78. 石崎宏, 2012, ウシの飼養環境ストレス応答と免疫状態, 家畜感染症学会誌, Vol. 1, No. 2, pp. 63-70. 荻原健・杉田典大・吉澤誠・本間経康・阿部誠・小原一誠・松岡成己・斎藤功一・後藤厚志, 2014, シート型微小変位センサを用いて推定した心拍数変動の信頼性評価, 生体医工学, Vol. 52, No. 1, pp. 18-24. 飛田和邦・前田祐佳・水谷幸一・岩槻尚斗, 2016, 椅子型心拍モニタリングシステムに関する研究, 福祉工学シンポジウム講演概要集, pp. 383-386. 農林水産省 大臣官房統計部, 2023, 農林水産統計 畜産統計（令和5年2月1日現在）, In https://www.maff.go.jp/j/tokei/kekka_gaiyou/tiku_toukei/r5 Rosenberger, G., 1979, Clinical examination of Cattle, 其田三夫・河田啓一郎（訳）, 1981, 牛の臨床検査診断, 近代出版, p. 127. 前田裕佳・関根正樹・田村俊世・水谷孝一, 2016, 脈波を用いた自律神経機能推定に向けた脈波伝播時間の変動に関する検証, 生体医工学, Vol. 54, No. 6, pp. 261-266. 舘泉雄治・鐘ヶ江正巳, 2020, シート型圧電センサを用いた無拘束での生体信号計測, 日本バーチャルリアリティ学会論文誌, Vol. 25, No. 1, pp. 40-49. 三角一浩・新里健・青木修・瀬戸山健太郎・三浦直樹・柳田宏一・坂本紘, 2001, 肉用牛の輸送ストレスに対する削蹄の効果, 日本獣医師会雑誌, Vol. 54, pp. 837-840. 公益社団法人畜産技術協会, 2011, アニマルウェルフェアの考え方に対応した家畜の飼育管理指針, pp. 21‐38. 鷲巣誠・内野富弥・中村良一, 1973, ウシの心音図に関する研究：Ⅰ 健康牛の心音図, 家畜の心電図, No. 6, pp. 17-26. 児島優稀・大石風人・上西彰悟・内藤啓貴・井上貴詞・永田富治・長瀬祐士・北村祥子・糸山恵理奈・吉岡秀貢・星野洋一郎・熊谷元・広岡博之, 2021, ウシに対する新たな心拍測定手法としての心弾動測定法の検討, システム農学, Vol. 37, No. 1, pp. 1-7. |
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| SubjectTerms | ピエゾコンタクトマイク ピーク自動検出 心弾動 心拍間隔 肉用牛 |
| Title | 心弾動測定を用いた肉用牛の心拍間隔自動検出の検討 |
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