JP2017225808A - Heart rate variability analyzer and heart rate variability detection method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、心拍変異度の検出及び分析に関するものであって、より詳しくは、心拍変異度分析装置及びそれを利用した心拍変異度検出方法に関するものである。 The present invention relates to detection and analysis of heart rate variability, and more particularly to a heart rate variability analyzer and a heart rate variability detection method using the same.
自律神経系は臓器の機能と物質の代謝を調節し、体内外の環境要因の変化に対して適切な均衡を図ることで生命維持活動及び体内恒常性の維持に関わる。自律神経系は様々な精神疾患、身体疾患、及びストレス性疾患に関わる。よって、自律神経系の状態を分析することで環境的なストレスを評価することができる。心拍変異度の分析は、交感神経及び副交感神経の状態を定量的に評価する。 The autonomic nervous system regulates organ function and metabolism of substances, and is involved in the maintenance of life support activities and body homeostasis by achieving an appropriate balance against changes in environmental factors inside and outside the body. The autonomic nervous system is involved in various mental illnesses, physical illnesses, and stressful illnesses. Therefore, environmental stress can be evaluated by analyzing the state of the autonomic nervous system. The analysis of heart rate variability quantitatively evaluates sympathetic and parasympathetic states.
心拍変異度の分析方法は、時間領域分析方法及び周波数領域分析方法を含む。時間領域分析方法は、QRS波の時間間隔に基づいて心拍変異度を分析する方法である。例えば、時間領域分析方法はSDN、NSDAN、NRMSS、DNN50、pNN50などがある。時間領域分析方法は計算が容易であるが、交感神経系及び副交感神経系の活性度を区分するか、自律神経系の均衡性を定量化して示すことができない短所がある。 The analysis method of the heart rate variability includes a time domain analysis method and a frequency domain analysis method. The time domain analysis method is a method of analyzing the heart rate variability based on the time interval of the QRS wave. For example, time domain analysis methods include SDN, NSSAN, NRMSS, DNN50, and pNN50. Although the time domain analysis method is easy to calculate, there is a disadvantage that the activity of the sympathetic nervous system and the parasympathetic nervous system cannot be differentiated or the balance of the autonomic nervous system cannot be quantified.
一方、周波数領域分析方法は心拍変異度の周波数帯域別の特性を検出し、該当帯域のパワー値を評価する方法である。周波数領域分析方法は、交感神経及び副交感神経に関わる自律神経系の均衡性を定量化して示すことができる。よって、周波数領域を分析するための心拍変異度分析装置及びその方法に対する要求が持続的に提起されている。 On the other hand, the frequency domain analysis method is a method for detecting the characteristics of the heart rate variability for each frequency band and evaluating the power value of the corresponding band. The frequency domain analysis method can quantify and show the balance of the autonomic nervous system related to the sympathetic nerve and the parasympathetic nerve. Therefore, there is a continuous demand for a heart rate variability analyzer and method for analyzing the frequency domain.
本発明は、心拍変異度の周波数領域を精密に分析することができる心拍変異度分析装置及びそれを利用した心拍変異度検出方法を提供する。 The present invention provides a heart rate variability analyzer capable of precisely analyzing the frequency domain of heart rate variability and a heart rate variability detection method using the same.
本発明の実施例による心拍変異度分析装置は、コンバータ、R−ピーク検出部、周波数変換部、及び心拍変異度分析部を含む。 The heart rate variability analyzer according to the embodiment of the present invention includes a converter, an R-peak detector, a frequency converter, and a heart rate variability analyzer.
コンバータは、QRS波を含むアナログ心電図信号を受信してデジタル心電図信号に変換する。コンバータは、サンプリング周波数でサンプリングされたデジタル心電図信号を生成する。 The converter receives an analog electrocardiogram signal including a QRS wave and converts it into a digital electrocardiogram signal. The converter generates a digital electrocardiogram signal sampled at a sampling frequency.
R−ピーク検出部はデジタル心電図信号を受信してR−ピーク値を検出し、R−ピーク値に基づいてRR間隔時系列信号を生成する。 The R-peak detection unit receives a digital electrocardiogram signal, detects an R-peak value, and generates an RR interval time series signal based on the R-peak value.
周波数変換部は、RR間隔時系列信号から対象周波数帯域の信号を抽出して対象周波数信号を生成する。周波数変換部は周波数移動部、低域通過フィルタ、デシメータ、データ挿入部、及び高速フーリエ変換部を含む。 The frequency conversion unit extracts a target frequency band signal from the RR interval time-series signal to generate a target frequency signal. The frequency conversion unit includes a frequency shift unit, a low-pass filter, a decimator, a data insertion unit, and a fast Fourier transform unit.
周波数移動部は、RR間隔時系列信号の対象周波数帯域を基底帯域に移動してシフティング検出信号を生成する。周波数移動部はRR間隔時系列信号に第1正弦信号をかけてIチャネル信号を生成し、RR間隔時系列信号に第2正弦信号をかけてQチャネル信号を生成する。第1正弦信号及び第2正弦信号は90度の位相差を有し、第1正弦信号及び第2正弦信号の周波数は対象周波数帯域の中心周波数に基づく。低域通過フィルタはシフティング検出信号を受信し、基底帯域のシフティング検出信号を通過させる。デシメータはシフティング検出信号のサンプリングレートを減少する。データ挿入部はシフティング検出信号にゼロデータを挿入する。 The frequency shifter generates a shifting detection signal by moving the target frequency band of the RR interval time-series signal to the base band. The frequency shifter generates an I channel signal by applying the first sine signal to the RR interval time series signal, and generates a Q channel signal by applying the second sine signal to the RR interval time series signal. The first sine signal and the second sine signal have a phase difference of 90 degrees, and the frequencies of the first sine signal and the second sine signal are based on the center frequency of the target frequency band. The low-pass filter receives the shifting detection signal and passes the baseband shifting detection signal. The decimator decreases the sampling rate of the shifting detection signal. The data insertion unit inserts zero data into the shifting detection signal.
心拍変異度分析部は、対象周波数信号に基づいて対象周波数帯域に対する心拍変異度を生成する。心拍変異度信号は対象周波数帯域のパワースペクトル信号を含む。心拍変異度分析部はパワースペクトル信号に基づいて高周波数帯域のパワー値、低周波数帯域のパワー値、超低周波数帯域のパワー値、及び高周波数帯域に対する低周波数帯域のパワー比のうち少なくとも一つを算出する。 The heart rate variability analyzer generates a heart rate variability for the target frequency band based on the target frequency signal. The heart rate variability signal includes a power spectrum signal in the target frequency band. Based on the power spectrum signal, the heart rate variability analyzer is at least one of a high frequency band power value, a low frequency band power value, a very low frequency band power value, and a low frequency band power ratio to the high frequency band. Is calculated.
心拍変異度分析装置は、対象周波数帯域モードに対応する対象周波数情報を周波数変換部に提供する帯域選択部を更に含む。対象周波数帯域モードは高周波数帯域モード、低周波数帯域モード、及び超低周波数帯域モードを含む。 The heart rate variability analyzer further includes a band selection unit that provides target frequency information corresponding to the target frequency band mode to the frequency conversion unit. The target frequency band mode includes a high frequency band mode, a low frequency band mode, and an ultra-low frequency band mode.
本発明の実施例による心拍変異度検出方法は、心電図信号を受信するステップと、R−ピーク値を検出するステップと、周波数変換ステップと、心拍変異度信号を計算及び分析するステップと、を含む。周波数変換ステップは、RR間隔時系列信号の対象周波数帯域を基底帯域に移動するステップと、低域通過フィルタでフィルタリングするステップと、RR間隔時系列信号のサンプリングレートを減少するステップと、RR間隔時系列信号にゼロデータを挿入するステップと、高速フーリエ変換ステップと、を含む。 A method for detecting a heart rate variability according to an embodiment of the present invention includes a step of receiving an electrocardiogram signal, a step of detecting an R-peak value, a frequency converting step, and a step of calculating and analyzing the heart rate variability signal. . The frequency conversion step includes a step of moving a target frequency band of the RR interval time series signal to a base band, a step of filtering with a low-pass filter, a step of reducing a sampling rate of the RR interval time series signal, and an RR interval time Inserting zero data into the sequence signal; and a fast Fourier transform step.
本発明の実施例による心拍変異度分析装置及びそれを利用した心拍変異度検出方法は、対象周波数帯域の心拍変異度を検出して精密に分析することができる。 The heart rate variability analyzing apparatus and the heart rate variability detecting method using the same according to the embodiment of the present invention can detect and precisely analyze the heart rate variability in the target frequency band.
以下、本発明の技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施し得るように、本発明の実施例を明確に詳細に記載する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described clearly and in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention.
図1は、心電図信号の波形を示すグラフである。 FIG. 1 is a graph showing a waveform of an electrocardiogram signal.
心電図(Electrocardiogram、ECG)は、心臓の拍動によって心筋から発生する電気的活動をグラフで示すものである。図1を参照すると、心電図信号はP波、Q波、R波、S波、及びT波を含む。図1は1回の心臓拍動によるP波、Q波、R波、S波及びT波を示したが、このような波形は繰り返し形成される。 An electrocardiogram (ECG) is a graph showing the electrical activity generated from the myocardium by the heartbeat. Referring to FIG. 1, an electrocardiogram signal includes a P wave, a Q wave, an R wave, an S wave, and a T wave. FIG. 1 shows P wave, Q wave, R wave, S wave and T wave by one heart beat, but such a waveform is repeatedly formed.
P波は心房の収縮に起因する。P波とQ波との間隔は心房の電気的刺激が房室結節に伝導される時間に対応する。一般に、P波とQ波との間隔は0.2秒以内に形成される。Q波は心臓の電気的活動電流が減少する下向波である。R波はQ波の後、心臓の電気的活動電流が増加する上向波である。R波によって心電図は最大値を有し、このような最大値はR−ピーク値と定義される。S波はR波の後、心臓の電気的活動電流が減少する下向波である。Q波、R波、及びS波は心室筋の脱分極過程に起因する。T波は脱分極による心室の収縮の後、回復され弛緩される再分極過程に起因する。Q波、R波、S波はQRS波と定義され、QRS波は洞房結節から始まった電気刺激が房室結節を経て心室に伝導されて心室を収縮させる脱分極によって発生する。一般に、QRS波は0.06秒乃至0.1秒の間に形成される。 P waves are due to atrial contraction. The interval between the P wave and the Q wave corresponds to the time during which the electrical stimulation of the atrium is conducted to the atrioventricular node. In general, the interval between the P wave and the Q wave is formed within 0.2 seconds. The Q wave is a downward wave in which the electrical activity current of the heart decreases. The R wave is an upward wave in which the electrical activity current of the heart increases after the Q wave. The electrocardiogram has a maximum value due to the R wave, and such maximum value is defined as the R-peak value. The S wave is a downward wave in which the electrical activity current of the heart decreases after the R wave. The Q wave, R wave, and S wave are caused by the depolarization process of the ventricular muscle. T waves result from a repolarization process that is restored and relaxed after ventricular contraction due to depolarization. Q waves, R waves, and S waves are defined as QRS waves, and QRS waves are generated by depolarization in which electrical stimulation starting from the sinoatrial node is conducted to the ventricle through the atrioventricular node and contracts the ventricle. Generally, QRS waves are formed between 0.06 seconds and 0.1 seconds.
図1の心電図信号の波形は、時間に対する心臓の電気的活動を示すものである。本発明の心拍変異度分析装置は、心電図信号の波形のR−ピーク値を検出し、R−ピーク値の間の間隔を連続的に示す心拍数タコグラム(heart rate tachogram)による波形を周波数変換して、心拍変異度の周波数領域を分析する。具体的な心電図信号の周波数変換及び心拍変異度信号の生成過程は後述する。 The waveform of the electrocardiogram signal in FIG. 1 shows the electrical activity of the heart with respect to time. The heart rate variability analyzer of the present invention detects an R-peak value of a waveform of an electrocardiogram signal, and frequency-converts the waveform of a heart rate tachogram (heart rate tachogram) that continuously indicates an interval between the R-peak values. To analyze the frequency domain of heart rate variability. The specific frequency conversion of the electrocardiogram signal and the generation process of the heart rate variability signal will be described later.
図2は、心拍変異度信号の周波数パワースペクトルを示すグラフである。 FIG. 2 is a graph showing the frequency power spectrum of the heart rate variability signal.
心拍変異度(Heart rate variabilty、HRV)は心拍数の拍動間変動を意味し、心拍の瞬間周期を測定して周期の変化量を検出する。心拍変異度は交感神経及び副交感神経の相互作用を反映する。 Heart rate variability (HRV) refers to fluctuations in the heart rate between beats, and detects the amount of change in the period by measuring the instantaneous period of the heart rate. Heart rate variability reflects sympathetic and parasympathetic interactions.
図2を参照すると、心拍変異度信号の波形として周波数領域に対するパワースペクトル密度(Power spectral density、PSD)が図示されている。R−ピーク値間の間隔のように心拍動間の間隔が時間単位に測定され、このような時間間隔は周波数変換のための信号を生成する。パワースペクトルを計算する際、信号の単位は自乗される。心拍変異度の分析は、時間の測定から得られるR−ピーク値間の間隔に基づいてパワースペクトルを計算するため、縦軸の単位はmsec2単位と定義される。 Referring to FIG. 2, a power spectral density (PSD) with respect to the frequency domain is illustrated as a waveform of the heart rate variability signal. The interval between heartbeats, such as the interval between R-peak values, is measured in units of time, and such a time interval generates a signal for frequency conversion. When calculating the power spectrum, the unit of the signal is squared. Since the analysis of the heart rate variability calculates the power spectrum based on the interval between the R-peak values obtained from the time measurement, the unit of the vertical axis is defined as msec 2 units.
心拍変異度信号の波形は高周波数帯域(High frequency band、HF)、低周波数帯域(Low frequency band、LF)、及び超低周波数帯域(Very low frequency band、VLF)に区分される。高周波数帯域、低周波数帯域、及び超低周波数帯域それぞれのパワー値は、交感神経系または副交感神経系の活動性を判断するために利用される。 The waveform of the heart rate variability signal is divided into a high frequency band (High frequency band, HF), a low frequency band (Low frequency band, LF), and an extremely low frequency band (Very low frequency band, VLF). The power values of the high frequency band, the low frequency band, and the very low frequency band are used to determine the activity of the sympathetic nervous system or the parasympathetic nervous system.
高周波数帯域(HF)は0.15乃至0.4Hzの間の周波数帯域と定義される。高周波数帯域は副交感神経系の活動性に対する指標として活用される。高周波数帯域は呼吸周期に関わる。高周波数帯域は心臓の電気的安定度に関わる。よって、高周波数帯域のパワー値を分析することで心肺の活動性及び心臓の電気的安定度などを判断することができる。 A high frequency band (HF) is defined as a frequency band between 0.15 and 0.4 Hz. The high frequency band is used as an index for the activity of the parasympathetic nervous system. The high frequency band is related to the respiratory cycle. The high frequency band is related to the electrical stability of the heart. Therefore, cardiopulmonary activity, cardiac electrical stability, and the like can be determined by analyzing the power value in the high frequency band.
低周波数帯域(LF)は0.04乃至0.15Hzの間の周波数帯域と定義される。低周波数帯域は圧受容体の反射または血圧の調節などによる心拍数の変化に関わる。低周波数帯域は交感神経系の活動性に対する指標として活用される。例えば、偏頭痛患者のように交感神経系の活動性が過剰に示される場合、低周波数帯域の変動幅が大きく示される。但し、これに限らず、低周波数帯域LFは交感神経系及び副交感神経系の活動性に対する指標として活用される。 The low frequency band (LF) is defined as the frequency band between 0.04 and 0.15 Hz. The low frequency band is associated with changes in heart rate due to baroreceptor reflex or blood pressure regulation. The low frequency band is used as an index for the activity of the sympathetic nervous system. For example, when the activity of the sympathetic nervous system is excessively shown like a migraine patient, the fluctuation range of the low frequency band is greatly shown. However, the present invention is not limited to this, and the low frequency band LF is used as an index for the activity of the sympathetic nervous system and the parasympathetic nervous system.
超低周波数帯域(VLF)は0.003乃至0.04Hzの間の帯域と定義される。超低周波数帯域は交感神経系の活動性に対する指標として活用される。例えば、睡眠時無呼吸症候群の患者は無呼吸の間に交感神経が刺激されて超低周波数帯域のパワー値が増加する。また、超低周波数帯域は体温の調節、ホルモン、及び血管運動などに対する指標として活用される。 The very low frequency band (VLF) is defined as a band between 0.003 and 0.04 Hz. The very low frequency band is used as an index for the activity of the sympathetic nervous system. For example, in a patient with sleep apnea syndrome, the sympathetic nerve is stimulated during apnea, and the power value in the very low frequency band increases. The ultra-low frequency band is used as an index for body temperature regulation, hormones, vasomotion, and the like.
図3は、本発明の一実施例による心拍変異度分析装置のブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram of a heart rate variability analyzer according to an embodiment of the present invention.
図3を参照すると、心拍変異度分析装置1000はコンバータ100、Rピーク検出部200、周波数変換部300、心拍変異度分析部400、帯域選択部500、貯蔵部600、及び表示部700を含む。
Referring to FIG. 3, the heart rate
コンバータ100はアナログ信号を受信してデジタル信号に変換する。コンバータ100はアナログ心電図信号(ECGT)を受信してデジタル心電図信号(ECGn)に変換する。コンバータ100は心電図センサ(図示せず)と連結されるが、ユーザの心電図を感知した心電図センサはコンバータ100にアナログ心電図信号を提供する。アナログ心電図信号は特定された時間の間にコンバータ100を利用してデジタル心電図信号に変換される。デジタル心電図信号は離散信号である。
The
コンバータ100はサンプリング信号(fs)を受信する。サンプリング信号は心電図信号のサンプリング周波数に関する情報を含む。サンプリング周波数値は200乃至500Hzの間に形成されるが、これに限ることはない。コンバータ100はサンプリング信号に基づいて変換されたデジタル心電図信号のデータ量を決定する。サンプリング信号の周波数値が大きければ高い安定性を有するデジタル心電図信号が生成され、サンプリング信号の周波数値が小さければ少ないデータを有するデジタル心電図信号が生成される。
The
R−ピーク検出部200はコンバータ100からデジタル心電図信号を受信する。R−ピーク検出部200はデジタル心電図信号からR−ピーク値を検出する。R−ピーク検出部200はR−ピーク値を検出するためのQRS波検出アルゴリズムを含む。例えば、R−ピーク検出部200はPan&TompkinsアルゴリズムまたはHamilton&Tompkinsアルゴリズムを含む。R−ピーク検出部200はQRS波検出アルゴリズムを介して測定時間の間に存在する複数のR波を検出し、各R波のピーク値であるR−ピーク値を順次に検出する。
The R-
R−ピーク検出部200は順次に検出されたR−ピーク値に基づいてRR間隔時系列信号(RPn)を生成する。R−ピーク検出部200は時間の経過によって順次に検出されたR−ピーク値間の間隔であるRR間隔(P−peak to R−peakInterval、RRI)を計算する。R−ピーク検出部200はRR間隔(RRI)を補間(interpolation)してRRIタコグラム(Tacogram)に対応するRR間隔時系列信号を生成する。例えば、R−ピーク検出部200はRR間隔の連続的な情報に基づき、RR間隔の持続時間の標本密度分布または隣接したRR間隔差の標本密度分布のような幾何学的パターンに変換するための補間を介して、RR間隔時系列信号を生成する。
The R-
周波数変換部300はR−ピーク検出部200からRR感覚時系列信号を受信する。周波数変換部300はRR間隔時系列信号の対象周波数帯域(ft)を抽出して対象周波数信号(Tf)を生成する。周波数変換部300は高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform、FFT)を利用してRR間隔時系列信号を周波数系列の信号に変換する。
The
周波数変換部300はRR間隔時系列信号の周波数変換を行う前に、RR間隔時系列信号の対象周波数帯域に対応する信号値を抽出する。対象周波数帯域に対応する信号値を抽出するために、周波数変換部300は後述する帯域選択部500から周波数帯域情報(fti)を入力される。
The
対象周波数帯域とは、RR間隔時系列信号で分析の対象となる周波数帯域を意味する。例えば、分析の対象が高周波数帯域であれば、対象周波数帯域は0.15乃至0.4Hzの間の帯域を含む。分析の対象が低周波数帯域であれば、対象周波数帯域は0.04乃至0.15Hzの間の帯域を含む。分析の対象が超低周波数帯域であれば、対象周波数帯域は0.003乃至0.04Hzの間の帯域を含む。周波数変換部300は対象周波数帯域情報に基づいて対象周波数信号を生成する。対象周波数信号は周波数領域に対する心拍変異度信号で対象周波数帯域に対応する信号である。具体的な周波数変換部300の構成及び対象周波数信号の生成過程は後述する。
The target frequency band means a frequency band to be analyzed in the RR interval time series signal. For example, if the analysis target is a high frequency band, the target frequency band includes a band between 0.15 and 0.4 Hz. If the analysis target is a low frequency band, the target frequency band includes a band between 0.04 and 0.15 Hz. If the analysis target is an ultra-low frequency band, the target frequency band includes a band between 0.003 and 0.04 Hz. The
心拍変異度分析部400は周波数変換部300から対象周波数信号を受信する。心拍変異度分析部400は対象周波数信号に基づいて心拍変異度を分析する。心拍変異度分析部400は対象周波数信号に基づいて対象周波数帯域に対する心拍変異度信号(HRV)を生成する。心拍変異度信号は対象周波数帯域のパワースペクトル信号(PSD)を含む。心拍変異度信号は対象周波数信号に対する強度を計算し、パワー値などを算出して生成される。
The heart
例えば、心拍変異度信号は対象周波数帯域に応じて、高周波帯域のパワー値、低周波帯域のパワー値、または超低周波帯域のパワー値のうちいずれか一つである。上述したように、高周波帯域のパワー値、低周波帯域のパワー値、または超低周波帯域のパワー値は自律神経系の活動性に対する指標として利用される。 For example, the heartbeat variation signal is one of a power value in a high frequency band, a power value in a low frequency band, or a power value in a very low frequency band, depending on the target frequency band. As described above, the power value in the high frequency band, the power value in the low frequency band, or the power value in the very low frequency band is used as an index for the activity of the autonomic nervous system.
心拍変異度信号は高周波帯域に対する低周波帯域のパワー比(LF/HF)を含む。パワー比が高ければ交感神経が活性化されているか副交感神経の活性が抑制されていることを意味する。パワー比は交感神経系及び副交感神経系の間の均衡性を定量化して分析するようにする。心拍変異度信号はこれに限らず、極超低周波数帯域(Ultra−low frequency band)のパワー値など多様な分析信号を含む。このような多様な心拍変異度信号に基づいて、心拍変異度の分析が行われる。 The heart rate variability signal includes a power ratio (LF / HF) of a low frequency band to a high frequency band. A high power ratio means that the sympathetic nerve is activated or the parasympathetic nerve activity is suppressed. The power ratio allows the balance between the sympathetic and parasympathetic nervous systems to be quantified and analyzed. The heart rate variability signal is not limited to this, and includes various analysis signals such as a power value of an ultra-low frequency band (Ultra-low frequency band). Based on such various heart rate variability signals, analysis of heart rate variability is performed.
帯域選択部500は周波数変換部300に対象周波数帯域情報を提供する。対象周波数帯域情報は対象周波数帯域または対象周波数帯域の中心周波数(fc)に関する情報を含む。帯域選択部500は対象周波数帯域モードに対応する対象周波数帯域情報を周波数変換部300に提供し、心拍変異度分析部400が対象周波数帯域の心拍変異度信号を生成するようにする。
The
対象周波数帯域モードは複数の周波数帯域モードを含む。対象周波数帯域モードは高周波数帯域モード、低周波数帯域モード、及び超低周波数帯域モードを含み、更に多い帯域モードを含んでもよい。それぞれの対象周波数帯域モードにおける対象周波数帯域は互いに重畳されない。それぞれの対象周波数帯域モードにおいて、帯域選択部500はそれぞれの対象周波数帯域に対応する対象周波数帯域情報を周波数変換部300に提供する。
The target frequency band mode includes a plurality of frequency band modes. The target frequency band mode includes a high frequency band mode, a low frequency band mode, and an ultra-low frequency band mode, and may include more band modes. The target frequency bands in the respective target frequency band modes are not superimposed on each other. In each target frequency band mode, the
高周波数帯域モードにおいて、帯域選択部500は高周波数帯域情報を周波数変換部300に提供する。高周波数帯域情報を受信した周波数変換部300は高周波数帯域に対する対象周波数信号を生成する。心拍変異度分析部400は対象周波数信号に基づいて高周波数帯域に対する心拍変異度信号を生成する。
In the high frequency band mode, the
低周波数帯域モードにおいて、帯域選択部500は低周波数帯域情報を周波数変換部300に提供する。低周波数帯域情報を受信した周波数変換部300は低周波数帯域に対する対象周波数信号を生成する。心拍変異度分析部400は対象周波数信号に基づいて低周波数帯域に対する心拍変異度信号を生成する。
In the low frequency band mode, the
超低周波数帯域モードにおいて、帯域選択部500は超低周波数帯域情報を周波数変換部300に提供する。超低周波数帯域情報を受信した周波数変換部300は超低周波数帯域に対する対象周波数信号を生成する。心拍変異度分析部400は対象周波数信号に基づいて超低周波数帯域に対する心拍変異度信号を生成する。
In the ultra-low frequency band mode, the
対象周波数帯域モードは時間に応じて変更される。例えば、帯域選択部500は一定時間の間に高周波数帯域モードに動作して高周波数帯域に関する対象周波数帯域情報を提供し、次に対象周波数帯域モードの変更によって低周波数帯域に対する対象周波数帯域情報を提供する。よって、帯域選択部500のモード変更によって周波数変換部300は多様な周波数帯域に対する対象周波数信号を生成する。また、これに基づいて心拍変異度分析部400は多様な心拍変異度信号を生成し、心拍変異度に対する多角的な分析が可能になる。
The target frequency band mode is changed according to time. For example, the
貯蔵部600は心拍変異度分析部400に対する記憶装置として使用される。貯蔵部600は心拍変異度分析部400から心拍変異度信号、対象周波数信号、及び対象周波数帯域情報などを受信して貯蔵する。
The
貯蔵部600はROM(Read Only Memory)、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Electrically Programmable ROM)、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM)、フラッシュメモリ装置、PRAM(Phase−change RAM)、MRAM(Magnetic RAM)、RRAM(Resistive RAM)またはFRAM(Ferroelectric RAM)のような不揮発性メモリ装置のうち少なくとも一つを含み、SRAM(Static RAM)、DRAM(Dynamic RAM)、またはSDRAM(Synchronous DRAM)のような揮発性メモリ装置のうち少なくとも一つを含む。
The
表示部700は心拍変異度分析部400によって生成された心拍変異度信号、周波数変換部300によって生成された対象周波数信号、または貯蔵部600に貯蔵されたデータに基づいたイメージ信号(IHRV)を受信して表示する。
The
表示部700はLCD(Liquid Crystal Display)、OLED(Organic Light Emitting Diode)、AMOLED(Active Matrix OLED)、フレキシブルディスプレイ、または電子インクのうち少なくとも一つを含む。
The
図4は、本発明の一実施例による周波数変換部300に対するブロック図である。図5乃至図8は、図4の周波数変換部300が対象周波数帯域の信号を検出する過程を説明するためのグラフである。
FIG. 4 is a block diagram illustrating the
図4を参照すると、周波数変換部300は周波数移動部311、312、低域通過フィルタ312、322、デシメータ331、332、データ挿入部341、342、及び高速フーリエ変換部350を含む。但し、図4とは異なって、周波数変換部300は前記構成要素のうち一部を含まなくてもよい。例えば、周波数変換部300はデシメータ331、332を含まないか、データ挿入部341、342を含まなくてもよい。
Referring to FIG. 4, the
周波数移動部311、312は第1周波数移動部311及び第2周波数移動部312を含む。第1周波数移動部311及び第2周波数移動部312はR−ピーク検出部200からRR間隔時系列信号を受信する。
The
第1周波数移動部311はRR間隔時系列信号を受信してI(In−phase)チャネル信号を生成する。第1周波数移動部311はIチャネル信号を生成するために、第1正弦信号(Ift)をRR間隔時系列信号にかける。RR間隔時系列信号がnに対する離散信号であれば、第1正弦信号はcos(2*pi*fc*n*ts)と定義される。第1正弦信号のfcは分析しようとする対象周波数帯域の中心周波数と定義される。第1正弦信号のtsはサンプリング周波数の逆数に対応する。
The first
第2周波数移動部312はRR間隔時系列信号を受信してQ(quadrature−phase)チャネル信号を生成する。第2周波数移動部312はQチャネル信号を生成するために、第2正弦信号(Qft)をRR間隔時系列信号にかける。RR間隔時系列信号がnに対する離散信号であれば、第2正弦信号は−sin(2*pi*fc*n*ts)と定義される。第1周波数移動部311及び第2周波数移動部312はRR間隔時系列信号をIチャネル信号及びQチャネル信号に分流する。第1周波数移動部311はRR間隔時系列信号の実数部を抽出し、第2周波数移動部312はRR間隔時系列信号の虚数部を抽出する。
The second
周波数変換部300は第1正弦信号及び第2正弦信号を生成してRR時系列信号を分流するための分流器(図示せず)を更に含む。分流器は第1正弦信号及び第2正弦信号を生成する。第1正弦信号及び第2正弦信号の周波数は対象周波数帯域及びサンプリング周波数に基づくため、分流器は帯域選択部500から対象周波数帯域情報を受信し、サンプリング信号を受信する。これとは異なって、分流器は帯域選択部500に提供されて第1周波数移動部311及び第2周波数移動部312に第1正弦信号及び第2正弦信号を提供する。または、分流器は心拍変異度分析装置1000に別途の構成要素として備えられてもよい。
The
第1正弦信号または第2正弦信号がRR間隔時系列信号にかけられると、周波数領域においてRR間隔時系列信号は中心周波数だけ移動する。つまり、対象周波数帯域は基底帯域(baseband)に移動する。第1周波数移動部311及び第2周波数移動部312はRR間隔時系列信号をIチャネルとQチャネル信号に分流し、対象周波数帯域を基底帯域にシフティングするためにそれぞれ第1正弦信号と第2正弦信号をかけて、シフティング検出信号を生成する。
When the first sine signal or the second sine signal is applied to the RR interval time series signal, the RR interval time series signal moves by the center frequency in the frequency domain. That is, the target frequency band moves to the baseband. The first
第1低域通過フィルタ321及び第2低域通過フィルタ322はシフティング検出信号を受信する。第1低域通過フィルタ321はIチャネル信号を受信し、第2低域通過フィルタ322はQチャネル信号を受信する。第1低域通過フィルタ321及び第2低域通過フィルタ322は基底帯域のシフティング検出信号を通過し、高い周波数帯域のシフティング検出信号を遮断する。よって、RR間隔時系列信号から対象周波数帯域に対応する信号を選択的に抽出することができる。また、分析の対象となる周波数帯域の信号を抽出し、残りの帯域の信号を遮断するため、不必要なデータを除去してデータの量を減らすことができる。
The first low-
第1低域通過フィルタ321及び第2低域通過フィルタ322は、帯域選択部500の対象周波数帯域モードに応じて遮断周波数を変換する。例えば、高周波数帯域モードにおいて高周波数の帯域幅は約0.25Hzであり、低周波数帯域モードにおいて低周波数の帯域幅は約0.11Hzであって、超低周波数帯域モードにおいて超低周波数の帯域幅は約0.04Hzである。よって、高周波数帯域モードでは約0.125Hz程度の遮断周波数が要求され、低周波数帯域モードでは約0.055Hz程度の遮断周波数が要求され、超低周波数の帯域幅は約0.02Hzの遮断周波数が要求される。よって、第1低域通過フィルタ321及び第2低域通過フィルタ322は帯域選択部500から対象周波数帯域情報を受信して遮断周波数を変換する。対象周波数帯域情報は該当対象周波数帯域モードに対する帯域幅情報を含む。
The first low-
第1デシメータ331は第1低域通過フィルタ321を通過したシフティング検出信号を受信し、第2デシメータ332は第2低域通過フィルタ322を通過したシフティング検出信号を受信する。第1デシメータ331及び第2デシメータ332は信号のサンプリングレート(sampling rate)を減少させる。例えば、第1デシメータ331及び第2デシメータ332が4次デシメーションを行う場合、従来のサンプリング周波数の1/4だけサンプリング周波数が減少する。この場合、シフティング検出信号のデータは1/4だけ減少する。また、基底帯域のシフティング検出信号は、周波数領域においてサンプリング周波数を基準に4倍拡張された波形で示される。第1デシメータ331及び第2デシメータ332がM次デシメーションを行う場合、M値に基づいて周波数分解能が決定される。M次デシメーションを行う際、周波数分解能は(サンプリング周波数/M/(FFTポイントの個数))と定義される。
The
第1デシメータ331及び第2デシメータ332は倍率信号(MM)を受信してデシメーションの次数を決定する。図示していないが、周波数変換部300は倍率信号を生成して第1デシメータ331及び第2デシメータ332に倍率信号を提供する倍率器を更に含む。または、倍率器は心拍変異度分析装置1000に別途の構成要素として備えられてもよい。
The
第1データ挿入部341及び第2データ挿入部342はデシメーションが行われた信号に0のデータを挿入(zero padding)する。0のデータはシフティング検出信号それぞれのデータの間に挿入される。第1データ挿入部341及び第2データ挿入部342は、第1及び第2デシメータ331、332から出力される信号が直接高速フーリエ変換部350に入力される場合のデータの数が基準FFTポイントの個数より小さければ、そのデータの個数の差だけ0のデータを挿入することで、周波数分解能を改善し、信号の精密度を向上させる。
The first
第1デシメータ331及び第2デシメータ332はパディング信号(PP)を受信してデータの挿入個数を決定する。図示していないが、周波数変換部300はパディング信号を生成して第1データ挿入部341及び第2データ挿入部342にパディング信号を提供する分解能調整器を更に含む。または、分解能調整器は心拍変異度分析装置1000に別途の構成要素として備えられてもよい。
The
第1デシメータ331及び第2デシメータ332は対象周波数帯域に対するRR間隔時系列信号を集中して観察するようにし、データの量を減らす。第1データ挿入部341及び第2データ挿入部342は対象周波数帯域に対するRR間隔時系列信号の周波数分解能を改善し、精密度を向上するためにデータを挿入する。よって、データの効率性及び処理速度の観点で第1データ挿入部341及び第2データ挿入部342は除去される。
The
高速フーリエ変換部350は第1データ挿入部341及び第2データ挿入部342から0のデータ挿入された信号を受信する。高速フーリエ変換部350は第1及び第2低域通過フィルタ321、322、第1及び第2デシメータ331、332、第1及び第2データ挿入部341、342を介して伝達されたRR間隔時系列信号を高速フーリエ変換する。高速フーリエ変換部350は離散フーリエ変換(Discrete Fourier Transform)の複雑な計算を減らす高速フーリエ変換アルゴリズムを含み、高速フーリエ変換アルゴリズムに基づいて対象周波数信号を生成する。
The fast
図5は、周波数変換部300に入力される信号を例示的に示している。図5の波形は周波数変換部300に入力される信号を周波数変換して示したグラフである。ユーザは対象周波数帯域を観測するために周波数変換部300に対象周波数帯域情報を入力する。
FIG. 5 exemplarily shows signals input to the
図6は、図5の信号が第1周波数移動部511及び第2周波数移動部512によって変換された信号の大きさを示している。第1周波数移動部511または第2周波数移動部512は図5の信号に第1正弦信号または第2正弦信号をかけて対象周波数帯域の信号を基底帯域を移動する。周波数領域において、図5aの信号は中心周波数だけ負の方向に移動する。 FIG. 6 shows the magnitude of the signal obtained by converting the signal of FIG. 5 by the first frequency moving unit 511 and the second frequency moving unit 512. The first frequency moving unit 511 or the second frequency moving unit 512 applies the first sine signal or the second sine signal to the signal of FIG. 5 to move the signal in the target frequency band in the base band. In the frequency domain, the signal of FIG. 5a moves in the negative direction by the center frequency.
図7は、図6の信号が第1及び第2低域通過フィルタ321、322によって変換された信号の大きさを示している。第1及び第2低域通過フィルタ321、322は対象周波数帯域/2の遮断周波数値を有する。第1及び第2低域通過フィルタ321、322によって、図6の信号は基底帯域の波形だけ残り、残りの波形は除去される。
FIG. 7 shows the magnitude of the signal obtained by converting the signal in FIG. 6 by the first and second low-
図8は、図7の信号が第1及び第2デシメータ331、332によって変換された信号の大きさを示している。第1及び第2デシメータ331、332はM次デシメーションを行う。デシメーションによってサンプリング周波数は1/Mだけ減少する。よって、第1及び第2デシメータ331、332は対象周波数帯域の信号を図8の信号のように集中して観察するようにする。
FIG. 8 shows the magnitude of the signal obtained by converting the signal of FIG. 7 by the first and
図9は、本発明の他の実施例による心拍変異度分析装置のブロック図である。 FIG. 9 is a block diagram of a heart rate variability analyzer according to another embodiment of the present invention.
図9を参照すると、心拍変異度分析装置2000はコンバータ2100、R−ピーク検出部2200、第1周波数変換部2300a、第2周波数変換部2300b、第3周波数変換部2300c、及び心拍変異度分析部2400を含む。図9のコンバータ2100、R−ピーク検出部2200、及び心拍変異度分析部2400の構成はそれぞれ図3のコンバータ100、R−ピーク検出部200、及び心拍変異度分析部400に対応するため、具体的な説明は省略する。
Referring to FIG. 9, the heart
第1周波数変換部2300aはRーピーク検出部2200からRR間隔時系列信号を受信して第1対象周波数信号(Tf1)を出力する。第1周波数変換部2300aはRR間隔時系列信号のうち第1対象周波数帯域(ft1)に対する信号を抽出する。例えば、第1対象周波数帯域は高周波数帯域である。
The
第2周波数変換部2300bはRーピーク検出部2200からRR間隔時系列信号を受信して第2対象周波数信号(Tf2)を出力する。第2周波数変換部2300bはRR間隔時系列信号のうち第2対象周波数帯域(ft2)に対する信号を抽出する。例えば、第2対象周波数帯域は低周波数帯域である。
The
第3周波数変換部2300cはRーピーク検出部2200からRR間隔時系列信号を受信して第3対象周波数信号(Tf3)を出力する。第3周波数変換部2300cはRR間隔時系列信号のうち第3対象周波数帯域(ft3)に対する信号を抽出する。例えば、第3対象周波数帯域は超低周波数帯域である。
The
図3の心拍変異度分析装置1000に比べ、図9の心拍変異度分析装置2000は複数個の周波数変換部を含む。よって、多様な周波数帯域の心拍変異度信号を同時に分析することができる。例えば、心拍変異度分析装置2000は高周波数帯域、低周波数帯域、及び超低周波数帯域の心拍変異度を同時に算出し分析する。図9の心拍変異度分析装置2000に比べ、図3の心拍変異度分析装置1000は相対的に少ないデータ容量で心拍変異度を分析する。
Compared to the heart
図10は、本発明の他の実施例による心拍変異度検出方法S1000を示す順序図である。 FIG. 10 is a flowchart illustrating a heart rate variability detection method S1000 according to another embodiment of the present invention.
図10を参照すると、心拍変異度検出方法S1000は心電図信号を受信するステップS100と、R−ピーク値を検出するステップS200と、周波数を変換するステップS300と、心拍変異度信号を計算及び分析するステップS400と、を含む。 Referring to FIG. 10, the heart rate variability detection method S1000 calculates and analyzes a step S100 for receiving an electrocardiogram signal, a step S200 for detecting an R-peak value, a step S300 for converting a frequency, and a heart rate variability signal. Step S400.
心電図信号を受信するステップS100において、心拍変異度検出装置は外部からアナログ心電図信号を受信する。心電図信号を受信するステップS100はアナログ心電図信号をデジタル心電図信号に変換するステップを含む。心電図信号を受信するステップS100は、アナログ−デジタルコンバータ100、2100によって行われる。この場合、アナログ心電図信号はアナログ−デジタルコンバータ100、2100が受信したサンプリング信号に含まれたサンプリング周波数に基づいてデジタル心電図信号に変換される。
In step S100 for receiving an electrocardiogram signal, the heartbeat variability detecting device receives an analog electrocardiogram signal from the outside. Receiving the ECG signal S100 includes converting the analog ECG signal into a digital ECG signal. The step S100 for receiving an electrocardiogram signal is performed by the analog-to-
R−ピーク値を検出するステップS200において、心拍変異度検出装置は心電図信号のR−ピーク値を検出する。R−ピーク値を検出するステップS200はR−ピーク検出部200、2200で行われる。R−ピーク値を検出するステップS200は、R−ピーク値に基づいてRR間隔時系列信号を生成するステップを含む。RR間隔時系列信号は順次に検出されたR−ピーク値に基づいてRR間隔を計算して生成される。
In step S200 for detecting the R-peak value, the heartbeat variability detecting device detects the R-peak value of the electrocardiogram signal. Step S200 for detecting the R-peak value is performed by the R-
周波数を変換数ステップS300において、心拍変異度検出装置はRR時系列信号の対象周波数帯域を抽出して対象周波数信号に変換する。周波数変換するステップS300は、図3の周波数変換部300または図9の第1乃至第3周波数変換部2300a、2300b、2300cで行われる。具体的な内容は後述する。
In the frequency conversion number step S300, the heartbeat variability detecting device extracts the target frequency band of the RR time series signal and converts it into the target frequency signal. The frequency conversion step S300 is performed by the
心拍変異度信号を計算及び分析するステップS400において、心拍変異度検出装置は対象周波数信号に基づいて対象周波数帯域に対する心拍変異度信号を生成する。心拍変異度信号を計算及び分析するステップS400は、心拍変異度分析部400、2400で行われる。心拍変異度信号を計算及び分析するステップS400において、心拍変異度分析部400、2400は高周波数帯域のパワー値、低周波数帯域のパワー値、または超低周波数帯域のパワー値、パワー比などを計算し分析して自律神経系などの活動性を判断し、精神健康などを診断する。
In step S400 of calculating and analyzing the heart rate variability signal, the heart rate variability detecting device generates a heart rate variability signal for the target frequency band based on the target frequency signal. Step S400 for calculating and analyzing the heart rate variability signal is performed by the heart
図11は、図10の周波数を変換するステップS300を示す順序図である。 FIG. 11 is a flowchart showing step S300 for converting the frequency of FIG.
図11を参照すると、周波数を変換するステップS300はQチャネルとIチャネルを分流するステップS310と、基底帯域に移動させるステップS320と、低域通過フィルタでフィルタリングするステップS330と、デシメーションするステップS340と、ゼロパディング(zero padding)するステップS350と、高速フーリエ変換するステップS360と、を含む。図8の各ステップは、図3の周波数変換部300または図9の第1乃至図3周波数変換部2300a、2300b、2300cで行われる。
Referring to FIG. 11, the step S300 for converting the frequency includes a step S310 for diverting the Q channel and the I channel, a step S320 for moving to the base band, a step S330 for filtering with a low-pass filter, and a step S340 for decimation. , Zero padding step S350 and fast Fourier transform step S360. Each step of FIG. 8 is performed by the
QチャネルとIチャネルを分流するステップS310において、心拍変異度分析装置はRR間隔時系列信号を実数部に対応するIチャネルと虚数部に対応するQチャネルに分流する。QチャネルとIチャネルを分流するステップS310は、第1正弦信号をRR間隔時系列信号にかけてIチャネルを生成するステップ、及び第2正弦信号をRR間隔時系列信号にかけてQチャネルを生成するステップを含む。Iチャネルを生成するステップは第1周波数の移動部311で行われ、Qチャネルを生成するステップは第2周波数の移動部312によって行われる。
In step S310 for diverting the Q channel and the I channel, the heart rate variability analyzer separates the RR interval time series signal into the I channel corresponding to the real part and the Q channel corresponding to the imaginary part. The step S310 of diverting the Q channel and the I channel includes the step of generating the I channel by applying the first sine signal to the RR interval time series signal and the step of generating the Q channel by applying the second sine signal to the RR interval time series signal. . The step of generating the I channel is performed by the moving
基底帯域に移動させるステップS320において、心拍変異度分析装置はRR間隔時系列信号の対象周波数帯域を基底帯域に移動させてシフティング検出信号を生成する。基底帯域に移動させるステップS320は第1周波数移動部311及び第2周波数移動部312によって行われる。基底帯域に移動させるステップS320において、RR間隔時系列信号は対象周波数帯域の中心周波数だけ移動する。基底帯域に移動するために第1正弦信号及び第2正弦信号は正弦波関数であり、正弦波関数の周波数は中心周波数に比例する。QチャネルとIチャネルを分流するステップS310と基底帯域に移動させるステップS320は、第1周波数移動部311及び第2周波数移動部312で同時に行われる。
In step S320 of moving to the base band, the heartbeat variability analyzer moves the target frequency band of the RR interval time series signal to the base band to generate a shifting detection signal. Step S320 of moving to the base band is performed by the first
低域通過フィルタでフィルタリングするステップS330において、心拍変異度分析装置は基底帯域のシフティング検出信号を通過させ、残りの周波数帯域のシフティング検出信号は除去する。低域通過フィルタでフィルタリングするステップS330は、第1及び第2低域通過フィルタ312、322で行われる。
In step S330 of filtering with a low-pass filter, the heartbeat variability analyzer passes the baseband shifting detection signal and removes the remaining frequency band shifting detection signals. The step S330 of filtering with the low-pass filter is performed by the first and second low-
デシメーションするステップS340において、心拍変異度分析装置はフィルタリングされたシフティング検出信号のサンプリングレートを減少させる。デシメーションするステップS340は第1及び第2デシメータ331、332で行われる。デシメーションするステップS340において、データの量は減り、サンプリング周波数はデシメーション次数だけ減少する。
In decimation step S340, the heart rate variability analyzer reduces the sampling rate of the filtered shifting detection signal. The decimation step S340 is performed by the first and
ゼロパディングするステップS350において、心拍変異度分析装置はフィルタリングされたシフティング検出信号にゼロデータを挿入する。ゼロパディングするステップS350は第1及び第2データ挿入部341、342で行われる。ゼロパディングするステップS350において、デシメーションするステップS340によってデータが減少した際、基準FFTポイントの個数より高速フーリエ変換部350に入力されるデータの個数が足りなければ、第1及び第2データ挿入部341、342はそのデータの個数の差だけゼロデータを挿入する。ゼロパディングするステップ350において、データの量が増え、周波数分解能が改善される。
In step S350 of zero padding, the heart rate variability analyzer inserts zero data into the filtered shifting detection signal. The step S350 of zero padding is performed by the first and second
高速フーリエ変換するステップS360において、心拍変異度分析装置はフィルタリング、デシメーション、及びゼロパディングされたシフティング検出信号を時間領域から周波数領域に高速フーリエ変換する。高速フーリエ変換するステップS360は高速フーリエ変換部350で行われる。
In step S360 of performing fast Fourier transform, the heart rate variability analyzer performs fast Fourier transform of the filtered, decimation, and zero-padded shift detection signal from the time domain to the frequency domain. Step S360 for performing the fast Fourier transform is performed by the fast
上述した内容は本発明を実施するための具体的な例である。本発明には上述した実施例だけでなく、単純な設計変更や容易に変更し得る実施例も含まれるはずである。また、本発明には上述した実施例を利用してこれから容易に変形して実施し得る技術も含まれるはずである。 What has been described above is a specific example for carrying out the present invention. The present invention should include not only the above-described embodiments but also simple design changes and embodiments that can be easily changed. Further, the present invention should include a technique that can be easily modified and implemented using the above-described embodiments.
1000、2000:心拍変異度分析装置
100、2100:コンバータ
200、2200:R−ピーク検出部
300、2300a、2300b、2300c:周波数変換部
400、2400:心拍変異度分析部
500:帯域選択部
fs:サンプリング信号
ft:対象周波数帯域
fc:中心周波数
ECGT:アナログ心電図信号
ECGn:デジタル心電図信号
RRn:RR間隔時系列信号
Tf:対象周波数信号
HRV:心拍変異度信号
1000, 2000: Heart
Claims (16)
前記デジタル心電図信号を受信してR−ピーク値を検出し、前記R−ピーク値に基づいてRR間隔時系列信号を生成するR−ピーク検出部と、
前記RR間隔時系列信号から対象周波数帯域の信号を抽出して対象周波数信号を生成する周波数変換部と、
前記対象周波数信号に基づいて前記対象周波数帯域に対する心拍変異度信号を生成する心拍変異度分析部と、を含み、
前記周波数変換部は、
前記RR間隔時系列信号の対象周波数帯域を基底帯域に移動してシフティング検出信号を生成する周波数移動部と、
前記シフティング検出信号を受信し、前記基底帯域のシフティング検出信号を通過させる低域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタを通過したシフティング検出信号に基づいて対象周波数信号を生成する高速フーリエ変換部と、を含む心拍変異度分析装置。 A converter that receives an analog ECG signal including a QRS wave and converts it into a digital ECG signal;
An R-peak detector that receives the digital electrocardiogram signal, detects an R-peak value, and generates an RR interval time-series signal based on the R-peak value;
A frequency converter that generates a target frequency signal by extracting a signal in a target frequency band from the RR interval time-series signal;
A heart rate variability analyzer that generates a heart rate variability signal for the target frequency band based on the target frequency signal,
The frequency converter is
A frequency shifter that shifts a target frequency band of the RR interval time-series signal to a baseband to generate a shifting detection signal;
A low-pass filter that receives the shifting detection signal and passes the shifting detection signal of the baseband;
And a fast Fourier transform unit that generates a target frequency signal based on the shifting detection signal that has passed through the low-pass filter.
I(In−phase)チャネル信号とQ(quadrature−phase)チャネル信号を含む前記シフティング検出信号を生成する請求項1に記載の心拍変異度分析装置。 The frequency moving unit is
The heart rate variability analyzer according to claim 1, wherein the shift detection signal including an I (In-phase) channel signal and a Q (quadture-phase) channel signal is generated.
前記RR間隔時系列信号に第1正弦信号をかけてIチャネル信号を生成し、前記RR間隔時系列信号に第2正弦信号をかけてQチャネル信号を生成し、
前記第1正弦信号及び前記第2正弦信号は90度の位相差を有し、前記第1正弦信号及び前記第2正弦信号の周波数は前記対象周波数帯域の中心周波数に基づく請求項2に記載の心拍変異度分析装置。 The frequency moving unit is
A first sine signal is applied to the RR interval time series signal to generate an I channel signal, a second sine signal is applied to the RR interval time series signal to generate a Q channel signal,
The first sine signal and the second sine signal have a phase difference of 90 degrees, and the frequencies of the first sine signal and the second sine signal are based on a center frequency of the target frequency band. Heart rate variability analyzer.
サンプリング周波数でサンプリングされた前記デジタル心電図信号を生成する請求項1に記載の心拍変異度分析装置。 The converter is
The heart rate variability analyzer according to claim 1, wherein the digital electrocardiogram signal sampled at a sampling frequency is generated.
前記低域通過フィルタを通過した前記シフティング検出信号のサンプリングレートを減少させるデシメータを更に含む請求項4に記載の心拍変異度分析装置。 The frequency converter is
The heart rate variability analyzer according to claim 4, further comprising a decimator that reduces a sampling rate of the shifting detection signal that has passed through the low-pass filter.
前記低域通過フィルタを通過した前記シフティング検出信号にゼロデータを挿入するデータ挿入部を更に含む請求項4に記載の心拍変異度分析装置。 The frequency converter is
The heart rate variability analyzer according to claim 4, further comprising a data insertion unit that inserts zero data into the shifting detection signal that has passed through the low-pass filter.
高周波数帯域モード、低周波数帯域モード、及び超低周波数帯域モードを含み、
前記帯域選択部は、
前記高周波数帯域モードで前記高周波数帯域情報を前記周波数変換部に提供し、前記低周波数帯域モードで前記低周波数帯域情報を前記周波数変換部に提供し、前記超低周波数帯域モードで前記超低周波数帯域情報を前記周波数変換部に提供する請求項7に記載の心拍変異度分析装置。 The frequency band mode is
Including high frequency band mode, low frequency band mode, and ultra-low frequency band mode,
The band selection unit includes:
Providing the high frequency band information to the frequency conversion unit in the high frequency band mode; providing the low frequency band information to the frequency conversion unit in the low frequency band mode; The heart rate variability analyzer according to claim 7, wherein frequency band information is provided to the frequency converter.
前記高周波数帯域は0.15乃至0.4Hzの間の帯域を含む請求項8に記載の心拍変異度分析装置。 The target frequency band includes a high frequency band,
The heart rate variability analyzer according to claim 8, wherein the high frequency band includes a band between 0.15 and 0.4 Hz.
前記低周波数帯域は0.04乃至0.15Hzの間の帯域を含む請求項8に記載の心拍変異度分析装置。 The target frequency band includes a low frequency band,
The heart rate variability analyzer according to claim 8, wherein the low frequency band includes a band between 0.04 and 0.15 Hz.
前記超低周波数帯域は0.003乃至0.04Hzの間の帯域を含む請求項8に記載の心拍変異度分析装置。 The target frequency band includes a very low frequency band,
The heart rate variability analyzer according to claim 8, wherein the ultra-low frequency band includes a band between 0.003 and 0.04 Hz.
前記心拍変異度分析部は、前記パワースペクトル信号に基づいて前記高周波帯域のパワー値、前記低周波帯域のパワー値、及び前記高周波数帯域に対する前記低周波数帯域のパワー比のうち少なくとも一つを算出する請求項12に記載の心拍変異度分析装置。 The target frequency band includes a high frequency band and a low frequency band,
The heart rate variability analyzing unit calculates at least one of a power value of the high frequency band, a power value of the low frequency band, and a power ratio of the low frequency band to the high frequency band based on the power spectrum signal. The heart rate variability analyzer according to claim 12.
前記心電図信号のR−ピーク値を検出するステップと、
前記R−ピーク値に基づいて生成されたRR間隔時系列信号の対象周波数帯域を抽出して対象周波数信号を生成する周波数変換ステップと、
前記対象周波数信号に基づいて前記対象周波数帯域に対する心拍変異度信号を計算及び分析するステップと、を含み、
周波数変換ステップは、
前記RR間隔時系列信号の前記対象周波数帯域を基底帯域に移動させるステップと、
前記基底帯域に移動したRR間隔時系列信号を低域通過フィルタでフィルタリングするステップと、
前記フィルタリングされたRR間隔時系列信号を高速フーリエ変換ステップと、を含む心拍変異度検出方法。 Receiving an electrocardiogram signal;
Detecting an R-peak value of the electrocardiogram signal;
A frequency conversion step of generating a target frequency signal by extracting a target frequency band of the RR interval time-series signal generated based on the R-peak value;
Calculating and analyzing a heart rate variability signal for the target frequency band based on the target frequency signal; and
The frequency conversion step is
Moving the target frequency band of the RR interval time-series signal to a baseband;
Filtering the RR interval time series signal moved to the baseband with a low-pass filter;
And a fast Fourier transform step on the filtered RR interval time-series signal.
前記RR間隔時系列信号をI(In−phase)チャネル信号とQ(quadrature−phase)チャネル信号に分流するステップを更に含む請求項14に記載の心拍変異度検出方法。 The frequency conversion step includes
The heart rate variability detection method according to claim 14, further comprising a step of diverting the RR interval time series signal into an I (In-phase) channel signal and a Q (quadture-phase) channel signal.
前記フィルタリングされたRR間隔時系列信号のサンプリングレートを減少させるステップと、
前記フィルタリングされたRR間隔時系列信号にゼロデータを挿入するステップと、を更に含む請求項15に記載の心拍変異度検出方法。 The frequency conversion step includes
Reducing the sampling rate of the filtered RR interval time series signal;
The heart rate variability detection method according to claim 15, further comprising: inserting zero data into the filtered RR interval time series signal.
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