JP3196871B2 - Diagnostic device - Google Patents

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JP3196871B2
JP3196871B2 JP26111794A JP26111794A JP3196871B2 JP 3196871 B2 JP3196871 B2 JP 3196871B2 JP 26111794 A JP26111794 A JP 26111794A JP 26111794 A JP26111794 A JP 26111794A JP 3196871 B2 JP3196871 B2 JP 3196871B2
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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば心拍等のパルス
列の間隔変動から自律神経系のデータを得る診断装置に
関する。
The present invention relates, for example about DanSo location examination obtain data of the autonomic nervous system from the interval variations of the pulse train of the heart or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】1950年代、Hon氏等によって胎児
心拍数パターンが胎児の低酸素症と関連があることが明
らかにされ、分娩時における胎児の心拍をモニタするこ
とが開始された。この当時の心拍図は、胎児の心音を例
えば聴診器に内蔵しマイクロホンでモニタし、このマイ
クロホンの信号を増幅後に記録計に入力して、一定速度
で移動する記録紙に線画したものである。従って、胎児
心拍チャート図は、現在に至るまで最も重要な胎児情報
を与える手段であったが、その解析には、熟練の医者で
もさえ誤診する可能性を秘めていた。
BACKGROUND OF THE INVENTION In the 1950's, Hon et al. Revealed that fetal heart rate patterns were associated with fetal hypoxia, and began monitoring fetal heart rate during labor. The heartbeat chart at that time was obtained by incorporating the heart sound of the fetus into, for example, a stethoscope and monitoring it with a microphone, amplifying the signal of the microphone, inputting it to a recorder, and drawing a line on a recording paper moving at a constant speed. Thus, the fetal heart rate chart has been the most important means of providing fetal information to date, but its analysis has the potential for even a skilled physician to make a misdiagnosis.

【0003】一方、1970年代において、胎児心拍チ
ャート図は、心拍数基線の細変動の情報から非ストレス
検査(non-stress test)が胎児の発育状況の評価手段
として臨床に応用されるようになり、以来分娩時に限ら
ず広く行われるようなった。また、心拍の変動はshort
term variabilityとlong term variabilityに分類さ
れ、いくつかの定量的な臨床指標が提案されてきた。
[0003] On the other hand, in the 1970's, fetal heart rate charts have been used clinically as a means of evaluating the developmental status of a fetus based on information on minute fluctuations in the heart rate baseline. Since then, it has been widely practiced not only during childbirth. Also, heart rate fluctuations are short
Several quantitative clinical indicators have been proposed, categorized as term variability and long term variability.

【0004】ACOG(1975)の定義によるとST
Vは胎児心臓の各心拍ごとの変化であるという。また、
LTVは1分間2〜6サイクルの頻度で、正常では6〜
10bpmの変動であるという。しかしこれらの指標は
得られた数値が臨床的に何を反映しているのかあいまい
であった。結果として臨床での心拍変動を用いての診断
は、心拍変動パターンに対する経験的な判断が使われて
いる。
According to the definition of ACOG (1975), ST
V is said to be a change for each heartbeat of the fetal heart. Also,
LTV has a frequency of 2 to 6 cycles per minute, and normally 6 to 6 cycles.
It is said that the fluctuation is 10 bpm. However, these indices were ambiguous as to what the values obtained clinically reflected. As a result, clinical diagnosis using heart rate variability uses empirical judgments on heart rate variability patterns.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】分娩時のモニタリング
は、そのパターンから急性胎児仮死の診断がなされ、急
速遂娩特に帝王切開の胎児適応がFHRパターンからな
されている。このFHRパターン及びその生理学的意義
は種々の実験動物胎仔により明らかにされている。最近
の研究によれば、幼児の脳性麻痺又は精神身体発育遅延
は、分娩時の胎児仮死やそれに続く新生児仮死、或いは
妊娠中に胎児に起こった事象が既に胎内で何らかの中枢
神経系の異常に起因する可能性がある。従って、分娩時
と同様に、妊娠中の胎児のモニタリングが重要である。
In monitoring during delivery, an acute fetal asphyxia is diagnosed based on the pattern, and rapid delivery, particularly fetal adaptation for cesarean section, is performed based on the FHR pattern. This FHR pattern and its physiological significance have been elucidated by various experimental animal fetuses. According to recent studies, infant cerebral palsy or mental retardation may be due to fetal asphyxia during childbirth and subsequent neonatal asphyxia, or events that have occurred in the fetus during pregnancy are already due to some central nervous system abnormalities in the womb. there's a possibility that. Therefore, as during delivery, monitoring of the fetus during pregnancy is important.

【0006】妊娠中の胎児のモニタリングには、非スト
レス検査、超音波断層法による画像データの解析が考案
されている。しかし、超音波断層法は、検査自体に時間
とマンパワーとを必要とし、その判定も客観性に欠け
る。一方、非ストレス検査は、簡便であるが、判定が可
能となるのは妊娠30週以降である。
For monitoring a fetus during pregnancy, non-stress examination and analysis of image data by ultrasonic tomography have been devised. However, ultrasonic tomography requires time and manpower for the inspection itself, and its determination is also not objective. On the other hand, the non-stress test is simple but can be judged only after 30 weeks of pregnancy.

【0007】また、特開昭61−56635号には、心
電計の予め選択されたアナログ信号をデジタル信号に変
換した後に、高速フーリエ変換する解析方法が考案され
ている。更に、Enrico Ferrazzi氏等のClin. Phys. Phy
siol. Meas., 1989年10巻Suppl. B, 57〜60
頁には、妊娠26及び36週の胎児仮死の心拍数のパワ
ースペクトル分析が開示されている。この分析には、標
準の心電計が用いられ、聴音信号が20分間アナログテ
ープ記録計に記録されると共に、1024ヘルツのサン
プル率でA/D変換されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-56635 proposes an analysis method for converting a preselected analog signal of an electrocardiograph into a digital signal and then performing a fast Fourier transform. In addition, Clin. Phys. Phy of Enrico Ferrazzi et al.
siol. Meas., 1989, Volume 10, Suppl. B, 57-60.
The page discloses a power spectrum analysis of the heart rate of fetal distress at 26 and 36 weeks gestation. For this analysis, a standard electrocardiograph was used, and the audio signal was recorded on an analog tape recorder for 20 minutes and A / D converted at a sample rate of 1024 Hz.

【0008】また、J. S. Brown氏等のJ. Biomed. En
g., 1992年14巻263〜267頁には、子宮内の
呼吸器不整脈の同定技術が開示されている。この分析に
は、超音波ドプラーが用いられ、スペクトル分析に定常
性を仮定した低次数の自己相関法が用いられた。20分
間アナログテープ記録計に記録されると共に、1024
ヘルツのサンプル率でA/D変換されている。
Further, J. Biomed. En by JS Brown et al.
g., 1992, Vol. 14, pp. 263-267, discloses a technique for identifying respiratory arrhythmias in the uterus. For this analysis, an ultrasonic Doppler was used, and a low-order autocorrelation method assuming stationarity was used for the spectral analysis. It is recorded on an analog tape recorder for 20 minutes and 1024
A / D conversion is performed at a sample rate of Hertz.

【0009】J. Kalin氏等のPediatric Research, 19
93年34巻2号134〜138頁には、妊娠約24及
び役40週の胎児仮死心拍数変動のスペクトル分析によ
る仮死自律状態の評価が開示されている。この評価に
は、胸部心電信号が5分間カセット式データ記録計に記
録されると共に、300ヘルツのサンプル率でA/D変
換され、仮死心拍数検知のためのアルゴリズムが用いら
れた。また、一連のR−R間隔は、絶対時刻を保持した
自動修正手順を通り、その後等期間刻みの仮死心拍数に
形成するアルゴリズムに入力され、同時にローパスフィ
ルタに通されて、4ヘルツの等間隔で計算された一連の
仮死心拍数を求めている。次に、この変動している仮死
心拍数時間列は、高速フーリエ変換(FFT)されて、
2ヘルツの周波数までのパワースペクトルを計算してい
る。
[0009] J. Kalin et al., Pediatric Research, 19
In 1993, Vol. 34, No. 2, pp. 134-138, an evaluation of autonomic state of asphyxia by spectral analysis of fetal asphyxia heart rate variability during about 24 pregnancies and 40 weeks of work is disclosed. In this evaluation, a chest electrocardiogram signal was recorded on a cassette type data recorder for 5 minutes, A / D converted at a sampling rate of 300 Hz, and an algorithm for detecting the asphyxia heart rate was used. Further, a series of RR intervals are input to an algorithm for forming an asphyxial heart rate at equal intervals after passing through an automatic correction procedure that holds absolute time, and are simultaneously passed through a low-pass filter, and are equally spaced at 4 Hz. A series of asphyxia heart rates calculated by are calculated. Next, this fluctuating asphyxia heart rate time sequence is subjected to a fast Fourier transform (FFT),
The power spectrum up to a frequency of 2 Hz is calculated.

【0010】これらの解析方法は、いずれも精度が悪
い。即ち、心拍数の変動即ち揺らぎを解析するといって
も入力信号は、常に所定のサンプル率でA/D変換され
たレベル信号を用い、スペクトル分析にはデータ数が多
くなければ精度が出ないFFTを用いているからであ
る。従って、医療分野において従来頻繁に用いられたF
FTでは、方法自体に存在する制約によりスペクトルの
分解能が低いため、心拍変動から明確な周波数成分を引
き出すことは原理的に困難である。
[0010] All of these analysis methods have poor accuracy. That is, even if the fluctuation of heart rate, that is, fluctuation is analyzed, an input signal always uses an A / D-converted level signal at a predetermined sampling rate. Is used. Therefore, F which has been frequently used in the medical field is conventionally used.
In the FT, it is difficult in principle to derive a clear frequency component from the heart rate variability because the resolution of the spectrum is low due to a constraint existing in the method itself.

【0011】本発明は、前記事情に鑑み、心拍数でなく
心拍即ちR−R間隔を直接測定し、その後移動平均して
ノイズ及び高域成分を除去し、このR−R間隔の揺らぎ
に周期性があり、少ないデータ数でもスペクトル分析が
できることから、周期性に基づいた次数の自己回帰モデ
ルによる線形予測法を用いて、高精度の診断方法を提供
することを目的とする。
In view of the above circumstances, the present invention directly measures not the heart rate but the heartbeat, that is, the RR interval, and then performs a moving average to remove noise and high-frequency components. It is an object of the present invention to provide a highly accurate diagnosis method using a linear prediction method based on an autoregressive model of order based on periodicity, since the spectrum analysis can be performed even with a small number of data.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】発明の診断装置は、生
体から生体信号を採取する手段と、この生体信号の極大
点の時刻を順次検出して、時刻T0 〜Tn を形成し、但
しnは正の整数であるピーク検出手段と、ある時刻と次
の時刻との間の時間を、予め決定された基本時間で順次
割り算して心拍の間隔P1 〜Pn を形成するカウンタ手
段と、これら心拍の間隔を24次の自己回帰モデルによ
る線形予測法でスペクトル解析を行って前記心拍の間隔
のゆらぎを求める予測手段とを備える。
Diagnostic apparatus of the present invention, in order to solve the problems] includes means for obtaining a biological signal from a living body, the time of the maximum point of the biological signal by sequentially detecting, form a time T 0 through T n, Where n is a positive integer, and peak detecting means, and counter means for sequentially dividing the time between a certain time and the next time by a predetermined basic time to form heartbeat intervals P 1 to P n. And a predicting means for performing spectrum analysis on the intervals between the heartbeats by a linear prediction method using a 24th order autoregressive model to obtain fluctuations in the heartbeat intervals.

【0013】前記ピーク検出手段は、各々に前記生体信
号が入力されると共に、3位相のホールド・イネーブル
信号が順に入力される3つのサンプル・ホールド回路
と、これらホールド回路の内、2つ毎の出力を比較する
3つの比較器と、これら比較器の内、2つ毎の出力を論
理積して、3つの論理積出力を各々出力する3つのアン
ドゲートと、これらのアンドゲートのいずれかの出力が
Hになった時に関連の前記イネーブル信号に対応する時
刻が記憶される手段とを備える。
[0013] The peak detecting means includes three sample-and-hold circuits to which the biological signal is input and to which a three-phase hold enable signal is sequentially input. Three comparators for comparing outputs, three AND gates for performing an AND operation on every two outputs of the comparators and outputting three AND outputs, and any one of these AND gates Means for storing a time corresponding to said enable signal when the output goes high.

【0014】前記ピーク検出手段は、前記生体信号が入
力されるA/D変換器と、このA/D変換器の出力が入
力される3列のシフトレジスタ回路と、これらシフトレ
ジスタ回路の内、1列及び2列の出力を比較する第1比
較器と2列及び3列の出力を比較する第2比較器と、こ
れら比較器の出力を論理積するアンドゲートと、このア
ンドゲートの出力がHになった時に時刻が記憶される手
段とを備える。
The peak detecting means includes an A / D converter to which the biological signal is input, a three-row shift register circuit to which the output of the A / D converter is input, and, among these shift register circuits, A first comparator for comparing the outputs of the first and second columns, a second comparator for comparing the outputs of the second and third columns, an AND gate for ANDing the outputs of these comparators, and an output of the AND gate Means for storing the time when it becomes H.

【0015】前記予測手段は、前記スペクトル解析に先
立って前記心拍の間隔Pの高域成分を除去するためのデ
ジタルローパスフィルタを備える。
[0015] The predicting means may be configured to execute the spectrum analysis before
Data for removing the high frequency component of the heartbeat interval P while standing
A digital low-pass filter is provided.

【0016】前記予測手段は、前記スペクトル解析に先
立ち、前記心拍の間隔P 1 〜P n について、前記時刻配
列の前後からP 1-m 及びP n+m までの補助心拍の間隔を
求めて、2m+1分移動平均する。
[0016] The predicting means may be arranged to perform the above-mentioned spectrum analysis.
Standing, for spacing P 1 to P n of the heart, the time distribution
The interval between assist heartbeats from the front and back of the row to P 1-m and P n + m
Then, a moving average is calculated for 2m + 1 minutes.

【0017】[0017]

【実施例】図1は、本発明による診断装置の一実施例を
示す概略図である。この診断装置は、生体例えば妊娠中
の胎児の心臓壁の鼓動から生体信号を採取するマイク即
ち超音波トランスジューサ11を備える。この超音波ト
ランスジューサ11は、1.15MHzで変調された超
音波を子宮内の胎児の心臓に当て、その反射波がドップ
ラー効果によって心臓の鼓動で変化することから、心拍
に対応した生体アナログ信号を採取している。また、成
人の心拍は、双極誘導法による心電図の電極より生体ア
ナログ信号として採取している。この生体信号は、血圧
波系・パルスオキシメータ等で採取してもよい。この生
体アナログ信号は、ある心拍と次の心拍との期間即ちR
−R間隔を順次求めるために、ピーク検出回路12に入
力される。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a diagnostic apparatus according to the present invention. The diagnostic apparatus includes a microphone, that is, an ultrasonic transducer 11 for collecting a biological signal from a heartbeat of a living body, for example, the heart wall of a pregnant fetus. The ultrasonic transducer 11 applies an ultrasonic wave modulated at 1.15 MHz to the fetal heart in the uterus, and the reflected wave changes with the heartbeat due to the Doppler effect. Collected. In addition, the heartbeat of an adult is collected as a biological analog signal from an electrode of an electrocardiogram by a bipolar lead method. This biological signal may be collected by a blood pressure wave system, a pulse oximeter, or the like. The bioanalog signal has a period between one heartbeat and the next heartbeat, ie, R
The signal is input to the peak detection circuit 12 in order to sequentially determine the -R interval.

【0018】このピーク検出回路12は、まず、生体信
号即ちR波の極大点の時刻T0 〜Tn を順次検出し、次
に、ある時刻と次の時刻との間の期間を、予め決定され
た基本クロックで順次割算して心拍の間隔P1 〜Pn
形成する。但し、nは正の整数である。この基本クロッ
クは、クロック回路13から送出される。
The peak detection circuit 12 first detects times T 0 to T n of the biological signal, that is, the maximum point of the R wave, and then determines a period between a certain time and the next time in advance. successively dividing the basic clock which is to form the spacing P 1 to P n of the heart. Here, n is a positive integer. This basic clock is sent from the clock circuit 13.

【0019】即ち、予め決定された基本クロックをT
CLK とすると、心拍の間隔Pn は、次の通りである。 Pn =(Tn −Tn-1 )/TCLK 但しnは正の整数である。ここで、従来の心拍数の変動
と本発明による心拍の変動又はゆらぎとは根本的に異な
る。即ち、心拍数は例えば1分間に打つ心臓の鼓動数に
対し、心拍の時間間隔はある鼓動(ビート)と次の鼓動
との間の期間即ち時間関数である。
That is, the predetermined basic clock is represented by T
Assuming CLK , the heartbeat interval Pn is as follows. P n = (T n -T n -1) / T CLK where n is a positive integer. Here, the conventional heart rate fluctuation and the heart rate fluctuation or fluctuation according to the present invention are fundamentally different. That is, the heart rate is, for example, the number of beats of the heart beat in one minute, while the time interval of the heart beat is a time period between one beat (beat) and the next beat, that is, a time function.

【0020】従って、心拍の間隔は、例えば1kHzの
クロックが入力される例えば8ビット幅のカウンタ14
によって計数され、その後、極大点の時刻が検出される
毎に、例えば8ビット幅のnビットのRAM15に順次
記憶される。これらのnビットのRAM15は、各内容
がマイクロコンピュータ(CPU)又はデジタル信号プ
ロセッサ(DSP)16に入力されて、自己回帰モデル
による例えば24次の線形予測法でスペクトル解析を行
う。また、nビットのRAM15は、又はn列のシフト
レジスタと置換してもよい。
Therefore, the interval between heartbeats is determined by, for example, an 8-bit width counter 14 to which a clock of 1 kHz is input.
After that, each time the time of the maximum point is detected, it is sequentially stored in, for example, an n-bit RAM 15 having an 8-bit width. The contents of these n-bit RAMs 15 are input to a microcomputer (CPU) or a digital signal processor (DSP) 16, and the spectrum is analyzed by, for example, a 24th-order linear prediction method using an autoregressive model. Further, the n-bit RAM 15 may be replaced with an n-column shift register.

【0021】図2は、所定の基本クロック(例えば1k
Hz)で順次サンプルされる超音波トランスジューサ1
1からの3つの連続した生体信号を各々比較するピーク
検出回路12の一実施例の概略図である。このピーク検
出回路12は、最初にサンプルされた第1生体信号が次
にサンプルされた第2生体信号より低く、第2生体信号
がその次にサンプルされた第3生体信号より高い時に、
第2生体信号をサンプルした時刻を記憶する。
FIG. 2 shows a predetermined basic clock (for example, 1 k
Hz) ultrasonic transducer 1 sampled sequentially at
FIG. 3 is a schematic diagram of one embodiment of a peak detection circuit 12 that compares each of three consecutive biological signals from one. The peak detection circuit 12 detects when the first sampled first biological signal is lower than the second sampled second biological signal and the second biological signal is higher than the next sampled third biological signal.
The time when the second biological signal is sampled is stored.

【0022】従って、ピーク検出回路12は、超音波ト
ランスジューサ11からの生体信号が入力され得る3つ
のサンプル・ホールド回路21〜23と、これらホール
ド回路21〜23の内、2つ毎の出力を比較する3つの
比較器24〜26とを備える。これらのサンプル・ホー
ルド回路21〜23には、3ビットリングカウンタ27
からの3位相のホールド・イネーブル信号が順に入力さ
れる。このリングカウンタ27は、例えば1kHzの基
本クロックが入力されて、1つのみがHとなる3つの出
力を有し、そのキャリー出力が例えば8ビットの2進カ
ウンタ28のクロック端子又はクロックイネーブル端子
に入力される。
Accordingly, the peak detection circuit 12 compares three sample-and-hold circuits 21 to 23 to which a biological signal from the ultrasonic transducer 11 can be inputted with the outputs of every two of the three hold circuits 21 to 23. And three comparators 24-26. These sample and hold circuits 21 to 23 include a 3-bit ring counter 27
Are sequentially input. The ring counter 27 has three outputs to which a basic clock of, for example, 1 kHz is input and only one of which becomes H, and the carry output of which is provided to a clock terminal or a clock enable terminal of an 8-bit binary counter 28, for example. Is entered.

【0023】従って、3つのサンプル・ホールド回路2
1〜23は、基本クロックがリングカウンタ27に入力
される毎に、いずれか1つが生体信号をサンプルできる
状態となり、残り2つが第1及び第2生体信号を保持し
た状態となり、所定のセットリング時間を経過してサン
プルしたデータ即ち第3生体信号が安定する。同時に、
これらカウンタ27及び28は、生体信号をサンプルし
た時刻に関連する計数を保持している。
Therefore, the three sample and hold circuits 2
1 to 23, each time the basic clock is input to the ring counter 27, one of them becomes a state in which a biological signal can be sampled, and the other two become a state in which the first and second biological signals are held. After a lapse of time, the sampled data, that is, the third biological signal is stabilized. at the same time,
These counters 27 and 28 hold counts related to the time when the biological signal was sampled.

【0024】このように、連続してサンプルされた3つ
の生体信号は、第2が第1又は第3生体信号と比較され
る。従って、2つの比較器で十分であるが、この実施例
では、例えば第1生体信号のホールド回路が順番に移動
するので、3つの比較器が必要である。まず、比較器2
4の出力は、インバータ(○で図示)を経てアンドゲー
ト31と、アンドゲート32とに入力される。次に、比
較器25の出力は、インバータを経てアンドゲート32
と、アンドゲート33とに入力される。また、比較器2
6の出力は、インバータを経てアンドゲート33と、ア
ンドゲート31とに入力される。
Thus, three consecutively sampled biological signals are compared with the second with the first or third biological signal. Therefore, two comparators are sufficient, but in this embodiment, for example, three comparators are necessary because the hold circuit of the first biological signal moves in order. First, the comparator 2
The output of 4 is input to an AND gate 31 and an AND gate 32 via an inverter (shown by ○). Next, the output of the comparator 25 is supplied to the AND gate 32 through an inverter.
Is input to the AND gate 33. Also, the comparator 2
The output of 6 is input to the AND gate 33 and the AND gate 31 via the inverter.

【0025】これらのアンドゲート31〜33のいずれ
かの出力がHになった時、即ち極大となる生体信号が検
出された時には、関連のイネーブル信号に対応する時刻
即ち計数が例えば10ビット幅の4kBRAM15に記
憶される。その後、RAM15のアドレスがインクリメ
ントされ、リングカウンタ27及び2進カウンタ28が
リセットされて、次のR−R間隔の記憶に備えている。
この場合、時刻は直接記憶されないが、生体信号の極大
点の間隔即ちR−R間隔が直接記憶される。
When the output of any of these AND gates 31 to 33 becomes H, that is, when the maximum biological signal is detected, the time corresponding to the associated enable signal, that is, the count is, for example, 10 bits wide. Stored in the 4 kB RAM 15. Thereafter, the address of the RAM 15 is incremented, and the ring counter 27 and the binary counter 28 are reset to prepare for storage of the next RR interval.
In this case, the time is not directly stored, but the interval between the maximum points of the biological signal, that is, the RR interval is directly stored.

【0026】次に、別の実施例のピーク検出回路は、図
3に示すように、例えば1kHzのサンプル率で前記生
体信号が入力されるA/D変換器41と、このA/D変
換器41の出力が入力される3列のシフトレジスタ回路
42〜44と、これらシフトレジスタ回路の内、1列及
び2列の出力を比較する第1比較器45と2列及び3列
の出力を比較する第2比較器46と、これら比較器の出
力を論理積するアンドゲート47と、1kHzの基本ク
ロックが入力される2進カウンタ14と、2進カウンタ
14の値が順次記憶され得るRAM15とを備える。こ
のアンドゲート47の出力がHになった時には、2進カ
ウンタ14の内容がRAM15に記憶され、その後RA
M15のアドレスがイクリメントされ、2進カウンタ4
8がリセットされる。
Next, as shown in FIG. 3, a peak detection circuit according to another embodiment includes an A / D converter 41 to which the biological signal is input at a sampling rate of, for example, 1 kHz, and an A / D converter. The output of 41 is input to three columns of shift register circuits 42 to 44, and among these shift register circuits, the first comparator 45 for comparing the output of one column and two columns is compared with the output of two columns and three columns. A second comparator 46, an AND gate 47 for ANDing the outputs of these comparators, a binary counter 14 to which a basic clock of 1 kHz is input, and a RAM 15 in which the value of the binary counter 14 can be sequentially stored. Prepare. When the output of the AND gate 47 becomes H, the contents of the binary counter 14 are stored in the RAM 15 and thereafter the RA
The address of M15 is incremented, and the binary counter 4
8 is reset.

【0027】即ち、A/D変換器41は、従来の生体信
号の波形をサンプルするのと異なり生体信号の極大時刻
を検出するために、アナログの生体信号を例えば8ビッ
トのデジタル信号に変換し、このデジタル信号が3列の
8ビット幅のシフトレジスタに入力されて、前後3段階
のデジタル生体信号が比較される。また、生体信号のサ
ンプリングに同期して、R−R間隔を計測するカウンタ
が設けられ、前後のデジタル生体信号が真ん中のそれよ
り低い時に、カウンタの内容をコンピュータシステム又
はデジタル信号プロセッサ(DSP)内のRAMに記憶
し、その後カウンタをリセットして次のR−R間隔の計
測を始める。このように生体信号のビートとビートとの
R−R間隔データは、例えば胎児の場合300回分順次
記憶される。
That is, the A / D converter 41 converts an analog biological signal into, for example, an 8-bit digital signal in order to detect the maximum time of the biological signal unlike the conventional sampling of the waveform of the biological signal. This digital signal is input to a three-column 8-bit width shift register, and digital biosignals in three stages before and after are compared. Further, a counter for measuring the RR interval is provided in synchronization with the sampling of the biological signal, and when the digital biological signal before and after is lower than that in the middle, the content of the counter is stored in a computer system or a digital signal processor (DSP). And then reset the counter to start measuring the next RR interval. As described above, the RR interval data between the beats of the biological signal is sequentially stored for 300 times in the case of a fetus, for example.

【0028】DSP内のRAMに記憶されたこれら30
0個のR−R間隔データは、1つのデータにつき前後1
1個のデータを移動平均して、ノイズ及び高域成分を除
去した278個のデータを求める。これらの278個の
データは、24次の自己回帰モデルによる線形予測法を
用いてスペクトル分析を行い、図4に示すR−R間隔デ
ータのゆらぎのパワースペクトル分布図を得る。図4
は、縦軸にパワースペクトル密度を示し、横軸にビート
毎のゆらぎの偏差値を示し、胎児の場合低域成分にピー
クが現れ、このピークの高さによって胎児仮死のリアク
ティブ或いはノンリアクティブを判定している。これら
の278個のデータ及び判定は、次の臨床例に基づいて
いる。
These 30 stored in the RAM in the DSP
Zero RR interval data is one before and after one data.
One piece of data is moving averaged to obtain 278 pieces of data from which noise and high frequency components have been removed. These 278 pieces of data are subjected to spectral analysis using a linear prediction method based on a 24th-order autoregressive model to obtain a power spectrum distribution diagram of the fluctuation of the RR interval data shown in FIG. FIG.
Indicates the power spectrum density on the vertical axis and the deviation value of the fluctuation for each beat on the horizontal axis. In the case of a fetus, a peak appears in the low-frequency component. Has been determined. These 278 data and decisions are based on the following clinical case.

【0029】胎児の心拍変動は非定常線形であることを
前提とし、胎児心拍変動の定常性の検証には連検定を用
いたノンパラメトリックな方法を用いた。生理的安定状
態で成人が定常性を示したのに対し、胎児は24心拍毎
の周期性を示した。また、連のグラフにおける直線部分
を生理的定常状態と考え、妊娠18週から39週の正常
胎児10人の述べ8308心拍について生理的定常区間
の平均の長さを産出した。その結果生理的に胎児が定常
状態にあると考えられる区間の平均の長さが237.5
心拍であった。従って、24次の自己回帰モデルによる
線形予測法は、胎児における24心拍毎の周期性から決
定され、278個のデータが胎児の平均定常区間長23
7.5心拍に基づいて決定される。
On the assumption that the fetal heart rate variability is non-stationary linear, a non-parametric method using a repeated test was used to verify the fetal heart rate variability. In the physiologically stable state, the adult showed a stationary state, while the fetus showed a periodicity every 24 heartbeats. In addition, the straight line portion in the continuous graph was considered as a physiological steady state, and the average length of the physiological steady interval was produced for the 8308 heartbeats of 10 normal fetuses from 18 weeks to 39 weeks of gestation. As a result, the average length of the section where the fetus is physiologically considered to be in a steady state is 237.5.
It was a heartbeat. Therefore, the linear prediction method based on the 24th-order autoregressive model is determined from the periodicity of every 24 heartbeats in the fetus, and 278 data are the average stationary section length 23 of the fetus.
Determined based on 7.5 heartbeats.

【0030】成人においては、心拍変動の自己回帰モデ
ルによる線形予測法のスペクトル解析が臨床で使われ、
0.1c/b(サイクル/ビート)以下の低域成分と、
0.2〜0.3c/bの中域成分に二つピークが存在す
る。これらの変動はそれぞれ交感神経系、副交感神経系
の活動を密接に反映していることが実験的に示されてい
る。
In adults, spectral analysis of a linear prediction method using an autoregressive model of heart rate variability is used clinically,
A low-frequency component of 0.1 c / b (cycle / beat) or less;
There are two peaks in the mid-range component of 0.2-0.3 c / b. It has been experimentally shown that these fluctuations closely reflect the activities of the sympathetic nervous system and parasympathetic nervous system, respectively.

【0031】妊娠中期の胎児仮死は胎児低酸素血症であ
ると仮定し、本発明によるスペクトル解析を適応する
と、胎児において高域ピークは副交感神経活動を示し、
成人のように呼吸因子の関与が少ない。また、低域ピー
クは、主に交感神経、一部副交感神経の活動を示し、動
物実験により低域ピークが血液pHと同期して低下する
ことが示された。これら一連の結果は、さい帯静脈穿刺
により得られた胎児血酸素分圧と低周波数面積との関係
よりえられた。
Assuming that fetal asphyxia in the second trimester is fetal hypoxemia, and applying the spectral analysis according to the present invention, the high peak in the fetus indicates parasympathetic activity,
Involvement of respiratory factors as in adults. In addition, the lower band peak mainly showed the activity of the sympathetic nerve and partly the parasympathetic nerve, and animal experiments showed that the lower band peak decreased in synchronization with the blood pH. These series of results were obtained from the relationship between fetal blood oxygen partial pressure obtained by umbilical vein puncture and low frequency area.

【0032】心電図を用いた場合には、R−R間隔をテ
ンプレートマッチング法により自動検出してもよい。ま
た、25心拍以下の低周波成分を除去したのち表示画面
上で肉眼的にノイズ除去を行った後、定常状態の区間の
みを抽出してもよい。
When an electrocardiogram is used, the RR interval may be automatically detected by a template matching method. Alternatively, after removing the low-frequency component of 25 heartbeats or less, the noise may be visually removed on the display screen, and then only the steady state section may be extracted.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の診断装
によれば、心拍の間隔を直接測定して、移動平均した
、24次の自己回帰モデルによる線形予測法を用い
て、FFTより少ないデータで心拍間隔のゆらぎのパワ
ースペクトル分布を得ている。従って、このゆらぎのパ
ワースペクトル分布の低域成分から、従来測定が困難と
された妊娠25〜26週付近の胎児仮死高精度で判定
することができる。
As described in the foregoing, according to the DanSo location diagnosis of the present invention, by measuring the interval of heartbeats directly after moving average, using a linear prediction method by 2 fourth-order autoregressive model , The power spectrum distribution of the fluctuation of the heartbeat interval is obtained with less data than FFT. Therefore, the fetal asphyxia around 25 to 26 weeks of pregnancy, which has been difficult to measure conventionally, can be determined with high accuracy from the low frequency components of the power spectrum distribution of this fluctuation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による診断装置の一実施例を示す概略図
である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of a diagnostic device according to the present invention.

【図2】本発明によるピーク検出回路の一実施例を示す
概略回路図である。
FIG. 2 is a schematic circuit diagram showing one embodiment of a peak detection circuit according to the present invention.

【図3】本発明によるピーク検出回路の別の実施例を示
す概略回路図である。
FIG. 3 is a schematic circuit diagram showing another embodiment of the peak detection circuit according to the present invention.

【図4】R−R間隔データのゆらぎのパワースペクトル
分布図である。
FIG. 4 is a power spectrum distribution diagram of fluctuation of RR interval data.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 センサ(マイク) 12 ピーク検出回路 13 クロック回路 14 カウンタ 15 RAM 16 DSP又はCPU Reference Signs List 11 sensor (microphone) 12 peak detection circuit 13 clock circuit 14 counter 15 RAM 16 DSP or CPU

フロントページの続き (72)発明者 松原 照巳 埼玉県浦和市道場二丁目2番1号 アト ム株式会社浦和工場内 (56)参考文献 特開 平7−88094(JP,A) 特開 平6−105818(JP,A) 高辻博義 外2名,心拍の揺らぎ解析 のためのシステム開発,生理学技術研究 会報告,生理学研究所技術課(1991年9 月)発行,第13号,第59−62頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/0402 - 5/0472 JICSTファイル(JOIS)Continuation of the front page (72) Inventor Terumi Matsubara 2-2-1 Dojo, Urawa-shi, Saitama Atom Co., Ltd. Urawa Plant (56) References JP-A-7-88094 (JP, A) JP-A-6 −105818 (JP, A) Hiroyoshi Takatsuji et al., Development of a system for analyzing fluctuations in heart rate, Report of the Physiological Technology Workshop, published by the National Institute for Physiological Sciences (September 1991), No. 13, No. 59-62. Page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) A61B 5/0402-5/0472 JICST file (JOIS)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 体から生体信号を採取する手段と、 この生体信号の極大点の時刻を順次検出して、時刻T0
〜Tn を形成し、但しnは正の整数であるピーク検出手
段と、 ある時刻と次の時刻との間の時間を、予め決定された基
本時間で順次割り算して心拍の間隔P1 〜Pn を形成す
るカウンタ手段と、 これら心拍の間隔を24次の自己回帰モデルによる線形
予測法でスペクトル解析を行って前記心拍の間隔のゆら
ぎを求める予測手段とを備えた診断装置。
1. A means for obtaining a biological signal from the raw body, the time of the maximum point of the biological signal by sequentially detecting the time T 0
To T n , where n is a positive integer, and the time between a certain time and the next time is sequentially divided by a predetermined basic time to obtain a heartbeat interval P 1 to A diagnostic apparatus comprising : counter means for forming P n ; and predicting means for performing a spectrum analysis on the intervals between the heartbeats by a linear prediction method using a 24th-order autoregressive model to obtain fluctuations in the heartbeat intervals.
【請求項2】 前記ピーク検出手段は、各々に前記生体
信号が入力されると共に、3位相のホールド・イネーブ
ル信号が順に入力される3つのサンプル・ホールド回路
と、これらホールド回路の内、2つ毎の出力を比較する
3つの比較器と、これら比較器の内、2つ毎の出力を論
理積して、3つの論理積出力を各々出力する3つのアン
ドゲートと、これらのアンドゲートのいずれかの出力が
Hになった時に関連の前記イネーブル信号に対応する時
刻が記憶される手段とを備えた請求項記載の診断装
置。
2. The sample detecting circuit according to claim 2, wherein the biological signal is input to each of the peak detecting means, and a three-phase hold enable signal is sequentially input to the peak detecting means. Three comparators for comparing the outputs of each of the three comparators, of these comparators, ANDing the outputs of every two of them, and three AND gates each outputting three AND outputs, and any of these AND gates Kano output diagnostic apparatus according to claim 1, further comprising a means for time are stored corresponding to the enable signal related when they become H.
【請求項3】 前記ピーク検出手段は、前記生体信号が
入力されるA/D変換器と、このA/D変換器の出力が
入力される3列のシフトレジスタ回路と、これらシフト
レジスタ回路の内、1列及び2列の出力を比較する第1
比較器と2列及び3列の出力を比較する第2比較器と、
これら比較器の出力を論理積するアンドゲートと、この
アンドゲートの出力がHになった時に時刻が記憶される
手段とを備えた請求項記載の診断装置。
3. An A / D converter to which the biological signal is input, a three-row shift register circuit to which the output of the A / D converter is input, The first of which compares the output of one and two columns
A second comparator that compares the output of the comparator with two and three columns;
An AND gate for ANDing the outputs of the comparators, diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the time and means to be stored when the output of the AND gate becomes H.
【請求項4】 前記予測手段は、前記スペクトル解析に
先立って前記心拍の間隔Pの高域成分を除去するための
デジタルローパスフィルタを備えた請求項1記載の診断
装置。
4. The prediction means according to claim 1 , wherein
Prior to removing the high frequency component of the heartbeat interval P
The diagnosis according to claim 1, further comprising a digital low-pass filter.
apparatus.
【請求項5】 前記予測手段は、前記スペクトル解析に
先立ち、前記心拍の間隔P 1 〜P n について、前記時刻
配列の前後からP 1-m 及びP n+m までの補助心拍の間隔
を求めて、2m+1分移動平均することを特徴とする請
求項1記載の診断装置。
5. The prediction means according to claim 1 , wherein
Prior, the intervals P 1 to P n of the heart, the time
Interval between assist heartbeats from before and after the array to P 1-m and P n + m
A moving average of 2m + 1 minutes.
The diagnostic device according to claim 1.
【請求項6】 前記予測手段は、前記心拍の間隔データ
を所定個数記憶するRAMと、このRAMの内容から前
記間隔データのゆらぎの正規分布を求めるCPUとを備
えた請求項記載の診断装置。
Wherein said predicting means includes a RAM for a predetermined number storing interval data of the heartbeat, diagnostic apparatus according to claim 1, further comprising a CPU for determining the normal distribution of the fluctuation of the interval data from the contents of the RAM .
【請求項7】 前記予測手段は、前記心拍の間隔データ
を所定個数記憶するRAMと、このRAMの内容から前
記間隔データのゆらぎの正規分布を求めるDSPとを備
えた請求項記載の診断装置。
Wherein said predicting means includes a RAM for a predetermined number storing interval data of the heartbeat, diagnostic apparatus according to claim 1, further comprising a DSP to determine the normal distribution of the fluctuation of the interval data from the contents of the RAM .
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