CN110891483A - 心电图信号处理装置、个人认证装置以及心电图信号处理方法 - Google Patents

Abstract

心电图信号处理装置(10)具备：信号处理电路(12)，其将通过安装于生物体的电极(11)检测到的心电图信号放大后输出；以及同相信号生成电路(13)，其使用由信号处理电路(12)放大后的心电图信号，来生成用于使心电图信号所示的心电图波形中的峰的振幅变大的同相信号，并将所生成的同相信号施加于电极(11)。

Description

心电图信号处理装置、个人认证装置以及心电图信号处理 方法

技术领域

本发明涉及一种心电图信号处理装置、个人认证装置以及心电图信号处理方法，特别是涉及一种使用心电图信号来提高个人认证的精度的技术。

背景技术

心电图信号(Electrocardiogram(ECG)信号)是因周期性的心脏的运动而引起的电信号，已知每个人的心电图信号的1个周期的波形图案(以下称为“心跳图案”)呈现出不同的特征。利用这一点，以往提出了使用心电图信号的个人认证技术(例如，参照专利文献1)。

在专利文献1中，测定装置具备同时并行地动作的生物体阻抗测定部和心电图信号测定部。由此，用所获得的生物体阻抗来判定测定不良等，在此基础上用心电图信号来进行个人认证，由此实现可靠性高的个人认证。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-210236号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在专利文献1的技术中，在电极与生物体之间的接触阻抗高、如采用不使用导电性的膏的所谓的干电极来进行测定的情况等情况下，存在如下问题：无法获取稳定的心电图信号，因此无法以高精度进行个人认证。这是由于，在接触阻抗高的情况下，心电图信号受到交流声(hum noise)等干扰噪声的影响，心跳图案中的P波、Q波、R波、S波、T波、U波的峰不稳定。

因此，本发明是为了解决上述问题而完成的，目的在于提供一种即使在电极与生物体之间的接触阻抗高的情况下也能够稳定地测定心电图信号的心电图信号处理装置等。

用于解决问题的方案

为了达成上述目的，本发明的一个方式所涉及的心电图信号处理装置具备：信号处理电路，其将通过安装于生物体的电极检测到的心电图信号放大后输出；以及同相信号生成电路，其使用由所述信号处理电路放大后的心电图信号，来生成用于使所述心电图信号所示的心电图波形中的峰的振幅变大的同相信号，并将所生成的所述同相信号施加于所述电极。

为了达成上述目的，本发明的一个方式所涉及的个人认证装置具备：上述心电图信号处理装置；存储部，其保持登记信息，该登记信息是将所述心电图信号处理装置所具备的所述信号处理电路输出的心电图信号所示的心电图波形的特征量与多个用户中的各个用户进行对应而得到的；以及认证部，其针对受检者，将所述心电图信号处理装置所具备的所述信号处理电路输出的心电图信号所示的心电图波形的特征量与所述存储部中保持的所述登记信息进行对照，由此识别所述受检者是所述多个用户中的哪一个。

为了达成上述目的，本发明的一个方式所涉及的心电图信号处理方法包括以下步骤：信号获取步骤，获取通过安装于生物体的电极检测到的心电图信号；以及同相信号生成步骤，生成用于使在所述信号获取步骤中获取到的心电图信号所示的心电图波形中的峰的振幅变大的同相信号，并将所生成的所述同相信号施加于所述电极。

发明的效果

通过本发明，能够实现即使在电极与生物体之间的接触阻抗高的情况下也能够稳定地测定心电图信号的心电图信号处理装置、心电图处理方法、以及具备心电图信号处理装置的个人认证装置。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的个人认证装置的结构的外观图。

图2A是表示图1中示出的心电图信号处理装置所具备的电极的设置例的图。

图2B是表示受检者坐在图2A中示出的心电图信号处理装置上的状态的图。

图3是表示心电图信号处理装置的另一方式的图。

图4是表示心电图信号处理装置的又一方式的图。

图5是表示心电图信号处理装置所具有的电极的形状例的图。

图6是表示实施方式所涉及的个人认证装置的结构的框图。

图7是表示图6中示出的心电图信号处理装置的详细结构的框图。

图8是表示心电图信号的心跳图案的图。

图9是表示实施方式所涉及的个人认证装置的心电图信号处理装置的处理的流程图。

图10是表示实施方式所涉及的个人认证装置的信息处理装置的处理的流程图。

图11是表示由信息处理装置进行个人认证时的显示部的显示例的图。

图12是表示心电图波形的心跳图案中的特征量的图。

图13是表示在心电图信号处理装置中不叠加同相信号的情况下的心电图信号(设为登记数据A)的波形例的图。

图14是表示在心电图信号处理装置中叠加同相信号的情况下的心电图信号(设为登记数据B)的波形例的图。

图15是表示在心电图信号处理装置中不叠加同相信号的情况下的另一心电图信号(设为登记数据C)的波形例的图。

图16是表示在登记了登记数据A～C的心电图波形的特征量之后用各波形来进行个人认证的情况下的结果的图。

图17是表示实施方式的变形例所涉及的心电图信号处理装置的结构的框图。

图18是表示在变形例所涉及的心电图信号处理装置中叠加同相信号的情况下的心电图信号的波形例的图。

具体实施方式

下面，使用附图来详细地说明本发明的实施方式。此外，以下说明的实施方式均表示本发明的一个具体例。以下的实施方式中所示的数值、形状、材料、结构要素、结构要素的配置位置及连接方式、步骤、步骤的顺序等是一个例子，其主旨并不是限定本发明。另外，关于以下的实施方式中的结构要素中的、表示本发明的最上位概念的独立权利要求中未记载的结构要素，设为任意的结构要素来进行说明。另外，各图并非严格地进行了图示。在各图中，对于实质相同的结构标注相同的标记，省略或简化重复的说明。

图1是表示实施方式所涉及的个人认证装置100的结构的外观图。在本图中，也一并图示了作为个人认证的对象的受检者5。

个人认证装置100是对受检者5进行个人认证的装置，由心电图信号处理装置10、信息处理装置20以及显示部25构成。

心电图信号处理装置10是具有用于供受检者5坐下的椅子的构造的测定装置，在受检者5的大腿的背面(股后肌群)测定心电图信号，并将测定出的心电图信号以无线方式发送到信息处理装置20。此外，心电图信号处理装置10并非必须具有椅子的构造物。也可以在作为不同个体的椅子的构造物中安装心电图信号处理装置10。

信息处理装置20是以下装置：使用从心电图信号处理装置10以无线方式发送来的心电图信号，对受检者5进行个人认证，将其结果显示于显示部25。此外，信息处理装置20由具有保持程序的硬盘或者ROM等非易失性存储器、暂时性地保持信息的RAM、执行程序的处理器、用于与周边设备进行连接的输入输出端口等的计算机装置等来实现。信息处理装置20例如是个人计算机、智能电话等便携式信息终端等。

显示部25是显示由信息处理装置20进行的个人认证的结果等的显示器，例如是LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)等。此外，作为构成个人认证装置100的输出装置，也可以具备声音输出装置来代替显示部25、或者除了显示部25以外还具备声音输出装置。

此外，在该个人认证装置100中也可以具备用于供受检者5对心电图信号处理装置10和信息处理装置20给与指示的遥控器、按钮等输入装置(未图示)。该输入装置既可以是以有线或无线方式与心电图信号处理装置10及信息处理装置20连接的独立的装置，也可以是以嵌入方式固定于心电图信号处理装置10或者信息处理装置20的器件。

图2A是表示图1中示出的心电图信号处理装置10所具备的电极11的设置例的图。在此，电极11以在受检者5坐在具有长方体的椅子构造的心电图信号处理装置10上时与受检者5的两条大腿的背面接触的方式，设置于长方体的椅子构造物的上表面的2处(测定电极用和参照电极用)。电极11的材料例如是金、银、或者银-氯化银(Ag/AgCl)等。此外，电极11并非必须由心电图信号处理装置10所具备，也可以使用受检者5所预先穿戴的电极。

图2B是表示受检者5坐在图2A中示出的心电图信号处理装置10上的状态的图。电极11位于受检者5的大腿的背面。此外，受检者5无需露出大腿，也可以穿着裤子等衣物。通过电极11来隔着衣物检测受检者5的大腿的背面的心电图信号。这是由于，在本实施方式中，心电图信号处理装置10即使在电极与生物体之间的接触阻抗高的情况下也能够稳定地测定心电图信号。

此外，心电图信号处理装置10和电极11的方式及设置位置不限于图1、图2A及图2B中示出的方式及设置位置，例如也可以是图3和图4所示的方式及设置位置。

图3是表示心电图信号处理装置10的另一方式的图。在此，心电图信号处理装置10是以隔着电极11贴在受检者5的左胸的方式安装的贴片型的心电传感器。

图4是表示心电图信号处理装置10的又一方式的图。在此，心电图信号处理装置10具有如小型便携型的操作控制器那样的构造，在长方体状的壳体的前表面的2处具有供受检者5的拇指接触的电极11。

图5是表示心电图信号处理装置10所具有的电极11的形状例的图。电极11的形状可以是如图5的(a)所示的圆形、如图5的(b)所示的椭圆形、如图5的(c)所示的正方形、如图5的(d)所示的长方形、以及它们的组合(多个电极11中的组合)中的任一种。

图6是表示本实施方式所涉及的个人认证装置100的结构的框图。个人认证装置100由心电图信号处理装置10、信息处理装置20以及显示部25构成。

心电图信号处理装置10具备电极11、信号处理电路12、同相信号生成电路13以及通信部14。

如图2A和图2B所示，电极11是安装于生物体的电极(包括测定电极和参照电极的电极)，不仅可以是干电极，也可以是湿电极。此外，“安装于生物体”的含义是设置于靠近生物体的位置以能够从生物体测定心电图信号，不仅包括与生物体的皮肤直接接触的情况，也包括隔着衣物等来相对地固定于生物体的情况。

信号处理电路12是将通过安装于生物体的电极11检测到的心电图信号放大后输出的电路。

同相信号生成电路13是以下电路：使用由信号处理电路12放大后的心电图信号，生成用于使心电图信号所示的心电图波形中的峰的振幅变大的同相信号，并将所生成的同相信号施加于电极11。

通信部14是将与从信号处理电路12输出的心电图信号有关的信息发送到信息处理装置20的通信接口，例如是Bluetooth(注册商标)或者WiFi(注册商标)用的无线通信适配器。在此，“与心电图信号有关的信息”的含义是包括心电图信号以及通过针对心电图信号的信号处理而获得的特征量(与心电图波形的峰有关的信息等)中的至少一个。此外，通信部14不限于无线通信用，也可以是有线通信用的通信接口。

此外，虽未进行图示，但是心电图信号处理装置10具备向信号处理电路12、同相信号生成电路13以及通信部14供给直流电力的电源电路。电源电路由电池和将电池的电压转换为所需的直流电压的DC/DC转换器构成、或者由基于商用电源来生成固定的直流电压的稳压器电路等构成。

信息处理装置20具备通信部21、认证部22以及存储部23。

通信部21是接收从心电图信号处理装置10发送来的与心电图信号有关的信息的通信接口，例如是Bluetooth(注册商标)或者WiFi(注册商标)用的无线通信适配器。此外，通信部21不限于无线通信用，也可以是有线通信用的通信接口。

存储部23是保持登记信息的装置，例如是硬盘等，所述登记信息是将心电图信号处理装置10所具备的信号处理电路12输出的心电图信号所示的心电图波形的特征量与多个用户中的各个用户(用户标识符)进行对应而得到的。

认证部22是以下处理部：针对受检者5，将心电图信号处理装置10的信号处理电路12输出的心电图信号所示的心电图波形的特征量与存储部23中保持的登记信息进行对照，由此识别受检者是多个用户中的哪一个。认证部22将识别出的结果显示于显示部25。如上所述，通过由信息处理装置20所具有的处理器执行程序来实现这种认证部22。此外，认证部22不仅进行这种个人认证的处理，还进行获取登记信息来登记到存储部23的处理。具体地说，认证部22从自心电图信号处理装置10发送来的心电图信号提取出个人认证所需的特征量，或者获取从心电图信号处理装置10发送来的特征量。然后，将提取出或者获取到的特征量与受检者5相对应地保存到存储部23来作为登记信息。

此外，虽未进行图示，但是信息处理装置20具备向通信部21、认证部22及存储部23供给直流电力的电源电路。电源电路由基于商用电源来生成固定的直流电压的稳压器电路等构成。

图7是表示图6中示出的心电图信号处理装置10的详细结构的框图。在此，示出了构成心电图信号处理装置10的信号处理电路12和同相信号生成电路13的详细的电路图。此外，在本图的左部还一并图示了受检者5的等效电路(也就是说，心电图信号的信号源5a)。

信号处理电路12具备电极11(测定电极11a和参照电极11b)、缓冲放大器(bufferamplifier)30a及30b、高通滤波器31a及31b、差分放大器32、低通滤波器33、A/D转换器34、以及生物体电位处理部35。

测定电极11a和参照电极11b分别是测定用的电极以及用于测定基准电位的电极。

缓冲放大器30a及30b分别是对由测定电极11a和参照电极11b检测到的信号(也就是说，电位)进行阻抗变换的电路，例如是电压跟随器等。也就是说，缓冲放大器30a及30b具有高输入阻抗且具有低输出阻抗，不进行电压放大(电压放大率为1)。在本说明书中“放大器”(或者“amplifier”)这一用语并非仅限于具有比1大的电压放大率的放大器，也包括仅进行阻抗变换的(电压放大率为1的)放大器。此外，测定电极11a与缓冲放大器30a一体化地构成有源电极。参照电极11b与缓冲放大器30b也是同样的。另外，缓冲放大器30a及30b也可以具有比1大的电压放大率。

高通滤波器31a及31b分别是针对来自缓冲放大器30a及30b的输出信号去除不需要的低频成分的滤波器，例如是CR滤波器或者使用运算放大器的有源滤波器等。

差分放大器32是从来自高通滤波器31a的输出信号减去来自高通滤波器31b的输出信号、并对所获得的差进行放大的放大器，例如由运算放大器等构成。该差分放大器32是对由测定电极11a检测到的信号与由参照电极11b检测到的信号之差进行放大的电路的一例。也就是说，来自差分放大器32的输出信号成为心电图信号，该心电图信号表示以参照电极11b上的电位为基准的测定电极11a上的电位。

低通滤波器33是针对来自差分放大器32的输出信号去除不需要的高频成分的滤波器，例如是CR滤波器或者使用运算放大器的有源滤波器等。

A/D转换器34是对来自低通滤波器33的输出信号进行采样来转换为数字信号的转换器，例如通过1kHz采样来转换为12比特的数字信号。该A/D转换器34是将从差分放大器32输出的信号转换为数字信号的A/D转换器的一例。

生物体电位处理部35具有峰探测部35a，该峰探测部35a针对来自A/D转换器34的输出信号(也就是说，数字的心电图信号)探测心跳图案中的P波、Q波、R波、S波、T波的峰。心跳图案如图8所示的那样。具体地说，峰探测部35a生成与从A/D转换器34输出的心电图信号中包含的心跳图案的P波、Q波、R波、S波、T波的峰有关的信息(也就是说，表示峰的时刻及振幅的信号)。然后，将所生成的与峰有关的信息输出到同相信号生成电路13的频率决定部40a和振幅决定部40b。

此外，生物体电位处理部35基本上将来自A/D转换器34的输出信号(也就是说，数字的心电图信号)原封不动地经由通信部14发送到信息处理装置20。但是，根据事先的设定(通过输入装置(未图示)进行的指示等)，生物体电位处理部35除了将心电图信号经由通信部14发送到信息处理装置20以外、还将由峰探测部35a探测出的与峰有关的信息作为特征量经由通信部14发送到信息处理装置20。

另外，在本实施方式中，生物体电位处理部35设置于心电图信号处理装置10，但是不限于该方式，也可以取而代之、或者除此以外还设置于信息处理装置20。在该情况下，来自A/D转换器34的输出信号经由通信部14被发送到信息处理装置20，在设置于信息处理装置20的生物体电位处理部35所具有的峰探测部35a中生成与峰有关的信息。然后，所生成的与峰有关的信息经由信息处理装置20的通信部21以及心电图信号处理装置10的通信部14被输送到心电图信号处理装置10，由频率决定部40a和振幅决定部40b加以利用。

同相信号生成电路13具备频率决定部40a、振幅决定部40b、信号生成部41以及耦合电容器42。

频率决定部40a在第一模式下决定与心电图波形中的P波的峰同R波的峰的时间差对应的频率，在第二模式下决定与心电图波形中的Q波或者S波的峰同T波的峰的时间差对应的频率。具体地说，在第一模式下，频率决定部40a使用由峰探测部35a探测出的与峰有关的信息，计算P波的峰与R波的峰的时间差，决定以计算出的时间差为周期的频率。在第二模式下，频率决定部40a使用由峰探测部35a探测出的与峰有关的信息，计算Q波或者S波的峰(例如，振幅大的峰)与T波的峰的时间差，决定以计算出的时间差为周期的频率。此外，第一模式和第二模式是通过事先的设定(通过输入装置(未图示)进行的指示等)来决定的。

振幅决定部40b基于心电图波形中的峰的振幅来决定要生成的同相信号的振幅。具体地说，振幅决定部40b使用由峰探测部35a探测出的与峰有关的信息，计算峰中的振幅最大的R波的峰的振幅(例如，R波波高值的平均值)。然后，计算出的R波的峰的振幅越小，则决定为越大的值来作为同相信号的振幅。例如，振幅决定部40b预先保持有将关于R波的峰的振幅的多个振幅区间分别与应该决定的同相信号的振幅进行对应而得到的表。然后，振幅决定部40b通过参照该表，来决定与心电图波形中的R波的峰的振幅对应的同相信号的振幅。

信号生成部41生成具有由频率决定部40a决定的频率、且具有由振幅决定部40b决定的振幅的信号来作为同相信号。具体地说，信号生成部41生成具有由频率决定部40a决定的频率、且具有由振幅决定部40b决定的振幅的样本数据列，将其通过内置的D/A转换器转换为模拟信号之后使其通过内置的低通滤波器。由此，作为用于使心电图波形中的峰的振幅变大的同相信号，生成具有由频率决定部40a决定的频率、且具有由振幅决定部40b决定的振幅的正弦波信号(例如，3Hz且100mVpp的正弦波信号)。此外，同相信号与心电图波形无需同步(同相信号的正弦波的峰与心电图波形中的峰重合)。

耦合电容器42是连接于信号生成部41的输出端子与参照电极11b之间的电容器，仅使来自信号生成部41的输出信号的AC成分通过来施加于参照电极11b。耦合电容器42例如是100pF的电容器。

此外，生物体电位处理部35、频率决定部40a、振幅决定部40b以及信号生成部41中的数字信号处理既可以通过专用的逻辑电路来以硬件方式实现，也可以使用程序来以软件方式实现。在以软件方式实现的情况下，例如，能够通过具有保持程序的ROM等非易失性存储器、暂时性地保持信息的RAM、执行程序的处理器、用于与周边电路连接的输入输出端口等的微计算机来实现。

接着，说明如以上那样构成的本实施方式所涉及的个人认证装置100的动作。

图9是表示本实施方式所涉及的个人认证装置100的心电图信号处理装置10的处理(心电图信号处理方法)的流程图。

信号处理电路12获取通过安装于生物体的电极11(测定电极11a和参照电极11b)检测到的心电图信号(信号获取步骤S10)。

具体地说，由测定电极11a探测出的信号在被缓冲放大器30a进行阻抗变换、被高通滤波器31a去除了不需要的低频成分之后，被输入到差分放大器32的正输入端子。另一方面，由参照电极11b探测出的信号在被缓冲放大器30b进行阻抗变换、被高通滤波器31b去除了不需要的低频成分之后，被输入到差分放大器32的负输入端子。在差分放大器32中，输入到正输入端子的信号与输入到负输入端子的信号之差被放大。放大后的信号在被低通滤波器33去除了不需要的高频成分之后，被A/D转换器34转换为数字的心电图信号后被输入到生物体电位处理部35。在生物体电位处理部35中，生成与从A/D转换器34输出的心电图信号中包含的心跳图案的P波、Q波、R波、S波、T波的峰有关的信息(也就是说，表示峰的时刻及振幅的信号)，被信息被输出到同相信号生成电路13(频率决定部40a和振幅决定部40b)。

接着，生成用于使在信号获取步骤S10中获取到的心电图信号所示的心电图波形中的峰的振幅变大的同相信号，并将所生成的同相信号施加于参照电极11b(同相信号生成步骤S20)。

更详细地说，频率决定部40a在第一模式下决定与心电图波形中的P波的峰同R波的峰的时间差对应的频率，在第二模式下决定与心电图波形中的Q波或者S波的峰同T波的峰的时间差对应的频率(S21)。具体地说，在第一模式下，频率决定部40a使用由峰探测部35a探测出的与峰有关的信息，计算P波的峰与R波的峰的时间差，决定以计算出的时间差为周期的频率。在第二模式下，频率决定部40a使用由峰探测部35a探测出的与峰有关的信息，计算Q波或者S波的峰(例如，振幅大的峰)与T波的峰的时间差，决定以计算出的时间差为周期的频率。

接着，振幅决定部40b基于心电图波形中的峰的振幅来决定要生成的同相信号的振幅(S22)。具体地说，振幅决定部40b使用由峰探测部35a探测出的与峰有关的信息，计算R波的峰的振幅，计算出的R波的峰的振幅越小，则决定为越大的值来作为同相信号的振幅。

最后，信号生成部41生成具有由频率决定部40a决定的频率、且具有由振幅决定部40b决定的振幅的信号来作为同相信号，将其经由耦合电容器42施加于参照电极11b(S23)。

此外，上述信号获取步骤S10和同相信号生成步骤S20以固定周期来反复地、且同时并行地进行。因此，一旦在同相信号生成步骤S20中生成了同相信号并将该同相信号施加于参照电极11b之后，在信号获取步骤S10中，在同相信号施加于参照电极11b的状态下、也就是说在叠加有同相信号的状态下获取心电图信号。

图10是表示本实施方式所涉及的个人认证装置100的信息处理装置20的处理(个人认证方法)的流程图。图11是表示由信息处理装置20进行个人认证时的显示部25的显示例的图。

当个人认证开始时，认证部22首先在显示部25的测定信息显示部25a中显示为“心电图波形测定中”(S41)，接着，在显示部25中显示表示电极位置的电极图示部25c(S42)。

接着，认证部22经由通信部21向心电图信号处理装置10进行指示，由此使心电图信号处理装置10开始进行心电图信号的测定，并经由心电图信号处理装置10的通信部21获取心电图信号(S43)。然后，认证部22针对获取到的心电图信号，提取特定的频率成分并计算提取出的频率成分的功率谱密度，以提取作为心电图波形而言有意义的信息，由此对心电图波形进行调整(S44)。

接着，认证部22在显示部25中显示调整后的心电图波形来作为心电图波形显示部25b(S45)，并与此并行地进行个人认证(S51～S57)。

在个人认证(S51～S57)中，认证部22首先在显示部25的测定信息显示部25a中显示为“心电图波形认证中”(S51)。然后，认证部22通过对调整后的心电图波形进行微分等来探测心跳图案中的各峰(S52)，通过计算各峰的相对波高值来对心电图波形的振幅进行标准化(S53)。

接着，认证部22基于标准化后的心电图波形，生成如图12所示的心跳图案的特征量来作为签名(signature)(S54)。在图12中，作为特征量，示出了表示P波的高度的“P波高度”、表示Q波的高度的“Q波高度”、表示R波的高度的“R波高度”、表示S波的高度的“S波高度”、表示T波的高度的“T波高度”、表示R波与Q波的高度差的“Rq波高值”、表示P波与Q波的高度差的“Pq波高值”、表示T波与S波的高度差的“Ts波高值”、表示R波与S波的高度差的“Rs波高值”、表示从R波向S波的斜率的“Rs斜率”、表示S波的峰的后半段的斜率的“Ss斜率”。

接着，认证部22获取存储部23中保存的登记信息(S55)，参照获取到的登记信息来认证与步骤S54中所生成的签名对应的用户(S56)。也就是说，从登记信息中登记的特征量之中确定与签名最类似的特征量，将与确定出的特征量对应的用户(用户标识符)作为个人认证的结果来输出。

最后，认证部22将个人认证的结果作为认证结果显示部25d显示于显示部25(S57)。在图11所示的认证结果显示部25d的显示例中，显示了针对3人份的用户标识符的个人认证的结果(概率)。此外，3人份的用户标识符是从与签名最类似者起的前3位的用户标识符、或者预先登记的用户标识符等。

图13～图16是用于说明本实施方式所涉及的个人认证装置100的特征的图。更详细地说，图13是表示在心电图信号处理装置10中不叠加同相信号的情况下的心电图信号(设为登记数据A)的波形例(也就是说，原波形)的图。图14是表示在心电图信号处理装置10中叠加同相信号的情况下的心电图信号(设为登记数据B)的波形例(也就是说，登记/认证用波形)的图。图15是表示在心电图信号处理装置10中不叠加同相信号的情况下的另一心电图信号(设为登记数据C)的波形例(也就是说，登记/认证用波形)的图。图16是表示在将上述登记数据A～C的心电图波形的特征量作为登记信息登记到存储部23后、认证部22用各波形来进行个人认证的情况下的结果(正确率)的图。

根据图16可知，在使用在心电图信号处理装置10中叠加同相信号的情况下的心电图信号(登记数据B)来登记心电图波形并进行个人认证的情况下，能够获得最高的正确率(100％)。能够想到这是由于，通过对心电图信号叠加同相信号，心电图波形中的各峰的振幅被大幅强调的频度上升，心电图波形的特征量被明确化。

如以上那样，本实施方式所涉及的心电图信号处理装置10具备：信号处理电路12，其将通过安装于生物体的电极11检测到的心电图信号放大后输出；以及同相信号生成电路13，其使用由信号处理电路12放大后的心电图信号，来生成用于使心电图信号所示的心电图波形中的峰的振幅变大的同相信号，并将所生成的同相信号施加于电极11。

由此，用于使心电图信号所示的心电图波形中的峰的振幅变大的同相信号被施加于电极11，因此心电图信号中的心跳图案的峰被强调，从而即使在存在干扰噪声的状况下也能够进行稳定的个人认证。也就是说，提供了一种即使在电极11与生物体之间的接触阻抗高的情况下也能够稳定地测定心电图信号的心电图信号处理装置。

另外，同相信号生成电路13具有：频率决定部40a，其决定与心电图波形中的P波的峰同R波的峰的时间差对应的频率；以及信号生成部41，其生成具有由频率决定部40a决定的频率的信号来作为同相信号。

由此，具有与心电图波形中的P波的峰同R波的峰的时间差对应的频率的同相信号被施加于电极11，因此表示受检者的特征的心跳图案中的P波和R波的峰的振幅变大。因此，使用心跳图案中的P波和R波的峰进行的个人认证的处理变得稳定，精度提高。

或者，同相信号生成电路13具有：频率决定部40a，其决定与心电图波形中的Q波或者S波的峰同T波的峰的时间差对应的频率；以及信号生成部41，其生成具有由频率决定部40a决定的频率的信号来作为同相信号。

由此，具有与心电图波形中的Q波或者S波的峰同T波的峰的时间差对应的频率的同相信号被施加于电极11，因此表示受检者的特征的心跳图案中的Q波或者S波的峰和T波的峰的振幅变大。因此，使用心跳图案中的Q波或者S波的峰和T波的峰进行的个人认证的处理变得稳定，精度提高。

另外，同相信号生成电路13还具有振幅决定部40b，该振幅决定部40b基于心电图波形中的峰的振幅来决定要生成的同相信号的振幅，信号生成部41生成具有由振幅决定部40b决定的振幅的信号来作为同相信号。

由此，具有基于心电图波形中的峰的振幅来决定的振幅的同相信号被施加于电极11，因此在心电图波形中的峰的振幅不足够的情况下能够使振幅变大。因此，使用心电图信号的心跳图案进行的个人认证的处理变得稳定，精度提高。

另外，安装于生物体的电极11包括测定电极11a和参照电极11b，信号处理电路12具有差分放大器32和A/D转换器34，该差分放大器32对由测定电极11a检测到的信号与由参照电极11b检测到的信号之差进行放大，该A/D转换器34将从差分放大器32输出的信号转换为数字信号，同相信号生成电路13使用从A/D转换器34输出的数字信号，来对参照电极11b施加同相信号。

由此，基于由测定电极11a检测到的信号与由参照电极11b检测到的信号之差的信号来生成的同相信号被施加于参照电极11b，因此叠加于两个信号的同相噪声被去除，能够生成干扰噪声的影响小的稳定的心电图信号。

另外，本实施方式所涉及的个人认证装置100具备：上述心电图信号处理装置10；存储部23，其保持登记信息，该登记信息是将心电图信号处理装置10所具备的信号处理电路12输出的心电图信号所示的心电图波形的特征量与多个用户中的各个用户进行对应而得到的；以及认证部22，其针对受检者，将心电图信号处理装置10所具备的信号处理电路12输出的心电图信号所示的心电图波形的特征量与存储部23中保持的登记信息进行对照，由此识别受检者是多个用户中的哪一个。

由此，能够使用心跳图案的峰被强调的心电图信号来进行个人认证，从而即使在电极11与生物体之间的接触阻抗高的情况下也能够稳定地以高精度进行个人认证。

另外，本实施方式所涉及的心电图信号处理方法包括以下步骤：信号获取步骤S10，获取通过安装于生物体的电极11(测定电极11a和参照电极11b)检测到的心电图信号；以及同相信号生成步骤S20，生成用于使在信号获取步骤S10中获取到的心电图信号所示的心电图波形中的峰的振幅变大的同相信号，并将所生成的同相信号施加于参照电极11b。

由此，用于使心电图波形中的峰的振幅变大的同相信号被施加于电极11，因此心电图信号中的心跳图案的峰被强调，从而即使在存在干扰噪声的状况下也能够进行稳定的个人认证。也就是说，能够实现即使在电极11与生物体之间的接触阻抗高的情况下也能够稳定地测定心电图信号的心电图信号处理方法。

此外，本发明也可以实现为使计算机执行上述心电图信号处理方法中包括的步骤的程序、或者、使计算机执行上述信息处理装置20的个人认证方法中包括的步骤的程序、或者、记录有这些程序的CD-ROM等计算机可读取的记录介质。

接着，说明上述实施方式的变形例所涉及的心电图信号处理装置。

图17是表示上述实施方式的变形例所涉及的心电图信号处理装置10a的结构的框图。该心电图信号处理装置10a相当于：在上述实施方式所涉及的心电图信号处理装置10中，设置有追加了相位决定部40c、且将信号生成部41置换为新的信号生成部41a的同相信号生成电路13a，来取代同相信号生成电路13。

相位决定部40c生成用于在要生成的同相信号中暂时性地使相位偏移、或者暂时性地使振幅变小的控制信号。具体地说，相位决定部40c使用由峰探测部35a探测出的与峰有关的信息，生成如图17所图示的波形例那样的同相信号，以防止T波的误探测。在此，以1Hz来生成如下的波形作为同相信号：在该波形中，3个峰中的中央的峰的振幅变小那样的3个峰以100mVpp来反复。

信号生成部41a基于由相位决定部40c生成的控制信号，生成包含暂时性地使相位偏移、或者、暂时性地使振幅变小的部位的信号来作为同相信号。具体地说，信号生成部41a生成具有由频率决定部40a决定的频率、且具有由振幅决定部40b决定的振幅、且包含由相位决定部40c决定的暂时性地使相位偏移或者暂时性地使振幅变小的部位的同相信号。也就是说，生成这种样本数据列，将其通过内置的D/A转换器转换为模拟信号之后使其通过内置的低通滤波器。

此外，相位决定部40c和信号生成部41a中的数字信号处理既可以通过专用的逻辑电路来以硬件方式实现，也可以使用程序来以软件方式实现。在以软件方式实现的情况下，例如，能够通过具有保持程序的ROM等非易失性存储器、暂时性地保持信息的RAM、执行程序的处理器、用于与周边电路连接的输入输出端口等的微计算机来实现。

图18是表示在本变形例所涉及的心电图信号处理装置10a中叠加同相信号的情况下的心电图信号(设为登记数据B’)的波形例(也就是说，登记/认证用波形)的图。与上述实施方式1中的图14中示出的登记数据B的波形例进行比较可知，存在于S波与T波之间的不需要的峰(图18的虚线框)的波高减小。由此，个人认证中的正确率提高。

如以上那样，根据本变形例所涉及的心电图信号处理装置10a，同相信号生成电路13a具有相位决定部40c，该相位决定部40c生成用于在要生成的同相信号中暂时性地使相位偏移、或者暂时性地使振幅变小的控制信号，信号生成部41a基于由相位决定部40c生成的控制信号，生成包含暂时性地使相位偏移、或者暂时性地使振幅变小的部位的信号来作为同相信号。

由此，包含暂时性地使相位偏移、或者暂时性地使振幅变小的部位的同相信号被施加于电极11，因此能够仅针对心电图信号中的表征心跳图案的峰来使振幅变大。因此，使用心电图信号的心跳图案进行的个人认证的处理变得稳定，精度提高。

以上，基于实施方式和变形例来说明了本发明所涉及的心电图信号处理装置、个人认证装置以及心电图信号处理方法，但是本发明不限定于这些实施方式和变形例。只要不脱离本发明的主旨，在本实施方式和变形例中实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的方式、将实施方式和变形例中的一部分结构要素进行组合来构建的其它方式也包含于本发明的范围内。

例如，在上述实施方式和变形例中，生物体电位处理部35设置于心电图信号处理装置10，但是不限于该方式，也可以取而代之、或者除此以外还设置于信息处理装置20。在生物体电位处理部35设置于信息处理装置20的情况下，由生物体电位处理部35的峰探测部35a生成的与峰有关的信息能够用于认证部22中的签名的生成。

并且，在生物体电位处理部35设置于信息处理装置20的情况下，也可以是，心电图信号处理装置10的频率决定部40a、振幅决定部40b以及相位决定部40c也设置于信息处理装置20。在该情况下，由频率决定部40a、振幅决定部40b以及相位决定部40c决定的频率、振幅以及控制信号经由信息处理装置20的通信部21和心电图信号处理装置10的通信部14被输送到心电图信号处理装置10的信号生成部41及41a来用于同相信号的生成。

另外，在上述实施方式中，在心电图信号处理装置10中设置有频率决定部40a和振幅决定部40b，但是也可以仅设置任一个。在该情况下，信号生成部41基于来自频率决定部40a和振幅决定部40b中的任一个的信息来生成同相信号。

同样地，在上述变形例中，在心电图信号处理装置10a中设置有频率决定部40a、振幅决定部40b以及相位决定部40c，但是也可以设置它们中的至少一个。在该情况下，信号生成部41a基于来自频率决定部40a、振幅决定部40b以及相位决定部40c中的至少一个的信息来生成同相信号。

另外，上述实施方式所涉及的心电图信号处理装置10a也可以与上述实施方式所涉及的信息处理装置20及显示部25一起构成个人认证装置。由此，包含暂时性地使相位偏移、或者暂时性地使振幅变小的部位的同相信号被施加于电极11，因此能够仅针对心电图信号中的表征心跳图案的峰来使振幅变大。因此，使用心电图信号的心跳图案进行的个人认证的处理变得稳定，精度提高。

另外，在上述实施方式和变形例中，心电图信号处理装置10及10a以由参照电极11b检测到的电位为基准来对由测定电极检测到的信号进行处理，但是不限于此。也可以是，以由参照电极检测到的电位为基准，来对由多个测定电极分别检测到的信号进行处理。在像这样在心电图信号处理装置中处理多路信号的情况下，也可以将通过这些多路信号来获得的多个心电图波形进行平均化等后用于个人认证。另外，参照电极并非必需。也可以以地电位为基准来仅对测定电极的信号进行处理。在该情况下，同相信号施加于测定电极。

附图标记说明

5：受检者；10、10a：心电图信号处理装置；11：电极；11a：测定电极；11b：参照电极；12：信号处理电路；13、13a：同相信号生成电路；22：认证部；23：存储部；32：差分放大器；34：A/D转换器；40a：频率决定部；40b：振幅决定部；40c：相位决定部；41、41a：信号生成部；100：个人认证装置。

Claims (9)

1.一种心电图信号处理装置，具备：

信号处理电路，其将通过安装于生物体的电极检测到的心电图信号放大后输出；以及

同相信号生成电路，其使用由所述信号处理电路放大后的心电图信号，来生成用于使所述心电图信号所示的心电图波形中的峰的振幅变大的同相信号，并将所生成的所述同相信号施加于所述电极。

2.根据权利要求1所述的心电图信号处理装置，其特征在于，

所述同相信号生成电路具有：

频率决定部，其决定与所述心电图波形中的P波的峰同R波的峰的时间差对应的频率；以及

信号生成部，其生成具有由所述频率决定部决定的频率的信号来作为所述同相信号。

3.根据权利要求1所述的心电图信号处理装置，其特征在于，

所述同相信号生成电路具有：

频率决定部，其决定与所述心电图波形中的Q波或者S波的峰同T波的峰的时间差对应的频率；以及

信号生成部，其生成具有由所述频率决定部决定的频率的信号来作为所述同相信号。

4.根据权利要求2或3所述的心电图信号处理装置，其特征在于，

所述同相信号生成电路还具有振幅决定部，该振幅决定部基于所述心电图波形中的峰的振幅来决定要生成的同相信号的振幅，

所述信号生成部生成具有由所述振幅决定部决定的振幅的信号来作为所述同相信号。

5.根据权利要求2～4中的任一项所述的心电图信号处理装置，其特征在于，

所述同相信号生成电路具有相位决定部，该相位决定部生成用于在要生成的同相信号中暂时性地使相位偏移、或者暂时性地使振幅变小的控制信号，

所述信号生成部基于由所述相位决定部生成的所述控制信号，生成包含暂时性地使相位偏移、或者暂时性地使振幅变小的部位的信号来作为所述同相信号。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的心电图信号处理装置，其特征在于，

所述安装于生物体的电极包括测定电极和参照电极，

所述信号处理电路具有：

差分放大器，其对由所述测定电极检测到的信号与由所述参照电极检测到的信号之差进行放大；以及

A/D转换器，其将从所述差分放大器输出的信号转换为数字信号，

所述同相信号生成电路使用从所述A/D转换器输出的数字信号，来对所述参照电极施加所述同相信号。

7.一种个人认证装置，具备：

根据权利要求1～6中的任一项所述的心电图信号处理装置；

存储部，其保持登记信息，该登记信息是将所述心电图信号处理装置所具备的所述信号处理电路输出的心电图信号所示的心电图波形的特征量与多个用户中的各个用户进行对应而得到的；以及

认证部，其针对受检者，将所述心电图信号处理装置所具备的所述信号处理电路输出的心电图信号所示的心电图波形的特征量与所述存储部中保持的所述登记信息进行对照，由此识别所述受检者是所述多个用户中的哪一个。

8.一种心电图信号处理方法，包括以下步骤：

信号获取步骤，获取通过安装于生物体的电极检测到的心电图信号；以及

同相信号生成步骤，生成用于使在所述信号获取步骤中获取到的心电图信号所示的心电图波形中的峰的振幅变大的同相信号，并将所生成的所述同相信号施加于所述电极。

9.一种程序，使计算机执行根据权利要求8所述的心电图信号处理方法中包含的步骤。

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