JP2014117537A - Waveform detecting device, waveform detecting method, and waveform detecting program - Google Patents

Waveform detecting device, waveform detecting method, and waveform detecting program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a shape of a target signal waveform from an input signal with a high degree of precision.SOLUTION: A waveform detecting device 10 acquires a signal collected by an electrocardiographic sensor 20, and creates a waveform of a polygonal line approximate to a waveform of the signal. Furthermore, the waveform detecting device 10 calculates a feature quantity of extreme points where the inclination of straight lines adjacent to each other is inverted from positive to negative or vice versa, of intersections of straight lines forming the polygonal line. Still furthermore, the waveform detecting device 10 classifies the extreme points into a convex part with a convex shape and a flat base line part, using the feature quantity of the extreme points included in the polygonal line.

Description

本発明は、波形検出装置、波形検出方法及び波形検出プログラムに関する。   The present invention relates to a waveform detection device, a waveform detection method, and a waveform detection program.

センサ等によって採取される信号にはノイズが生じる場合がある。例えば、被験者に装着された心電センサによって採取された信号から心電波形を検出する場合には、筋電信号が入力信号に重畳したり、心電センサの装着状態の変化によって心電波形の基線が変動したりすることによってノイズが発生する。   Noise may occur in a signal collected by a sensor or the like. For example, when detecting an electrocardiogram waveform from a signal collected by an electrocardiogram sensor worn by the subject, the electromyogram signal is superimposed on the input signal, or the electrocardiogram waveform is Noise is generated when the base line fluctuates.

かかるノイズを低減する方法の一例として、デジタルフィルタを用いた信号処理が適用されている。例えば、ハイパスフィルタを用いて入力信号から先鋭形状を持つ心電波形のうちR波を検出した後に、R波を起点に他の特徴的な波形、例えばP波、Q波やT波などが検出される。   As an example of a method for reducing such noise, signal processing using a digital filter is applied. For example, after detecting an R wave in an ECG waveform having a sharp shape from an input signal using a high-pass filter, other characteristic waveforms such as a P wave, a Q wave, and a T wave are detected starting from the R wave. Is done.

特表2012−502670号公報Special table 2012-502670 gazette 特表2007−524466号公報Special table 2007-524466 特表2010−516430号公報Special table 2010-516430 gazette 特開平3−201824号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-201824

しかしながら、上記のノイズの低減方法では、以下に説明するように、ノイズが重畳する入力信号から目的の信号波形の形状を精度よく検出することができないという問題がある。   However, the noise reduction method has a problem that the shape of the target signal waveform cannot be accurately detected from the input signal on which the noise is superimposed, as described below.

すなわち、上記のデジタルフィルタには、心拍変動や心電波形の個人差に合わせてカットオフ周波数などの各種のパラメータが設定される。ところが、筋電信号や基線変動などのノイズを事前に予測してパラメータを設定するのは困難である。このため、入力信号に筋電信号が重畳した場合には、筋電信号がハイパスフィルタを通過したり、入力信号に含まれる心電波形の基線が変動した場合には、心電波形の基線に相当する信号成分がハイパスフィルタを通過したりする場合がある。このように、上記のハイパスフィルタを用いたとしても、ノイズがR波として誤検出されてしまうこともある。   That is, various parameters such as a cut-off frequency are set in the above digital filter in accordance with individual differences in heart rate variability and electrocardiogram waveforms. However, it is difficult to set parameters by predicting noise such as myoelectric signals and baseline fluctuations in advance. For this reason, when the myoelectric signal is superimposed on the input signal, the myoelectric signal passes through the high-pass filter, or when the baseline of the electrocardiogram waveform included in the input signal fluctuates, The corresponding signal component may pass through the high-pass filter. Thus, even if the above-described high-pass filter is used, noise may be erroneously detected as an R wave.

1つの側面では、入力信号から目的の信号波形の形状を精度よく検出できる波形検出装置、波形検出方法及び波形検出プログラムを提供することを目的とする。   An object of one aspect is to provide a waveform detection apparatus, a waveform detection method, and a waveform detection program that can accurately detect the shape of a target signal waveform from an input signal.

一態様の波形検出装置は、センサによって採取される信号を取得する取得部と、前記信号の波形に近似する折れ線の波形を生成する生成部とを有する。さらに、前記波形検出装置は、前記折れ線を形成する直線の交点のうち互いに隣接する直線の傾きの正負が反転する極値点の特徴量を算出する算出部を有する。さらに、前記波形検出装置は、前記折れ線に含まれる極値点の特徴量を用いて、当該極値点を凸形状を持つ凸部または平坦状の基線部に分類する分類部を有する。   The waveform detection apparatus according to one aspect includes an acquisition unit that acquires a signal collected by a sensor, and a generation unit that generates a waveform of a polygonal line that approximates the waveform of the signal. Furthermore, the waveform detection apparatus includes a calculation unit that calculates a feature amount of an extreme point at which the positive / negative of the slope of the straight lines adjacent to each other among the intersections of the straight lines forming the broken line is inverted. Furthermore, the waveform detection apparatus has a classification unit that classifies the extreme value points into convex portions having a convex shape or flat base line portions using feature values of the extreme value points included in the broken line.

一実施形態によれば、入力信号から目的の信号波形の形状を精度よく検出できる。   According to one embodiment, the shape of a target signal waveform can be accurately detected from an input signal.

図1は、実施例1に係る波形検出装置の機能的構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a functional configuration of the waveform detection apparatus according to the first embodiment. 図2は、ローパス波形および折れ線波形を示すグラフの一例である。FIG. 2 is an example of a graph showing a low-pass waveform and a broken line waveform. 図3は、極値点の特徴量の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of feature values of extreme points. 図4は、極値点の特徴量の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of feature values of extreme points. 図5は、極値点記憶部に記憶されるデータの構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of data stored in the extreme value point storage unit. 図6は、分類木の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a classification tree. 図7は、実施例1に係る学習処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart of the learning process according to the first embodiment. 図8は、実施例1に係る分類処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart illustrating the procedure of the classification process according to the first embodiment. 図9は、ローパス波形および折れ線波形を示すグラフの一例である。FIG. 9 is an example of a graph showing a low-pass waveform and a broken line waveform. 図10は、ローパス波形および折れ線波形を示すグラフの一例である。FIG. 10 is an example of a graph showing a low-pass waveform and a broken line waveform. 図11は、応用例1に係る判定処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart illustrating the procedure of the determination process according to Application Example 1. 図12は、ローパス波形および折れ線波形を示すグラフの一例である。FIG. 12 is an example of a graph showing a low-pass waveform and a broken line waveform. 図13は、応用例3に係るRTペアの候補抽出処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart illustrating a procedure of RT pair candidate extraction processing according to Application Example 3. 図14は、応用例3に係るRTペア確定処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 14 is a flowchart illustrating a procedure of RT pair determination processing according to the application example 3. 図15は、ローパス波形および折れ線波形を示すグラフの一例である。FIG. 15 is an example of a graph showing a low-pass waveform and a broken line waveform. 図16は、ローパス波形および折れ線波形を示すグラフの一例である。FIG. 16 is an example of a graph showing a low-pass waveform and a broken line waveform. 図17は、極値の出現順序の傾向の一例を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating an example of the tendency of the appearance order of extreme values. 図18は、極値の出現順序の傾向の一例を示す図である。FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the tendency of the appearance order of extreme values. 図19は、極値の出現順序の傾向の一例を示す図である。FIG. 19 is a diagram illustrating an example of the tendency of the appearance order of extreme values. 図20は、極値の出現順序の傾向の一例を示す図である。FIG. 20 is a diagram illustrating an example of the tendency of the appearance order of extreme values. 図21は、応用例4に係る極値出現順序の傾向決定処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 21 is a flowchart illustrating a procedure of extreme value appearance order trend determination processing according to Application Example 4. 図22は、正解率を示すグラフの一例である。FIG. 22 is an example of a graph showing the accuracy rate. 図23は、加速度センサの信号波形を示すグラフの一例である。FIG. 23 is an example of a graph showing signal waveforms of the acceleration sensor. 図24は、分類木の一例を示す図である。FIG. 24 is a diagram illustrating an example of a classification tree. 図25は、実施例1及び実施例2に係る波形検出プログラムを実行するコンピュータの一例について説明するための図である。FIG. 25 is a schematic diagram illustrating an example of a computer that executes a waveform detection program according to the first and second embodiments.

以下に、本願の開示する波形検出装置、波形検出方法及び波形検出プログラムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例は開示の技術を限定するものではない。そして、各実施例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。   Hereinafter, embodiments of a waveform detection device, a waveform detection method, and a waveform detection program disclosed in the present application will be described in detail with reference to the drawings. Note that this embodiment does not limit the disclosed technology. Each embodiment can be appropriately combined within a range in which processing contents are not contradictory.

図1は、実施例1に係る波形検出装置の機能的構成を示すブロック図である。図1に示す波形検出装置10は、被験者が装着する心電センサ20によって採取される信号から被験者の心電波形の形状、例えば心電波形の一部を形成するR波やT波などを検出する波形検出処理を実行するものである。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a functional configuration of the waveform detection apparatus according to the first embodiment. The waveform detection apparatus 10 shown in FIG. 1 detects the shape of the subject's electrocardiogram waveform, for example, an R wave or a T wave that forms a part of the electrocardiogram waveform, from a signal collected by the electrocardiographic sensor 20 worn by the subject. The waveform detection process to be executed is executed.

一態様としては、波形検出装置10は、パッケージソフトウェアやオンラインソフトウェアとして提供される波形検出プログラムを所望のコンピュータにインストールさせることによって実装できる。例えば、上記の波形検出プログラムは、パーソナルコンピュータを始めとする固定端末にインストールされることとしてもよい。また、上記の波形検出プログラムは、スマートフォン、携帯電話機、PHS(Personal Handyphone System)やPDA(Personal Digital Assistants)などの携帯端末装置にインストールされることとしてもかまわない。他の一態様としては、波形検出装置10は、心電センサ20と一体化して上記の波形検出機能を提供する専用のデバイスとして実装されることとしてもよい。更なる一態様としては、波形検出装置10は、波形検出サービスを提供するWebサーバとして実装することとしてもよいし、アウトソーシングによって上記の波形検出サービスを提供するクラウドとして実装することとしてもかまわない。   As one aspect, the waveform detection apparatus 10 can be implemented by causing a desired computer to install a waveform detection program provided as package software or online software. For example, the above waveform detection program may be installed in a fixed terminal such as a personal computer. The waveform detection program may be installed in a mobile terminal device such as a smartphone, a mobile phone, a PHS (Personal Handyphone System), or a PDA (Personal Digital Assistants). As another aspect, the waveform detection apparatus 10 may be implemented as a dedicated device that is integrated with the electrocardiographic sensor 20 and provides the waveform detection function described above. As a further aspect, the waveform detection device 10 may be implemented as a Web server that provides a waveform detection service, or may be implemented as a cloud that provides the waveform detection service by outsourcing.

図1に示すように、波形検出装置10及び心電センサ20は、少なくとも心電センサ20から波形検出装置10へ通信可能に接続される。これら波形検出装置10及び心電センサ20は、有線または無線のいずれの接続形態で通信されることとしてもかまわない。例えば、ネットワークを介して通信が行われる場合には、インターネット(Internet)、LAN(Local Area Network)やVPN(Virtual Private Network)などの任意の種類の通信網を採用できる。なお、図1には、波形検出装置10に接続される心電センサ20の数が1つである場合を図示したが、複数の心電センサ20を波形検出装置10に接続することもできる。   As shown in FIG. 1, the waveform detection device 10 and the electrocardiographic sensor 20 are communicably connected from at least the electrocardiographic sensor 20 to the waveform detection device 10. The waveform detection device 10 and the electrocardiographic sensor 20 may be communicated with each other in a wired or wireless connection form. For example, when communication is performed via a network, any type of communication network such as the Internet, a local area network (LAN), or a virtual private network (VPN) can be employed. Although FIG. 1 illustrates the case where the number of electrocardiographic sensors 20 connected to the waveform detection apparatus 10 is one, a plurality of electrocardiographic sensors 20 can be connected to the waveform detection apparatus 10.

心電センサ20は、複数の電極間の電位差を採取するデバイスである。かかる電位差を採取することによって、数mV程度の電圧、0.1〜200Hz程度の周波数、1〜20kΩ程度のインピーダンスを持つ生体電気現象、いわゆる心起電力が心電信号として測定される。例えば、心電センサ20は、電極間の電位差の検出および増幅を行う電子回路や所定のサンプリング周波数で電位差のアナログ信号をデジタル信号へ変換するデジタル信号回路などを含んで実装される。   The electrocardiographic sensor 20 is a device that collects a potential difference between a plurality of electrodes. By collecting such a potential difference, a bioelectric phenomenon having a voltage of about several mV, a frequency of about 0.1 to 200 Hz, and an impedance of about 1 to 20 kΩ, so-called electromotive force, is measured as an electrocardiographic signal. For example, the electrocardiographic sensor 20 is mounted to include an electronic circuit that detects and amplifies a potential difference between electrodes, a digital signal circuit that converts an analog signal of a potential difference into a digital signal at a predetermined sampling frequency, and the like.

上記の心電センサ20には、導電性の粘着ゲルを付着させたディスポ電極が少なくとも2つ以上取り付けられる。これらディスポ電極が被験者の生体の表面、例えば胸部に装着された状態で心電信号の測定がなされる。このとき、被験者の体動によってディスポ電極と体表面との間で接触状態が変化すると、接触状態の変化に伴って電極間の電位差も変化する。この場合には、心電センサ20から波形検出装置10へ入力される信号にノイズが重畳し、例えば、心電波形の基線が変動する。また、電極が胸筋の直上に貼付された場合には、筋電信号も同時に観測されるので、心電信号に筋電信号が重畳する。かかる筋電信号は、心電信号よりも高周波であるので、筋電信号が重畳されると心電波形の凸部が検出されづらくなる。   At least two or more disposable electrodes to which a conductive adhesive gel is attached are attached to the electrocardiographic sensor 20. The electrocardiogram signal is measured in a state where these disposable electrodes are mounted on the surface of the living body of the subject, for example, the chest. At this time, when the contact state changes between the disposable electrode and the body surface due to the body movement of the subject, the potential difference between the electrodes also changes as the contact state changes. In this case, noise is superimposed on the signal input from the electrocardiographic sensor 20 to the waveform detection device 10, and the baseline of the electrocardiographic waveform varies, for example. In addition, when the electrode is attached directly above the pectoral muscle, the myoelectric signal is also observed at the same time, so that the myoelectric signal is superimposed on the electrocardiographic signal. Since the myoelectric signal has a higher frequency than the electrocardiographic signal, it is difficult to detect the convex portion of the electrocardiographic waveform when the myoelectric signal is superimposed.

これらのノイズが心電信号に及ぼす影響は、被験者によって個人差があり、体動の種類や大きさによっても異なる。さらに、生体の表面に装着する電極の数を少なくするほど、あるいはデジタル信号回路に簡易なものを採用するほどノイズの影響が大きくなる。このため、ハイパスフィルタ等のデジタルフィルタを用いてノイズを低減する場合には、カットオフ周波数などのパラメータを適切に設定するのは困難である。   The influence of these noises on the electrocardiographic signal varies among individuals depending on the subject, and also varies depending on the type and size of body movement. Furthermore, the effect of noise increases as the number of electrodes attached to the surface of the living body decreases or as a simple digital signal circuit is employed. For this reason, when noise is reduced using a digital filter such as a high-pass filter, it is difficult to appropriately set parameters such as a cutoff frequency.

そこで、本実施例に係る波形検出装置10は、入力信号の波形を折れ線の波形へ近似し、折れ線を形成する直線の交点のうち互いに隣接する直線の傾きの正負が反転する極値を持つ極値点の特徴量を用いて極値点を凸部と基線部に分類する。   Therefore, the waveform detection apparatus 10 according to the present embodiment approximates the waveform of the input signal to a polygonal line waveform, and has an extreme value having an extreme value at which the positive and negative of the slopes of adjacent straight lines among the intersections of the straight lines forming the broken line are inverted. The extreme points are classified into a convex portion and a base line portion using feature values of the value points.

このように、本実施例に係る波形検出装置10では、入力信号の波形に近似する折れ線の波形へモデル化する。このため、心電信号に重畳するノイズの中でも筋電信号などの高周波のノイズが極値点と検出される事態を抑制できる。さらに、本実施例に係る波形検出装置10では、折れ線の波形を形成する直線の交点の中でも凸形状を持つ極値点に絞り、凸形状の鋭さによって極値点を心電波形の凸部と基線部に分類する。このため、心電波形の「凸部」、すなわち一拍の心電波形で振幅の変化が大きい部分と「基線部」、すなわち一拍の心電波形で振幅の変化が少ない平坦な部分とへ極値点を分類するのに、特定の周波数成分を抽出または遮断する信号処理を適用する頻度を低減できる。この結果、ハイパスフィルタ等のデジタルフィルタのように、フィルタの設計、例えばカットオフ周波数などのパラメータの設定によって検出精度が左右されず、体動や筋電信号によってノイズが発生しても極値点を凸部または基線部へ安定して分類できる。   Thus, in the waveform detection apparatus 10 according to the present embodiment, modeling is performed into a broken line waveform that approximates the waveform of the input signal. For this reason, it is possible to suppress a situation in which high-frequency noise such as a myoelectric signal is detected as an extreme point among noises superimposed on the electrocardiogram signal. Furthermore, in the waveform detection apparatus 10 according to the present embodiment, the extreme points having a convex shape are narrowed down to the extreme points having a convex shape among the intersections of the straight lines forming the polygonal waveform, and the extreme points are defined as the convex portions of the electrocardiographic waveform by the sharpness of the convex shape. Classify to baseline. Therefore, the “convex part” of the electrocardiogram waveform, that is, the part where the amplitude change is large in the one-beat ECG waveform and the “base line part”, ie, the flat part where the amplitude change is small in the one-beat ECG waveform It is possible to reduce the frequency of applying signal processing for extracting or blocking a specific frequency component to classify extreme points. As a result, as with a digital filter such as a high-pass filter, the detection accuracy is not affected by the filter design, for example, the setting of parameters such as the cut-off frequency, and extreme points even if noise occurs due to body movement or myoelectric signals Can be stably classified into convex portions or baseline portions.

したがって、本実施例に係る波形検出装置10によれば、入力信号から心電波形の形状を精度よく検出できる。   Therefore, according to the waveform detection apparatus 10 according to the present embodiment, the shape of the electrocardiographic waveform can be accurately detected from the input signal.

図1に示すように、波形検出装置10は、取得部11と、ローパスフィルタ(LPF:Low-Pass Filter)12と、生成部13と、算出部14と、極値点記憶部15と、学習部16と、学習結果記憶部17と、分類部18とを有する。なお、波形検出装置10は、図1に示した機能部以外にも既知のコンピュータが有する各種の機能部を有することとしてもかまわない。例えば、波形検出装置10が携帯端末として実装される場合には、アンテナ、キャリア網を介して通信を行うキャリア通信部、GPS(Global Positioning System)受信機などのように、携帯端末が持つ機能部をさらに有していてもよい。   As shown in FIG. 1, the waveform detection apparatus 10 includes an acquisition unit 11, a low-pass filter (LPF) 12, a generation unit 13, a calculation unit 14, an extreme point storage unit 15, and learning. Unit 16, learning result storage unit 17, and classification unit 18. Note that the waveform detection apparatus 10 may include various functional units included in a known computer in addition to the functional units illustrated in FIG. For example, when the waveform detection device 10 is implemented as a portable terminal, the function unit of the portable terminal such as an antenna, a carrier communication unit that performs communication via a carrier network, a GPS (Global Positioning System) receiver, and the like. May further be included.

取得部11は、心電センサ20によって採取される信号を取得する処理部である。一態様としては、取得部11は、心電センサ20によって電極間の電位差が時系列に採取される信号を一定の周期で取得する。以下では、心電センサ20から波形検出装置10へ入力される信号のことを「入力信号」と記載する場合がある。他の一態様としては、取得部11は、心電センサ20を用いて被験者から採取された信号を蓄積するハードディスクや光ディスクなどの補助記憶装置またはメモリカードやUSB(Universal Serial Bus)メモリなどのリムーバブルメディアから信号を取得することもできる。更なる一態様としては、取得部11は、心電センサ20または心電センサ20を搭載する外部装置からネットワークを経由して入力信号を取得することもできる。   The acquisition unit 11 is a processing unit that acquires a signal collected by the electrocardiographic sensor 20. As one aspect, the acquisition unit 11 acquires a signal in which a potential difference between electrodes is collected in time series by the electrocardiographic sensor 20 at a constant period. Hereinafter, a signal input from the electrocardiographic sensor 20 to the waveform detection apparatus 10 may be referred to as an “input signal”. As another aspect, the acquisition unit 11 is an auxiliary storage device such as a hard disk or an optical disk or a removable memory card such as a USB (Universal Serial Bus) memory that accumulates signals collected from the subject using the electrocardiographic sensor 20. Signals can also be obtained from media. As a further aspect, the acquisition unit 11 can also acquire an input signal from the electrocardiographic sensor 20 or an external device on which the electrocardiographic sensor 20 is mounted via a network.

ローパスフィルタ12は、取得部11によって取得された入力信号のうち低域周波数の信号成分を通過させるデジタルフィルタである。かかるローパスフィルタ12には、双2次型やバターワース型などの任意のフィルタ回路の設計方式を採用できる。また、ローパスフィルタ12の伝達関数に設定されるカットオフ周波数や次数は、心電信号よりも高周波である筋電信号の信号成分を遮断しつつも、目的とする心電波形のR波やT波などの凸部の信号成分が抽出される程度の値であることが好ましい。   The low-pass filter 12 is a digital filter that passes a signal component having a low frequency in the input signal acquired by the acquisition unit 11. The low-pass filter 12 can employ any filter circuit design method such as a biquadratic type or a Butterworth type. The cutoff frequency and order set in the transfer function of the low-pass filter 12 cut off the signal component of the myoelectric signal having a higher frequency than that of the electrocardiogram signal, while the R wave or T of the target electrocardiogram waveform. The value is preferably such that a signal component of a convex portion such as a wave is extracted.

生成部13は、ローパスフィルタ12によって出力されるローパス信号の波形に近似する折れ線の波形を生成する処理部である。一態様としては、生成部13は、ローパスフィルタ12によって出力されるローパス信号の波形を等間隔に時分割する。以下では、ローパス信号の波形のことを「ローパス波形」と記載するとともに、折れ線の波形のことを「折れ線波形」と記載する場合がある。その上で、生成部13は、等間隔に時分割されたローパス波形の区間ごとに当該ローパス波形が含むサンプリング点のデジタル値から当該区間の回帰直線を生成する。なお、上記の区間が時分割される分割幅は、波形検出プログラムの設計者や波形検出装置10の利用者などが任意の値を設定することができ、各区間の間で異なる分割幅を設定することもできる。   The generation unit 13 is a processing unit that generates a polygonal waveform that approximates the waveform of the low-pass signal output by the low-pass filter 12. As one aspect, the generation unit 13 time-divides the waveform of the low-pass signal output by the low-pass filter 12 at equal intervals. Hereinafter, the waveform of the low-pass signal is sometimes referred to as “low-pass waveform”, and the waveform of the broken line is sometimes referred to as “polygonal waveform”. Then, the generation unit 13 generates a regression line of the section from the digital value of the sampling point included in the low-pass waveform for each section of the low-pass waveform that is time-divided at equal intervals. Note that the division width in which the above sections are time-divided can be set to an arbitrary value by the designer of the waveform detection program, the user of the waveform detection apparatus 10, and the like, and different division widths are set between the sections. You can also

図2は、ローパス波形および折れ線波形を示すグラフの一例である。図2に示すグラフの縦軸は、電気的刺激の強さを表す振幅を指し、グラフの横軸は、時間を指す。図2には、ローパス波形が破線で図示されており、折れ線波形が実線で図示されている。図2に示すように、折れ線への近似を行う場合には、ローパス波形が等間隔Ts、例えば心電センサ20で電位差が10回サンプリングされる期間に時分割される。このとき、時分割された区間ごとに回帰直線を独立して求めると、各区間の間で回帰直線が連続せず、折れ線波形が得られない場合がある。このため、各区間の間で回帰直線を連続させるために、1つ前の区間で生成された回帰直線の終点E0を通る回帰直線が生成される。 FIG. 2 is an example of a graph showing a low-pass waveform and a broken line waveform. The vertical axis of the graph shown in FIG. 2 indicates the amplitude representing the strength of the electrical stimulation, and the horizontal axis of the graph indicates time. In FIG. 2, the low-pass waveform is illustrated by a broken line, and the broken line waveform is illustrated by a solid line. As shown in FIG. 2, when approximation to a polygonal line is performed, the low-pass waveform is time-divided into equal intervals Ts, for example, a period in which the potential difference is sampled ten times by the electrocardiographic sensor 20. At this time, if a regression line is independently obtained for each time-divided section, the regression line is not continuous between the sections, and a polygonal waveform may not be obtained. Therefore, in order to make the regression line continuous between the sections, a regression line passing through the end point E 0 of the regression line generated in the immediately preceding section is generated.

例えば、1つ前の回帰直線の終点の座標を(t0,S0)、回帰直線を求める区間におけるローパス波形のサンプリング点の座標を(t1,S1)、・・・、(tN,SN)としたとき、下記の式(1)及び式(2)によって回帰直線S=at+bの傾きa及び切片bを算出できる。ここで言う「切片b」とは、折れ線波形への近似が開始された時点の振幅、すなわち回帰直線と横軸の交点を表す。下記の傾きa及び切片bの算出式によって、各区間の間で終点と始点が共有された回帰直線の連なり、すなわち折れ線波形を得ることができる。 For example, the coordinates of the end point of the previous regression line are (t 0 , S 0 ), the coordinates of the sampling points of the low-pass waveform in the interval for obtaining the regression line are (t 1 , S 1 ) ,. , S N ), the slope a and the intercept b of the regression line S = at + b can be calculated by the following equations (1) and (2). Here, “intercept b” represents the amplitude at the time when the approximation to the polygonal line waveform is started, that is, the intersection of the regression line and the horizontal axis. A series of regression lines in which the end point and the start point are shared between the sections, that is, a polygonal line waveform, can be obtained by the following formulas for calculating the slope a and the intercept b.

Figure 2014117537
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Figure 2014117537
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算出部14は、折れ線を形成する直線の交点のうち互いに隣接する直線の傾きの正負が反転する極値点の特徴量を算出する処理部である。ここで、上記の「極値点」は、回帰直線と回帰直線の交点の中でも折れ線の傾きが正から負、あるいは負から正へ変化する点であるので、一拍の心電波形に含まれるR波やT波といった振幅が大きい凸部に該当する可能性が高い。かかる極値点の性質を利用して、折れ線波形の中から一拍の心電波形に含まれるR波やT波といった振幅が大きい凸部を検出するために、極値点の凸部らしさ、すなわち凸形状の鋭さを表す指標が特徴量として算出される。   The calculation unit 14 is a processing unit that calculates feature values of extreme points where the signs of the slopes of the straight lines adjacent to each other among the intersections of the straight lines forming the polygonal line are reversed. Here, the above-mentioned “extreme point” is a point where the slope of the broken line changes from positive to negative or from negative to positive among the intersections of the regression line and the regression line, and is therefore included in an electrocardiographic waveform of one beat. There is a high possibility of corresponding to a convex portion having a large amplitude such as an R wave or a T wave. In order to detect a convex portion having a large amplitude such as an R wave or a T wave contained in a single-beat electrocardiographic waveform from the polygonal line waveform by using the property of the extreme point, That is, an index representing the sharpness of the convex shape is calculated as the feature amount.

上記の特徴量の一例としては、下記の(1)〜(11)の種類が挙げられる。具体的には、(1)折れ線の傾きの差、(2)前方極値との縦軸変化量、(3)後方極値との縦軸変化量、(4)前方折れ線の傾き、(5)前方折れ線の切片、(6)後方折れ線の傾きなどを特徴量として算出できる。さらに、(7)後方折れ線の切片、(8)回帰直線の交点と極値点との縦軸方向の差分、(9)回帰直線の傾きの差、(10)凸部高さ、(11)鋭さ指標などを特徴量として算出できる。   Examples of the above-described feature amount include the following types (1) to (11). Specifically, (1) the difference in the inclination of the broken line, (2) the amount of change in the vertical axis with respect to the front extreme value, (3) the amount of change in the vertical axis with respect to the rear extreme value, (4) the inclination of the front broken line, It is possible to calculate, as feature quantities, a) an intercept of a front broken line, and (6) an inclination of a rear broken line. (7) Intersection of rear broken line, (8) Difference in vertical axis between intersection and extremal point of regression line, (9) Difference in slope of regression line, (10) Height of convex part, (11) A sharpness index or the like can be calculated as a feature amount.

図3及び図4は、極値点の特徴量の一例を示す図である。これら図3及び図4に示すグラフの縦軸は、振幅を指し、グラフの横軸は、時間を指す。図3及び図4においても、ローパス波形が破線で図示されるとともに折れ線波形が実線で図示されており、折れ線上の極値点が黒丸にて図示されている。なお、ここでは、特徴量を求める極値点がサンプリングされる以前のことを「前方」と記載し、特徴量を求める極値点がサンプリングされる以後のことを「後方」と記載する場合がある。   3 and 4 are diagrams illustrating an example of feature values of extreme points. The vertical axis of the graphs shown in FIGS. 3 and 4 indicates amplitude, and the horizontal axis of the graph indicates time. 3 and 4, the low-pass waveform is illustrated by a broken line, the broken line waveform is illustrated by a solid line, and the extreme points on the broken line are illustrated by black circles. In this case, before the extreme point for obtaining the feature value is sampled, it is described as “front”, and after the extreme point for obtaining the feature value is sampled, it may be described as “back”. is there.

例えば、(1)「折れ線の傾きの差」とは、極値点の前方の区間で生成された回帰直線の傾きと極値点の後方の区間で生成された回帰直線の傾きとの差を指す。例えば、図3に示す極値点emを特徴量を求める対象として着目したとき、極値点emの前方の区間で生成された回帰直線(イ)の傾きと、極値点emの後方の区間で生成された回帰直線(ロ)の傾きとの差が(1)の特徴量として算出される。かかる(1)の特徴量が小さいほど傾きの差が小さいので、極値点を含む局所的な波の凸形状が鋭いと評価できる。したがって、(1)の特徴量が小さいほど極値点が心電波形の凸部である可能性が高いと推定できる。 For example, (1) “difference in polygonal line slope” means the difference between the slope of the regression line generated in the section ahead of the extreme point and the slope of the regression line generated in the section after the extreme point. Point to. For example, when attention is paid as a target for obtaining a feature quantity extreme points e m shown in FIG. 3, the inclination of the extreme point e regression line generated in the front section of m (i), the extreme point e m The difference from the slope of the regression line (B) generated in the rear section is calculated as the feature quantity (1). Since the difference in inclination is smaller as the feature amount (1) is smaller, it can be evaluated that the convex shape of the local wave including the extreme point is sharper. Therefore, it can be estimated that the smaller the feature amount (1), the higher the possibility that the extreme point is a convex portion of the electrocardiogram waveform.

また、(2)「前方極値との縦軸変化量」とは、特徴量を求める極値点とその前方の極値点との間で測定される振幅の変化量を指し、(3)「後方極値との縦軸変化量」とは、特徴量を求める極値点とその後方の極値点との間で測定される振幅の変化量を指す。例えば、図3に示す極値点emに着目したとき、着目の極値点emの振幅値と、前方の極値点em-1の振幅値との差が(2)の特徴量として算出される。一方、着目の極値点emの振幅値と、後方の極値点em+1の振幅値との差が(3)の特徴量として算出される。このため、極値点emの(2)の特徴量と、極値点em-1の(3)の特徴量とは同じ値となる。かかる(2)及び(3)の特徴量が大きいほど極値点を含む局所的な波の凸形状が鋭いと評価できる。したがって、(2)及び(3)の特徴量が大きいほど極値点が心電波形の凸部である可能性が高いと推定できる。 Further, (2) “the amount of change in the vertical axis with respect to the front extreme value” refers to the amount of change in the amplitude measured between the extreme value point at which the feature value is obtained and the extreme value point in front of the feature point. The “vertical change amount with respect to the rear extremum” refers to the amount of change in amplitude measured between the extremum point at which the feature value is obtained and the extremum point behind it. For example, when attention is paid to the extremum point e m shown in FIG. 3, the feature amount of the amplitude value of the extreme point e m of interest, the difference between the amplitude value of the front extreme point e m-1 (2) Is calculated as On the other hand, is calculated as the feature amount of the difference between the amplitude value of the extreme point e m of the target, the back of the amplitude value of the extreme point e m + 1 (3). Therefore, the same value as the feature amount of (2) of the extreme point e m, extrema e m-1 of the feature amount of (3). It can be evaluated that the convex shape of the local wave including the extreme point is sharper as the feature quantities of (2) and (3) are larger. Therefore, it can be estimated that there is a higher possibility that the extreme points are convex portions of the electrocardiogram waveform as the feature amounts of (2) and (3) are larger.

また、(4)「前方折れ線の傾き」、(5)「前方折れ線の切片」、(6)「後方折れ線の傾き」及び(7)「後方折れ線の切片」は、極値点の前方の区間で生成された回帰直線または極値点の後方の区間で生成された回帰直線に関するパラメータである。図3に示す極値点emに着目したとき、極値点emの前方の区間で生成された回帰直線(イ)の傾きが(4)の特徴量として算出されるとともに、前方の回帰直線(イ)の切片が(5)の特徴量として算出される。また、極値点emの後方の区間で生成された回帰直線(ロ)の傾きが(6)の特徴量として算出されるとともに、後方の回帰直線(ロ)の切片が(7)の特徴量として算出される。このように、回帰直線の切片を特徴量として用いるのは、回帰直線の傾きだけでは、折れ線波形の急峻な変化が体動に起因する基線動揺であるのか、拍動に起因する凸部、すなわちR波やT波であるのかを識別できない場合もあるからである。 In addition, (4) “Inclination of front broken line”, (5) “Intersection of front broken line”, (6) “Inclination of rear broken line”, and (7) “Intersection of rear broken line” are sections in front of extreme points. This is a parameter relating to the regression line generated in step 1 or the regression line generated in the section after the extreme point. When focusing on extreme points e m shown in FIG. 3, with the inclination of the extreme point e regression line generated in the front section of m (i) is calculated as a feature amount of (4), the front of the regression The intercept of the straight line (A) is calculated as the feature quantity of (5). Further, the inclination of the extreme point e m behind the generated regression line in section (b) is calculated as a feature amount of (6), characterized in sections of the rear of the regression line (b) is (7) Calculated as a quantity. In this way, the regression line intercept is used as a feature value for the slope of the regression line alone, whether the steep change in the polygonal line waveform is a baseline fluctuation due to body movement, or a convex part due to pulsation, that is, This is because it may not be possible to identify whether the wave is an R wave or a T wave.

また、(8)「回帰直線の交点と極値点との縦軸方向の差分」とは、特徴量を求める極値点及び前方の極値点の区間で生成された回帰直線と特徴量を求める極値点及び後方の極値点の区間で生成された回帰直線との交点の振幅値と、ローパス波形の極値点の振幅との差を指す。例えば、図4に示す極値点emに着目したとき、前方の極値点em-1及び着目の極値点emの区間で回帰直線(α)が算出されるとともに、着目の極値点em及び後方の極値点em+1の区間で回帰直線(β)が算出される。このうち、前方の極値点em-1及び着目の極値点emの時間間隔は、ローパス波形の分割幅Tsと一致するので、図3に示した回帰直線(イ)と同一の回帰直線(α)が算出される。一方、着目の極値点em及び後方の極値点em+1の時間間隔は、ローパス波形の分割幅Tsよりも大きく、ローパス波形の分割幅Tsと一致しないので、図3に示した回帰直線(ロ)とは異なり、ローパス波形の分割幅Tsよりも長い区間で回帰直線(β)が算出される。その上で、回帰直線(α)及び回帰直線(β)の交点Pmの振幅値と、ローパス波形の極値点Qの振幅値との差が(8)の特徴量として算出される。かかる(8)の特徴量が小さいほど折れ線波形の極値点とローパス波形の極値点との一致度が高いと評価できる。したがって、(8)の特徴量が小さいほど極値点の特徴量がデータとして信頼性が高いと推定できる。 Further, (8) “difference in the vertical axis direction between the intersection of the regression line and the extreme value point” means that the regression line and the feature value generated in the interval between the extreme value point for obtaining the feature value and the extreme value point in the front are obtained. It refers to the difference between the amplitude value of the intersection of the obtained extreme value point and the regression line generated in the interval between the extreme value point and the amplitude of the extreme value point of the low-pass waveform. For example, when attention is paid to the extremum point e m shown in FIG. 4, with regression in front extreme point e m-1 and interval of extreme point e m of the target straight line (alpha) is calculated, the interest poles regression line (beta) is calculated by the value point e m and rear extreme point e m + 1 sections. Among them, the time interval of the front extreme point e m-1 and extreme point e m of interest, since the matching the division width Ts of the low-pass waveform, same regression and the regression line (a) shown in FIG. 3 A straight line (α) is calculated. On the other hand, extreme point e m and the time interval of the rear extreme point e m + 1 of interest is larger than the division width Ts of the low-pass waveform does not match the division width Ts of the low-pass waveform, shown in FIG. 3 Unlike the regression line (b), the regression line (β) is calculated in a section longer than the division width Ts of the low-pass waveform. On top of that, the amplitude value of the intersection point P m of the regression line (alpha) and the regression line (beta), the difference between the amplitude value of the extreme point Q of the low-pass waveform is calculated as a feature amount of (8). It can be evaluated that the smaller the feature amount (8), the higher the degree of coincidence between the extreme point of the polygonal line waveform and the extreme point of the low-pass waveform. Therefore, it can be estimated that the feature value at the extreme point is more reliable as data as the feature value in (8) is smaller.

また、(9)「回帰直線の傾きの差」とは、極値点及び前方の極値点の区間で生成された回帰直線と極値点及び後方の極値点の区間で生成された回帰直線との傾きの差を指す。図4に示すように、(8)の特徴量で説明した回帰直線(α)の傾きと回帰直線(β)の傾きとの差が(9)の特徴量として算出される。かかる(9)の特徴量が小さいほど傾きの差が小さいので、極値点を含む局所的な波の凸形状が鋭いと評価できる。したがって、(9)の特徴量が小さいほど極値点が心電波形の凸部である可能性が高いと推定できる。   In addition, (9) “difference in the slope of the regression line” means that the regression line generated in the interval between the extreme points and the extreme extreme points in front and the regression generated in the interval between the extreme points and the backward extreme points Refers to the difference in slope from a straight line. As shown in FIG. 4, the difference between the slope of the regression line (α) and the slope of the regression line (β) described in (8) feature amount is calculated as the feature amount (9). Since the difference in inclination is smaller as the feature amount (9) is smaller, it can be evaluated that the convex shape of the local wave including the extreme point is sharper. Therefore, it can be estimated that the smaller the feature amount of (9), the higher the possibility that the extreme point is a convex portion of the electrocardiogram waveform.

また、(10)「凸部高さ」とは、振動の基線からの高さを指し、例えば、(2)の特徴量及び(3)の特徴量のうち小さい方の値が採用される。図3に示す極値点emに着目したとき、(2)及び(3)のうち(3)の特徴量の値が(2)の特徴量の値よりも小さいので、(3)の特徴量の値が(10)の特徴量として採用される。このように、(2)及び(3)のうち小さい値を持つ方を凸部高さとして採用するのは、大きい値を持つ方を凸部高さとして採用すると、回帰直線の傾きが負から正へ変化する極値点および回帰直線の傾きが正から負へ変化する極値点が連続して出現する場合に、連続する極値点の間で特徴量が同一の値となってしまうケースがあるからである。このように、同一の特徴量を持つ極値点が連続すると、各々の極値点が心電波形の凸部上にある変曲点であるのか、あるいは基線上にある変曲点であるのかを識別できない。これらの変曲点を識別するために、(2)及び(3)のうち小さい値を持つ方が(10)の特徴量として採用される。 Also, (10) “convex height” refers to the height from the base line of vibration, and for example, the smaller one of the feature value (2) and the feature value (3) is adopted. When focusing on extreme points e m shown in FIG. 3, since the (2) and smaller than the feature quantity of the values of characteristic quantity (2) of (3) of (3), characterized in (3) The value of the quantity is adopted as the feature quantity of (10). As described above, the smaller one of (2) and (3) is adopted as the convex portion height. When the larger value is adopted as the convex portion height, the regression line slope is negative. When extreme points that change to positive and extreme points where the slope of the regression line changes from positive to negative appear continuously, the feature value is the same between consecutive extreme points Because there is. In this way, if extreme points with the same feature amount are consecutive, whether each extreme point is an inflection point on the convex portion of the electrocardiogram waveform or an inflection point on the baseline. Cannot be identified. In order to identify these inflection points, the smaller one of (2) and (3) is adopted as the feature value of (10).

また、(11)「鋭さ指標」とは、特徴量を求める極値点を基準に前方の極値点から後方の極値点までの時間幅で(10)の特徴量を割った値を指す。図4の例で言えば、前方の極値点em-1から後方の極値点m+1までの時間幅で極値点emの凸部高さ、すなわち図3に示す(10)の特徴量を割った値が(11)の特徴量として算出される。かかる(11)の特徴量が大きいほど極値点を含む局所的な波の凸形状が鋭いと評価できる。したがって、(11)の特徴量が大きいほど極値点が心電波形の凸部である可能性が高いと推定できる。 In addition, (11) “sharpness index” refers to a value obtained by dividing the feature value in (10) by the time width from the extreme extreme point to the backward extreme value point based on the extreme value point for obtaining the feature value. . In the example of FIG. 4 shows a front extreme point e m-1 convex height of the extreme point e m the time range of up to extreme point m + 1 backward, that is, FIG. 3 (10) A value obtained by dividing the feature amount is calculated as the feature amount of (11). It can be evaluated that the convex shape of the local wave including the extreme point is sharper as the feature amount of (11) is larger. Therefore, it can be estimated that the larger the feature quantity in (11), the higher the possibility that the extreme point is a convex portion of the electrocardiogram waveform.

このように、算出部14は、極値点の特徴量として上記の(1)〜(11)の特徴量を算出することができる。このとき、算出部14は、必ずしも上記の(1)〜(11)の特徴量を全て算出せずともよく、上記の(1)〜(11)の特徴量のうち少なくとも1つの特徴量を算出すればよい。また、算出部14は、上記の(1)〜(11)の特徴量のうち任意の数および任意の組合せについて特徴量を算出することもできる。   Thus, the calculation unit 14 can calculate the feature amounts (1) to (11) described above as feature points of extreme points. At this time, the calculation unit 14 does not necessarily calculate all the feature amounts (1) to (11), and calculates at least one feature amount among the feature amounts (1) to (11). do it. The calculation unit 14 can also calculate feature amounts for an arbitrary number and an arbitrary combination of the above-described feature amounts (1) to (11).

ここで、上記の極値点の特徴量は、折れ線波形の極値点を凸部または基線部に分類する分類処理を実行することによって心電波形の形状を検出するために使用できる他、上記の分類処理に適用する判定モデルを生成するための学習用のデータセットとして用いることもできる。以下では、学習用のデータセットを用いて分類処理に適用する判定モデルを学習する学習系の機能部、すなわち極値点記憶部15、学習部16及び学習結果記憶部17を説明した後に、学習結果として得られた判定モデルを用いて極値点を分類する分類系の機能部、すなわち分類部18を説明することとする。なお、図1には、波形検出装置10が学習系の機能部および分類系の機能部の両方を有する場合を例示したが、学習系の機能部を有さず、分類部18だけを有することとしてもかまわない。   Here, the feature value of the extreme value point can be used to detect the shape of the electrocardiographic waveform by performing a classification process of classifying the extreme value point of the polygonal line waveform into a convex part or a base line part. It can also be used as a learning data set for generating a determination model to be applied to the classification process. In the following, after describing the functional unit of the learning system that learns the determination model to be applied to the classification process using the learning data set, that is, the extreme point storage unit 15, the learning unit 16, and the learning result storage unit 17, A function unit of a classification system that classifies extreme points using the determination model obtained as a result, that is, the classification unit 18 will be described. FIG. 1 illustrates the case where the waveform detection apparatus 10 has both a learning system function unit and a classification system function unit. However, the waveform detection apparatus 10 does not have a learning system function unit and has only a classification unit 18. It doesn't matter.

図1の説明に戻り、極値点記憶部15は、極値点に関する各種の情報を記憶する記憶部である。かかる極値点記憶部15へのアクセスの一例としては、算出部14によって極値点の特徴量が算出された場合に、極値点ごとの特徴量が極値点記憶部15へ登録される。他の一例としては、極値点の特徴量が新規に登録された場合に、波形検出プログラムの設計者や波形検出装置10の利用者などによって極値点がローパス波形や折れ線波形の目視等で分類されたクラスの正解が極値点記憶部15に追加登録される。更なる一例としては、極値点の特徴量にクラスが追加登録されることによって新たな学習用のデータセットが完成した場合に、極値点記憶部15に記憶された全ての学習用のデータセットが学習部16によって参照される。   Returning to the description of FIG. 1, the extreme point storage unit 15 is a storage unit that stores various types of information related to extreme point. As an example of access to the extreme value point storage unit 15, when the feature value of the extreme value point is calculated by the calculation unit 14, the feature value for each extreme value point is registered in the extreme value point storage unit 15. . As another example, when a feature value of an extreme value point is newly registered, the extreme value point can be visually checked by a designer of a waveform detection program, a user of the waveform detection device 10, or the like. The correct answers of the classified classes are additionally registered in the extreme point storage unit 15. As a further example, when a new learning data set is completed by additionally registering a class in the feature value of the extreme point, all the learning data stored in the extreme point storage unit 15 is stored. The set is referred to by the learning unit 16.

かかる極値点記憶部15のデータ構造の一例としては、極値点がサンプリングされた時刻、極値点の特徴量及び極値点が属するクラスなどの項目が対応付けられたデータを採用できる。図5は、極値点記憶部15に記憶されるデータの構成例を示す図である。図5に示すように、上記の(1)〜(11)までの特徴量が極値点ごとに記憶されている。図5の例では、極値点が30個目、50個目、80個目及び120個目のサンプリング点に出現していることを意味する。さらに、図5の例では、30個目及び120個目にサンプリングされた極値点が「基線部」に属しており、また、50個目および80個目にサンプリングされた極値点が「凸部」に属していることを意味する。   As an example of the data structure of the extreme point storage unit 15, data in which items such as the time when the extreme point is sampled, the feature amount of the extreme point, and the class to which the extreme point belongs can be adopted. FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of data stored in the extreme point storage unit 15. As shown in FIG. 5, the feature quantities (1) to (11) are stored for each extreme point. In the example of FIG. 5, it means that extreme points appear at the 30th, 50th, 80th and 120th sampling points. Furthermore, in the example of FIG. 5, the extreme points sampled at the 30th and 120th points belong to the “base line portion”, and the extreme points sampled at the 50th and 80th points are “ It means that it belongs to "convex part".

学習部16は、極値点記憶部15に記憶された極値点の特徴量及びクラスを用いて、極値点が凸部のクラスに属するか、もしくは基線部のクラスに属するかを分類する分類処理に適用する判定モデルを学習する処理部である。かかるクラス分けの機械学習には、ブースティング、ニューラルネットワーク、サポートベクターマシンなどの任意のアルゴリズムを採用することができる。ここでは、一例として、極値点の特徴量をノードとする分類木を生成する場合を例示する。この場合には、学習部16は、例えば、上記の(1)〜(11)の特徴量のうちノードとして採用するノード、ノードを配置する階層、さらには、各ノードで設定する閾値をクラス分けの正解率が最も高くなるように分類木を生成する。そして、学習部16は、生成された分類木、すなわち判定モデルの学習結果を学習結果記憶部17へ登録する。このように、分類木を生成する場合には、学習用のデータセットが多いほど極値点の分類の精度を高めることができる。   The learning unit 16 classifies whether the extreme point belongs to the convex portion class or the baseline portion class by using the feature value and class of the extreme point stored in the extreme point storage unit 15. It is a processing unit that learns a determination model to be applied to the classification process. Arbitrary algorithms such as boosting, neural network, support vector machine and the like can be employed for such machine learning of classification. Here, as an example, a case of generating a classification tree having feature points of extreme points as nodes is illustrated. In this case, the learning unit 16 classifies, for example, the nodes to be adopted as the nodes among the feature quantities (1) to (11) above, the hierarchy in which the nodes are arranged, and the threshold value set in each node. A classification tree is generated so that the correct answer rate of is the highest. Then, the learning unit 16 registers the generated classification tree, that is, the learning result of the determination model, in the learning result storage unit 17. Thus, when generating a classification tree, the accuracy of extreme point classification can be increased as the number of learning data sets increases.

図6は、分類木の一例を示す図である。図6に示す分類木を判定モデルとして用いる場合には、極値点の(10)凸部高さが27.8未満であるか否かが最初に判定される(ステップS11)。このように、図6に示す分類木からは、極値点を凸部または基線部へ大別するのに(10)の特徴量である凸部高さが有用であることがわかる。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a classification tree. When the classification tree shown in FIG. 6 is used as a determination model, it is first determined whether the (10) convex part height of the extreme point is less than 27.8 (step S11). Thus, it can be seen from the classification tree shown in FIG. 6 that the height of the convex portion, which is the feature amount of (10), is useful for broadly dividing the extreme points into the convex portion or the base line portion.

このとき、凸部高さが27.8未満である場合には、極値点の(10)凸部高さが22.3未満であるか否かがさらに判定される(ステップS12)。このように、閾値を下げて凸部高さが再判定されるのは、凸部高さが27.8未満であっても極値点が凸部である余地が残されているからである。そして、凸部高さが22.3未満である場合には、極値点が「基線部」に分類される。一方、凸部高さが22.3以上である場合には、極値点の(4)前方折れ線の傾きが−1.18未満であるか否かがさらに判定される(ステップS13)。このとき、前方折れ線の傾きが−1.18未満である場合には、極値点が「基線部」に分類される一方で、前方折れ線の傾きが−1.18以上である場合には、極値点が「凸部」に分類される。   At this time, if the height of the convex portion is less than 27.8, it is further determined whether or not the (10) convex portion height of the extreme point is less than 22.3 (step S12). Thus, the threshold value is lowered and the convex portion height is re-determined because there is still room for the extreme point to be a convex portion even if the convex portion height is less than 27.8. . When the height of the convex portion is less than 22.3, the extreme point is classified as a “base line portion”. On the other hand, if the height of the convex portion is 22.3 or more, it is further determined whether or not the slope of the extreme point (4) front broken line is less than -1.18 (step S13). At this time, when the inclination of the front broken line is less than −1.18, the extreme point is classified as “base line portion”, while when the inclination of the front broken line is −1.18 or more, Extreme points are classified as “convex parts”.

また、凸部高さが27.8以上である場合には、極値点の(4)前方折れ線の傾きが−1.27以上であるか否かがさらに判定される(ステップS14)。このように、特徴量の種類を変えて判定が継続されるのは、凸部高さが27.8以上であっても極値点が凸部でない余地が残されているからである。そして、前方折れ線の傾きが−1.27以上である場合には、極値点が「凸部」に分類される。一方、前方折れ線の傾きが−1.27未満である場合には、極値点の(10)凸部高さが41.8未満であるか否かがさらに判定される(ステップS15)。このとき、凸部高さが41.8未満である場合には、極値点が「基線部」に分類される。また、凸部高さが41.8以上である場合には、(8)回帰直線の交点と極値点との縦軸方向の差分が9.0以上であるか否かがさらに判定される(ステップS16)。かかる判定は、当該極値点の特徴量に関するデータの信頼性を判定することを目的としている。このため、(8)の特徴量が過度に大きい場合には、データの信頼性が低いと推定して凸部と分類するのを回避する。すなわち、回帰直線の交点と極値点との縦軸方向の差分が9.0以上である場合には、極値点が「基線部」に分類される。一方、回帰直線の交点と極値点との縦軸方向の差分が9.0未満である場合には、データの信頼性が確認されたとみなし、極値点が「凸部」に分類される。   When the height of the convex portion is 27.8 or more, it is further determined whether or not (4) the inclination of the front polygonal line of the extreme value point is −1.27 or more (step S14). The reason why the determination is continued by changing the type of feature amount is that there is still room for the extreme point not to be a convex portion even if the convex portion height is 27.8 or more. And when the inclination of a front broken line is -1.27 or more, an extreme point is classified into "convex part". On the other hand, when the inclination of the front broken line is less than −1.27, it is further determined whether or not the (10) convex portion height of the extreme point is less than 41.8 (step S15). At this time, when the height of the convex portion is less than 41.8, the extreme point is classified as the “base line portion”. Further, when the height of the convex portion is 41.8 or more, (8) it is further determined whether or not the difference in the vertical axis direction between the intersection of the regression line and the extreme value point is 9.0 or more. (Step S16). The purpose of this determination is to determine the reliability of data related to the feature value of the extreme point. For this reason, when the feature amount of (8) is excessively large, it is estimated that the reliability of the data is low and classification as a convex portion is avoided. In other words, when the difference in the vertical axis direction between the intersection of the regression lines and the extreme value point is 9.0 or more, the extreme value point is classified as the “base line portion”. On the other hand, when the vertical axis difference between the intersection of the regression lines and the extreme value point is less than 9.0, it is considered that the reliability of the data has been confirmed, and the extreme value point is classified as a “convex portion”. .

なお、ここでは、判定モデルの生成に機械学習を用いる場合を例示したが、必ずしも判定モデルの生成に機械学習を用いずともよく、1種類の特徴量を用いて閾値判定を簡易に行うこととしてもかまわない。例えば、凸部高さが所定の閾値以上であるか否かを判定し、閾値以上であれば極値点を「凸部」に分類する一方で、閾値未満であれば極値点を「基線部」に分類するという簡易な判定モデルを用いることによって学習用のデータセットを用意せずともよくなる。このとき、凸部高さが所定の閾値以上である場合には、回帰直線の交点と極値点との縦軸方向の差分が所定の閾値以上であるか否かをさらに判定し、閾値以上である場合に絞って極値点を「凸部」に分類することとしてもよい。   In addition, although the case where the machine learning is used for generation of the determination model is illustrated here, it is not always necessary to use the machine learning for generation of the determination model, and the threshold determination is easily performed using one type of feature amount. It doesn't matter. For example, it is determined whether or not the height of the convex portion is equal to or greater than a predetermined threshold. If the height is equal to or greater than the threshold, the extreme point is classified as “convex”, while if the height is less than the threshold, It is not necessary to prepare a learning data set by using a simple determination model of classifying as “part”. At this time, if the height of the convex portion is equal to or greater than a predetermined threshold, it is further determined whether or not the difference in the vertical axis direction between the intersection of the regression line and the extreme value point is equal to or greater than the predetermined threshold. In this case, the extreme points may be classified as “convex portions” by narrowing down.

図1の説明に戻り、学習結果記憶部17は、判定モデルの学習結果を記憶する記憶部である。かかる学習結果記憶部17へのアクセスの一例としては、学習部16によって分類木が判定モデルとして学習された場合に、分類木が学習結果記憶部17へ登録される。他の一例としては、後述の分類部18によって極値点の特徴量が分類される場合に、学習結果記憶部17に判定モデルの学習結果として記憶された分類木が分類部18によって参照される。かかる学習結果記憶部17に記憶されるデータ形式の一例としては、分類木に含まれるノードの階層構造、各ノードに出現する特徴量および各ノードの閾値がIF〜THEN〜文の形式で記述されたデータを採用できる。   Returning to the description of FIG. 1, the learning result storage unit 17 is a storage unit that stores the learning result of the determination model. As an example of access to the learning result storage unit 17, when the learning unit 16 learns a classification tree as a determination model, the classification tree is registered in the learning result storage unit 17. As another example, when the feature values of extreme points are classified by the classification unit 18 described later, the classification tree stored as the learning result of the determination model in the learning result storage unit 17 is referred to by the classification unit 18. . As an example of the data format stored in the learning result storage unit 17, the hierarchical structure of nodes included in the classification tree, the feature amount appearing in each node, and the threshold value of each node are described in the format of IF to THEN to sentence. Data can be adopted.

分類部18は、折れ線波形に含まれる極値点の特徴量を用いて、当該極値点を凸形状を持つ凸部または平坦状の基線部に分類する処理部である。一態様としては、分類部18は、算出部14によって算出された極値点の特徴量に学習結果記憶部17に記憶された分類木を適用することによって極値点を凸部または基線部に分類する。その後、分類部18は、各極値点の分類結果を波形検出装置10内の記憶部へ保存したり、波形検出装置10に接続された表示デバイスに表示させたり、外部装置へ出力したりする。   The classification unit 18 is a processing unit that classifies the extreme point into a convex portion having a convex shape or a flat base line portion using the feature amount of the extreme point included in the polygonal line waveform. As one aspect, the classification unit 18 applies the extreme value point to the convex portion or the base line portion by applying the classification tree stored in the learning result storage unit 17 to the feature value of the extreme value point calculated by the calculation unit 14. Classify. Thereafter, the classification unit 18 stores the classification result of each extreme value point in the storage unit in the waveform detection device 10, displays it on a display device connected to the waveform detection device 10, or outputs it to an external device. .

例えば、分類結果の表示方法の一例としては、入力信号の波形、ローパス波形または折れ線波形のうち少なくともいずれか1つとの間で時間を同期させてR波やT波などの凸部の出現時間を表示させることができる。さらに、心電信号が持つ特性、すなわち一拍の時間間隔が略同一であり、一拍の心電波形においてP波、Q波、R波、S波、T波の順に特徴的な形状が出現し、かつ周期性があるという性質を利用して、凸部に分類された極値点の出現時間からR波とR波の間隔、いわゆるRRI(R-R Interval)や心拍数を求めて表示させることもできる。   For example, as an example of a method for displaying the classification result, the appearance time of a convex portion such as an R wave or a T wave is obtained by synchronizing the time with at least one of an input signal waveform, a low-pass waveform, or a polygonal waveform. Can be displayed. Furthermore, the characteristics of the electrocardiogram signal, that is, the time interval of one beat is substantially the same, and a characteristic shape appears in the order of P wave, Q wave, R wave, S wave, and T wave in one beat electrocardiogram waveform. In addition, using the property of having periodicity, the interval between the R wave and the R wave, so-called RRI (RR Interval) and the heart rate are obtained and displayed from the appearance time of the extreme points classified as convex portions. You can also.

また、分類結果の出力先の一例としては、波形検出装置10を利用する利用者の関係者、例えば介護士や医者などが使用する端末装置が挙げられる。他の一例としては、RRIや心拍数から心疾患や自律神経の失調の有無を診断する診断プログラムが実装されているサーバなどが挙げられる。この場合には、サーバ上で動作される診断プログラムによって被験者の心疾患や自律神経の失調の有無を診断させた診断結果を波形検出装置10の表示デバイスに表示させることもできる。そして、診断結果に異常がある場合には、波形検出装置10を利用する利用者の関係者が使用する端末装置へ診断内容を出力することもできる。このように、各極値点の分類結果を始め、分類結果から求められたRRIや心拍数、さらには、上記の診断結果を波形検出装置10を利用する利用者の関係者が使用する端末装置へ出力することによって、院外、例えば在宅や在席のモニタリングサービスも可能になる。   Moreover, as an example of the output destination of the classification result, there is a terminal device used by a person related to a user who uses the waveform detection device 10, such as a caregiver or a doctor. Another example is a server on which a diagnostic program for diagnosing the presence or absence of heart disease or autonomic nerve malfunction from RRI or heart rate is implemented. In this case, the diagnosis result obtained by diagnosing the presence or absence of the subject's heart disease or autonomic nerve malfunction by the diagnostic program operated on the server can be displayed on the display device of the waveform detection apparatus 10. If there is an abnormality in the diagnosis result, the diagnosis content can be output to a terminal device used by a person who uses the waveform detection apparatus 10. In this way, the terminal device used by the parties related to the user who uses the waveform detection device 10 using the RRI and heart rate obtained from the classification result, as well as the classification result of each extreme point, and further the above-described diagnosis result. By outputting to, monitoring service for out-of-hospital, for example, staying at home or sitting, becomes possible.

なお、図1に示した取得部11、ローパスフィルタ12、生成部13、算出部14、学習部16及び分類部18などの各種の機能部には、各種の集積回路や電子回路を採用できる。例えば、集積回路としては、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)が挙げられる。また、電子回路としては、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)などが挙げられる。   Various integrated circuits and electronic circuits can be employed for various functional units such as the acquisition unit 11, the low-pass filter 12, the generation unit 13, the calculation unit 14, the learning unit 16, and the classification unit 18 illustrated in FIG. For example, examples of the integrated circuit include ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and FPGA (Field Programmable Gate Array). Examples of the electronic circuit include a central processing unit (CPU) and a micro processing unit (MPU).

また、図1に示した極値点記憶部15及び学習結果記憶部17などの各種の記憶部には、次のようなデバイスを採用できる。例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)やフラッシュメモリ(flash memory)などの半導体メモリ素子を採用できる。また、ハードディスク、光ディスクなどの記憶装置も採用できる。   Moreover, the following devices can be employed for various storage units such as the extreme point storage unit 15 and the learning result storage unit 17 shown in FIG. For example, a semiconductor memory element such as a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), or a flash memory can be employed. A storage device such as a hard disk or an optical disk can also be employed.

[処理の流れ]
続いて、本実施例に係る波形検出装置10の処理の流れについて説明する。なお、ここでは、波形検出装置10によって実行される(1)学習処理について説明した後に、(2)分類処理について説明することとする。
[Process flow]
Next, a processing flow of the waveform detection apparatus 10 according to the present embodiment will be described. Here, after (1) learning processing executed by the waveform detection apparatus 10 is described, (2) classification processing is described.

(1)学習処理
図7は、実施例1に係る学習処理の手順を示すフローチャートである。この学習処理は、例えば、判定モデルを学習する「学習モード」または極値点を分類する「分類モード」のうち「学習モード」が選択された場合に実行される処理である。
(1) Learning Process FIG. 7 is a flowchart illustrating the procedure of the learning process according to the first embodiment. This learning process is a process executed when “learning mode” is selected from “learning mode” for learning a determination model or “classification mode” for classifying extreme points, for example.

図7に示すように、取得部11は、心電センサ20によって電極間の電位差が時系列に採取される信号を一定の周期で取得する(ステップS101)。続いて、ローパスフィルタ12は、ステップS101で取得された信号のうち低域周波数の信号成分を通過させることによって高周波ノイズを除去する(ステップS102)。   As illustrated in FIG. 7, the acquisition unit 11 acquires a signal in which the potential difference between the electrodes is collected in time series by the electrocardiographic sensor 20 (step S101). Subsequently, the low-pass filter 12 removes high-frequency noise by passing a low-frequency signal component of the signal acquired in step S101 (step S102).

そして、生成部13は、ステップS102で高周波ノイズが除去されたローパス波形に近似する折れ線波形を生成する(ステップS103)。続いて、算出部14は、ステップS103で生成された折れ線波形に含まれる回帰直線と回帰直線の交点の中に折れ線の傾きが正から負、あるいは負から正へ変化する極値点が存在するか否かを判定する(ステップS104)。   And the production | generation part 13 produces | generates the polygonal line waveform approximated to the low-pass waveform from which the high frequency noise was removed by step S102 (step S103). Subsequently, the calculation unit 14 has an extreme point where the slope of the broken line changes from positive to negative or from negative to positive at the intersection of the regression line and the regression line included in the broken line waveform generated in step S103. It is determined whether or not (step S104).

このとき、極値点が存在する場合(ステップS104Yes)には、算出部14は、各極値点の特徴量、例えば上記の(1)〜(11)の特徴量を算出する(ステップS105)。なお、極値点が存在しない場合(ステップS104No)には、ステップS105〜ステップS109までの処理をとばし、そのまま処理を終了する。かかる極値点が存在しないケースの一例としては、利用者が心電センサ20を装着していないか、装着の仕方が不適切で入力信号に心電信号が含まれていない状況が挙げられる。   At this time, when there is an extreme point (step S104 Yes), the calculation unit 14 calculates the feature amount of each extreme point, for example, the feature amount of (1) to (11) above (step S105). . If there is no extreme point (No in step S104), the process from step S105 to step S109 is skipped, and the process is terminated as it is. Examples of cases where such extreme points do not exist include situations where the user does not wear the electrocardiographic sensor 20, or the wearing method is inappropriate and the input signal does not include an electrocardiographic signal.

続いて、算出部14は、波形検出プログラムの設計者や波形検出装置10の利用者などによって極値点の形状がローパス波形や折れ線波形の目視等で分類された分類結果の正解を取得する(ステップS106)。   Subsequently, the calculation unit 14 obtains a correct answer of the classification result in which the shape of the extreme value point is classified by visual observation of the low-pass waveform or the broken line waveform by the designer of the waveform detection program, the user of the waveform detection device 10, and the like ( Step S106).

その後、算出部14は、各極値点ごとに当該極値点の特徴量および分類結果の正解を対応付けて極値点記憶部15へ登録する(ステップS107)。   Thereafter, the calculation unit 14 registers the feature value of the extreme point and the correct answer of the classification result in the extreme point storage unit 15 in association with each extreme point (step S107).

その上で、学習部16は、極値点記憶部15に記憶された極値点の特徴量及びクラスを用いて、極値点が凸部のクラスに属するか、もしくは基線部のクラスに属するかを分類する分類処理に適用する判定モデルを学習する(ステップS108)。   After that, the learning unit 16 uses the feature value and class of the extreme point stored in the extreme point storage unit 15, and the extreme point belongs to the convex portion class or the baseline portion class. A determination model to be applied to the classification process for classifying the monster is learned (step S108).

そして、学習部16は、ステップS108で生成された判定モデルの学習結果を学習結果記憶部17へ登録し(ステップS109)、処理を終了する。   Then, the learning unit 16 registers the learning result of the determination model generated in step S108 in the learning result storage unit 17 (step S109), and ends the process.

このように、図7に示す学習処理では、波形検出装置10が「学習モード」に設定されている限り、ステップS101〜ステップS109の処理が繰り返し実行される。   As described above, in the learning process illustrated in FIG. 7, as long as the waveform detection apparatus 10 is set to the “learning mode”, the processes in steps S101 to S109 are repeatedly executed.

なお、図7に示したフローチャートでは、心電センサ20から信号が一定の周期で取得される度に処理が実行される場合を例示したが、極値点記憶部15に各極値点の特徴量を登録しておき、ステップS106から処理を実行することとしてもかまわない。また、極値点記憶部15に各極値点の特徴量および分類結果の正解を予め登録しておき、ステップS108から処理を開始することとしてもかまわない。   In the flowchart shown in FIG. 7, the case where the process is executed every time a signal is acquired from the electrocardiographic sensor 20 at a constant period is illustrated, but the feature of each extreme point is stored in the extreme point storage unit 15. The amount may be registered and the process may be executed from step S106. The feature value of each extreme point and the correct answer of the classification result may be registered in advance in the extreme point storage unit 15, and the process may be started from step S108.

(2)分類処理
図8は、実施例1に係る分類処理の手順を示すフローチャートである。この分類処理は、例えば、「学習モード」または「分類モード」のうち「分類モード」が選択された場合に実行される処理である。
(2) Classification Processing FIG. 8 is a flowchart illustrating a classification processing procedure according to the first embodiment. This classification process is, for example, a process executed when “classification mode” is selected from “learning mode” or “classification mode”.

図8に示すように、取得部11は、心電センサ20によって電極間の電位差が時系列に採取される信号を一定の周期で取得する(ステップS201)。続いて、ローパスフィルタ12は、ステップS201で取得された信号のうち低域周波数の信号成分を通過させることによって高周波ノイズを除去する(ステップS202)。   As illustrated in FIG. 8, the acquisition unit 11 acquires a signal in which the potential difference between the electrodes is collected in time series by the electrocardiographic sensor 20 (step S201). Subsequently, the low-pass filter 12 removes high-frequency noise by passing a low-frequency signal component of the signal acquired in step S201 (step S202).

そして、生成部13は、ステップS202で高周波ノイズが除去されたローパス波形に近似する折れ線波形を生成する(ステップS203)。続いて、算出部14は、ステップS203で生成された折れ線波形に含まれる回帰直線と回帰直線の交点の中に折れ線の傾きが正から負、あるいは負から正へ変化する極値点が存在するか否かを判定する(ステップS204)。   And the production | generation part 13 produces | generates the polygonal line waveform approximated to the low-pass waveform from which the high frequency noise was removed by step S202 (step S203). Subsequently, the calculation unit 14 has an extreme point where the slope of the broken line changes from positive to negative or from negative to positive at the intersection of the regression line and the regression line included in the broken line waveform generated in step S203. Is determined (step S204).

このとき、極値点が存在する場合(ステップS204Yes)には、算出部14は、各極値点の特徴量、例えば上記の(1)〜(11)の特徴量を算出する(ステップS205)。なお、極値点が存在しない場合(ステップS204No)には、ステップS205〜ステップS207までの処理をとばし、そのまま処理を終了する。かかる極値点が存在しないケースの一例としては、利用者が心電センサ20を装着していないか、装着の仕方が不適切で入力信号に心電信号が含まれていない状況が挙げられる。   At this time, when there is an extreme point (step S204 Yes), the calculation unit 14 calculates the feature amount of each extreme point, for example, the feature amount of (1) to (11) above (step S205). . If there is no extreme point (No in step S204), the process from step S205 to step S207 is skipped, and the process is terminated as it is. Examples of cases where such extreme points do not exist include situations where the user does not wear the electrocardiographic sensor 20, or the wearing method is inappropriate and the input signal does not include an electrocardiographic signal.

続いて、分類部18は、ステップS205で算出された極値点の特徴量に学習結果記憶部17に記憶された判定モデルを適用することによって極値点を凸部または基線部に分類する(ステップS206)。   Subsequently, the classifying unit 18 classifies the extreme points as convex portions or baseline portions by applying the determination model stored in the learning result storage unit 17 to the feature values of the extreme points calculated in step S205 ( Step S206).

その後、分類部18は、ステップS206で分類された各極値点の分類結果を波形検出装置10に接続された表示デバイスに表示させたり、外部装置へ出力したりし(ステップS207)、処理を終了する。   Thereafter, the classification unit 18 displays the classification result of each extreme point classified in step S206 on a display device connected to the waveform detection device 10 or outputs it to an external device (step S207). finish.

このように、図8に示す分類処理では、波形検出装置10が「分類モード」に設定されている限り、ステップS201〜ステップS207の処理が繰り返し実行される。   As described above, in the classification process illustrated in FIG. 8, as long as the waveform detection device 10 is set to the “classification mode”, the processes in steps S201 to S207 are repeatedly executed.

[実施例1の効果]
上述してきたように、本実施例に係る波形検出装置10は、入力信号の波形を折れ線の波形へ近似し、折れ線を形成する直線の交点のうち互いに隣接する直線の傾きの正負が反転する極値を持つ極値点の特徴量を用いて極値点を凸部と基線部に分類する。
[Effect of Example 1]
As described above, the waveform detection apparatus 10 according to the present embodiment approximates the waveform of the input signal to a polygonal line, and poles that invert the positive and negative of the slopes of adjacent straight lines among the intersections of the straight lines forming the broken line. The extreme points are classified into a convex part and a base line part using feature values of extreme points having values.

このように、本実施例に係る波形検出装置10では、入力信号の波形に近似する折れ線の波形へモデル化する。このため、心電信号に重畳するノイズの中でも筋電信号などの高周波のノイズが極値点と検出される事態を抑制できる。さらに、本実施例に係る波形検出装置10では、折れ線の波形を形成する直線の交点の中でも凸形状を持つ極値点に絞り、凸形状の鋭さによって極値点を心電波形の凸部と基線部に分類する。このため、心電波形の「凸部」と「基線部」とへ極値点を分類するのに、特定の周波数成分を抽出または遮断する信号処理を適用する頻度を低減できる。この結果、ハイパスフィルタ等のデジタルフィルタのように、フィルタの設計、例えばカットオフ周波数などのパラメータの設定によって検出精度が左右されず、体動や筋電信号によってノイズが発生しても極値点を凸部または基線部へ安定して分類できる。   Thus, in the waveform detection apparatus 10 according to the present embodiment, modeling is performed into a broken line waveform that approximates the waveform of the input signal. For this reason, it is possible to suppress a situation in which high-frequency noise such as a myoelectric signal is detected as an extreme point among noises superimposed on the electrocardiogram signal. Furthermore, in the waveform detection apparatus 10 according to the present embodiment, the extreme points having a convex shape are narrowed down to the extreme points having a convex shape among the intersections of the straight lines forming the polygonal waveform, and the extreme points are defined as the convex portions of the electrocardiographic waveform by the sharpness of the convex shape. Classify to baseline. For this reason, it is possible to reduce the frequency of applying signal processing for extracting or blocking a specific frequency component to classify extreme points into “convex portions” and “baseline portions” of the electrocardiogram waveform. As a result, as with a digital filter such as a high-pass filter, the detection accuracy is not affected by the filter design, for example, the setting of parameters such as the cut-off frequency, and extreme points even if noise occurs due to body movement or myoelectric signals Can be stably classified into convex portions or baseline portions.

したがって、本実施例に係る波形検出装置10によれば、入力信号から心電波形の形状を精度よく検出できる。   Therefore, according to the waveform detection apparatus 10 according to the present embodiment, the shape of the electrocardiographic waveform can be accurately detected from the input signal.

さて、これまで開示の装置に関する実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では、本発明に含まれる他の実施例を説明する。   Although the embodiments related to the disclosed apparatus have been described above, the present invention may be implemented in various different forms other than the above-described embodiments. Therefore, another embodiment included in the present invention will be described below.

[応用例1]
例えば、上記の実施例1では、ローパス波形を等間隔に時分割する場合を例示したが、時分割される区間ごとに任意の分割幅に変更することができる。一例としては、波形検出装置10は、ローパス波形と折れ線波形の乖離度が所定の閾値以上である場合に、時分割する区間の分割幅を下げて折れ線への近似を再試行することができる。
[Application Example 1]
For example, in the above-described first embodiment, the case where the low-pass waveform is time-divided at equal intervals has been illustrated, but can be changed to an arbitrary division width for each time-division section. As an example, when the degree of deviation between the low-pass waveform and the polygonal line waveform is equal to or greater than a predetermined threshold, the waveform detection apparatus 10 can retry the approximation to the polygonal line by reducing the division width of the time division section.

図9及び図10は、ローパス波形および折れ線波形を示すグラフの一例である。図9及び図10に示すグラフの縦軸は、電気的刺激の強さを表す振幅を指し、グラフの横軸は、時間を指す。図9及び図10には、これまで説明した例と同様に、ローパス波形が破線で図示されており、折れ線波形が実線で図示されている。これに加えて、図9及び図10には、ローパス波形と折れ線波形の乖離度が一点鎖線で図示されている。なお、図9には、ローパス信号の波形が等間隔に時分割された場合の折れ線波形が図示されており、図10には、ローパス波形と折れ線波形の乖離度が閾値未満になるまで時分割する区間の分割幅が再調整された折れ線波形が図示されている。   9 and 10 are examples of graphs showing the low-pass waveform and the broken line waveform. The vertical axis of the graphs shown in FIGS. 9 and 10 indicates the amplitude representing the intensity of the electrical stimulation, and the horizontal axis of the graph indicates time. In FIG. 9 and FIG. 10, the low-pass waveform is illustrated with a broken line, and the broken line waveform is illustrated with a solid line, as in the example described so far. In addition to this, in FIG. 9 and FIG. 10, the degree of divergence between the low-pass waveform and the broken line waveform is shown by a one-dot chain line. FIG. 9 shows a polygonal line waveform when the waveform of the low-pass signal is time-divided at equal intervals. FIG. 10 shows time-division until the divergence between the low-pass waveform and the polygonal line waveform is less than the threshold. A broken line waveform in which the division width of the section to be readjusted is illustrated.

ローパス波形が等間隔で時分割された場合には、ローパス波形の変化が大きい箇所で折れ線への近似に失敗するケースがある。例えば、図9に示す丸の部分では、一点鎖線で図示されたローパス波形と折れ線波形の乖離度が他の箇所よりも増大している。この場合には、ローパス波形でR波として変曲点が出現している一方で折れ線波形にR波に対応する極値点が出現していない。このため、折れ線波形からR波に対応する極値点が検出されず、R波を検出できない可能性がある。   When the low-pass waveform is time-divided at equal intervals, there are cases where the approximation to the broken line fails at a location where the change in the low-pass waveform is large. For example, in the circled portion shown in FIG. 9, the degree of divergence between the low-pass waveform and the broken line waveform shown by the alternate long and short dash line is greater than in other locations. In this case, an inflection point appears as an R wave in the low-pass waveform, while no extreme point corresponding to the R wave appears in the broken line waveform. For this reason, the extreme point corresponding to the R wave is not detected from the polygonal line waveform, and there is a possibility that the R wave cannot be detected.

このような事態を抑制するために、まず、波形検出装置10は、ローパス波形に近似する折れ線波形が生成される度に、ローパス波形と折れ線波形の乖離度を算出する。かかる乖離度の一例としては、下記の式(3)を用いて、ローパス波形からの乖離度Mを差の2乗和で与える。なお、下記の式(3)における「U」は、ローパス波形の振幅値を指し、また、「S」は、折れ線波形の振幅値を指す。 In order to suppress such a situation, first, the waveform detection apparatus 10 calculates the degree of divergence between the low-pass waveform and the broken line waveform every time a broken line waveform that approximates the low-pass waveform is generated. As an example of such a divergence degree, the divergence degree M from the low-pass waveform is given by the sum of squares of the differences using the following equation (3). In the following equation (3), “U n ” indicates the amplitude value of the low-pass waveform, and “S n ” indicates the amplitude value of the broken line waveform.

Figure 2014117537
Figure 2014117537

その上で、波形検出装置10は、上記の式(3)にローパス波形の振幅値及び折れ線波形の振幅値を代入することによって算出された乖離度Mが所定の閾値以上であるか否かを判定する。かかる乖離度Mと比較する閾値は、波形検出プログラムの設計者が設定することもできるし、設計者または利用者が要求する分類の精度から算出することとしてもよい。   Then, the waveform detection apparatus 10 determines whether or not the divergence degree M calculated by substituting the amplitude value of the low-pass waveform and the amplitude value of the broken line waveform into the above equation (3) is equal to or greater than a predetermined threshold value. judge. The threshold value to be compared with the divergence degree M can be set by the designer of the waveform detection program, or can be calculated from the accuracy of the classification requested by the designer or the user.

このとき、乖離度Mが閾値以上である場合には、波形検出装置10は、時分割する区間の分割幅を所定の割合、例えば変更前の半分に下げる変更を実行する。例えば、図9の例では、分割幅が10サンプリングとされているので、その半分の5サンプリングが分割幅に変更される。その上で、波形検出装置10は、ローパス波形を変更後の分割幅で時分割する。その後、波形検出装置10は、ローパス波形と折れ線波形の乖離度を改めて算出し、乖離度が閾値未満になるまで、分割幅の変更、折れ線への近似を繰り返し実行する。   At this time, if the divergence degree M is equal to or greater than the threshold value, the waveform detection apparatus 10 executes a change that reduces the division width of the time-division section to a predetermined ratio, for example, half before the change. For example, in the example of FIG. 9, since the division width is 10 samplings, half of the 5 samplings are changed to the division width. In addition, the waveform detection apparatus 10 time-divides the low-pass waveform with the changed division width. After that, the waveform detection apparatus 10 calculates the divergence degree between the low-pass waveform and the polygonal line waveform, and repeatedly executes the change of the division width and the approximation to the polygonal line until the divergence degree becomes less than the threshold value.

このように、ローパス波形と折れ線波形の乖離度に応じて時分割する区間の分割幅を調整した場合には、図10に示すように、一点鎖線で図示されたローパス波形と折れ線波形が略一致し、両者の乖離が小さくなっていることがわかる。   As described above, when the division width of the section to be time-divided is adjusted according to the degree of deviation between the low-pass waveform and the polygonal line waveform, as shown in FIG. And we can see that the gap between the two is getting smaller.

図11は、応用例1に係る判定処理の手順を示すフローチャートである。なお、ここでは、時分割する区間の分割幅を調整する処理を図8に示した分類処理のステップS203へ組み込む場合を例示するが、図7に示した学習処理のステップS103へ組み込むこともできる。   FIG. 11 is a flowchart illustrating the procedure of the determination process according to Application Example 1. Here, the case where the process of adjusting the division width of the section to be time-divided is incorporated into step S203 of the classification process shown in FIG. 8, but can be incorporated into step S103 of the learning process shown in FIG. .

図11に示すように、取得部11は、心電センサ20によって電極間の電位差が時系列に採取される信号を一定の周期で取得する(ステップS201)。続いて、ローパスフィルタ12は、ステップS201で取得された信号のうち低域周波数の信号成分を通過させることによって高周波ノイズを除去する(ステップS202)。   As illustrated in FIG. 11, the acquisition unit 11 acquires a signal in which the potential difference between the electrodes is collected in time series by the electrocardiographic sensor 20 (step S201). Subsequently, the low-pass filter 12 removes high-frequency noise by passing a low-frequency signal component of the signal acquired in step S201 (step S202).

そして、生成部13は、ステップS202で高周波ノイズが除去されたローパス波形を所定の分割幅で時分割する(ステップS301)。続いて、生成部13は、時分割された区間ごとに当該区間のローパス波形に近似する回帰直線を生成する(ステップS302)。これによって、ローパス波形から折れ線波形が生成されることになる。続いて、生成部13は、ローパス波形及び折れ線波形の乖離度Mが所定の閾値以上であるか否かを判定する(ステップS303)。   Then, the generation unit 13 time-divides the low-pass waveform from which the high-frequency noise has been removed in step S202 with a predetermined division width (step S301). Subsequently, the generation unit 13 generates a regression line that approximates the low-pass waveform of the section for each time-divided section (step S302). As a result, a polygonal line waveform is generated from the low-pass waveform. Subsequently, the generation unit 13 determines whether or not the degree of divergence M between the low-pass waveform and the polygonal line waveform is equal to or greater than a predetermined threshold (step S303).

ここで、乖離度Mが閾値以上である場合(ステップS303Yes)には、生成部13は、時分割する区間の分割幅をステップS301で用いられた分割幅の所定の割合に引き下げる変更を実行する(ステップS304)。なお、乖離度Mが閾値未満である場合(ステップS303No)には、ステップS304の処理をとばし、ステップS204の処理へ移行する。   Here, when the divergence degree M is equal to or greater than the threshold (Yes in step S303), the generation unit 13 executes a change to reduce the division width of the time-division section to the predetermined ratio of the division width used in step S301. (Step S304). If the divergence degree M is less than the threshold (No in step S303), the process of step S304 is skipped and the process proceeds to step S204.

その上で、生成部13は、乖離度Mが閾値未満になるまで(ステップS303Yes)、上記のステップS301〜ステップS304の処理を繰り返し実行し、乖離度Mが閾値未満になると(ステップS303No)、ステップS204の処理へ移行する。   After that, the generation unit 13 repeatedly executes the processes of steps S301 to S304 described above until the deviation degree M is less than the threshold value (step S303 Yes), and when the deviation degree M is less than the threshold value (step S303 No). The process proceeds to step S204.

その後、算出部14は、ステップS302で生成された折れ線波形に含まれる回帰直線と回帰直線の交点の中に折れ線の傾きが正から負、あるいは負から正へ変化する極値点が存在するか否かを判定する(ステップS204)。   Thereafter, the calculation unit 14 determines whether there is an extreme point at which the slope of the broken line changes from positive to negative or from negative to positive at the intersection of the regression line and the regression line included in the broken line waveform generated in step S302. It is determined whether or not (step S204).

このとき、極値点が存在する場合(ステップS204Yes)には、算出部14は、各極値点の特徴量、例えば上記の(1)〜(11)の特徴量を算出する(ステップS205)。なお、極値点が存在しない場合(ステップS204No)には、ステップS205〜ステップS207までの処理をとばし、そのまま処理を終了する。かかる極値点が存在しないケースの一例としては、利用者が心電センサ20を装着していないか、装着の仕方が不適切で入力信号に心電信号が含まれていない状況が挙げられる。   At this time, when there is an extreme point (step S204 Yes), the calculation unit 14 calculates the feature amount of each extreme point, for example, the feature amount of (1) to (11) above (step S205). . If there is no extreme point (No in step S204), the process from step S205 to step S207 is skipped, and the process is terminated as it is. Examples of cases where such extreme points do not exist include situations where the user does not wear the electrocardiographic sensor 20, or the wearing method is inappropriate and the input signal does not include an electrocardiographic signal.

続いて、分類部18は、ステップS205で算出された極値点の特徴量に学習結果記憶部17に記憶された判定モデルを適用することによって極値点を凸部または基線部に分類する(ステップS206)。   Subsequently, the classifying unit 18 classifies the extreme points as convex portions or baseline portions by applying the determination model stored in the learning result storage unit 17 to the feature values of the extreme points calculated in step S205 ( Step S206).

その後、分類部18は、ステップS206で分類された各極値点の分類結果を波形検出装置10に接続された表示デバイスに表示させたり、外部装置へ出力したりし(ステップS207)、処理を終了する。   Thereafter, the classification unit 18 displays the classification result of each extreme point classified in step S206 on a display device connected to the waveform detection device 10 or outputs it to an external device (step S207). finish.

このように、ローパス波形と折れ線波形の乖離度に応じて時分割する区間の分割幅を調整することによってローパス波形と折れ線波形が乖離し、極値点が誤って分類される事態を抑制できる。   In this way, by adjusting the division width of the time-division section according to the degree of divergence between the low-pass waveform and the polygonal line waveform, it is possible to suppress a situation where the low-pass waveform and the polygonal line waveform diverge and the extreme points are classified incorrectly.

[応用例2]
また、個人差の影響を低減するために、波形検出装置10が波形の振幅を正規化する正規化部をさらに有するように構成することで、分類性能の低下を抑制することもできる。
[Application 2]
In addition, in order to reduce the influence of individual differences, the waveform detection device 10 can be configured to further include a normalization unit that normalizes the amplitude of the waveform, thereby suppressing a reduction in classification performance.

すなわち、心電信号の波形の振幅や形状には、個人差がある。このため、図5に示した極値点の特徴量の中には、被験者が変わると極値点の分類性能が劣化する特徴量がある。例えば、(10)凸部高さは、波形の振幅を表す特徴量であり、データセットに心肺機能が強い人物のサンプルばかり登録されていると、心肺機能が通常または弱い被験者に、図6に示した分類木をそのまま適用しても、極値点の分類に失敗する場合がある。そこで、個人差の影響をできるだけ低減するため、波形の振幅を拡縮することで、分類性能の低下を抑制する。   That is, there are individual differences in the amplitude and shape of the waveform of the electrocardiogram signal. For this reason, among the feature values of extreme points shown in FIG. 5, there is a feature amount whose extreme point classification performance deteriorates when the subject changes. For example, (10) the height of the convex portion is a feature amount representing the amplitude of the waveform, and if only samples of persons with strong cardiopulmonary function are registered in the data set, the subject with normal or weak cardiopulmonary function is shown in FIG. Even if the classification tree shown is applied as it is, classification of extreme points may fail. Therefore, in order to reduce the influence of individual differences as much as possible, the degradation of the classification performance is suppressed by scaling the waveform amplitude.

まず、学習時には、波形検出装置10は、極値点記憶部15に記憶された学習用のデータセットに含まれる凸部高さの中央値を個人別に算出した上で個人別の凸部高さの中央値を用いて各個人のローパス波形の振幅を割ってローパス波形を正規化する。そして、波形検出装置10は、正規化したローパス波形に対して折れ線への近似、極値点の特徴量の算出を適用し、分類木を生成する。   First, at the time of learning, the waveform detection apparatus 10 calculates the median convex height included in the learning data set stored in the extreme point storage unit 15 for each individual, and then calculates the individual convex height. The low-pass waveform is normalized by dividing the amplitude of the low-pass waveform of each individual using the median of. Then, the waveform detection apparatus 10 applies approximation to a polygonal line and calculation of feature values of extreme points to the normalized low-pass waveform to generate a classification tree.

一方、判定時には、波形検出装置10は、判定対象区間の先頭の適当な区間を対象として、正規化前の折れ線波形について極値点の特徴量によるクラス分けで凸部を検出し、凸部高さの中央値を算出する。その後、波形検出装置10は、心電センサ20から入力される信号の波形を折れ線へ近似した折れ線波形を、逐次、求めた凸部高さ中央値で正規化し、正規化後の折れ線波形の極値点を用いて、極値点の特徴量の算出および極値点の分類を行う。なお、ここでは、凸部高さの中央値を用いて正規化を行う場合を例示したが、凸部高さの平均値を用いて正規化を行うこととしてもよく、他の種類の特徴量の中央値や平均値を用いて正規化を行うこととしてもかまわない。   On the other hand, at the time of determination, the waveform detection apparatus 10 detects a convex portion by classifying by an extreme point feature amount for a polygonal waveform before normalization, targeting an appropriate section at the beginning of the determination target section, Calculate the median value. Thereafter, the waveform detection apparatus 10 sequentially normalizes the polygonal line waveform obtained by approximating the waveform of the signal input from the electrocardiographic sensor 20 to the polygonal line with the calculated median height of the convex portion, and the poles of the normalized polygonal line waveform Using the value points, the feature values of the extreme points are calculated and the extreme points are classified. In addition, although the case where normalization was performed using the median value of the convex part height was illustrated here, normalization may be performed using the average value of the convex part height, and other types of feature quantities Normalization may be performed using the median or average value of.

[応用例3]
また、波形検出装置10は、心電信号特有の波形の特徴を利用することによって分類結果が凸部である極値点をさらにR波とT波のペアに分類することもできる。すなわち、波形検出装置10は、心電波形の1拍の時間間隔は、略同一であり周期性があるという特徴を利用する。以下では、1拍の心電波形の中に現れるR波及びT波のことを「RTペア」と記載する場合がある。
[Application Example 3]
Further, the waveform detection apparatus 10 can further classify extreme points whose classification result is a convex portion into R-wave and T-wave pairs by using the waveform characteristics peculiar to the electrocardiogram signal. That is, the waveform detection apparatus 10 utilizes the feature that the time interval of one beat of the electrocardiographic waveform is substantially the same and has periodicity. Hereinafter, the R wave and the T wave that appear in an electrocardiogram waveform of one beat may be referred to as “RT pair”.

図12は、ローパス波形および折れ線波形を示すグラフの一例である。図12に示すグラフの縦軸は、電気的刺激の強さを表す振幅を指し、グラフの横軸は、時間を指す。図12には、これまで説明した例と同様に、ローパス波形が破線で図示されており、折れ線波形が実線で図示されている。これに加えて、図12には、図6に示した分類木を用いて凸部に分類された極値点がグラフの上方にプロットされており、ひげ状のスパイク波形が凸部の極値点に対応する。なお、図12のグラフにプロットされた極値点は、その線の種類が区別されており、太線で表した区間はRTペアの確定済みを、細線で表した区間はRTペアが未確定であることを示している。RTペアの確定区間では、既に求めた凸部の極値点を手掛かりに、RRIを求めることができる。   FIG. 12 is an example of a graph showing a low-pass waveform and a broken line waveform. The vertical axis of the graph shown in FIG. 12 indicates the amplitude representing the strength of the electrical stimulation, and the horizontal axis of the graph indicates time. In FIG. 12, similarly to the example described so far, the low-pass waveform is illustrated by a broken line, and the broken line waveform is illustrated by a solid line. In addition to this, in FIG. 12, extreme points classified into convex portions using the classification tree shown in FIG. 6 are plotted above the graph, and a whisker-like spike waveform indicates the extreme values of the convex portions. Corresponds to a point. Note that the extreme points plotted in the graph of FIG. 12 are distinguished by their line types, the section indicated by a thick line indicates that the RT pair has been determined, and the section indicated by a thin line indicates that the RT pair has not been determined. It shows that there is. In the determined interval of the RT pair, the RRI can be obtained by using the already obtained extreme point of the convex portion as a clue.

ここで、図12に示すように、心電波形の周期性を利用すると、RTペアの確定区間の最右端のR波を起点に、求めたRRIに相当する時間区間を設定し、RTペアの未確定区間においてR波が出現する時刻を推定できる。かかる推定時刻を基準に、RTペアの極値点が現れると予測される予測区間のRTペアの出現確率を「1」に設定する。例えば、予測区間の幅は、推定時刻の前方についてはRRIの推定時刻から10%の範囲とする一方で、推定時刻の後方は50%の範囲とし、RRIに連動させる。これによって、予測区間に含まれる極値点をRTペアとして選択することで、RTペアの誤検出を低減できる。   Here, as shown in FIG. 12, when the periodicity of the electrocardiogram waveform is used, a time interval corresponding to the obtained RRI is set starting from the rightmost R wave of the determined interval of the RT pair, and the RT pair The time at which the R wave appears in the undetermined section can be estimated. Based on the estimated time, the appearance probability of the RT pair in the prediction section where the extreme point of the RT pair is predicted to appear is set to “1”. For example, the width of the prediction interval is set to a range of 10% from the estimated time of RRI for the front of the estimated time, while the range of 50% is set to the rear of the estimated time, and is linked to the RRI. Thereby, erroneous detection of RT pairs can be reduced by selecting extreme points included in the prediction interval as RT pairs.

次に、図13を用いて、凸部と分類された極値点の中から心電波形の周期性をもとにRTペアの候補を抽出する処理の手順を具体的に説明する。図13は、応用例3に係るRTペアの候補抽出処理の手順を示すフローチャートである。この候補抽出処理は、図8に示した分類処理のステップS206の後に実行される処理である。   Next, with reference to FIG. 13, a procedure of processing for extracting RT pair candidates based on the periodicity of the electrocardiogram waveform from the extreme points classified as convex portions will be described in detail. FIG. 13 is a flowchart illustrating a procedure of RT pair candidate extraction processing according to Application Example 3. This candidate extraction process is a process executed after step S206 of the classification process shown in FIG.

図13に示すように、分類部18は、ステップS206で極値点が分類された後に、極値点の分類結果が「凸部」であるか否かを判定する(ステップS401)。このとき、極値点が「凸部」である場合(ステップS401Yes)には、分類部18は、現時刻、すなわち極値点の出現時刻が前回にR波が出現してから今回にRTペアとして出現する可能性がある最短の時刻として設定された「出現最短時刻」に到達しているか否かをさらに判定する(ステップS402)。   As illustrated in FIG. 13, the classification unit 18 determines whether or not the extreme point is classified as “convex” after the extreme points are classified in step S206 (step S401). At this time, if the extreme point is a “convex part” (Yes in step S401), the classification unit 18 determines that the current time, that is, the appearance time of the extreme point is the RT pair this time after the R wave appeared last time. It is further determined whether or not it has reached the “shortest appearance time” set as the shortest time that may appear as (step S402).

そして、出現最短時刻に到達している場合(ステップS402Yes)には、分類部18は、現時刻が前回にR波が出現してから今回にRTペアとして出現する可能性がある最長の時刻として設定された「出現最長時刻」を経過したか否かをさらに判定する(ステップS403)。   If the shortest appearance time has been reached (Yes in step S402), the classification unit 18 sets the current time as the longest time that may appear as an RT pair this time after the R wave appeared last time. It is further determined whether or not the set “maximum appearance time” has passed (step S403).

このとき、出現最長時刻を経過した場合(ステップS403Yes)には、分類部18は、前回にR波が出現した時刻から次のRTペアの出現最短時刻および出現最長時刻を再設定する(ステップS404)。その後、分類部18は、これまでに図示しない内部メモリ等で保持していたRTペアの候補を消去することによって初期化する(ステップS405)。   At this time, when the longest appearance time has elapsed (Yes in step S403), the classification unit 18 resets the shortest appearance time and the longest appearance time of the next RT pair from the time when the R wave appeared last time (step S404). ). Thereafter, the classification unit 18 initializes the RT pair candidate by deleting the RT pair candidates that have been held in an internal memory (not shown) (step S405).

例えば、出現最長時刻には、人の心拍数として計測される範囲の中でも最低値の一例として挙げられる40bpm、すなわち1分間に40回を基準に1.5秒が設定される。また、出現最短時刻には、人の心拍数として計測される範囲の中でも最高値の一例として挙げられる240bpm、すなわち1分間に240回を基準に0.25秒が設定される。   For example, the longest appearance time is set to 40 bpm, which is an example of the lowest value in the range measured as the human heart rate, that is, 1.5 seconds based on 40 times per minute. The shortest appearance time is set to 240 bpm, which is an example of the highest value in the range measured as the human heart rate, that is, 0.25 seconds based on 240 times per minute.

一方、出現最長時刻を経過していない場合(ステップS403No)には、分類部18は、極値点が出現最短時刻および出現最長時刻の出現範囲で最初に検出された凸部であるか否か、すなわち内部メモリにRTペアの候補が1つも格納されていないか否かを判定する(ステップS406)。   On the other hand, when the longest appearance time has not passed (No in step S403), the classification unit 18 determines whether or not the extreme point is a convex portion first detected in the appearance range of the shortest appearance time and the longest appearance time. That is, it is determined whether or not any RT pair candidate is stored in the internal memory (step S406).

このとき、極値点が出現範囲で最初に検出された凸部である場合(ステップS406Yes)には、分類部18は、当該極値点をRTペアの候補として抽出する(ステップS409)。   At this time, if the extreme point is the first detected convex portion in the appearance range (step S406 Yes), the classification unit 18 extracts the extreme point as a RT pair candidate (step S409).

一方、極値点が出現範囲で最初に検出された凸部でない場合(ステップS406No)には、分類部18は、最初にRTペアとして抽出された極値点の出現時刻から経過した経過時間がRRIの半値、例えば750ms(=1.5/2)以下であるか否かをさらに判定する(ステップS407)。   On the other hand, when the extreme point is not the first convex portion detected in the appearance range (No in step S406), the classification unit 18 determines that the elapsed time elapsed from the appearance time of the extreme point first extracted as the RT pair. It is further determined whether or not the RRI half value is, for example, 750 ms (= 1.5 / 2) or less (step S407).

そして、最初のRTペアの候補が抽出されてからの経過時間がRRIの半値以下である場合(ステップS407Yes)には、分類部18は、直前にRTペアとして抽出された極値点の出現時刻から経過した経過時間が所定の閾値、例えば150ms以下であるか否かをさらに判定する(ステップS408)。   If the elapsed time from the extraction of the first RT pair candidate is equal to or less than the half value of RRI (Yes in step S407), the classification unit 18 displays the appearance time of the extreme point extracted as the RT pair immediately before It is further determined whether or not the elapsed time has elapsed from a predetermined threshold value, for example, 150 ms or less (step S408).

ここで、直前のRTペアの候補が抽出されてからの経過時間が閾値以下である場合(ステップS408Yes)には、分類部18は、当該極値点をRTペアの候補として抽出し(ステップS409)、処理を終了する。   Here, if the elapsed time since the immediately preceding RT pair candidate is extracted is equal to or less than the threshold (Yes in step S408), the classification unit 18 extracts the extreme point as an RT pair candidate (step S409). ), The process is terminated.

一方、最初のRTペアの候補が抽出されてからの経過時間がRRIの半値以下でない場合、あるいは直前のRTペアの候補が抽出されてからの経過時間が閾値以下でない場合(ステップS407NoまたはステップS408No)には、当該極値点はRTペアの候補として抽出されず、そのまま処理を終了する。   On the other hand, if the elapsed time since the first RT pair candidate is extracted is not less than the half value of RRI, or if the elapsed time since the immediately preceding RT pair candidate is extracted is not less than the threshold (step S407 No or step S408 No). ), The extreme point is not extracted as an RT pair candidate, and the process is terminated as it is.

続いて、図14を用いて、RTペアの候補として抽出された極値点の中からRTペアを確定する処理の手順について説明する。図14は、応用例3に係るRTペア確定処理の手順を示すフローチャートである。このRTペア確定処理は、波形検出装置10で計測される時刻が出現最長時刻を経過した場合に実行される処理である。   Next, a procedure of processing for determining an RT pair from extreme points extracted as RT pair candidates will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a flowchart illustrating a procedure of RT pair determination processing according to the application example 3. This RT pair determination process is a process executed when the time measured by the waveform detection device 10 has passed the longest appearance time.

図14に示すように、RTペアの候補が1つである場合(ステップS501Yes)には、分類部18は、RTペアの候補として抽出された凸部の極値点を「T波」に分類し(ステップS502)、RTペアの候補として抽出された凸部よりも以前に基線部と分類された極値点の中で凸部高さが最大の極値点を「R波」に分類する(ステップS503)。   As shown in FIG. 14, when there is only one RT pair candidate (step S501 Yes), the classification unit 18 classifies the extreme points of the convex portion extracted as RT pair candidates into “T waves”. In step S502, the extreme point having the highest convex height among the extreme points classified as the base line portion before the convex portion extracted as the RT pair candidate is classified as “R wave”. (Step S503).

また、RTペアの候補が2つである場合(ステップS504Yes)には、分類部18は、RTペアの候補として先に抽出された凸部の極値点を「R波」に分類し(ステップS505)、RTペアの候補として後に抽出された凸部の極値点を「T波」に分類する(ステップS506)。   If there are two RT pair candidates (Yes in step S504), the classifying unit 18 classifies the extreme points of the convex portion previously extracted as RT pair candidates into “R waves” (step S504). In step S505, the extreme points of the convex portion extracted later as RT pair candidates are classified as “T waves” (step S506).

また、RTペアの候補が3つ以上である場合(ステップS504No)には、分類部18は、RTペアの候補として抽出された凸部の極値点のうち凸部高さが上位2つに入る極値点を抽出する(ステップS507)。そして、分類部18は、ステップS507で抽出された2つの極値点のうちRTペアの候補として先に抽出された凸部の極値点を「R波」に分類し(ステップS508)、後に抽出された凸部の極値点を「T波」に分類する(ステップS509)。   If there are three or more RT pair candidates (No in step S504), the classification unit 18 sets the convex portion height to the top two of the extreme points of the convex portion extracted as RT pair candidates. The extreme points to be entered are extracted (step S507). Then, the classifying unit 18 classifies the extreme points of the convex portion previously extracted as RT pair candidates among the two extreme points extracted in step S507 into “R waves” (step S508), and later The extracted extreme points of the convex portions are classified as “T waves” (step S509).

このように、凸部に分類された極値点を上記のRTペアの候補抽出処理およびRTペア確定処理によって心電波形のR波およびT波へさらに詳細に分類することができる。さらに、心電信号の周期性を利用してRTペアの候補を抽出しているので、R波およびT波に対応しない凸部のノイズ成分をフィルタリングできる。例えば、図12の例で言えば、RTペアが未確定である区間で最初に検出される極値点は、出現確率が「1」に設定されていない範囲、すなわち出現最短時刻よりも前に出現するので、当該極値点の凸部をRTペアの候補から除外できる。   As described above, the extreme points classified into the convex portions can be further classified into the R wave and the T wave of the electrocardiogram waveform by the above RT pair candidate extraction processing and RT pair determination processing. Furthermore, since the RT pair candidates are extracted by utilizing the periodicity of the electrocardiogram signal, it is possible to filter the noise components of the convex portions that do not correspond to the R wave and the T wave. For example, in the example of FIG. 12, the extreme point detected first in the section where the RT pair is uncertain is the range where the appearance probability is not set to “1”, that is, before the shortest appearance time. Since it appears, the convex portion of the extreme point can be excluded from the RT pair candidates.

なお、ここでは、RRIを固定としてRTペアの出現範囲を設定する場合を例示したが、RRIを可変とすることもできる。例えば、波形検出装置10は、RTペアが確定される度にRTペアが確定済みである区間のRRIの平均や中央値などのRRIの統計値を更新し、更新後のRRIの統計値を用いてRTペアの出現範囲を設定することもできる。   Note that, here, a case has been illustrated in which the RRI is fixed and the appearance range of the RT pair is set, but the RRI may be variable. For example, each time an RT pair is determined, the waveform detection apparatus 10 updates RRI statistical values such as the average and median RRI of the section in which the RT pair has been determined, and uses the updated RRI statistical values. The RT pair appearance range can also be set.

[応用例4]
また、波形検出装置10は、極値点の極値の種別が出現する順序、すなわち極大または極小が出現する順序の傾向を利用して、RTペアの分類性能を向上させることができる。
[Application Example 4]
Moreover, the waveform detection apparatus 10 can improve the RT pair classification performance by using the tendency of the order of appearance of extreme types of extreme points, that is, the order of occurrence of local maxima or minima.

図15及び図16は、ローパス波形および折れ線波形を示すグラフの一例である。図15及び図16に示すグラフの縦軸は、電気的刺激の強さを表す振幅を指し、グラフの横軸は、時間を指す。図15及び図16には、ローパス波形が図示されている。これに加えて、図15及び図16には、図6に示した分類木を用いて凸部に分類された極値点がグラフの上方にプロットされており、ひげ状のスパイク波形が凸部の極値点に対応する。   15 and 16 are examples of graphs showing a low-pass waveform and a broken line waveform. The vertical axis of the graphs shown in FIGS. 15 and 16 indicates the amplitude representing the strength of the electrical stimulation, and the horizontal axis of the graph indicates time. 15 and 16 show low-pass waveforms. In addition to this, in FIG. 15 and FIG. 16, extreme points classified into convex portions using the classification tree shown in FIG. 6 are plotted above the graph, and a whisker-like spike waveform is shown in the convex portion. Corresponds to the extreme points of.

図15及び図16に示すように、RTペアの出現順序は、被験者によって「下に凸」の極小の極値が検出されてからその次に「上に凸」の極大の極値が検出される順になる場合と、「上に凸」の極大の極値が検出されてからその次に「上に凸」の極大の極値が検出される順になる場合がある。これら「上に凸」、「下に凸」を折れ線のパラメータで表現すると、「上に凸」は折れ線の傾きが正から負に変化する極大に相当し、「下に凸」は折れ線の傾きが負から正に変化する極小に相当する。   As shown in FIG. 15 and FIG. 16, the RT pair appears in the order in which the subject detects a local extreme value of “convex downward” and then detects a local extreme value of “convex upward”. In some cases, the maximum extreme value of “convex upward” is detected, and then the maximum extreme value of “convex upward” is detected. When these “convex upward” and “convex downward” are expressed by broken line parameters, “convex upward” corresponds to the maximum where the inclination of the broken line changes from positive to negative, and “convex downward” indicates the inclination of the broken line. Corresponds to a minimum that changes from negative to positive.

そこで、波形検出装置10は、入力信号の時系列データの最初の時間区間で極値が出現する順番の傾向を自動的に検出しておき、それ以降の時系列データの分類処理で、検出した極値の出現順序の傾向に合う極値点を選択することで分類性能の向上が期待できる。   Therefore, the waveform detection device 10 automatically detects the tendency of the order in which the extreme values appear in the first time interval of the time series data of the input signal, and detects it in the subsequent time series data classification process. The classification performance can be improved by selecting extreme points that match the trend of the extreme value appearance order.

例えば、前述の周期性を利用する手順で、極値点をRTペアに分類する。具体的には、折れ線の正負を調べ、1個目の凸部が極大のときはiMaximal1に1を加算し、極小のときはiMinimal1に1を加算する。そして、2個目の凸部についても同様に処理し、iMaximal2、あるいは、iMinimal2に1を加算する。以上の処理を、所定回、例えば5拍分繰り返し、iMaximal1とiMinimal1の大小、および、iMaximal2とiMinimal2の大小とを比較することよって、1個目と2個目の凸部の極値の出現順序の傾向を決定する。   For example, the extreme points are classified into RT pairs by the procedure using the periodicity described above. Specifically, the polarity of the broken line is checked, and 1 is added to iMaximal1 when the first convex portion is the maximum, and 1 is added to iMinimal1 when the first convex portion is the minimum. The second convex portion is processed in the same manner, and 1 is added to iMaximal2 or iMinimal2. The above process is repeated a predetermined number of times, for example, for 5 beats, and the order of appearance of the extreme values of the first and second convex parts is compared by comparing the magnitudes of iMaximal1 and iMinimal1 and the magnitudes of iMaximal2 and iMinimal2. Determine the trend.

例えば、図15及び図16に示した2つのローパス波形に対して上記の処理を適用すると、図17〜図18と図19〜図20とに示す結果となる。図17〜図20は、極値の出現順序の傾向の一例を示す図である。例えば、図15に示したローパス波形の場合には、図17に示すように、R波に対応する1個目の凸部の極値としてiMinimal1が5拍中に5回計測されるとともに、図18に示すように、T波に対応する2個目の凸部の極値としてiMaximal2が5拍中に5回計測される。つまり、2つの凸部の出現順序の傾向は、「iMaximal1>iMinimal1」ではなく、かつ「iMaximal2>iMinimal2」であるので、極小、極大の順と検出される。一方、図16に示したローパス波形の場合には、図19に示すように、R波に対応する1個目の凸部の極値としてiMaximal1が5拍中に5回計測されるとともに、図20に示すように、T波に対応する2個目の凸部の極値としてiMaximal2が5拍中に5回計測される。つまり、2つの凸部の出現順序の傾向は、「iMaximal1>iMinimal1」であり、かつ「iMaximal2>iMinimal2」であるので、極大、極大の順と検出される。   For example, when the above processing is applied to the two low-pass waveforms shown in FIGS. 15 and 16, the results shown in FIGS. 17 to 18 and FIGS. 19 to 20 are obtained. 17 to 20 are diagrams illustrating an example of the tendency of the appearance order of extreme values. For example, in the case of the low-pass waveform shown in FIG. 15, as shown in FIG. 17, iMinimal1 is measured 5 times in 5 beats as the extreme value of the first convex portion corresponding to the R wave, As shown in FIG. 18, iMaximal2 is measured 5 times in 5 beats as the extreme value of the second convex portion corresponding to the T wave. That is, the tendency of the appearance order of the two convex portions is not “iMaximal1> iMinimal1” and “iMaximal2> iMinimal2”, and therefore, the order of the minimum and maximum is detected. On the other hand, in the case of the low-pass waveform shown in FIG. 16, as shown in FIG. 19, iMaximal1 is measured five times in five beats as the extreme value of the first convex portion corresponding to the R wave. As shown at 20, iMaximal2 is measured five times during five beats as the extreme value of the second convex portion corresponding to the T wave. That is, the tendency of the order of appearance of the two convex portions is “iMaximal1> iMinimal1” and “iMaximal2> iMinimal2”, and therefore, the order of maximum and maximum is detected.

続いて、図21を用いて、極値が出現する順序の傾向を決定する傾向決定処理の手順について説明する。図21は、応用例4に係る傾向決定処理の手順を示すフローチャートである。図21に示すように、RTペアのR波が「極大」である場合(ステップS601Yes)には、波形検出装置10は、図17及び図18に例示したRTの出現順序と極値の種別との対応テーブルのうちiMaximal1の計測回数を1つインクリメントする(ステップS602)。一方、RTペアのR波が「極小」である場合(ステップS601No)には、波形検出装置10は、上記の対応テーブルのうちiMinimal1の計測回数を1つインクリメントする(ステップS603)。   Next, the procedure of the trend determination process for determining the trend of the order in which extreme values appear will be described with reference to FIG. FIG. 21 is a flowchart illustrating the procedure of the trend determination process according to Application Example 4. As illustrated in FIG. 21, when the R wave of the RT pair is “maximum” (Yes in step S <b> 601), the waveform detection device 10 determines the appearance order of RTs and the types of extreme values illustrated in FIGS. 17 and 18. In the correspondence table, iMaximal1 is incremented by one (step S602). On the other hand, when the R wave of the RT pair is “minimum” (No in step S601), the waveform detection apparatus 10 increments the number of iMinimal1 measurements in the correspondence table by one (step S603).

また、RTペアのT波が「極大」である場合(ステップS604Yes)には、波形検出装置10は、上記の対応テーブルのうちiMaximal2の計測回数を1つインクリメントする(ステップS605)。一方、RTペアのT波が「極小」である場合(ステップS604No)には、波形検出装置10は、上記の対応テーブルのうちiMinimal2の計測回数を1つインクリメントする(ステップS606)。   On the other hand, when the T wave of the RT pair is “maximum” (step S604 Yes), the waveform detection apparatus 10 increments the number of iMaximal2 measurements by one in the correspondence table (step S605). On the other hand, when the T wave of the RT pair is “minimum” (No in step S604), the waveform detection apparatus 10 increments the number of iMinimal2 measurements in the correspondence table by one (step S606).

そして、RTペアの極値の出現順序が所定の回数、例えば5回にわたって計測されるまで(ステップS607No)、波形検出装置10は、上記のステップS601〜ステップS606までの処理を繰り返し実行する。   Then, until the appearance order of the extreme value of the RT pair is measured a predetermined number of times, for example, five times (No in step S607), the waveform detection apparatus 10 repeatedly executes the processing from step S601 to step S606 described above.

その後、RTペアの極値の出現順序が所定の回数にわたって計測されると(ステップS607Yes)、波形検出装置10は、次のような処理を実行する。すなわち、計測結果が「iMaximal1>iMinimal1」である場合(ステップS608Yes)には、波形検出装置10は、R波の極値パターンを「極大」に設定する(ステップS609)。一方、計測結果が「iMaximal1>iMinimal1」でない場合(ステップS608No)には、R波の極値パターンを「極小」に設定する(ステップS610)。   Thereafter, when the appearance order of the extreme values of the RT pair is measured a predetermined number of times (Yes in step S607), the waveform detection device 10 executes the following process. That is, when the measurement result is “iMaximal1> iMinimal1” (step S608 Yes), the waveform detection apparatus 10 sets the extreme value pattern of the R wave to “maximum” (step S609). On the other hand, when the measurement result is not “iMaximal1> iMinimal1” (No in step S608), the extreme value pattern of the R wave is set to “minimum” (step S610).

さらに、計測結果が「iMaximal2>iMinimal2」である場合(ステップS611Yes)には、波形検出装置10は、T波の極値パターンを「極大」に設定する(ステップS612)。一方、計測結果が「iMaximal2>iMinimal2」でない場合(ステップS611No)には、T波の極値パターンを「極小」に設定する(ステップS613)。   Further, when the measurement result is “iMaximal2> iMinimal2” (step S611 Yes), the waveform detection apparatus 10 sets the extreme value pattern of the T wave to “maximum” (step S612). On the other hand, if the measurement result is not “iMaximal2> iMinimal2” (No in step S611), the T-wave extreme value pattern is set to “minimal” (step S613).

このように、図21に示したフローチャートにしたがってRTペアの極値の出現順序の傾向を決定することによって極値の出現順序の傾向に適合しない極値点をRTペアの候補から除外することができる。例えば、図12の例で言えば、R波及びT波の極値パターンはいずれも「極大」に設定されるので、RTペアが未確定である区間で3番目に検出される極値点の極値が「極小」であるので、当該3番目の極値点をRTペアの候補から除外できる。   In this way, by determining the trend of the extreme value appearance order of the RT pair according to the flowchart shown in FIG. 21, extreme points that do not match the trend of the extreme value appearance order may be excluded from the RT pair candidates. it can. For example, in the example of FIG. 12, since the extreme value patterns of the R wave and the T wave are both set to “maximum”, the extreme value point detected third in the interval in which the RT pair is not determined. Since the extreme value is “minimum”, the third extreme point can be excluded from the RT pair candidates.

[正解率]
図22は、正解率を示すグラフの一例である。図22に示す(a)のヒストグラムには、実施例1を用いた場合、すなわち分類木を用いた場合の正解率が図示されている。図22に示す(b)のヒストグラムには、応用例2を用いた場合、すなわち凸部高さを正規化した場合の正解率が図示されている。図22に示す(c)のヒストグラムには、応用例3を用いた場合、すなわち心電波形の周期性を利用して極値点をRTペアへ分類する場合の正解率が図示されている。図22に示す(d)のヒストグラムには、応用例3及び応用例4を組み合わせて用いた場合、すなわちRTペアの分類に極値の出現順序の傾向を用いた場合の正解率が図示されている。さらに、図22に示す(e)のヒストグラムには、応用例3及び応用例4を組み合わせるにあたってRRIの間隔を可変とした場合の正解率が図示されている。図22に示すように、分類木だけを用いた場合でも「93.9%」という高い正解率を発揮することができるが、実施例1で説明した分類木に応用例2、応用例3、応用例4を組み合わせる度に正解率を向上させることができ、最終的には、「99.1%」まで正解率を向上させることができる。なお、上記の実施例1及び上記の応用例1〜応用例4は、任意の組合せで波形検出装置10を実装できる。
[Accuracy rate]
FIG. 22 is an example of a graph showing the accuracy rate. The histogram of (a) shown in FIG. 22 shows the accuracy rate when the first embodiment is used, that is, when a classification tree is used. The histogram of (b) shown in FIG. 22 shows the accuracy rate when Application Example 2 is used, that is, when the height of the convex portion is normalized. The histogram of (c) shown in FIG. 22 illustrates the accuracy rate when the application example 3 is used, that is, when extreme points are classified into RT pairs using the periodicity of the electrocardiogram waveform. The histogram of (d) shown in FIG. 22 shows the accuracy rate when the application example 3 and the application example 4 are used in combination, that is, when the tendency of the extreme value appearance order is used for the RT pair classification. Yes. Further, the histogram of (e) shown in FIG. 22 illustrates the accuracy rate when the RRI interval is variable when combining the application example 3 and the application example 4. As shown in FIG. 22, even when only the classification tree is used, a high accuracy rate of “93.9%” can be exhibited. However, the application example 2, the application example 3, The accuracy rate can be improved each time Application Example 4 is combined, and finally the accuracy rate can be improved to “99.1%”. In the first embodiment and the first to fourth application examples, the waveform detection device 10 can be mounted in any combination.

[適用範囲]
上記の実施例1及び上記の応用例1〜4では、センサによって採取される入力信号が心電信号である場合を例示したが、入力信号が心電信号以外である場合にも波形検出装置10の適用範囲に収まる。
[Scope of application]
In the first embodiment and the first to fourth application examples described above, the case where the input signal collected by the sensor is an electrocardiogram signal is exemplified. However, the waveform detection apparatus 10 also when the input signal is other than the electrocardiogram signal. Within the scope of application.

例えば、加速度センサやジャイロセンサによって採取される信号から「静止状態」と「歩行状態」とを判別することが可能である。例えば、利用者に加速度センサを装着し、図1に示した心電センサ20を加速度センサに置き換えて、加速度信号を出力する。例えば、加速度信号として、3軸(X,Y,Z)の加速度センサを用い、3方向のベクトルの合成ベクトルの大きさ、あるいは、鉛直軸の加速度の大きさのみを使用してもよい。加速度センサは、加速度信号をアナログ値からデジタル値へ変換し、図1に示したブロック図に従って、生成部において折れ線で近似し、算出部で特徴量を算出する。   For example, “stationary state” and “walking state” can be discriminated from signals collected by an acceleration sensor or a gyro sensor. For example, an acceleration sensor is attached to the user, and the electrocardiographic sensor 20 shown in FIG. 1 is replaced with an acceleration sensor to output an acceleration signal. For example, a three-axis (X, Y, Z) acceleration sensor may be used as the acceleration signal, and the magnitude of a combined vector of three-direction vectors or the magnitude of acceleration on the vertical axis may be used. The acceleration sensor converts an acceleration signal from an analog value to a digital value, approximates with a broken line in the generation unit according to the block diagram shown in FIG. 1, and calculates a feature amount in the calculation unit.

ここで、歩行中の加速度は、正弦波状に上に凸、下に凸の波が連続的に出現する。そこで、静止状態、歩行状態の分類では、静止状態を基線部、歩行状態を凸部に分類することを想定する。つまり、静止状態では、加速度の変化は殆どないため、算出される極値点の特徴量の凸部高さは小さく、折れ線の傾きも小さいという傾向がある。一方、歩行状態では、極値点の特徴量の凸部高さや、折れ線の傾きは大きい。したがって、静止している時間区間に含まれる極値と、歩行している時間区間に含まれる極値を判別することは容易である。   Here, as for the acceleration during walking, convex waves appear upward and convex downward in a sine wave shape. Therefore, in the classification of the stationary state and the walking state, it is assumed that the stationary state is classified as a base line portion and the walking state is classified as a convex portion. In other words, since there is almost no change in acceleration in a stationary state, the height of the convex portion of the feature value of the calculated extreme value point is small, and the inclination of the broken line tends to be small. On the other hand, in the walking state, the height of the convex portion of the feature value of the extreme value point and the inclination of the broken line are large. Therefore, it is easy to discriminate the extreme value included in the stationary time interval from the extreme value included in the walking time interval.

図23は、加速度センサの信号波形を示すグラフの一例である。図24は、分類木の一例を示す図である。図23に示すグラフの縦軸は、電気的刺激の強さを表す振幅を指し、グラフの横軸は、時間を指す。図23には、静止状態、歩行状態、静止状態と変化したときの加速度の折れ線波形が図示されている。図24には、図23に示した波形について極値点の特徴量を算出し、学習部で求めた分類木が図示されている。図24に示す分類木に加速度信号を入力すると、ステップS21及びステップS22の判定によって基線部に含まれる極値点と凸部に含まれる極値点とに分類でき、静止状態と歩行状態の時間区間に判別できる。   FIG. 23 is an example of a graph showing signal waveforms of the acceleration sensor. FIG. 24 is a diagram illustrating an example of a classification tree. The vertical axis of the graph shown in FIG. 23 indicates the amplitude representing the strength of the electrical stimulation, and the horizontal axis of the graph indicates time. FIG. 23 shows a broken line waveform of acceleration when changing from a stationary state, a walking state, and a stationary state. FIG. 24 illustrates a classification tree obtained by calculating the feature amount of the extreme point with respect to the waveform illustrated in FIG. 23 and obtained by the learning unit. When acceleration signals are input to the classification tree shown in FIG. 24, the extreme points included in the base line portion and the extreme points included in the convex portion can be classified by the determinations in step S21 and step S22, and the time between the stationary state and the walking state can be classified. It can be identified as a section.

このように、波形検出装置10は、信号波形を比較的平坦な部分である「基線部」と特徴的な波の部分「凸部」とに分類する処理に汎用的に適用可能である。   As described above, the waveform detection apparatus 10 can be generally applied to a process of classifying a signal waveform into a “base line portion” that is a relatively flat portion and a characteristic wave portion “convex portion”.

[分散および統合]
また、図示した各装置の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、取得部11、ローパスフィルタ12、生成部13、算出部14、学習部16または分類部18を波形検出装置10の外部装置としてネットワーク経由で接続するようにしてもよい。また、取得部11、ローパスフィルタ12、生成部13、算出部14、学習部16または分類部18を別の装置がそれぞれ有し、ネットワーク接続されて協働することで、上記の波形検出装置10の機能を実現するようにしてもよい。
[Distribution and integration]
In addition, each component of each illustrated apparatus does not necessarily need to be physically configured as illustrated. In other words, the specific form of distribution / integration of each device is not limited to that shown in the figure, and all or a part thereof may be functionally or physically distributed or arbitrarily distributed in arbitrary units according to various loads or usage conditions. Can be integrated and configured. For example, the acquisition unit 11, the low-pass filter 12, the generation unit 13, the calculation unit 14, the learning unit 16, or the classification unit 18 may be connected as an external device of the waveform detection device 10 via a network. Further, the waveform detection device 10 described above is obtained by having the acquisition unit 11, the low-pass filter 12, the generation unit 13, the calculation unit 14, the learning unit 16, or the classification unit 18 connected to each other through a network connection. You may make it implement | achieve the function of.

[波形検出プログラム]
また、上記の実施例で説明した各種の処理は、予め用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することによって実現することができる。そこで、以下では、図25を用いて、上記の実施例と同様の機能を有する波形検出プログラムを実行するコンピュータの一例について説明する。
[Waveform detection program]
The various processes described in the above embodiments can be realized by executing a prepared program on a computer such as a personal computer or a workstation. In the following, an example of a computer that executes a waveform detection program having the same function as that of the above embodiment will be described with reference to FIG.

図25は、実施例1及び実施例2に係る波形検出プログラムを実行するコンピュータの一例について説明するための図である。図25に示すように、コンピュータ100は、操作部110aと、スピーカ110bと、カメラ110cと、ディスプレイ120と、通信部130とを有する。さらに、このコンピュータ100は、CPU150と、ROM160と、HDD170と、RAM180とを有する。これら110〜180の各部はバス140を介して接続される。   FIG. 25 is a schematic diagram illustrating an example of a computer that executes a waveform detection program according to the first and second embodiments. As illustrated in FIG. 25, the computer 100 includes an operation unit 110a, a speaker 110b, a camera 110c, a display 120, and a communication unit 130. Further, the computer 100 includes a CPU 150, a ROM 160, an HDD 170, and a RAM 180. These units 110 to 180 are connected via a bus 140.

HDD170には、図25に示すように、上記の実施例1に示した取得部11、生成部13、算出部14及び分類部18と同様の機能を発揮する波形検出プログラム170aが予め記憶される。この波形検出プログラム170aについては、図1に示した各々の取得部11、生成部13、算出部14及び分類部18の各構成要素と同様、適宜統合又は分離しても良い。すなわち、HDD170に格納される各データは、常に全てのデータがHDD170に格納される必要はなく、処理に必要なデータのみがHDD170に格納されれば良い。   As shown in FIG. 25, the HDD 170 stores in advance a waveform detection program 170a that exhibits the same functions as those of the acquisition unit 11, the generation unit 13, the calculation unit 14, and the classification unit 18 described in the first embodiment. . The waveform detection program 170a may be integrated or separated as appropriate, like the components of the acquisition unit 11, the generation unit 13, the calculation unit 14, and the classification unit 18 illustrated in FIG. In other words, all data stored in the HDD 170 need not always be stored in the HDD 170, and only data necessary for processing may be stored in the HDD 170.

そして、CPU150が、波形検出プログラム170aをHDD170から読み出してRAM180に展開する。これによって、図25に示すように、波形検出プログラム170aは、波形検出プロセス180aとして機能する。この波形検出プロセス180aは、HDD170から読み出した各種データを適宜RAM180上の自身に割り当てられた領域に展開し、この展開した各種データに基づいて各種処理を実行する。なお、波形検出プロセス180aは、図1に示した取得部11、生成部13、算出部14及び分類部18にて実行される処理、例えば図7〜図8、図11、図13〜図14および図21に示す処理を含む。また、CPU150上で仮想的に実現される各処理部は、常に全ての処理部がCPU150上で動作する必要はなく、処理に必要な処理部のみが仮想的に実現されれば良い。   Then, the CPU 150 reads the waveform detection program 170 a from the HDD 170 and develops it in the RAM 180. Thus, as shown in FIG. 25, the waveform detection program 170a functions as a waveform detection process 180a. The waveform detection process 180a appropriately expands various data read from the HDD 170 in an area allocated to itself on the RAM 180, and executes various processes based on the expanded data. The waveform detection process 180a is performed by the acquisition unit 11, the generation unit 13, the calculation unit 14, and the classification unit 18 illustrated in FIG. 1, for example, FIG. 7 to FIG. 8, FIG. And the processing shown in FIG. In addition, each processing unit virtually realized on the CPU 150 does not always require that all processing units operate on the CPU 150, and only a processing unit necessary for the processing needs to be virtually realized.

なお、上記の波形検出プログラム170aについては、必ずしも最初からHDD170やROM160に記憶させておく必要はない。例えば、コンピュータ100に挿入されるフレキシブルディスク、いわゆるFD、CD−ROM、DVDディスク、光磁気ディスク、ICカードなどの「可搬用の物理媒体」に各プログラムを記憶させる。そして、コンピュータ100がこれらの可搬用の物理媒体から各プログラムを取得して実行するようにしてもよい。また、公衆回線、インターネット、LAN、WANなどを介してコンピュータ100に接続される他のコンピュータまたはサーバ装置などに各プログラムを記憶させておき、コンピュータ100がこれらから各プログラムを取得して実行するようにしてもよい。   Note that the waveform detection program 170a is not necessarily stored in the HDD 170 or the ROM 160 from the beginning. For example, each program is stored in a “portable physical medium” such as a flexible disk inserted into the computer 100, so-called FD, CD-ROM, DVD disk, magneto-optical disk, or IC card. Then, the computer 100 may acquire and execute each program from these portable physical media. In addition, each program is stored in another computer or server device connected to the computer 100 via a public line, the Internet, a LAN, a WAN, etc., and the computer 100 acquires and executes each program from these. It may be.

10 波形検出装置
11 取得部
12 ローパスフィルタ
13 生成部
14 算出部
15 極値点記憶部
16 学習部
17 学習結果記憶部
18 分類部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Waveform detection apparatus 11 Acquisition part 12 Low pass filter 13 Generation part 14 Calculation part 15 Extreme point storage part 16 Learning part 17 Learning result storage part 18 Classification part

Claims (7)

センサによって採取される信号を取得する取得部と、
前記信号の波形に近似する折れ線の波形を生成する生成部と、
前記折れ線を形成する直線の交点のうち互いに隣接する直線の傾きの正負が反転する極値点の特徴量を算出する算出部と、
前記折れ線に含まれる極値点の特徴量を用いて、当該極値点を凸形状を持つ凸部または平坦状の基線部に分類する分類部と
を有することを特徴とする波形検出装置。
An acquisition unit for acquiring a signal collected by the sensor;
A generator that generates a waveform of a polygonal line that approximates the waveform of the signal;
A calculation unit that calculates a feature amount of an extreme point at which the positive / negative of the slope of a straight line adjacent to each other among the intersections of the straight lines forming the broken line is inverted;
A waveform detection apparatus comprising: a classification unit that classifies the extreme value points into convex portions having a convex shape or flat base line portions using feature amounts of the extreme value points included in the broken line.
前記生成部は、
前記信号の波形を時分割し、
時分割された区間ごとに当該区間の波形に近似する回帰直線を生成することによって折れ線の波形を生成し、
前記信号の波形と前記折れ線の波形との乖離度を算出し、
前記乖離度が所定の閾値未満になるまで、時分割する区間の分割幅を引き下げて折れ線の波形を生成する処理を繰り返し実行することを特徴とする請求項1に記載の波形検出装置。
The generator is
Time-sharing the waveform of the signal,
Generate a polygonal waveform by generating a regression line that approximates the waveform of the section for each time-divided section,
Calculate the degree of divergence between the waveform of the signal and the waveform of the broken line,
2. The waveform detection apparatus according to claim 1, wherein a process of generating a polygonal line waveform by reducing a division width of a time-division section is repeatedly performed until the degree of deviation is less than a predetermined threshold.
前記算出部によって算出された極値点の特徴量を用いて、前記生成部によって生成された折れ線の波形を正規化する正規化部をさらに有し、
前記算出部は、前記正規化部によって正規化された折れ線の波形から前記極値点の特徴量を算出することを特徴とする請求項1または2に記載の波形検出装置。
A normalization unit that normalizes the waveform of the polygonal line generated by the generation unit using the feature amount of the extreme point calculated by the calculation unit;
3. The waveform detection apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit calculates a feature amount of the extreme value point from a broken line waveform normalized by the normalization unit.
前記分類部は、
前記凸部に分類された極値点の出現時間から推定される心電波形1拍分の時間間隔を用いて、心電波形に含まれるR波及びT波が出現し得る出現範囲を予測し、
前記凸部に分類された極値点のうち出現時間が前記出現範囲内である極値点を前記R波及び前記T波の候補として抽出し、
前記R波及び前記T波の候補として抽出された極値点の出現時間の前後関係に基づいて、当該候補として抽出された極値点を前記R波および前記T波へさらに分類することを特徴とする請求項1に記載の波形検出装置。
The classification unit includes:
Using the time interval for one ECG waveform estimated from the appearance time of the extreme points classified as the convex portion, the appearance range in which the R wave and T wave included in the ECG waveform can appear is predicted. ,
Extracting extreme points whose appearance time is within the appearance range among the extreme points classified into the convex portions as candidates for the R wave and the T wave,
The extreme points extracted as candidates are further classified into the R wave and the T wave based on the order of appearance of extreme points extracted as candidates for the R wave and the T wave. The waveform detection apparatus according to claim 1.
前記分類部による前記R波および前記T波の分類結果から前記R波および前記T波の極大または極小の極値が出順する順序の傾向を決定する決定部をさらに有し、
前記分類部は、
前記凸部に分類された極値点のうち前記決定部に決定された傾向に適合しない極値を持つ極値点を除外して前記R波及び前記T波の候補を抽出することを特徴とする請求項4に記載の波形検出装置。
A determining unit that determines a tendency of the order in which the extreme values of the R wave and the T wave appear in order from the classification result of the R wave and the T wave by the classification unit;
The classification unit includes:
The R wave and T wave candidates are extracted by excluding extreme points having extreme values that do not match the tendency determined by the determining unit from the extreme points classified into the convex portions. The waveform detection apparatus according to claim 4.
コンピュータが、
センサによって採取される信号を取得し、
前記信号の波形に近似する折れ線の波形を生成し、
前記折れ線を形成する直線の交点のうち互いに隣接する直線の傾きの正負が反転する極値点の特徴量を算出し、
前記折れ線に含まれる極値点の特徴量を用いて、当該極値点を凸形状を持つ凸部または平坦状の基線部に分類する
各処理を実行することを特徴とする波形検出方法。
Computer
Get the signal collected by the sensor,
Generate a polygonal waveform that approximates the waveform of the signal,
Calculate the feature amount of the extreme point where the positive / negative of the slope of the straight lines adjacent to each other among the intersections of the straight lines forming the broken line is inverted,
A waveform detection method comprising: performing each process of classifying an extreme point into a convex portion having a convex shape or a flat base line portion using a feature amount of the extreme point included in the broken line.
コンピュータに、
センサによって採取される信号を取得し、
前記信号の波形に近似する折れ線の波形を生成し、
前記折れ線を形成する直線の交点のうち互いに隣接する直線の傾きの正負が反転する極値点の特徴量を算出し、
前記折れ線に含まれる極値点の特徴量を用いて、当該極値点を凸形状を持つ凸部または平坦状の基線部に分類する
各処理を実行させることを特徴とする波形検出プログラム。
On the computer,
Get the signal collected by the sensor,
Generate a polygonal waveform that approximates the waveform of the signal,
Calculate the feature amount of the extreme point where the positive / negative of the slope of the straight lines adjacent to each other among the intersections of the straight lines forming the broken line is inverted,
A waveform detection program for executing each processing for classifying an extreme point into a convex portion having a convex shape or a flat base line portion using a feature amount of the extreme point included in the broken line.
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