JP3000331B2 - 生体信号表示装置 - Google Patents

生体信号表示装置

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JP3000331B2
JP3000331B2 JP6-193413A JP19341394A JP3000331B2 JP 3000331 B2 JP3000331 B2 JP 3000331B2 JP 19341394 A JP19341394 A JP 19341394A JP 3000331 B2 JP3000331 B2 JP 3000331B2
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千秋 中村
司 小須田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、脈波などの生体信号を
検出しその結果を表示する生体信号表示装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来の生体信号表示装置の動作
を示す機能ブロック図である。生体信号検出手段300
は、脈波などの生体信号を検出し増幅する。信号変換手
段301は、生体信号検出手段300により増幅された
生体信号を一定の周期でアナログ−デジタル変換する。
演算手段302は、信号変換手段301により変換され
た生体信号を記憶するとともに2のn乗個のデータが記
憶されると高速フーリエ変換を行う。表示手段303
は、演算手段302の演算結果を表示する。
【0003】以上のような生体信号表示装置が、例え
ば、特開平1−27534号公報に開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】脈波などの生体信号の
周波数分析を行う場合、生体信号を高速フーリエ変換処
理する事が一般に知られている。生体から検出される生
体信号は低周波成分を多く含み、例えば脈波の周期を演
算するために周波数解析を行うと、0.5Hzから4H
zまでにスペクトルが分布する。サンプリング定理によ
り8Hzの周期でアナログ−デジタル変換器を行い、周
波数解析に必要な例えば128データを得るためには1
6秒必要となる。この条件で一般的な高速フーリエ変換
を行い毎分当りの脈拍数に換算すると3.75拍程度の
演算分解能が得られる。
【0005】このように脈波などの生体信号周期を周波
数分析手法を用い、ある程度の精度で演算し、結果を表
示するためには多くの時間が必要であり、使い易いもの
ではなかった。そこで本発明の目的は、生体の信号処理
演算の精度を維持しながら結果をすばやく表示する生体
信号表示装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第一
の手段として、本発明は、入力手段から出力される生体
信号の表示開始信号と、タイミング信号発生手段から発
生されるタイミング信号に基づいて、生体信号変換手段
の動作周期を時系列的に変化させる動作周期制御手段と
を有する構成とした。
【0007】また、上記課題を解決する第二の手段とし
て、本発明は、生体信号の表示開始信号により生体信号
記憶手段に記憶されている生体信号の初期化を行う初期
化手段と、タイミング信号発生手段から発生されるタイ
ミング信号に基づいて、生体信号変換手段の動作周期の
設定を行う動作周期設定手段と、入力手段から出力され
る生体信号の表示開始信号と、タイミング信号発生手段
から発生されるタイミング信号に基づいて、周波数分析
の対象となる生体信号数を時系列的に変化させ、生体信
号演算手段を動作させる演算制御手段とを有する構成と
した。
【0008】
【作用】図1は、本発明の代表的構成の一例を示す機能
ブロック図である。生体信号検出手段100は、生体か
ら脈波などの生体信号を検出し、検出した信号を生体信
号変換手段101に出力する。生体信号変換手段101
は、入力した信号をデジタル信号に変換し、生体信号記
憶手段102に出力する。生体信号記憶手段102は、
デジタル信号に変換された生体信号を記憶する。入力手
段105は、生体信号の表示開始信号を出力する。タイ
ミング信号発生手段106は、基本クロックを分周しタ
イミング信号を発生する。動作周期制御手段107は、
表示開始信号とタイミング信号を入力し、生体信号変換
手段101の動作周期を時系列的に変化させる。生体信
号演算手段103は、生体信号記憶手段102に記憶さ
れた生体信号があらかじめ設定された数に達した場合に
周波数分析演算を行い、結果を表示手段104に出力す
る。動作周期制御手段107により生体信号変換手段1
01の動作周期を表示開始信号発生時は短く、その後は
徐々に長くするよう制御する事により、結果的に生体信
号演算手段103の周波数分析演算精度を徐々に向上さ
せながらすばやく表示手段104に演算結果を表示させ
ることができる。
【0009】図2は、本発明の代表的構成の一例を示す
他の機能ブロック図である。生体信号記憶手段102
は、生体信号変換手段101によりデジタル変換された
生体信号を中心値を0とした符号付きデータとして記憶
する。初期化手段200は、入力手段10から出力され
る生体信号の表示開始信号により生体信号記憶手段10
2に0を記憶させ初期化を行う。動作周期設定手段20
2は、タイミング信号発生手段106から発生されるタ
イミング信号に基づいて、生体信号変換手段101の動
作周期を設定する。演算制御手段201は、入力手段1
05から出力される生体信号の表示開始信号とタイミン
グ信号発生手段105から発生されるタイミング信号に
基づいて、周波数分析の対象となる生体信号数を時系列
的に変化させ、生体信号演算手段103を動作させる。
周波数分析の対象となる生体信号数を表示開始信号発生
時は少なく、その後徐々に多くすることにより生体信号
演算手段103の周波数分析演算精度を徐々に向上させ
ながらすばやく表示手段104に演算結果を表示させる
ことができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面に基づいて詳
しく説明する。 (1)第一実施例 図4は、本発明の生体信号表示装置の第一実施例を示す
機能ブロック図である。生体信号としては、脈波信号を
例に説明するが、心電位、脳波等の生体信号であっても
よい。まず最初に脈波信号を検出し、FFT(Fast
FourierTransform)演算を行い、結
果を表示する動作について説明する。
【0011】脈波センサ400は、光学的手段を用いて
血流変化を検出するもので、LEDなどの発光素子から
の反射光または透過光をフォトトランジスタ等の受光素
子で脈波信号を検出し、検出した脈波信号を増幅回路4
01に出力する。増幅回路401は、脈波信号を増幅処
理およびフィルタリング処理し、A/D変換器402に
出力する。A/D変換器402は、入力された脈波信号
をデジタル信号に変換し、変換終了と同時にCPU40
8に割込信号を出力する。CPU408は、この割込信
号を受けて変換データをA/D変換器402から読み込
み、その結果をRAM407に転送する。その際、CP
U408は、変換データが128個、RAM407に記
憶されたかどうかを監視し、128個記憶された場合
は、データをFFTプロセサ409に転送し、FFT演
算命令をFFTプロセサ409に対し出力する。FFT
プロセサ409は、この演算命令に従い、FFT演算処
理を行う。CPU408は、演算結果をFFTプロセサ
409から読み込み、更に1分間の脈拍数に換算し、結
果を表示素子410に転送する。表示素子410は、液
晶素子でその結果を表示する。
【0012】以上が通常の動作となるが、次にこれらの
動作の開始時について説明する。スイッチ405は、こ
れらの動作を行わせるための表示開始信号を割込信号と
してCPU408に対し出力する。CPU408は、こ
の開始信号により脈波センサ400、増幅回路401、
A/D変換器402に電源を供給する。またこの例には
示さないが、終了信号により、電源の供給を停止する。
これらの制御により消費電力を節約することが可能とな
る。発振回路403は、振動子を発振させ、発振信号を
タイミング発生回路404に出力する。タイミング発生
回路404は、CPU408に対し、割込信号を出力す
ると共に、動作周期設定回路406に複数のタイミング
信号を出力する。また、CPU408は、スイッチ40
5の表示開始信号により、タイミング発生回路を一度リ
セットし、その後割込信号をイネーブルとし、脈波セン
サ400、増幅回路401およびA/D変換器402の
動作が安定するまでカウントを行う。動作が安定したと
判断すると、CPU408は、A/D変換器402の動
作周期を設定するためのデータを動作周期設定回路40
6に出力する。動作周期設定回路406は、タイミング
発生回路404からのタイミング信号とCPU408か
らの動作周期設定データによりA/D変換器402の動
作周期を設定する。この時、CPU408から動作周期
設定回路406に出力する動作周期設定データを時系列
的に変化させるようにする。例えば、変換周期を32H
z、16Hz、8Hzというように時系列的に変化させ
る。
【0013】図5は、図4で示した動作周期設定回路4
06の具体的な回路実施例である。2ビットの周期設定
レジスタ500は、A/D変換器402の動作周期を設
定するためのレジスタであり、CPU408からデータ
が書き込まれる。レジスタ500の出力信号とゲート回
路501、502により、タイミング発生回路404か
ら入力される8Hz、16Hz、32Hz信号を選択す
る。スタート信号発生回路503は、選択された信号周
期でA/Dスタート信号を発生させ、A/D変換器40
2に出力する。
【0014】ここで、CPU408から動作周期設定回
路406に周期データを送るタイミングと、FFTプロ
セサ409により、FFT演算を行い、結果を脈拍数と
して表示素子410表示する動作について詳しく説明す
る。図8は、スイッチ405が入力された時のCPU4
08の割込処理を示すフローチャートである。割込処理
の最初では、表示を行うためのスイッチが入力されたか
を判断する(S800)。表示開始のスイッチであると
判断した場合には、タイミングを正確に制御するために
タイミング発生回路404をリセットする(S80
1)。次に説明する1Hz割込処理の分岐条件に使用す
るDSPフラグを1にセットする(S803)。そして
アナログ回路である脈波センサ400、増幅回路40
1、A/D変換器402に電源を供給する(S80
4)。これらアナログ回路の動作安定時間をカウントす
るために、タイミング発生回路404からの1Hz割込
信号を有効とする(S805)。
【0015】図9は、アナログ回路の動作安定時間をカ
ウントし、A/D変換処理の初期設定を行うための1H
z割込処理を示すフローチャートである。最初にKEY
割込処理でセットしたDSPフラグをチェック(S90
0)し、セットされていればリセットする(S90
1)。この例ではアナログ回路の動作安定時間を1秒と
しているが、不足する場合は、カウンタ等を用い数秒カ
ウントしてもよい。最初のA/D変換器402の動作周
期を32Hzに設定するために、レジスタ500にデー
タ(f0=1、f1=0)を書き込む(S902)。最
後にA/D変換終了割込を有効(S903)とし、メイ
ンルーチンヘ戻る。
【0016】図10は、A/D変換終了割込信号の処理
を示すフローチャートである。A/D変換割込により、
CPU408は変換データをA/D変換器402から読
み込み、RAM407に記憶する(S1000)。その
際、読み込んだデータ数が128個記憶されたかを判断
する(S1001)。128個記憶された場合は、RA
M407からFFTプロセサ409にデータを転送し、
FFT演算命令をFFTプロセサに対し出力し、FFT
演算を実行させる(S1002)。そして結果として得
られた脈波の周波数成分から1分間の脈拍数を演算し、
表示素子410に転送し表示させる(S1003)。次
に動作周期設定回路406に設定されているA/D動作
周期データを変更する。設定値とし32Hz(f0=
1、f1=0)がセットされているかどうかを判断し
(S1004)、セットされている場合は、図7に示す
ように表示素子410により精度表示を行う(S100
5)。動作周期データが32Hz(f0=1、f1=
0)の場合は、脈拍数演算の精度が一番低いため、図7
に示すようにセグメントが1個点灯となる。その後動作
周期を16Hz(f0=0、f1=1)に変更する(S
1006)。その際、32Hz(f0=1、f1=0)
設定時に記憶したデータを全て消去した場合、次に12
8個のデータが変換されるまで8秒かかってしまうため
データソート1を行う(S1012)。
【0017】図11にデータソート1のソート方法を示
す。32Hz(f0=1、f1=0)での変換データの
偶数番目を消去し、奇数番目のデータを順に並び変える
ことにより16Hz(f0=0、f1=1)での変換デ
ータを既に64個記憶したことと同じとなる。
【0018】同様の動作で、設定値とし16Hz(f0
=0、f1=1)がセットされているかどうかを判断し
(S1007)、セットされている場合は、表示素子4
10により精度表示を行う(S1005)。16Hz
(f0=0、f1=1)の場合は図7に示す2個のセグ
メントが点灯する。そして動作周期を8Hz(f0=
1、f1=1)に変更する(S1009)し、もう一度
データソート1を行う(S1012)。
【0019】設定値とし既に8Hz(f0=1、f1=
1)がセットされている場合は、図7に示す3個のセグ
メントを点灯させ(S1010)てからデータソート2
を行う(S1011)。データソート2のソート方法と
しては、図11に示すように最初から32個分のデータ
を消去し、順に並び変える。このソートにより4秒後に
また128個のデータが記憶され脈拍数が表示されるこ
とになる。
【0020】図6は、A/D変換器402の動作周期と
脈拍数の表示タイミングを示している。A/D変換器4
02は、最初の4秒間は32Hzで変換動作を行い、デ
ータソート1を行うことにより次の4秒間で16Hzで
変換動作を行い、次の8秒間で8Hzで変換動作を行
う。FFT演算及び表示のタイミングとしては、4秒後
に最初の演算結果を表示し、更に4秒後に2回目の演算
結果を表示し、更に8秒後に3回目の演算結果を表示す
る。その後は、4秒毎に演算結果表示をきり変える。脈
拍数の演算精度は、32Hz、16Hz、8HzとA/
D変換器402の動作周期が遅くなるほど向上する。以
上の動作を行うことにより精度を徐々に向上しながら、
結果を素早く表示させることができる。
【0021】(2)第二実施例 第一実施例においては、結果を素早く表示させる方法と
して、A/D変換器402の動作周期を時系列的に変化
させ、RAM407に記憶したデータが128個に達し
た時点でFFT演算を行い表示させていた。第二の実施
例においては、同じく結果を素早く表示させる方法とし
て、生体信号としてRAM407に記憶したデータが1
28個に達する途中で初期化データと合わせてFFT演
算を行い表示させるものである。
【0022】図4の機能ブロック図と図12および図1
3の動作フローチャートを用い本発明の生体信号表示装
置の第二の実施例について説明する。スイッチ405に
より、表示開始信号がCPU408に割込信号として出
力される。CPU408のスイッチ割込処理については
第一実施例で説明した通りとする。図12は、RAM4
07およびA/D変換処理の初期設定を行うための1H
z割込処理を示す第二のフローチャートである。最初に
図8に示すKEY割込処理でセットしたDSPフラグを
チェック(S1200)し、セットされていればリセッ
トする(S1201)。その後A/D変換器402の動
作周期を8Hzに設定するために、レジスタ500にデ
ータ(f0=1、f1=1)を書き込む(S120
2)。第一実施例ではレジスタ500のデータを時系列
的に可変していたが、この例では固定とする。動作周期
を8Hzとしているのは、脈波を連続的に観測した場
合、直流から4Hzまでに周波数成分が分布するためで
ある。次に変換データの初期化を行うためにRAM40
7に設けられている変換データ記憶領域に0を書き込む
(S1203)。RAM407に記憶する変換データ
は、A/D変換器402の最大値の半分を0として符号
付データとして記憶するものとする。そして、A/D変
換割込処理で使用するCLEARフラグをセットし(S
1204)、A/D変換割込を有効とし(S120
5)、メインルーチンへ戻る。
【0023】図13は、A/D変換割込処理を示す第二
のフローチャートである。割込処理の最初でCPU40
8は、変換データをA/D変換器402から読み込み、
RAM407に記憶する(S1300)。1Hz割込処
理でセットしたCLEARフラグをチェック(S130
1)し、セットされていれば記憶されているデータの数
をチェックする。最初にRAM407に記憶したデータ
の数が32個となったところでCPU408からFFT
プロセサ409にFFT演算命令を出力し、FFT処理
を行わせ(S1311)、その結果から脈拍数を演算し
表示する(S1312)。この場合、新たに記憶した3
2データと0に初期化されていた96データが演算の対
象となる。続いて、RAM407に記憶したデータの数
が64個(S1307)、96個(S1308)、12
8個(S1309)となった時に、同様にFFT処理を
行う(S1311)。これまでの4回のFFT処理(S
1311)を行うタイミングは、RAM407に初期化
データ0が書き込まれてから順に、4秒、8秒、12
秒、16秒であり、その度に脈拍数が結果として表示素
子410に表示される。最初に128個のデータが記憶
されたときに、CLEARフラグをリセットする(S1
310)。CLEARフラグがリセットされるとデータ
が128個記憶される度にFFT処理を行い(S130
3)、その結果から脈拍数を演算し、表示する(S13
04)。最後に、図11で示したデータソート2を行う
ことにより、4秒毎に脈拍数を表示素子410に表示さ
せることができる。。
【0024】図14は、本発明の生体信号表示装置の外
観図である。脈波センサを、指サックに内蔵し、リード
線およびコネクタで時計本体基板に信号線を接続するこ
とにより、指尖脈波を検出するものである。
【0025】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明による生
体信号表示装置によれば、周波数分析を基に生体信号検
出結果を最初に表示する際、精度を徐々に向上させなが
ら素早く結果を表示できるようになった。これにより、
使用者の不安感を解消し、使いやすい生体信号表示装置
を提供する効果を有するようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の代表的構成の一例を示す機能ブロック
図である。
【図2】本発明の代表的構成の一例を示す他の機能ブロ
ック図である。
【図3】従来の生体信号表示装置の動作を示す機能ブロ
ック図である。
【図4】本発明の生体信号表示装置の実施例を示す機能
ブロック図である。
【図5】本発明の生体信号表示装置の実施例における動
作周期設定回路の回路図である。
【図6】本発明の生体信号表示装置の実施例における動
作周期と表示タイミングの説明図である
【図7】本発明の生体信号表示装置の実施例における表
示例の説明図である。
【図8】本発明の生体信号表示装置の実施例におけるC
PUのKEY割込処理手順を示すフローチャートであ
る。
【図9】本発明の生体信号表示装置の実施例におけるC
PUの1Hz割込処理手順を示す第一のフローチャート
である。
【図10】本発明の生体信号表示装置の実施例における
CPUのA/D変換割込処理手順を示す第一のフローチ
ャートである。
【図11】本発明の生体信号表示装置の実施例における
CPUのデータソート方法を示す説明図である。
【図12】本発明の生体信号表示装置の実施例における
CPUの1Hz割込処理手順を示す第二のフローチャー
トである。
【図13】本発明の生体信号表示装置の実施例における
CPUのA/D変換割込処理手順を示す第二のフローチ
ャートである。
【図14】本発明の生体信号表示装置の外観図である。
【符号の説明】
100 生体信号検出手段 101 生体信号変換手段 102 生体信号記憶手段 103 生体信号演算手段 104 表示手段 105 入力手段 106 タイミング信号発生手段 107 動作周期制御手段 200 初期化手段 201 演算制御手段 202 動作周期設定手段
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/00 - 5/03

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 生体信号をセンサにより検出する生体信
    号検出手段(100)と、生体信号検出手段(100)
    の出力する生体信号を入力し、生体信号をデジタル信号
    に変換する生体信号変換手段(101)と、生体信号変
    換手段(101)によりデジタル変換された生体信号を
    記憶する生体信号記憶手段(102)と、生体信号記憶
    手段(102)に記憶された生体信号があらかじめ設定
    された数に達した場合に周波数分析を行う生体信号演算
    手段(103)と、生体信号演算手段(103)により
    演算された結果を表示する表示手段(104)とを有す
    る生体信号表示装置において、生体信号の表示開始信号
    を出力する入力手段(105)と、タイミング信号を発
    生するタイミング信号発生手段(106)と、入力手段
    (105)の出力信号とタイミング信号発生手段(10
    6)から発生されるタイミング信号に基づいて、生体信
    号変換手段(101)の動作周期を時系列的に変化させ
    る動作周期制御手段(107)を有することを特徴とす
    る生体信号表示装置。
  2. 【請求項2】 生体信号をセンサにより検出する生体信
    号検出手段(100)と、生体信号検出手段(100)
    の出力する生体信号を入力し、生体信号をデジタル信号
    に変換する生体信号変換手段(101)と、生体信号変
    換手段(101)によりデジタル変換された生体信号を
    記憶する生体信号記憶手段(102)と、生体信号記憶
    手段(102)に記憶された生体信号があらかじめ設定
    された数に達した場合に周波数分析を行う生体信号演算
    手段(103)と、生体信号演算手段(103)により
    演算された結果を表示する表示手段(104)とを有す
    る生体信号表示装置において、生体信号の表示開始信号
    を出力する入力手段(105)と、入力手段(105)
    の出力信号により生体信号記憶手段(102)に記憶さ
    れている生体信号の初期化を行う初期化手段(200)
    と、タイミング信号を発生するタイミング信号発生手段
    (106)と、タイミング信号発生手段(106)から
    発生されるタイミング信号に基づいて、生体信号変換手
    段(101)の動作周期の設定を行う動作周期設定手段
    (202)と、入力手段(105)の出力信号とタイミ
    ング信号発生手段(106)から発生されるタイミング
    信号に基づいて、周波数分析の対象となる生体信号数を
    時系列的に変化させ、生体信号演算手段(103)を動
    作させる演算制御手段(201)を有することを特徴と
    する生体信号表示装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2記載の生体信号
    表示装置において、入力手段(105)の出力信号が入
    力されてから一定時間経過後タイミング信号を出力する
    タイミング信号発生手段(106)を有することを特徴
    とする生体信号表示装置。
  4. 【請求項4】 請求項1または請求項2記載の生体信号
    表示装置において、タイミング信号発生手段(106)
    から発生されるタイミング信号に基づいて、生体信号演
    算手段(103)の演算結果の精度表示を行う表示手段
    (104)を有することを特徴とする生体信号表示装
    置。
  5. 【請求項5】 請求項2記載の生体信号表示装置におい
    て、生体信号変換手段(101)によりデジタル変換さ
    れた生体信号を中心値を0として符号付きのデータとし
    て記憶する生体信号記憶手段(102)と、入力手段
    (105)の出力信号により生体信号記憶手段(10
    2)に0を記憶させる初期化手段(200)を有するこ
    とを特徴とする生体信号表示装置。
JP6-193413A 1994-08-17 1994-08-17 生体信号表示装置 Expired - Lifetime JP3000331B2 (ja)

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