JP3568954B2 - 心拍信号を混信に妨げられずに送信する方法 - Google Patents

Description

本発明は、心拍信号を混信に妨げられずに送信する方法に関し、詳しくは、人の心拍信号が体の適当な位置で測定され、継続的な測定パルスデーターであって、その中の少なくともいくつかのパルス信号の発信間隔は人の測定心拍速度に比例しているパルスデーターとして、送信器より受信器に遠隔送信することにより心拍信号を送信する方法に関する。
一般に、公知の心拍測定装置の遠隔発信器は、ECG信号を検知する度に、5kHzを発信する。送信器の回路は、トランジスターの制御で作動される簡単な共鳴回路によって構成されている。心拍測定の際、発信ユニットは心臓が鼓動する毎に信号を送る。受信器は、継続的に発信される信号の時間差に基づき心拍速度を計算するが、このことは原理的には発信時間間隔のコーディング、即ち、データーは発信信号に含まれていてデータが含まれてパルス間の時間のコーディングを意味している。
上述した公知の方法は、簡単であり、混信を生じない条件下では信頼性がある。簡単な混信は、得られたパルス値を前の結果と比較することにより除去することは出来る。即ち、もし新しい測定結果が、前の結果と余りにも大きく相違しておれば、それは、発信及び受信系統に関係した何らかの外部からの混信に起因していることは明らかであるので、測定結果からの除去が可能なのである。
しかし、もし、パルスデーターの発信が、混信を生じる環境でなされるのであれば事情は本質的に一変する。その場合連続的な不規則のパルスの列が受信器に到達するが、その列から正しいパルス信号を取り出すことは困難なことであり、しばしば不可能でさえある。そのような状況は、二人或いは数人のパルスメーター使用者が互いに余りにも近くにいる時には容易に生じる。
本発明の目的は、上記の欠点を回避する手段を提供することにあり、パルス信号のコード化は、入力される混信（インタフェレンス）を生じた信号の流れから、信号を測定する時期の正確性を損なうことなく、信頼性良く、かつ正確に、正しい信号を取り出すような方法で行われる。
このことを達成するために、本発明による方法は、パルスデーターの各発信は少なくとも二つの識別パルスからなり、かつ、その識別パルスの時間間隔は、各受信器・送信器の各対で決められる特定の時間間隔に相当しており、その特定間隔により受信器はそれ自身が目的としている測定パルスを識別することにより行われることを特徴とするものである。
本発明の方法によれば、混信を生じた入力信号の流れから、パルス測定情報を担持する入力信号時期の正確性を損なうことなく、信頼性良く、正しいパルスデーターを取り出すことが可能である。
本願発明の好適な態様は、後述の特許請求の範囲に開示したことにより特徴づけられている。
次に、添付図面を参照し、本発明を詳細に説明する。
図１は、公知の遠隔心拍測定装置のブロックダイヤグラムを示すが、本発明の方法にも適用できる装置である。
図２は、図１における発信器の磁気コイルに印加したバースト信号を図式的に示したものである。
図３は、本発明によりパルスデーターをコーディングする方法の態様を示す。
図４は、本発明によりパルスデーターをコーディングする方法の他の態様を示す。
図５は、本発明によりパルスデーターをコーディングする方法の第３の態様を示す。
図６は、本発明の第４の態様の原理を示す。
図１に示されている遠隔心拍測定装置の電極（図には示されていない）は、ECG前置増幅器の差動力端子に接続されている。前置増幅器１により与えられたパルス信号は、AGC増幅器２で増幅され、これがパワー増幅器３を制御し、図２に示されるAC信号、即ち，バースト信号を発生し、コイル４を制御する。
受信コイル５で検知された磁界は、感度の良い前置増幅器６で増幅された後、信号は、信号増幅器７に印加される。信号増幅器からの出力信号は、マイクロコンピューター８で処理される。即ち、マイクロコンピューターは測定段階で計算されたパルスデーターをメモリー９に記憶し、液晶ディスプレイ上に表示する。
実際には、電子発信器は約5msの信号を発信する。受信器は、それと殆ど同じ時間、実質上同じ時間のバースト信号を繰り返す。しかし受信回路は、バースト信号発生後回復時間を必要とし、その間は新しく発信された信号とその前の信号とを分離できない。実験によればこの時間は、10乃至20msの間で変動する。このために、現在のパルスメーターでは、パルス間隔が20msより短いものに使用できず、従って本発明によるコーディング方法に於いてもそのようなパルス間隔のものは含まれていない。
識別及びパルスデーターのコーディングは、時間間隔に基づいて識別コードが検知可能でかつ最も短い時間に相当する約1msの基本間隔からスタートすることができる。このコーディングデーターには、出来るだけ短いパルス間隔がブレークパルス期間から充分に分離できるように25msが加えられる。
もし必要なら、回復時間がより短くて済む装置を開発することはできるし、それにより有効な時間すなわら、識別コードの数を増加することができる。
これ以後、メッセージという言葉は、分離され或いは結合された識別パルス及び心拍データーパルスを含む一群のパルスを意味するものとする。従って、メッセージパルスは、発信に含まれる全てのパルスに対して共通に呼ばれる。
本発明の方法の第１の態様を図３に示すが、時間間隔t₁でコーディングされたパルスデーターは二重パルスで与えられており、人の測定心拍速度は、この二重パルス信号の発信間隔t₁に比例している。図３のコーディング方法では、固定の時間間隔t_xで分離されている二つのメッセージパルスC1とC2が、一本の測定パルスに代えて使用されている。本発明に於いて、このメッセージパルスC1,C2間のt_xは、前記発信の識別コードとして説明されており、また、、そのような二つのメッセージペアの間の時間間隔は、送信されるパルスデーターとして説明される。この態様による処理では、殆ど全ての混信メッセージを正しい信号から分離することが可能である。
しかし、もし混信信号が正しいメッセージペアの前或いは後にコードの間隔で受信器に到達した場合には、同じ間隔をもつパルスの列から正しいメッセージを取り出すことは不可能となる。そのような状況は通常、互いに近くにある二つの送信器から同時発信する場合に生じる。
その信号は、メッセージパルス、例えばパルスデーターのコードの相互の時間間隔の差の如何により、互いに或る間隔で重なり合う。この時間間隔が互いに近い程この重なりの頻度は少なくなるが、一回での重なり時間は長くなる。
これに対して、もし時間間隔の差が大きい場合には、メッセージパルスは多分継続的な発信のうちの一つだけが一致することになるが、より頻度多く互いの重なりは続くことになる。
この重なり合い現象のために、二重パルス技法を用いても完全に信頼性よく送波を分離することは不可能となるが、この技法はアマチュア向けの測定装置に応用でき、例えば、メーターが他のメーターの近くで使用され、各メーターの読みの精度にそれ程の厳しさが要求されない場合である。
図４は、本発明の他の態様の原理を示すが、パルスメッセージをお互いに分離するために三重のパルスコーディングが用いられている。この三重パルスコーディングに於いては、図３の方法について識別コードの送信である実際のメッセージパルスの前に一つのブレークパルスが加えられている。
ブレークパルスＡは、識別パルスC1及びC2を発生する前に、固定されかつ極めて短い時間間隔t₂（20ms）をもって発信される。
受信器では、ブレークパルスが最初に補足されることになり、したがって、最初の各入力パルスはブレークパルスとみなされる。もし、これに続く発信を、正しい時間間隔（20ms）で受信すれば、次に後続の識別パルスがあることが予測される。もし、次のパルスが正確な時間に到達すれば、そのパルスデーターは更にパルス速度値を決定するために演算回路に送られる。
本実施例於いて、もし混信が発信チャンネルで生じれば、混信パルスは、ブレークパルスの前かブレークパルスと最初の識別パルスの間か或いは識別パルス同士の間に受信器に到達することになる。
ブレークパルスＡの前に到達する混信パルスは、もしそれがブレークパルスの前に丁度そのブレーク時間（20ms）にて到達した場合にだけ問題を生じる。本実施例では、ブレークパルス間隔の長さで二種類の情報が識別回路に到達することになる。その後、二つの識別パルスから正しいメッセージが分離される。即ち、最初の混信パルスにより始まった識別行動は、最初の識別パルスの時点でエラー状態として中断されることになる。そして新たな正しい行動は正規のパルスの時点で再開することとなる。このことは当然に、到達したパルスは後の行動の変更のために記憶されることを予測している。
ブレークパルスＡと最初の識別パルスC1の間で生じた混信パルスは、またすでに開始されている識別行動と干渉する可能性がある。しかし、二つのもとのブレークパルスの時間間隔と発生時期は、既知のブレークパルス間隔より短い二つの時間間隔を足し合わせることにより回復することは可能である。
識別コードパルスのC1とC2間で生じた混信パルスは、メッセージパルスコードを誤ったコードとする。この状態で入力される誤った時期のパルスは無視され、次の正しい識別パルスC2が来ることを予測する。もし、そのようなパルスが正しい時期に来れば、受信器は正常に作動し、他の場合にはエラーとしてその送信は中止となる。
図５は、図４によるパルスデーターコーディングの変形を示すが、最初に、第１及び第２の識別パルスC1及びC2を、送信器・受信器の対で特定される時間間隔に相当するt_xで発信することにより行われる。そして、ブレークパルスＡはその後の固定時間間隔で発信される。この場合には、受信器では識別パルスが最初に補捉される。識別パルスの発信間隔は、例えばパルスデーターが受信器向けのものであるか否かにかかわらず連続的に測定される。識別パルス間の時間間隔がパルスデーターが前記受信器向けのものであることを示せば、ブレークパルスが予測される。そして、もし正しい時間間隔（20ms）の後に受信されれば、パルスデーターはさらに、パルス速度値を決定するために演算回路に伝送される。
図４の態様に関して述べた混信状態の吟味は、図５の態様の解決にも応用できる。
また、異なった識別データーを有する２台の送信器で同時の使用によって生じる殆ど全ての混信は、一つの混信パルスに起因して生じる上述の状況から導かれる。しかし、理論的な可能性として単一の混信パルスが、識別パルス間の長い発信につながれるのは、より短いパルス間隔におけると同様である。このことは逆も真で、短い間隔の認識信号の後で一つの混信信号が同じ間隔で到達した場合にも、同じ識別問題を生じる。しかし、実情は非常に相違しており、そのことが、必要な条件下で信頼性あるパルスの測定ができる本発明のコーディング方法の使用を制限するものではない。
上述のことを基礎として、二つ或いはいくつかのチャンネルでパルスデーターを同時に完全でさらに信頼性よく送受信するためには、ブレークパルスＡの発信、二つの識別パルスC1とC2の発信、及び同時にする送信の分離のため少なくとも６つの継続的パルス間隔を受信器バッファーに蓄積することが必要であることを実験的に見出した。
本発明による方法は、パルスデーターをメッセージパルスの中にコーディングする時にも容易に適用できる。本実施例の場合、パルス間隔にコーディングされた送信用パルスデーターＤは、図６に従って、ブレークパルスＡと識別パルス（例えばC1,C2）の間に挿入する。即ち、ブレークパルスＡに続いて、固定の時間間隔t₂の後最初の測定パルスＤのパルスデーターが、引き続きパルス速度データーに比例する時間間隔t₃の後で第２の測定パルス（それは同時に最初の識別パルスC1でもあるが）が発信される。さらに続いて、第２の識別パルスC2が発信される。そして、これら識別パルス間の時間間隔t_xは、前述したように、前記の送信器・受信器の対で決められた特定の時間間隔に等しい。
本実施例では、パルスデーターがメッセージパルスの中に含まれているので、継続的発信間の時間は、必ずしもいかなる情報も含む必要はない。本発明の一つの態様によれば、重複現象による混信状態の可能性を最少にするために、メッセージパルスの発信間隔は任意にに変えて設定することが出来る。実験によれば、作動できる送信間隔は、発信毎の時間間隔（図３でいえばt₁に相当）として、任意に２及び４秒の間で変動できる間隔であることを示した。この任意の時間間隔は、いくつかの発信を欠点なく分離する目的ではかなり有効である。
一方、本発明の他の態様によれば、送信は、パルスデーターをメッセージパルスとその発信間の時間間隔との双方に含ませることにより、一層安全に行うことができ、それによれば出来るだけ信頼性があり、かつ混信に妨げられることのない発信コーディング法を提供することができる。
本発明の更に他の態様によれば、メッセージパルスは連読的番号，その他の識別記号を含み、それによって受信器は失われた或いは余計な発信を発見することができる。図６の四重パルスメッセージの図によると、ブレークパルス後のパルスとその後のパルスの間の時間間隔t₃もまたこの目的のために使用することができる。このことを図６を使って説明する。最初に上述の如くブレークパルスが発信され、一定の時間間隔の後最初の識別パルスＤが発信され、続いて識別のための例えば通し番号に比例する時間間隔t₃の後で第２の識別パルスC1が発信される。その後、第３の識別パルスが発信されるが、第２と第３の識別パルス間の時間間隔は前記送信器・受信器間で決められた特定の時間間隔に等しい。
送信器・受信器の対により特定された時間間隔t_xは最初から固定してもよいが、発信開始時に発信器は特定の時間間隔で任意にセットし、受信器は測定中その時間間隔で固定しておくことが好ましい。発信開始は、例えば受信器を発信器に近づけ、高レベルの受信信号の発生により測定を行うが、このことは例えば出願人によるフィンランド特許88972号に記載されている。
この発明の異なる態様は前記した実施例に限定されず、前記した特許請求の範囲内で変動し得るものであることは当業者に明らかである。本発明の範囲では、このように実施例に示されているものよりもっと複雑な発信パルスの使用が可能であり、また、例えばここで述べられた複数の態様の機能を組み合わせることもできる。しかし、送信に含まれる二つの識別パルス間の時間間隔は各送信器・受信器間で決定された特定の時間間隔に相当するものであるということだけは本質的なことである。

Claims (7)

1. 人の心拍信号が体の適当な位置で測定された継続的な測定パルスであってその中の少なくともいくつかのパルス信号の送信間隔が人の測定心拍速度に比例している一連の測定パルスにより形成されるパルスデーターとして、送信器（１〜４）から受信器（５〜10）に遠隔送信する方法に於いて、その発信ごとのパルスデーターが少なくとも二つの識別パルス（C1,C2）からなり、その識別パルス間の時間間隔（t_x）は送信器・受信器の各対で決めれた特定の時間間隔に相当するものであり、その特定の時間間隔に基づいて受信器は本来向けられている測定パルスを識別し、パルスデーターは人の測定心拍速度に比例した送信間隔で形成され、パルス信号は少なくとも二つの識別パルスとブレークパルス（Ａ）とからなり、ブレークパルス（Ａ）は少なくとも一つの前記識別パルスより固定時間間隔（t₂）離れて送られることを特徴とする心拍信号を混信に妨げられずに送信する方法。
2. パルスデーターが人の測定心拍速度に比例した送信間隔で形成され、パルス信号は、ブレークパルス（Ａ）、一定の時間間隔（t₂）後に続いて送られる第１の識別パルス（C1）、及び送信器・受信器の対で決められた特定時間間隔で送られる第２の識別パルス（C2）により形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 人の心拍信号が体の適当な位置で測定された継続的な測定パルスであってその中の少なくともいくつかのパルス信号の送信間隔が人の測定心拍速度に比例している一連の測定パルスにより形成されるパルスデーターとして、送信器（１〜４）から受信器（５〜10）に遠隔送信する方法に於いて、その発信ごとのパルスデーターが少なくとも二つの識別パルス（C1,C2）からなり、その識別パルス間の時間間隔（t_x）は送信器・受信器の各対で決めれた特定の時間間隔に相当するものであり、その特定の時間間隔に基づいて受信器は本来向けられている測定パルスを識別し、パルスデーターは、人の測定心拍速度に比例した送信間隔で形成され、パルス信号は、第１及び第２の識別パルス（C1,C2）、送信器・受信器の対の特定時間間隔に相当する両識別パルス間の時間間隔（t_x）、続いて固定時間間隔（t_x）後に送られるブレークパルス（Ａ）により形成されることを特徴とする心拍信号を混信に妨げられずに送信する方法。
4. 人の心拍信号が体の適当な位置で測定された継続的な測定パルスであってその中の少なくともいくつかのパルス信号の送信間隔が人の測定心拍速度に比例している一連の測定パルスにより形成されるパルスデーターとして、送信器（１〜４）から受信器（５〜10）に遠隔送信する方法に於いて、その発信ごとのパルスデーターが少なくとも二つの識別パルス（C1,C2）からなり、その識別パルス間の時間間隔（t_x）は送信器・受信器の各対で決めれた特定の時間間隔に相当するものであり、その特定の時間間隔に基づいて受信器は本来向けられている測定パルスを識別し、パルスデーターは、ブレークパルス（Ａ）、続いて固定時間間隔（t₂）後に送られる第１の測定パルス（Ｄ）、そしてパルスデーターに比例した時間間隔（t₃）後に送られる第２の測定パルス（C1）（これは同時に第１の識別パルスにも相当する）、及び前記の送信器・受信器の対で決められた特定時間間隔に等しい識別パルス間（C1,C2）の時間間隔（t_x）で送られる第２の識別パルス（C2）により形成されることを特徴とする心拍信号を混信に妨げられずに送信する方法。
5. 測定パルス（D,C1）に含まれているパルスデーター（t₃）以外に、同じデーターパルスデーター間の時間間隔（t₁）にもコーディングして送信することにより二重にパルスデーターの発信をすることを特徴とする請求項４の方法。
6. 人の心拍信号が体の適当な位置で測定された継続的な測定パルスであってその中の少なくともいくつかのパルス信号の送信間隔が人の測定心拍速度に比例している一連の測定パルスにより形成されるパルスデーターとして、送信器（１〜４）から受信器（５〜10）に遠隔送信する方法に於いて、その発信ごとのパルスデーターが少なくとも二つの識別パルス（C1,C2）からなり、その識別パルス間の時間間隔（t_x）は送信器・受信器の各対で決めれた特定の時間間隔に相当するものであり、その特定の時間間隔に基づいて受信器は本来向けられている測定パルスを識別し、パルスデーターが人の測定心拍速度に比例した送信間隔で送信される際に、ブレークパルス（Ａ）による送信信号、続いて固定時間間隔（t₂）後に送られる第１の測定パルス（Ｄ）、引き続きパルスデーターの連続番号に比例する時間間隔（t₃）で送られる第２の識別パルス（C1）、及び該第２の識別パルスに続いて前記送信器・受信器の対で特定される時間間隔に等しい時間間隔（t₃）で送信される第３の識別パルス（C2）から形成されることを特徴とする心拍信号を混信に妨げられずに送信する方法。
7. 送信器・受信器の対により特定される時間間隔（t_x）を送信器の始動時に任意にセットし、受信器は測定中その時間間隔に固定することを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の方法。

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