JP6403311B2 - Heart rate analysis device - Google Patents

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  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Description

本発明は、胎児等の人体の心音信号に基づいて心拍状態を分析する心拍状態解析装置に関する。   The present invention relates to a heartbeat state analyzing apparatus that analyzes a heartbeat state based on a heart sound signal of a human body such as a fetus.

胎児の健康状態の診断では、胎児の心拍状態が検査項目の1つとされており、特に胎児の心拍細変動についてその重要性が指摘されている。胎児の心拍状態については、分娩監視装置等において超音波ドプラ法を用いて胎児の心拍信号が計測されている。超音波ドプラ法では、妊婦の腹壁に接触子を取り付けておき、接触子から低い音圧で弱い超音波パルスを体内の胎児の心臓部に向かって放射し、心臓部で反射された反射波を接触子で受信して、受信信号に基づいて胎児の心拍信号を計測することができる。   In the diagnosis of fetal health, the heart rate of the fetus is one of the examination items, and the importance of the fetal heartbeat variability has been pointed out. Regarding the heartbeat state of the fetus, the heartbeat signal of the fetus is measured using an ultrasonic Doppler method in a delivery monitoring device or the like. In the ultrasonic Doppler method, a contact is attached to the abdominal wall of a pregnant woman, a weak ultrasonic pulse is emitted from the contact with a low sound pressure toward the heart of the fetus in the body, and a reflected wave reflected by the heart is generated. The heartbeat signal of the fetus can be measured based on the received signal received by the contact.

超音波ドプラ法により得られた信号波形の処理に関しては、例えば、特許文献1では、瞬時心拍周期を算出するために、心拍のほぼ1拍分に相当する短時間窓を設定して自己相関手法により算出する点が記載されている。また、特許文献2では、得られた胎児心拍信号の自己相関関数を求め、複数の相関値の中から有効な相関値ピークを検出し、検出された相関値ピークに対応する時間差により胎児の心拍数を計数する点が記載されている。また、特許文献3では、超音波信号を胎児の心臓に照射し、エコー信号を検出して心臓弁膜信号を検出し、検出された信号から半月弁開放信号と房室弁閉鎖信号とを抽出して記憶し、記憶された半月弁開放信号と房室弁閉鎖信号とを表示装置において同一時間軸上に表示して、両信号の時間軸の位置と収容性収縮期とを測定する装置が記載されている。また、特許文献4では、体内音センサから得られた音声信号に基づいて母親及び胎児の心拍数及び心音レベルを算出し、算出されたデータについて予め記憶された分類を参照して胎児の状態を示すデータを取得する胎児観察支援装置が記載されている。   Regarding the processing of the signal waveform obtained by the ultrasonic Doppler method, for example, in Patent Document 1, an autocorrelation method is set by setting a short-time window corresponding to approximately one beat of the heartbeat in order to calculate the instantaneous heartbeat period. The points to be calculated are described. Further, in Patent Document 2, an autocorrelation function of the obtained fetal heartbeat signal is obtained, an effective correlation value peak is detected from a plurality of correlation values, and the fetal heartbeat is calculated based on the time difference corresponding to the detected correlation value peak. The point to count the number is described. Moreover, in patent document 3, an ultrasonic signal is irradiated to the fetal heart, an echo signal is detected to detect a heart valve signal, and a meniscal valve opening signal and an atrioventricular valve closing signal are extracted from the detected signals. A device for displaying the stored half-moon valve opening signal and the atrioventricular valve closing signal on the same time axis on a display device and measuring the time axis position of both signals and the accommodating systole is described. Has been. Moreover, in patent document 4, based on the audio | voice signal obtained from the body sound sensor, the heart rate and heart sound level of a mother and a fetus are calculated, and the state of a fetus is referred with reference to the classification memorize | stored beforehand about the calculated data. A fetal observation support device that acquires data to be shown is described.

特開平10−28686号公報JP-A-10-28686 特開昭63−277034号公報JP-A 63-277034 特開2000−197633号公報JP 2000-197633 A 特開2001−276079号公報JP 2001-276079 A 特許第5278952号公報Japanese Patent No. 5278952

胎児の心拍細変動を測定する場合には、心拍状態をリアルタイムに測定することが重要となる。これに対して、上述した特許文献では、胎児の心音信号に基づいて胎児の心拍数等の心拍状態を測定するようにしているが、リアルタイムでの測定は技術的に困難である。例えば、特許文献1及び2では、自己相関関数を用いて心拍波形を解析しているが、自己相関関数を用いた場合、信号波形を一旦記憶して処理する必要があるため、リアルタイムで解析を行うことが困難となっている。また、特許文献3及び4においても、同様に信号波形を記憶して処理する必要があり、リアルタイムで処理することは技術的に困難である。   When measuring heart rate variability of the fetus, it is important to measure the heart rate state in real time. On the other hand, in the above-described patent document, a heart rate state such as a fetal heart rate is measured based on a fetal heart sound signal, but real-time measurement is technically difficult. For example, in Patent Documents 1 and 2, a heartbeat waveform is analyzed using an autocorrelation function. However, when an autocorrelation function is used, it is necessary to store and process a signal waveform once. It has become difficult to do. Also in Patent Documents 3 and 4, it is necessary to store and process signal waveforms in the same manner, and it is technically difficult to process in real time.

大人の心拍状態をリアルタイムで測定する手法としては、心電図法や心磁図法といった手法が用いられているが、こうした手法では正確な測定を行うために身体に直接センサを取り付ける必要がある。胎児の場合には、身体に直接センサを取り付けることが困難であるため、心電図法等の手法は胎児の心拍状態の測定には不向きである。特に、胎児は胎内で動き回るため、正確な測定を行うことが困難とならざるを得ない。   Methods such as electrocardiography and magnetocardiography are used as a method for measuring the heart rate of an adult in real time. In such a method, it is necessary to attach a sensor directly to the body in order to perform accurate measurement. In the case of a fetus, since it is difficult to attach a sensor directly to the body, techniques such as electrocardiography are not suitable for measuring the fetal heart rate. In particular, since the fetus moves around in the womb, accurate measurement must be difficult.

本発明者は、特許文献5に記載されているように、乳幼児の感情診断装置を提案している。この感情診断装置では、乳幼児の音声について瞬時ピッチ周期をリアルタイムで測定するシステムが用いられている。   As described in Patent Document 5, the present inventor has proposed an infant emotion diagnosis apparatus. This emotion diagnosis apparatus uses a system that measures an instantaneous pitch period in real time for an infant's voice.

そこで、本発明は、こうした音声信号波形をリアルタイムで処理する技術を用いて胎児の心音信号に基づいて心拍状態をリアルタイムで解析することができる心拍状態解析装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a heartbeat state analysis apparatus capable of analyzing a heartbeat state in real time based on a fetal heart sound signal using a technique for processing such a sound signal waveform in real time.

本発明に係る心拍状態解析装置は、妊婦である母親に取り付けられた接触検知センサ及び胎児の近傍の腹壁に取り付けられた接触検知センサにおいて体内に向かって送信された超音波信号を反射させて検知された母親及び胎児の心拍状態に関する検知信号を取得する検知処理部と、取得された母親及び胎児の前記検知信号の振幅データに基づいて母親及び胎児の前記検知信号の周期をリアルタイムで求める心音処理部と、求められた母親及び胎児の前記検知信号の周期を高速フーリエ変換により処理してリアルタイムで周波数解析するとともに母親及び胎児の心拍状態の解析結果について相関関係を分析する心音解析部とを備えている。さらに、前記心音処理部は、前記検知信号の周期として、心臓の収縮期の初めに房室弁が閉じる際に発生するI音波形に関する周期を求める。さらに、前記心音処理部は、前記振幅データの平均値に基づいて設定された信号ブロックを4ブロックずつ区分した区間において前記I音波形の開始位置を抽出する。さらに、前記心音解析部は、周波数解析により求められたピーク値の変動解析処理を行う。 The heartbeat state analyzing apparatus according to the present invention detects and reflects an ultrasonic signal transmitted toward the body in a contact detection sensor attached to a mother who is a pregnant woman and a contact detection sensor attached to an abdominal wall near the fetus. A detection processing unit for acquiring a detection signal relating to a heartbeat state of the mother and fetus obtained, and a heart sound processing for obtaining a period of the detection signal of the mother and fetus in real time based on amplitude data of the detection signal of the mother and fetus obtained And a heart sound analysis unit for analyzing the correlation between the analysis results of the heart rate of the mother and the fetus while processing the obtained period of the detection signal of the mother and the fetus by fast Fourier transform and performing frequency analysis in real time. ing. Further, the heart sound processing unit obtains a period related to the I sound waveform generated when the atrioventricular valve is closed at the beginning of the systole of the heart as the period of the detection signal. Furthermore, the heart sound processing unit extracts the starting position of the I sound waveform in said classified set signal block based on the average value of the amplitude data by 4 block segments. Further, the heart sound analysis unit performs a fluctuation analysis process of the peak value obtained by frequency analysis.

本発明によれば、胎児の心音信号に基づいて心拍状態をリアルタイムで解析することができるので、胎児の心拍細変動を正確に診断することが可能となる。   According to the present invention, since the heartbeat state can be analyzed in real time based on the fetal heart sound signal, it is possible to accurately diagnose the fetal heartbeat variability.

本発明に係る心拍状態解析装置の実施形態に関する概略ブロック構成図である。1 is a schematic block configuration diagram relating to an embodiment of a heart rate analysis apparatus according to the present invention. 心音信号及び心雑音の波形を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the waveform of a heart sound signal and a heart noise. 実際に検知された母親及び胎児の検知信号に関する波形図である。It is a wave form diagram regarding the detection signal of the mother and fetus actually detected. 平均振幅差関数法の原理に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the principle of an average amplitude difference function method. 検知波形に対して平均値及び再設定された信号ブロックを示すグラフである。It is a graph which shows the average value with respect to a detection waveform, and the reset signal block. 母親から得られた心音波形及び心電図波形に基づいて算出されたRR時間の推移を示すグラフである。It is a graph which shows transition of RR time calculated based on the heart sound waveform and electrocardiogram waveform which were obtained from the mother. 母親及び胎児の心音波形から求められたRR時間の時系列データを1分間の心拍数に換算して示したグラフである。It is the graph which showed the time series data of RR time calculated | required from the mother's and fetus's heart sound waveform converted into the heart rate for 1 minute. 解析区間Aの解析結果を示すグラフである。6 is a graph showing an analysis result in an analysis section A. 解析区間Bの解析結果を示すグラフである。6 is a graph showing an analysis result in an analysis section B. 解析区間Cの解析結果を示すグラフである。6 is a graph showing an analysis result in an analysis section C. 胎児のスペクトル波形のピーク値の変動を示すグラフである。It is a graph which shows the fluctuation | variation of the peak value of the spectrum waveform of a fetus. 母親のスペクトル波形のピーク値の変動を示すグラフである。It is a graph which shows the fluctuation | variation of the peak value of a mother's spectrum waveform. 母親及び胎児に対して音楽を聞かせた場合の心拍数の推移を示すグラフである。It is a graph which shows transition of the heart rate at the time of letting music to a mother and a fetus. 表示画面に関する一例を示す画面例である。It is an example of a screen which shows an example regarding a display screen.

以下、本発明について具体的に説明する。図1は、本発明に係る心拍状態解析装置の実施形態に関する概略ブロック構成図である。心拍状態解析装置は、処理部10、記憶部11及び表示部12を備えており、処理部10には、妊婦である母親に取り付けられた接触検知センサ13及び胎児の近傍の腹壁に取り付けられた接触検知センサ14が接続されている。   Hereinafter, the present invention will be specifically described. FIG. 1 is a schematic block configuration diagram relating to an embodiment of a heart rate analysis device according to the present invention. The heart rate analysis apparatus includes a processing unit 10, a storage unit 11, and a display unit 12. The processing unit 10 is attached to a contact detection sensor 13 attached to a mother who is a pregnant woman and an abdominal wall in the vicinity of the fetus. A contact detection sensor 14 is connected.

処理部10は、接触検知センサ13及び14において体内に向かって送信された超音波信号を反射させて検知された検知信号を取得する検知処理部100、検知処理部100において得られた検知信号を処理して心音信号を抽出する心音処理部101、心音処理部101において抽出された心音信号を解析する心音解析部102、及び、心音処理部101の処理結果及び心音解析部102の解析結果を表示部12に表示処理する表示処理部103を備えている。   The processing unit 10 reflects the ultrasonic signals transmitted toward the inside of the body by the contact detection sensors 13 and 14, acquires the detection signal detected, and the detection signal obtained by the detection processing unit 100. A heart sound processing unit 101 that extracts a heart sound signal by processing, a heart sound analysis unit 102 that analyzes a heart sound signal extracted by the heart sound processing unit 101, a processing result of the heart sound processing unit 101, and an analysis result of the heart sound analysis unit 102 are displayed. The unit 12 includes a display processing unit 103 that performs display processing.

また、記憶部11は、得られた検知信号を記憶する検知DB110及び検知信号を処理して得られたデータを記憶する処理DB111を備えている。   The storage unit 11 includes a detection DB 110 that stores the obtained detection signal and a processing DB 111 that stores data obtained by processing the detection signal.

なお、処理部10、記憶部11及び表示部12については、公知のパーソナルコンピュータを用いて機能を実現するために必要なプログラム及びデータをインストールすることで、パーソナルコンピュータに心拍状態解析装置の機能を実現させることができる。   In addition, about the process part 10, the memory | storage part 11, and the display part 12, by installing the program and data required in order to implement | achieve a function using a well-known personal computer, the function of a heartbeat state analyzer is added to a personal computer. Can be realized.

検知処理部100は、母親に取り付けられた接触検知センサ13及び14を超音波振動させて体内に向かって超音波信号を送信し、送信された超音波信号が体内で反射して受信した反射信号のドプラ効果により生じる唸り音(ビート)を検知信号として取得する。そして、取得された検知信号を記憶部11の検知DB110に記憶する。   The detection processing unit 100 ultrasonically vibrates the contact detection sensors 13 and 14 attached to the mother to transmit an ultrasonic signal toward the inside of the body, and the reflected signal received by reflecting the transmitted ultrasonic signal inside the body. The beat sound generated by the Doppler effect is acquired as a detection signal. Then, the acquired detection signal is stored in the detection DB 110 of the storage unit 11.

検知信号には、心拍に対応する心音信号の外に心拍に伴って生じる心雑音(ノイズ)が含まれる。図2は、心音信号及び心雑音の波形を模式的に示す説明図である。心音信号では、心臓の収縮期の初めに房室弁が閉じる際に発生するI音波形、収縮期の終わりに動脈弁が閉じる際に発生するII音波形、心臓の拡張期に発生するIII音波形及びIV音波形の4種類のパターンが生じることが知られている。また、心電図では、心臓の収縮期の初めにR波が生じるようになり、収縮期の終わりにT波が生じることが知られている。心音信号の波形を心電図の波形と比較した場合、I音波形がR波に対応するとともにII音波形がT波に対応するようになる。したがって、心電図の波形解析において瞬間的な心拍細変動の評価基準となっているR波と次のR波との間の時間(以下「RR時間」という。)をI音波形と次のI音波形との間の時間として測定することができる。   The detection signal includes heart noise (noise) generated along with the heartbeat in addition to the heart sound signal corresponding to the heartbeat. FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing waveforms of a heart sound signal and a heart noise. In the heart sound signal, the I sound waveform generated when the atrioventricular valve is closed at the beginning of the systole, the II sound waveform generated when the arterial valve is closed at the end of the systole, and the III sound wave generated when the heart is diastole. It is known that four types of patterns occur: shape and IV sound waveform. Further, in the electrocardiogram, it is known that an R wave is generated at the beginning of the systole of the heart and a T wave is generated at the end of the systole. When the waveform of the heart sound signal is compared with the waveform of the electrocardiogram, the I sound waveform corresponds to the R wave and the II sound waveform corresponds to the T wave. Therefore, the time between the R wave and the next R wave (hereinafter referred to as “RR time”), which is the evaluation standard of instantaneous heartbeat variability in the ECG waveform analysis, is the I sound waveform and the next I sound wave. It can be measured as the time between shapes.

図3は、実際に検知された母親及び胎児の検知信号に関する波形図である。上側の波形Bが胎児の検知波形を示しており、下側の波形Mが母親の検知波形を示している。図2において説明したように、両者の心音及び心雑音を含む検知信号が波形に現れている。   FIG. 3 is a waveform diagram regarding detection signals of the mother and fetus that are actually detected. The upper waveform B shows the detection waveform of the fetus, and the lower waveform M shows the detection waveform of the mother. As described in FIG. 2, the detection signal including both heart sounds and heart noise appears in the waveform.

心音処理部101は、検知処理部100において取得された検知信号について所定の時間毎にサンプリングし、サンプリングして得られた検知信号の振幅データに基づいて平均振幅差関数(AMDF)法を用いて信号相関により検知信号の周期を求める。この例では、信号相関に基づいてI音波形の時間軸上の位置を決定し、I音波形と次のI音波形との間の時間を算出することで検知信号の基本周期であるRR時間を求める。   The heart sound processing unit 101 samples the detection signal acquired by the detection processing unit 100 every predetermined time, and uses an average amplitude difference function (AMDF) method based on the amplitude data of the detection signal obtained by sampling. The period of the detection signal is obtained by signal correlation. In this example, the position on the time axis of the I sound waveform is determined based on the signal correlation, and the time between the I sound waveform and the next I sound waveform is calculated to thereby calculate the RR time that is the basic period of the detection signal. Ask for.

図4は、平均振幅差関数法の原理に関する説明図である。図4では、縦軸に振幅をとり、横軸に時間をとって、音の検知波形が模式的に描かれている。検知波形においてサンプリングした任意の時間軸上の位置iからN個分のサンプリングした位置までの区間の波形Aと、波形Aと同じN個分の区間を時間遅れmだけずらした波形Bの区間とを設定し、2つの区間の波形の平均振幅差に基づいて波形の相関をみることで基本周期を抽出することができる。2つの波形の相関値D(m)は、以下の数式により算出し、相関値D(m)が極小値となる時間遅れmをRR時間と推定することができる。
FIG. 4 is an explanatory diagram regarding the principle of the average amplitude difference function method. In FIG. 4, the detected waveform of the sound is schematically drawn with the vertical axis representing amplitude and the horizontal axis representing time. A waveform A in a section from a position i on an arbitrary time axis sampled in the detected waveform to N sampled positions, and a section in waveform B in which the same N sections as the waveform A are shifted by a time delay m. And the basic period can be extracted by looking at the correlation between the waveforms based on the average amplitude difference between the waveforms in the two sections. The correlation value D (m) of the two waveforms is calculated by the following mathematical formula, and the time delay m at which the correlation value D (m) becomes the minimum value can be estimated as the RR time.

図2において説明したように、検知波形にはノイズが含まれているが、I音波形において振幅が最大となることから、波形の相関値D(m)を算出する際に、振幅データに適宜閾値を設定すれば、I音波形の相関値の精度を高めることができる。そして、検知波形のサンプリングデータの取得タイミングに合わせて区間をずらしながら信号相関処理を行ってRR時間を求めることで、RR時間の時系列データが得られる。したがって、リアルタイムでRR時間の変動を検査することが可能となり、心拍細変動等の心拍状態を正確に把握することができる。得られた時系列データは、記憶部11の処理DB111に保存される。   As described with reference to FIG. 2, the detected waveform includes noise, but the amplitude is maximum in the I sound waveform. Therefore, when calculating the correlation value D (m) of the waveform, the amplitude data is appropriately set. If the threshold is set, the accuracy of the correlation value of the I sound waveform can be increased. Then, the time correlation data of the RR time is obtained by performing the signal correlation process while shifting the section in accordance with the acquisition timing of the sampling data of the detected waveform to obtain the RR time. Therefore, it becomes possible to inspect the fluctuation of the RR time in real time, and the heartbeat state such as the heartbeat variability can be accurately grasped. The obtained time series data is stored in the processing DB 111 of the storage unit 11.

以上説明した平均振幅差関数法は、高速で計算処理を行うことができるため、リアルタイムでRR時間の算出処理を行うことが可能となる。また、振幅差を算出する時間軸上の位置をサンプリングした位置の複数個おきに設定すれば、安定した高速処理が可能となり、リアルタイムでの心音処理を行って検査結果の表示処理を安定して行うことができる。   Since the average amplitude difference function method described above can perform calculation processing at high speed, it is possible to perform RR time calculation processing in real time. In addition, if the position on the time axis for calculating the amplitude difference is set at every sampled position, stable high-speed processing is possible, and real-time heart sound processing is performed to stably display the test results. It can be carried out.

RR時間の抽出手法としては、図2において説明したように、心音波形が4つのパターンからなることに着目して求めることもできる。具体的には、まず、検知波形をサンプリングして所定のサンプリング数毎に振幅データの平均値を算出し、その平均値を閾値に設定する。どの程度のサンプリング数に設定するかは、心拍状態に応じて適宜設定すればよい。   As described in FIG. 2, the RR time extraction method can be obtained by paying attention to the fact that the heart sound waveform is composed of four patterns. Specifically, first, a detected waveform is sampled, an average value of amplitude data is calculated for each predetermined number of samplings, and the average value is set as a threshold value. What level of sampling is set may be set as appropriate according to the heartbeat state.

次に、平均値を閾値として信号ブロック設定処理を行う。閾値以上の振幅データの波形区間を「信号有りの区間」として、平均値の振幅値を有する矩形波状の信号ブロックとし、閾値より小さい振幅データの波形区間を「信号無しの区間」として、振幅を0とする。   Next, signal block setting processing is performed using the average value as a threshold value. A waveform section of amplitude data that is equal to or greater than the threshold is defined as a section with a signal, a rectangular wave signal block having an average amplitude value, a waveform section of amplitude data that is smaller than the threshold is defined as a section without a signal, and the amplitude is 0.

次に、信号ブロックの再設定処理を行う。信号ブロックの時間軸上の立上り位置及び立下り位置を検出し、信号ブロックの立下り位置と次の信号ブロックの立上り位置との間の間隔が所定の間隔よりも小さい場合には、信号ブロックが継続しているものと判定して、信号ブロックを再設定する。再設定された信号ブロックの立上り位置と立下り位置との間の長さが所定の長さよりも小さいと判定された場合には、ノイズとして、再設定された信号ブロックを「信号無しの区間」に設定する。図5は、検知波形に対して平均値及び再設定された信号ブロックを示すグラフである。   Next, signal block resetting processing is performed. When a rising position and a falling position on the time axis of a signal block are detected, and the interval between the falling position of the signal block and the rising position of the next signal block is smaller than a predetermined interval, the signal block It is determined that the signal block has continued, and the signal block is reset. When it is determined that the length between the rising position and the falling position of the reset signal block is smaller than a predetermined length, the reset signal block is referred to as “no signal section” as noise. Set to. FIG. 5 is a graph showing an average value and a reset signal block with respect to the detected waveform.

次に、RR区間を設定してRR時間の開始位置の決定処理を行う。最終的に設定された信号ブロックについて4ブロックずつRR区間に区分し、RR区間内において立上り位置と立下り位置との間の長さが最も長い信号ブロックを抽出し、その立上り位置をRR時間の時間軸上の開始位置として保存する。   Next, the RR section is set and the start position of the RR time is determined. The finally set signal block is divided into four blocks each in the RR section, the signal block having the longest length between the rising position and the falling position in the RR section is extracted, and the rising position is determined as the RR time. Save as start position on time axis.

そして、RR時間の算出処理を行う。保存されたRR時間の開始位置と次の開始位置との間の長さをRR時間として求め、RR時間の時系列データを得ることができる。   Then, an RR time calculation process is performed. The length between the stored start position of the RR time and the next start position is obtained as the RR time, and time series data of the RR time can be obtained.

以上説明したRR時間の抽出手法では、心音波形の特徴に基づいて4つのブロック毎に処理するようにしているので、精度の高いデータを高速処理により得ることができ、心拍細変動を含む心拍状態を正確にリアルタイムで捉えることが可能となる。   In the RR time extraction method described above, processing is performed for each of the four blocks based on the characteristics of the heart sound waveform, so that highly accurate data can be obtained by high-speed processing, and the heart rate state including heartbeat variability Can be accurately captured in real time.

図6は、母親から得られた心音波形及び心電図波形に基づいて算出されたRR時間の推移を示すグラフである。図6では、縦軸にRR時間(ミリ秒)をとり、横軸に波形区間をとっている。そして、母親から同時に得られた心音波形及び心電図波形を上述した平均振幅差関数法により処理してRR時間を算出し、心音波形による算出値を◆印の折れ線グラフで示し、心電図波形による算出値を■印の折れ線グラフで示している。   FIG. 6 is a graph showing the transition of the RR time calculated based on the electrocardiogram and the electrocardiogram waveform obtained from the mother. In FIG. 6, the vertical axis represents the RR time (milliseconds), and the horizontal axis represents the waveform section. Then, the RR time is calculated by processing the ECG waveform and ECG waveform obtained from the mother at the same time by the above-mentioned average amplitude difference function method, the calculated value by the ECG is shown as a line graph with ◆, and the calculated value by the ECG waveform Is shown by a line graph with a mark.

2つの折れ線グラフは、心音波形による算出値がノイズの影響で大きくずれている区間があるものの全体としてほぼ一致しており、心音波形から求められたRR時間を心電図波形から求められるRR時間の代わりに用いることができることを示している。   The two line graphs are almost the same as a whole although there are sections in which the calculated values by the electrocardiogram greatly deviate due to the influence of noise, and the RR time obtained from the heart sound waveform is replaced with the RR time obtained from the electrocardiogram waveform. It can be used for.

したがって、胎児から正確な心電図波形を得ることは技術的に困難とされているが、胎児から得られた心音波形を用いることで、RR時間を正確に算出することができるようになり、胎児の心拍細変動等の心拍状態をリアルタイムで診断することが可能となる。   Accordingly, although it is technically difficult to obtain an accurate electrocardiogram waveform from the fetus, the RR time can be accurately calculated by using the heart sound waveform obtained from the fetus, It becomes possible to diagnose a heartbeat condition such as heartbeat variability in real time.

心音解析部102は、心音処理部101で求められたRR時間に基づいて所定の解析区間毎に高速フーリエ変換(FFT)により周波数解析処理を行うことで、RR時間の変動の様子を周波数特性の観点からリアルタイムで解析する。以下の説明では、具体例に基づいて心音解析処理について詳述する。   The heart sound analysis unit 102 performs frequency analysis processing by fast Fourier transform (FFT) for each predetermined analysis section on the basis of the RR time obtained by the heart sound processing unit 101, so that the state of fluctuation of the RR time is represented by a frequency characteristic. Analyze in real time from the viewpoint. In the following description, the heart sound analysis process will be described in detail based on a specific example.

図7は、母親及び胎児の心音波形から求められたRR時間の時系列データを1分間の心拍数に換算して示したグラフである。縦軸に1分間の心拍数(bpm)をとり、横軸に時間(分)をとっている。グラフでは、母親の心拍数は70前後で安定しているが、胎児の心拍数は100〜140の間で変動しており、瞬間的な心拍細変動が明確に現れていることがわかる。図7に示すグラフについて、所定の時間幅の解析区間を設定し、解析区間に対して10秒ずつずらした同じ幅の解析区間を設定する。図7では、所定の時間幅の解析区間Aを設定し、10秒ずつずらした解析区間B及びCを設定しており、以後10秒ずつずらして解析区間を順次設定する。そして、設定された各解析区間についてFFTにより周波数解析処理を行う。図8から図10は、それぞれ解析区間AからCの解析結果を示すグラフである。各グラフは、縦軸にスペクトル強度をとり、横軸に周波数をとっている。   FIG. 7 is a graph showing time-series data of RR times obtained from mother and fetal heart waveforms converted to a one-minute heart rate. The ordinate represents the heart rate (bpm) for 1 minute, and the abscissa represents the time (minutes). In the graph, the heart rate of the mother is stable at around 70, but the heart rate of the fetus varies between 100 and 140, and it can be seen that instantaneous heartbeat variability clearly appears. For the graph shown in FIG. 7, an analysis interval having a predetermined time width is set, and an analysis interval having the same width shifted by 10 seconds from the analysis interval is set. In FIG. 7, an analysis interval A having a predetermined time width is set, analysis intervals B and C shifted by 10 seconds are set, and thereafter, the analysis intervals are sequentially set shifted by 10 seconds. Then, frequency analysis processing is performed on each set analysis section by FFT. 8 to 10 are graphs showing the analysis results of the analysis sections A to C, respectively. In each graph, the vertical axis represents the spectral intensity, and the horizontal axis represents the frequency.

こうして得られた各解析区間のスペクトル波形のピーク値の変動を分析することで、母親及び胎児の健康状態の診断に活用することができる。また、両者の解析結果の間の相関関係をみることで、両者の健康状態を関連付けて総合的に診断することが可能となる。図11は、胎児のスペクトル波形のピーク値の変動を示すグラフである。図11では、縦軸にスペクトル強度をとり、横軸に時間(分)をとっており、VLF(0−0.04Hz;超低周波成分)、LF(0.04−0.15Hz;低周波成分)及びHF(0.15−0.4Hz;高周波成分)の3つの周波数範囲において、各周波数範囲のピーク値の推移を示している。   By analyzing the fluctuation of the peak value of the spectrum waveform of each analysis section obtained in this way, it can be used for diagnosis of the health condition of the mother and the fetus. Moreover, by observing the correlation between the analysis results of both, it is possible to make a comprehensive diagnosis by associating the health states of the two. FIG. 11 is a graph showing the fluctuation of the peak value of the fetal spectrum waveform. In FIG. 11, the vertical axis represents the spectral intensity, and the horizontal axis represents the time (minutes). VLF (0-0.04 Hz; very low frequency component), LF (0.04-0.15 Hz; low frequency) Component) and HF (0.15-0.4 Hz; high frequency component), the transition of the peak value in each frequency range is shown.

これらの周波数範囲のピーク値は、自律神経系の活動に密接に関連していることが知られており、VLF及びLFの周波数範囲のピーク値が大きくなっている場合には、交感神経系の活動が活発なストレス状態とされ、HFの周波数範囲のピーク値が大きくなっている場合には副交感神経系の活動が活発なリラックス状態とされている。したがって、図11に示すようなピークにおけるスペクトル強度に関するグラフを分析することで、胎児の現在の健康状態を診断する重要なデータの1つとして活用することができる。   The peak values of these frequency ranges are known to be closely related to the activity of the autonomic nervous system, and when the peak values of the VLF and LF frequency ranges are large, the sympathetic nervous system When the activity is in an active stress state and the peak value in the HF frequency range is large, the parasympathetic nervous system activity is in an active relaxed state. Therefore, by analyzing the graph regarding the spectral intensity at the peak as shown in FIG. 11, it can be used as one of important data for diagnosing the current health condition of the fetus.

図12は、母親のスペクトル波形のピーク値の変動を示すグラフである。図12では、図11と同様に3つの周波数範囲についてピーク値の推移を示しており、胎児の場合と同様に、母親の現在の健康状態を診断する際に重要なデータとして活用することができる。   FIG. 12 is a graph showing fluctuations in the peak value of the mother's spectrum waveform. FIG. 12 shows the transition of the peak values for the three frequency ranges as in FIG. 11, and can be used as important data when diagnosing the current health condition of the mother, as in the case of the fetus. .

そして、母親及び胎児の心拍状態の解析結果について相関関係を分析することで、両者の健康状態を関連付けて総合的に診断する際の有用なデータを得ることが可能となる。具体的な例として、母親の好みの音楽及び胎教音楽を所定の時間ずつ交互に聞かせ、両者の心拍状態の変動について相関関係が見出せるか実験を行った。図13は、母親及び胎児に対して音楽を聞かせた場合の心拍数の推移を示すグラフである。図13では、太枠で囲まれた時間帯に母親の好みの音楽及び胎教音楽を聞かせている。そして、上述したFFTによる周波数解析及びピーク値の変動解析を行ったところ、胎児及び母親の自律神経系の活動が活発になるピーク値の変動がみられ、そうした変動の様子は音楽の種類により異なることがわかった。このように、母親及び胎児に与える様々な外的要因による影響の程度を定量的にリアルタイムで分析することが可能となる。   Then, by analyzing the correlation between the analysis results of the heartbeat status of the mother and the fetus, it is possible to obtain useful data when making a comprehensive diagnosis by associating the health status of both. As a specific example, we listened to mother's favorite music and prenatal music alternately for a predetermined time, and conducted an experiment to find a correlation between fluctuations in the heart rate of both. FIG. 13 is a graph showing changes in heart rate when music is given to a mother and a fetus. In FIG. 13, the mother's favorite music and fetal music are heard in the time frame surrounded by a thick frame. Then, when the frequency analysis and the peak value fluctuation analysis by the above-mentioned FFT were performed, the fluctuation of the peak value in which the activity of the autonomic nervous system of the fetus and the mother became active was observed, and the state of such fluctuation varies depending on the type of music. I understood it. In this way, it is possible to quantitatively analyze the degree of the influence of various external factors on the mother and the fetus in real time.

表示処理部103は、上述した検知信号及び処理結果を一覧で表示部12に表示して母親及び胎児の心拍状態を正確に確認できるように表示処理する。図14は、表示画面に関する一例を示す画面例である。操作表示部120は、処理開始又は終了ボタン、ファイル選択等の選択ボタン、閾値等の設定ボタンが表示されている。検知表示部121は、検知信号を信号波形として設定されたスケールでリアルタイムで表示する。処理表示部122は、心音処理部101において求められたRR時間の時系列データを設定されたスケールで表示する。この例では、所定区間毎の平均RR時間のグラフ及びRR時間の連続したグラフをリアルタイムで表示する。解析表示部123は、図8に示すスペクトル波形をリアルタイムで動的に表示する。   The display processing unit 103 displays the above-described detection signals and processing results on the display unit 12 as a list and performs display processing so that the heartbeat states of the mother and the fetus can be accurately confirmed. FIG. 14 is a screen example showing an example of the display screen. The operation display unit 120 displays a process start or end button, a selection button such as file selection, and a setting button such as a threshold value. The detection display unit 121 displays the detection signal in real time on a scale set as a signal waveform. The processing display unit 122 displays the time series data of the RR time obtained by the heart sound processing unit 101 on a set scale. In this example, a graph of average RR time for each predetermined section and a continuous graph of RR time are displayed in real time. The analysis display unit 123 dynamically displays the spectrum waveform shown in FIG. 8 in real time.

上述した心拍状態解析装置は、超音波ドプラ法により心音信号を取得するようになっているので、超音波ドプラ法を用いた公知の分娩監視装置に心拍状態解析装置の機能を持たせることができる。そのため、母親及び胎児の心拍状態を表示画面でリアルタイムで確認しながら両者の健康状態を監視することが可能となる。   Since the heart rate analysis apparatus described above acquires a heart sound signal by the ultrasonic Doppler method, a known labor monitoring device using the ultrasonic Doppler method can have the function of the heart rate analysis apparatus. . Therefore, it is possible to monitor the health status of both the mother and the fetus while confirming the heartbeat status of the mother and the fetus in real time on the display screen.

10・・・処理部、11・・・記憶部、12・・・表示部、100・・・検知処理部、101・・・心音処理部、102・・・心音解析部、103・・・表示処理部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Processing part, 11 ... Memory | storage part, 12 ... Display part, 100 ... Detection processing part, 101 ... Heart sound processing part, 102 ... Heart sound analysis part, 103 ... Display Processing part

Claims (5)

妊婦である母親に取り付けられた接触検知センサ及び胎児の近傍の腹壁に取り付けられた接触検知センサにおいて体内に向かって送信された超音波信号を反射させて検知された母親及び胎児の心拍状態に関する検知信号を取得する検知処理部と、取得された母親及び胎児の前記検知信号の振幅データに基づいて母親及び胎児の前記検知信号の周期をリアルタイムで求める心音処理部と、求められた母親及び胎児の前記検知信号の周期を高速フーリエ変換により処理してリアルタイムで周波数解析するとともに母親及び胎児の心拍状態の解析結果について相関関係を分析する心音解析部とを備えている心拍状態解析装置。 Detection of the heart rate of the mother and fetus detected by reflecting ultrasonic signals transmitted toward the body in the contact detection sensor attached to the mother who is a pregnant woman and the contact detection sensor attached to the abdominal wall near the fetus a detection processing unit that acquires a signal, a heart sound processor for determining the period of the mother and the detection signal of a fetus in real time based on the amplitude data of the obtained mother and the detection signal of the fetus was determined maternal and fetal A heartbeat state analysis apparatus comprising: a heart sound analysis unit that processes a cycle of the detection signal by fast Fourier transform to perform frequency analysis in real time and analyzes a correlation between analysis results of heartbeat states of a mother and a fetus . 前記心音処理部は、前記検知信号の周期として、心臓の収縮期の初めに房室弁が閉じる際に発生するI音波形に関する周期を求める請求項1に記載の心拍状態解析装置。   2. The heartbeat state analyzing apparatus according to claim 1, wherein the heart sound processing unit obtains a period related to an I sound waveform generated when an atrioventricular valve is closed at the beginning of a systole of a heart as a period of the detection signal. 前記心音処理部は、前記振幅データの平均値に基づいて設定された信号ブロックを4ブロックずつ区分した区間において前記I音波形の開始位置を抽出する請求項2に記載の心拍状態解析装置。 The heartbeat state analysis apparatus according to claim 2, wherein the heart sound processing unit extracts a start position of the I sound waveform in a section obtained by dividing a signal block set based on an average value of the amplitude data into four blocks. 前記心音解析部は、周波数解析により求められたピーク値の変動解析処理を行う請求項1から3のいずれかに記載の心拍状態解析装置。   The heartbeat analysis device according to any one of claims 1 to 3, wherein the heart sound analysis unit performs a fluctuation analysis process of a peak value obtained by frequency analysis. 請求項1から4のいずれかに記載の心拍状態解析装置を備えた分娩監視装置。   A delivery monitoring device comprising the heartbeat state analysis device according to any one of claims 1 to 4.
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