JPH0238214B2 - - Google Patents

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JPH0238214B2
JPH0238214B2 JP57082918A JP8291882A JPH0238214B2 JP H0238214 B2 JPH0238214 B2 JP H0238214B2 JP 57082918 A JP57082918 A JP 57082918A JP 8291882 A JP8291882 A JP 8291882A JP H0238214 B2 JPH0238214 B2 JP H0238214B2
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JP
Japan
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peak
signal
wave
waves
output
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JP57082918A
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English (en)
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JPS58198330A (ja
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Takashi Akai
Katsuro Okamoto
Takashi Furukawa
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
  • Medical Treatment And Welfare Office Work (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は心電図のR波などのピークを検出する
信号処理装置に関する。
心電図信号は第1図に示すようにP、QRS、
T、U波と称される各棘波から構成されている。
この心電図信号を自動解析するにあたり、信号計
測の基準点としてまずQRS棘波群のうちのR波
(又はQ波)を検出し、これを基に他の棘波を計
測していくことが一般的な方法として利用されて
いる。R波(又はQ波)が計測の基準点として利
用されるのはR波が他の棘波と比較して、周波数
成分が高くかつ振幅値が大きくR波(又はQ波)
の検出が容易に行えるからである。従来、このR
波(又はQ波)を検出するにあたり、(1)心電図ア
ナログ信号を帯域通過型のアナログフイルタに通
し、R波検出パルスを生成することによりR波生
起時刻を求める方式。(2)心電図アナログ信号をア
ナログデイジタル変換し、そのデイジタル信号に
対し、帯域通過型のデイジタルフイルタリング処
理を行いR波生起時刻を求める方式。などがとら
れている。
方式(1)においては、誤つて振幅値の大きいT波
(high−T)をR波と検出したり、振幅値の小さ
いR波(small−r)の検出が出来なかつたり、
基線レベルの変動がR波の誤検出を招いていた。
方式(2)においては一般に広く使用されているデイ
ジタルフイルタが乗除算などに多くの時間を費や
したり大容量のメモリを要するという欠点があつ
た。
本発明の目的は、乗除算演算を利用せず加減算
だけで構成される低域通過型の2次微分デイジタ
ルフイルタを用いることにより、従来のR波検出
方式と比較して、ノイズ、振幅値の大きいT波、
基線の動揺、振幅値の小さいQRS棘波などによ
つても、R波の誤検出をすることのない、高精度
かつ高速にR波を検出することを可能にする信号
処理装置を提供することである。
本発明によれば、処理対象信号に2次微分フイ
ルタ処理を加える手段と、2次微分された出力信
号より、2次微分のピークを検出する手段と、検
出された2次微分のピークのうち、原信号のピー
クに相当する2次微分のピークを検出する手段
と、原信号のピーク生起時刻を求める手段とによ
り構成される信号処理(ピーク検出)装置が得ら
れる。
本発明で用いるデイジタルフイルタの特性を式
(1)に示す。このフイルタは、低域通過型2次微分
特性を示しており、その係数は0、1、2などの
簡単な加減算回路、遅延回路だけで構成でき、従
来のデイジタルフイルタと比べ高速なフイルタリ
ング信理が可能である。
f″(xK)=1/100T2〔−2・ (xK+xK)−2・(xK+1+xK-1) +0・(xK+2+xK-2)+0・(xK+3+xK-3) +1・(xK+4+xK-4)+2・(xK+5+xK-5) +1・(xK+6+xK-6)〕 ……式(1) T:サンプル周期 心電図信号(第1図)を本フイルタに通すと第
2図のような出力信号が得られる。ここで、得ら
れたフイルタリング出力信号は、原信号に2次微
分操作を加えたことと等価であり、この出力のピ
ーク時刻は各々心電図信号において各棘波のオン
セツト点、オフセツト点、ピーク点ないしはその
近傍の時刻を示している。このフイルタリング出
力信号のうち、QRS棘波に関する信号は他の棘
波に関する信号より、振幅値が大きく、ピーク検
出が容易である。従つて、このQRS棘波のフイ
ルタリング出力信号より、R波(又はQ波)に相
当するピーク信号を認識しその時刻を検知するこ
とで、これが心電図原信号におけるR波(Q波)
の生起時刻を示すことになる。
QRS棘波のフイルタリング出力信号よりR波
(Q波)を認識する方法を以下に述べる。一般に
QRS棘波は第3図a,bで示した2つのパター
ンのいずれか単独ないしは合成された信号を考え
ることができる。このパターンを持つ棘波に式(1)
のフイルタリング操作を行つた信号をそれぞれ第
4図のa,bに示す。ここで、フイルタリング操
作を行つた信号の一般的なパターンとして第5図
のパターンを想定すると、第4図aのパターンは
第5図においてA、B、Cが存在するパターンに
相当し、第4図bのパターンはB、C、Dが存在
するパターンに相当している。
ここでQRS棘波を検出するにあたつてピーク
値検出用の4種の閾値α、β、γ、δを設定す
る。第5図において、まず、ピーク値が負値を示
し、かつ閾値β以下を示す点(B点)を探索す
る。B点を検出した場合には、時間的に逆のぼつ
た点で正値を示し、閾値α以上の点でB点と最短
時間にある点(A点)を探索する。A点が検出さ
れた場合はこれを第3図aのパターンとし、A点
が検出されなかつた場合はbのパターンとする。
次に、時間的にB点より後ろにある正値を持つピ
ーク点(C点)を検出し、その点が閾値γを超え
ない場合は本フイルタリング出力信号のパターン
はQRS棘波のフイルタリング出力信号のパター
ンではないと見なす。この正値を示すピーク点
(C点)が閾値γを超えており、かつ、第3図a
のパターンと見なされている場合にはB点の時刻
がR波ピークの時刻と一致ないしは近傍にあると
見なされる。一方、点Cが閾値γを超えており、
かつ、第3図bのパターンと見なされている場合
には、時間的にC点より後ろにある負値を持つピ
ーク点(D点)を検出し、これが閾値δ以下のと
きC点がQ波のピークの時刻と一致ないしは近傍
にあると見なされる。上記の方式では、QRS棘
波だけでなく、例えば急峻なT波に対しても同様
な動作を行うため、R波として誤つて検出する可
能性があるが、このような棘波に対してはある時
間幅τを設定し、そのτ時間内で検出されたR波
候補点群の中でフイルタリング出力振幅値が最大
のものを真のR波(Q波)とした。
次に本発明の一実施例の図面を参照して本発明
を詳細に説明する。第6図は本発明の一実施例に
示す図であり、1は2次微分デイジタルフイルタ
であり心電図信号をフイルタリングするものであ
る。2,3,4,5は、ピーク検出装置であり、
フイルタ1からのフイルタ出力信号のピークを検
出し、ピークのスカラー量と、その時刻を示すデ
ータとを出力する。6,7,8,9は、信号保持
装置でありピーク検出装置2,3,4,5で検出
したピークの振幅の絶対値とその検出時刻を保持
する。10,11,12,13は、閾値比較装置
であり、保持装置6,7,8,9で保持されたス
カラー量と閾値と比較する。14,15は論理積
装置であり、3つの信号を論理積して出力する装
置である。16は、信号選択装置であり、2つの
信号を論理積装置14,15の出力により、一方
を出力する。17は論理和装置であり、2つの信
号を論理和して出力する。18は信号保持装置で
あり、選択装置16の出力信号を論理和装置17
の出力により保持する装置であり、2つの信号を
保持する。19は、信号比較選択装置であり、2
つの信号のうち振幅の大きい方を出力する装置で
ある。またこれは、2つの信号の検出時間の差が
閾値よりも小さい時のみ行われるものである。
次に、本実施例の動作を第5図に示したパター
ンを例にとり説明する。まず、心電図信号は2次
微分デイジタルフイルタ1で、フイルタリング処
理される。その出力信号から、最初の正のピーク
A点をピーク検出装置2で検出する。この点より
時間的に後にある負のピークB点をピーク検出装
置3で検出する。この後、同じように正のピーク
C点をピーク検出装置4で検出し、負のピークD
点をピーク検出装置5で検出する。
このようにして、得られた出力a1、b1、c1、
d1の振幅の絶対値と、その検出時刻を保持装置
6,7,8,9で保持する。これらの出力a2、
b2、c2、d2の振幅値と閾値α、β、γ、δとを
比較し、閾値より大きければ“1”、小さければ
“0”を比較装置10,11,12,13で出力
する。これらの値はそれぞれのピークが、閾値以
上であるかどうかを示している。次に論理積装置
14で、比較装置10,11,12の出力a3、
b3、c3の論理積をとる。この出力信号eは、第
4図aのパターンを判別する信号である。一方、
論理積装置15で比較装置11,12,13の出
力b3、c3、d3の論理積をとる。この出力信号f
は、第4図bのパターンを判別する信号である。
すなわち出力信号eが“1”であれば第4図aの
パターンを検出したことになり、出力信号fが
“1”であれば第4図bのパターンを検出したこ
とになる。
次に信号選択装置16で、出力信号eが“1”
のとき、出力b2をその出力gに出力し、出力信
号fが“1”のとき出力c2をその出力gに出力す
る。一方、論理和装置17で出力信号e、fのオ
アを出力する。これは、QRS棘波の検出を意味
するものである。このオア出力信号hのタイミン
グで信号選択装置16の出力gの値を保持装置1
8で保持して、出力iとして出力される。そして
以前出力iで出力されていた値は、シフトされて
出力jに出力される。つまり、現在、検出された
QRS棘波と、1つ前に検出された棘波の振幅値
と検出時間が保持されているわけである。次に、
比較装置19でこの出力i、jの検出時刻の差が
閾値でよりも大きければ出力iの検出時刻を出力
する。一方、その差が閾値でよりも、小さければ
出力i、jの振幅値の大なる方の検出時刻を出力
する。この出力がQRS棘波の検出時刻となる。
第7図は本発明の動作を示す図であり、原心電
図信号aと、デイジタルフイルタ出力bと、及び
R検出位置cを示している。
以上のように本発明を採用することにより、従
来の方式と比較して、次のような効果がある。(1)
本方式で採用した2次微分デイジタルフイルタは
加減算器、及び、遅延回路だけの簡単な回路で実
現出来るため、従来のデイジタルフイルタを用い
たR波検出方式に比較して高速なR波(Q波)の
検出が可能になる。(2)本方式で、採用した2次微
分デイジタルフイルタは良好な低域通過特性をも
つため、ハム、筋電信号等の雑音を含んだ信号に
対しても、高い検出精度をもつR波(Q波)の検
出が実現できる。(3)本方式で採用した2次微分デ
イジタルフイルタの出力は原信号の基線レベルの
変動に影響されないため、基線動揺の大きな心電
図信号においても正確にR波(Q波)を検出でき
る。(4)振幅値の大きいT波や角峻なP波に対して
もR波に対してもR波として誤検出することはな
い。(5)R波の振幅値が小さい場合でも他の棘波と
の弁別が正確に出来る。(6)フイルタリング出力信
号のみでR波とQ波の識別が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は一般的な心電図信号である。第2図は
それを2次微分フイルタリング処理をした信号で
ある。第3図はQRS棘波を簡略化し大きく2つ
のパターンに分けた波形である。第4図はそれを
2次微分フイルタリング操作を行つた信号であ
る。第5図は2次微分フイルタリング後のQRS
棘波を検出するための代表的なパターンである。
第6図は本発明の実施例を示す図である。第7図
は実際の心電図信号aと、2次微分フイルタリン
グの出力信号bおよびQRS検出時刻cを示す図
である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 QRS棘波群を含む心電図信号を2次微分フ
    イルタリングして2次微分信号を生成するフイル
    タと、 前記2次微分信号の複数の正負のピーク値とそ
    れらの生起時刻とを検出する手段と、 前記2次微分信号から前記負のピーク値が第一
    の閾値β以下である第一のピークを検出する手段
    と、 前記第2次微分信号から前記第一のピーク以前
    に発生し前記正のピーク値が第二の閾値α以上で
    ある第二のピークを検出する手段と、 前記2次微分信号から前記第一のピーク以後に
    発生し前記正のピーク値が第三の閾値γ以上であ
    る第三のピークを検出する手段と、 前記2次微分信号から前記第三のピーク以降に
    発生し前記負のピーク値が第四の閾値δ以下であ
    る第四のピークを検出する手段と、 前記第一、第二および第三のピークが検出され
    たときには前記第一のピークの生起時刻を前記
    QRS棘波群のR波の生起時刻と判断し、前記第
    二のピークが検出されずかつ前記第一、第三およ
    び第四のピークが検出されたときには前記第三の
    ピークの生起時刻を前記QRS棘波群のQ波の生
    起時刻と判断する手段とを有することを特徴とす
    る信号処理装置。
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