JPH05212006A - 心拍間隔計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 心電図波形信号中のＲ波の検出精度を良く
し、心拍間隔の計測精度を上げる。 【構成】 生体用電極１を誘導ケーブル２で差動増幅回
路６へ接続し、その出力側をローパスフィルタ７を介し
てＡ／Ｄ変換回路８へ接続し、Ａ／Ｄ変換回路８からの
数値データをマイクロコンピュータ９に入力可能に接続
する。マイクロコンピュータ９には、電位差を時系列に
従って記憶する手段と、波形の鋭さ値を演算する手段
と、波形の鋭さ値を鋭さしきい値と比較する手段と、ピ
ークしきい値以上の電位差値を有する波形のピークポイ
ントを検索する手段と、経過時間を計時する手段と、前
記検索手段及び比較手段の処理結果によりＲ波を検出
し、前回検出したＲ波との時間間隔を計測する手段とを
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、心電図波形におけるＲ
波間の時間間隔、すなわち心拍間隔を計測するための心
拍間隔計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、身体の特定箇所に装着された生体
用電極を介して検出した生体２点間電位差に基づく心電
図波形信号から、図１０に示すような心電図波形を得る
とともに、心室の収縮に対応するＲ波をその心電図波形
信号から検出し、そのＲ波の数やＲ波からＲ波までの時
間間隔（Ｒ−Ｒ時間ともいう）を計測する心拍数計が用
いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の心拍
数計では、被測定者の体動等により発生したノイズが心
電図波形信号にアーチファクトとして重畳したり、波形
の振幅が変動したりするため、希望するＲ波のみを正確
にカウントすることが難しかった。特に、日常生活中や
運動中における瞬時心拍数（Ｒ−Ｒ時間から換算した単
位時間当たりの心拍数）の計測の際には、Ｒ波の誤検出
が計測値に重大な影響を及ぼすことから、心拍数計測値
を許容誤差範囲内に収めることが難しいという問題があ
った。

【０００４】そこで本発明は、心電図波形のＲ波の検出
精度、特に、Ｒ−Ｒ時間の計測精度を上げることを解決
すべき技術的課題とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明ではその概念が模式的に図１に示されるような
装置、すなわち、生体の特定箇所に装着される生体用電
極を介して生体２点間電位差を検出する手段Ａと、検出
された該電位差を時系列に従って記憶する記憶手段Ｂ
と、該記憶手段に記憶された時系列電位差の波形の鋭さ
値を演算する手段Ｃと、該記憶手段に記憶された時系列
電位差からピークしきい値以上の電位差値を有する波形
のピークポイントを検索する手段Ｄと、前記演算された
波形の鋭さ値を鋭さしきい値と比較する手段Ｅと、経過
時間を計時する手段Ｆと、前記検索手段と比較手段の出
力により、前記ピークポイントの電位差値がピークしき
い値以上であり、かつ、波形の鋭さ値が鋭さしきい値以
上であるときをＲ波のタイミングとし、そのときの前記
計時手段による計時値に基づき、該Ｒ波のタイミング
と、時間的に直前のＲ波のタイミングとの時間間隔を計
測する手段Ｇとのそれぞれを備える心拍間隔計測装置を
構成した。

【０００６】

【作用】上述のように構成された心拍間隔計測装置で
は、生体２点間電位差が生体用電極を介して電位差検出
手段Ａにより検出され、その電位差が時系列に従って記
憶手段Ｂに記憶される。そして、記憶されたデータに基
づき、時系列電位差の波形の鋭さ値が鋭さ演算手段Ｃで
演算され、演算された波形の鋭さ値と鋭さしきい値とが
比較手段Ｅで比較される。さらに、ピークしきい値以上
の電位差値を有する波形のピークポイントが検索手段Ｄ
で検索される。そして、計測手段Ｇでは、ピークポイン
トの電位差値がピークしきい値以上であり、かつ、波形
の鋭さ値が鋭さしきい値以上であるときをＲ波のタイミ
ングとするとともに、計時手段Ｆの計時値に基づき、そ
のときのＲ波と、時間的に直前のＲ波のタイミングとの
時間間隔が計測される。

【０００７】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図９は、心拍間隔計測装置の概略構成図である。
同図に示すように、生体用電極１が生体の心臓に近い外
表面及び心臓から離隔した外表面に装着されていて、検
出された生体２点間電位差信号が誘導ケーブル２を介し
て心拍間隔計測装置３へ入力されている。なお、心拍間
隔計測装置３はケーブル４を介してパソコン５とデータ
通信可能に構成されている。

【０００８】前記心拍間隔計測装置３は、図２に概略を
示すように、前記生体用電極１が誘導ケーブル２を介し
て接続されている差動増幅回路６と、ローパスフィルタ
７と、Ａ／Ｄ変換回路８と、マイクロコンピュータ９と
からなり、生体用電極１で検知された生体２点間電位差
が差動増幅回路６で増幅され、増幅された電気信号がロ
ーパスフィルタ７に入力されてノイズとされる周波数帯
が除去された後、Ａ／Ｄ変換回路８でデジタル信号に変
換され、変換された信号がマイクロコンピュータ９に入
力されるように構成されている。マイクロコンピュータ
９は、入力された信号を一定のサンプリングピッチでサ
ンプリングした離散数値列信号（以下、数値データとい
う）として読み込み、後述するようなデータ処理を行
う。このマイクロコンピュータ９には、入出力インター
フェースＩ／Ｆ、演算処理を行うＣＰＵ、処理プログラ
ムを記憶させておくＲＯＭ、数値データを記憶するため
のＲＡＭ及びクロック信号を発生するクロックが備えら
れている。

【０００９】上記のように構成された心拍間隔計測装置
３の作用について説明する。図３は、前記マイクロコン
ピュータ９による処理手順を説明するフローチャート図
であり、図４〜図８には、生体２点間電位差信号を順次
各ステップで処理したときの出力信号が波形として示さ
れている。なお、本実施例では、縦軸に出力レベルとし
て電圧を、横軸に時間をとってプロットしてある。

【００１０】さて、前記生体用電極１により検出された
生体２点間電位差が差動増幅回路６で増幅されて生成さ
れた心電図波形信号は、ローパスフィルタ７を介して略
２０Ｈｚ以上の周波数成分が取り除かれる。これは、図
１０に示す一般的な心電図波形において、Ｒ波の周波数
成分は略１０〜２０Ｈｚであることが知られているとこ
ろから、略２０Ｈｚ以上の成分をノイズとしてカットす
るためである。そして、Ａ／Ｄ変換回路８でＡ／Ｄ変換
されるとともに、１ｍｓｅｃ．のサンプリングピッチで
サンプリングされた数値データが前記マイクロコンピュ
ータ９に入力される。この数値データの例を図示したの
が図４に示される。なお、同図に示された心電図波形に
おいては、隣接するＲ波ｊ，ｊの間に、被測定者の体動
等に起因するノイズ（アーチファクト）ａ，ｂが不規則
に現れている。

【００１１】次に、マイクロコンピュータ９による処理
を説明する。なお、以下の処理は、所定の時間間隔で繰
り返し実行可能なようにプログラムされている。図３に
おいて、入力された複数の数値データがステップＰ１で
マイクロコンピュータ９のＲＡＭに時系列に従って記憶
される。次に、ステップＰ２では、前記数値データに基
づいて移動平均値が計算される。このとき、１０Ｈｚ未
満の低い周波数成分を有効にカットするために、１２．
５Ｈｚの正弦波周波数の減衰量が無限大となる期間８０
ｍｓ、すなわち対応するデータ数を８０として移動平均
が計算されている。この移動平均値の計算結果は図５に
示される。次に、ステップＰ３では、ステップＰ１から
出力された前記数値データと、ステップＰ２で計算され
た移動平均値データとの差分が計算されたうえ、その絶
対値がとられる。こうして低周波のノイズが除去され、
図６に示すような状態の絶対値データが得られる。

【００１２】次に、ステップＰ４では、前記絶対値デー
タに基づいて、波形の鋭さ値が演算される。即ち、ｎ番
目のサンプリングポイントの鋭さ値Ｓｎは、ｎ−１０番
目の絶対値データの電圧レベル値をＶｍ１０とし、同様
に、ｎ−５番目をＶｍ５，ｎ番目をＶｎ，ｎ＋５番目を
Ｖｐ５，ｎ＋１０番目をＶｐ１０とするとき、次のよう
に定義して求められる。 Ｓｎ＝｜Ｖｐ５−Ｖｍ５｜＋｜Ｖｐ１０−Ｖｎ＋Ｖｍ１０−Ｖｎ｜ （イ） こうして、演算された鋭さ値Ｓｎは、さらに、所定の時
間間隔（本実施例では、１０ｍｓｅｃ．）に相当する移
動平均がとられて、各サンプリングポイントに対応した
波形の鋭さ値Ｓとされる。以上の結果が図７に示され
る。なお、鋭さ値Ｓｎの定義は、上記（イ）式に限られ
るものではなく、波形の時間的変化の大きさ度合いを表
わし得る他の数式等に代えてもよい。

【００１３】次に、ステップＰ５では、波形のピークを
検出するときの基準電圧レベルとなるピークしきい値ｅ
に初期値ｅｏをセットする。続いて、ステップＰ６では
前記絶対値データのそれぞれの電圧レベル値Ｖがピーク
しきい値ｅと時系列順に比較される。ここで、電圧レベ
ル値Ｖがピークしきい値ｅ未満のときは、ステップＰ８
に移り、ピークしきい値ｅは所定の値が減算されるとと
もに、ピークポイントが検出されない間の絶対値データ
（例えば図８に示すノイズ波形ｉの成分）の電圧レベル
値に基づく所定割合値が加算される。即ち、ノイズ成分
の電圧レベルが比較的高い場合には、ピークしきい値ｅ
の逓減率が少なくなるのである。この結果、ピークしき
い値ｅは、図８に示したように、略指数関数的に右下が
り状に変化することになる。そして、ステップＰ８の処
理が終われば、再度ステップＰ６が繰り返されるように
ループしている。

【００１４】そして、前記ステップＰ６において、ピー
クしきい値ｅ以上の電圧レベル値Ｖがあると、続いてス
テップＰ７で、以降の絶対値データ相互の電圧レベル値
Ｖが比較されて増加傾向から下降傾向に転ずる点を検索
し、ピーク値（極大値）を持つ絶対値データ（ピークポ
イント）が得られる。このピーク検索処理に続いてステ
ップＰ９が実行される。なお、フローチャート図３には
示されないが、ピークポイントが検出された後の所定の
時間帯（図８に時間ｆで示す範囲）はステップＰ７にお
けるピーク検出処理は行われない。

【００１５】次に、ステップＰ９では、前記ピークポイ
ントに対応する波形の鋭さ値Ｓが検索されたうえで既定
の鋭さ判定値ｃと比較され、波形の鋭さ値Ｓが鋭さ判定
値ｃ未満の場合には、メインルーチンへ処理が返され
る。一方、波形の鋭さ値Ｓが既定の鋭さ判定値ｃ以上の
場合には、そのピークポイントがＲ波のピークポイント
（あるいは、Ｒ波のタイミング）と判定され、Ｒ波が検
出される。続いて、次のステップＰ１０では、タイマー
の計時値が参照され、今回のＲ波検出と前回のＲ波検出
との時間間隔（Ｒ−Ｒ時間又は心拍間隔ともいう）が計
測される。なお、本実施例ではタイマーを用いたが、対
応するサンプリングデータの個数をカウントすることに
より、時間計算を行ってもよい。

【００１６】なお、上述した一連の処理において、図８
に示すポイントｇはピークしきい値ｅより僅かに低いの
でピークポイントとしては検出されず、ポイントｈはピ
ークしきい値ｅを超えているのでピークポイントとして
検出される。このとき、ポイントｇ及びｈに対応する波
形の鋭さ値は、図７に、ポイントｒ及びｕとして示され
ていて、ポイントｒでの波形の鋭さ値は、鋭さ判定値ｃ
を凌駕しているが、ポイントｕでの波形の鋭さ値は鋭さ
判定値ｃ以下である。従って、両ポイントｇ及びｈはい
づれもＲ波と判定されることがなく、Ｒ波のピークポイ
ント（ｄ１，ｄ２・・・）のみが正確に検出されるた
め、図８にｋ１，ｋ２・・・で示すＲ−Ｒ時間が正確に
計測される。

【００１７】以上詳述したように、本実施例に係る心拍
間隔計測装置３においては、Ｒ波の検出に際して心電図
波形信号を、振幅（ピーク値）と波形の鋭さ（波形の鋭
さ値）という２つの条件で判定しているため、Ｒ波の検
出精度が高くなり、正確なＲ−Ｒ時間を求めることがで
きる。さらに、Ｒ−Ｒ時間から瞬時心拍数を算出した
り、所定時間（１０秒，３０秒，６０秒）計測した瞬時
心拍数の平均値から平均心拍数を正確に求めことができ
る。なお、サンプリングされた数値データ及びＲ波検出
のための各データは、心拍間隔計測装置３の内部メモリ
ーＲＡＭに記憶されるとともに、適宜パソコン５へ転送
可能とされ、さらに種々の解析をするのに便利である。

【００１８】

【発明の効果】このように、本発明の心拍間隔計測装置
によれば、心電図波形を振幅と波形の鋭さという２つの
条件で判定することから、Ｒ波の検出精度を高くするこ
とができるため、Ｒ−Ｒ時間の計測が正確となり、心拍
数、特に、瞬時心拍数の計測精度を良くすことができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念を模式的に説明する図である。

【図２】本発明の実施例に係る心拍間隔計測装置の概略
構成ブロック図である。

【図３】本発明の実施例に係るデータ処理の要部フロー
チャート図である。

【図４】本発明の実施例に係るＡ／Ｄ変換回路の出力信
号の説明図である。

【図５】本発明の実施例に係る移動平均手段の出力信号
の説明図である。

【図６】本発明の実施例に係る絶対値算出手段の出力信
号の説明図である。

【図７】本発明の実施例に係る鋭さ演算手段の出力信号
の説明図である。

【図８】本発明の実施例に係るピーク検索処理を説明す
るための説明図である。

【図９】本発明の実施例に係る心拍間隔計測装置の概略
構成図である。

【図１０】一般的な心電図波形を示す図である。

【符号の説明】

１ 生体用電極 ２ 誘導ケーブル ３ 心拍間隔計測装置 ６ 差動増幅回路 ７ ローパスフィルタ ８ Ａ／Ｄ変換回路 ９ マイクロコンピュータ Ａ〜Ｇ 手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生体の特定箇所に装着される生体用電極
   を介して生体２点間電位差を検出する手段と、 検出された該電位差を時系列に従って記憶する記憶手段
   と、 該記憶手段に記憶された時系列電位差の波形の鋭さ値を
   演算する手段と、 該記憶手段に記憶された時系列電位差からピークしきい
   値以上の電位差値を有する波形のピークポイントを検索
   する手段と、 前記演算された波形の鋭さ値を鋭さしきい値と比較する
   手段と、 経過時間を計時する手段と、 前記検索手段と比較手段の出力により、前記ピークポイ
   ントの電位差値がピークしきい値以上であり、かつ、波
   形の鋭さ値が鋭さしきい値以上であるときをＲ波のタイ
   ミングとし、そのときの前記計時手段による計時値に基
   づき、該Ｒ波のタイミングと、時間的に直前のＲ波のタ
   イミングとの時間間隔を計測する手段とのそれぞれを備
   えたことを特徴とする心拍間隔計測装置。