JPH10179527A - 信号処理装置 - Google Patents

信号処理装置

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JPH10179527A
JPH10179527A JP8341877A JP34187796A JPH10179527A JP H10179527 A JPH10179527 A JP H10179527A JP 8341877 A JP8341877 A JP 8341877A JP 34187796 A JP34187796 A JP 34187796A JP H10179527 A JPH10179527 A JP H10179527A
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JP
Japan
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offset
signal
phase
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Pending
Application number
JP8341877A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Fukukita
喜 多 博 福
Takashi Hagiwara
原 尚 萩
Morio Nishigaki
垣 森 雄 西
Yoshihiko Ito
藤 嘉 彦 伊
Takao Suzuki
木 隆 夫 鈴
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 オフセットを有し周期的に変動する信号に対
して、正確に位相変化を得ることを目的とする。 【解決手段】 位相検波して出力データ列をメモリ部8
に送る直交検波部6と、その出力データ列のうちの特定
の部分を補正用データ列として選択するデータ列選択部
9と、この補正用データ列に対して平均オフセットを決
定するオフセット演算部10と、直交検波部6の出力デ
ータ列から平均オフセットを減じる補正を行う補正部1
1と、補正部11の出力を所定のデータに変換するデー
タ変換部12を有し、上記した特定の部分を信号周期に
より決定することにより、直交検波部6の出力データ列
に含まれる位相オフセットの影響を回避できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、周期的に変位する
信号に対する信号処理装置、とりわけ生体の心拍により
変位する信号に対する信号処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の信号処理装置は、国際特
許出願番号WO95/28126に記載されたものが知
られている。図4はこの種の従来の信号処理装置の構成
を示しており、音響信号を被検体中に注入する送信変換
部21、送信変換部21を駆動する信号を発生する駆動
部22、受波した音響信号を電気信号に変換する受信変
換部23、受信信号を増幅する増幅部24、受信信号を
直交検波する直交検波部25、直交検波部25の出力で
あるI、Qデータに含まれるオフセット(ノイズ)を除
去するノイズ除去部26、ノイズ除去されたI、Qデー
タを血圧データに変換するデータ変換部27等から構成
されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の信号処理装置においては、直交検波部25の出力で
あるI、Qデータが有する位相オフセットをノイズとし
て除去する具体的方法については明らかにされていなか
った。
【0004】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、位相オフセットの影響を回避することのできる優れ
た信号処理装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、周期的に変位する信号に対する位相検波手
段と、この位相検波手段の出力データ列のうちの信号周
期に同期したまたはデータ列の長さが信号周期の整数倍
である特定の部分を補正用データ列として選択する手段
と、この補正用データ列に対して平均オフセットを決定
する手段と、位相検波手段の出力データ列から平均オフ
セットを減じる補正を行う補正手段と、この補正手段の
出力を所定のデータに変換する手段とを備えたものであ
る。これにより、位相オフセットの影響を回避する優れ
た信号処理装置をが得られる。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、周期をもって変位する信号に対する位相検波手段
と、前記位相検波手段の出力データ列のうちの特定の部
分を補正用データ列として選択する手段と、前記補正用
データ列に対して平均オフセットを決定する手段と、前
記位相検波手段からの出力データ列から前記平均オフセ
ットを減じる補正を行う補正手段と、前記補正手段の出
力を所定のデータに変換する手段とを備え、前記特定の
部分が前記信号周期により決定されることを特徴とする
ものであり、位相オフセットの影響を回避できる作用を
有する。
【0007】また、請求項2に記載の発明は、補正の対
象となる出力データに対して、その直前の一周期にわた
る複数の出力データ列を補正用データ列とするものであ
り、位相オフセットの影響を回避できるという作用を有
する。
【0008】また、請求項3に記載の発明は、補正の対
象となる出力データに対して、その一周期前の前後の複
数の出力データを補正用データ列とするものであり、位
相オフセットの影響を回避できるという作用を有する。
【0009】また、請求項4に記載の発明は、特定の部
分が心拍における特定時相の前後である医用の信号処理
装置であり、心拍に対応する正確なデータが得られると
いう作用を有する。
【0010】以下、本発明の実施の形態について、図1
から図3を用いて説明する。 (実施の形態)図1は本発明の一実施の形態における信
号処理装置のブロック図である。図1において、1は送
信変換部であり、電気信号を被検体中において音響信号
に変換する作用を行うもので、電気音響変換素子から構
成されている。2は駆動部であり、駆動信号を発生する
作用を行うもので、電力増幅器等から構成されている。
3は受信変換部であり、被検体中からの音響信号を電気
信号に変換する作用を行うもので、電気音響変換素子か
ら構成されている。4は増幅部であり、受信変換部3か
らの受信信号を増幅する作用を行うもので、低雑音増幅
器から構成されている。5はA/D変換部であり、増幅
部4の出力信号をディジタルデータに変換する作用を行
う。6は位相検波手段としての直交検波部であり、A/
D変換部5の出力に対して直交検波を行うもので、演算
回路により構成される。7は基準信号発生部であり、駆
動部2、A/D変換部5、直交検波部6等に基準信号を
送るもので、タイミング信号発生回路等で構成される。
8はメモリ部であり、直交検波部6のI、Q出力を一時
記憶する作用を行うもので、半導体メモリ等で構成され
る。9はデータ列選択部であり、心拍同期信号に同期し
てメモリ部8に一時記憶されたI、Qデータを選択する
もので、演算器から構成される。10はオフセット演算
部であり、メモリ部8において選択されたIs、Qsに
対して平均オフセットIo、Qoを求める作用を行うも
ので、演算回路により構成される。11は補正部であ
り、直交検波部6のI、Q出力から平均オフセットI
o、Qoを減じる補正を行うもので、減算器から構成さ
れる。12はデータ変換部であり、補正部11の出力I
c、Qcデータから血圧データを求めるもので、Ic、
Qcデータの位相と血圧とを関係づける変換テーブルか
ら構成される。
【0011】以上のように構成された信号処理装置につ
いて、図1および2を用いてその動作を説明する。まず
駆動部2は、周波数fが100Hz程度の駆動信号を発
生し、送信変換部1は、周波数fの音響振動を被検体に
向けて放射する。送信変換部1と受信変換部3は、ほぼ
動脈の上に互いに5cmほど離れて配置されている。被
検体に注入された音響振動は、粗密波として伝搬し、粗
密波のある部分は動脈において血管を伝搬するモードに
変換される。この血管を伝播する波は、100Hz程度
の周波数において、10m/s程度の伝搬速度を有し、
また血圧が高くなると伝搬速度が上昇することが知られ
ている。この血管を伝播する波は、粗密波を発生しなが
ら伝搬し、このようにして発生した粗密波の一部は、受
信変換部3において受信される。従って、駆動信号と受
信変換部3において受信された信号の位相差から、血管
を伝播する波の速度または血圧を求めることが可能にな
る。しかしながら、送信変換部1から放射された粗密波
の大部分は血管を伝播する波には変換されず、被検体中
をそのまま伝搬し、直接、あるいは反射を繰り返しなが
ら受信変換部3においてノイズ波として受信される。ノ
イズ波の振幅は、血管を伝播する波の振幅に比べ大であ
るが、逆にノイズ波の位相変化は、血管を伝播する波の
位相変化に比べ小である。受信変換部3において得られ
た信号成分の中のノイズ波の成分は、以下のようにして
除去することができる。
【0012】受信変換部3の受信信号出力は、A/D変
換部5においてディジタルデータに変換される。受信信
号の周波数はfであるので、受信信号の位相データを保
存するため、A/D変換部5は駆動信号に同期したクロ
ック周波数4f、この場合には400Hzでディジタル
データに変換する。直交検波部6は、A/D変換部5の
出力データを直交検波する。基準信号発生部7は、駆動
信号に同期した周波数fの直交検波信号であるcosと
sinをサンプル周波数4fのディジタルデータとして
直交検波部6に供給する。直交検波部6の出力である
I、Qデータは、メモリ部8において一時記憶される。
メモリ部8において一時記憶されたI、Qデータは、デ
ータ列選択部9により選択される。選択されたIs、Q
sデータの一例が図2(a)に示される。選択されたI
s、Qsデータに対して、オフセット演算部10におい
て平均オフセットIo、Qoが求められる。平均オフセ
ットを求める方法は図2(b)に示され、I、Qデータ
が円周上に存在することを利用する。この円の中心の座
標が平均オフセットに相当し、この中心の座標は最小自
乗法により得られる。補正部11において、I、Q出力
データは、図2(c)および次式に示すように、平均オ
フセットIo、Qoにより補正され、Ic、Qcデータ
となる。 Ic=I−Io Qc=Q−Qo このようにしてIc、Qcにより位相オフセットの影響
を回避して血管を伝播する波の位相を測定できる。
【0013】データ列選択部9の詳細な動作を図3を用
いて説明する。図3(a)は直交検波部6のI、Qデー
タのタイミングを示す。図3(b)はI、Q出力データ
と同時に得られた心電計のR波トリガーを示す。R波ト
リガーは、一心拍の期間を指定するタイミング信号とし
て望ましい。この場合のR波トリガーの時間間隔をTr
とする。図3(c)は最新のI、Qデータが得られた時
点より以前の最も新しい二つのR波トリガーにより指定
された、一心拍の期間に得られたIs、Qsデータであ
る。このIs、Qsデータにより一心拍の期間中に変動
するオフセットを平均した平均オフセットIo、Qoを
求めることができる。オフセットが心拍に同期して変動
する場合には、平均オフセットIo、Qoの変動を軽減
することができ、正しく補正されたIcとQcを得るこ
とができる。また、複数心拍の期間においてデータ列選
択部9により選択されたIs、Qsデータを用いて平均
オフセットIo、Qoを求めてもよい。
【0014】図3(d)は最新のI、Q出力データから
Tr時間以前までのI、Qデータをデータ列選択部9に
より選択し、Is、Qsデータとしている。このよう
に、常に直前のデータを選択することにより、時間に経
過につれてオフセットが変動する場合の影響を軽減する
ことができ、正しく補正されたIc、Qcを得ることが
できる。図3(e)は最新のI、Qデータに対して、一
心拍前の時相の前後の複数のI、Qデータをデータ列選
択部9により選択し、Is、Qsデータとしている。最
新のI、Qデータに対して、一心拍前ではあるが、心時
相が近いデータを用いてオフセットを計算するので、オ
フセットが心時相内で大きく変動する場合には、最新の
I、Qデータに対して最も望ましい平均オフセットI
o、Qoを計算することができる。
【0015】図3(f)は時間Tdだけ遅延したR波遅
延トリガを示す。この時相において、送信変換部1や受
信変換部3の近傍における血圧の変化が大であるとす
る。図3(g)は図3(f)のR波遅延トリガの前後に
おいて選択されたIs、Qsデータである。この場合に
は、Is、Qsデータの位相変化が大であり、最小自乗
法による平均オフセットの計算精度を上げることができ
る。この方法は、特にI、QデータのS/Nが悪い場合
に、平均オフセットIo、Qoの計算精度を上げる有効
な手段である。
【0016】以上のように、本実施の形態によれば、周
期的に変位する信号に対する位相検波手段である位相検
波部6と、この位相検波部6から出力されたメモリ8に
蓄えられた出力データ列のうちの信号周期に同期した、
あるいはデータ列の長さが信号周期に比例した特定の部
分を補正用データ列として選択するデータ列選択部9
と、この補正用データ列に対して平均オフセットを決定
するオフセット演算部10と、位相検波部6の出力デー
タ列から平均オフセットを減じる補正を行う補正部11
と、この補正部11の出力を血圧データに変換するデー
タ変換部12を備えているので、平均オフセットIo、
Qoの変動を軽減することができ、正しく補正されたI
c、Qcから正確な血圧データを得ることができる。
【0017】なお、以上の説明では、心拍同期信号を心
電計から得る例で説明したが、その他の心時相の計測手
段、あるいは脈拍の計測手段により得る場合について
も、同様に実施可能である。
【0018】
【発明の効果】以上のように、本発明は、周期的に変位
する信号に対する位相検波手段と、この位相検波手段の
出力データ列のうちの特定の部分を補正用データ列とし
て選択する手段と、この補正用データ列に対して平均オ
フセットを決定する手段と、位相検波手段の出力データ
列から平均オフセットを減じる補正を行う補正手段と、
この補正手段の出力を所定のデータに変換する手段とを
備えているので、位相オフセットの変動を軽減すること
ができ、正しく補正された信号から所定のデータを得る
ことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における信号処理装置のブ
ロック図
【図2】本発明の実施の形態における補正用データ列の
例を示す特性図
【図3】本発明の実施の形態におけるI、Qデータのタ
イミング図
【図4】従来の信号処理装置のブロック図
【符号の説明】
1 送信変換部 2 駆動部 3 受信変換部 4 増幅部 5 A/D変換部 6 直交検波部 7 基準信号発生部 8 メモリ部 9 データ列選択部 10 オフセット演算部 11 補正部 12 データ変換部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊 藤 嘉 彦 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目3番1 号 松下通信工業株式会社内 (72)発明者 鈴 木 隆 夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周期をもって変位する信号に対する位相
    検波手段と、前記位相検波手段の出力データ列のうちの
    特定の部分を補正用データ列として選択する手段と、前
    記補正用データ列に対して平均オフセットを決定する手
    段と、前記位相検波手段の出力データ列から前記平均オ
    フセットを減じる補正を行う補正手段と、前記補正手段
    の出力を所定のデータに変換する手段とを備え、前記特
    定の部分が前記信号周期により決定されることを特徴と
    する信号処理装置。
  2. 【請求項2】 補正の対象となる出力データに対して、
    その直前の一周期にわたる複数の出力データ列を補正用
    データ列とする請求項1記載の信号処理装置。
  3. 【請求項3】 補正の対象となる出力データに対して、
    その一周期前の前後の複数の出力データを補正用データ
    列とする請求項1記載の信号処理装置。
  4. 【請求項4】 特定の部分が心拍における特定時相の前
    後である請求項1または2または3記載の医用の信号処
    理装置。
JP8341877A 1996-12-20 1996-12-20 信号処理装置 Pending JPH10179527A (ja)

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