JPS63203133A - 心電図波形解析装置 - Google Patents

心電図波形解析装置

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JPS63203133A
JPS63203133A JP62038675A JP3867587A JPS63203133A JP S63203133 A JPS63203133 A JP S63203133A JP 62038675 A JP62038675 A JP 62038675A JP 3867587 A JP3867587 A JP 3867587A JP S63203133 A JPS63203133 A JP S63203133A
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彰 岩田
鈴村 宣夫
博史 林
石川 富久
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (医学上の利用分野) 本発明は、心電図波形の特徴を解析するための情報を提
供する装置に係り、詳しくは例えば心電図T波成分のわ
ずかな波形の特徴の違いを明瞭に弁別するための情報を
提供する心電図波形解析装置に関するものである。
(従来の技術) 従来、心臓の電気生理的興奮によって発生する電位差を
四肢あるいは胸部に装着した電極によって計測し、その
電位差を心電8!を通して増幅し、その増幅した信号を
ベンコーダもしくはCRT等に出力し、ベンコーダもし
くはCRT等に心電図を表示させることに依って医者が
患者の心臓の状態を診断するという手段が採用されてい
た。一般に第1図に示すような標準的な1心拍分の心電
図の波形には特徴点としてP、Q、R,S、T波のそれ
ぞれの名前が付けられており、そのうち、P波は心房の
興奮に由来したものであり、またQ。
R,S波は心室の興奮に由来した成分であり、ざらにS
T部分、及びT波成分は心筋梗塞や心筋虚血の診断にお
ける重要な情報を含んでいる。そのため、医者は上記ベ
ンコーダもしくはCR−r等に表示された心電図のT波
成分波形を詳細に検討することによって患者の心臓の状
態を診断するという手段が採用されていた。
(発明が解決しようとする問題点) 上記従来の心臓状rr3診断手段に依ればT波成分のわ
ずかな゛特徴の違いを見い出す必要があるが、心臓の良
もしくは否の状態に対応した波形の追いは極く僅かであ
る場合があり、そのため、かなり粁験の深い医者であっ
ても上記診断を下すに際して迷うことがあるという問題
があった。
そこで本発明においては心電図波形、特に−「波成分を
電圧対瞬時周波数曲線に変換することによって心電図波
形の特徴を明瞭に抽出させることを解決すべき技術的課
題とするものである。
(問題点を解決するための手段) 上記課題解決のための技術的手段は心電図波形解析装置
を、心電シ1から出力された心電信号を入力して同信号
を離散数値列に変換したうえ離散数値列信号を出力する
AD変換手段と、前記AD変換手段から出力された離散
数値列信号に基づき所要の解析信号を演算して出力する
解析信号出力手段と、前記解析信号出力手段から出力さ
れた解析信号に基づき心電図波形の瞬時周波数を演算し
、瞬時周波数対応信号を出力する瞬時周波数演算手段と
、前記瞬時周波数演算手段から出力された瞬時周波数対
応信号と前記AD変換手段から出力された前記離散数値
列信号とを入力して横軸に離散数値列対応の電圧をとり
縦軸に瞬時周波数をとってXYプロットさせることによ
り、特に、心電図T波成分の電圧対瞬時周波数曲線を作
成させる図形表示手段とを備えた構成にし、さらに必要
に応じて前記図形表示手段によりプロットされた心電図
T波成分の前記電圧対瞬時周波数曲線から心電図T波成
分の特徴を解析し、その解析結果に対応した信号を出力
する心電図解析手段を追加した構成にすることである。
(発明の作用) 次に、上記構成の心電図波形解析装置の作用を油筒式に
基づいて説明する。
まず、次のような手法で心電図電圧信号x(t)の解析
信号を得る。解析信号文(1)とは、実数部に観測信号
x(t)、虚数部にそのヒルベルト変換対交(1)をも
つ複素数信号である。
ヌ(t)=x(t)+j文(t)          
(1)ヒルベル1〜変換対x (t)は、次式により求
められる。
(2)式のフーリエ変換は、 文(ω) =−jsonω・X(ω)(3)ただし となり、(1) 、 (3)式から、解析信号のフーリ
エ変換は、 1   (ω)=(1+sgnω)  −X(ω)  
      (4)となる。したがって、解析信号文(
1)は、観測信号x (t)のフーリエ変換×(ω)の
負周波数成分を零にし、正周波数成分を2倍して、逆フ
ーリエ変換することにより求められる。
解析信号文(1)は?!2素数信号であり、次のように
記述できる。
文(t)=r(t)・exp(θ(t))      
 (5)ここでr (t)は、解析信号の瞬時振幅を表
し、θ(1)は解析信号の瞬時位相を表しており、次式
により得られる。
r(t)=J x(t)2+文(t)”     (6
)ざらに、瞬時位相θ(1)の微分から次に示す位相変
化速度(瞬時周波数)fill:)が得られる。
したがって、解析信号から瞬時周波数を求めるには、式
(7)および式(8)の演口を行えばよく、逆正接関数
の演算と微分によって行われる。逆正接III数の演算
は実際にはテーブル参照方式で高速化することができ、
微分も簡便的には差分によって行うことができる。
また、複素平面における解析信号ベクトルの軌跡速度d
s(t)/dtを次式により求めることができる。
第2図(a)に示す心電図例1について、瞬時周波数を
求めると、第2図(b)に承りようになる。この例は正
常な心臓の心電図例であるが、この心電図のT波に注目
するど、T波前半で瞬時周波数が低く、後半でそれがや
や高い。これは、第2図(a)に33いてT波成分の前
半は緩やかに電位が増加し、後半は比較的速く電位が減
少する状況に対応したしのである。
電圧と瞬時周波数の関係を明瞭に示すため、横軸に電圧
、縦軸にVJ時局周波数2次元平面に、第2図(a)心
電図例1のT波成分をプロットしたものを第2図(C)
に示ず。このプロットを電圧(V)対瞬時周波数(F)
プロットということで、VFプロットと名づける。第2
図(C)に示すように、T波の始めから終わりまででV
Fプロットは1回のループを描いており、そのループが
左回りであることがわかる。これは、T波成分の前半の
電位が増加するとぎには瞬時周波数が比較的小さく、後
半の電位が減少するとぎには瞬時周波数が大きいためこ
のような曲線となる。
ところが、第3図(a)に示した心電図例2に曇づいて
VFプロットを描いた場合は、VFプロットは大きなル
ープを描かず、同ループ内の面積が小さい(第3図(C
)参照)。これは、T波の前半の(この場合、陰性T波
なので)電圧減少時の瞬時周波数と後半の電圧増加時の
瞬時周波数がほぼ等しいためにこのような曲線となる。
即ら、この場合T波波形が対称となっている結果Cある
対称性のあるT波は対性T波と呼ばれ、心筋虚面の診断
の根拠となる重要な特徴をもつのである。
このようにVFプロットによりT波の対称性を明瞭に図
示することができ、また、第2図(C)と第3図(C)
を比較することにより正常な心臓状態例と異常な心臓状
態例のT波波形の違いがVFプロットにおいて明らかに
弁別されることがわかる。
第4図には、参考のため前記心電図例1について1回微
分(第4図(a、)参照)、2回微分(第4図(b)参
照)をとり、また、前記心電図例2についても同様に1
回微分、2回微分(第4図(C)、第4図(t’)1照
)をとって、それぞれ横軸に心電図電圧、tiIIII
Ihに1回微分信gあるいは2回微分信号の2次元平面
に、T波成分の11コツトを行ったちのである(第4図
(C)、第4図(d)及び第4図(G)、第4図([」
)参照)。
微分は簡便法として差分によって行うことができるため
、晶11としては解析信号をn出するものに比べて少な
くてずむが、第4図(C)、?!’!4図(G)及び第
4図(d)、第4図(ト1)に示すように、心臓状態の
正常例と異常例の波形の違いを明瞭に区別して表示する
ことができない。
第5図には、ざらに参考のため前記2つの心電図例1及
び2についで、式(9)に基づき第5図(zl)及び第
5図(b)に示すJ:うな軌跡速度を算出し、それぞれ
、横軸に心電図電圧、縦軸に軌跡速度信号の2次元平面
に、同様にT波成分のプロットを行ったものである(第
5図(C)及び第5図(d)参照)。この場合、VFプ
ロットと同様な曲線が1!?られ、正常例と異常例の波
形の違いを区別して表示する点ではVFブロツ!〜と同
様な特徴を持つが、式(9)には2つの微分と2つの2
乗および平行根FA算がふくまれており、演算mが多く
なる欠点がある。
これらの点から本発明においては、前記VFプロット手
法を心電図波形、特にT波の形状の特徴を明瞭に抽出す
る波形解析法として採用するものである。
(実施例) 次に、本発明の実施例を第6図及び第7図に従って説明
する。
第6図は第1の実施例の構成を示すものであって前記発
明の作用欄で示したVFプロットをXYプロッタ等に描
かせるための演算及び表示系統ブロック図Cある。
同図に示すように計測器(心電計)1から出力されたア
ナログ系の心電図信号をAD変換器2に入力し、へ〇変
換器2で心電図信号を離散信号列x(i)にAD変換し
たあと同信号列X(i)をメモリ3に記憶させる。次に
、離散信号列x(i)から解析対象波形部分を切り出し
、FFT演粋器(高速ノーリエ演算器)4によりそのフ
ーリエ変1!Nl’i X (k )を求め、同フーリ
エ変換値X (k)をメモリ5に記憶させる。
次に、メモリ5に記憶されたフーリエ変換値X(k)を
演算器6に読み取らU、演算?!A6でフーリエ変換値
X (k)のうち負周波数成分を除去し、正周波数成分
を2倍にする演算をざぜ、その演口値X (k)をメモ
リ7に記憶させる。逆FFT演算器8は上記メモリ7に
記憶された演tKlil′1X(k)を入力して逆フー
リエ変換を行い、その逆フーリエ変換値文(i)をメモ
リ9に記憶さぼる。
そのあと、前記式(7)に基づいた逆正接関数演nを逆
正接関数演算器10で行わせることにより位相信号θ(
i)を得て、その位相信号0(1)をメモリ11に記憶
させる。次に差分器12で位相信号θ(i)の差分を演
算させることによって瞬時周波数信号f (i)を得て
、その信号をメモリ13に記憶させる。
メモリ13に記憶された瞬時周波数信号f(i)は、X
Yプロッタ14及び心電計1の出力情報を解析演わさせ
るためのディジタルコンピュータ15へのYデータとし
てそれぞれに出力される一方、XYプロッタ14とディ
ジタルコンピュータ15へのXデータは前記メモリ3か
ら読み出され、XYブ0ツタ14でVFプロットを描か
せ、さらにディジタルコンピュータ15によってVFプ
ロットに現れるループで囲まれた面積を求め、心電図T
波成分の特Ij5!ffiを出力させる。
次に、第2の実施例を第7図に従って説明する。
この実施例の場合は解析信号を算出する手段としてディ
ジタルフィルタ21を用いたもので次に示ず式(10)
に基づき、ディジタルフィルタ21は前記第1の実施例
と同じ八り変換器2から出力された離散信号列x(i)
を入力し、ヒルベルト変換対交(1)を出力する。
x(i)=  Σ X(iJ )・h(り)    (
10)ρ=−m 上記式(10)は、前記式(2)の離散化表現になって
いる。なお、上記ディジタルフィルタ21の次数は信号
の帯域に応じて決定する。
本実施例においては、ディジタルフィルタ21からヒル
ベルト変換対52(i)が出力されたあとの処理は前記
第1の実施例と同様である。ただしディジタルフィルタ
21の出りはフィルタの次数側のリンブリング時間だけ
遅れるため、XYプロッタ14に入力する離散信号列x
(i)をフィルタの次数側だけ遅延させる必要が有るこ
とからシフトレジスタ22を用いている。この第2の実
施例においては、全ての演算が1サンプル峙間内に実行
することができればリアルタイムでVF7Dッ1−を描
くことができる。
(発明の効末) 以上のように本発明に依れば心電図波形を電圧対瞬時周
波数曲線に変換させ、そのループで囲まれた面積により
心電図波形の特徴を明瞭に解析することができるため、
心臓の状態を確実に診断することができるという効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は標準的な心電波形図、第2図(a)は心臓状態
の正常な心電図列を示した心電波形図、第2図(b)は
第2図(a)の心電波形図から得られた瞬時周波数波形
図、第2図(C)は第2図(a)及び第2図(b)から
得られたVFプロット図、第3図(a)は心臓状態の異
常な心電図列を示した心電波形図、第3図(b)は第3
図(a)の心電波形図から得られた瞬時周波数波形図、
第3図(c)は第3図(a)及び第3図(b)から得ら
れたVFプロット図、第4図(a)は第2図(a)の心
電波形図に基づいた1回微分信号波形図、第4図(b)
は第2図(a)の心電波形図に基づいた2回微分信号波
形図、第4図(C)は第4図(a)の波形に基づいてプ
ロ ッ1〜しだ心電電圧対応の1回微分信母プロット図、第
4図(d)は第4図(b)の波形に基づいてブ[1ツト
した心電電圧対応の2回微分信号ブロツ1−図、第4図
(e)は第3図(a)の心電波形図に基づいた1回微分
信号波形図、第4図(f)は第3図(a)の心電波形図
に基づいた2回微分信号波形図、第4図(G)は第4図
(e)の波形に基づいてプロットした心電電圧対応の1
回微分信号プロット図、第4図(H)は第4図(f)の
波形に基づいてプロットした心電電圧対応の2回微分信
号プロット図、第5図(a)は第2図(a)の心電波形
図に基づいた軌跡速度波形図、第5図(b)は第3図(
a)の心電波形図に基づいた軌跡速度波形図、第5図(
C)は第5図(a)の波形に基づいてプロットした心電
電圧対応の軌跡速度プロット図、第5図(d)は第5図
(b)の波形に基づいてプロットした心電電圧対応の軌
跡速度プロット図、第6図は第1の実施例の構成を示し
た演わ表示系統ブロック図、第7図は第2の実施例の構
成を示した演算表示系統ブロック図である。 1・・・計測器(心電計) 2・・・AD変換器 3・・・メモリ 4・・・FFT演算器 5・・・メモリ 6・・・演算器 7・・・メモリ 8・・・逆FFT演算器 9・・・メモリ 10・・・逆正接関数演算器 11・・・メモリ 12・・・差分器 13・・・メモリ 14・・・XYプロッタ 15・・・ディジタルコンピュータ 21・・・ディジタルフィルタ 22・・・シフトレジスタ 崎   闇 第3図(a) V!   聞 第3 図 (b) 電 L @ 3 図 (C) 時  闇 第4図(a) 第4図(C) 8侍         1’5 第4t′6(b) 第4図(d) B=?    間 第 4 図 (e) 第4図(G) B今    閣 第4 図 (f) 第4 図 (H) 哨   −Jj 第5図(a) 時   閏 第5図(b) 第5図(C) 第5図(d)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)心電計から出力された心電信号を入力して同信号
    を離散数値列に変換したうえ離散数値列信号を出力する
    AD変換手段と、前記AD変換手段から出力された離散
    数値列信号に基づき所要の解析信号を演算して出力する
    解析信号出力手段と、前記解析信号出力手段から出力さ
    れた解析信号に基づき心電図波形の瞬時周波数を演算し
    、瞬時周波数対応信号を出力する瞬時周波数演算手段と
    、前記瞬時周波数演算手段から出力された瞬時周波数対
    応信号と前記AD変換手段から出力された前記離散数値
    列信号とを入力して横軸に離散数値列対応の電圧をとり
    縦軸に瞬時周波数をとってXYプロットさせることによ
    り電圧対瞬時周波数曲線を作成させる図形表示手段とを
    備えることを特徴とする心電図波形解析装置。
  2. (2)心電計から出力された心電信号を入力して同信号
    を離散数値列に変換したうえ離散数値列信号を出力する
    AD変換手段と、前記AD変換手段から出力された離散
    数値列信号から心電図のT波成分を選択し、選択された
    T波成分信号に基づき解析信号を出力する解析信号出力
    手段と、前記解析信号出力手段から出力されたT波成分
    対応の解析信号に基づき心電図波形の瞬時周波数を演算
    して瞬時周波数対応信号を出力する瞬時周波数演算手段
    と、前記瞬時周波数演算手段から出力された瞬時周波数
    対応信号と前記AD変換手段から出力された前記離散数
    値列信号とを入力し、横軸に離散数値列対応の電圧をと
    り縦軸に瞬時周波数をとってXYプロットさせることに
    より心電図T波成分の電圧対瞬時周波数曲線を作成させ
    る図形表示手段と、前記図形表示手段によりプロットさ
    れた心電図T波成分の前記電圧対瞬時周波数曲線から心
    電図T波成分の特徴を解析し、その解析結果に対応した
    信号を出力する心電図解析手段とを備えることを特徴と
    する心電図波形解析装置。
JP62038675A 1987-02-20 1987-02-20 心電図波形解析装置 Granted JPS63203133A (ja)

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