JPS63311936A - 生体信号検出装置および方法 - Google Patents
生体信号検出装置および方法Info
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- JPS63311936A JPS63311936A JP62315763A JP31576387A JPS63311936A JP S63311936 A JPS63311936 A JP S63311936A JP 62315763 A JP62315763 A JP 62315763A JP 31576387 A JP31576387 A JP 31576387A JP S63311936 A JPS63311936 A JP S63311936A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、生物医学の分野において用いられるモニタ装
置などに適用される検出装置に関し、特に、血圧測定時
或いは血液中の酸素飽和度を測定する際に用いられる複
数種類の生体信号の多重信号から各々の生体信号を検出
する生体信号検出装置に関するものである。
置などに適用される検出装置に関し、特に、血圧測定時
或いは血液中の酸素飽和度を測定する際に用いられる複
数種類の生体信号の多重信号から各々の生体信号を検出
する生体信号検出装置に関するものである。
従来技術
一般に、生物医学的な信号を監視する場合には、生体の
心臓の運動に密接に関連している信号が注目されている
。このような生体信号には、次の４つのような共通の特
性がある。
心臓の運動に密接に関連している信号が注目されている
。このような生体信号には、次の４つのような共通の特
性がある。
■３０Ｈｚよりも低い周波数で発生する傾向にある。
■概して非常に低いレベルの信号である。
■高いレベルの周波数の周辺ノイズを伴って発生するこ
とが多い。
とが多い。
■概して動きに関連して発生するアーティファクト（モ
ーションアーティファクト）に対して敏感に反応する。
ーションアーティファクト）に対して敏感に反応する。
近年、生物医学分野のモニタ装置の発達過程において、
上記４つの特性を有する複数種類の信号波形のサンプリ
ング波形（パルス振幅信号）が経時的に重ねられた多重
信号を読み込み且つ処理することが望まれてきている。
上記４つの特性を有する複数種類の信号波形のサンプリ
ング波形（パルス振幅信号）が経時的に重ねられた多重
信号を読み込み且つ処理することが望まれてきている。
かかる多重信号が測定時に用いられる装置としては、た
とえば、米国特許第４，２６９，１２３号（Ｅｃｋｅｒ
ｌｅ）および米国特許第４．４２３，７３８号（Ｎｅｗ
ｇａｒｄ）にそれぞれ記載されているような、血圧を連
続的にモニタするために経時的な複数種類の圧力信号波
形を処理する形式の非観血的な血圧モニタ装置や、米国
特許第４．４０７．２９０号（Ｗｉｌｂｅｒ）に記載さ
れているような、生体の末梢部において互いに異なる波
長を有する光を透過させることにより得られた複数種類
の脈波信号を処理して生体の動脈内血液中の酸素飽和度
を決定 ゛する光学オキシメータなどが挙げられ
る。
とえば、米国特許第４，２６９，１２３号（Ｅｃｋｅｒ
ｌｅ）および米国特許第４．４２３，７３８号（Ｎｅｗ
ｇａｒｄ）にそれぞれ記載されているような、血圧を連
続的にモニタするために経時的な複数種類の圧力信号波
形を処理する形式の非観血的な血圧モニタ装置や、米国
特許第４．４０７．２９０号（Ｗｉｌｂｅｒ）に記載さ
れているような、生体の末梢部において互いに異なる波
長を有する光を透過させることにより得られた複数種類
の脈波信号を処理して生体の動脈内血液中の酸素飽和度
を決定 ゛する光学オキシメータなどが挙げられ
る。
上記のような血圧モニタ装置およびオキシメータにおい
ては、生体から発生する生体信号には、生体の心拍に同
期して発生し２０Ｈｚ程度の高調波をしばしば含む振動
波形（脈波）が含まれている。
ては、生体から発生する生体信号には、生体の心拍に同
期して発生し２０Ｈｚ程度の高調波をしばしば含む振動
波形（脈波）が含まれている。
このような信号中の脈波成分は、モニタ装置の種類によ
っては、モニタの対象となるか或いはならない非脈動成
分の上に重なって発生するものである。したがって、前
記生体信号がかなり高いレベルで連続的に読み込まれる
状態であれば、従来がら周知の技術を用いてモニタする
ことができる。
っては、モニタの対象となるか或いはならない非脈動成
分の上に重なって発生するものである。したがって、前
記生体信号がかなり高いレベルで連続的に読み込まれる
状態であれば、従来がら周知の技術を用いてモニタする
ことができる。
しかしながら、ある種の装置においては読み込まれる信
号は断続的なものである。たとえば、光学オキシメータ
においては、互いに異なる波長の光を交互に発射する光
源から発生される波長毎の断続的パルス信号は共通の方
向へ多重発射されるものであるため、そのパルス信号は
共通の光センサにより受信された後、波長毎に分離され
且つ波長毎の連続した信号波形に再構成されねばならな
いのである。
号は断続的なものである。たとえば、光学オキシメータ
においては、互いに異なる波長の光を交互に発射する光
源から発生される波長毎の断続的パルス信号は共通の方
向へ多重発射されるものであるため、そのパルス信号は
共通の光センサにより受信された後、波長毎に分離され
且つ波長毎の連続した信号波形に再構成されねばならな
いのである。
発明が解決すべき問題点
以上のように信号の読込に基づいた形式の装置の殆どに
おいては、バンドパスフィルタを伴う良く知られたサン
プル・ホールド回路が設けられている。しかしながら、
かかるサンプル・ホールド回路を用いる場合には、サン
プリング期間内における最大若しくは最小振幅値がサン
プル値として記憶されるため、ノイズが混入したときに
は、そのノイズに影響された値がサンプリング周期の間
保持されてしまうので、ノイズの影響を大きく受けると
ともに、ノイズの周波数がサンプリング周波数と略同じ
となって後段のフィルタによる分離処理が困難となる場
合がある。すなわち、かかる従来のサンプル・ホールド
回路は高周波数のノイズに対して一層敏感となり、この
ようなノイズを装置内に侵入させてしまうことから、正
常な生体信号が乱されてしまい、また、低いレベルの生
体信号を読み込むのに充分な精度を得ることができない
という不都合があった。
おいては、バンドパスフィルタを伴う良く知られたサン
プル・ホールド回路が設けられている。しかしながら、
かかるサンプル・ホールド回路を用いる場合には、サン
プリング期間内における最大若しくは最小振幅値がサン
プル値として記憶されるため、ノイズが混入したときに
は、そのノイズに影響された値がサンプリング周期の間
保持されてしまうので、ノイズの影響を大きく受けると
ともに、ノイズの周波数がサンプリング周波数と略同じ
となって後段のフィルタによる分離処理が困難となる場
合がある。すなわち、かかる従来のサンプル・ホールド
回路は高周波数のノイズに対して一層敏感となり、この
ようなノイズを装置内に侵入させてしまうことから、正
常な生体信号が乱されてしまい、また、低いレベルの生
体信号を読み込むのに充分な精度を得ることができない
という不都合があった。
問題点を解決するための手段
本発明は、上述のような不都合を解消するために為され
たものであり、特に、非常に低いレベルの生体信号を高
い精度で検出することができ、しかも比較的高い周波数
のノイズに対しては影響され難い生体信号検出装置を提
供することを目的としている。
たものであり、特に、非常に低いレベルの生体信号を高
い精度で検出することができ、しかも比較的高い周波数
のノイズに対しては影響され難い生体信号検出装置を提
供することを目的としている。
かかる目的を達成するため、本発明の要旨とするところ
は、第１周波数の交流成分とその第１周波数よりも充分
に高い第２周波数の交流ノイズ信号とを含む生体信号か
らその交流ノイズ信号を除去して検出する検出装置であ
って、（ａ）複数種類の前記生体信号が所定の周期でサ
ンプリングされることにより各々得られた所定時間幅の
複数種類のパルス振幅信号が所定の順序で経時的に配列
された多重信号を発生させる多重信号発生手段と、（ｂ
ｌ前記多重信号に含まれる前記パルス振幅信号をその種
類毎に選択してパルス振幅信号を各々出力するデマルチ
プレクサ手段と、（Ｃ）前記所定時間幅の間に前記パル
ス振幅信号の各々の振幅値を所定の応答速度にてそれぞ
れ記憶し、且つ前記第２周波数を有する前記交流ノイズ
信号に対して反応しない複数の記憶回路を備え、この記
憶回路に記憶された振幅値に基づいて前記生体信号を連
続した信号波形で各々出力するノイズ除去検出回路と、
を含むことにある。
は、第１周波数の交流成分とその第１周波数よりも充分
に高い第２周波数の交流ノイズ信号とを含む生体信号か
らその交流ノイズ信号を除去して検出する検出装置であ
って、（ａ）複数種類の前記生体信号が所定の周期でサ
ンプリングされることにより各々得られた所定時間幅の
複数種類のパルス振幅信号が所定の順序で経時的に配列
された多重信号を発生させる多重信号発生手段と、（ｂ
ｌ前記多重信号に含まれる前記パルス振幅信号をその種
類毎に選択してパルス振幅信号を各々出力するデマルチ
プレクサ手段と、（Ｃ）前記所定時間幅の間に前記パル
ス振幅信号の各々の振幅値を所定の応答速度にてそれぞ
れ記憶し、且つ前記第２周波数を有する前記交流ノイズ
信号に対して反応しない複数の記憶回路を備え、この記
憶回路に記憶された振幅値に基づいて前記生体信号を連
続した信号波形で各々出力するノイズ除去検出回路と、
を含むことにある。
作用および発明の効果
このようにすれば、多重信号発生手段から発生された多
重信号に含まれるパルス振幅信号がデマルチプレクサ手
段によって種類毎に選択され且つ出力されて、ノイズ除
去検出回路において、第２周波数を有する交流ノイズ信
号に反応しない記憶回路にてそれらパルス振幅信号の各
振幅値が記憶されるとともに、その記憶回路に記憶され
た振幅値に基づいて生体信号が連続した信号波形でそれ
ぞれ出力されるのである。
重信号に含まれるパルス振幅信号がデマルチプレクサ手
段によって種類毎に選択され且つ出力されて、ノイズ除
去検出回路において、第２周波数を有する交流ノイズ信
号に反応しない記憶回路にてそれらパルス振幅信号の各
振幅値が記憶されるとともに、その記憶回路に記憶され
た振幅値に基づいて生体信号が連続した信号波形でそれ
ぞれ出力されるのである。
したがって、本発明によれば、ノイズ除去検出回路の記
憶回路において第２周波数を有する交流ノイズ信号が記
憶されないようになっているので、従来のサンプル・ホ
ールド回路を採用した型式の装置のようにノイズの影響
を大きく受けることが解消され、生体信号の検出精度が
大幅に向上するという効果が得られる。
憶回路において第２周波数を有する交流ノイズ信号が記
憶されないようになっているので、従来のサンプル・ホ
ールド回路を採用した型式の装置のようにノイズの影響
を大きく受けることが解消され、生体信号の検出精度が
大幅に向上するという効果が得られる。
本発明においては、好適には、上記複数種類の生体信号
を表す多重信号は、各記憶回路をそれぞれに制御する複
数個のスイッチを備えたノイズ除去検出回路によって分
離されるものである。また、それら種々のスイッチは、
スイッチ論理制御回路により互いに同期させられて、各
生体信号を表すパルス振幅に対応する時間すなわちパル
ス振幅信号のパルス幅に対応する時間内は閉状態となる
ように制御される。各生体信号の交流成分の振幅値は、
対応する各記憶回路においてパルス振幅信号毎に記憶さ
れるようになっている。これら記憶回路には、パルス振
幅信号の時間幅よりも充分に長くなるように設定された
時定数を有するＣＲ回路が設けられている。時定数がパ
ルス振幅信号の時間幅よりも長くなるように設定される
ことによって、比較的多くの時間幅内において現れる振
幅の変化が検出回路にて検出され得るとともに、サンプ
リング期間中に発生する比較的高い周波数のノイズ信号
が検出されることが防止されるのである。
を表す多重信号は、各記憶回路をそれぞれに制御する複
数個のスイッチを備えたノイズ除去検出回路によって分
離されるものである。また、それら種々のスイッチは、
スイッチ論理制御回路により互いに同期させられて、各
生体信号を表すパルス振幅に対応する時間すなわちパル
ス振幅信号のパルス幅に対応する時間内は閉状態となる
ように制御される。各生体信号の交流成分の振幅値は、
対応する各記憶回路においてパルス振幅信号毎に記憶さ
れるようになっている。これら記憶回路には、パルス振
幅信号の時間幅よりも充分に長くなるように設定された
時定数を有するＣＲ回路が設けられている。時定数がパ
ルス振幅信号の時間幅よりも長くなるように設定される
ことによって、比較的多くの時間幅内において現れる振
幅の変化が検出回路にて検出され得るとともに、サンプ
リング期間中に発生する比較的高い周波数のノイズ信号
が検出されることが防止されるのである。
したがって、本発明によれば、生体信号の振幅変化を正
確にモニタすることができると同時に、比較的高い周波
数のノイズの影響を受は難いという効果が得られる。
確にモニタすることができると同時に、比較的高い周波
数のノイズの影響を受は難いという効果が得られる。
実施例
以下に、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。
する。
第１図は、人体の心臓の作動に関連して発生する生体信
号の複数の脈波形を経時的に示す図である。各脈波形に
は、脈波を識別する目安となる心臓収縮時の最高ピーク
１０と、重拍ノツチ１２と、心臓拡張時の最低ピーク１
４が含まれている。非観血式モニタ装置においては、通
常、第１図に示すような複数の波形が読み込まれること
によりモニタが行われる。たとえば、米国特許第４，２
６９，１９３号（Ｅｃｋｅｒｌｅ）に記載されているよ
うな形式の非観血式血圧モニタ装置においては、複数の
圧力センサが設けられており、それら圧力センサから第
１図に示すような脈波形信号が出力されるようになって
いる。
号の複数の脈波形を経時的に示す図である。各脈波形に
は、脈波を識別する目安となる心臓収縮時の最高ピーク
１０と、重拍ノツチ１２と、心臓拡張時の最低ピーク１
４が含まれている。非観血式モニタ装置においては、通
常、第１図に示すような複数の波形が読み込まれること
によりモニタが行われる。たとえば、米国特許第４，２
６９，１９３号（Ｅｃｋｅｒｌｅ）に記載されているよ
うな形式の非観血式血圧モニタ装置においては、複数の
圧力センサが設けられており、それら圧力センサから第
１図に示すような脈波形信号が出力されるようになって
いる。
また、非観血式であって反射光を用いる反射式のオキシ
メータにおいては、光源から二種類の異なる波長にて交
互に光が放射された際に、血液などにより反射された光
量に対応した波長毎の脈波形信号を比較することにより
、血液中の酸素飽和度が決定されるようになっている。
メータにおいては、光源から二種類の異なる波長にて交
互に光が放射された際に、血液などにより反射された光
量に対応した波長毎の脈波形信号を比較することにより
、血液中の酸素飽和度が決定されるようになっている。
かかる脈波形は、各波長に対応する反射光からそれぞれ
検出されるものであり、第１図に示すものと類似の波形
である。そして、検出された脈波形の振幅比の経時的な
変化は、生体の組織中に含まれる血液の酸素飽和度と相
関させられる。
検出されるものであり、第１図に示すものと類似の波形
である。そして、検出された脈波形の振幅比の経時的な
変化は、生体の組織中に含まれる血液の酸素飽和度と相
関させられる。
ところで、前記第１図の脈波形には、交流電流（ＡＣ）
成分および直流電流（Ｄ Ｃ）成分が含まれている。第
２図には、第１図におけるＴ１〜Ｔ２間の時間内に発生
した脈波形が拡大して示されており、１６はこの脈波形
信号の交流成分１幅、また１８は脈波形信号の直流成分
振幅である。それら交流および直流成分の相対的な振幅
は、脈波形が検出された位置によって、および装置に採
用されているバイオセンサの型式によって変化するもの
である。たとえば、前記反射式のオキシメータにおいて
は、バイオセンサ（受光器）により検出された信号には
３■の直流成分と３ｍＶの交流成分とが含まれている。
成分および直流電流（Ｄ Ｃ）成分が含まれている。第
２図には、第１図におけるＴ１〜Ｔ２間の時間内に発生
した脈波形が拡大して示されており、１６はこの脈波形
信号の交流成分１幅、また１８は脈波形信号の直流成分
振幅である。それら交流および直流成分の相対的な振幅
は、脈波形が検出された位置によって、および装置に採
用されているバイオセンサの型式によって変化するもの
である。たとえば、前記反射式のオキシメータにおいて
は、バイオセンサ（受光器）により検出された信号には
３■の直流成分と３ｍＶの交流成分とが含まれている。
また、血圧モニタ装置においては、バイオセンサ（圧脈
波センサなど）により検出された信号の直流成分は３Ｖ
、交流成分は１■である。
波センサなど）により検出された信号の直流成分は３Ｖ
、交流成分は１■である。
第３図には、第２図に示す脈波形を読み込んでその交流
成分の振幅を検出するためのサンプリング周期が示され
ている。脈波形のサンプリング率は、サンプリングされ
た脈波形の数によって変化するものであるが、毎分２０
乃至１５０拍の周波数を有する生体信号を検出する場合
には約１０００Ｈｚ程度のサンプリング率が採用される
。殆どの検出回路においては、各サンプリング期間の長
さは１０乃至１００ｐａの間に設定されている。
成分の振幅を検出するためのサンプリング周期が示され
ている。脈波形のサンプリング率は、サンプリングされ
た脈波形の数によって変化するものであるが、毎分２０
乃至１５０拍の周波数を有する生体信号を検出する場合
には約１０００Ｈｚ程度のサンプリング率が採用される
。殆どの検出回路においては、各サンプリング期間の長
さは１０乃至１００ｐａの間に設定されている。
第４図には、第１図乃至第３図にそれぞれ示すような経
時的に発生する複数の脈波形信号をサンプリングするこ
とにより得られる一連のパルス、すなわち光学オキシメ
ータのバイオセンサにおいて検出される種類のパルス振
幅信号が示されている。たとえば、サンプリング期間Ｔ
３〜Ｔ４問およびＴ７〜Ｔ８間においてそれぞれ発生す
るパルス２０は、６６０ｎｍの第１波長を有する反射光
に対応するものであり、またＴ５〜Ｔ６問およびＴ９〜
ＴＩＯ間においてそれぞれ発生するパルス２０ａは８８
０ｎｍの第２波長を有する反射光に対応するものである
。ここで、第３図に示すＴ３〜Ｔ８間にて断続的に発生
する２つのパルス２０は隣接しており、脈波形の周波数
と比較してサンプリング率が高くなることから、脈波形
の交流成分はＴ３〜Ｔ８のサンプル・ホールド期間中に
おいては緩やかに変化する。しかしながら、このサンプ
リング期間中でも、たとえば、２〜３比乃至数服の範囲
内の比較的高い周波数を有する電気的ノイズが発生する
と、正常なパルス信号成分の検出が阻害されてしまうの
である。
時的に発生する複数の脈波形信号をサンプリングするこ
とにより得られる一連のパルス、すなわち光学オキシメ
ータのバイオセンサにおいて検出される種類のパルス振
幅信号が示されている。たとえば、サンプリング期間Ｔ
３〜Ｔ４問およびＴ７〜Ｔ８間においてそれぞれ発生す
るパルス２０は、６６０ｎｍの第１波長を有する反射光
に対応するものであり、またＴ５〜Ｔ６問およびＴ９〜
ＴＩＯ間においてそれぞれ発生するパルス２０ａは８８
０ｎｍの第２波長を有する反射光に対応するものである
。ここで、第３図に示すＴ３〜Ｔ８間にて断続的に発生
する２つのパルス２０は隣接しており、脈波形の周波数
と比較してサンプリング率が高くなることから、脈波形
の交流成分はＴ３〜Ｔ８のサンプル・ホールド期間中に
おいては緩やかに変化する。しかしながら、このサンプ
リング期間中でも、たとえば、２〜３比乃至数服の範囲
内の比較的高い周波数を有する電気的ノイズが発生する
と、正常なパルス信号成分の検出が阻害されてしまうの
である。
上記光学オキシメータのようなモニタ装置においては、
高輝度とするための変調により対象に照射する光の光源
のデユーティ比（ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ）は２％程度に
抑制される場合がある。この結果、連続するパルス振幅
信号間の時間間隔すなわちホールド期間は個々のパルス
振幅信号のパルス幅に比べて非常に長くなるのである。
高輝度とするための変調により対象に照射する光の光源
のデユーティ比（ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ）は２％程度に
抑制される場合がある。この結果、連続するパルス振幅
信号間の時間間隔すなわちホールド期間は個々のパルス
振幅信号のパルス幅に比べて非常に長くなるのである。
一方、前記血圧モニタ装置などの他の形式のモニタ装置
においては、隣り合うパルス間の時間間隔は非常に短く
される。
においては、隣り合うパルス間の時間間隔は非常に短く
される。
以上のような光学オキシメータおよび血圧モニタ装置の
いずれについても、以下に詳述する本発明の検出装置を
用いることにより、検出された生体信号から比較的高い
周波数のノイズを効果的に除去することができる。
いずれについても、以下に詳述する本発明の検出装置を
用いることにより、検出された生体信号から比較的高い
周波数のノイズを効果的に除去することができる。
また、第４図には、サンプリングされた個々のパルス振
幅信号に含まれる交流成分１６および直流成分１８がそ
れぞれ示されており、２２および２２ａはそれぞれ検出
回路にて検出されるべき直流成分、また２４．２４’お
よび２４ａ、２４ａ’はそれぞれ経時的に変化する交流
成分である。各パルス振幅信号中から交流成分を検出す
る際には、第４図中の波形２６．２６３のような比較的
高い周波数のノイズの影響により阻害されてしまうこと
が多い。かかる波形２６．２６３は、しばしば、正常な
パルス信号の交流成分よりも大きな振幅２８を有してい
る。
幅信号に含まれる交流成分１６および直流成分１８がそ
れぞれ示されており、２２および２２ａはそれぞれ検出
回路にて検出されるべき直流成分、また２４．２４’お
よび２４ａ、２４ａ’はそれぞれ経時的に変化する交流
成分である。各パルス振幅信号中から交流成分を検出す
る際には、第４図中の波形２６．２６３のような比較的
高い周波数のノイズの影響により阻害されてしまうこと
が多い。かかる波形２６．２６３は、しばしば、正常な
パルス信号の交流成分よりも大きな振幅２８を有してい
る。
因に、第５図に示すような従来の検出回路においては、
生体信号がサンプリングされて第３図および第４図に示
すものと同様の一連のパルス列が検出されるようになっ
ている。かかる検出回路において、複数のバイオセンサ
４０のサンプリング率は装置の態様によって変化するも
のであり、当業者にとって周知の制御回路によって制御
し得るのである。バイオセンサ４０からの各パルス振幅
信号を表すパルス列は、マルチプレクサ４２によって時
分割多重化された状態で出力される。この従来の検出回
路には、サンプル・ホールド回路４６が採用されて、一
連のパルス列の振幅を決定するようにされている。サン
プル・ホールド回路４６からの出力は、ローパスフィル
タ回路４８において処理されることにより、平滑化され
るとともに個々の信号波形に再構成される。そして、こ
の信号波形は、Ａ／Ｄコンバータ５０においてデジタル
データ信号に変換された後、マイクロプロセッサ５２に
よって処理されるとともに表示装置５４において表示さ
れるのである。
生体信号がサンプリングされて第３図および第４図に示
すものと同様の一連のパルス列が検出されるようになっ
ている。かかる検出回路において、複数のバイオセンサ
４０のサンプリング率は装置の態様によって変化するも
のであり、当業者にとって周知の制御回路によって制御
し得るのである。バイオセンサ４０からの各パルス振幅
信号を表すパルス列は、マルチプレクサ４２によって時
分割多重化された状態で出力される。この従来の検出回
路には、サンプル・ホールド回路４６が採用されて、一
連のパルス列の振幅を決定するようにされている。サン
プル・ホールド回路４６からの出力は、ローパスフィル
タ回路４８において処理されることにより、平滑化され
るとともに個々の信号波形に再構成される。そして、こ
の信号波形は、Ａ／Ｄコンバータ５０においてデジタル
データ信号に変換された後、マイクロプロセッサ５２に
よって処理されるとともに表示装置５４において表示さ
れるのである。
従来の殆どの検出回路においては、第５図ａに示す形式
のサンプル・ホールド回路４６が採用されているが、特
にこのような検出回路によっては、第４図に示すような
パルス振幅信号の各成分を正確に表示することは困難な
のである。すなわち、サンプル・ホールド回路４６には
、入力バッファ５６、スイッチ５８．出力バッファ６０
．および記憶素子６２が設けられており、パルス振幅信
号の検出期間中においては、スイッチ５８が閉状態とさ
れるとともに記憶素子６２において各パルス振幅信号の
振幅が記憶されるようになっている。
のサンプル・ホールド回路４６が採用されているが、特
にこのような検出回路によっては、第４図に示すような
パルス振幅信号の各成分を正確に表示することは困難な
のである。すなわち、サンプル・ホールド回路４６には
、入力バッファ５６、スイッチ５８．出力バッファ６０
．および記憶素子６２が設けられており、パルス振幅信
号の検出期間中においては、スイッチ５８が閉状態とさ
れるとともに記憶素子６２において各パルス振幅信号の
振幅が記憶されるようになっている。
入力および出カバソファ（増幅器）５６．６０および記
憶素子６２の各パラメータは、サンプル・ホールド回路
４６の信号の読込時間幅が信号のサンプリング周期より
もかなり短くなるように設定されている。すなわち、サ
ンプル・ホールド回路４６においては、通常１０乃至１
００ｐｓであるＴ３〜Ｔ４の短い期間内にて第４図に示
すパルス振幅信号が読み込まれるのである。ここで、サ
ンプル・ホールド回路４６は、非常に高いレベルの帯域
幅を備えていることから、サンプリング期間内に存在す
る比較的高い周波数のノイズをも検出してしまう。した
がって、たとえば第４図における高周波数ノイズである
波形２６がＴ４〜Ｔ７のパルス振幅信号間の時間間隔内
において信号成分とともに保持されるのである。このＴ
４〜Ｔ７のパルス振幅信号間の時間幅は比較的長いため
、高周波数ノイズの周波数がより低く変換されて正常な
パルス振幅信号の通過帯域内となり、正常なパルス振幅
信号の検出が阻害される場合がある。なお、高周波数ノ
イズは、サンプル・ホールド回路４６の前段階において
信号に重畳されているために除去不可能となっている。
憶素子６２の各パラメータは、サンプル・ホールド回路
４６の信号の読込時間幅が信号のサンプリング周期より
もかなり短くなるように設定されている。すなわち、サ
ンプル・ホールド回路４６においては、通常１０乃至１
００ｐｓであるＴ３〜Ｔ４の短い期間内にて第４図に示
すパルス振幅信号が読み込まれるのである。ここで、サ
ンプル・ホールド回路４６は、非常に高いレベルの帯域
幅を備えていることから、サンプリング期間内に存在す
る比較的高い周波数のノイズをも検出してしまう。した
がって、たとえば第４図における高周波数ノイズである
波形２６がＴ４〜Ｔ７のパルス振幅信号間の時間間隔内
において信号成分とともに保持されるのである。このＴ
４〜Ｔ７のパルス振幅信号間の時間幅は比較的長いため
、高周波数ノイズの周波数がより低く変換されて正常な
パルス振幅信号の通過帯域内となり、正常なパルス振幅
信号の検出が阻害される場合がある。なお、高周波数ノ
イズは、サンプル・ホールド回路４６の前段階において
信号に重畳されているために除去不可能となっている。
また、ローパスフィルタ回路４８は、信号を分割するの
ではなく複合させるものである。
ではなく複合させるものである。
上述のように、上記サンプル・ホールド回路４６は、非
常に高い精度が要求されるモニタ装置に用いられるのに
は適当とは言えないのである。たとえば、前記光学オキ
シメータにおいては、アルゴリズム中に発生するエラー
事項を許容される範囲内に維持するために、対象から反
射された光の強度を表す反射光信号の交流成分は、０．
００１％以下の誤差のみが許容されるような精度にて検
出される必要がある。しかしながら、従来のサンプル・
ホールド回路４６によっては、上記のように高い精度で
所望の信号を検出することは困難である。
常に高い精度が要求されるモニタ装置に用いられるのに
は適当とは言えないのである。たとえば、前記光学オキ
シメータにおいては、アルゴリズム中に発生するエラー
事項を許容される範囲内に維持するために、対象から反
射された光の強度を表す反射光信号の交流成分は、０．
００１％以下の誤差のみが許容されるような精度にて検
出される必要がある。しかしながら、従来のサンプル・
ホールド回路４６によっては、上記のように高い精度で
所望の信号を検出することは困難である。
これに対して、第６図に示す本実施例の検出装置におい
ては、従来の検出回路と略同様に構成されているが、サ
ンプル・ホールド回路４６がノイズ除去・検出回路７０
に置換されている点が異なる。このノイズ除去・検出回
路７０には、複数種類のパルス振幅信号が所定順序で配
列されて成るマルチプレクサ４２からの一連の多重信号
のタイミングサイクルに同期して作動するスイッチ制御
論理回路７２が設けられている。すなわち、スイッチ制
御論理回路７２によって、各アナログスイッチ７３は、
たとえば第４図のＴ３〜Ｔ４問およびＴ７〜Ｔ８間など
の、各生体信号に対応する各パルス振幅信号のサンプリ
ング期間中（パルス振幅信号のパルス幅内、すなわちノ
イズ除去・検出回路７０の検出時間幅内）には閉状態と
なるように制御されているのである。本実施例の検出装
置では、各パルス振幅信号の振幅値はレジスタ７４およ
びコンデンサ７６から構成される複数の記憶回路（ＣＲ
回路）にて記憶されるようになっている。これらレジス
タ７４およびコンデンサ７６の値は、１３〜１４間など
のパルス振幅信号が検出された時間幅すなわちパルス振
幅信号のパルス幅よりも大幅に大きい時定数を有するよ
うに設定されている。また、かかる記憶回路の後段には
、高入力インピーダンスを有する入力バッファ７８がそ
れぞれ設けられており、隣接するパルス振幅信号間の時
間幅内においてコンデンサ７６が放電することが阻止さ
れるようになっている。本実施例では、バイオセンサ４
０から供給された各信号毎に対応するように、スイッチ
にて選択可能な記憶回路がそれぞれ設けられているので
ある。
ては、従来の検出回路と略同様に構成されているが、サ
ンプル・ホールド回路４６がノイズ除去・検出回路７０
に置換されている点が異なる。このノイズ除去・検出回
路７０には、複数種類のパルス振幅信号が所定順序で配
列されて成るマルチプレクサ４２からの一連の多重信号
のタイミングサイクルに同期して作動するスイッチ制御
論理回路７２が設けられている。すなわち、スイッチ制
御論理回路７２によって、各アナログスイッチ７３は、
たとえば第４図のＴ３〜Ｔ４問およびＴ７〜Ｔ８間など
の、各生体信号に対応する各パルス振幅信号のサンプリ
ング期間中（パルス振幅信号のパルス幅内、すなわちノ
イズ除去・検出回路７０の検出時間幅内）には閉状態と
なるように制御されているのである。本実施例の検出装
置では、各パルス振幅信号の振幅値はレジスタ７４およ
びコンデンサ７６から構成される複数の記憶回路（ＣＲ
回路）にて記憶されるようになっている。これらレジス
タ７４およびコンデンサ７６の値は、１３〜１４間など
のパルス振幅信号が検出された時間幅すなわちパルス振
幅信号のパルス幅よりも大幅に大きい時定数を有するよ
うに設定されている。また、かかる記憶回路の後段には
、高入力インピーダンスを有する入力バッファ７８がそ
れぞれ設けられており、隣接するパルス振幅信号間の時
間幅内においてコンデンサ７６が放電することが阻止さ
れるようになっている。本実施例では、バイオセンサ４
０から供給された各信号毎に対応するように、スイッチ
にて選択可能な記憶回路がそれぞれ設けられているので
ある。
本実施例の検出装置においては、非常に緩やかな比率で
生体信号が読み込まれ且つその読込期間中に効果的にフ
ィルタ処理されるのである。ノイズ除去・検出回路７０
内の個々のチャンネルは、たとえば１３〜１４間のパル
ス振幅信号のパルス幅に相当する時間内において信号を
好適に積算するとともに、その信号をたとえば１４〜１
１間に相当する隣り合うパルス２０間の時間幅内だけ保
持するようになっている。このパルス２０間の時間幅内
において保持された最後の信号値は、次のパルス振幅信
号の検出期間中に記憶される最初の値、すなわち第４図
中Ｔ７における信号値となる。
生体信号が読み込まれ且つその読込期間中に効果的にフ
ィルタ処理されるのである。ノイズ除去・検出回路７０
内の個々のチャンネルは、たとえば１３〜１４間のパル
ス振幅信号のパルス幅に相当する時間内において信号を
好適に積算するとともに、その信号をたとえば１４〜１
１間に相当する隣り合うパルス２０間の時間幅内だけ保
持するようになっている。このパルス２０間の時間幅内
において保持された最後の信号値は、次のパルス振幅信
号の検出期間中に記憶される最初の値、すなわち第４図
中Ｔ７における信号値となる。
複数のパルス振幅信号が通過した後、コンデンサ７６の
電圧は一種類のパルス振幅信号の振幅値にまで上昇する
。コンデンサ７６の電圧がその値まで一旦到達すると、
コンデンサ７６への充電は停止される。その後、コンデ
ンサ７６は、パルス振幅信号の振幅値が増加或いは減少
するのに対応して放電或いは充電されるようになってい
る。ここで、前記記憶回路のＲＣ時定数がパルス振幅信
号のパルス幅よりも大幅に長く設定されているため、ノ
イズ除去・検出回路７０の出力電圧はパルス振幅の緩や
かな変化にのみ追従して変化するのである。すなわち、
ノイズ除去・検出回路７０の電圧は、生体信号に対応す
る比較的低い範囲内の周波数を有するパルス振幅信号間
における振幅の変化にのみ対応して変化する。したがっ
て、ノイズ除去・検出回路７０においては第４図に示す
波形２６のような比較的高い周波数のノイズが検出され
ることがなく、正常な生体信号に伴ってバイオセンサ４
０により検出されてしまった比較的高周波数のノイズは
、パルス振幅信号のパルス幅に対応する時間幅すなわち
スイッチ５８の閉成期間中に好適に除去されるようにな
っている。たとえば、本実施例の検出装置が光学オキシ
メータにおいて適用された場合には、上記のノイズを除
去するための時定数に起因して、パルス振幅信号は約２
０パルス以上に相当する期間読み込まれることにより脈
波影信号が得られるのである。したがって、本実施例に
おいては、バイオセンサ４０およびマルチプレクサ４２
が多重信号発生手段として機能し、スイッチ制御論理回
路７２がデマルチプレクサ手段として機能する。
電圧は一種類のパルス振幅信号の振幅値にまで上昇する
。コンデンサ７６の電圧がその値まで一旦到達すると、
コンデンサ７６への充電は停止される。その後、コンデ
ンサ７６は、パルス振幅信号の振幅値が増加或いは減少
するのに対応して放電或いは充電されるようになってい
る。ここで、前記記憶回路のＲＣ時定数がパルス振幅信
号のパルス幅よりも大幅に長く設定されているため、ノ
イズ除去・検出回路７０の出力電圧はパルス振幅の緩や
かな変化にのみ追従して変化するのである。すなわち、
ノイズ除去・検出回路７０の電圧は、生体信号に対応す
る比較的低い範囲内の周波数を有するパルス振幅信号間
における振幅の変化にのみ対応して変化する。したがっ
て、ノイズ除去・検出回路７０においては第４図に示す
波形２６のような比較的高い周波数のノイズが検出され
ることがなく、正常な生体信号に伴ってバイオセンサ４
０により検出されてしまった比較的高周波数のノイズは
、パルス振幅信号のパルス幅に対応する時間幅すなわち
スイッチ５８の閉成期間中に好適に除去されるようにな
っている。たとえば、本実施例の検出装置が光学オキシ
メータにおいて適用された場合には、上記のノイズを除
去するための時定数に起因して、パルス振幅信号は約２
０パルス以上に相当する期間読み込まれることにより脈
波影信号が得られるのである。したがって、本実施例に
おいては、バイオセンサ４０およびマルチプレクサ４２
が多重信号発生手段として機能し、スイッチ制御論理回
路７２がデマルチプレクサ手段として機能する。
ノイズ除去・検出回路７０内の各チャンネルに設けられ
たアナログスイッチ′７３は、サンプリングされたパル
ス振幅信号のデユーティ比に対応する割合で閉状態とさ
れるので、ノイズ除去・検出回路７０は多重化された信
号についても用いることができるのである。また、前記
記憶回路はアナログスイッチ７３が閉じられている間だ
け作動するようになっているため、ノイズ除去・検出回
路７０の遮断（ｃｕｔ ｏｆｆ）周波数Ｆ ｃｏは、通
常Ｆｃｏ＝１／２ＲＣ であるが、本実施例では上式を Ｆｃｏ＝（アナログスイッチ７３のデユーティ比）ＲＣ と置換することができる。
たアナログスイッチ′７３は、サンプリングされたパル
ス振幅信号のデユーティ比に対応する割合で閉状態とさ
れるので、ノイズ除去・検出回路７０は多重化された信
号についても用いることができるのである。また、前記
記憶回路はアナログスイッチ７３が閉じられている間だ
け作動するようになっているため、ノイズ除去・検出回
路７０の遮断（ｃｕｔ ｏｆｆ）周波数Ｆ ｃｏは、通
常Ｆｃｏ＝１／２ＲＣ であるが、本実施例では上式を Ｆｃｏ＝（アナログスイッチ７３のデユーティ比）ＲＣ と置換することができる。
また、本発明の他の態様においては、記憶回路は約５ｍ
ｓの時定数を備えて約１０μｓのパルス幅を有するパル
ス振幅信号を読み込むものである。また、他の時定数が
用いられても差支えないが、本発明のノイズ除去特性を
得るためには、ノイズ除去・検出回路７０の記憶回路の
時定数は生体信号のサンプリング期間よりも充分に長く
されなければならない。
ｓの時定数を備えて約１０μｓのパルス幅を有するパル
ス振幅信号を読み込むものである。また、他の時定数が
用いられても差支えないが、本発明のノイズ除去特性を
得るためには、ノイズ除去・検出回路７０の記憶回路の
時定数は生体信号のサンプリング期間よりも充分に長く
されなければならない。
また、前述の第６図の実施例では、複数のバイオセンサ
４０とマルチプレクサ４２によって多重信号が発生させ
られていたが、たとえば、オキシメータにおいて、順次
点灯される互いに異なる波長の光を発射する複数のＬＥ
Ｄと、その光の反射光を検出する共通の光センサとから
多重信号が発生させられても良い。
４０とマルチプレクサ４２によって多重信号が発生させ
られていたが、たとえば、オキシメータにおいて、順次
点灯される互いに異なる波長の光を発射する複数のＬＥ
Ｄと、その光の反射光を検出する共通の光センサとから
多重信号が発生させられても良い。
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、本発明はその精神を逸脱しない範囲において種々変更
が加えられ得るものである。
、本発明はその精神を逸脱しない範囲において種々変更
が加えられ得るものである。
第１図は人体の心臓から発生する一般的な脈波形を示す
グラフである。第２図は第１図の脈波形を時間を拡大し
て示すグラフである。第３図は第２図に示す一連のパル
ス振幅を得るための複数のサンプリング周期を経時的に
表す図である。第４図は第３図に示すように複数種類の
生体信号の振幅をサンプリングすることにより得られる
経時的な一連のパルス振幅信号列を表すグラフである。 第５図は従来の検出回路の構成を示すブロック線図であ
る。第５図ａは第５図のサンプル・ホールド回路の構成
を示す概略図である。第６図は本発明の一実施例である
検出装置の回路構成を示すブロック線図である。 ７０：ノイズ除去・検出回路 ７２：スイッチ論理制御回路（デマルチプレクサ手段） 出願人 コーリン電子株式会社 蛸 城 第５図
グラフである。第２図は第１図の脈波形を時間を拡大し
て示すグラフである。第３図は第２図に示す一連のパル
ス振幅を得るための複数のサンプリング周期を経時的に
表す図である。第４図は第３図に示すように複数種類の
生体信号の振幅をサンプリングすることにより得られる
経時的な一連のパルス振幅信号列を表すグラフである。 第５図は従来の検出回路の構成を示すブロック線図であ
る。第５図ａは第５図のサンプル・ホールド回路の構成
を示す概略図である。第６図は本発明の一実施例である
検出装置の回路構成を示すブロック線図である。 ７０：ノイズ除去・検出回路 ７２：スイッチ論理制御回路（デマルチプレクサ手段） 出願人 コーリン電子株式会社 蛸 城 第５図
Claims (10)
- （１）第１周波数の交流成分と該第１周波数よりも充分
に高い第２周波数の交流ノイズ信号とを含む生体信号か
ら該交流ノイズ信号を除去して検出する生体信号検出装
置であって、 複数種類の前記生体信号が所定の周期でサンプリングさ
れることにより各々得られた所定時間幅の複数種類のパ
ルス振幅信号が所定の順序で経時的に配列された多重信
号を発生させる多重信号発生手段と、 前記多重信号に含まれる前記パルス振幅信号をその種類
毎に選択してパルス振幅信号を各々出力するデマルチプ
レクサ手段と、 前記所定時間幅の間に前記パルス振幅信号の各々の振幅
値を所定の応答速度にてそれぞれ記憶し且つ前記第２周
波数を有する前記交流ノイズ信号に対して反応しない複
数の記憶回路を備え、該記憶回路に記憶された振幅値に
基づいて、前記生体信号を連続した信号波形で各々出力
するノイズ除去検出回路と、 を含むことを特徴とする生体信号検出装置。 - （２）前記生体信号の前記交流成分は、５０乃至１５０
Ｈｚの周波数を有するものである特許請求の範囲第１項
に記載の生体信号検出装置。 - （３）前記パルス振幅信号の前記所定時間幅は１０乃至
１００μｓである特許請求の範囲第２項に記載の生体信
号検出装置。 - （４）前記記憶回路は、前記パルス振幅信号が各々検出
される時間幅よりも大幅に長い時定数を有するＣＲ回路
を含むものである特許請求の範囲第３項に記載の生体信
号検出装置。 - （５）前記記憶回路は約５ｍｓ程度の時定数を有するも
のである特許請求の範囲第４項に記載の生体信号検出装
置。 - （６）第１周波数の交流成分と該第１周波数よりも充分
に高い第２周波数の交流ノイズ信号とを含む生体信号か
ら該交流ノイズ信号を除去して検出する生体信号検出方
法であって、 複数種類の前記生体信号が所定の周期でサンプリングさ
れることにより各々得られた所定時間幅の複数種類のパ
ルス振幅信号が所定の順序で経時的に配列された多重信
号を発生させる多重信号発生工程と、 前記多重信号に含まれる前記パルス振幅信号をその種類
毎に選択してパルス振幅信号を各々出力する工程と、 前記所定時間幅の間に前記パルス振幅信号の各々の振幅
値を所定の応答速度にてそれぞれ記憶し、且つ前記第２
周波数を有する前記交流ノイズ信号に対して反応しない
複数の記憶工程を備え、該記憶工程において記憶された
振幅値に基づいて、前記生体信号を連続した信号波形で
各々出力するノイズ除去検出工程と、 を含むことを特徴とする生体信号検出方法。 - （７）前記生体信号の前記交流成分は５０乃至１５０Ｈ
ｚの周波数を有するものである特許請求の範囲第６項に
記載の生体信号検出方法。 - （８）前記パルス振幅信号の前記所定時間幅は１０乃至
１００μｓである特許請求の範囲第７項に記載の生体信
号検出方法。 - （９）前記記憶工程は、前記パルス振幅信号が測定され
る時間よりも大幅に長い時定数を有するＣＲ回路から構
成される記憶回路において実行されるものである特許請
求の範囲第８項に記載の生体信号検出方法。 - （１０）前記記憶回路は約５ｍｓ程度の時定数を有する
ものである特許請求の範囲第９項に記載の生体信号検出
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/062,781 US4899760A (en) | 1987-06-15 | 1987-06-15 | Noise rejecting detector for biomedical signals |
| US62,781 | 1987-06-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63311936A true JPS63311936A (ja) | 1988-12-20 |
Family
ID=22044761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62315763A Pending JPS63311936A (ja) | 1987-06-15 | 1987-12-14 | 生体信号検出装置および方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4899760A (ja) |
| JP (1) | JPS63311936A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009000424A (ja) * | 2007-06-25 | 2009-01-08 | Hitachi Medical Corp | 生体光計測装置 |
| JP2009112596A (ja) * | 2007-11-08 | 2009-05-28 | Aisin Seiki Co Ltd | 生体情報検出装置 |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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