JPS644328Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は心電図信号の区分点認識装置に関す
る。

心電図信号を自動認識して解析し判定を下すた
めの一般的な手法として第１図で示すように区分
点と称する心電図信号を構成するＰ，QRS，Ｔ
などの立ち上り時刻及び終端時刻を検出し、この
区分点により、各棘波の形状（時間幅，振幅）お
よび棘波時間間隔などを計測して心電図を自動診
断するためのパラメータとする手法が行われてい
る。従来、この区分点を認識する方法として、１
デイジタル信号に変換された心電図信号より、各
時系列値に関する一次微係数を求め、それが最大
変化した時刻を区分点として認識する方法、２デ
イジタ信号に変換された心電図信号に対し、帯域
通過型のデイジタルフイルタリング処理を行い、
区分点を認識する方法などが利用されている。

一般的に心電図信号は、筋電図，ハムなど高周
波雑音が含まれているが、１の方法は、このよう
な高周波雑音による影響を受け易く、区分点を誤
認識する可能性が大きかつた。従つてＰ波のよう
な振幅の小さい棘波に雑音が重畳した場合に棘波
の認識が不可能となつたり、QRS波の立ち上り
や終端が雑音の影響を受けて、真の波形より幅が
広く認識されてしまうことにより、心電図各棘波
の区分点認識精度をおとしていた。また２の方法
は、各棘波を弁別するために、異なつた周波数特
性を持つデイジタルフイルタ構成が必要であつ
た。さらに、このフイルタリングの係数が一般に
簡単な整数値ではないため処理には、乗除算処理
を行わなければならず、従つて、データの精度が
必要となり、多くの計算時間を要し、計算機の記
憶装置も、大容量のものが必要とされるという欠
点を持つていた。

本考案の目的は、従来の心電図区分点認識方式
と比較して、方式が単純で、高速かつ、高精度
に、区分点認識ができ、しかも、１種類のフイル
タのみで心電図信号を構成する複数の棘波の区分
点認識を行う装置を提供することである。

本考案によれば、処理対象心電図信号に平滑化
処理を加える手段と、２次微分フイルタリング処
理を加える手段と、２次微分フイルタリング出力
信号において、極値を示す時刻を検出する手段
と、２次微分フイルタリング出力信号が極値を示
す時刻より、心電図原信号を構成する棘波の立上
り時刻および終端時刻を検出する手段とから構成
される心電図区分点認識装置が得られる。

本考案の原理を説明すると、まず処理対象心電
図のデイジタル化された信号に対し、５点移動平
均操作を加える。本操作は、信号を平滑化するこ
とと等価で、原信号に含まれる高周波雑音を、除
去する効果を持つている。次に、平滑化された信
号に対し、２次微分操作を加える。２次微分フイ
ルタリングの式を式(1)に示す。

Ｆ（x_k）＝１／100T²｛−２（x_k＋x_k） −２（x_k+1＋x_k-1） ＋０（x_k+2＋x_k-2） ＋０（x_k+3＋x_k-3） ＋１（x_k+4＋x_k-4） −２（x_k+5＋x_k-5） ＋１（x_k+6＋x_k-6） ……(1) ここで｛x_k｝は第２図に示す、サンプルされた
各時系列データである１／100T²はスケルフアクタ を示す。式(1)にて示した通り、本フイルタは、係
数が簡単な整数（０，１ないしは２）で表わされ
るため、加減算およびビツトシフト演算のみで処
理が可能であり、高速かつ、良好な２次微分特性
を実現する特長を有している。一般に本フイルタ
リング操作を入力信号に加えるとその出力信号の
ピークが原信号を構成している棘波群の立ち上り
時刻，終端時刻，ピーク生起時刻およびその近傍
を忠実に示すという特徴を有している。そこで平
滑化された心電図信号に本フイルタリング操作を
加えるとＰ，QRS，Ｔ波など心電図原信号の各
棘波の立ち上り時刻、および終端時刻付近、すな
わち区分点の近傍、およびピーク生起時刻付近
に、フイルタリング出力信号の極値が存在する。
また、各棘波のピーク生起時刻近傍に存在する２
次微分フイルタリング出力信号の極値は同じ棘波
の区分点近傍に相当するフイルタリング出力信号
の極値よりも大きいという性質を有している。そ
こで心電図信号における各棘波における各棘波に
関して、その棘波が出現する時間として、一定時
間間隔T₀を設定し、その時間内にある２次微分
フイルタリング出力のうち最大極値を示す時刻を
検知する。次に、最大極値を示した時刻にさかの
ぼつてさらに極値を検出するとこの時刻は棘波の
立上り時刻近傍に相当する。もし、最大極値を示
した時刻より後に極値を検出した場合、その時刻
は棘波の終端時刻の近傍に相当する。この極値を
示す時刻よりさらに原信号において、(2)の条件を
満たすような振幅値d_tをとる、時刻ｔを検出す
る。

d_t−Ｐ≧A₀ ……(2) ここでＰは、２次微分フイルタ出力信号におい
て極値をとる時刻に相当する棘波の振幅値を示
し、d_tは各棘波の任意の時刻における振幅値であ
る。つまり、各棘波において、２次微分フイルタ
出力の極値を示す時刻を起点として、ある時間だ
けさかのぼつて、あるいは後に存在する振幅値
と、極値を示す時刻に相当する原信号の振幅値と
の差がある閾値（A_Q）以上を示したとき、その
ときの振幅値d_tを示す時刻ｔを区分点と見倣す。
一つの棘波の区分点認識が終了したとき、その棘
波と隣接する他の棘波群についても上記の操作を
繰り返し行うことにより心電図を構成する棘波群
の各区分点の認識が可能となる。

上に述べた原理に基づき本考案の実施例の図面
を参照して本考案を詳細に説明する。第３図が具
体的構成の一例である。図で１は平滑化装置であ
り、デイジタル化された心電図信号に平滑化操作
を加える。２は２次微分フイルタであり、デイジ
タル信号に２次微分操作をおこなう。３はピーク
検出装置であり、ピークを検出し、ピーク生起時
刻にトリガパルスを発生する。４，５は信号遅延
装置であり、ある一定時間だけ、原信号の出力を
遅延させる。６は電圧保持装置であり、ピーク検
出装置３によつて出力されたトリガパルス発生時
刻に相当する入力信号の電圧値をホールドする。
７は減算装置であり、入力信号の差分を求める。
８は絶対値演算装置であり、入力信号の絶対値を
求める。９は信号比較保持装置であり、入力信号
と基準信号を比較し、その差がある条件を満たす
場合信号遅延時間をホールドする装置である。１
０は比較用基準電圧信号を示す。

次に動作について以下に述べる。処理対象心電
図信号は平滑化装置１において平滑化され、２次
微分フイルタ２において２次微分操作が行われ
る。２次微分された信号は、ピーク検出装置３に
おいてピーク検出が行われる。遅延装置４からの
出力信号について、ピーク検出時刻に相当する時
刻の電圧値を電圧保持装置６においてホールドす
る。減算器７ではホールドされた電圧値と遅延装
置５によつて遅延され、平滑化された原信号の差
をとり、絶対値演算装置８によつてその絶対値を
とる。次に基準電圧値１０と絶対値演算装置から
の出力電圧値を信号比較保持装置９において比較
し、基準電圧値より大きい場合、遅延装置５で設
定された信号遅延時間をホールドし、これが各棘
波の立ち上り時刻ないしは終端時刻、すなわち区
分点を示す。

本考案を適用し、区分点認識を行つた例を第４
図ａ，ｂに示す。第４図ａ，ｂにおいて上が平滑
化された心電図信号であり、下に区分点を示すマ
ーカを付加した結果を示す。

以上本考案に依ると、従来の方式に比べて次の
ような効果が得られる。(1)従来の区分点認識方式
に比べ、単純な構成で、高精度な認識が可能であ
る。(2)本方式に採用した２次微分フイルタは、微
小レベル信号に対しても鋭敏に検知するため、微
小Ｐ波などに対しても良好な区分点認識が可能で
ある。(3)本方式にて採用した２次微分フイルタ
は、良好な低域特性を持つため、雑音の重畳した
心電図信号に対しても良好な区分点認識を実現し
ている。(4)本方式は、単純な構成であることか
ら、リアルタイム区分点認識などの高速データ処
理が可能である。(5)本方式は、心電図の各棘波
を、共通の方式で認識できることより、全体の構
成が単純になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、心電信号の一例を示す図、第２図は
サンプルされた各時系列データを示す図、第３図
は本考案の一実施例を示す図、第４図ａ，ｂは区
別点認識処理を行つた例を示す図。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 処理対象心電図信号に平滑化処理を加える手段
   と、平滑化された信号に２次微分フイルタリング
   処理を加える手段と、２次微分フイルタリング出
   力信号において極値を示す時刻を検出する手段
   と、２次微分フイルタリング出力信号が極値を示
   す時刻より、心電図原信号を構成する棘波の立上
   り時刻および終端時刻を検出する手段とから構成
   されることを特徴とする心電図区分点認識装置。