WO2022215190A1 - 心拍検出方法および心拍検出装置 - Google Patents
心拍検出方法および心拍検出装置 Download PDFInfo
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- A61B5/352—Detecting R peaks, e.g. for synchronising diagnostic apparatus; Estimating R-R interval
Definitions
- the present invention relates to a heartbeat detection method and a heartbeat detection device for detecting heartbeats (R waves) from an electrocardiogram waveform.
- the ECG (Electrocardiogram) waveform is an observation of the electrical activity of the heart and consists of a continuous heartbeat waveform.
- One heartbeat waveform consists of components such as P wave, Q wave, R wave, S wave, T wave, etc., which reflect the activity of the atria and ventricles.
- the R wave accompanies the contraction of the ventricle and has a large amplitude. Therefore, detection of the heartbeat is often performed based on the peak derived from the R wave.
- Patent Document 1 As a conventional heartbeat detection method, there is a method disclosed in Patent Document 1.
- the method disclosed in Patent Document 1 uses an index value that focuses on the relationship between the peak of the time difference value of the ECG waveform and the value in a certain time region before and after the peak, and uses a determination logic based on a threshold. to detect the R wave.
- This method has the advantage that it is possible to give sensitivity not only to the amplitude of the ECG waveform but also to the shape (time width), and it is less likely to mistakenly recognize the T wave, which is wider than the R wave, as the R wave.
- the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a heartbeat detection method and a heartbeat detection device that do not erroneously recognize peaks with too short time widths as heartbeats.
- a heartbeat detection method of the present invention comprises a first step of calculating an index value from a sampled data string of an electrocardiogram waveform of a living body at each sampling time, a second step of inputting the index value into a FIFO buffer, and the FIFO buffer. a first index value stored in a first position of the FIFO buffer, and a second index value stored in a second position of the FIFO buffer whose sampling time is earlier than the first index value by a predetermined time. and a third step of setting the sampling time of the first index value to the heartbeat time when at least two of the index values of the above exceed a threshold value.
- the heartbeat detection apparatus of the present invention comprises an index value calculation unit configured to calculate an index value from a sampled data string of an electrocardiogram waveform of a living body at each sampling time, and configured to receive the index value as an input. a first said index value stored in a first location of said FIFO buffer; and a first said index value stored in a second location of said FIFO buffer prior to a sampling time. and a heartbeat time determination unit configured to determine the sampling time of the first index value as the heartbeat time when at least two of the second index values in the past for a predetermined time exceed the threshold value. It is characterized by
- index value peaks with too short time widths can be excluded, and heartbeats can be accurately detected.
- FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the heartbeat detection device according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a flow chart illustrating the heartbeat detection method according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a diagram showing an example of time-series data of index values.
- FIG. 4 is a diagram showing another example of time-series data of index values.
- FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a heartbeat detection device according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is a flowchart illustrating a heartbeat detection method according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 7 is a diagram showing an example of time-series data of index values.
- FIG. 8 is a diagram showing another example of time-series data of index values.
- FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of a computer that implements the heartbeat detection device according to the first and second embodiments of the present invention.
- FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a heartbeat detection apparatus according to the first embodiment of the present invention
- FIG. 2 is a flow chart for explaining the heartbeat detection method according to the first embodiment of the present invention.
- the heartbeat detection apparatus includes an electrocardiograph 1 for outputting an ECG waveform sampling data string, a storage unit 2 for storing an ECG waveform sampling data string and sampling time information, and sampling data from the ECG waveform sampling data string.
- a positive/negative inversion value calculation unit 3 that calculates the positive/negative inversion value of the time difference for each sampling time, and a positive/negative inversion value in a certain time range before the sampling time to be processed and a certain value after the sampling time to be processed.
- a maximum value detection unit 4 that detects the maximum value of the positive/negative reversed values in the time range at each sampling time, and an index that calculates an index value obtained by subtracting the maximum value from the positive/negative reversed value at the sampling time to be processed at each sampling time.
- a value calculation unit 5 an index value storage unit 6 to which the index value calculated by the index value calculation unit 5 is input;
- the first index value when at least two of the index value and the second index value stored in the second location, which is a predetermined time past the sampling time of the first index value, exceed the threshold.
- heartbeat time determination unit 7 for determining the heartbeat time at the sampling time of the heartbeat.
- the maximum value detection unit 4 includes a FIFO buffer (First In, First Out) 40 to which the time difference positive/negative inversion value calculated by the positive/negative inversion value calculation unit 3 is input, and a FIFO buffer to which the output value of the FIFO buffer 40 is input. 41, a FIFO buffer 42 to which the output value of the FIFO buffer 41 is input, and sampling the maximum value of the positive/negative inverted value of the time difference stored in the FIFO buffer 40 and the inverted positive/negative value of the time difference stored in the FIFO buffer 42. It is composed of a detection processing unit 43 that detects each time.
- a detection processing unit 43 that detects each time.
- the index value calculation unit 5 detects the maximum value detected by the maximum value detection unit 4 from the FIFO buffer 50 to which the time difference positive/negative inversion value calculated by the positive/negative value calculation unit 3 is input, and the output value of the FIFO buffer 50. and a subtraction processing unit 51 that calculates an index value obtained by subtracting , at each sampling time.
- the index value storage unit 6 is composed of a FIFO buffer 60 to which the index value calculated by the subtraction processing unit 51 is input.
- the heartbeat detection method of this embodiment will be described below.
- the procedure from detecting one heartbeat to obtaining the heartbeat time will be described.
- Time-series data of heartbeat times is obtained by repeating such calculation of heartbeat times over the period of the ECG waveform data.
- D(i) is the data string obtained by sampling the ECG waveform.
- the electrocardiograph 1 measures an ECG waveform of a living body (human body) (not shown) and outputs a sampling data string D(i) of the ECG waveform. At this time, the electrocardiograph 1 adds sampling time information to each sampling data and outputs the data. Since the specific method of measuring the ECG waveform is a well-known technique, detailed description thereof will be omitted.
- the storage unit 2 stores the sampling data sequence D(i) of the ECG waveform output from the electrocardiograph 1 and the information on the sampling time.
- the positive/negative inversion value calculation unit 3 calculates the data D(i+1) after one sampling of the sampling data D(i) and the data D(i+1) one sampling before.
- Data D(i-1) are obtained from the storage unit 2 (step S1 in FIG. 2).
- the positive/negative inversion value calculator 3 calculates the time difference positive/negative inversion value Y(i) of the sampling data D(i) for each sampling time as shown in the following equation (step S2 in FIG. 2).
- Y(i) - ⁇ D(i+1)-D(i-1) ⁇ (1)
- the positive/negative inversion value calculation unit 3 inputs the calculated time difference positive/negative inversion value Y(i) to the FIFO buffer 50 at each sampling time (step S3 in FIG. 2).
- the input value is held in the FIFO buffer 50, and after a time corresponding to the size of the FIFO buffer 50 (the delay time from when the positive/negative time difference value is input to the FIFO buffer 50 until it is output), It will be used for subtraction processing.
- the positive/negative inversion value calculation unit 3 inputs the calculated time difference positive/negative inversion value Y(i) to the FIFO buffer 40 at each sampling time (step S4 in FIG. 2).
- the output of FIFO buffer 40 is input to FIFO buffer 41 (step S5 in FIG. 2), and the output of FIFO buffer 41 is input to FIFO buffer 42 (step S6 in FIG. 2).
- the FIFO buffers 40 to 42 are for obtaining the maximum value of the time difference positive/negative inversion value within a certain time range.
- the time interval L3 corresponding to the length of the FIFO buffer 41 (the delay time from when the time difference positive/negative inversion value is input to the FIFO buffer 41 until it is output) is the width of the peak derived from the R wave (approximately 10 ms). ), preferably about 50 ms.
- a time interval L2 corresponding to the length of the FIFO buffer 40 (a delay time from when the time difference positive/negative inversion value is input to the FIFO buffer 40 until it is output)
- the maximum value M can be obtained for the range from (L3/2) to (L2+L3/2), and the maximum value M can be subtracted from the output value a.
- the detection processing unit 43 detects the maximum value M of the time difference positive/negative inversion value stored in the FIFO buffer 40 and the time difference positive/negative inversion value stored in the FIFO buffer 42 at each sampling time (step S7 in FIG. 2). .
- the subtraction processing unit 51 inputs the calculated index value b to the FIFO buffer 60 at each sampling time (step S9 in FIG. 2).
- the sampling time of the index value stored at the head of the FIFO buffer 60 (the position where the oldest value is stored) and the index value stored at the end of the FIFO buffer 60 (the position where the newest value is stored) The time width from the sampling time must be longer than a predetermined time (10 ms).
- the length of the FIFO buffer 60 is set so as to store such a time width index value.
- the heartbeat time determining unit 7 determines the index value b(j) stored in the first position of the FIFO buffer 60 and the index value b(j) stored in the second position of the FIFO buffer 60 by An index value b(j ⁇ 10) whose sampling time is in the past for a predetermined time (10 ms) is obtained. Then, when the two index values b(j) and b(j ⁇ 10) both exceed the threshold value TH (YES in step S10 in FIG. 2), the heartbeat time determining unit 7 samples the index value b(j). The time is set as the heartbeat time (step S11 in FIG. 2).
- the predetermined time is 10 ms in this embodiment, this predetermined time is the standard value of the width of the peak of the index value b derived from the R wave of the ECG waveform.
- the past index value is the index value b(j-10) ten times before b(j). , the past index value may not be b(j-10).
- the sampling time of the index value b(j) refers to the sampling time of the time difference positive/negative inversion value Y(j) on which the index value b(j) is based (the sampling time of the data D(j)).
- the sampling time of the index value b(j) can be acquired from the storage unit 2 . In this way, by repeatedly executing the processing of steps S1 to S11 for each sampling period, time-series data of heartbeat times can be obtained.
- FIG. 3 is a diagram showing an example of time-series data of index values.
- the index value b1 at time t1 exceeds the threshold TH, but the index value (not shown) 10 ms before is below the threshold TH. Therefore, the heartbeat time determining unit 7 does not determine the heartbeat (R wave) and does not determine the heartbeat time.
- the index value b2 at time t2 exceeds the threshold TH, but the index value b3 10 ms before does not exceed the threshold TH. Therefore, the heartbeat time determining unit 7 does not determine a heartbeat.
- the index value b4 next to b2 is less than the threshold TH. Therefore, the peak of the index value shown in FIG. 3 is not regarded as an R wave, and no heartbeat is detected.
- FIG. 4 is a diagram showing another example of time-series data of index values.
- the time width of the peak of the index value is wider than in FIG.
- the index value b5 at time t5 exceeds the threshold TH, but the index value (not shown) 10 ms before is below the threshold TH. Therefore, the heartbeat time determining unit 7 does not determine a heartbeat.
- the index value b6 at time t6 exceeds the threshold TH, and the index value b5 at time t5 10 ms earlier also exceeds the threshold TH. Therefore, the heartbeat time determining unit 7 determines that the peak of the index value is the heartbeat, and determines the time t6 as the heartbeat time.
- FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a heartbeat detection device according to a second embodiment of the present invention.
- the heartbeat detection apparatus of this embodiment includes an electrocardiograph 1, a storage unit 2, a positive/negative inversion value calculation unit 3, a maximum value detection unit 4, an index value calculation unit 5, an index value storage unit 6, a heartbeat and a time determination unit 7a.
- FIG. 6 is a flowchart for explaining the heartbeat detection method of this embodiment.
- the operations of the electrocardiograph 1, the storage unit 2, the positive/negative value calculator 3, the maximum value detector 4, the index value calculator 5, and the FIFO buffer 60 are explained in the first embodiment. As I did.
- the heartbeat time determination unit 7a of this embodiment calculates the index value b(j) stored in the first position of the FIFO buffer 60 and the index value b(j) stored in the second position of the FIFO buffer 60.
- the index value b(j-10) that is a predetermined time (10 ms) past the sampling time j) is stored in the third position between the first position and the second position of the FIFO buffer 60. get the index value b(j-5) that is Then, when the three index values b(j), b(j ⁇ 5), and b(j ⁇ 10) all exceed the threshold value TH (YES in step S10a in FIG. 6), the heartbeat time determination unit 7 determines whether the index The sampling time of the value b(j) is set as the heartbeat time (step S11 in FIG. 6).
- the past index values are the index value b(j ⁇ 5) five times before b(j) and the index value b(j ⁇ 10) ten times before b(j).
- the past index values may not be b(j-5) and b(j-10).
- FIG. 7 is a diagram showing an example of time-series data of index values.
- the index value b9 at the time t9 exceeds the threshold TH, and the index value b8 at the time t8 5 ms before and the index value b7 at the time t7 10 ms before also exceed the threshold TH. Therefore, the heartbeat time determining unit 7 determines that the peak of the index value is the heartbeat, and determines the time t9 as the heartbeat time.
- FIG. 8 is a diagram showing another example of time-series data of index values.
- the index value b12 at time t12 exceeds the threshold TH
- the index value b10 at time t10 10 ms before also exceeds the threshold TH
- the index value b11 at time t11 5 ms before is below the threshold TH. is. Therefore, the heartbeat time determining unit 7 does not determine a heartbeat.
- the bimodal peak as shown in FIG. 8 can be excluded without being determined as a heartbeat.
- a heartbeat is determined when all three index values exceed the threshold TH, but a heartbeat may be determined when four or more index values all exceed the threshold TH. That is, the index value stored in the first position of the FIFO buffer 60, the index value stored in the second position, and one or more third values between the first position and the second position. A heartbeat may be determined when all of the one or more index values stored in the position exceed the threshold TH.
- the storage unit 2, the positive/negative inversion value calculation unit 3, the maximum value detection unit 4, the index value calculation unit 5, the index value storage unit 6, and the heartbeat time determination unit 7, 7a can be realized by a computer having a CPU (Central Processing Unit), a storage device and an interface, and a program controlling these hardware resources.
- a computer having a CPU (Central Processing Unit), a storage device and an interface, and a program controlling these hardware resources.
- CPU Central Processing Unit
- the computer comprises a CPU 200 , a storage device 201 and an interface device (I/F) 202 .
- the I/F 202 is connected to the electrocardiograph 1 and the like.
- a program for implementing the heartbeat detection method of the present invention is stored in the storage device 201 .
- the CPU 200 executes the processes described in the first and second embodiments according to programs stored in the storage device 201 .
- the present invention can be applied to technology for detecting the heartbeat of a living body.
- SYMBOLS 1 electrocardiograph, 2... storage part, 3... positive/negative inversion value calculation part, 4... maximum value detection part, 5... index value calculation part, 6... index value storage part, 7, 7a... heartbeat time determination part, 40 42, 50, 60 ... FIFO buffer, 43 ... detection processing unit, 51 ... subtraction processing unit.
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Abstract
心拍検出装置は、生体のＥＣＧ波形のサンプリングデータ列から指標値をサンプリング時刻ごとに算出する指標値算出部（５）と、指標値を入力とするＦＩＦＯバッファ（６０）と、ＦＩＦＯバッファ（６０）の第１の位置に格納されている第１の指標値と、ＦＩＦＯバッファ（６０）の第２の位置に格納されている、第１の指標値よりもサンプリング時刻が所定時間だけ過去の第２の指標値の少なくとも２つが閾値を超えたときに、第１の指標値のサンプリング時刻を心拍時刻とする心拍時刻決定部（７）とを備える。
Description
本発明は、心電図波形から心拍（Ｒ波）を検出するための心拍検出方法および心拍検出装置に関するものである。
ＥＣＧ（Electrocardiogram、心電図）波形は、心臓の電気的な活動を観測したもので、連続した心拍の波形からなる。１つの心拍波形は、それぞれ心房や心室の活動を反映したＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波等の成分からなっている。そのうち、心室の収縮に伴うものがＲ波であり、振幅も大きいため、心拍の検出はＲ波由来のピークに基づいて行われることが多い。
従来の心拍検出方法として、特許文献１に開示された方法がある。特許文献１に開示された方法は、ＥＣＧ波形の時間差分値のピークと、その前後の一定の時間領域での値との関係に着目した指標値を利用し、閾値に基づいた判定ロジックを用いてＲ波を検出するものである。この方法には、ＥＣＧ波形の振幅だけでなく形状（時間幅）にも感度を持たせることができ、Ｒ波よりも幅の広いＴ波等を誤ってＲ波と認識することが少ないといった利点がある。
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、時間幅が短くＲ波としては不適当と考えられるような波形についても、Ｒ波と誤って認識してしまう可能性があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、時間幅の短すぎるピークを誤って心拍と認識することのない心拍検出方法および心拍検出装置を提供することを目的とする。
本発明の心拍検出方法は、生体の心電図波形のサンプリングデータ列から指標値をサンプリング時刻ごとに算出する第１のステップと、前記指標値をＦＩＦＯバッファに入力する第２のステップと、前記ＦＩＦＯバッファの第１の位置に格納されている第１の前記指標値と、前記ＦＩＦＯバッファの第２の位置に格納されている、第１の前記指標値よりもサンプリング時刻が所定時間だけ過去の第２の前記指標値の少なくとも２つが閾値を超えたときに、第１の前記指標値のサンプリング時刻を心拍時刻とする第３のステップとを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の心拍検出装置は、生体の心電図波形のサンプリングデータ列から指標値をサンプリング時刻ごとに算出するように構成された指標値算出部と、前記指標値を入力とするように構成されたＦＩＦＯバッファと、前記ＦＩＦＯバッファの第１の位置に格納されている第１の前記指標値と、前記ＦＩＦＯバッファの第２の位置に格納されている、第１の前記指標値よりもサンプリング時刻が所定時間だけ過去の第２の前記指標値の少なくとも２つが閾値を超えたときに、第１の前記指標値のサンプリング時刻を心拍時刻とするように構成された心拍時刻決定部とを備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、ＦＩＦＯバッファを用いて過去の指標値を参照することで、所定時間分離れた少なくとも２つの時点での指標値が閾値を超えていることを判定条件とすることができるため、時間幅が短すぎる指標値のピークを除外することができ、的確に心拍検出を行うことができる。
［第１の実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る心拍検出装置の構成を示すブロック図、図２は本発明の第１の実施例に係る心拍検出方法を説明するフローチャートである。心拍検出装置は、ＥＣＧ波形のサンプリングデータ列を出力する心電計１と、ＥＣＧ波形のサンプリングデータ列とサンプリング時刻の情報とを記憶する記憶部２と、ＥＣＧ波形のサンプリングデータ列からサンプリングデータの時間差分の正負反転値をサンプリング時刻ごとに算出する正負反転値算出部３と、処理対象のサンプリング時刻よりも前の一定の時間範囲の正負反転値と処理対象のサンプリング時刻よりも後の一定の時間範囲の正負反転値のうちの最大値をサンプリング時刻ごとに検出する最大値検出部４と、処理対象のサンプリング時刻の正負反転値から最大値を引いた指標値をサンプリング時刻ごとに算出する指標値算出部５と、指標値算出部５によって算出された指標値を入力とする指標値記憶部６と、指標値記憶部６（ＦＩＦＯバッファ）の第１の位置に格納されている第１の指標値と、第２の位置に格納されている、第１の指標値よりもサンプリング時刻が所定時間だけ過去の第２の指標値の少なくとも２つが閾値を超えたときに、第１の指標値のサンプリング時刻を心拍時刻とする心拍時刻決定部７とを備えている。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る心拍検出装置の構成を示すブロック図、図２は本発明の第１の実施例に係る心拍検出方法を説明するフローチャートである。心拍検出装置は、ＥＣＧ波形のサンプリングデータ列を出力する心電計１と、ＥＣＧ波形のサンプリングデータ列とサンプリング時刻の情報とを記憶する記憶部２と、ＥＣＧ波形のサンプリングデータ列からサンプリングデータの時間差分の正負反転値をサンプリング時刻ごとに算出する正負反転値算出部３と、処理対象のサンプリング時刻よりも前の一定の時間範囲の正負反転値と処理対象のサンプリング時刻よりも後の一定の時間範囲の正負反転値のうちの最大値をサンプリング時刻ごとに検出する最大値検出部４と、処理対象のサンプリング時刻の正負反転値から最大値を引いた指標値をサンプリング時刻ごとに算出する指標値算出部５と、指標値算出部５によって算出された指標値を入力とする指標値記憶部６と、指標値記憶部６（ＦＩＦＯバッファ）の第１の位置に格納されている第１の指標値と、第２の位置に格納されている、第１の指標値よりもサンプリング時刻が所定時間だけ過去の第２の指標値の少なくとも２つが閾値を超えたときに、第１の指標値のサンプリング時刻を心拍時刻とする心拍時刻決定部７とを備えている。
最大値検出部４は、正負反転値算出部３によって算出された時間差分正負反転値を入力とするＦＩＦＯバッファ（First In,First Out）４０と、ＦＩＦＯバッファ４０の出力値を入力とするＦＩＦＯバッファ４１と、ＦＩＦＯバッファ４１の出力値を入力とするＦＩＦＯバッファ４２と、ＦＩＦＯバッファ４０に格納された時間差分正負反転値およびＦＩＦＯバッファ４２に格納された時間差分正負反転値のうちの最大値をサンプリング時刻ごとに検出する検出処理部４３とから構成される。
指標値算出部５は、正負反転値算出部３によって算出された時間差分正負反転値を入力とするＦＩＦＯバッファ５０と、ＦＩＦＯバッファ５０の出力値から、最大値検出部４によって検出された最大値を引いた指標値をサンプリング時刻ごとに算出する減算処理部５１とから構成される。
指標値記憶部６は、減算処理部５１によって算出された指標値を入力とするＦＩＦＯバッファ６０から構成される。
以下、本実施例の心拍検出方法を説明する。ここでは、１つの心拍を検出し、その心拍時刻を得るまでの手順を説明する。このような心拍時刻の算出をＥＣＧ波形データの期間にわたって繰り返すことによって、心拍時刻の時系列データが得られる。
本実施例では、ＥＣＧ波形をサンプリングしたデータ列をＤ（ｉ）とする。ｉ（ｉ＝１，２，…）は１サンプリングのデータに付与される番号である。番号ｉが大きくなる程、サンプリング時刻が後になることは言うまでもない。
心電計１は、図示しない生体（人体）のＥＣＧ波形を測定し、ＥＣＧ波形のサンプリングデータ列Ｄ（ｉ）を出力する。このとき、心電計１は、各サンプリングデータにサンプリング時刻の情報を付加して出力する。なお、ＥＣＧ波形の具体的な測定方法は周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。
記憶部２は、心電計１から出力されたＥＣＧ波形のサンプリングデータ列Ｄ（ｉ）とサンプリング時刻の情報とを記憶する。
記憶部２は、心電計１から出力されたＥＣＧ波形のサンプリングデータ列Ｄ（ｉ）とサンプリング時刻の情報とを記憶する。
正負反転値算出部３は、サンプリングデータＤ（ｉ）の時間差分正負反転値Ｙ（ｉ）を算出するため、サンプリングデータＤ（ｉ）の１サンプリング後のデータＤ（ｉ＋１）と１サンプリング前のデータＤ（ｉ－１）とを記憶部２から取得する（図２ステップＳ１）。そして、正負反転値算出部３は、サンプリングデータＤ（ｉ）の時間差分正負反転値Ｙ（ｉ）を次式のようにサンプリング時刻ごとに算出する（図２ステップＳ２）。
Ｙ（ｉ）＝－｛Ｄ（ｉ＋１）－Ｄ（ｉ－１）｝ ・・・（１）
Ｙ（ｉ）＝－｛Ｄ（ｉ＋１）－Ｄ（ｉ－１）｝ ・・・（１）
正負反転値算出部３は、算出した時間差分正負反転値Ｙ（ｉ）をサンプリング時刻ごとにＦＩＦＯバッファ５０に入力する（図２ステップＳ３）。入力された値は、ＦＩＦＯバッファ５０内に保持され、ＦＩＦＯバッファ５０の大きさに相当する時間（時間差分正負反転値がＦＩＦＯバッファ５０に入力されてから出力されるまでの遅延時間）の後、減算処理に用いられることになる。
また、正負反転値算出部３は、算出した時間差分正負反転値Ｙ（ｉ）をサンプリング時刻ごとにＦＩＦＯバッファ４０に入力する（図２ステップＳ４）。ＦＩＦＯバッファ４０の出力はＦＩＦＯバッファ４１に入力され（図２ステップＳ５）、ＦＩＦＯバッファ４１の出力はＦＩＦＯバッファ４２に入力される（図２ステップＳ６）。ＦＩＦＯバッファ４０～４２は、一定の時間範囲での時間差分正負反転値の最大値を求めるためのものである。
ＦＩＦＯバッファ４１の長さに相当する時間間隔Ｌ３（時間差分正負反転値がＦＩＦＯバッファ４１に入力されてから出力されるまでの遅延時間）は、Ｒ波由来のピークの幅（概ね１０ｍｓ程度である）に対して十分広くしておく必要があり、５０ｍｓ程度が好ましい。また、ＦＩＦＯバッファ４０の長さに相当する時間間隔Ｌ２（時間差分正負反転値がＦＩＦＯバッファ４０に入力されてから出力されるまでの遅延時間）、およびＦＩＦＯバッファ４２の長さに相当する時間間隔Ｌ４（時間差分正負反転値がＦＩＦＯバッファ４２に入力されてから出力されるまでの遅延時間で、Ｌ２＝Ｌ４）は、１００ｍｓ程度が適当である。また、ＦＩＦＯバッファ５０の長さに相当する時間間隔Ｌ１は、Ｌ１＝Ｌ２＋Ｌ３／２とすればよい。したがって、上記の数値例で言えば、Ｌ１は１２５ｍｓとなる。Ｌ１＝Ｌ２＋Ｌ３／２かつＬ２＝Ｌ４とすることにより、ＦＩＦＯバッファ５０の出力値ａの時刻（処理対象のサンプリング時刻）に対して、－（Ｌ２＋Ｌ３／２）～－（Ｌ３／２）の範囲と（Ｌ３／２）～（Ｌ２＋Ｌ３／２）の範囲について最大値Ｍを求めることができ、出力値ａから最大値Ｍを減算することが可能となる。
検出処理部４３は、ＦＩＦＯバッファ４０に格納された時間差分正負反転値およびＦＩＦＯバッファ４２に格納された時間差分正負反転値のうちの最大値Ｍをサンプリング時刻ごとに検出する（図２ステップＳ７）。
減算処理部５１は、ＦＩＦＯバッファ５０の出力値ａから最大値Ｍを引いた指標値ｂ＝ａ－Ｍをサンプリング時刻ごとに算出する（図２ステップＳ８）。減算処理部５１は、算出した指標値ｂをサンプリング時刻ごとにＦＩＦＯバッファ６０に入力する（図２ステップＳ９）。
減算処理部５１は、ＦＩＦＯバッファ５０の出力値ａから最大値Ｍを引いた指標値ｂ＝ａ－Ｍをサンプリング時刻ごとに算出する（図２ステップＳ８）。減算処理部５１は、算出した指標値ｂをサンプリング時刻ごとにＦＩＦＯバッファ６０に入力する（図２ステップＳ９）。
ＦＩＦＯバッファ６０の先頭（最も古い値が格納される位置）に格納されている指標値のサンプリング時刻とＦＩＦＯバッファ６０の最後尾（最も新しい値が格納される位置）に格納されている指標値のサンプリング時刻との時間幅は所定時間（１０ｍｓ）以上である必要がある。このような時間幅の指標値を格納できるようにＦＩＦＯバッファ６０の長さが設定されている。
心拍時刻決定部７は、ＦＩＦＯバッファ６０の第１の位置に格納されている指標値ｂ（ｊ）と、ＦＩＦＯバッファ６０の第２の位置に格納されている、指標値ｂ（ｊ）よりもサンプリング時刻が所定時間（１０ｍｓ）だけ過去の指標値ｂ（ｊ－１０）とを取得する。そして、心拍時刻決定部７は、２つの指標値ｂ（ｊ），ｂ（ｊ－１０）が共に閾値ＴＨを超えたときに（図２ステップＳ１０においてＹＥＳ）、指標値ｂ（ｊ）のサンプリング時刻を心拍時刻とする（図２ステップＳ１１）。
本実施例では、所定時間を１０ｍｓとしているが、この所定時間は、ＥＣＧ波形のＲ波に由来する、指標値ｂのピークの幅の標準値である。上記の例では、説明を簡単にするため、過去の指標値をｂ（ｊ）より１０個前の指標値ｂ（ｊ－１０）としているが、この例はサンプリング間隔が１ｍｓの場合であって、過去の指標値がｂ（ｊ－１０）でない場合が有り得ることは言うまでもない。
指標値ｂ（ｊ）のサンプリング時刻とは、指標値ｂ（ｊ）の基となった時間差分正負反転値Ｙ（ｊ）のサンプリング時刻（データＤ（ｊ）のサンプリング時刻）のことを言う。指標値ｂ（ｊ）のサンプリング時刻は、記憶部２から取得することが可能である。
こうして、ステップＳ１～Ｓ１１の処理をサンプリング周期ごとに繰り返し実行することで、心拍時刻の時系列データが得られる。
こうして、ステップＳ１～Ｓ１１の処理をサンプリング周期ごとに繰り返し実行することで、心拍時刻の時系列データが得られる。
図３は指標値の時系列データの１例を示す図である。時刻ｔ１の指標値ｂ１が閾値ＴＨを超えているが、その１０ｍｓ前の指標値（不図示）は閾値ＴＨの下方にある。このため、心拍時刻決定部７は、心拍（Ｒ波）と判定せず、心拍時刻を決定しない。また、時刻ｔ２の指標値ｂ２が閾値ＴＨを超えているが、その１０ｍｓ前の指標値ｂ３は閾値ＴＨを超えていない。このため、心拍時刻決定部７は、心拍と判定しない。ｂ２の次の指標値ｂ４は閾値ＴＨ未満である。したがって、図３に示した指標値のピークはＲ波とみなされず、心拍は検出されない。
図４は指標値の時系列データの別の例を示す図である。図４の例では、図３に比べて指標値のピークの時間幅が広い。時刻ｔ５の指標値ｂ５が閾値ＴＨを超えているが、その１０ｍｓ前の指標値（不図示）は閾値ＴＨの下方にある。このため、心拍時刻決定部７は、心拍と判定しない。一方、時刻ｔ６の指標値ｂ６は閾値ＴＨを超え、その１０ｍｓ前の時刻ｔ５の指標値ｂ５も閾値ＴＨを超えている。したがって、心拍時刻決定部７は、指標値のピークを心拍と判定し、時刻ｔ６を心拍時刻と決定する。
［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図５は本発明の第２の実施例に係る心拍検出装置の構成を示すブロック図である。本実施例の心拍検出装置は、心電計１と、記憶部２と、正負反転値算出部３と、最大値検出部４と、指標値算出部５と、指標値記憶部６と、心拍時刻決定部７ａとを備えている。
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図５は本発明の第２の実施例に係る心拍検出装置の構成を示すブロック図である。本実施例の心拍検出装置は、心電計１と、記憶部２と、正負反転値算出部３と、最大値検出部４と、指標値算出部５と、指標値記憶部６と、心拍時刻決定部７ａとを備えている。
図６は本実施例の心拍検出方法を説明するフローチャートである。心電計１と記憶部２と正負反転値算出部３と最大値検出部４と指標値算出部５とＦＩＦＯバッファ６０の動作（図６ステップＳ１～Ｓ９）は、第１の実施例で説明したとおりである。
本実施例の心拍時刻決定部７ａは、ＦＩＦＯバッファ６０の第１の位置に格納されている指標値ｂ（ｊ）と、ＦＩＦＯバッファ６０の第２の位置に格納されている、指標値ｂ（ｊ）よりもサンプリング時刻が所定時間（１０ｍｓ）だけ過去の指標値ｂ（ｊ－１０）と、ＦＩＦＯバッファ６０の第１の位置と第２の位置との間の第３の位置に格納されている指標値ｂ（ｊ－５）とを取得する。そして、心拍時刻決定部７は、３つの指標値ｂ（ｊ），ｂ（ｊ－５），ｂ（ｊ－１０）が全て閾値ＴＨを超えたときに（図６ステップＳ１０ａにおいてＹＥＳ）、指標値ｂ（ｊ）のサンプリング時刻を心拍時刻とする（図６ステップＳ１１）。
本実施例では、説明を簡単にするため、過去の指標値をｂ（ｊ）より５個前の指標値ｂ（ｊ－５）と１０個前の指標値ｂ（ｊ－１０）としているが、過去の指標値がｂ（ｊ－５），ｂ（ｊ－１０）でない場合が有り得ることは言うまでもない。
図７は指標値の時系列データの１例を示す図である。時刻ｔ９の指標値ｂ９は閾値ＴＨを超え、その５ｍｓ前の時刻ｔ８の指標値ｂ８、１０ｍｓ前の時刻ｔ７の指標値ｂ７も閾値ＴＨを超えている。したがって、心拍時刻決定部７は、指標値のピークを心拍と判定し、時刻ｔ９を心拍時刻と決定する。
図８は指標値の時系列データの別の例を示す図である。図８の例では、時刻ｔ１２の指標値ｂ１２が閾値ＴＨを超え、その１０ｍｓ前の時刻ｔ１０の指標値ｂ１０も閾値ＴＨを超えているが、５ｍｓ前の時刻ｔ１１の指標値ｂ１１は閾値ＴＨ未満である。このため、心拍時刻決定部７は、心拍と判定しない。このように、本実施例によれば、図８に示したような２峰性のピークを心拍と判定せず、除外することができる。
本実施例では、３つの指標値が全て閾値ＴＨを超えたときに心拍と判定するが、４つ以上の指標値が全て閾値ＴＨを超えたときに心拍と判定するようにしてもよい。すなわち、ＦＩＦＯバッファ６０の第１の位置に格納された指標値と、第２の位置に格納された指標値と、第１の位置と第２の位置との間の１乃至複数の第３の位置に格納された１乃至複数の指標値の全てが閾値ＴＨを超えたときに心拍と判定するようにしてもよい。
第１、第２の実施例で説明した心拍検出装置の記憶部２と正負反転値算出部３と最大値検出部４と指標値算出部５と指標値記憶部６と心拍時刻決定部７，７ａとは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図９に示す。
コンピュータは、ＣＰＵ２００と、記憶装置２０１と、インタフェース装置（Ｉ／Ｆ）２０２とを備えている。Ｉ／Ｆ２０２には、心電計１などが接続される。本発明の心拍検出方法を実現させるためのプログラムは記憶装置２０１に格納される。ＣＰＵ２００は、記憶装置２０１に格納されたプログラムに従って第１、第２の実施例で説明した処理を実行する。
本発明は、生体の心拍を検出する技術に適用することができる。
１…心電計、２…記憶部、３…正負反転値算出部、４…最大値検出部、５…指標値算出部、６…指標値記憶部、７，７ａ…心拍時刻決定部、４０～４２，５０，６０…ＦＩＦＯバッファ、４３…検出処理部、５１…減算処理部。
Claims (8)
- 生体の心電図波形のサンプリングデータ列から指標値をサンプリング時刻ごとに算出する第１のステップと、
前記指標値をＦＩＦＯバッファに入力する第２のステップと、
前記ＦＩＦＯバッファの第１の位置に格納されている第１の前記指標値と、前記ＦＩＦＯバッファの第２の位置に格納されている、第１の前記指標値よりもサンプリング時刻が所定時間だけ過去の第２の前記指標値の少なくとも２つが閾値を超えたときに、第１の前記指標値のサンプリング時刻を心拍時刻とする第３のステップとを含むことを特徴とする心拍検出方法。 - 請求項１記載の心拍検出方法において、
前記第３のステップは、第１の前記指標値と、第２の前記指標値と、前記ＦＩＦＯバッファの前記第１の位置と前記第２の位置との間の１乃至複数の第３の位置に格納されている前記指標値の全てが前記閾値を超えたときに、第１の前記指標値のサンプリング時刻を心拍時刻とするステップを含むことを特徴とする心拍検出方法。 - 請求項１または２記載の心拍検出方法において、
前記心電図波形のサンプリングデータ列からサンプリングデータの時間差分の正負反転値をサンプリング時刻ごとに算出する第４のステップと、
処理対象のサンプリング時刻よりも前の一定の時間範囲の前記正負反転値と前記処理対象のサンプリング時刻よりも後の一定の時間範囲の前記正負反転値のうちの最大値をサンプリング時刻ごとに検出する第５のステップとをさらに含み、
前記第１のステップは、前記処理対象のサンプリング時刻の前記正負反転値から前記最大値を引いた減算値を前記指標値としてサンプリング時刻ごとに算出するステップを含むことを特徴とする心拍検出方法。 - 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の心拍検出方法において、
前記所定時間は、前記心電図波形のＲ波に由来する、前記指標値のピークの幅の標準値であることを特徴とする心拍検出方法。 - 生体の心電図波形のサンプリングデータ列から指標値をサンプリング時刻ごとに算出するように構成された指標値算出部と、
前記指標値を入力とするように構成されたＦＩＦＯバッファと、
前記ＦＩＦＯバッファの第１の位置に格納されている第１の前記指標値と、前記ＦＩＦＯバッファの第２の位置に格納されている、第１の前記指標値よりもサンプリング時刻が所定時間だけ過去の第２の前記指標値の少なくとも２つが閾値を超えたときに、第１の前記指標値のサンプリング時刻を心拍時刻とするように構成された心拍時刻決定部とを備えることを特徴とする心拍検出装置。 - 請求項５記載の心拍検出装置において、
前記心拍時刻決定部は、第１の前記指標値と、第２の前記指標値と、前記ＦＩＦＯバッファの前記第１の位置と前記第２の位置との間の１乃至複数の第３の位置に格納されている前記指標値の全てが前記閾値を超えたときに、第１の前記指標値のサンプリング時刻を心拍時刻とすることを特徴とする心拍検出装置。 - 請求項５または６記載の心拍検出装置において、
前記心電図波形のサンプリングデータ列からサンプリングデータの時間差分の正負反転値をサンプリング時刻ごとに算出するように構成された正負反転値算出部と、
処理対象のサンプリング時刻よりも前の一定の時間範囲の前記正負反転値と前記処理対象のサンプリング時刻よりも後の一定の時間範囲の前記正負反転値のうちの最大値をサンプリング時刻ごとに検出するように構成された最大値検出部とをさらに備え、
前記指標値算出部は、前記処理対象のサンプリング時刻の前記正負反転値から前記最大値を引いた減算値を前記指標値としてサンプリング時刻ごとに算出することを特徴とする心拍検出装置。 - 請求項５乃至７のいずれか１項に記載の心拍検出装置において、
前記所定時間は、前記心電図波形のＲ波に由来する、前記指標値のピークの幅の標準値であることを特徴とする心拍検出装置。
Priority Applications (1)
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ID=83545301
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| JP6527286B2 (ja) * | 2016-02-29 | 2019-06-05 | 日本電信電話株式会社 | 心拍検出方法および心拍検出装置 |
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2021
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