Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7589826B2 - Heart rate detection method and heart rate detection device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7589826B2 - Heart rate detection method and heart rate detection device - Google Patents

Heart rate detection method and heart rate detection device Download PDF

Info

Publication number
JP7589826B2
JP7589826B2 JP2023544908A JP2023544908A JP7589826B2 JP 7589826 B2 JP7589826 B2 JP 7589826B2 JP 2023544908 A JP2023544908 A JP 2023544908A JP 2023544908 A JP2023544908 A JP 2023544908A JP 7589826 B2 JP7589826 B2 JP 7589826B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
time
value
sampling time
index value
positive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2023544908A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2023032119A1 (en
Inventor
伸昭 松浦
利彦 近藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
NTT Inc USA
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc USA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, NTT Inc USA filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Publication of JPWO2023032119A1 publication Critical patent/JPWO2023032119A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7589826B2 publication Critical patent/JP7589826B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/318Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
    • A61B5/346Analysis of electrocardiograms
    • A61B5/349Detecting specific parameters of the electrocardiograph cycle
    • A61B5/352Detecting R peaks, e.g. for synchronising diagnostic apparatus; Estimating R-R interval

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

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。 The present invention relates to a heart rate detection method and a heart rate detection device for detecting a heart rate (R wave) from an electrocardiogram waveform.

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。An ECG (Electrocardiogram) waveform is a measurement of the electrical activity of the heart, and consists of a series of heartbeat waveforms. A single heartbeat waveform is made up of components such as P waves, Q waves, R waves, S waves, and T waves, which reflect the activity of the atria and ventricles. Of these, the R wave is associated with ventricular contraction and has a large amplitude, so heartbeats are often detected based on peaks derived from the R wave.

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。A conventional heart rate detection method is 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 values in a certain time region before and after it, and detects R-waves using a judgment logic based on a threshold. This method has the advantage that it can be sensitive not only to the amplitude but also to the shape (time width) of the ECG waveform, and that T-waves, which are wider than R-waves, are less likely to be mistaken for R-waves.

図14は、ECG波形の例を示す図である。ECG波形には、1拍分の心拍が含まれている。心電位の振幅(peak to valley)は約500μVであり、通常の値(2000~3000μV)より小さいが、心電位を検出する電極の位置や状態によって振幅が減衰することがあり得る。 Figure 14 shows an example of an ECG waveform. The ECG waveform contains one heartbeat. The amplitude (peak to valley) of the cardiac potential is approximately 500 μV, which is smaller than the usual value (2000 to 3000 μV), but the amplitude may attenuate depending on the position and condition of the electrodes detecting the cardiac potential.

図15は、図14のECG波形の時間差分をとって正負を反転した値を示す図である。ECG波形の時間差分をとることで、R波~S波の急峻な心電位の低下に伴う上向きのピークが、心拍のリズムに沿って出現しているのが確認できる。 Figure 15 shows the time difference of the ECG waveforms in Figure 14, with the positive and negative values inverted. By taking the time difference of the ECG waveforms, it can be seen that the upward peaks associated with the steep drop in cardiac potential from the R wave to the S wave appear in line with the rhythm of the heartbeat.

図15の時点tの前後一定の時間範囲A,Bにおける時間差分正負反転値の最大値を、時点tの時間差分正負反転値から減じた指標値は、時点tの周辺でのピークのクリアランスの高さに相当する。この指標値は、ピークを外れた時点については負の値になる。 The index value obtained by subtracting the maximum value of the positive and negative inverted time difference values in certain time ranges A and B around time t in Figure 15 from the positive and negative inverted time difference value at time t corresponds to the height of the peak clearance around time t. This index value becomes negative for times outside the peak.

図16は、指標値の時系列データをプロットした図である。図16によると、指標値は、時間範囲AとBの間隔よりも小さい時間幅を持つピークが強調された形になっている。検出対象がR波の場合、時間範囲A,Bを100ms、時間範囲AとBの間隔を50msなどとするのが好適である。図16に示すように、指標値に、閾値THに基づいた判定ロジックを適用することでR波を検出することができる。閾値THは、複数の心拍由来のピークを含む期間における指標値の最大値を求め、その最大値に1以下の係数を乗じるなどの方法で得ることができる。 Figure 16 is a plot of time series data of index values. According to Figure 16, the index values have peaks with a time width smaller than the interval between time ranges A and B emphasized. When the detection target is R waves, it is preferable to set time ranges A and B to 100 ms and the interval between time ranges A and B to 50 ms, for example. As shown in Figure 16, R waves can be detected by applying a judgment logic based on a threshold value TH to the index values. The threshold value TH can be obtained by a method such as finding the maximum value of the index values in a period including multiple heartbeat-derived peaks and multiplying this maximum value by a coefficient of 1 or less.

しかしながら、以上のような指標値を用いる方法では、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。However, when using the above-mentioned index values, there was a possibility that waveforms that were too short in duration and therefore considered inappropriate for R waves would be mistakenly recognized as R waves.

特許第6527286号公報Patent No. 6527286

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。The present invention has been made to solve the above problem, and aims to provide a heart rate detection method and a heart rate detection device that do not mistakenly recognize peaks with too short a time width as heart rates.

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1のステップと、処理対象のサンプリング時刻よりも前の第1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第2の時間範囲の前記正負反転値のうちの第1の最大値をサンプリング時刻ごとに検出する第2のステップと、前記処理対象のサンプリング時刻よりも前の第3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第4の時間範囲の前記正負反転値のうちの第2の最大値をサンプリング時刻ごとに検出する第3のステップと、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第1の最大値を引いた減算値を第1の指標値としてサンプリング時刻ごとに算出する第4のステップと、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第2の最大値を引いた減算値を第2の指標値としてサンプリング時刻ごとに算出する第5のステップと、前記第1の指標値が所定の閾値を超えた第1のサンプリング時刻における前記第2の指標値と、前記第1のサンプリング時刻と所定の関係にある第2のサンプリング時刻における前記第1の指標値とが、所定の条件を満たすときに、前記第1のサンプリング時刻を心拍時刻とする第6のステップとを含むことを特徴とするものである。The heartbeat detection method of the present invention includes a first step of calculating a positive/negative inversion value of a time difference of sampling data from a sampling data sequence of an electrocardiogram waveform of a living body for each sampling time; a second step of detecting, for each sampling time, a first maximum value of the positive/negative inversion value in a first time range prior to the sampling time of the processing target and the positive/negative inversion value in a second time range after the sampling time of the processing target; a third step of detecting, for each sampling time, a second maximum value of the positive/negative inversion value in a third time range prior to the sampling time of the processing target and the positive/negative inversion value in a fourth time range after the sampling time of the processing target; a fourth step of calculating, for each sampling time, a subtraction value obtained by subtracting the first maximum value from the positive/negative inversion value at the sampling time of the subject as a first index value; a fifth step of calculating, for each sampling time, a subtraction value obtained by subtracting the second maximum value from the positive/negative inversion value at the sampling time of the subject to be processed as a second index value; and a sixth step of setting the first sampling time as the heartbeat time when the second index value at the first sampling time at which the first index value exceeds a predetermined threshold value and the first index value at a second sampling time having a predetermined relationship with the first sampling time satisfy a predetermined condition.

また、本発明の心拍検出方法の1構成例において、前記処理対象のサンプリング時刻に対する前記第3の時間範囲の前縁のタイミングは、前記第1の時間範囲の前縁のタイミングと同じであり、前記処理対象のサンプリング時刻に対する前記第4の時間範囲の後縁のタイミングは、前記第2の時間範囲の後縁のタイミングと同じであり、前記第3の時間範囲と前記第4の時間範囲の間隔は、前記第1の時間範囲と前記第2の時間範囲の間隔よりも短い。
また、本発明の心拍検出方法の1構成例において、前記第6のステップは、前記第1のサンプリング時刻よりも前の前記第1の指標値に対して前記第1のサンプリング時刻における前記第1の指標値が増加し、かつ前記第1のサンプリング時刻における前記第2の指標値と前記第2のサンプリング時刻における前記第1の指標値とが所定の条件を満たすときに、前記第1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ものである。
また、本発明の心拍検出方法の1構成例において、前記第3の時間範囲と前記第4の時間範囲の間隔は、20msから30msの範囲である。
Furthermore, in one configuration example of the heart rate detection method of the present invention, the timing of the leading edge of the third time range relative to the sampling time of the processing object is the same as the timing of the leading edge of the first time range, the timing of the trailing edge of the fourth time range relative to the sampling time of the processing object is the same as the timing of the trailing edge of the second time range, and the interval between the third time range and the fourth time range is shorter than the interval between the first time range and the second time range.
Furthermore, in one configuration example of the heartbeat detection method of the present invention, the sixth step is characterized in including a step of setting the first sampling time as the heartbeat time when the first index value at the first sampling time increases relative to the first index value prior to the first sampling time, and when the second index value at the first sampling time and the first index value at the second sampling time satisfy a predetermined condition.
In one configuration example of the heartbeat detection method of the present invention, the interval between the third time range and the fourth time range is in the range of 20 ms to 30 ms.

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第1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第2の時間範囲の前記正負反転値のうちの第1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第1の最大値検出部と、前記処理対象のサンプリング時刻よりも前の第3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第4の時間範囲の前記正負反転値のうちの第2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第2の最大値検出部と、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第1の最大値を引いた減算値を第1の指標値としてサンプリング時刻ごとに算出するように構成された第1の指標値算出部と、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第2の最大値を引いた減算値を第2の指標値としてサンプリング時刻ごとに算出するように構成された第2の指標値算出部と、前記第1の指標値が所定の閾値を超えた第1のサンプリング時刻における前記第2の指標値と、前記第1のサンプリング時刻と所定の関係にある第2のサンプリング時刻における前記第1の指標値とが、所定の条件を満たすときに、前記第1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。The heartbeat detection device of the present invention further comprises a positive/negative inversion value calculation unit configured to calculate a positive/negative inversion value of a time difference of sampling data from a sampling data sequence of an electrocardiogram waveform of a living body for each sampling time, a first maximum value detection unit configured to detect, for each sampling time, a first maximum value among the positive/negative inversion value in a first time range prior to the sampling time of the processing target and the positive/negative inversion value in a second time range after the sampling time of the processing target, and a second maximum value detection unit configured to detect, for each sampling time, the positive/negative inversion value in a third time range prior to the sampling time of the processing target and the second maximum value among the positive/negative inversion value in a fourth time range after the sampling time of the processing target, and a first index value calculation unit configured to calculate, for each sampling time, a subtraction value obtained by subtracting the first maximum value from the positive/negative inversion value at the sampling time of the processing target as a first index value; a second index value calculation unit configured to calculate, for each sampling time, a subtraction value obtained by subtracting the second maximum value from the positive/negative inversion value at the sampling time of the processing target as a second index value; and a heartbeat time determination unit configured to determine the first sampling time as the heartbeat time when the second index value at the first sampling time at which the first index value exceeds a predetermined threshold and the first index value at a second sampling time having a predetermined relationship with the first sampling time satisfy a predetermined condition.

また、本発明の心拍検出装置の1構成例において、前記処理対象のサンプリング時刻に対する前記第3の時間範囲の前縁のタイミングは、前記第1の時間範囲の前縁のタイミングと同じであり、前記処理対象のサンプリング時刻に対する前記第4の時間範囲の後縁のタイミングは、前記第2の時間範囲の後縁のタイミングと同じであり、前記第3の時間範囲と前記第4の時間範囲の間隔は、前記第1の時間範囲と前記第2の時間範囲の間隔よりも短い。
また、本発明の心拍検出装置の1構成例において、前記心拍時刻決定部は、前記第1のサンプリング時刻よりも前の前記第1の指標値に対して前記第1のサンプリング時刻における前記第1の指標値が増加し、かつ前記第1のサンプリング時刻における前記第2の指標値と前記第2のサンプリング時刻における前記第1の指標値とが所定の条件を満たすときに、前記第1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ものである。
また、本発明の心拍検出装置の1構成例において、前記第3の時間範囲と前記第4の時間範囲の間隔は、20msから30msの範囲である。
In addition, in one configuration example of the heart rate detection device of the present invention, the timing of the leading edge of the third time range relative to the sampling time of the processing object is the same as the timing of the leading edge of the first time range, the timing of the trailing edge of the fourth time range relative to the sampling time of the processing object is the same as the timing of the trailing edge of the second time range, and the interval between the third time range and the fourth time range is shorter than the interval between the first time range and the second time range.
Furthermore, in one configuration example of the heartbeat detection device of the present invention, the heartbeat time determination unit determines the first sampling time as the heartbeat time when the first index value at the first sampling time increases relative to the first index value prior to the first sampling time, and the second index value at the first sampling time and the first index value at the second sampling time satisfy a predetermined condition.
In one configuration example of the heartbeat detection device of the present invention, the interval between the third time range and the fourth time range is in the range of 20 ms to 30 ms.

本発明によれば、処理対象のサンプリング時刻の時間差分正負反転値から、前後の第1、第2の時間範囲における時間差分正負反転値の最大値を減じた第1の指標値と、処理対象のサンプリング時刻の時間差分正負反転値から、前後の第3、第4の時間範囲における時間差分正負反転値の最大値を減じた第2の指標値とを算出し、第1の指標値が閾値を超えた第1のサンプリング時刻における第2の指標値と、第1のサンプリング時刻と所定の関係にある第2のサンプリング時刻における第1の指標値とが、所定の条件を満たすときに、第1のサンプリング時刻を心拍時刻とする。これにより、本発明では、R波として尤もらしい指標値のピークを検出するとともに、R波としての信憑性が低い、時間幅が短過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。According to the present invention, a first index value is calculated by subtracting the maximum value of the positive and negative inversion of the time difference in the first and second time ranges before and after the sampling time to be processed from the positive and negative inversion of the time difference at the sampling time to be processed, and a second index value is calculated by subtracting the maximum value of the positive and negative inversion of the time difference in the third and fourth time ranges before and after the sampling time to be processed from the positive and negative inversion of the time difference at the sampling time to be processed. When the second index value at the first sampling time at which the first index value exceeds a threshold value and the first index value at the second sampling time that has a predetermined relationship with the first sampling time satisfy a predetermined condition, the first sampling time is set as the heartbeat time. As a result, in the present invention, it is possible to detect a peak of an index value that is likely to be an R wave, and to exclude a peak of an index value that is too short in time width and has low reliability as an R wave, thereby enabling accurate heartbeat detection.

図1は、ECG波形の時間差分正負反転値を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing positive and negative inversion values of the time difference of an ECG waveform. 図2は、ECG波形の第1の指標値と第2の指標値の時系列データを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing time series data of the first index value and the second index value of an ECG waveform. 図3は、図2の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of FIG. 図4は、ECG波形を模した疑似波形の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a pseudo waveform that imitates an ECG waveform. 図5は、疑似波形の第1の指標値と第2の指標値の時系列データを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing time-series data of the first index value and the second index value of the pseudo waveform. 図6A-図6Cは、ECG波形の第1の指標値と第2の指標値の時系列データを示す図である。6A to 6C are diagrams showing time-series data of the first index value and the second index value of an ECG waveform. 図7A-図7Cは、疑似波形の第1の指標値と第2の指標値の時系列データを示す図である。7A to 7C are diagrams showing time-series data of the first index value and the second index value of the pseudo waveform. 図8は、本発明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。FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a heart rate detection device according to an embodiment of the present invention. 図9は、本発明の実施例に係る心拍検出装置の最大値検出部と指標値算出部と指標値記憶部の構成例を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of a maximum value detection unit, an index value calculation unit, and an index value storage unit of a heart rate detection device according to an embodiment of the present invention. 図10は、本発明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。FIG. 10 is a flow chart illustrating a heart rate detection method according to an embodiment of the present invention. 図11は、第1の指標値の算出方法を説明するフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart illustrating a method for calculating the first index value. 図12は、第2の指標値の算出方法を説明するフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart illustrating a method for calculating the second index value. 図13は、本発明の実施例に係る心拍検出装置を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of a computer that realizes a heartbeat detection device according to an embodiment of the present invention. 図14は、ECG波形の例を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an example of an ECG waveform. 図15は、図14のECG波形の時間差分正負反転値を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing the time difference positive/negative inversion values of the ECG waveform of FIG. 図16は、従来の心拍検出方法により算出した指標値の時系列データを示す図である。FIG. 16 is a diagram showing time-series data of index values calculated by a conventional heartbeat detection method.

[発明の原理]
図1に、図15と同じECG波形の時間差分正負反転値を示す。図15との違いは、第2の時間範囲C,Dを併記したことである。処理対象のサンプリング時刻(図1の例ではt)に対する時間範囲Cの前縁のタイミングは、時間範囲Aの前縁のタイミングと同じである。また、処理対象のサンプリング時刻に対する時間範囲Dの後縁のタイミングは、時間範囲Bの後縁のタイミングと同じである。一方、時間範囲CとDの間隔は、時間範囲AとBの間隔よりも短い。以下の図2~図4の例では、時間範囲CとDの間隔を24msとしている。
[Principle of the Invention]
FIG. 1 shows the positive/negative inverted time difference values of the same ECG waveform as in FIG. 15. The difference from FIG. 15 is that second time ranges C and D are also shown. The timing of the leading edge of time range C relative to the sampling time to be processed (t in the example of FIG. 1) is the same as the timing of the leading edge of time range A. Also, the timing of the trailing edge of time range D relative to the sampling time to be processed is the same as the timing of the trailing edge of time range B. Meanwhile, the interval between time ranges C and D is shorter than the interval between time ranges A and B. In the examples of FIG. 2 to FIG. 4 below, the interval between time ranges C and D is 24 ms.

ECG波形の時間差分正負反転値をサンプリング時刻ごとに算出する。そして、処理対象のサンプリング時刻よりも前の時間範囲Aの時間差分正負反転値と処理対象のサンプリング時刻よりも後の時間範囲Bの時間差分正負反転値のうちの最大値M1を、処理対象のサンプリング時刻の時間差分正負反転値から引いた値を、処理対象のサンプリング時刻の第1の指標値xとする。また、処理対象のサンプリング時刻よりも前の時間範囲Cの時間差分正負反転値と処理対象のサンプリング時刻よりも後の時間範囲Dの時間差分正負反転値のうちの最大値M2を、処理対象のサンプリング時刻の時間差分正負反転値から引いた値を、処理対象のサンプリング時刻の第2の指標値yとする。The positive and negative inverted time difference value of the ECG waveform is calculated for each sampling time. The first index value x of the sampling time is determined by subtracting the maximum value M1 of the positive and negative inverted time difference value of time range A before the sampling time to be processed and the positive and negative inverted time difference value of time range B after the sampling time to be processed from the positive and negative inverted time difference value of the sampling time to be processed. The second index value y of the sampling time is determined by subtracting the maximum value M2 of the positive and negative inverted time difference value of time range C before the sampling time to be processed and the positive and negative inverted time difference value of time range D after the sampling time to be processed from the positive and negative inverted time difference value of the sampling time to be processed.

図2は、図14のECG波形の第1の指標値xと第2の指標値yの時系列データをプロットした図である。第2の指標値yのピークは、第1の指標値xのピークよりも細くなっていることが分かる。 Figure 2 is a plot of time series data of the first index value x and the second index value y of the ECG waveform in Figure 14. It can be seen that the peak of the second index value y is narrower than the peak of the first index value x.

図3は、図2のR波由来のピークの付近を拡大して示したものである。図3では、サンプリング間隔1ms毎の値をプロットしている。第1の指標値xと第2の指標値yは、ピークの頂点から離れるにしたがって乖離していく様子が見て取れる。第1の指標値xと第2の指標値yが乖離する理由は、時刻がピークの中心からずれてくると、時間範囲Cの後縁と時間範囲Dの前縁がECG波形の時間差分正負反転値のピークと干渉することで、時間範囲C,Dにおける最大値M2が上昇し、第2の指標値yのピークの裾野の傾斜が急になるためである。 Figure 3 shows an enlarged view of the area around the peak derived from the R wave in Figure 2. In Figure 3, values are plotted for each sampling interval of 1 ms. It can be seen that the first index value x and the second index value y diverge as they move away from the apex of the peak. The reason that the first index value x and the second index value y diverge is that as the time shifts away from the center of the peak, the trailing edge of time range C and the leading edge of time range D interfere with the peak of the time difference positive/negative inversion value of the ECG waveform, causing the maximum value M2 in time ranges C and D to rise and the slope of the base of the peak of the second index value y to become steeper.

一方、図4は、ECG波形を模した疑似波形の例を示す図である。図4に示した波形は、Q波、R波、S波の時間幅を半分程度に短くしたものであり、R波として検出すべきでない例を示している。On the other hand, Figure 4 shows an example of a pseudo waveform that imitates an ECG waveform. The waveform shown in Figure 4 has the time widths of the Q wave, R wave, and S wave shortened to about half, and shows an example that should not be detected as an R wave.

図5は、図4の波形について、図3と同様なプロットを示したものである。図3に比べ、第1の指標値xと第2の指標値yの乖離が少ない。第1の指標値xと第2の指標値yの乖離が少ない理由は、時間範囲CとDの間隔に対してピークの幅が狭く、時間範囲C,Dとピーク波形の干渉の度合いが少なく、図3の場合のような最大値M2の上昇が起こり難いためである。 Figure 5 shows a plot similar to that of Figure 3 for the waveform of Figure 4. Compared to Figure 3, there is less deviation between the first index value x and the second index value y. The reason for the small deviation between the first index value x and the second index value y is that the width of the peak is narrower compared to the interval between time ranges C and D, there is less interference between time ranges C and D and the peak waveform, and an increase in the maximum value M2 as in the case of Figure 3 is less likely to occur.

図3と図5を比較すると、図3ではピークから離れるに従って第1の指標値xと第2の指標値yの差が徐々に広がり、図5では図3と比べて第1の指標値xと第2指標値yの差が少ない。このような第1の指標値xと第2の指標値yの関係をR波検出に利用するには、ある時点の第2の指標値yと少し離れた時点の第1の指標値xとの関係に着目するとよい。 Comparing Figures 3 and 5, in Figure 3 the difference between the first index value x and the second index value y gradually increases as one moves away from the peak, while in Figure 5 the difference between the first index value x and the second index value y is smaller than in Figure 3. To utilize such a relationship between the first index value x and the second index value y for R-wave detection, it is advisable to focus on the relationship between the second index value y at a certain point in time and the first index value x at a slightly distant point in time.

図3では、時刻t3で第1の指標値x=x3が閾値THを超えている。例えば、同じ時刻t3での第2の指標値y=y3と、その2サンプリング前の時刻における第1の指標値x=x1が、(x1-y3)>a(aは所定の正の値)という条件を満たす場合に、時刻t3を心拍時刻とすればよい。すなわち、時刻t3の直後に出現する上向きのピークをR波由来のピークとして検出できる。In Figure 3, the first index value x = x3 exceeds the threshold value TH at time t3. For example, if the second index value y = y3 at the same time t3 and the first index value x = x1 at the time two samples before that satisfy the condition (x1 - y3) > a (a is a predetermined positive value), then time t3 can be determined as the heartbeat time. In other words, the upward peak that appears immediately after time t3 can be detected as a peak derived from an R wave.

同じ条件で、図5の場合、第1の指標値x=x3が第2の指標値y=y1を下回っており、時刻t3が心拍時刻として検出されることはなく、図5のピークがR波由来のピークとして検出されることはない。 Under the same conditions, in the case of Figure 5, the first index value x = x3 is lower than the second index value y = y1, so time t3 is not detected as a heart beat time and the peak in Figure 5 is not detected as a peak derived from an R wave.

なお、第1の指標値xと第2の指標値yがピークの頂点を過ぎて下降する局面で上記の条件を満たしてしまう場合がある。このように第1の指標値xと第2の指標値yが下降する局面での条件成立を防止するため、時刻t3で第1の指標値xが増加している(x3>x2)という条件をさらに課すことで、図5のようなピークをR波由来のピークとして検出しないようにすることができる。 Note that the above condition may be satisfied when the first index value x and the second index value y pass the peak and fall. In order to prevent the condition from being satisfied when the first index value x and the second index value y fall, a further condition that the first index value x is increasing (x3>x2) at time t3 is imposed, so that the peak in FIG. 5 is not detected as an R-wave-derived peak.

図6A~図6Cは、図14のECG波形の第1の指標値xと第2の指標値yの時系列データをプロットした図である。図7A~図7Cは、図4の疑似波形の第1の指標値xと第2の指標値yの時系列データをプロットした図である。図6A、図7Aは時間範囲CとDの間隔が20msの場合、図6B、図7Bは時間範囲CとDの間隔が24msの場合、図6C、図7Cは時間範囲CとDの間隔が30msの場合を示している。時間範囲AとBの間隔は50msである。 Figures 6A to 6C are plots of time series data of the first index value x and second index value y of the ECG waveform in Figure 14. Figures 7A to 7C are plots of time series data of the first index value x and second index value y of the pseudo waveform in Figure 4. Figures 6A and 7A show the case where the interval between time ranges C and D is 20 ms, Figures 6B and 7B show the case where the interval between time ranges C and D is 24 ms, and Figures 6C and 7C show the case where the interval between time ranges C and D is 30 ms. The interval between time ranges A and B is 50 ms.

図7Aに示すように時間範囲CとDの間隔が短くなると、R波として検出すべきでない疑似波形の場合でも第1の指標値xと第2の指標値yが乖離する。一方、図6Cに示すように時間範囲CとDの間隔が長くなると、ECG波形の場合でも第1の指標値xと第2の指標値yが接近する。ECG波形と疑似波形を区別するための、時間範囲CとDの間隔は、20msから30msの範囲で設定することが好ましい。 As shown in Figure 7A, when the interval between time ranges C and D becomes short, the first index value x and the second index value y diverge even in the case of a pseudo waveform that should not be detected as an R wave. On the other hand, as shown in Figure 6C, when the interval between time ranges C and D becomes long, the first index value x and the second index value y approach each other even in the case of an ECG waveform. In order to distinguish between an ECG waveform and a pseudo waveform, it is preferable to set the interval between time ranges C and D in the range of 20 ms to 30 ms.

[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8は本発明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。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時間範囲Aの時間差分正負反転値と処理対象のサンプリング時刻よりも後の時間範囲Bの時間差分正負反転値のうちの最大値M1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時間差分正負反転値から最大値M1を引いた第1の指標値xをサンプリング時刻ごとに算出する指標値算出部5と、第1の指標値xを入力とする指標値記憶部6とを備えている。
[Example]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Fig. 8 is a block diagram showing the configuration of a heartbeat detection device according to an embodiment of the present invention. The heartbeat detection device includes an electrocardiograph 1 that outputs a sampling data sequence of an ECG waveform, a storage unit 2 that stores the sampling data sequence of the ECG waveform and information on the sampling time, a positive/negative inversion value calculation unit 3 that calculates a positive/negative inversion value of the time difference of the sampling data from the sampling data sequence of the ECG waveform for each sampling time, a maximum value detection unit 4 that detects a maximum value M1 of the positive/negative inversion value of the time difference in a time range A before the sampling time to be processed and the positive/negative inversion value of the time difference in a time range B after the sampling time to be processed for each sampling time, an index value calculation unit 5 that calculates a first index value x for each sampling time by subtracting the maximum value M1 from the positive/negative inversion value of the time difference at the sampling time to be processed, and an index value storage unit 6 that receives the first index value x as an input.

さらに、心拍検出装置は、処理対象のサンプリング時刻よりも前の時間範囲Cの時間差分正負反転値と処理対象のサンプリング時刻よりも後の時間範囲Dの時間差分正負反転値のうちの最大値M2をサンプリング時刻ごとに検出する最大値検出部7と、処理対象のサンプリング時刻の時間差分正負反転値から最大値M2を引いた第2の指標値yをサンプリング時刻ごとに算出する指標値算出部8と、第2の指標値yを入力とする指標値記憶部9と、第1の指標値xが閾値THを超えた第1のサンプリング時刻における第2の指標値yと、第1のサンプリング時刻と所定の関係にある第2のサンプリング時刻における第1の指標値xとが、所定の条件を満たすときに、第1のサンプリング時刻を心拍時刻とする心拍時刻決定部10とを備えている。The heartbeat detection device further includes a maximum value detection unit 7 that detects, for each sampling time, a maximum value M2 of the inverted positive and negative time difference value in a time range C before the sampling time to be processed and the inverted positive and negative time difference value in a time range D after the sampling time to be processed; an index value calculation unit 8 that calculates, for each sampling time, a second index value y obtained by subtracting the maximum value M2 from the inverted positive and negative time difference value at the sampling time to be processed; an index value storage unit 9 that receives as input the second index value y; and a heartbeat time determination unit 10 that determines the first sampling time as the heartbeat time when the second index value y at the first sampling time when the first index value x exceeds a threshold value TH and the first index value x at a second sampling time that has a predetermined relationship with the first sampling time satisfy a predetermined condition.

図9は最大値検出部4,7と指標値算出部5,8と指標値記憶部6,9の構成例を示すブロック図である。
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M1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。
FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of maximum value detection units 4 and 7, index value calculation units 5 and 8, and index value storage units 6 and 9.
The maximum value detection unit 4 is composed of a FIFO buffer (First In, First Out) 40 which receives as input the time difference positive/negative inversion value calculated by the positive/negative inversion value calculation unit 3, a FIFO buffer 41 which receives as input the output value of the FIFO buffer 40, a FIFO buffer 42 which receives as input the output value of the FIFO buffer 41, and a detection processing unit 43 which detects the maximum value M1 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 for each sampling time.

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M1を引いた第1の指標値x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第1の指標値xを入力とするFIFOバッファ60から構成される。
The index value calculation unit 5 is composed of a FIFO buffer 50 which receives as input the time difference positive/negative inverted value calculated by the positive/negative inverted value calculation unit 3, and a subtraction processing unit 51 which calculates a first index value x for each sampling time by subtracting the maximum value M1 detected by the maximum value detection unit 4 from the output value of the FIFO buffer 50.
The index value storage unit 6 is composed of a FIFO buffer 60 to which the first index value x calculated by the subtraction processing unit 51 is input.

最大値検出部7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70と、FIFOバッファ70の出力値を入力とするFIFOバッファ71と、FIFOバッファ71の出力値を入力とするFIFOバッファ72と、FIFOバッファ70に格納された時間差分正負反転値およびFIFOバッファ72に格納された時間差分正負反転値のうちの最大値M2をサンプリング時刻ごとに検出する検出処理部73とから構成される。The maximum value detection unit 7 is composed of a FIFO buffer 70 which receives as input the time difference positive/negative inversion value calculated by the positive/negative inversion value calculation unit 3, a FIFO buffer 71 which receives as input the output value of the FIFO buffer 70, a FIFO buffer 72 which receives as input the output value of the FIFO buffer 71, and a detection processing unit 73 which detects the maximum value M2 of the time difference positive/negative inversion value stored in the FIFO buffer 70 and the time difference positive/negative inversion value stored in the FIFO buffer 72 at each sampling time.

指標値算出部8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80と、FIFOバッファ80の出力値から、最大値検出部7によって検出された最大値M2を引いた第2の指標値yをサンプリング時刻ごとに算出する減算処理部81とから構成される。
指標値記憶部9は、減算処理部81によって算出された第2の指標値yを入力とするFIFOバッファ90から構成される。
The index value calculation unit 8 is composed of a FIFO buffer 80 which receives as input the time difference positive/negative inversion value calculated by the positive/negative inversion value calculation unit 3, and a subtraction processing unit 81 which calculates a second index value y for each sampling time by subtracting the maximum value M2 detected by the maximum value detection unit 7 from the output value of the FIFO buffer 80.
The index value storage unit 9 is composed of a FIFO buffer 90 to which the second index value y calculated by the subtraction processing unit 81 is input.

以下、本実施例の心拍検出方法を図10~図12を用いて説明する。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。 The heartbeat detection method of this embodiment will be described below with reference to Figures 10 to 12. Here, the procedure for detecting one heartbeat and obtaining the heartbeat time will be described. By repeating this calculation of the heartbeat time over the period of the ECG waveform data, time series data of the heartbeat time can be obtained.

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。In this embodiment, the data sequence obtained by sampling the ECG waveform is designated as D(i). i (i=1, 2, ...) is a number assigned to one sample of data. It goes without saying that the larger the number i, the later the sampling time.

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。
The electrocardiograph 1 measures the 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 information on the sampling time to each sampling data and outputs it. Note that a specific method for measuring the ECG waveform is a well-known technique, so a detailed description will be omitted.
The storage unit 2 stores the sampling data string D(i) of the ECG waveform output from the electrocardiograph 1 and information on the sampling time.

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10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10ステップS2)。
Y(i)=-{D(i+1)-D(i-1)} ・・・(1)
In order to calculate the time difference positive/negative inversion value Y(i) of the sampling data D(i), the positive/negative inversion value calculation unit 3 acquires the data D(i+1) after one sampling of the sampling data D(i) and the data D(i-1) before one sampling from the storage unit 2 (step S1 in FIG. 10). Then, the positive/negative inversion value calculation unit 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. 10).
Y(i)=-{D(i+1)-D(i-1)} ...(1)

最大値検出部4と指標値算出部5とによって第1の指標値xが算出される(図10ステップS3)。具体的には、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11ステップS100)。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。The maximum value detector 4 and the index value calculator 5 calculate the first index value x (step S3 in FIG. 10). Specifically, the positive/negative inversion value calculator 3 inputs the calculated time difference positive/negative inversion value Y(i) to the FIFO buffer 50 at each sampling time (step S100 in FIG. 11). The input value is held in the FIFO buffer 50 and is used for subtraction processing after a time equivalent to the size of the FIFO buffer 50 (the delay time from when the time difference positive/negative inversion value is input to the FIFO buffer 50 until it is output).

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11ステップS101)。FIFOバッファ40の出力はFIFOバッファ41に入力され(図11ステップS102)、FIFOバッファ41の出力はFIFOバッファ42に入力される(図11ステップS103)。FIFOバッファ40~42は、時間範囲A,B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。 The positive/negative inversion value calculation unit 3 also inputs the calculated time difference positive/negative inversion value Y(i) to the FIFO buffer 40 for each sampling time (step S101 in FIG. 11). The output of the FIFO buffer 40 is input to the FIFO buffer 41 (step S102 in FIG. 11), and the output of the FIFO buffer 41 is input to the FIFO buffer 42 (step S103 in FIG. 11). The FIFO buffers 40 to 42 are used to find the maximum value of the time difference positive/negative inversion value in the time ranges A and B.

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。この間隔L3が時間範囲AとBの間隔になる。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。The time interval L3 (the delay time from when the time difference positive/negative inversion value is input to the FIFO buffer 41 until it is output) corresponding to the length of the FIFO buffer 41 must be sufficiently wide relative to the width of the R-wave-derived peak (approximately 10 ms), and is preferably about 50 ms. This interval L3 is the interval between time ranges A and B. In addition, the time interval L2 (the delay time from when the time difference positive/negative inversion value is input to the FIFO buffer 40 until it is output) corresponding to the length of the FIFO buffer 40 and the time interval L4 (the delay time from when the time difference positive/negative inversion value is input to the FIFO buffer 42 until it is output, L2 = L4) corresponding to the length of the FIFO buffer 42 are appropriately about 100 ms.

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b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M1を求めることができ、出力値bから最大値M1を減算することが可能となる。 The time interval L1, which corresponds to the length of the FIFO buffer 50, can be set as L1 = L2 + L3/2. Therefore, in the above numerical example, L1 is 125 ms. By setting L1 = L2 + L3/2 and L2 = L4, it is possible to find the maximum value M1 for the ranges of -(L2 + L3/2) to -(L3/2) and (L3/2) to (L2 + L3/2) for the time of the output value b of the FIFO buffer 50 (the sampling time to be processed), and it is possible to subtract the maximum value M1 from the output value b.

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M1をサンプリング時刻ごとに検出する(図11ステップS104)。
減算処理部51は、FIFOバッファ50の出力値bから最大値M1を引いた第1の指標値x(i)=b-M1をサンプリング時刻ごとに算出する(図11ステップS105)。
The detection processing unit 43 detects a maximum value M1 of the positive/negative inverted time difference values stored in the FIFO buffer 40 and the positive/negative inverted time difference values stored in the FIFO buffer 42 for each sampling time (step S104 in FIG. 11).
The subtraction processing unit 51 calculates a first index value x(i)=b-M1 by subtracting the maximum value M1 from the output value b of the FIFO buffer 50 for each sampling time (step S105 in FIG. 11).

こうして、最大値検出部4と指標値算出部5とによってステップS3の処理が行われ、同時に最大値検出部7と指標値算出部8とによって第2の指標値yが算出される(図10ステップS4)。In this way, the maximum value detection unit 4 and the index value calculation unit 5 perform the processing of step S3, and at the same time, the maximum value detection unit 7 and the index value calculation unit 8 calculate the second index value y (step S4 in Figure 10).

具体的には、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80に入力する(図12ステップS200)。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70に入力する(図12ステップS201)。FIFOバッファ70の出力はFIFOバッファ71に入力され(図12ステップS202)、FIFOバッファ71の出力はFIFOバッファ72に入力される(図12ステップS203)。FIFOバッファ70~72は、時間範囲C,D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。Specifically, the positive/negative inversion value calculation unit 3 inputs the calculated time difference positive/negative inversion value Y(i) to the FIFO buffer 80 for each sampling time (step S200 in FIG. 12). The positive/negative inversion value calculation unit 3 also inputs the calculated time difference positive/negative inversion value Y(i) to the FIFO buffer 70 for each sampling time (step S201 in FIG. 12). The output of the FIFO buffer 70 is input to the FIFO buffer 71 (step S202 in FIG. 12), and the output of the FIFO buffer 71 is input to the FIFO buffer 72 (step S203 in FIG. 12). The FIFO buffers 70 to 72 are used to find the maximum value of the time difference positive/negative inversion value in the time ranges C and D.

FIFOバッファ71の長さに相当する時間間隔L7(時間差分正負反転値がFIFOバッファ71に入力されてから出力されるまでの遅延時間)は、上記の例では例えば24msである。この間隔L7が時間範囲CとDの間隔になる。また、FIFOバッファ70の長さに相当する時間間隔L6(時間差分正負反転値がFIFOバッファ70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72の長さに相当する時間間隔L8(時間差分正負反転値がFIFOバッファ72に入力されてから出力されるまでの遅延時間で、L6=L8)は、113ms程度が適当である。上記の説明から明らかなように、L2+L3+L4=L6+L7+L8となる。In the above example, the time interval L7 (the delay time from when the time difference positive/negative inverted value is input to the FIFO buffer 71 until it is output) corresponding to the length of the FIFO buffer 71 is, for example, 24 ms. This interval L7 is the interval between time ranges C and D. In addition, the time interval L6 (the delay time from when the time difference positive/negative inverted value is input to the FIFO buffer 70 until it is output) corresponding to the length of the FIFO buffer 70 and the time interval L8 (the delay time from when the time difference positive/negative inverted value is input to the FIFO buffer 72 until it is output, L6 = L8) corresponding to the length of the FIFO buffer 72 are appropriately about 113 ms. As is clear from the above explanation, L2 + L3 + L4 = L6 + L7 + L8.

また、FIFOバッファ80の長さに相当する時間間隔L5は、L5=L6+L7/2とすればよい。したがって、上記の数値例で言えば、L5は125msとなる。この値はFIFOバッファ50の長さL1と同じである。L5=L6+L7/2かつL6=L8とすることにより、FIFOバッファ80の出力値cの時刻(処理対象のサンプリング時刻)に対して、-(L6+L7/2)~-(L7/2)の範囲と(L7/2)~(L6+L7/2)の範囲について最大値M2を求めることができ、出力値cから最大値M2を減算することが可能となる。 The time interval L5, which corresponds to the length of the FIFO buffer 80, can be set as L5 = L6 + L7/2. Therefore, in the above numerical example, L5 is 125 ms. This value is the same as the length L1 of the FIFO buffer 50. By setting L5 = L6 + L7/2 and L6 = L8, it is possible to find the maximum value M2 in the ranges of -(L6 + L7/2) to -(L7/2) and (L7/2) to (L6 + L7/2) for the time of the output value c of the FIFO buffer 80 (the sampling time to be processed), and it is possible to subtract the maximum value M2 from the output value c.

検出処理部73は、FIFOバッファ70に格納された時間差分正負反転値およびFIFOバッファ72に格納された時間差分正負反転値のうちの最大値M2をサンプリング時刻ごとに検出する(図12ステップS204)。
減算処理部81は、FIFOバッファ80の出力値cから最大値M2を引いた第2の指標値y(i)=c-M2をサンプリング時刻ごとに算出する(図12ステップS205)。こうして、最大値検出部7と指標値算出部8とによってステップS4の処理が行われる。
The detection processing unit 73 detects a maximum value M2 of the positive/negative inverted time difference values stored in the FIFO buffer 70 and the positive/negative inverted time difference values stored in the FIFO buffer 72 for each sampling time (step S204 in FIG. 12).
The subtraction processing unit 81 calculates a second index value y(i)=c-M2 for each sampling time by subtracting the maximum value M2 from the output value c of the FIFO buffer 80 (step S205 in FIG. 12). In this manner, the process of step S4 is performed by the maximum value detection unit 7 and the index value calculation unit 8.

減算処理部51は、算出した第1の指標値x(i)をサンプリング時刻ごとにFIFOバッファ60に入力する(図10ステップS5)。同時に、減算処理部81は、算出した第2の指標値y(i)をサンプリング時刻ごとにFIFOバッファ90に入力する(図10ステップS6)。The subtraction processing unit 51 inputs the calculated first index value x(i) to the FIFO buffer 60 for each sampling time (step S5 in FIG. 10). At the same time, the subtraction processing unit 81 inputs the calculated second index value y(i) to the FIFO buffer 90 for each sampling time (step S6 in FIG. 10).

心拍時刻決定部10は、FIFOバッファ60,90の第1の位置に格納されている第1の指標値x(i)=x3、第2の指標値y(i)=y3を取得する。また、心拍時刻決定部10は、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x(i)=x3よりも1サンプリング(1ms)だけ過去の第1の指標値x(i-1)=x2を取得する。さらに、心拍時刻決定部10は、FIFOバッファ60の第3の位置に格納されている、第1の指標値x(i)=x3よりも2サンプリング(2ms)だけ過去の第1の指標値x(i-2)=x1を取得する。The heartbeat time determination unit 10 acquires the first index value x(i) = x3 and the second index value y(i) = y3 stored in the first position of the FIFO buffer 60, 90. The heartbeat time determination unit 10 also acquires the first index value x(i-1) = x2, which is stored in the second position of the FIFO buffer 60 and is one sampling (1 ms) earlier than the first index value x(i) = x3. The heartbeat time determination unit 10 also acquires the first index value x(i-2) = x1, which is stored in the third position of the FIFO buffer 60 and is two samplings (2 ms) earlier than the first index value x(i) = x3.

心拍時刻決定部10は、第1の指標値x(i)=x3が閾値THを超え(図10ステップS7においてYES)、かつ1サンプリング前の第1の指標値x(i-1)=x2に対して第1の指標値x(i)=x3が増加しているときに(図10ステップS8においてYES)、第1の指標値x(i)=x3と同時刻における第2の指標値y(i)=y3と2サンプリング前の第1の指標値x(i-2)=x1とが(x1-y3)>aという条件を満たす場合(図10ステップS9においてYES)、第1の指標値x(i)=x3のサンプリング時刻を心拍時刻とする(図10ステップS10)。When the first index value x(i) = x3 exceeds the threshold value TH (YES in step S7 of Figure 10) and the first index value x(i) = x3 has increased relative to the first index value x(i-1) = x2 of the previous sampling (YES in step S8 of Figure 10), if the second index value y(i) = y3 at the same time as the first index value x(i) = x3 and the first index value x(i-2) = x1 of the previous sampling satisfy the condition (x1-y3) > a (YES in step S9 of Figure 10), the heartbeat time determination unit 10 determines the sampling time of the first index value x(i) = x3 to be the heartbeat time (step S10 of Figure 10).

上記のとおり、サンプリングデータD(i)から時間差分正負反転値Y(i)が算出され、時間差分正負反転値Y(i)から第1の指標値x(i)が算出される。したがって、第1の指標値x(i)のサンプリング時刻とは、時間差分正負反転値Y(i)のサンプリング時刻(データD(i)のサンプリング時刻)のことであり、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~S10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。
As described above, the time difference positive/negative inverted value Y(i) is calculated from the sampling data D(i), and the first index value x(i) is calculated from the time difference positive/negative inverted value Y(i). Therefore, the sampling time of the first index value x(i) is the sampling time of the time difference positive/negative inverted value Y(i) (the sampling time of the data D(i)), and can be obtained from the storage unit 2.
In this way, the processes of steps S1 to S10 are repeatedly executed for each sampling period, thereby obtaining time series data of heartbeat times.

なお、本実施例では、第1の指標値x(i)=x3が閾値THを超えた第1のサンプリング時刻(図3の例ではt3)における第2の指標値y(i)=y3と、第1のサンプリング時刻と所定の関係にある第2のサンプリング時刻(図3の例ではt1)における第1の指標値x(i-2)=x1とが条件を満たすかどうかを判定しているが、第2のサンプリング時刻は、第1のサンプリング時刻に対して所定の時間だけ過去の時刻であればよく、2サンプリング(2ms)前でなくてもよい。In this embodiment, it is determined whether the second index value y(i) = y3 at the first sampling time (t3 in the example of Figure 3) at which the first index value x(i) = x3 exceeds the threshold value TH, and the first index value x(i-2) = x1 at the second sampling time (t1 in the example of Figure 3) which has a predetermined relationship with the first sampling time, satisfy a condition; however, the second sampling time only needs to be a time a predetermined time in the past with respect to the first sampling time, and does not have to be two samples (2 ms) earlier.

本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4,7と指標値算出部5,8と指標値記憶部6,9と心拍時刻決定部10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13に示す。The memory unit 2, positive/negative inversion value calculation unit 3, maximum value detection units 4 and 7, index value calculation units 5 and 8, index value memory units 6 and 9, and heartbeat time determination unit 10 of the heartbeat detection device described in this embodiment can be realized by a computer equipped with a CPU (Central Processing Unit), a storage device, and an interface, and a program that controls these hardware resources. An example of the configuration of this computer is shown in Figure 13.

コンピュータは、CPU100と、記憶装置101と、インタフェース装置(I/F)102とを備えている。I/F102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101に格納される。CPU100は、記憶装置101に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。The computer comprises a CPU 100, a storage device 101, and an interface device (I/F) 102. An electrocardiograph 1 and the like are connected to the I/F 102. A program for implementing the heart rate detection method of the present invention is stored in the storage device 101. The CPU 100 executes the processing described in this embodiment in accordance with the program stored in the storage device 101.

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。 The present invention can be applied to technology for detecting the heart rate of a living body.

1…心電計、2…記憶部、3…正負反転値算出部、4,7…最大値検出部、5,8…指標値算出部、6,9…指標値記憶部、10…心拍時刻決定部、40~42,50,60,70~72,80,90…FIFOバッファ、43,73…検出処理部、51,81…減算処理部。 1...electrocardiograph, 2...memory unit, 3...positive/negative inversion value calculation unit, 4, 7...maximum value detection unit, 5, 8...index value calculation unit, 6, 9...index value memory unit, 10...heartbeat time determination unit, 40-42, 50, 60, 70-72, 80, 90...FIFO buffer, 43, 73...detection processing unit, 51, 81...subtraction processing unit.

Claims (8)

生体の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1のステップと、
処理対象のサンプリング時刻よりも前の第1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第2の時間範囲の前記正負反転値のうちの第1の最大値をサンプリング時刻ごとに検出する第2のステップと、
前記処理対象のサンプリング時刻よりも前の第3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第4の時間範囲の前記正負反転値のうちの第2の最大値をサンプリング時刻ごとに検出する第3のステップと、
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第1の最大値を引いた減算値を第1の指標値としてサンプリング時刻ごとに算出する第4のステップと、
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第2の最大値を引いた減算値を第2の指標値としてサンプリング時刻ごとに算出する第5のステップと、
前記第1の指標値が所定の閾値を超えた第1のサンプリング時刻における前記第2の指標値と、前記第1のサンプリング時刻と所定の関係にある第2のサンプリング時刻における前記第1の指標値とが、所定の条件を満たすときに、前記第1のサンプリング時刻を心拍時刻とする第6のステップとを含むことを特徴とする心拍検出方法。
A first step of calculating a positive/negative inversion value of a time difference of sampled data from a sampled data string of an electrocardiogram waveform of a living body for each sampling time;
a second step of detecting, for each sampling time, a first maximum value among the positive/negative inverted value in a first time range before the sampling time to be processed and the positive/negative inverted value in a second time range after the sampling time to be processed;
a third step of detecting, for each sampling time, a second maximum value among the positive/negative inverted value in a third time range before the sampling time to be processed and the positive/negative inverted value in a fourth time range after the sampling time to be processed;
a fourth step of calculating, for each sampling time, a subtraction value obtained by subtracting the first maximum value from the positive/negative inverted value at the sampling time to be processed as a first index value;
a fifth step of calculating, for each sampling time, a subtraction value obtained by subtracting the second maximum value from the positive/negative inverted value at the sampling time to be processed as a second index value;
and a sixth step of setting the first sampling time as the heartbeat time when the second index value at a first sampling time at which the first index value exceeds a predetermined threshold and the first index value at a second sampling time having a predetermined relationship with the first sampling time satisfy a predetermined condition.
請求項1記載の心拍検出方法において、
前記処理対象のサンプリング時刻に対する前記第3の時間範囲の前縁のタイミングは、前記第1の時間範囲の前縁のタイミングと同じであり、
前記処理対象のサンプリング時刻に対する前記第4の時間範囲の後縁のタイミングは、前記第2の時間範囲の後縁のタイミングと同じであり、
前記第3の時間範囲と前記第4の時間範囲の間隔は、前記第1の時間範囲と前記第2の時間範囲の間隔よりも短いことを特徴とする心拍検出方法。
2. The method for detecting a heartbeat according to claim 1,
a timing of a leading edge of the third time range with respect to the sampling time of the processing target is the same as a timing of a leading edge of the first time range;
a timing of a trailing edge of the fourth time range with respect to the sampling time of the processing target is the same as a timing of a trailing edge of the second time range;
A heartbeat detection method, comprising: a time interval between the third time range and the fourth time range being shorter than a time interval between the first time range and the second time range.
請求項1または2記載の心拍検出方法において、
前記第6のステップは、前記第1のサンプリング時刻よりも前の前記第1の指標値に対して前記第1のサンプリング時刻における前記第1の指標値が増加し、かつ前記第1のサンプリング時刻における前記第2の指標値と前記第2のサンプリング時刻における前記第1の指標値とが所定の条件を満たすときに、前記第1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。
3. The heartbeat detection method according to claim 1, further comprising:
The heartbeat detection method, characterized in that the sixth step includes a step of setting the first sampling time as the heartbeat time when the first index value at the first sampling time increases relative to the first index value prior to the first sampling time, and the second index value at the first sampling time and the first index value at the second sampling time satisfy a predetermined condition.
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、
前記第3の時間範囲と前記第4の時間範囲の間隔は、20msから30msの範囲であることを特徴とする心拍検出方法。
The method for detecting a heartbeat according to any one of claims 1 to 3,
A heartbeat detection method, characterized in that the interval between the third time range and the fourth time range is in the range of 20 ms to 30 ms.
生体の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第1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第2の時間範囲の前記正負反転値のうちの第1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第1の最大値検出部と、
前記処理対象のサンプリング時刻よりも前の第3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第4の時間範囲の前記正負反転値のうちの第2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第2の最大値検出部と、
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第1の最大値を引いた減算値を第1の指標値としてサンプリング時刻ごとに算出するように構成された第1の指標値算出部と、
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第2の最大値を引いた減算値を第2の指標値としてサンプリング時刻ごとに算出するように構成された第2の指標値算出部と、
前記第1の指標値が所定の閾値を超えた第1のサンプリング時刻における前記第2の指標値と、前記第1のサンプリング時刻と所定の関係にある第2のサンプリング時刻における前記第1の指標値とが、所定の条件を満たすときに、前記第1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。
a positive/negative inversion value calculation unit configured to calculate a positive/negative inversion value of a time difference of sampled data from a sampled data string of an electrocardiogram waveform of a living body for each sampling time;
a first maximum value detection unit configured to detect, for each sampling time, a first maximum value among the positive/negative inverted value in a first time range before a sampling time to be processed and the positive/negative inverted value in a second time range after the sampling time to be processed;
a second maximum value detection unit configured to detect, for each sampling time, a second maximum value among the positive/negative inverted value in a third time range prior to the sampling time of the processing target and the positive/negative inverted value in a fourth time range after the sampling time of the processing target;
a first index value calculation unit configured to calculate, for each sampling time, a subtraction value obtained by subtracting the first maximum value from the positive/negative inverted value at the sampling time to be processed as a first index value;
a second index value calculation unit configured to calculate, for each sampling time, a subtraction value obtained by subtracting the second maximum value from the positive/negative inverted value at the sampling time of the processing target, as a second index value;
a heartbeat time determination unit configured to determine the first sampling time as the heartbeat time when the second index value at a first sampling time at which the first index value exceeds a predetermined threshold and the first index value at a second sampling time that has a predetermined relationship with the first sampling time satisfy a predetermined condition.
請求項5記載の心拍検出装置において、
前記処理対象のサンプリング時刻に対する前記第3の時間範囲の前縁のタイミングは、前記第1の時間範囲の前縁のタイミングと同じであり、
前記処理対象のサンプリング時刻に対する前記第4の時間範囲の後縁のタイミングは、前記第2の時間範囲の後縁のタイミングと同じであり、
前記第3の時間範囲と前記第4の時間範囲の間隔は、前記第1の時間範囲と前記第2の時間範囲の間隔よりも短いことを特徴とする心拍検出装置。
6. The heartbeat detection device according to claim 5,
a timing of a leading edge of the third time range with respect to the sampling time of the processing target is the same as a timing of a leading edge of the first time range;
a timing of a trailing edge of the fourth time range with respect to the sampling time of the processing target is the same as a timing of a trailing edge of the second time range;
A heartbeat detection device, wherein an interval between the third time range and the fourth time range is shorter than an interval between the first time range and the second time range.
請求項5または6記載の心拍検出装置において、
前記心拍時刻決定部は、前記第1のサンプリング時刻よりも前の前記第1の指標値に対して前記第1のサンプリング時刻における前記第1の指標値が増加し、かつ前記第1のサンプリング時刻における前記第2の指標値と前記第2のサンプリング時刻における前記第1の指標値とが所定の条件を満たすときに、前記第1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。
7. The heart rate detection device according to claim 5,
The heartbeat time determination unit determines the first sampling time as the heartbeat time when the first index value at the first sampling time increases relative to the first index value prior to the first sampling time, and the second index value at the first sampling time and the first index value at the second sampling time satisfy a predetermined condition.
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、
前記第3の時間範囲と前記第4の時間範囲の間隔は、20msから30msの範囲であることを特徴とする心拍検出装置。
The heart rate detection device according to any one of claims 5 to 7,
A heart rate detection device, wherein the interval between the third time range and the fourth time range is in the range of 20 ms to 30 ms.
JP2023544908A 2021-09-02 2021-09-02 Heart rate detection method and heart rate detection device Active JP7589826B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/032266 WO2023032119A1 (en) 2021-09-02 2021-09-02 Heartbeat detection method and heartbeat detection device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2023032119A1 JPWO2023032119A1 (en) 2023-03-09
JP7589826B2 true JP7589826B2 (en) 2024-11-26

Family

ID=85411754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023544908A Active JP7589826B2 (en) 2021-09-02 2021-09-02 Heart rate detection method and heart rate detection device

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7589826B2 (en)
WO (1) WO2023032119A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017150156A1 (en) 2016-02-29 2017-09-08 日本電信電話株式会社 Heartbeat detecting method and heartbeat detecting device
JP2018175152A (en) 2017-04-07 2018-11-15 日本電信電話株式会社 Heart beat detection method and heart beat detection device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6404784B2 (en) * 2015-08-06 2018-10-17 日本電信電話株式会社 Heart rate detection method and heart rate detection device
JP6360017B2 (en) * 2015-08-27 2018-07-18 日本電信電話株式会社 Heart rate detection method and heart rate detection device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017150156A1 (en) 2016-02-29 2017-09-08 日本電信電話株式会社 Heartbeat detecting method and heartbeat detecting device
JP2018175152A (en) 2017-04-07 2018-11-15 日本電信電話株式会社 Heart beat detection method and heart beat detection device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023032119A1 (en) 2023-03-09
JPWO2023032119A1 (en) 2023-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zong et al. An open-source algorithm to detect onset of arterial blood pressure pulses
US9936888B2 (en) Pulse period calculation device and biosensor equipped with the same
CN102379694B (en) Electrocardiogram R wave detection method
US10945623B2 (en) Heartbeat detection method and heartbeat detection device
US20170281021A1 (en) Heartbeat detection method and heartbeat detection device
US8825147B2 (en) Cardiac muscle excitation waveform detector
JP6652655B2 (en) Heartbeat detection method and heartbeat detection device
CN109820501B (en) Electrocardiosignal R wave identification method and device and computer equipment
JP2018175152A (en) Heart beat detection method and heart beat detection device
CN111248895A (en) Electrocardiosignal characteristic detection method and system
KR20130085632A (en) R-peak detection method of ecg signal using adaptive local threshold
US11020037B2 (en) R wave detection method using periodicity of electrocardiogram signal
JP7589826B2 (en) Heart rate detection method and heart rate detection device
US10750969B2 (en) Heartbeat detection method and heartbeat detection device
CN113171107B (en) A non-contact extraction method and system for heart rate variability signals
US20220095981A1 (en) Apparatus and method for detecting r peak of ecg signal using adaptive median filter
KR102380052B1 (en) Tachycardia ECG normalization method based on P, T wave data interpolation
WO2022215191A1 (en) Heartbeat detection method and heartbeat detection device
CN119679429A (en) Method, device and electronic equipment for recognizing R wave of electrocardiogram signal
WO2024171330A1 (en) Heartbeat detection method and heartbeat detection device
CN114366121A (en) Double-dynamic threshold electrocardio QRS wave detection method based on digital morphology
JP7632659B2 (en) Heart rate detection method and heart rate detection device
CN109009059B (en) Heart rate calculation method based on heart sounds
WO2022215190A1 (en) Heartbeat detection method and heartbeat detection device
JPH08336502A (en) Heartbeat interval detection method and device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240216

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20241015

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241028

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7589826

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350