JP7632659B2 - Heart rate detection method and heart rate detection device - Google Patents
Heart rate detection method and heart rate detection device Download PDFInfo
- Publication number
- JP7632659B2 JP7632659B2 JP2023544909A JP2023544909A JP7632659B2 JP 7632659 B2 JP7632659 B2 JP 7632659B2 JP 2023544909 A JP2023544909 A JP 2023544909A JP 2023544909 A JP2023544909 A JP 2023544909A JP 7632659 B2 JP7632659 B2 JP 7632659B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- time
- wave
- heart rate
- value
- interval
- 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
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
- A61B5/318—Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
- A61B5/346—Analysis of electrocardiograms
- A61B5/349—Detecting specific parameters of the electrocardiograph cycle
- A61B5/352—Detecting 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数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 heart rate 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(ピークの時間幅)にも感度を有し、R波として尤もらしいピークを強調できる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 is sensitive not only to the amplitude but also to the shape (time width of the peak) of the ECG waveform, and can emphasize peaks that are likely to be R-waves.
一方、閾値に基づいた判定ロジックを用いてR波を検出する場合、指標値が一度閾値を超えた後も、閾値を超えた状態が暫く続くことが普通である。また、人の心拍数には上限があるため、R波の直後に次のR波が到来することはないと考えることは妥当である。したがって、R波の検出後に、一定の期間、R波検出の動作を停止するといった処理が、常套的に行われる。On the other hand, when detecting R-waves using threshold-based decision logic, it is normal for the index value to continue exceeding the threshold for a while even after it has exceeded the threshold once. Also, because there is an upper limit to a person's heart rate, it is reasonable to assume that the next R-wave will not arrive immediately after an R-wave. Therefore, it is common practice to stop R-wave detection for a certain period of time after detecting an R-wave.
また、検出したR波とその前のR波との時間間隔であるR-R間隔(R-R interval:RRI)が、標準より短過ぎる場合、R波ではないノイズ等を誤って検出したと判断して、R波検出を却下するという処理にも合理性がある。また、R波検出においては、ECG波形へのノイズ混入等によるエラーに起因して、瞬時心拍数(=60000/RRI)の値が正常値からずれる場合がある。そこで、瞬時心拍数に対し時間的に平均化処理を施して安定化させた平均心拍数を出力することが一般的である。 In addition, if the R-R interval (RRI), which is the time interval between a detected R wave and the previous R wave, is shorter than the standard, it is reasonable to determine that noise other than an R wave has been mistakenly detected and reject the R wave detection. In addition, in R wave detection, errors such as noise mixed into the ECG waveform can cause the instantaneous heart rate (= 60,000/RRI) to deviate from the normal value. For this reason, it is common to apply a time-averaging process to the instantaneous heart rate to output a stabilized average heart rate.
しかしながら、ECG波形には個人差があり、Q波、R波、S波の形によっては、前述のような指標値のピークがなだらかであったり、指標値が複数のピークを持つような形になったりすることがある。このため、指標値が閾値を超えたと判断されるタイミングが、最大で20ms程度、前後に揺らいでしまうことがある。このタイミングの揺らぎとRRIの下限値の設定とR波検出のスキップ処理は、R波の検出や心拍数の計測を誤る原因となり得る。However, ECG waveforms vary from person to person, and depending on the shapes of the Q, R, and S waves, the peak of the index value as described above may be gentle, or the index value may have multiple peaks. For this reason, the timing at which it is determined that the index value has exceeded the threshold may fluctuate back and forth by up to about 20 ms. This fluctuation in timing, the setting of the lower limit of the RRI, and the skipping process of R-wave detection may cause errors in detecting R-waves and measuring the heart rate.
以下、R波の検出や心拍数の計測を誤る理由について説明する。図8、図9は、従来の心拍検出方法により算出した指標値の例を示す図である。ただし、指標値を閾値THの近辺のみ示している。ここでは、計測すべき心拍数の上限が300bpmであり、観測したECG波形から得られる心拍数も300bpmである場合を考える。指標値には、連続する2つのピークP1,P2が出現している。ピークP1,P2の中心点同士は、心拍数300bpmに相当するRRI=200ms分だけ離れている。ピークP1,P2のそれぞれの先端部は、尖った形状ではなく、なだらかに波打った形状になっている。 The reasons for the errors in R-wave detection and heart rate measurement are explained below. Figures 8 and 9 are diagrams showing examples of index values calculated by a conventional heart rate detection method. However, only the index values near the threshold value TH are shown. Here, we consider a case where the upper limit of the heart rate to be measured is 300 bpm, and the heart rate obtained from the observed ECG waveform is also 300 bpm. Two consecutive peaks P1 and P2 appear in the index value. The centers of peaks P1 and P2 are separated by an RRI of 200 ms, which corresponds to a heart rate of 300 bpm. The tips of peaks P1 and P2 are not sharp, but have a gently wavy shape.
図8の例では、時刻T1で指標値が閾値THを超えたことにより、時刻T1がR波の時刻として検出される。指標値が次に閾値THを超えるのは時刻T2であり、時刻T1とT2の間隔は186msである。しかしながら、R波検出後のスキップ幅tskipが200msに設定されており、時刻T1からの経過時間が200msまでの期間中はR波検出を一時停止するので、時刻T2をR波の時刻として検出することができない。In the example of Figure 8, the index value exceeds the threshold value TH at time T1, and so time T1 is detected as the time of an R wave. The index value next exceeds the threshold value TH at time T2, and the interval between times T1 and T2 is 186 ms. However, the skip width tskip after R-wave detection is set to 200 ms, and R-wave detection is temporarily halted during the period up to 200 ms after time T1, so time T2 cannot be detected as the time of an R wave.
図9の例では、スキップ幅tskipを180msに改めている。図8の例と同様に時刻T1で指標値が閾値THを超えたことにより、時刻T1がR波の時刻として検出される。さらに時刻T1からの経過時間がtskip=180msを超えた後に、時刻T2で指標値が閾値THを超えることにより、時刻T2がR波の時刻として検出される。ただし、RRIの下限値RRILOWが200msに設定されており、時刻T1とT2の間隔が186msであることから、186msがRRIとして採用されることはなく、瞬時心拍数の算出から除外される。また、指標値が次に閾値THを超えるのは時刻T3であるが、時刻T2からの経過時間が180msまでの期間中はR波検出を一時停止するので、時刻T3をR波の時刻として検出せずに通過してしまう。 In the example of Fig. 9, the skip width tskip is changed to 180 ms. As in the example of Fig. 8, the index value exceeds the threshold value TH at time T1, so that time T1 is detected as the time of an R wave. Furthermore, after the elapsed time from time T1 exceeds tskip = 180 ms, the index value exceeds the threshold value TH at time T2, so that time T2 is detected as the time of an R wave. However, since the lower limit value RRI LOW is set to 200 ms and the interval between times T1 and T2 is 186 ms, 186 ms is not adopted as the RRI and is excluded from the calculation of the instantaneous heart rate. In addition, the next time the index value exceeds the threshold value TH is time T3, but since R-wave detection is temporarily suspended during the period from time T2 until 180 ms, time T3 passes without being detected as the time of an R wave.
図8、図9の例のように指標値が閾値THを超えるタイミングに揺らぎがあるような場合でも、それぞれのピークを逃さずに検出していれば、RRIの瞬時値が変動したとしても、RRIを平均すれば一定の値となり、適切な平均心拍数を求めることができる。しかしながら、RRIの下限値を、計測すべき心拍数の上限に合わせて余裕なく設定していると、図9の例のようにRRIが短い側に振れたケースを除外してしまうため、平均心拍数は実際より小さい側に偏って算出されてしまう。8 and 9, even if there is fluctuation in the timing at which the index value exceeds the threshold value TH, if each peak is detected without missing, the RRI can be averaged to a constant value even if the instantaneous RRI value fluctuates, and an appropriate average heart rate can be obtained. However, if the lower limit of the RRI is set too tightly to match the upper limit of the heart rate to be measured, as in the example of Figure 9, cases where the RRI is on the short side will be excluded, and the average heart rate calculated will be biased toward the lower side than the actual one.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、心拍数を的確に計測できる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 problems, and aims to provide a heart rate detection method and a heart rate detection device that can accurately measure heart rate.
本発明の心拍検出方法は、生体の心電図波形からR波を検出する第1のステップと、前記第1のステップで検出したR波と1つ前のR波の時間間隔であるR-R間隔を算出する第2のステップと、前記R-R間隔に基づいて心拍数を算出する第3のステップとを含み、前記第1のステップは、最新のR波の時刻からの経過時間がスキップ幅以下の期間中はR波検出を停止するステップを含み、前記スキップ幅は、計測すべき心拍数の上限値をHRmaxとしたとき、60000/HRmaxよりも短い値に設定され、前記第2のステップは、前記第1のステップで検出した最新のR波の時刻から1つ前のR波の時刻を引いた時間が下限値よりも短い場合に、算出した時間をR-R間隔として採用しないステップを含み、前記下限値は、計測すべき心拍数の上限値をHRmaxとしたとき、60000/HRmaxよりも短い値に設定されることを特徴とするものである。 The heart rate detection method of the present invention includes a first step of detecting an R wave from an electrocardiogram waveform of a living body, a second step of calculating an R-R interval, which is the time interval between the R wave detected in the first step and the immediately preceding R wave, and a third step of calculating a heart rate based on the R-R interval, wherein the first step includes a step of stopping R-wave detection during a period in which the elapsed time from the time of the latest R wave is equal to or less than a skip width, and the skip width is set to a value shorter than 60000/HRmax when an upper limit value of the heart rate to be measured is HRmax, and the second step includes a step of not adopting the calculated time as the R-R interval when the time obtained by subtracting the time of the immediately preceding R wave from the time of the latest R wave detected in the first step is shorter than a lower limit value, and the lower limit value is set to a value shorter than 60000/HRmax when an upper limit value of the heart rate to be measured is HRmax.
また、本発明の心拍検出方法の1構成例において、前記スキップ幅は、(60000/HRmax)-20よりも短い値に設定される。
また、本発明の心拍検出方法の1構成例において、前記下限値は、(60000/HRmax)-20よりも短い値に設定される。
また、本発明の心拍検出方法の1構成例において、前記スキップ幅は、前記下限値以下である。
In one configuration example of the heart rate detection method of the present invention, the skip width is set to a value shorter than (60000/HRmax)-20.
In one configuration example of the heart rate detection method of the present invention, the lower limit is set to a value shorter than (60000/HRmax)-20.
In one configuration example of the heart rate detection method of the present invention, the skip width is equal to or smaller than the lower limit value.
また、本発明の心拍検出装置は、生体の心電図波形からR波を検出するように構成されたR波検出部と、前記R波検出部によって検出されたR波と1つ前のR波の時間間隔であるR-R間隔を算出するように構成されたR-R間隔算出部と、前記R-R間隔に基づいて心拍数を算出するように構成された心拍数算出部とを備え、前記R波検出部は、最新のR波の時刻からの経過時間がスキップ幅以下の期間中はR波検出を停止し、前記スキップ幅は、計測すべき心拍数の上限値をHRmaxとしたとき、60000/HRmaxよりも短い値に設定され、前記R-R間隔算出部は、前記R波検出部によって検出された最新のR波の時刻から1つ前のR波の時刻を引いた時間が下限値よりも短い場合に、算出した時間をR-R間隔として採用せず、前記下限値は、計測すべき心拍数の上限値をHRmaxとしたとき、60000/HRmaxよりも短い値に設定されることを特徴とするものである。
The heart rate detection device of the present invention includes an R-wave detection unit configured to detect R-waves from an electrocardiogram waveform of a living body, an R-R interval calculation unit configured to calculate an R-R interval, which is the time interval between an R wave detected by the R-wave detection unit and the immediately previous R wave, and a heart rate calculation unit configured to calculate a heart rate based on the R-R interval, wherein the R-wave detection unit stops R-wave detection during a period in which the elapsed time from the time of the latest R wave is equal to or less than a skip width, and the skip width is set to a value shorter than 60,000/HRmax when an upper limit value of the heart rate to be measured is HRmax , and the R-R interval calculation unit does not adopt the calculated time as the R-R interval when the time obtained by subtracting the time of the immediately previous R wave from the time of the latest R wave detected by the R-wave detection unit is shorter than a lower limit value, and the lower limit value is set to a value shorter than 60,000/HRmax when an upper limit value of the heart rate to be measured is HRmax.
本発明によれば、計測すべき心拍数の上限値HRmaxに対してスキップ幅を60000/HRmaxよりも短い値に設定することにより、R波を取りこぼすことなく検出することができ、心拍数を的確に計測することができる。 According to the present invention, by setting the skip width to a value shorter than 60,000/HRmax for the upper limit value HRmax of the heart rate to be measured, R waves can be detected without missing any, and the heart rate can be measured accurately.
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の中からR波を検出するR波検出部3と、R波の時刻の時系列データからR-R間隔を算出するR-R間隔算出部4と、R-R間隔に基づいて心拍数を算出する心拍数算出部5とを備えている。An embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 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 string of an ECG waveform, a
次に、本実施例の心拍検出装置の動作を図2を用いて説明する。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。Next, the operation of the heart rate detection device of this embodiment will be explained with reference to Figure 2. In this embodiment, the data string 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(図2ステップS1)。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。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 sequence D(i) of the ECG waveform (step S1 in FIG. 2). At this time, the electrocardiograph 1 outputs each sampling data by adding information on the sampling time. Since the specific method of measuring the ECG waveform is a well-known technique, a detailed explanation is omitted. The
R波検出部3は、記憶部2に格納されたECG波形のサンプリングデータ列D(i)の中から、R波を検出する(図2ステップS2)。The R
図3はR波検出部3の構成を示すブロック図である。R波検出部3は、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30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をサンプリング時刻毎に検出する最大値検出部31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を引いた指標値をサンプリング時刻毎に算出する指標値算出部32と、指標値が所定の閾値を超えたときに処理対象のサンプリング時刻をR波の時刻とする時刻決定部33とを備えている。3 is a block diagram showing the configuration of the R-
最大値検出部31は、正負反転値算出部30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)310と、FIFOバッファ310の出力値を入力とするFIFOバッファ311と、FIFOバッファ311の出力値を入力とするFIFOバッファ312と、FIFOバッファ310に格納された時間差分正負反転値およびFIFOバッファ312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検出処理部313とから構成される。The maximum
指標値算出部32は、正負反転値算出部30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320と、FIFOバッファ320の出力値から、最大値検出部31によって検出された最大値Mを引いた指標値xをサンプリング時刻ごとに算出する減算処理部321とから構成される。The index
以下、本実施例のR波検出部3の動作を図4を用いて説明する。正負反転値算出部30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4ステップS100)。そして、正負反転値算出部30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4ステップS101)。
Y(i)=-{D(i+1)-D(i-1)} ・・・(1)
The operation of the R-
Y(i)=-{D(i+1)-D(i-1)} ...(1)
正負反転値算出部30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320に入力する(図4ステップS102)。The positive/negative inversion
また、正負反転値算出部30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310に入力する(図4ステップS103)。FIFOバッファ310の出力はFIFOバッファ311に入力され(図4ステップS104)、FIFOバッファ311の出力はFIFOバッファ312に入力される(図4ステップS105)。FIFOバッファ310~312は、時間範囲A,Bでの時間差分正負反転値の最大値Mを求めるためのものである。
The positive/negative inversion
FIFOバッファ311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311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310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310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312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312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 corresponding to the length of the FIFO buffer 311 (the delay time from when the time difference positive/negative inversion value is input to the
また、FIFOバッファ320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320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。
The time interval L1, which corresponds to the length of the
検出処理部313は、FIFOバッファ310に格納された時間差分正負反転値およびFIFOバッファ312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4ステップS106)。
減算処理部321は、FIFOバッファ320の出力値aから最大値Mを引いた指標値x(i)=a-Mをサンプリング時刻ごとに算出する(図4ステップS107)。
The
The
時刻決定部33は、指標値x(i)が所定の閾値THを超えたときに(図4ステップS108においてYES)、指標値x(i)のサンプリング時刻がR波の時刻として適切なものであるかを判断し、R波の時刻を確定する。具体的には、時刻決定部33は、閾値THを超えた指標値x(i)のサンプリング時刻と直前に確定したR波の時刻との時間差ΔTが予め設定されたスキップ幅tskipよりも長いかどうかを判定し(図4ステップS109)、時間差ΔTがスキップ幅tskip以下の場合には(ステップS109においてNO)、閾値THを超えた指標値x(i)のサンプリング時刻をR波の時刻として採用しない。このようなステップS109の処理により、R波検出のスキップ処理を実現することができる。指標値x(i)のサンプリング時刻をR波の時刻として採用しなかった場合には、次のサンプリング時刻のサンプリングデータD(i)に処理対象を移して、ステップS100以降の処理が再び行われる。When the index value x(i) exceeds a predetermined threshold TH (YES in step S108 in FIG. 4), the
また、時刻決定部33は、時間差ΔTがスキップ幅tskipよりも長い場合には(ステップS109においてYES)、閾値THを超えた指標値x(i)のサンプリング時刻をR波の時刻とする(図4ステップS110)。
In addition, if the time difference ΔT is longer than the skip width tskip (YES in step S109), the
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)から指標値x(i)が算出される。したがって、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。As described above, the time difference positive/negative inversion value Y(i) is calculated from the sampling data D(i), and the index value x(i) is calculated from the time difference positive/negative inversion value Y(i). Therefore, the sampling time of the index value x(i) is the sampling time of the time difference positive/negative inversion value Y(i) (the sampling time of the data D(i)), and can be obtained from the
こうして、ステップS100~S110の処理をサンプリング周期毎に繰り返し実行することで、R波の時刻の時系列データが得られる。検出されたR波の時刻の時系列データは、記憶部2に格納される。
なお、以上のR波検出方法は1例であって、他の方法でR波を検出してもよい。
In this manner, the process of steps S100 to S110 is repeatedly executed for each sampling period to obtain time series data of the R-wave times. The time series data of the detected R-wave times is stored in the
The above-described method for detecting R waves is merely an example, and R waves may be detected by other methods.
ここで、本実施例では、上記のスキップ幅tskipをR-R間隔(RRI)の下限値以下とする。計測すべき瞬時心拍数の上限値をHRmax[bpm]としたとき、RRIの下限値RRILOWは、0より大きく(60000/HRmax)[ms]未満となる。より具体的には、RRIの下限値RRILOWは、0より大きく((60000/HRmax)-20)[ms]未満の値に設定される。想定される瞬時心拍数の上限値HRmaxは例えば300bpmである。 In this embodiment, the skip width tskip is set to be equal to or less than the lower limit of the R-R interval (RRI). When the upper limit of the instantaneous heart rate to be measured is HRmax [bpm], the lower limit of the RRI RRI LOW is greater than 0 and less than (60000/HRmax) [ms]. More specifically, the lower limit of the RRI RRI LOW is set to a value greater than 0 and less than ((60000/HRmax)-20) [ms]. The assumed upper limit of the instantaneous heart rate HRmax is, for example, 300 bpm.
したがって、スキップ幅tskipは、0より大きく(60000/HRmax)[ms]未満となる。より具体的には、スキップ幅tskipは、0より大きく((60000/HRmax)-20)[ms]未満の値に設定される。Therefore, the skip width tskip is greater than 0 and less than (60000/HRmax) [ms]. More specifically, the skip width tskip is set to a value greater than 0 and less than ((60000/HRmax)-20) [ms].
次に、R-R間隔算出部4は、R波検出部3によって検出された最新のR波の時刻から1つ前のR波の時刻を引いた時間dを算出する(図2ステップS3)。R-R間隔算出部4は、算出した時間dが予め設定されたRRIの下限値RRILOWよりも短い場合(図2ステップS4においてNO)、時間dをRRIとして採用せずに破棄する。また、R-R間隔算出部4は、時間dが下限値RRILOW以上の場合(ステップS4においてYES)、時間dをRRI[ms]として決定する(図2ステップS5)。
Next, the R-R
心拍数算出部5は、R-R間隔算出部4によって算出されたRRI[ms]に基づいて瞬時心拍数HR(i)[bpm]をRRI毎に算出する(図2ステップS6)。
HR(i)=60000/RRI ・・・(2)
The heart
HR(i)=60000/RRI...(2)
また、心拍数算出部5は、平均心拍数HRave(i)[bpm]をRRI毎に算出する(図2ステップS7)。平均化処理前のi番目のRRI(i)から求まる瞬時心拍数を上記のとおりHR(i)とし、i-1番目までの瞬時心拍数を平均化した値をHRave(i-1)、所定の平均化係数をrとすれば、i番目までの瞬時心拍数を平均化した値HRave(i)は、式(3)によって求めることができる。
HRave(i)=r×HR(i)+(1-r)×HRave(i-1)
・・・(3)
The heart
HRave(i)=r×HR(i)+(1-r)×HRave(i-1)
...(3)
こうして、ステップS1~S7の処理を繰り返すことで、瞬時心拍数HR(i)、平均心拍数HRave(i)の時系列データが得られる。算出された時系列データは、記憶部2に格納される。In this way, by repeating the processes of steps S1 to S7, time series data of the instantaneous heart rate HR(i) and the average heart rate HRave(i) are obtained. The calculated time series data is stored in the
図5は、図8の例に対して本実施例による心拍検出方法を適用した例を示している。ここでは、スキップ幅tskipを180msとしている。図5の例では、時刻T1で指標値xが閾値THを超えたことにより、R波検出部3は、時刻T1をR波の時刻として検出する。R波検出部3は、時刻T1からの経過時間がtskip=180msまでの期間中はR波検出を一時停止するが、時刻T1から186ms後に指標値xが閾値THを超えるため、時刻T2をR波の時刻として検出する。こうして、本実施例では、指標値xが閾値THを超える時刻T2を適切に検出することができる。
Figure 5 shows an example in which the heart rate detection method according to this embodiment is applied to the example of Figure 8. Here, the skip width tskip is 180 ms. In the example of Figure 5, the index value x exceeds the threshold value TH at time T1, so the R-
図6は、図9の例に対して本実施例による心拍検出方法を適用した例を示している。ここでは、スキップ幅tskipとRRIの下限値RRILOWを共に180msとしている。図5の例と同様に時刻T1で指標値が閾値THを超えたことにより、R波検出部3は、時刻T1をR波の時刻として検出する。さらに時刻T1からの経過時間がtskip=180msを超えた後に、時刻T2で指標値が閾値THを超えることにより、R波検出部3は、時刻T2をR波の時刻として検出する。
Fig. 6 shows an example in which the heartbeat detection method according to this embodiment is applied to the example in Fig. 9. Here, the skip width tskip and the lower limit value RRI LOW are both set to 180 ms. As in the example in Fig. 5, the index value exceeds the threshold value TH at time T1, so that the R-
時刻T2から時刻T1を引いた時間d=186msがRRIの下限値RRILOW=180ms以上なので、R-R間隔算出部4は、時間dをRRIとして採用する。こうして、本実施例では、RRIを適切に検出することができる。また、指標値xのピークを逃さずに検出できることから、平均心拍数も適切に算出することができる。
Since the time d=186 ms obtained by subtracting time T1 from time T2 is equal to or greater than the lower limit value RRI LOW =180 ms of the RRI, the R-R
本実施例で説明した心拍検出装置の記憶部2とR波検出部3とR-R間隔算出部4と心拍数算出部5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7に示す。The
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
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…R波検出部、4…R-R間隔算出部、5…心拍数算出部、30…正負反転値算出部、31…最大値検出部、32…指標値算出部、33…時刻決定部、310~312,320…FIFOバッファ、313…検出処理部、321…減算処理部。 1...electrocardiograph, 2...memory unit, 3...R wave detection unit, 4...R-R interval calculation unit, 5...heart rate calculation unit, 30...positive/negative inversion value calculation unit, 31...maximum value detection unit, 32...index value calculation unit, 33...time determination unit, 310-312, 320...FIFO buffer, 313...detection processing unit, 321...subtraction processing unit.
Claims (6)
前記第1のステップで検出したR波と1つ前のR波の時間間隔であるR-R間隔を算出する第2のステップと、
前記R-R間隔に基づいて心拍数を算出する第3のステップとを含み、
前記第1のステップは、最新のR波の時刻からの経過時間がスキップ幅以下の期間中はR波検出を停止するステップを含み、
前記スキップ幅は、計測すべき心拍数の上限値をHRmaxとしたとき、60000/HRmaxよりも短い値に設定され、
前記第2のステップは、前記第1のステップで検出した最新のR波の時刻から1つ前のR波の時刻を引いた時間が下限値よりも短い場合に、算出した時間をR-R間隔として採用しないステップを含み、
前記下限値は、計測すべき心拍数の上限値をHRmaxとしたとき、60000/HRmaxよりも短い値に設定されることを特徴とする心拍検出方法。 A first step of detecting an R wave from an electrocardiogram waveform of a living body;
A second step of calculating an R-R interval, which is a time interval between the R wave detected in the first step and the immediately preceding R wave;
and a third step of calculating a heart rate based on the R-R interval.
the first step includes a step of stopping R-wave detection during a period in which an elapsed time from a time of the latest R-wave is equal to or less than a skip width;
The skip width is set to a value shorter than 60000/HRmax , where HRmax is the upper limit of the heart rate to be measured.
the second step includes a step of not adopting the calculated time as the R-R interval when the time obtained by subtracting the time of the immediately preceding R wave from the time of the latest R wave detected in the first step is shorter than a lower limit value;
The heart rate detection method according to the present invention is characterized in that the lower limit is set to a value shorter than 60,000/HRmax, where HRmax is an upper limit value of the heart rate to be measured .
前記スキップ幅は、(60000/HRmax)-20よりも短い値に設定される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 heartbeat detection method, characterized in that the skip width is set to a value shorter than (60000/HRmax)-20.
前記下限値は、(60000/HRmax)-20よりも短い値に設定される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 ,
The heart rate detection method according to the present invention, wherein the lower limit is set to a value shorter than (60000/HRmax)-20.
前記スキップ幅は、前記下限値以下であることを特徴とする心拍検出方法。 4. The heartbeat detection method according to claim 1 , further comprising:
A heartbeat detection method, wherein the skip width is equal to or smaller than the lower limit value.
前記R波検出部によって検出されたR波と1つ前のR波の時間間隔であるR-R間隔を算出するように構成されたR-R間隔算出部と、
前記R-R間隔に基づいて心拍数を算出するように構成された心拍数算出部とを備え、
前記R波検出部は、最新のR波の時刻からの経過時間がスキップ幅以下の期間中はR波検出を停止し、
前記スキップ幅は、計測すべき心拍数の上限値をHRmaxとしたとき、60000/HRmaxよりも短い値に設定され、
前記R-R間隔算出部は、前記R波検出部によって検出された最新のR波の時刻から1つ前のR波の時刻を引いた時間が下限値よりも短い場合に、算出した時間をR-R間隔として採用せず、
前記下限値は、計測すべき心拍数の上限値をHRmaxとしたとき、60000/HRmaxよりも短い値に設定されることを特徴とする心拍検出装置。 An R wave detection unit configured to detect an R wave from an electrocardiogram waveform of a living body;
an R-R interval calculation unit configured to calculate an R-R interval, which is a time interval between an R wave detected by the R wave detection unit and the immediately preceding R wave;
a heart rate calculation unit configured to calculate a heart rate based on the R-R interval,
The R wave detection unit stops R wave detection during a period in which an elapsed time from the time of the latest R wave is equal to or less than a skip width,
The skip width is set to a value shorter than 60000/HRmax , where HRmax is the upper limit of the heart rate to be measured.
the R-R interval calculation unit, when a time obtained by subtracting a time of the immediately preceding R wave from a time of the latest R wave detected by the R wave detection unit is shorter than a lower limit value, does not adopt the calculated time as the R-R interval,
A heart rate detection device according to claim 1, wherein the lower limit is set to a value shorter than 60,000/HRmax, where HRmax is an upper limit value of the heart rate to be measured .
前記スキップ幅は、前記下限値以下であることを特徴とする心拍検出装置。 6. The heartbeat detection device according to claim 5 ,
A heart rate detection device, wherein the skip width is equal to or smaller than the lower limit value.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2021/032267 WO2023032120A1 (en) | 2021-09-02 | 2021-09-02 | Heartbeat detection method and heartbeat detection device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2023032120A1 JPWO2023032120A1 (en) | 2023-03-09 |
| JP7632659B2 true JP7632659B2 (en) | 2025-02-19 |
Family
ID=85410826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023544909A Active JP7632659B2 (en) | 2021-09-02 | 2021-09-02 | Heart rate detection method and heart rate detection device |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7632659B2 (en) |
| WO (1) | WO2023032120A1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013220322A (en) | 2012-04-19 | 2013-10-28 | Ts Tech Co Ltd | Vehicle seat |
| JP2020130344A (en) | 2019-02-14 | 2020-08-31 | エヌ・ティ・ティ・コミュニケーションズ株式会社 | Estimator, learning device, estimation method and computer program |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000023932A (en) * | 1998-07-10 | 2000-01-25 | Isuzu Motors Ltd | Pattern signal interval detector |
| JP4528583B2 (en) * | 2004-08-31 | 2010-08-18 | 株式会社山武 | Biological load inspection device |
| US11399727B2 (en) * | 2017-11-15 | 2022-08-02 | Technion Research & Development Foundation Limited | Non-invasive analysis of sinoatrial node and autonomic nervous input to heart function |
| JP7164376B2 (en) * | 2018-09-25 | 2022-11-01 | 日本光電工業株式会社 | Pulse discriminator and electrocardiogram analyzer |
-
2021
- 2021-09-02 JP JP2023544909A patent/JP7632659B2/en active Active
- 2021-09-02 WO PCT/JP2021/032267 patent/WO2023032120A1/en not_active Ceased
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013220322A (en) | 2012-04-19 | 2013-10-28 | Ts Tech Co Ltd | Vehicle seat |
| JP2020130344A (en) | 2019-02-14 | 2020-08-31 | エヌ・ティ・ティ・コミュニケーションズ株式会社 | Estimator, learning device, estimation method and computer program |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023032120A1 (en) | 2023-03-09 |
| JPWO2023032120A1 (en) | 2023-03-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5957857A (en) | Apparatus and method for automatic sensing threshold determination in cardiac pacemakers | |
| US8774908B2 (en) | Systems for detecting cardiac arrhythmias | |
| US9456762B2 (en) | Atrial fibrillation detection and associated methods | |
| US8105241B2 (en) | Combining to a singularity plural-anatomical-site, heart-functionality measurements | |
| CN102946943B (en) | Method of dual EGM sensing and heart rate estimation in implanted cardiac devices | |
| JP2635079B2 (en) | Method of removing pace pulse signal from ECG wave signal and apparatus for removing pace pulse signal from ECG wave signal | |
| JPH04122239A (en) | Methods for deriving respiratory and or artifact signals | |
| JPH06205749A (en) | Detection algorithm of anti-tachycardia device using double chamber detection modulus | |
| JP6645926B2 (en) | Biological signal processing method and apparatus | |
| US8920328B2 (en) | Blood pressure measurement apparatus | |
| US6258037B1 (en) | Measuring blood pressure in noisy environments | |
| JP7632659B2 (en) | Heart rate detection method and heart rate detection device | |
| CN100457025C (en) | System for improved measurement of T-wave alternans | |
| US11406309B2 (en) | Heartbeat rate calculation device and method | |
| CN106604679B (en) | Heartbeat detection method and heartbeat detection device | |
| US8301235B2 (en) | Method and apparatus for detecting and discriminating tachycardia | |
| JP7491466B2 (en) | Heart rate detection method and heart rate detection device | |
| CN116849669A (en) | A kind of ECG signal processing system and defibrillator | |
| JP7589826B2 (en) | Heart rate detection method and heart rate detection device | |
| JPS6156633A (en) | Apparatus for detecting abnormality of electrocardiograph | |
| JP6922790B2 (en) | Fatigue estimation device and program | |
| EP3875025B1 (en) | Heart rate detection method, heart rate detection device and program | |
| JPH10314317A5 (en) | ||
| CN111989037B (en) | Exercise intensity estimation method, exercise intensity estimation device and program | |
| KR100955342B1 (en) | Method for determining electrical shock using electrocaridogram analysis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240216 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20241015 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241211 |
|
| 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: 20250107 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250120 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7632659 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 |