JPH0565178B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ホルター心電計などにより長時間に
亘つて記録された心電図波形を高速で解析し、心
電図波形におけるQRS帯のＲ波を正確に認識す
る方法に関する。

［従来の技術］ 従来、ホルター心電計などにより被検者の心電
図波形を長時間に亘つて記録した装置から心電図
波形信号を高速で出力させることにより心電図波
形を高速で解析し、QRS帯のＲ波を認識する場
合、例えばマイクロコンピユーターのソフトウエ
ア処理により、前記心電図波形から一定の時間間
隔で多数のデータをサンプリングし、連続したサ
ンプリングデータ間の立下がり変化値が基準値を
越えたときにＲ波の発生があつたものと判定して
いた。

［発明が解決しようとする課題］ ホルター心電計などにより被検者の心電図波形
を長時間に亘つて記録する場合、被検者らの体動
あるいはアーチフアクトなどにより、記録された
心電図波形の基線が動揺し、心電図波形に歪みが
生じたまま記録されることが知られている。これ
は上記心電計の周波数応答、即ち振幅周波数特性
と位相周波数特性などに起因するものである。そ
のため、連続したサンプリングデータ間の立下が
り変化値が基準値を越え、Ｒ波の発生があつたも
のと判定した場合でも、実際にはノイズであつて
Ｒ波でないことがあり、検出結果の信頼性が乏し
いという問題があつた。

また前記従来のＲ波認識手段は、マイクロコン
ピユータによるソフトウエア関数処理をしている
ためマイクロコンピユータのアクセスタイムの関
係から、実時間に対して80倍程度までしか心電図
解析速度を上げることができず、そのため心電図
解析時間がかかり過ぎるという問題があつた。

そこで本発明では、ホルター心電計などの再生
装置から従来より何倍かの高速で出力された心電
図波形信号でも、この心電図波形の基線の動揺を
抑制し、基線の動揺が抑制されたあとの心電図波
形信号をサンプリングすることと、サンプリング
データに基づいて所定の演算をするときに高速演
算可能なハード回路で行うことにより心電図波形
のQRS帯のＲ波を認識することを解決すべき技
術的課題とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題解決のための技術的手段は、心電図波
形が記録された装置から高速で出力された心電図
波形信号をデイジタル信号に変換したあと、その
デイジタル信号に含まれる心電図波形の基線の動
揺に対応した低周波成分を高速デイジタルフイル
タにより複数次にカツトオフすることにより基線
の動揺を抑制し、その基線動揺の抑制された心電
図波形信号をアナログ信号に変換した状態の心電
図波形において、 任意のポイント(i)、及び任意の正整数をｎとし
た場合に上記ポイント(i)より時間的に前の連続し
たｎポイントと上記ポイント(i)より時間的に後の
連続したｎポイントの合計2n＋１ポイントの電
位をサンプリングし、前記ポイント(i)の直後のポ
イント（ｉ＋１）の電位Ｘ（ｉ＋１）と、ポイン
ト(i)の直前のポイント（ｉ−１）の電位Ｘ（ｉ−
１）との近似微分値Ｄ(i)を次の式(1)から求め、 Ｄ(i)＝Ｘ（ｉ＋１）−Ｘ（ｉ−１） (1) 更に前記ポイント(i)の電位Ｘ(i)と、同ポイント
(i)から時間的に前のｎ番目のポイントの電位Ｘ
（ｉ−ｎ）と、ポイント(i)から時間的の後のｎ番
目のポイントの電位Ｘ（ｉ＋ｎ）とを用い、ポイ
ント(i)におけるデイジタルフイルタリング後の電
位Ｆ(i)を次の式(2)、 Ｆ(i)＝Ｘ(i)−｛Ｘ（ｉ＋ｎ）＋Ｘ（ｉ−ｎ）｝／２
…(2) から求めたあと、次の式(3)、 Ａ(i)＝｜Ｄ(i)｜・｜Ｆ(i)｜ (3) により、ポイント(i)における前記近似微分値Ｄ(i)
と電位Ｆ(i)の絶対値の積Ａ(i)を求めるという一連
の演算を高速演算可能なハード回路で行い、上記
演算を順次前記サンプリングポイント毎に繰り返
す過程で、上記積Ａ(i)が予め設定された基準値を
越えたときにＲ波の発生があつたものと判定し、
心電図波形のQRS帯のＲ波を認識することであ
る。

［作用］ 上記心電図波形のQRS帯のＲ波認識方法によ
ると、ホルター心電計などにより長時間に亘つて
磁気テープあるいはICメモリ等に記録された心
電図波形が、例えば実時間の240倍の高速で再生
装置から心電図波形信号の形態で出力されると、
この心電図波形信号はデイジタル信号に変換され
たあと、専用素子から成る高速デイジタルフイル
タにより被検者の体動等に伴う心電図波形の基線
の動揺に対応した低周波成分がカツトオフされ
る。基線の動揺が抑制された状態の心電図波形対
応信号が入力されると、心電図波形対応信号を一
定の時間間隔でサンプリングし、前記式(1)，(2)、
及び(3)に基いた演算を高速演算可能なハード回路
で行うことにより、式(3)の演算により算出された
値が予め設定された基準値を越えたときにＲ波の
発生があつたものと判定し、前記心電図波形の
QRS帯のＲ波を認識するものである。

［実施例］ 次に、本発明の一実施例を図面を参照しながら
説明する。

第１図は、本発明の一実施例の電気的な構成を
概略的に示したブロツク図であり、心電図波形の
基線動揺抑制回路部Ａと、演算回路部Ｂとを主構
成回路としている。

第１図において、心電図波形を実時間でアナロ
グ的に記録する。例えばマイクロカセツト、テー
プレコーダ、あるいは半導体メモリなどをセツト
したホルター心電計記録装置HMには、長時間に
亘つて被検者の体表面における複数箇所から検出
された体表面電位に基づく心電図波形が記録され
ている。この心電図波形は、被検者の体動、アー
チフアクト等に伴うホルター心電計の周波数応
答、即ち振幅周波数特性と位相周波数特性に起因
して第２図に示すように基線が動揺した状態で記
録されていることが多い。

前記ホルター心電計記録装置HMに記録された
心電図データを高速で出力させるためのホルター
心電計再生装置１が設けられ、このホルター心電
計再生装置１の各チヤンネル（1ch，2ch，…
Nch）には、被検者の体表面における複数箇所か
らの検出電位に基づき、実時間で長時間に亘り記
録された第２図に示すような心電図波形に対応し
たアナログ信号が同再生装置１から例えば実時間
より240倍の高速で出力されたとき、このアナロ
グ信号を入力し、この信号をデイジタル信号に変
換して出力するＡ／Ｄコンバータ２が接続されて
いる。またそれぞれのＡ／Ｄコンバータ２の出力
側には、例えばTI社製TM320C25のデイジタル
信号処理ICを用いた高速デイジタルフイルタ３
が接続されている。

この高速デイジタルフイルタ３は、上記Ａ／Ｄ
コンバータ２から出力された前記記録心電図波形
対応の高速デイジタル信号を入力し、前記被検者
の体動等に伴う心電図波形の基線の動揺に対応し
た低周波成分を高速、且つ多数次に亘つてカツト
オフし、同低周波成分をカツトオフしたあとの心
電図波形成分を直線位相特性を有するデイジタル
信号の形態で出力する。上記基線の動揺周波数は
一般に１ヘルツ以下であり、従つて高速デイジタ
ルフイルタ３は上記基線の動揺周波数成分、即ち
１ヘルツ以下の低周波数成分をカツトオフするこ
とが必要になる。

高速デイジタルフイルタ３において、上記低周
波成分をカツトオフするためのフイルタ処理を多
数次、例えば61次以上に亘つて行うと、低周波域
のカツトオフ特性が急峻になり、心電図波形の基
線の動揺に対応した１ヘルツ以下の低周波成分を
十分にカツトオフすることができる。

上記高速デイジタルフイルタ３の出力側には、
同フイルタ３から出力された前記デイジタル信号
を入力し、アナログ信号に変換して出力するため
のＤ／Ａコンバータ４が接続されている。この各
チヤンネル毎に設けられたＤ／Ａコンバータ４そ
れぞれの出力側には、後述する演算回路部Ｂに基
線の動揺が抑制された心電図波形対応のアナログ
信号を前記各チヤンネル毎に出力させるためのイ
ンターフエース５が接続されている。

また、ホルター心電計再生装置１、それぞれの
チヤンネルに設けられた高速デイジタルフイルタ
３、及びインターフエース５それぞれと接続さ
れ、ホルター心電計再生装置１、高速デイジタル
フイルタ３、インターフエース５それぞれを統括
的にコントロールするためのコントローラ６が設
けられている。

以上のように構成された心電図波形の基線動揺
抑制回路部Ａにおいて、被検者の体動、あるいは
アーチフアクト等に伴つて第２図に示すように基
線が動揺した心電図波形対応のアナログ信号が、
システムコントローラ６の指令によりホルター心
電計再生装置１の各チヤンネルから例えば実時間
の240倍の高速で出力されると、このアナログ信
号は各チヤンネルに設けられたＡ／Ｄコンバータ
２に入力される。Ａ／Ｄコンバータ２は上記アナ
ログ信号を入力すると、このアナログ信号をデイ
ジタル信号に変換したうえ高速デイジタルフイル
タ３に出力する。

各チヤンネル毎の高速デイジタルフイルタ３
は、システムコントローラ６の制御に基いて上記
Ａ／Ｄコンバータ２から出力された前記記録心電
図波形対応のデイジタル信号を入力し、前記被検
者の体動等に伴う心電図波形の基線の動揺に対応
した例えば約0.8ヘルツ以下の低周波成分を高速
で且つ、カツトオフ特性を急峻にした状態でカツ
トオフしたあとの心電図波形成分を直線位相特性
を有するデイジタル信号の形態でそれぞれのＤ／
Ａコンバータ４に出力する。

上記それぞれのＤ／Ａコンバータ４は、高速デ
イジタルフイルタ３から出力されたデイジタル信
号を入力すると、この信号をアナログ信号に変換
し、インターフエース５に出力する。このインタ
ーフエース５は、システムコントローラ６の指令
を受けたときに第３図に示すような基線の動揺が
抑制された心電図波形、即ち、被検者の心拍に伴
う原心電図波形にほぼ等しい心電図波形対応信号
を、次に説明する演算回路部Ｂに伝送する。

前記インターフエース５から出力された心電図
波形対応信号を入力し、心電図波形のQRS帯の
Ｒ波を認識するための演算を行うための演算回路
部Ｂには、上記心電図波形対応信号をサンプリン
グし、その値をホールドするための直列状の接続
された遅延回路Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…Ｄ１０が形成
されている。上記それぞれの遅延回路Ｄ１，Ｄ
２，Ｄ３…Ｄ１０（以後、単にＤ１，Ｄ２，Ｄ３
…Ｄ１０のように記載する。）それぞれの制御端
子はサンプリングパルス発生回路１１の出力端子
と接続されており、サンプリングパルス発生回路
１１から所定のタイミングでサンプリングパルス
信号が出力されるたびに、Ｄ１は前記インターフ
エース５から出力された信号をサンプリングし、
ホールドするとともに、Ｄ２はＤ１がサンプリン
グし、ホールドした信号を入力しホールドすると
いうように、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…Ｄ１０は、前記
インターフエース５から出力された心電図波形信
号の連続した10ポイントの信号（電位）をサンプ
リングする。

尚、上記サンプリングパルス信号を出力するタ
イミングは、サンプリングパルス発生回路１１の
入力側に接続された発振回路１２の発振周波数に
より決定される。

Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…Ｄ１０それぞれにより前記
信号がサンプリングされると、前記式(1)，(2)、及
び(3)に基いた演算が次のように行われる。

Ｄ５の出力端子部をポイント(i)とし、Ｄ５のサ
ンプリング電位をＸ(i)とすると、Ｄ４のサンプリ
ング電位はＸ（ｉ−１）、Ｄ６のサンプリング電位
はＸ（ｉ＋１）、Ｄ１０のサンプリング電位はＸ
（ｉ＋５）、Ｄ１に入力される被サンプリング電位
はＸ（ｉ−５）となる。即ち、本実施例において
はサンプリングポイント数の一般式2n＋１にお
けるｎは５であり、式(2)におけるＸ（ｉ＋ｎ）、Ｘ
（ｉ−ｎ）はそれぞれＸ（ｉ＋５）、Ｘ（ｉ−５）と
なる。

また、Ｄ４のサンプリング電位Ｘ（ｉ−１）を
負の信号に変換する符号反転器１３がＤ４の出力
端子部に接続され、更に、Ｄ６の出力端子部と符
号反転器１３の出力側には、この符号反転器１３
により符号反転された負の出力電位−Ｘ（ｉ−１）
とＤ６のサンプリング電位Ｘ（ｉ＋１）とを加算
するための加算器１４が接続されている。従つ
て、この加算器１４により、前記式(1)に基づいた Ｄ(i)＝Ｘ（ｉ＋１）−Ｘ（ｉ−１） の演算が行われる。

尚、第４図は、上記式に基いて演算されたＤ(i)
の値を用いて描かれた心電波形図である。

前記加算器１４の出力側には絶対値回路１５が
接続されており、加算器１４から出力された加算
信号Ｄ(i)を絶対値信号に変換し、乗算回路２０に
出力する。

一方、Ｄ１０の出力側に接続された加算器１６
は、Ｄ１０のサンプリング電位Ｘ（ｉ＋５）とＤ
１に入力される被サンプリング電位Ｘ（ｉ−５）
とを加算演算するもので、その加算信号は反転減
算器１７に入力される。この反転減算器１７は、
加算器１６で演算された次の式 Ｘ（ｉ＋５）＋Ｘ（ｉ−５） の値を二分の一にするとともに、符号を負にした
値を出力するものである。即ち反転減算器１７は
次のような演算をする。

−｛Ｘ（ｉ＋５）＋Ｘ（ｉ−５）｝／２ 一方、反転減算器１７の出力側に接続された加
算器１８は、前記Ｘ(i)及び、 −｛Ｘ（ｉ＋５）＋Ｘ（ｉ−５）｝／２ とを加算演算するもので結果的に、前記式(2)に基
づきＦ(i)＝Ｘ(i)−｛Ｘ（ｉ＋５）＋Ｘ（ｉ−５）｝／
２ の演算が行われる。

尚、第５図は、上記式に基いて演算されたＦ(i)
の値を用いて描いた心電波形図である。

加算器１８から出力されたＦ(i)信号は、絶対値
回路１９に入力され、この絶対値回路１９におい
てＦ(i)信号は絶対値信号に変換されたあと、乗算
回路２０に出力される。

乗算回路２０は、前記Ｄ(i)の絶対値信号と、Ｆ
(i)の絶対値信号とを乗算し、前記式(3)に基づいた Ａ(i)＝｜Ｄ(i)｜・｜Ｆ(i)｜ を演算する。この式により演算されたＡ(i)の信号
はコンパレータ２１の非反転入力端子に印加さ
れ、Ａ(i)の信号が、同コンパレータ２１の反転入
力端子に印加されている基準電圧（しきい値）よ
り大きいとき、コンパレータ２１からＲ波認識の
ための信号を出力させるものである。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、ホルター心電計
等により被検者の心拍に伴つて変化する体表面電
位が長時間に亘つて連続的に検出され、この体表
面電位に基いた心電図波形が記録された装置から
記録心電図波形対応の信号が高速で出力されたと
き、被検者の体動等に伴う基線の動揺に対応した
低周波成分を高速デイジタルフイルタにより多数
次にカツトオフし、上記低周波成分がカツトオフ
され、基線の動揺が抑制された心電図波形対応信
号をサンプリングし、サンプリングしたデータに
基づいて所定の演算を高速演算可能なハード回路
で行うことにより心電図波形のQRS帯のＲ波を
認識することができるため、心電図波形の正確な
解析が可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電気的な構成を概
略的に示したブロツク図、第２図はホルター心電
計に記録された心電図波形の基線動揺状態にある
心電波形図、第３図は基線の動揺が抑制された再
生心電波形図、第４図は式(1)に基づいて演算され
た近似微分値Ｄ(i)に対応した心電波形図、第５図
は式(2)に基づいて演算されたＦ(i)に対応した心電
波形図、第６図は式(3)に基づいて演算されたＡ(i)
に対応した心電波形図である。 Ａ……心電図波形の基線動揺抑制回路部、Ｂ…
…演算回路部、１……ホルター心電計再生装置、
２……Ａ／Ｄコンバータ、３……高速デイジタル
フイルタ、４……Ｄ／Ａコンバータ、５……イン
ターフエース、６……システムコントローラ、１
１……サンプリングパルス発生回路、１２……発
振回路、１３……符号反転器、１４……加算器、
１５……絶対値回路、１６……加算器、１７……
反転減算器、１８……加算器、１９……絶対値回
路、２０……乗算回路、２１……コンパレータ、
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…Ｄ１０……遅延回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 心電図波形が記録された装置から高速で出力
   された心電図波形信号をデイジタル信号に変換し
   たあと、そのデイジタル信号に含まれる心電図波
   形の基線の動揺に対応した低周波成分を高速デイ
   ジタルフイルタにより複数次にカツトオフするこ
   とにより基線の動揺を抑制し、その基線動揺の抑
   制された心電図波形信号をアナログ信号に変換し
   た状態の心電図波形において、 任意のポイント(i)、及び任意の正整数をｎとし
   た場合に上記ポイント(i)より時間的に前の連続し
   たｎポイントと上記ポイント(i)より時間的に後の
   連続したｎポイントの合計2n＋１ポイントの電
   位をサンプリングし、前記ポイント(i)の直後のポ
   イント（ｉ＋１）の電位Ｘ（ｉ＋１）と、ポイン
   ト(i)の直前のポイント（ｉ−１）の電位Ｘ（ｉ−
   １）との近似微分値Ｄ(i)を次の式(1)から求め、 Ｄ(i)＝Ｘ（ｉ＋１）−Ｘ（ｉ−１） (1) 更に前記ポイント(i)の電位Ｘ(i)と、同ポイント
   (i)から時間的に前のｎ番目のポイントの電位Ｘ
   （ｉ−ｎ）と、ポイント(i)から時間的の後のｎ番
   目のポイントの電位Ｘ（ｉ＋ｎ）とを用い、ポイ
   ント(i)におけるデイジタスフイルタリング後の電
   位Ｆ(i)を次の式(2)、 Ｆ(i)＝Ｘ(i)−｛Ｘ（ｉ＋ｎ）＋Ｘ（ｉ−ｎ）｝／２
   …(2) から求めたあと、次の式(3)、 Ａ(i)＝｜Ｄ(i)｜・｜Ｆ(i)｜ (3) により、ポイント(i)における前記近似微分値Ｄ(i)
   と電位Ｆ(i)の絶対値の積Ａ(i)を求めるという一連
   の演算を高速演算可能なハード回路で行う、上記
   演算を順次前記サンプリングポイント毎に繰り返
   す過程で、上記積Ａ(i)が予め設定された基準値を
   越えたときにＲ波の発生があつたものと判定し、
   心電図波形のQRS帯のＲ波を認識することを特
   徴とする心電図波形におけるQRS帯のＲ波認識
   方法。