JPH0588134B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、胎児の心博事象をモニターするため
の、例えば、胎児の健康状態を診断するためのシ
ステムおよび方法に関する。

発明の背景 ドツプラー超音波システムは、心臓の壁面およ
び弁より反射する超音波エコー・シグナルを処理
して、これら運動する組織表面により生ずるエコ
ーのドツプラーシフトを検知することによつて、
胎児の心臓の動作をモニターするものである。

しかしながら、該エコー・シグナルは、他の組
織表面の運動により生ずる大きくドツプラーシフ
トした成分も含む。例えば、胎児の運動および母
体の組織表面の運動は、エコー・シグナル中に大
きな人為的成分をもたらし、これから胎児の心臓
の運動に関する有用な情報を引き出す仕事を非常
に複雑にする。

エコー・シグナルから心臓の運動の情報を取出
すためには各種の技法が用いられている。例え
ば、指向性ドツプラーシステムでは、エコー・シ
グナルを前後運動成分に分離し、検知ピークとす
ることのできる単純化したシグナルを取出し、胎
児の心臓活動の概ね信頼できる表示をもたらす。
しかしながら、心博事象シグナルを生ずるには前
後するエコー成分の１つを選択する必要があり、
ノイズを表わす成分の選択が、それにつづく１つ
以上の心博事象の検知に失敗をもたらすこととな
りうる。米国特許第4143650号〔ハトケ
（Hatke）〕には、典型的な指向性のドツプラー胎
児心博モニター・システムが記載されている。

米国特許第3982528号〔フイリツプス
（Phillipps）、本出願の譲受人へ譲渡）は、胎児
の心博をモニターするシステムを記載している。
ここでは超音波トランスデユーサーなどの機械的
エネルギー・トランスデユーサーからの胎児の心
臓シグナルを、１つまたはそれ以上の先行する胎
児の心臓サイクルに対応するシグナルから得られ
たサンプル・シグナルに対して相関させて相関シ
グナルを生じさせる。相関シグナルのピークが検
知され、その後、新たなピークが規定の遅れ時間
内に検知されない場合、該システムは事象
（event）シグナルを生ずる。これは胎児の心博が
ある限度内、すなわち、心博が約105〜210回／分
である場合に、システムに各胎児心臓サイクルに
つき、１つ、かつ唯一の事象シグナルの誘起を起
させる。

しかしながら、胎児の心博数は約50回／分から
200回／分以上まで変化する。したがつて、胎児
の心博数が50〜105回／分の範囲にある場合、前
記フイリツプス特許に開示のごとき従来技術で
は、しばしば実際の心博数の２倍の胎児心博数が
検知される。さらに詳しくは、心室博出時間が心
博時間の半分に近づいたときに、互いにほぼ等距
離の２つの心音を有する胎児の心臓シグナルが生
ずる。フイリツプス特許のごときシステムにより
処理した場合、これら２つの心音は所定の遅れ時
間以上の時間離れた２つの相関ピークを生じさせ
るため、心博数の二重計数が起る。

入力シグナルのエネルギー量に振幅が直接関係
するという相関関数の性質により、胎児の心臓モ
ニターにおける相関技術の使用はさらに複雑とな
る。例えば、胎児の足によるケリなどの大きな人
為的成分が入力シグナル中に存在するはずであ
り、相関関数は振幅中にジヤンプを生じえ、過負
荷および重要な情報のロスを生じる。

また、一時的なシグナルの消滅または相関関数
における擬似ピークの存在は、モニターされた心
博数に歪を生じる場合、さらに複雑になる。

発明の概要 本発明の一態様によれば、胎児心臓サイクルの
くり返しを表わす事象シグナルを生ずる方法が提
供される。該方法は、 少なくとも１つの胎児心臓サイクルに対応する
胎児の心臓の運動を表わす入力シグナルを発生
し； 少なくとも１つの先行する胎児心臓サイクルに
対応する入力シグナル部分より得られた比較シグ
ナルを発生し； 入力シグナルと比較シグナルとの間の時間的相
関関数を表わす相関シグナルを発生し； 胎児心臓サイクルが相関シグナルの１つまたは
２つのピークにより表わされるか否か判定し； 胎児の心臓サイクルが相関シグナルの単一のピ
ークにより表示されると判定された場合に、各相
関関数の各ピーク毎に事象シグナルを１回発生
し； 胎児の心臓サイクルが相関シグナルの２つのピ
ークにより表わされると判定されたとき、相関シ
グナルの２つのピーク毎に１つの事象シグナルを
発生することからなる。各サイクルが相関関数の
１つまたは２つのピークにより表わされるかどう
かを判定することにより、心博分離の存在が典型
的に検知され、実際に単一の心博事象しか表わさ
ない相関関数の２つのピークに対して１つのみの
事象シグナルの発生を判定することができる。し
たがつて、これらの影響から生じる二重計数を回
避することができる。同様に、各心博事象が相関
関数の単一ピークにより表わされることを連続し
て判定することにより、相関関数の各ピーク毎に
１つの事象シグナルの発生を可能にし、半分に計
数されることを回避する。

本発明の他の態様によれば、胎児の心臓サイク
ル事象のくり返しを示す事象シグナルを発生する
システムが提供され、前記方法と同じ利点がもた
らされる。該システムは、少なくとも１つの胎児
心臓サイクルに対応する胎児の心臓の運動を表わ
すデータ・シグナルを発生する手段；少なくとも
１つの先行する胎児の心臓サイクルに対応するデ
ータ・シグナル部より得られた比較シグナルを保
存する手段；およびデータ・シグナルと比較シグ
ナルとの間の時間的相関関数を表わす相関シグナ
ルを発生するデータ処理手段からなる。

該データ処理手段は、胎児の心臓サイクルが相
関シグナルの１つまたは２つのピークにより表わ
されるかどうかを判定するために動作し；該デー
タ処理手段は胎児の心臓サイクルが相関シグナル
の１つのピークにより表わされると判定されたと
き相関関数の各ピーク毎に前記事象シグナルを１
回生じ、かつ胎児の心臓サイクルが相関シグナル
の２つのピークにより表示されると判定されたと
き、相関シグナルの２つのピーク毎に前記事象シ
グナルを１回生じさせるようさらに作動する。

本発明のさらに他の態様によれば、以下のごと
く構成される胎児の心臓サイクルのくり返しを表
示する事象シグナルを発生するシステムが提供さ
れる。すなわち、該システムは、少なくとも１つ
の胎児の心臓サイクルに対応する胎児の心臓の運
動を表わすデータ・シグナルを発生する手段；デ
ータ・シグナルと、少なくとも１つの先行する胎
児心臓サイクルに対応するデータ・シグナルの部
分より得られた比較シグナルとの間の時間的相関
関数を表わす相関シグナルを発生する手段からな
り；該相関シグナル発生手段はＮビツト・データ
ーバスおよびデジタル乗算回路／アキユムレータ
ユニツトを有するデジタル中央処理手段からな
り、該乗算回路／アキユムレータユニツトはデー
タ・シグナルに比例して時間的シフトした比較シ
グナルの各デジタル値をデータ・シグナルのデジ
タル化値に乗じた積の合計を与えるよう作動し、
該積の合計は長さＮ＋Ｍビツトの二進ワードであ
り；中央処理手段は、中央処理手段により生じ、
データ・シグナル中のエネルギーによつて変わる
AGCシグナルに応答する相関シグナルの最大有
効ビツトとして前記積の合計からのビツトのＮビ
ツト列を選択するよう作動し；相関シグナル発生
手段は、相関シグナルにもとづいて、胎児の心博
の再現を示す１つの事象シグナルを発生するよう
作動する。したがつて、該システムは、臨床モニ
タリング中に大きく変化するデータ・シグナルの
エネルギーレベルに従つて相関シグナルの増幅変
調を行ない、許容限界内に増幅範囲を保持する。
また、該システムは各相関シグナルの語数を制限
することにより効率的な操作を行なうことができ
る。

また、本発明のさらに他の態様によれば、以下
のごとく構成される胎児の心臓サイクルの再現を
表わす事象シグナルを発生するシステムが提供さ
れる。すなわち、該システムは、胎児の心臓の運
動を表示する入力シグナルを発生する手段；該入
力シグナルに基づき再現シグナルを発生し、かつ
胎児の心臓サイクルの蓋然的再現を表示する手
段；およびこれにより表わされた心博と心博の間
の間隔が１またはそれ以上の先行する心博間隔の
値により決定された許容される範囲内にある場合
のみ再現シグナルに応答する前記事象シグナルを
発生する手段からなる。したがつて、モニターさ
れた心博数の一時的歪を生ずる相関関数における
シグナルの一時的ロスまたは擬似ピークの存在は
修正される。

本発明のさらに他の態様によれば、以下のごと
き胎児の心臓サイクル事象の再現を表わす事象シ
グナルを発生するシステムが提供される。すなわ
ち、胎児の心臓の運動を表示するアナログ・シグ
ナルを発生する手段；ピーク検知アナログ・シグ
ナルに比例する対照シグナルを発生するピーク検
知手段；アナログ・シグナルから低域フイルター
をかけたアナログ・シグナルを発生させる低域フ
イルター手段；対照シグナルを受けるために接続
した対照入力および低域フイルター・アナログ・
シグナルを受けるために接続したアナログ・シグ
ナル入力を有する低域フイルター・アナログ・シ
グナルをデジタル・シグナルに変換するアナログ
−デジタル変換手段；およびデジタル・シグナル
および比較シグナル間の時間的相関関数にもとづ
いて事象シグナルを発生するデジタル・シグナル
処理手段からなる。ピーク検知手段はアナログ・
シグナルを受けてそのピーク検知形を生じさせる
ため、該ピーク検知手段は、アナログ・シグナル
に時々存在するノイズ・バーストに対応して速か
に対照シグナル増幅変調を行なうことができ、こ
のため、アナログ・シグナル中のかかるノイズ・
バーストの存在によるアナログ−デジタル変換手
段の過負荷を回避できる。

図面の簡単な説明 本発明の他の目的および特徴は、添付の図面を
参照した以下の好ましい具体例の記載で一層明ら
かにする。

第１図は本発明の一具体例を示す連続波ドツプ
ラー超音波胎児心臓モニターの前方端部のブロツ
ク・ダイアグラム、第２図は第１図の具体例の補
償回路、包絡線検波器およびピーク検出回路の概
略図、第３図は第１図の具体例のデジタル・シグ
ナル・プロセツサ部のブロツク・ダイアグラム、
第４Ａ，４Ｂおよび４Ｃ図は第３図のデジタル・
シグナル・プロセツサの動作を説明するフローチ
ヤート、第５図は第１図の具体例にて得られる１
つの可能なベース・バンド・ドツプラー反射シグ
ナルを示す波形図であり、デジタル化した先行部
として選択されたテンプレート・シグナルを有す
るそのデジタル化形の相関関数に対応するもので
ある。

好ましい具体例の説明 第１図において、発振器１０は、トランスミツ
ト・トランスデユーサ１４に連結された出力ター
ミナル１２に連続波2.3MHzＶを発生させる。ト
ランスデユーサ１４は圧電結晶作動性であり、母
体腹部を通して連結され胎児の心臓を音響化
（insonify）する2.3MHz連続音響波を発生する。
母体腹部内からの音響エコーは胎児の心臓の壁面
および弁により反射したドツプラーシフト成分を
含有しており、受信トランスデユーサ１６により
電気信号に変換される。トランスデユーサ１６は
母体腹部に取りつけるためのトランスデユーサ１
４と共通のハウジング内に設けられた１またはそ
れ以上の圧電結晶を有する。

トランスデユーサ１６にて発生した電気信号は
増幅器１８内にて増幅され、プロダクト検知器２
０の１つの入力に供給される。プロダクト検知器
２０の第２入力は発振器１０の出力端子１２と連
結され、これから連続波2.3MHzＶを受ける。プ
ロダクト検知器２０の作動により、出力端子２２
にて少なくとも200〜600Hzのバンド幅を有するベ
ース・バンド・ドツプラー・シグナルが発生す
る。該ベース・バンド・ドツプラー・シグナル
は、トランスデユーサ１４により生じた音響エネ
ルギーによつて音響化された組織表面の動きを表
わす成分を含む。したがつて、ベース・バンド・
ドツプラー・シグナルは胎児の心臓の動作を表わ
す成分に加えていくつかの成分を含んでいること
がありうる。特に、該ベース・バンド・ドツプラ
ー・シグナルは典型的には胎児が足でけるごとき
胎児の動作を示すランダムに生ずる成分を含み、
これはしばしば大きなエネルギーを含んでいる。
したがつて、胎児の心臓の活動の正確な情報を引
き出すドツプラー・シグナルを処理する回路構成
は過負荷が防止され、かかる活動を示すシグナル
成分と、他の様々な音源による妨害成分とを区別
できる能力を有することが好ましい。これらの目
的を達成するための改良された回路構成を以下に
開示する。

第１図において、プロダクト検知器２０の出力
ターミナル２２は電子スイッチ３０の第１固定タ
ーミナルに連結される。スイッチ３０の第２固定
ターミナル３２は、高Ｑ，80Hzバンド・バス・フ
イルター（図示せず）に連結され、該フイルター
は母体腹部に配置され、所望によりベース・バン
ド・ドツプラー・シグナルの代りに音響入力を与
えるためのホノトランスジユサー（図示せず）に
結合された入力ターミナルを有する。スイッチ３
０はコントロール・ターミナル３４を有し、これ
に対して対照シグナルを加えることができ、スイ
ッチ３０の出力ターミナル３６をその２つの固定
入力ターミナルの１つに選択的に結合し、ドツプ
ラー・シグナルの所望の１つおよび胎児の心臓活
動の有用な情報を引き出す音響シグナルを選択す
る。

スイッチ３０の出力ターミナル３６は公知の自
動利得制御（AGC）回路の入力に結合される。
AGC回路は比較的遅い応答時間を有し、長期間
のシグナルレベル変動に対する利得補償を提供す
る。したがつて、AGC回路４０は、高エネルギ
ー過渡成分、例えば、胎児の足によるケリのよう
に大きく減衰しない成分を通過させる。

AGC回路４０は半波整流器４４の入力に連結
され、該整流器は以後の信号処理のためにDC形
の入力シグナルを与える働きをする。整流器４４
の出力は、後記する補償回路４８の入力とつなが
る。補償回路４８の出力ターミナル５０は、包絡
線検波器５２の入力およびピーク検出回路５４の
入力とつながる。

補償回路４８、包絡線検波器５２およびピーク
検出回路５４の詳細を第２図に示す。包絡線検波
器５２およびピーク検出回路５４は各々NPNト
ランジスター５６および５６ａを有し、該トラン
ジスターは正のDC電圧V⁺源につながるコレクタ
ーおよび各抵抗分圧器５８および５８ａの出力と
つながるベースを有する。各トランジスター５６
および５６ａのエミツターは各々コンデンサー６
０および６０ａの第１ターミナルとつながり、該
コンデンサの他方のターミナルは接地されてい
る。さらに、各々トランジスター５６および５６
ａのエミツターは各々抵抗器６２および６２ａの
第１ターミナルとつながり、該抵抗器の他方のタ
ーミナルは接地されている。

第１図に示すごとく、包絡線検波器５２は20Hz
二極低減ベツセル・フイルター（LPF）６６の
入力につながり、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）
コンバーター（後記）によりデジタル・フオーマ
ツトに変換されるべき出力ターミナル６８におけ
るデータ・シグナル（ベース・バンド・ドツプラ
ー・シグナルまたは音響シグナルのいずれかより
得られる）を提供するために作動する。ピーク検
出回路５４はＡ／Ｄコンバーターの対照入力に連
結した出力ターミナル７０を有し、シグナル入力
から包絡線検波器５２に向かう対照シグナルをこ
れに与える。

出力ターミナル７０の電圧は速かに上昇し、コ
ンデンサー６０ａに予め貯えられた減衰電圧を超
えるシグナル変位を生じる。コンデンサー６０ａ
および抵抗器６２ａの値は、最大予想心博期間の
数倍の減衰時間定数を与えるように選択される。
例えば、減衰時間定数4.7秒は、２秒の最大予想
心博期間の２倍として選択することができる。し
たがつて、例えば胎児の足のケリによる、大きな
エネルギー過渡がトランスデユーサー１６により
受信された場合、ピーク検出回路５４の出力７０
における対照電圧は、予め貯えられた対照電圧を
超えるそのいかなるシグナル変位も正確に検知
し、これによりＡ／Ｄコンバーターの過負荷を回
避する。ベース・バンドドツプラー・シグナルま
たは音響シグナルはピーク検出回路５４に与えら
れる前には、有意な低域フイルターにかかつてお
らず、これによつて対照電圧はかかる過渡状態に
直ちに反応し、Ａ／Ｄコンバーターへの過負荷を
回避する。しかしながら、比較的長い減衰時間定
数はかかる大きなシグナルの変位がない場合に
Ａ／Ｄコンバーターに安定な対照を与える。

胎児の心博音およびドツプラー・シグナルの包
絡線は経時的に指数的減衰を示す。したがつて、
包絡線検出回路５２の目的は、その出力シグナル
に入力シグナルの自然指数的減衰包絡線を正確に
追路させながら、入力シグナルの高周波成分を除
去することにある。例えば、コンデンサー６０の
値、並びに抵抗器６２およびベツセル・フイルタ
ー６６の入力インピーダンス（基本的に抵抗）の
値は、減衰時間定数約75ミリ秒を与えるように選
択される。

低域フイルター６６は、検波器５２の包絡検波
出力中に存在するピークを丸め、その周波数定数
を基本的に20Hzに限定する働きをする。この20Hz
なる境界点は、Ａ／Ｄコンバーターに対するデー
タ・シグナルの周波数定数を、200Hzとして選択
されるサンプリング速度の約1/10に制限するよう
に選択される。

特に第２図に示すごとく、補償回路４８は、演
算増幅器７４を含み、該増幅器は非反転配置に
て、その半波整流器４４の出力につながる非反転
入力およびターミナル５０につながる出力と連結
される。増幅器７４の負フイード・バツク・ルー
プは、増幅器７４の出力およびその反転入力間に
て連結された比較的高い値を有する抵抗器７６を
含む。さらに、該負フイード・バツク・ループ
は、１つのターミナルにて増幅器７４の出力につ
ながり、他のターミナルにてダイオード８０のア
ノードにつながる比較的低い値を有する抵抗器７
８を含む。ダイオード８０のカソードは増幅器７
４の反転入力につながる。この配置は、ダイオー
ド８０を実質的に短絡させるに充分な出力電圧ま
で真数応答を与え、低出力電圧において回路５２
および５４のトランジスター５６および５６ａの
基本的対数応答に対して補償を行なう。一旦、ダ
イオード８０に充分な順バイアスがかけられる
と、補償回路４８の伝達関数は、この範囲におい
て回路５２および５４のリニアー・レスポンスに
対応して基本的にリニアーとなる。

第３図にデジタル相関システムを基本とするマ
イクロ・プロセツサーを示す。該相関システムは
10MHzにてクロツクされたマイクロプロセツサー
（μP）１００、例えば、インテル8085；1Kワー
ドRAM１０２；2KワードROM１０４；および
乗算器／アキユムレーター１０６、例えば
TRWTDC1008Jを含む。RAM１０２および
ROM１０４へのアクセスは、マイクロプロセツ
サーのデータ・バスに直接行なわれるが、乗算
器／アキユムレーター１０６へのアクセス（クロ
ツク入力を除く）は入力／出力（Ｉ／Ｏ）チツプ
１０８を介し、これに連結されたＩ／Ｏバス１０
９で行なわれる。Ｉ／Ｏ１０８は、例えば、イン
テル8156−２であつてよい。該システムはさらに
各々直接データバスにつながつたアナログ−デジ
タル変換器１１０およびデジタル−アナログ変換
器１１２を含む。

Ｉ／Ｏ１０８は256ワードのRAMを含み、こ
れはＩ／Ｏ１０８のチツプ選択（CS）入力につ
ながるマイクロ・プロセツサー１００のターミナ
ル・アドレス・ビツトＡ１３上の高レベルにより
選択され、一方、残りのメモリー装置は、Ａ１５
がアドレス・ビツトＡ１１，Ａ１２，AD０およ
びAD１の組合せをデコードすることにより低い
ときに選択される。ビツトＡ１１およびＡ１２は
２／４のデコーダー１２０によりデコードされて
RAM１０２またはROM１０４の１つが選択さ
れ、あるいは、第２の２／４のデコーダー１２２
を可能とする。デコーダー１２２が選択される
と、ビツトAD０およびAD１をデコードして
Ａ／Ｄ１１０またはＤ／Ａ１１２に対してチツプ
選択を行ない、あるいは乗算機／アキユムレータ
ー１０６をクロツクする（Ｘ，Ｙを掛ける乗算
機／アキユムレーター１０６のクロツク入力はデ
コーダー１２２の第３出力に連結され、かつその
Ｐアキユムレートクロツクはデコーダ１２２の第
４出力につながる）。乗算器／アキユムレーター
１０６のクロツク入力をメモリーマツピングする
ことにより、相関関数を形成する比較的高速の乗
算および累積が有利に達成される。

Ａ／Ｄ１１０によるデータのサンプリングは周
期的に、例えば、５ミリ秒ごとに、Ｉ／Ｏ１０８
からマイクロ・プロセツサー１００へ与えられる
割込み制御下に行なわれる。Ｉ／Ｏ１０８はシス
テムのスタートアツプ時点でプログラムされた適
当なフアクターによりマイクロ・プロセツサー１
００からのクロツク・パルスを分割することによ
り割込みパルスを発生する。前記のごとく、アナ
ログ−デジタル変換はＡ／Ｄ１１０を対照として
ターミナル７０に供給されたピーク検出回路５４
の出力を用いて行なわれ、突発的な大きい人為的
シグナル、例えば、胎児の足のケリによるＡ／Ｄ
１１０の過負荷の可能性を最少とする。

第３図の相関システムの操作を、第４Ａ，４
Ｂ，４Ｃ図のフローチヤートおよび第５図の波形
を参照して説明する。要約すれば、該相関システ
ムは前記のごとく処理された超音波ドツプラー反
射シグナルまたは音響シグナルを提供する。該シ
ステムが作動してそれらの上に（シグナルの蓄積
時間遅れセグメントを比較シグナルとして用い
て）標準デジタル自動相関関数の形成を行ない、
該相関関数を表わすデジタル・シグナルを処理し
て胎児の心博サイクル事象のくり返しを表わす事
象シグナルを発生する。該事象シグナルは、Ｉ／
Ｏ１０８の事象出力ターミナル１３０において１
ビツトとしての出力をなす。相関の結果の処理
は、本発明の一態様に従つて実行され、より効率
よく検知して心博の分離を補償し、この結果、事
象当り単一のピークの代りに心博事象当り相関関
数の２つのピークが得られる。該システムが心博
の分離を検知した場合、これは相関関数の２つの
ピーク毎に１つの事象シグナルを生じ、同様に、
該システムが、胎児の心臓サイクルが相関関数の
１つのピークにより表わされることを検知した場
合（心博の分離なし）、事象シグナルは相関関数
の各ピーク毎に１つ生ずる。相関関数を直接観察
するか、またはそのアナログ形を貯えることが望
ましい場合、デジタル相関シグナルのアナログ形
がＤ／Ａ１１２の出力ターミナル１３４から得ら
れる。

第４Ａ図において150で示すように、始動する
と、該システムはステートφにエンターされ、フ
ラツグ、定数および変数がイニシヤライズされ、
Ｉ／Ｏ１０８がセツトアツプされる等の操作が行
なわれる。その後、ステート１（ステツプ152）が
エンターされ、ここで、システムはＡ／Ｄ変換器
１１０の入力において供給されたシグナルのデジ
タル形を獲得し、貯える。すなわち、この具体例
においては、ステート１の終了まで各５ミリ秒ご
とに、割込みによりシステムに他のＡ／Ｄ変換を
行なわせ、かつ、２つのソフトウエア・レジスタ
ー中にこの変換の結果を蓄積させる。データ・レ
ジスターは、最新の256デジタル化シグナルを蓄
積し、テンプレート・レジスターはデータ・レジ
スターの内容とともに相関関数を形成するために
入力シグナルの256サンプルを蓄積する。

データサンプリングの1.28秒後、データおよび
テンプレート・レジスターが満たされることがわ
かる。

これまでの記載および以下に記載した理由か
ら、該システムはデータおよびテンプレート・レ
ジスター内に蓄積された同一シグナル間のデジタ
ル相関関数を完成する。この相関の結果は、シグ
ナルがサンプリングされる期間である1.28秒にお
けるデジタル化シグナルの平均エネルギー容量に
比例する。

乗算器／アキユムレーター１０６は、データお
よびテンプレート・レジスターからの対応する８
ビツトシグナルの乗算およびそのアキユムレータ
ー中におけるこれらの乗算の合計により第３図の
具体例中で相関関数を形成する。第３図の具体例
のアキユムレーターは19ビツトのレジスターであ
る。ステート１において、データおよびテンプレ
ート・レジスター中の同一シグナルの相関の結
果、自動利得制御（AGC）シグナルを発生する
ベースを形成し、システムにこの合計の７個の最
大の非ゼロビツトを相関関数の最大ビツトとして
次のより高いオーダーのビツトとともに選択する
よう命ずる。したがつて、該システムは入力され
るシグナルの強さに従つてその操作を調整するこ
とができ、固定ワード長のシグナルにより表わさ
れる相関関数を可能にし、心博分離が入力される
シグナル中に存在するか否かを判定する相関関数
の連続ピークを比較するためのベースを形成す
る。相関関数の最大有効ビツトとして最大有効非
ゼロビツト上のつぎに高いオーダーのビツトの選
択は、シグナルにノイズを乗せる余裕を残し、こ
れにより過負荷の可能性を減ずる。

ステート１が完了すると、システムはステート
２（154）に進み、新規のデータサンプルが取り出
され、データ・レジスタ中で蓄積された最も古い
サンプルの代りに蓄積され（現在一杯のテンプレ
ート・レジスター中に蓄積されることなく）、さ
らに相関関数が達成される。ついで、ステート２
は１つを除いてＩ／Ｏ１０８から受けた割り込み
によつてのみエンターされる。

ステツプ154が完了すると、ステツプ156が実行
され、ここで該システムは相関関数の最終ピーク
の発生から３秒間経過したかどうかを判断する。
３秒が経過している場合、シグナルは、例えば、
胎児の位置の移動またはトランスデユーサーの断
線により失なわれてよい。したがつて、該システ
ムは再度イニシヤライズされ、プログラムはステ
ートφ（ステツプ150）へ分岐し、これを実行す
る。

ステツプ156において、最終ピークより３秒が
経過していない場合、ステツプ158が実行される。
本具体例において、最大心博数を210回／分とす
ると、最少心博間隔は280ミリ秒であり、従つて
280ミリ秒がステート１の終了から経過するまで
に相関関数におけるピークの発生をテストするこ
とは無意味である。したがつて、この期間の満了
まで該システムはこの点にて新たな割込みが生ず
るまで待機し、ここでステート２が再びエンター
される。

280ミリ秒がステート１の終了より経過すると、
プログラムはステツプ158からステツプ160に進行
し、ここで相関関数がテストされそのピークが生
じたかどうか判定される。発生していない場合、
プログラムは割込みを待ち、このときにステート
２にもう一度もどる。ピークが生じた場合、プロ
グラムはピークを最初にスクリーニングするため
ステツプ162に進み、これが局部的ピークのみか
否か、あるいは心博事象の再現を表示するもので
ありうるか否かを決定する。

ステツプ162のスクリーニング機能は、所定の
長さのピークのない遅れ時間後の相関関数のピー
クのみを有効性のありうるピークとして許容し、
本具体例におけるこの期間は280ミリ秒である。
したがつて、ステツプ162のスクリーニング機能
は、ピークが検知されてから新たなピークの発生
が検知されずに280ミリ秒が経過しないかぎりプ
ログラムをステート２に戻すことである（以下、
スクリーニング基準という）。

相関関数の最新ピークを生ずるシグナルにもと
づき前記AGC定数を発生するデータを提供する
ため、ステツプ160においてピークが検知される
ごとに、第３レジスターは、データ・レジスター
にエンターされる新たなデータによつて書き換え
られないかぎりデータ・レジスターからの最も古
いデータの蓄積が開始される。スクリーニング基
準に合うか否かを調べるステツプ162の判定の後、
後記方法にもとづき事象シグナルを発生させるべ
きことを引き続き判定した場合、第３レジスター
内の最も古いデータは、データ・レジスター内に
現在蓄積されているピークから得られた該280ミ
リ秒のデータと交換される。ついで、データ・レ
ジスターの内容はテンプレート・レジスター内の
ものと置換され、相関関係が求められてAGCシ
グナルを生ずる。これによつて、テンプレート・
レジスターはデータ・レジスター内にエンターさ
れた新たなデータを用いて相関を完成するのに使
用されるように更新される。ついで、一時的に第
３レジスターに蓄積された新しいデータはデー
タ・レジスター内の古いデータと置換される。

一旦、相関関数の与えられたピークがスクリー
ニング基準を満足すると、プログラムは相関関数
のつぎの最も近いピークに対して最新のピークの
分析を行ないスクリーニング基準を満足する各ピ
ーク毎に事象シグナルを発生させるか、あるいは
相関関数ピークの１つおき毎に事象シグナル（心
音の分離のために１つの心博事象につき２つのピ
ークが生ずる）を発生させるかを判定する。前記
分析は二重操作モードにもとづいており、ここで
は、心博事象が１つまたは２つのピークにより表
示されたかの先の判定がその次のピークの分析に
おける操作モードを予め決定する。すなわち、先
行する一組のピークの分析から、事象がただ１つ
のピークと対応すると判定されると、操作の「高
心博数」モードがその次の分析のために予め決定
される。これに対し、２つのピークが各事象を表
わすと予め判定した場合、「低心博数」モードが
その次の分析のために予め決定される。

該その次のモードはステツプ164中にてテスト
された２−ステート「モード」フラツグにより予
め決定され、ここで高心博数モード（第４Ｂ図に
示す）または低心博モード（第４Ｃ図に示す）へ
の適当な分岐が実行される。ステート０（ステツ
プ150）において、モードフラツグは高心博数モ
ードにてイニシヤライズされる。したがつて、ス
クリーニング基準を満足する第１のピークが検知
されると、プログラムはステツプ164を介してス
テツプ166（第４Ｂ図）に進み、事象シグナルが発
生する（高心博数モードのピークの各々が１つの
心博事象の再現を表示するので）。

該事象が許容のウインド内に入るかどうかを判
定するためのつぎのステツプ168を実行し（後記
に記載）、新たなウインドをステツプ169内に設定
（事象がウインド内に入ると仮定）した後、「交
互」フラツグがステツプ170にてテストされる。
交互フラツグ（ステート０にてリセツト）は、事
象がウインド内に入つたと仮定して第４Ｂ図のル
ーチンの実行を毎回トグルし、テストされるべき
相関関数の２つの連続するピークを発生させ、そ
れらの相対的な大きさが心博分離が存在すること
を表示するか否かを判定できるようにし、つい
で、モードフラツグがトグルされ、スクリーニン
グ基準を満足する次のピークの検知により、低心
博数モードのエンターが行なわれるようにする。
前記のごとく、交互フラツグはステート０にて最
初にリセツトされ、ステツプ170からプログラム
が進行し、ここで選択フラツグがセツトされ、ス
テツプ172を介してステツプ174に至り、ピークを
表わす相関シグナルが「最終ピーク」として蓄積
される。テンプレート・レジスターはこの時更新
されない。

さらにスクリーニング基準を満足するピークを
受信すると、プログラムはステツプ164〜169（事
象がウインド内にあると仮定）を介してステツプ
170に進み、選択フラツグがステツプ172中に予め
設けてあるため、ステツプ176に分岐する。ステ
ツプ176から（ここで選択フラツグはリセツト、
すなわち再びトグルされる）、プログラムはステ
ツプ178に進み、AGCシグナル設定およびテンプ
レート更新の操作が前記のごとく実行される。

テンプレートは相関関数の２つのピーク毎にた
だ一度更新されるので、同一のテンプレートが、
両方のピークを発生するのに用いられる。時間シ
フトしたシグナル間の相関関数の大きさは、シグ
ナルの同一性の尺度を与える。すなわち、相互に
類似したシグナルは非類似のシグナル間にて発生
した相関関数に比べて比較的高振幅を有する相関
関数を発生する（ただし、同一の比較シグナルが
各場合に用いられる）。各ピークが１つの心博事
象を表わす場合、最終ピークはより新しいピーク
とほぼ同じかより大きい振幅を有するべきであ
る。

しかしながら、心博分離に出合うと、相関シグ
ナルの連続ピークは単一の心博事象の異なつたセ
グメントを表わす。第５図は、ストリツプ・チヤ
ート紙に見られるような格子１８２上の時間に関
してプロツトされた心博分離が存在する胎児の心
臓の動きを示す典型的なドツプラー反射シグナル
１８０を示す。格子１８２のつぎの第２の格子１
８４は、シグナル１８０のセグメントの、その先
行するシグナルに対するセグメント間の相関関数
を表わす典型的な相関シグナル１８６を示す。該
先行シグナルのセグメントは長さが少なくとも１
心博事象であり、シグナル１８６の２つのピーク
毎に更新される。

テンプレート更新がシグナル１８６のピークＮ
の検知により起こるとすると、異なつた心臓の動
作を表わすピークN₊₁は比較的低振幅を有する。
これは異なつた心臓の動作が独特な異なるパター
ンを有するシグナルを生じ、かつピークN₊₁にお
いて得られる相関が異なる心臓動作を表わすシグ
ナルの間で実行されることによる。しかしなが
ら、ピークN₊₂は同じ心臓動作を表わすシグナル
相関を表わすので、ピークN₊₂はピークN₊₁より
大きな振幅を有する。

ステツプ178（第４Ｂ図）の実行後、いずれも同
一のテンプレートに対する相関により得られた相
関ピークである最終ピークおよびより新しいピー
クはステツプ190にて比較される。このより新し
いピークが最終ピークより少なくとも12.5％大き
いと（本発明の好ましい具体例において）、心博
分離が生じていると判定され、低心博モードが設
定され（ステツプ192）、スクリーニング基準を満
足するつぎのピークが検知されると、低心博モー
ドルーチン（第４Ｃ図）が実行される（後記のご
とく、ウインドはステツプ193にて開放されるこ
とにも注意）。逆に、新しいピークが最終を少な
くとも12.5％上回らない場合、該システムは高心
博モードを維持する。新しいピークが最終ピーク
を実質的に超えることが必要なため、分離心博事
象を表わす連続ピーク間の振幅におけるランダム
な変化は、半数カウントとなる低心博モードへの
変化を生じさせない。

しかしながら、モードの変更が起る場合、スク
リーニング基準を満足するつぎのピークを検知す
ると、プログラムはステツプ164（第４Ａ図）から
ステツプ200（第４Ｃ図）に進行する。ステツプ
200において、最も新しいピークが最終心博事象
から所定の時間以内に生じたか否かが判定される
（好ましい具体例における所定の期間は600ミリ秒
である）。もしそうであれば、該ピークが、最終
ピークとして蓄積され（ステツプ202）、プログラ
ムは次の割込みによりステート２（第４Ａ図）に
戻る。もしそうでない場合、ピークにより表示さ
れる事象が許容性のウインドに入るかどうかが判
定される（ステツプ204）。以下に詳細に記載す
る。

ここで、ステツプ204が正の結果を生むと仮定
すると、事象シグナルが生じ（ステツプ206）、
AGCシグナルおよびテンプレート・レジスター
が更新される（ステツプ208）。好ましい具体例に
おいて次のステツプ210は、最も新しいピークが
最終ピークの振幅を越えるか否かを判定し、その
場合、プログラムは低心博数モードに保持される
べきと判定される。心博分離が存在する場合事象
につづく第２ピークおよびテンプレート更新は、
最終ピークとして蓄積された直前のピークより大
きな振幅を有するべきである。したがつて、この
状態はステツプ210にてテストされ、肯定結果は
プログラムを低心博数モードに置き、一方、新し
いウインドはステツプ212に設けられ（後記）、最
終ピークはステツプ214にて０にリセツトされる。

ステート０（ステツプ150）の一つの目的は、最
終ピークを０としてイニシヤライズすることであ
る。したがつて、最終ピークは低心博数モードが
エンターされ、ピークが最終事象の600ミリ秒以
内に生じるまで０である。その後、プログラムが
低心博数モードにあるかぎり、最終ピークはステ
ツプ214において０にリセツトされる。したがつ
て、事象当り単一ピークとなる100回／分以下の
心博数における心博分離の不在（低心博数モード
において）は、各ピークが１つの事象として計数
されることを保証する。これはステツプ200が負
の結果を生じ、ステツプ210が正の結果を生じ、
最終ピークが０に等しくなる（ステツプ214）こ
とにもとづく。

しかしながら、プログラムが未だ低心博数モー
ドにある間に心博数が100回／分を超えると、事
象を表示するピークが最終事象から600ミリ秒以
下にて生ずる。このピークは最終ピークとして
（ステツプ200および202）蓄積され、つぎのピー
クが生じると、ステツプ210において最終ピーク
に対して比較される。最終ピークおよび新規ピー
クは同じテンプレートの使用にて生ずるので、最
終ピークが新規ピークより振幅において小さいこ
とは起りえない（最終ピークを起すシグナルは新
規ピークを起すシグナルよりもテンプレート・レ
ジスター中のデータにより類似しており、新規ピ
ークはテンプレート・レジスター中に蓄積された
シグナルから時間的により遠い）。

ステツプ210が負の結果を生ずると、ステツプ
216はモードを高心博数モードに変換し、ウイン
ドはステツプ218にて開く（後記）。したがつて、
スクリーニング基準を満足する次のピークの再現
にあたり、プログラムはステツプ164から高心博
数モードをエンターする。

時々、ドツプラー・シグナルまたは音響シグナ
ルは、胎児の動きなどのごとき１またはそれ以上
の別の音源より発せられたノイズにより汚染され
る。かかるノイズは、相関関数内に擬似ピークを
生じうる。ノイズが誤つた事象シグナルを生ずる
可能性を減ずるため、事象シグナルが出力される
たびに、該システムは事象が所定の「ウインド」
（すなわち、１またはそれ以上の先行する心博−
心博間隔の値により予め決められた許容される心
博間隔の範囲）内に入るかどうか判定する。該ウ
インドは、１またはそれ以上の先行する心博−心
博間隔により表わされる心博数と同等と規定でき
る。本具体例において、ウインドは、心博数の範
囲に対応する心博間隔の範囲として予め設定さ
れ、該心博数は最終の心博−心博間隔より20回／
分多いかまたは少ない範囲の心博数を含む。

したがつて、本具体例において、各事象が所定
のウインド内であるとして許容された後、新たな
ウインドが、１つの例外を除き前記の方法にて設
定される。第４Ｂ図のステツプ169および第４Ｃ
図のステツプ212参照。しかしながら、モード変
換が必要であると判定された場合、予め設定され
たウインドは、もはや有用ではなく、従つて、該
ウインドはこれにより「開放」、すなわち、可能
な心博数の全範囲として、本具体例では０〜240
回／分が設定される。第４Ｂ図のステツプ193お
よび第４Ｃ図のステツプ218を参照。現在の心博
−心博間隔がいくらであるかは前もつて分らない
ので、ステート０にて実行された以後のイニシヤ
ル化は前記の方法にてウインドを開放する。

前記より明らかなごとく、ピークがスクリーニ
ング基準を満足することが判明する毎に、ステツ
プ168および204の１つが、新たなピークにより表
される事象が所定のウインド内に入るかどうかを
判定する。入らない場合、プログラムは判定によ
り戻り、新たな事象を生じないで、ウインドを開
放する（ステツプ230および232の１つ、操作の現
状モードによる）。該システムはまた「ウオー
ム・リスタート」（ステツプ234および236の１つ、
操作モードによる）を実行する。すなわち、交互
フラツグがリセツトされ、最終ピークが０にセツ
トされる。しかしながら、テンプレート・レジス
ターおよびデータ・レジスターの両方のデータは
ウオーム・リスタートによつて影響されない。さ
らに、低心博モードの場合、プログラムは、リス
タート手続の一部として高心博数モードにスイッ
チする。第４Ｃ図参照。

本発明は、非直接ドツプラーシステムにおいて
のみならず、直接ドツプラーシステムにとつても
有用である。さらに、これは連続波ドツプラーシ
ステムおよびパルス化ドツプラーシステムにおい
ても有用である。例えば、第１図の回路機構はパ
ルス化ドツプラーシステムとして作動するように
変形できる。この場合、レンジ・ゲーテイング技
術を用いて、胎児の心博の範囲内においてのみリ
ターン・シグナルを許容し、表皮に近い部分のノ
イズおよび伝送器から受信トランスデユーサへの
音の混線を除去することができる。また、時間利
得補償（TGC）技術は、受信した音響シグナル
の範囲に伴なつて増加するシグナルの減衰の補償
に役立つよう用いることができる。

以上、本発明を具体例をもつて説明したが、本
発明はこれらに限定されるものではなく、その均
等物を排するものではなく、本発明の範囲内にお
いて様々の変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一具体例を示す連続波ドツプ
ラー超音波胎児心臓モニターの前方端部のブロツ
クダイアグラム、第２図は第１図の具体例の補償
回路、包絡線検波器およびピーク検出回路の概略
図、第３図は第１図の具体例のデジタル・シグナ
ル・プロセツサー部のブロツクダイアグラム、第
４Ａ，４Ｂおよび４Ｃ図は第３図のデジタル・シ
グナル・プロセツサの作動を説明するフローチヤ
ート図、第５図は第１図の具体例にて得られる１
つの可能なベース・バンド・ドツプラー反射シグ
ナルを説明する波形図である。 図中の主な符号はつぎのとおりである。１０…
…発振器、１４……トランスミツトトランスデユ
ーサ、１６……受信トランスデユーサ、４８……
補償回路、５２……包絡線検波器、５４……ピー
ク検出器、６６……低域フイルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも１つの胎児の心臓サイクルに対応
   する胎児の心臓の運動を表わすデータ・シグナル
   を発生する手段；少なくとも１つの先行する胎児
   の心臓サイクルに対応するデータ・シグナルの部
   分から得られた比較シグナルを蓄積する手段；お
   よびデータ・シグナルと比較シグナルとの間の時
   間的相関関数を表わす相関シグナルを発生するデ
   ータ処理手段からなり、該データ処理手段は胎児
   の心臓サイクルが相関シグナルの１つまたは２つ
   のピークにより表わされるか否か判断するように
   動作し；該データ処理手段はさらに胎児の心臓サ
   イクルが相関シグナルの単一ピークにより表わさ
   れると判定された場合、相関関数の各ピーク毎に
   該事象シグナルを一度発生するよう作動し、かつ
   胎児の心臓サイクルが相関シグナルの２つのピー
   クにより表わされると判断された場合、相関関数
   の２つのピーク毎に該事象シグナルを一度発生す
   るよう作動する胎児の心臓サイクルの再現を表わ
   す事象シグナルを発生することを特徴とするシス
   テム。 ２ データ処理手段が、胎児の心臓サイクルが相
   関シグナルの複数の連続ピークの組の振幅を比較
   することにより１つまたは２つのピークによつて
   表わされるか否かを判定し、かつ該ピークが他の
   ピークの振幅を所定量越える場合、胎児の１つの
   心臓サイクルが両方の該ピークにより表示される
   と判定するよう動作する特許請求の範囲第１項記
   載のシステム。 ３ 蓄積手段が、比較シグナルを更新するために
   相関シグナルの先行する一組のピークを発生する
   のにつづき比較シグナルをデータシグナルに置換
   するよう作動し、かつデータ処理手段が比較シグ
   ナルの先行する更新につづく第２ピークとして前
   記所定のピークの１つを選択するよう作動する特
   許請求の範囲第２項記載のシステム。 ４ データ処理手段が、胎児の心臓サイクルが所
   定の条件が存在するとき２つの前記ピークにより
   表わされると判定することによつて１または２の
   ピークにより胎児の心臓サイクルが表わされるか
   否かを判定するよう作動し、かかる判定につづ
   き、選択された連続ピークの複数の組の振幅を比
   較し、かつ該連続ピークの複数の組の少なくとも
   １つの第２の発生が第１発生の振幅を上回らない
   場合、胎児の心臓サイクルが相関シグナルのただ
   一つのピークにより表わされると判定する特許請
   求の範囲第１項記載のシステム。 ５ データ処理手段が、該事象後所定時間以内に
   て発生するピークとして各組の第１ピークを選択
   すること、および該事象後所定時間以上で発生す
   るピークとして該組の第２ピークを選択すること
   により選択された連続ピークの複数の組の振幅を
   比較するよう作動する特許請求の範囲第４項記載
   のシステム。 ６ 蓄積手段が、事象後所定時間以上にて生ずる
   ピークにつづいて比較システムをデータ・シグナ
   ルに置換するよう作動する特許請求の範囲第４項
   記載のシステム。 ７ データ処理手段が、事象後判定により連続ピ
   ークを比較するよう作動し、ついで胎児の心臓サ
   イクルが２つの該ピークにより表わされること、
   および事象後所定の期間以上にて生ずるピークが
   所定の期間内にて生ずるピークの振幅を上回らな
   いかぎり胎児の心臓サイクルが相関シグナルの唯
   一のピークにより表わされることを判定する特許
   請求の範囲第６項記載のシステム。 ８ 少なくとも１つの胎児の心臓サイクルに対応
   する胎児の心臓の運動を表わすデータ・シグナル
   を発生するための手段；データ・シグナルと、少
   なくとも１つの先行する胎児の心臓サイクルに対
   応するデータ・シグナルの部分より得られた比較
   シグナルとの間の時間にて相関関数を表わす相関
   シグナルを発生する手段；からなり、該相関シグ
   ナル発生手段はＮビツトデータバスおよびデジタ
   ル乗算器／アキユムレーターユニツトを有するデ
   ジタル中央処理手段からなり、該乗算器／アキユ
   ムレーターユニツトがデータ・シグナルに関連し
   た時間内にてシフトした比較シグナルの各デジタ
   ル値を乗じたデータ・シグナルのデジタル化値の
   積の合計を与えるよう作動し、該積の合計がデジ
   タルワード長Ｎ＋Ｍビツトであり；該中央処理手
   段が該手段により発生したAGCシグナルに対応
   して相関シグナルの最大有効ビツトとして積の合
   計からのビツトのＮビツトシーケンスを選択する
   よう動作し、かつデータ・シグナル中の平均エネ
   ルギーによつて変化し；該相関シグナル発生手段
   が、相関シグナルにもとづく胎児の心博の再現を
   表わす事象シグナルを発生するよう動作する胎児
   の心臓サイクルの再現を表わす事象シグナルを発
   生することを特徴とするシステム。 ９ 相関シグナル発生手段が、データ・シグナル
   の相関関数およびデータ・シグナルから得られた
   AGC比較シグナルにもとづきAGCシグナルを発
   生するよう動作する特許請求の範囲第８項記載の
   システム。 １０ AGC比較シグナルが、少なくともデー
   タ・シグナルの部分として選択される特許請求の
   範囲第９項記載のシグナル。 １１ 胎児の心臓の運動を表わす入力シグナルを
   発生する手段；該入力シグナルにもとづき再現シ
   グナルを発生し、かつ胎児の心臓サイクルの可能
   な再現を行なう手段；および再帰シグナルに対応
   する事象シグナルの発生が、これにより表わされ
   る心博−心博期間が１またはそれ以上の先行する
   心博−心博期間の値により予め決められた許容期
   間の範囲内であるときのみ行なわれる手段からな
   ることを特徴とする胎児の心臓サイクルの再帰を
   表わす事象シグナルを発生することを特徴とする
   システム。 １２ 胎児の心臓の運動を表わすアナログ・シグ
   ナルを発生する手段；ピーク検知アナログ・シグ
   ナルに比例する対照シグナルを発生するピーク検
   知手段；アナログ・シグナルから低域フイルター
   を通したアナログ・シグナルを発生する低域フイ
   ルター手段；対照シグナルを受信するよう連結さ
   れた対照入力および低域フイルターを通したアナ
   ログ・シグナルをデジタル・シグナルに変換する
   低域フイルターを通したアナログ・シグナルを受
   信するよう連結されたアナログ・シグナル入力を
   有するアナログからデジタルへの変換手段；およ
   びデジタル・シグナルと比較シグナルとの間の時
   間における相関関数にもとづく事象シグナルを発
   生するデジタル・シグナル処理手段からなること
   を特徴とする胎児の心臓サイクル事象の再現を示
   す事象シグナルを発生するシステム。 １３ アナログ・シグナルを発生する手段が、ア
   ナログ・シグナルとしてベース・バンド・ドツプ
   ラーリターン・シグナルを与えるよう作動するド
   ツプラー超音波装置である特許請求の範囲第１２
   項記載のシステム。 １４ ベース・バンド・ドツプラーリターン・シ
   グナルが少なくとも200〜600Hzのバンド幅を有す
   る特許請求の範囲第１３項記載のシステム。