JPS6122570B2 - - Google Patents
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- JPS6122570B2 JPS6122570B2 JP55097821A JP9782180A JPS6122570B2 JP S6122570 B2 JPS6122570 B2 JP S6122570B2 JP 55097821 A JP55097821 A JP 55097821A JP 9782180 A JP9782180 A JP 9782180A JP S6122570 B2 JPS6122570 B2 JP S6122570B2
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- Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
〔技術分野〕
この発明は、生体信号特に胎児の心拍信号をト
ランスジユーサで変換して得られた電気信号の周
期測定に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to period measurement of electrical signals obtained by converting biological signals, particularly fetal heartbeat signals, with a transducer.
生体信号特に胎児の心拍信号の周期を測定する
方式として、従来のピークトリガ測定方式に代つ
て最近相関関数測定方式が実用化されている。
As a method for measuring the cycle of biological signals, particularly fetal heartbeat signals, a correlation function measurement method has recently been put into practical use in place of the conventional peak trigger measurement method.
自己相関関数方式とは、生体信号を表わす電気
信号を適当な所定のサンプリング周期をもつてサ
ンプリングし、サンプリングされたデータに基づ
いて生体信号の自己相関関数を計算し、計算され
た自己相関関数から生体信号のピークを検出し周
期を測定する方式である。自己相関関数とは、生
体信号の或る時刻における波形がその時刻からあ
る時間だけずれた時刻における波形とどれだけ類
似性を有しているかを示すものである。換言する
ならば、生体信号の繰返し波形の類似度を示すも
のである。 The autocorrelation function method is to sample an electrical signal representing a biological signal at an appropriate predetermined sampling period, calculate the autocorrelation function of the biological signal based on the sampled data, and calculate the autocorrelation function from the calculated autocorrelation function. This method detects the peak of biological signals and measures the period. The autocorrelation function indicates how similar the waveform of a biological signal at a certain time is to the waveform at a time shifted by a certain amount of time from that time. In other words, it indicates the degree of similarity of repeated waveforms of biological signals.
このことを第１図を参照して述べると、「周期
がＴならばその周期Ｔで繰返される部分M1を、
時間（周期）Ｔだけ時間軸上で移動させると後続
する次の部分M2に最も精度高く重なる。」という
ように表現することができる。 To explain this with reference to Figure 1, ``If the period is T, then the portion M 1 that is repeated in that period T,
If it is moved by time (period) T on the time axis, it overlaps with the next succeeding portion M2 with the highest accuracy. ” can be expressed as:
ところで生体信号(t)の自己相関関数Ａ(τ)
は、
Ａ(τ)＝lim１／２Ｔ∫Ｔ −Ｔ(t)｛ｔ−τ）dt…
(1)
で求めることができる。 By the way, the autocorrelation function A(τ) of the biological signal (t)
is, A(τ)=lim1/2T∫ T −T (t){t−τ)dt…
It can be found by (1).
(1)式において、Ｔは信号の周期を示している。
τは、生体信号についてのある時刻を基準として
その基準となる時刻からある時間だけずれた時刻
までの時間をあらわしている。換言するならば、
生体信号(t)に位相差を与える変数である。 In equation (1), T indicates the period of the signal.
τ represents the time from a certain time of the biological signal to a time that is shifted by a certain amount of time from the reference time. In other words,
This is a variable that gives a phase difference to the biological signal (t).
ところで生体信号が例えば胎児の心拍信号を表
わす電気信号である場合の、従来の相関関数方式
による周期測定装置について第２図を参照しなが
ら説明する。 By the way, a conventional period measuring device using a correlation function method when the biological signal is an electrical signal representing, for example, a heartbeat signal of a fetus will be explained with reference to FIG.
測定に際してはまず、プローブ２が例えば婦人
の腹部Ｗ上に配置され、心拍信号が検出される。
プローブ２の出力の心拍信号を表わす電気信号は
前処理回路３で適当な波形処理がなされ、サンプ
リン回路４により所定のサンプリング周期でサン
プリングされる。サンプリングされたデータは複
数のシフトレジスタで構成されているデータメモ
リ６に記憶される。このデータメモリ６において
は、新しいデータが入力されてくる毎にそれまで
記憶されたデータが１シフトレジスタ分だけ順次
シフトしていき、最も以前の古いデータは押し出
されて消滅する。乗算器８および加算器１０は自
己相関関数計算回路を構成しており、データメモ
リ６に記憶されたデータを用いて自己相関関数を
計算する。相関メモリ１２は計算された自己相関
関数計算結果を記憶する。乗算器８および加算器
１０によりデータメモリ６に記憶されたデータに
基づいて自己相関関数が計算される。 In the measurement, first, the probe 2 is placed, for example, on the woman's abdomen W, and a heartbeat signal is detected.
The electrical signal representing the heartbeat signal output from the probe 2 is subjected to appropriate waveform processing in a preprocessing circuit 3, and sampled at a predetermined sampling period by a sampling circuit 4. The sampled data is stored in a data memory 6 made up of a plurality of shift registers. In this data memory 6, each time new data is input, the data stored up to that point is sequentially shifted by one shift register, and the oldest data is pushed out and disappears. Multiplier 8 and adder 10 constitute an autocorrelation function calculation circuit, which calculates an autocorrelation function using data stored in data memory 6. The correlation memory 12 stores the calculated autocorrelation function calculation results. An autocorrelation function is calculated by multiplier 8 and adder 10 based on the data stored in data memory 6.
この計算は、各データ毎に位相差変数τを順次
変化させて、得られた計算結果を順次相関メモリ
１２に記憶する。例えば、データX1について
X1・Ｘs+1＋A1→A1，
X1・Ｘs+2＋A2→A2
〓
X1・Ｘs+n＋Ａn→Ａn
というようにデータX1について位相差変数τを
順次変化させ、得られた計算結果を順次相関メモ
リ１２に記憶する。ついでデータX2についても
同様に、位相差変数τを順次変化させ、得られた
計算結果を順次相関メモリ１２に記憶する。各計
算結果は順次相関メモリ１２に記憶される。 In this calculation, the phase difference variable τ is sequentially changed for each data, and the obtained calculation results are sequentially stored in the correlation memory 12. For example , for data X 1 , data _ _ _ _ _ The phase difference variable τ is sequentially changed for each of the variables, and the obtained calculation results are sequentially stored in the correlation memory 12. Then, similarly for the data X 2 , the phase difference variable τ is sequentially changed, and the obtained calculation results are sequentially stored in the correlation memory 12 . Each calculation result is sequentially stored in the correlation memory 12.
このような計算、記憶をｎサイクル繰返すこと
により相関メモリ１２に自己相関関数を形成する
データが記憶される。ピーク検出器１４により相
関メモリ１２に記憶されている自己相関関数にお
ける周期性を示すピークを検出して周期を求め
る。 By repeating such calculation and storage for n cycles, data forming an autocorrelation function is stored in the correlation memory 12. A peak detector 14 detects a peak indicating periodicity in the autocorrelation function stored in the correlation memory 12 to determine the period.
しかしながらこのような従来の測定方式におい
ては、サンプリングされた各データ毎に位相差変
数τを順次変化させ、その計算結果を記憶させる
方式としているために、各サンプリングサイクル
毎の位相差変数τの変化する範囲のすべてのデー
タの自己相関関数計算結果を相関メモリに記憶さ
せなければならず、このため記憶容量の大きな相
関メモリを必要とした。また周期の短い信号の測
定の場合にも、その周期の二倍ないし三倍の長さ
に対応する時間実質的に意味のない計算をしてお
り、このことも記憶容量の大きな相関メモリを要
求することとなり、さらに実時間処理の点からみ
ても問題があつた。
However, in such conventional measurement methods, the phase difference variable τ is sequentially changed for each sampled data and the calculation results are stored, so the change in the phase difference variable τ for each sampling cycle is It is necessary to store the autocorrelation function calculation results for all data in the range in the correlation memory, which requires a correlation memory with a large storage capacity. Furthermore, when measuring short-period signals, the time corresponding to two or three times the period is essentially meaningless, and this also requires a correlation memory with a large storage capacity. Furthermore, there was a problem from the point of view of real-time processing.
発明の目的
この発明は上述のような事情に鑑みなされたも
のであつて、その目的は、相関メモリの必要記憶
容量を低減せしめると共に計算時間をできるだけ
短縮することのできる生体信号の周期測定装置を
提供することである。 Purpose of the Invention The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to provide a period measuring device for biological signals that can reduce the required storage capacity of the correlation memory and shorten the calculation time as much as possible. It is to provide.
この発明によれば、生体信号を表わす電気信号
を所定のサンプリング周期でサンプリングするサ
ンプリング手段と、前記サンプリング手段によつ
て得られた信号に基づいて前記生体信号の自己相
関関数を計算する自己相関関数計算手段と、計算
された前記自己相関関数のピークを検出するピー
ク検出手段と、前記ピーク検出手段によつて検出
されたピークの相関時間軸上の位置によつて決定
される位相差変数τに対応した時間信号を出力す
る周期信号出力手段と、を具備し、前記自己相関
関数手段は、前記位相差変数τのある値における
自己相関関数
前記を位相差変数τの特定の値について計算し、
前記位相差変数τの順を順次変化させて、それぞ
れの前記位相差変数τの値における自己相関関数
を反復計算する如く構成されていることを特徴と
する周期測定装置が提供される。 According to this invention, there is provided a sampling means for sampling an electrical signal representing a biological signal at a predetermined sampling period, and an autocorrelation function for calculating an autocorrelation function of the biological signal based on the signal obtained by the sampling means. a calculation means, a peak detection means for detecting a peak of the calculated autocorrelation function, and a phase difference variable τ determined by the position on the correlation time axis of the peak detected by the peak detection means; periodic signal output means for outputting a corresponding time signal, and the autocorrelation function means outputs an autocorrelation function at a certain value of the phase difference variable τ. Calculate the above for a particular value of the phase difference variable τ,
There is provided a period measuring device characterized in that it is configured to sequentially change the order of the phase difference variables τ and repeatedly calculate an autocorrelation function at each value of the phase difference variables τ.
前記自己相関関数計算手段を前記位相差を与え
る変数τの値を、前記生体信号の測定周期の実質
的に最小値から開始して、自己相関関数を計算す
る如くすれば、測定結果を周期に等しい時間間隔
でとり出すことができる。 If the autocorrelation function calculating means calculates the autocorrelation function by starting the value of the variable τ giving the phase difference from a substantially minimum value of the measurement period of the biological signal, the measurement results can be calculated periodically. It can be taken out at equal time intervals.
さらに、前記自己相関関数計算手段は、或るピ
ーク検出後も一定時間前記自己相関関数の計算を
続け、前記一定時間内に前記ピークより大きなピ
ークが存在しないとき前記ピークを真のピークと
して検出する如く構成すれば検出精度が向上す
る。あるピーク検出後前記電気信号の測定周期の
実質的な最小値以内には真のピークは存在するこ
とはあり得ないので、前記一定時間は、上記最小
値に設定すれば充分である。 Furthermore, the autocorrelation function calculation means continues to calculate the autocorrelation function for a certain period of time even after a certain peak is detected, and detects the peak as a true peak when there is no peak larger than the peak within the certain period of time. If configured in this way, the detection accuracy will be improved. Since a true peak cannot exist within the practical minimum value of the measurement period of the electric signal after a certain peak is detected, it is sufficient to set the certain time period to the minimum value.
発明の具体的説明
以下この発明の実施例を第３図乃至第６図を参
照して説明する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Examples of the present invention will be described below with reference to FIGS. 3 to 6.
第３図は、この発明による周期測定装置の動作
原理を説明するための図であり、具体的には生体
信号の自己相関関数を計算する方法を示してい
る。 FIG. 3 is a diagram for explaining the operating principle of the period measuring device according to the present invention, and specifically shows a method for calculating an autocorrelation function of a biological signal.
生体信号を表わす電気信号を一定のサンプリン
グ周期Ｔsでサンプリングして得られる各サンプ
リング時のデータを(k)（ただしｋ＝１，２，
３…ｎ）とすると、この生体信号の自己相関関数
Ａ(〓)は(2)式であらわされる。 The data at each sampling time obtained by sampling electrical signals representing biological signals at a constant sampling period T s is (k) (k = 1, 2,
3...n), the autocorrelation function A ( 〓 ) of this biological signal is expressed by equation (2).
(2)式においてｋはサンプリング序数である。 In equation (2), k is the sampling ordinal number.
ｎは１サンプリングサイクルにおけるサンプリ
ング回数であり、１サンプリングサイクルとは、
ｎ回のサンプリングによつて位相差変数τの或る
値における１つの自己相関関数を計算する過程を
いう。 n is the number of samplings in one sampling cycle, and one sampling cycle is
This refers to the process of calculating one autocorrelation function at a certain value of the phase difference variable τ by sampling n times.
(2)式は展開すると(3)式のようにあらわされる。 When equation (2) is expanded, it can be expressed as equation (3).
Ａ(τ)＝１／ｎ｛(1)(1+τ)＋(2)(2+τ) ＋(3)(3+τ)＋…＋(n)(n+τ)｝ …(3) ここで(1)は最新のデータである。A(τ)=1/n{(1)(1+τ)+(2)(2+τ) +(3)(3+τ)＋…+(n)(n+τ)}…(3) Here (1) is the latest data.
(3)式は、位相差変数τだけ時間軸上でずれてい
る二つの時刻におけるサンプリングデータ(k)
と(k+τ)との積（ｋ）(k+τ)をｎ回加える
ことによつて生体信号の自己相関関数が得られる
ことを意味している。 Equation (3) is the sampling data (k) at two times that are shifted on the time axis by the phase difference variable τ.
This means that the autocorrelation function of the biological signal can be obtained by adding the product (k)(k+τ) of (k+τ) n times.
すなわち第３図を参照して説明すると、時間軸
上でサンプリング周期Ｔsの間隔でサンプリング
された複数のデータのうち時間軸上で位相差変数
τ＝ｍに対する時間だけずれた二つのサンプリン
グデータ、例えば(1)と(m+1)、(2)と(m
＋２）、(n)と(m+n)、等の積、
(1)(m+1)、(2)(m+2)……(n)(m+n)
…をｎ回加え合わせることによつて自己相関関数
Ａ（ｍ）が得られることになる。 That is, to explain with reference to FIG. 3, among a plurality of data sampled at intervals of sampling period T s on the time axis, two sampling data that are shifted by the time relative to the phase difference variable τ=m on the time axis, For example, (1) and (m+1), (2) and (m
+2), product of (n) and (m+n), etc., (1)(m+1), (2)(m+2)...(n)(m+n)
The autocorrelation function A(m) is obtained by adding up n times.
本願発明では、生体信号についての１サンプリ
ングサイクルにおいて、時間軸上で生体信号を表
銭す電気信号に位相差を与える変数τの特定の値
における自己相関関数を計算し、位相差変数τの
値を順次変化させて、それぞれの前記位相編数τ
の値における自己相関関数を反復計算する方式と
し、それによつて最新の自己相関関数計算結果の
みを記憶しておくことによつて信号ピークを求め
かつ周期を求めるものである。 In the present invention, in one sampling cycle for a biological signal, an autocorrelation function at a specific value of a variable τ that gives a phase difference to an electrical signal representing a biological signal on the time axis is calculated, and the value of the phase difference variable τ is calculated. by sequentially changing the phase knitting number τ
This method repeatedly calculates the autocorrelation function at the value of , and stores only the latest autocorrelation function calculation results to determine the signal peak and period.
このことについて次に、胎児の心拍信号を表わ
す電気信号について適用した場合を例に挙げて説
明する。 Next, this will be explained using an example in which the present invention is applied to an electrical signal representing a heartbeat signal of a fetus.
胎児心拍数の周期は先にも述べたように、ほぼ
300msないし1500msの範囲にある。したがつ
て、心拍信号の全周期域にわたる自己信号を計算
するためには、測定周期を最小値300msから
1500msまで変えて自己相関関数を求める必要が
ある。すなわち位相差変数τを(2)式において
300／Tsないし1500／Tsの範囲で変化させる必
要がある。そしてこの範囲内で位相差変数τが心
拍信号の周期Ｔ、および周期Ｔの整数倍の時間に
定められた時自己相関関数は最大のピークを有す
るので、周期Ｔに相当するピークを検出すれば心
拍信号を表わす電気信号の真の周期を求めること
ができる。 As mentioned earlier, the cycle of fetal heart rate is approximately
It is in the range of 300ms to 1500ms. Therefore, in order to calculate the self-signal over the entire period range of the heartbeat signal, the measurement period must be set from the minimum value of 300ms.
It is necessary to calculate the autocorrelation function by varying the time up to 1500ms. In other words, the phase difference variable τ is expressed as
It is necessary to vary it between 300/Ts and 1500/Ts. Within this range, the autocorrelation function has the maximum peak when the phase difference variable τ is set at the period T of the heartbeat signal and at a time that is an integral multiple of the period T. Therefore, if the peak corresponding to the period T is detected, The true period of the electrical signal representing the heartbeat signal can be determined.
ところでこの発明の周期測定装置においては、
自己相関関数の計算は位相差変数τの或る値にお
ける１つのサンプリングサイクルを一区切りとし
て行なう。通常胎児の最小心拍信号周期はほぼ
300ms程度であり、また後の説明から有らかにな
ることであるが、測定結果を周期に等しい時間間
隔でとり出すために、自己相関関数計算は測定周
期の実質的な最小値すなわち300msから開始す
る。すなわち第１サンプリングサイクルにおいて
はまず、心拍信号の周期の最小値に対応する
300msについての自己相関関数を求める。この場
合、位相差変数τはτ＝300／Tsで求められ、サ
ンプリング周期Ｔsを5msと設定すれば変数τは
60となる。サンプリング周期Ｔsは5msであるの
で、サンプリングされたデータについての計算の
ために許される時間はほぼ5ms以内である。τ＝
60としてサンプリング周期Ｔs＝5msをもつて(3)
式の計算を行ないτ＝60についての自己相関関数
Ａ（60）を求める。相関関数Ａ（60）の求め方
は、第３図に参照して自己相関関数Ａ（τ）を求
めた方式によるものである。 By the way, in the period measuring device of this invention,
The autocorrelation function is calculated using one sampling cycle at a certain value of the phase difference variable τ. Normally, the minimum heartbeat signal period of a fetus is approximately
It is about 300ms, and as will become clear from the explanation later, in order to extract measurement results at time intervals equal to the period, the autocorrelation function calculation starts from the practical minimum value of the measurement period, which is 300ms. Start. That is, in the first sampling cycle, first, the period corresponding to the minimum value of the heartbeat signal is
Find the autocorrelation function for 300ms. In this case, the phase difference variable τ is found by τ = 300/Ts, and if the sampling period T s is set to 5ms, the variable τ is
It will be 60. Since the sampling period T s is 5ms, the time allowed for calculations on the sampled data is approximately within 5ms. τ＝
60 and the sampling period T s = 5ms (3)
Calculate the formula to find the autocorrelation function A(60) for τ=60. The method for determining the correlation function A(60) is based on the method for determining the autocorrelation function A(τ) with reference to FIG.
心拍信号を示している第４図を参照してこのこ
とを説明すると、サンプリング周期Ｔs＝5msの
間隔をおいて１回、２回、３回、…全部でｎ回の
サンプリングを行なう。各回毎のサンプリングに
よつて得られたデータ(1)(2)，(3)，…
（ｎ）はメモリに記憶させる。ついで位相差変数
τ＝60だけずれた二つのサンプリング時における
二つのデータ（ｋ）と（ｋ＋60）、例えば
（１）と（１＋60）、(2)と（２＋60）、…の
積を計算しこれらの積の総和を求める。このよう
にして位相差変数τを60と設定したときの自己相
関関数Ａ（60）を求めることができる。Ａ（60）
の値は、τ＝60（すなわち周期300ms）について
の周期性の強さを示している。Ａ（60）の値は、
比較のため次のサンプリングサイクルにおける自
己相関関数が得られるまでメモリに記憶してお
く。 To explain this with reference to FIG. 4 showing the heartbeat signal, sampling is performed once, twice, three times, etc., n times in total at intervals of a sampling period T s =5 ms. Data obtained by sampling each time (1)(2), (3),...
(n) is stored in memory. Next, calculate the product of two data (k) and (k+60) at two sampling times shifted by the phase difference variable τ=60, for example, (1) and (1+60), (2) and (2+60), etc. Find the sum of the products. In this way, the autocorrelation function A(60) when the phase difference variable τ is set to 60 can be obtained. A (60)
The value indicates the strength of periodicity for τ=60 (ie, period 300 ms). The value of A(60) is
For comparison, it is stored in memory until the autocorrelation function in the next sampling cycle is obtained.
次に第２サンプリングサイクルに移り、位相差
変数の値を“１”だけ進めＡ（61）すなわち周期
305msについての自己相関関数計算を行なう。Ａ
（61）の自己相関関数の計算はＡ（60）の場合の
計算方法と実質的に同様であるので省略する。周
期305msについての計算から得られた自己相関関
数Ａ（61）と、先に計算し記憶しておいた周期
300msについての自己相関関数Ａ（60）とを比較
する。この場合、１サンプリングサイクル中に位
相差変数τの或る値についての自己相関関数を計
算し、その計算結果のみをメモリに記憶し、次の
サンプリングサイクルにおける“１”だけ進めた
位相差変数での自己相関関数の計算結果と比較す
る方式とすれば、最新のサイクルにおける自己相
関関数計算結果のみを記憶しておくだけでよく、
このため各サンプリングサイクル毎に位相差変数
τの変化する範囲のすべてのデータの自己相関関
数計算結果を相関メモリに記憶させる従来の方式
に比べて、相関メモリの必要記憶容量を非常に低
減させることができる。 Next, move on to the second sampling cycle, advance the value of the phase difference variable by "1", or A (61), that is, the period
Perform autocorrelation function calculation for 305ms. A
The calculation of the autocorrelation function in (61) is substantially the same as the calculation method in the case of A(60), so it will be omitted. Autocorrelation function A(61) obtained from calculation for a period of 305 ms and the period calculated and memorized previously
Compare with the autocorrelation function A(60) for 300ms. In this case, the autocorrelation function for a certain value of the phase difference variable τ is calculated during one sampling cycle, only the calculation result is stored in memory, and the phase difference variable advanced by "1" in the next sampling cycle is used. If we use a method that compares the calculation results of the autocorrelation function with the calculation results of the autocorrelation function of
Therefore, compared to the conventional method in which the autocorrelation function calculation results of all data in the range in which the phase difference variable τ changes every sampling cycle are stored in the correlation memory, the required storage capacity of the correlation memory can be greatly reduced. I can do it.
として信号のピークを検出するためには、先に
計算し記憶されている先のサンプリングサイクル
における計算値と次のサンプリングサイクルにお
いて得られた計算値とを比較し、このような比較
プロセスを繰返し、その変化状態を調べる。連続
する二つのサンプリングサイクル間に増加から減
少の状態変化があつた場合、一つ目のサンプリン
グサイクル中にピークがあることが検出される。
なおピーク検出に際しては前記説明においては直
前の計算値のみと比較しているが、数回分の計算
値を記憶して比較することももちろん可能であ
る。 In order to detect the peak of a signal, the calculated value in the previous sampling cycle, which has been calculated and stored, is compared with the calculated value obtained in the next sampling cycle, and such a comparison process is repeated, Examine its state of change. If there is a state change from increase to decrease between two consecutive sampling cycles, a peak is detected during the first sampling cycle.
Note that when detecting a peak, in the above description only the immediately preceding calculated value is compared, but it is of course possible to store and compare calculated values for several times.
上記実施例では、必要記憶容量の削減ならびに
計算回数の削減を図つたことによりマイクロプロ
セツサの使用が可能となり、そのため精度の高い
相関関数計算とシステム制御とが可能となる。と
ころで、自己相関関数から得られるピークの中に
は信号の周期に対応する本来のピークの他に、一
般にその付近に存在する傾向のあるピークまで検
出されてしまう。したがつて、一層正確に周期を
測定するためには、これらピークの中から周期に
対応する本来のピークすなわち真のピークを検出
する手段を付加することが必要となる。 In the embodiment described above, by reducing the required storage capacity and the number of calculations, it is possible to use a microprocessor, thereby making it possible to perform highly accurate correlation function calculations and system control. By the way, among the peaks obtained from the autocorrelation function, in addition to the original peak corresponding to the period of the signal, peaks that generally tend to exist in the vicinity are also detected. Therefore, in order to measure the period more accurately, it is necessary to add means for detecting the original peak corresponding to the period, that is, the true peak, from among these peaks.
以下この真のピークの検出について説明する。
すなわち真のピークとなり得る可能性のあるピー
クとして検出するために、閾値としての最小レベ
ルを定め、この最小レベルに基づいてレベルチエ
ツクを行ない、あるピークが検出された場合、そ
のピーク検出後、最小測定周期に対応する時間だ
け自己相関関数の計算を続け、その間にそれ以上
の大きさのピークが存在しないことを確認するこ
と、によつて真のピークを検出する。 Detection of this true peak will be explained below.
In other words, in order to detect a peak that has the possibility of becoming a true peak, a minimum level is set as a threshold, and a level check is performed based on this minimum level. When a certain peak is detected, the minimum The true peak is detected by continuing to calculate the autocorrelation function for a time corresponding to the measurement period and confirming that no larger peak exists during that time.
レベルチエツクは、真のピークとなり得る可能
性のあるピークであると判断するためのレベルの
閾値を定め、ピークのレベルがこの閾値を越える
ものであるか否かを判断することによつて真のピ
ークとなり得る可能性のあるピークとして検出す
るべきか否かを決定するものである。 Level check sets a level threshold for determining whether a peak has the potential to be a true peak, and determines whether the peak level exceeds this threshold to determine the true peak. This is to determine whether or not to detect a peak as a potential peak.
この一例として本実施例では、閾値を前回の測
定で採用したピーク、すなわち、最新の真のピー
クの1/2の値に設定し、設定されたこの閾値を越
えるレベルのピークのみを真のピークとなり得る
可能性のあるピークと判断している。 As an example of this, in this example, the threshold value is set to 1/2 of the peak adopted in the previous measurement, that is, the latest true peak, and only the peaks with a level exceeding this set threshold value are considered to be true peaks. This is judged to be a peak that could potentially lead to a decline.
この閾値は、必ずしも最新の真のピークの1/2
の値に定めなければならないものではなく、その
時の信号の状態に応じて最適な値を選ぶようにす
る。一般に正して周期を示す真のピーク値は、信
号の強度、波形に影響されるが、特に問題となる
のは雑音である。つまり雑音が少ないほど真のピ
ークは大きくはつきりと現われるが、雑音が多い
ほど真のピークは小さく、しかも雑音のピークと
混在するため判別が困難になる。 This threshold is not necessarily 1/2 of the most recent true peak.
The optimum value should be selected according to the signal state at that time, rather than a value that must be determined. Generally, the true peak value, which indicates the period, is affected by the signal strength and waveform, but noise is a particular problem. In other words, the less noise there is, the larger and more clearly the true peak will appear, but the more noise there is, the smaller the true peak will be, and moreover, it will be difficult to distinguish because it will be mixed with noise peaks.
このような理由でピーク検出に際しては、その
時の信号の状態に応じた閾値を設定する必要が生
じるわけである。さらに正確に真のピークを検出
するためにはこのようなレベルチエツクに加え
て、さらに、この実施例で行なわれているように
ピークの検出後一定時間自己相関関数の計算を続
けこの時間内にそれ以上の大きさのピークが存在
しないか否かを確認する。 For this reason, when detecting a peak, it is necessary to set a threshold value according to the state of the signal at that time. In order to detect the true peak more accurately, in addition to such a level check, it is also necessary to continue calculating the autocorrelation function for a certain period of time after detecting the peak, as is done in this example. Check to see if there are any peaks larger than that.
先にも述べたように自己相関関数から得られる
ピークには周期に対応する真のピークの他に、こ
の真のピークの付近に存在するいくつかのピーク
も含まれている。正しい周期を測定するために
は、これらピークのうち真のピークを検出しなけ
ればならない。付近に存在するピークは一般に真
のピークにかなり近接して存在しているものであ
ることから、あるピークを検出した後一定時間自
己相関関数の計算をつづけ、その一定時間内に検
出されたピーク以上の大きさのピークが存在して
いるか否かを確認することにより、付近に存在す
るピークを真のピークとして検出してしまうこと
が防止される。ところで、この一定時間は、測定
周期に対応する時間の最小値に定めれば充分であ
り、また最小値に設定することによつて測定結果
を最小周期に等しい間隔で得ることができる。こ
のため実施例では、ピーク検出後自己相関関数の
計算を続ける時間は測定周期の実質的に最小値に
対応する時間すなわち300msに定めている。 As mentioned earlier, the peak obtained from the autocorrelation function includes not only the true peak corresponding to the period but also several peaks that exist near this true peak. In order to measure the correct period, the true peak among these peaks must be detected. Since peaks that exist nearby are generally located quite close to the true peak, after a certain peak is detected, the calculation of the autocorrelation function is continued for a certain period of time, and the peaks detected within that certain period of time are calculated. By checking whether or not a peak of the above size exists, it is possible to prevent a nearby peak from being detected as a true peak. By the way, it is sufficient to set this fixed time to the minimum value of the time corresponding to the measurement period, and by setting it to the minimum value, measurement results can be obtained at intervals equal to the minimum period. Therefore, in the embodiment, the time to continue calculating the autocorrelation function after peak detection is set to 300 ms, which corresponds to substantially the minimum value of the measurement period.
第５図を参照して説明すると、図示するよう
に、今時刻t11についてピークP1が検出されたと
すると、この検出時刻t11から300msの間すなわち
時刻t12まで自己相関関数計算を継続する。そし
て第５図に示されるように時刻t12までの300ms以
内の時刻t21においてピークP1より大きなピーク
P2が検出されたとしてよう。この場合にはピーク
P1はクリアして捨て、ピークP2を新たなピークと
してその後300msの間すなわち時刻t22まで継続し
て自己相関関数計算を行ない、その間にピークP2
より大きなピークが存在しない場合にはピークP2
を真のピークとして検出するものである。第５図
においてピークP2が検出された時刻t21の後300ms
以内すなわち時刻t22までのある時刻t31において
ピークP2より小振巾のピークP3が存在しているが
ピークP2よりも振巾の小さなピークP3は真のピー
クとなり得る可能性のあるピークとしては検出さ
れない。このようにして時刻t21以後300msが経過
するとすなわち時刻t22に達すると時刻t21にて得
られたピークP2が周期を示す真のピークとして検
出される。この時点において相関関数計算を終了
し、周期計算を行なう。このようにして求めた真
のピークP2が得られたときの位相差変数τの値す
なわちτ２は周期に対応するものであり、周期Ｔ
はＴ＝τ２×Ｔsなる計算式で与えられる（Ｔsは
サンプリング周期）。真のピークの時間軸上の位
置は時刻t22から300ms時間軸上でさかのぼること
により求められ、周期Ｔは、求められた真のピー
クの時間軸上の位置によつて決定される位相差τ
の値に対応した時間すなわちＴ＝τ２×Ｔs（Ｔs
はサンプリング周期）であらわされる。 To explain with reference to FIG. 5, if the peak P 1 is detected at current time t 11 as shown in the figure, autocorrelation function calculation is continued for 300 ms from this detection time t 11 , that is, until time t 12 . . Then, as shown in Fig. 5, a peak greater than peak P 1 occurs at time t 21 within 300 ms until time t 12 .
Suppose that P 2 is detected. In this case the peak
P 1 is cleared and discarded, and autocorrelation function calculation is performed continuously for 300 ms, that is, until time t 22 , with peak P 2 as a new peak, during which peak P 2
Peak P 2 if no larger peak exists
is detected as a true peak. 300ms after time t 21 when peak P 2 was detected in Fig. 5
There is a peak P 3 with a smaller amplitude than the peak P 2 at a certain time t 31 up to the time t 22 , but there is a possibility that the peak P 3 with a smaller amplitude than the peak P 2 can be a true peak. It is not detected as a certain peak. In this way, when 300 ms passes after time t 21 , that is, when time t 22 is reached, the peak P 2 obtained at time t 21 is detected as a true peak indicating the period. At this point, the correlation function calculation is completed and a periodic calculation is performed. The value of the phase difference variable τ when the true peak P 2 obtained in this way is obtained, that is, τ 2 , corresponds to the period, and the period T
is given by the formula T=τ 2 ×T s (T s is the sampling period). The position of the true peak on the time axis is determined by tracing back 300 ms from time t22 on the time axis, and the period T is the phase difference τ determined by the position of the determined true peak on the time axis.
The time corresponding to the value of , that is, T=τ 2 ×T s (T s
is the sampling period).
以上のようにして生体信号の正しい周期が測定
される。次の周期測定は再びτ＝60（周期300ms
に対応する）から始め、同様に行なわれる。な
お、第４図においてτ１，τ３はそれぞれピーク
P1，P3の時間軸上の位置によつて決定される位相
差変数の値を示す。 In the manner described above, the correct period of the biological signal is measured. The next period measurement is again τ = 60 (period 300ms)
corresponding to ) and proceed in the same way. In addition, in Fig. 4, τ 1 and τ 3 are the peaks, respectively.
It shows the value of the phase difference variable determined by the position of P 1 and P 3 on the time axis.
ここで、生体信号の相関関数計算を300msから
始め、（生体信号周期Ｔ＋300ms）で終了してい
ることは、真のピークの検出、測定結果の出力時
期という点で重要な意味を含んでいるものであ
る。 Here, the fact that the biosignal correlation function calculation starts from 300ms and ends at (biosignal period T + 300ms) has important meaning in terms of detecting the true peak and outputting the measurement results. It is.
まず、真のピークの検出については、測定対象
の生体信号のとり得る最小周期以下では真のピー
クが存在することはあり得ず、また最小周期以内
の間隔で真のピークが存在することもあり得な
い。したがつてこのようにして確認されたピーク
が真の周期のすなわち、真のピークP2の時間軸上
の位置は時刻t22から300msだけ時間軸上でさかの
ぼることにより求められ、二倍の周期のピークを
示す可能性はない。 First, regarding the detection of true peaks, it is impossible for a true peak to exist below the minimum cycle that the biological signal to be measured can take, and true peaks may exist at intervals within the minimum cycle. I don't get it. Therefore, the true period of the peak confirmed in this way, that is, the position of the true peak P 2 on the time axis can be found by going back 300 ms from time t 22 on the time axis, and the period is twice as long. There is no possibility of showing a peak.
測定結果の出力時期という点に関しては、生体
信号の真の周期に同期して測定結果を出力するこ
とができるという効果がある。すなわち周期測定
を最小周期の300msから始めているが、一方ピー
ク確認期間として最小周期に等しい300msを設定
しているので、結果的に真の周期に等しい時間間
隔で測定結果を出力することができる。例えば真
の周期が500msであれば測定結果も500ms毎に出
力される。周期が変化した場合には出力される間
隔もそれに応じて変化する。これは、相関関数計
算間隔がデータサンプリング周期Ｔsに一致して
いれば、相関関数計算が時間軸上を実時間で進行
するということ、すなわち信号の最小周期からこ
の最小周期と真の周期との和であらわされる時間
までの時間についての相関計算は生体信号の真の
周期に等しい時間内に行なわれることによるもの
である。 Regarding the output timing of the measurement results, there is an effect that the measurement results can be output in synchronization with the true cycle of the biological signal. That is, the period measurement is started from the minimum period of 300 ms, but on the other hand, the peak confirmation period is set to 300 ms, which is equal to the minimum period, so that the measurement results can be output at time intervals equal to the true period. For example, if the true cycle is 500ms, the measurement results will also be output every 500ms. When the period changes, the output interval also changes accordingly. This means that if the correlation function calculation interval matches the data sampling period Ts , the correlation function calculation will proceed on the time axis in real time, that is, from the minimum period of the signal, this minimum period and the true period will be This is because the correlation calculation for the time up to the time represented by the sum of is performed within a time equal to the true period of the biological signal.
第６図は、第３図ないし第５図を参照して述べ
た原理に基づいたこの発明の周期測定装置の１実
施例の構成を概略的に示しているものである。 FIG. 6 schematically shows the structure of one embodiment of the period measuring device of the present invention based on the principle described with reference to FIGS. 3 to 5.
第６図に示す実施例を第３図ないし第５図を参
照しながら説明すると、トランスジユーサ２２は
婦人の腹部Ｗ上に配置されて胎児の心拍信号を検
出する。トランスジユーサ２２から出力された心
拍信号を表わす電気触号は、前処理回路２３によ
つて波形成形がなされた後、第３図に示されるよ
うに、サンプリング回路２４において所定のサン
プリング周期をもつてサンプリングされ、デジタ
ル信号(1)，(2)，…（ｍ＋１），（ｍ＋
２）…，（ｍ＋ｎ）の形態にアナログ―デジタ
ル変換（Ａ―Ｄ変換）される。サンプリングかつ
Ａ―Ｄ変換されたデータ(1)，(2)，…（ｍ＋
１），（ｍ＋２），…はサンプリング回路２４に
接続されたデータメモリ２６に記憶される。デー
タメモリ２６は複数のシフトレジスタで構成され
ているものであり、新しいデータが入力される毎
にそれまで記憶されていたデータがそれぞれ１バ
イトづつ移動し、最も古いデータは押し出されて
消滅する。データメモリ２６には乗算器２８が接
続されており、乗算器２８には加算器３０が接続
されている。乗算器２８は、位相差変数τの値が
ｍである場合、(1)・（ｍ＋１）、(2)・
（ｍ＋２），…なる乗算を行い、複数の積を求め
る。乗算器２８により求められた積(1)・（ｍ
＋１），(2)・（ｍ＋１），(2)・（ｍ＋
２），…は加算器により(1)・（ｍ＋１）＋
(2)・（ｍ＋２）…なる加算が行われ、和が求め
られる。この和は、位相差変数τがｍである場合
の自己相関関数Ａ（ｍ）をあらわす。すなわち、
乗算器２８および加算器３０は、自己相関関数を
計算するための計算回路を構成しているものであ
り、上記したように、データメモリ２６に記憶さ
れているデータを用いて実質的に(3)式の計算を行
い胎児心拍信号の自己相関関数を計算する。すな
わち各サンプリングサイクル毎にある値に定めら
れた位相差数τについての自己相関関数の計算を
行う。加算器３０にはピーク検出器３２が接続さ
れており、このピーク検出器３２はピーク検出手
段の他に小容量の記憶手段と比較手段とを備えて
いる（詳細については第７図参照）。乗算器２８
および加算器３０で構成される計算回路により計
算された自己相関関数計算値はピーク検出器３２
に入力される。ピーク検出器３２には、１サンプ
リングサイクル以前の自己相関関数計算値例えば
Ａ（ｍ−１）、が記憶されており、記憶されてい
るこの計算値と新たに入力されてくる次のサンプ
リングサイクルの計算値Ａ（ｍ）とを比較すると
共に、新たに入力されてきた計算値Ａ（ｍ）が前
記の記憶されていた計算値Ａ（ｍ＋１）より大き
い場合には新たに入力されてきた計算値Ａ（ｍ）
を記憶する。ピーク検出器３２は、自己相関関数
計算値のうち最大の値のもののみを記憶するだけ
で充分であるので、小容量のものでよにことにな
る。この記憶された計算値（Am）と位相差変数
τ＝（ｍ＋１）とした新しいサンプリングサイク
ルにおける自己相関関数計算値（Am＋１）を比
較し、その増減状態を調べる。ピークの附近では
まず新しい値が前の値より大きく、記憶値が次々
に更新されるがピークの頂点に達すると連続する
二つの計算値の比較から増加から減少の傾向が認
められる。したがつてその場合その前の方のサン
プリングサイクルにピークが存在することにな
る。ピーク検出器３２にはピークレベルチエツク
回路３４が接続されている。ピークレベルチエツ
ク回路３４は比較器を主要要素として構成され、
ピーク検出器３２からのピーク検出信号と、基準
レベルを示す基準信号とが入力され、ピーク検出
信号のレベルと基準レベルとを比較する。基準レ
ベルとしては例えば先にも述べたように前回測定
された真のピークの1/2のレベルが設定される。
検出されたピークが基準レベルを越えるものであ
ると、ピークレベルチエツク回路３４は信号を出
力する。ピーク確認回路３６はカウンタを主要要
素として構成され、ピーク検出器３２からの出力
信号とピークレベルチエツク回路３４からのピー
ク検出信号とを共に受けると、その時から一定時
間、この実施例では300ms、計数動作を開始し、
この時間内にそれ以上大きなピークが検出されな
いとき上記検出されたピークを真のピーク検出信
号を出力する。計数動作時間を300msとしたの
は、先に述べたように、通常胎児の最小心拍信号
周期はほぼ300psであり、最小心拍信号周期内に
真のピークが存在することはあり得ないので、検
出ピークが真のピークであるか否かを確認するの
には300msで充分であるからである。 The embodiment shown in FIG. 6 will be described with reference to FIGS. 3 to 5. The transducer 22 is placed on the abdomen W of a woman and detects the heartbeat signal of the fetus. The electrical signal representing the heartbeat signal output from the transducer 22 is shaped into a waveform by the preprocessing circuit 23, and then is processed by the sampling circuit 24 to have a predetermined sampling period, as shown in FIG. The digital signals (1), (2), ... (m+1), (m+
2) Analog-to-digital conversion (A-D conversion) is performed in the form of..., (m+n). Sampled and A-D converted data (1), (2), ... (m+
1), (m+2), . . . are stored in a data memory 26 connected to the sampling circuit 24. The data memory 26 is composed of a plurality of shift registers, and each time new data is input, the previously stored data is moved one byte at a time, and the oldest data is pushed out and disappears. A multiplier 28 is connected to the data memory 26, and an adder 30 is connected to the multiplier 28. When the value of the phase difference variable τ is m, the multiplier 28 calculates (1)·(m+1), (2)·
Multiply (m+2), . . . to obtain multiple products. The product (1)・(m
+1), (2)・(m+1),(2)・(m+
2),... are (1)・(m+1)+ by an adder
(2)・(m+2)...is added, and the sum is obtained. This sum represents the autocorrelation function A(m) when the phase difference variable τ is m. That is,
The multiplier 28 and the adder 30 constitute a calculation circuit for calculating the autocorrelation function, and as described above, use the data stored in the data memory 26 to substantially calculate (3 ) to calculate the autocorrelation function of the fetal heartbeat signal. That is, an autocorrelation function is calculated for the phase difference number τ set to a certain value for each sampling cycle. A peak detector 32 is connected to the adder 30, and the peak detector 32 includes, in addition to peak detection means, small capacity storage means and comparison means (see FIG. 7 for details). Multiplier 28
The autocorrelation function calculation value calculated by the calculation circuit composed of the adder 30 and the adder 30 is sent to the peak detector 32.
is input. The peak detector 32 stores an autocorrelation function calculation value before one sampling cycle, for example, A(m-1), and combines this stored calculation value with the newly inputted next sampling cycle. The calculated value A(m) is compared with the calculated value A(m), and if the newly input calculated value A(m) is larger than the previously stored calculated value A(m+1), the newly inputted calculated value is A (m)
remember. Since it is sufficient for the peak detector 32 to store only the maximum value among the autocorrelation function calculation values, a small-capacity one is sufficient. This stored calculated value (Am) is compared with the calculated autocorrelation function value (Am+1) in a new sampling cycle with the phase difference variable τ=(m+1), and its increase/decrease state is investigated. Near the peak, the new value is larger than the previous value, and the stored values are updated one after another, but once the peak is reached, a comparison of two successive calculated values reveals a tendency from increase to decrease. Therefore, in that case the peak will be present in the earlier sampling cycle. A peak level check circuit 34 is connected to the peak detector 32. The peak level check circuit 34 is composed of a comparator as a main element,
A peak detection signal from the peak detector 32 and a reference signal indicating a reference level are input, and the level of the peak detection signal and the reference level are compared. As the reference level, for example, as described above, a level that is 1/2 of the true peak measured last time is set.
If the detected peak exceeds the reference level, the peak level check circuit 34 outputs a signal. The peak confirmation circuit 36 is configured with a counter as its main element, and when it receives both the output signal from the peak detector 32 and the peak detection signal from the peak level check circuit 34, it starts counting for a certain period of time, 300ms in this embodiment. start working,
When no larger peak is detected within this time, the detected peak is output as a true peak detection signal. The reason why we set the counting operation time to 300 ms is because, as mentioned earlier, the minimum heartbeat signal period of a fetus is usually approximately 300 ps, and it is impossible for a true peak to exist within the minimum heartbeat signal period. This is because 300 ms is sufficient to confirm whether a peak is a true peak or not.
ピーク検出器３２、ピークレベルチエツク回路
３４、ピーク確認回路３６は、例えば第７図に示
すような回路で構成される。メモリ５２は比較器
５４からの書込み信号の制御のもとに加算器３０
で計算された自己相関関数計算値を読込み記憶す
るものである。比較器５４は、加算器３０からの
新たな自己相関関数計算値Ａ（ｍ）と、それ以前
にメモリ５２に記憶されていた自己相関関数計算
値Ａ（ｍ−１）とを比較する。新たな自己相関関
数計算値Ａ（ｍ）のほうが大きい場合には、比較
器５４からの出力信号により、メモリ５２の内容
は新たな自己相関関数計算値Ａ（ｍ）に更新され
る。比較嬉５４の出力信号はまた、ANDゲート
６０を介してカウンタ６２に入力される。メモリ
５２に記憶されている自己相関関数計算値Ａ
（ｍ）はピークレベルをチエツクするための比較
器５６に入力され、比較器５６にて基準レベル発
生器５８から入力されている基準レベルと比較レ
ベルと比較される。基準レベル発生器５８は、前
回の測定における真のピークの、例えば1/2のレ
ベルを求め、このレベルを基準レベルとして出力
するものである。比較の結果、メモリ５２に記憶
されている自己相関関数計算値のレベルが基準レ
ベルを越えるものである場合には、比較器５６は
信号を出力する。比較器５４，５６の出力信号は
ANDゲート６０を介してカウンタ６２にリセツ
ト信号として入力される。カウンタ６２は、リセ
ツト信号を受けるごとに計時を再開し、一定時間
例えば300msに対応する数のクロツクパルスを計
算すると、信号を出力する。カウンタ６２の出力
信号は真のピーク検出信号として周期計算回路３
８に入力されると共に、メモリクリア信号として
メモリ５２に入力される。 The peak detector 32, peak level check circuit 34, and peak confirmation circuit 36 are constructed of, for example, a circuit as shown in FIG. The memory 52 is connected to the adder 30 under the control of the write signal from the comparator 54.
The autocorrelation function calculated value is read and stored. The comparator 54 compares the new autocorrelation function calculation value A(m) from the adder 30 with the autocorrelation function calculation value A(m−1) previously stored in the memory 52. If the new autocorrelation function calculation value A(m) is larger, the output signal from the comparator 54 updates the contents of the memory 52 to the new autocorrelation function calculation value A(m). The output signal of the comparator 54 is also input to a counter 62 via an AND gate 60. Autocorrelation function calculation value A stored in memory 52
(m) is input to a comparator 56 for checking the peak level, and the comparator 56 compares the reference level input from the reference level generator 58 with the comparison level. The reference level generator 58 obtains, for example, a half level of the true peak in the previous measurement, and outputs this level as a reference level. As a result of the comparison, if the level of the calculated autocorrelation function value stored in the memory 52 exceeds the reference level, the comparator 56 outputs a signal. The output signals of comparators 54 and 56 are
It is input to the counter 62 via the AND gate 60 as a reset signal. The counter 62 restarts timing every time it receives a reset signal, and outputs a signal after calculating a number of clock pulses corresponding to a certain period of time, for example, 300 ms. The output signal of the counter 62 is used as a true peak detection signal by the period calculation circuit 3.
8 and is also input to the memory 52 as a memory clear signal.
以上のような構成ならびに動作により、ピーク
検出、ピークの確認が行われ、真のピークが検出
されることになる。 With the configuration and operation described above, peak detection and peak confirmation are performed, and the true peak is detected.
ピーク確認回路３６に接続された周期計算回路
３８はこの真のピーク検出信号を受けると、真の
ピークの時間軸上の位置によつて決定される位相
差変数τの値に対応した時間信号を出力する。こ
の時間信号は心拍信号を表わす電気信号の周期Ｔ
に対応するものである。すなわち、真のピークが
得られたときの位相差変数τの値は周期Ｔに対応
すものであり、したがつて周期Ｔは真のピークの
時間軸上の位置軸上の位置によつて決定される位
相差τの値に対応した時間であらわされる。周期
計算回路３８に接続された心拍数計算回路４０は
計算された周期に基いて心拍数を計算する。心拍
数計算回路４０は制御回路４２に接続されてい
る。制御回路４２には、例えば発光ダイオード(L
ＥＤ）を備えた表示器４４が接続されている。表示
器４４は制御回路４２を介して心拍数計算回路４
０から出力される信号に基いて心拍信号の心拍数
を表示する。制御回路４２には、この時、心拍数
計算回路４０からの信号が雑音成分を含んでいる
場合あるいはプローブはずれが生じたような場
合、心拍数計算回路４０からの信号を表示器４４
へ入力しないように制御して誤まつた心拍数の表
示を阻止するような補助手段を備えているとよ
い。しかし、これはこの発明と直接関係はないの
で詳細な説明は省略する。 When the period calculation circuit 38 connected to the peak confirmation circuit 36 receives this true peak detection signal, it calculates a time signal corresponding to the value of the phase difference variable τ determined by the position of the true peak on the time axis. Output. This time signal is the period T of the electrical signal representing the heartbeat signal.
This corresponds to That is, the value of the phase difference variable τ when the true peak is obtained corresponds to the period T, and therefore the period T is determined by the position of the true peak on the time axis. It is expressed as a time corresponding to the value of the phase difference τ. A heart rate calculation circuit 40 connected to the period calculation circuit 38 calculates the heart rate based on the calculated period. Heart rate calculation circuit 40 is connected to control circuit 42 . The control circuit 42 includes, for example, a light emitting diode (L
A display 44 equipped with an ED) is connected. The display 44 is connected to the heart rate calculation circuit 4 via the control circuit 42.
The heart rate of the heartbeat signal is displayed based on the signal output from 0. At this time, the control circuit 42 displays the signal from the heart rate calculation circuit 40 on the display 44 if the signal from the heart rate calculation circuit 40 contains a noise component or if the probe has become dislodged.
It is preferable that an auxiliary means is provided to prevent false heart rate display by controlling the heart rate so that it is not input to the heart rate. However, since this is not directly related to this invention, detailed explanation will be omitted.
制御回路４２はまた、サンプリング回路２４に
クロスパルスを出力して、サンプリング回路２４
におけるサンプリングタイミングを制御してい
る。制御回路４２はさらに、１サンプリング毎に
乗算器２８に位相差変数τの値を指示する信号を
出力する。位相差変数τの値は、第１のサンプリ
ングサイクルにおいては、心拍信号の周期の実質
的に最小値に対応する時間に対応する値、例えば
τ＝（ｍ−１）から始め、サンプリングサイクル
の進行にしたがつてτ＝ｍ、τ＝（ｍ＋１），τ＝
（ｍ＋２），…というように、順次進められる。乗
算器２８は制御回路４２からの信号の指示する位
相差変数値だけはなれた二つのデータ、例えば位
相差変数τの値がｍであるとき、(1)および
（ｍ＋１）、をデータメモリ２６から読出し、その
積(1)・（ｍ＋１）を求める。制御回路４２は
加算器３０にタイミング信号を出力し、加算器３
０は制御回路４２からのタイミング信号に基い
て、乗算器２８で順次計算される計算結果(1)・
（ｍ＋１），(2)・（ｍ＋２），…を加算してい
く。すなわち、乗算器２８と加算器３０とで制御
回路４２による制御のもとにデータメモリからデ
ータを読出して実質的に(3)式に示す自己相関関数
Ａ（ｍ）の計算を行う。 The control circuit 42 also outputs a cross pulse to the sampling circuit 24 so that the sampling circuit 24
It controls the sampling timing in The control circuit 42 further outputs a signal instructing the value of the phase difference variable τ to the multiplier 28 every sampling. In the first sampling cycle, the value of the phase difference variable τ starts from a value corresponding to a time substantially corresponding to the minimum value of the period of the heartbeat signal, for example τ=(m−1), and as the sampling cycle progresses Accordingly, τ=m, τ=(m+1), τ=
(m+2), . . . and so on. The multiplier 28 outputs two data separated by the phase difference variable value indicated by the signal from the control circuit 42, for example, (1) and (m+1) when the value of the phase difference variable τ is m, from the data memory 26. Read and find the product (1)·(m+1). The control circuit 42 outputs a timing signal to the adder 30, and the adder 3
0 is the calculation result (1) sequentially calculated by the multiplier 28 based on the timing signal from the control circuit 42.
(m+1), (2)・(m+2), etc. are added. That is, the multiplier 28 and the adder 30 read data from the data memory under the control of the control circuit 42 and essentially calculate the autocorrelation function A(m) shown in equation (3).
制御回路４２にはさらに基準レベル検出器４６
が接続されている。基準レベル検出器４６は制御
回路４２から適当な時間間隔で出力されてくるタ
イミング信号にしたがつて、サンプリングされた
データに符号付けする場合の最適な基準レベル
（ゼロレベル）を検出し、サンプリング回路２４
に最適基準レベル指示信号を出力する。データに
符号付けする際データの正負のバランスが良好に
とられているほど得られる自己相関関数は確実な
周期性をあらわすものであるが、基準レベル検出
器４６はそのための最適値を求めるものであり、
サンプリングの際データの最大値、最小値あるい
は平均値を検出して基準レベルの最適値を求める
ものである。 The control circuit 42 further includes a reference level detector 46.
is connected. The reference level detector 46 detects the optimum reference level (zero level) when coding the sampled data according to the timing signal output from the control circuit 42 at appropriate time intervals, and detects the optimum reference level (zero level) when coding the sampled data. 24
Outputs an optimum reference level indication signal to When data is coded, the better the balance between positive and negative data is maintained, the more reliable the obtained autocorrelation function will be in representing periodicity, but the reference level detector 46 is used to find the optimal value for this purpose. can be,
During sampling, the maximum value, minimum value, or average value of data is detected to determine the optimal value of the reference level.
以上のようにこの発明によれば、生体信号の自
己相関関数についての１サンプリングサイクルに
おいて位相差変数τの或る値における自己相関関
数を計算してしまい、サンプリングサイクルの進
行に対応させて位相差変数τの値を時間軸上で変
化させていき、各サンプリングサイクル毎にそれ
ぞれ自己相関関数を計算し、連続するサンプリン
グサイクルにおける最初のサイクルにおける自己
相関関数計算結果のみを記憶しておき、次のサイ
クルにおける計算結果と比較し、その増減からピ
ークを検出し周期を測定する形態としたことによ
り、自己相関関数計算結果を記憶するための容量
を大巾に減少せしめ、しかも実際の周期より２
倍、３倍、長い時間における信号のサンプリング
をすることがなく無意味な相関の計算時間が不要
となりほぼ実時間でデータ処理することができる
周期測定装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the autocorrelation function at a certain value of the phase difference variable τ is calculated in one sampling cycle for the autocorrelation function of a biological signal, and the phase difference is adjusted as the sampling cycle progresses. The value of the variable τ is varied on the time axis, the autocorrelation function is calculated for each sampling cycle, and only the autocorrelation function calculation result for the first cycle of consecutive sampling cycles is stored, and the next By comparing the calculation results for the cycle and detecting the peak from the increase/decrease in the peak and measuring the period, the capacity for storing the autocorrelation function calculation results is greatly reduced, and the period is 2 times smaller than the actual period.
It is possible to provide a period measuring device that does not sample signals over times that are twice or three times as long, eliminates the need for meaningless correlation calculation time, and can process data almost in real time.
さらにまた、発明の実施にあたつて前記自己相
関関数の計算を、時間軸上で、前記生体信号の測
定周期の実質的に最小値からはじめ、ピーク検出
後も前記実質的な最小値に対応する時間だけ前記
自己相関関数の計算を続け、前記ピークの検出後
の前記最小値に対応する前記時間内に最初のピー
クより大きなピークが存在しないとき、上記最初
のピークを真のピークとして検出するようにした
とすれば、本来の信号の周期を示す真のピークの
みを確実に検出することができそれによつて正し
い周期を測定することができるばかりでなく、自
己相関関数計算範囲が前記実質的な最小値から測
定する信号の真の周期と確認のための期間（たと
えば前記最小値）との和であらわされる値の範囲
までに限定されるので、無意味な計算が省かれ実
時間処理に有効であると共に、測定すべき信号の
周期に等しい時間間隔で測定結果を出力すること
ができる。 Furthermore, in carrying out the invention, the calculation of the autocorrelation function starts from the substantially minimum value of the measurement period of the biological signal on the time axis, and the calculation corresponds to the substantially minimum value even after the peak is detected. continue calculating the autocorrelation function for a period of time, and when there is no peak larger than the first peak within the time corresponding to the minimum value after the detection of the peak, detect the first peak as a true peak. If this is done, not only will it be possible to reliably detect only the true peak indicating the period of the original signal, thereby measuring the correct period, but also the autocorrelation function calculation range will be within the above-mentioned substantial range. Since the range is limited to the value expressed by the sum of the true period of the signal to be measured and the period for confirmation (for example, the minimum value) from the minimum value, pointless calculations can be omitted and real-time processing can be performed. It is possible to output measurement results at time intervals equal to the period of the signal to be measured.
第１図は、自己相関方式による周期測定を説明
するために用いた生体信号波形図、第２図は従来
の周期測定装置の構成を概略的に示すブロツクダ
イヤグラム、第第３図は、この発明による周期測
定装置における自己相関関数の計算形態を説明す
るために用いた図、第４図は、この発明の周期測
定装置により胎児心拍数の周期を測定する場合を
説明するための胎児心拍信号を示す図、第５図は
検出したピークが真のピークであるか否かを確認
するためのこの発明の周期測定装置の動作を説明
するための図、第６図は、この発明による周期測
定装置の１実施例の構成を概略的に示すブロツク
ダイヤグラム、第７図は、第６図に示す周期測定
装置におけるピーク検出器、ピークレベルチエツ
ク回路およびピーク確認回路の詳細な構成を示す
図である。
２２…プローブ、２３…前処理回路、２４…サ
ンプリング回路、２６…データメモリ、２８…乗
算器、３０…加算器、３２…ピーク検出器、３４
…ピークレベルチエツク回路、３６…ピーク確認
回路、３８…周期計算回路、４０…心拍数計算回
路、４２…制御回路、４４…表示器、４６…基準
レベル検出器。
Fig. 1 is a biological signal waveform diagram used to explain period measurement using the autocorrelation method, Fig. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of a conventional period measurement device, and Fig. 3 is a diagram of the present invention. FIG. 4 is a diagram used to explain the calculation form of the autocorrelation function in the period measuring device according to the present invention, and FIG. FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the period measuring device of the present invention for confirming whether a detected peak is a true peak, and FIG. 6 is a diagram showing the period measuring device according to the present invention. FIG. 7 is a block diagram schematically showing the configuration of one embodiment of the present invention, and is a diagram showing the detailed configuration of the peak detector, peak level check circuit, and peak confirmation circuit in the period measuring device shown in FIG. 6. 22... Probe, 23... Preprocessing circuit, 24... Sampling circuit, 26... Data memory, 28... Multiplier, 30... Adder, 32... Peak detector, 34
...Peak level check circuit, 36...Peak confirmation circuit, 38...Period calculation circuit, 40...Heart rate calculation circuit, 42...Control circuit, 44...Display device, 46...Reference level detector.
Claims (1)
ング周期でサンプリングするサンプリング手段
と、前記サンプリング手段によつて得られた信号
に基づいて前記生体信号の自己相関関数を計算す
る自己相関関数計算手段と、計算された前記自己
相関関数のピークを検出するピーク検出手段と、
前記ピーク検出手段によつて検出されたピークの
時間軸上の位置によつて決定される位相差変数τ
に対応した時間信号を出力する周期信号出力手段
と、を具備し、前記自己相関関数計算手段は、前
記位相差変数τのある値における自己相関関数 を前記位相差変数τの特定の値について計算し、
前記位相差変数τの値を順次変化させて、それぞ
れの前記位相変数τの値における自己相関関数を
反復計算する如く構成されていることを特徴とす
る周期測定装置。 ２ 前記自己相関関数計算手段は前記位相差変数
τの値を、前記電気信号の測定周期の実質的に最
小値から開始して、自己相関関数を計算する如く
構成されていることを特徴とする、特許請求の範
囲第１項に記載の周期測定装置。 ３ 前記自己相関関数計算手段は、或るピーク検
出後も一定時間前記自己相関関数の計算を続け、
前記一定時間内に前記ピークより大きなピークが
存在しないことを確認することによつて前記ピー
クを真のピークとして検出する如く構成されてい
ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記
載の周期測定装置。 ４ 前記一定時間は前記電気信号の測定周期の実
質的な最小値に設定されていることを特徴とす
る、特許請求の範囲第３項に記載の周期測定装
置。[Claims] 1. Sampling means for sampling an electrical signal representing a biological signal at a predetermined sampling period, and autocorrelation for calculating an autocorrelation function of the biological signal based on the signal obtained by the sampling means. function calculation means; peak detection means for detecting a peak of the calculated autocorrelation function;
a phase difference variable τ determined by the position on the time axis of the peak detected by the peak detection means;
periodic signal output means for outputting a time signal corresponding to is calculated for a particular value of the phase difference variable τ,
A period measuring device characterized in that it is configured to sequentially change the value of the phase difference variable τ and repeatedly calculate an autocorrelation function for each value of the phase variable τ. 2. The autocorrelation function calculation means is configured to calculate the autocorrelation function by starting the value of the phase difference variable τ from a substantially minimum value of the measurement period of the electrical signal. , a period measuring device according to claim 1. 3. The autocorrelation function calculation means continues to calculate the autocorrelation function for a certain period of time even after a certain peak is detected,
Claim 1, characterized in that the device is configured to detect the peak as a true peak by confirming that there is no peak larger than the peak within the certain period of time. period measuring device. 4. The period measuring device according to claim 3, wherein the certain period of time is set to a substantially minimum value of the measurement period of the electrical signal.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9782180A JPS5722737A (en) | 1980-07-17 | 1980-07-17 | Cycle measuring system |
| US06/281,163 US4463425A (en) | 1980-07-17 | 1981-07-07 | Period measurement system |
| FR8113883A FR2495330A1 (en) | 1980-07-17 | 1981-07-16 | PERIOD MEASURING SYSTEM |
| DE19813128171 DE3128171A1 (en) | 1980-07-17 | 1981-07-16 | Period measuring device |
| CA000381973A CA1174733A (en) | 1980-07-17 | 1981-07-17 | Period measurement system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9782180A JPS5722737A (en) | 1980-07-17 | 1980-07-17 | Cycle measuring system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5722737A JPS5722737A (en) | 1982-02-05 |
| JPS6122570B2 true JPS6122570B2 (en) | 1986-06-02 |
Family
ID=14202395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9782180A Granted JPS5722737A (en) | 1980-07-17 | 1980-07-17 | Cycle measuring system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5722737A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0619728U (en) * | 1992-02-20 | 1994-03-15 | 房吉 印南 | Human body cleaning equipment |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6192490B2 (en) * | 2013-11-01 | 2017-09-06 | 学校法人中部大学 | Biological blood vessel state measurement device |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS535888A (en) * | 1976-07-05 | 1978-01-19 | Toitsu Kogyo Kk | System for counting fatal pulse |
-
1980
- 1980-07-17 JP JP9782180A patent/JPS5722737A/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS535888A (en) * | 1976-07-05 | 1978-01-19 | Toitsu Kogyo Kk | System for counting fatal pulse |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0619728U (en) * | 1992-02-20 | 1994-03-15 | 房吉 印南 | Human body cleaning equipment |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5722737A (en) | 1982-02-05 |
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