JPS6122570B2

JPS6122570B2 -

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Publication number: JPS6122570B2
Application number: JP55097821A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Hirano; Shoichi Murase
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1980-07-17
Filing date: 1980-07-17
Publication date: 1986-06-02
Also published as: JPS5722737A

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。

〔先行技術〕

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。

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。

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。

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。

(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。

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。

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。

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・Ｘ_s+1＋A₁→A₁， X₁・Ｘ_s+2＋A₂→A₂ 〓 X₁・Ｘ_s+n＋Ａ_n→Ａ_n 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。

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。

〔従来技術の問題点〕

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

生体信号を表わす電気信号を一定のサンプリン
グ周期Ｔ_s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。

(2)式においてｋはサンプリング序数である。

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。

(2)式は展開すると(3)式のようにあらわされる。

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。

(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。

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Ｔ_s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。

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。

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。

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。

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Ｔ_sを5msと設定すれば変数τは
60となる。サンプリング周期Ｔ_s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Ｔ_s＝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。

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Ｔ_s＝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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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τ_２は周期に対応するものであり、周期Ｔ
はＴ＝τ_２×Ｔ_sなる計算式で与えられる（Ｔ_s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＝τ_２×Ｔ_s（Ｔ_s
はサンプリング周期）であらわされる。

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τ_１，τ_３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。

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。

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。

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Ｔ_s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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims

【特許請求の範囲】１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
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。