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JP3033512B2 - 脳波処理装置 - Google Patents

脳波処理装置

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Publication number
JP3033512B2
JP3033512B2 JP9069753A JP6975397A JP3033512B2 JP 3033512 B2 JP3033512 B2 JP 3033512B2 JP 9069753 A JP9069753 A JP 9069753A JP 6975397 A JP6975397 A JP 6975397A JP 3033512 B2 JP3033512 B2 JP 3033512B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waveform
pulse wave
unit
electroencephalogram
pulse
Prior art date
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Application number
JP9069753A
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JPH10262941A (ja
Inventor
敏正 山崎
聡久 剣持
憲一 上條
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP9069753A priority Critical patent/JP3033512B2/ja
Publication of JPH10262941A publication Critical patent/JPH10262941A/ja
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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
  • Medical Treatment And Welfare Office Work (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、脳波処理装置に関
し、特に心電波形による雑音が混在している脳波の波形
から心電波形による雑音を除去するための脳波処理装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図９は従来の脳波処理装置の一例を示す
ブロック図である。
【０００３】従来の脳波処理装置としては、特公平６−
７８２４号公報に開示されている脳波処理装置が知られ
ている。
【０００４】上記脳波処理装置は、図９に示すように、
２個の脳波計測用電極９１ａおよび９１ｂと、脳波計測
用電極９１ａおよび９１ｂからの信号を入力してそれら
の電位差を増幅する脳電位増幅器９３と、脳電位増幅器
９３からのアナログ信号をデジタル信号に変換するアナ
ログデジタル変換器９４と、アナログデジタル変換器９
４の出力信号を格納する一時記憶部９５と、心電波形を
検出するための２個の心電図用電極９２ａおよび９２ｂ
と、心電図用電極９２ａおよび９２ｂからの信号を入力
してそれらの電位差を増幅する心電図用増幅器９６と、
心電図用増幅器９６の出力信号からトリガー信号を発生
するトリガー信号発生部９９と、トリガー信号発生部９
９からの信号によって一時記憶部９５に格納した脳波波
形に雑音として混入している心電波形を推定して差引
き、雑音を除去した脳波波形を抽出する演算部９８とを
備えている。
【０００５】上述のように構成した脳波処理装置は、脳
波計測用電極９１ａおよび９１ｂと心電図用電極９２ａ
および９２ｂとによって脳波および心電波形を同時に検
出し、脳波は脳電位増幅器９３によって増幅してアナロ
グデジタル変換器９４によってアナログ信号をデジタル
信号に変換し、一時記憶部９５に格納する。一方、心電
波形は、心電図用増幅器９６によって電位差を増幅さ
れ、トリガー信号発生部９９によってトリガー信号を発
生させて一時記憶部９５に送られる。トリガー信号とし
ては、例えばＲ波のような特徴的な波形が現われたとき
の時点に関する信号を発生して一時記憶部９５に送る。
演算部９８は、トリガー信号発生部９９からのトリガー
信号によって所定の時間だけ遡及した時点を起点とし
て、脳波の波形を個々のセグメントに分割し、各セグメ
ントを順次加算して平均値を求めることによって脳波波
形のなかに混入している心電波形の推定波形を求め、起
点を同期させながらこの推定波形を心電波形が混在して
いる元の脳波波形から差し引くことにより、心電波形を
除去した脳波波形を抽出している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
脳波処理装置は、脳波の検出以外に、心電波形も同時に
検出しなければならないため、心電波形の検出のための
電極の装着が必要であり、このため検査準備が面倒であ
り、また、被験者が制限されて適用範囲が限定されると
いう問題点を有している。
【０００７】本発明の目的は、上述のような従来の脳波
処理装置の問題点を解消することにより、心電波形検出
用の電極の装着よりもセンサの装着が簡便な脈派を利用
し、心電波形の特徴的な波形に対応する脈波の特徴的な
波形の出現時点を検出することにより、心電波形の推定
波形を求めるための脳波波形のセグメント分割を容易に
し、脳波波形から心電波形を除去するための計測時間を
短縮して脳波処理を容易にすることができる脳波処理装
置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の脳波処理
装置は、２極間の電位差としての脳波波形を検出するた
めの活性電極および基準電極を有する脳波センサと、耳
朶または指先から脈波波形を検出する脈波センサと、前
記脳波センサの前記活性電極と前記基準電極との電位差
および前記脈波センサの電位とを増幅する増幅器と、前
記増幅器の出力のアナログ信号をデジタル信号に変換す
るアナログデジタル変換器と、前記アナログデジタル変
換器の出力信号を格納する記憶部と、前記記憶部に格納
した信号から周期性を有する脈波波形の極値およびその
極値の出現する時点を検出する脈波極値検出部と、前記
脈波極値検出部の出力信号によって所定の時間だけ遡及
した時点を前記脳波波形の分割の起点に設定する脳波分
割起点設定部と、前記脳波分割起点設定部によって設定
された起点から前記脳波波形を個々のセグメントに分割
し前記セグメントを順次加算して平均値を求めることに
よって前記脳波波形に雑音として混入している心電波形
の推定波形を求める雑音混入推定部と、前記雑音混入推
定部で得られた前記推定波形を前記起点を同期させて前
記脳波波形から差し引くことによって雑音の混入を除去
した脳波信号を抽出する脳波信号抽出部とを備えるもの
であり、特に、前記脈波極値検出部として、前記記憶部
に格納した脈波波形を表示装置の画面に表示し、前記画
面から周期性を有する脈派波形の極値およびその極値の
出現する時点を直接検出する波形表示部を有するか、ま
たは、前記記憶部に格納した脈波波形のスムージング処
理を行う脈波波形前処理部と、前記脈波波形前処理部で
スムージング処理された信号から各時点における１階差
分値を算出して前記１階差分値が充分に小さな値の所定
の値に等しいかまたは前記所定の値よりも小さい場合に
その値を極値としてその極値の出現する時点を検出する
差分型脈波極値自動検出部とを有するか、または、前記
記憶部に格納した脈波波形のスムージング処理を行う脈
波波形前処理部と、前記脈波波形前処理部でスムージン
グ処理された信号に対してウエーブレット処理を施すこ
とによって極値を求めて前記極値の出現する時点を検出
するウエーブレット変換型脈波極値自動検出部とを有す
るか、または、前記記憶部に格納した脈波波形のスムー
ジング処理を行う脈波波形前処理部と、前記脈波波形前
処理部でスムージング処理された信号から各時点におけ
る２階差分値を算出して前記２階差分値が充分に小さな
値の所定の値に等しいかまたは前記所定の値よりも小さ
い場合を変曲点として前記変曲点の出現する時点を検出
する脈波変曲点自動検出部とを有する前記脈波極値検出
部を備えるものである。
【０００９】本発明の第二の脳波処理装置は、２極間の
電位差としての脳波波形を検出するための活性電極およ
び基準電極を有する脳波センサと、耳朶または指先から
脈波波形を検出する脈波センサと、前記脳波センサの前
記活性電極と前記基準電極との電位差および前記脈波セ
ンサの電位とを増幅する増幅器と、前記増幅器の出力の
アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタ
ル変換器と、前記アナログデジタル変換器の出力信号を
格納する記憶部と、前記記憶部に格納した信号から周期
性を有する脈波波形の極値およびその極値の出現する時
点を検出する脈波極値検出部と、前記脈波極値検出部に
おいて検出された隣接する極値間の差として脈波振幅値
を算出する脈波振幅値算出部と、前記脈波極値検出部に
おいて検出された前記極値のなかから前記脈波振幅値算
出部によって算出された前記脈波振幅値が所定の範囲内
にある極値とその出現時点とを選出する加算セグメント
判断部とを有する判断部と、前記判断部からの出力信号
によって所定の時間だけ遡及した時点を前記脳波波形の
分割の起点に設定する脳波分割起点設定部と、前記脳波
分割起点設定部によって設定された起点から前記脳波波
形を個々のセグメントに分割し前記セグメントを順次加
算して平均値を求めることによって前記脳波波形に雑音
として混入している心電波形の推定波形を求める雑音混
入推定部と、前記雑音混入推定部で得られた前記推定波
形を前記起点を同期させて前記脳波波形から差し引くこ
とによって雑音の混入を除去した脳波信号を抽出する脳
波信号抽出部とを備えるものであり、特に、前記脈波極
値検出部として、前記記憶部に格納した脈波波形を表示
装置の画面に表示し、前記画面から周期性を有する脈波
波形の極値およびその極値の出現する時点を直接検出す
る波形表示部を有するか、または、前記記憶部に格納し
た脈波波形のスムージング処理を行う脈波波形前処理部
と、前記脈波波形前処理部でスムージング処理された信
号から各時点における１階差分値を算出して前記１階差
分値が充分に小さな値の所定の値に等しいかまたは前記
所定の値よりも小さい場合にその値を極値としてその極
値の出現する時点を検出する差分型脈波極値自動検出部
とを有するか、または、前記記憶部に格納した脈波波形
のスムージング処理を行う脈波波形前処理部と、前記脈
波波形前処理部でスムージング処理された信号に対して
ウエーブレット処理を施すことによって極値を求めて前
記極値の出現する時点を検出するウエーブレット変換型
脈波極値自動検出部とを有するか、または、前記記憶部
に格納した脈波波形のスムージング処理を行う脈波波形
前処理部と、前記脈波波形前処理部でスムージング処理
された信号から各時点における２階差分値を算出して前
記２階差分値が充分に小さな値の所定の値に等しいかま
たは前記所定の値よりも小さい場合を変曲点として前記
変曲点の出現する時点を検出する脈波変曲点自動検出部
とを有する前記脈波極値検出部を備えるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【００１１】本発明の第一の実施形態を示すブロック図
である。図１０は実測された脳波データおよび心電波形
データおよび脈波データの一例を示す波形図、図１１は
図１０の脈波データの一周期分を示す波形図、図１２は
心理状態の影響を受ける脈波データの一例を示す波形
図、図１３は心理状態の影響を受けた脈波データにおけ
る波形の変動の一例を示す波形図である。
【００１２】図１の実施形態は、２極間の電位差として
の脳波波形を検出するための活性電極１ａおよび基準電
極１ｂを有する脳波センサと、指先に装着して脈波波形
（指尖脈波）を検出する脈波センサ２ａ、または、耳朶
に装着して脈波波形（耳朶脈波）を検出する脈波センサ
２ｂと、脳波センサの活性電極１ａと基準電極１ｂとの
電位差および脈波センサ２ａまたは２ｂの電位とを増幅
する増幅器（アンプ）３と、増幅器の出力のアナログ信
号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器
（Ａ／Ｄ）４と、アナログデジタル変換器４の出力信号
を格納する記憶部５と、記憶部５に格納した脈波波形を
表示装置の画面に表示し、その画面から周期性を有する
脈波波形の極値およびその極値の出現する時点を直接検
出する波形表示部６ａを有する脈波極値検出部６と、脈
波極値検出部６の出力信号によって所定の時間だけ遡及
した時点を脳波波形の分割の起点に設定する脳波分割起
点設定部７と、脳波分割起点設定部７によって設定され
た起点から脳波波形を個々のセグメントに分割しそれら
のセグメントを順次加算して平均値を求めることによっ
て脳波波形に雑音として混入している心電波形の推定波
形を求める雑音混入推定部８と、雑音混入推定部８で得
られた推定波形を上記の起点を同期させて脳波波形から
差し引くことによって雑音の混入を除去した脳波信号を
抽出する脳波信号抽出部９とを備えている。
【００１３】次に上述のように構成した脳波処理装置の
動作について説明する。
【００１４】本実施形態は、図１０に示した脳波データ
１５と、心電データ１６と、脈波データ１７との３種類
のデータに関連する。これらのうちの脳波データ１５
は、活性電極および基準電極（例えば Ａｇ／ＡｇＣｌ
皿電極）を有する脳波センサに、増幅器（アンプ）（例
えばＮＥＣメディカルシステムズ（株）製ＳＹＮＡＸ１
２００）を接続し、心電データ１６は、３個１組の電極
（胸部Ｖ誘導）にそれらの電極間の電位差を増幅するア
ンプ（例えばＮＥＣメディカルシステムズ（株）製ＰＯ
ＬＹＧＲＡＰＨ３６０）を接続し、脈波データ１７は、
脈波データを電位差として検出するための脈波センサ
（例えばＮＥＣメディカルシステムズ（株）製脈波ファ
ピックアップ）に、検出した電位差を増幅するためのア
ンプ（例えばＮＥＣメディカルシステムズ（株）製ＰＯ
ＬＹＧＲＡＰＨ３６０）を接続して計測し、各アンプの
出力のアナログ信号を記録計（例えばＮＥＣメディカル
システムズ（株）製ＯＭＮＩＣＯＲＤＥＲ ８Ｍ１４）
に出力した波形を示す図である。これらのうちの脈波デ
ータ１７は、心電データ１６の影響を受けて心電データ
１６と同じ周期の周期性を有している。この１周期（約
７００ｍｓｅｃ）の中に、極大値１７ａおよび１７ｃや
極小値１７ｂおよび１７ｄ等のいくつかの極値を有して
いる。脈波データ１７を心電データ１６と比較すると、
例えば脈波データ１７の極大値１７ａの出現時点と心電
データ１６のＲ波１６ａの出現時点との間隔は一定（約
３４０ｍｓｅｃ）である。従って、脈波データ１７の極
大の出現時点がわかれば、心電データ１６を使用しなく
ても、脈波データ１７の極値を利用して、その時点から
一定時間遡及した時点を起点として、脳波データ１５を
個々のセグメントに分割することができる。
【００１５】本実施形態は、活性電極１ａおよび基準電
極１ｂを有する脳波センサによって脳波データ１５を計
測し、脈波センサ２ａまたは脈波センサ２ｂによって脈
波データ１７を計測し、脳波センサの活性電極１ａと基
準電極１ｂとの電位差および脈波センサ２ａまたは２ｂ
の電位とを増幅器（アンプ）３によって増幅し、増幅器
３の出力のアナログ信号をアナログデジタル変換器（Ａ
／Ｄ）４によってデジタル信号に変換し、アナログデジ
タル変換器４の出力信号をパーソナルコンピュータのハ
ードディスク等の記憶部５に格納する。
【００１６】脈波極値検出部６は、記憶部５に格納した
脳波データおよび脈波データをアナログ波形として波形
表示部６ａの画面に表示し、ユーザは、その画面から例
えば周期性を有する脈波データの極大値１７ａの出現す
る時点を読み取る。脈派データの極値の出現時点の読み
取りは、上記のように、脳波データおよび脈波データの
波形を記録計に出力し、その出力記録用紙から読み取る
ことも可能である。
【００１７】脳波分割起点設定部７は、脈波極値検出部
６の出力信号によって設定された所定の時間だけ遡及し
た時点を、脳波データ１５の波形を分割する起点に設定
する。具体的には、以下のようなデータ処理を行う。
【００１８】すなわち、検出された極値出現時点を ｔi *（ｉ＝１，２，……，Ｌ）（Ｌは検出された極値出
現時点の個数） とすると、このときの脳波データ１５の波形分割の起点
は、 ｔi＝ｔi *＋Ｔretro（ｉ＝１，２，……，Ｌ） （Ｔretroは遡及すべき時間）となる。
【００１９】図１０の例において、脈波データ１７の極
大値１７ａの出現時点を利用する場合は、 Ｔretro＝ＴA ー R＋ＴR （ＴA ー R は心電データ１６のＲ波１６ａの出現時点と脈
波データ１７の極大値１７ａの出現時点との差、ＴR は
心電データ１６のＲ波１６ａの出現時点から遡及すべき
時間）となる。ＴR の具体的な数値としては、２００ｍ
ｓｅｃに設定することが可能である。
【００２０】雑音混入推定部８は、脳波分割起点設定部
７によって設定された起点ｔi （ｉ＝１，２，……，
Ｌ）から脳波データ１７を個々のセグメントに分割し、
それらのセグメントを順次加算して平均値を求めること
によって脳波波形に雑音として混入している心電データ
の推定波形を求める。具体的には、以下のようなデータ
処理を行う。
【００２１】すなわち、時点ｔにおける脳波のデジタル
データの値を ｙ（ｔ） とすると、起点ｔi （ｉ＝
１，２，……，Ｌ）に基づいた脳波データの個々のセグ
メントは、 ｙj *（τ＋ｔj ）＝ｙ（τ＋ｔj ）［ｕ（τ）−ｕ（τ
−（ｔj+1 −ｔj ））］ として求めることができる。
【００２２】但し、ｕ（τ）はステップ関数であり、
［ｕ（τ）−ｕ（τ−（ｔj+1 −ｔj ））］は、矩形波
タイプの窓関数となる。更に、
【００２３】により、時点τにおける混入雑音の推定値
を求めることができる。但し、上式においては、各起点
からの時点τにおける推定値であるので、元の脳波デー
タの時点ｔに戻すためには、
【００２４】という演算を行う。
【００２５】脳波信号抽出部９は、雑音混入推定部８で
得られた推定波形を、雑音が混入している元の脳波デー
タから差し引いて、脳波信号を抽出する。すなわち、
【００２６】によって脳波信号を抽出する。
【００２７】図２は本発明の第二の実施形態を示すブロ
ック図である。
【００２８】図２の実施形態は、図１の実施形態の脈波
極値検出部６の代りに、記憶部５に格納した脈波波形の
スムージング処理を行う脈波波形前処理部３６ａと、脈
波波形前処理部３６ａでスムージング処理された信号か
ら各時点における１階差分値を算出してその１階差分値
が充分に小さな値の所定の値に等しいかまたは所定の値
よりも小さい場合にその値を極値としてその極値の出現
する時点を検出する差分型脈波極値自動検出部３６ｂと
を有する脈波極値検出部３６を設けたものである。その
他の構成要素は、図１の実施形態と同じである。
【００２９】次に上述のように構成した脳波処理装置の
動作について、第一の実施形態と同じ動作を行う部分の
動作説明は省略し、第一の実施形態と異なる部分の動作
について説明する。
【００３０】脈波波形前処理部３６ａは、記憶部５に格
納した脈波データのスムージング処理を行う。スムージ
ング処理には、種々の方法があるが、例えば、脈波デー
タに低域通過型のデジタルフィルタを適用したり、移動
平均法を適用したりすることによってスムージング処理
を行うことが可能である。
【００３１】差分型脈波極値自動検出部３６ｂは、脈波
波形前処理部３６ａでスムージング処理された信号から
各時点における１階差分値を算出し、その１階差分値が
充分に小さな値の所定の値に等しいかまたは所定の値よ
りも小さい場合にその値を極値（極大値または極小値）
としてその極値の出現する時点を検出する。具体的に
は、以下のようなデータ処理を行う。
【００３２】すなわち、スムージング処理された脈波の
デジタルデータを ｘi とし、そのｉ番目の時点におけ
る１階差分値を
【数１】
【００３３】と定義する。このとき ｘi が極大値であ
ることは、
【００３４】によって、 ｘi が極小値であることは、
【００３５】によって、それぞれ認識することが可能で
ある。
【００３６】例えば、図１１の脈波データ１７の１周期
分の波形１７ｎに適用すると、極大値１７ａ・極小値１
７ｂ・極大値１７ｃ・極小値１７ｄを順次に検出するこ
とができる。
【００３７】図３は本発明の第三の実施形態を示すブロ
ック図である。
【００３８】図３の実施形態は、図１の実施形態の脈波
極値検出部６の代りに、記憶部５に格納した脈波波形の
スムージング処理を行う脈派波形前処理部５６ａと、脈
波波形前処理部５６ａでスムージング処理された信号に
対してウエーブレット処理を施すことによって極値を求
めてその極値の出現する時点を検出するヴエーブレット
変換型脈波極値自動検出部５６ｂとを有する脈波極値検
出部５６を設けたものである。その他の構成要素は、図
１の実施形態と同じである。
【００３９】次に上述のように構成した脳波処理装置の
動作について、第一の実施形態と異なる部分の動作につ
いて説明する。
【００４０】脈波波形前処理部５６ａは、図２は本発明
の第二の実施形態と同様に、記憶部５に格納した脈波波
形のスムージング処理を行う。
【００４１】ウエーブレット（Ｗａｖｅｌｅｔ）変換型
脈波極値自動検出部５６ｂは、脈波波形前処理部５６ａ
でスムージング処理された信号に対してウエーブレット
（Ｗａｖｅｌｅｔ）変換処理を施すことにより、一層明
確化された極値と、その極値の出現する時点を検出す
る。具体的には、以下のようなデータ処理を行う。
【００４２】任意の実数値関数ｆ（ｔ）のＷａｖｅｌｅ
ｔ変換は、一般に、
【００４３】し、ψはマザーウエーブレット（Ｍｏｔｈ
ｅｒ Ｗａｖｅｌｅｔ）と呼ばれ、時空間的に局在する
「波」を表わす種々の関数の総称でり、種々の関数とし
ては、ハールウエーブレット（Ｈａａｒ Ｗａｖｅｌｅ
ｔ）、ガボーアウエーブレット（Ｇａｂｏｒ Ｗａｖｅ
ｌｅｔ）、マルヴアーウエーブレット（ＭａｌｖｅｒＷ
ａｖｅｌｅｔ）、モーレイウエーブレット（Ｍｏｒｌｅ
ｙ Ｗａｖｅｌｅｔ）、メキシカンウエーブレット（Ｍ
ｅｘｉｃａｎ Ｗａｖｅｌｅｔ）、フレンチウエーブレ
ット（Ｆｒｅｎｃｈ Ｗａｖｅｌｅｔ）、シャノンウエ
ーブレット（Ｓｈａｎｎｏｎ Ｗａｖｅｌｅｔ）、メイ
ヤーウエーブレット（Ｍｅｙｅｒ Ｗａｖｅｌｅｔ）、
ドーブチーズウエーブレット（Ｄａｕｂｅｃｈｉｅｓ
Ｗａｖｅｌｅｔ）、シムレットウエーブレット（Ｓｙｍ
ｌｅｔ Ｗａｖｅｌｅｔ）、コアフレットウエーブレッ
ト（Ｃｏｉｆｌｅｔ Ｗａｖｅｌｅｔ）、スプラインウ
エーブレット（Ｓｐｌｉｎｅ Ｗａｖｅｌｅｔ）等が知
られている。また、ａおよびｂは、任意の実数であり、
２つの整数ｊおよびｋによって、
【数２】
【００４４】と置くことにより、関数ｆ（ｔ）の離散化
表現の
【００４５】を得ることができる。更に、
【００４６】と表現するとし、このとき信号ｆ（ｔ）を
ｆ0 （ｔ）と見做すと、上式は、
【００４７】と書くことができる。
【００４８】ウエーブレット変換処理は、周期的な信号
の分解や、パルスの分解や、ノイズの分解や、異常波の
検出や、ピークの検出等の種々の目的に使用されるが、
本実施形態においては、例えば４階のＢスプラインウエ
ーブレット（ＳｐｌｉｎｅＷａｖｅｌｅｔ）をマザーウ
エーブレット（Ｍｏｔｈｅｒ Ｗａｖｅｌｅｔ）として
用い、脈波波形データｆ（ｔ）に対してｆ-2（ｔ）を求
めればよい。更に、このように変換した波形から、極値
と、その極値の出現する時点を検出することができる。
【００４９】図４は本発明の第四の実施形態を示すブロ
ック図である。
【００５０】図４の実施形態は、図１の実施形態の脈波
極値検出部６の代りに、記憶部５に格納した脈波波形の
スムージング処理を行う脈波波形前処理部７６ａと、脈
波波形前処理部７６ａでスムージング処理された信号か
ら各時点における２階差分値を算出し、その２階差分値
が充分に小さな値の所定の値に等しいかまたは所定の値
よりも小さい場合を変曲点として変曲点の出現する時点
を検出する脈波変曲点自動検出部７６ｂとを有する脈波
極値検出部７６を設けたものである。その他の構成要素
は、図１の実施形態と同じである。
【００５１】次に上述のように構成した脳波処理装置の
動作について、第一の実施形態と異なる部分の動作につ
いて説明する。
【００５２】脈波波形前処理部７６ａは、第二の実施形
態と同様に、記憶部５に格納した脈波波形のスムージン
グ処理を行う。
【００５３】脈波変曲点自動検出部７６ｂは、脈波波形
前処理部７６ａでスムージング処理された信号から各時
点における２階差分値を算出し、その２階差分値が充分
に小さな値の所定の値に等しいかまたは所定の値よりも
小さい場合を変曲点として、変曲点の出現する時点を検
出する。具体的には、以下のようなデータ処理を行う。
【００５４】すなわち、スムージング処理された脈波の
デジタルデータを ｘi とし、そのｉ番目の時点におけ
る２階（後退）差分値
【数３】
【００５５】を計算する。例えば、図１１の脈波データ
１７の場合は、４つの変曲点１７ｅ・１７ｆ・１７ｇ・
１７ｈがあり、変曲点１７ｅおよび１７ｇは
【００５６】によって検出可能であり、変曲点１７ｆお
よび１７ｈは
【００５７】によって検出可能である。
【００５８】なお、本実施形態において、例えば変曲点
１７ｅを利用する場合の遡及時間は、第二の実施形態に
おける極大値１７ａを利用する場合の遡及時間とは異っ
た時間となる。
【００５９】図５は本発明の第五の実施形態を示すブロ
ック図である。
【００６０】図５の実施形態は、図１の実施形態の脈波
極値検出部６と脳波分割起点設定部７との間に、脈波極
値検出部６において検出された隣接する極値間の差とし
て脈波振幅値を算出する脈波振幅値算出部１０ａと、脈
波極値検出部６において検出された極値のなかから脈波
振幅値算出部１０ａによって算出された脈波振幅値が所
定の範囲内にある極値とその出現時点とを選出する加算
セグメント判断部１０ｂとを有する判断部１０を設けた
ものであり、その他の構成要素は、図１の実施形態と同
じである。
【００６１】次に上述のように構成した脳波処理装置の
動作について、第一の実施形態と異なる部分の動作につ
いて説明する。
【００６２】脈波振幅値算出部１０ａは、脈波極値検出
部６において検出された隣接する極値間の差として脈波
振幅値を算出する。
【００６３】加算セグメント判断部１０ｂは、脈波極値
検出部６において検出された極値のなかから脈波振幅値
算出部１０ａによって算出された脈波振幅値が所定の範
囲内にある極値とその出現時点とを選出する。具体的に
は、以下のようなデータ処理を行う。
【００６４】すなわち、まず始めに、脈波振幅値の算出
を以下のように行う。
【００６５】図１１に示したような脈波データ１７の１
周期分１７ｎの時間幅（ウインドウ幅）の中で、脈波電
位値の最大値と最小値とを探索し、それらの差を脈波振
幅値とする。 図１１の場合は、 脈波振幅値＝｜ｘ（ｔA ）−ｘ（ｔD ）｜ となる。但しｔA は極大値１７ａが出現する時点、ｔD
は極小値１７ｄが出現する時点である。
【００６６】このようにして算出した脈波振幅値は、影
響を受ける。すなわち、図１２に示すように、心理状態
が緊張しているときは、図１２（ａ）の振幅減少区間１
８ａに示すように、振幅値が減少し、心理状態が弛緩し
ているときは、図１２（ｂ）の振幅漸増区間１８ｂに示
すように、振幅値が増加することがよく知られている。
このような心理状態による影響は、心電データにも反映
されることがあり、このような心電データの変動は、脈
波データの分割の起点の変動を引き起しかねない。従っ
て、安定した心理状態のときのデータによって脈波デー
タの分割の起点の設定を行う必要があり、安定した心理
状態を検出するために、以下のようにして脈波振幅値を
求める。
【００６７】図１３は、心理状態が変動しているときの
脈波データを示す波形図である。図１３において、脈波
データ２０に対して脈波極値検出部６における処理を適
用すると、例えば極大値１７ａとして時点ｔ1 ，ｔ2 ，
……，ｔ16が検出される。これらの時点の中で、安定し
た心理状態のときには脈波振幅値が所定の値ε以上であ
ると設定すると、ｔ1 ＝ｔ1 +，ｔ2 ＝ｔ2 +，ｔ3 ＝
ｔ3 +，ｔ4 ＝ｔ4 +，ｔ5 ＝ｔ5 +，ｔ13＝ｔ6 +，ｔ14＝ｔ
7 +，ｔ15＝ｔ8 +，ｔ16＝ｔ9 + が選出できる。
【００６８】図６は本発明の第六の実施形態を示すブロ
ック図である。
【００６９】図６の実施形態は、図５の実施形態の脈波
極値検出部６の代りに、記憶部５に格納した脈波波形の
スムージング処理を行う脈波波形前処理部３６ａと、脈
波波形前処理部３６ａでスムージング処理された信号か
ら各時点における１階差分値を算出してその１階差分値
が充分に小さな値の所定の値に等しいかまたは所定の値
よりも小さい場合にその値を極値としてその極値の出現
する時点を検出する差分型脈波極値自動検出部３６ｂと
を有する脈波極値検出部３６を設けたものである。その
他の構成要素は、図５の実施形態と同じである。従って
本実施形態の動作は、図５の実施形態の動作の脈波極値
検出部６の動作の代りに、図２の実施形態の脈波波形前
処理部３６ａと差分型脈波極値自動検出部３６ｂとの動
作を置換したものである。
【００７０】図７は本発明の第七の実施形態を示すブロ
ック図である。
【００７１】図７の実施形態は、図５の実施形態の脈波
極値検出部６の代りに、記憶部５に格納した脈波波形の
スムージング処理を行う脈波波形前処理部５６ａと、脈
波波形前処理部５６ａでスムージング処理された信号に
対してウエーブレット処理を施すことによって極値を求
めてその極値の出現する時点を検出するウエーブレット
変換型脈波極値自動検出部５６ｂとを有する脈波極値検
出部５６を設けたものである。その他の構成要素は、図
５の実施形態と同じである。従って本実施形態の動作
は、図５の実施形態の動作の脈波極値検出部６の動作の
代りに、図３の実施形態の脈波波形前処理部５６ａとウ
エーブレット変換型脈波極値自動検出部５６ｂとの動作
を置換したものである。
【００７２】図８は本発明の第八の実施形態を示すブロ
ック図である。
【００７３】図８の実施形態は、図５の実施形態の脈波
極値検出部６の代りに、記憶部５に格納した脈波波形の
スムージング処理を行う脈波波形前処理部７６ａと、脈
波波形前処理部７６ａでスムージング処理された信号か
ら各時点における２階差分値を算出し、その２階差分値
が充分に小さな値の所定の値に等しいかまたは所定の値
よりも小さい場合を変曲点として変曲点の出現する時点
を検出する脈波変曲点自動検出部７６ｂとを有する脈波
極値検出部７６を設けたものである。その他の構成要素
は、図５の実施形態と同じである。従って本実施形態の
動作は、図５の実施形態の動作の脈波極値検出部６の動
作の代りに、図４の実施形態の脈波波形前処理部７６ａ
と脈波変曲点自動検出部７６ｂとの動作を置換したもの
である。
【００７４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の脳波処理
装置は、２極間の電位差としての脳波波形を検出するた
めの活性電極および基準電極を有する脳波センサと、耳
朶または指先から脈波波形を検出する脈波センサと、脳
波センサの活性電極と基準電極との電位差および脈波セ
ンサの電位とを増幅する増幅器と、この増幅器の出力の
アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタ
ル変換器と、アナログデジタル変換器の出力信号を格納
する記憶部と、記憶部に格納した信号から周期性を有す
る脈波波形の極値およびその極値の出現する時点を検出
する脈波極値検出部と、脈波極値検出部の出力信号によ
って所定の時間だけ遡及した時点を脳波波形の分割の起
点に設定する脳波分割起点設定部と、脳波分割起点設定
部によって設定された起点から脳波波形を個々のセグメ
ントに分割し、セグメントを順次加算して平均値を求め
ることによって脳波波形に雑音として混入している心電
波形の推定波形を求める雑音混入推定部と、雑音混入推
定部で得られた推定波形を起点を同期させて脳波波形か
ら差し引くことによって雑音の混入を除去した脳波信号
を抽出する脳波信号抽出部とを備えることにより、心電
波形検出用の電極の装着よりもセンサの装着が簡便な脈
波を利用し、心電波形の特徴的な波形に対応する脈派の
特徴的な波形の出現時点を検出することが可能になるた
め、心電波形の推定波形を求めるための脳波波形のセグ
メント分割を容易にし、脳波波形から心電波形を除去す
るための計測時間を短縮して脳波処理を容易にすること
ができるという効果がある
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態を示すブロック図であ
る。
【図２】本発明の第二の実施形態を示すブロック図であ
る。
【図３】本発明の第三の実施形態を示すブロック図であ
る。
【図４】本発明の第四の実施形態を示すブロック図であ
る。
【図５】本発明の第五の実施形態を示すブロック図であ
る。
【図６】本発明の第六の実施形態を示すブロック図であ
る。
【図７】本発明の第七の実施形態を示すブロック図であ
る。
【図８】本発明の第八の実施形態を示すブロック図であ
る。
【図９】従来の脳波処理装置の一例を示すブロック図で
ある。
【図１０】実測された脳波および心電波形および脈波の
一例を示す波形図である。
【図１１】図１０の脈波の一周期分を示す波形図であ
る。
【図１２】心理状態の影響を受ける脈波の実測データの
一例を示す波形図である。
【図１３】心理状態の影響を受けた脈波データにおける
波形の変動の一例を示す波形図である。
【符号の説明】
１ａ 活性電極 １ｂ 基準電極 ２ａ・２ｂ 脈派センサ ３ 増幅器（アンプ） ４ アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ） ５ 記憶部 ６・３６・５６・７６ 脈波極値検出部 ６ａ 波形表示部 ７ 脳波分割起点設定部 ８ 雑音混入推定部 ９ 脳波信号抽出部 １０ 判断部 １０ａ 脈波振幅値算出部 １０ｂ 加算セグメント判断部 １５ 脳波データ １６ 心電データ １７ 脈波データ １７ａ・１７ｃ 極大値 １７ｂ・１７ｄ 極小値 １７ｅ〜１７ｈ 変曲点 １８ａ 振幅減少区間 １８ｂ 振幅漸増区間 ２０ 脈波データ ３６ａ・５６ａ．７６ａ 脈波波形前処理部 ３６ｂ 差分型脈波極値自動検出部 ５６ｂ ウエーブレット変換型脈波極値自動検出部 ７６ｂ 脈波変曲点自動検出部 ９１ａ・９１ｂ 脳波計測用電極 ９２ａ・９２ｂ 心電図用電極 ９３ 脳電位増幅器 ９４ アナログデジタル変換器 ９５ 一時記憶部 ９６ 心電図用増幅器 ９８ 演算部 ９９ トリガー信号発生部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 5/04 - 5/053

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２極間の電位差としての脳波波形を検出
    するための活性電極および基準電極を有する脳波センサ
    と、耳朶または指先から脈波波形を検出する脈波センサ
    と、前記脳波センサの前記活性電極と前記基準電極との
    電位差および前記脈波センサの電位とを増幅する増幅器
    と、前記増幅器の出力のアナログ信号をデジタル信号に
    変換するアナログデジタル変換器と、前記アナログデジ
    タル変換器の出力信号を格納する記憶部と、前記記憶部
    に格納した信号から周期性を有する脈派波形の極値およ
    びその極値の出現する時点を検出する脈波極値検出部
    と、前記脈波極値検出部の出力信号によって所定の時間
    だけ遡及した時点を前記脳波波形の分割の起点に設定す
    る脳波分割起点設定部と、前記脳波分割起点設定部によ
    って設定された起点から前記脳波波形を個々のセグメン
    トに分割し前記セグメントを順次加算して平均値を求め
    ることによって前記脳波波形に雑音として混入している
    心電波形の推定波形を求める雑音混入推定部と、前記雑
    音混入推定部で得られた前記推定波形を前記起点を同期
    させて前記脳波波形から差し引くことによって雑音の混
    入を除去した脳波信号を抽出する脳波信号抽出部とを備
    えることを特徴とする脳波処理装置。
  2. 【請求項２】 前記記憶部に格納した脈波波形を表示装
    置の画面に表示し、前記画面から周期性を有する脈波波
    形の極値およびその極値の出現する時点を直接検出する
    波形表示部を有する前記脈波極値検出部を備えることを
    特徴とする請求項１記載の脳波処理装置。
  3. 【請求項３】 前記記憶部に格納した脈波波形のスムー
    ジング処理を行う脈波波形前処理部と、前記脈波波形前
    処理部でスムージング処理された信号から各時点におけ
    る１階差分値を算出して前記１階差分値が充分に小さな
    値の所定の値に等しいかまたは前記所定の値よりも小さ
    い場合にその値を極値としてその極値の出現する時点を
    検出する差分型脈波極値自動検出部とを有する前記脈波
    極値検出部を備えることを特徴とする請求項１記載の脳
    波処理装置。
  4. 【請求項４】 前記記憶部に格納した脈波波形のスムー
    ジング処理を行う脈波波形前処理部と、前記脈波波形前
    処理部でスムージング処理された信号に対してウエーブ
    レット処理を施すことによって極値を求めて前記極値の
    出現する時点を検出するウエーブレット変換型脈波極値
    自動検出部とを有する前記脈波極値検出部を備えること
    を特徴とする請求項１記載の脳波処理装置。
  5. 【請求項５】 前記記憶部に格納した脈波波形のスムー
    ジング処理を行う脈波波形前処理部と、前記脈波波形前
    処理部でスムージング処理された信号から各時点におけ
    る２階差分値を算出して前記２階差分値が充分に小さな
    値の所定の値に等しいかまたは前記所定の値よりも小さ
    い場合を変曲点として前記変曲点の出現する時点を検出
    する脈波変曲点自動検出部とを有する前記脈波極値検出
    部を備えることを特徴とする請求項１記載の脳波処理装
    置。
  6. 【請求項６】 ２極間の電位差としての脳波波形を検出
    するための活性電極および基準電極を有する脳波センサ
    と、耳朶または指先から脈波波形を検出する脈波センサ
    と、前記脳波センサの前記活性電極と前記基準電極との
    電位差および前記脈波センサの電位とを増幅する増幅器
    と、前記増幅器の出力のアナログ信号をデジタル信号に
    変換するアナログデジタル変換器と、前記アナログデジ
    タル変換器の出力信号を格納する記憶部と、前記記憶部
    に格納した信号から周期性を有する脈波波形の極値およ
    びその極値の出現する時点を検出する脈波極値検出部
    と、前記脈波極値検出部において検出された隣接する極
    値間の差として脈波振幅値を算出する脈波振幅値算出部
    と、前記脈波極値検出部において検出された前記極値の
    なかから前記脈波振幅値算出部によって算出された前記
    脈波振幅値が所定の範囲内にある極値とその出現時点と
    を選出する加算セグメント判断部とを有する判断部と、
    前記判断部からの出力信号によって所定の時間だけ遡及
    した時点を前記脳波波形の分割の起点に設定する脳波分
    割起点設定部と、前記脳波分割起点設定部によって設定
    された起点から前記脳波波形を個々のセグメントに分割
    し前記セグメントを順次加算して平均値を求めることに
    よって前記脳波波形に雑音として混入している心電波形
    の推定波形を求める雑音混入推定部と、前記雑音混入推
    定部で得られた前記推定波形を前記起点を同期させて前
    記脳波波形から差し引くことによって雑音の混入を除去
    した脳波信号を抽出する脳波信号抽出部とを備えること
    を特徴とする脳波処理装置。
  7. 【請求項７】 前記記憶部に格納した脈波波形を表示装
    置の画面に表示し、前記画面から周期性を有する脈波波
    形の極値およびその極値の出現する時点を直接検出する
    波形表示部を有する前記脈波極値検出部を備えることを
    特徴とする請求項６記載の脳波処理装置。
  8. 【請求項８】 前記記憶部に格納した脈波波形のスムー
    ジング処理を行う脈波波形前処理部と、前記脈波波形前
    処理部でスムージング処理された信号から各時点におけ
    る１階差分値を算出して前記１階差分値が充分に小さな
    値の所定の値に等しいかまたは前記所定の値よりも小さ
    い場合にその値を極値としてその極値の出現する時点を
    検出する差分型脈波極値自動検出部とを有する前記脈波
    極値検出部を備えることを特徴とする請求項６記載の脳
    波処理装置。
  9. 【請求項９】 前記記憶部に格納した脈波波形のスムー
    ジング処理を行う脈波波形前処理部と、前記脈波波形前
    処理部でスムージング処理された信号に対してウエーブ
    レット処理を施すことによって極値を求めて前記極値の
    出現する時点を検出するウエーブレット変換型脈波極値
    自動検出部とを有する前記脈波極値検出部を備えること
    を特徴とする請求項６記載の脳波処理装置。
  10. 【請求項１０】 前記記憶部に格納した脈波波形のスム
    ージング処理を行う脈波波形前処理部と、前記脈波波形
    前処理部でスムージング処理された信号から各時点にお
    ける２階差分値を算出して前記２階差分値が充分に小さ
    な値の所定の値に等しいかまたは前記所定の値よりも小
    さい場合を変曲点として前記変曲点の出現する時点を検
    出する脈波変曲点自動検出部とを有する前記脈波極値検
    出部を備えることを特徴とする請求項６記載の脳波処理
    装置。
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