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(In Japanese)信号雑音除去装置、その方法及びプログラム

Patent code P170013745
File No. (S2013-0167-N0)
Posted date Mar 14, 2017
Application number P2014-550174
Patent number P6304690
Date of filing Nov 25, 2013
Date of registration Mar 16, 2018
International application number JP2013081624
International publication number WO2014084162
Date of international filing Nov 25, 2013
Date of international publication Jun 5, 2014
Priority data
  • P2012-258972 (Nov 27, 2012) JP
Inventor
  • (In Japanese)佐藤 寧
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人九州工業大学
Title (In Japanese)信号雑音除去装置、その方法及びプログラム
Abstract (In Japanese)周期性の信号を残しつつ、雑音となる信号を確実に除去することができると共に、例えば、人体への負担を最小限に抑えて家庭や屋外での信号の計測を行う信号雑音除去装置を提供する。入力される処理信号における波形のピークを検出するピーク検出部21と、検出された前記各ピーク間の検出サンプル数を基準サンプル数にリサンプリングする第1リサンプリング部24と、リサンプリングされた前記処理信号を直交変換する直交変換部25と、直交変換後の周波数データから、基本波の周波数成分である基本周波数成分及び高調波の周波数成分である高調波成分を少なくとも抽出するフィルタリング部26と、フィルタリングされた周波数データを逆直交変換する逆直交変換部27と、逆直交変換後に得られる前記処理信号を前記ピーク検出部21にて検出された前記ピークごとの前記検出サンプル数にリサンプリングする第2リサンプリング部28とを備える。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

例えば、脈波や心音などの心臓の動きに起因する生体信号は、周期的であり且つ波形の変化が大きいことから、高い周波数成分まで含まれている(図18(A)を参照)。このような波形の雑音除去を行う場合、単なるローパスフィルタを使用すると高い周波数成分が減衰してしまい、結果として波形歪が激しく現れて、医療的な意味を持つ重要な部分まで消されてしまう。すなわち、図18(B)の点線部分に示すように、細かい雑音を除去することができるものの、重要な波形が著しく劣化してしまい、医療行為に悪影響を及ぼしてしまう。

このような問題を解決するために、現在は、心電波形を取る際に多点での計測を行い、その波形同士の相関関係を利用して雑音による影響を低減させることがなされている。また、病室のように雑音のない部屋において計測することで雑音を低減させている。

しかしながら、近年では、膨大化する医療費に歯止めをかけるために、予防医療の需要が増えており、そのために家庭や屋外での正確な生体信号の計測技術が強く望まれている。すなわち、現在行われているような、多数の電極を付けた状態での生体信号の計測や雑音が無い状況での生体信号の計測では、日常生活に支障をきたすこととなり、日常生活に影響を与えることなく正確に生体信号を取得する技術が望まれる。

上記の問題に関連し、日常的に心電図を計測して管理する技術が開示されている(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1に示す技術は、心臓疾患患者が日常生活において常時携帯でき、何時でも何処でも簡単に自分で計測するのに適した小型・軽量な器具となし、この心電計で心電図を録音記録し、電話回線により記録された心電図データーを医療センターまたはその内容を分析できる施設等に送信できるようにした心電波形データの変換・記憶・再生システムとそのための装置であり、フィルタにより心電波形データから雑音を除去することが記載されている。

また、特許文献2には、速度脈波信号として精度の高いデータを効率よく取得できる加速度脈波計測装置の技術が開示されており、0.5~2.0Hzの間で最大の周波数を選択し、その周波数fpに対して、DC成分(=fp×0)と、2倍(=fp×2)、3倍(=fp×3)、4倍(=fp×4)の周波数がそれぞれ選択され、各周波数に対して周波数ごとにことなるマスク幅を有する周波数フィルタマスクを作成することが記載されています。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、周期性を有する生体信号から雑音信号を除去する信号雑音除去装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
入力される処理信号における波形のピークを検出するピーク検出手段と、
検出された前記各ピーク間の検出サンプル数を基準サンプル数にリサンプリングする第1リサンプリング手段と、
リサンプリングされた前記処理信号をFFTにより直交変換する直交変換手段と、
前記FFTによる直交変換後の周波数データに基づいて、位相及び振幅のベクトル化を行うベクトル演算手段と、
前記ベクトル演算手段にて求められた振幅方向の値に対して、基本波の周波数成分である基本周波数成分及び高調波の周波数成分である高調波成分を少なくとも抽出するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段によりフィルタリング処理された振幅、及び前記ベクトル演算手段で得られた位相に基づいて、実数及び虚数の値に変換する逆ベクトル演算手段と、
前記逆ベクトル演算手段にて求められた実数及び虚数の値に基づいて、逆FFTの演算を行う逆直交変換手段と、
逆直交変換後に得られる前記処理信号を前記ピーク検出手段にて検出された前記ピークごとの前記検出サンプル数にリサンプリングする第2リサンプリング手段とを備えることを特徴とする信号雑音除去装置。

【請求項2】
 
請求項1に記載の信号雑音除去装置において、
前記直交変換手段が前記リサンプリングされた基準サンプル数に対応する次数を用いた変換処理を行うことを特徴とする信号雑音除去装置。

【請求項3】
 
請求項1又は2に記載の信号雑音除去装置において、
入力される前記処理信号は、ピーク間の間隔にばらつきがある信号であることを特徴とする信号雑音除去装置。

【請求項4】
 
請求項3に記載の信号雑音除去装置において、
入力される前記処理信号が生体信号であることを特徴とする信号雑音除去装置。

【請求項5】
 
コンピュータが、
入力される処理信号における波形のピークを検出するピーク検出ステップと、
検出された前記各ピーク間の検出サンプル数を基準サンプル数にリサンプリングする第1リサンプリングステップと、
リサンプリングされた前記処理信号をFFTにより直交変換する直交変換ステップと、
前記FFTによる直交変換後の周波数データに基づいて、位相及び振幅のベクトル化を行うベクトル演算ステップと、
前記ベクトル演算ステップにて求められた振幅方向の値に対して、基本波の周波数成分である基本周波数成分及び高調波の周波数成分である高調波成分を少なくとも抽出するフィルタリングステップと、
前記フィルタリングステップによりフィルタリング処理された振幅、及び前記ベクトル演算ステップで得られた位相に基づいて、実数及び虚数の値に変換する逆ベクトル演算ステップと、
前記逆ベクトル演算ステップにて求められた実数及び虚数の値に基づいて、逆FFTの演算を行う逆直交変換ステップと、
逆直交変換後に得られる前記処理信号を前記ピーク検出ステップにて検出された前記ピークごとの前記検出サンプル数にリサンプリングする第2リサンプリングステップとを実行することを特徴とする信号雑音除去方法

【請求項6】
 
力される処理信号における波形のピークを検出するピーク検出手段
検出された前記各ピーク間の検出サンプル数を基準サンプル数にリサンプリングする第1リサンプリング手段
リサンプリングされた前記処理信号をFFTにより直交変換する直交変換手段
前記FFTによる直交変換後の周波数データに基づいて、位相及び振幅のベクトル化を行うベクトル演算手段、
前記ベクトル演算手段にて求められた振幅方向の値に対して、基本波の周波数成分である基本周波数成分及び高調波の周波数成分である高調波成分を少なくとも抽出するフィルタリング手段
前記フィルタリング手段によりフィルタリング処理された振幅、及び前記ベクトル演算手段で得られた位相に基づいて、実数及び虚数の値に変換する逆ベクトル演算手段、
前記逆ベクトル演算手段にて求められた実数及び虚数の値に基づいて、逆FFTの演算を行う逆直交変換する逆直交変換手段
逆直交変換後に得られる前記処理信号を前記ピーク検出手段にて検出された前記ピークごとの前記検出サンプル数にリサンプリングする第2リサンプリング手段としてコンピュータを機能させる信号雑音除去プログラム
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2014550174thum.jpg
State of application right Registered
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