(57)【要約】【課題】参照系独立成分分析法により分離された複数の信号から胎児心電成分を確実に含む信号を適切に選択できる胎児心電信号処理方法及び胎児心電信号処理装置を提供する提供すること。【解決手段】本発明の胎児心電信号処理方法は、妊娠中の母体より取得された複数チャネルの生体信号から参照系独立成分分析法により分離された信号を処理して胎児特徴表示信号を抽出する胎児特徴表示信号抽出ステップと、胎児特徴表示信号抽出ステップにより抽出された胎児特徴表示信号から母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去することで、胎児の心電信号を多く含む胎児特徴信号を得る母体心電信号除去ステップと、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
妊娠中の母体より取得された複数チャネルの生体信号から参照系独立成分分析法により分離された信号からノイズを除去して胎児特徴表示信号を抽出する胎児特徴表示信号抽出ステップと、
前記胎児特徴表示信号抽出ステップにより抽出された前記胎児特徴表示信号から前記母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去することで、胎児の心電信号を多く含む胎児特徴信号を得る母体心電信号除去ステップと、を備えることを特徴とする胎児心電信号処理方法。
【請求項２】
前記胎児特徴表示信号抽出ステップは、前記複数チャネルごとに前記参照系独立成分分析法により分離された信号の位相をずらして得た虚部信号を含む複数の複素信号を生成する複数信号生成ステップと、前記複数のチャネルごとの前記複数の複素信号の特定周波数帯域成分を抽出する特定周波数帯域成分抽出ステップと、を備え、
前記母体心電信号除去ステップでは、前記複数の複素信号の特定周波数帯域成分から前記母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去することを特徴とする請求項１に記載に胎児心電信号処理方法。
【請求項３】
前記複数チャネルごとの複数の前記胎児特徴信号から複数サンプルごとに値の大きいデータを含むサンプルからなる圧縮データを生成するデータ圧縮ステップと、
前記データ圧縮ステップにより生成された圧縮データのうち、ノイズを除き最も大きい標準偏差の圧縮データを含む前記参照系独立成分分析法により分離された信号を前記複数チャネルごとに選択する信号選択ステップと、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の胎児心電信号処理方法。
【請求項４】
妊娠中の母体より取得された複数チャネルの生体信号から参照系独立成分分析法により分離された信号からノイズを除去して胎児特徴表示信号を抽出する胎児特徴表示信号抽出部と、
前記胎児特徴表示信号抽出部により抽出された前記胎児特徴表示信号から前記母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去することで、胎児の心電信号を多く含む胎児特徴信号を得る母体心電信号除去部と、を備えることを特徴とする胎児心電信号処理装置。
【請求項５】
前記胎児特徴表示信号抽出部は、前記複数チャネルごとに前記参照系独立成分分析法により分離された信号の位相をずらして得た虚部信号を含む複数の複素信号を生成する複数信号生成部と、前記複数のチャネルごとの前記複数の複素信号の特定周波数帯域成分を抽出する特定周波数帯域成分抽出部と、を備え、
前記母体心電信号除去部は、前記複数の複素信号の特定周波数帯域成分から前記母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去することを特徴とする請求項４に記載に胎児心電信号処理装置。
【請求項６】
前記複数チャネルごとの複数の前記胎児特徴信号から複数サンプルごとに値の大きいデータを含むサンプルからなる圧縮データを生成するデータ圧縮部と、
前記データ圧縮部により生成された圧縮データのうち、ノイズを除き最も大きい標準偏差の圧縮データを含む前記参照系独立成分分析法により分離された信号を前記複数チャネルごとに選択する信号選択部と、を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の胎児心電信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、母体内の胎児の心電信号を適切に取得できる胎児心電信号処理方法及び胎児心電信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非接触型（圧電素子、ミリ波レーダー、光学センサ等）や、従来とは異なる形状や素材の接触型の電極（導電繊維、腕時計型の光学センサ、小型ウェアラブル等）から、呼吸、脈、心音、体温、発汗等の生体信号を取得する機器が増加している。このような生体信号は、雑音を減衰させるため、フィルタ処理が必要であるが、バンドパスフィルタ等の周波数フィルタだけでは、目的の信号を抽出することが難しく、それぞれの信号に応じたノイズ除去処理を行う必要がある。
【０００３】
上述したような生体信号のうち、母体心電信号及び胎児心電信号を含む生体信号から、胎児心電信号を分離抽出する心電図信号処理方法が知られている（特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の心電図信号処理方法では、胎児の心拍周期を検出する検出器から入力される心拍周期信号に基づいて、指定された誘導形式の胎児心電信号を分離抽出するための参照信号を生成し、妊娠中の母体より取得された複数チャネルの母体心電信号及び胎児心電信号を含む生体信号から、参照信号に基づいて、指定された誘導形式の胎児心電信号を参照系独立成分分析法により分離抽出する。そして、母体の胸部に取り付けられた電極のチャネルから母体心電信号の主な成分を、他の電極のチャネルの生体信号から取り除くことにより、胎児心電信号を分離させる。これにより、参照系独立成分分析法により分離された複数チャネルの入力信号から、胎児心電成分とその他の成分とが分離され、胎児心電成分を含む信号が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０４７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構成では、胎児心電信号は、成人の心電信号計測とは異なり、胎児に直接電極を貼ることができないので、どの部位に電極を貼るかを指定することができず、取得した信号が必ずしも計測したい向きで検出されるわけではない。また、抽出後の胎児心電成分のＲ波の向きやスペクトルの強さによって、十分な大きさの振幅が得られない場合、ノイズの影響を受けやすくなり、胎児心電成分を認識できないことがある。このような場合、解析後に誤った信号を、胎児心電成分を含む信号として選択してしまう可能性がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、参照系独立成分分析法により分離された複数の信号から胎児心電成分を確実に含む信号を適切に選択できる胎児心電信号処理方法及び胎児心電信号処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の胎児心電信号処理方法は、妊娠中の母体より取得された複数チャネルの生体信号から参照系独立成分分析法により分離された信号からノイズを除去して胎児特徴表示信号を抽出する胎児特徴表示信号抽出ステップと、前記胎児特徴表示信号抽出ステップにより抽出された前記胎児特徴表示信号から前記母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去することで、胎児の心電信号を多く含む胎児特徴信号を得る母体心電信号除去ステップと、を備える。
【０００８】
ここで、参照系独立成分分析法により分離された信号は、ノイズや母体の心電信号は、ある程度除去されているものの、その除去は完全ではない。また、胎児心電成分のＲ波の向きやスペクトルの強さによって、十分な大きさの振幅が得られない場合、ノイズの影響を受けやすくなり、胎児心電成分を認識できないことがある。このような場合、解析後に誤った信号を、胎児心電成分を含む信号として選択してしまう可能性がある。
これに対し、本発明では、参照系独立成分分析法により分離された信号からノイズを除去して胎児特徴表示信号を抽出し、抽出された胎児特徴表示信号から母体の心電信号が含まれる可能性のあるタイミングの信号を除去することで、ノイズ及び母体の心電信号を確実に除去することができる。これにより、胎児の心電信号を多く含む胎児特徴信号を得ることができ、各チャネルの胎児特徴信号を比べることによって、参照系独立成分分析法により分離された信号の中から胎児心電成分を確実に含む信号を適切に選択できる。
【０００９】
本発明の胎児心電信号処理方法の好ましい態様としては、前記胎児特徴表示信号抽出ステップは、前記複数チャネルごとに前記参照系独立成分分析法により分離された信号の位相をずらして得た虚部信号を含む複数の複素信号を生成する複数信号生成ステップと、前記複数のチャネルごとの前記複数の複素信号の特定周波数帯域成分を抽出する特定周波数帯域成分抽出ステップと、を備え、前記母体心電信号除去ステップでは、前記複数の複素信号の特定周波数帯域成分から前記母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去するとよい。
【００１０】
なお、上記特定周波数帯域は、１０Ｈｚ以上４０Ｈｚ以下であることが望ましい。これは、参照系独立成分分析法により分離された信号に含まれる胎児のＲ波成分が１０〜４０Ｈｚを多く含んでいるからである。すなわち、特定周波数帯域成分抽出ステップでは、胎児のＲ波成分を多く含む周波数帯域成分を抽出している。
上記態様では、複数チャネルごとに参照系独立成分分析法により分離された信号の位相をずらして虚部信号を含む複数の複素信号を生成することにより、胎児特徴信号を抽出するためのサンプル数を増やすことができ、複数のチャネルごとに胎児特徴信号を複数得ることができる。このため、胎児特徴信号の比較対象が多くなるので、参照系独立成分分析法により分離された信号の中から胎児心電成分を確実に含む信号をより適切に選択できる。
【００１１】
本発明の胎児心電信号処理方法の好ましい態様としては、前記複数チャネルごとの複数の前記胎児特徴信号から複数サンプルごとに値の大きいデータを含むサンプルからなる圧縮データを生成するデータ圧縮ステップと、前記データ圧縮ステップにより生成された圧縮データのうち、ノイズを除き最も大きい標準偏差の圧縮データを含む前記参照系独立成分分析法により分離された信号を前記複数チャネルごとに選択する信号選択ステップと、を備えるとよい。
ここで、解析処理においてサンプル点数の増加は、処理時間の増加に繋がるため、処理時間短縮のためには、できる限り冗長なデータを削除してから解析を実行することが望ましい。
これに対し、上記態様では、胎児特徴信号から複数サンプルごとに値の大きいデータを含むサンプルからなる圧縮データを用いて、胎児心電成分が多く含まれる参照系独立成分分析法により分離された信号を選択できるので、処理時間を短縮できる。また、ノイズを除いた最も大きい標準偏差の圧縮データを含むチャネルの信号を選択することで、胎児心電成分が多く含まれる参照系独立成分分析法により分離された信号をさらに確実に選択できる。
【００１２】
本発明の胎児心電信号処理装置は、妊娠中の母体より取得された複数チャネルの生体信号から参照系独立成分分析法により分離された信号からノイズを除去して胎児特徴表示信号を抽出する胎児特徴表示信号抽出部と、前記胎児特徴表示信号抽出部により抽出された前記胎児特徴表示信号から前記母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去することで、胎児の心電信号を多く含む胎児特徴信号を得る母体心電信号除去部と、を備える。
【００１３】
本発明の胎児心電信号処理装置の好ましい態様としては、前記胎児特徴表示信号抽出部は、前記複数チャネルごとに前記参照系独立成分分析法により分離された信号の位相をずらして得た虚部信号を含む複数の複素信号を生成する複数信号生成部と、前記複数のチャネルごとの前記複数の複素信号の特定周波数帯域成分を抽出する特定周波数帯域成分抽出部と、を備え、前記母体心電信号除去部は、前記複数の複素信号の特定周波数帯域成分から前記母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去するとよい。
【００１４】
本発明の胎児心電信号処理装置の好ましい態様としては、前記複数チャネルごとの複数の前記胎児特徴信号から複数サンプルごとに値の大きいデータを含むサンプルからなる圧縮データを生成するデータ圧縮部と、前記データ圧縮部により生成された圧縮データのうち、ノイズを除き最も大きい標準偏差の圧縮データを含む前記参照系独立成分分析法により分離された信号を前記複数チャネルごとに選択する信号選択部と、を備えるとよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、参照系独立成分分析法により分離された複数の信号から胎児心電成分を確実に含む信号を適切に選択できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る胎児心電信号処理（チャネル並び替え処理）の手順を示すフローチャートである。
【図２】上記実施形態における胎児心電信号処理装置の全体構成を示す概略図である。
【図３】上記実施形態におけるチャネル並び替え部の構成を示すブロック図である。
【図４】上記実施形態におけるチャネルごとの複数の位相信号を示す図である。
【図５】上記実施形態における複素信号を示す図であり、（ａ）は参照系独立成分分析法により分離された信号の実部を示す波形データであり、（ｂ）は上記実部に加え、参照系独立成分分析法により分離された信号の虚部を示す波形データであり、（ｃ）は４つ全ての複素信号の一例を示す波形データである。
【図６】上記実施形態における胎児特徴表示信号の一例を示すデータであり、（ａ）は母体心電信号が出現される可能性があるタイミングの信号を除去する前のデータであり、（ｂ）は母体心電信号が出現される可能性があるタイミングの信号が除去される範囲を示すデータである。
【図７】上記実施形態における母体心電信号が出現される可能性があるタイミングの信号を除去した後のデータを示す図であり、（ａ）は圧縮前のデータであり、（ｂ）は圧縮後のデータである。
【図８】上記実施形態におけるモニタに表示される画像の一例を示す図であり、チャネル並び替え前の画像である。
【図９】上記実施形態におけるモニタに表示される画像の一例を示す図であり、チャネル並び替え後の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の胎児心電信号処理装置を備える医療機器及び胎児心電信号処理方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
［医療機器の概略構成］
本実施形態の医療機器１は、いわゆる分娩監視装置により構成され、図２に示すように、妊娠中の母体Ｍに装着される複数の電極２と、複数の電極２により取得された母体の心電信号や胎児の心電信号を含む生体信号が送信される装置本体３と、を備えている。例えば、本実施形態では、胎児の心電信号を取得するための１１個の電極２と、母体の心電信号を取得するための１個の電極２を備え、胎児の心電信号を取得するためのデータ通信路は、１１個の電極２に対応する１１のチャネルにより構成される。
この装置本体３は、複数（１１個）のチャネルから生体信号を受信して前処理を行う前処理部４と、前処理が実行された生体信号から胎児成分（信号）を抽出（分離）する胎児成分抽出処理部５と、胎児成分抽出処理部５により抽出された信号を加工して、胎児心電成分を多く含む信号を適切に選択して並び替えるチャネル並び替え部６と、チャネル並び替え部６により並び替えられた信号の波形データ（胎児心電図に相当する信号）を表示するモニタ７と、を備えている。
【００１８】
これらのうち、胎児成分抽出処理部５は、上記特許文献１に記載の方法を実行する。具体的には、胎児の心拍周期を検出する検出器から入力される心拍周期信号に基づいて、指定された誘導形式の胎児心電信号を分離抽出するための参照信号を生成し、妊娠中の母体より取得された複数チャネルの母体心電信号及び胎児心電信号を含む生体信号から、参照信号に基づいて、指定された誘導形式の胎児心電信号を参照系独立成分分析法により分離抽出する。そして、母体の胸部に取り付けられた電極のチャネルから母体心電信号の主な成分を、他の電極のチャネルの生体信号から取り除くことにより、胎児心電信号を分離させる。
本実施形態では、チャネル並び替え部６が胎児成分抽出処理部５により分離された信号を処理して胎児特徴表示信号を抽出し、抽出された胎児特徴表示信号から母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去することで、胎児の心電信号を多く含む胎児特徴信号を得て、これに基づいて胎児成分抽出処理部５により分離された信号の中から胎児心電成分を確実に含む信号を選択できる点に特徴を有している。以下に詳しく説明する。
【００１９】
［複数の電極の構成］
複数の電極２は、いわゆる超音波センサにより構成され、母体Ｍの胸部や腹部に装着される。例えば、１個の電極２は、母体Ｍの心電信号を検出するため、母体Ｍの胸部に装着され、その他の１１個の電極２は、母体Ｍの腹部に装着される。これら各電極２は、妊娠中の母体Ｍの心臓からの母体の心電信号及び胎児Ｍ１の心臓からの胎児の心電信号やノイズ等を含む生体信号を検出する。そして、各電極２により検出された生体信号は、ケーブル（図示省略）を介して装置本体３の前処理部４へと送信される。
例えば、複数の電極２による生体信号の検出は、略２０分間行われる。
【００２０】
［前処理部の構成］
前処理部４は、各電極２から検出された生体信号を解析するために、該生体信号をデジタル信号に変換する。具体的には、前処理部４では、各電極２から入力された生体信号を計測し、生体信号に含まれる胎児の心電信号を増幅させる。また、アナログデータ（生体信号）をデジタルデータに変換するとともに、オンライン計算可能なブロック毎にデータを蓄え、胎児成分抽出処理部５に出力する。
【００２１】
［胎児成分抽出処理部の構成］
胎児成分抽出処理部５は、上述したように、前処理部４から取得した複数チャネルの生体信号から参照系独立成分分析方法により胎児心電成分を分離する。そして、胎児成分抽出処理部５により抽出された複数チャネルごとの信号は、チャネル並び替え部６に出力される。
例えば、胎児成分抽出処理部５は、前処理部４から取得した１１チャネルの生体信号から胎児心電成分を分離する。また、１チャネルごと１５０００サンプル（１０００サンプル１秒であることから、１５秒分のサンプル）ごとに信号（波形データ）が分離され、チャネル並び替え部６へと送信される。
【００２２】
［チャネル並び替え部の構成］
チャネル並び替え部６は、図３に示すように、胎児成分抽出処理部５から取得した参照系独立成分分析法により分離された信号からノイズを除去して胎児特徴表示信号を抽出する胎児特徴表示信号抽出部５１と、胎児特徴表示信号抽出部により抽出された胎児特徴表示信号から母体の心電信号が出現する可能性のあるタイミングの信号を除去することで、胎児の心電信号を多く含む胎児特徴信号を得る母体心電信号除去部５２と、複数チャネルごとの複数の胎児特徴信号から複数サンプルごとに値の大きいデータを含むサンプルからなる圧縮データを生成するデータ圧縮部５３と、データ圧縮部５３により生成された圧縮データのうち、ノイズを除き最も大きい標準偏差の圧縮データを含む参照系独立成分分析法により分離された信号をチャネルごとに選択する信号選択部５４と、標準偏差の大きさ順に複数チャネルの上記信号を並べて表示する画像生成部５５と、を備えている。
【００２３】
これらのうち、胎児特徴表示信号抽出部５１は、複数チャネルごとに参照系独立成分分析法により分離された信号の位相をずらして虚部信号を含む複数の複素信号を生成する複数信号生成部５１１と、複数チャネルごとの複数の複素信号の特定周波数帯域成分を抽出する特定周波数帯域成分抽出部５１２と、特定周波数帯域成分を絶対値に変換するとともに標準偏差σを算出して該特定周波数帯域成分を標準化して、胎児特徴表示信号を抽出する抽出部５１３と、を備えている。
【００２４】
［複数信号生成部の構成］
複数信号生成部５１１は、複数チャネルごとに参照系独立成分分析法により分離された信号の位相をずらして虚部信号を含む複数の複素信号を生成する。具体的には、複数信号生成部５１１は、複数のチャネルＤ１〜Ｄ１１の参照系独立成分分析法により分離された信号に対してヒルベルト変換を実行して、上記信号の位相を９０°遅らせる処理を実行し、上記信号の虚部（図４に示すｉｍａｇｅ）をそれぞれ生成する。
また、複数信号生成部５１１は、上記信号の虚部信号を含む複素信号（図４に示すｒｅａｌ±ｉｍａｇｅ）を生成する。この信号の虚部信号を含む複素信号は、信号の位相を４５°遅らせた信号と、信号の位相を４５°進めた信号とからなる。このため、本実施形態では、複数のチャネルＤ１〜Ｄ１１ごとに虚部信号を含む４つの複素信号が生成される。すなわち、複数信号生成部５１１は、複数のチャネルＤ１〜Ｄ１１の信号をそれぞれ４倍に増やすことにより、４つの複素信号を生成する。これにより、４４ｃｈ×１５０００サンプルの複素信号が生成される。
この虚部は、実部に対して大きなＲ波が表れている場合があり、胎児の特徴を抽出する際の判断の材料に用いるためである。すなわち、本処理では、信号のピークの高さや形状を求めることを目的としておらず、胎児心電成分を目立たせて、胎児心電成分を多く含む信号を抽出して選択することを目的としている。このため、４つの複素信号を生成している。
なお、本実施形態では、虚部信号を含む複素信号は、４倍に増やすこととしたが、これに限らず、２倍であってもよいし、実部を使わなくてもよい。また、参照系独立成分分析法により分離された信号の虚部を生成するのに、ヒルベルト変換を用いたが、これに限らず、他の方法により虚部を生成してもよい。
【００２５】
例えば、図５（ａ）は、参照系独立成分分析法により分離された信号の実部（図４に示すｒｅａｌ）の一部を示す波形データＨ１である。この信号の実部に対してヒルベルト変換を実行すると、図５（ｂ）に示すように、虚部の波形データＨ２が生成される。そして、上記信号の虚部信号を含む波形データＨ３，Ｈ４を合成する。この波形データＨ１〜Ｈ４が合わさると、図５（ｃ）に示すようになる。
なお、これら各波形データＨ１〜Ｈ４においては、周波数の高い成分及び周波数の低い成分のいずれも図５（ｃ）に示すように１／４周期（＝９０°）ずれる（波形データの山の形や高さなどが変わる）が、周波数の低い成分は、周波数の大きい成分に比べて１周期が長いため、ずれが大きくなる。すなわち、周波数の高い成分（胎児心電成分のＲ波成分）はほとんどピークの位置が変わらない。このため、次の特定周波数帯域成分抽出部による処理で、このピークの位置の信号を抽出し易くできる。
【００２６】
［特定周波数帯域成分抽出部の構成］
特定周波数帯域成分抽出部５１２は、複数チャネルＤ１〜Ｄ１１ごとの４つの複素信号の特定周波数帯域成分を抽出する。胎児心電成分のＲ波成分は、１０Ｈｚ〜４０Ｈｚ相当の周波数を多く含むため、例えば、１０〜４０Ｈｚの周波数帯域成分を抽出する。この特定周波数帯域成分抽出部５１２による処理が実行されると、周波数の高い成分（４０Ｈｚ）は残り、周波数の低い成分は、平らになる。この際、複素信号のそれぞれの周波数の高い成分は、角度（ｒｅａｌやｉｍａｇｅ等）によって周波数の高さが若干異なる場合があるが、いずれの複素信号においても、周波数の高い成分が抽出される。
【００２７】
［抽出部の構成］
抽出部５１３は、特定周波数帯域成分抽出部５１２により抽出された特定周波数帯域成分を絶対値に変換するとともに標準偏差σを算出して該特定周波数帯域成分を標準化した後、胎児特徴表示信号を抽出する。具体的には、抽出部５１３は、特定周波数帯域成分の標準偏差σを算出し、該標準偏差σで割ることにより、各チャネルのノイズの高さを揃える。これにより、ノイズと比べてどのチャネルのピークが目立つかをピークの高さを比較するだけで、容易に判断できる。ここで、特定周波数帯域成分にはノイズが含まれており、このノイズの９５％が±２σの範囲内に収まる。このため、２．５σ未満は、基線の範疇とみなしている。また、胎児成分のＲ波成分（ピーク値）は、３σ〜５σの範囲内であり、１０σを超えた範囲は、大きなノイズである可能性が高い。このため、抽出部５１３は、標準偏差σを算出した後、σで割ったのち、２．５σ〜１０σを胎児特徴表示信号として抽出する。この抽出部５１３の処理により特定周波数帯域成分からノイズのほとんどを取り除いた胎児特徴表示信号が生成される。
なお、上記実施形態では、抽出部５１３は、２．５σ〜１０σを胎児特徴表示信号として抽出することとしたが、これに限らず、この範囲は適宜設定できる。
【００２８】
［母体心電信号除去部の構成］
母体心電信号除去部５２は、胎児特徴表示信号から母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去することで、胎児の心電信号を多く含む胎児特徴信号を得る。この母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングは、母体の胸部に装着された電極２から取得された生体信号から胎児成分抽出処理部５により予め検出された母体の心電信号の周期（図６（ａ）の大きい波形Ｈ２１及び破線Ｈ２２で示された周期）である。
【００２９】
この母体心電信号除去部５２は、胎児特徴表示信号のデータＨ２（図６（ａ）参照）において、胎児心電成分を目立たせるため、該母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号（例えば、１５０００サンプルのうちの上記タイミングの前後５０サンプル）を「０」にする。これにより、図６（ｂ）の破線にて囲まれた範囲Ｈ２３の信号が「０」にされて（除去されて）、胎児心電成分が目立たせられたデータＨ２が生成される。これにより、仮に胎児特徴表示信号に母体の心電信号が残っている場合であっても母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの前後の信号を除去することで、胎児心電成分を目立たせた胎児特徴信号を得ることが可能となる。
なお、胎児心電成分と母体の心電信号とが重なる可能性があるが、胎児心電成分も母体の心電信号とともに除去して「０」とする。また、母体の心電信号が表れていない場合も、母体の心電信号が出現される可能性があるタイミング（例えば、上記破線Ｈ２２で表されたタイミング）の前後の信号を除去して「０」とする。すなわち、母体の心電信号が表れているかいないかの判断をすることなく、母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの前後の信号を「０」とする。
【００３０】
［データ圧縮部の構成］
データ圧縮部５３は、複数チャネルごとの複数の胎児特徴信号を複数サンプルごとに圧縮する。具体的には、各チャネル１５０００サンプルを３００サンプルに圧縮する。この際、５０サンプルごと（図７（ａ）の各線で囲まれた範囲Ｈ２４）の最大値を抽出し、この５０サンプル分をその最大値を含む１つのサンプルとする。得られた３００サンプル（×４４チャネル）のうち隣接するサンプルのデータを比較して、最も大きいサンプル以外のサンプルのデータを「０」とした圧縮データを新たに作成する。
ここで、胎児心電成分のＲ波は、２４０ｂｐｍ程度が最大値であり、４００ｂｐｍ以上はむしろノイズを検出している可能性が高いため、４００ｂｐｍであっても１５０サンプル内に胎児心電成分のＲ波成分は、１つ以上含まれることはない。このため、圧縮後の３００サンプルのデータの１サンプル（圧縮前の５０サンプル）の最大値が両隣のサンプルの最大値より小さい場合に、これを「０」として扱うことで、３サンプルに１つの割合で胎児心電成分のＲ波成分が含まれた図７（ｂ）に示すような圧縮データが生成される。
【００３１】
［信号選択部の構成］
信号選択部５４は、各チャネルの圧縮データの標準偏差を算出する。上記圧縮データにおいて、胎児心電成分のＲ波成分が検出できている場合、ピーク値が多数検出でき、標準偏差の値が大きくなる。このため、複数チャネルごとに標準偏差の大きい順に並べ、各チャネルのうち、標準偏差が２番目に大きい圧縮データを選択して、該標準偏差の大きい順に並べる。
この際、標準偏差が２番目に大きい圧縮データを選択するのは、標準偏差が最も大きい圧縮データを選択すると、突発的なノイズが含まれることにより標準偏差が最も大きくなっている圧縮データを選択しないようにするためである。具体的には、複数信号生成部５１１で複素信号が４つ生成されるが、元は同じデータ（参照系独立成分分析法により分離された信号）なので、ほとんど同じ標準偏差となるが突発的に生じたノイズにより標準偏差が大きくなったデータを外し、ほとんど同じ標準偏差となる残りのデータのうちの、２番目に大きい圧縮データを選択している。
なお、信号選択部５４は、標準偏差が２番目に大きい圧縮データを選択することとしたが、これに限らず、例えば、標準偏差が１番目に大きい圧縮データを選択してもよいし、標準偏差が３番目、若しくは４番目に大きい圧縮データを選択してもよい。
【００３２】
［画像生成部の構成］
画像生成部５５は、標準偏差が２番目に大きい圧縮データのそれぞれを標準偏差の大きさ順で、複数のチャネルの参照系独立成分分析法により分離された信号を並べてモニタ７に表示させる。具体的には、画像生成部５５は、胎児心電成分が多く含まれる順で複数チャネルの参照系独立成分分析法により分離された信号が並び替えられた画像を生成してモニタ７へと出力する。
例えば、胎児成分抽出処理部５により分離された信号の波形データ（胎児心電図に相当する信号）が複数チャネルのチャネル順に表示された画像（図８参照）では、胎児心電成分が多く含まれる信号がどの信号であるかがわかりにくいが、本実施形態では、画像生成部５５により生成された画像は、胎児心電成分が多く含まれる信号が最も上側に配置される（図９参照）。このような図９に示すような画像がモニタ７に表示されることにより、医療従事者は、胎児心電成分を多く含む信号の波形データ（胎児心電図に相当する信号）を確実に選択できることとなる。
【００３３】
［胎児心電信号処理方法］
以上説明したチャネル並び替え部６（胎児心電処理装置）は、図１に示す手順に沿って胎児心電処理を実行する。
まず、複数信号生成部５１１は、複数のチャネルＤ１〜Ｄ１１の参照系独立成分分析法により分離された信号に対してヒルベルト変換を実行して、上記信号の虚部（図４に示すｉｍａｇｅ）を生成する（ステップＳ１１）。そして、複素信号生成部５１１は、ステップＳ１１にて生成した虚部信号を含む４つの複素信号を複数のチャネルＤ１〜Ｄ１１ごとに生成する波形合成を実行する（ステップＳ１２）。
ステップＳ１２を実行した後、特定周波数帯域成分抽出部５１２は、複数チャネルＤ１〜Ｄ１１ごとの４つの複素信号の特定周波数帯域成分を抽出する（ステップＳ１３）。その後、抽出部５１３は、ステップＳ１３により抽出された特定周波数帯域成分を絶対値に変換する（ステップＳ１４）とともに、標準偏差σを算出する（ステップＳ１５）。そして、抽出部５１３は、標準偏差σを算出した後、σで割ったのち、２．５σ〜１０σを胎児特徴表示信号として抽出する（ステップＳ１６）。
これにより、特定周波数帯域成分からノイズのほとんどが取り除かれた胎児特徴表示信号が抽出される。すなわち、ステップＳ１１〜Ｓ１６の処理は、本発明の胎児特徴表示信号抽出ステップに相当し、ステップＳ１１及びＳ１２が複数信号生成ステップに相当し、ステップＳ１３が特定周波数帯域成分抽出ステップに相当する。
【００３４】
ノイズ除去ステップ（ステップＳ１１〜Ｓ１６）の実行後、母体心電信号除去部５２は、標準化された特定周波数帯域成分から母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去して、胎児の心電信号を多く含む胎児特徴信号を得る母体心電信号除去ステップを実行する（ステップＳ１７）。
その後、データ圧縮部５３は、複数チャネルごとの複数の胎児特徴信号から複数サンプルごとに値の大きいデータを取得するデータ圧縮ステップを実行する（ステップＳ１８）。
ステップＳ１８の実行後、信号選択部５４は、各チャネルの圧縮データの標準偏差を算出し（ステップＳ１９）、複数チャネルごとに標準偏差の大きい順に並べ（ステップＳ２０）、各チャネルのうち、標準偏差が２番目に大きい圧縮データを選択して、該標準偏差の大きい順に並べる（ステップＳ２１）。これらステップＳ１８〜Ｓ２１の処理は、本発明の信号選択ステップに相当する。
そして、画像生成部５５は、胎児心電成分が多く含まれる順で複数チャネルの参照系独立成分分析法により分離された信号が並び替えられた画像を生成してモニタ７へと出力して（ステップＳ２２）、チャネル並び替え処理（胎児心電信号処理）が終了する。
【００３５】
本実施形態では、参照系独立成分分析法により分離された信号からノイズを除去して胎児特徴表示信号を抽出し、抽出された胎児特徴表示信号から母体の心電信号が含まれる可能性のあるタイミングの信号を除去することで、ノイズ及び母体の心電信号を確実に除去することができる。これにより、胎児の心電信号を多く含む胎児特徴信号を得ることができ、各チャネルの胎児特徴信号を比べることによって、参照系独立成分分析法により分離された信号の中から胎児心電成分を確実に含む胎児心電信号を適切に選択できる。
【００３６】
また、本実施形態では、複数チャネルごとに参照系独立成分分析法により分離された信号の位相をずらして虚部信号を含む複数の複素信号を生成することにより、胎児特徴信号を抽出するためのサンプル数を増やすことができ、複数のチャネルごとに胎児特徴信号を複数得ることができる。このため、胎児特徴信号の比較対象が多くなるので、参照系独立成分分析法により分離された信号の中から胎児心電成分を確実に含む信号をより適切に選択できる。
【００３７】
さらに、本実施形態では、胎児特徴信号から複数サンプルごとに値の大きいデータを含むサンプルからなる圧縮データを用いて、胎児心電成分が多く含まれる参照系独立成分分析法により分離された信号を選択できるので、処理時間を短縮できる。また、ノイズを除いた最も大きい標準偏差の圧縮データを含むチャネルの信号を選択することで、胎児心電成分が多く含まれる参照系独立成分分析法により分離された信号をさらに確実に選択できる。
【００３８】
このようにリアルタイムでより正確な胎児心電図に相当する信号をモニタ７に表示できるようになったことから、分析抽出した複数チャネルの信号から胎児心電成分の特徴を多く含むチャネルを正確に選択する確率が上昇するため、モニタ７の波形データの表示時に胎児心電成分の特徴を多く含む信号（胎児心電図に相当する信号）を確認でき、計測中は判断の一助となり、計測後の再確認の手間を減少させることができる。
また、胎児心電成分の特徴を多く含むチャネルを選択できる可能性が高まることから、１拍ごとのＲ波の位置を認識できる可能性が高まり、これをリファレンスや予測モデルとして再解析することでＲ波のピークの検出精度向上やより正確な心電図成分の推測が可能となる。また、これに加えて１拍ごとの胎児心拍数の算出が正確にできる。
【００３９】
また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  医療機器
２  電極
３  装置本体
４  前処理部
５  胎児成分抽出処理部
６  チャネル並び替え部（胎児心電信号処理装置）
７  モニタ
５１  胎児特徴表示信号抽出部
５２  母体心電信号除去部
５３  データ圧縮部
５４  信号選択部
５５  画像生成部
５１１  複数信号生成部
５１２  特定周波数帯域成分抽出部
５１３  抽出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年8月6日(2019.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胎児の心拍周期信号に基づいて指定された誘導形式の胎児心電信号を分離抽出するための参照信号を生成し、妊娠中の母体より取得された複数チャネルの生体信号から、前記参照信号に基づいて、参照系独立成分分析法により分離された信号からノイズを除去して胎児特徴表示信号を抽出する胎児特徴表示信号抽出ステップと、
前記胎児特徴表示信号抽出ステップにより抽出された前記胎児特徴表示信号から前記母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去することで、胎児の心電信号を多く含む胎児特徴信号を得る母体心電信号除去ステップと、を備えることを特徴とする胎児心電信号処理方法。
【請求項２】
前記胎児特徴表示信号抽出ステップは、前記複数チャネルごとに前記参照系独立成分分析法により分離された信号の位相をずらして得た虚部信号を含む複数の複素信号を生成する複数信号生成ステップと、前記複数のチャネルごとの前記複数の複素信号の特定周波数帯域成分を抽出する特定周波数帯域成分抽出ステップと、を備え、
前記母体心電信号除去ステップでは、前記複数の複素信号の特定周波数帯域成分から前記母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去することを特徴とする請求項１に記載の胎児心電信号処理方法。
【請求項３】
前記複数チャネルごとの複数の前記胎児特徴信号から複数サンプルごとに値の大きいデータを含むサンプルからなる圧縮データを生成するデータ圧縮ステップと、
前記データ圧縮ステップにより生成された圧縮データのうち、ノイズを除き最も大きい標準偏差の圧縮データを含む前記参照系独立成分分析法により分離された信号を前記複数チャネルごとに選択する信号選択ステップと、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の胎児心電信号処理方法。
【請求項４】
胎児の心拍周期信号に基づいて指定された誘導形式の胎児心電信号を分離抽出するための参照信号を生成し、妊娠中の母体より取得された複数チャネルの生体信号から、前記参照信号に基づいて、参照系独立成分分析法により分離された信号からノイズを除去して胎児特徴表示信号を抽出する胎児特徴表示信号抽出部と、
前記胎児特徴表示信号抽出部により抽出された前記胎児特徴表示信号から前記母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去することで、胎児の心電信号を多く含む胎児特徴信号を得る母体心電信号除去部と、を備えることを特徴とする胎児心電信号処理装置。
【請求項５】
前記胎児特徴表示信号抽出部は、前記複数チャネルごとに前記参照系独立成分分析法により分離された信号の位相をずらして得た虚部信号を含む複数の複素信号を生成する複数信号生成部と、前記複数のチャネルごとの前記複数の複素信号の特定周波数帯域成分を抽出する特定周波数帯域成分抽出部と、を備え、
前記母体心電信号除去部は、前記複数の複素信号の特定周波数帯域成分から前記母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去することを特徴とする請求項４に記載の胎児心電信号処理装置。
【請求項６】
前記複数チャネルごとの複数の前記胎児特徴信号から複数サンプルごとに値の大きいデータを含むサンプルからなる圧縮データを生成するデータ圧縮部と、
前記データ圧縮部により生成された圧縮データのうち、ノイズを除き最も大きい標準偏差の圧縮データを含む前記参照系独立成分分析法により分離された信号を前記複数チャネルごとに選択する信号選択部と、を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の胎児心電信号処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の胎児心電信号処理方法は、胎児の心拍周期信号に基づいて指定された誘導形式の胎児心電信号を分離抽出するための参照信号を生成し、妊娠中の母体より取得された複数チャネルの生体信号から、前記参照信号に基づいて、参照系独立成分分析法により分離された信号からノイズを除去して胎児特徴表示信号を抽出する胎児特徴表示信号抽出ステップと、前記胎児特徴表示信号抽出ステップにより抽出された前記胎児特徴表示信号から前記母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去することで、胎児の心電信号を多く含む胎児特徴信号を得る母体心電信号除去ステップと、を備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の胎児心電信号処理装置は、胎児の心拍周期信号に基づいて指定された誘導形式の胎児心電信号を分離抽出するための参照信号を生成し、妊娠中の母体より取得された複数チャネルの生体信号から、前記参照信号に基づいて、参照系独立成分分析法により分離された信号からノイズを除去して胎児特徴表示信号を抽出する胎児特徴表示信号抽出部と、前記胎児特徴表示信号抽出部により抽出された前記胎児特徴表示信号から前記母体の心電信号が出現される可能性のあるタイミングの信号を除去することで、胎児の心電信号を多く含む胎児特徴信号を得る母体心電信号除去部と、を備える。