JP4718033B2 - 心電図情報処理装置及び心電図情報処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は確実なＲ−Ｒトレンド（Ｒ波間隔）が得られる心電図情報処理装置及び心電図情報処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被検者を安静状態においてかつ生体電極を被検者皮膚表面に装着して体表面生体電気信号（心電図）を検出するような場合には、波形のきれいな、かつノイズ成分の少ない生体電気信号が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、被検者が動き回るような場合や、直接皮膚表面に接触可能な衣服の心電図検出部位に配設された導電性繊維部分を例えば皮膚表面に接触させて心電図を検出するような場合には、心電図のレベル／波形ともにばらついたものとなってしまい、得られる心電図振幅が１心拍毎に異なったり、体動などにより基線が激しく変動して大変見難いものとなってしまっていた。
【０００４】
また、解析結果も信頼性の低いものとなってしまっていた。このため、Ｒ−Ｒトレンドを計測しようとしても信頼性の低い計測結果しか得られなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の問題点を解決することを目的として成されたもので、高信頼性のＲ−Ｒトレンドを得ることができる心電図情報処理装置及び心電図情報処理方法を提供することを目的とする。そして係る目的を達成する一手段として例えば以下の構成を備える。
【０００６】
即ち、被検者より収集した心電図から抽出された、基準となるＱＲＳ波テンプレートを記憶する記憶手段と、被検者より収集した、処理すべき心電図のから、ＱＲＳ波テンプレートを用いてＱＲＳ波を認識する認識手段と、処理すべき心電図に含まれる複数の心拍波形のうち、認識手段がＱＲＳ波を連続して認識した複数の心拍波形群を１つのグループとしてグループ化し、グループに含まれる複数の心拍波形から、グループ毎のＲ−Ｒトレンドを計測する計測手段と、計測手段で計測したＲ−Ｒトレンド情報を出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また例えば、処理すべき心電図が、被検者が安静でない状態で収集されたものであるか、直接皮膚表面に接触可能な衣服に配設された導電性繊維部分を生体電極として収集されたものであることを特徴とする。
【０００９】
また、被検者より収集した心電図から抽出された、基準となるＱＲＳ波テンプレートを記憶する記憶手段を備える心電図情報処理装置における心電図情報処理方法であって、心電図情報処理装置の認識手段が、被検者より収集した、処理すべき心電図から、ＱＲＳ波テンプレートを用いてＱＲＳ波を認識する認識工程と、心電図情報処理装置の計測手段が、処理すべき心電図に含まれる複数の心拍波形のうち、認識工程でＱＲＳ波を連続して認識した複数の心拍波形群を１つのグループとしてグループ化し、グループに含まれる複数の心拍波形から、グループ毎のＲ−Ｒトレンドを計測する計測工程と、心電図情報処理装置の出力手段が、計測工程で計測されたＲ−Ｒトレンド情報を出力する出力工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る一実施形態を詳細に説明する。
まず、図１を参照して本発明の実施形態に係る心電図情報処理装置の構成を説明する。図１は本発明の実施形態に係る心電図情報処理装置の構成を説明するための図である。
【００１１】
なお、以下の説明は被検者より直接収集した心電図を処理する場合を例として説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではなく、すでに収集して記憶手段に記憶されている心電図を読み出してきて処理する場合であっても本発明に含まれることはもちろんであり、以下の実施の形態例と同様の処理によりＲ−Ｒトレンドなどを計測しても良いことは言うまでもない。処理対象の生体信号はいずれの生体信号であっても同様の方法で処理できることはもちろんである。
【００１２】
また、以下の説明は直接皮膚表面に接触可能な衣服の心電図検出部位に配設された導電性繊維部分を生体電極として心電図を収集する場合を説明するが、本発明は被験者が安静でない状態など、収集された心電波形の変動やノイズ成分の大きな心電波形が収集される他のいかなる状態にも適用可能である。
【００１３】
図１において、１０は被験者が皮膚に直接接触させて着用する衣服としての１例であるＴシャツ８０に、例えば部分的に導電性繊維を用いることによって形成された複数の生体電極８１〜８ｍよりの検出信号を入力し、所定レベルに増幅して出力するインプットボックスである。２０は本実施の形態例の図１に示す心電図情報処理装置の全体制御を司る制御部であり、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ及びＣＰＵを備え、ＲＯＭに格納されているソフトウエアプログラムをＣＰＵが実行することによって各部の制御を含む各種処理を実行する構成によって実現することができる。もちろん、ソフトウェア処理の一部又は全部をハードウェアで構成することも可能である。
【００１４】
３０は心電図収集結果や解析結果など表示する表示部、４０は心電図収集結果や解析結果などを印刷出力するプリンタである。
５０はＱＲＳテンプレート７５に保持されているＱＲＳテンプレート波形に基づいてインプットボックス１０より供給される被検者の心電図波形中のＱＲＳ波を検出するＱＲＳ波検出部である。
【００１５】
６０はＱＲＳ波検出部５０で確実に（あるいは所定の確率以上で）ＱＲＳ波であると確認したＱＲＳ波の連続心拍をグループ化し、グループ毎のＲ−Ｒトレンドを計測するＲ−Ｒトレンド計測部である。
【００１６】
７０は表示部３０またはプリンタ４０への出力フォーマットに対応した出力情報を一時的に記憶する出力バッファであり、例えば、出力バッファ７０に格納されたイメージ通りに表示部３０より表示出力され、またプリンタ４０より印刷出力される。なお、この出力バッファ７０はドットパターンイメージを記憶するものであっても、キャラクタコードとドットイメージパターンデータとの混合データを記憶するものであっても良い。
【００１７】
７５はＱＲＳ波テンプレートであり、あらかじめ切り出した標準となるＱＲＳ波形を必要パターン保持している。本実施の形態例では、例えば、被検者よりの収集心電図波形を表示部３０の表示画面上に表示し、波形のきれいな、確実にＱＲＳ波と認識できる波形部分を目視確認し、正常波形であると判断した波形を操作部９０を用いて手動で指定して切り出し、テンプレート波形とする。そしてこのテンプレート波形をＱＲＳ波テンプレート７５に記憶させる。なお、このＱＲＳ波に記憶させるのは、一つの波形に限定されるものではなく、複数の波形を記憶して良いことは勿論である。
【００１８】
また、テンプレートは測定毎に更新することも可能であるが、被験者毎にテンプレートを記憶しておき、例えば操作部から被験者を特定するコードを入力することによって予め記憶したテンプレート波形を呼び出して用いる用に構成することも可能である。この場合、テンプレート波形は後述する記憶装置１００に被験者コードにより読み出し可能な形式で記憶され、呼び出されたテンプレート波形はＱＲＳ波テンプレート７５に設定される。
【００１９】
また、９０は上記テンプレート波形の切り出し指示や各種の装置動作指示などを入力する操作部であり、マウスやジョイスティックなどのポインティングデバイスを備えることが好ましい。これらポインティングデバイスを用いることにより、表示部３に表示された心電図波形からテンプレートとして用いるＱＲＳ波形をＧＵＩを用いて容易に指定することが可能になる。
【００２０】
１００はインプットボックス１０よりの収集心電図情報を操作部７０などを介して入力された被検者情報や時刻情報と共に記憶する記憶装置であり、例えば、ＩＣメモリカード、デジタルカセット装置、ハードディスク装置、光磁気ディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ装置、ＤＶＤ記録装置など任意の記憶装置で構成できる。
【００２１】
以上の構成を備える本実施の形態例の心電図処理制御を図２を参照して以下に説明する。図２は本実施の形態例の心電図処理制御方法を説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ１において、心電図収集最適部位に導電性繊維を編み込んだ電極付きＴシャツ８０を着付けして、該導電性繊維部分よりインプットボックス１０まで導電性繊維部分で検出した生体信号を導出する状態とする。
【００２２】
そして、被験者から収集した心電図データに対し、ノイズなど信号の過大変動分を圧縮するためにフィルタリング処理を行う。このフィルタリング処理としては、例えば３ポイントのメディアンフィルタ処理を用いることができる。すなわち、収集した心電図データのｎ番目のサンプルをＸｎとすると、Ｘｎに（Ｘｎ，Ｘｎ−ｍ、Ｘｎ＋ｍの中央値）を代入する（ｍは所定の自然数）。ｍの値は予め実験によって求めておけばよい。
メディアンフィルタ処理された心電図データは、ＱＲＳ波形を強調するためにさらに信号処理が施される。具体的には、３０ＨｚＩＩＲバタークース特性（−１２ｄＢ／ｏｃｔ）のハイカットフィルタ処理がなされる。
【００２３】
そして、この信号処理後の心電図データを用いて心電図波形を表示部３０より表示させ、波形のきれいな、確実にＱＲＳ波と認識できる波形部分を目視確認する。そして、正常波形であると判断した波形を操作部９０より手動で指定して切り出す（ステップＳ２）。
【００２４】
続いてステップＳ３において、切り出したＱＲＳ波をテンプレート波形としてＱＲＳ波テンプレート７５に登録する。このテンプレート波形は必要な数だけ（種々の異なるパターン波形を登録可能である）ＱＲＳ波テンプレート７５に登録させることができる。
【００２５】
これで処理の準備が整ったため、操作部９０よりの操作指示で心電図解析が指示されると続くステップＳ４において、処理すべき心電図波形を順次ＱＲＳ波テンプレート７５に登録されているテンプレート波形と比較する。
この際、まず処理すべき心電図波形データとテンプレート波形データとの差分を求め、差分が所定の値よりも大きな心電図波形データについてはその値を１／２にする。そして、このような処理がなされた心電図波形データに対し、さらに１０−３０Ｈｚを通過帯域とするバンドパスフィルタ処理及び、Ｘｎ＝２Ｘｎ−（Ｘｎ−ｍ）−（Ｘｎ＋ｍ）というフィルタ処理（ｎ，ｍは自然数。ｍは上述のメディアンフィルタ処理におけるｍと等しくても別個の値でも良い）を行って、心電図波形データにおけるＱＲＳ波を強調する。
なお、上述したフィルタ処理等の信号処理は、制御部２０に含まれるＣＰＵが波形整形ソフトウェアを実行することにより実施することができる。
【００２６】
そして、ＱＲＳ波検出部５０はステップＳ３で登録したテンプレート波形と、信号処理後の収集心電図波形とを比較する。なお、ステップＳ４において上述のフィルタ処理を行った収集心電図波形データに基づいて、再度ＱＲＳ波のテンプレートを登録し直しても良い。この場合、テンプレート波形を決定するまでに２回手動での切り出しが必要になるが、テンプレート波形と収集心電図波形との相関が高くなり、ＱＲＳ波形の検出精度が向上する。
【００２７】
続くステップＳ５において、ステップＳ４での比較の結果、処理すべき心電図波形が登録されているテンプレート波形と高精度で一致したか否かを判断する。具体的には、波形とテンプレートとの相関が所定値よりも大きい（例えば７５％以上、８０％以上、８５％以上等）場合、高精度で一致したものと見なして処理することが可能である。一方、処理すべき心電図波形が登録されているテンプレート波形と高精度で一致していない場合にはステップＳ７に進む。
【００２８】
ステップＳ５において、処理すべき心電図波形が登録されているテンプレート波形と高精度で一致した場合には、高確率でＱＲＳ波であると判断でき（確実にＱＲＳ波であると判断でき）、後で対応波形位置が判別できるようにＱＲＳ波検出マークを付与してステップＳ７に進む。
【００２９】
ステップＳ７では、例えば記憶装置１００に収集心電図に関する情報を記憶する。その際、ステップＳ６においてＱＲＳ波検出マークが付与されている場合には当該付与マークも併せて記憶する。次にステップＳ８において生体信号の収集を終了するか否かを判断する。生体信号の収集を続ける場合にはステップＳ４に戻り処理すべき心電図波形を順次ＱＲＳ波テンプレート７５に登録されているテンプレート波形と比較する処理を続行する。
【００３０】
一方、ステップＳ８で生体信号の収集を終了して収集した生体信号の解析処理を行う場合にはステップＳ９以下の生体信号の解析処理に進む。なお、このステップＳ９以下の処理は、生体情報の収集が終了した場合に行うのではなく、一定時間毎に行う様にしても良い。
【００３１】
まずステップＳ９において、ステップＳ５の判断で確実にＱＲＳ波であると判断された心拍を抽出する。これは、例えばステップＳ６でマークを付与した心拍（例えばマークを中心にした所定波形範囲）を抽出することにより行える。
【００３２】
そして続くステップＳ１０において、確実にＱＲＳ波であると判断された心拍の連続した連続心拍群をそれぞれグループ化する。そして、グループ化した連続心拍群毎にＲ波間隔を求めてＲ−Ｒトレンドを計測する。
【００３３】
次にステップＳ１１において。計測したＲ−Ｒトレンドに基づいて、このＲ−Ｒトレンドのばらつきや、ばらついている時間、持続時間を算出し、例えば心房細動（ＡＦ）の重症度や予知に役立てるための見やすい出力フォーマットを作成して例えばプリンタ４０より印刷出力する。
【００３４】
本実施の形態例の上記したＱＲＳ波検出処理、Ｒ−Ｒトレンド計測の処理結果例を図３及び図４に示す。図３は本実施の形態例の収集信号（入力信号）にノイズ成分が含まれている場合のＲ−Ｒトレンド計測結果を模式的に示す図、図４は被検者の体動があり基線が大きく変動した場合のＲ−Ｒトレンド計測結果を模式的に示す図である。実際の収集波形はレベル変動が非常に激しいので、そのまま例示しても処理内容が認識しづらいため、図３、図４では収集波形を模式的に表している。
【００３５】
図３、図４に示すように、収集波形にノイズ成分が含まれていても、実施の被検者よりの収集波形を元にテンプレート波形を登録し、このテンプレート波形と処理波形とを比較するため、たとえノイズ成分が多くとも、信頼性高くＱＲＳ波が検出できる。
【００３６】
図３、図４の例では、入力波形が標準では数１００マイクロボルト程度の波高であるものを、処理の容易化のために約４倍程度レベル増幅している。そして、高精度でＱＲＳ波であると判断した波形に検出マーク（「Ｒ」）を付与している。これにより、容易にＲ−Ｒ間隔などを認識できる。
また、図５〜図８は、所定時間連続して収集した心電波形から本発明の方法によってＲ−Ｒ間隔を検出し、その分散に基づく周知の方法によって検出した心房細動（ＡＦ）の発症前、発症直前、発症中及び発症後の各状態における心電波形を出力した例を示す。図５〜図８においても、図３、図４と同様、上段に収集波形を、下段に信号処理後の収集波形を示している。
【００３７】
以上明したように本実施形態によれば、確実にＱＲＳ波であると判断された心拍の連続した連続心拍群をそれぞれグループ化し、グループ化した連続心拍群毎にＲ波間隔を求めてＲ−Ｒトレンドを計測するため、収集される心電図信号の状態がたとえ十分でなかったとしても高精度で被検者のＲ−Ｒトレンドのばらつきや、ばらついている時間、持続時間を算出する事ができる。この結果、収集される心電図信号の状態がたとえ十分でなかったとしても信頼性の高い、高精度での心房細動の重傷度や予知に役立てることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、収集される心電図信号の状態がたとえ十分でなかったとしても高精度で被検者のＲ−Ｒトレンドのばらつきや、ばらついている時間、持続時間を算出する事ができる。この結果、収集される心電図信号の状態が十分でなくても信頼性の高い、高精度での心房細動の重傷度や予知を行うことができる。
【００３９】
また、被検者よりの収集心電図波形より確実にＱＲＳ波であると認識できる波形部分を切り出して比較標準波形とし、この標準波形と処理対象波形とを比較して処理対象のＱＲＳ波形を検出するので、高精度でのＱＲＳ波形検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る心電図情報処理装置の構成例を示すブロツク図である。
【図２】本発明の実施形態に係る心電図情報処理方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】収集心電波形データ（入力信号）にノイズ成分が含まれている場合のＲ−Ｒトレンド計測結果を模式的に示す図である。
【図４】被検者の体動があり基線が大きく変動した場合のＲ−Ｒトレンド計測結果を模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る心電図情報処理装置において、心電図情報の解析結果として出力されるレポートの例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る心電図情報処理装置において、心電図情報の解析結果として出力されるレポートの例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る心電図情報処理装置において、心電図情報の解析結果として出力されるレポートの例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る心電図情報処理装置において、心電図情報の解析結果として出力されるレポートの例を示す図である。

Claims (6)

1. 被検者より収集した心電図から抽出された、基準となるＱＲＳ波テンプレートを記憶する記憶手段と、
   前記被検者より収集した、処理すべき心電図から、前記ＱＲＳ波テンプレートを用いてＱＲＳ波を認識する認識手段と、
   前記処理すべき心電図に含まれる複数の心拍波形のうち、前記認識手段がＱＲＳ波を連続して認識した複数の心拍波形群を１つのグループとしてグループ化し、前記グループに含まれる複数の心拍波形から、前記グループ毎のＲ−Ｒトレンドを計測する計測手段と、
   前記計測手段で計測したＲ−Ｒトレンド情報を出力する出力手段とを備えることを特徴とする心電図情報処理装置。
2. 前記処理すべき心電図が、前記被検者が安静でない状態で収集されたものであるか、直接皮膚表面に接触可能な衣服に配設された導電性繊維部分を生体電極として収集されたものであることを特徴とする請求項１記載の心電図情報処理装置。
3. 前記認識手段が、前記ＱＲＳ波テンプレートと前記処理すべき心電図との差分が所定の値よりも大きい場合、前記処理すべき心電図の値を低減した後にＱＲＳ波を強調するフィルタ処理を適用し、当該フィルタ処理適用後の心電図から、前記ＱＲＳ波テンプレートを用いてＱＲＳ波を認識することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の心電図情報処理装置。
4. 被検者より収集した心電図から抽出された、基準となるＱＲＳ波テンプレートを記憶する記憶手段を備える心電図情報処理装置における心電図情報処理方法であって、
   前記心電図情報処理装置の認識手段が、前記被検者より収集した、処理すべき心電図から、前記ＱＲＳ波テンプレートを用いてＱＲＳ波を認識する認識工程と、
   前記心電図情報処理装置の計測手段が、前記処理すべき心電図に含まれる複数の心拍波形のうち、前記認識工程でＱＲＳ波を連続して認識した複数の心拍波形群を１つのグループとしてグループ化し、前記グループに含まれる複数の心拍波形から、前記グループ毎のＲ−Ｒトレンドを計測する計測工程と、
   前記心電図情報処理装置の出力手段が、前記計測工程で計測されたＲ−Ｒトレンド情報を出力する出力工程と、を有することを特徴とする心電図情報処理方法。
5. 前記処理すべき心電図が、前記被検者が安静でない状態で収集されたものであるか、直接皮膚表面に接触可能な衣服に配設された導電性繊維部分を生体電極として収集されたものであることを特徴とする請求項４記載の心電図情報処理方法。
6. 前記認識工程では、前記ＱＲＳ波テンプレートと前記処理すべき心電図との差分が所定の値よりも大きい場合、前記処理すべき心電図の値を低減した後にＱＲＳ波を強調するフィルタ処理を適用し、当該フィルタ処理適用後の心電図から、前記ＱＲＳ波テンプレートを用いてＱＲＳ波を認識することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の心電図情報処理方法。

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