(57)【要約】【課題】患者の健康データを処理して通信すること。【解決手段】器具は、データ取得回路及びプロセッサを含む。データ取得回路は、患者の器官及び組織又は細胞培養物のうちの１つに結合された電極のアレイの複数の各々の電極を使用して、複数の信号を取得するように構成されている。プロセッサは、アレイ内の電極の相対位置の関数として定義される混合ノルムの定義を保持し、混合ノルムを最小化する圧縮センシング（ＣＳ）プロセスにおいて、複数の信号を併せて圧縮するように構成されている。【選択図】図１
2020179172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
器具であって、
（ｉ）患者の器官及び（ｉｉ）組織又は細胞培養物のうちの１つに結合された電極のアレイの複数の各々の電極を使用して、複数の信号を取得するように構成されている、データ取得回路と、
プロセッサと、を備え、前記プロセッサは、
前記アレイ内の前記電極の相対位置の関数として定義される、混合ノルムの定義を保持し、
前記混合ノルムを最小化する圧縮センシング（ＣＳ）プロセスにおいて、前記複数の信号を併せて圧縮するように、構成されている、器具。
【請求項２】
前記信号が、心房電位図及び心室電位図のうちの１つである、請求項１に記載の器具。
【請求項３】
前記信号が脳波図である、請求項１に記載の器具。
【請求項４】
前記データ取得回路が、測定マトリックスφのスパース性及びインコヒーレンス性を増加させるように、各々の擬似ランダムシーケンスを前記信号に適用するように更に構成され、前記プロセッサが、増加した前記スパース性及びインコヒーレンス性を有する前記測定マトリックスφの前記混合ノルムを最小化するように構成されている、請求項１に記載の器具。
【請求項５】
前記データ取得回路が、前記擬似ランダムシーケンスを生成するための擬似ランダムバイナリノイズ（ＰＲＢＳ）発生器を備える、請求項４に記載の器具。
【請求項６】
前記データ取得回路が、前記擬似ランダムシーケンスを生成するためのウォルシュ・アダマール直交符号化（ＷＨＯＣ）発生器を備える、請求項４に記載の器具。
【請求項７】
前記データ取得回路が、前記入力信号をスペクトル拡散するように更に構成されている、請求項１に記載の器具。
【請求項８】
前記データ取得回路が、前記複数の信号をデジタル信号に変換するように構成されている単一のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）を備える、請求項１に記載の器具。
【請求項９】
圧縮された前記信号を基地局に送信するように構成されている無線ユニットを備える、請求項１に記載の器具。
【請求項１０】
前記データ取得回路及び前記プロセッサを含むウェアラブルパッケージを備える、請求項１に記載の器具。
【請求項１１】
器具であって、
（ｉ）患者の器官及び（ｉｉ）組織又は細胞培養物のうちの１つに結合された電極のアレイの複数の各々の電極を使用して、複数の信号を取得するように構成されたデータ取得回路であって、前記データ取得回路が、擬似ランダムビットシーケンス発生器及び変調器を備え、前記擬似ランダムビットシーケンス発生器が、前記変調器を駆動するように構成され、それによって前記信号を同時に取得し、前記信号取得回路のフロントエンドのフリッカノイズを抑制する、データ取得回路と、
プロセッサと、を備え、前記プロセッサは、
前記アレイ内の前記電極の相対位置の関数として定義される、混合ノルムの定義を保持し、
前記複数の信号を空間領域及び時間領域で併せて圧縮し、
信号エネルギーを考慮するリカバリアルゴリズムにおいて前記混合ノルムを使用して前記複数の信号を再生するように、構成されている、器具。
【請求項１２】
方法であって、
（ｉ）患者の器官及び（ｉｉ）組織又は細胞培養物のうちの１つに結合された電極のアレイの複数の各々の電極を使用して、複数の信号を取得することと、
前記アレイ内の前記電極の相対位置の関数として定義される、混合ノルムの定義を保持することと、
前記混合ノルムを最小化する圧縮センシング（ＣＳ）プロセスにおいて、前記複数の信号を併せて圧縮することと、を含む、方法。
【請求項１３】
前記信号が、心房電位図及び心室電位図のうちの１つである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記信号が脳波図である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
測定マトリックスφのスパース性及びインコヒーレンス性を増加させるように、各々の擬似ランダムシーケンスを前記信号に適用することを含み、前記複数の信号を併せて圧縮することは、増加した前記スパース性及びインコヒーレンス性を有する前記測定マトリックスφの前記混合ノルムを最小化することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記擬似ランダムシーケンスが、前記擬似ランダムシーケンスを生成するための擬似ランダムバイナリノイズ（ＰＲＢＳ）シーケンスを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記擬似ランダムシーケンスが、前記擬似ランダムシーケンスを生成するためのウォルシュ・アダマール直交符号化（ＷＨＯＣ）シーケンスを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記入力信号をスペクトル拡散することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数の信号を取得することが、単一のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して、前記複数の信号をデジタル信号に変換することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
圧縮された前記信号を基地局に無線で送信することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の信号を取得して併せて圧縮することが、複数の信号を取得して併せて圧縮するように構成されたデバイスを着用することを含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、参照によりその開示が本明細書に組み込まれる、２０１９年４月２５日出願の米国仮特許出願第６２／８３８，４８９号の利益を主張するものである。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して、患者の健康データを処理して通信すること、特に電気生理学データの圧縮に関する。
【背景技術】
【０００３】
心臓の問題などの医療状態の遠隔診断を容易にするための、様々な公知方法が提案された。例えば、韓国特許第１０１５２６７７４号は、（ａ）ユーザの心電図信号を測定するための心電図センシングユニット、バンドパスフィルタを使用して、測定された心電図信号をフィルタリングし、フィルタリングされた心電図信号を圧縮しセンシングするためのプロセッサ、及び圧縮センシングされた心電図信号を心電図モニタリングデバイスに送信するためのデータ通信ユニット、（ｂ）圧縮センシングされた心電図信号を受信するための第１の通信ユニット、圧縮センシングされた心電図信号を復元し、復元された心電図信号を分析するためのプロセッサ、及び心電図分析データを出力するためのディスプレイユニット、並びに（ｃ）心電図モニタリング器具、を備える心電図センシング器具について記載している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書に記載の本発明の一実施形態は、データ取得回路及びプロセッサを含む器具を提供する。データ取得回路は、患者の器官及び組織又は細胞培養物のうちの１つに結合された電極のアレイの複数の各々の電極を使用して、複数の信号を取得するように構成されている。プロセッサは、アレイ内の電極の相対位置の関数として定義される混合ノルムの定義を保持し、混合ノルムを最小化する圧縮センシング（compressed-sensing、ＣＳ）プロセスにおいて、複数の信号を併せて圧縮するように構成される。
【０００５】
いくつかの実施形態では、信号は、心房電位図及び心室電位図のうちの１つである。他の実施形態では、信号は、脳波図である。
【０００６】
いくつかの実施形態では、データ取得回路は、測定マトリックスφのスパース性及びインコヒーレンス性を増加させるように、各々の擬似ランダムシーケンスを信号に適用するように更に構成され、プロセッサが、増加したスパース性及びインコヒーレンス性を有する測定マトリックスφの混合ノルムを最小化するように構成されている。
【０００７】
一実施形態では、データ取得回路は、擬似ランダムシーケンスを生成するための擬似ランダムバイナリノイズ（pseudo-random binary noise、ＰＲＢＳ）発生器を含む。別の実施形態では、データ取得回路は、擬似ランダムシーケンスを生成するウォルシュ・アダマール直交符号化（Walsh-Hadamard orthogonal coding、ＷＨＯＣ）発生器を含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、データ取得回路は、入力信号をスペクトル拡散するように更に構成されている。
【０００９】
いくつかの実施形態では、データ取得回路は、複数の信号をデジタル信号に変換するように構成されている単一アナログ・デジタル変換器（analog-to-digital convertor、ＡＤＣ）を含む。
【００１０】
一実施形態では、器具は、圧縮された信号を基地局に送信するように構成されている無線ユニットを更に含む。
【００１１】
別の実施形態では、器具は、データ取得回路及びプロセッサを含むウェアラブルパッケージを更に含む。
【００１２】
本発明の別の実施形態によれば、データ取得回路及びプロセッサを含む器具が追加的に提供される。データ取得回路は、患者の器官及び組織又は細胞培養物のうちの１つに結合された電極のアレイの複数の各々の電極を使用して、複数の信号を取得するように構成され、データ取得回路は、擬似ランダムビットシーケンス発生器及び変調器を含み、擬似ランダムビットシーケンス発生器は、変調器を駆動するように構成され、それにより同時に信号を取得し、信号取得回路のフロントエンドのフリッカノイズを抑制する。プロセッサは、アレイ内の電極の相対位置の関数として定義される混合ノルムの定義を保持し、複数の信号を空間領域と時間領域で併せて圧縮し、信号エネルギーを考慮するリカバリアルゴリズムにおいて、混合ノルムを使用して、複数の信号を再生するように構成されている。
【００１３】
本発明の別の実施形態によれば、患者の器官及び組織又は細胞培養物のうちの１つに結合された電極のアレイの複数の各々の電極を使用して、複数の信号を取得することを含む方法が更に提供される。保持される混合ノルムの定義は、アレイ内の電極の相対位置の関数として定義される。複数の信号は、混合ノルムを最小化する圧縮センシング（ＣＳ）プロセスで併せて圧縮される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明は、以下の「発明を実施するための形態」を図面と併せて考慮することで、より完全に理解されよう。
【図１】本発明の例示的な実施形態による、電気生理学的（electrophysiological、ＥＰ）マッピングのためのシステムの描写図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態による、図１のシステムによって、電位図が取得され、圧縮センシング（ＣＳ）を受け、その後、リモートで通信及び再生されるワークフローを概略的に示すブロック図である。
【図３】本発明の別の例示的な実施形態による、圧縮センシング（ＣＳ）及び電位図の無線送信のための埋め込み型ウェアラブルコンボデバイスのフローチャート、及びＣＳ電位図を受信する基地局の概略システムレベル図である。
【図４】本発明の一実施形態よる、電位図の時空間的に相関された及びレイキネス（rakeness）処理された圧縮センシング（ＣＳ）のための方法を概略的に記載するフローチャートである。
【図５Ａ】本発明の例示的な実施形態による、レイキネスのある場合とない場合の両方の圧縮センシング（ＣＳ）信号の圧縮比（compression ratio、ＣＲ）の関数としての電位図信号の空間領域及び時間領域の平均再生ＳＮＲ（average reconstructed SNR、ＡＲＳＮＲ）のグラフである。
【図５Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、レイキネスのある場合とない場合の両方の圧縮センシング（ＣＳ）信号の圧縮比（ＣＲ）の関数としての電位図信号の空間領域及び時間領域の平均再生ＳＮＲ（ＡＲＳＮＲ）のグラフである。
【図６Ａ】本発明の例示的な実施形態による、再生された後の、空間領域及び時間領域のレイキネスベースの圧縮センシング（rakeness-based compressed sensing、ｒａｋ−ＣＳ）信号対元の記録された電位図信号のグラフである。
【図６Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、再生された後の、空間領域及び時間領域のレイキネスベースの圧縮センシング（ｒａｋ−ＣＳ）信号対元の記録された電位図信号のグラフである。
【図７】本発明の例示的実施形態による、単一のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）を用いるアナログ取得フロントエンドと共に使用するための、マルチチャネルレイキネスデータ取得回路のブロック図である。
【図８Ａ】本発明の例示的な実施形態による、１／ｆノイズ及びオフセットを抑制するためにレイキネスを使用するデータ取得回路のブロック図である。
【図８Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、１／ｆノイズ及びオフセットを抑制するためにレイキネスを使用するデータ取得回路及び圧縮センシングのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
概要
心不整脈及びてんかん性発作などのいくつかの電気生理学的（ＥＰ）障害は、心電図又は脳波図などの各々が、急速に変化するＥＰ信号の偶発的な発現を呈する場合があり、これは、不規則に現れ得る。このような心臓又は脳疾患の早期の検出及び特性評価は、容易ではなく、臨床医にとって困難である。
【００１６】
侵襲的に（例えば、移植片又はカテーテルを使用して心房電位図を取得する）、又は皮膚に取り付けられた電極（例えば、脳波図を取得するための）を使用して、高い時空間的分解能でアナログＥＰ信号（以下、「波形」とも呼ばれる）を取得することは、このような障害を早期に検出するための有望なアプローチである。
【００１７】
例えば、心房細動（atrial fibrillation、ＡＦ）などの心不整脈を検出するために、診断値の電位図は、通常３０秒〜数分の範囲の期間、高密度のマルチ電極アレイ（例えば、埋め込み型電極アレイ）によって取得されてもよい。しかしながら、これにより、特に埋め込み型電極アレイに接続されたウェアラブルユニットなどの低電力デバイスでは、管理、記録、及び無線送信が困難な非常に多数の未加工のマルチチャネルデータが生成される。
【００１８】
そのうえ、電位図／脳波図を送信する（例えば、電極アレイ移植片に接続されたウェアラブル取得モジュールから基地局へ）ために必要とされる高いデータ速度は、電力消費及びリソースの点で高価であり、いくつかの不整脈の早期診断のために移植片又はウェアラブルモジュールを使用することは非現実である。
【００１９】
データ圧縮の既存の方法は、サイナスリズムなどの通常のＥＰ信号のデータ量を低減するのに役立つが、不整脈中の不規則な電位図信号は、このような方法では十分に圧縮できず、不整脈の性質上、無秩序な電位図信号のデータ圧縮が十分に正確であるかどうかを知る方法がなく、脆弱なデータの損失につながり得る。
【００２０】
圧縮センシング（ＣＳ）は、不整脈又はてんかん性発作などの間に生じるＥＰ信号のデータ圧縮を実現するための有望なアプローチである。本質的に、ＣＳは、波形のナイキスト速度未満の最小数の基本関数で波形（すなわち、アナログ信号）をスパンするように試みる線形プログラミング最適化問題である。近似であるスパンニングは、ノルムを最小化することによって、線形システムの方程式の解を反復的に近似することによって行われる。このアプローチは、個々の波形がスパースであることを必要とする。このアプローチは、信号がスパースであるベクトルの線形基底からなるセンシングマトリックスφと表現マトリックスΨとの間のインコヒーレンス性を更に必要とする。「制限等長性」（「restricted isometry property」、ＲＩＰ）は、スパースベクトル上で動作している間に、ほぼ正規直交であるセンシングマトリックスを特性評価する。ＣＳにおいて広く使用されるノルムは、以下に定義されるｌ１ノルムである。
【００２１】
本明細書に記載される本発明の幾つかの例示的な実施形態は、電位図が取得される高い時空間的相関を使用して（例えば、十分な密度の電極アレイのいくつかの形式で）、標準のＣＳ方法よりも高い圧縮比（ＣＲ）で、複数の電位図データの圧縮センシング（ＣＳ）を実行する。
【００２２】
高い時空間的相関により、標準的なＣＳ方法よりも少ない基底関数を使用して、同じ精度で波形（例えば、電位図）をスパンする（例えば、表す）ことが可能となる。電位図の少なくともいくつか、例えば、時空間的に相関されたものは、前述の時空間的相関を使用して構築される、以下に定義される混合ノルムｌ１，２を最小化することによって、スパンするのに必要な基底関数が少なくなる。
【００２３】
具体的に言えば、電極アレイの幾何学的形状、すなわち、アレイのセンシング電極の互いに対する位置を知ることにより、マルチチャネル電位図における時空間的相関を使用して、信号のより良好なＣＳ化を可能にする。具体的に言えば、時空間的相関信号のＣＳを使用することにより、圧縮データ（例えば、再生されたデータのＳＮＲ）から再生されたデータの品質と、診断目的のためにデータを使用する臨床的能力に影響を与えることなく、マルチチャネル電位図の大幅な圧縮が可能となる。
【００２４】
具体的に言えば、開示された混合ノルムｌ１，２を使用すると、ＣＳｌ１ノルムで広く使用されているものを使用して達成できるものよりも、所与の（例えば、既定の）ＳＮＲあたりのＣＲが高くなるか、又はより高いＳＮＲを有する同じＣＲが得られる。
【００２５】
例示的な実施形態では、データ取得回路及びプロセッサを含む器具が提供される。データ取得回路は、患者の器官に結合された電極のアレイの複数の各々の電極を使用して複数の信号を取得するように構成されている。プロセッサは、（ａ）アレイ内の電極の相対位置の関数として定義される混合ノルムｌ１，２などの定義を保持するように、及び（ｂ）混合ノルムを最小化する圧縮センシング（ＣＳ）プロセスで複数の信号を併せて圧縮するように構成される。
【００２６】
上記の時空間的特性に追加的に、又は代替的に、他の例示的な実施形態では、電位図は、「レイキネス」と呼ばれる方法を使用してＣＳとすることができる。レイキネスＣＳ方法では、各電位図は、「１」、「０」、及び「−１」の時系列を含む擬似ランダムコードを乗算することによって前処理される。以下のように、レイキネスを適用すると、波形におけるエネルギー分布が活用され、アナログ信号の時間統計を含むように構成された擬似ランダムコードと心電図波形の相関が高まり、（すなわち、電位図波形と同様の統計的分布を持つ｛−１、０、＋１｝値を含むマトリックスと相関される）レイキネスの動作が圧縮を改善する。後者の特性は、前述の「制限等長性（ＲＩＰ）」又は「インコヒーレンス性」とも呼ばれる。この特性により、レイキネスなしで必要とされるよりも少ない基底関数で「十分正確に」電位図波形表現の問題を解決することを可能にし、ＳＮＲを維持しながらＣＲを増加させることが可能になる。ＣＳにおいて「十分正確に」とは、通常、ｌ１及び混合ノルムｌ１，２の最小化の両方を意味する。
【００２７】
レイキネスを使用するとき、擬似ランダムコード及び入力電位図は、同様のエネルギースペクトルを有し、したがって、それらの間に存在する時間的相関を算出し得る。レイキネスは、空間領域及び時間領域の両方において、マルチチャネル電位図信号のスパース性を必要とし、それを利用する。
【００２８】
例示的な実施形態では、前述のデータ取得回路は、信号のスパース性が増加するように、各々の擬似ランダムシーケンスを信号に適用するように更に構成され、（スパース性線形空間は、信号がスパースである基底によってスパンされる。その基底において、表現マトリックスψは「ｓｙｍｌｅｔ」離散ウェーブレット変換を表し）、プロセッサは、スパース性及びインコヒーレンス性が増加した信号の混合ノルムを最小化するように構成されている。
【００２９】
別の例示的な実施形態では、データ取得回路は、レイキネスがこれらの各々に組み込まれ、その後、信号が多重化された後、複数の信号をデジタル信号に変換するように構成された単一のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）を備える。
【００３０】
時空間的に相関された電位図及び／又はレイキネス処理された電位図を利用することにより、圧縮センシングによって圧縮された信号が、より良好なＳＮＲで再生され得るので、より高いＣＲが可能となり（例えば、必要とされるモバイル送信帯域幅の削減が可能になる）、又は従来の圧縮センシング方式を使用する場合と比較して、所与のＣＲのＳＮＲが向上する。
【００３１】
いくつかの例示的な実施形態では、例えば、擬似ランダムバイナリシーケンス（ＰＲＢＳ）発生器を使用して、レイキネスを実行して「１」、「０」、及び「−１」のシーケンス信号を提供する取得回路が提供される。上述のように、レイキネスベースのＣＳでは、低電力の電子リソースを使用して（例えば、無線で）より高いデータ速度で送信されることを可能にし、そのような回路は、例えば、埋め込み可能なウェアラブルコンボデバイス、又は帯域幅が制限されたリモート通信リンク（例えば、帯域幅が制限されたセルラーリンク）に好適である。
【００３２】
そのうえ、データを解凍する（例えば、圧縮データを再生する）ためのより効率的な復号回路が、例えば、リモート無線デバイス内に提供され得、したがって、取得技術（例えば、移植片又はカテーテル、ローカル無線又は有線送信）に関係なく、遠隔診断のために、圧縮センシングデータが、リモート無線デバイス（例えば、セルラー通信能力を有するタブレット）内の再生に無線で転送され得る。
【００３３】
例示的な実施形態では、前述の器具は、圧縮された信号を基地局に送信するように構成される無線ユニットを更に備える。別の実施形態では、器具は、データ取得回路及びプロセッサを含むウェアラブルパッケージを更に備える。
【００３４】
いくつかの例示的な実施形態では、「１／ｆ」取得ノイズ及びオフセットを抑制するために、本質的に変調演算を表す｛−１、０、＋１｝値からなる測定マトリックスが使用される。１／ｆノイズ及びオフセットの抑制は、取得回路からの要件を更に低減し、例えば移植片又はウェアラブルデバイスでの使用のために、その小型化をより実現可能にする。
【００３５】
本発明の例示的な実施形態は、例えば、バスケット、Ｐｅｎｔａｒａｙ（商標）、Ｐｉｃａｓｓｏ（商標）デザインなどのマルチフィンガー、又はマルチスプラインアレイ、及び既知の電極間距離の任意の高密度グリッドアレイを含む、カテーテル上に配置されたものなどの、様々な形態及び種類の電極アレイを使用することに関する。
【００３６】
不整脈原性信号の高効率な圧縮センシング及び再生方法を提供することによって、不整脈又はてんかんの実用的な早期検出モニタリングデバイスが利用可能となり得、更に、遠隔診断が身近でより容易になり得る。本発明は、ＥＰ信号処理、計画、及び診断を容易にするための前述の新規のシステム、方法、及びアルゴリズムの使用による心房細動及び心室細動などの電気生理学分野における病態に特に適用可能である。
【００３７】
システムの説明
上述したように、異なる種類の医療デバイス、例えば移植片又はカテーテルを使用して、高い時空間的分解能でマルチチャネル電位図データを侵襲的に取得することができる。図１及び図２は、カテーテル取得電位図のＣＳを記載し、図３は、移植片ウェアラブルコンボデバイス取得電位図のＣＳを記載する。２つの例示的な実施形態は、主に、開示された時空間的に相関され、レイキネス処理された圧縮センシング方法によって克服される、異なる通信ボトルネック及び電力制約において異なる。
【００３８】
例えば、図１に示すカテーテル法システムでは、図２に示すように、ローカル取得及び通信リソースが十分に大きくなり得、遠隔地からの医療データの送信、ダウンロード、及び復号にとって、圧縮センシングがより重要となり得る。図３に示される移植片ウェアラブルコンボデバイスでは、ローカル取得及び通信リソースは、通常、軽量で小型のコンボデバイスにおいては、非常に制限されており、開示された方法は、これらの特定の制限を解決するために最初に適用される。
【００３９】
図１は、本発明の例示的な実施形態による、電気生理学的（ＥＰ）マッピングのためのシステム２１の描写図である。図１は、患者２５の心臓２３のＥＰマッピングを実行するためにＥＰマッピングカテーテル２９を使用している医師２７を図示している。カテーテル２９は、その遠位端において、マッピング電極２２の各々に結合された１つ又は２つ以上のアーム２０を備えるマルチチャネル電極アレイ５０を備える。マッピング手技中に、電極２２は、心臓２３の組織から信号を取得する、及び／又は心臓２３の組織に信号を注入する。具体的に言えば、電極２２は、心房電位図（atrial electrogram、ＡＥＧ）などの心内ＥＰ信号を取得する。
【００４０】
心臓２３内のマッピング電極２２の各々の位置（すなわち、心臓内ＥＣＧ信号が測定される場所）も追跡され、それにより、プロセッサは、取得された各電位図を、信号が取得された位置とリンクさせ得る。システム２０は、患者２５の身体に結合された複数の外部電極２４を使用して、電位図（ＥＣＧ）などの電気的位置信号及びＥＰデータを外部から感知する。例えば、３本の外部電極２４が、患者の胸部に接続され得、別の３本の外部電極が、患者の背部に接続され得る。例示しやすいように、１本の外部電極しか図１には示されていない。
【００４１】
センシングされた電気信号を使用して、患者の心臓２３内のマッピング用電極２２の位置を追跡するために使用されるシステムの一例は、ＣＡＲＴＯ（登録商標）３システム（Ｂｉｏｓｅｎｓｅ  Ｗｅｂｓｔｅｒ製、Ｉｒｖｉｎｅ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）である。ＣＡＲＴＯ（登録商標）３システムは、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第８，４５６，１８２号に詳細に記載されている、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｌｏｃａｔｉｏｎ（ＡＣＬ）と命名された追跡方法を使用する。
【００４２】
データ取得モジュール３３は、カテーテル２９内を走る導線リンクを介して電気インターフェース３５に伝達される複数の電位図信号を受信する。センシングされた位置を使用して電位図間の時空間的相関を確立し、前述のレイキネス法を使用して、プロセッサ２８はこれらの信号に含まれるＡＥＧデータに対して圧縮センシングを実行する。プロセッサ２８は、メモリ３１内に圧縮センシング電位図を記憶し、その後、ＣＳ信号は、リモートサイトに無線通信される（図２に示すように）。並行して、プロセッサ２８は、システム２０のディスプレイ２６上に電位図トレース４０を提示し得る。
【００４３】
図１に示される例示的な図は、純粋に、概念を分かりやすくするために選択されたものである。Ｌａｓｓｏ（登録商標）カテーテル（Ｂｉｏｓｅｎｓｅ  Ｗｅｂｓｔｅｒにより製造されている）などの他のタイプのマルチ電極センシング用の幾何学的形状も採用され得る。加えて、接触センサは、電気解剖学的カテーテル２９の遠位端部に装着され、組織との電極接触の物理的品質を示すデータを送信してもよい。例示的な実施形態では、いくつかの電極２２の測定値は、その物理的接触の質に乏しいため捨てることができるが、他の電極の測定値は、その接触の品質が高いために有効と見なすことができる。
【００４４】
プロセッサ２８は、通常、本明細書に記載されている機能を実行するようにプログラムされたソフトウェアと共に汎用コンピュータを備える。ソフトウェアは、例えば、ネットワーク上で、コンピュータに電子形態でダウンロードすることができるか、又は、代替的又は追加的に、磁気メモリ、光学メモリ若しくは電子メモリなどの、非一時的実体的媒体上で提供及び／若しくは記憶されてもよい。具体的に言えば、プロセッサ２８は、図４に記載されているステップをプロセッサ２８が実行することを可能にする専用アルゴリズムを稼働させる。
【００４５】
図１に示す例示的な実施形態は、モジュール３３の外部のＣＳに使用されるプロセッサを示すが、他の実施形態では、モジュール３３は、時空間的に相関された及び／又はレイキネス処理された電位図に対して圧縮センシングを実行する独自のプロセッサを有する。
【００４６】
図２は、本発明の例示的な実施形態による、図１のシステム２０によって、電位図が取得され、圧縮センシング（ＣＳ）を受け、その後、リモートで通信及び再生されるワークフローを概略的に示すブロック図である。
【００４７】
図に見られるように、複数の電位図データは、導線リンク２９０（例えば、カテーテル２９の内部を走る）を使用してローカルに通信され、（ローカル）プロセッサ２８は、時空間的に相関された及び／又はレイキネス処理されたデータに対して圧縮センシングを行う。医師２７は、例えば、データの臨床的関連性を評価するために、ローカルディスプレイ２６上でグラフを使ってデータを検査し得る。
【００４８】
図示の例示的な実施形態では、プロセッサ２８は、ネットワークインターフェースカード（network interface card、ＮＩＣ）３８、及び圧縮センシング電位図トレースをリモート無線デバイス（例えば、タブレット）５９に送信するために使用するリンク５６などのネットワークインターフェースによってネットワーク１００に接続される。
【００４９】
圧縮データは、例えば、現在制限された速度と見なされている数メガビット／秒のアップロード速度をサポートするリンク５６を用いて、最初にネットワーク１００にアップロードされ得る。例示的な実施形態では、無線デバイス５９は、ＮＩＣ４８及びリンク６６を介して、ネットワーク１００に二方向に接続されている。無線デバイス５９は、圧縮センシング電位図トレースを受信し、更に、そのディスプレイ６９（例えば、タブレットディスプレイ）上に解凍されたデータを提示するプロセッサ５８を使用してそれらを解凍する。医療専門家は、ディスプレイ６９上のＥＣＧトレース４０１を見ることができ、通信へのアクセスが制限されている（例えば、セルラーのみ）リモート位置から診断を提供し得る。
【００５０】
図３は、本発明の別の例示的な実施形態による、圧縮センシング（ＣＳ）及び電位図の無線送信のための埋め込み型ウェアラブルコンボデバイス５００／１１０のフローチャート、及びＣＳ電位図を受信する基地局１１１の概略システムレベル図である。図に見られるように、マルチチャネル電極アレイ移植片５００は、心臓２３の左心房に位置する。アレイは、通信リンク４９を介して基地局１１１と通信するウェアラブルデータ取得及び無線送信モジュール１１０に導線によって接続される。
【００５１】
モジュール１１０は、時空間的に相関された電位図及び／又はレイキネス処理された電位図を利用して、モジュールが電極アレイ移植片５００によって取得された電位図に対して効率的に圧縮センシングを実行できるようにする回路及びプロセッサを含む。モジュール１１０の制限された電源（例えば、電池）にもかかわらず、モジュールは、開示されたＣＳ技術を使用することによって、許容可能な速度でＡＥＧデータを取得し、基地局１１１に送信することができる。
【００５２】
例えば、信号を取得するために電極間距離２ｍｍの電極アレイを使用して、右心房、左心房、及びバッハマン束を含む心房全体を覆うには、少なくとも１７２８個の記録部位からの電位図をＣＳにする必要がある。１７２８個の電極からの信号を１６ビットの分解能及び１０ｋＨｚのサンプリング周波数で記録するために、必要とされる合計データ速度は１６×１０×１０００×１７２８、すなわち２７６Ｍｂｉｔ／秒であり、結果として≒１６．６Ｇｂｉｔ／分となる。記録部位を左心房に制限することにより、数Ｇｂｉｔ／分のデータ速度（すなわち、１００Ｍｂｉｔ／秒程度）となる。
【００５３】
開示されたＣＳ技術は、帯域幅が制限された通信リンクでリモートデバイスを使用できるようにするために、高いＣＲ、例えば４を超えるＣＲを提供しなくてはならない。高いＣＲは、電池の電力を節約するために更に重要であり、そのようなデバイスを患者が着用できるようにする。デジタル信号に対するＣＲは、ビット数を乗じたサンプルの数の比率として推定することができる。したがって、例えば、４のＣＲ値は、例えば、５１２から２５６までのサンプルの数、及び例えば１６から８までのビット数を圧縮することによって達成され得る。
【００５４】
図３では、基地局１１１は、無線受信機を使用してダウンロードされた圧縮センシングデータを有し、その結果、例えば、ロギング、視覚的プレゼンテーション、ユーザアラートのように、信号は再生され（５２）、記憶され（５４）、更に処理される（５６）。
【００５５】
時空間的に相関された及び／又はレイキネス処理された複数の電位図の圧縮センシング
図４は、本発明の例示的な実施形態よる、電位図の時空間的に相関された及びレイキネス処理された圧縮センシング（ＣＳ）のための方法を概略的に説明するフローチャートである。
【００５６】
提示された例示的な実施形態によれば、アルゴリズムは、図１のモジュール３３又は図３のモジュール１１０などのデータ取得モジュールが、上述のように電極アレイによって取得された複数の電位図を受信するデータ受信ステップ４００で始まるプロセスを実行する。
【００５７】
データ取得モジュールは更に、受信位置ステップ４０２で、電位図が取得された電極の位置を受信する。位置は、カテーテルの位置追跡、又は移植片の事前に定められたマップによって、任意の既知の方法によって測定される。位置は、相対的な位置関係（例えば、所与のグリッド上の相対的な位置）として提供されてもよい。図４のフローチャートでデータ取得モジュールに含まれていると想定されるプロセッサの少なくとも１つが、次のステップで記載されるように、受信した（例えば、テーブルとしてアップロードされた）位置を使用して、後続のすべてのローカルプロセッサ関連のステップを実行する。
【００５８】
次に、時空間的相関識別ステップ４０４において、データ取得モジュールの各プロセッサは、アレイ内のそれらの位置に基づいて（例えば、電極間の相対距離に基づいて）時空間的に相関される電位図を識別する。
【００５９】
レイキネスステップ４０６では、データ取得モジュールの各プロセッサが、電位図にレイキネスを適用する。レイキネスを使用する背後にある動機は、実際の信号では、信号（例えば、電位図）間の二次相関を識別することによって、以下の式１の解の後の再生エラー
【００６０】
【数１】
2020179172.tif 000003
の低減が可能になることである。
【００６１】
２つの電位図ｕとｖとの間のレイキネスρは、
【００６２】
【数２】
2020179172.tif 000004
として定義することができ、式中、Ｅｕ、ｖは、２つのベクトルに対する期待値を指し、ρは、最も相関されるベクトルの信号エネルギーを最大化する。この方法では、各信号ｘｊは、「１」、「０」及び「−１」のシーケンスからなる異なる擬似ランダムコード（すなわち、信号ｘｊごとに固有の）を乗算することによって前処理される。コードは、入力統計を組み込み、したがって、入力信号とコードとの間に存在する相関（すなわち、擬似ランダムコードによる相関）を利用して、電位図と擬似ランダムコードとの間の相関を識別する。結論として、例示的な実施形態では、プロセッサは、信号エネルギーを考慮する混合ノルムリカバリアルゴリズムを使用することによって入力信号を再生して、より良好な再生性能（例えば、ＳＮＲ又はＣＲ感知）を達成する。レイキネスベースの圧縮センシングの方法の詳細は、「レイキネスｉｎ  ｔｈｅ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｐａｒｓｅ  ａｎｄ  Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ  Ｓｉｇｎａｌｓ」Ｍ．Ｍａｎｇｉａら、ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＣＩＲＣＵＩＴＳ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭＳ−Ｉ：ＲＥＧＵＬＡＲ  ＰＡＰＥＲＳ、ＶＯＬ．５９、ＮＯ．５（２０１２年５月）に見出し得る。
【００６３】
ステップ４０４及び／又は４０６が実行されて、電位図間の時空間的相関を識別し、電位図をレイキネス処理した後、データ取得モジュールの各プロセッサは、圧縮センシングステップ４０８で、そのように識別された時空間的に相関された電位図（例えば、事前に指定された絶対値の閾値を超える範囲の相関度を持っているという意味で、＋１と−１の最大相関度は両方とも最大と考慮される）、又は時空間的に相関された電位図とレイキネス処理された電位図の両方を使用して、電位図に対して圧縮センシングを実行する。ステップ４０４及び／又は４０６を得て、プロセッサは、圧縮データから後に再生されるデータの品質を損なうことなく（例えば、再生されるデータのＳＮＲを低下させることなく）、より高いＣＲでマルチチャネル電位図を圧縮できる。
【００６４】
時空間的相関に基づくＣＳは、以下に簡単に記載されるようにｌ１，２ノルムを最小化することにより実行される。
【００６５】
信号Ｘが、センシングマトリックスφ及び測定マトリックスＹで、Ｙ＝φＸ＋ｎとして記載され得る、様々なチャネルから取得される場合の、Ｌ電極の２Ｄアレイを考慮すると、式中ｎは、測定ノイズであり、時空間的にホワイトガウスとしてモデル化される。測定ベクトルにおいて、Ｘ、Ｘ＝［ｘ１，ｘ２，．．．ｘＬ］であり、各ｘｊコンポーネントは、ｊ番目の単電極から取得された時間依存信号である。また、Ａ＝［α１，α２，．．．αＬ］を、［ｘ１，ｘ２，．．．，ｘＬ］のスパース表現ベクトルと、ｘｊ＝ψαｊ，ｊ＝１，２，．．．Ｌとで構成されたマトリックス又はよりコンパクトな表記Ｘ＝ψＡで構成されたマトリックスとする。マトリックスＡにおいて、信号ｘが任意の基底ψ＝［ψ１，ψ２，．．．ψＮ］でＫ−スパースであることを考慮すると、ｘはｘ＝ψαとして表すことができ、式中、αは、マトリックスψ中のＫ＜＜Ｎ非ゼロの要素のみを有するＮ次元ベクトルである。Ｋ及びＮは、（１−Ｋ／Ｎ）１００％によって与えられるスパース性に関連する。
【００６６】
圧縮された測定サンプルから、信号は、ｙ＝φｘ＋ｎ＝φψαを条件として
式１
【００６７】
【数３】
2020179172.tif 000005
によって与えられる最小化問題を解くことによって再生され得、式中、｜｜α｜｜１は、信号のｌ１ノルムである。更に、再生された入力信号は、
【００６８】
【数４】
2020179172.tif 000006
によって与えられる。
【００６９】
マルチチャネル心房電位図は、隣接するチャネル間で類似性を共有し、これを活用して再生性能を向上させ得る。マルチチャネルＣＳ取得は、複数の測定ベクトル（multiple-measurement vector、ＭＭＶ）問題として定式化され得、併せてスパースなリカバリアルゴリズムで解決され得る。ＭＭＶ圧縮センシングの目的は、併せてスパースＡを回収することであり、これは、Ｙ＝φψαを条件として、
式２
【００７０】
【数５】
2020179172.tif 000007
として定式化され得、
ここで、Ａ内の共同スパースは、
【００７１】
【数６】
2020179172.tif 000008
で定義された混合ノルムｌ１，２によって引き起こされ、すなわち、混合ノルムを｜｜Ａ｜｜１，２最小化することで、最も相関される電位図を見出すことを意味する。レイキネスベースの圧縮センシングの方法の詳細は、前述した文献、Ｍ．Ｍａｎｇｉａら、ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＣＩＲＣＵＩＴＳ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭＳ−Ｉ：ＲＥＧＵＬＡＲ  ＰＡＰＥＲＳ、ＶＯＬ．５９、ＮＯ．５（２０１２年５月）に見出し得る。
【００７２】
最後に、圧縮センシングデータ送信ステップ４１０において、圧縮センシングＥＰデータは、例えば、ウェアラブルデータ取得モジュールから基地局に無線で送信される。
【００７３】
時空間的に相関された及び／又はレイキネス処理された圧縮センシングの性能評価
以下の項では、（ａ）レイキネスを使用する場合と標準ＣＳを使用する場合、及び（ｂ）ｌ混合ノルムｌ１，２を使用する場合と、ｌ１ノルムを使用する場合の再生電位図のＳＮＲを比較する。ＳＮＲ結果は、同じ数の基底関数（すなわち、線形基底次元）を使用して比較され、これは同じＣＲ値を意味する。
【００７４】
開示された技術の実証では、心房電位図は、１９２金メッキ電極と２５６チャネルのデータ取得システムを備えた４６ｍｍ×１４ｍｍの柔軟なマルチ電極アレイを使用して、心臓の表面である心外膜上で記録された。データは、６０ｄＢのゲインを有する増幅器、０．５〜４００Ｈｚの帯域幅を有するバンドパスフィルタ、及び１６ビットの分解能を有するアナログ・デジタル変換器からなるアナログフロントエンド信号取得回路を使用して、取得され、１ｋＨｚでアナログ信号をサンプリングした。心房の全表面積を覆うために、合計１０個の電極アレイ部を必要とした。レイキネスベースのＣＳ（ｒａｋ−ＣＳ）については、記録されたセクションのうちの１つを相関マトリックス推定の基準として使用した。
【００７５】
ｌ１ノルムを使用して、圧縮センシングコードはウェーブレット変換基準を使用して、式１及び２を解くことによって信号を復号及び再生する再生された信号は、
【００７６】
【数７】
2020179172.tif 000009
によって与えられる、性能測定基準である再生信号対雑音比（ＲＳＮＲ）を使用して元の信号と比較される。
【００７７】
電位図の好ましい選択なしにｌ１ノルムのみを最小化する標準的な圧縮センシング（ＣＳ）方法の再生性能、すなわち平均ＲＳＮＲ（ＡＲＳＮＲ）は、時空間的に相関された電位図のｌ１ノルムを最小化する混合ノルムｌ１，２圧縮センシングリカバリアプローチ（前述のＭＭＶ）の再生性能と比較される。
【００７８】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施形態による、レイキネスのある場合とない場合の両方の圧縮センシング（ＣＳ）を伴う信号のＣＲの関数としての電位図信号の空間領域及び時間領域の平均再生ＳＮＲ（ＡＲＳＮＲ）のグラフである。
【００７９】
図５Ａ及び図５Ｂは、実際の医療記録から構成されるデータセット上の２つのＣＳアプローチ、標準ＣＳ（６２）及びｒａｋ−ＣＳ（６０）を示す。特に高い圧縮率では、ｒａｋ−ＣＳ（６０）の性能は標準ＣＳ（６２）よりも優れている。具体的に言えば、時間領域でＣＲ＝４．２６の場合、ｒａｋ−ＣＳ及び標準ＣＳで達成されたＡＲＳＮＲの差は、ＡＦ波形に対して７．７ｄＢである。
【００８０】
図５Ｂにおいて、マルチチャネルデータは複数測定ベクトル問題としてモデル化され、混合ノルムを使用して空間領域の信号のグループ構造を活用し、ｌ１ノルム最小化性能（７２）よりも改善された再生性能（７０）を得る。ＣＲ＝４．２６に対して混合ノルムリカバリアプローチを使用して、ｒａｋ−ＣＳと標準ＣＳとの間で達成されたＡＲＳＮＲ性能の差は、ＡＦに対して５ｄＢである。
【００８１】
そのうえ、レイキネスを使用することなく、図５Ｂが、ＣＲ＝４．２６で示すように、ｌ１，２混合ノルムリカバリアプローチはそれ自体で利益をもたらし、これは、ｌ１ノルムを使用して達成される場合よりも、３．２ｄＢ優れたＡＲＳＮＲ（７５）となる。したがって、複数の電位図信号間の時空間的相関を使用するために相対的位置を提供することにより、複数の電位図信号を所与のＣＲ（例えば、４．２６）で圧縮センシングが可能となり、そのため、圧縮された信号は、高密度電極グリッドを使用して取得された信号によって提示される前述の時空間的相関を使用しない方法と比較して、優れたＳＮＲを有する再生された信号をもたらす。
【００８２】
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の実施形態による、再生された後の、空間領域及び時間領域のレイキネスベースの圧縮センシングされた（ｒａｋ−ＣＳ）信号対元の記録された電位図信号のグラフである。再生波形は、ローパスフィルタリングされ（最大４００Ｈｚ）、波形のノイズが少なくなり、医師による分析がより容易になる。
【００８３】
図６Ａは、５１２個の記録されたチャネルから任意に選択されたチャネル数（ｃｈ＝９０）について、ＡＦ中の時間領域における心房電位図の再生を示す。図６Ｂは、任意に選択された瞬間に対して、ＡＦ中の空間領域におけるＡＥＧの再生を示す。図に見られるように、信号のｒａｋ−ＣＳ再生により、時間領域に高周波ノイズが追加される。しかしながら、このノイズは信号を歪ませず、標準的な信号処理方法によって大部分が除去され得る。
【００８４】
レイキネスのハードウェア実装
アルゴリズムツールと並行して、本発明の実施形態は、エネルギー節約のために構成されたデータ取得回路を提供し、これは、ウェアラブルデータ取得及び無線送信モジュール１１０などの移植片ウェアラブルデバイスにおいて非常に重要である。
【００８５】
図７は、本発明の例示的な実施形態による、単一のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）７０５を用いるアナログ取得フロントエンドと共に使用するための、マルチチャネルレイキネスデータ取得回路７００のブロック図である。例示的な一実施形態では、取得回路７００は、図１のシステム２０のデータ取得モジュール３３に備えられる。別の例示的な実施形態では、取得回路７００は、図３のウェアラブルデータ取得及び無線送信モジュール１１０に備えられる。
【００８６】
図７では、Ｌ電位図ｘ１、ｘ２，．．．ｘＬ（電極１、２、．．．Ｌによって取得）の各々が、低相互相関を有する「１」、「０」、及び「−１」信号（例えば、シーケンス）を生成するために低相互相関（low-cross-correlation、ＬＣＣ）ＰＲＢＳジェネレーター７０２を使用して、「１」、「０」、及び「−１」の時間シーケンスからなる擬似ランダムコードを、電位図に乗算することにより、各々のフロントエンド回路７０１＿１、７０１＿２、．．．７０１＿Ｌで前処理される。
【００８７】
代替的に（７２２）、ＬＣＣ−ＰＲＢＳ発生器７０２の代わりにＬＣＣウォルシュ・アダマール直交符号化（LCC Walsh-Hadamard orthogonal coding、ＬＣＣ  ＷＨＯＣ）発生器７１２を使用することによって、ＬＣＣウォルシュ・アダマール直交符号化がアナログ信号に適用され得る。発生器７１２を使用することにより、チャネル間の非常に低い相互相関を確保し、１／ｆノイズとオフセットをも抑制する。
【００８８】
レイキネス処理された（例えば、レイキネス符号化）電位図は、まず加算器７０３によって合計され、その後、単一のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）７０５に入力されることにより、エネルギーコストのかかるＡＤＣエレメントをチャネルごとに１つ節約する（すなわち、ＡＤＣエレメントの数をＬ＞＞１から１に低減する）。
【００８９】
システム２０のプロセッサ２８によって、又は図３の基地局１１１の信号再生ユニット５２によって使用され得るような記録アルゴリズム７０７は、圧縮センシング信号をリカバリする。
【００９０】
信号再生ユニット５２は、チャネルごとに異なる擬似ランダムコードの再生を実行し得る。同じエネルギースペクトル及び同じ長さを有する一方で、各擬似ランダムコード（例えば、ｆＰＢＲＳｊ）は、１、−１及び０の異なるシーケンスによって各々のチャネル信号（例えばｘｊ）を変調する。既知のセンシングマトリックスφを使用して、信号がスパースである基底、ψ、及び測定値「ｙ（ｔ）」（すなわち、図７、図８Ａ、及び図８Ｂの出力信号）を使用して、プロセッサは前述のベクトルαを推定する。αが推定されると、プロセッサは、元のベクトル信号「ｘ（ｔ）」（すなわち、図７、図８Ａ、及び図８Ｂの入力アナログ信号）を再生し得る。
【００９１】
図７に示される回路は、提示を明確にするために簡略化された方法で示されている。したがって、図８Ａ及び図８Ｂに示されるような可能な実装の詳細は、図７から省略される。
【００９２】
図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の実施形態による、１／ｆノイズ及びオフセットを抑制するためにレイキネスを使用するデータ取得回路８０６及び８０２、並びに圧縮センシング（図８Ｂのみ）のブロック図である。
【００９３】
図８Ａは、図７で使用される回路８０６を示し、低ノイズ増幅器（low noise amplifier、ＬＮＡ）８０８より前に変調器が置かれ、増幅器の１／ｆノイズ及びオフセット寄与を抑制する。本明細書で使用される技術は、スペクトラム拡散変調である。入力信号はより広い帯域幅にわたって拡散するため、送信はより安全であり、干渉信号（例えば、５０／６０Ｈｚ）からも保護される。ＬＮＡ８０８の出力では、信号は同じＰＲＢＳシーケンスを使用して復調され、増幅された入力信号を得る。
【００９４】
図８Ｂは、図７で使用される回路８０２を示し、変調器は、レイキネスを適用するだけではなく、積分増幅器８０４の１／ｆノイズ及びオフセットの抑制から利益を得るようにＣＳフロントエンドの前に置かれている。
【００９５】
本明細書に記載される実施形態は、主に圧縮センシング電気生理学的データに対処するが、本明細書に記載される方法及びシステムはまた、（バイオ）センサ又は生体外電気生理学的分析から発生したものなど、細胞又は分子レベル（例えば、細胞培養物）から発生した信号などの他の形式の非定常データのＣＳなどの他の用途でも使用できる。
【００９６】
したがって、上記に述べた実施形態は、例として引用したものであり、また本発明は、上文に具体的に示し説明したものに限定されないことが理解されよう。むしろ本発明の範囲は、上述の様々な特徴の組み合わせ及びその一部の組み合わせの両方、並びに上述の説明を読むことで当業者により想到されるであろう、また従来技術において開示されていないそれらの変形及び修正を含むものである。参照により本特許出願に組み込まれる文書は本出願の一体部分と見なされるべきであり、いずれかの用語が、それらの組み込まれた文書内で、本明細書で明示的又は暗示的に行われる定義と相反するように定義される場合を除き、本明細書における定義のみが考慮されるべきである。
【００９７】
〔実施の態様〕
（１）  器具であって、
（ｉ）患者の器官及び（ｉｉ）組織又は細胞培養物のうちの１つに結合された電極のアレイの複数の各々の電極を使用して、複数の信号を取得するように構成されている、データ取得回路と、
プロセッサと、を備え、前記プロセッサは、
前記アレイ内の前記電極の相対位置の関数として定義される、混合ノルムの定義を保持し、
前記混合ノルムを最小化する圧縮センシング（ＣＳ）プロセスにおいて、前記複数の信号を併せて圧縮するように、構成されている、器具。
（２）  前記信号が、心房電位図及び心室電位図のうちの１つである、実施態様１に記載の器具。
（３）  前記信号が脳波図である、実施態様１に記載の器具。
（４）  前記データ取得回路が、測定マトリックスφのスパース性及びインコヒーレンス性を増加させるように、各々の擬似ランダムシーケンスを前記信号に適用するように更に構成され、前記プロセッサが、増加した前記スパース性及びインコヒーレンス性を有する前記測定マトリックスφの前記混合ノルムを最小化するように構成されている、実施態様１に記載の器具。
（５）  前記データ取得回路が、前記擬似ランダムシーケンスを生成するための擬似ランダムバイナリノイズ（ＰＲＢＳ）発生器を備える、実施態様４に記載の器具。
【００９８】
（６）  前記データ取得回路が、前記擬似ランダムシーケンスを生成するためのウォルシュ・アダマール直交符号化（ＷＨＯＣ）発生器を備える、実施態様４に記載の器具。
（７）  前記データ取得回路が、前記入力信号をスペクトル拡散するように更に構成されている、実施態様１に記載の器具。
（８）  前記データ取得回路が、前記複数の信号をデジタル信号に変換するように構成されている単一のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）を備える、実施態様１に記載の器具。
（９）  圧縮された前記信号を基地局に送信するように構成されている無線ユニットを備える、実施態様１に記載の器具。
（１０）  前記データ取得回路及び前記プロセッサを含むウェアラブルパッケージを備える、実施態様１に記載の器具。
【００９９】
（１１）  器具であって、
（ｉ）患者の器官及び（ｉｉ）組織又は細胞培養物のうちの１つに結合された電極のアレイの複数の各々の電極を使用して、複数の信号を取得するように構成されたデータ取得回路であって、前記データ取得回路が、擬似ランダムビットシーケンス発生器及び変調器を備え、前記擬似ランダムビットシーケンス発生器が、前記変調器を駆動するように構成され、それによって前記信号を同時に取得し、前記信号取得回路のフロントエンドのフリッカノイズを抑制する、データ取得回路と、
プロセッサと、を備え、前記プロセッサは、
前記アレイ内の前記電極の相対位置の関数として定義される、混合ノルムの定義を保持し、
前記複数の信号を空間領域及び時間領域で併せて圧縮し、
信号エネルギーを考慮するリカバリアルゴリズムにおいて前記混合ノルムを使用して前記複数の信号を再生するように、構成されている、器具。
（１２）  方法であって、
（ｉ）患者の器官及び（ｉｉ）組織又は細胞培養物のうちの１つに結合された電極のアレイの複数の各々の電極を使用して、複数の信号を取得することと、
前記アレイ内の前記電極の相対位置の関数として定義される、混合ノルムの定義を保持することと、
前記混合ノルムを最小化する圧縮センシング（ＣＳ）プロセスにおいて、前記複数の信号を併せて圧縮することと、を含む、方法。
（１３）  前記信号が、心房電位図及び心室電位図のうちの１つである、実施態様１２に記載の方法。
（１４）  前記信号が脳波図である、実施態様１２に記載の方法。
（１５）  測定マトリックスφのスパース性及びインコヒーレンス性を増加させるように、各々の擬似ランダムシーケンスを前記信号に適用することを含み、前記複数の信号を併せて圧縮することは、増加した前記スパース性及びインコヒーレンス性を有する前記測定マトリックスφの前記混合ノルムを最小化することを含む、実施態様１２に記載の方法。
【０１００】
（１６）  前記擬似ランダムシーケンスが、前記擬似ランダムシーケンスを生成するための擬似ランダムバイナリノイズ（ＰＲＢＳ）シーケンスを含む、実施態様１５に記載の方法。
（１７）  前記擬似ランダムシーケンスが、前記擬似ランダムシーケンスを生成するためのウォルシュ・アダマール直交符号化（ＷＨＯＣ）シーケンスを含む、実施態様１５に記載の方法。
（１８）  前記入力信号をスペクトル拡散することを含む、実施態様１２に記載の方法。
（１９）  前記複数の信号を取得することが、単一のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して、前記複数の信号をデジタル信号に変換することを含む、実施態様１２に記載の方法。
（２０）  圧縮された前記信号を基地局に無線で送信することを含む、実施態様１２に記載の方法。
【０１０１】
（２１）  前記複数の信号を取得して併せて圧縮することが、複数の信号を取得して併せて圧縮するように構成されたデバイスを着用することを含む、実施態様１２に記載の方法。
【図１】
2020179172.tif 000010
【図２】
2020179172.tif 000011
【図３】
2020179172.tif 000012
【図４】
2020179172.tif 000013
【図５Ａ】
2020179172.tif 000014
【図５Ｂ】
2020179172.tif 000015
【図６Ａ】
2020179172.tif 000016
【図６Ｂ】
2020179172.tif 000017
【図７】
2020179172.tif 000018
【図８Ａ】
2020179172.tif 000019
【図８Ｂ】
2020179172.tif 000020
【外国語明細書】
2020179172000001.pdf