(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視される対象から得られるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を決定する装置であって、
対象に付けられるそれぞれ電極リード線ＩＩ、Ｖ４及びＶ５により取得されるＥＣＧデータの第１、第２及び第３のセットを受信するよう構成される受信ユニットと、
ＱＲＳ群がＥＣＧデータの個別のセットにおける所定の時間ウィンドウにおいて発生するか否かを検出するため、前記ＥＣＧデータの第１、第２及び第３のセットを評価するよう構成される検出ユニットと、
前記ＥＣＧデータの第１、第２及び第３のセットの少なくとも２つにおいてＱＲＳ群が前記所定の時間ウィンドウにおいて検出された場合、前記所定の時間ウィンドウにおけるＱＲＳ群の発生を示すメッセージを出力するよう構成される出力部とを有する、装置。
【請求項２】
前記ＥＣＧデータの個別のセットの参照標準偏差に対する前記ＥＣＧデータの個別のセットにおけるＮ個の連続波形の標準偏差の比率を算出することにより、又は前記ＥＣＧデータの個別のセットの参照ＳＮＲに対する前記ＥＣＧデータの個別のセットにおけるＮ個の連続波形のＳＮＲの比率を算出することにより、前記ＥＣＧデータの第１、第２及び第３のセットの各々に対するそれぞれ第１、第２及び第３の信号品質値Ｖを得るよう構成される算出ユニットであって、前記ＥＣＧデータの個別のセットの前記参照標準偏差及び前記参照ＳＮＲが、前運動段階でそれぞれ電極リード線ＩＩ、Ｖ４及びＶ５により取得されるＥＣＧデータの第１、第２及び第３のセットから事前に決定される、算出ユニットと、
前記第１、第２及び第３の信号品質値Ｖのいずれかが所定の閾値より大きいとき、警告メッセージを出力するよう構成されるインターフェースユニットとを更に有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ＥＣＧデータの個別のセットにおけるＮ個の連続波形の標準偏差が、前記Ｎ個の連続波形の分散の二乗根であり、前記ＥＣＧデータの個別のセットの参照標準偏差は、前記前運動段階で得られる前記対象の前記ＥＣＧデータの個別のセットにおける平均標準偏差であり、
前記ＥＣＧデータの個別のセットにおけるＮ個の連続波形のＳＮＲが、前記Ｎ連続波形の０．０５Ｈｚから１００Ｈｚまでの総エネルギーに対する、前記Ｎ個の連続波形の５Ｈｚから４０Ｈｚまでの総エネルギーの比率を算出することにより得られ、前記ＥＣＧデータの個別のセットの参照ＳＮＲは、前記前運動段階で得られる前記対象の前記ＥＣＧデータの個別のセットにおける平均ＳＮＲである、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記所定の時間ウィンドウが、８０ｍｓとして選択される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
監視される対象から得られるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を検出する装置であって、
前記対象に付けられるそれぞれ標準１２電極リード線により取得されるＥＣＧデータの第１から１２のセットを受信するよう構成される受信ユニットと、
ＱＲＳ群が前記ＥＣＧデータの個別のセットにおける所定の時間ウィンドウにおいて発生するか否かを検出するため、前記ＥＣＧデータの第１から１２のセットを評価するよう構成される検出ユニットと、
前記ＥＣＧデータの個別のセットの参照標準偏差に対する前記ＥＣＧデータの個別のセットにおけるＮ個の連続波形の標準偏差の比率を算出することにより、又は前記ＥＣＧデータの個別のセットの参照ＳＮＲに対する前記ＥＣＧデータの個別のセットにおけるＮ個の連続波形のＳＮＲの比率を算出することにより、前記ＥＣＧデータの第１から１２のセットの各々に対するそれぞれ第１から１２の信号品質値Ｖを得るよう構成される算出ユニットであって、前記ＥＣＧデータの個別のセットの前記参照標準偏差及び前記参照ＳＮＲが、前運動段階でそれぞれ標準１２電極リード線により取得されるＥＣＧデータの第１から１２のセットから事前に決定される、算出ユニットと、
前記第１から１２の信号品質値Ｖを比較し、前記ＥＣＧデータの第１から１２のセットの中で信号品質値Ｖが最小となるＥＣＧデータのセットを３つ決定するよう構成される比較ユニットと、
前記ＥＣＧデータの決定された３セットの少なくとも２つにおいてＱＲＳ群が前記所定の時間ウィンドウにおいて検出された場合、所定の時間ウィンドウにおけるＱＲＳ群の発生を示すメッセージを出力するよう構成される出力部とを有する、装置。
【請求項６】
前記第１から１２の信号品質値Ｖの１つが所定の閾値より大きいとき、警告メッセージを出力するよう構成されるインターフェースユニットを更に有する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
ＥＣＧ監視システムであって、
対象に付けられる標準１２電極リード線から生のＥＣＧデータを取得及び前処理するよう構成されるＥＣＧ信号取得ユニットと、
前記ＥＣＧ信号取得ユニットからの前記前処理されたデータを処理し、ＱＲＳ群情報及び他のＥＣＧ特徴情報を含むＥＣＧレポートを得るよう構成されるＥＣＧ信号処理ユニットであって、請求項１乃至６の任意の一項に記載の装置を含む、ＥＣＧ信号処理ユニットと、
前記ＥＣＧレポートを表示する又は印刷することにより、前記ＥＣＧレポートを出力するよう構成される出力ユニットと、
前記ＥＣＧ信号取得ユニットからの前記前処理されたデータ及び前記ＥＣＧレポートを格納するよう構成される記憶ユニットとを有する、ＥＣＧ監視システム。
【請求項８】
前記ＥＣＧ信号処理ユニットが、
前記ＥＣＧデータにおけるベース周波数要素及びハーモニック要素を特定するよう構成される電力線周波数分析ユニットと、
前記ＥＣＧデータにおける低周波及び高周波ノイズをフィルタリングするよう構成される帯域通過フィルタリングユニットと、
前記電力線周波数分析ユニットの識別結果に基づき、電力線干渉の効果をフィルタリングするよう構成されるＡＣフィルタリングユニットと、
他のＥＣＧ特徴情報を得るよう構成される取得ユニットとを更に有する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
監視される対象から得られるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を決定する方法において、
前記対象に付けられる電極リード線ＩＩ及びＶ４及びＶ５により取得されるＥＣＧデータの第１、第２及び第３のセットを受信するステップと、
ＱＲＳ群が前記ＥＣＧデータの個別のセットにおける所定の時間ウィンドウにおいて発生するか否かを検出するため、前記ＥＣＧデータの第１、第２及び第３のセットを評価するステップと、
前記ＥＣＧデータの第１、第２及び第３のセットの少なくとも２つにおいてＱＲＳ群が前記所定の時間ウィンドウにおいて検出された場合、前記所定の時間ウィンドウにおけるＱＲＳ群の発生を示すメッセージを出力するステップとを有する、方法。
【請求項１０】
前記ＥＣＧデータの個別のセットの参照標準偏差に対する前記ＥＣＧデータの個別のセットにおけるＮ個の連続波形の標準偏差の比率を算出することにより、又は前記ＥＣＧデータの個別のセットの参照ＳＮＲに対する前記ＥＣＧデータの個別のセットにおけるＮ個の連続波形のＳＮＲの比率を算出することにより、前記ＥＣＧデータの第１、第２及び第３のセットの各々に対するそれぞれ第１、第２及び第３の信号品質値Ｖを得るステップであって、前記ＥＣＧデータの個別のセットの前記参照標準偏差及び前記参照ＳＮＲが、前運動段階でそれぞれ電極リード線ＩＩ、Ｖ４及びＶ５により取得されるＥＣＧデータの第１、第２及び第３のセットから事前に決定される、ステップと、
前記第１、第２及び第３の信号品質値Ｖのいずれかが所定の閾値より大きいとき、警告メッセージを出力するステップとを更に有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
監視される対象から得られるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を検出する方法において、
前記対象に付けられるそれぞれ標準１２電極リード線により取得されるＥＣＧデータの第１から１２のセットを受信するステップと、
ＱＲＳ群が前記ＥＣＧデータの個別のセットにおける所定の時間ウィンドウにおいて発生するか否かを検出するため、前記ＥＣＧデータの第１から１２のセットを評価するステップと、
前記ＥＣＧデータの個別のセットの参照標準偏差に対する前記ＥＣＧデータの個別のセットにおけるＮ個の連続波形の標準偏差の比率を算出することにより、又は前記ＥＣＧデータの個別のセットの参照ＳＮＲに対する前記ＥＣＧデータの個別のセットにおけるＮ個の連続波形のＳＮＲの比率を算出することにより、前記ＥＣＧデータの第１から１２のセットの各々に対するそれぞれ第１から１２の信号品質値Ｖを得るステップであって、前記ＥＣＧデータの個別のセットの前記参照標準偏差及び前記参照ＳＮＲが、前運動段階でそれぞれ標準１２電極リード線により取得されるＥＣＧデータの第１から１２のセットから事前に決定される、ステップと、
前記第１から１２の信号品質値Ｖを比較し、前記ＥＣＧデータの第１から１２のセットの中で信号品質値Ｖが最小となるＥＣＧデータのセットを３つ決定するステップと、
前記ＥＣＧデータの決定された３セットの少なくとも２つにおいてＱＲＳ群が前記所定の時間ウィンドウにおいて検出された場合、所定の時間ウィンドウにおけるＱＲＳ群の発生を示すメッセージを出力するステップとを有する、方法。
【請求項１２】
前記第１から１２の信号品質値Ｖの１つが所定の閾値より大きいとき、警告メッセージを出力するステップを更に有する、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＣＧモニタリングに関し、より詳細には、監視される対象から取得されるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を決定する装置及び方法、並びにこれを利用するＥＣＧ監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、心電図（ＥＣＧ）は、臨床診療において最も一般に使用されるツールの１つである。なぜなら、それが、心臓の異常なリズムを測定及び診断する方法であるからであり、例えば心拍タコメータ及び不整脈監視装置といった多くの臨床器具の基本的な部分だからである。
【０００３】
典型的なＥＣＧ波形は、心房性減極を示すＰ波、心室減極を示すＱＲＳ群、心室再分極化を示すＴ波及びいくつかのケースにおいて再分極化の拡張を示す可能性があるＵ波から成る。ＥＣＧの支配的な活動は通常、例えば不整脈監視システム、ＥＣＧストレス試験システム、心拍動記録器といった医学器具を用いて、リアルタイムにおけるＱＲＳ群に関連する。ＥＣＧのＱＲＳ群の正確な検出は、例えば、不整脈監視システムといったすべての臨床応用にとって重要であり、かなりの偽陰性及び偽陽性レートが誤ったＱＲＳ検出から生じる可能性がある。
【０００４】
ここ数年にわたり、パワースペクトル分析、帯域通過フィルタリング、分化、テンプレートマッチング及び波形特徴依存のリアルタイム技術を含むＱＲＳ群を検出するための多くの技術が開発された。サンプルのダイバーシティ及び複雑さは、正確なＱＲＳ検出の問題点を決定する。しかしながら、従来のリアルタイム検出アルゴリズムは、検出の精度に関して、まだあまり満足できるものではない。
【０００５】
従来は、実際的な用途において、ＱＲＳ検出に使用される装置は通常、見かけの群特徴を含む電極リード線、例えば、標準的な肢リード線の１つである米国心臓協会（ＡＨＡ）により推奨される標準的な１２電極のリード線ＩＩを選択する。いくつかの場合、グローバル検出技術が使用される。例えば、垂直リード線ＩＩ、ａＶＦ及びＶ５が、検出信頼性を保証するため一緒に使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ストレス試験システムにおいて、電極リード線に作用する急速に増加する筋肉活動及び機械的な力は通常、認識できない波形をもたらす過剰な筋肉ノイズを導く。これらの不都合なランダムなアーチファクトは、ＱＲＳ検出の精度を劣化させる。
【０００７】
ＱＲＳ検出に関する従来の技術の欠点が、図１から明らかに理解されることができる。これは、カリフォルニア州Newport BeachのHoag Hospitalで行われるストレス試験システムにおける患者のケースを示す。ＥＣＧデータの高周波、低周波及びＡＣノイズは、いくつかの前処理フィルタリング技術により除去された。上から下へ、図１における４つの波形は、それぞれ、選択されたリード線ＩＩ、ａＶＦ及びＶ５に基づかれるグローバル検出技術；リード線ＩＩだけ用いる検出；リード線ａＶＦだけ用いる検出；及びリード線Ｖ５だけ用いる検出による、拍動検出である。
【０００８】
グローバル検出技術を用いるとしても、ＱＲＳ検出は、十分に正確ではなく、いくつかの重要な波形特徴、例えばリード線ＩＩ、ａＶＦにおけるＰＶＣ状の広がったＱＲＳ群が失われる場合があることがはっきり示される。
【０００９】
従って、ＱＲＳ検出に関する従来の技術の欠点により、特にストレス試験システムにおいて、改良された検出精度でＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を決定する改良された方法及び装置を提供する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このため、本発明の発明者らは、多数の臨床調査及び試験を行い、ＱＲＳ群検出に関する２つの新規な態様を発見した。これは、対象のＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群のリアルタイム検出精度を改善する。
【００１１】
特に、例えばリード線ＩＩといった１つのリード線を使用する代わりに、又は、従来の装置におけるグローバル検出としてリード線ＩＩ、ａＶＦ及びＶ５を使用する代わりに、ＱＲＳ検出に関して提案される装置の１つのタイプは、電極リード線ＩＩ、Ｖ４及びＶ５により得られるＥＣＧデータを使用する。なぜなら、発明者らは、これらの３つのリード線が、心室活動の正確な観察に関してより適切であるだけでなく、ピーク値検出に関して互いに相補的であることを発見したからである。従って、３つのリード線の組合せは、特にＰＶＣ、ＬＢＢＢ、ＲＢＢＢ又は他の患者のケースに関して、異常なＱＲＳ群に対する検出感度を改善する。
【００１２】
従って、本発明の側面によれば、監視される対象から得られるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を決定する装置が提案され、この装置は、対象に付けられるそれぞれ電極リード線ＩＩ、Ｖ４及びＶ５により取得されるＥＣＧデータの第１、第２及び第３のセットを受信するよう構成される受信ユニットと、ＱＲＳ群がＥＣＧデータの個別のセットにおける所定の時間ウィンドウにおいて発生するか否かを検出するため、上記ＥＣＧデータの第１、第２及び第３のセットを評価するよう構成される検出ユニットと、上記ＥＣＧデータの第１、第２及び第３のセットの少なくとも２つにおいてＱＲＳ群が上記所定の時間ウィンドウにおいて検出された場合、上記所定の時間ウィンドウにおけるＱＲＳ群の発生を示すメッセージを出力するよう構成される出力部とを有する。
【００１３】
こうして、ＱＲＳ群の発生が、より正確に決定されることができる。ＱＲＳ群が検出されるときの精度の増加は、リードＩＩを単独で用いて得られる、又はグローバル検出としてリードＩＩ、ａＶＦ及びＶ５により得られるＥＣＧデータを利用する従来の態様と比較して、ＥＣＧデータが改善されることを可能にする。従って、本発明の装置からのＱＲＳ検出結果に基づかれる、臨床診断に関してＥＣＧ監視システムにより出力される最終的なＥＣＧレポートは、より正確である。
【００１４】
更に、本実施形態において、ＱＲＳ検出に関して使用される３つのリード線ＩＩ、Ｖ４及びＶ５が、従来のグローバル検出技術において使用されるリード線と異なるだけでなく、本実施形態におけるＱＲＳ群の発生の決定は多数決基準に基づかれる。これにより、３つのリード線の１つだけが異常な状況が原因でＱＲＳ群を検出する場合、ＱＲＳ群の発生の誤った決定を回避することが可能にされ、真のＱＲＳ群の発生の間違った決定を回避することが可能にされる。従って、それは、ＱＲＳ検出に関する精度を更に改善することができる。
【００１５】
更に、ＱＲＳ検出に関する装置の別のタイプとして、本発明の発明者は、有望なリード線として最も適切なリード線を選択するために信号品質推定技術を利用することが、スマートな態様で検出精度を拡張することができることを発見した。
【００１６】
従って、本発明の別の側面によれば、監視される対象から得られるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を検出する装置が提案され、この装置は、
上記対象に付けられるそれぞれ標準１２電極リード線により取得されるＥＣＧデータの第１〜１２のセットを受信するよう構成される受信ユニットと、
ＱＲＳ群が上記ＥＣＧデータの個別のセットにおける所定の時間ウィンドウにおいて発生するか否かを検出するため、上記ＥＣＧデータの第１〜１２のセットを評価するよう構成される検出ユニットと、
上記ＥＣＧデータの個別のセットの参照標準偏差に対する上記ＥＣＧデータの個別のセットにおけるＮ個の連続波形の標準偏差の比率を算出することにより、又は上記ＥＣＧデータの個別のセットの参照ＳＮＲに対する上記ＥＣＧデータの個別のセットにおけるＮ個の連続波形の信号エネルギー比率（ＳＮＲ）の比率を算出することにより、上記ＥＣＧデータの第１〜１２のセットの各々に対するそれぞれ第１〜１２の信号品質値Ｖを得るよう構成される算出ユニットであって、上記ＥＣＧデータの個別のセットの上記参照標準偏差及び上記参照ＳＮＲが、前運動段階でそれぞれ標準１２電極リード線により取得されるＥＣＧデータの第１〜１２のセットから事前に決定される、算出ユニットと、
上記第１〜１２の信号品質値Ｖを比較し、上記ＥＣＧデータの第１〜１２のセットの中で信号品質値Ｖが最小となるＥＣＧデータのセットを３つ決定するよう構成される比較ユニットと、
上記ＥＣＧデータの決定された３セットの少なくとも２つにおいてＱＲＳ群が上記所定の時間ウィンドウにおいて検出された場合、所定の時間ウィンドウにおけるＱＲＳ群の発生を示すメッセージを出力するよう構成される出力部とを有する。
【００１７】
上記から分かるように、３つの電極リード線が、固定的に選択されず、リード線により得られるＥＣＧデータの信号品質に基づき選択されるという点で、第２のタイプの装置は第１のタイプと異なる。理論的な観点からは、第２のタイプの装置の性能は、適合的な特徴によりが第１のタイプより良好である。しかしながら、実用的なアプリケーションにおける複雑さの点からは、検出精度及び複雑さ要件の間の妥協を考慮すると、第１のタイプの装置がより適切である。
【００１８】
同様に、本実施形態において、ＱＲＳ検出に関して使用される３つのリード線が、信号品質に基づき選択され、従来のグローバル検出技術において使用されるものと異なるだけでなく、本実施形態におけるＱＲＳ群の発生の決定は、多数決基準に基づかれる。これにより、３つのリード線の１つだけが異常な状況によりＱＲＳ群を検出する場合、ＱＲＳ群の発生の誤った決定を回避することが可能にされ、真のＱＲＳ群の発生の誤った決定を回避することが可能にされる。従って、それは、ＱＲＳ検出精度を更に改善することができる。
【００１９】
本発明の２つの装置の性能は、カリフォルニア州Newport BeachのHoag Hospitalでのボランティアケース及び患者ケースに関する臨床検査により検証された。約２８,９６０心拍を使用して解析したときの総エラーレートは０．１９パーセントであり、ＱＲＳ検出に関する本発明の装置の感度は、９９．８１パーセントである。
【００２０】
更に、両方の提案された装置において、第２のソリューションにおいて利用されるスマートな選択目的の他に、収集されたＥＣＧデータの許容できない信号品質が注意又は処理を必要とすることを臨床医に示す良好なインジケータである警告メッセージを起動させるのに、信号品質推定技術が用いられることもできる。
【００２１】
こうして、臨床スタッフは、満足できるものではないＥＣＧデータが収集されたことを適時に通知されることができ、彼らは、これがリード線及び対象の間の接触の損失が原因か、又は、他の理由が原因かをタイムリにチェックすることができる。
【００２２】
本発明の更に別の態様によれば、ＥＣＧ監視システムが更に提案され、これは、対象に付けられる標準１２電極リード線から生のＥＣＧデータを得て、これを前処理するよう構成されるＥＣＧ信号取得ユニットと、上記ＥＣＧ信号取得ユニットからの上記前処理されたデータを処理し、ＱＲＳ群情報及び他のＥＣＧ特徴情報を含むＥＣＧレポートを得るよう構成されるＥＣＧ信号処理ユニットであって、監視される対象から取得されるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を検出する上述された２つの装置のいずれか１つのタイプを含む、ＥＣＧ信号処理ユニットと、上記ＥＣＧレポートを表示する又は印刷することにより、上記ＥＣＧレポートを出力するよう構成される出力ユニットと、上記ＥＣＧ信号取得ユニットからの上記前処理されたデータ及び上記ＥＣＧレポートを格納するよう構成される記憶ユニットとを有する。
【００２３】
上述したように、ＱＲＳ群の発生はより正確に決定されることができ、これに従って、ＱＲＳ群が検出されるときの改良された精度が、リードＩＩを単独で用いて得られる、又はグローバル検出としてリードＩＩ、ａＶＦ及びＶ５により得られるＥＣＧデータを利用する従来の態様と比較して、ＥＣＧデータが改善されることを可能にするので、本発明の装置からのＱＲＳ検出の結果に基づき生成され、臨床診断に関するＥＣＧ監視システムにより出力される最終的なＥＣＧレポートは、ＱＲＳ検出に関して従来の装置を利用してＥＣＧ監視システムにより出力されるＥＣＧレポートと比較してより正確である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】カリフォルニア州Newport BeachのHoag Hospitalで行われるストレス試験システムにおける患者のケースを示す図である。
【図２】ＥＣＧ監視システムのブロック図である。
【図３】図２のＥＣＧ監視システムに含まれるＥＣＧ信号処理ユニットの詳細な構造を示す図である。
【図４】本発明の実施形態によるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を決定する装置のブロック図である。
【図５】本実施形態によるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を決定する方法のフローチャートを示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態によるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を決定する装置のブロック図である。
【図７】本実施形態によるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を決定する方法のフローチャートを示す図である。
【図８】本発明の装置がＥＣＧ監視システムにおいて利用されるときの性能改善を示す図である。
【図９】本発明の装置がＥＣＧ監視システムにおいて利用されるときの性能改善を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本開示のさまざまな側面及び特徴が、以下により詳細に表される。本発明のこれらの及び他の態様が、以下に説明される実施形態より明らとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。
【００２６】
本発明が、以下、実施形態及び図面を参照し、これらを組み合わせてより詳細に記載及び説明される。
【００２７】
図面における同じ参照符号は、類似する又は対応する特徴及び／又は機能を示す。
【００２８】
本発明は、特定の実施形態及び特定の図面を参照して説明されることになるが、本発明はそれらに限定されるものではなく、添付された請求項によってのみ定まるものである。記載された図面は、概略的なものに過ぎず非限定的なものである。図面において、幾つかの要素の大きさが誇張されている場合があり、説明目的のため実際のスケール通りに描かれていない場合がある。
【００２９】
図２は、ＥＣＧ監視システム２０のブロック図を示す。これは、ＥＣＧ信号取得ユニット２１、ＥＣＧ信号処理ユニット２２及び出力ユニット２３を含む。
【００３０】
図２に示されるように、皮膚の表面を通り心臓の電気的活動を集めるため、米国心臓協会（ＡＨＡ）により推奨される複数の電極リード線、例えば１２リード線が、対象、例えば患者に同時に適用され、付けられる。ＥＣＧ信号取得ユニット２１は通常、電極リード線を使用することにより体から収集された電気信号の前処理、例えば増幅及びデジタル化を実行する。
【００３１】
システム２０はストレージユニット２４を更に有し、ＥＣＧ信号取得ユニット２１からの前処理されたＥＣＧデータは、ストレージユニット２４にデジタル的に格納され、ＥＣＧ信号処理ユニット２２に出力されることができる。そこでは、ＱＲＳ群及び他のＥＣＧ特徴情報を生成するため、前処理されたＥＣＧ信号が、適切なフィルタリング、支配的な活動識別、特徴分析及び測定により処理されることができる。これは最終的に、出力ユニット２３によりＥＣＧリズム／自己レポートにおいて、表示又は印刷される。
【００３２】
図３は、図２のＥＣＧ監視システム２０に含まれるＥＣＧ信号処理ユニット２２の詳細な構造を示す。
【００３３】
図３に示されるように、監視される対象から得られるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を決定する装置２２４及び他のＥＣＧ特徴情報を得る取得ユニット２２５に加えて、ＥＣＧ信号処理ユニット２２は更に、データが装置２２４及び取得ユニット２２５に入力される前に、前処理されたＥＣＧデータのノイズを減らす複数のユニットを有することができる。
【００３４】
当業者により理解されることができるようにこの理由は、生体信号が相当な量のノイズを含む場合があるからである。このノイズは通常、例えばトレッドミル運動及び自転車エルゴメータ試験といった特にエルゴメトリック試験の間に、拍動分析、分類及び臨床診断に関する劣化された及びさらには許容できない信号品質を生じさせる。ＥＣＧにおけるアーチファクトは、例えば、低周波ノイズ及び高周波ノイズといった異なる種類の特性を持つ。別の視点から、アーチファクトは、固定された周波数特性を持つアーチファクト及びランダム特性を持つアーチファクトに分類されることができる。
【００３５】
従って、これらのノイズを減らすために、ＥＣＧ信号処理ユニット２２は、電力線周波数分析ユニット２２１、ＥＣＧデータにおける低周波及び高周波ノイズをフィルタリングするよう構成される帯域通過フィルタリングユニット２２２、及び電力線周波数分析ユニット２２１の識別結果に基づき電力線干渉の効果をフィルタリングするよう構成されるＡＣフィルタリングユニット２２３を更に有することができる。
【００３６】
従来技術において知られるように、電力線干渉は通常、５０／６０Ｈｚでの固定された周波数を持つアーチファクトとして分類されるが、環境条件が、定常状態を破壊する、又は更には調和要素をもたらす場合がある。従って、電力線周波数分析ユニット２２１は、電力線干渉の副作用を軽減するため、ＡＣフィルタリングユニット２２３に関するベース周波数要素及び対応する調和要素の存在を識別するために利用される。帯域通過フィルタリングユニット２２２は、低周波及び高周波ノイズを減らすための従来のツールを提供する。異なる用途要件によれば、重要なＥＣＧ信号情報を含む推奨された帯域幅が考慮されることができる。例えば、若者に関しては、０．０５Ｈｚから１５０Ｈｚまでの範囲であり、小児症例に関しては２５０Ｈｚまでの帯域幅が必要とされる。ＥＣＧ信号が帯域通過フィルタリング及びＡＣフィルタリング段を通過した後、その信号対ノイズ比は増加する。これは、ＱＲＳ検出に関する装置２２４の全体の感度及び他のＥＣＧ特徴情報を得る取得ユニット２２５の性能を明確に改善する。
【００３７】
以下に、ＥＣＧにおけるＱＲＳ群検出の精度を改善する本発明による２つのタイプの装置２２４が、提案され、図面と共に詳細に説明される。
【００３８】
図４は、本発明の実施形態によるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を決定する装置２２４のブロック図である。以下、装置２２４の詳細が、図５に関連して説明される。これは、本実施形態に基づかれる装置２２４により実行される方法５０のフローチャートを示す。
【００３９】
図４から分かるように、本実施形態の装置２２４は、受信ユニット４１、検出ユニット４２及び出力部４３を有する。
【００４０】
第一に、本実施形態の装置２２４の受信ユニット４１は、対象に付けられる標準的な１２電極リード線によりそれぞれ得られるＥＣＧデータの１２のセットのうち、電極リード線ＩＩ、Ｖ４及びＶ５によりそれぞれ得られる３セットのＥＣＧデータを受信する（図５のフローチャートにおけるステップ５１）。
【００４１】
例えば、受信ユニット４１は、電極リード線ＩＩにより得られるＥＣＧデータの第１のセット、電極リード線Ｖ４により得られるＥＣＧデータの第２のセット及び更に電極リード線Ｖ５により得られるＥＣＧデータの第３のセットを受信する。図３に示されるように、ある実施形態において、ＡＣフィルタリングユニット２２３からのフィルタリングされたＥＣＧデータが、装置２２４の入力として使用されることができる。その結果、ＱＲＳ群検出の精度は、生のＥＣＧデータが使用されるケースと比較して改善されることができる。
【００４２】
次に、検出ユニット４２は、ＱＲＳ群がＥＣＧデータの個別のセットにおける所定の時間ウィンドウにおいて発生するかを検出するため、ＥＣＧデータの第１、第２及び第３のセットを評価する（図５におけるステップ５２）。ある実施形態において、所定の時間ウィンドウは、８０ｍｓと選択されることができる。これは、対象の特定の状況に基づき調整されることができる。
【００４３】
詳細には、検出ユニット４２は、ＱＲＳ検出器を利用して、３つのリード線の各々からフィルタリングされたデータを検出することができる。この後、所定の時間ウィンドウが、検出されたＱＲＳ群に対して適用されることができる。所定の時間ウィンドウにおいて、ＱＲＳ群を成功裏に検出した少なくとも２つのリード線がある場合、装置の出力部４３は、所定の時間ウィンドウにおけるＱＲＳ群の発生を示すメッセージを出力することができる（図５におけるステップ５３）。
【００４４】
こうして、装置２２４は、検出されたＱＲＳ拍動の信頼性を確定することができ、更にこれに従って拍動位置を決定することができる。
【００４５】
この実施形態において、ＱＲＳ検出の従来の態様とは異なり、肢及び胸部リード線ＩＩ、Ｖ４及びＶ５は、動的な拍動識別のための有望なリード線として選択される。これらの３つのリード線は、心室活動の正確な観察に関して一層適切であるだけでなく、それらは、ピーク値検出に関して互いに相補的である。従って、３つのリード線の組合せは、特にＰＶＣ、ＬＢＢＢ、ＲＢＢＢ又は他の患者のケースに対する異常なＱＲＳ群の検出に関する感度を改善する。
【００４６】
更に、本発明において、ＱＲＳ検出に関して使用される３つのリード線が従来のグローバル検出技術において使用されるものと異なるだけでなく、ＱＲＳ群の発生の決定は、多数決基準に基づかれる。こうして、３つのリード線の１つだけが異常な状況によるＱＲＳ群を検出する場合、ＱＲＳ群の発生の誤った決定を回避することが可能にされる。従って、それは、ＱＲＳ検出の精度を更に改善することができる。
【００４７】
図４に示されるように、オプションで、装置２２４は、ＥＣＧデータの第１、第２及び第３のセットの各々に関するそれぞれ第１、第２及び第３の信号品質値Ｖを得るように構成される算出ユニット４４を更に有することができる。
【００４８】
ＡＣフィルタリングされたデータ及び検出されたＱＲＳ群位置情報は、算出ユニット４４に平行して提供される。このユニットは、統計的な信号品質評価を実行する。
【００４９】
特に、ある実施形態において、算出ユニット４４はまず、ＥＣＧデータの個別のセットにおいて、Ｎ個の連続波形の標準偏差を算出することができる。同様に、ＥＣＧデータの個別のセットの参照標準偏差は、ＥＣＧデータの第１、第２及び第３のセットからそれぞれ事前に決定される。これらのデータはそれぞれ、例えば対象が休息状態にある間といった前運動段階において、電極リード線ＩＩ、Ｖ４及びＶ５により取得される。その結果、参照標準偏差が、各リード線により取得されるＥＣＧデータの正常な状態を表し、正常な状態における現実の検査の間に得られるＥＣＧデータの変動を決定する基礎として使用される。
【００５０】
ＥＣＧデータの個別のセットのこの標準偏差及び参照標準偏差を用いると、各セットに関する信号品質値が、ＥＣＧデータの個別のセットの参照標準偏差に対するＥＣＧデータの個別のセットにおけるＮ個の連続波形の標準偏差の比率を算出することにより得られることができる（図５におけるステップ５４）。
【００５１】
当業者により容易に理解されるように、取得されたＥＣＧデータの標準偏差がその信号品質値を算出するために用いられることができるが、これに限定されるものではない。例えば、取得されたＥＣＧデータの分散が、信号品質値を得るために用いられることもできる。
【００５２】
更に、信号品質推定の別の例は、ＥＣＧスペクトル分析を使用することにより実現されることができる。なぜなら、臨床応用に関する標準的なＥＣＧ信号は通常、０．０５〜１００Ｈｚの範囲の帯域幅を持ち、ＱＲＳ群のエネルギーは、５〜４０Ｈｚの範囲にあるからである。従って、信号エネルギー比率（ＳＮＲ）は、以下の
0005933138.tif 000002
のように算出されることができる。
【００５３】
同様に、ＳＮＲ参照値は、前運動段階又は学習モードの間の平均分散を用いて決定されることができる。最終的に、得られたＳＮＲ及び参照ＳＮＲを用いて、ＳＮＲ比率は、
0005933138.tif 000003
に基づき決定されることができる。
【００５４】
装置２２４は、インターフェースユニット４５を更に有することができる。このユニットは、第１、第２及び第３の信号品質値Ｖの１つが所定の閾値より大きいとき、警告メッセージを出力する（図５におけるステップ５５）。
【００５５】
こうして、臨床スタッフは、満足できるものではないＥＣＧデータが収集されたことを適時に通知されることができ、彼らは、これがリード線及び対象の間の接触の損失が原因か、又は、他の理由が原因かをタイムリにチェックすることができる。
【００５６】
図６は、本発明の別の実施形態によるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を決定する装置２２４のブロック図である。
【００５７】
以下に、装置２２４の詳細が、図７と共に説明される。この図は、本実施形態によるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を決定する方法７０のフローチャートを示す。
【００５８】
図６から分かるように、本実施形態によるＥＣＧデータにおけるＱＲＳ群の発生を決定する装置２２４は、受信ユニット６１、検出ユニット６２、算出ユニット６３、比較ユニット６４及び出力部６５を有する。
【００５９】
第１に、受信ユニット６１は、それぞれ標準的な１２電極リード線により得られるＥＣＧデータの第１から第１２のセットを受信する（図７のフローチャートにおけるステップ７１）。
【００６０】
次で、図５におけるステップ５２と同様、検出ユニット６２は、ＱＲＳ群がＥＣＧデータの個別のセットにおける所定の時間ウィンドウにおいて発生するかどうかを検出するため、ＥＣＧデータの第１〜１２のセットを評価する（図７のフローチャートにおけるステップ７２）。
【００６１】
次に、算出ユニット６３は、ＥＣＧデータの第１〜１２のセットの各々に関して、それぞれ第１〜１２の信号品質値Ｖを得る（図７のフローチャートにおけるステップ７３）。信号品質値を得るステップは、図５のステップ５４と一緒に説明されたのと類似するので、その詳細な説明は、簡潔さのため本書において省略される。
【００６２】
第１〜１２の信号品質値が得られた後、比較ユニット６４は、第１〜１２の信号品質値Ｖを互いに比較し、信号品質値Ｖが、ＥＣＧデータの第１〜１２のセットにおいて最小であるＥＣＧデータの３つのセットを決定する（図７のフローチャートにおけるステップ７４）。
【００６３】
言い換えると、比率値に基づき、最も少ない比率を持つ３つのリード線が、ＱＲＳ検出に関して有望なリード線として選択される。同様に、ＥＣＧデータの決定された３セットの少なくとも２つにおいて、ＱＲＳ群が所定の時間ウィンドウ内に検出された場合、出力部６５は、所定の時間ウィンドウにおけるＱＲＳ群の発生を示すメッセージを出力する（図７のフローチャートにおけるステップ７５）。その結果、装置２２４は、検出された拍動の信頼性を確定し、その後更にこれに従って拍動位置を決定することができる。
【００６４】
言い換えると、ＱＲＳ検出に関して使用される電極リード線が、固定的に選択されず、リード線により得られるＥＣＧデータの信号品質値に基づき選択されるという点で、図６に示される装置２２４は、図４に示される装置とは異なる。理論的な観点から、この種の装置２２４の性能は、適合的特徴によって最初のタイプより良好である。しかしながら、実際的な用途における複雑さの視点から、第１のタイプの装置がより適している。なぜなら、それは、そのアルゴリズムに関しては非常に簡単だからである。
【００６５】
同様に、オプションの要素として、図６に示される装置２２４は、インターフェースユニット６６を更に有することができる。このユニットは、第１〜１２の信号品質値Ｖの１つが所定の閾値より大きいとき、警告メッセージを出力するよう構成される（図７のフローチャートにおけるステップ７６）。
【００６６】
こうして、臨床スタッフは、満足できるものではないＥＣＧデータが収集されたことを適時に通知されることができ、彼らは、これがリード線及び対象の間の接触の損失が原因か、又は、他の理由が原因かをタイムリにチェックすることができる。
【００６７】
図８及び９は、例えばリード線ＩＩ、Ｖ４及びＶ５がＱＲＳ群検出に関するリード線として選択されるときの本発明の性能改善を示す。これは、カリフォルニア州Newport BeachのHoag Hospitalでのボランティアケース及び患者ケースに関する臨床検査により検証される。
【００６８】
図８及び図９において、上から下へと、選択されたリード線ＩＩ、Ｖ４及びＶ５に基づかれる改良された拍動検出；リード線ＩＩだけにおけるＲ検出；リード線Ｖ４だけにおけるＲ検出；リード線Ｖ５だけにおけるＲ検出が示される。
【００６９】
図８及び図９から、本発明による装置を使用することにより、リード線ＩＩにおいて誤って検出される拍動が回避されることができ（図８）、同時に、失われる現実の拍動が検出されることができる（図８及び図９）ことがわかる。ＱＲＳ拍動検出に関する固定されたリード線としてリード線ＩＩ、ａＶＦ及びＶ５を使用する従来の態様と比較して、本発明による信号品質依存識別子（図１及び図９参照）が利用されるとき、失われるＰＶＣ状の拍動が検出されることができる。
【００７０】
表１は、Hoag Hospitalで集められる臨床データを用いることにより、本発明による装置の評価を更に示す。ＥＣＧ信号は、1秒につき１０００のサンプルでサンプリングされ、最下位ビットにつき５μＶの振幅分解能である。対象は、２４から８２歳の間である。試験は、４つの運動段階及び回復段階をカバーした。その期間は、対象の状態に基づき、３１２から１０９１分の間で変化する。合計２８，９６０の拍動を視覚的に分析することにより、実現された検出誤差は０．１９パーセントである。本発明による拍動識別子の感度は９９．８１パーセントである。
【００７１】
表１：対象の検証。Hoagからの２３の患者のデータ。
【表１】
0005933138.tif 000004
【００７２】
従来技術から知られるように、本発明は、トレッドミル運動及びエルゴメータ運動システムを含む特にストレス試験システムにおける心電図（「ＥＣＧ」）での支配的な電気的活動、即ち、ＱＲＳ群に関する検出精度を改善することに向けられるが、本発明は、ＥＣＧ分析、ホルターテープ分析及びリアルタイム患者モニタリングを行う医学システムにおいて使用されることもできる。
【００７３】
本発明に示される方法のステップは、限定的な意味で考慮されない点に留意されたい。なぜなら、他のステップも可能だからである。請求項に記載される本発明のさまざまな側面が、これらの特定の詳細から逸脱する他の例において実践されることができることは、当業者には明らかであろう。
【００７４】
更に、当業者により容易に理解されることができるように、複数の手段を列挙する装置クレームにおいて、これらの手段のいくつかは、ハードウェアの１つの同じアイテムにより実現されることができる。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを意味するものではない。
【００７５】
上述された実施形態は本発明を限定するものではなく、説明するものであり、当業者であれば、添付された請求項の範囲から逸脱することなく、代替的な実施形態をデザインすることができることになることに留意されたい。請求項において、括弧内に配置されるいかなる参照符号も請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。「有する」という語は、請求項又は明細書にリストされない要素又はステップの存在を除外するものではない。ある要素に先行する「ａ」又は「ａｎ」という語は、斯かる要素が複数存在することを除外するものではない。複数のユニットを列挙するシステムクレームにおいて、これらのユニットの複数が、ソフトウェア及び／又はハードウェアの１つの同じアイテムにより実現されることができる。第１、第２及び第３等の用語の使用は、何らかの順序を示すものではない。これらの語は、ラベルとして解釈されるものである。
【図１】
0005933138.tif 000005
【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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