(57)【要約】  ＥＣＧ信号を読み取るとともに分析するコンピュータ方法及び装置は、被験者ＥＣＧ信号（１５）に対して複数の心臓状態検出器（１２）を適用することを含む。各検出器（１２）は、特定の心臓状態が被験者に存在する可能性のそれぞれの表示を生成する。検出器の表示から、異なる検出器の心臓状態の注釈を有するラチス（１１２）が形成される。ラチス（１１２）により、医療関係者は、ＥＣＧ信号データ（１５）を通してナビゲートし、このためＥＣＧ信号データ（１５）をより容易に読み取ることが可能になる。ラチス（１１２）は、被験者ＥＣＧ信号のインデックス付き又は注釈付きバージョンを有効に提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータが実行するステップを含み、ＥＣＧ信号を読み取るとともに分析する方法であって、前記コンピュータが実行するステップは、
被験者の被験者ＥＣＧ信号を受け取るステップと、
前記被験者ＥＣＧ信号に対して複数の心臓状態検出器を適用し、そこから、特定の心臓状態が前記被験者に存在する可能性の表示を生成するステップと、
前記生成された表示から注釈を有するラチスを形成するステップであって、前記ラチスにより、前記被験者ＥＣＧ信号を通してナビゲートすることが可能になる、ラチスを形成するステップと、
を含むことを特徴とするＥＣＧ信号を読み取るとともに分析する方法。
【請求項２】
前記被験者ＥＣＧ信号において検出される最も可能性の高い心臓状態を示すように、前記ラチスを詳細に検討するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＥＣＧ信号を読み取るとともに分析する方法。
【請求項３】
心臓状態のタイプ、或る心臓状態の可能性の閾値、或る心臓状態を示すＥＣＧ信号の時間長、心臓状態のシーケンス、及び心臓状態を示すＥＣＧ信号間の類似度のうちの任意の組合せを含むユーザが指定した基準に基づいて、前記ラチスを通る経路を決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＥＣＧ信号を読み取るとともに分析する方法。
【請求項４】
それぞれの関連する心臓状態を有する所定のラチスのデータベースを提供するステップと、
前記形成されたラチスを前記データベースにおけるラチスと比較するステップであって、それにより前記被験者の心臓状態を決定する、比較するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＥＣＧ信号を読み取るとともに分析する方法。
【請求項５】
前記ラチスを通る１つ又は複数の経路を強調表示するステップであって、それにより、前記ユーザに対し、前記被験者ＥＣＧ信号の焦点が合わされた且つ／又はフィルタリングされた表示が可能となる、強調表示するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＥＣＧ信号を読み取るとともに分析する方法。
【請求項６】
ＥＣＧ信号を読み取るとともに分析するコンピュータ装置であって、
被験者の被験者ＥＣＧ信号（１５）を受け取る入力部と、
複数の心臓状態検出器（１２）と、
前記入力部と前記複数の検出器（１２）との間に結合され、前記被験者ＥＣＧ信号（１５）に各検出器を適用し、そこから特定の心臓状態が前記被験者に存在する可能性の表示を生成するスコアリングモジュール（１１０）と
を備え、
前記スコアリングモジュール（１１０）は、前記生成された表示からラチス（１１２）を形成し、前記ラチス（１１２）は、前記被験者ＥＣＧ信号（１５）のインデックス付き表示又は注釈付き表示を提供し、それにより、前記被験者ＥＣＧ信号（１５）を通してナビゲートすることを可能にすることを特徴とするＥＣＧ信号を読み取るとともに分析するコンピュータ装置。
【請求項７】
前記被験者ＥＣＧ信号において検出された最も可能性の高い心臓状態を示すような前記ラチス（１１２）の詳細な検討を可能にするプロセス及びディスプレイエンジン（１１４）をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のＥＣＧ信号を読み取るとともに分析するコンピュータ装置。
【請求項８】
ユーザが指定した基準に基づいて前記ラチス（１１２）を通る経路を決定するプロセス及びディスプレイエンジン（１１４）をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のＥＣＧ信号を読み取るとともに分析するコンピュータ装置。
【請求項９】
それぞれの決定された心臓状態を有する事前定義されたラチス（３７）を格納するデータベース（３１）と、
前記形成されたラチス（１１２）を、前記データベース（３１）に格納された前記事前定義されたラチス（３７）と比較することにより、前記被験者の心臓状態を決定する問合せエンジン（３５）と、
をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のＥＣＧ信号を読み取るとともに分析するコンピュータ装置。
【請求項１０】
前記ユーザに対する、前記被験者ＥＣＧ信号（１５）の焦点が合わせられ且つ／又はフィルタリングされた表示を可能にするように、前記ラチス（１１２）を通る１つ又は複数の経路を強調表示するプロセス及びディスプレイエンジン（１１４）をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のＥＣＧ信号を読み取るとともに分析するコンピュータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータによってＥＣＧ信号を読み取り分析する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
心電図（ＥＣＧ又は時にＥＫＧ）は、世界中の心臓病専門医が広く使用する貴重な診断ツールである。ＥＣＧは、患者の胸部、手首及び足首に配置される小型電極（リード）を通して検出される心臓の電気的活動を記録する。医者の診察室における検査では、通常、１２個の電極から読み取り値を収集する場合があり、それには標準的には最長３０分ほどしかかからない。別法では、医者が患者にモニタ装置を渡し、患者はそれを家に持ち帰り１〜２日間装着する。この場合、通常、１本又は２本のリードのみからのデータが収集される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＥＣＧリードからのデータは、普通は紙に記録されるか又はモニタ装置のメモリに格納される。医者の診察室での検査の場合、比較的わずかなデータしかないため、医師又は看護士がプリントアウトされたものを手作業で調べる。家庭でモニタする場合もまた、ほとんどの場合手作業で調べられる。これは、２４時間分のデータに対しては実行可能であり得る。しかしながら、多くの心臓の異常は、一過性であり且つ頻繁ではなく、１週間に１回又はさらにはそれより低頻度でしか起こらない。これらの場合、何日間か又は何週間かのモニタリングが必要である場合があり、異常な状態を明らかにするために大量のデータが生成され、それらは、機械によるか又は訓練された専門家によって調べられなければならない。
【０００４】
このように、最新のＥＣＧ装置であっても、依然として、医者又は技術者が信号読み取り値をプリントアウトしそれを手作業で調べることに頼っている。これには、時間がかかるだけでなく、重要な症状が見逃されることになる可能性がある。さらに、ＥＣＧ装置によっては、信号の分析が、たとえば心搏数、細動検出等に限られる。
【０００５】
医者は、通常、ＥＣＧ信号の「興味ある」部分しか見たいと思わないか又は見ることを必要としない。本発明は、専門家がデータのすべてを手作業で調べる必要を軽減し、ＥＣＧ信号を通しての高速なナビゲーションを可能にする。さらに、本発明は、生成されたデータのすべてを手作業で調べることが実際的でない現行の技法とは対照的に、非常に長期間のＥＣＧデータの収集及び検討を実行可能にする。そして、これにより、非常に頻度の低い症状を示すがそれにもかかわらず深刻である心臓の異常を検出することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態において本発明に係る方法は、コンピュータが実行するステップを含み、ＥＣＧ信号を読み取るとともに分析する方法であって、コンピュータが実行するステップは、（ａ）被験者の被験者ＥＣＧ信号を受け取るステップと、（ｂ）被験者ＥＣＧ信号に対して複数の心臓状態検出器を適用し、そこから、特定の心臓状態が被験者に存在する可能性の表示を生成するステップと、（ｃ）生成された表示から注釈を有するラチスを形成するステップであって、ラチスにより、被験者ＥＣＧ信号を通してナビゲートすることが可能になる、ラチスを形成するステップとを含む。
【０００７】
本発明の上述した、且つ他の目的、特徴及び利点は、添付図面に例示されるような本発明の好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から明らかとなろう。図面において、種々の図を通して同様の参照符号は同じ部分を指す。図面は必ずしも一定比例尺度にはなっておらず、代りに、本発明の原理を例示することに重きが置かれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、専門家がデータのすべてを手作業で調べる必要を軽減し、被験者ＥＣＧ信号を通しての高速なナビゲーションを可能にする。概観として、本発明は、所定期間にわたる電圧からの被験者ＥＣＧ信号をシンボルの文字に変換する。各シンボルは、既知の心臓パターンに対応する。ＥＣＧ信号をシンボル表現に自動的に変換するために、ＥＣＧ文献で発表された多くのアルゴリズムが使用される。たとえば、心筋虚血、すなわち心筋が十分な酸素を受け取らない状態を検出するために、J. Garcia、S. Olmos及びP. Laguna著、「Automatic Detection of ST-T Complex Changes on the ECG Using Filtered RMS Difference Series: Application to Ambulatory Ischemia Monitoring」（IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol.47, No.9, September 2000）におけるアルゴリズムをＥＣＧ信号に適用することができる。
【０００９】
本発明では、検出器は、要求されるだけの数の心臓の状態に対して適用される。現在、心臓病専門医により、ＥＣＧから８０を越える症候群を検出することができる（Francis Morrus著「ABC of Clinical Electrocardiography」(BMJ Publishing Group, 01-2003, ISBN 0727915363) 並びにJenkings及びGerred著「ECGs by Example」（1997, IBSN 0443056978）参照）。これらの状態のうちの多数に対し、自動的にＥＣＧを分析し、その状態が時刻ｔにおいて存在するか否かについての２値「はい／いいえ」判断か、又はその信号を検出するアルゴリズムがどれくらい信頼できるかを記述する信頼度スコアを返すアルゴリズム（検出器）が発表されてきた。
【００１０】
本発明の目的は、異常な心臓状態を検出することではなく、専門家が大量のデータからそれらを発見するのを容易にすることである。このために、本発明は、ＥＣＧ信号にわたるラチスを構成し、データを通してのナビゲーションを支援するためにこのラチスを使用する。ラチスは、仮説の迷路を通る多くの可能な代替経路を示す有向グラフ（左から右へ）である。ラチスは、時点に対応するノード（点）と、ノード間の遷移に対応するアーク（線）とから構成される。
【００１１】
図１に、ＥＣＧ信号からラチスを構成する本発明のプロセス１１を示す。ステップは以下の通りである。まず、被験者ＥＣＧ信号１５が、窓掛けステップ１００によってチャンク２７（データセグメント）に分割される。各チャンク２７の長さは任意であるが、検出アルゴリズムがそのチャンクについて判断を行うことができるように十分長くなければならない。特徴抽出ステップ１０２は、チャンク２７の境界（すなわちチャンク長）を決定するのを支援する。特徴抽出の技法の例には、信号パターンの変化を検出すること、信号振幅全体の変化を検出すること、及びゼロ線交差の頻度の変化を検出することが含まれる。上で引用したFrancis Morrusによる「ABC of Clinical Electrocardiography」を参照されたい。チャンク２７はまた、時間的にオーバラップする可能性も高い。通常のチャンク長は、１５分間分のデータであってもよい。
【００１２】
ステップ１１０において、様々な心臓状態検出器１２（上述した）又は他の分類器が、各チャンクに適用される。各分類器／検出器１２が、入力ＥＣＧ信号が与えられるとそれぞれの特定の心臓状態を検出するよう割り当てられることが好ましい。各分類器／検出器１２は、出力において、その特定の心臓状態がチャンク２７に存在している可能性を記述する数字（たとえば、単に１又は０）か又はスコアを提供する。各検出器１２はまた、そのスコア結果の信頼度レベルか又は誤り率を生成してもよい。検出器１２の数値結果（スコア）を使用して、Ｎがチャンク２７の数でありＭが文字で表される心臓状態の数である場合、Ｎ×Ｍラチス１１２が構成される。文字は「正常」状態を含むことができる。同じ心臓状態に対して２つ以上の検出器１２が適用される場合、これらをラチス１１２に別々に含めるか、又は票決若しくは別の結合技法を使用して結合されたそれらのスコアとすることができる。
【００１３】
異なる分類器１２からのスコアを正規化し又は重み付けすることが必要な場合もあり、それによりそれらを互いに比較することができる。重み付けは経験的であってもよく、又は一般集団におけるそれらの状態若しくは患者の病歴によるその患者に特有の状態に関する予想を反映することができる。
【００１４】
好ましい一実施形態では、ラチス１１２は、最初、表されるべき被験者ＥＣＧ信号１５又はシーケンスのサンプル（チャンク２７）毎に１つのノードを含む。ノードは、時刻（又は順番）によってラベル付けされる。実際には、多くのノードを、情報を失うことなく関心のないものとして除去することができる。各ノードを時間的にそれに続くノードに連結する初期時間アークが作成される。アークは、明示的に表されることができ、又は暗黙のままであることも可能である。
【００１５】
被験者ＥＣＧ信号１５に対して複数の分類器又は特徴検出器１２を割り当てることにより、追加のアークが作成される。これらの分類器を、直列に実行することも並列に実行することも可能である。各分類器１２は、被験者信号１５のセグメント２７がその内部モデルと一致する時を判断する。一致した時、一致したセグメント２７に延びるアークが作成され、検出されたクラス又は特徴（たとえば、「心房細動」、「梗塞」、「虚血」等）でラベル付けされる。ラベルはまた、図１に示すように検出される特徴の信頼度のレベルを示してもよい（Ｐ＝０．ｘ）。したがって、ラベルは、医療専門家に対して役に立つ注釈としての役割を果たす。
【００１６】
ラチス１１２を通る各経路は、ＥＣＧ信号１５の代替セグメント化に対応する。時間軸又は他の時間の表示は、ラチス１１２と元のＥＣＧ信号１５との間の対応付けを可能にする。
【００１７】
次に、生成されたラチス１１２は、プロセス及びディスプレイエンジン１１４により、ＥＣＧ分析を支援する種々の方法で処理される。まず、ビタビアルゴリズムを使用して、ラチス１１２を通る「最良経路」が決定される。これにより、各チャンク２７に対し、正常を含む最も可能性の高い心臓状態が生成される。これを、たとえば医師が、状態Ａを示す可能性が高いすべてのチャンク（被験者ＥＣＧ信号１５のセグメント）を示すために使用することができる。頻繁には発生しない状態の場合、これにより、専門家は、特定の状態を示すＥＣＧ読み取り値１５の部分に対して迅速に「ズームする」（フィルタリングし焦点を合わせる）ことができる。
【００１８】
ラチス１１２にわたるビタビア探索の出力を、ＥＣＧ信号１５を視覚化するために使用することも可能である。ここで、文字で表される各心臓状態に対し異なる色が割り当てられ、各チャンク２７がより可能性の高い状態の色で示されるようにタイムラインが表示される。この場合もまた、これにより、専門家は、異常な心搏を示す領域に対してズームする（迅速に一見して分かる／表示する）ことができる。
【００１９】
ラチス１１２を、さらに多くの方法で処理してもよい。たとえば、最良経路を単に調べるのではなくより深く調べることにより、医師は、種々の極めて複雑な問合せをすることができる。たとえば、状態Ａの可能性（信頼度Ｐ値）がｘより大きく状態Ｂの可能性がｙより大きいチャンク２７をすべて表示するように要求することができる。又は、ｎ秒間、状態Ｃがｚより大きい可能性（Ｐ値）を有するチャンクを表示するように要求することができる。
【００２０】
考え得る別のタイプの探索は、イベントのシーケンスに対するものである。たとえば、医師は、状態Ａを探索し、次いで状態Ｂ及び状態Ｃを探索することができる。これは、ラチス１１２を通しての標準的なタイプの探索である。それを、特定のパターンがあるかラチスを通して調べることによって実行することができ、又はたとえば３つの状態シーケンスが一般に探索されることが既知である場合、可能な３つの状態シーケンスのすべての指標を構築し利用することができる。
【００２１】
完全なラチス１１２を使用して、データの別のタイプの有用な視覚化を構成してもよい。ここで、完全な格子は、２次元プロットとして表示され、各点の色は、その数が大きいか又は小さいかを反映する。たとえば、大きい数には赤を割り当て、小さい数には青を割り当てることができ、中間の数には、スペクトルの赤と青との間の色を割り当てる（又はその逆も可能）。ディスプレイは、チェッカーボードパターンに類似し、赤の部分及びオレンジの部分は、特定の状態が存在するか又は存在する可能性が高いことを示す。医師は、ここでもまた、この視覚化を使用して、初期ＥＣＧ信号１５の異常な部分にズームする（注意を集中する）ことができる。
【００２２】
さらに別の実施形態では、本発明のシステム１１は、２人以上の患者から収集されたＥＣＧ１５間の相関を調査するために使用される。ビタビアの最良経路か又は完全なラチス１１２を使用することができる。
【００２３】
上述したことを達成するために、プロセス及びディスプレイエンジン１１４は、ユーザが指定した基準に基づいて経路を選択し、経路を部分的に又は全体として分類し、色分けし、その表示を強調表示し、フィルタリングし、ズームする等の既知の技法を採用する。
【００２４】
また、医者は、自身が特定することができないＥＣＧ記録１５を有する場合、事前に記録された記録のラチスにおいてこれを探索してもよい。この例を、図２に示す。ここでは、問合せラチス１１２（図１のプロセス１１によって患者のＥＣＧ１５から形成される）が、ラチスのデータ記憶装置３１と比較され、最も近い対応物３３が返される。これらの対応物を、患者の年齢、病歴、体重等によってさらにフィルタリングしてもよい。最も近い対応物は、被験者である患者のＥＣＧ１５に対する初期診断又は予備診断を与える。
【００２５】
データ記憶装置３１を、先に生成されたラチス３７と、さまざまな患者のラチスを生成した対応するＥＣＧ３９とを保持するデータベースとして実現してもよい。そして、データベース管理システムの問合せエンジン３５は、入力として現患者（被験者）のラチス１１２（「問合せ」ラチス）を使用する。問合せエンジン３５は、入力された被験者ラチス１１２に最も一致する事前定義されたラチス３７を決定する。最も一致する事前定義されたラチス３７に関連する心臓状態は、被験者ＥＣＧ１５の分析を提供する。
【００２６】
さらに、ラチス１１２を生成する代りに、各ＥＣＧ信号１５を、「特徴」ベクトルに変換してもよい。ベクトルの各成分は、各チャンク２７に対する分類器１２の出力の合計又は別の組合せである。このため、時間情報は捨てられ、ＥＣＧ信号１５は、単純な形式（特徴ベクトル）で表される。これは、元のＥＣＧ信号１５の重要な部分に対するズームを可能にしないが、患者のＥＣＧ間の高速な比較を容易にし、診断を高速化する。
【００２７】
また、或る心臓状態の病歴がある患者によっては、永久的に異常なＥＣＧを有する場合もある（永久的な組織の損傷による）。これらの患者に対し、一般的な異常状態とは大幅に異なるＥＣＧ信号１５の部分のみを発見することが望ましい場合もある。この場合、本発明の装置１１により、専門家は、分類器１２の閾値及び設定を変更し、又はいくつかの分類器１２からの出力を完全に無視することができる。
【００２８】
最後に、この開示をインデックス付け／視覚化の目的を考慮して書いたが、さまざまな症候群の警報を発するために、ラチス１１２をリアルタイムに分析するプログラムを使用することができるということが明らかである。
【００２９】
図３ａ及び図３ｂに、本発明を具現化するコンピュータシステムを示す。ＥＣＧ装置４１は、患者（被験者）４３に接続される。ＥＣＧ装置４１からの読み取り値（信号）４５は、本発明を実行するコンピュータシステム４７に入力される（たとえば、ダウンロードされるか又は他の方法で送信される）。特に、コンピュータシステム４７は、（ｉ）被験者ＥＣＧ信号４５に対応するラチス１１２（ラベル、注釈等を含む）を構成し、（ｉｉ）医師が図１及び図２において上述したようにＥＣＧデータを通してナビゲートし且つより的を絞って（焦点を合わせて且つ／又はフィルタリングして）視覚化するのを支援するため、ラチス１１２の表示処理及び問合せを提供する。したがって、コンピュータシステム４７は、ＥＣＧ信号／データの読み取り及び分析を支援するツールとしての役割を果たす。
【００３０】
図３ｂに示すように、各コンピュータシステム４７はシステムバス７９を含むことが好ましく、バスは、コンピュータのコンポーネント間のデータ転送に使用される一組のハードウェアラインである。バス７９は、本質的に、要素間の情報の転送を可能にするコンピュータシステムの異なる要素（たとえば、プロセッサ、ディスク記憶装置、メモリ、入出力ポート、ネットワークポート等）を接続する共有コンジットである。システムバス７９には、さまざまな入出力デバイス（たとえば、ディスプレイ、プリンタ、スピーカ等）をコンピュータシステムに接続するためのＩ／Ｏデバイスインタフェース８２が接続される。被験者ＥＣＧ信号４５は、Ｉ／Ｏデバイスインタフェース８２を通して受け取られる。ネットワークインタフェース８６により、コンピュータシステムは、ネットワークに接続されたさまざまな他のデバイスに接続することができる。メモリ９０は、本発明の一実施形態を実行するために使用されるコンピュータソフトウェア命令（たとえば、プログラムルーチン９２及びデータ９４）のための揮発性記憶装置を提供する。プログラムルーチン９２は、たとえば図１及び図２の発明プロセス１１、心臓検出器／分類器１２及び問合せエンジン３５並びにデータベースサブシステムを含む。データ９４は、格納されたラチス３７及び関連するＥＣＧ信号３９のコーパス３１を含む。ディスク記憶装置９５は、本発明の一実施形態を実行するために使用されるコンピュータソフトウェア命令及びデータのための不揮発性記憶装置を提供する。システムバス７９には中央処理装置８４もまた接続されており、これは、コンピュータ命令を実行する。
【００３１】
ネットワークインタフェース８６により、発明プログラム（ルーチン）１１を、ネットワーク（たとえば、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク又はグローバルネットワーク）からダウンロードし又はネットワークにアップロードすることができる。Ｉ／Ｏデバイスインタフェース８２により、発明プロセス１１を、ディスク又は他のコンピュータ読取可能媒体（ＣＤ−ＲＯＭ等）によりコンピュータ間で移植することができる。コンピュータ間におけるプロセス１１の全体として又は一部としての他の伝送は、当業者の範囲内にある。したがって、発明プロセス１１を、独立型のコンピュータで実行してもよく、複数のコンピュータネットワークにわたって分配してもよく、又はクライアントサーバ方式で又は他の構成で実行してもよい。
【００３２】
本発明を、特に、その好ましい実施形態に関して示すとともに説明したが、当業者には、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態及び詳細においてさまざまな変更を行ってもよいということが理解されよう。
【００３３】
たとえば、本発明を、人間又は他の被験物に適用してもよい。また、再び述べると、本発明は、ＥＣＧ信号（読み取り値）をインデックス付けし又は注釈する方法及びシステムを提供する。生成されたラチス１１２のラベルは、心臓状態の表示と検出された状態の信頼度のレベルとを提供する。これらのラベル（ラチス１１２）を有する（重ねられるか又は他の方法で関係付けられる）ＥＣＧ信号は、医師、ユーザに対し、ＥＣＧのインデックス付き又は注釈付きバージョンを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のラチス構成の概略図である。
【図２】図１のラチス構成を利用する例示的な問合せの概略図である。
【図３ａ】本発明を採用するコンピュータシステムの概略図である。
【図３ｂ】本発明を採用するコンピュータシステムのブロック図である。
【図１】
2007531580.tif 000003
【図２】
2007531580.tif 000004
【図３ａ】
2007531580.tif 000005
【図３ｂ】
2007531580.tif 000006
【国際調査報告】
2007531580.tif 000007
2007531580.tif 000008