(57)【要約】本発明は、細動や頻脈などのような心臓不整脈を診断するための心臓不整脈の診断方法及びその診断装置を開示する。本発明の心臓不整脈の診断方法は、（ａ）心臓の寸法を測定する段階と、（ｂ）心臓の電気波動の周波数を測定する段階と、（ｃ）心臓の電気波動の伝導速度を測定する段階と、（ｄ）（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）段階で測定された値を用いて心臓が不整脈であるか否かを判断する段階と、を有する。本発明によれば、無次元数を用いて不整脈を起こす竜巻発生現象を予測し診断することによって、不整脈による死亡又は脳死の可能性がある患者をスクリーニングし、そのような患者らの死亡率を画期的に低下させることができるようになる。【選択図】図７
2013520275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）心臓の寸法を測定する段階と、
（ｂ）前記心臓の電気波動の周波数を測定する段階と、
（ｃ）前記心臓の電気波動の伝導速度を測定する段階と、
（ｄ）前記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）段階で測定された値を用いて前記心臓が不整脈であるか否かを判断する段階と、を有することを特徴とする心臓不整脈の診断方法。
【請求項２】
前記（ｄ）段階では、前記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）段階で測定された値を処理して無次元化し、前記無次元化により得られた無次元数を用いて前記心臓が不整脈であるか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の心臓不整脈の診断方法。
【請求項３】
前記無次元数は、下記式８により演算されることを特徴とする請求項２に記載の心臓不整脈の診断方法；
［式８］
2013520275.tif 000016
前記式８において、Ｓｈは無次元数であり、ｆは心臓電気波動の周波数であり、Ｌは心臓の寸法であり、ＣＶは心臓電気波動の伝導速度である。
【請求項４】
前記（ｄ）段階で、前記無次元数Ｓｈが予め設定された基準値以上であれば、前記心臓が不整脈であると判断することを特徴とする請求項３に記載の心臓不整脈の診断方法。
【請求項５】
前記心臓の電気波動の周波数は、心電図測定装置で測定されたＥＣＧ信号を用いて測定され、
前記心臓の電気波動の伝導速度は、心電図測定装置で測定されたＥＣＧ信号又は心電図測定装置で測定されたＥＣＧ信号及び心臓の寸法を用いて測定されることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の心臓不整脈の診断方法。
【請求項６】
前記心臓の寸法は、下記式４により演算され、
前記心臓電気波動の周波数は、下記式５により演算され、
前記心臓の電気波動の伝導速度は、下記式６又は７により演算されることを特徴とする請求項５に記載の心臓不整脈の診断方法；
［式４］
2013520275.tif 000017
［式５］
2013520275.tif 000018
［式６］
2013520275.tif 000019
［式７］
2013520275.tif 000020
前記式４〜７において、ｌ又はＶは心臓超音波装置で測定された心臓の寸法又は心臓超音波装置で測定された心臓の体積であり、ＲＲ  ｉｎｔｅｒｖａｌは心電図測定装置で測定されたＥＣＧ信号に含まれているＲ波とＲ波間の時間間隔であり、ＱＲＳ及びＲＳはそれぞれ心電図測定装置で測定されたＥＣＧ信号に含まれているＱＲＳの間隔及びＲＳの間隔であり、Ｐは心電図測定装置で測定されたＥＣＧ信号に含まれているＰ波の幅であり、式６及び７はそれぞれ心室及び心房に対して適用される。
【請求項７】
前記心臓の寸法は、下記式４により演算され、
前記心臓電気波動の周波数は、下記式５により演算され、
前記心臓の電気波動の伝導速度は、下記式６又は７により演算され、
［式４］
2013520275.tif 000021
［式５］
2013520275.tif 000022
［式６］
2013520275.tif 000023
［式７］
2013520275.tif 000024
（前記式４〜７において、ｌ又はＶは心臓超音波装置で測定された心臓の寸法又は心臓超音波装置で測定された心臓の体積であり、ＲＲ  ｉｎｔｅｒｖａｌは心電図測定装置で測定されたＥＣＧ信号に含まれているＲ波とＲ波間の時間間隔であり、ＱＲＳ及びＲＳはそれぞれ心電図測定装置で測定されたＥＣＧ信号に含まれているＱＲＳの間隔及びＲＳの間隔であり、Ｐは心電図測定装置で測定されたＥＣＧ信号に含まれているＰ波の幅であり、式６及び７はそれぞれ心室及び心房に対して適用される）、
前記無次元数Ｓｈが８００〜１２００より大きければ、前記心臓が不整脈であると判断することを特徴とする請求項３に記載の心臓不整脈の診断方法。
【請求項８】
心臓の寸法を測定する第１測定部と、
前記心臓の電気波動の周波数を測定する第２測定部と、
前記心臓の電気波動の伝導速度を測定する第３測定部と、
前記第１測定部、第２測定部及び第３測定部で測定された値に基づいて前記心臓が不整脈であるか否かを判断する判断部と、を備えることを特徴とする心臓不整脈診断装置。
【請求項９】
外部装置とのデータ通信のためのインターフェース部と、
前記インターフェース部を通じて入力された心臓の寸法、前記心臓の電気波動の周波数及び前記心臓の電気波動の伝導速度に基づいて前記心臓が不整脈であるか否かを判断する判断部と、を備えることを特徴とする心臓不整脈診断装置。
【請求項１０】
前記判断部は、前記心臓の寸法、心臓の電気波動の周波数及び心臓の電気波動の伝導速度を処理して無次元数を演算し、前記演算された無次元数を用いて前記心臓が不整脈であるか否かを判断することを特徴とする請求項８又は９に記載の心臓不整脈診断装置。
【請求項１１】
前記無次元数は、下記式８により演算されることを特徴とする請求項１０に記載の心臓不整脈診断装置；
［式８］
2013520275.tif 000025
前記式８において、Ｓｈは無次元数であり、ｆは心臓電気波動の周波数であり、Ｌは心臓の寸法であり、ＣＶは心臓電気波動の伝導速度である。
【請求項１２】
前記判断部は、前記無次元数Ｓｈが予め設定された基準値以上であれば、前記心臓が不整脈であると判断することを特徴とする請求項１１に記載の心臓不整脈診断装置。
【請求項１３】
前記心臓の電気波動の周波数は、ＥＣＧ信号を用いて測定され、
前記心臓の電気波動の伝導速度は、ＥＣＧ信号又はＥＣＧ信号及び心臓の寸法を共に用いて測定されることを特徴とする請求項１１に記載の心臓不整脈診断装置。
【請求項１４】
前記心臓の寸法は、下記式４により演算され、
前記心臓電気波動の周波数は、下記式５により演算され、
前記心臓の電気波動の伝導速度は、下記式６又は７により演算されることを特徴とする請求項１３に記載の心臓不整脈診断装置；
［式４］
2013520275.tif 000026
［式５］
2013520275.tif 000027
［式６］
2013520275.tif 000028
［式７］
2013520275.tif 000029
前記式４〜７において、ｌ又はＶは心臓の寸法又は心臓の体積であり、ＲＲ  ｉｎｔｅｒｖａｌはＥＣＧ信号に含まれているＲ波とＲ波間の時間間隔であり、ＱＲＳ及びＲＳはそれぞれＥＣＧ信号に含まれているＱＲＳの間隔及びＲＳの間隔であり、ＰはＥＣＧ信号に含まれているＰ波の幅であり、式６及び７はそれぞれ心室及び心房に対して適用される。
【請求項１５】
前記判断部は、前記無次元数Ｓｈが８００〜１２００より大きければ、前記心臓が不整脈であると判断することを特徴とする請求項１４に記載の心臓不整脈診断装置。
【請求項１６】
心臓の寸法を測定する第１測定部と、
前記心臓を測定してＥＣＧ信号を出力する第２測定部と、
前記ＥＣＧ信号を用いて前記心臓の電気波動の周波数を演算し、前記ＥＣＧ信号を用いるか、前記ＥＣＧ信号及び心臓の寸法を共に用いて前記心臓の電気波動の伝導速度を演算し、前記心臓の寸法、心臓の電気波動の周波数及び心臓の電気波動の伝導速度に基づいて前記心臓が不整脈であるか否かを判断する判断部と、を備えることを特徴とする心臓不整脈診断装置。
【請求項１７】
外部装置とのデータ通信のためのインターフェース部と、
前記インターフェース部を通じて入力された心臓のＥＣＧ信号を用いて前記心臓の電気波動の周波数を演算し、前記インターフェース部を通じて入力された前記ＥＣＧ信号を用いるか、前記ＥＣＧ信号及び心臓の寸法を共に用いて前記心臓の電気波動の伝導速度を演算し、前記心臓の寸法、心臓の電気波動の周波数及び心臓の電気波動の伝導速度に基づいて前記心臓が不整脈であるか否かを判断する判断部と、を備えることを特徴とする心臓不整脈診断装置。
【請求項１８】
前記判断部は、前記心臓の寸法、心臓の電気波動の周波数及び心臓の電気波動の伝導速度を処理して無次元数を演算し、前記演算された無次元数を用いて前記心臓が不整脈であるか否かを判断することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の心臓不整脈診断装置。
【請求項１９】
前記無次元数は、下記式８により演算されることを特徴とする請求項１８に記載の心臓不整脈診断装置；
［式８］
2013520275.tif 000030
前記式８において、Ｓｈは無次元数であり、ｆは心臓電気波動の周波数であり、Ｌは心臓の寸法であり、ＣＶは心臓電気波動の伝導速度である。
【請求項２０】
前記判断部は、前記無次元数Ｓｈが予め設定された基準値以上であれば、前記心臓が不整脈であると判断することを特徴とする請求項１９に記載の心臓不整脈診断装置。
【請求項２１】
前記心臓電気波動の周波数は、下記式５により演算され、
前記心臓の電気波動の伝導速度は、下記式６又は７により演算されることを特徴とする請求項１９に記載の心臓不整脈診断装置；
［式５］
2013520275.tif 000031
［式６］
2013520275.tif 000032
［式７］
2013520275.tif 000033
前記式５〜７において、ＲＲ  ｉｎｔｅｒｖａｌは前記ＥＣＧ信号に含まれているＲ波とＲ波間の時間間隔であり、ＱＲＳ及びＲＳはそれぞれ前記ＥＣＧ信号に含まれているＱＲＳの間隔及びＲＳの間隔であり、Ｐは前記ＥＣＧ信号に含まれているＰ波の幅であり、式６及び７はそれぞれ心室及び心房に対して適用される。
【請求項２２】
前記判断部は、前記無次元数Ｓｈが８００〜１２００より大きければ、前記心臓が不整脈であると判断することを特徴とする請求項２１に記載の心臓不整脈診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心臓不整脈の診断方法及びその診断装置に関し、より詳細には、細動や頻脈などのような心臓不整脈を診断するための心臓不整脈の診断方法及びその診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
心臓の血液拍出活動は、心臓の収縮と拡張の繰り返しによりなされる。このとき、心臓の収縮は心筋細胞に加えられる電気的刺激及びこれによる電気的興奮現象により発生する。心臓細胞に電気的興奮が起きれば、細胞内カルシウム濃度が変化し、これは細胞内にある収縮機構を稼働させて機械的な収縮現象を発生させる。心臓には、このような電気刺激を生成する刺激生成組織（ｐａｃｅｍａｋｅｒ）と刺激伝導組織（心筋細胞）がある。刺激生成組織で規則的に１分間で６０〜１００回の電気刺激が生成され、この刺激が心筋細胞に正常に伝達されれば、心臓の収縮と拡張が繰り返されながら、血液が身体の各組織に供給される。
【０００３】
図１に示すように、心臓では電気刺激又は電気伝導が不規則であり、遅くなったり（徐脈）、速くなったり（頻脈）、或いは不規則に微かな動き（細動）が発生し得るが、これを不整脈という。現在としては、不整脈の診断方法がなく、心臓病患者の場合には不整脈である可能性が高いと推測する程度である。
不整脈の場合には大半が発病後に発見され、治療を行っているのが現状である。
【０００４】
現在、世界人口の０.７％が不整脈を患っており、毎年７２万人の不整脈患者が発生している。不整脈治療の市場は、米国だけで現在１８０億ドルを超えており、成長し続けている傾向にある。統計によれば、心臓病患者の約５５％が結局のところ、不整脈が原因となって死亡する。心臓が正常に血液を拍出して人体に循環させるためには必ず満さなければならない２つの条件がある。第一に、心臓細胞間には収縮時に同時性（ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を維持しなければならない。心臓細胞が何れも一斉に同時収縮しなければ、心臓内に入っている血液を強力な力で押し出せない。心臓が同時収縮するためには、心臓細胞の電気的興奮がほぼ同時に発生しなければならない。第二に、心室が収縮後に十分な休止期を有さなければならないということである。心室の収縮後、心室にある血液量は非常に少ないが、この状態で収縮する場合、非常に少量の血液のみ全身を循環し、必然的に組織における酸素が足りなくなる虚血現象をもたらす。
【０００５】
このような理由で心臓の収縮後には、ある程度十分な休止期を有し、肺から心臓に十分な血液が満たされなければならない。このためには、心臓細胞が電気的に興奮して収縮した後、十分な電気的休止期を有さなければならない。以上から考えると、正常な心臓機能の主要な前提条件は他ならぬ心臓細胞間の同時性と十分な休止期の存在である。不整脈には多様な種類があるが、命と関連して深刻なのは、主に心臓組織における竜巻現象によるものである。
【０００６】
心臓において１つの中心を持つ電気波動竜巻が発生して持続する場合には、心臓組織をなす心臓細胞が休止期なしに連続的に電気的興奮を起こすようになる。即ち、竜巻が発生する場合、心臓細胞が電気的な休止期なしに持続的に絶えず興奮し、これにより心臓拍動が非常に速くなるが、これを頻脈（ｔａｃｈｙｃａｒｄｉａ）という。そして、このような１つの電気波動竜巻が何らかの原因により複数の小さな竜巻に分けられるようになれば、心臓組織間の電気的興奮の同時性さえも維持できなくなる。これが他ならぬ心臓麻痺過程で発生する細動（ｆｉｂｒｉｌｌａｔｉｏｎ）現象である。この細動を即座に停止させなければ、直ちに死亡に至ってしまう。要約すれば、細動が発生すれば、心臓リズムが速くなり、休止期がなくなるのはもちろん、心臓細胞間の同時性が維持できなくなる。従って、血液を拍出できない状態となり、これが続く場合、即座に脳死現象及び死亡を招く。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これまで数多くの研究が進められたにも拘らず、未だにこのような心臓における竜巻の発生及び複数の竜巻に分けられる現象に対する診断の根拠はないのが現状である。特に現在、糖尿病、腎臓疾患、冠状動脈疾患、癌など多くの疾病を診断するための診断検査項目があるが、不整脈を診断し予測できる診断項目は皆無である。実際に、健常に見えるにも拘らず、深刻な不整脈にかかる反面、心臓が病的に大きくなっているにも拘らず、非常に健康な脈拍を持つ場合も多い。これは頻脈や細動などのような深刻な不整脈は、非常に不規則であり、予測し難いということを意味する。
【０００８】
従って、本発明は上記問題を解決するために導き出されたものであって、その目的は、無次元パラメータ（Ｎｏｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ）を用いて不整脈を起こす竜巻発生現象を予測し診断することによって、不整脈による死亡又は脳死の可能性がある患者をスクリーニングし、そのような患者らの死亡率を画期的に低下させることができる心臓不整脈の診断方法及びその診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明に係る心臓不整脈の診断方法は、（ａ）心臓の寸法を測定する段階と、（ｂ）心臓の電気波動の周波数を測定する段階と、（ｃ）心臓の電気波動の伝導速度を測定する段階と、（ｄ）（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）段階で測定された値を用いて心臓が不整脈であるか否かを判断する段階と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る心臓不整脈診断装置は、心臓の寸法を測定する第１測定部と、心臓の電気波動の周波数を測定する第２測定部と、心臓の電気波動の伝導速度を測定する第３測定部と、第１測定部、第２測定部及び第３測定部で測定された値に基づいて 心臓が不整脈であるか否かを判断する判断部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る心臓不整脈診断装置は、外部装置とのデータ通信のためのインターフェース部と、インターフェース部を通じて入力された心臓の寸法、心臓の電気波動の周波数及び心臓の電気波動の伝導速度に基づいて心臓が不整脈であるか否かを判断する判断部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る心臓不整脈診断装置は、心臓の寸法を測定する第１測定部と、心臓を測定してＥＣＧ信号を出力する第２測定部と、ＥＣＧ信号を用いて心臓の電気波動の周波数を演算し、ＥＣＧ信号を用いるか、ＥＣＧ信号及び心臓の寸法を共に用いて心臓の電気波動の伝導速度を演算し、心臓の寸法、心臓の電気波動の周波数及び心臓の電気波動の伝導速度に基づいて心臓が不整脈であるか否かを判断する判断部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る心臓不整脈診断装置は、外部装置とのデータ通信のためのインターフェース部と、インターフェース部を通じて入力された心臓のＥＣＧ信号を用いて心臓の電気波動の周波数を演算し、インターフェース部を通じて入力されたＥＣＧ信号を用いるか、ＥＣＧ信号及び心臓の寸法を共に用いて心臓の電気波動の伝導速度を演算し、心臓の寸法、心臓の電気波動の周波数及び心臓の電気波動の伝導速度に基づいて心臓が不整脈であるか否かを判断する判断部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、無次元数を用いて不整脈を起こす竜巻発生現象を予測し診断することによって、不整脈による死亡又は脳死の可能性がある患者をスクリーニングし、そのような患者らの死亡率を画期的に低下させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】不整脈で発見される頻脈及び細動現象を説明する図である。
【図２】心臓組織の２次元仮想心臓モデルにおけるＳ１波動に対するＳ２波動の影響を説明する図である。
【図３】２次元仮想心臓モデルにおいて［Ｓｈ］＝２００、４００、６００である場合に活動電圧の伝播傾向を時間の経過によって比較した図である。
【図４】２次元仮想心臓モデルにおいて［Ｓｈ］＝８００、１０００、２０００である場合に活動電圧の伝播傾向を時間の経過によって比較した図である。
【図５】不安定な細胞組織を有する２次元仮想心臓モデルにおいて［Ｓｈ］＝３００、８００、１０００である場合に活動電圧の伝播傾向を時間の経過によって比較した図である。
【図６】頻脈が発生する条件が印加され、同一の時間が経過した後の正常細胞モデル及び撹乱細胞モデルのイメージをそれぞれ対応するように示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る不整脈診断装置の概略的なブロック図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る不整脈診断装置の概略的なブロック図である。
【図９】本発明の更に他の実施形態に係る不整脈診断装置の概略的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る心臓不整脈の診断方法及びその診断装置の好適な一実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
無次元数の誘導
心臓組織において活動電圧（電気的興奮に対応する）の伝導現象を記述する支配方程式は、下記式１のように表される。式１は、心臓細胞の電気的活動状況を総合して組織レベルで電気的波動現象を記述する方程式である。
［式１］
2013520275.tif 000003
【００１８】
式１において、Ｖは心筋細胞の膜間電圧（ｍＶ）であり、Ｉｉｏｎは心筋細胞の膜間電流の和であって、単位面積当たりに流れる電流（ｐＡ／ｃｍ２）であり、Ｉｓｔｉｍは外部から与えられる刺激電流であり、Ｃｍは細胞膜のキャパシタ成分であって、単位面積当たりの容量（ｐＦ／ｃｍ２）であり、ρは細胞の抵抗率（Ωｃｍ）であり、Ｓは細胞の表面積に対する体積比（ｃｍ−１）であり、∇は空間導関数を示す記号である。式１の左項は、心室組織の特定位置における電気電圧の時間的変化を示す。右側の最初項は、組織をなす心臓細胞で発生する電気的興奮により発生する源泉項である。右側の２番目の項は、電気的波動の拡散項である。これは、非常に一般的な反応−拡散（ｒｅａｃｔｉｏｎ−ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）形式の偏微分方程式である。
【００１９】
また、Ｄは伝導係数であって、Ｄ＝１／（ρＳＣｍ）であり、これは電気伝導拡散係数を意味する。式１のような支配方程式において実質的な境界条件及び初期条件を付与して計算すれば、心臓での活動電圧の伝播現象を定量的に計算できる。式１において各項の主な次元はＶ／ｔ（速度／時間）である。
【００２０】
心臓組織における電気的波動の伝導を分析するためには、式１の方程式を下記式２のような無次元方程式に転換する。一般に、多数の変数に依存的な物理的現象を少数の複合的な変数の問題に縮小するためには無次元化が必要である。このような無次元化を通じて果してその現象がいかなる物理的系に単純化され得るかが分かる。即ち、偏微分方程式の式１を無次元化する場合、各項の係数として示される無次元数が他ならぬその方程式が記述する物理的現象を規定する代表的な変数となる。従って、心臓電気波動の伝導を記述する方程式においても、無次元化を通じて係数として無次元数が得られる。そして、この無次元数は、心臓電気波動の伝導という物理的現象の生成及び変移などを決定する非常に重要な判断の準拠になる。
【００２１】
一般的な無次元化の過程を式１に適用すれば、式２のような無次元方程式が得られ、Ｓｈという１つの無次元数が発見される。
［式２］
2013520275.tif 000004
【００２２】
式２において、
2013520275.tif 000005
により無次元化された変数である。
2013520275.tif 000006
は特性電圧であり、Ｌは心臓の特性長さ（心臓表面積の２乗根又は心臓体積の３乗根）であり、Ｔは特性時間であって、Ｌ／ｖで表され、ｖは活動電圧の伝導速度（ｃｍ／ｓ）である。従って、Ｔは電気的パルスが組織の大きさＬまで到達するのにかかる時間になる。
2013520275.tif 000007
は特性電流であって、
2013520275.tif 000008
で表される。ここで、ｌは単位心筋細胞の長さであり、Ａｓは心筋細胞の表面積であり、Ａは心筋細胞の断面積である。
【００２３】
式２において、無次元支配方程式のパラメータとしてはＳｈｉｍ数（ｎｕｍｂｅｒ）である［Ｓｈ］があり、Ｓｈｉｍ数は下記式３のように表される。
［式３］
2013520275.tif 000009
【００２４】
式３において、ｆは心臓電気波動の周波数であり、Ｌは心臓の寸法であって、特性長さを意味し、ＣＶは伝導速度であって、Ｄ／Ｌに定義される。
【００２５】
Ｓｈｉｍ数の物理的意味は、以下の通りである。
2013520275.tif 000010
【００２６】
Ｓｈｉｍ数が大きくなれば、波動の慣性が大きくなって竜巻が発生する確率が高くなり、Ｓｈｉｍ数が小さくなれば、電気波動が底辺に均等に広がろうとするため、方向性が低下し、これにより波動の安定性が高くなる。
【００２７】
無次元数の不整脈診断の活用方法
心臓電気波動の支配方程式が式１であり、これを無次元化する場合、無次元方程式である式２では無次元数［Ｓｈ］が誘導される。従って、心臓電気波動は根本的に無次元数［Ｓｈ］によって決定され、心臓病理的現象もこれに左右される。即ち、深刻な不整脈症状である頻脈、細動現象に対する危険度の予測及び診断に無次元数［Ｓｈ］が使用され得る。また、不整脈でない正常な場合であっても、心臓組織の電気波動の進行が正常であるかを予測し判断する根拠としても活用され得る。即ち、老化や肥満など多様な要因により発生する初期の肥大型心筋症の場合にも無次元数［Ｓｈ］の変化があり、これから心筋肥大などを逆推論することができる。そして、不整脈患者らの治療効果を定量化するのに使用され得る。即ち、治療或いは薬物の投与前後［Ｓｈ］を比較することで、該当患者が回復しているか否かを定量的に判断できるようになる。
【００２８】
臨床で患者固有の［Ｓｈ］を測定した後、心臓電気の伝播傾向を予測して結果として不整脈を診断できる。仮りに、心臓に病理的な現象がある場合、無次元数［Ｓｈ］が影響を受けるようになる。例えば、心臓病に伴う心筋肥大現象は病的な場合には電気的な伝導性が非常に低下するｆｉｂｒｏｂｌａｓｔという連結組織が多く発生する。従って、このような組織がある場合には不整脈の発生可能性が非常に高くなる。Ｓｈｉｍ数において伝導速度ｖが影響を及ぼすようになり、これによりこの数が変化する。即ち、不整脈の発生とＳｈｉｍ数は密接な関係がある。
【００２９】
Ｓｈｉｍ数において伝導速度及び拡散係数は、ＥＣＧ又はカテーテルの挿入方法などにより測定され得、組織の特性長さＬや細胞の特性長さｌはＣＴ、超音波などの映像装置又は電子顕微鏡写真の資料判読により決定できる。
【００３０】
コンピュータ・シミュレーションを通じた予備的な考察
ここでは、簡単に心臓表面組織を２次元的に単純化して説明する。もちろん、実際の心筋の場合、３次元的な特性と組織伝導性の異方性があるが、２次元的な分析も心臓病の分析のためのモデルとして普遍的に活用されている。本研究では、以下の参考文献に提示されたように、２次元的な組織を対象に分析を行った。ここで議論の焦点は、果して心臓組織でＳｈｉｍ数によって心筋組織上で頻脈や細動の形成が変化したかを分析することである。
【００３１】
＜参考文献＞
ｔｅｎ  Ｔｕｓｓｃｈｅｒ，Ｋ．Ｈ．，Ｄ．Ｎｏｂｌｅ，Ｐ．Ｊ．Ｎｏｂｌｅ，ａｎｄ  Ａ．Ｖ．Ｐａｎｆｉｌｏｖ，Ａ  ｍｏｄｅｌ  ｆｏｒ  ｈｕｍａｎ  ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ  ｔｉｓｓｕｅ．Ａｍ  Ｊ  Ｐｈｙｓｉｏｌ  Ｈｅａｒｔ  Ｃｉｒｃ  Ｐｈｙｓｉｏｌ，２００４．２８６（４）：ｐ．Ｈ１５７３−８９．
【００３２】
仮想心臓は、図２に示すように、四角形態でモデリングされる。平面波（ｐｌａｎａｒ ｗａｖｅ）であるＳ１波動が左側から右側へ伝導され、外部の撹乱によるＳ２波動が螺旋形状（ｒｅｎｔｒａｎｔ ｓｐｉｒａｌ ｗａｖｅ）でＳ１波動に影響を及ぼし、再分極波（ｒｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｗａｖｅ）を発生させる。
【００３３】
Ｓｈｉｍ数による２次元仮想心臓の伝導傾向は、図３〜図６に示されている。図３を参照すれば、［Ｓｈ］＝２００、４００及び６００である仮想心臓には、外部の撹乱による波動を印加して頻脈が発生しやすい条件を付与しても、一定時間が経過した後は外部の撹乱に伴う波動による影響が何れも無くなることが確認できる。
【００３４】
しかし、図４を参照すれば、［Ｓｈ］＝８００、１０００及び２０００である仮想心臓には、外部の撹乱による波動を印加して頻脈が発生しやすい条件を付与すれば、一定時間が経過しても、外部の撹乱に伴う波動による影響が無くならず、頻脈が発生することが確認できる。
【００３５】
図５を参照すれば、［Ｓｈ］＝３００、８００及び１０００であり、イオン電流の撹乱が加わった不安定な細胞（ｃｅｌｌｕｌａｒ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ）を有する仮想心臓には、外部の撹乱による波動の印加時に互いに異なる結果が得られる。即ち、［Ｓｈ］＝３００である仮想心臓は、９５０ｍｓの時間経過時に正常状態に復帰するが、［Ｓｈ］＝８００である仮想心臓は、１５０００ｍｓの時間が経過しても正常状態に復帰できず、頻脈が発生し、［Ｓｈ］＝１０００である仮想心臓では２０００ｍｓの時間経過時に頻脈が容易に誘導され、時間が更に経って２００００ｍｓの時間が経過すれば、より深刻な細動にまで進むことが分かる。このような結果は、他ならぬ患者固有のＳｈｉｍ数［Ｓｈ］を用いて不整脈の発生を予測できるということを示唆する。このようなシミュレーション結果を考えるとき、頻脈及び細動の生成及び維持に対する診断因子としてＳｈｉｍ数［Ｓｈ］が決定的であるということが分かる。
【００３６】
図６には、頻脈が発生する条件が印加され、同一の時間が経過した後の正常細胞モデル及び撹乱細胞モデルのイメージがそれぞれ対応するように示されている。図５を参照すれば、Ｓｈｉｍ数［Ｓｈ］が同一であっても、正常細胞モデルか、又は撹乱された細胞モデルかによって頻脈や細動の発生可能性が明確に変わることが確認できる。そして、Ｓｈｉｍ数が増加すれば増加するほど、頻脈や細動の発生可能性が高くなるということも分かる。参考までに、図３〜図６のイメージに示された色は細胞膜の電圧分布を示し、赤色が吸噴したことを示し、青色は休止期を示す。
【００３７】
前述したように、無次元数［Ｓｈ］は不整脈の診断に非常に重要なパラメータであり、以下では無次元数［Ｓｈ］を用いて不整脈を診断する装置及びその方法について説明する。
【００３８】
図７は、本発明の一実施形態に係る不整脈診断装置の概略的なブロック図であり、図８は、図７に示す不整脈診断装置を用いて不整脈を診断する過程を説明する順序図である。図７及び図８を参照すれば、本実施形態に係る心臓不整脈診断装置は、第１測定部１０と、第２測定部２０と、第３測定部３０と、格納部４０と、表示部５０と、判断部６０を備える。
【００３９】
第１測定部１０は、心臓の寸法Ｌを測定する。心臓の寸法Ｌは、電気波動が心臓を通る大体的な長さ経路の長さに該当し、心臓の大きさに比例する。このような心臓の寸法Ｌは、心臓の特性長さとも呼ばれる。
【００４０】
第１測定部１０は、心臓超音波装置と同一に構成されるか、心臓超音波装置と類似するように構成されて心臓の寸法を測定する。第１測定部１０は、心臓の寸法をそのまま測定することもでき、場合によっては、心臓の体積を測定できる。
【００４１】
第１測定部１０が心臓の体積を測定する場合には、心臓の寸法Ｌは式４のように測定された体積の３乗根により演算され、このような演算過程は、第１測定部１０によりなされる。
［式４］
2013520275.tif 000011
【００４２】
ここで、Ｌは心臓の寸法であり、ｌは第１測定部１０が測定した心臓の寸法又は心臓長さであり、Ｖは第１測定部１０が測定した心臓の体積である。
【００４３】
第２測定部２０は、心臓の電気波動の周波数ｆを測定する。第２測定部２０は、ＥＣＧ（ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ）信号を出力する心電図測定装置と同一に構成されるか、心電図測定装置と類似するように構成されて心臓電気波動の周波数を測定する。ＥＣＧ信号にはＲ波とＲ波間の時間間隔が含まれており、式５のように、このような時間間隔の逆数が他ならぬ心臓電気波動の周波数に該当する。そして、式５による演算は、第２測定部２０によりなされる。
［式５］
2013520275.tif 000012
【００４４】
ここで、ＲＲ  ｉｎｔｅｒｖａｌは、ＥＣＧ信号に含まれているＲ波とＲ波間の時間間隔である。
【００４５】
第３測定部３０は、心臓の電気波動の伝導速度ＣＶを測定する。心臓の電気波動の伝導速度は、ＥＣＧ信号又はＥＣＧ信号及び心臓の寸法を用いて以下の通り演算される。
【００４６】
まず、心室での電気波動の伝導速度を求める場合には、式６が活用される。
［式６］
2013520275.tif 000013
【００４７】
ここで、ＱＲＳ及びＲＳは、それぞれＥＣＧ信号に含まれているＱＲＳの間隔及びＲＳの間隔であり、ＣＶは心室での電気波動の伝導速度ＣＶである。
【００４８】
次に、心房での電気波動の伝導速度を求める場合には、式７が用いられる。
［式７］
2013520275.tif 000014
ここで、Ｌは心臓の寸法であり、ＰはＥＣＧ信号に含まれているＰ波の幅である。
【００４９】
第３測定部３０は、心臓超音波装置及び心電図測定装置の構成を何れも有するように構成されて測定されたＥＣＧ信号及び心臓の大きさを用いて心臓の電気波動の伝導速度を演算して出力するように構成される。
【００５０】
格納部４０には、不整脈か否かを判断するための基準値が格納される。基準値は、無次元数［Ｓｈ］との大小比較に用いられる。基準値は多様に設定され得るが、本実施形態では８００〜１２００の範囲又は８００〜１２００の範囲中の特定の値に設定される。そして、基準値はユーザにより変更されて格納されることが可能である。一方、基準値は、患者の年齢、性別、健康の良好度、食習慣、体重、身長など多様な因子によって変更され得る。
【００５１】
表示部５０は、不整脈診断装置の作動状態を示す。表示部５０は、ＬＣＤで構成され、無次元数［Ｓｈ］や不整脈か否かなどが表示され得る。また、表示部５０は、緑色ＬＥＤ又は赤色ＬＥＤで構成され、不整脈であると判断される時は赤色ＬＥＤが灯り、不整脈でないと判断される場合には、緑色ＬＥＤが発光するようにできる。
【００５２】
判断部６０は、第１測定部１０、第２測定部２０及び第３測定部３０から入力される心臓の寸法、心臓の電気波動の周波数及び心臓の電気波動の伝導速度に基づいて心臓が不整脈であるか否かを判断し、判断結果に対応する制御信号を表示部５０に出力する。
【００５３】
まず、判断部６０は、下記式８によって無次元数［Ｓｈ］を計算する。
［式８］
2013520275.tif 000015
ここで、［Ｓｈ］は無次元数であり、ｆは心臓電気波動の周波数であり、Ｌは心臓の寸法であり、ＣＶは心臓電気波動の伝導速度である。
【００５４】
その後、判断部６０は、計算された無次元数［Ｓｈ］が格納部４０に格納された基準値と比較して計算値となった［Ｓｈ］がより大きければ、心臓が不整脈であると判断し、そうでなければ、不整脈でないと判断する。そして、判断部６０は、判断結果に対応する制御信号を表示部に出力し、これにより、表示部５０には不整脈であるか否かが表示される。
【００５５】
図８には、本発明による他の実施形態に係る不整脈診断装置の概略的なブロック図が示されている。図８を参照すれば、本実施形態の不整脈診断装置において、第２測定部２０ａは心電図測定装置で構成され、これにより心臓の測定によるＥＣＧ信号を出力する。そして、第１測定部１０は、前記実施形態と同様に心臓の寸法を測定する。もちろん、心臓の寸法の代わりに、心臓の体積が測定され得、心臓の体積が測定される場合には、心臓の寸法は第１測定部１０の自体演算過程を通じて得られるか、判断部６０ａで演算されて得られる。
【００５６】
判断部６０ａは、心臓の大きさ及びＥＣＧ信号の入力を受け、これを用いて心臓の電気波動の周波数及び伝導速度を演算し、演算結果に基づいて無次元数［Ｓｈ］を演算する。そして、演算された結果を基準値と比較して不整脈であるか否かを判断する。
【００５７】
図９には、本発明に係る他の形態の心臓不整脈診断装置の概略的なブロック図が示されている。図９を参照すれば、本実施形態の心臓不整脈診断装置は、インターフェース部７０と、格納部４０と、表示部５０と、判断部６０ｂを備える。
【００５８】
インターフェース部７０は外部装置、即ち、心臓超音波装置及び心電図測定装置との有無線データ通信のために備えられる。心臓超音波装置で測定された心臓の寸法及び心電図測定装置で測定されたＥＣＧ信号（又はＥＣＧ信号上のＲＲ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ、ＱＲＳ間隔、ＲＳ間隔及びＰ波の幅）は、インターフェース部７０を通じて入力される。
【００５９】
判断部６０ｂは、前記実施形態と同様に、インターフェース部７０を通じて入力された値を用いて無次元数［Ｓｈ］を演算し、演算された［Ｓｈ］を格納部に格納された基準値と比較して不整脈であるか否かを判断する。そして、判断部６０は、判断結果が表示部に表示されるように制御信号を出力する。もちろん、場合によっては、インターフェース部７０を通じて心臓の大きさ、心臓の電気波動の周波数及び伝導速度が入力されるように構成することもできる。
【００６０】
以上、本発明を好適な実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の技術的思想内で当分野における通常の知識を有する者によって様々な多くの変形が可能であることは明らかである。
【図１】
2013520275.tif 000034
【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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【国際調査報告】
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