(57)【要約】  信号処理装置は信号を選別又はフィルタリングしてノイズを減らす。如何なるフィルタリングも、信号の有用な成分を除去してしまう可能性がある。信号処理のための装置及び方法が開示され、本来的な正常な信号サイクルが再生に使用され、処理された信号が全ての周波数を残すようにする。周期的な生理学的信号を処理する開示される装置及び方法を使用するシステムが開示される。
2013544548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の周期的な生理学的な信号を処理する信号処理装置であって、
前記信号のサイクルを検出するサイクル検出部と、
前記サイクルの特徴値を判定する分析部と、
判定した前記特徴値に基づいて前記サイクルを破棄又は保存する選択部と、
保存したサイクルを連結し、ユーザに出力する連結信号を生成する連結部と
を有する信号処理装置。  
【請求項２】
前記生理学的な信号が対象の心拍を表す、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記生理学的な信号が対象の心拍の音を表す、請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記サイクル検出部が前記信号のピークに基づいてサイクルを決定する、請求項３に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記サイクル決定部が、前記対象の心電図信号に基づいてサイクルを決定する、請求項３に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記分析部が、信号対雑音比、前記サイクルの少なくとも選択された部分のエネルギ、前記サイクルの選択された部分のエネルギと前記サイクルのエネルギとの比率、及び前記サイクルの時間的な期間のうちの少なくとも１つを決定する、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記分析部が、前記心電図信号に基づいて前記サイクルの前記時間的期間を決定する、請求項５に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記選択部が、１つ以上の基準に合致する決定された値を有するサイクルを保存する、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記選択部が、第１の特性の値と、前記第１の特性とは異なる第２の特性の１つ以上の基準に合致しない以後の破棄サイクルとに基づいて、選択されたサイクルを保存する、請求項８に記載の信号処理装置。
【請求項１０】
前記第２の特性の評価が、保存されたサイクルに関して決定された統計的な量に基づいている、請求項９に記載の信号処理装置。
【請求項１１】
視覚的なディスプレイ、電磁オーディオトランスデューサ、ディジタルオーディオ信号のうちの少なくとも１つを介して、メモリ装置及びプリンタを節約しながら連結信号を出力する出力部を更に有する、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項１２】
周期的な生理学的な信号を処理したものをユーザに与える信号処理システムであって、
周期的な生理学的信号を与えるプローブと、
前記信号のサイクルを検出するサイクル検出部と、
前記サイクルの特徴値を判定する分析部と、
判定した特徴値に基づいて前記サイクルを破棄又は保存する選択部と、
保存したサイクルを連結し、連結信号を生成する連結部と
前記連結信号をユーザに出力する出力部と
を有する信号処理システム。
【請求項１３】
オーディオ出力装置、ビデオ表示装置、接触可能な出力装置及び印刷装置を含む群から選択された１つ以上の出力装置により前記出力装置は前記信号を出力する、請求項１２に記載の信号処理システム。
【請求項１４】
周期的な生理学的な信号を処理する信号処理方法であって、
前記信号のサイクルを検出する検出ステップと、
前記サイクルの特徴値を判定する分析部と、
判定した前記特徴値に基づいて前記サイクルを破棄又は保存する選択ステップと、
保存したサイクルを連結し、ユーザに出力する連結信号を生成する連結ステップと
を有する信号処理方法。  
【請求項１５】
前記周期的な生理学的な信号が対象の心拍を表す、請求項１４に記載の信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下の内容は信号処理の技術分野に関連する。実施の形態は生理学低な信号を処理する技術分野特に週的に生じる生理学的信号を処理する技術分野に関連する。
【背景技術】
【０００２】
ゼネラルメディカルプラクティショナ(General  Medical  Practitioner：GP)は異常があれば患者の心臓の異常性を発見するために心臓音の立体像又はステレオスコープを使用している。信頼性の高い診断を行うために、GPは熟練する必要がありかつ優れたステレオスコープを使用する必要がある。(IEEE  TBME，2007)の独自調査は、ステレオスコープを用いた評価後にGPないしスペシャリストが参照した患者の約80％が正常であることを示している。これは、ステレオスコープを用いた正確な診断を行うことは困難であることを示している。
【０００３】
今日の市場では、ディジタルステレオスコープが利用可能である。これらは心臓音をフィルタリングして強化し、音を保存しおつそれらの視覚的表現を表示することで、ユーザに聞こえる周囲雑音を減らしている。
【０００４】
そのような装置は通常は信号をフィルタリング又は選別してノイズを減らす。如何なるフィルタリングも信号の有用な成分を過剰に削除してしまう傾向がある。
【０００５】
従って、元々の信号の全ての周波数成分を信号が維持し、例えばオリジナル信号のような信号がノイズの影響を受けないようにする信号処理装置が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実施の形態による課題は、元々の信号の全ての周波数成分を信号が維持し、例えばオリジナル信号のような信号がノイズの影響を受けないようにする信号処理装置及び信号処理方法等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
開示される実施の形態による装置は、
対象の周期的な生理学的な信号を処理する信号処理装置であって、
前記信号のサイクルを検出するサイクル検出部と、
前記サイクルの特徴値を判定する分析部と、
判定した前記特徴値に基づいて前記サイクルを破棄又は保存する選択部と、
保存したサイクルを連結し、ユーザに出力する連結信号を生成する連結部と
を有する信号処理装置である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】開示される装置の実施の形態による概略図。
【図２】開示される装置の別の実施の形態による概略図。
【図３】開示される装置の別の実施の形態による概略図。
【図４】開示される装置の別の実施の形態による概略図。
【図５】開示されるシステムの一例による概略図。
【図６】開示される方法を示す図。
【図７】開示される方法を使用する様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜発明の概要＞
対象の周期的な生理学的な信号を処理する信号処理装置は、
前記信号のサイクルを検出するサイクル検出部と、
前記サイクルの特徴値を判定する分析部と、
判定した前記特徴値に基づいて前記サイクルを破棄又は保存する選択部と、
保存したサイクルを連結し、ユーザに出力する連結信号を生成する連結部と
を有する信号処理装置である。
【００１０】
そのような装置は周期的な生理学的信号の選択的なサイクルを提供する。信号は、全てオリジナル信号の周波数成分を全て含み、ユーザに有用なノイズのない情報を提供する。本装置は、低エネルギ消費を有する点で更に有利であり、なぜなら信号の単独サイクルの選択は消費量が少なくかつ省エネルギ的に有利である。
【００１１】
開示される装置は対象の鼓動又は心拍(heartbeats)を表す信号を処理するために使用されてもよい。心拍を表すこの信号は、例えば心拍又は対象の心電図(ECG)信号により生成される信号でもよい。
【００１２】
好ましい方法は、
周期的な生理学的な信号を処理する信号処理方法であって、
前記信号のサイクルを検出する検出ステップと、
前記サイクルの特徴値を判定する分析部と、
判定した前記特徴値に基づいて前記サイクルを破棄又は保存する選択ステップと、
保存したサイクルを連結し、ユーザに出力する連結信号を生成する連結ステップと
を有する信号処理方法である。
【００１３】
本方法は、そのような信号を使用する診断装置又はユーザにとって有利な利点をもたらし、オリジナルの信号の全ての周波数成分を含む信号であるが、ノイズが減らされており、オリジナルの信号やフィルタリングされた信号よりも有用な信号である。
【００１４】
周期的な生理学的な信号を処理したものをユーザに与える信号処理システムは、
周期的な生理学的信号を与えるプローブと、
前記信号のサイクルを検出するサイクル検出部と、
前記サイクルの特徴値を判定する分析部と、
判定した特徴値に基づいて前記サイクルを破棄又は保存する選択部と、
保存したサイクルを連結し、連結信号を生成する連結部と
前記連結信号をユーザに出力する出力部と
を有する信号処理システムである。
【００１５】
そのようなシステムは、ユーザに委ねられた周期的な生理学的信号を搬送する利点を有し、未処理の又はフィルタリングされた信号よりもユーザにとって大いに役立つ。
【００１６】
＜形態の詳細な説明＞
一例として本発明による上記及びこれらの形態は添付図面を参照することで更に理解を深めることができる。
【００１７】
図中、対応する参照番号は、図中で対応する要素に関連するものであることを示すために使用される。
【００１８】
図1において概して100出示されている装置は、周期的な生理学信号の単独のサイクルを検出するサイクル検出部101を有する。分析装置103は、検出したサイクルを分析し、サイクルの特徴値を判定又は決定する。選択部105は所定の基準を用いて特徴値に基づいてサイクルを破棄又は保存の何れかを行う。連結部(107)は連結された信号を生成するために保存されたサイクルを連結する。
【００１９】
周期的な生理学的信号の具体例は、ECG信号、心拍音、心拍に起因する血流の音、及び呼吸の音等とすることが可能である。そのような周期的な生理学的な信号は対象の信号に関するノイズ信号を含んでいる。ノイズ信号をフィルタリング、除去又は選別することは、オリジナルの元々の利用可能な信号のスペクトルの一部の少なくとも一部に不都合に影響を及ぼしてしまうおそれがある。従って、開示される装置は、小さなノイズ成分を有する信号のサイクルを選択する。
【００２０】
考察される周期的な信号の単位は、周期的な信号のサイクルである。サイクル判定部101は、以後の分析及び処理に関する周期的な信号から1つのサイクルを検出する。1つのサイクルは、例えば、信号の最高ピークに基づいて検出されてもよい。例えば、生理学的信号が心拍音信号である場合、信号は、既知の時間の長さの検出により検出され、ディジタル化され及び保存されてもよい。保存された信号のピーク値は検出される。1つのピークから別のピークへの時間的な期間は、それらが支配的に等しい場合は同程度に見える。その場合、任意の2つの連続的なピーク間の信号は1サイクルとして取り扱われる又はみなされる。
【００２１】
分析部103は信号の選択されたサイクルを分析し、信号の所定の特徴の値を決定する。例えば、信号対ノイズ比(SNR)が判定されてもよい。この目的の場合、所定の周波数より高い全ての信号成分はノイズとして取り扱われる。本発明の発明者等は、例えば、600Hzより高い周波数右の信号の成分を取り扱うことで、SNRを計算することが、心拍音の場合に相応しいことを見出した。しかしながら、600Hzはその場合にのみ使用可能な値である。SNR計算の目的は、性能指数又は目安を取得することであるので、心拍音が他のかなりの周波数成分を有しない他の如何なる周波数が使用されてもよい。選択された周波数は、処理される周期的な生理学的な信号及びそれが含んでいる周波数成分に依存する。
【００２２】
選択部105は、特徴値が所定の基準に合致した場合にサイクルを保存する。例えば、特徴値がSNRであった場合、SNRがある閾値を上回っていた場合にそのサイクルを保存するように選択する。
【００２３】
連結部107は選択されかつ保存されたサイクルを連結、結合又はつなげる。選択されたサイクルが1つしかなかった場合、連結部は同じサイクルでサイクルを反復的に連結することが理解できる。実際の例では、これは、ディジタル化されたメモリに保存されたサイクルが反復的にアクセスされ或いは読み出され、連続的なサイクルの信号として生じるようにすることを意味する。
【００２４】
一実施形態では、図2で全体的に200出示されているように、本装置は心音又は心拍音信号210及びECG信号208の双方を受信するように形成されている。例えば、P、QRS、T及びUに関連してECG信号が特殊な印を示したとする。これは、ECG信号単独のサイクルの結果である。心音はECG信号と同期しているので、心音の単独のサイクルから判断するよりは簡易かつ確実になる。図2では、ランドマーク検出部209がECG信号を受信し、ランドマーク又は目印を検出している。検出されたランドマークの時間的な具体例を用いて、サイクル検出部211は例えば心音信号の単独のサイクルを検出する。
【００２５】
しかしながら、SNRは信号のサイクルを選択したり破棄したりするために使用できる特徴だけではない。例えば、心音はS1及びS2すなわち心臓のラブダブ(lub-dub)音のような通常の2つの識別可能な成分を有する。最も有用なサイクルは識別可能なS1及びS2の音を有する。従ってサイクルはS1及びS2のエネルギに基づく記憶に選択されてもよい。決定される値の特徴はS1又はS2のエネルギであり、好ましくはそれら双方のエネルギである。S1又はS2のエネルギ又はS1及びS2エネルギの合計が対応する閾値を超えていた場合、そのようなサイクルは記憶用に選択され、記憶され、連結される。本発明の発明者等は、S1及びS2のエネルギの総和とそのサイクルの総エネルギとが特徴を測定するのに適していることを見出した。特に、エネルギ率又はエネルギレートが0.5以上であった場合、それは選択部105によって選択される。
【００２６】
一実施形態において、サイクルは、1つより多い数の特徴の値に基づいて選択されてもよい。すなわち、上記のエネルギの比率及びSNRは一例として使用されているに過ぎない。所与のサイクルにおいて、それらの値双方が対応する所定の閾値を超えていた場合、そのサイクルは選択部105により選択される。
【００２７】
別の実施形態では、図3において概して300として示されているものは、1つより多い選択部を有する。先ず、選択部313が1つ以上の特徴に基づいてサイクルを選択する。これは、第2の選択部315において多数の選択されたサイクルを選択しかつ保存し続ける。連結部はこれらのサイクルを出力するために連結する。しかしながら、第2の選択部が所定数のサイクルを処理した場合、再び異なる選択基準に従うことになる。第2の基準に満たないサイクルは破棄され、連結部は残りのサイクルを連結する。
【００２８】
第2の選択部で使用される基準は例えばサイクル時間に基づいていてもよい。生理学的な信号のレートは時間と共に非常に変化する。例えば、人が落ち着いている場合、心拍数は下がり、対象者が休息している場合に音が処理される場合と同様に心拍レートは低くなる。第2の選択は連結するサイクルを更に選択するためにそれを使用する。更に、保存されたサイクル全てのサイクル時間が計算され、それらの算術平均が第2の選択部によって計算される。更に、サイクル時間の標準偏差(SD又はσ)が計算されてもよい。閾値を上回るサイクル時間を有するサイクルは選択され、それ以外は破棄される。例えば、標準偏差を平均から除算して得られる値より大きなサイクル時間を有するサイクルのみが保持される。或いは、平均値から1つ分の標準偏差の範囲内にサイクル時間が存在する全てのサイクルが選択されてもよい。これは、連結された信号が多くの均一なサイクル時間のサイクルから構成される点で有利な効果をもたらす。
【００２９】
理解の簡明化の観点から、第1の選択部313及び第2の選択部315は別々の要素として説明されてきたが、このことは必須でない。そうではなく、実際の装置では、説明された機能全てを実行するのに同じ機能部が使用されてもよい。そのような場合、選択部313及び315を一緒にしたものは、図3の破線枠で示されているような105として言及されてよい。
【００３０】
図4は開示される装置の別の実施の形態による概略図を示し、ユーザにとって適切な形式で連結信号を出力する出力部417を有する。出力部は、例えば、ビデオディスプレイユニット、触れることができるユニット、ディジタルストレージユニット及びプリンタなどのようなオーディオデバイスヘッドホンを駆動する1つ以上のドライバを有していてもよい。ユーザは、例えば、1つ以上の要素を同時に使用してもよい。例えば、心音を聞きながら表示部(図示せず)で心音の波形を見ていてもよい。ユーザは後に利用するための記録として印刷してもよい。
【００３１】
本願で説明される装置は、心拍音に基づいて、周期的な生理学的信号のソースと対象の心拍の生理学的な状態を自動的に判定する装置との間のインターフェースとして使用できる。例えば、開示される装置は、本願と同じ譲受人に譲渡された公開済みの特許明細書WO-2009138932-A1(特許文献1)で説明されているような信号装置を備えていてもよい。信号はフィルタリング又は選別されているが高いSNRを有するようにはなっていないので、本案のような装置の機能は、未処理の又はフィルタリングされていない信号の場合よりもロバスト性が高い。
【００３２】
信号処理システムを更に説明する。図5に概略的に500として示されているように、本システムは周期的な生理学的な信号を処理しかつそれをユーザに提示する。そのようなシステムは、周期的な生理学的な信号を検出しかつ信号210を生成する1つ以上のセンサ519を有する。一群のセンサは、適切な任意の形式のものあってもよく、エレクトレットトランスジューサ(electret  transducer)、電磁力学トランスジューサ(electro-dynamic  transducer)、ピエゾエレクトリックトランスジューサ又は容量性トランスジューサ等でもよいがこれらに限定されない。これは、筐体の基本構造に永続的に接続されていてもよいし、或いはそれらに取り外し可能に取り付けられていてもよい。本システムは当該技術分野で良く知られているようなECG電極及びリード521を有し、筐体の基本構造に永続的に取り付けられていてもよいし、或いはECG信号を提供するようにそれらに取り外し可能に取り付けられていてもよい。ECG信号又はその他の周期低な生理学的信号の1つのサイクルは、サイクル判定部211で検出される。
【００３３】
上述したように、その他の周期的な生理学的な信号のサイクルは、ECG信号及びECGランドマーク検出部209により検出されてもよい。分析部103はサイクル判定部103で検出されたサイクルの特徴の1つ以上の値を判定する。選択部313は、選択された1つ以上の特徴の検出された値に基づいて更なる処理を行うための信号を選択する。上述したように、第2の選択部315は他の特徴に基づいて別の選択を行ってもよい。連結部107は選択され保存されたサイクルを連結又は結合する。連結された信号は更に出力部417により処理される。出力信号は、視覚的なディスプレイ部523、オーディオ出力トランスジューサ525、接触可能な装置又はリモコン527、波形を印刷するプリンタ529及び信号を保存するストレージ部531を駆動するために使用される。
【００３４】
記憶装置531はシステムの一部部分であってもよい。例えば光ディスクのような取り外し可能なメディア又は媒体に連結信号を記録する装置であってもよい。連結部107からの連結信号は、ディジタル形式でもよいし、それが保存された形式でもよい。或いは、出力部はその信号を、好ましくはロスレス圧縮を用いて保存してもよい。これらの信号は、例えば、出力コネクタ533、USBGコネクタを通じて出力され、他のリモートの携帯可能なメモリ装置に保存されてもよい。
【００３５】
本システムは説明された装置の形態全の要素を有するように説明されたが、そのことは必須でない。システムの設計者は、本開示内容に基づいて、ユーザに与える処理されるタイプの信号に特に適した組み合わせを選択できる。例えば、ECG信号のみが処理されることになっている場合、システムはオーディオ関連装置を備える必要はない。
【００３６】
図6を参照しながら、開示される方法を詳細に説明する。説明される方法は概して600出示されている。検出ステップ635において、周期的な生理学的な信号の単独サイクルが検出される。
【００３７】
サイクルと決定する方法の1つは、既知の数のサイクルを記録するのに十分長い期間にわたって信号を記録することである。記録される周期的な生理学的な信号の周波数範囲は既知であるので、それを行うのに必要な時間を計算することは可能である。従って信号のピークが検出される。2つのピーク間の長さ又は信号は1つのサイクルとして判定される。
【００３８】
信号サイクルが検出されると、信号の既知の特性が分析ステップ637で判定される。600Hzより高い周波数を有する信号の成分を処理しかつSNRを計算することで見出される本発明は、例えば周期的な生理学的な信号として心拍音信号又は心音信号に適している。他の信号に対する同様な閾値周波数が到来するかもしれない。しかしながら、心拍音信号600Hzが使用できる周波数だけではない。SNR計算の目的は、目安(figure  of  merit)を取得することであるので、周期的な生理学的信号が顕著な寄与をもたらさない他の任意の周波数が使用されてもよい。
【００３９】
以下の数式を使用することで、単独のサイクルのSNRを計算することができる。例えば、期間Pn(n)に関し、上限カットオフ周波数4000Hzは心音信号に適切な周波数であると見出されるが、心音信号のそれ以上の周波数エネルギは無視できる。
【００４０】
【数１】
2013544548.tif 000003
選択ステップ639において、信号対雑音比の値に基づいてサイクルが破棄又は選択される。少なくとも1つのサイクルが選択されると、それは連結ステップ641で連結される。1つのサイクルを連結する場合、同じ信号を反復的に繰り返すことに等しい。
【００４１】
より多くのサイクルが保存のために選択されると、連続的な連結信号を提供するためにメモリから又は反復的なシーケンスの中から再生して読み出される。
【００４２】
或いは、分析部637で決定された周期的な生理学的信号のサイクルの特徴が、サイクルの所定の部分のエネルギであってもよい。例えば、ECG信号の場合、1つの波形のエネルギが判定されてもよい。その部分は1つ以上のP波、QRS波、T波及びU波であってもよい。
【００４３】
心拍心音信号の場合、計算及び選択基準は次のように表現されてもよい：ここで、S1energy、S2energy、SigenergyはS1、S2及び合計信号それぞれのエネルギである。
【００４４】
【数２】
2013544548.tif 000004
より時間的に一様な信号を得るために、開示される別の実施形態では、図7に概略的に700で示されているように、第2の選択ステップ740を含んでいる。第2の選択ステップ740において1つ以上の選択された特徴の値に基づいて、個々のサイクルの選択が終わった後、サイクル各々の時間的期間が測定され、別の選択がサイクル各々の時間的期間に基づいてなされる。そのような方法の1つは、選択された全てのサイクルのサイクル時間についての平均及び標準偏差を計算し、平均値から減算された少なくとも1つの標準偏差のサイクル時間を有するサイクルのみを選択する。これは、以下の不等式により表現され、Tcycleは所与のサイクルのサイクル時間であり、Tmeanは1つ以上の特徴に基づいて事前に選択されたすべてのサイクルのサイクル時間の平均であり、σは標準偏差である。この場合、サイクル時間同士の間の変動は限られているので、次式に示すように、始めに選択された全てのサイクルの連結信号よりも時間的にいっそう一様である。
【００４５】
Tcycle＞Tmean−σ
サイクル時間はサイクル時間判定ステップでサイクルを判定した時間に決定されてよい。サイクル時間は第2の選択を行った時間に使用されてもよい。
【００４６】
以上、実施の形態は説明及び図面の観点から詳細に説明されてきたが、そのような図面及び説明は例示的と考えられるべきでありかつ限定的であると解釈してはならない。本発明は説明された実施の形態に限定されない。
【００４７】
例えば、一実施形態では、本発明を実現するのに必要なハードワイヤがアドオン装置又は組み込み装置と呼ばれるものとして設定され、従来の又は先行技術のシステム又は装置に適切に接続されてもよい。サイクルデータ及び他のデータを保存するために1つより多い数のメモリ装置が備わっていていてもよい。
【００４８】
開示される実施の形態に関する他の変形例は、明細書、図面及び特許請求の範囲を参照することで当業者にとって理解され学習できる。特許請求の範囲において、「有する(comprising)」は言及しているもの以外の他の要素やステップを排除するものではなく、「或る」又は「ある」という不定冠詞は複数存在することを排除しない。1つのプロセッサ又はその他の装置は特許請求の範囲で言及されている他の項目の機能を発揮してもよい。互いに異なる従属請求項で言及されているというだけでそれらの要素が他の要素と有利に結合できないことを意味するわけではない。特許請求の範囲に参照番号が存在する場合、それらは特許請求の範囲を限定するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４９】
【特許文献１】国際公開第2009/138932号明細書
【図１】
2013544548.tif 000005
【図２】
2013544548.tif 000006
【図３】
2013544548.tif 000007
【図４】
2013544548.tif 000008
【図５】
2013544548.tif 000009
【図６】
2013544548.tif 000010
【図７】
2013544548.tif 000011
【国際調査報告】
2013544548.tif 000012
2013544548.tif 000013
2013544548.tif 000014