(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
心拍に関連する生体信号の中の特定の波形を検出するための検出パラメータを、前記生体信号の波形に基づいて生成する生成部と、
生成した前記検出パラメータを２以上格納する格納部と、
格納した前記２以上の検出パラメータを用いて前記特定の波形を検出し、心拍同期撮像を行うための同期信号を生成する検出部と、
前記格納部に格納された前記２以上の検出パラメータを更新する更新部と、
を備え、
前記生成部は、時系列で入力される前記生体信号から新たな検出パラメータを順次生成し、
前記更新部は、生成された前記新たな検出パラメータによって、前記格納部に格納されている前記検出パラメータを更新し、前記生成部で生成された前記新たな検出パラメータと、前記格納部に格納されている前記２以上の検出パラメータのそれぞれとの類似度を求め、前記類似度が所定値よりも低いと判定された前記新たな検出パラメータを、前記格納部に格納する、
信号処理装置。
【請求項２】
心拍に関連する生体信号の中の特定の波形を検出するための検出パラメータを、前記生体信号の波形に基づいて生成する生成部と、
生成した前記検出パラメータを２以上格納する格納部と、
格納した前記２以上の検出パラメータを用いて前記特定の波形を検出し、心拍同期撮像を行うための同期信号を生成する検出部と、
前記格納部に格納された前記２以上の検出パラメータを更新する更新部と、
生成判定部と、
を備え、
前記生成部は、時系列で入力される前記生体信号から新たな検出パラメータを順次生成し、
前記生成判定部は、外部に接続される撮像装置の動作状態をモニタし、前記撮像装置の動作状態に応じて、前記生成部で前記新たな検出パラメータを生成するか否かを判定し、
前記更新部は、生成された前記新たな検出パラメータによって、前記格納部に格納されている前記検出パラメータを更新する、
信号処理装置。
【請求項３】
心拍に関連する生体信号の中の特定の波形を検出するための検出パラメータを、前記生体信号の波形に基づいて生成する生成部と、
生成した前記検出パラメータを２以上格納する格納部と、
格納した前記２以上の検出パラメータを用いて前記特定の波形を検出し、心拍同期撮像を行うための同期信号を生成する検出部と、
前記格納部に格納された前記２以上の検出パラメータを更新する更新部と、
生成判定部と、
を備え、
前記生成部は、時系列で入力される前記生体信号から新たな検出パラメータを順次生成し、
前記生成判定部は、外部に接続されるＭＲＩ装置の動作状態をモニタし、前記ＭＲＩ装置の動作状態に応じて、前記生成部で前記新たな検出パラメータを生成するか否かを判定し、
前記更新部は、前記ＭＲＩ装置が撮像していないときに、前記検出パラメータを更新し、前記ＭＲＩ装置の撮像中は、前記検出パラメータを更新することなく撮像開始直前に格納されている前記検出パラメータを保持する、
信号処理装置。
【請求項４】
前記生体信号はＥＣＧ信号であり、前記特定の波形はＲ波であり、前記検出パラメータは、前記Ｒ波の一部の波形に対応する波形テンプレートである、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記生成部は、前記ＥＣＧ信号に含まれる２以上のＲ波から、前記Ｒ波の一部の波形をそれぞれ切り取って、前記波形テンプレートを２以上生成し、
前記格納部は、生成された前記２以上の波形テンプレートを格納し、
前記検出部は、時系列で入力される前記ＥＣＧ信号の波形と、前記２以上の波形テンプレートとを照合して前記Ｒ波を検出する、
請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記検出部は、前記ＥＣＧ信号の波形と前記２以上の波形テンプレートとを照合して、前記２以上の波形テンプレートに対応する２以上の評価値をそれぞれ算出し、前記２以上の評価値から求めた１つの統合評価値と所定の閾値とを比較して、前記Ｒ波を検出する、
請求項５に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記評価値は、前記ＥＣＧ信号の波形と前記２以上の波形テンプレートのそれぞれとの差分に基づく差分評価値であり、前記統合評価値は、２以上の差分評価値のうち最も小さい値である、
請求項６に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記ＥＣＧ信号中のＲ波をフィルタ処理によって強調するフィルタ処理部、をさらに備え、
前記生成部は、前記フィルタ処理部によって前記Ｒ波が強調されたＥＣＧ信号から前記２以上の波形テンプレートを生成する、
請求項４乃至７のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記フィルタ処理部は、前記ＥＣＧ信号を高域強調する第１のフィルタと、前記ＥＣＧ信号を帯域強調する第２のフィルタと、を有し、
前記生成部は、高域強調されたＥＣＧ信号から生成される２以上の第１の波形テンプレートと、帯域強調されたＥＣＧ信号から生成される２以上の第２の波形テンプレートと、を生成し、
前記格納部は、前記２以上の第１の波形テンプレートと、前記２以上の第２の波形テンプレートとを格納し、
前記検出部は、前記高域強調されたＥＣＧ信号の波形と前記２以上の第１の波形テンプレートとを照合して第１の評価値を算出する一方、前記帯域強調されたＥＣＧ信号の波形と前記２以上の第２の波形テンプレートとを照合して第２の評価値を算出し、前記第１の評価値と、前記第２の評価値とに基づいて、前記Ｒ波を検出する、
請求項８に記載の信号処理装置。
【請求項１０】
事前に生成された１又は２以上の固定テンプレートを格納する第２の格納部、をさらに備え、
前記検出部は、入力されたＥＣＧの波形と前記固定テンプレートとを照合して算出された固定テンプレート評価値と、入力されたＥＣＧの波形と前記格納部に格納された前記２以上の波形テンプレートとを照合して算出された評価値とに基づいて、前記Ｒ波を検出する、
請求項８に記載の信号処理装置。
【請求項１１】
前記生体信号は、ＥＣＧ信号、脈波信号、及び心音信号の少なくとも１つを含む、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項１２】
前記生体信号は、２つ以上のＥＣＧ信号を含むベクトルカーディオグラムであり、
前記ベクトルカーディオグラムを座標変換する座標変換部、をさらに備え、
前記検出部は、座標変換後の１つ、または２以上のＥＣＧ信号から前記同期信号を生成する、
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項１３】
心拍に関連する生体信号の中の特定の波形を検出するための検出パラメータを、前記生体信号の波形に基づいて生成する生成部と、
生成した前記検出パラメータを２以上格納する格納部と、
格納した前記２以上の検出パラメータを用いて前記特定の波形を検出し、心拍同期撮像を行うための同期信号を生成する検出部と、
前記格納部に格納された前記２以上の検出パラメータを更新する更新部と、
生成判定部と、
前記同期信号に同期して、被検体から撮像用のデータを収集するデータ収集部と、
収集した前記撮像用のデータから、前記被検体の画像を生成する画像生成部と、
を備え、
前記生成部は、時系列で入力される前記生体信号から新たな検出パラメータを順次生成し、
前記生成判定部は、外部に接続される撮像装置の動作状態をモニタし、前記撮像装置の動作状態に応じて、前記生成部で前記新たな検出パラメータを生成するか否かを判定し、
前記更新部は、生成された前記新たな検出パラメータによって、前記格納部に格納されている前記検出パラメータを更新する、
撮像装置。
【請求項１４】
前記撮像装置はＭＲＩ装置である、
請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記生体信号は、ＥＣＧ信号、脈波信号、及び心音信号の少なくとも１つを含む、
請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記生体信号は、２以上のＥＣＧ信号を含むベクトルカーディオグラムであり、
前記ベクトルカーディオグラムを座標変換する座標変換部、をさらに備え、
前記検出部は、座標変換後の１つ、または２以上のＥＣＧ信号から前記同期信号を生成する、
請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１７】
心拍に関連する生体信号の中の特定の波形を検出するための検出パラメータを、前記生体信号に基づいて生成するステップと、
生成した前記検出パラメータを２以上格納するステップと、
格納された前記２以上の検出パラメータを更新するステップと、
判定するステップと、
格納した前記２以上の検出パラメータを用いて前記特定の波形を検出し、心電同期撮像を行うための同期信号を生成するステップと、
備え、
前記検出パラメータを生成するステップでは、時系列で入力される前記生体信号から新たな検出パラメータを順次生成し、
前記判定するステップでは、外部に接続される撮像装置の動作状態をモニタし、前記撮像装置の動作状態に応じて、前記新たな検出パラメータを生成するか否かを判定し、
前記更新するステップでは、生成された前記新たな検出パラメータによって、格納部に格納されている前記検出パラメータを更新する、
信号処理方法。
【請求項１８】
前記生体信号は、２以上のＥＣＧ信号を含むベクトルカーディオグラムであり、
前記ベクトルカーディオグラムを座標変換し、座標変換後の１つ、または２以上のＥＣＧ信号から前記同期信号を生成する、
請求項１７に記載の信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は信号処理装置、撮像装置及び信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
心電計は、生体に電極を取り付け、電極間の電位差を計測する装置である。心電計によって計測される信号はＥＣＧ（ＥＣＧ：Electrocardiogram）信号と呼ばれ、医療分野で広く用いられている。ＥＣＧ信号は、例えば、Ｐ波（P-wave）、Ｒ波（R-wave）、ＱＲＳ複合波（QRS complex）、Ｔ波（T-wave）と呼ばれる波形を有している。これらの波形は、各種の心疾患の診断に用いられる他、心電同期撮像が可能な医療撮像装置の同期信号に利用されるため、波形の自動検出は産業応用上重要である。例えば、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置を用いた心臓の画像診断では、ＥＣＧ信号から検出される同期信号（トリガ信号とも呼ばれる）を用いて、例えば、心臓の収縮や拡張に同期したタイミングで撮像が行われる。このような撮像を心電同期撮像と呼ぶ。
【０００３】
心電同期撮像を行う場合、ＥＣＧ信号中の特定の波形を検出してトリガ信号を生成し、このトリガ信号に同期したタイミングで撮像の開始や終了を制御している。特に、ＥＣＧ信号の中のＲ波を検出してトリガ信号を生成することが多い。この場合、Ｒ波の直後から撮像を開始することもあり、Ｒ波を検出してからトリガ信号を生成するまでの遅延時間は可能な限り短い方がよい。
【０００４】
また、ＥＣＧ信号から特定の波形を検出する場合においては、ＥＣＧ信号の正常波形からだけでなく、ＥＣＧ信号の異常波形からも高精度でかつ低遅延でトリガ信号を検出する必要がある。ＭＲＩ装置等で心臓の診断を受ける被験者は、一般に心臓に何らかの疾患が疑われている場合が多く、トリガ信号の検出対象であるＥＣＧ信号に異常波形を含む場合がある。このような異常波形であっても心臓の収縮、拡張は起こるため、収縮や拡張に同期した撮像を行うためには、ＥＣＧ信号中の異常波形からも、短い遅延時間でトリガ信号を確実に検出する必要がある。
【０００５】
一方、ＭＲＩ装置での撮像は、パルス状の傾斜磁場や、パルス状のＲＦ（Radio Frequency）磁場の印加を伴うため、これらの印加に起因してＥＣＧ信号に動的に変化する大きなノイズが重畳する。このようなノイズが重畳したＥＣＧ信号に対しても、確実に同期信号を検出する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３０１１０１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】”ECG-based gating in ultra high field cardiovascular magnetic resonance using an independent component analysis approach” J.W.Krug, et.al., Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance, 2013.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、生体信号中の異常波形からも同期信号を検出することができ、また、ノイズが重畳した生体信号からも確実に同期信号を検出する信号処理装置、撮像装置及び信号処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の信号処理装置は、心拍に関連する生体信号の中の特定の波形を検出するための検出パラメータを、前記生体信号の波形に基づいて生成する生成部と、生成した前記検出パラメータを２つ以上格納する格納部と、格納した前記２つ以上の検出パラメータを用いて前記特定の波形を検出し、心拍同期撮像を行うための同期信号を生成する検出部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ＥＣＧ信号を模式的に示す図。
【図２】ノイズ等が重畳するＥＣＧ信号を例示する図。
【図３】ＥＣＧ信号処理装置のハードウェア構成を示す図。
【図４】第１の実施形態のＥＣＧ信号処理装置の構成例を示すブロック図。
【図５】第１の実施形態のＥＣＧ信号処理装置の処理例を示すフローチャート。
【図６】高域強調されたＥＣＧ信号の概念を模式的に示す図。
【図７】テンプレート生成の概念を示す図。
【図８】テンプレート更新の概念を示す図。
【図９】Ｒ波検出の評価結果を示す第１の図。
【図１０】第１の実施形態の変形例におけるテンプレート更新の概念を示す図。
【図１１】第２の実施形態のＥＣＧ信号処理装置の構成例を示すブロック図。
【図１２】第２の実施形態の効果を説明する図。
【図１３】第３の実施形態のＥＣＧ信号処理装置の構成例を示すブロック図。
【図１４】第３の実施形態のＥＣＧ信号処理装置の処理例を示すフローチャート。
【図１５】第３の実施形態の動作概念を示すタイミングチャート。
【図１６】第４の実施形態のＥＣＧ信号処理装置の構成例を示すブロック図。
【図１７】Ｒ波検出の評価結果を示す第２の図。
【図１８】ＥＣＧ信号処理装置を含む心電同期撮像装置の構成例を示すブロック図。
【図１９】第５の実施形態のＥＣＧ信号処理装置の構成例を示すブロック図。
【図２０】ベクトルカーディオグラムに対する第５の実施形態のＥＣＧ信号処理装置の動作概念を説明する第１の図。
【図２１】ベクトルカーディオグラムに対する第５の実施形態のＥＣＧ信号処理装置の動作概念を説明する第２の図。
【図２２】第５の実施形態の変形例に係るＥＣＧ信号処理装置の構成例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施形態に係るＥＣＧ信号処理装置、心電同期撮像装置（撮像装置）及びＥＣＧ信号処理方法の実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をするものとして、重複する説明を適宜省略する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本実施形態に係るＥＣＧ信号処理装置１の検出対象であるＥＣＧ信号を模式的に示す図である。図１（ａ）に示すように、ＥＣＧ信号は、Ｐ波、Ｒ波、Ｔ波等の特定の波形を有している。
【００１３】
以下の各実施形態では、特定の波形のうち、Ｒ波を検出する例を説明する。Ｒ波を検出する例は、一例であり、実施形態のＥＣＧ信号処理装置１は、Ｒ波以外の波形（例えば、Ｐ波、Ｔ波等）を検出することが可能である。
【００１４】
図１（ｂ）は、Ｒ波の近傍を拡大した図であり、Ｒ波のピークから心拍同期信号（以下、単に同期信号と呼ぶ）までの時間を遅延時間としている。心拍と同期して撮像することができる心電同期撮像装置（撮像装置）２００としては、例えばＣＴ(Computed Tomography)装置や、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置等がある。例えば、心電同期撮像装置２００は、Ｒ波の発生位置を基準としてデータ収集の開始タイミングを決定する撮像法（心電同期撮像法）を用いる。心電同期撮像装置２００は、Ｒ波の位置に対応する同期信号を取得し、取得した同期信号を基準としてデータ収集の開始タイミングを決定する。撮像の目的によっては、Ｒ波の直後から撮像データ収集が必要となる。このため、ＥＣＧ信号の中からＲ波の到来を検出し、同期信号を生成するまでの時間、即ち、遅延時間を短くする必要がある。
【００１５】
例えば、ＭＲＩ装置の場合を例に挙げて説明すると、ＭＲＩ装置では、ＦＢＩ（Fresh  Blood  Imaging）法や、Ｔｉｍｅ−ＳＬＩＰ（Time−Spatial  Labeling  Inversion  Pulse）法等、各種の非造影ＭＲＡ（Magnetic  Resonance  Angiography）の手法が用いられる。ＭＲＩ装置は、ＦＢＩ法によるデータ収集において、例えば、同期信号を基準としてデータ収集のタイミングを制御することで拡張期画像及び収縮期画像を収集し、これらの差分画像を算出することにより、動脈が描出された血管像を得ることができる。また、ＭＲＩ装置は、Ｔｉｍｅ−ＳＬＩＰ法によるデータ収集において、例えば、同期信号を基準として標識化パルスを印加するタイミングやデータ収集のタイミングを制御することで、血流の画像を得ることができる。このように、ＭＲＩ装置は、ＥＣＧ信号から生成された同期信号を基準として、データ収集のタイミングや各種パルスの印加タイミングの制御を行っている。これらのタイミングは、Ｒ波の直後となる場合も多いため、この遅延時間はできるだけ短い方が望ましい。なお、上記は一例に過ぎず、無論、心臓等を対象とした各種撮像や、造影剤を用いた撮像等、ＭＲＩ装置は、他の撮像においても同期信号を基準とした撮像を行う。
【００１６】
図１（ａ）からも明らかなように、ＥＣＧ信号に含まれる波形の中では、通常Ｒ波が最も大きな振幅を示す。しかしながら、このＲ波ですらＭＲＩ装置の撮像中ではノイズの影響を大きく受けて検出が難しくなる。図２はこのこと示す図である。なお、図２では、心電計から出力される２チャンネルの信号を重ねて表示している。
【００１７】
図２（ａ）は、被検体（例えば、患者）がＭＲＩ装置の外にいる状態で観察したＥＣＧ信号の一例であり、ノイズは比較的少なく、Ｒ波が顕著に現れている。図２（ｂ）は、被検体がＭＲＩ装置のボアの内部にいる状態で観察したＥＣＧ信号の一例である。但し、ＭＲＩ装置は非動作（撮像していない状態）であり、被検体に静磁場のみが印加されている。静磁場中を流れる血液の影響によってＲ波の後ろのＴ波が図２（ａ）に比べて大きくなっているが、動的なノイズはそれ程大きくはない。
【００１８】
一方、図２（ｃ）は、被検体の撮像中に観察したＥＣＧ信号の一例を示す図である。撮像中に印加される傾斜磁場やＲＦ（radio frequency）磁場等の影響を受けて、ＥＣＧ信号に大きなノイズが重畳されている様子がわかる。
【００１９】
なお、ＭＲＩ装置においては、傾斜磁場やＲＦパルスの強度や印加タイミング等が規定された「パルスシーケンス」が実行されることによりデータが収集される。また、パルスシーケンスの実行開始から、必要数のＴＲ（Repetition  Time）が繰り返されて所定のデータを収集するまでの撮像単位は、「プロトコル」等と称される。本明細書において、ＭＲＩ装置が「動作している」、「撮像中」若しくは「撮像している状態である」のように述べる場合は、例えば、パルスシーケンスが実行されている期間であることを意味する。反対に、本明細書において、ＭＲＩ装置が「非動作」、「停止中」若しくは「撮像していない状態である」のように述べる場合は、例えば、パルスシーケンスが実行されていない期間であることを意味する。例えば、一連の検査に含まれる最初のプロトコルの開始前や、プロトコルとプロトコルとの間等が、「非動作」、「停止中」若しくは「撮像していない状態」に相当する。なお、パルスシーケンスに含まれる１つのＴＲの中においても、傾斜磁場やＲＦパルスが印加されていない期間が存在し得る。かかる期間を、「非動作」、「停止中」若しくは「撮像していない状態」として取り扱うことも可能である。
【００２０】
図３は、ＥＣＧ信号処理装置１のハードウェア構成を示す図である。ＥＣＧ信号処理装置１は、入出力インターフェース３０１、処理回路３０２、通信インターフェース３０３、記憶回路３０７を有する。また、記憶回路３０７は、ＲＡＭ（Random Access Memory）３０４、不揮発性メモリ３０５、ディスクドライブ３０６を有する。
【００２１】
記憶回路３０７の不揮発性メモリ３０５は、例えばハードディスクやフラッシュメモリなどの記憶装置であり、各種のプログラムやデータを記憶する。
【００２２】
処理回路３０２は、例えば、１つ又は複数のプロセッサを備えて構成される。ここで、「プロセッサ」という用語は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や信号処理プロセッサ等の専用、或いは汎用のプロセッサを含む。処理回路の３０２のプロセッサは、１つまたは複数のプログラムを不揮発性メモリ３０５からＲＡＭ３０４に読み出して実行する処理、即ち、ソフトウェア処理によって、後述するＥＣＧ信号処理装置１の各種の機能を実現する。プロセッサは、不揮発性メモリ３０５の他、磁気ディスク、光ディスク、ＵＳＢメモリ等の記録媒体に保存されたプログラムを、ディスクドライブ３０６或いは入出力インターフェース３０１から読み込んでも良い。また、外部のサーバから通信インターフェース３０３を介してダウンロードしても良い。
【００２３】
また、処理回路３０２は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integration Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成してもよい。ＡＳＩＣやＦＰＧＡ、或いは専用の電子回路によるハードウェア処理によっても、ＥＣＧ信号処理装置１の各種の機能を実現することができる。また、処理回路３０２は、ハードウェアとソフトウェア処理とを組み合わせて、ＥＣＧ信号処理装置１の各種の機能を実現してもよい。
【００２４】
図４は、第１の実施形態のＥＣＧ信号処理装置１の機能構成と、ＥＣＧ信号処理装置１に接続される装置の構成を示すブロック図である。心電計１００はＥＣＧ信号を生成し、ＥＣＧ信号処理装置１に送る。ＥＣＧ信号処理装置１は、ＥＣＧ信号から同期信号を生成し、心電同期撮像装置２００に送る。
【００２５】
心電計１００は、電極１０１ａ、１０１ｂ、増幅器１１０、及びＡＤ変換器１２０を備える。電極１０１ａ、１０１ｂは人体に取り付けられる。増幅器１１０は、電極１０１ａ、１０１ｂ間の微弱な電位差を増幅する。ＡＤ変換器１２０は、増幅器１１０が増幅したアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００２６】
心電計１００は、２つの電極１０１ａ、１０１ｂを例示しているが、電極の数は２つに限定されるものではない。例えば、１２誘導心電図を得るために、四肢に夫々取り付ける４つの電極と、胸部に取り付ける６つの電極を備える構成でもよい。また、体の２点間の電位差を求める方法ではなく、あらかじめ決めておいた基準と電極装着点の電位差を記録する方法であっても構わない。
【００２７】
ＥＣＧ信号処理装置１は、前述したように、処理回路３０２と格納回路５０とを少なくとも有する。格納回路５０は、記憶回路３０７の一部である。処理回路３０２は、フィルタ処理機能１０、検出機能２０、テンプレート生成機能部３０、及びテンプレート更新機能４０を、例えば処理回路３０２のプロセッサが、記憶回路３０７から読み出したプログラムを実行することによって実現する。  フィルタ処理機能１０は、心電計１００からＥＣＧ信号を取得し、ＥＣＧ信号中のＲ波を強調する処理を行う。Ｒ波を強調する処理としては、例えば、ＥＣＧ信号の高周波成分を強調する高域通過フィルタによってＥＣＧ信号を高域強調する処理や、帯域通過フィルタによってＥＣＧ信号を帯域強調する処理がある。以下では、フィルタ処理機能１０によって高域強調や帯域強調されたＥＣＧ信号を、強調ＥＣＧ信号と呼ぶ。
【００２８】
テンプレート生成機能３０は、強調ＥＣＧ信号から、Ｒ波を検出するための検出パラメータを生成する。Ｒ波を検出するための検出パラメータとしては種々のものが考えられる。検出パラメータの１つに波形テンプレートがある。本実施形態においては、心電計１００から逐次入力するＥＣＧ波形から、そのＲ波の近傍の波形を切り出して、波形テンプレート（以下、単にテンプレートと呼ぶ）を生成する。
【００２９】
格納回路５０は生成されたテンプレートを格納する。ここで、格納回路５０は、２以上のテンプレートを格納する。例えば、図３に例示するように、テンプレート（１）からテンプレート（Ｍ）の互いに異なるＭ個（Ｍは２以上）のテンプレートを格納する。格納回路５０は、書き換え可能なメモリとして構成される。
【００３０】
テンプレート更新機能４０は、格納回路５０に格納されているテンプレートを更新する。更新の具体的な方法については後述する。
【００３１】
検出機能２０は、フィルタ処理機能１０から時系列で出力されてくる強調ＥＣＧ信号の中からＲ波を検出し、Ｒ波の検出に対応させて同期信号を生成する。そして、生成した同期信号を心電同期撮像装置２００に出力する。
【００３２】
検出機能２０は、評価値算出機能２１と判定機能２２とを有している。評価値算出機能２１は、格納回路５０に格納された２以上のテンプレートのそれぞれと、強調ＥＣＧ信号とから評価値を算出する。判定機能２２は、算出された評価値と所定の閾値とを比較判定してＲ波を検出する。
【００３３】
Ｒ波を検出するための検出パラメータとしては、テンプレートの他に、例えば、Ｒ波のピーク値、Ｒ波の立ち上がりや立下りの傾き、Ｒ波の半値幅等の特徴量が考えられる。これらの特徴量を用いてＲ波を検出する場合は、テンプレート生成機能３０は、強調ＥＣＧ信号からこれらの特徴量を抽出して検出パラメータを生成することになる。また、格納回路５０は、生成されたこれらの検出パラメータを複数格納することになる。例えば、検出パラメータが、Ｒ波のピーク値と半値幅の組み合わせである場合には、格納回路５０は、Ｒ波のピーク値と半値幅の複数の組み合わせを格納する。また、検出機能２０は、格納回路５０に格納されている検出パラメータ（Ｒ波のピーク値、半値幅等）と、強調ＥＣＧ信号から抽出した検出パラメータ（Ｒ波のピーク値、半値幅等）とを比較照合してＲ波を検出することになる。このように、検出パラメータとして種々の特徴量を取り得るが、以下では、検出パラメータがテンプレートであるものとして説明する。
【００３４】
図５は、第１の実施形態に係るＥＣＧ信号処理装置１の処理の概要を示すフローチャートである。
【００３５】
ステップＳＴ１００及びステップＳＴ１０１は、処理回路３０２のフィルタ処理機能１０に対応するステップである。ステップＳＴ１００で、処理回路３０２は、ＥＣＧ信号を時系列信号として入力する。入力するＥＣＧ信号は、心電計１００のＡＤ変換器１２０において、例えば、１０００Ｈｚでサンプリングされたデジタル信号（サンプリング間隔１ｍｓ）である。フィルタ処理機能１０は、遅延時間等の性能を劣化させない範囲で、フィルタ処理以降の計算コストを抑えるために、例えば偶数サンプル或いは奇数サンプルを間引き、５００Ｈｚにダウンサンプリングしてもよい。
【００３６】
ステップＳＴ１０１で、処理回路３０２は、ダウンサンプリングされたＥＣＧ信号に対して、例えば高域強調のフィルタ処理を施し、強調ＥＣＧ信号を生成する。
【００３７】
図６は、高域強調されたＥＣＧ信号の概念を模式的に示す図である。図６の上段は入力されるＥＣＧ信号の波形を、また下段は高域強調処理後のＥＣＧ波形を、それぞれ簡略化して図示したものである。高域強調処理により、立ち上がりと立下りの急峻なＲ波は強調される。その一方で、立ち上がりと立下りが緩やかなＴ波やＰ波は抑制されることになる。なお、ノイズを抑制するために、低域通過フィルタを高域通過フィルタと併用してもよい。
【００３８】
ステップＳＴ１０２及びステップＳＴ１０３は、処理回路３０２のテンプレート生成機能３０に対応するステップである。図７に、テンプレート生成機能３０で行うテンプレート生成処理の概念を示す。
【００３９】
ステップＳＴ１０２では、処理回路３０２は強調ＥＣＧ信号のピークを検出する。ノイズ等が小さな場合は、強調ＥＣＧ信号のピークは、通常、Ｒ波のピークに概ね対応する。処理回路３０２のテンプレート生成機能３０には、強調ＥＣＧ信号がサンプリング間隔毎（例えば、２ｍｓ毎）に入力されており、ピークが到来したか否かの判定、即ち、ピークの検出処理は、サンプリング間隔毎に行われる。
【００４０】
ピークが検出されると（ステップＳＴ１０２のＹＥＳ）、ステップＳＴ１０３では、処理回路３０２は、入力した強調ＥＣＧ信号の中から、検出したピークの位置に基づいてＲ波の一部を切り出してテンプレートを生成する。
【００４１】
図７では、Ｎ番目、（Ｎ＋１）番目、（Ｎ＋２）番目の３つのＲ波から、それぞれのピークから直近の過去の所定期間分（Ｗミリ秒分）の波形（破線のボックスで示す領域の波形）を切り出して、テンプレート（Ｎ）、テンプレート（Ｎ＋１）、テンプレート（Ｎ＋２）がそれぞれ生成される様子を例示している。図７から判るように、Ｒ波のピークの高さが心拍間で変動した場合には、少しずつ形状の異なったテンプレートが生成されることになる。
【００４２】
Ｒ波のピーク位置から過去どの程度の期間の波形を切り出すかは特に限定するものではないが、例えば、ピーク位置から過去２０ｍｓの期間の波形を切り出してテンプレートを生成する。
【００４３】
なお、強調ＥＣＧ信号のピークを検出するのは、あくまでテンプレートを生成するために行う処理であり、Ｒ波を検出するための処理ではない。
【００４４】
次にステップＳＴ１０４及びステップＳＴ１０５は、処理回路３０２のテンプレート更新機能４０に対応するステップである。ステップＳＴ１０４では、処理回路３０２は、新たに生成したテンプレートを用いて格納回路５０のテンプレートを更新するか否か、或いはその更新方法を判断する。そして、ステップＳＴ１０５では、その判断にしたがって格納回路５０のテンプレートを更新する。
【００４５】
更新方法として、例えば、格納回路５０に格納されている複数のテンプレートのうち、最も古いテンプレートを破棄し、新たに生成されたテンプレートを格納回路５０に追加するようにしてもよい。例えば、図８に示すように、テンプレート（Ｎ−１）からテンプレート（Ｎ−Ｍ）までのＭ個のテンプレートが格納回路５０に格納されている場合、最も古いテンプレート（Ｎ−Ｍ）を破棄し、新たに生成されたテンプレート（Ｎ）を格納回路５０に追加する。この更新方法では、テンプレートが新たに生成される都度、格納回路５０のテンプレートが更新されることになる。
【００４６】
ステップＳＴ１０６からステップＳＴ１０８までは、処理回路３０２の検出機能２０に対応するステップである。ステップＳＴ１０６では、処理回路３０２は、評価値算出機能２１によって、フィルタ処理後の強調ＥＣＧ信号と、格納回路５０に格納されている各テンプレートを照合し、テンプレート毎に評価値を算出する。
【００４７】
具体的には、強調ＥＣＧ信号の直近Ｗミリ秒分と、格納回路５０に格納されているｍ番目のテンプレートから、各時刻のサンプルごとに差分を求め、差分の絶対値の総和を評価値Ｅｍとする。この評価値Ｅｍは、格納回路５０に格納されているテンプレートのそれぞれに対して算出するため、格納回路５０に格納されているテンプレートの総数をＭ個とすると、Ｍ個の評価値Ｅｍが算出される。
【００４８】
ステップＳＴ１０７で、処理回路３０２は、判定機能２２によって、このＭ個の評価値Ｅｍの最小値Ｅminを求め、最小値Ｅminに対して閾値処理を行い、Ｒ波を検出する。具体的には、最小値Ｅminが所定の閾値よりも小さいとき、Ｒ波が検出されたと判定する。
【００４９】
Ｒ波が検出されると、ステップＳＴ１０８で、処理回路３０２は、同期信号を生成し、心電同期撮像装置２００に出力する。Ｒ波が検出されないときはステップＳＴ１００に戻る。
【００５０】
なお、上記の処理では、評価値として強調ＥＣＧ信号とテンプレートとの差分を用いているが、これに換えて、強調ＥＣＧ信号とテンプレートとの相関値を評価値とすることもできる。この場合、処理回路３０２の判定機能２２では、Ｍ個の評価値Ｅｍの最大値Ｅmaxを求め、最大値Ｅmaxが所定の閾値よりも大きいとき、Ｒ波が検出されたと判定することになる。
【００５１】
ステップＳＴ１０９は処理終了判定であり、処理回路３０２は、処理終了の指示が外部から入力されるまで、ステップＳＴ１００からステップＳＴ１０８までの処理を繰り返す。
【００５２】
上述した第１の実施形態に係るＥＣＧ信号処理装置１は、格納回路５０に、複数の異なるテンプレートを格納する構成となっている。このため、検出機能２０に入力される強調ＥＣＧ信号のＲ波の波形（例えば、Ｒ波の波高値）がＲ波毎に変動した場合であっても、その変動したＲ波が格納回路５０に格納されている複数のテンプレートのうちのいずれかと類似すれば、変動したＲ波を高い信頼性で検出することができる。つまり、複数のテンプレートを用いてＲ波を検出することにより、変動するＥＣＧ信号に対する頑健性を高めることができる。
【００５３】
図９は、第１の実施形態に係るＥＣＧ信号処理装置１の効果を確認すべく、ＥＣＧ信号に対してＲ波検出を行った結果を示す図である。ボランティア１３名に、１．５テスラ及び３テスラのＭＲＩ装置を用いてＭＲＩ診断を受けてもらい、その間に収集したＥＣＧ信号に含まれるＲ波の全数（２２２９８個）のうち、いくつを正確に検出できるかを評価した。Ｒ波の全数のうち、８００６個は、ＭＲＩが動作中（撮像中）に収集したものであり、それ以外はＭＲＩが非動作のときに収集したものである。評価指標としてＦ値を用い、これを図９の縦軸とした。Ｆ値は、次の（式１）から（式３）で表せる。
Ｆ値＝（２ＰＲ）／（Ｐ＋Ｒ）                （式１）
Ｐ＝ＴＰ／（ＴＰ＋ＦＰ）                    （式２）
Ｒ＝ＴＰ／（ＴＰ＋ＦＮ）                    （式３）
ここで、正解のＲ波位置から前後２０ミリ秒以内の誤差でＲ波を検出できた場合を成功とした。また、ＴＰ（True Positive）は成功の数、ＦＰ（False Positive）は誤検出（検出はしたが正しい検出ではない）の数、ＦＮ（False Negative）は検出すべきＲ波を検出できなかった（取りこぼし）数である。Ｆ値は、成功の他、取りこぼしと誤検出が考慮された評価指標であり、Ｆ値が高い程、検出の信頼性が高いことを意味している。
【００５４】
図９のグラフの横軸は、格納回路５０に格納しているテンプレートの数である。特に、ＭＲＩ装置の動作中（撮像中）において、テンプレートの数を増やすことによってＦ値が向上しており、ＥＣＧ信号処理装置１の前述した処理の効果が確認できる。
【００５５】
（第１の実施形態の変形例）
前述した第１の実施形態では、図５のステップＳＴ１０４、１０５におけるテンプレートの更新処理において、格納回路５０に格納されているテンプレートのうち、最も古いテンプレートを破棄し、新たに生成されたテンプレートを追加するようにしていた（図８参照）。これに対して、第１の実施形態の変形例では、新たに生成されたテンプレートと、格納回路５０に格納されているテンプレートのそれぞれとの類似度を求め、類似度が所定値よりも低いと判定されると、この新たに生成されたテンプレートを格納回路５０に格納して、格納回路５０内のテンプレートを更新する構成としている。
【００５６】
具体的には、図１０に示すように、新たに生成されたテンプレートが、格納回路５０のテンプレートのいずれとも似ていない（類似度が低い）とき、格納回路５０のテンプレートを更新するようにする。一方、新たに生成されたテンプレートが、格納回路５０のテンプレートのいずれかと似ている（類似度が高い）ときは、格納回路５０のテンプレートを更新しない。この場合、新たに生成された類似度が低いテンプレートが格納回路５０に追加され、類似度が高いテンプレートが破棄される。
【００５７】
このような更新方法によって、格納回路５０には、互いに類似度の低いテンプレートが残ることになる。この結果、ＥＣＧ波形に異常波形が含まれていた場合（図１２（ａ）参照）、この異常波形に対応して生成されたテンプレートは格納回路５０に格納され、格納後も維持されることになる。このため、次に異常波形が到来したとき、この異常波形を、既に格納されている異常波形テンプレートによって検出することができる。
【００５８】
（第２の実施形態）
図１１は、第２の実施形態のＥＣＧ信号処理装置１ａの構成例を示すブロック図である。第２の実施形態は、第１の実施形態に対して、第２の格納回路６０が追加された構成となっている。
【００５９】
第２の格納回路６０には、事前に作成した１以上、好ましくは２以上の固定の事前作成テンプレートが格納される。「事前に作成」するとは、被検体が心電同期撮像装置２００で診断を受ける前に作成することである。事前作成テンプレートは、同じ被検体のＥＣＧ信号をフィルタ処理した強調ＥＣＧ信号から作成しても良いし、異なる被検体の強調ＥＣＧ信号から作成しても良い。また、異なる被検体から作成したテンプレートを平均し、代表的なテンプレートを作成しても良い。
【００６０】
第２の格納回路６０には、ＥＣＧ信号の正常波形に基づく事前作成テンプレートを少なくとも１つ格納するが、好ましくは、正常波形と異常波形に対応する複数種の事前生成テンプレートを格納する。
【００６１】
第２の実施形態に係るＥＣＧ信号処理装置１ａの処理は、基本的には第１の実施形態と同じであるが、図５のフローチャートにおいて、ステップＳＴ１０６の評価値算出処理のと、ステップＳＴ１０７のＲ波検出判定が若干異なる。
【００６２】
格納回路５０に格納されるテンプレートの個数をＭ個とし、第２の格納回路６０に格納される事前作成テンプレートの数をＫ個とした場合、ステップＳＴ１０６では、格納回路５０のテンプレートと、第２の格納回路６０の事前作成テンプレートのそれぞれに対して評価値を算出する。つまり、評価値算出機能２１は、（Ｍ＋Ｋ）個の評価値を算出する。そして、ステップＳＴ１０７では、この（Ｍ＋Ｋ）個の評価値の中の最小値Ｅminが、所定の閾値よりも小さい場合、Ｒ波として検出する。
【００６３】
図１２は、第２の実施形態のＥＣＧ信号処理装置１ａの効果を、従来の検出方法と比較して説明する図である。特に、図１２（ａ）に示すように、ＥＣＧ信号に異常波形が含まれている場合について比較する。従来は、事前作成した１つの固定テンプレートでＲ波を検出する方法（従来方法（１）と呼ぶ）や、逐次更新する１つのテンプレートのみで検出する方法（従来方法（２）と呼ぶ）を用いていた。
【００６４】
従来方法（１）では、固定テンプレートを正常波形に基づいて作成した場合、図１２（ｂ）に示すように、異常波形の検出に失敗する。一方、固定テンプレートを異常波形に基づいて作成した場合、図１２（ｃ）に示すように、正常波形の検出に失敗する
【００６５】
従来方法（２）では、図１２（ｄ）に示すように、ＥＣＧ信号の取得開始から逐次更新するテンプレートが生成されるまで間は、検出の失敗を続けることになる。また、逐次更新するテンプレートが１つであるため、正常波形に対してテンプレートが更新された後に異常波形が出現すると、その異常波形を検出することができない。
【００６６】
これに対して、第２の実施形態では、逐次更新するテンプレートを複数格納する格納回路５０に加え、固定テンプレートを格納する第２の格納回路６０を有している。そして、第２の格納回路６０の好ましい形態として、正常波形に対応するテンプレート１と、異常波形に対応するテンプレート２とが少なくとも格納されている。このような構成により、図１２（ｅ）に示すように、ＥＣＧ信号の取得開始直後においても、第２の格納回路６０のテンプレート１とテンプレート２によって、異常波形と正常波形の双方を検出することができる。
【００６７】
また、格納回路５０にテンプレートが生成された後は、逐次更新される複数のテンプレートによって、Ｒ波を頑健に検出することができる。さらに、第１の実施形態の変形例で説明したように、格納回路５０内には、正常波形に対応するテンプレートと異常波形に対応するテンプレートとが直近のＥＣＧ波形に基づいて生成され格納されるため、異常波形と正常波形の双方を頑健に検出することができる。
【００６８】
（第３の実施形態）
図１３は、第３の実施形態のＥＣＧ信号処理装置１ｂの構成例を示すブロック図である。第３の実施形態は、第２の実施形態に対して、テンプレート生成判定機能７０が追加された構成となっている。テンプレート生成判定機能７０も処理回路３０２によって実現される機能である。
【００６９】
図１４は、第３の実施形態のＥＣＧ信号処理装置１ｂの動作例を示すフローチャートである。第１、第２の実施形態のフローチャート（図５）に対して、ステップＳＴ２００の処理が追加されている。
【００７０】
ステップＳＴ２００において、処理回路３０２は、テンプレート生成判定機能７０によって、心電同期撮像装置２００の動作状態をモニタし、心電同期撮像装置２００の動作状態に応じて、テンプレート生成機能３０で新たなテンプレートを生成するか否かを判定する。
【００７１】
例えば、心電同期撮像装置２００がＭＲＩ装置の場合、処理回路３０２は、ＭＲＩ装置が撮像中であるのか、或いは停止中（撮像していない）であるのかを示す動作信号をＭＲＩ装置から入力し、ＭＲＩ装置が撮像中であるか否かを判定する。撮像中の場合には、処理回路３０２は、ステップＳＴ１０２、１０３の処理をスキップする、即ち、強調ＥＣＧ信号から新たにテンプレートを生成する処理を行わない。また、撮像中の場合には、処理回路３０２は、ステップＳＴ１０４、１０５の処理もさらにスキップし、格納回路５０のテンプレートを更新する処理も行わない。
【００７２】
図１５は、第３の実施形態のＥＣＧ信号処理装置１ｂの動作例を示すタイミングチャートである。図１５（ａ）、（ｂ）（図２（ａ）−（ｃ）も参照）に示すように、ＭＲＩ装置が非動作の状態では、ＥＣＧ信号に重畳するノイズは小さい。しかしながら、ＭＲＩ装置の撮像期間中は、ＭＲＩ装置が発生させる傾斜磁場やＲＦ磁場の影響を受けてＥＣＧ信号に大きなノイズが重畳する。このような大きなノイズが重畳したＥＣＧ信号からテンプレートを作成すると、検出すべき波形（Ｒ波）とは大きく異なる形状のテンプレートが生成されることになり、正しい検出が期待できない。
【００７３】
そこで、第３の実施形態では、図１５（ｃ）、（ｄ）に示すように、撮像中はテンプレートの生成と更新を停止し、撮像期間の直前に格納回路５０に格納されているテンプレートを保持するものとしている。そして、撮像中は、格納回路５０に保持されたテンプレートを用いてＲ波を検出するものとしている。検出対象であるＥＣＧ信号には撮像中かなり大きなノイズが重畳するが、照合に用いるテンプレート自体はノイズの影響を受けていないため、Ｒ波を高い信頼性で検出することができる。
【００７４】
ＭＲＩ装置では、操作者から入力された撮像条件に従って、複数のプロトコル（例えば、Ｔ１強調画像、Ｔ２強調画像等、複数の撮像種の画像を収集するための複数のプロトコル）を順次実行する場合がある。このような場合、ある１つのプロトコルによる撮像が終了とすると、次のプロトコルの撮像が開始するまでにある程度の非動作期間が存在する場合もある。この場合、非動作期間を利用してテンプレートの作成と更新を再開することができる。
【００７５】
なお、図１３においては、処理回路３０２のテンプレート生成機能３０が強調ＥＣＧ信号からテンプレートを切り出すタイミングを、第２の格納回路６０に格納された事前作成テンプレートと強調ＥＣＧ信号とを照合して決定するようにしている。具体的には、事前作成テンプレートと強調ＥＣＧ信号との照合によってＲ波が検出されると、このＲ波の検出位置からＷミリ秒過去、例えば２０ミリ秒過去までの期間の強調ＥＣＧ信号の波形を切り出して、テンプレートを生成する。なお、第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、テンプレート生成機能３０が単独で強調ＥＣＧ信号のピークを検出し、テンプレートを切り出すタイミングを決定しても良い。
【００７６】
（第４の実施形態）
図１６は、第４の実施形態のＥＣＧ信号処理装置１ｃの構成例を示すブロック図である。第４の実施形態は、第３の実施形態が高域通過フィルタ或いは帯域通過フィルタのいずれか１つのフィルタ処理機能１０を有する構成であったのに対して、高域通過フィルタを有するフィルタ処理機能Ｈ１０ａと、帯域通過フィルタを有するフィルタ処理機能Ｂ１０ｂの２つのフィルタ処理機能を有する構成となっている。
【００７７】
フィルタ処理機能Ｈ１０ａからは高域強調ＥＣＧ信号が出力され、フィルタ処理機能Ｂ１０ｂからは帯域強調ＥＣＧ信号が出力される。これに伴って、テンプレート生成機能、テンプレート更新機能及び格納回路もそれぞれ２つもつ構成となっている。高域強調ＥＣＧ信号は、テンプレート生成機能Ｈ３０ａ、テンプレート更新機能Ｈ４０ａ及び格納回路Ｈ５０ａで処理し、帯域強調ＥＣＧ信号は、テンプレート生成機能Ｂ３０ｂ、テンプレート更新機能Ｂ４０ｂ及び格納回路５０Ｂｂで処理する。
【００７８】
一方、検出機能２０にも高域強調ＥＣＧ信号と帯域強調ＥＣＧ信号の２つが入力される。検出機能２０の評価値算出機能２１は、高域強調ＥＣＧ信号と格納回路Ｈ５０ａに格納されているＭ個のテンプレートとの評価値（差分の絶対値の総和）をそれぞれ算出して、評価値の最小値を高域強調評価値ＥＨminとする。同様に、評価値算出機能２１は、帯域強調ＥＣＧ信号と格納回路Ｂ５０ｂに格納されているＭ個のテンプレートとの評価値（差分の絶対値の総和）をそれぞれ算出して、評価値の最小値を帯域強調評価値ＥＢminとする。
【００７９】
さらに、評価値算出機能２１は、高域強調評価値ＥＨminと帯域強調評価値ＥＢminとを重み付け加算して、複合評価値Ｅを算出する。具体的には、重みをα（０≦α≦１）とするとき、複合評価値Ｅを、Ｅ＝αＥＨmin＋（１−α）ＥＢmin、により算出する。
【００８０】
判定機能２２では、算出された複合評価値Ｅを用いてＲ波を検出する。具体的には、複合評価値Ｅが所定の閾値よりも小さい場合に、Ｒ波であると判定する。
【００８１】
なお、判定機能２２は、Ｒ波が検出されてから後の所定の時間の間は常にＲ波ではないと判定しても良い。また、心電計１００から２チャネル以上のＥＣＧ信号が入力される場合には、チャネルごとに複合評価値Ｅを算出し、その平均値と所定の閾値とを比較してＲ波か否かを判定しても良い。
【００８２】
図１７は、第４の実施形態に係るＥＣＧ信号処理装置１ｃの効果を確認するために行った評価試験の結果を示す図である。図１７（ａ）が１．５テスラのＭＲＩ装置を用いたＲ波検出結果であり、図１７（ｂ）が３テスラのＭＲＩ装置を用いたＲ波検出結果である。
【００８３】
評価に用いたＥＣＧ信号のデータは、図９と同じものであり、収集したＥＣＧ信号に含まれるＲ波の全数（２２２９８個）のうち、いくつを正確に検出できるかを評価した。Ｒ波の全数のうち、８００６個は、ＭＲＩが動作中（撮像中）に収集したものであり、それ以外はＭＲＩが非動作のときに収集したものである。評価指標としても図９と同様にＦ値を用いており、これを図９の縦軸としている。
【００８４】
横軸において評価対象が「全期間（撮像中＋停止中）」のものは、Ｒ波の全数（２２２９８個）を評価対象としており、評価対象が「撮像期間のみ」のものは、撮像中に収集したＲ波（８００６個）を評価対象としている。
【００８５】
横軸の「事前作成」に該当する棒グラフは、事前に作成した固定のテンプレートを用いてＲ波検出を行ったときの評価結果である。「逐次更新」に該当する棒グラフは、撮像中と停止中のいずれにおいてもテンプレートを逐次更新させてＲ波検出を行ったときの評価結果である。また、「撮像中非更新」に該当する棒グラフは、第４の実施形態に係るＥＣＧ信号処理装置１ｃの構成で評価した結果であり、停止中のみテンプレートを更新し、撮像中は更新しないという方法でＲ波検出を行ったときの評価結果である。
【００８６】
図１７より、第４の実施形態に係るＥＣＧ信号処理装置１ｃが高い検出性能を示していることが判る。特に、３テスラのＭＲＩ装置において、第４の実施形態に該当する「撮像中非更新」の性能が、「事前作成」や「逐次更新」に比べて向上していることが示された。
【００８７】
図１８は、心電同期撮像装置２００ａがＥＣＧ信号処理装置１を含む例を示す図である。心電同期撮像装置２００ａは、同期信号を生成するＥＣＧ信号処理装置１の他、同期信号に同期して被検体から撮像用のデータを収集するデータ収集回路２１０、収集した撮像用のデータから被検体の画像を生成する画像生成回路２２０、生成した画像を表示するディスプレイ２３０を有する。心電同期撮像装置２００ａが含むＥＣＧ信号処理装置１は、第１の実施形態に限らず、第２乃至第４の実施形態のＥＣＧ信号処理装置１ａ、１ｂ、１ｃを含みうる。
【００８８】
心電同期撮像装置２００ａがＭＲＩ装置である場合、ＭＲＩ装置が具備する静磁場磁石、傾斜磁場コイル、ＲＦコイル、送信回路、受信回路、及びシーケンスコントローラによって、上記のデータ収集回路を構成する。また、ＭＲＩ装置のホストコンピュータが具備するプロセッサ等の処理回路が上記の画像生成回路２２０を構成する。
【００８９】
上記の各実施形態では、ＥＣＧ信号処理装置１、１ａ、１ｂ、１ｃは、心電計１００とは別個の構成である例を示した。心電計１００をＥＣＧ信号処理装置１、１ａ、１ｂ、１ｃの内部構成としてもよい。
【００９０】
（第５の実施形態）
上述した第１乃至第４の各実施形態では、心電計１００から出力されるＥＣＧ信号に基づいて同期信号を生成している。一方、例えば、１２誘導式の心電計は、I、II、III、aVR、aVL、aVF、V1〜V6、といった１２個（１２次元）のＥＣＧ信号を出力する。また、例えば、４端子の心電計であれば、２〜３個のＥＣＧ信号（２〜３次元）を出力する。また、例えば、ベクトルカーディオグラムは、複数の電極信号から生成した２乃至３のＥＣＧ信号を利用する。
【００９１】
第５の実施形態に係るＥＣＧ信号処理装置１では、２以上のＥＣＧ信号を利用するベクトルカーディオグラムからＲ波を検出する。図１９は、第５の実施形態に係るＥＣＧ信号処理装置１ｄの構成例を示す図である。
【００９２】
ＥＣＧ信号処理装置１ｄには、例えば、２つの心電計１００ａ、１００ｂが接続される。心電計１００ａ、１００ｂは、異なる電極（１０１ａ、１０１ｂ）と、電極（１０２ａ、１０２ｂ）とを有している。心電計１００ａから出力されるＥＣＧ信号を、ＥＣＧ第１誘導信号（Ｘ）とし、心電計１００ｂから出力されるＥＣＧ信号を、ＥＣＧ第２誘導信号（Ｙ）とする。
【００９３】
ＥＣＧ信号処理装置１ｄの構成は、第１の実施形態のＥＣＧ信号処理装置１（図４参照）に対して、座標変換機能８０を有している点が異なる。座標変換機能８０以外の構成は、第１の実施形態と同じである。なお、座標変換機能８０も、処理回路３０２によって実現される。
【００９４】
図２０及び図２１は、ＥＣＧ第１誘導信号（Ｘ）と、ＥＣＧ第２誘導信号（Ｙ）とを出力するベクトルカーディオグラムを例として、座標変換機能８０の動作概念を説明する図である。
【００９５】
図２０（ａ）の左側の上下の図は、ＥＣＧ第１誘導信号（Ｘ）と、ＥＣＧ第２誘導信号（Ｙ）の波形例を示す図である。夫々の横軸は時間であり、縦軸は振幅を示す。図２０（ａ）の右側の図は、時間の経過に沿って、ＥＣＧ第１誘導信号（Ｘ）の振幅をＸ軸（横軸）に、ＥＣＧ第２誘導信号（Ｙ）の振幅をＹ軸（縦軸）にプロットした図である。以下、右側の図をベクトルプロット図と呼ぶ。
【００９６】
図２０（ａ）は、ノイズの無い状態、例えば、被検体がＭＲＩ装置の外にいる状態での波形を示している。ノイズの無い状態では、ＥＣＧ第１誘導信号（Ｘ）と、ＥＣＧ第２誘導信号（Ｙ）とは、互いに相関関係を有している。このため、位置Ｐ１にあるＲ波は、ベクトルプロット図上では、原点から右斜め方向に強いピークをもつ形状となる。また、位置Ｐ２にあるＴ波も、Ｒ波と同じ方向にピークを持つ傾向となる。
【００９７】
これに対して、図２０（ｂ）は、ノイズ有り状態、例えば、被検体がＭＲＩ装置の内部に載置され、強い静磁場の影響を受けている状態での波形を例示している。この状態では、図２０（ｂ）の左側の上下の図に例示するように、ＥＣＧ第１誘導信号（Ｘ）と、ＥＣＧ第２誘導信号（Ｙ）とにノイズが重畳しやすくなる。例えば、位置Ｐ３にノイズが重畳する。通常、このようなノイズでのＥＣＧ第１誘導信号（Ｘ）とＥＣＧ第２誘導信号（Ｙ）との相関は、Ｒ波での間でＥＣＧ第１誘導信号（Ｘ）とＥＣＧ第２誘導信号（Ｙ）との相関とはことなる。このため、図２０（ｂ）の右側のベクトルプロット図では、位置Ｐ３に対応するノイズは、位置Ｐ１にあるＲ波のピーク方向とは異なる方向、例えば、９０度離れた方向等にピークをもつ。
【００９８】
第５の実施形態では、ベクトルカーディオグラムのこのような特徴を利用して、Ｒ波等の特定の波形をより確実に検出する。具体的には、座標変換機能８０によって、ＥＣＧ第１誘導信号（Ｘ）とＥＣＧ第２誘導信号（Ｙ）とを座標変換し、ベクトルプロット図上におけるＲ波のピーク方向に射影する。
【００９９】
図２１は、座標変換機能８０の概念を説明する図である。ノイズが無い状態でのＲ波のピーク方向が、Ｘ−Ｙ座標系で傾きθであるとする。座標変換機能８０は、これをθだけ回転させて、例えば、次の式によって、ｘ−ｙ座標系に座標変換する。
【０１００】
ｘ＝Ｘ・ｃｏｓ（θ）＋Ｙ・ｓｉｎ（θ）        （式４）
ｙ＝−Ｘ・ｓｉｎ（θ）＋Ｙ・ｃｏｓ（θ）      （式５）
この結果、例えば、ノイズのピーク方向がＲ波のピーク方向と直交している場合、座標変換後の信号ｘは、図２１の右側に例示するように、ノイズが低減された波形となる。
【０１０１】
座標変換で必要となる傾きθは、ノイズが無い状態、例えば、被検体がＭＲＩ装置の外部にいる状態でＥＣＧ第１誘導信号（Ｘ）とＥＣＧ第２誘導信号（Ｙ）を取得し、ベクトルプロット図上でのＲ波のピーク方向から求めることができる。
【０１０２】
座標変換後のＥＣＧ信号ｘに対する処理は、第１乃至第４の実施形態と同じである。このように、第５の実施形態に係るＥＣＧ信号処理装置１ｄによれば、ベクトルカーディオグラムを第１乃至第４の実施形態のＥＣＧ信号処理装置１、１ａ、１ｂ、１ｃに適用することができ、ノイズの影響をさらに低減することができる。
【０１０３】
（第５の実施形態の変形例）
図２２は、第５の実施形態の変形例に係るＥＣＧ信号処理装置１ｅの構成例を示す図である。図１９に示す構成は、座標変換後の信号の一方に対して、つまり、（式４）で得られるＥＣＧ信号ｘに対して、第１乃至第４の実施形態の処理を適用するものである。これに対して、第５の実施形態の変形例に係るＥＣＧ信号処理装置１ｅでは、座標変換後の複数の信号、例えば、（式４）で得られるＥＣＧ信号ｘと、（式５）で得られるＥＣＧ信号ｙの双方に対して、第１乃至第４の実施形態の処理を並列に適用する。この場合、２つの評価値算出機能２１から、２つの評価値が得られることになる。この２つの評価値は、統合判定機能９０に入力される。統合判定機能９０も処理回路３０２によって実現される。統合判定機能９０は、例えば、２つの評価値を重み付け加算し、加算値に対して所定の閾値を適用することでＲ波を検出し、同期信号を生成する。
【０１０４】
ここまで説明してきたように、ＭＲＩ装置を用いた同期撮像に用いられる同期信号の多くはＥＣＧ信号から生成される。ＥＣＧ信号は、心拍に関連する生体信号の１つであるが、心拍に関連する生体信号には、ＥＣＧ信号の他にも、脈波信号や心音信号等がある。上述した各実施形態のＥＣＧ信号処理装置において、入力信号をＥＣＧ信号に換えて、脈波信号や心音信号等の心拍に関連する生体信号とすることにより、心拍同期信号を生成することができる。この場合、上述した説明において、「ＥＣＧ信号処理装置」を「信号処理装置」に、「ＥＣＧ信号処理方法」を「信号処理装置」に、また「心電同期撮像装置」を「心拍同期撮像装置」に読み替えれば良い。さらに、上述した説明において、「ＥＣＧ信号」を「心拍に関連する生体信号」に、「心電同期信号」を「心拍同期信号」に、また「心電同期撮像」を「心拍同期撮像」に読み替えればよい。
【０１０５】
以上説明してきた、少なくとも１つの実施形態に係るＥＣＧ信号処理装置によれば、撮像中などにおいてＥＣＧ信号に大きなノイズが重畳している場合においても、ＥＧＣ信号中のＲ波をより確実に検出することができ、また、ＥＣＧ信号中に異常波形が含まれていた場合においても、その異常波形も検出することができる。この結果、心電同期撮像を行う撮像装置に対して、安定かつ確実に同期信号を供給することができる。
【０１０６】
なお、実施形態におけるテンプレート生成機能、格納回路、及び検出機能は、夫々、特許請求の範囲の生成部、格納部、及び検出部の一例である。また、実施形態におけるテンプレート更新機能、テンプレート生成判定機能、フィルタ処理機能、及び第２の格納回路は、夫々、特許請求の範囲の更新部、生成判定部、フィルタ処理部、及び第２の格納部の一例である。また、実施形態におけるデータ処理回路、及び画像生成回路は、夫々、特許請求の範囲のデータ収集部、及び画像生成部の一例である。
【０１０７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０８】
１  ＥＣＧ信号処理装置、信号処理装置
１０  フィルタ処理機能
２０  検出機能
２１  評価値算出機能
２２  判定機能
３０  テンプレート生成機能
４０  テンプレート更新機能
５０  格納回路
６０  第２の格納回路
７０  テンプレート生成判定機能
１００  心電計
２００  心電同期撮像装置、撮像装置
【図１】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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