(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込み可能医療デバイスであって、
第１閾値及び第２閾値を受信するテレメトリユニットであって、当該第２閾値が、当該第１の閾値とは異なるものであり、当該第１閾値及び第２閾値が、第１の姿勢をとる患者に対応するものと、
電位図を、異なるスケールに対するウェーブレットの異なる部分集合を含む、ウェーブレットの集合に変換するウェーブレット変換ユニットであって、当該電位図が、前記患者が前記第１の姿勢をとる間に検知されるものと、
第１部分集合の前記ウェーブレットの第１ウェーブレット係数を前記第１閾値と比較し、第２部分集合の前記ウェーブレットの第２ウェーブレット係数を、前記第２閾値と比較し、前記第１閾値より小さい前記第１ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らし、前記第２閾値より小さい前記第２ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らすウェーブレットノイズ除去ユニットと、
を備える埋め込み可能医療デバイス。
【請求項２】
１つ又は複数のウェーブレット係数を減らすことに続いて、前記ウェーブレットの集合をノイズ除去された電位図に変換する逆ウェーブレット変換ユニットをさらに備える請求項１に記載の埋め込み可能医療デバイス。
【請求項３】
前記ウェーブレットノイズ除去ユニットは、前記第１ウェーブレット係数及び第２ウェーブレット係数の１つ又は複数をゼロに設定することによって、該第１ウェーブレット係数及び第２ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らす請求項１に記載の埋め込み可能医療デバイス。
【請求項４】
前記ウェーブレットノイズ除去ユニットは、各部分集合の前記ウェーブレットのウェーブレット係数を異なる閾値と比較し、任意の所与のウェーブレット係数と関連する各部分集合に対する各閾値よりも小さい該所与のウェーブレット係数を減らす請求項１に記載の埋め込み可能医療デバイス。
【請求項５】
前記テレメトリユニットは、前記電位図を前記ウェーブレットの集合に変換する前に、プログラマから前記第１閾値及び前記第２閾値を受信する請求項１に記載の埋め込み可能医療デバイス。
【請求項６】
前記医療デバイスが、埋め込み可能医療デバイス、外部医療デバイス、プログラマ、及び診断ループ記録器からなるグループから選択されるデバイスを含む請求項１に記載の埋め込み可能医療デバイス。
【請求項７】
埋め込み可能医療デバイスであって、
第１閾値及び第２閾値を受信するテレメトリユニットであって、当該第２閾値が、当該第１閾値とは異なるものであり、当該第１閾値及び第２閾値が、第１の姿勢をとる患者に対応するものと、
前記患者が前記第１の姿勢をとる間に感知された生体信号を、異なるスケールに対するウェーブレットの異なる部分集合を含む、ウェーブレットの集合に変換するウェーブレット変換ユニットと、
第１部分集合の前記ウェーブレットの第１ウェーブレット係数を前記第１閾値と比較し、第２部分集合の前記ウェーブレットの第２ウェーブレット係数を、前記第２閾値と比較し、前記第１閾値より小さい前記第１ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らし、前記第２閾値より小さい前記第２ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らすウェーブレットノイズ除去ユニットと、
を備えることを特徴とする埋め込み可能医療デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療デバイスに関し、より詳細には、電位図又は他の生体信号の信号処理に関する。
ＩＭＤ及び外部医療デバイスを含む医療デバイスは、患者の電位図を検知し、記録することが多い。電位図は、患者の記録された電位変化を表す信号のことを言う。電位図の例は、心電図すなわち患者の心臓に関連する記録された電位、及び、脳電図すなわち患者の脳に関連する記録された電位を含む。電位図の他のより具体的な例は、心房電位図、冠状静脈洞（ＣＳ）電位図、食道電位図、高位右心房（ＨＲＡ）電位図、ヒス束電位図、心房内電位図、心内電位図、右心室電位図、右心室先端電位図、洞房結節電位図などを含む。
【０００２】
電位図の信号処理は、医療分野では一般的な難問である。特に、電位図の信号処理は、患者の心臓の不整脈などの医療事象を患者の体内で識別できるように、電位図の特定の特徴を識別することが必要であることが多い。しかしながら、多くの場合、信号ノイズは、電位図の解析を複雑にする可能性がある。こういう理由で、電位図からノイズを減らすか、又は、除去するために、ノイズ除去技法が望ましい。
【０００３】
一般に、本発明は、ノイズ除去プロセスにおいてウェーブレット変換が使用される、電位図のためのノイズ除去技法を対象とする。たとえば、電位図は、スケール−時間領域における電位図の分解を構成するウェーブレットの有限集合によって表すことができる。本発明によれば、電位図をウェーブレットの集合に変換し、閾値処理をウェーブレットに対して実施して、ノイズを除去しながらも、電位図の情報を保持することができる。特に、ノイズ除去結果を改善するために、異なるスケールのウェーブレット係数について、異なる閾値を確立することができる。各閾値がウェーブレット係数を超える場合、ウェーブレット係数を、たとえば、係数をゼロに設定することによって減らす。閾値処置プロセスに続いて、ウェーブレットを、ノイズ除去された電位図に変換し、その電位図を、解析するか、又は、処理することができる。
【０００４】
一実施形態では、本発明は、電位図をウェーブレットの集合に変換するステップであって、ウェーブレットの集合が、異なるスケールについてウェーブレットの異なる部分集合を含むステップと、第１部分集合のウェーブレットの第１ウェーブレット係数を第１閾値と比較するステップと、第２部分集合のウェーブレットの第２ウェーブレット係数を、第１閾値と異なる第２閾値と比較するステップとを含む方法を提供する。この方法はまた、第１閾値より小さい第１ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らすステップと、第２閾値より小さい第２ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らすステップとを含み得る。ほとんどの場合、ウェーブレット係数を減らすステップは、ウェーブレット係数をゼロに設定するステップを含む。
【０００５】
別の実施形態では、本発明は、電位図をウェーブレットの集合に変換するウェーブレット変換ユニットであって、ウェーブレットの集合が、異なるスケールについてウェーブレットの異なる部分集合を含むウェーブレット変換ユニットと、第１部分集合のウェーブレットの第１ウェーブレット係数を第１閾値と比較し、第２部分集合のウェーブレットの第２ウェーブレット係数を、第１閾値と異なる第２閾値と比較し、第１閾値より小さい第１ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らし、第２閾値より小さい第２ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らすウェーブレットノイズ除去ユニットとを備える医療デバイスを提供する。
【０００６】
別の実施形態では、本発明は、電位図を記録し、電位図を、異なるスケールに対してウェーブレットの異なる部分集合を含むウェーブレットの集合に変換すること、第１部分集合のウェーブレットの第１ウェーブレット係数を第１閾値と比較すること、第２部分集合のウェーブレットの第２ウェーブレット係数を、第１閾値と異なる第２閾値と比較すること、第１閾値より小さい第１ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らすこと、及び、第２閾値より小さい第２ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らすことによって、電位図のノイズ除去を実施する第１医療デバイスを備えるシステムを提供する。システムはまた、第１閾値及び第２閾値を確立するために閾値推定を実施し、第１閾値及び第２閾値を第１医療デバイスに送出する第２医療デバイスを含み得る。
【０００７】
別の実施形態では、本発明は、実行されると、異なるスケールに対するウェーブレットの異なる部分集合を含むウェーブレットの集合に電位図を変換し、第１部分集合のウェーブレットの第１ウェーブレット係数を第１閾値と比較し、第２部分集合のウェーブレットの第２ウェーブレット係数を、第１閾値と異なる第２閾値と比較し、第１閾値より小さい第１ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らし、第２閾値より小さい第２ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らすコンピュータ可読命令を含むコンピュータ可読媒体を提供する。
【０００８】
別の実施形態では、本発明は、電位図を、異なるスケールに対するウェーブレットの異なる部分集合を含む、ウェーブレットの集合に変換する手段と、第１部分集合のウェーブレットの第１ウェーブレット係数を第１閾値と比較する手段と、第２部分集合のウェーブレットの第２ウェーブレット係数を、第１閾値と異なる第２閾値と比較する手段とを備える装置を提供する。この装置はさらに、第１閾値より小さい第１ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らす手段と、第２閾値より小さい第２ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らす手段とを備え得る。
【０００９】
別の実施形態では、本発明は、電位図を、異なるスケールに対するウェーブレットの異なる部分集合を含む、ウェーブレットの集合に変換する手段と、第１部分集合のウェーブレットの第１ウェーブレット係数を第１閾値と比較する手段と、第２部分集合のウェーブレットの第２ウェーブレット係数を、第１閾値と異なる第２閾値と比較する手段と、第１閾値より小さい第１ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らす手段と、第２閾値より小さい第２ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らす手段とを備えるシステムを提供する。このシステムはまた、電位図をウェーブレットの集合に変換する前に、第１閾値及び第２閾値を選択する手段を備え得る。
【００１０】
別の実施形態では、本発明は、電位図を表す第１スケールのウェーブレットの第１ウェーブレット係数を第１閾値と比較するステップと、電位図を表す第２スケールのウェーブレットの第２ウェーブレット係数を第２閾値と比較するステップと、第１閾値より小さい第１ウェーブレット係数を減らすステップと、第１閾値と異なる第２閾値より小さい第２ウェーブレット係数を減らすステップとを含む方法を提供する。
【００１１】
別の実施形態では、本発明は、生体信号を、異なるスケールに対するウェーブレットの異なる部分集合を含む、ウェーブレットの集合に変換するステップと、第１部分集合のウェーブレットの第１ウェーブレット係数を第１閾値と比較するステップとを含む方法を提供する。この方法は、第２部分集合のウェーブレットの第２ウェーブレット係数を、第１閾値と異なる第２閾値と比較するステップと、第１閾値より小さい第１ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らすステップと、第２閾値より小さい第２ウェーブレット係数の１つ又は複数を減らすステップとをさらに含み得る。
【００１２】
本発明の発明の要素のいくつかは、たとえば、本明細書で述べるノイズ除去技法を含み、いくつかの従来のノイズ除去技法に比べて、計算の観点から実施するのが容易である。さらに、本発明は、計算の観点から実施するのが比較的容易であるため、計算資源が制限され、電力消費が問題となる埋め込み式医療デバイスにおいて使用するのに好適である。
【００１３】
付加的な態様として、重要でないノイズに関連する係数をゼロに設定することにより、たとえば、電位図信号の最大傾斜に一致する、大きな係数を有するウェーブレットの重要な情報を失うことなく電位図を圧縮することができる。本ノイズ除去技法は、埋め込み可能心臓信号ループ、又は、電位図検知のために皮下電極を利用する他のタイプの埋め込み可能診断ループ記録器において特に役立つ可能性がある。こうしたデバイスは、通常、患者の胸筋又は他の筋肉又は組織によって生ずるかなりの量の電位図ノイズを記録する。しかしながら、本発明によれば、異なるウェーブレットスケールについて異なる閾値を利用するウェーブレット閾値処理によって、こうしたノイズを識別し、且つ除去することができる。
【００１４】
本発明の１つ又は複数の実施形態の詳細は、添付図面及び以下の説明で述べられる。本発明の他の特徴及び発明の態様は、説明及び図面、並びに、特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００１５】
本発明は、ノイズ除去プロセスにおいてウェーブレット変換が使用される、電位図又は他のタイプの生体信号のためのノイズ除去技法を対象とする。たとえば、電位図を、スケール−時間領域における電位図の分解を構成するウェーブレットの有限集合によって表すことができる。本発明によれば、電位図をウェーブレットの集合に変換し、ウェーブレットに対して閾値処理を実施して、ノイズを除去しながらも、電位図の情報を保持することができる。閾値処理プロセスに続いて、ウェーブレットを、ノイズ除去された電位図に変換することができる。本発明の詳細の多くは、電位図の文脈で述べられるが、本技法は、他のタイプの生体信号のノイズ除去に同様に適用可能であり得る。
【００１６】
ウェーブレットの集合は、複数の異なるスケールのそれぞれに対するウェーブレットの部分集合を含む。しかしながら、ウェーブレットの一部のみが、電位図を示す情報の大部分を含み、他は、主にノイズを含む。そのため、主にノイズを含むウェーブレットについて、ウェーブレット係数をゼロに設定することによって、電位図を示す情報をなくすことなく、大幅なノイズの低減を達成することができる。
【００１７】
ノイズ除去を改善するために、それぞれのスケールに関連するウェーブレットの異なる部分集合ごとに、異なる閾値を確立することができる。換言すれば、閾値は、異なるスケールのウェーブレットごとに変わる。ウェーブレット係数が、ウェーブレットの所与の部分集合に関連する各閾値を越える場合、ウェーブレット係数は変えられないままである。しかしながら、各閾値がウェーブレット係数を超える場合、ウェーブレット係数が減らされ、たとえば、通常、ゼロに設定される。ノイズ除去されたウェーブレットの集合は、その後、ノイズ除去された電位図に変換することができる。こうして、ウェーブレット変換を、効率的なノイズ除去のために利用することができる。
【００１８】
種々のウェーブレットスケールにおいて閾値を規定するために、医療処置を実施してもよい。特に、医師は、電位図においてノイズを誘発するために、一定の姿勢をとるように患者に指示する。医師は、その後、ノイズ除去を改善するために、電位図を解析し、異なるスケールにおいて１つ又は複数の閾値に対して調整を行うことができる。閾値に対する調整は、閾値処理アルゴリズムの実行の結果として自動的に行うか、又は、医師によって手動で入力することができる。いずれの場合も、閾値を規定する医療処置は、電位図検知のために皮下電極を利用する埋め込み可能診断ループ記録器について特に役立ち得る。たとえば、患者の胸筋（又は他の筋肉又は組織）によって生ずるノイズは、一定の姿勢をとるように患者に指示することによって識別することができ、こうしたノイズを補償するように閾値を調整することができる。
【００１９】
ウェーブレット変換は、古典的な短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）及びガボール変換に対する代替を提供するため、非定常信号の解析に特に役立つ。ウェーブレット変換は、通常、信号を、異なるスケール（又は分解能）において現れる成分に分解する線形演算である。マザーウェーブレットは、ゼロ平均関数Ψ∈Ｌ２（Ｒ）（有限エネルギー）、すなわち
【００２０】
【数１】
0004722835.tif 000002
【００２１】
を含む。
数式１を‖Ψ‖＝１となるように正規化して、ｔ＝０を中心に集めることができる。その後、ｓによるマザーウェーブレットΨのスケーリング及び変換、並びに、ｕによる変換によって、ウェーブレットの集合を得ることができる。即ち、
【００２２】
【数２】
0004722835.tif 000003
【００２３】
である。
本開示で使用される、「ウェーブレットの集合」という用語は、一般に、電位図を表すために、マザーウェーブレット関数から生成される全てのウェーブレットのことを言う。ウェーブレットの集合は、いくつかの異なるスケールにおけるウェーブレットを含む。「ウェーブレットの部分集合」という用語は、特定のスケールのウェーブレットのことを言う。そのため、ウェーブレットの異なる部分集合は、それぞれのスケールに関連し、全てのスケールにおけるウェーブレットの部分集合の全てが、マザーウェーブレット関数から生成されたウェーブレットの集合を構成する。言い換えれば、ウェーブレットの集合は、第１スケールウェーブレット、第２スケールウェーブレット、第３スケールウェーブレットなどを含む。
【００２４】
ウェーブレット解析は、より正確な低周波情報が必要とされる粗いウェーブレット、及び、高周波情報が必要とされる細かいウェーブレットの使用を可能にする。ＳＴＦＴと同様に、ウェーブレット変換は、ウェーブレット関数の、スケーリングされ、シフトされたものによって乗算された信号の全時間にわたる合計として規定される。関数ｆ∈Ｌ２（Ｒ）について、時間ｕ及びスケールｓにおけるウェーブレット変換は、
【００２５】
【数３】
0004722835.tif 000004
【００２６】
として規定される。
このタイプの変換は、エネルギー保存を満足する。スケール「ｓ」の減少に伴って、ウェーブレットについてのサポートが減り、ウェーブレットは、信号の高周波成分に対してより敏感になり、信号のより細かな微細粒状性の細部が強められる。一方、スケールが増加すると、信号の粗い構造がより強調される。ウェーブレット変換の結果は、スケール−時間平面で規定することができる。ウェーブレット変換は、畳み込み積として書き換えることができる。即ち、
【００２７】
【数４】
0004722835.tif 000005
【００２８】
である。ただし、
【００２９】
【数５】
0004722835.tif 000006
【００３０】
である。
Ψｓ（ｔ）のフーリエ変換は、
【００３１】
【数６】
0004722835.tif 000007
【００３２】
である。
【００３３】
【数７】
0004722835.tif 000008
【００３４】
は、バンドパスフィルタの伝達関数と同じであるため、畳み込みは、伸張型インパルス応答バンドパスフィルタによってウェーブレット変換を計算することができる。
心電図を含む多くの電位図は、最も重要な情報を、その特異点及び強いゆがみ(sharp deflection)において保持する。ウェーブレット変換は、信号を、時間及び周波数が十分に局在化した基礎的構成要素に分解するため、過渡現象又は特異性を特徴付けるのに特によく適応している。ウェーブレット変換は、徐々にスケールパラメータｓを減らすズーミング手順によって、局在化した信号構造に的を絞ることができる。信号の局所正則性(regularity)の尺度は、そのスケールにわたる、ウェーブレット変換振幅の減衰によって提供される。特異性は、細かいスケールにおけるウェーブレット変換極大をたどることによって検出することができる。即ち、
【００３５】
【数８】
0004722835.tif 000009
【００３６】
である。
数式７から、
【００３７】
【数９】
0004722835.tif 000010
【００３８】
を導出することができる。
図１は、本発明の１実施形態による医療デバイス１０の例示的なブロック図である。医療デバイス１０は、電位図を解析するのに使用される、いろいろな医療デバイスのうちの任意のデバイスを含み得る。たとえば、医療デバイス１０は、電位図を検知するのに使用される種々の埋め込み式電極（図示せず）を含む埋め込み式医療デバイス（ＩＭＤ）を含み得る。代わりに、医療デバイス１０は、電位図を検知するために、患者の皮膚上で表面電極を使用する外部医療デバイスを含んでもよい。同様に、医療デバイス１０は、患者の皮下に埋め込まれた電極を利用する診断ループ記録器などの、皮下電極を介して電位図を測定する、埋め込み式デバイス又は外部デバイスであってもよい。他の場合では、医療デバイス１０は、別のデバイスから、たとえばテレメトリを介して、検知された電位図を受信する外部デバイスを含む。いずれの場合も、医療デバイス１０は、本明細書で述べるウェーブレット解析を使用して、電位図に対してノイズ除去技法を実施する。
【００３９】
一般に、医療デバイス１０は、ウェーブレット変換ユニット１２、ウェーブレットノイズ除去ユニット１４、及び逆ウェーブレット変換ユニット１６を含む。これらの部品は、アナログか、デジタルのいずれかの部品として実施することができる。たとえば、ウェーブレット変換ユニット１２、ウェーブレットノイズ除去ユニット１４、及び逆ウェーブレット変換ユニット１６は、ダイナミックトランスリニア（ＤＬＴ）回路などのアナログロジック回路を備えるか、又は、デジタルロジック又はソフトウェアにより実施されるアルゴリズムを備えてもよい。さらに、異なるユニットを実現するために、種々のハードウェア／ソフトウェアの組み合わせを使用してもよい。ウェーブレット変換ユニット１２、ウェーブレットノイズ除去ユニット１４、及び逆ウェーブレット変換ユニット１６が、デジタルハードウェアで実施される場合、受信したアナログ電位図をデジタル電位図、すなわち、アナログ電位図のデジタルサンプルのストリームに変換するのに、アナログ−デジタル変換器（図１に示さず）を使用してもよい。
【００４０】
一部のデジタル実施態様では、ウェーブレット変換ユニット１２、ウェーブレットノイズ除去ユニット１４、及び逆ウェーブレット変換ユニット１６の１つ又は複数は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）等の上で実行されるソフトウェアモジュールを備える。その場合、コンピュータ可読媒体は、実行されると、ウェーブレット変換ユニット１２、ウェーブレットノイズ除去ユニット１４、及び／又は逆ウェーブレット変換ユニット１６に関連する機能を実施する機械装置可読命令を含む。さらに、本発明は、プログラム可能ロジック、又は、他のタイプのハードウェア、ソウトウェア、又はファームウェア内にあってもよい。
【００４１】
ウェーブレット変換ユニット１２は、電位図内の情報をひとまとめにして含むウェーブレットの集合を生成するために、電位図（ＥＧＭ）に対してウェーブレット変換を実施する。たとえば、ウェーブレット変換ユニット１２は、先に概説したのと同じ数学的フレームワークを使用してウェーブレット変換を実施してもよい。特に、ウェーブレットの集合は、選択されたマザーウェーブレットをスケーリングし、且つ変換することによって得ることができる。ウェーブレット変換ユニット１２は、電位図に対して所望のウェーブレット変換を実施するために設計された伸張型インパルス応答バンドパスフィルタのセットを備えてもよい。ウェーブレット変換ユニット１２によって生成されるウェーブレットの集合は、種々の異なるスケールファクタにおける多くのウェーブレットを含む。換言すれば、それぞれのスケールファクタについてウェーブレットの異なる部分集合が存在する。スケールファクタは、粗いスケールから細かいスケールにわたる。
【００４２】
粗いスケールのウェーブレットは、電位図のより大まかな全体像を提供するが、電位図の特定の細部を欠く。細かいスケールのウェーブレットは、電位図の完全さに欠ける像を提供するが、より多くの細部を含む。粗いスケールのウェーブレットは、細かいスケールのウェーブレットのスケールに１０を乗じた値以上のスケールを有するが、本発明は、必ずしもその点に限定されない。
【００４３】
ウェーブレットノイズ除去ユニット１４は、異なるウェーブレットのウェーブレット係数を閾値と比較することによって、ウェーブレットに対してノイズ除去を実施する。所与のウェーブレット係数が所与の閾値を越える場合、ウェーブレット係数は不変のままである。しかしながら、所与の閾値が所与のウェーブレット係数を越える場合、ウェーブレットノイズ除去ユニット１４は、たとえば、通常そのウェーブレット係数をゼロに設定することによって、そのウェーブレット係数を減らす。こうして、ノイズ除去を達成することができる。
【００４４】
ノイズ除去を改善するために、ウェーブレットノイズ除去ユニット１４は、それぞれのスケールに関連するウェーブレットの異なる部分集合に対して、異なる閾値を適用する。換言すれば、閾値は、異なるスケールのウェーブレットについて変わる。ウェーブレット係数が、ウェーブレットの所与の部分集合に関連する各閾値を越えると、ウェーブレットノイズ除去ユニット１４が判定する場合、ウェーブレット係数は不変のままである。しかしながら、各閾値がウェーブレット係数を超えると、ウェーブレットノイズ除去ユニット１４が判定する場合、ウェーブレット係数が減らされ、たとえば、通常、ゼロに設定される。異なる閾値が、ウェーブレットノイズ除去ユニット１４内にプログラムされてもよい。たとえば、以下でさらに詳細に述べるように、効率的なノイズ除去のための閾値を規定するために、医療処置を実施してもよい。
【００４５】
逆ウェーブレット変換ユニット１６は、ウェーブレットのノイズ除去した集合を変換して、ノイズ除去された電位図に戻す。特に、逆ウェーブレット変換ユニット１６は、ウェーブレットノイズ除去ユニット１４からノイズ除去されたウェーブレットの集合、すなわち、ウェーブレット係数が不変であったウェーブレットと、ウェーブレット係数が減らされたウェーブレットの両方のウェーブレットを含むウェーブレットの集合を受け取る。逆ウェーブレット変換ユニット１６は、ノイズ除去された電位図を生成するためにウェーブレット変換ユニット１２によって実施される変換の逆を実施する。こうして、ウェーブレット変換を、電位図の効率的なノイズ除去のために利用することができる。
【００４６】
心電図では、ウェーブレット係数のほとんどが小さい。最大の係数は、電位図信号の最大傾斜と一致し、こうした少数の係数のみが、通常、重要である。ウェーブレットノイズ除去ユニット１４によって実施されるノイズ除去技法は、一般に、ノイズの中から、電位図の重要な特性を取り除けることに基づいている。ウェーブレット係数を所定の閾値（スケールごとに変わる）と比較することによって、重要でないノイズ関連係数を識別し、ゼロに設定することができる。
【００４７】
本明細書で述べるノイズ除去技法は、従来のノイズ除去技法と比べて一定の利点を提供することができる。特に、ウェーブレットのノイズ除去は、計算の観点からみて比較的容易である。さらに、追加の利益として、重要でないノイズ関連係数をゼロに設定することにより、大きな係数を有する、たとえば、電位図信号の最大傾斜に一致する、ウェーブレットの重要な情報を失うことなく、電位図を圧縮することができる。
【００４８】
本発明は、計算の観点から実施するのが比較的容易であるため、計算資源が制限され、電力消費が問題となる埋め込み式医療デバイスにおいて使用するのに好適である。さらに、ノイズ除去技法は、埋め込み可能心臓信号ループ、又は、電位図検知のために皮下電極を利用する他のタイプの埋め込み可能診断ループ記録器において特に役立つ可能性がある。こうしたデバイスは、通常、患者の胸筋等によって生ずるかなりの量の電位図ノイズを記録する。しかしながら、本発明によれば、こうしたノイズを、ウェーブレット閾値処理によって識別し、且つ除去することができる。
【００４９】
図２は、ノイズ除去技法がデジタルで実施される、本発明の１実施形態による医療デバイス２０のより詳細なブロック図である。医療デバイス１０と同様に、医療デバイス２０は、電位図を解析するのに使用されるいろいろな医療デバイスのうちの任意のデバイスを含み得る。
【００５０】
医療デバイス２０は、アナログ電位図（ＥＧＭ）を受け取り、アナログ電位図を、デジタル電位図、すなわち、電位図を表すデジタルサンプルのストリームに変換する、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２１を含む。ウェーブレット変換ユニット２２、ウェーブレットノイズ除去ユニット２４、及び逆ウェーブレット変換ユニット２６は、ＤＳＰ２５上で実行されるソフトウェアモジュールを含む。たとえば、ウェーブレット変換ユニット２２、ウェーブレットノイズ除去ユニット２４、及び逆ウェーブレット変換ユニット２６は、メモリ２３に記憶され、ＤＳＰ２５によって呼び出されて本明細書で述べるノイズ除去技法を実施するコンピュータ可読命令を含み得る。たとえば、メモリ２３は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、電気的消去可能なプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ等を含む可能性がある。
【００５１】
ウェーブレット変換ユニット２２は、電位図に対してウェーブレット変換を実施し、ウェーブレットの集合を生成する。この例では、ウェーブレット変換ユニット２２は、先に概説した数学的フレームワークに従って電位図に対して所望のウェーブレット変換を実施するように設計された、ソフトウェア実施式の伸張型インパルス応答バンドパスフィルタのセットを備える。ウェーブレット変換ユニット１２によって生成されるウェーブレットの集合は、種々の異なるスケールファクタにおける多くのウェーブレットを含む。
【００５２】
ウェーブレットノイズ除去ユニット２４は、ウェーブレット係数をプログラム可能な閾値と比較することによって、ウェーブレットに対してノイズ除去を実施する。所与のウェーブレット係数が所与の閾値を越える場合、ウェーブレット係数は不変のままである。しかしながら、所与の閾値が所与のウェーブレット係数を越える場合、ウェーブレットノイズ除去ユニット２４は、たとえば、通常そのウェーブレット係数をゼロに設定することによって、そのウェーブレット係数を減らす。それに応じて、ゼロのウェーブレット係数を有するウェーブレットは、実質的に除去される。他の場合では、より複雑な、或る係数に対し非ゼロ減少を行ってもよい。いずれの場合も、ノイズ除去は、ウェーブレット係数のこうした減少によって達成することができる。異なるスケールに関連する異なる閾値は、メモリ２３に記憶され、医療処置の間に、選択されるか、又は、プログラムされることができる。閾値を選択するのに使用される例示的な医療処置のさらなる詳細が、図５を参照して以下に提供される。
【００５３】
逆ウェーブレット変換ユニット２６は、ウェーブレットのノイズ除去した集合を変換して、ノイズ除去された電位図に戻す。特に、逆ウェーブレット変換ユニット２６は、ノイズ除去された電位図を生成するために、ウェーブレット変換ユニット２２によって実施される変換の逆を実施する。こうして、ウェーブレット変換は、電位図の効率的なノイズ除去のために利用することができる。デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器２９は、後の処理又は解析のために、ノイズ除去されたデジタル電位図を変換して、アナログ信号に戻す。
【００５４】
図３は、本発明の１実施形態によるノイズ除去プロセスを示すフロー図である。説明のために、図３に示すプロセスは、図１の医療デバイス１０の観点から述べる。図３に示すように、ウェーブレット変換ユニット１２は、電位図をウェーブレットに変換する（３１）。ウェーブレットノイズ除去ユニット１４は、ウェーブレット係数を閾値と比較し（３２）、これらの比較に基づいて１つ又は複数のウェーブレット係数を減らす（３３）。とりわけ、異なる閾値が、ウェーブレット変換の異なるスケールに対応するウェーブレットの異なる部分集合のウェーブレット係数と比較される。ノイズ除去性能の改善を促進するために、閾値を、異なるスケールについて確立してもよい。ウェ−ブレット係数の１つ又は複数を減らすことに続いて、逆ウェーブレット変換ユニット１６が、ウェーブレットに対して逆変換を実施して、ノイズ除去された電位図を生成し（３４）、この電位図を、医療治療を促進するために解析するか、又は、処理することができる。
【００５５】
図４は、本発明の１実施形態による第１医療デバイス及び第２医療デバイスを含むシステム４０のブロック図である。一例では、第１医療デバイスは、患者の電位図を測定する皮下電極（図示せず）を含む、埋め込み式診断ループ記録器などの埋め込み式医療デバイス（ＩＭＤ）４１を含み、第２医療デバイスは、プログラマ４２を含む。ＩＭＤ４１及びプログラマ４２は、テレメトリ信号４３を介して通信する。プログラマ４２は、ノイズ除去プロセス中に使用するために、閾値をＩＭＤ４１内にプログラムするのに使用することができる。再び、本発明によれば、ノイズ除去プロセスを改善するために、ウェーブレットの異なるスケールについて、異なる閾値が確立される。
【００５６】
ＩＭＤ４１は、図１に示し、先に述べた部品と同じ方法で電位図のノイズ除去を実施する、ウェーブレット変換ユニット４４、ウェーブレットノイズ除去ユニット４５、及び逆ウェーブレット変換ユニット４６を含む。しかしながら、ノイズ除去プロセスを実行する前に、効率的なノイズ除去性能のために、閾値を選択するか、又は規定することができる。特に、ウェーブレットの異なる部分集合のウェーブレット係数と比較するために、たとえばウェーブレット変換の異なるスケールにおいて、異なる閾値が確立される。
【００５７】
ＩＭＤ４１は、プログラマ４２のテレメトリユニット４８との、テレメトリ信号４３の無線通信を容易にするテレメトリユニット４７を含む。特に、ＩＭＤ４１のテレメトリユニット４７は、検知された電位図をプログラマ４２のテレメトリユニット４８に伝達する。プログラマ４２の閾値校正ユニット４９は、異なるウェーブレットスケールで適用される異なる閾値の選択を容易にする。たとえば、閾値校正ユニット４９は、電位図又はノイズ除去された電位図を医師に対して表示し、医師は、これらの閾値を選択するか、又は修正するために、閾値校正ユニット４９への入力を提供する。代わりに、閾値に対する調整は、閾値校正ユニット４９によって実行される閾値処理アルゴリズムの一部として自動的に行ってもよい。その場合、医師は、ノイズ除去された電位図を単に調べ、現在の閾値を許容するか、又は、拒否する。拒否される場合、調整は、閾値処理アルゴリズムの一部として自動的に行ってもよい。
【００５８】
閾値校正ユニット４９は、ＩＭＤ４１のユニットと同様の、ウェーブレット変換ユニット、ウェーブレットノイズ除去ユニット、及び逆ウェーブレット変換ユニットを含んでもよい。そのため、テレメトリユニット４７が検知された電位図を受信すると、閾値校正ユニット４９は、電位図に対してウェーブレットノイズ除去技法を実施し、ノイズ除去された電位図を医師に表示することができる。医師は、その後、ノイズ除去された電位図を解析し、電位図が許容可能であるかどうかを判定することができる。許容可能でない場合、閾値の１つ又は複数は、閾値校正ユニット４９上で実行されるアルゴリズムによってか、又は、おそらく医師による手動入力によって調整することができる。特に、閾値校正ユニット４９は閾値を調整し、ノイズ除去プロセスが繰り返される。ノイズ除去が、医師によって許容可能であると考えられると、閾値は、プログラマ４２のテレメトリユニット４８からＩＭＤ４１のテレメトリユニット４７へ伝達することができる。ＩＭＤ４１は、ＩＭＤ４１のノイズ除去プロセスにおいて後で適用するために、ウェーブレットノイズ除去ユニット４５内に閾値を組み込んでもよい。
【００５９】
場合によっては、医師は、電位図内にノイズを故意に導入するために、１つ又は複数の異なる姿勢をとるように患者に指示する。医師は、（テレメトリを介して）プログラマ４２にこうした姿勢を知らせ、これに応答して、閾値校正ユニット４９は、解析される現在の電位図及び患者がとる現在の姿勢に応じて、いろいろな閾値を調整する。こうした技法は、ＩＭＤ４１が、患者の電位図を測定する皮下電極を含む埋め込み式診断ループ記録器を備える場合の閾値の規定時に特に有効である可能性がある。その場合、患者の胸筋（又は他の筋肉又は組織）に関連するノイズを、患者の運動又は姿勢調整によって故意に導入することができる。さらに他の場合では、閾値推定は、閾値校正ユニット４９上で実行されるアルゴリズムによる自動調整ではなく、医師によって手動でプログラムされてもよい。
【００６０】
図５は、ノイズ除去プロセスにおいて適用される閾値を選択する技法を示すフロー図である。図５に示すように、医師は、電位図に特定のノイズを導入するはずである特定の姿勢をとるように、ＩＭＤ４１を埋め込まれた患者に指示する（５１）。患者がその姿勢をとる（５２）と、医師は、プログラマ４２でアクションを確認する（５３）。プログラマ４２は、その後、ＩＭＤ４１から１つ又は複数の検知された電位図を取得する（５４）。
【００６１】
プログラマ４２は、電位図を処理し（５５）、本明細書で述べたプロセスと同じノイズ除去プロセスにおいて現在の閾値を適用する（５６）。プログラマは、その後、ノイズ除去された電位図を医師に表示し（５７）、医師は、ノイズ除去された電位図を解釈する（５８）。医師が、ノイズ除去された電位図が許容可能であると判定する場合（５９の「はい」分岐）、プログラマ４２は、現在の閾値をＩＭＤ４２に送出し（６０）、ＩＭＤ４１は、ＩＭＤ４１によって実施されるノイズ除去プロセスにおいて後で使用するために、現在の閾値を組み込む（６１）。
【００６２】
しかしながら、医師が、ノイズ除去された電位図が許容可能でないと判定する場合（５９の「いいえ」分岐）、現在の閾値が変更される（６２）。たとえば、閾値校正ユニット４９は、たとえば、現在のノイズ除去された電位図が許容可能でないという医師の入力に応答して、閾値を自動的に調整するアルゴリズムを適用することができる。こうした調整は、ノイズ除去性能を改善するために、一部の閾値が、他と異なるように調整される点で、非線形であってもよい。代わりに、医師は、たとえば、プログラマ４２とのテレメトリを介して、新しい閾値を手動で入力するか、又は、現在の閾値の１つ又は複数を手動で調整してもよい。いずれの場合も、プロセスは、その後、新しい現在の閾値について繰り返され、許容可能な閾値が確立されるまで反復的に続く。さらに、場合によっては、プロセスは、その後、異なる姿勢をとる患者について繰り返され得る。その場合、閾値校正ユニット４９上で実行される閾値アルゴリズムは、患者が特定の姿勢をとる時の特定の閾値に細心の注意を払うように設計されてもよい。
【００６３】
実施形態によっては、医師が、患者がその姿勢をとったことを確認するだけであるように、プロセスが自動化される。換言すれば、プログラマ４１は、医師が閾値選択を行うことを要求することなく、閾値の１つ又は複数を自動的に調整するように設計されてもよい。再び、その場合、閾値を調整する閾値処理アルゴリズムを、閾値校正ユニット４９において実行することができる。医師は、プログラマ４２に対して患者が姿勢をとったことを確認し、その後、ノイズ除去された電位図をレビューし、許容するか、又は、拒否する。
【００６４】
本発明のいくつかの実施形態が述べられた。しかしながら、本発明が、開示した実施形態以外の実施形態によって実施されてもよいことを、当業者は理解するであろう。たとえば、電位図解析において使用される各ウェーブレットを生成するために、他のタイプのマザーウェーブレット関数を使用してもよい。本発明は、いろいろな異なるタイプの電位図のノイズを除去するための用途を見出す可能性がある。さらに、本発明は、外部センサを介して測定される電位図、埋め込み式センサを介して測定される電位図、１つ又は複数の生体センサによって測定される信号、長期継続的又は短期的な信号、又は、ノイズ除去を必要とする任意の他の生体信号を含むがそれらに限定されない、いろいろな異なるタイプの生体信号のノイズを除去するための用途を見出す可能性がある。
【００６５】
同様に、本発明は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア等で実施され得る。例のハードウェア実施態様は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラム可能ロジックデバイス、特別に設計されたハードウェア部品、１つ又は複数のプロセッサ、又は、それらの任意の組み合わせ内での実施態様を含む。ソフトウェアで実施される場合、コンピュータ可読媒体は、先に述べた技法のうちの１つ又は複数を実施するために、プロセッサ又はＤＳＰによって実行されることのできる、コンピュータ可読命令、たとえば、プログラムコードを記憶する。たとえば、コンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、電気的消去可能なプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ等を含み得る。コンピュータ可読媒体は、医療デバイスにおいて実行されると、本明細書で述べた技法のうちの１つ又は複数を実施するコンピュータ可読命令を含む。これらの実施形態及び他の等価な実施形態は、添付の特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の１実施形態による、ウェーブレットベースのノイズ除去が可能な医療デバイスの例示的なブロック図である。
【図２】ノイズ除去技法がデジタル的に実施される、本発明の１実施形態による、ウェーブレットベースのノイズ除去が可能な医療デバイスのより詳細なブロック図である。
【図３】本発明の１実施形態によるノイズ除去プロセスを示すフロー図である。
【図４】テレメトリを介して通信してノイズ除去用閾値をプログラムする第１医療デバイス及び第２医療デバイスを含む、本発明の１実施形態によるシステムのブロック図である。
【図５】本発明に従って、ノイズ除去プロセスにおいて適用される閾値を選択する技法を示すフロー図である。
【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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