(57)【要約】冠状動脈内の閉塞を検出するための非侵襲的診断器具および方法であって、前記診断器具は、患者の胸部に取り付けられた複数の音響センサから心拍に対応する信号を受信するよう適合した信号処理部を具備する。前記信号処理部は、複数の心拍信号の心臓拡張部分を識別するとともに、前記患者の冠状動脈内の閉塞有無と同様にその重症度と位置を特定するために、心臓拡張信号のウェーブレット変換解析を行うようにプログラムされている。
2006524546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冠状動脈内の閉塞を検出する診断装置であって、
患者の胸部に取り付けられた複数の音響センサから心拍に対応する信号を受信するように適合された信号処理部を具備し、
前記信号処理部は、複数の心拍信号に心臓拡張部分を識別するとともに、少なくとも１つの前記音響センサの位置に対応して冠状動脈内の閉塞の重症度と位置の少なくとも一方を特定するようにプログラムされる
ことを特徴とする診断装置。
【請求項２】
前記特定の結果を示すデータを表示する、前記信号処理部に接続されたディスプレイをさらに具備することを特徴とする請求項１記載の診断装置。
【請求項３】
前記信号処理部に接続されたユーザインタフェースをさらに具備することを特徴とする請求項１記載の診断装置。
【請求項４】
前記信号処理部に接続されるとともに、複数の音響センサからの信号を受信し、且つ、前記信号のデジタル化と同期化と多重化とのうち少なくとも１つの処理を行うとともに前記処理が行われた信号を信号処理部へ送信することに適合する、少なくとも１つのアナログ・デジタル変換器をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の診断装置。
【請求項５】
前記信号処理部はデジタルシグナルプロセッサであることを特徴とする請求項１記載の診断装置。
【請求項６】
前記信号処理部は、前記信号にウェーブレット変換を行うようプログラムされ、前記ウェーブレット変換は前記信号の周波数解析および時間領域解析の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１記載の診断装置。
【請求項７】
前記アナログ・デジタル変換器に接続されるとともに、前記音響センサからの前記信号を受信することと、前記信号を増幅することと、前記増幅された信号を前記アナログ・デジタル変換器へ送信することとに適合する少なくとも１つの増幅器をさらに具備することを特徴とする請求項４記載の診断装置。
【請求項８】
外部装置と前記信号処理部とを接続するために前記信号処理部に接続される外部バスをさらに具備することを特徴とする請求項１記載の診断装置。
【請求項９】
前記信号処理部の初期化のための不揮発性メモリをさらに具備することを特徴とする請求項１記載の診断装置。
【請求項１０】
前記診断器具は携帯可能であることを特徴とする請求項１記載の診断装置。
【請求項１１】
患者の胸部に複数の音響センサ取り付ける段階と、
前記複数の音響センサのそれぞれから前記患者の複数の心拍を示す信号を受信する段階と、
評価する前記信号を識別するために振幅しきい値と周波数領域とを設定する段階と、
前記複数の音響センサの位置に対応して冠状動脈内の閉塞の重症度と閉塞の位置の少なくとも一方を特定するために前記信号を処理する段階と
を含むことを特徴とする患者の冠状動脈内の閉塞を検出する方法。
【請求項１２】
前記信号の増幅とデジタル化と同期化と多重化とのうち少なくとも１つの処理を行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の患者の冠状動脈内の閉塞を検出する方法。
【請求項１３】
前記設定された周波数領域内で前記設定された振幅しきい値を越える振幅の前記信号の有無を識別する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の患者の冠状動脈内の閉塞を検出する方法。
【請求項１４】
前記複数の音響センサから受信する信号のうち少なくとも２つに対してウェーブレット変換解析を行う段階をさらに含み、
前記ウェーブレット変換解析は時間領域解析および周波数解析のうち少なくとも一方の処理を行うことを特徴とする請求項１１記載の患者の冠状動脈内の閉塞を検出する方法。
【請求項１５】
前記複数の音響センサの位置の少なくとも１つに対応して、閉塞の少なくとも１つの位置と、前記閉塞の重症度を示す指標を表示する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の患者の冠状動脈内の閉塞を検出する方法。
【請求項１６】
前記患者の胸部に複数の音響センサを取り付ける段階は、患者の胸部上で識別される基準ポイントに対応する既知の位置に前記音響センサを取り付けることを含み、前記閉塞の位置は、前記音響センサの位置に対応して識別されることを特徴とする請求項１１記載の患者の冠状動脈内の閉塞を検出する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して冠状動脈疾患に関するもので、特に、非侵襲的信号処理技術を使用して患者の冠状動脈内の狭窄の重症度および位置を特定するための装置および方法に関するものである。
【０００２】
この出願は、発明の名称を“信号特徴解析を利用する冠状動脈診断 (CADSCAN:Coronary Artery Diagnostics Using Signal Characteristic Analysis)”として２００３年４月２３日に出願された、米国仮出願番号６０／４６４，７７７に基づく優先権を主張するものである。上記で特定される仮出願の開示内容は、参照によりここに組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
冠状動脈疾患は、一般的に心臓の動脈内壁におけるコレステロール(cholesterol)またはプラーク(plaque)の蓄積が原因である。図１は、動脈内壁にプラーク１２の層が形成された動脈１０の図である。このタイプのプラーク１２の蓄積は、血液を運搬する患部動脈の容量を減少させ、それにより動脈を通る血液の流量と、動脈が供給している筋肉に送られる血液量とを減少させる。前記プラーク１２は、前記患部動脈の内側を壊れやすくする可能性がある。図２に示すように、クラック(crack)１４が前記プラーク１２内において成長するとともに、動脈内に形成される凝血塊(blood clot)の原因となる可能性がある。多くの心臓発作は冠状動脈内の凝血塊によって引き起こされている。
【０００４】
現在、血管造影図は、冠状動脈疾患を診断するために広く使用されている。血管造影図は、通常、検査する血管内にカテーテルが挿入され心臓カテーテル法(cardiac catheterization)が要求される非侵襲的な方法である。図３は、従来のカテーテル１６が、患者１８の鼠径部(groin)近くから始まり、且つ、その血管２０を通って伸びている血管に挿入されるとともに、患者の心臓２２に挿入されることを示す。このタイプのカテーテル法の処理は、通常、血管造影図およびそれに続く血管形成処置が行われる前に必要となる。一般に、前記カテーテルの先端には適切なセンサが取り付けられる。場合によっては、前記センサは、約１ＭＨｚの無線周波信号を発信し、且つ、それを心臓に向けて投射するアクティブセンサヘッドである。これらのセンサヘッドは、しばしば患者の心臓に配置される。投射された信号は、心臓の動脈に反射し、且つ、血管閉塞(occlusion)のおおよその位置を特定するために使用され得る。血管形成術は、血管閉塞を除去するために、動脈を通して洗浄器具を挿入することによってなされる。場合によっては、血管造影図および血管形成処置の両方ともに、患者にとって苦痛であるとともに、危険性がある、言い換えると、命にかかわる可能性があるものである。
【０００５】
動脈内に閉塞(obstruction)が発生すると、患部動脈を通過する血液の流れは、閉塞の無い動脈よりも乱れる。通常、この乱れは、特に心臓拡張動作の期間において高周波音を発生させる。時間および周波数スケーリングを経た高周波帯域幅の拡散スペクトラムは、正弦波カーネルによるフーリエ変換のような狭帯域分析を用いて分解することが困難である。ここで、正弦波カーネルは、ドップラーシフトのスケーリング結果を概算するものである。しかしながら、このタイプの高周波信号は、適切な信号処理アルゴリズムにおけるウェーブレット(WT)変換の使用のために考えられるカーネルを表現する。ウェーブレット変換解析は、さらに一般的な分析カーネル、言い換えるとマザーウェーブレットを用いる。
【０００６】
１９９７，ＩＥＥＥ  スペクトラムのAkay等による“Wavelet Applications in Medicine”の５０〜５６ページにおいて、健康な人とそうでない患者の冠状動脈疾患の検出のための信号処理に用いられる技術が記載されている。そのような技術は信頼のおける測定として提案されてきていたが、この技術は完全に開発されておらず、且つ、多数の音響センサが提案されていることが、普及への大きな障害となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述に基づいて、本発明の全般的な目的は、従来の冠状動脈疾患を診断する方法および器具に関連する問題および欠点を改善する、または、克服する冠状動脈疾患診断装置および方法を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、患者の冠状動脈内の閉塞の位置を検出および特定する今までにない装置を提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、冠状動脈内の閉塞の位置および重症度を検出する今までにない方法を提供することである。
【００１０】
また、本発明の目的は、容易に入手可能なであるとともに、信頼性があり且つ比較的安価な装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、患者の冠状動脈内の閉塞位置を検出および特定するための装置であり、手頃な価格で容易に入手可能な要素から構成されることにより、広く普及させることが可能な装置を提供することである。
【００１２】
本発明のまたさらなる目的は、冠状動脈内の閉塞の位置および重傷度を特定する非侵襲方法を提供することである。
【非特許文献１】1997年5月  IEEE Spectrum, vol.34，第5版，pp50-56，Metin Akay  “Wavelet Applications in Medicine”
【非特許文献２】2002年  sabbatical report, HemchandraShertukde  “Hand-held device for non-invasive coronary arterydiagnostics (NICAD) ”
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、冠状動脈内の閉塞を検出する非侵襲的診断器具に関するものである。前記診断器具は、患者の胸部に取り付けられる複数の音響センサからの心拍に対応する信号を受信するように適合した信号処理部を具備する。前記信号処理部は、複数の心拍信号の心臓拡張部分を識別するとともに、心臓拡張部分の信号を解析することにより冠状動脈の閉塞の位置およびその重症度を特定するようにプログラムされる。前記診断器具は、前記信号処理部に接続され、前記診断の結果を表すデータを表示するディスプレイを具備する。ユーザインタフェースは、前記信号処理部に接続され、前記診断器具のユーザ制御を提供する。一実施形態において、本発明の前記診断器具は、複数の音響センサに取り付け可能な携帯可能ハンドヘルド装置である。
【００１４】
前記診断器具は、前記信号処理部に接続されるとともに、前記音響センサからの信号を受信し、且つ、前記信号に対してデジタル化と同期化と多重化とのうち少なくとも１つの処理を行い、且つ、前記処理が行われた信号を前記信号処理部へ送信するように適合されたアナログ・デジタル変換器を具備する。前記信号処理部は、前記信号のウェーブレット変換を行うようプログラムされる。前記ウェーブレット変換は、患者の冠状動脈なの閉塞位置および重症度を特定するために前記信号に対する時間領域および周波数の解析を行う。
【００１５】
本発明は、胸部に複数の音響センサを取り付けた患者の冠状動脈内の閉塞を検出する方法である。前記方法は、患者の胸部の既知の位置に取り付けられた複数の音響センサのそれぞれから信号を受信するものである。前記信号は、患者の複数の心拍を表すものである。振幅しきい値周波数領域は、評価する前記信号を識別するために設定される。前記信号は、冠状動脈の閉塞の存在と、重症度とを特定するために処理される。前記方法は、前記音響センサの１つの位置に対する閉塞の相対位置を特定する段階をさらに含む。
【００１６】
前記処理段階は、さらなる処理のための前記信号の増幅、デジタル化、同期化、および多重化の処理を含む。前記処理は、前記信号の心臓拡張部分と、予め設定された周波数領域内で設定された振幅しきい値を越える前記心臓拡張部分内のトリガーパルスの存在とを識別することをさらに含む。振幅しきい値を越えるトリガーパルス振動は、冠状動脈の１つの中の閉塞の存在を示す。
【００１７】
前記処理段階は、前記音響センサから受信する信号の様々な組み合わせについてのウェーブレット変換解析を行う段階をさらに含む。
【発明の効果】
【００１８】
前記ウェーブレット変換解析は、前記信号のいずれか２つの間の送信遅延パラメータとスケールパラメタとを算出するために、前記信号の時間遅延および周波数解析を行うものである。前記送信遅延パラメータおよびスケールパラメタは、前記センサで検出されるトリガーパルス心音に対する時間遅延を概算するために用いられる。その後、前記時間遅延は、冠状動脈の１つの中の閉塞位置を特定するために評価される。ウェーブレット係数関数の総和が最大になる場合に、送信およびスケールパラメタ値は、特定されるとともに、前記閉塞の重症度が特定するために用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の上述した目的とさらに他の目的、および利点は、添付図面と関連して提出した本発明の実施形態の詳細な説明によってさらに明確になる。ここで、図面全体を通して、本発明の同じ要素は同じ参照番号を記載している。
【００２０】
図１は、プラーク１２の層が内壁に形成された冠状動脈の図である
【００２１】
図２は、プラークによって浮かび上がったクラックを含んだ図１の冠状動脈の図である。
【００２２】
図３は、患者への血管造影図の処置の間に用いられる従来のカテーテル装置を示す図である。
【００２３】
図４は、患者の胸部に取り付けられた複数のセンサと接続する本発明の診断器具の一実施形態による透視図である。
【００２４】
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の診断器具の一実施形態によるハードウェア概略図である。
【００２５】
図６は、本発明の診断器具および方法で用いられる患者の胸部に取り付けられる複数の音響センサの図である。
【００２６】
図７は、典型的な心拍を表すグラフである。
【００２７】
図８Ａ〜図８Ｄは、図６のセンサから受信した信号を表すグラフである。
【００２８】
図８Ｅは、図６のセンサの信号に重ねた図６のセンサ３６Ｄからの信号を示すグラフである。
【００２９】
図９は、図６のセンサから受信される信号のウェーブレット変換を示す代表的なグラフである。
【００３０】
図１０は、本発明の方法の段階を要約したフローチャートである。
【００３１】
図１１Ａ〜図１１Ｂは、本発明による診断器具の初期化および図６のセンサからの信号データ取得のための本発明の方法の段階を示すフローチャートである。
【００３２】
図１２Ａ〜図１２Ｅは、患者の冠状動脈内の閉塞の位置および程度を特定するための上述の本発明の方法段階のフローチャートである。
【００３３】
図４および図５Ａ，図５Ｂに示すように、本発明は、冠状動脈内の閉塞を検出するための診断器具に向けるものである。図示された実施形態において、前記診断器具は、一般的に参照番号２４で示される携帯可能なハンドヘルドユニットである。前記診断器具２４は、ディスプレイ２８とキーボード２９とを有するハウジング２６を具備する。スロット３０は、フラッシュメモリカードまたはフラッシュカード３１を収容するための前記ハウジング２６によって特徴づけられる。
【００３４】
前記診断器具２４は、一般的に参照番号３２によって示され、前記ハウジング２６内部に配置される処理ユニットを具備する。インタフェース３４は、複数の音響センサ３６Ａ〜３６Ｆをケーブル３８を経由して前記処理ユニット３２に接続する。図示された実施形態において、前記センサ３６Ａ〜３６Ｆは、後述のように、患者１８の心拍をモニターするとともに心拍を示す信号を送信するための、患者の胸部に接着される超音波パッチである。典型的なセンサ３７を図４に示す。
【００３５】
前置増幅器３８は、前記センサ３６Ａ〜３６Ｆのそれぞれに接続され、前記センサから受信する信号を増幅するとともに、それに接続される複数の動作可能増幅器４０へ増幅された信号を送信する。図示された実施形態において、動作可能増幅器４０は、およそ１８デシベルの公称ゲインに対して１ＫＨｚで変動が無い周波数特性を持つシングルエンド低ノイズアンプである。前記動作可能アンプは、少なくとも１つのアナログ・デジタル変換器４２に接続する出力部を具備する。前記アナログ・デジタル変換器４２は、動作可能アンプ４０から受信する信号の、デジタル化、多重化、同期化(synchronizing)、および局所化(localizing)の中の少なくとも１つのためのものであるとともに、ダイナミックメモリアクセス４６を経由してデジタル信号処理ユニット４４へ前記デジタル信号を送信するためのものである。図５Ａおよび図５Ｂには、前記アナログ・デジタル変換器４２がAnalogDevices（登録商標）@ AD 7864である一例を示す。
【００３６】
前記デジタル信号処理ユニット４４は、前記センサ３６Ａ〜３６Ｆから受信する信号を処理するために前記アナログ・デジタル変換器４２に接続されるデジタル信号処理コア（ＤＳＰコア）４５を具備する。前記ＤＳＰコア４５は、多目的入出力インタフェース４８を介して前記ディスプレイ２８および前記キーボード２９に接続される。また、前記処理ユニット４４は、前記ＤＳＰコア４５に接続されるランダムアクセスメモリ(RAM)５０と、前記ＤＳＰコアをＳＤＲＡＭメモリ５４に接続するためのＳＤＲＡＭインタフェース５２とを具備する。リード・オンリー・メモリ(ROM）５６は、前記ＤＳＰコア４５に対するスタートアップ命令、言い換えるとブート命令を格納するために、前記ＤＳＰコアに接続される。外部バス５８は、前記フラッシュカード３１を前記ＤＳＰコア４５およびモデム６０に接続するために、前記ＤＳＰコアに接続される。前記フラッシュカード３１と前記モデム６０との両方は、前記ＤＳＰコアと外部装置との間でのデータ送信を行う。また、前記診断器具２４は、前記処理ユニット３２への電源供給のために前記ハウジング２６内に取り付けられるバッテリ６２を具備する。
【００３７】
図示された本発明の実施形態は、携帯可能ハンドヘルド診断器具２４を具備する。しかしながら、本発明はこの点について限定されるものではない。他の実施形態において、本発明による診断器具は、据え置き型(self-standing)器具、言い換えると他の関連する診断器具をサポートするハウジング内に取り付け可能に用意されても良い。
【００３８】
前記デジタル信号処理ユニット４４は、患者１８の１または２以上の冠状動脈内の閉塞の位置および重症度を確定するために、前記センサ３６Ａ〜３６Ｆによって生成された信号を処理および解析するように設計されたソフトウェアによってプログラムを組み込まれているとともに、そのソフトウェアを具備する。前記ソフトウェアについては後述する。
【００３９】
図６を参照すると、前記診断器具２４の処理において、前記センサ３６Ａ〜３６Ｄは、患者の胸部６４における心臓２２、肋骨６６、胸骨の基盤６８、および中心線Ｃ−Ｃに関連する既知の位置に取り付けられる。図示されている実施形態において、胸骨の基盤６８は、座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）の基準ポイントＲとして用いられる。図６に示すように、センサ３６Ａは、心臓の右縁７０付近にある座標（ｘａ，ｙａ，ｚａ）のポイントＡに配置される。一般的に、前記ポイントＡは、胸部６４右側の第４肋骨６７の真上に位置するとともに、（図６に示すように）中心線Ｃ−Ｃの左側およそ１インチ(1")に位置する。また、図６は、心臓の左右の冠状動脈７２および７４をそれぞれ示している。診断器具２４によって検出される狭窄７６は、特定された座標（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）の位置Ｓに示す。心臓２２の左縁は参照番号７８で識別される。
【００４０】
一般的に、前記センサ３６Ｂは、座標（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）のポイントＢに配置され、且つ、（図６に示すように）前記センサ３６Ａの反対側で且つ中心線Ｃ−Ｃから右におよそ１インチ(1")あけて並んでいる。前記センサ３６Ｂは、左冠動脈前下行枝(left anterior descending artery)８０付近に配置されることが示してある。
【００４１】
前記センサ３６Ｃは、座標（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）のポイントＣに位置し、且つ、胸部６４と上腕８４との間の、患者１８の心臓２２左側の先端８２と並んでいる。
【００４２】
前記センサ３６Ｄは、座標（ｘｄ，ｙｄ，ｚｄ）のポイントＤに位置する。前記ポイントＤは、中心線Ｃ−Ｃの右側およそ１インチ(1")にあり、且つ、胸骨の基盤６８と並んでいる。
【００４３】
一般的に、全ての前記センサ３６Ａ〜３６Ｄは、例えば、マイクロフォン、または圧電性結晶のような音響センサである。調整目的のために、ポイントＤに位置する前記センサ３６ＤにＲ波センサが用いられる。
【００４４】
図７に、それぞれの心拍音が、およそ１０００ｍｓ(millisecond)の長さの心拍信号８６を生じる場合の典型的な心拍信号を示す。心拍信号８６は、前記心拍信号の収縮期部分を表す収縮期信号８８と、前記心拍信号の心臓拡張期を表す心臓拡張期信号９０とを有する。本発明の診断器具２４は、患者１８の冠状動脈内の狭窄７６を識別するために、および、狭窄位置（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）と狭窄によって生じる動脈内の閉塞の程度の概算を表す冠状動脈ハースト閉塞係数(Coronary Artery Diagnostic Hurst Occlusion Coefficient (CADHOC) number)とを特定するために、心臓拡張期信号９０利用する。
【００４５】
本発明の方法は、前記センサ３６Ａ〜３６Ｄからの多重化された信号に対するウェーブレット変換解析を用いて前記センサ３６Ａ〜３６Ｄからの受信信号の処理を含む。図８Ａ−図８Ｄは、前記センサ３６Ａ〜３６Ｄのそれぞれから受信された信号３７Ａ〜３７Ｄのサンプルを示す図である。前記信号３７Ａ〜３７Ｄは、予め決められた周波数領域の範囲内で予め決められた振幅しきい値を越えるトリガーパルス振動(triggering pulse vibration)の有無を特定するために最初に解析される。振幅しきい値を越えるパルス振動は、冠状動脈の１つに閉塞が存在することを示す。図８Ｅは、信号３７Ａ〜３７Ｃの上に信号３７Ｄを重ね合わせて構成される信号３７Ｅを示す。
【００４６】
前記ウェーブレット変換解析は、前記センサ３６Ａ〜３６Ｄから受信される信号３７Ａ〜３７Ｄのいずれか２つに基づいて行われるとともに、解析された信号の周波数と時間遅延の両方の解析を提供する。前記ウェーブレット変換は、前記センサ３６Ａ〜３６Ｄのそれぞれによって検出された信号３７Ａ〜３７Ｄのいずれか２つの間の変換遅延パラメータとスケールパラメタの両方を計算するために用いられる。図９は、前記センサ３６Ａ〜３６Ｄのいずれか２つから受信された信号のスケールパラメタおよび変換パラメータに対するウェーブレット変換係数の評価を示す。心臓拡張信号９０の期間中の心音の周波数に関連するスケーリング因子および変換のパラメータは、前記センサ３６Ａ〜３６Ｄによって検出されるトリガーパルス心音(triggering pulse heart sounds)に対する時間遅延を概算するために用いられる。その後、変換され、且つ、測定された(scaled)信号に基づくこれらの時間の概算は、前記心臓拡張信号９０の期間中に前記高周波信号を生成した閉塞または狭窄７６の位置を特定するために評価される。図９に示すように、２つの水平軸９２および９４は、それぞれ前記スケールパラメタおよび前記変換パラメータを表す。垂直軸９６は、前記ウェーブレット係数を表す。
【００４７】
図１０は、患者１８の環状動脈の１つの中の狭窄７６の位置および程度を特定するための本発明の上述の処理段階のフローチャートである。ブロック９８において、処理ユニット３２の構成部分が初期化される。ブロック１００において、前記センサ３６Ａ〜３６Ｄのそれぞれに対する座標軸（ｘ，ｙ，ｚ）が記録される。生成された信号３７Ａ〜３７Ｄのサンプルが評価されることにより、前記診断器具２４の構成部分が正しく動作する。
【００４８】
ブロック１０２において、前記センサ３６Ａ〜３６Ｄのそれぞれからの信号３７Ａ〜３７Ｄは、図示される実施形態においてそれぞれのセンサに対して８８，０００のサンプルを用いてサンプルを抽出される。また、データ取得ルーチンも呼び出される。ブロック１０４において、ソフトウェアトリガは、振幅しきい値を越える振幅のトリガパルス(triggering pulse)を識別するためにセットされるとともに、さらなる処理のために、データバッファ内の、前記センサ３６Ａ〜３６Ｄから受信したデータを  格納し始める。本発明の方法の一実施形態において、患者１８は、データ取得のために所定時間の間、例えば１６秒間、呼吸を止めるように指示される。
【００４９】
信号処理ステップ（ブロック１０４）において、前記多重化された信号が、ナイキスト判定法によって決定される、チャネルごとの所定の最小サンプリング周波数で複数チャネルの信号のサンプルを同時に抽出するデータ取得ボードを通過する。クロック回路はＤＳＰコア４５内での多重化段階および処理段階を経た信号の時間を測定する。
【００５０】
ブロック１０６において、ウェーブレット変換信号処理アルゴリズムが前記センサ３６Ａ〜３６Ｄから要求されたデータの処理のために呼び出される。前記スケールおよび変換パラメータは、狭窄７６の位置を特定するために用いられる。前記ウェーブレット係数は、閉塞の程度を表すＣＡＤＨＯＣ数を特定するために用いられる。
【００５１】
ブロック１０８において、狭窄の位置の座標（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）と、狭窄に起因する動脈閉塞の程度の概算を表すＣＡＤＨＯＣ数とがディスプレイ２８に表示される。
【００５２】
図１１Ａおよび１１Ｂは、処理ユニット４４の初期化および前記センサ３６Ａ〜３６Ｄからの信号データ取得のための、本発明の方法の段階を示すフローチャートである。データ収集は、増幅器ゲイン等のような必要な全てのパラメータに関する処理部の初期化の後に続いて開始される。図示される実施形態において、患者１８の胸部６４に配置されたセンサ３６Ａ〜３６Ｆそれぞれに対するサンプル量は８８，０００サンプルで固定である。サンプリング手続きに必要な全体時間は一般的におよそわずか１６秒である。後に続く、言い換えると、データ取得処理の期間において、スケールおよび変換パラメータの最大値と最小値が設定されるとともに格納される。格納されたデータは、後述のようにウェーブレット変換処理部によって処理されるために再び呼び出される。
【００５３】
ポイント（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ，）に発生した狭窄７６の可能性のある位置の座標は、図９に示したように信号に対してウェーブレット変換解析を行うことによる前記変換遅延パラメータおよび前記スケールパラメタの算出によって識別することができる。図９は、前記センサ３６Ａおよび３６Ｂからの信号に対する異なるスケールパラメタ“ａ”および変換パラメータ“ｂ”のウェーブレット変換係数の評価を示している。前記センサ３６Ａ〜３６Ｆのいずれか２つからの受信される信号が、狭窄７６の可能性のある位置を取得するために評価されても良い。
【００５４】
前記センサ３６Ａ〜３６Ｆからの信号の可能な全ての組み合わせは、ウェーブレット変換処理を用いて処理され、且つ、対応する信号の到着時間差が、胸部６４内の中間部における音速を調べることにより評価される。患者の胸部６４の中間部は、主に組織、骨、および血液から構成されているので、典型的な血液（水）中の音速値が最も近い既知の速度として選択される。例えば、水中での音速が“ｃ”フィート／秒である場合、狭窄７６の位置は以下の式で決定される。
【００５５】
【数１】
2006524546.tif 000003
【００５６】
冠状動脈内の狭窄７６の位置（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）は、ＭＡＴＬＡＢのシンボリック論理ツールボックスを用いて概算されるとともに、ウェーブレット係数関数が最大となる時の変換パラメータ“ｂ”が浮かび上がる。
【００５７】
図１２Ａ〜図１２Ｅは、閉塞または狭窄７６の位置および程度を特定するための上述の方法段階のフローチャートである。前記センサ３６Ａ〜３６Ｆのいずれか２つから受信されるデータは、ウェーブレット係数を計算するために用いられる。ウェーブレット係数の総和が最大となるような変換パラメータおよびスケールパラメタの値は、位置アルゴリズムにおいて用いられる最適値を特定するために保存される。これは、上述の式（１）の値“ｂ”である。この処理は、前記センサ３６Ａ〜３６Ｆのいずれか２つの可能な組み合わせの全てについて遂行される。結果として、ウェーブレット係数は配列に格納されるとともに、後述するＣＡＤＨＯＣ数の評価に必要な差を算出するために利用される。
【００５８】
上述、および、図１１Ａ〜図１１Ｂと図１２Ａ〜図１２Ｅにおける前記波形変換解析から評価される前記ウェーブレット係数は、以下のようにＣＡＤＨＯＣ数を評価するために用いられる。
【００５９】
ウェーブレット係数の変動は、スケールの値が異なる半対数図でプロットされる（周波数が１ＫＨｚ〜２ＫＨｚの場合、ａ＝１、周波数が６２．２５Ｈｚ〜１２５Ｈｚの場合、ａ＝５）。その後、前記ＣＡＤＨＯＣ数は、概算されるウェーブレット係数の変動値に対する、そのウェーブレット係数のスケールの対数−対数図の回帰分析によって算出される。前記回帰ラインの傾きは、ＣＡＤＨＯＣ値を以下のように生成する。
【００６０】
【数２】
2006524546.tif 000004
【００６１】
ここで、Ｇａｍａは前記回帰ラインの傾きである。
【００６２】
前記診断器具２４からの処理の結果をまとめたものが、下記の表１である。表１に、患者＃１についての本発明の診断器具および方法を、従来の血管造影図のレポートと比較した結果を示す。
【００６３】
【表１】
2006524546.tif 000005
【００６４】
本発明により評価れるＣＡＤＨＯＣ数を、閉塞程度に関連付けて以下のように表２に示す。
【００６５】
【表２】
2006524546.tif 000006
【００６６】
本発明の診断器具２４およびその使用方法は、心臓２２と、その周辺の血管および組織とを介してリアルタイム且つ連続的な心拍測定を行う危険でない(passive)および非侵襲的な音響センサを利用する。前記センサは、上述した本発明によるウェーブレット変換を用いた信号処理技術によって利用されるデータサンプルのセットを提供する。前記信号処理の結果、患者の冠状動脈内の閉塞を検出するとともにその位置を得る。リアルタイムユーザインタフェースは、結果として、収集したデータ信号から冠状動脈状態をリアルタイムに監視する処理結果を表示する。加えて、本発明は、携帯可能ハンドヘルド装置を用いて、患者の冠状動脈疾患に対して、危険でなく、且つ、非侵襲的なリアルタイム監視および診断を行う。ここで、携帯可能ハンドヘルド装置は、外科的処置を行わずに冠状動脈の状態を解析するとともに確認する。
【００６７】
上述の本発明の実施形態による診断器具および方法は、図解および説明の目的で開示され、網羅的である、言い換えると、本発明を開示された形式で限定することを意図するものではない。上述の開示内容の観点における修正、変更が可能であることは明らかである。上記実施形態は、当業者が様々な実施形態において、および、特定の用途を考慮して適切に様々な修正を加えることにより、本発明の利用を可能にするために、本発明の思想およびその実際的な応用を説明する最良のものとして選択されたものである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】プラーク１２の層が内壁に形成された冠状動脈の図である
【図２】プラークによって浮かび上がったクラックを含んだ図１の冠状動脈の図である。
【図３】患者への血管造影図の処置の間に用いられる従来のカテーテル装置を示す図である。
【図４】患者の胸部に取り付けられた複数のセンサと接続する本発明の診断器具の一実施形態による透視図である。
【図５Ａ】本発明の診断器具の一実施形態によるハードウェア概略図である。
【図５Ｂ】本発明の診断器具の一実施形態によるハードウェア概略図である。
【図６】本発明の診断器具および方法で用いられる患者の胸部に取り付けられる複数の音響センサの図である。
【図７】典型的な心拍を表すグラフである。
【図８Ａ】図６のセンサから受信した信号を表すグラフである。
【図８Ｂ】図６のセンサから受信した信号を表すグラフである。
【図８Ｃ】図６のセンサから受信した信号を表すグラフである。
【図８Ｄ】図６のセンサから受信した信号を表すグラフである。
【図８Ｅ】図６のセンサの信号に重ねた図６のセンサ３６Ｄからの信号を示すグラフである。
【図９】図６のセンサから受信される信号のウェーブレット変換を示す代表的なグラフである。
【図１０】本発明の方法の段階を要約したフローチャートである。
【図１１Ａ】本発明による診断器具の初期化および図６のセンサからの信号データ取得のための本発明の方法の段階を示すフローチャートである。
【図１１Ｂ】本発明による診断器具の初期化および図６のセンサからの信号データ取得のための本発明の方法の段階を示すフローチャートである。
【図１２Ａ】患者の冠状動脈内の閉塞の位置および程度を特定するための上述の本発明の方法段階のフローチャートである。
【図１２Ｂ】患者の冠状動脈内の閉塞の位置および程度を特定するための上述の本発明の方法段階のフローチャートである。
【図１２Ｃ】患者の冠状動脈内の閉塞の位置および程度を特定するための上述の本発明の方法段階のフローチャートである。
【図１２Ｄ】患者の冠状動脈内の閉塞の位置および程度を特定するための上述の本発明の方法段階のフローチャートである。
【図１２Ｅ】患者の冠状動脈内の閉塞の位置および程度を特定するための上述の本発明の方法段階のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１０  動脈
１２  プラーク
１４  クラック
１６  カテーテル
１８  患者
２０  血管
２２  心臓
２４  診断器具
２６  ハウジング
２８  ディスプレイ
３１  フラッシュカード
３２  処理ユニット
３４  インタフェース
３６Ａ〜３６Ｆ  音響センサ
３８  ケーブル
４２  アナログ・デジタル変換器
４０  動作可能アンプ
４４  デジタル信号処理ユニット
４５  ＤＳＰコア
５０  ランダムアクセスメモリ
５２  ＳＤＲＡＭインタフェース
５４  ＳＤＲＡＭメモリ
５６  リード・オンリー・メモリ
５８  外部バス
６０  モデム
６２  バッテリ
６４  胸部
６６  肋骨
６７  胸部右側の第４肋骨
６８  胸骨の基盤
７２，７４  冠状動脈
７６  狭窄（閉塞）
７８  心臓の左縁
８０  左冠動脈前下行枝
８８  収縮期信号
９０  心臓拡張期信号
【図１】
2006524546.tif 000007
【図２】
2006524546.tif 000008
【図３】
2006524546.tif 000009
【図４】
2006524546.tif 000010
【図５Ａ】
2006524546.tif 000011
【図５Ｂ】
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【図６】
2006524546.tif 000013
【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2006524546.tif 000016
【図８Ｃ】
2006524546.tif 000017
【図８Ｄ】
2006524546.tif 000018
【図８Ｅ】
2006524546.tif 000019
【図９】
2006524546.tif 000020
【図１０】
2006524546.tif 000021
【図１１Ａ】
2006524546.tif 000022
【図１１Ｂ】
2006524546.tif 000023
【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
2006524546.tif 000027
【図１２Ｅ】
2006524546.tif 000028
【国際調査報告】
2006524546.tif 000029
2006524546.tif 000030