(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生理学的データを処理する方法であって、
診断情報を有する非反復性成分を含むと共に反復性成分を含む生理学的データ（２１０）を受け取る動作と、
前記反復性成分と前記非反復性成分とを分離する動作（２２０）と、
前記非反復性成分に対して、該非反復性成分が正常状態を満たしているか否かを判断する動作（２４０−２６０）と、
前記非反復性成分が正常状態を満たしていない場合には、前記非反復性成分に無損失圧縮を施す動作（２３５）と、
前記非反復性成分が正常状態を満たしている場合には、前記非反復性成分に損失圧縮を施す動作と、
を備えた方法。
【請求項２】
前記生理学的データはＥＣＧデータであり、
前記非反復性成分が正常状態を満たしている場合には、前記非反復性成分がフィルタ処理された後に前記損失圧縮が施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記非反復性成分が正常状態を満たしているか否かを判断する前記動作は、前記診断情報から、調律、房室伝導（２４０）、心室心搏数（２４５）、Ｐ波振幅（２５０）、ＱＴ間隔（２５５）、及び年齢性質識別子（２６０）の１以上を解析する動作を含んでいる請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記損失圧縮を施す動作は、ダウン・サンプリングされたデータを生成するために前記フィルタ処理されたデータをダウン・サンプリングする動作（２７０）と、前記ダウン・サンプリングされたデータの再量子化を行なう動作（２７５）と、比較されたデータを生成するために前記ダウン・サンプリングされたデータを比較する動作（２８０）と、極性反転符号化されたデータを生成するために前記比較されたデータの極性反転符号化を行なう動作（２８５）と、損失のある圧縮データを生成するために前記極性反転符号化されたデータのハフマン符号化を行なう動作（２３５）とを含んでいる請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
ソフトウェア・プログラム（１１０）を実行するプロセッサと、
診断情報を有する非反復性成分と、反復性成分とを含む生理学的データを収集する患者データ取得装置（１０５）と、
を備え、前記ソフトウェア・プログラム（１１０）は前記プロセッサに、
診断情報を有する非反復性成分を含むと共に反復性成分を含む生データ（２１０）を受け取る動作と、
前記反復性成分と前記非反復性成分とを分離する動作（２２０）と、
前記非反復性成分に対して、該非反復性成分が正常状態を満たしているか否かを判断する動作（２４０−２６０）と、
前記非反復性成分が正常状態を満たしていない場合には、前記非反復性成分に無損失圧縮を施す動作（２３５）と、
前記非反復性成分が正常状態を満たしている場合には、前記非反復性成分に損失圧縮を施す動作と、
を実行させる、医用装置（１００）。
【請求項６】
前記生理学的データはＥＣＧデータであり、
前記非反復性成分が正常状態を満たしている場合には、前記非反復性成分がフィルタ処理された後に前記損失圧縮が施される、請求項１に記載の医用装置。
【請求項７】
前記非反復性成分が正常状態を満たしているか否かの判断は、前記診断情報から、調律、房室伝導（２４０）、心室心搏数（２４５）、Ｐ波振幅（２５０）、ＱＴ間隔（２５５）、及び年齢性質識別子（２６０）の１以上を解析することにより行われる請求項５または６に記載の医用装置（１００）。
【請求項８】
前記フィルタ処理された前記非反復性成分をダウン・サンプリングし（２７０）、再量子化し（２７５）、比較し（２８０）、極性反転符号化して（２８５）、ハフマン符号化する（２３５）請求項５乃至７のいずれか６に記載の医用装置（１００）。
【請求項９】
生理学的データを処理する方法を選択する（２００）ソフトウェア・プログラム（１１０）であって、
前記ソフトウェア・プログラム（１１０）は医用装置（１００）のプロセッサに、
診断情報を有する非反復性成分と、反復性成分とを含む生理学的データを収集する動作と、
診断情報を有する非反復性成分を含むと共に反復性成分を含む生データ（２１０）を受け取る動作と、
前記反復性成分と前記非反復性成分とを分離する動作（２２０）と、
前記非反復性成分に対して、該非反復性成分が正常状態を満たしているか否かを判断する動作（２４０−２６０）と、
前記非反復性成分が正常状態を満たしていない場合には、前記非反復性成分に無損失圧縮を施す動作（２３５）と、
前記非反復性成分が正常状態を満たしている場合には、前記非反復性成分に損失圧縮を施す動作と、
を実行させる、ソフトウェア・プログラム（１１０）。
【請求項１０】
前記生理学的データはＥＣＧデータであり、
前記非反復性成分が正常状態を満たしている場合には、前記非反復性成分がフィルタ処理された後に前記損失圧縮が施される、請求項９に記載のソフトウェア・プログラム（１１０）。
【請求項１１】
前記生理学的データはＥＣＧデータであり、前記非反復性成分が正常状態を満たしているか否かの判断は、前記診断情報から、調律、房室伝導（２４０）、心室心搏数（２４５）、Ｐ波振幅（２５０）、ＱＴ間隔（２５５）、及び年齢性質識別子（２６０）の１以上を解析することにより行われる請求項９又は１０に記載のソフトウェア・プログラム（１１０）。
【請求項１２】
前記フィルタ処理された前記非反復性成分をダウン・サンプリングし（２７０）、再量子化し（２７５）、比較し（２８０）、極性反転符号化して（２８５）、ハフマン符号化する（２３５）動作を前記プロセッサに実行させる請求項９乃至１１のいずれかに記載のソフトウェア・プログラム（１１０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、計算機式心電図測定システム及びこのための信号処理に関する。さらに具体的には、本発明は、永久的保存のため、及びＥＣＧ取得装置とＥＣＧ管理システムとの間の伝送又は二つのＥＣＧ装置の間の伝送のための心電図データの圧縮に関する。
【０００２】
心電図（ＥＣＧ）は、患者の心臓の状態を評価するための極めて広く用いられている簡単な非侵襲的試験である。毎年、患者から何百万ものＥＣＧ（安静時、歩行時、運動時、臨床監視、遠隔測定等）が収集されて、ＥＣＧ管理システム及び心血管情報システムに蓄積されている。ＥＣＧのレコードは、ＣＴ及びＭＲＩのような診断撮像モダリティに比べるとサイズが小さいが、大規模な病院で収集されて管理される膨大な数のＥＣＧは記憶容量に大きな要求を迫る場合がある。
【０００３】
記憶領域に対する大きな要求は二つの大きな問題を生ずる。第一に、記憶装置（ディスク・ドライブ等）は、膨大な数のＥＣＧを記憶するのに十分なだけ大容量でなければならない。第二に、より重要なこととして、多数のシステムを結合する通信装置は、計算機式システムの処理能力に比べると低速である。従って、コンピュータ・システムの間で膨大な数のＥＣＧを伝送するのに必要な時間がかなりのものとなる。
【０００４】
これらの問題の両方を解決するのに用いられている一つの手法はデータ圧縮の手法である。データ圧縮手法を用いると、ＥＣＧの記憶サイズが減少する。これにより、ＥＣＧが記憶装置内で用いる容量が小さくなり、ＥＣＧを通信リンクを介して、より高速に且つより高い信頼性で伝送することができる。
【０００５】
二つの形式のＥＣＧ圧縮手法がある。すなわち、損失のない圧縮（無損失圧縮）及び損失のある圧縮（損失圧縮）である。無損失圧縮では、元のデータの情報を一切失わずにＥＣＧの記憶サイズを減少させる。すなわち、無損失圧縮を用いてＥＣＧを圧縮し、記憶又は伝送した後に復元することができ、すると復元後のＥＣＧは元のＥＣＧと同一になる。しかしながら、損失圧縮では、ＥＣＧの寸法は減少するが一定量のデータ損失が生ずる。従って、圧縮され、記憶又は伝送された後に復元されたＥＣＧは、元のＥＣＧとは幾分異なるものとなる。損失圧縮は幾分かのデータ損失を生ずるが、このデータ損失は、殆どの臨床的ＥＣＧでは利用者には識別できないか、又は心臓診断には些細なものと考えられる。実際に、臨床現場では多年にわたって損失圧縮が用いられ、また評価されている。
【０００６】
その性質からＥＣＧは、そのデータ内に高度の反復を有している。この反復性を利用して極めて効率的な圧縮方式が開発されている。これらの方式では、ＥＣＧを同期（すなわち反復性）成分と非同期（非反復性）成分とに分解する。ＥＣＧの同期成分は、典型的には固有のＰ−ＱＲＳ−Ｔの各特徴を備えた心搏周期から成っており、次いでこの同期成分を、標本データの平均又はメジアン算出を介して単一の代表パターンに縮小する。（一回の心搏周期にすべての波が必ずしも存在していなくてもよい。幾つかの心搏調律にはＱＲＳ−Ｔ波又はＱＲＳコンプレクスの反復パターンが時折観察される。）Ｐ−ＱＲＳ−Ｔコンプレクスのメジアン（又は平均）を元の（生の）ＥＣＧデータから減算する。残余の非同期成分は、典型的には狭いダイナミック・レンジを有しており、効率的な圧縮に適している。非同期成分のダイナミック・レンジが狭いものとすると、データの低域通過フィルタ処理、ダウン・サンプリング及び再量子化を通じて圧縮効率をさらに獲得することができる。実行すると、これらの最終段階が圧縮に損失をもたらす。次いで、ハフマン（Huffman）符号化等の符号化方式を用いて同期成分及び非同期成分の両方を圧縮する。この方法を用いて、２０：１という高い損失圧縮比が報告されている。
【０００７】
以上の圧縮方法は、二つの大前提から効率を引き出している。一つは、ＥＣＧは近似的に同一のパターンを有する高い反復度を有していること、二つ目は、非同期成分がＥＣＧデータ全体に比べて狭いダイナミック・レンジの電圧を有していることである。両方の前提とも、特に後者の前提は、ＥＣＧ内部の反復パターン及びＥＣＧ波形の幾つかの特徴を、正確に検出し、分類して、線表現する能力に決定的に依存している。高周波成分を含む反復パターンの特定の周期を線表現する際に不正確さがあると、僅かな不正確さであってもＥＣＧの非同期成分に高周波大振幅のパターンを残す可能性がある。例えば、ペースメーカ駆動を伴う（paced）ＥＣＧは、心搏周期と代表周期との整列性が僅かに狂っていた位置において、非同期成分に大きなペースメーカ駆動性アーティファクトを残す場合がある。損失圧縮では、この狭いペースメーカ駆動性アーティファクトの振幅が、低域通過フィルタ処理、ダウン・サンプリング及び再量子化によって著しく縮小されて、再構成後のＥＣＧが元のＥＣＧと大幅に異なるものとなる可能性がある。加えて、心室心搏数の高いＥＣＧ、及びＰ波が小さいＥＣＧでも損失圧縮方式について類似の問題点を呈する場合がある。
【０００８】
明らかに、無損失圧縮方式を用いれば上述の問題は解決される。しかしながら、取得されたすべてのＥＣＧに対して無損失圧縮を普遍的に適用すると、記憶容量への要求が約３倍に増大する。このように記憶容量への要求が加わると、効率の高い損失圧縮であれば大多数のＥＣＧは何ら問題を呈さないことから、高額の費用が加わり、問題を解決するための支払は極めて高価になる。
【０００９】
損失ＥＣＧ圧縮及び無損失ＥＣＧ圧縮から選択するための一つのアプローチは、システム利用者がこれら二つの圧縮方法から選択できるようにすることである。利用者にとって明らかに不便になる上に、このアプローチは、各々の状況でいずれの手法が最もよく動作するかを利用者が一定の水準まで理解していることを必要とする。加えて、利用者の判定時間のためにシステムの速度が低下する。圧縮の一つの目標はデータ記憶及び伝送の速度を高速化させることにある。従って、利用者が圧縮手法を選択するのに必要な時間は、この目標を達成する妨げになる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、生理学的データ操作方法を選択する方法を提供する。この生理学的データ操作方法を選択する方法は、診断情報を有する非同期成分を含むと共に同期成分を含む生データを受け取る動作と、同期成分から非同期成分を分離する動作と、診断情報に基づいてデータ操作方法を選択する動作とを含んでいる。
【００１１】
一実施形態では、生理学的データ操作方法の選択は、診断情報の異常状態を分類する動作を含んでいる。異常状態を分類する動作はさらに、診断情報から、調律、例えば洞調律、房室伝導、心室心搏数、Ｐ波振幅、ＱＴ間隔、及び年齢性質識別子（qualifier）を解析する動作を含んでいる。
【００１２】
もう一つの実施形態では、データ操作方法は、損失のある方法又は損失のない方法を用いて生データを処理する動作を含んでいる。
【００１３】
さらにもう一つの実施形態では、同期成分からの非同期成分の分離は、診断情報のデータ状態を生成する動作を含んでいる。
【００１４】
本発明はさらに、医用装置を提供する。この医用装置は、診断情報を有する非同期成分と、同期成分とを含む生理学的データを収集する患者データ取得装置を含んでいる。医用装置はまた、生理学的データを処理する方法を選択して、選択された生理学的データを処理する方法に基づいて生理学的データを操作するソフトウェア・プログラムを含んでいる。ソフトウェア・プログラムは、データ収集からデータを受け取って、同期成分から非同期成分を分離する信号分離モジュールと、診断情報に基づいてデータ操作方法選択を生成する選択モジュールと、成分形式、及び選択モジュールのデータ操作方法選択に従って非同期成分及び同期成分を操作するデータ操作モジュールとを有している。
【００１５】
一実施形態では、ソフトウェア・プログラムはさらに、診断情報の異常状態を分類する分類モジュールを含んでいる。もう一つの実施形態では、ソフトウェア・プログラムはさらに、診断情報のデータ状態を生成する生成モジュールを含んでいる。
【００１６】
本発明の主要な利点は、幾つかの心臓の状態によってＥＣＧの圧縮のための生理学的データ操作方法を選択する医用装置及び方法を提供することにある。
【００１７】
本発明のもう一つの利点は、生理学的データ操作方法を選択する十分に自動化された医用装置及び方法を提供することにある。
【００１８】
本発明のもう一つの利点は、ＥＣＧ記憶システムにおいて現状で具現化されている復元アルゴリズムに対する変更を殆ど又は全く必要としない生理学的データ操作方法を選択する医用装置及び方法を提供することにある。
【００１９】
本発明のもう一つの利点は、システムの利用者が構成設定することが可能な生理学的データ操作方法を選択する医用装置及び方法を提供することにある。
【００２０】
本発明のもう一つの利点は、開発及び具現化を低経費で極めて迅速に達成することのできる生理学的データ操作方法を選択する医用装置及び方法を提供することにある。
【００２１】
本発明のもう一つの利点は、インタフェイス変更を必要としないため利用者にとって透明（トランスペアレント）な生理学的データ操作方法を選択する医用装置及び方法を提供することにある。
【００２２】
本発明のもう一つの利点は、顧客の苦情を減少させることによりサポート経費節減をもたらす生理学的データ操作方法を選択する医用装置及び方法を提供することにある。
【００２３】
本発明のその他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲及び図面を参照すると当業者には明らかとなろう。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を十分に詳細に説明する前に、本発明は、以下の記載に述べられており又は添付図面に図示されている構成要素の構造及び構成の細部に発明の応用を限定されている訳ではないものと理解されたい。本発明は、他の実施形態を許容しており、様々な態様で実施又は実現することが可能である。また、本書で用いられる語句及び用語は説明の目的のためのものであると理解されるべきであり、限定として見做すべきではない。本書で用いられる「含む」及び「備える」並びにこれらの変形は、以降に列挙される項目及びそれらの均等構成並びに付加的項目を包含することを意味するものとする。
【００２５】
図１は、本発明を具現化した医用装置１００を示す。医用装置１００は、患者データ取得装置１０５と、ソフトウェア・プログラムを具現化する又は「実行する（run）」プロセッサ１１０とを含んでいる。ソフトウェア・プログラムは好ましくは、医用装置１００に常備されている読み取り専用メモリ（図示されていない）に記憶されているが、リモート・サーバ若しくはパーソナル・コンピュータのハード・ドライブに記憶されていてもよいし、或いはＣＤ−ＲＯＭ、磁気ディスク若しくはテープ、又は他の媒体のようなコンピュータ読み取り可能な媒体から必要に応じて読み取ってもよい。患者データ取得装置１０５は、心電計、患者モニタ、ホルタ・モニタ、又は運動負荷試験システム（図示されていない）のようなＥＣＧ監視装置を含む任意のデータ源又は装置から接続リンク１１５を介してＥＣＧデータを取得すべく動作可能なように構成されている。
【００２６】
ソフトウェア・プログラム１１０は、メイン・ルーチン１２０を含めた幾つかのモジュールを含んでいる。一旦、患者データ取得装置１０５によってＥＣＧデータが取得されたら、ソフトウェア・プログラム１１０の信号分離モジュール１２５がメイン・ルーチンからのトリガを受けて、診断情報を有する非同期成分と、同期成分とを含む生理学的データを受け取る。信号分離モジュール１２５はさらに、診断情報の異常状態を分類する分類モジュール１３０を含んでいる。分類モジュール１３０はさらに、診断情報から調律、例えば洞調律、房室伝導、心室心搏数、Ｐ波振幅、ＱＴ間隔、及び年齢性質識別子の組み合わせを解析する解析モジュール１３５を含んでいる。
【００２７】
診断情報の解析に基づいて、生成モジュール１４０が診断情報のデータ状態を生成する。次いで、選択モジュール１４５がこのデータ状態を用いてデータ操作方法を選択する。一旦、選択モジュール１４５がデータ操作方法を選択したら、このデータ操作方法の選択に従って、データ操作モジュール１５０が非同期成分及び同期成分を操作する。
【００２８】
図２について説明する。本発明による生理学的データ操作方法を選択する方法２００の流れ図が、ＥＣＧ監視装置から生のＥＣＧデータを受け取る工程２１０を含んでいる。続いて、解析する工程２１５では、解析モジュールにおいて、General Electric Co., Medical Systems Divisionから入手可能な１２ＳＬ商標ＥＣＧ解析ソフトウェアのようなプログラムによって生のＥＣＧデータを解析して、心臓の状態を指示する複数の診断解釈陳述文（ステートメント）を生成する。解析する工程２１５はまた、ＥＣＧ誘導のセット全体を用いて大域的測定値の集合を生成する。これらの測定値は、心室心搏数、心房心搏数、ＰＲ間隔、ＱＲＳ持続時間、Ｐ持続時間、ＱＴ間隔、並びにＰ波、ＱＲＳ波及びＴ波の軸の集合を含んでいる。解析する工程２１５はさらに、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波及びＳＴレベルのような様々なＥＣＧ特徴の振幅及び持続時間の集合を含む個々の誘導測定値の集合を生成する。加えて、解析する工程２１５はまた、ＥＣＧの雑音レベルを示すＥＣＧ信号品質指標を自動的に生成する。さらに、解析する工程２１５は、ＥＣＧが正常である、境界的に異常である、又は異常であると指示する分類ステートメントの集合を生成すると共に、患者の年齢及び他の関連する特性を含む患者情報プロフィールを生成する。但し、当業者であれば、解析プログラムが異なる数のステートメント、パラメータ及び特徴を生成し得ること、並びに解析プログラムが本書に記載する１２ＳＬ商標のＥＣＧ解析ソフトウェアに制限されないことが容易に理解されよう。
【００２９】
再び図２を参照すると、ＥＣＧデータを、第一の分離する工程２２０で非同期成分に、また第二の分離する工程２２５で同期成分に分離する。第一の比較する工程２３０で同期成分の一階差分を求める。次いで、符号化する工程２３５において一階差分をハフマン符号化して、無損失圧縮データを得る。
【００３０】
第一の分離する工程２２０で得られた非同期成分に対して、この成分がすべて正常状態を満たしている場合には損失圧縮を施す。工程２４０で第一の条件を検査する。第一の条件は、洞調律について、房室伝導が１：１であること、並びに正常な洞調律、洞性頻脈、洞性徐脈及び顕著な洞性徐脈、また可能性として洞性不整脈又は顕著な洞性不整脈のある調律を含む調律性質識別子が存在しないことであり、次いで工程２４５で第二の条件を検査する。他の場合には、非同期成分に対して第一の比較する工程２３０で開始する無損失圧縮を施す。
【００３１】
第二の条件は、心室心搏数（「ＶＲＡＴＥ」）の数である。心室心搏数が分当たり１２０拍（「ｂｐｍ」）よりも高い場合には、非同期成分に対して第一の比較する工程２３０で開始する無損失圧縮を施す。心室心搏数が低乃至中の間にある場合、すなわち１２０ｂｐｍ以下である場合には、工程２５０で第三の条件を検査する。
【００３２】
第三の条件は、記録されているすべての誘導における１００μＶを上回るＰ波振幅の存在である。記録されているすべての誘導における１００μＶを上回るＰ波振幅の存在が識別されない場合には、非同期成分に対して第一の比較する工程２３０で開始する無損失圧縮を施す。他の場合には、工程２５５で第四の条件を検査する。
【００３３】
第四の条件は、正常なＱＴ間隔の存在である。正常なＱＴ間隔が存在していない場合には、非同期成分に対して第一の比較する工程２３０で開始する無損失圧縮を施す。他の場合には、工程２６０で第五の条件を検査する。
【００３４】
第五の条件は患者の年齢である。患者の年齢が１５歳以下である（好ましい小児科年齢制限）場合には、非同期成分に対して第一の比較する工程２３０で開始する無損失圧縮を施す。他の場合には、非同期成分に対してフィルタ処理する工程２６５で開始する損失圧縮を施す。
【００３５】
フィルタ処理する工程２６５では、一様な加重の移動平均フィルタを用いて非同期成分をフィルタ処理し、フィルタ処理したデータを生成する。移動平均フィルタの長さは２又は４と選択して、ステップ２７０で用いられるダウン・サンプリング速度に依存するダウン・サンプリング係数と等しくする。例えば、ダウン・サンプリング係数が２である、すなわちサンプリング速度が５００標本毎秒（「ｓｐｓ」）という元の実効速度から２５０ｓｐｓという低下した実効速度まで下がる場合には長さを２とする。ダウン・サンプリング係数が４である、すなわちサンプリング速度が５００ｓｐｓという元の実効速度から１２５ｓｐｓという低下した実効速度まで下がる場合には長さを４とする。明確に述べると、フィルタ処理する工程２６５及び工程２７０ではバイモーダル・デシメーションを用いる。さらに明確に述べると、非同期データは、選択的にＱＲＳ持続時間の外部の時間セグメントにおいてフィルタ処理されてダウン・サンプリングされる一方、ＱＲＳ内領域は、元の速度、例えば５００ｓｐｓに保たれる。但し、当業者であれば、フィルタの種類、ダウン・サンプリング係数、又はデシメーション・モードが、様々な適合性の案件によって本書に記載したものとは異なっていてよいことが容易に理解されよう。次いで、フィルタ処理したデータを工程２７０でダウン・サンプリングして、ダウン・サンプリングされたデータを生成する。
【００３６】
次いで、ダウン・サンプリングされたデータを量子化する工程２７５で再量子化して再量子化したデータを生成する。再量子化は、ダウン・サンプリングされたデータの最下位ビット（ＬＳＢ）を欠落させることにより、ダウン・サンプリングされたデータの分解能をより低い分解能へ低下させる。再量子化の後に、再量子化したデータを第二の比較する工程２８０で一階差分して、一階差分データを得る。一階差分では、第一のデータ標本を保存して、後続の全データ標本を隣接するデータ標本から減算して一階差分データを得る。この後に、一階差分データを極性反転符号化する工程２８５において符号化して残差信号を生成する。（隣接する二つのデータ標本において極性反転が存在する場合に、これらのデータ標本値の両方を最下位ビット一つ分だけ減少させる。）次いで、残差信号を符号化する工程２３５でハフマン符号化して、損失圧縮データを得る。
【００３７】
本発明の様々な特徴及び利点は特許請求の範囲に述べられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具現化した医用装置を示す図である。
【図２】本発明による生理学的データ操作方法を選択する方法の流れ図である。
【符号の説明】
１００  医用装置
１０５  患者データ取得装置
１１０  プロセッサ
１１５  接続リンク
２００  生理学的データ操作方法を選択する方法
【図１】
0004280805.tif 000002
【図２】
0004280805.tif 000003