(57)【要約】  本発明は、ＥＣＧ信号における動きアーチファクトを低減する方法及び装置を提供する。本発明の一態様によると、ＥＣＧ信号の動きアーチファクトを低減する方法であって、患者の連続測定されたＥＣＧ信号から現在の拍動を取得するステップと、前の平均値拍動と前記ＥＣＧ信号の中の現在の拍動との相関係数を計算するステップと、前記相関係数に基づき前記前の平均値拍動及び前記現在の拍動に割り当てられるべき重みを決定するステップと、前記前の平均値拍動、前記現在の拍動、及びそれらの前記重みに基づき、現在の平均値拍動を計算するステップと、を有する方法が提案される。したがって、現在の平均値拍動を導出する新規な方法は、ＥＣＧ信号のＳＮＲが実質的に向上され得る方法で、患者の動きに起因するＥＣＧアーチファクトを低減できる。
2016505329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＣＧ信号の動きアーチファクトを低減する方法であって、
患者の連続測定されたＥＣＧ信号から現在の拍動を取得するステップと、
前の平均値拍動と前記ＥＣＧ信号の中の現在の拍動との相関係数を計算するステップと、
前記相関係数に基づき前記前の平均値拍動及び前記現在の拍動に割り当てられるべき重みを決定するステップと、
前記前の平均値拍動、前記現在の拍動、及びそれらの前記重みに基づき、現在の平均値拍動を計算するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記相関係数を所定の係数と比較するステップ、を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
残差信号を得るために、前記現在の拍動から前記現在の平均値拍動を減算するステップと、
フィルタ済み信号を得るために、前記ＥＣＧ信号の信号特性に基づき、前記残差信号に対して区分的フィルタリングを実行するステップと、
変更された現在の拍動を得るために、前記現在の平均値拍動に前記フィルタ済み信号を加算して戻すステップと、
を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ＥＣＧ信号から前記信号特性を抽出するステップであって、前記信号特性は、ノイズ包絡線、相関情報、Ｐ波、ＱＲＳ合成波及びＴ波のピーク位置、並びにセグメント間隔を有する、ステップと、
Ｐ波、ＱＲＳ合成波及びＴ波、又はそれらのいかなる組合せのうちの１つを、処理されるべき拍動として選択するステップと、
を更に有する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ＱＲＳ合成波が前記処理されるべき拍動として選択されるとき、区分的フィルタリングを実行する前記ステップは、
前記信号特性に基づき、前記ＱＲＳセグメント並びにＴ及びＰセグメントを識別するサブステップと、
異なるフィルタを用いることにより、それぞれ前記異なるセグメントに対してフィルタリングを実行するサブステップと、
を更に有する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記ＥＣＧ信号の中の所定数の連続する拍動から初期平均値拍動を導出するステップ、を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記所定数の連続する拍動は、第１の所定数の連続する拍動と、前記第１の所定数の連続する拍動の後に続く第２の所定数の連続する拍動と、を有し、初期平均値拍動を導出する前記ステップは、
前記第１の所定数の連続する拍動から初期平均値拍動を導出するサブステップと、
前の初期平均値拍動と前記第２の所定数の連続する拍動の中の現在の拍動との間の相関係数が所定の係数より大きいときにのみ、前記初期平均値拍動を更新するサブステップと、
を更に有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ＥＣＧ信号の中の所定数の連続する拍動から初期平均値拍動を導出する前記ステップを再開するステップ、を更に有する請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
ＥＣＧ信号の動きアーチファクトを低減する装置であって、
患者の連続測定されたＥＣＧ信号から現在の拍動を取得する取得ユニットと、
前の平均値拍動と前記ＥＣＧ信号の中の現在の拍動との相関係数を計算する第１の計算ユニットと、
前記相関係数に基づき前記前の平均値拍動及び前記現在の拍動に割り当てられるべき重みを決定する決定ユニットと、
前記前の平均値拍動、前記現在の拍動、及びそれらの前記重みに基づき、現在の平均値拍動を計算する第２の計算ユニットと、
を有する装置。
【請求項１０】
前記相関係数を所定の係数と比較する比較器、を更に有する請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
残差信号を得るために、前記現在の拍動から前記現在の平均値拍動を減算する減算ユニットと、
フィルタ済み信号を得るために、前記ＥＣＧ信号の信号特性に基づき、前記残差信号に対して区分的フィルタリングを実行するフィルタユニットと、
変更された現在の拍動を得るために、前記現在の平均値拍動に前記フィルタ済み信号を加算して戻す加算ユニットと、
を更に有する請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記ＥＣＧ信号から前記信号特性を抽出する抽出ユニットであって、前記信号特性は、ノイズ包絡線、相関情報、Ｐ波、ＱＲＳ合成波及びＴ波のピーク位置、並びにセグメント間隔を有する、抽出ユニットと、
Ｐ波、ＱＲＳ合成波及びＴ波、又はそれらのいかなる組合せのうちの１つを、処理されるべき拍動として選択する選択ユニットと、
を更に有する請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記選択ユニットは、前記ＱＲＳ合成波を前記処理されるべき拍動として選択し、
前記信号特性に基づき、前記ＱＲＳセグメント、並びにＴ及びＰセグメントを識別する識別ユニット、
を更に有し、
前記フィルタリングユニットは、前記ＱＲＳセグメントのための低域通過フィルタ及び高域通過フィルタの第１のグループと、他のセグメントのための低域通過フィルタ及び高域通過フィルタの第２のグループと、を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記ＱＲＳセグメントのための低域通過フィルタ及び高域通過フィルタの前記第１のグループ並びに低域通過フィルタ及び高域通過フィルタの第２のグループは、カットオフ周波数が異なる、請求項１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生理学的信号を処理する動きアーチファクト除去技術に関し、特に、ＥＣＧ信号の動きアーチファクトを低減する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生理学的信号、例えば心電図（ＥＣＧ）信号は、相当量のノイズを含み得る。例えば、筋肉活動、動きアーチファクト等により導入される雑音は、通常、急速な波状の変位として現れ、特に動きの最中に、ＥＣＧの読み取りを困難にする。
【０００３】
これに関して、米国特許第６２１６０３１B１号は、アーチファクトを含むＥＣＧにける信号を強化する装置を提案する。この装置は、ＱＲＳ合成の始めからＴ波の終わりまでの所定数のＥＣＧ信号拍動の曲線形状を評価し、その結果を用いて平均値拍動を設定する平均値ユニットを有し、ＥＣＧ信号の平均値拍動を実際の拍動から減算して残差信号を得る減算ユニットと、残差信号を高域−低域通過フィルタリングして、加算ユニットにおいて平均値拍動が加算されるフィルタ済み信号を提供するＦＩＲフィルタユニットと、を更に有する。
【０００４】
米国特許第６２１６０３１B１号の原理は、平均値ユニットを利用して連続ＥＣＧサイクルの平均化に基づき平均値拍動を計算すること、及び残差信号を取り扱うためにＬＰ（低域通過）及びＨＰ（高域通過）フィルタを利用して筋肉ノイズと基準ワンダ（wander）ノイズの両方を除去することである。この方法は、結果として生じるＥＣＧ信号の信号対雑音比（signal−to−noise  ratio：ＳＮＲ）をある程度向上するが、依然として幾つかの許容できない欠点を有する。
【０００５】
さらに、米国特許第６２１６０３１B１号では、通常のＬＰ／ＨＰフィルタリングスキルはノイズを除去するために使用される。例えば、残差信号は、筋肉ノイズを低減するために低域通過フィルタにより、及び基準ワンダを低減するために高域通過フィルタにより、フィルタリングされる。フィルタのカットオフ周波数は、残差信号の残りのＰ波及びＶＰＢの許容できない歪みを回避する値に設定される。両方のフィルタは、フィルタ済み残差信号の遅延が一定且つ信号と独立であるという利点を有する有限インパルス応答フィルタである。しかし、特に突然のＥＣＧ形態変化の場合に、許容できないノッチが現れる場合もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、許容できないノッチを取り扱うために、一方で歪みを回避しＥＣＧ信号のＳＮＲを更に向上するために、ＥＣＧ信号の動きアーチファクトを低減する改良された方法及び装置を提供することは有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によると、ＥＣＧ信号の動きアーチファクトを低減する方法であって、患者の連続測定されたＥＣＧ信号から現在の拍動を取得するステップと、前の平均値拍動と前記ＥＣＧ信号の中の現在の拍動との相関係数を計算するステップと、前記相関係数に基づき前記前の平均値拍動及び前記現在の拍動に割り当てられるべき重みを決定するステップと、前記前の平均値拍動、前記現在の拍動、及びそれらの前記重みに基づき、現在の平均値拍動を計算するステップと、を有する方法が提案される。
【０００８】
したがって、この方法によると、重み決定が相関計算に基づくので、現在の拍動波形と前の平均値拍動との間の相関に従って、異なる重みが前の平均値拍動及び現在の拍動に動的に割り当てられる。言い換えると、相関が高い場合、より大きな重みが前の平均値拍動に割り当てられる。その他の場合、より小さな重み、ゼロ値重みでさえ割り当てられる。これは、現在の拍動が平均拍動と相関していないこと、及び平均拍動の更新のために用いられないことを意味する。
【０００９】
したがって、前の平均値拍動、現在の拍動、及び前記拍動の各々に割り当てられる固定重みに基づき平均値拍動を計算する従来の方法と比べて、本発明による方法は、２つの拍動の間の相関に基づき、正確なＥＣＧ形態変化を把握でき、結果として向上したフィルタリング効果をもたらす適応型重み決定方法を採用し、患者の動きに起因するアーチファクトが除去できるようにする。
【００１０】
ここで、当業者は、アーチファクトを含むＥＣＧにおいて信号を向上する方法では、平均値拍動は、ＥＣＧ信号の実際のフィルタリングを開始する前に、初期平均値拍動として計算され又は経験的に決定されるべきであることを容易に理解できる。
【００１１】
ＥＣＧ信号をフィルタリングする方法が始まると、１番目の現在の拍動の処理の間に、初期平均値拍動が前の平均値拍動として用いられ、１番目の現在の平均値拍動を計算するために１番目の現在の拍動と結合され、メモリに格納される。次に、１番目の現在の平均値拍動は、１番目の現在の拍動から減算され、これら２つの拍動が相関する場合、残差信号が得られ、残差信号はフィルタリングされてフィルタ済み信号を得る。最後に、フィルタ済み信号は、１番目の現在の平均値拍動に加算されて戻され、変更された１番目の現在の拍動を得る。
【００１２】
次に、２番目の現在の拍動を処理する間、格納された１番目の現在の平均値拍動は前の平均値拍動として用いられ、２番目の現在の平均値拍動を計算するために、２番目の現在の拍動と結合され、メモリに格納される。次に、２番目の現在の拍動が前の平均拍動と関連する場合、２番目の現在の平均値拍動は、２番目の現在の拍動から減算されて、残差信号を得る。残差信号はフィルタリングされて、フィルタ済み信号を得る。最後に、フィルタ済み信号は、２番目の現在の平均値拍動に加算されて戻され、変更された２番目の現在の拍動を得る。処理動作は、最終的にＥＣＧ信号が全て処理されフィルタリングされるまで、このように続く。
【００１３】
留意すべきことに、前の平均値拍動と現在の拍動との間の相関は、相関係数であっても良いが、当業者により容易に理解されるように、これに限定されない。
【００１４】
本発明による方法の一例では、前の平均値拍動と現在の拍動との間の相関係数が計算された後に、前の平均値拍動及び現在の拍動に割り当てられるべき重みは、経験的に又はルックアップテーブルでマッピングすることにより、決定されても良い。しかしながら、この方法の好適な例は、相関係数を所定の係数、つまり所定の相関閾と比較するステップを更に有しても良い。相関係数が所定の係数よりも大きい場合、大きな重みが前の平均値拍動に割り当てられる。その他の場合、前の平均値拍動は、より小さな重み又はゼロ値重みを割り当てられる。
【００１５】
本発明による方法の一例では、方法は、残差信号を得るために、前記現在の拍動から前記現在の平均値拍動を減算するステップと、フィルタ済み信号を得るために、前記ＥＣＧ信号の信号特性に基づき、前記残差信号に対して区分的フィルタリングを実行するステップと、変更された現在の拍動を得るために、前記現在の平均値拍動に前記フィルタ済み信号を加算して戻すステップと、を更に有しても良い。一例では、信号特性は、ＥＣＧ信号から取得されても良く、Ｐ波、ＱＲＳ合成波、及びＴ波のピーク位置、セグメント間隔、ノイズ包絡線、平均拍動との相関情報を含んでも良い。
【００１６】
方法の更なる例では、ＱＲＳ合成波が処理されるべき拍動として選択される場合、区分的フィルタリングを実行するステップは、ＥＣＧ波の中のＱＲＳセグメント、Ｔ及びＰ波セグメントを信号特性に基づき識別するサブステップと、信号勾配変化及び計算された相関係数に基づきノイズ包絡線を推定するサブステップと、異なるフィルタを用いることによりそれぞれ異なるセグメントに対してフィルタリングを実行するサブステップと、を更に有しても良い。
【００１７】
残差信号に対して共通フィルタリングを実行する従来の方法と比べて、本発明の好適な例に従う方法は、残差信号の区分的フィルタリングを採用して、ノイズ低減の効果を向上してＳＮＲを向上し、及び重要な特徴が歪まないことを保証する。
【００１８】
ここで、用語「区分的フィルタリング」は、例えば、ＱＲＳ合成波が処理されるべき拍動として選択される場合、現在の拍動信号特性、ＥＣＧ形態のピーク位置及び間隔情報に基づき、１つのフィルタグループが１つのＱＲＳセグメントのために用いられ、別のフィルタグループがＴ及びＰセグメントのために用いられることを意味する。
【００１９】
残差信号を得るために現在の平均値拍動を現在の拍動から減算することは、現在の拍動が平均拍動と相関する場合に適用される。その他の場合、現在の拍動は例えば残差信号の中に保存でき、異なるグループの区分的フィルタリングがＥＣＧ特徴を正確に保持するために適用できる。この状況では、相関しない拍動のために用いられる区分的フィルタのグループは、相関する拍動のために用いられるものとは完全に異なる。平均値拍動の計算は主要な要因であり、得られる最終ＥＣＧ信号に大きな影響を与え得るので、初期平均値拍動の計算は、特に重要である。通常の慣行では、初期平均値拍動は、通常の人々の通常の拍動を参照することにより経験的に決定でき、予め格納できる。
【００２０】
しかしながら、本発明による方法の一例では、方法は、ＥＣＧ信号の中の所定数の連続する拍動から、初期平均値拍動を導出するステップを更に有しても良い。初期平均値拍動は患者自身に対して実行される測定から導出されるので、このように得られる平均値拍動の精度は向上され得る。
【００２１】
方法の更なる例では、所定数の連続する拍動は、第１の所定数の連続する拍動と、第１の所定数の連続する拍動の後に続く第２の所定数の連続する拍動と、を有する。方法の好適な例では、初期平均値拍動を導出するステップは、第１の所定数の連続する拍動から初期平均値拍動を導出するサブステップと、前の初期平均値拍動と第２の所定数の連続する拍動の中の現在の拍動との間の相関係数が所定の係数より大きいときにのみ、初期平均値拍動を更新するサブステップと、を更に有する。
【００２２】
以上から分かるように、本発明の方法の準備手順では、つまり、初期平均値拍動の計算中に、初期平均値拍動は、前の初期平均値拍動と第２の所定数の連続する拍動の中の現在の拍動との間の相関係数が所定の係数より大きい場合にのみ、初期平均値拍動を更新するステップを導入することにより、注意深く有効にされる。
【００２３】
言い換えると、所定数の連続する拍動から初期平均値拍動を導出する従来の方法は、平均化又は幾つかの算術アルゴリズムにより第１の所定数の連続する拍動から初期平均値拍動を導出するステップにのみ関連する。しかしながら、本発明による方法は、初期平均値拍動を有効化し更新するために、第２の所定数の連続する拍動を更に利用する。そして、前の初期平均値拍動と第２の所定数の連続する拍動の中の現在の拍動との間の相関係数は、初期平均値拍動を更新するためにも用いられる。
【００２４】
このように、初期平均値拍動は、より正確に導出でき、したがって、このように得られる平均値拍動の精度は向上でき、並びに、最終フィルタ済みＥＣＧ信号は一層正確になり、ＥＣＧ信号のＳＮＲは更に向上できる。
【００２５】
本発明の別の態様によると、ＥＣＧ信号の動きアーチファクトを低減する装置であって、患者の連続測定されたＥＣＧ信号から現在の拍動を取得する取得ユニットと、前の平均値拍動と前記ＥＣＧ信号の中の現在の拍動との相関係数を計算する第１の計算ユニットと、前記相関係数に基づき前記前の平均値拍動及び前記現在の拍動に割り当てられるべき重みを決定する決定ユニットと、前記前の平均値拍動、前記現在の拍動、及びそれらの前記重みに基づき、現在の平均値拍動を計算する第２の計算ユニットと、を有する装置が提案される。
【００２６】
上述のように、前の平均値拍動、現在の拍動、及び固定重みに基づき平均値拍動を計算する従来の装置と比べて、本発明による装置は、２つの拍動の間の相関に基づき結果として良好なフィルタリング効果をもたらす適応型重み決定方法を採用し、患者の動きに起因するアーチファクトが除去できるようにする。
【００２７】
本開示の種々の態様及び特徴は、以下に更に詳細に記載される。本発明の上述の及び他の態様は、本願明細書に記載される実施形態から明らかであり、それらの実施形態を参照して教示される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
本発明は、実施形態及び図面の参照を組み合わせて、以下に詳細に記載及び説明される。
【図１】本発明による方法のフローチャートである。
【図２】本発明による方法の変形のフローチャートである。
【図３】本発明による方法の別の変形のフローチャートである。
【図４】本発明による方法の更に別の変形のフローチャートである。
【図５】本発明による装置のブロック図である。
【図６】本発明の方法を用いることにより、どのように動きアーチファクトがＥＣＧ信号から除去されるかを示す。  図中の同じ参照符号は、同様の又は対応する特徴及び／又は機能を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、特定の実施形態に関して及び特定の図面を参照して記載されるが、本発明は、これらに限定されず、添付の請求の範囲によってのみ限定される。記載の図面は、単に説明であり、非限定的である。図中、要素のうちの幾つかの大きさは、誇張され、説明目的のために縮尺通りではない。
【００３０】
図１は、本発明の一実施形態によるＥＣＧ信号の動きアーチファクトを低減する方法１０のフローチャートである。図１に示す方法１０は、現在の拍動のフィルタリングのために用いられるべき現在の平均拍動を計算する改良された方法を教示する。具体的には、この方法は、前の平均値拍動及び現在の拍動の間の相関係数に基づき、前の平均値拍動及び現在の拍動に割り当てられるべき重みの適応型及び動的決定を採用すること、及び現在の平均値拍動の計算が前の平均値拍動、現在の拍動、及びそれらの重みに基づき実行されること、を特徴とする。
【００３１】
以下に、方法１０の詳細が、特に図５と関連して記載される。図５は、図１に示す方法１０を実施する装置５０のブロック図である。
【００３２】
図５から分かるように、本発明の一実施形態によりＥＣＧ信号の動きアーチファクトを低減する装置５０は、取得ユニット５１と、第１の計算ユニット５２と、決定ユニット５３と、第２の計算ユニット５４と、を有する。
【００３３】
先ず、患者にあるＥＣＧセンサは、患者のＥＣＧ信号を連続的に測定しても良い。得られたＥＣＧ信号は、取得ユニット５１に入力される。取得ユニット５１は、受信したＥＣＧ信号から現在の拍動を取得しても良い（図１のステップ１１）。
【００３４】
第１の計算ユニット５２は、取得ユニット５１に結合され、ＥＣＧ信号の前の平均値拍動と現在の拍動との間の相関係数を計算できる（図１のステップ１２）。
【００３５】
用語「前の平均値拍動」は、この分野における通常の知識及び本願における詳細な説明に基づき、当業者により明らかに理解されるだろう。
【００３６】
前述のように、平均値拍動は、ＥＣＧ信号の実際のフィルタリングの開始前に、初期平均値拍動として計算され又は経験的に決定されるべきである。
【００３７】
ＥＣＧ信号をフィルタリングする方法が始まると、１番目の現在の拍動のフィルタリングの間に、初期平均値拍動が前の平均値拍動として用いられ、１番目の現在の平均値拍動を計算するために１番目の現在の拍動と結合され、メモリに格納される。次に、１番目の現在の平均値拍動は、１番目の現在の拍動から減算され、これら２つの拍動が相関する場合、残差信号が得られ、残差信号はフィルタリングされてフィルタ済み信号を得る。最後に、フィルタ済み信号は、１番目の現在の平均値拍動に加算されて戻され、変更された１番目の現在の拍動を得る。
【００３８】
次に、２番目の現在の拍動をフィルタリングする間、格納された１番目の現在の平均値拍動は前の平均値拍動として用いられ、２番目の現在の平均値拍動を計算するために、２番目の現在の拍動と結合され、メモリに格納される。次に、２番目の現在の拍動が平均拍動と関連する場合、２番目の現在の平均値拍動は、２番目の現在の拍動から減算されて、残差信号を得る。残差信号はフィルタリングされて、フィルタ済み信号を得る。最後に、フィルタ済み信号は、２番目の現在の平均値拍動に加算されて戻され、変更された２番目の現在の拍動を得る。処理動作は、最終的にＥＣＧ信号が全て処理されフィルタリングされるまで、このように続く。
【００３９】
平均拍動の現在の拍動からの減算及びそれへの加算は、現在の拍動と平均拍動とが相関している状況で適用される。その他の場合、現在の拍動は、例えば残差信号に保存され、次にフィルタリングされて、ノイズが除去されている出力を生成しても良い。
【００４０】
さらに、この方法では、前の平均値拍動と現在の拍動との間の相関は、相関係数であっても良いが、これに限定されない。例えば、相関は、当業者により容易に理解されるように、振幅誤差の平均二乗値又はその両方、等であっても良い。
【００４１】
決定ユニット５３は、第１の計算ユニット５２に結合され、前の平均値拍動及び現在の拍動に割り当てられるべき重みを、相関係数に基づき決定しても良い（図１のステップ１３）。
【００４２】
例えば、前の平均値拍動と現在の拍動との間の相関係数が計算された後に、前の平均値拍動及び現在の拍動に割り当てられるべき重みは、経験的に又はルックアップテーブルでマッピングすることにより、決定されても良い。
【００４３】
次に、決定ユニット５３に結合される第２の計算ユニット５２は、前の平均値拍動、現在の拍動、及びこれらの拍動に割り当てられる重みに基づき、現在の平均値拍動を計算するために用いられる（図１のステップ１４）。
【００４４】
この方法１０を用いると、重み決定が相関計算に基づくので、現在の拍動波形と前の平均値拍動との間の相関に従って、異なる重みが前の平均値拍動及び現在の拍動に動的に割り当てられる。言い換えると、相関が高い場合、より大きな重みが前の平均値拍動に割り当てられる。その他の場合、より小さな重み又はゼロ値重みを割り当てられる。
【００４５】
したがって、前の平均値拍動、現在の拍動、及び固定重みに基づき平均値拍動を計算する従来の方法と比べて、本発明による方法１０は、２つの拍動の間の相関に基づき結果としてＥＣＧ形態変化の良好な追跡及び良好なフィルタリング効果をもたらす適応型重み決定方法を採用し、患者の動きに起因するアーチファクトが除去できるようにする。
【００４６】
図２〜４は、本発明によるＥＣＧ信号の動きアーチファクトを低減する方法１０の幾つかの可能な変形を示す。
【００４７】
図２に示すように、この方法の好適な例では、方法は、相関係数を所定の係数、つまり所定の相関閾と比較するステップ１５を更に有しても良い。
【００４８】
例えば、相関係数ＣＣＲは、相関計算ユニットにより計算され、現在のサイクルが既存の平均サイクルと大きく相関しているか否かを示す所定の相関閾値と比較される。
ｍａｘ（ＣＣＲ）＞閾  大きく相関する
その他                大きく相関しない
相関係数が所定の係数よりも大きい場合、大きな重みが前の平均値拍動に割り当てられる。その他の場合、前の平均値拍動は、より小さな重み又はゼロ値重みを割り当てられる。
【００４９】
図３は、本発明の更なる実施形態によるＥＣＧ信号の動きアーチファクトを低減する方法１０のフローチャートである。
【００５０】
図３に示すように、この方法１０の好適な例では、方法は、現在の平均値拍動が前の平均値拍動、現在の拍動、及びそれらの重みに基づき計算された後に、現在の平均値拍動を現在の拍動から減算して残差信号を得るステップ１６を更に有しても良い。現在の拍動が平均拍動と相関しないとき、現在するステップ１６は適用されず、拍動は例えば残差信号の中に直接保存される。
【００５１】
さらに、方法１０は、ＥＣＧ信号の信号特性に基づき、残差信号に区分的フィルタリングを実行してフィルタ済み信号を得るステップ１７を更に有する。ステップ１７の後に、方法は、ステップ１８を更に有しても良い。ステップ１８では、現在の平均値拍動は、フィルタ済み信号に加算されて戻され、拍動が平均拍動と相関するとき変更された現在の拍動を得る。その他の場合、上記の加算するステップは省略される。このように、図１に示す方法１０で得られる現在の平均値拍動は、ＥＣＧ信号の実際のフィルタリングにおいて利用され、最終的に、動きアーチファクトがＥＣＧ信号から除去されることを達成する。
【００５２】
一例では、信号特性は、ＥＣＧ信号から取得されても良く、Ｐ波、ＱＲＳ合成波、及びＴ波のピーク位置、並びにセグメント間隔を含んでも良い。
【００５３】
方法１０の更なる例では、ＱＲＳ合成波が処理されるべき拍動として選択される場合、区分的フィルタリングを実行するステップ１７は、信号特性に基づきＱＲＳセグメント、Ｔ及びＰ波セグメント、ノイズ包絡線を、及び平均拍動との相関を識別するサブステップと、異なるフィルタを用いることによりそれぞれ異なるセグメントに対してフィルタリングを実行するサブステップと、を更に有しても良い。
【００５４】
残差信号に共通フィルタリングを実行する従来の方法と比べて、図３に示す本発明の好適な例による方法１０は、残差信号の区分的フィルタリングを採用して、ＥＣＧのＳＮＲを向上し、動きアーチファクトの除去された信号においてもＥＣＧ特徴が歪められないままであることを保証する。
【００５５】
ここで、用語「区分的フィルタリング」は、例えば、ＱＲＳ合成波が処理されるべき拍動として選択される場合、現在の拍動信号特性、つまりピーク位置、間隔情報、ＥＣＧ形態のノイズエンベロップメント、及び平均拍動との相関情報に基づき、ＬＰ及びＨＰフィルタの１つのグループが１つのＱＲＳセグメントのために用いられ、ＬＰ及びＨＰフィルタの別のグループがＴ及びＰセグメントのために用いられることを意味する。図３に示す方法１０の一例によると、ＱＲＳセグメントのための低域通過フィルタ及び高域通過フィルタの第１のグループと、他のセグメントのための低域通過フィルタ及び高域通過フィルタの第２グループとは、カットオフ周波数が異なっても良い。しかしながら、当業者に容易に理解されるように、２つのフィルタグループは、信号特性に従って特に選択される限り、他のパラメータが異なっても良い。
【００５６】
このように、拍動特性に基づく区分的ＬＰ／ＨＰフィルタリングは、ＱＲＳ遷移間の急な変化に起因するノッチを扱うために用いることができる。したがって、ＥＣＧ信号のＳＮＲは有意に向上できる。さらに、同時に、重要なＥＣＧ特徴は、完全に維持できる。
【００５７】
例えば、２０Ｈｚ、４０Ｈｚ、又は６０Ｈｚカットオフ周波数を有するゼロ位相順及び逆低域通過フィルタは、以下の差分関数と共に用いられても良い。
【００５８】
【数１】
2016505329.tif 000003
ここで、
【００５９】
【数２】
2016505329.tif 000004
はフィルタ係数である。
【００６０】
高域通過フィルタは、以下の差分関数を有するＦＩＲフィルタにより実施される。ＮのオーダはＮ＝１０００になるよう選択される。異なるフィルタリング要件に従って、異なるカットオフ周波数を実現するために、異なるオーダ値のＮが選択できる。
【００６１】
【数３】
2016505329.tif 000005
提案する高域通過フィルタの構造により、一定の遅延
【００６２】
【数４】
2016505329.tif 000006
が区分的フィルタ済み信号に導入される。したがって、適正なアーチファクトの除去された信号を得るために、平均値拍動をフィルタ済み信号に加算して戻すとき、加算演算の位置を補償するために、一定の遅延が考慮されるべきである。フィルタリング処理に含まれる遅延を低減するために、異なる種類のＨＰフィルタ、例えば平坦な通過帯域を有するバターワース（butterworth）フィルタが用いられても良い。
【００６３】
以上は本発明の方法及び装置で用いられるフィルタの幾つかの例を示したが、異なるフィルタ係数及び異なるカットオフ周波数を有する他のフィルタが特定用途に従って用いられても良いことが、当業者により容易に理解できる。
【００６４】
図４は、本発明の更に別の実施形態によるＥＣＧ信号の動きアーチファクトを低減する方法１０のフローチャートである。図３及び図４に示す方法１０の間の唯一の相違点は、図４では、ＥＣＧ信号から信号特性を取得するステップ１９と、Ｐ波、ＱＲＳ合成波及びＴ波又はそれらのいかなる組合せのうちの１つを処理されるべき拍動として選択するステップ２０と、を更に有することである。
【００６５】
このように、生ＥＣＧ信号は、上述のように、ＱＲＳ位置及びセグメント間隔のような信号特性を得るために処理される。次に、関連する信号特性は、現在の信号テンプレートを分類するために現在の信号テンプレートユニットへ送信されても良い。異なる方式の複数のテンプレート（ＱＲＳテンプレート、Ｔテンプレート、及びＱＲＳＴテンプレート）は、動きアーチファクトの除去されたＥＣＧ信号の追跡を向上するために用いられても良い。これは、ＥＣＧ診断のためのより正確な特徴抽出をもたらす。テンプレートは、所定の長さを有し、中央の最も視覚的に明確な追跡の部分をこれらのテンプレートの中の整列のための基準部分として有する。入って来るＥＣＧ信号の信号間隔は変化するが、提案する複数のテンプレート、及び先に議論した動的に決定される重みは、ＥＣＧ信号が更新された平均値拍動テンプレートにより完全に追跡されることを保証する。
【００６６】
前述のように、平均値拍動は、ＥＣＧ信号の実際のフィルタリングの開始前に、初期平均値拍動として計算され又は経験的に決定されるべきである。
【００６７】
平均値拍動の計算は主要な要因であり、得られる最終ＥＣＧ信号に大きな影響を与え得るので、初期平均値拍動の計算は、特に重要である。通常の慣行では、初期平均値拍動は、通常の人々の通常の拍動を参照することにより経験的に決定できる。
【００６８】
しかしながら、本発明による方法１０の好適な例では、方法は、ＥＣＧ信号の中の所定数の連続する拍動から、初期平均値拍動を導出するステップを更に有しても良い。初期平均値拍動は患者自身に対する測定から導出されるので、このように得られる平均値拍動の精度は向上され得る。
【００６９】
方法の更なる好適な例では、所定数の連続する拍動は、２つの部分、つまり第１の所定数の連続する拍動と、第１の所定数の連続する拍動の後に続く第２の所定数の連続する拍動と、を有しても良い。したがって、方法の好適な例では、初期平均値拍動を導出するステップは、第１の所定数の連続する拍動から初期平均値拍動を導出するサブステップと、前の初期平均値拍動と第２の所定数の連続する拍動の中の現在の拍動との間の相関係数が所定の係数より大きいときにのみ、初期平均値拍動を更新するサブステップと、を更に有しても良い。
【００７０】
以上から分かるように、本発明の方法の準備手順では、つまり、初期平均値拍動の計算中に、初期平均値拍動は、前の初期平均値拍動と第２の所定数の連続する拍動の中の現在の拍動との間の相関係数が所定の係数より大きいときにのみ、初期平均値拍動を更新するステップを導入することにより、注意深く有効にされる。
【００７１】
言い換えると、所定数の連続する拍動から初期平均値拍動を導出する従来の方法は、平均化又は幾つかの算術アルゴリズムにより第１の所定数の連続する拍動から初期平均値拍動を導出するステップにのみ関連する。しかしながら、本発明による方法１０は、初期平均値拍動を有効化し更新するために、第２の所定数の連続する拍動を更に利用する。ここで、前の初期平均値拍動と第２の所定数の連続する拍動の中の現在の拍動との間の相関係数は、初期平均値拍動を更新するためにも用いられる。
【００７２】
このように、初期平均値拍動は、より正確に導出でき、したがって、このように得られる平均値拍動の精度は向上でき、並びに、最終フィルタ済みＥＣＧ信号は一層正確になり、ＥＣＧ信号のＳＮＲは更に向上できる。
【００７３】
さらに、本発明の方法１０の好適な例によると、方法は、必要な場合には、ＥＣＧ信号の中の所定数の連続する拍動から、初期平均値拍動を導出するステップを再開するステップを更に有しても良い。言い換えると、フィルタ済みＥＣＧ信号が酷く悪化し、そのＳＮＲがもはや良好でない場合、装置５０のユーザは、初期平均値拍動を導出するステップを再開するためにボタン等を操作しても良く、ＥＣＧ信号の新しいフィルタリングステップが開始されるようにしても良い。このように、フィルタ済みＥＣＧ信号は適時補正される。
【００７４】
図６は、本発明の方法を用いることにより、どのように動きアーチファクトがＥＣＧ信号から除去されるかを示す。
【００７５】
図６に示すように、Ｓ１は患者から受診された元の又は生のＥＣＧ信号を表し、Ｓ２は現在の平均値拍動を現在の拍動から減算することにより得られた残差信号を表し、Ｓ３はＥＣＧ信号の信号特性に基づき区分的フィルタリングの行われたフィルタ済み残差信号を表し、Ｓ４は現在の平均値拍動をフィルタ済み信号に加算して戻すことにより変更された現在の拍動（つまり、動きアーチファクトの除去された信号）を表す。さらに、図６に示す期間Ｔは、初期平均値拍動がＥＣＧ信号の中の所定数の連続する拍動から導出される期間を表す。
【００７６】
図６に明らかに分かることは、本発明の方法１０により、患者の動きに起因するＥＣＧアーチファクトが低減され、したがってＥＣＧ信号のＳＮＲが有意に向上されていることである。
【００７７】
図５は本発明による装置５０の基本ブロック図を示すが、関連する方法のステップを実行するために、図２〜４に示したステップを含む上述の方法１０の各ステップに対応するユニットが存在しても良いことが当業者により容易に理解できる。例えば、図２に示す方法１０に従って、本発明による装置５０は、相関係数を所定の係数と比較する比較器を更に有しても良い。例えば、図３に示す方法１０に従って、本発明の装置５０は、残差信号を得るために現在の平均値拍動を現在の拍動から減算する減算ユニットと、フィルタ済み信号を得るためにＥＣＧ信号の信号特性に基づき残差信号に対して区分的フィルタリングを実行するフィルタユニットと、変更された現在の拍動を得るためにフィルタ済み信号を現在の平均値拍動に加算して戻す加算ユニットと、を更に有しても良い。
【００７８】
装置５０に含まれるユニットについて、一例では、装置５０自体は、ＣＰＵ及びメモリを有するパーソナルコンピュータ、シングルチップマイクロコンピュータ、又は単にＣＰＵ（つまり処理ユニット）であっても良い。したがって、それに含まれる個々のユニットは、ソフトウェア又はコンピュータ可読命令として実装されても良い。
【００７９】
しかしながら、当業者により容易に理解されるように、個々のユニットはハードウェアエンティティであっても良い。言い換えると、装置５０は、別個のハードウェアモジュールを有しても良い。ユニットの各々は、単一プロセッサ又は複数のプロセッサにより実装されても良い。
【００８０】
留意すべきことに、本発明で示される方法のステップは、上述のステップに限定されるべきではない。請求される本発明の種々の態様はこれらの特定の詳細事項とは別の他の例でも実施できることが当業者に明らかである。
【００８１】
さらに、当業者により容易に理解できるように、幾つかの手段を列挙する装置クレームでは、これらの手段のうちの幾つかは、１つの同じハードウェアアイテムにより実施できる。特定の量が相互に異なる従属請求項に記載されるという事実は、これらの量の組合せが有利に用いることが出来ないことを示すものではない。
【００８２】
留意すべきことに、上述の実施形態は、本発明を限定するのではなく、当業者は添付の請求の範囲から逸脱することなく代替の実施形態を考案できる。請求項中、括弧内に記載された如何なる参照符号も、請求項を制限すると見なされるべきではない。用語「有する（comprising）」は、請求項及び説明中に列挙された以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素の前にある単数を表す語（「ａ」、「an」）は、このような要素の複数の存在を排除しない。複数のユニットを列挙しているシステムの請求項では、これらの複数のユニットは、１つの同一のハードウェア及び／又はソフトウェアアイテムにより実装することができる。第１、第２、第３等の語の使用は、如何なる順序も示さない。これらの語は、名称として解釈されるべきである。
【図１】
2016505329.tif 000007
【図２】
2016505329.tif 000008
【図３】
2016505329.tif 000009
【図４】
2016505329.tif 000010
【図５】
2016505329.tif 000011
【図６】
2016505329.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月2日(2015.7.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＣＧ信号の動きアーチファクトを低減する方法であって、
患者の連続測定されたＥＣＧ信号から現在の拍動を取得するステップと、
前の平均値拍動と前記ＥＣＧ信号の中の現在の拍動との相関係数を計算するステップと、
前記相関係数に基づき前記前の平均値拍動及び前記現在の拍動に割り当てられるべき重みを決定するステップと、
前記前の平均値拍動、前記現在の拍動、及びそれらの前記重みに基づき、現在の平均値拍動を計算するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
望ましくは単一チャネルのＥＣＧ信号に適用する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記相関係数を所定の係数と比較するステップ、を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
残差信号を得るために、前記現在の拍動から前記現在の平均値拍動を減算するステップと、
フィルタ済み信号を得るために、前記ＥＣＧ信号の信号特性に基づき、前記残差信号に対して区分的フィルタリングを実行するステップと、
変更された現在の拍動を得るために、前記現在の平均値拍動に前記フィルタ済み信号を加算して戻すステップと、
を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＥＣＧ信号から前記信号特性を抽出するステップであって、前記信号特性は、ノイズ包絡線、相関情報、Ｐ波、ＱＲＳ合成波及びＴ波のピーク位置、並びにセグメント間隔を有する、ステップと、
Ｐ波、ＱＲＳ合成波及びＴ波、又はそれらのいかなる組合せのうちの１つを、処理されるべき拍動として選択するステップと、
を更に有する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ＱＲＳ合成波が前記処理されるべき拍動として選択されるとき、区分的フィルタリングを実行する前記ステップは、
前記信号特性に基づき、前記ＱＲＳセグメント並びにＴ及びＰセグメントを識別するサブステップと、
異なるフィルタを用いることにより、それぞれ前記異なるセグメントに対してフィルタリングを実行するサブステップと、
を更に有する、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記ＥＣＧ信号の中の所定数の連続する拍動から初期平均値拍動を導出するステップ、を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記所定数の連続する拍動は、第１の所定数の連続する拍動と、前記第１の所定数の連続する拍動の後に続く第２の所定数の連続する拍動と、を有し、初期平均値拍動を導出する前記ステップは、
前記第１の所定数の連続する拍動から初期平均値拍動を導出するサブステップと、
前の初期平均値拍動と前記第２の所定数の連続する拍動の中の現在の拍動との間の相関係数が所定の係数より大きいときにのみ、前記初期平均値拍動を更新するサブステップと、
を更に有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＥＣＧ信号の中の所定数の連続する拍動から初期平均値拍動を導出する前記ステップを再開するステップ、を更に有する請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
ＥＣＧ信号の動きアーチファクトを低減する装置であって、
患者の連続測定されたＥＣＧ信号から現在の拍動を取得する取得ユニットと、
前の平均値拍動と前記ＥＣＧ信号の中の現在の拍動との相関係数を計算する第１の計算ユニットと、
前記相関係数に基づき前記前の平均値拍動及び前記現在の拍動に割り当てられるべき重みを決定する決定ユニットと、
前記前の平均値拍動、前記現在の拍動、及びそれらの前記重みに基づき、現在の平均値拍動を計算する第２の計算ユニットと、
を有する装置。
【請求項１１】
前記相関係数を所定の係数と比較する比較器、を更に有する請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
残差信号を得るために、前記現在の拍動から前記現在の平均値拍動を減算する減算ユニットと、
フィルタ済み信号を得るために、前記ＥＣＧ信号の信号特性に基づき、前記残差信号に対して区分的フィルタリングを実行するフィルタユニットと、
変更された現在の拍動を得るために、前記現在の平均値拍動に前記フィルタ済み信号を加算して戻す加算ユニットと、
を更に有する請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記ＥＣＧ信号から前記信号特性を抽出する抽出ユニットであって、前記信号特性は、ノイズ包絡線、相関情報、Ｐ波、ＱＲＳ合成波及びＴ波のピーク位置、並びにセグメント間隔を有する、抽出ユニットと、
Ｐ波、ＱＲＳ合成波及びＴ波、又はそれらのいかなる組合せのうちの１つを、処理されるべき拍動として選択する選択ユニットと、
を更に有する請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記選択ユニットは、前記ＱＲＳ合成波を前記処理されるべき拍動として選択し、
前記信号特性に基づき、前記ＱＲＳセグメント、並びにＴ及びＰセグメントを識別する識別ユニット、
を更に有し、
前記フィルタリングユニットは、前記ＱＲＳセグメントのための低域通過フィルタ及び高域通過フィルタの第１のグループと、他のセグメントのための低域通過フィルタ及び高域通過フィルタの第２のグループと、を有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記ＱＲＳセグメントのための低域通過フィルタ及び高域通過フィルタの前記第１のグループ並びに低域通過フィルタ及び高域通過フィルタの第２のグループは、カットオフ周波数が異なる、請求項１４に記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
したがって、この方法によると、重み決定が相関計算に基づくので、現在の拍動波形と前の平均値拍動との間の相関に従って、異なる重みが前の平均値拍動及び現在の拍動に動的に割り当てられる。言い換えると、相関が高い場合、より大きな重みが現在の拍動に割り当てられる。その他の場合、より小さな重み、ゼロ値重みでさえ割り当てられる。これは、現在の拍動が平均拍動と相関していないこと、及び平均拍動の更新のために用いられないことを意味する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明による方法の一例では、前の平均値拍動と現在の拍動との間の相関係数が計算された後に、前の平均値拍動及び現在の拍動に割り当てられるべき重みは、経験的に又はルックアップテーブルでマッピングすることにより、決定されても良い。しかしながら、この方法の好適な例は、相関係数を所定の係数、つまり所定の相関閾と比較するステップを更に有しても良い。相関係数が所定の係数よりも大きい場合、大きな重みが現在の拍動に割り当てられる。その他の場合、前の平均値拍動は、より小さな重み又はゼロ値重みを割り当てられる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
この方法１０を用いると、重み決定が相関計算に基づくので、現在の拍動波形と前の平均値拍動との間の相関に従って、異なる重みが前の平均値拍動及び現在の拍動に動的に割り当てられる。言い換えると、相関が高い場合、より大きな重みが現在の拍動に割り当てられる。その他の場合、より小さな重み又はゼロ値重みを割り当てられる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
例えば、相関係数ＣＣＲは、相関計算ユニットにより計算され、現在のサイクルが既存の平均サイクルと大きく相関しているか否かを示す所定の相関閾値と比較される。
ｍａｘ（ＣＣＲ）＞閾  大きく相関する
その他                大きく相関しない
相関係数が所定の係数よりも大きい場合、大きな重みが現在の拍動に割り当てられる。その他の場合、現在の拍動は、より小さな重み又はゼロ値重みを割り当てられる。
【国際調査報告】
2016505329.tif 000013
2016505329.tif 000014