(57)【要約】  心電図信号の態様を特徴づけるためのシステムと方法が示されており、一次および二次解析のスキーマを利用して下降するＴ波などの信号波の終わりのタイミングを正確に決定する。一実施形態では、一次解析のスキーマが所定のサンプリング窓の電圧振幅を比較することに関係し、二次解析のスキーマが一連のサンプリング窓の一次解析の結果を比較することに関係する。システムは、心電図ハードウェアシステム、パーソナルコンピュータ、電気生理学的システムなどのシステムに組み込まれたプロセッサあるいはマイクロコントローラを具えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号波の転移点を決定するための方法において、
ａ．第１の時間窓の信号波の第１の複数の点をサンプリングするステップであって、前記第１の複数の点が前記第１の時間窓の最初の時間の点と最後の時間の点とを少なくとも含むステップと、
ｂ．前記第１の時間窓とは時間が異なる第２の時間窓の前記信号波の第２の複数の点をサンプリングするステップであって、前記第２の複数の点が前記第２の時間窓の最初の時間の点と最後の時間の点とを少なくとも含むステップと、
ｃ．前記第１の複数の点の値を互いに比較して窓内パターンルールが前記第１の時間窓で破られているかどうかを決定するステップと、
ｄ．窓内パターンルールが破られていると決定した後に二次解析を行うステップであって、前記二次解析が前記第２の複数の値を互いに比較して窓内パターンルールが前記第２の時間窓で破られているかどうかを決定するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記二次解析がさらに、窓間パターンルールが破られているかどうかを決定するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記窓間パターンルールが、少なくとも部分的に、前記第１と第２の時間窓で窓内パターンルールを破るパターンに基づいて破られたとみなすことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の方法がさらに、窓間パターンルールが破られた前記信号波の位置に信号波の転移点を関連づけるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項２〜４の何れか１項に記載の方法がさらに、少なくとも部分的に、前記信号波のノイズレベルに基づいて窓間パターンルールを選択するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項２〜４の何れか１項に記載の方法において、前記窓間パターンルールが前記信号波のコンピュータによる解析に基づいて自動的に選択されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の方法がさらに、前記信号波を含むデータ点の通過曲線をフィッティングすることによって前記信号波のノイズレベルを特徴づけるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、曲線をフィッティングするステップが前記データ点に最もフィットする多項式をフィッティングするステップを含み、ノイズレベルを特徴づけるステップがさらに、前記曲線に対する前記データ点の二乗平均平方根の変化を決定するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか１項に記載の方法がさらに、少なくとも部分的に、前記信号波のノイズレベルに基づいて窓内パターンルールを選択するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１〜８の何れか１項に記載の方法において、前記窓間パターンルールが前記信号波のコンピュータによる解析に基づいて自動的に選択されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の方法において、前記信号波がアナログ−デジタル変換された心電図信号を含み、患者に作動的に接続された複数の電極の１つに関連することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の方法において、前記信号波は心電図の電圧振幅から派生したベクトルマグニチュードＴ波信号表示を含み、患者に作動的に接続された複数の電極に関連し、前記二次解析が前記ベクトルマグニチュードＴ波信号表示を含むＸ投影と、Ｙ投影と、Ｚ投影との各々について行われることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法がさらに、前記ベクトルマグニチュードＴ波信号表示のＸ，ＹおよびＺ投影の時間で最も遅いＴ波投影にＱＴ間隔の終了を関連づけるステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法がさらに、Ｘ，ＹおよびＺ投影に関連づけたＸ，ＹおよびＺ座標系を回転して前記ベクトルマグニチュード信号表示のＸ，ＹおよびＺ投影のＴ波終端を時間で整列するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の方法において、前記信号波が時間に対してプロットされた電圧振幅を含み、前記第１の複数の点のそれぞれ最初の時間と最後の時間の点の差が所定の閾値の電圧振幅差より大きい場合に前記窓内パターンルールが破られたとみなすことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の方法において、前記信号波が心電図信号、脳波信号および筋電図信号からなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、前記第２の時間窓が前記第１の時間窓から少なくとも部分的に時間で前方にあり、前記信号波が振幅対時間で下降しており、前記方法がさらに、少なくとも部分的に前記信号波の振幅の下降の終わりに基づいて信号波の転移点を決定するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法において、前記第２の時間窓が前記第１の時間窓から少なくとも部分的に時間で前方にあり、前記信号波が振幅対時間で上昇しており、前記方法がさらに、少なくとも部分的に前記信号波の振幅の上昇の終わりに基づいて信号波の転移点を決定するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法において、前記信号波の転移点が、前記心電図のＰ波の開始、前記心電図のＰ波の終了、前記心電図のＰ−Ｒ部分の終了、前記心電図のＱ点、前記心電図のＳ点、前記心電図のＴ波の開始、前記心電図のＴ波の終了、前記心電図のＵ波の開始、および前記心電図のＵ波の終了からなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法において、前記信号波の転移点が、前記心電図のＰ波の開始、前記心電図のＰ−Ｒ部分の終了、前記心電図のＲ点、前記心電図のＪ点、前記心電図のＴ波の開始、前記心電図のＵ波の開始、および前記心電図のＵ波の終了からなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１６に記載の方法において、前記第２の時間窓が前記第１の時間窓から少なくとも部分的に時間を逆行し、前記信号波が振幅対逆行時間で下降しており、前記方法がさらに、少なくとも部分的に逆行時間で前記信号波の振幅の下降の終わりに基づいて信号波の転移点を決定するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、前記信号波の転移点が、前記心電図のＰ波の開始、前記心電図のＰ波の終了、前記心電図のＱ点、前記心電図のＳ点、前記心電図のＪ点、前記心電図のＴ波の終了、前記心電図のＵ波の開始、および前記心電図のＵ波の終了からなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１６に記載の方法において、前記第２の時間窓が前記第１の時間窓から少なくとも部分的に時間を逆行し、前記信号波が振幅対逆行時間で上昇しており、前記方法がさらに、少なくとも部分的に逆行時間で前記信号波の振幅の上昇の終わりに基づいて信号波の転移点を決定するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、前記信号波の転移点が、前記心電図のＰ波の終了、前記心電図のＰ−Ｒ部分の終了、前記心電図のＲ点、前記心電図のＪ点、前記心電図のＴ波の開始、前記心電図のＴ波の終了、前記心電図のＵ波の開始、および前記心電図のＵ波の終了からなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項３に記載の方法がさらに、対象の正規母集団のそれぞれの信号波の転移点と前記決定した信号波の転移点とを比較して前記決定した信号波の転移点の相対的な位置に治療の適用が影響を与えたかどうかを決定するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法がさらに、少なくとも部分的に前記信号波の転移点の比較に基づいて前記治療の適用を変更するか、または停止するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法において、前記治療が化学療法を含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法において、前記決定した信号波の転移点が心電図信号の下降するＴ波の終点であることを特徴とする方法。
【請求項２９】
信号波の転移点を決定するためのシステムにおいて、
ａ．１以上の組織構造に作動的に接続された電極からサンプリングされた１以上の信号波に関係するデータを記憶するよう構成されたメモリ素子と、
ｂ．前記メモリ素子に作動的に接続し、データにアクセスするよう構成され、１以上の信号波に関連した転移点を決定するプロセッサとを具え、
前記プロセッサが、
１）第１の時間窓の信号波の第１の複数の点をサンプリングし、前記第１の複数の点が前記第１の時間窓の最初の時間の点と最後の時間の点とを少なくとも含み、
２）前記第１の時間窓とは時間が異なる第２の時間窓の前記信号波の第２の複数の点をサンプリングし、前記第２の複数の点が前記第２の時間窓の最初の時間の点と最後の時間の点とを少なくとも含み、
３）前記第１の複数の点の値を互いに比較して窓内パターンルールが破られているかどうかを決定し、
４）窓内パターンルールが破られていると決定した後に二次解析を行い、前記二次解析が前記第２の複数の値を互いに比較して前記窓内パターンルールが破られているかどうかを決定するよう構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３０】
請求項２９に記載のシステムがさらに、前記プロセッサに作動的に接続されたディスプレイを具え、前記プロセッサがさらに、前記１以上の信号波の少なくとも１つのグラフィックイメージを前記ディスプレイに表示させるよう構成されており、前記１以上の信号波の各々のそれぞれに関係する転移点のグラフィック表示を含むことを特徴とするシステム。
【請求項３１】
請求項２９または３０に記載のシステムにおいて、前記プロセッサとメモリ素子が、共通ハウジングと電子インターフェイスバスとを有するカードを具えた１以上のプリント回路基板に作動的に接続しており、前記カードがパーソナルコンピュータと連動するよう構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３２】
請求項２９または３０に記載のシステムにおいて、前記プロセッサとメモリ素子が、親の電子デバイスに組み込まれるよう構成された特定用途向け集積回路またはフィールドプログラマブルゲートアレイを具えることを特徴とするシステム。
【請求項３３】
請求項２９または３０に記載のシステムにおいて、前記プロセッサとメモリ素子がパーソナルコンピュータを含むことを特徴とするシステム。
【請求項３４】
請求項２９〜３３の何れか１項に記載のシステムにおいて、前記プロセッサとメモリ素子が、電気生理学的マッピングシステム、心エコー検査システム、および透視画像システムからなる群から選択された手術室の電子デバイスに作動的に接続されていることを特徴とするシステム。
【請求項３５】
請求項２９〜３４の何れか１項に記載のシステムにおいて、前記プロセッサとメモリ素子が、心電図システム、脳波システム、筋電図システム、および救急用ホルターモニタからなる群から選択されたアナログ信号取得システムに作動的に接続されていることを特徴とするシステム。
【請求項３６】
請求項２９または３０に記載のシステムにおいて、前記プロセッサとメモリ素子が組み込み可能なハウジングに入れられており、前記メモリ素子が無線送信を介して外部コンピュータシステムとデータを交換するよう構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３７】
請求項２９〜３６の何れか１項に記載のシステムにおいて、前記プロセッサが前記第１の時間窓から少なくとも部分的に時間で前方の第２の時間窓の第２の複数の点をサンプリングするよう構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３８】
請求項３７に記載のシステムにおいて、前記サンプリングされる第２の複数の点を含む信号波が振幅対時間で下降しており、信号波の転移点が前記下降する信号波の下降の終わりに基づいて前記プロセッサによって決定されることを特徴とするシステム。
【請求項３９】
請求項３７に記載のシステムにおいて、前記サンプリングされる第２の複数の点を含む信号波が振幅対時間で上昇しており、信号波の転移点が前記上昇する信号波の上昇の終わりに基づいて前記プロセッサによって決定されることを特徴とするシステム。
【請求項４０】
請求項２９〜３６の何れか１項に記載のシステムにおいて、前記プロセッサが前記第１の時間窓から少なくとも部分的に時間で後方の第２の時間窓の第２の複数の点をサンプリングするよう構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項４１】
請求項４０に記載のシステムにおいて、前記サンプリングされる第２の複数の点を含む信号波が振幅対逆行時間で下降しており、信号波の転移点が逆行時間で前記下降する信号波の下降の終わりに基づいて前記プロセッサによって決定されることを特徴とするシステム。
【請求項４２】
請求項４０に記載のシステムにおいて、前記サンプリングされる第２の複数の点を含む信号波が振幅対逆行時間で上昇しており、信号波の転移点が逆行時間で前記上昇する信号波の上昇の終わりに基づいて前記プロセッサによって決定されることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用電子機器の分野に関する。特に、本発明は心電図データなどの人間と動物に用いる診断データの取得、処理および表示用の電子システム、デバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
心電図（しばしば「ＥＣＧ」または「ＥＫＧ」という）は、心臓病学において世界的に認められた診断方法であるが、ＥＣＧを解釈する際によく間違いが起こるのは、ＥＣＧの解釈の最も一般的なアプローチがベクトル概念と心電図法の基本原理を用いるのではなく、波形の人間の記憶に基づくからである（Ｈｕｒｓｔ，Ｊ．Ｗ．，Ｃｌｉｎ．Ｃａｒｄｉｏｌ．，２０００  Ｊａｎ；２３（１）：４−１３を参照）。従来のＥＣＧ記録の別の問題は、ＥＣＧが心臓の特定の領域、特に後方の領域の電気的活動の適切な指標を提供しないということである。心臓の電気的事象のタイミングと、２以上のこのような事象間における時間的間隔は、診断的および臨床的な重要性を有している。しかしながら、医学的診断と薬剤開発は、適切なＥＣＧ測定ツールが無いことにより著しく制限されている。さらに、従来のＥＣＧ記録の解析は、記録された波形の読み取りにかなりの量の訓練と精通を必要とした。診断目的のため患者の体表面の電位分布を測定するときに標準的な１２誘導ＥＣＧの測定から追加情報を抽出する多くの試みがあった。これらの試みは、標準的な１２誘導ＥＣＧの点に加え、新しい測定点の導入の有無にかかわらず、測定信号の解釈に新しい手法を含んでいる。
【０００３】
最も古いアプローチの１つであるベクトルＥＣＧ（あるいは「ＶＣＧ」）は、ＥＣＧに空間的な側面の改良を含んでいる（Ｆｒａｎｋ，Ｅ．，Ａｎ  Ａｃｃｕｒａｔｅ，Ｃｌｉｎｉｃａｌｌｙ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ｓｐａｔｉａｌ  Ｖｅｃｔｏｒｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ，Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  １３：７３７，Ｍａｙ  １９５６を参照）。従来のＥＣＧ解釈と同様に、ＶＣＧは電気的な心臓の活動の双極子近似を用いる。双極子のサイズと方向は、心拍サイクル中に連続的に変化するベクトルによって表示される。標準的な１２誘導ＥＣＧの場合のように、測定点（波形）から信号の波形を表示する代わりに、ＶＣＧでは、３つの導出された信号が３つの直交軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対応するように測定点が配置され、これらの信号は３平面（前額面、矢状面および水平面）へのベクトルホドグラフの投影として表示される。このように、ＶＣＧは信号の空間的表示へのステップを示すが、ＥＣＧ信号、特に心臓解剖学との関連を解釈するために心臓医の空間的想像力が依然として必要であった。さらに、時間依存性の側面（すなわち、信号波形）がこの手順で失われており、ＥＣＧ解釈にとってこの側面が非常に重要である。ＶＣＧは標準的な１２誘導ＥＣＧの範囲内で見つけられない有用な要素を導入するが、（ＥＣＧと比べて）ＶＣＧが心筋梗塞といった心臓の不具合を非常によく正確に診断するにもかかわらず、ＥＣＧとは異なり、ＶＣＧが広く採用されなかった主な理由は不完全な空間的表示と時間依存性の損失である。
【０００４】
上述したＶＣＧ法の欠点を克服するために多くの試みがなされている。これらの方法は、ＶＣＧ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と同じ信号を利用するが、それらの信号表示は３平面へのベクトルホドグラフのＶＣＧ投影とは異なる。「ポーラーカルジオグラム（Ｐｏｌａｒｃａｒｄｉｏｇｒａｍ）」は、３次元ベクトルホドグラフの表示にＡｉｔｏｆｆ地図投影法を用いる（Ｓａｄａ，Ｔ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｊ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｌ．１９８２；１５（３）：２５９−６４を参照）。「スフェロカルジオグラム（Ｓｐｈｅｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ）」は、可変半径の円を描くことによりＡｉｔｏｆｆ投影にベクトル振幅の情報を加える（Ｎｉｅｄｅｒｂｅｒｇｅｒ，Ｍ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｊ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｌ．１９７７；１０（４）：３４１−６を参照）。「３Ｄ  ＶＣＧ」は、１つの平面にホドグラフを投影する（Ｍｏｒｉｋａｗａ，Ｊ．，ｅｔ  ａｌ．，Ａｎｇｉｏｌｏｇｙ，１９８７；３８（６）：４４９−５６を参照）。「４次元ＥＣＧ」は「３Ｄ  ＶＣＧ」と類似しているが、全ての心拍サイクルが別個のループとして表示され、時間変数が空間的変数の１つに重畳される点で異なっている（Ｍｏｒｉｋａｗａ，Ｊ．，ｅｔ  ａｌ．，Ａｎｇｉｏｌｏｇｙ，１９９６；４７：１１０１−６を参照）。「クロノトポカルジオグラム（Ｃｈｒｏｎｏｔｏｐｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ）」は、球面に投影された一連の心拍活動の時間マップを表示する（Ｔｉｔｏｍｉｒ，Ｌ．Ｉ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｉｎｔ  Ｊ  Ｂｉｏｍｅｄ  Ｃｏｍｐｕｔ  １９８７；２０（４）：２７５−８２を参照）。これらのＶＣＧの修正はいずれも診断学において広く認められていないが、それらはＶＣＧを超える幾つかの改良点を有している。
【０００５】
心電図マッピングは、患者の身体上の多くの測定点からの信号を測定することに基づいている。信号は患者の胴体上の等電位線のマップとして表示される（ＭｃＭｅｃｈａｎ，Ｓ．Ｒ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｊ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｌ．１９９５；２８  Ｓｕｐｐｌ：１８４−９０を参照）。この方法は、心電図信号の空間依存性に重要な情報を提供する。しかしながら、この方法の欠点は、ＥＣＧと比べて長引く測定手順と、人体電位マップと心臓解剖学との間の弱い関連性である。
【０００６】
逆心外膜マッピングは異なる方法を含み、これらの方法の全てがＥＣＧマッピングで用いられる信号と同じ入力データ用の信号を使用しており、それらは全ていわゆる心電図の逆問題を数値的に解くことに基づいている（Ａ．ｖａｎ  Ｏｏｓｔｅｒｏｍ，Ｂｉｏｍｅｄｉｚｉｎｉｓｃｈ  Ｔｅｃｈｎｉｋ．，ｖｏｌ．４２−Ｅｌ，ｐｐ．３３−３６，１９９７を参照）。その結果、心臓上の電位分布が得られる。これらの方法は、有用な臨床デバイスをもたらしていない。
【０００７】
心臓の電気的活動は心電計を用いて体表面で検出することができ、この最も一般的な兆候が標準的な１２誘導ＥＣＧである。典型的なＥＣＧ信号が図１に示されている。Ｐ波（２）は心房性脱分極を示し、「Ｐ−Ｒ間隔」と呼ばれるものの開始を特徴づける。ＱＲＳ群（４）は心室の脱分極を示し、ＰＲ部分（５）の後にＱＲＳの開始で始まり、「Ｊ点」（６）として知られる点で終了する。心室の再分極はＱＲＳの間で始まり、Ｔ波（１４）の終わりまで延在し、この点は「Ｔ波終点（Ｔｅｎｄ）」（８）と称する。ＳＴ部分（１０）は、Ｊ点（６）からＴ波（１２）の始まりまたは開始まで延在する。Ｔ波（１４）は、Ｔ波の始まり（１２）からＴ波終点（８）まで延在する。Ｕ波（図示せず）は、一部のＥＣＧに存在する。存在する場合、それはＴ波の終わりと合流するか、またはＴ波にすぐ続く。
【０００８】
生理学的に、Ｔ波は再分極勾配のＥＣＧ兆候であり、すなわち心臓の様々な領域間の特定の時点における再分極の程度の差である。Ｔ波は、貫壁性再分極勾配に主に由来する（Ｙａｎ  ａｎｄ  Ａｎｔｚｅｌｅｖｉｔｃｈ；Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  １９９８；９８：１９２８−１９３６；Ａｎｔｚｅｌｅｖｉｔｃｈ，Ｊ．Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｙｓｉｏｌ  ２００３；１４：１２５９−１２７２を参照）。頂低および前後の再分極勾配が寄与することもある（Ｃｏｈｅｎ  ＩＳ，Ｇｉｌｅｓ  ＷＲ，ａｎｄ  Ｎｏｂｌｅ  Ｄ；Ｎａｔｕｒｅ．１９７６；２６２：６５７−６６１を参照）。
【０００９】
心臓の外層（心外膜）はすぐに再分極し、中央の心筋はゆっくりと再分極し、内層（心内膜）は中ぐらいで再分極するので、貫壁性再分極勾配が発生する。再び図１を参照すると、ＳＴ部分（１０）の間に、全て層がおよそ等しい範囲で部分的に再分極しており、ＳＴ部分（１０）はほぼ等電位である。心外膜の層が他の２層に先立って静止電位に向うと、「Ｔ波開始点（Ｔｏｎ）」（１２）と称する位置でＴ波（１４）が始まる。Ｔ波のピーク（Ｔピーク）（１６）で、心外膜の再分極が完了し、貫壁性再分極勾配がその最大値となる。続いて、心内膜の細胞が静止電位に向かい始め、これにより貫壁性勾配を減少し、Ｔ波の下り斜面を開始する。
【００１０】
最終的に、Ｍ細胞が再分極し、Ｔ波の下り斜面の後半部分を占める。全て層が静止電位であり、貫壁性勾配がなくなると、Ｔ波がＴ波終点（８）で完了する。
【００１１】
ＱＴ間隔（９）は、ＰＲ部分（５）の終わりからＴ波終点（８）までの時間を測定することによりＥＣＧから推定することができる。ＱＴ間隔の異常は、大抵命にかかわる不整脈への感受性を特徴づける。このような異常は、遺伝的異常、様々な後天性の心臓異常、電解質異常、および特定の処方薬と非処方薬に関係する場合がある。医薬品の数の増大はＱＴ間隔を延ばすことが示されており、不整脈の原因と関係している。その結果、医薬品規制機関は心臓の電気的活動の薬剤誘発性異常の詳細な調査を一層行っている。個々の測定の精度と正確さは、心臓病の臨床診断と医薬品の安全性評価にとって非常に重要である。世界中の医薬品規制団体は、現在ＥＣＧデータから測定された心拍間隔への薬物効果に関する詳細な情報を必要としている（Ｍ．Ｍａｌｉｋ，ＰＡＣＥ  ２００４；２７：１６５９−１６６９；Ｇｕｉｄａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ：Ｅ１４  Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＱＴ／ＱＴｃ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ  Ｐｒｏｌｏｎｇａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｐｒｏａｒｒｈｙｔｈｍｉｃ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｆｏｒ  Ｎｏｎ−Ａｎｔｉａｒｒｈｙｔｈｍｉｃ  Ｄｒｕｇｓ，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｄａ．ｇｏｖ／ｃｄｅｒ／ｇｕｉｄａｎｃｅ／６９２２ｆｎｌ．ｐｄｆ）。
【００１２】
改良された測定精度と正確さは、臨床上のミスの危険性と、薬剤開発中に規制基準を満たすために必要な資料の量を減らすであろう。これは特に、ＱＴ間隔の測定に当てはまる。マニュアルによるＱＴ間隔の決定の問題は、部分的に誘導の選択に起因している。測定されたＱＴ間隔は、測定用に選択されたＥＣＧ誘導によって著しく変化する場合がある。別のよくある問題は、Ｔ波終点を見つけることである。これは通常、測定された電圧が等電位の基準線に戻る点として定義されている。しかしながら、Ｔ波はしばしば低振幅であるか、形態学的に異常であるか、次のＵ波と融合するか、あるいはノイズにより不明瞭になる。同じことがＪ点、Ｐ波、Ｕ波および他の重要な心臓事象に当てはまるであろう。
【００１３】
したがって、心拍間隔測定の正確かつ再現可能な手順が急務となっている。本発明は、比較的ノイズ耐性のある解決策によりこの課題を取り扱い、心臓の電気的事象のタイミングを決定する。
【発明の概要】
【００１４】
本発明の一実施形態は、信号波の転移点を決定するためのシステムに向けられており、このシステムは、１以上の組織構造に作動的に接続された電極からサンプリングされた１以上の信号波に関係するデータを記憶するよう構成されたメモリ素子と、メモリ素子に作動的に接続し、データにアクセスするよう構成され、１以上の信号波に関連した転移点を決定するプロセッサとを具え、プロセッサが、第１の時間窓の信号波の第１の複数の点をサンプリングし、第１の複数の点が第１の時間窓の最初の時間の点と最後の時間の点とを少なくとも含み、第１の時間窓とは時間が異なる第２の時間窓の信号波の第２の複数の点をサンプリングし、第２の複数の点が第２の時間窓の最初の時間の点と最後の時間の点とを少なくとも含み、第１の複数の点の値を互いに比較して窓内パターンルールが破られているかどうかを決定し、窓内パターンルールが破られているかどうかを決定した後に二次解析を行い、二次解析が第２の複数の点の値を互いに比較して窓内パターンルールが破られているかどうかを決定するよう構成されている。
【００１５】
このシステムはさらに、プロセッサに作動的に接続されたディスプレイを具え、プロセッサがさらに、１以上の信号波の少なくとも１つのグラフィックイメージをディスプレイに表示させるよう構成されており、１以上の信号波の各々のそれぞれに関係する転移点のグラフィック表示を含む。システムのプロセッサとメモリ素子は１以上のプリント回路基板に作動的に接続することができ、このうち１つが共通ハウジングと電子インターフェイスバスとを有するカードを具え、あるいはパーソナルコンピュータと連動するよう構成されている。プロセッサとメモリ素子は、親の電子デバイスに組み込まれるよう構成された特定用途向け集積回路を具える。一実施形態では、プロセッサとメモリ素子の１つが親の電子デバイスに組み込まれるよう構成された特定用途向け集積回路を具えることができる。プロセッサとメモリ素子は、電気生理学的マッピングシステム、心エコー検査システム、および透視画像システムなどの手術室の電子デバイスに作動的に接続することができる。このような作動的な接続はイーサネット（登録商標）接続によるものであり、各種機器はＴＣＰＩＰ、ＦＴＰおよびＨＴＴＰからなる群から選択されたプロトコルを介して互いに通信するよう構成することができる。プロセッサとメモリ素子はパーソナルコンピュータを具え、および／またはアナログ信号取得システムに作動的に接続することができ、これは１以上の電極に作動的に接続することができる。このようなアナログ信号取得システムは、例えば心電図システム、脳波システムあるいは筋電図システムとすることができる。一実施形態では、プロセッサとメモリ素子が埋め込み可能なハウジングに入れらており、メモリ素子は、外部コンピュータシステムに作動的に接続することができ、有線あるいは無線で外部コンピュータシステムとデータを交換するよう構成することができる。一実施形態では、アナログ信号取得システムが救急用ホルターモニタを具える。
【００１６】
プロセッサは第１の時間窓から少なくとも部分的に時間で前方の第２の時間窓の第２の複数の点をサンプリングするよう構成することができる。サンプリングされる第２の複数の点を含む信号波は振幅対時間で下降することができ、信号波の転移点は下降する信号波の下降の終わりに基づいてプロセッサによって決定することができる。サンプリングされる第２の複数の点を含む信号波は振幅対時間で上昇することができ、信号波の転移点は上昇する信号波の上昇の終わりに基づいてプロセッサによって決定することができる。
【００１７】
別の実施形態では、プロセッサが第１の時間窓から少なくとも部分的に時間で後方の第２の時間窓の第２の複数の点をサンプリングするよう構成することができる。サンプリングされる第２の複数の点を含む信号波は振幅対逆行時間で下降することができ、信号波の転移点は逆行時間で下降する信号波の下降の終わりに基づいてプロセッサによって決定することができる。サンプリングされる第２の複数の点を含む信号波は振幅対逆行時間で上昇することができ、信号波の転移点は逆行時間で上昇する信号波の上昇の終わりに基づいてプロセッサによって決定することができる。
【００１８】
さらに本発明の別の実施形態は信号波の転移点を決定するための方法に向けられており、第１の時間窓の信号波の第１の複数の点をサンプリングするステップであって、第１の複数の点が第１の時間窓に最初の時間の点と最後の時間の点とを少なくとも含むステップと、第１の時間窓とは時間が異なる第２の時間窓の信号波の第２の複数の点をサンプリングするステップであって、第２の複数の点が第２の時間窓の最初の時間の点と最後の時間の点とを少なくとも含むステップと、第１の複数の点の値を互いに比較して窓内パターンルールが第１の時間窓で破られているかどうかを決定するステップと、窓内パターンルールが破られていることを決定した後に二次解析を行うステップであって、二次解析が第２の複数の値を互いに比較して窓内パターンルールが第２の時間窓で破られているかどうかを決定するステップとを含む。
【００１９】
二次解析はさらに、窓間パターンルールが破られているかどうかを決定するステップと、窓間パターンルールが破られた信号波の位置に信号波の転移点を関連づけるステップとを含む。別の実施形態では、方法がさらに信号波のノイズレベルを特徴づけるステップを含む。ノイズレベルを特徴づけるステップは、データ点に最もフィットする多項式など、信号波を含むデータ点の通過曲線をフィッティングするステップを含むことができる。ノイズレベルを特徴づけるステップはさらに、曲線に対するデータ点の二乗平均平方根の変化を決定するステップを含む。別の実施形態では、この方法がさらに、少なくとも部分的に信号波のノイズレベルに基づいて窓内パターンルールを選択するステップを含むことができる。別の実施形態では、この方法がさらに、少なくとも部分的に信号波のノイズレベルに基づいて窓間パターンルールを選択するステップを含むことができる。窓内パターンルールは、信号波のコンピュータによる解析に基づいて自動的に選択することができる。同様に、窓間パターンルールは信号波のコンピュータによる解析に基づいて自動的に選択することができる。信号波は、アナログ−デジタル変換された心電図信号を含むことができ、患者に作動的に接続された複数の電極の１つに関連する。
【００２０】
別の実施形態では、信号波が、心電図電圧振幅から派生したベクトルマグニチュードＴ波信号表示を含むことができ、患者に作動的に接続された複数の電極に関連する。信号波は時間に対してプロットされた電圧振幅を含むことができ、第１の複数の点のそれぞれ最初の時間と最後の時間の点の差が所定の閾値の電圧振幅差より大きい場合に窓内パターンルールが破られたとみなすことができる。窓間パターンルールは、少なくとも部分的に第１と第２の時間窓で窓内パターンルールを破るパターンに基づいて破られたとみなすことができる。二次解析は、ベクトルマグニチュードＴ波信号表示を含むＸ投影と、Ｙ投影と、Ｚ投影との各々について行うことができる。この方法はさらに、ベクトルマグニチュードＴ波信号表示のＸ，ＹおよびＺ投影の時間で最も遅いＴ波投影にＱＴ間隔の終了を関連づけるステップを含むことができる。別の実施形態では、この方法がさらに、Ｘ，ＹおよびＺ投影に関連づけたＸ，ＹおよびＺ座標系を回転してベクトルマグニチュード信号表示のＸ，ＹおよびＺ投影のＴ波終端を時間で整列するステップを含むことができる。
【００２１】
一実施形態では、信号波が心電図信号、脳波信号および筋電図信号からなる群から選択することができる。第２の時間窓は第１の時間窓から少なくとも部分的に時間で前方とすることができ、信号波が振幅対時間で下降しており、この方法がさらに、少なくとも部分的に信号波の振幅の下降の終わりに基づいて信号波の転移点を決定するステップを含む。第２の時間窓は第１の時間窓から少なくとも部分的に時間で前方とすることができ、信号波が振幅対時間で上昇しており、この方法がさらに、少なくとも部分的に信号波の振幅の上昇の終わりに基づいて信号波の転移点を決定するステップを含む。信号波の転移点は、心電図のＰ波の開始、心電図のＰ波の終了、心電図のＰ−Ｒ部分の終了、心電図のＱ点、心電図のＳ点、心電図のＴ波の開始、心電図のＴ波の終了、心電図のＵ波の開始、および心電図のＵ波の終了からなる群から選択することができる。別の実施形態では、信号波の転移点が、心電図のＰ波の開始、心電図のＰ−Ｒ部分の終了、心電図のＲ点、心電図のＪ点、心電図のＴ波の開始、心電図のＵ波の開始、および心電図のＵ波の終了からなる群から選択することができる。
【００２２】
一実施形態では、第２の時間窓が第１の時間窓から少なくとも部分的に時間を逆行することができ、信号波は振幅対逆行時間で下降しており、この方法がさらに、少なくとも部分的に逆行時間で信号波の振幅の下降の終わりに基づいて信号波の転移点を決定するステップを含む。別の実施形態では、第２の時間窓が第１の時間窓から少なくとも部分的に時間を逆行することができ、信号波が振幅対逆行時間で上昇しており、この方法がさらに、少なくとも部分的に逆行時間で信号波の振幅の上昇の終わりに基づいて信号波の転移点を決定するステップを含む。信号波の転移点は、心電図のＰ波の開始、心電図のＰ波の終了、心電図のＱ点、心電図のＳ点、心電図のＪ点、心電図のＴ波の終了、心電図のＵ波の開始、および心電図のＵ波の終了からなる群から選択することができる。別の実施形態では、信号波の転移点が、心電図のＰ波の終了、心電図のＰ−Ｒ部分の終了、心電図のＲ点、心電図のＪ点、心電図のＴ波の開始、心電図のＴ波の終了、心電図のＵ波の開始、および心電図のＵ波の終了からなる群から選択することができる。
【００２３】
一実施形態では、この方法がさらに、対象の正規母集団のそれぞれの信号波の転移点と決定した信号波の転移点とを比較し、決定した信号波の転移点の相対的な位置に治療の適用が影響を与えたかどうかを決定するステップを含むことができる。このような方法はさらに、少なくとも部分的に信号波の転移点の比較に基づいて治療の適用を変更するか、または停止するステップを含むことができる。この治療は、例えば化学療法を含むことができ、決定した信号波の転移点は心電図信号の下降するＴ波の終点とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、従来のＥＣＧ信号の態様を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、ＥＣＧ信号の下降するＴ波の特定の態様における窓型サンプリングと解析を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ＥＣＧ信号の下降するＴ波の特定の態様における窓型サンプリングと解析を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、ＥＣＧ信号の下降するＴ波の特定の態様における窓型サンプリングと解析を示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、ＥＣＧ信号の下降するＴ波の特定の態様における窓型サンプリングと解析を示す。
【図３】図３は、ＥＣＧ信号の解析構成の様々な態様を示し、これにより本発明に従ってＱＴ間隔を測定することができる。
【図４】図４は、ＥＣＧ信号の解析構成の様々な態様を示し、これにより本発明に従ってＱＴ間隔を測定することができる。
【図５】図５は、ＥＣＧ信号の解析構成の様々な態様を示し、これにより本発明に従ってＱＴ間隔を測定することができる。
【図６】図６は、ＥＣＧ信号の解析構成の様々な態様を示し、これにより本発明に従って薬物の影響を解析し、治療を管理する際に利用することができる。
【図７】図７は、ＥＣＧ信号の解析構成の様々な態様を示し、これにより本発明に従って信号波の基準位置を逆行時間の解析で比較することができる。
【図８】図８は、一般化した信号波の解析構成の様々な態様を示し、これにより本発明に従って、前方および／または後方時間で、振幅が上昇している信号波、振幅が下降している信号波、あるいは振幅が平らで変化している信号波について信号波の基準位置を測定することができる。
【図９】図９は、本発明の実施形態と統合することができるＥＣＧシステムを示す。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態と統合することができる救急用ホルターモニタシステムシステムを示す。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態と統合することができる電気生理学的マッピングシステムを示す。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態と統合することができる心エコー検査システムを示す。
【図１３】図１３Ａは、本発明の実施形態と統合することができるＸ線透視システムを示し、図１３Ｂは、本発明の実施形態と統合することができるＸ線透視システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図２Ａ〜図２Ｄを参照すると、図１に示すようなＴ波（１４）の拡大図が示されており、本発明に従い、下降するＴ波信号に関係するデータを利用してどのようにＴ波終点が決定されるかを示している。図２Ａを参照すると、下降するＴ波の一部が電圧振幅対時間の座標軸（１８）の近くに示されている。図示されたＴ波が実際に下降していれば、時間のより前方でサンプリングされた点がより小さな振幅を持つと想定するが、これは図示された「サンプリング窓（ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｗｉｎｄｏｗ）」（２０）の図示された複数の４つのサンプリング点（２２）に当てはまる。実際に、図２Ｂを参照すると、サンプリング窓（２０）が時間を前方に進んで異なる複数の点（２４）を捕捉する際に、その傾向が続き、時間でより前方の振幅はより小さい。図２Ｃを参照すると、サンプリング窓（２０）は座標軸（１８）に対して再び時間を前方に進み、この捕捉された複数の点（２６）のより前方の点の振幅はより小さい。ここで図２Ｄを参照すると、サンプリング窓（２０）がさらに再び前方に進んで第４の複数の点（２８）を捕捉する際に、下降するＴ波（１４）の明らかな変曲点に到達しており、このサンプリングされた複数の４つのサンプリング点（２８）の少なくとも２つがほぼ等しい振幅を持つことが、サンプリング窓（２０）のＴ波の振幅から明らかである。接線ベースの技術または基準線との交点の発見に依存する技術とは対照的に、本発明の一実施形態では、所定のサンプリング窓内でサンプリングされた振幅間の比較は、Ｔ波終点の即座な決定につながらないが、解析の第２のレベルにかなりつながる。下降する信号に窓型サンプリング解析を用いてＴ波終点などの端点を見つける複数の段階的アプローチが図３に示されている。
【００２６】
図３を参照すると、未加工のＥＣＧデータは従来の１２セットなどの１または複数の電極でサンプリングされ、ＤＡ変換器を用いて変換され、図２Ａ〜図２Ｄに示した信号のように、好ましくは電圧振幅対時間の単位で、各電極に関係するストリーム、アレイまたは点のセットをもたらす（３０）。好ましくは、サンプリングは２５０〜５００Ｈｚといった高周波で行われる。このような高周波サンプリングは、関係する電極に関連した電圧振幅データのハイファイサンプリングを提供するだけではなく、このような信号に関連したノイズのハイファイ表示も提供する。図３に示すように、ノイズレベルの同時解析あるいは逐次解析（３２）と、Ｔ波終点の解析にどのＥＣＧ信号を用いるかの決定（３４）とは、選択されたＴ波の窓型解析（３６）に先行する。ノイズ解析と信号選択は、図４および図５を参照して以下でさらに論じられる。再び図３を参照すると、図２Ａを参照して示したように、第１の複数の電圧振幅点は、選択されたＴ波上の第１の時間窓の位置を用いてサンプリングすることができる（３６）。例えば、図２Ａ〜図２Ｄに示したグラフィックウィンドウとサンプリング処理は説明のため役立つが、一実施形態では、このような解析がコンピュータと未加工のサンプルデータを利用して数値的に行われる（３０）。第１の複数の点をサンプリングし（３６）、一次解析を行い、サンプリングされた複数の点を含む点の振幅を比較することができる。一実施形態では、図２Ａに示した複数の点（２２）で「Ｐ４」とラベルされた点など、複数の点を構成する最初の時間（最初の時間とは、図２Ａ〜図２Ｄに示した振幅対時間軸（１８）を用いて最も右側の点として定義される）の点の振幅は、複数の点を構成する隣接点の何れかもしくは全てと、あるいはより単純には、図２Ａに示した複数の点（２２）で「Ｐ１」とラベルされた点など、複数の点を構成する最後の時間（最後の時間とは、図２Ａ〜図２Ｄに示した振幅対時間軸（１８）を用いて最も左側の点として定義される）の点と比較することができる。このような比較は、好ましくは「窓内（ｉｎｔｒａ−ｗｉｎｄｏｗ）」（すなわち、対象窓の中の点に関する）パターンルール、あるいは「閾値」に関係しており、このようなルールが破られたかどうか、または閾値を超えたかどうかに関する決定をもたらす。例えば、一実施形態では、一次解析の窓内パターンルールが、時間で最も前方（すなわち、時間軸（１８）で最も右側）の点は時間で最も後方（すなわち、時間軸（１８）で最も左側）の点より小さい振幅を有すると規定する。Ｐ４の振幅は単純にＰ１の振幅から減算することができ、得られた値が正数であるかどうかの決定がなされる。別の実施形態では、ルールが破られたこと、あるいは閾値を超えたことを表すのに得られた値が負数あるいはゼロである必要はない。例えば、一実施形態では、Ｐ４がＰ１の値の１０％，２０％，３０％，あるいは他の割合以内にある場合にルールを破ったことまたは閾値を超えたことを発見するようシステムを構成することができる。
【００２７】
別の実施形態では、複数の点で時間で最も前方の２点の平均振幅が複数の点の時間で最も後方の２点の平均振幅より小さくなければならないという一次解析の窓内パターンルールを規定する。サンプリング窓（２０）は、２点などの少ない数の点、または４点，５点，６点以上といったより多くの点を捕捉するよう構成することができる。
【００２８】
別の実施形態では、複数の点を通ってフィットする多項式曲線において、複数の点の時間で最も前方の２点間の傾きが複数の点の時間で最も後方の２点間の曲線の傾きより正数の特定の割合以下の傾きを有するという一次解析の窓内パターンルールを規定する。
【００２９】
再び図３を参照すると、一次解析のルールが破られたか、あるいは閾値を超えた場合、図２Ｂと図２Ａの違いのように、架空のサンプリング窓（２０）が時間で前方に進められ、例えば図２Ｂに関して記載したように、第２の複数の点が捕捉される（４０）。好ましくは上記（３８）と同じ窓内パターン解析を用いて、第２の複数の点に一次解析（４２）を行う。サンプリング窓を進め続け、かつ一次解析を行うこの処理は、ルールが破られるか、あるいは閾値を超えるまで繰り返すことができ（４４）、その後二次解析を行うことが好ましく（４６）、これにより「窓間（ｉｎｔｅｒ−ｗｉｎｄｏｗ）」（すなわち、１つの窓対別の窓）のパターンスキーマを考慮して、隣接する時間窓について一次解析結果が比較され、このようなルールが破られたか、または閾値を超えたどうかを決定する。窓間ルールあるいは閾値は、隣接する窓について窓内解析の結果を比べるよう構成されていることが好ましい。例えば、コンピューティング資源が容易に利用可能な一実施形態では、下降するＴ波のデータセット全体について一次解析を行うことができる。次いで、時間／振幅軸（図２Ａ〜図２Ｄの１８）について左から右にデータを観測し、サンプリング窓の全てと、最初の窓内パターンルールの破綻をもたらしたサンプリング窓の近傍か、あるいは直接隣接する関係のある複数の点とに関して、最初の窓内パターンルールの破綻が窓間の二次解析をもたらす。一実施形態では、２つを超える直接連続した窓内ルールの破綻が窓間ルールの破綻に関連づけられる。別の実施形態では、５つの時間窓の直接連続したグループの中から３つを超える一次解析ルールの破綻が窓間ルールの破綻に関連づけられる。言い換えれば、例えば行の２つ、５つのうち３つ、７つのうち５つ、行の３つなど、ノイズの許容範囲と二次解析ルールの破綻をカスタマイズすることができる。再び図３を参照すると、二次解析で窓間ルールが破られた時として、Ｔ波終点、すわなちＱＴ開始点を与えられたＱＴ間隔を決定することができる。
【００３０】
ここで図４を参照すると、繰り返しを利用してＴ波終点の決定を精密にする実施形態が示されている。図４に示すように、商品名Ｐｒｕｃｋａ（ＲＴＭ）でＧＥ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓから入手可能なデバイスあるいはシステムを用いて、未加工のＥＣＧデータを取得し、メモリに記憶することが好ましい（５０）。次いで、一次および二次解析を利用し、適用可能な窓内および窓間ルールに関係するルールの破綻とデータ解析とに基づいて暫定的なＴ波終点を決定することができる（５２）。暫定的なＴ波終点を与えられると、次いで更なる解析が行われ、未加工データのノイズなどの因子を考慮してその可能性を検査することができる（５４）。例えば一実施形態では、未加工データを介して多項式曲線をフィットすることができ、二乗平均平方根（「ＲＭＳ」）解析を行って曲線を考慮した誤差を量的に特徴づけることができる。暫定的なＴ波終点の位置が単純な基準線、接線、あるいはフィットした曲線について行われた他の解析により規定されたものからあまりにも離れている場合、および／またはＲＭＳ解析を考慮してデータに特にノイズが入っている場合、一次および二次解析のパターンルールを調整することができ、さらに第２の暫定的なＴ波終点を決定する（５６）。例えば、特定のＴ波の未加工データに著しくノイズが入っている場合、非常に保守的な一次解析の窓内ルールがすぐに二次解析をもたらすかもしれない。さらに、たとえ適切に調整された一次解析の窓内ルールを利用し、あるいは繰り返して、これにより所望の時に二次解析をもたらしても、二次解析の窓間ルールが保守的すぎたり、あるいは十分保守的でない場合には、Ｔ波終点の決定が早すぎたり、遅すぎたりすることがある。好ましくは、コンピュータシステムがこのような繰り返し解析を行うよう構成され、経験と実験データに基づいた所定の論理回路の入力により、このような処理が自動化され、一次および／または二次解析のパターンルールを選択する際の確定（５８）と、最終的なＴ波終点の決定とをもたらすことが好ましい。
【００３１】
図３を参照して上述したように、未加工のＥＣＧ信号の課題の１つは、実際にはノイズであり、ハイファイで高周波サンプリングによる１２個の電極の潜在的にノイズの入ったデータは対象患者の正確なＴ波終点を決定する際に課題を残す。一実施形態では、例えば、ホルター型モニタなどの救急用ハードウェアによる２４時間ＥＣＧモニタリング調査結果のように、比較的大きなサンプルサイズに基づいた統計的手法を用いてノイズをフィルタすることができる。各電極について、比較的大きなサンプルサイズの信号パターンが解析に利用可能であり、例えば薬剤に関連したＴ波の形態変化に関心を持つ心臓病学者は、統計的な異常値を一次データセットから除去して更なる解析のため記録することができる。しかしながら、一般に、疑わしい不整脈がない限り、非常に大きなサンプルサイズを利用することはできない。他の実施形態では、既知のフィルタリング技術や平滑化技術を用いることもできる。
【００３２】
更なる実施形態では、未加工のＥＣＧ誘導データからさらに多くのノイズを実質的にキャンセルするためには、上述したように、ベクトルマグニチュード信号が望ましい。しかしながら、ベクトルマグニチュードに基づく解析の課題の１つは、ＱＴ間隔の開始のゼロ基準マーカの正確なデータに依存していることである。Ｐ−Ｒ部分（図１の要素５）の終わりは、一般にＥＣＧ信号ではＴ波終点よりきれいに記録されるが、関連する電極が十分に取り付けられていない場合、信号は筋肉振戦ノイズあるいは環境ノイズを少なくとも部分的にもたらし、Ｐ−Ｒ部分の終わりを決定するのがより困難になる。ベクトルマグニチュードに基づく一実施形態では、比較的多くの電極信号に基づいたかなりノイズの入った解析と、ベクトルマグニチュード信号の基準点依存との間で以下の妥協がなされる：それらの形状が基準点に依存しない（基準点はこのようなＴ波を振幅で上下に変化させるかもしれないが、それらの形状を変化させることはない）ため、Ｔ波のＸ，ＹおよびＺベクトル成分の各々について一次および二次解析を行う。その結果、Ｔ波のＸ，ＹおよびＺベクトル成分の各々についてＴ波終点の３つの相対的に正確な測定をもたらす。一実施形態では、Ｔ波のＸ，ＹおよびＺベクトル成分の二次解析から最も遠いＴ波終点を用いてＱＴ間隔が決定される。別の実施形態では、関係するＸ，Ｙ，Ｚ座標系を回転してＴ波のＸ，ＹおよびＺベクトル成分の各々について同時にＴ波終点の時間を生成し（すなわち、３つの間に最小差が得られる位置に座標系を回転し）、１つのＴ波終点を決定する。
【００３３】
図５を参照すると、別の実施形態が図示されており、実際に、患者の治療に対して様々な時に様々な態様の解析を行うことができる。図５を参照すると、麻酔薬、抗血栓薬など、同じ変化が全て与えられる術中ではなく、術前環境でＥＣＧ信号を取得してメモリに記憶することが好ましい（６２）。暫定的なＴ波終点を決定する一次および二次解析（６４）は、ノイズと他の因子を考慮した暫定的なＴ波終点の検査と共に（６６）、図４を参照して上述したように、コンピューティング資源、患者の治療タイミング、繰り返しの必要性あるいは特にノイズが現われるＥＣＧ信号等からデータを推測する必要性に依存して、瞬間的あるいは取得後に行うことができる。同様に、一次および二次解析のパターンルールの繰り返し（６８）と選択されたパターンパラダイムの確定（７０）はデータ取得後、あるいは更なるデータ取得に利用できる残りの患者により行うことができる。次いで、このような確定されたパラダイムが保存され、更なる外来患者の訪問もしくは外科的処置などの特定の患者の後のシナリオで利用され（７４）、Ｔ波終点の都合良い洗練された決定を提供することができる（７６）。
【００３４】
図６を参照すると、一実施形態が示されており、ここでは図２Ａ〜図５を参照して上述した信号処理パラダイムを利用して治療の管理と説明を支援することができる。図６に示すように、術前のＥＣＧデータを取得してメモリに記憶した後（６２）、一次および二次解析を行って特定の患者のＴ波の終了、すなわちＴ波終点などのＥＣＧタイミング基準について暫定的な投薬前（すなわち、特定の薬剤の投薬前あるいは治療前）の値を決定することができる（１０６）。図５を参照して上述したように、取得したＥＣＧ信号波のノイズレベルを考慮してＴ波終点などの基準について暫定的な値を検査することができ（１０８）、繰り返しを行って一次および二次解析のパターンルールを改善し、さらに進化した暫定的な基準タイミング値を検査し（１１０）、続いて一次および二次解析で選択されたパターンルールを確定し（１１２）、後で比較に用いる術前の基準タイミング値を確定する。この解析後、患者がこの解析システムに作動的に接続される術中あるいは臨床環境では、さらにＥＣＧデータを取得してメモリに記憶する（１１４）。次いで、確定した一次および二次パターンルールを適用して新たに取得したデータに一次および二次解析を行うことができ（１１６）、Ｔ波終点のタイミング位置といった投薬前の基準タイミング値が決定され（１１８）、このような値を後の比較用の「規制（ｃｏｎｔｒｏｌ）」値として用いることができる。別の変形例では、術前のデータを用いて決定された確定した基準タイミング値を比較用の「規制」値として利用することもできる。対象患者に経口摂取、注射、あるいは１以上の化学療法もしくは他の薬剤の他のデリバリなどの治療を適用した後（１２０）、選択された一次および二次のパターンルールを一次および二次解析に適用して、Ｔ波終点のタイミング値などの投薬中（すなわち、治療中あるいは特定の回の薬物の投与後）の基準位置を決定することができる（１２２）。投薬中の値は、術前の値、および同じ患者の術前ではなく術中の値と比較することができるだけではなく、選択された健康な人間集団の一集団のデータ値など、母集団のものと比較することもでき（１２４）、得られた比較情報は医師が利用することができ、場合により進めている治療を変更するか、停止するか、あるいは他の方法で影響を与え（１２６）、この後にさらにＥＣＧデータを取得して後の症状を監視し、任意の投薬後（すなわち、前回の薬物投与から所定時間後）の変化を観察することができる（１２８）。
【００３５】
本書に記載された一次および二次解析の技術は広く適用可能であることに注意することが重要である。以前に論じたシナリオは、前方時間（すなわち、リアルタイムに発生したＥＣＧ信号などの事象の方向）の窓解析に関係しており、Ｔ波のように振幅が下降する信号波の終了に関連したＴ波終点などの臨床的に関連する基準タイミング位置を決定する。この一次および二次解析の技術はさらに、上昇する信号波、下降する信号波、および平らな信号波について、前方時間にも逆行時間にも適用することができ、所定の信号波あるいはそのセットの関心のある様々な基準の位置を位置決めすることができる。図７は時間で逆行、あるいは「逆行時間」の実施形態を示しており、図８はＥＣＧ信号波を越える適用性について、すなわち任意の種類の信号波への適用性についてさらに一般化された実施形態を示している。
【００３６】
図７を参照すると、図３を参照して記載したようにＥＣＧ信号を取得して変換し（３０）、ノイズレベルを解析し（３２）、選択する（３４）。続いて、選択された信号波について第１の窓でサンプリングを行い（１３０）、一次解析を行い（１３２）、続いて更なる窓（１３４，１３６，１３８）の一次解析を続け、逆行時間の信号波データを見て、信号トレースに沿って時間で後方に連続的にサンプリング窓を移動させる（例えば、図２Ａ〜図２Ｄのような直角座標の振幅対時間でプロットされる場合、左に進むあるいは時間で後方に進み、サンプリング窓を移動させる）。一旦窓内パターンルールが破られると逆行時間のシナリオの二次解析が行われ、窓間パターンルールが破られるかどうかを決定し（１４０）、この後に選択された基準タイミング位置を窓間パターンルールの破綻（１４２）に基づいて決定することができる。一実施形態では、図２Ａ〜図６に関して記載したように、前方時間の解析のみを行うことが望ましい。一実施形態では、図７を参照して本書に記載したように、逆行時間の解析のみを行うことが望ましい。別の実施形態では、前方時間と逆行時間の解析の双方を行うことが望ましい。これらの技術を利用して、Ｐ波の開始のタイミング位置、Ｐ波の頂点、Ｐ−Ｒ部分の開始、Ｐ−Ｒ部分の終了、Ｑ点、Ｒ点、Ｓ点、Ｓ−Ｔ部分の開始、Ｓ−Ｔ部分の終了、Ｔ波の頂点、Ｔ波の終了、任意のＵ波の開始、頂点、および終了等といったあらゆるＥＣＧ基準位置を決定することができる。
【００３７】
上論したように、脳波（「ＥＥＧ」）信号、筋電図（「ＥＭＧ」）信号のような更なる人間の電子信号トレースや他の生物学的および非生物学的な信号波など、他の信号波あるいはトレースにこの独創的な一次および二次解析を適用することもできる。一般化された実施形態が図８に示されている。図８を参照すると、アナログ信号が１以上の電極を用いて取得され、デジタルに変換され（１４４）、この後のノイズレベルが解析され（１４６）、対象信号が決定される（１４８）。対象信号波の第１のサンプリング窓について窓の一次解析を行うことができ、これは前方あるいは逆行時間（１５０，１５２）で下降する信号波（前方時間で考慮したとき下降するＴ波信号波部分のように）、上昇する信号波、平らな信号波の位置であり、このような解析を繰り返して一次パターン窓が破られるまで一連のサンプリング窓を動かし（１５４，１５６，１５８）、この後に二次解析を行うことができ（１６０）、基準位置が決定される（１６２）。選択的に、反対の時間窓で同様の解析をさらに行う機会を利用し、異なる方向の結果を比較し、最終的な基準位置の決定に用いることができる。
【００３８】
実際には、図２Ａ〜図８を参照して記載した技術は、カスタマイズされたソフトウェア、例えばスプレッドシートに基づくセミカスタマイズされたソフトウェアあるいはＮａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社で商品名ＬａｂＶｉｅｗ（ＲＴＭ）で入手可能なソフトウェアパッケージなどのアプリケーションでカスタマイズされた構成を利用するパーソナルコンピュータなどの１以上のコンピュータシステム、および／または組み込みソフトウェアを実行するよう構成されたハードウェアで行うことができる。幾つかの実施形態では、関係するシステムが電子的に統合され、上述した技術に従ってリアルタイムあるいは準リアルタイムの解析を促進する。例えば、図９を参照すると、一実施形態では、ＥＣＧ取得システム（７８）および関連する電極（８０）が有線あるいは無線接続（８４）を用いてコンピュータ（１００）に統合されることが好ましく、これによりコンピュータ（１００）はＥＣＧシステム（７８）からデータを受信および／または要求し、集積回路および／またはメモリを具えるカード（一実施形態では、カードハウジングに収容され、電気機械カードインタフェースを含みＥＣＧシステムを含むバスに接続する）、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、あるいはフィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）などの組み込みデバイス（８８）の起動を制御および／または情報を受信し、これらの各々は、コンピュータ（１００）から受信することができる任意の命令あるいは制御シーケンスに従って、電極（８０）を形成するＥＣＧシステム（７８）で受信した未加工データの一次および／または二次解析を行うよう構成されることが好ましく、コンピュータはサンプリング時あるいはサンプリング前に接続する。図１０を参照すると、救急用で携帯型のホルター式ＥＣＧシステム（８８）を組み込みデバイス（８２）に同様に接続し、組み込みデバイスは作動的に接続した電極セット（８６）からこのようなシステム（８８）で受信した未加工データに基づいて一次および／または二次解析を行うよう構成される。バスまたはコネクタ（９０）は、コンピュータシステム（図示せず）と接続するために提供することができる。
【００３９】
図１１〜図１３Ｂを参照すると、本発明に従い、ＥＣＧ信号処理に一般に関連した他の医用情報処理システムは一次および二次処理インフラと統合するか、あるいはこれに組み込まれることが望ましい。例えば、図１１を参照すると、商品名ＣａｒｔｏＸＰ（ＲＴＭ）でＢｉｏｓｅｎｓｅ  Ｗｅｂｓｔｅｒから入手可能なものなど、電気生理学的マッピングシステム（９２）も組み込みデバイス（８２）に作動的に接続することができ、組み込みデバイスは電極接続バスパネル（９４）に作動的に接続した電極セット（図示せず）からこのようなシステム（９２）で受信した未加工データに基づいて一次および／または二次解析を行うように構成される。Ｔ波終点と他の結果は、１以上のディスプレイ（９６）に表示することができる。図１２を参照すると、商品名Ｓｅｑｕｏｉａ（ＲＴＭ）でＳｉｅｍｅｎｓ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社から入手可能なものなど、心エコー検査システム（９８）をコンピュータシステム（１００）とＥＣＧシステム（７８）に作動的に接続することができる。ＥＣＧシステム（７８）から受信した未加工データに基づいて一次および／または二次解析を行うよう構成された組み込みデバイス（８２）は、図９のようなＥＣＧシステム（７８）、コンピュータシステム（１００）、あるいは心エコー検査システム（９８）の何れか１つに接続することができる。一次および二次解析に関するデータは、心エコー検査ディスプレイ（９６）あるいはコンピュータシステムディスプレイ（９７）の何れかに表示することが好ましい。同様に、図１３Ａおよび１３Ｂを参照すると、図１３Ａに示すような比較的単純なＸ線透視システム（１０２）、あるいは図１３Ｂに示すようなより複雑な血管造影システム（１０４）は、コンピュータシステム（１００）、関連するＥＣＧシステム（７８）、組み込みデバイス、あるいは他のシステムに作動的に接続した電極で受信した未加工データに基づいて一次および／または二次解析を行うよう構成されたデバイスに作動的に接続するか、および／またはこれに組み込むことができる。プロセッサ、メモリ素子、および手術室の電子デバイスなど、このようなシステム構成の様々な構成要素の接続はイーサネット（登録商標）、無線技術、および／またはＴＣＰＩＰ、ＦＴＰ、あるいはＨＴＴＰといった通信プロトコルを用いて行うことができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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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【国際調査報告】
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