心臓カテーテル検査におけるグラフィカルで効率的な所見入力を可能にした
電子カルテ・インタフェースの開発
森悠紀 1) 五十嵐健夫 1) 原口亮 2) 大川常吉 3) 吉田達雄 3) 稲田紘 4)

中沢一雄 2)

近年のハードウェア性能の向上やユーザインタフェースの改善により，電子カルテは比較的使い易いものとなってきた．しかし，電子カルテのさらなる普及を目指すためには，電子化のメリットを活かし，コンピュータがユーザの意思をくみ取り，操作を支援するようなインタフェースの改善が必要と考えられる．
そこで我々は，手書きスケッチに基づくモデリング技術を用いて，心臓カテーテル検査のための効率的所見入力を可能にする電子カルテ・インタフェースの開発を行った．また，データの構造化や他システムとの連携を図るために，データの自動構造化アルゴリズムを作成し，XML によるデータ出力機能を実装した．
本システムでは，冠動脈シェーマのテンプレートに対して狭窄の部位や程度を簡便に入力することができる．さらに，冠動脈シェーマから，AHA 基準に基づく分節番号ごとの表が自動的に出力可能である．効率的でわかりやすい所見入力ということだけでなく，患者への病態や治療計画などの効果的な説明ツールとしての応用が考えられる．
キーワード： インタフェース，電子カルテ，心臓カテーテル検査，冠動脈シェーマ，XMLDevelopment of Effective User Interface for Graphical Finding Report in Cardiac Catheterization：Mori Yuki1),
Igarashi Takeo1), Haraguchi Ryo2), Okawa Tsunekichi3), Yoshida Tatsuo3), Inada Hiroshi4), Nakazawa Kazuo2)
Recently it has become easy to use medical electronic record systems thanks to the improvement in the hardware
performance and user interface. However, in order to further medical electronic record systems, it is necessary toimprove user interfaces so that it can take advantage of computerization and support operations reflecting the user'sintension. We therefore developed an effective interface for graphical finding reporting in the cardiac catheterization
using hand-written sketches. In addition, to cooperate with other systems, we developed an algorithm that can extract
semantic information from the graphical representation and store it in XML format. In this system, the user can easily
record the position and degree of a stenosis on a template of coronary schema. The system can also generate a table in
the format specified in AHA Committee Report. This system is useful not only as a tool for efficiently generating
finding reports but also as an effective explanation tool for patients.
Keywords: user interface, electric medical record, cardiac catheterization, coronary schema, XML format

1. はじめに
従来，入力負荷が高いなどの批判があを活かして入力負荷を軽減し操作を支援するようった電子カルテ 1, 2)も，ハードウェア性能の向上やなインタフェースの改善が必要と考える．これまユーザインタフェースの改善により，比較的使いで我々は紙カルテの自由度の高さを継承した電子易いものになってきた．しかし，電子カルテのさカルテを実現するため，ペン入力インタフェースらなる普及を目指すためには，電子化のメリットを用いた手書き電子カルテシステムの開発を行っ

1) 東京大学大学院情報理工学系研究科
2) 国立循環器病センター研究所
3) 日本光電工業株式会社
4) 兵庫県立大学大学院応用情報科学研究科〒113-0033 東京都文京区本郷 7-3-1
TEL: 03-5841-4091
FAX: 03-3818-4607
Email: yuki@ui.is.s.u-tokyo.ac.jp

てきた 3-10)．我々の開発したペン入力インタフェー
スでは，特定の入力フィールドを設けずにカルテ画面の任意の位置に手書できる特徴がある．医療従事者の自由な思考スタイルに合わせた迅速な入力を可能にするだけでなく，ペン入力ならではのさまざま支援機能 7, 8)や，セキュリティ向上のための認証機能 9)，手書き文字認識・検索機能 10)などを実現した．しかしながら，一方でペン入力イン
タフェースではデータの構造化や他システムとの連携が困難であるという問題点があった．
ペン入力インタフェースではシェーマを書き込

図１：冠動脈シェーマの記載例

んだり貼り付けたりすることが簡便にできる．こした．開発システムを使用した冠動脈シェーマののようなシェーマを中心にした電子カルテ・イン記載例を図１に示す．操作は，主にマウスによるタフェースの考え方は，眼科や耳鼻科，歯科口腔操作によって行われ，紙の上にペンで図を描くよ

外科といった診療科には特に有効なものである．

うな感覚での操作が可能である．また，血管上に実際，このような診療科領域において，従来型のマウスカーソルをのせると，血管の名称とその部電子カルテの導入が困難であるという問題点が指分(PROXIMAL, MIDDLE, DISTAL)をシステムの右11-13)．心臓カテーテル検査および治上に表示する．表示される血管名称の分類や所見療においても，その所見や治療計画などについての記載は，広く用いられている AHA (Americanシェーマを活用しながらカルテに記載することがHeart Association) の Committee Report に基づく記有効である．現状の電子カルテでは，構造化した載方法 14,15)に準じた形で行うことができる．さら

表を埋めていくテンプレート形式のものが主流でに，必要に応じて血管のセグメントの境界線を表あり，所見や治療計画を記載するには必ずしも十示させることもできる．

摘されている分ではない．またシェーマの作成および利用に関インタフェースのデザインに当たっては，右ボ

しても，通常のペイント系のツールではジオメトタンでポップアップメニューが表示されるなど，リ等の編集が困難で，画像データとして処理され広く使われている Windows アプリケーションに準るためデータ量が増加するという欠点も挙げられじて作成しており，はじめてシステムに触れるユる．

ーザでも短期間で使い方を習得できる．以下に，そこで我々は，手書きスケッチに基づくモデリング技術を用いて，心臓カテーテル検査のための各機能の概要について説明する．各機能の実装アルゴリズムについては，４章で述べる．

効率的所見入力を可能にする電子カルテ・インタフェースの開発を行った．また，データの構造化

2.1. 血管の書き込みと編集や他システムとの連携を図るために，データの自システムを起動すると，まずデフォルトの冠動動構造化アルゴリズムを考案し，XML によるデー脈のシェーマが表示される．ユーザはこの上に所タ出力機能を実装した．これにより，電子カルテ見や治療計画について記述していく．デフォルト

システムのシェーマ記載における問題点を克服での冠動脈シェーマを個々の患者の冠動脈形状に対きる可能性を示す．

応させるために，血管のジオメトリ編集機能を提供する．具体的には，新しい血管を描き加えたり，2. インタフェースの基本機能
冠動脈造影所見の記載およびカテーテル治療計
画を図的に記入するためのインタフェースを開発

既存の血管を削除したり，形状を変化させたりすることができる．
血管を追加する場合には，画面右端のツールパ

(a) 血管の記入(b) 血管の移動(c) つまんでひっぱると変形する(d)なでると滑らかになる
図２：血管に対する編集操作(a) 狭窄率 100% のとき(b)バイパスをつなぐと復帰する
図３：バイパスによる完全閉塞復帰の例
レットから血管描画ツールを選んだ後，画面内でためのツールとして，smoothing ツールを用意する．

左ボタンドラッグする(図２(a))．描かれた血管がこのツールを選択した後，目的とする血管に対しすでにある血管に接続されている場合には，接続て左ボタンドラッグでこするような操作を行うと，部の形状が適切に表現される．また，血管の末端徐々に細かい凸凹が無くなり形状が滑らかに変化は徐々に細くなるように表現される．血管を削除する(図２(d))．

する場合には，既存の血管の上で右ボタンクリックして現れるポップアップメニューから delete を選択する．削除された血管がつながっていた血管の形状は自動的に補正される．

2.2. 狭窄の書き込み
上記の操作によって，冠動脈の形状を適切に設定した後，狭窄の書き込みを行う．この場合には，血管の位置を移動する場合には，ツールパレッ

まず画面右側のツールパレットから狭窄追加ツー

トから移動ツールを選択し，画面上の血管に対しルを選択したあと，対象とする血管上で左ボタンて左ボタンドラッグを行う(図２(b))．血管の形状ドラッグすることで，その部分に狭窄が記入されを変更する場合には，ツールパレットから変形ツる．ドラッグ操作が終わった後，すぐに簡単なダールを選択した後，左ボタンドラッグで既存の血イ ア ロ グ が 表 示 さ れ ， 狭 窄 の 種 類 (Generic,管をつかんで移動する(図２(c))．この操作は，細Calcification, Diffuse など)や狭窄率など必要な情報

かい形状特徴を保持しながら全体の形状を変形すの設定が行われる．既存の狭窄のプロパティを変るという特殊な形状変形アルゴリズム 16)を利用す

更する場合には，マウスの右ボタンでプロパティる．また，手書きで描かれた血管を滑らかにするを選ぶことで，同様のダイアログが表示される．

表示される狭窄の形状は，狭窄率によって適切にフォルトの形状として登録し直すことも容易にで変化する．

きる．

狭窄が 100%に設定された場合には，完全に血流3. データの構造化および他システムとの連携が止まった状態であるので，血流がそこから先に

冠 動 脈 狭 窄 病 変 に は ， coronary angiography

は届かないことを示すため，そこから先の血管は(CAG) による評価が用いられており，CAG 評価は幅をもたない線として表示される（図３(a)）．枝分冠動脈の形態や狭窄率を知るうえで重要である．

かれなどがある場合にも，下流に位置する血管はそこで，冠動脈シェーマに入力されたデータを，自動的に検出されて適切に処理される．ステント冠動脈シェーマのジオメトリからコンピュータが処置などによって狭窄率が 100％で無くなった場自動的に判断して，AHA 基準に基づく冠動脈の分合には，下流の血管の表示も線表示から通常表示

節番号ごとに自動的に構造化するアルゴリズムをに戻される(図３(b))．

作成した．アルゴリズムの詳細は次章で述べる．
また，構造化されたデータは XML 形式によって出2.3. バイパス・側副血行路の記入力される．この XML ファイルを用いることで自動バイパスを追加することも可能である．狭窄に的に表を作成することが可能となる．開発システ

よって血液が流れなくなった血管に対して血液がムの冠動脈シェーマに狭窄を記入した例を図４(a)順調に流れている血管からバイパスをつなぐと，に示す．このデータを元に自動的に出力された血管の表示が復帰する(図３(b))．また，バイパスXML ファイルが図４(b)である．システムにより出に対しても血管と同じように狭窄を書き加えるこ

力された XML ファイルは CAG 評価を表示するシとができる．さらに，削除やつまんでひっぱる編集など，血管と同様の編集が可能である．
側副血行路も記入することができ，どの向きに側副血行路が成長しているかを曲線の矢印で表現する．
2.4. その他の機能
カルテ記載には注釈が必須である．術後の経過や特記すべき事項などの所見を文字と直線矢印を用いて，適宜自由な位置に書き加えることができる．直観的メモが自由に入力できることで連想記a) シェーマへの記載

憶にも有効であり，思考過程を補助することができる．
また，冠動脈シェーマで編集したデータはファイルとして保存および読み出しを可能とし，後日内容を確認したり追加の編集を行ったりすることができる．保存形式はベクトルデータで保存されるため，データ量が削減できる．さらに，PNG 形式で画像として出力することも可能であり，ワープロソフトなどの外部ソフトウェア上に取り込んで利用することができる．
デフォルトの冠動脈のシェーマを適宜編集することも可能で，新たに作成した冠動脈の状態をデ(b) シェーマから自動(c) XML から自動生成生成される XML
される CAG 評価表
図４：XML を用いた CAG 評価表の自動生成の例

ステムに対応した XML 形式となっているため，こることで，曲線を「つまんでひっぱる」だけで，れを入力することにより，開発システムで冠動脈細かい形状特長を維持しながら大きな変形を実行

シェーマに記入したデータに対応する CAG 評価のすることが可能となる(図２(c))．また，ユーザが表を自動で作成することが可能となる(図４(c))．

遠くへ引っ張ると徐々に変形範囲がひろがる「ひ4. 実装アルゴリズム

きはがし」インタフェース 16)を実装しているため，

本システムは，JavaTM 言語を用いて記述されてユーザが変形範囲を事前に指定する必要はない．

おり，幅広いプラットフォームで動作可能である．
表示については Java2D を利用している．以下，いくつかの機能について，実装アルゴリズムを簡単

4.3. スムージング
スムージングは，手書きで描いた血管に含まれに述べる．

るノイズを除去し滑らかにする機能である．内部

4.1. 血管の形状表示

的には，血管の上でマウスをこするように動かし血管は中空の赤い線として表現され，枝分かれたときに，ポインタが通過した領域に存在する折なども適切に表現される（図 1）．このような表現

れ線の各点を，その点における折れ角度が周囲のを実現するため，本システムでは，血管を微小区点での折れ角度と等しくなるような位置へ移動す間からなる折れ線として表現している．表示時にる．この処理を，一連の領域内にある点に対しては，まずすべての血管の場所に赤い太い線を描き，何度も繰り返すことで全体的にノイズが徐々に除

その後に同じ場所に白で少し細い線を描いている．

去される(図２(d))．

また，先へ行くほど細くなる形状を表現するため，血管は微小区間毎に先に行くほど細くなるように太さが定義されており，赤い線と白い線の太さをその値によって変化させている．

4.4. 狭窄とバイパスによる血流の変化
狭窄によって血管が線表示になる表現は，血管に描き込まれている狭窄の狭窄率が 100%であった
時に，血管の枝分かれ構造を辿ることでその地点より下流にある血管を検出し，それらの太さを 0

4.2. Pull 機能血管をつまんで引っ張るアルゴリズムは，にすることで実現される(図３(a))．バイパスをつを用いている．ポリライン(折なぐことで血管表示が復活する表現は，狭窄の場れ線)として表現された曲線の隣り合う 3 点を結ん合と同様，枝分かれ構造を辿ることでそれより下で三角形として，この三角形の歪みを最小化する流にある血管を検出し，それらの太さを元に戻すという計算によって実現される．この手法を用いことで実現される(図３(b))．

Igarashi らの手法

16)

図５：複数の分節にまたがった狭窄の例

4.5. データの自動構造化させることが容易．

冠動脈の形態や狭窄率を知るうえで重要な CAG

２） シェーマはビットマップデータではなく評価表を作成するため，冠動脈シェーマに描かれベクトルデータで保存するため，データ量た狭窄のデータに対してデータの構造化を行う．

が大幅に少なくでき，システムからのデー

CAG 評価表とは，冠動脈の分節番号ごとに狭窄のタベースへの問い合わせ時におけるレス有無，狭窄率，狭窄の種類を格納した表(図４(c))

ポンスの低下も引き起こしにくい．のことである．冠動脈シェーマに入力されたデー

３） XML を用いることで，カルテに記載した内タから狭窄のデータに対する構造化を行うことで容を AHA 分類に沿った表形式で出力する

自動的に CAG 評価表を作成することが可能となる．

ことが可能であり，また他システムとの連

まず，狭窄記入時に狭窄の始点と終点を冠動脈の携も容易．

ジオメトリと対応させることで，記入した狭窄が４） シェーマを描きながら同じディスプレイ属している冠動脈の分節番号を求める．狭窄を記上で検査画像を参照することができるた

入し，ダイアログによる狭窄へのプロパティ設定め，効率的な記載が可能となる．

後には，それぞれの狭窄が，1)狭窄 ID，2)狭窄が

５） AHA 基準では現状にそぐわない症例も多属している冠動脈の分節番号，3)狭窄率，4)狭窄の数存在する．したがって AHA 基準で対応種類，の情報を保持していることになる．狭窄 IDできない症例や，さらなる例外処理に対すは，入力順に番号が割り当てられる．このとき，る工夫が必要．

属している冠動脈のセグメント側にも，狭窄 ID が本システムを利用することで冠動脈シェーマの渡される．その後，すべての冠動脈セグメントにテンプレートに対して狭窄の部位や程度を簡便に対し，狭窄の有無を判定し，狭窄が存在する場合入力することができる．また，従来の紙面上でのにはその狭窄の情報を適切なフォーマットにしたカルテ記載では実現できなかったバイパス手術後がって XML 化する(図４(b))．の血管回復なども視覚化することが可能となった．

狭窄が複数のセグメントにまたがっている場合

これらにより，シェーマ記載に関する問題点に対には，複数のセグメントに属しているとみなす．

して、電子カルテによる解決の可能性を示すこと

図４で示した狭窄のうち，LAD7 と LAD8 に描かれができたと考える．一方で，心臓カテーテル検査ている狭窄が複数のセグメントにまたがっているにおけるカルテ記載は入力者ごと施設ごとに多様例である．わかりやすいようにセグメントの境界である．また今回参照した AHA の Committee

線表示を ON にした状態を図５に示す．

Report における基準自体も作成から 30 年以上が経過し，これまでの基準では分類しきれない症例

5. 考

察の存在や基準自体の曖昧さから，改訂の必要性に開発したインタフェースは，電子カルテのさら迫られている．本システムはシェーマを基本としなる普及を目指すことを目的としたものであった．

たインタフェースを用いており，図記入と文字注そのために，現状のシェーマ記載に関する電子カ釈を活用することができる．そのため，現時点でルテの問題点に着目した上で，電子化のメリット想定していない冠動脈奇形などの症例などが将来をさらに活かし，コンピュータがユーザの意思を的に発生しても，少なくともシステムの制約からくみ取り操作を支援するようなインタフェースを入力ができないという事態は避けることができる．

開発した．現状では試作レベルであり，実際に臨しかし，入力データの構造化という観点からは床現場で運用した上での評価は行っていないが，AHA の基準を外れることはできない．したがって、開発システムに対して専門家から以下のような意

本システムの課題として，新しいレポート作成基見が得られた．

準や症例に対するさらなる柔軟性が考えられる．

１） シェーマを患者個人のジオメトリに適応開発したインタフェースは心臓カテーテル検査

における所見入力だけでなく，耳鼻科，眼科，口腔外科などのシェーマを必要とする診療科にも応用が可能である．また，効率的でわかりやすい所見入力ということだけでなく，患者への病態や治療計画などの効果的な説明ツールとしての応用が考えられる．今後臨床現場での運用を行い，現場からのフィードバックを基にシステムの問題点を抽出し改善を図る予定である．
6. まとめと今後の課題
手書きスケッチに基づくモデリング技術を用いて，心臓カテーテル検査のための効率的所見入力を可能にする電子カルテ・インタフェースの開発を行った．また，データの構造化や他システムとの連携を図るために，データの自動構造化アルゴリズムを考案し，XML によるデータ出力機能を実装した．開発したインタフェースによりシェーマ記載に関する電子カルテの問題点を改善することができると考えられる．
開発したインタフェースは特別なシステムを必要としないため，低コストで導入可能であり，将来の発展性は高いと考えられる．実際に臨床現場で運用した上での評価をすると共に，それを元にさらなる改良をし，実用段階まで発展させたい．
また，3 次元画像による冠動脈疾患の診断が広まりつつある状況にあわせて，3 次元シェーマ記載機能を実現させたい．
謝辞

本研究は，文部科学省科学研究費補助金(基盤研
究(C)(2)16500311，基盤研究(B)18300157)，文部科
学省リーディングプロジェクト「細胞・生体機能シミュレーションプロジェクト」による成果の一部である．

1)
2)
3)

文
献
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