特許 7328768 心電波形解析装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-08

(45)【発行日】2023-08-17

(54)【発明の名称】心電波形解析装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/346 20210101AFI20230809BHJP

   A61B 5/352 20210101ALI20230809BHJP

【ＦＩ】

A61B5/346

A61B5/352

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019024876

(22)【出願日】2019-02-14

(65)【公開番号】P2020130345

(43)【公開日】2020-08-31

【審査請求日】2021-12-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000230962

【氏名又は名称】日本光電工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】ＩＢＣ一番町弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】夏井 知義

【審査官】藤原 伸二

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０００３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２６１７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－２２７７４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１１６２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１１１４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０２６２３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／３１８－５／３６７

Ａ６１Ｂ ５／０２－５／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

心電波形が入力される波形入力部と、
入力された前記心電波形に、振幅を減衰させるフィルタの適用範囲を、前記心電波形の所定の振幅以下の部分の振幅を減衰させる範囲として設定する適用範囲設定部と、
前記フィルタの前記適用範囲に前記フィルタをかけるフィルタ処理部と、
前記フィルタをかけた後の前記心電波形から拍を検出する拍検出部と、
検出した前記拍の情報を出力する出力部と、
を有する、心電波形解析装置。

【請求項2】

前記波形入力部から入力される前記心電波形は、生体情報モニタ、除細動器、１２誘導心電計、またはホルタ心電計によって測定された、一定期間に亘る前記心電波形である、請求項１に記載の心電波形解析装置。

【請求項3】

前記適用範囲設定部は、
前記心電波形の所定期間における一定基準を満たす振幅を基準とし、当該基準とした振幅の所定割合以下の振幅を持つ波形を前記適用範囲とする、請求項１または２に記載の心電波形解析装置。

【請求項4】

前記フィルタ処理部は、
前記フィルタとして、抵抗器とコンデンサとを用いたＲＣフィルタ、またはコイルとコンデンサとを用いたＬＣフィルタなどのアナログフィルタを用いるか、または移動平均などの演算手法を用いたデジタルフィルタを用いる、請求項１から３のいずれかに記載の心電波形解析装置。

【請求項5】

前記出力部は、
前記波形入力部から入力され前記フィルタ処理部によってフィルタをかける前の前記心電波形と、前記拍検出部によって検出された拍とを、合わせて出力する、請求項１から４のいずれかに記載の心電波形解析装置。

【請求項6】

さらに、
前記検出した前記拍を解析して前記拍の種類を分類する拍解析部を有する、請求項１から５のいずれかに記載の心電波形解析装置。

【請求項7】

前記拍解析部は、
パターンマッチングを用いて前記拍の種類を分類する、請求項６に記載の心電波形解析装置。

【請求項8】

前記拍の種類は、正常拍（Ｎ）、心室性期外収縮拍（Ｖ）を含む複数種類である、請求項７に記載の心電波形解析装置。

【請求項9】

前記出力部は、前記入力された前記心電波形とともに前記分類された前記拍の種類を出力する、請求項６から８のいずれかに記載の心電波形解析装置。

【請求項10】

前記出力部は、
前記拍の情報の表示データを外部装置に送信する機能を有する、請求項１から９のいずれかに記載の心電波形解析装置。

【請求項11】

前記出力部は、
前記拍の情報の表示を行う、液晶または有機ＥＬを用いたディスプレイ、前記拍に基づいた印刷を行なうプリンタである、請求項１から１０のいずれかに記載の心電波形解析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、拍の誤判定をなくすことができる心電波形解析装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、被検者から収集した心電波形を信号処理し、その心電波形に含まれる各拍が、期外収縮の拍であるのか、または期外収縮以外の拍であるのかを判定している。

【0003】

一般的に、心電波形は、被検者の体動、たとえば筋肉活動などに基づくノイズを含む。このノイズをうまく取り除けないと、拍の誤判定を招く。

【0004】

このノイズを取り除く技術として、特許文献１および２に開示されているような技術がある。特許文献１および２の技術は、被検者の体動による心電信号のボケ、すなわちモーションアーチファクトを低減させる技術である。これらの技術は、具体的には、心電波形から残差信号を生成し、心電波形から残差信号を差し引くことによって、モーションアーチファクトを低減させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特表２０１６－５１７７１２号公報

【文献】特許第６２３５６０８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところが、被検者から収集した心電波形に、引用文献１および２の技術を適用したとしても、拍の誤判定をなくすことは困難である。例えば、期外収縮の拍であるのか、期外収縮以外の拍であるのかの誤判定をなくすことは困難である。期外収縮の拍は、不整脈の原因として最も頻度が高い拍であるため、拍の誤判定は、不整脈の診断の信頼性を低下させる。また、拍でない部分を拍として誤検出する事象も起こりえる。

【0007】

そこで、本発明は、拍の誤判定をなくすことができる心電波形解析装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の心電波形解析装置は、波形入力部、適用範囲設定部、フィルタ処理部、拍検出部、および出力部を有する。

【0009】

波形入力部からは心電波形が入力される。適用範囲設定部は入力された心電波形に、振幅を減衰させるフィルタの適用範囲を、前記心電波形の所定の振幅以下の部分の振幅を減衰させる範囲として設定する。フィルタ処理部はフィルタの適用範囲にフィルタをかける。拍検出部はフィルタをかけた後の心電波形から拍を検出する。出力部は検出した拍の情報を出力する。

【発明の効果】

【0010】

本発明の心電波形解析装置によれば、拍の誤判定をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態の心電波形解析装置のブロック図である。

【図2】本実施形態の心電波形解析装置の動作フローチャートである。

【図3】波形入力部に入力される心電波形の一例を示す図である。

【図4】適用範囲設定部が設定するフィルタの適用範囲を示す図である。

【図5】フィルタ処理部によってフィルタをかけた後の心電波形を示す図である。

【図6】拍検出部が検出した拍および拍解析部が解析した拍の種類を示す図である。

【図7】出力部が出力する心電波形と拍の種類の出力形態を示す図である。

【図8A】波形入力部に入力される複数チャンネルの心電波形を示す図である。

【図8B】フィルタ処理後の複数チャンネルの心電波形を示す図である。

【図9A】本発明の適用前の心電波形と拍の種類の出力形態を示す図である。

【図9B】本発明の適用後の心電波形と拍の種類の出力形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に、本発明の心電波形解析装置の一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の心電波形解析装置のブロック図である。

【0013】

［心電波形解析装置の構成］
心電波形解析装置１００は、波形入力部１１０、適用範囲設定部１２０、フィルタ処理部１３０、拍検出部１４０、拍解析部１５０、および出力部１６０を有する。心電波形解析装置１００は、例えば生体情報モニタ、除細動器、１２誘導心電計、またはホルタ心電計といった心電図を測定するための医療機器である。または心電波形解析装置１００は、生体情報モニタやホルタ心電計等から波形情報を取得して解析結果を表示する任意の解析装置であってもよい。

【0014】

波形入力部１１０は、図示しない心電図電極などのセンサから被験者の心電信号を取得する。そして一定期間に亘る心電波形は、波形入力部１１０から適用範囲設定部１２０および出力部１６０に入力される。たとえば、生体情報モニタ、除細動器、１２誘導心電計の場合は、不整脈を判定するため、一定期間（たとえば数秒）に亘って測定された心電波形が波形入力部１１０からリアルタイムで入力される。ホルタ心電計の場合は、不整脈や狭心症の原因を精査するため、一定期間（たとえば２４時間）に亘って記録された心電波形が波形入力部１１０から入力される。このように、波形入力部１１０からは、心電波形がリアルタイムに入力されたり、記録した心電波形が入力されたりする。

【0015】

適用範囲設定部１２０は、波形入力部１１０から入力された心電波形にフィルタの適用範囲を設定する。たとえば、適用範囲設定部１２０は、波形入力部１１０から入力された心電波形の所定期間における一定基準を満たす振幅を基準とし、当該基準とした振幅の所定割合以下の振幅を持つ波形を適用範囲とする。端的に言うと、所定期間（たとえば１０秒間）の心電波形を、振幅の大きい部分と振幅の小さい部分とに分けて、振幅の小さい部分をフィルタの適用範囲に設定する。したがって、適用範囲設定部１２０は、心電波形のＱＲＳ波以外の部分をフィルタの適用範囲とすることができ、ＱＲＳ波の波形が鈍ることを防止できる。

【0016】

フィルタ処理部１３０は、適用範囲設定部１２０が設定したフィルタの適用範囲にフィルタをかける。フィルタ処理部１３０は、フィルタとして、たとえば、抵抗器とコンデンサとを用いたＲＣフィルタ、またはコイルとコンデンサとを用いたＬＣフィルタなどのアナログフィルタを用いるか、または移動平均などの演算手法を用いたデジタルフィルタを用いる。アナログフィルタを用いた場合、フィルタリングの演算が不要であるので、フィルタリングの処理を高速化できる。デジタルフィルタを用いた場合、どのような周波数範囲のノイズをどの程度取り除くかといった、フィルタリングの調整が容易にできるので、フィルタリングの処理を最適化できる。

【0017】

拍検出部１４０は、フィルタ処理部１３０によってフィルタをかけた後の心電波形から拍を検出する。拍の検出は、フィルタをかけた後の心電波形に対して行い、所定振幅以上の振幅を有する部分を拍として検出する。

【0018】

拍解析部１５０は、拍検出部１４０が検出した拍を解析して拍の種類を分類する。拍解析部１５０は、たとえば、パターンマッチングを用いて拍の種類を分類する。拍の種類は、正常拍（Ｎ）、心室性期外収縮拍（Ｖ）を含む複数種類である。拍解析部１５０によって、パターンマッチングにより拍を解析させると、多くの種類の拍を検出でき、かつ拍の種類の誤検出をなくせる。

【0019】

出力部１６０は、液晶または有機ＥＬを用いたディスプレイまたはプリンタであり、拍検出部１４０が検出し、拍解析部１５０が解析した拍に基づいた出力（表示または印刷出力）を行う。具体的には、出力部１６０は、波形入力部１１０から入力された心電波形とともに拍解析部１５０が分類した拍の種類を出力する。分類された前記拍の種類は、波形入力部１１０から入力された心電波形の拍の波形部分に合わせて出力する（図１０Ｂの表示態様を参照）。出力部１６０は、ディスプレイまたはプリンタであるので、拍解析部１５０が解析した拍に基づいた表示または印刷出力ができる。また、出力部１６０は、入力された心電波形とともに拍の種類を出力するので、心電波形と拍の種類を対比して確認することができる。さらに、拍の種類を、入力された心電波形の拍の波形部分に合わせて出力するので、どの波形部分がどの拍の種類であるのかが一目瞭然となる。なお、出力部１６０は、拍に基づいて音を出力するスピーカーであっても良い。また出力部１６０は、スマートフォンやタブレット端末などの外部装置に表示させることができる表示データ（例えばＨＴＭＬデータ）を生成し、当該表示データを各外部装置（スマートフォンやタブレット端末）に送信する機能を有し、外部装置が拍に基づいた出力を行ってもよい。

【0020】

［心電波形解析装置の動作］
心電波形解析装置１００の構成およびその各構成要素の概略の動作は以上の通りである。次に、図２の動作フローチャートに基づいて、心電波形解析装置１００の動作を詳細に説明する。図２は、本実施形態の心電波形解析装置の動作フローチャートである。

【0021】

波形入力部１１０からは一定期間に亘る心電波形が入力される（Ｓ１００）。図３は、波形入力部１１０に入力される心電波形の一例を示す図である。たとえば、ホルタ心電計が記録した心電波形の場合、図３に示すような２４時間分に亘る心電波形が波形入力部１１０から入力される。なお、発明の理解を容易にするために、図３は１チャンネル分の心電波形を示しているが、実際には複数チャンネル分の心電波形が、波形入力部１１０から入力される。

【0022】

適用範囲設定部１２０はチャンネルごとにＱＲＳ波以外の心電波形をフィルタの適用範囲に設定する（Ｓ１１０）。図４は、適用範囲設定部１２０が設定するフィルタの適用範囲を示す図である。適用範囲設定部１２０は、たとえば、図３に示した心電波形の所定期間（たとえば１０秒間）における一定基準を満たす振幅（たとえばＱＲＳ波の最大振幅）を基準とし、その基準とした振幅の所定割合以下（たとえば２０％以下）の振幅を持つ波形を適用範囲とする。つまり、振幅の大きいＱＲＳ波の部分と振幅の小さいＱＲＳ波以外の部分とに分けて、振幅の小さい部分をフィルタの適用範囲に設定する。したがって、図３に示した心電波形の所定期間において、適用範囲設定部１２０が設定するフィルタの適用範囲は、図４の楕円で囲んだ振幅の小さい部分となる。なお、フィルタの適用範囲の設定にεフィルタを用いても良い。εフィルタは線形フィルタの一種であり、振幅の大きい部分にはフィルタをかけずに、振幅の小さい部分にフィルタをかけるという特性を持っているからである。

【0023】

フィルタ処理部１３０は適用範囲設定部１２０が設定したフィルタの適用範囲にローパスフィルタをかける（Ｓ１２０）。図５は、フィルタ処理部１３０によってフィルタをかけた後の心電波形を示す図である。適用範囲の心電波形にローパスフィルタをかけると、図５に示すように、図４と比較して適用範囲の心電波形が平滑化される。心電波形が平滑化されることによって、ノイズが取り除かれ、ＱＲＳ波形の形状が際立つ。ＱＲＳ波形の形状は拍の種類を判定するために重要であるので、ＱＲＳ波形の形状が際立つことによって、拍の種類の誤判定をなくすことができる。

【0024】

拍検出部１４０は、フィルタ処理後の心電波形から拍を検出する（Ｓ１３０）。図６は、拍検出部１４０が検出した拍および拍解析部１５０が解析した拍の種類を示す図である。拍検出部１４０は、図５に示す心電波形のうち所定振幅以上の振幅を有する部分を拍として検出する。拍は、図６に示す４つの心電波形となる。

【0025】

拍解析部１５０は、拍検出部１４０が検出した拍を解析して拍の種類を分類する（Ｓ１４０）。拍解析部１５０は、正常拍（Ｎ）、心室性期外収縮拍（Ｖ）を含む複数種類の心電波形のパターンを登録している。拍解析部１５０は、登録している心電波形のパターンと拍検出部１４０が検出した拍の心電波形のパターンとをパターンマッチングを用いて照合し、拍の種類を分類する。たとえば、少なくとも、正常拍（Ｎ）、心室性期外収縮拍（Ｖ）を分類する。図６に示すように、振幅の小さな心電波形をＮ拍に、振幅の大きな心電波形をＶ拍に、それぞれ分類する。

【0026】

出力部１６０は、入力された心電波形に拍の種類を合成して出力する（Ｓ１５０）。図７は、出力部１６０が出力する心電波形と拍の種類の出力形態を示す図である。出力部１６０が液晶または有機ＥＬを用いたディスプレイであれば、図７に示すように、波形入力部１１０から入力された心電波形（図２の動作フローチャートによる処理がされていない生波形）に、拍解析部１５０によって判定された拍の種類を合わせてディスプレイ上に表示する。つまり、生波形のうちの正常拍の上方にＮを、生波形のうちの心室性期外収縮拍の上方にＶをそれぞれ合わせてディスプレイ上に表示する。なお、入力された心電波形に拍の種類を合成して出力する出力形態に代えて、入力された心電波形に拍が検出されたこと（たとえば拍の上方に図形や記号などのマークを表示する）を合成して表示する出力形態としても良い。出力部１６０がプリンタであれば、図７と同様の画像を印刷出力する。

【0027】

以上のように、本実施形態の心電波形解析装置１００は、入力された心電波形の内、ＱＲＳ波以外の心電波形にフィルタをかけてノイズを取り除き、ノイズを取り除いた後の心電波形から拍の種類を判定する。被検者の体動などに起因する、心電波形に含まれるノイズは、ＱＲＳ波に比較して振幅の小さいＱＲＳ波以外の心電波形の部分において、拍の種類の判定を誤らせる原因となる。したがって、本実施形態の心電波形解析装置１００のように、ＱＲＳ波は残しＱＲＳ波以外の心電波形にフィルタをかけると、拍の誤判定（拍でないものを拍としたり、拍を拍でないとしたり、拍の種類を間違えたり）がなくなり、不整脈の診断の信頼性が向上する。

【0028】

［本発明の適用前後の比較］
次に、本実施形態の心電波形解析装置１００を用いて、または用いずに、不整脈の診断を行った場合の比較結果について説明する。

【0029】

図８Ａは、波形入力部１１０に入力される複数チャンネルの心電波形を示す図である。図８Ｂは、フィルタ処理後の複数チャンネルの心電波形を示す図である。図９Ａは、本発明の適用前の心電波形と拍の種類の出力形態を示す図である。図９Ｂは、本発明の適用後の心電波形と拍の種類の出力形態を示す図である。

【0030】

本発明の適用前後の比較について説明する前に、編集センターで行われている編集作業について簡単に説明する。

【0031】

ホルタ心電計の場合、被検者の２４時間分の心電波形を記録する。記録された２４時間分の心電波形のデータは、編集センターに持ち込まれ、心電波形解析装置で解析されて、不整脈を診断するための編集が行われる。

【0032】

編集センターでは、２４時間分の正常拍（Ｎ）、心室性期外収縮拍（Ｖ）の判定結果を編集者が心電波形とともに目視確認する。誤判定されている拍があると、その拍の種類を修正する。本実施形態の心電波形解析装置１００を用いると、拍の誤判定をなくすことができるので、編集センターでの編集作業の効率が著しく向上する。また、編集後に病院に渡す心電波形のデータの信頼性も著しく向上する。

【0033】

本実施形態の心電波形解析装置１００には、図８Ａに示すように、たとえば、ホルタ心電計から複数チャネルの心電波形（生波形）が入力される。図８Ａでは、説明を簡単にするために、ｃｈ１とｃｈ２との２チャンネルの心電波形を例示している。ｃｈ１の心電波形はＱＲＳ波の振幅が大きく測定されているが、ｃｈ２の心電波形はＱＲＳ波の振幅がｃｈ１の心電波形に比較して小さく測定されている。被検者に取り付けた電極の取り付け方が正常な場合でも、ｃｈ２のように心電波形の振幅が小さく測定されることがある。被検者に取り付けた電極の取り付け方が不完全であったりすると、ｃｈ２の心電波形の振幅はさらに小さく測定される。

【0034】

本実施形態の心電波形解析装置１００は、図８Ｂに示すように、ＱＲＳ波以外の心電波形の部分にフィルタをかけノイズを取り除く。フィルタ処理後の複数チャンネルの心電波形（加工波形）を、図８Ａの心電波形と比較すると、特に、全体的に振幅の小さいｃｈ２の心電波形においてノイズが減少（波形のぎざぎざが減少）していることがわかる。心電波形解析装置１００は、ｃｈ１とｃｈ２の両方の心電波形を見て拍の種類を分類する。このため、ｃｈ１とｃｈ２のどちらか一方の心電波形にノイズが残っていると、ノイズが残っているチャンネルの心電波形が原因となって、拍の誤判定が生じやすい。

【0035】

本発明が適用されていない、従来の心電波形解析装置により、図８Ａの心電波形を解析させた結果、図９Ａのように、心電波形（生波形）と、判定された拍の種類の解析結果が表示された。この表示において、図９Ａの楕円で囲んである拍の種類が誤判定である。この表示を見ると、拍の種類が間違っているだけではなく、拍でないものが拍とされていることがわかる。したがって、編集センターでは、編集者が心電波形（生波形）の形状を確認しながら、楕円で囲んである拍の種類を手作業で削除したり、訂正したりする。編集者はこの修正作業を２４時間分の解析結果に対して行う。この修正作業は、非常に手間がかかり集中力を要する作業であるので、拍の誤判定が頻発すると、修正作業を効率が著しく低下する。不整脈の診断をする医師は、この修正作業後の解析結果を見て診断するが、拍の誤判定が残っていると、判定の精度に対して疑念を抱き、修正作業後の解析結果の信頼性が低下する。

【0036】

一方、本発明を適用した、本実施形態の心電波形解析装置１００により、図８Ａの心電波形を解析させた結果、図９Ｂのように、心電波形（生波形）と、判定された拍の種類の解析結果が表示された。この表示を見ると、拍の誤判定は全く生じていない。したがって、編集センターでは、編集者の修正作業が不要となる。このため、本実施形態の心電波形解析装置１００を用いると、編集センターでの作業の効率が著しく向上する。不整脈の診断をする医師は、編集センターの解析結果を信頼して不整脈の診断ができる。なお、心電波形（生波形）とともに拍のタイミング（種類まで記載しない）を合わせて表示してももちろんかまわない。すなわち、拍検出部１４０がフィルタリング後の心電波形から検出した拍のタイミングと、フィルタ処理部１３０によるフィルタを行っていない心電波形と、を合わせて表示する構成であってもかまわない。

【0037】

なお、本実施形態の心電波形解析装置１００は、波形入力部１１０（図１参照）から入力された、図８Ａに示すような心電波形に対してフィルタ処理をし、図８Ｂに示すようなフィルタ処理後の心電波形を得ている。しかし、このフィルタ処理後の心電波形は、拍の種類の判定に使用するのみで、ディスプレイに表示したり、印刷したりはしない。最終的に、ディスプレイに表示する解析結果は、図９Ｂに示すような表示態様となるが、このときに表示する心電波形は、波形入力部１１０から入力された心電波形（生波形）である。このように生波形に対して拍の種類を表示し、フィルタ処理後の心電波形に対して拍の種類を表示しないのは、この表示を見た者が違和感を覚えるからである。

【0038】

以上、本実施形態の心電波形解析装置１００について説明した。しかし、本発明の技術的範囲は、上記の実施形態の記載に限定されるものではない。

【0039】

たとえば、波形入力部１１０は、生体情報モニタ、除細動器、１２誘導心電計、またはホルタ心電計によって測定された心電波形が入力されるものに限られず、心電波形であれば、これら以外の装置によって測定された心電波形が入力されるものであっても良い。

【0040】

また、フィルタとしてローパスフィルタを例示したが、ローパスフィルタ以外に、バンドパスフィルタ、ハムフィルタを用いても良い。

【0041】

さらに、本発明は、本実施形態のように、拍の種類を判定して表示する装置以外に、たとえば、拍の種類を判別し拍の種類に応じたアラームを出力する装置にも適用できる。具体的には、心室性期外収縮拍（Ｖ）を検出したときにアラームを出力したり、通常拍（Ｎ）の間隔の異常を検出したときにアラームを出力したりする装置に適用できる。また拍の種類の分類を行わず、単に心拍数を算出する（拍を分類せずに拍数をカウントする）といった用途にも本発明を応用できる。

【0042】

本発明が適用された装置においては、本発明が組み込まれる前と同一の操作方法で装置の使用が可能である。また、本発明が組み込まれる前よりも高い精度で不整脈の判定ができる。

【符号の説明】

【0043】

１００ 心電波形解析装置、
１１０ 波形入力部、
１２０ 適用範囲設定部、
１３０ フィルタ処理部、
１４０ 拍検出部、
１５０ 拍解析部、
１６０ 出力部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】