心電図データ処理装置、心電図データ処理方法および心電図データ処理プログラム
【課題】心電図のＵ波を高精度で自動検出すること。
【解決手段】心電図データ処理装置１００は、電極を用いて計測された１２誘導心電図においてＵ波を検出する。心電図データ処理装置１００は、１２誘導心電図を示す１２誘導心電図データを、XYZ誘導心電図を示すXYZ誘導心電図データに変換し、XYZ誘導心電図により構成される３次元ベクトル心電図におけるＵループの特徴点を、生成されたXYZ誘導心電図データに基づいて検出し、検出されたＵループの特徴点に対応する１２誘導心電図の波形上の点を、１２誘導心電図におけるＵ波の区分点として検出する。
【解決手段】心電図データ処理装置１００は、電極を用いて計測された１２誘導心電図においてＵ波を検出する。心電図データ処理装置１００は、１２誘導心電図を示す１２誘導心電図データを、XYZ誘導心電図を示すXYZ誘導心電図データに変換し、XYZ誘導心電図により構成される３次元ベクトル心電図におけるＵループの特徴点を、生成されたXYZ誘導心電図データに基づいて検出し、検出されたＵループの特徴点に対応する１２誘導心電図の波形上の点を、１２誘導心電図におけるＵ波の区分点として検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心電図データ処理装置、心電図データ処理方法および心電図データ処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
心電図波形には、Ｐ波、ＱＲＳ波、Ｔ波およびＵ波といった成分が含まれている。これらのうちＵ波は、Ｔ波に続いて生じる成分であり、一般に、その振幅は正の値をとる。振幅が負の値をとるＵ波は、その形状により陰性Ｕ波あるいは二相性Ｕ波に分類される。
【０００３】
なお、以下の説明においては、特に区別して記述する場合を除き、二相性Ｕ波は陰性Ｕ波の一種であるものとする。
【０００４】
主に胸部誘導において出現する可能性がある陰性Ｕ波は、虚血性心疾患、特発性心筋症、心肥大などの場合に見られる心電図異常であるため（例えば非特許文献１参照）、その臨床的意義は大きい。
【０００５】
さらに、陰性Ｕ波は、急性心筋梗塞発症前の心電図で出現率が高く、梗塞を予知する可能性を示唆する重要な所見であることが、知られている。
【０００６】
よって、Ｕ波の形状を高精度で認識することが求められるが、Ｕ波は、他の成分に比べて振幅が非常に微小であることが多い。また、Ｕ波は心室筋の再分極の一部を表すものであると一般に考えられているものの、その定義については曖昧な部分がある。そのため、心電図において、Ｕ波の形状はもちろんのこと、Ｕ波の存在自体を視認することさえ容易でない場合がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「病気がみえる ｖｏｌ．２ 循環器 第２版」、医療情報科学研究所編集、２００８年３月、ｐ．３８
【非特許文献２】P. W. Macfarlane他著、「１２誘導ベクトル心電図」、株式会社メディカルエレクトロタイムス発行、１９９６年６月、ｐ．３３−３６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来、心電図データを扱う各種機器によりＵ波を高精度で自動検出することについての提案はなされていない。
【０００９】
本発明の目的は、心電図のＵ波を高精度で自動検出することができる心電図データ処理装置、心電図データ処理方法および心電図データ処理プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の心電図データ処理装置は、電極を用いて計測されたスカラー心電図である計測心電図においてＵ波を検出する心電図データ処理装置であって、前記計測心電図を示す第１の心電図データを変換することにより、ベクトル心電図構成スカラー心電図を示す第２の心電図データを生成する心電図変換部と、前記ベクトル心電図構成スカラー心電図により構成されるベクトル心電図におけるＵループの特徴点を、生成された第２の心電図データに基づいて検出するＵループ特徴点検出部と、検出された前記Ｕループの特徴点に対応する前記計測心電図の波形上の点を、前記計測心電図における前記Ｕ波の区分点として検出するＵ波区分点検出部と、を有する。
【００１１】
本発明の心電図データ処理方法は、電極を用いて計測されたスカラー心電図である計測心電図においてＵ波を検出する心電図データ処理方法であって、前記計測心電図を示す第１の心電図データを変換することにより、ベクトル心電図構成スカラー心電図を示す第２の心電図データを生成する心電図変換ステップと、前記ベクトル心電図構成スカラー心電図により構成されるベクトル心電図におけるＵループの特徴点を、生成された第２の心電図データに基づいて検出するＵループ特徴点検出ステップと、検出された前記Ｕループの特徴点に対応する前記計測心電図の波形上の点を、前記計測心電図における前記Ｕ波の区分点として検出するＵ波区分点検出ステップと、を有する。
【００１２】
本発明の心電図データ処理プログラムは、電極を用いて計測されたスカラー心電図である計測心電図においてＵ波を検出する心電図データ処理装置におけるコンピュータに、前記計測心電図を示す第１の心電図データを変換することにより、ベクトル心電図構成スカラー心電図を示す第２の心電図データを生成する心電図変換機能と、前記ベクトル心電図構成スカラー心電図により構成されるベクトル心電図におけるＵループの特徴点を、生成された第２の心電図データに基づいて検出するＵループ特徴点検出機能と、検出された前記Ｕループの特徴点に対応する前記計測心電図の波形上の点を、前記計測心電図における前記Ｕ波の区分点として検出するＵ波区分点検出機能と、を実現させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、心電図のＵ波を高精度で自動検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態の心電図データ処理システムの構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態の心電図データ処理システムの動作を示すフロー図
【図３】標準１２誘導心電図を説明するための図
【図４】本発明の一実施の形態のＵ波自動検出の動作を示すフロー図
【図５】本発明の一実施の形態のＵ波自動検出において行われる心電図変換処理を説明するための図
【図６】本発明の一実施の形態のＵ波自動検出においてＵ波区分点検出に至る過程を説明するための図
【図７】本発明の一実施の形態のＵ波自動検出の結果出力の第１例を示す図
【図８】本発明の一実施の形態のＵ波自動検出の結果出力の第２例を示す図
【図９】本発明の一実施の形態のＵ波自動検出の結果出力の第３例を示す図
【図１０】本発明の一実施の形態のＵ波解析の動作を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態に係る心電図データ処理装置を含む心電図データ処理システムの構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１において、心電図データ処理システムは、心電図データ処理装置１００、ディスプレイ１２０、プリンタ１３０、心電計１４０および入力装置１６０を主として有する。
【００１８】
心電図データ処理装置１００は、演算部１０１、ディスプレイインタフェース（以下「Ｉ／Ｆ」と略記する）１０２、プリンタＩ／Ｆ１０３、心電計Ｉ／Ｆ１０４、記憶部１０５および入力装置Ｉ／Ｆ１０６を有する。
【００１９】
演算部１０１は、演算処理装置と、心電図データ処理プログラムを記憶する記憶装置と、を有する。演算部１０１は、演算処理装置で心電図データ処理プログラムを実行することにより、後述するＵ波自動検出における心電図変換機能、Ｕループ特徴点検出機能およびＵ波区分点検出機能を実現させ、後述するＵ波解析におけるパラメータ計測機能および形状判定機能を実現させる。よって、演算部１０１は、心電図変換部、Ｕループ特徴点検出部、Ｕ波区分点検出部、パラメータ計測部および形状判定部を構成する。
【００２０】
また、演算部１０１は、心電図データ処理プログラムの実行開始、実行停止および実行条件（閾値など）設定、心電計１４０などの各種計測機器制御、ならびにディスプレイ１２０やプリンタ１３０などの各種周辺機器制御を、入力コマンドに従って行う。
【００２１】
ディスプレイＩ／Ｆ１０２は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ（Cathode Ray Tube）表示装置などのディスプレイ１２０と心電図データ処理装置１００とを通信可能に接続するＩ／Ｆであり、ディスプレイ１２０と心電図データ処理装置１００との間で授受されるデータは、ディスプレイＩ／Ｆ１０２を経由する。
【００２２】
プリンタＩ／Ｆ１０３は、レーザ式やサーマルヘッド式などのプリンタ１３０と心電図データ処理装置１００とを通信可能に接続するＩ／Ｆであり、プリンタ１３０と心電図データ処理装置１００との間で授受されるデータは、プリンタＩ／Ｆ１０３を経由する。
【００２３】
心電計Ｉ／Ｆ１０４は、四肢用電極部１４１と胸部用電極部１４２とにより被検者（つまり、心電図計測の対象者）から標準１２誘導心電図（以下、単に「１２誘導心電図」という）を計測する心電計１４０と心電図データ処理装置１００とを通信可能に接続するＩ／Ｆであり、心電計１４０と心電図データ処理装置１００との間で授受されるデータは、心電計Ｉ／Ｆ１０４を経由する。
【００２４】
記憶部１０５は、ハードディスクドライブや半導体記憶装置などの記憶装置により構成される。記憶部１０５は、心電計１４０から受信されたデータ、ならびに演算部１０１によりＵ波自動検出動作およびＵ波解析動作の結果として得られたデータを、内部の記憶装置に記録する。
【００２５】
入力装置Ｉ／Ｆ１０６は、マウスやキーボードなどの入力装置１６０と心電図データ処理装置１００とを通信可能に接続するＩ／Ｆである。医師などの医療従事者が入力装置１６０を用いて操作することにより生じる入力信号は、入力装置Ｉ／Ｆ１０６を経由して演算部１０１に伝達され、演算部１０１により入力コマンドとして解釈される。
【００２６】
以上、本実施の形態の心電図データ処理システムの構成について説明した。なお、上記構成は種々変更して実施することができる。
【００２７】
例えば、本実施の形態では、心電図データ処理装置１００が心電計１４０から独立した構成となっているが、心電図データ処理装置１００は、心電計１４０の内部に設けることもできる。また、心電図データ処理装置１００は、トレッドミルなどを用いてストレステストを行うためのストレステストシステムに実装することもできる。つまり、本発明は心電計やストレステストシステムなどの心電図データを扱う各種生体情報測定装置に適用することができる。
【００２８】
また、本実施の形態では、１２誘導心電図を計測する心電計１４０を用いるが、主として１ｃｈや２ｃｈの心電図を計測するホルター心電計など、スカラー心電図を計測する心電計であれば任意の心電計を用いることができる。
【００２９】
次いで、上記構成を有する心電図データ処理システムにおける動作について説明する。
【００３０】
図２は、心電図データ処理システムにおいて実行される動作を示すフロー図である。
【００３１】
まず、ステップＳ１００では、心電計１４０が四肢用電極部１４１および胸部用電極部１４２を用いて被検者から１２誘導心電図を計測する。心電計１４０は、１２誘導心電図を電気信号として取得し、これに対してアナログディジタル変換を施すことによって、１２誘導心電図を示すディジタルデータである１２誘導心電図データを生成し、生成された１２誘導心電図データを心電計１４０内部の記憶装置に記録するとともに心電図データ処理装置１００に送信する。
【００３２】
図３に示す１２誘導心電図１７０は、ステップＳ１００で計測される１２誘導心電図の一例である。１２誘導心電図は、標準肢誘導であるI誘導、II誘導およびIII誘導と、単極肢誘導であるaVR誘導、aVL誘導およびaVF誘導と、胸部誘導であるV1誘導、V2誘導、V3誘導、V4誘導、V5誘導およびV6誘導と、を含む。この誘導法では、被検者の体表に装着された電極間の電位差、あるいは、装着された電極での電位と基準電位との差が、計測される。すなわち、本実施の形態において電極を用いて計測される１２誘導心電図は、心起電力の大きさの時間的変化を時間軸上の波形によって表現するスカラー心電図の一種である。
【００３３】
１２誘導心電図が計測されると、心電図データ処理装置１００は、Ｕ波の自動検出を行い（ステップＳ２００）、Ｕ波の解析を行い（ステップＳ３００）、解析結果の出力を行う（ステップＳ４００）。
【００３４】
図４は、心電図データ処理装置１００において上記ステップＳ２００で実行されるＵ波自動検出の動作を示すフロー図である。
【００３５】
まず、ステップＳ２１０では、演算部１０１は、心電計１４０が送信した１２誘導心電図データを心電計Ｉ／Ｆ１０４経由で受信することにより、１２誘導心電図データを第１の心電図データとして取得する。
【００３６】
これにより、計測された１２誘導心電図についてＵ波の自動検出をリアルタイムに行うことができる。
【００３７】
また、演算部１０１は、受信した１２誘導心電図データを記憶部１０５に記憶させる。
【００３８】
なお、演算部１０１は、過去に心電計１４０から受信した１２誘導心電図データを記憶部１０５から読み出すことにより、１２誘導心電図データを取得することもできる。
【００３９】
また、演算部１０１は、取得された１２誘導心電図データに示される１２誘導心電図を、上記ステップＳ４００においてディスプレイ１２０またはプリンタ１３０に出力させてもよい。
【００４０】
ステップＳ２２０では、演算部１０１は、取得された１２誘導心電図データを例えば逆Dower Matrix（例えば非特許文献２参照）を用いて変換することにより、XYZ誘導心電図データを第２の心電図データとして生成する。
【００４１】
より具体的には、図５に示すように、演算部１０１は、取得された１２誘導心電図データから、特定のあるいは任意の１拍分の波形を含む部分心電図１７１に相当する部分のデータを抽出し、抽出されたデータを、XYZ誘導心電図１７２を示すディジタルデータであるXYZ誘導心電図データに変換する。
【００４２】
ここで、XYZ誘導心電図は、X誘導、Y誘導およびZ誘導を含むものである。これらの誘導はいずれも心起電力の大きさの時間的変化を時間軸上の波形によって表現するものであるため、XYZ誘導心電図は、１２誘導心電図と同様にスカラー心電図である。ただし、X誘導、Y誘導およびZ誘導からは、ベクトル心電図、特に３次元ベクトル心電図を構成することができるため、XYZ誘導心電図は、ベクトル心電図構成スカラー心電図と呼ばれる。３次元ベクトル心電図は、心起電力の大きさおよび方向の時間的変化を３次元直交座標系上のベクトルループによって表現するものである。よって、X誘導の波形は、ベクトルループ上の点のＸ座標値の時間的変化を表している。同様に、Y誘導の波形は、ベクトルループ上の点のＹ座標値の時間的変化を表し、Z誘導の波形は、ベクトルループ上の点のＺ座標値の時間的変化を表している。
【００４３】
なお、ステップＳ２２０で生成される第２の心電図データに示されるスカラー心電図は、３次元でなく２次元のベクトル心電図を構成するものであってもよい。ただし、Ｕ波をより高精度で自動検出するためには、ベクトル心電図構成スカラー心電図は、３次元ベクトル心電図を構成し得るものであることが望ましい。また、第２の心電図データに示されるスカラー心電図は、３次元ベクトル心電図を構成し得るものであれば、XYZ誘導心電図と異なるものであってもよい。
【００４４】
また、ステップＳ２１０で取得された第１の心電図データが１２誘導心電図データではないもの（例えばホルター心電図を示すデータ）であった場合には、演算部１０１は、取得された第１の心電図データから１２誘導心電図データを合成して、合成された１２誘導心電図データをXYZ誘導心電図データに変換することができる。
【００４５】
また、演算部１０１は、生成されたXYZ誘導心電図データに示されるXYX誘導心電図を、上記ステップＳ４００においてディスプレイ１２０またはプリンタ１３０に出力させてもよい。
【００４６】
ステップＳ２３０では、演算部１０１は、生成されたXYZ誘導心電図データに示されたXYZ誘導心電図を３次元直交座標系にプロットすることにより、３次元ベクトル心電図を作成する。
【００４７】
ここでは、図６に示すように、XYZ誘導心電図１７２を示すXYZ誘導心電図データのうち、１２誘導心電図においてＱＲＳ波の後ろに位置しＴ波およびＵ波を含み得る波形部分に対応する部分のデータを抽出して使用することにより、Ｔループ１７３ＴとＵループ１７３Ｕとを含むベクトルループ１７３を有する３次元ベクトル心電図が作成される。
【００４８】
なお、演算部１０１は、１拍の全体に相当するベクトルループを有する３次元ベクトル心電図を作成してもよい。
【００４９】
また、演算部１０１は、このように作成される３次元ベクトル心電図を、上記ステップＳ４００においてディスプレイ１２０またはプリンタ１３０に出力させてもよい。
【００５０】
ステップＳ２４０では、演算部１０１は、ベクトルループ１７３上の各点について、３次元直交座標系の原点Ｏからの距離を算出する。この距離算出には、ステップＳ２２０で生成されたXYZ誘導心電図データを使用することができる。
【００５１】
特に、XYZ誘導心電図データのうち、１２誘導心電図においてＱＲＳ波の後ろに位置しＴ波およびＵ波を含み得る波形部分に対応する部分のデータが抽出されて使用される。これにより、演算量を削減することができる。
【００５２】
前述のとおり、XYZ誘導心電図においてX誘導、Y誘導およびZ誘導はそれぞれ、ベクトルループ上の点のＸ座標値、Ｙ座標値およびＺ座標値を表すものである。よって、時刻ｔでのX誘導、Y誘導およびZ誘導の振幅をそれぞれｘｔ、ｙｔ、ｚｔとすれば、この点についての原点Ｏ（ｘ０，ｙ０，ｚ０）からの距離は、
【数１】
によって算出することができる。なお、（ｘ０，ｙ０，ｚ０）＝（０，０，０）である。
【００５３】
これにより、演算部１０１は、ベクトルループ１７３上の点と原点Ｏとの距離の時間的変化を知得することができる。図６に示すように、算出された距離の時間的変化を示す波形１７４は、Ｔループ１７３Ｔ上の点と原点Ｏとの距離の時間的変化を示す波形部分１７４Ｔと、Ｕループ１７３Ｕ上の点と原点Ｏとの距離の時間的変化を示す波形部分１７４Ｕと、を含む。よって、波形１７４上の前後双方の点よりも振幅が小さくなる１つ目の点を、Ｕループ１７３Ｕの始点に相当する点ＢＵＬと定義することができる。また、波形１７４上の前後双方の点よりも振幅が大きくなる点を、Ｕループ１７３Ｕの頂点に相当する点ＴＵＬと定義することができる。また、波形１７４上の前後双方の点よりも振幅が小さくなる２つ目の点を、Ｕループ１７３Ｕの終点に相当する点ＥＵＬと定義することができる。
【００５４】
そこで、ステップＳ２５０では、演算部１０１は、ステップＳ２４０で算出された距離の極小値および極大値を算出し、原点Ｏからの距離が極小値および極大値となるベクトルループ１７３上の点を、Ｕループ１７３Ｕの特徴点として検出する。極小値および極大値の算出は、ステップＳ２４０で算出された距離を例えば微分するなどの方法によって行うことができる。
【００５５】
本実施の形態では、検出する特徴点は、Ｕループ１７３Ｕの始点、頂点および終点を含む。すなわち、演算部１０１は、原点Ｏからの距離が極小値となる１つ目の点を、Ｕループ１７３Ｕの始点として検出し、原点Ｏからの距離が極大値となる点を、Ｕループ１７３Ｕの頂点として検出し、原点Ｏからの距離が極小値となる２つ目の点を、Ｕループ１７３Ｕの終点として検出する。
【００５６】
このように、本実施の形態では、Ｕループ１７３Ｕの始点、頂点および終点を、ベクトルループ１７３上の点と原点Ｏとの距離から導き出す。また、その距離は、いずれも非負となるＸ座標値の２乗とＹ座標値の２乗とＺ座標値の２乗との加算値から得られるものである。よって、Ｕループ１７３Ｕの始点、頂点および終点を高精度で検出することができる。
【００５７】
なお、検出する特徴点は、Ｕループ１７３Ｕの始点、頂点および終点のうち少なくとも１つであってもよいし、Ｕループ１７３Ｕの始点、頂点および終点のいずれとも異なる点であってもよい。
【００５８】
また、演算部１０１は、ステップＳ２４０での距離算出結果およびステップＳ２５０でのＵループ特徴点検出結果を、上記ステップＳ４００においてディスプレイ１２０またはプリンタ１３０に出力させてもよい。
【００５９】
ステップＳ２６０では、演算部１０１は、ステップＳ２２０で１２誘導心電図データから抽出されたデータに示される部分心電図１７１のうち、特に胸部誘導心電図１７５において、Ｕ波の区分点を検出する。
【００６０】
このＵ波区分点検出は、ステップＳ２５０でのＵループ特徴点検出結果に基づいて行われる。
【００６１】
より具体的には、検出されたＵループ１７３Ｕの始点と同時刻に位置する胸部誘導心電図１７５の波形上の点が、Ｕ波の始点ＢＵＷとして検出される。また、検出されたＵループ１７３Ｕの頂点と同時刻に位置する胸部誘導心電図１７５の波形上の点が、Ｕ波の頂点ＴＵＷとして検出される。また、検出されたＵループ１７３Ｕの終点と同時刻に位置する胸部誘導心電図１７５の波形上の点が、Ｕ波の終点ＥＵＷとして検出される。
【００６２】
この結果として、胸部誘導心電図１７５において始点ＢＵＷから終点ＥＵＷまでの波形部分を、Ｕ波１７５Ｕとして認識することができる。
【００６３】
なお、Ｕ波１７５Ｕの始点ＢＵＷ、頂点ＴＵＷおよび終点ＥＵＷを導き出す方法は、前述のものだけに限定されず、他の方法も可能である。例えば、Ｕループ１７３Ｕの始点および終点のいずれか片方のみから、Ｕ波１７５Ｕの始点ＢＵＷおよび終点ＥＵＷの両方を導き出してもよい。
【００６４】
ただし、本実施の形態のように、Ｕ波１７５Ｕの始点ＢＵＷをＵループ１７３Ｕの始点を基準として導き出し、Ｕ波１７５Ｕの頂点ＴＵＷをＵループ１７３Ｕの頂点を基準として導き出し、Ｕ波１７５Ｕの終点ＥＵＷをＵループ１７３Ｕの終点を基準として導き出すことが、Ｕ波区分点検出精度の点で望ましい。本実施の形態では、前述のとおり、Ｕループ１７３Ｕの始点、頂点および終点を高精度で検出することができるからである。
【００６５】
また、Ｕ波区分点検出は、胸部誘導心電図１７５において行うほかに、標準肢誘導心電図および単極肢誘導心電図において行ってもよい。ただし、Ｕ波の異常、つまり陰性Ｕ波は、主として胸部誘導において出現するものであるため、本実施の形態のようにＵ波区分点検出を胸部誘導心電図１７５において行うだけでも、陰性Ｕ波を高精度で検出することができる。
【００６６】
また、演算部１０１は、このＵ波区分点検出結果を、上記ステップＳ４００においてディスプレイ１２０またはプリンタ１３０に出力させてもよい。
【００６７】
以上、Ｕ波自動検出の動作について説明した。
【００６８】
上記Ｕ波自動検出により、Ｕ波を高精度で自動検出することができ、また、この結果をディスプレイ１２０またはプリンタ１３０に出力させた場合には、Ｕ波を容易に視認することができる。
【００６９】
例えば、図７には、左室肥大発症者のサンプル心電図についてのＵ波自動検出結果の出力が示されている。この図では、計測された複数拍分の胸部誘導心電図１７０ａ、胸部誘導心電図１７０ａを示すデータに基づいて得られたベクトルループ上の点と３次元直交座標系の原点との距離を示す波形１７４ａ、および胸部誘導心電図１７０ａのうちの１拍分の胸部誘導心電図１７５ａが、示されている。さらに、検出されたＵループの始点、頂点および終点にそれぞれ対応する波形１７４ａ上の点に位置を合わせて、検出されたＵ波１７５ａＵの始点を結ぶ線Ｂ、検出されたＵ波１７５ａＵの頂点を結ぶ線Ｔ、および検出されたＵ波１７５ａＵの終点を結ぶ線Ｅが、示されている。このため、このサンプル心電図においてＵ波を一目で認識することができる。
【００７０】
また、図８には、心筋梗塞発症者のサンプル心電図についてのＵ波自動検出結果の出力が示されている。この図では、計測された複数拍分の胸部誘導心電図１７０ｂ、胸部誘導心電図１７０ｂを示すデータに基づいて得られたベクトルループ上の点と３次元直交座標系の原点との距離を示す波形１７４ｂ、および胸部誘導心電図１７０ｂのうちの１拍分の胸部誘導心電図１７５ｂが、示されている。さらに、検出されたＵループの始点、頂点および終点にそれぞれ対応する波形１７４ｂ上の点に位置を合わせて、検出されたＵ波１７５ｂＵの始点を結ぶ線Ｂ、検出されたＵ波１７５ｂＵの頂点を結ぶ線Ｔ、および検出されたＵ波１７５ｂＵの終点を結ぶ線Ｅが、示されている。このため、このサンプル心電図においてもＵ波を一目で認識することができる。
【００７１】
また、図９には、健常者のサンプル心電図についてのＵ波自動検出結果の出力が示されている。この図では、計測された複数拍分の胸部誘導心電図１７０ｃ、胸部誘導心電図１７０ｃを示すデータに基づいて得られたベクトルループ上の点と３次元直交座標系の原点との距離を示す波形１７４ｃ、および胸部誘導心電図１７０ｃのうちの１拍分の胸部誘導心電図１７５ｃが、示されている。さらに、検出されたＵループの始点、頂点および終点にそれぞれ対応する波形１７４ｃ上の点に位置を合わせて、検出されたＵ波１７５ｃＵの始点を結ぶ線Ｂ、検出されたＵ波１７５ｃＵの頂点を結ぶ線Ｔ、および検出されたＵ波１７５ｃＵの終点を結ぶ線Ｅが、示されている。このため、このサンプル心電図においてもＵ波を一目で認識することができる。
【００７２】
従前の方法では、各誘導の波形を個別に見ることでＵ波を特定せざるを得なかったため、客観的で高精度なＵ波認識は困難であったが、本実施の形態では、客観的で高精度なＵ波自動検出を行うことができるため、医療従事者は容易かつ迅速にＵ波を視認することができ、ひいては診断効率の飛躍的向上に寄与する。
【００７３】
図１０は、心電図データ処理装置１００において上記ステップＳ３００で実行されるＵ波解析の動作を説明するための図である。なお、図１０についての説明においては、陰性Ｕ波と二相性Ｕ波とを区別して記述する。
【００７４】
演算部１０１は、胸部誘導心電図１７５において検出されたＵ波１７５Ｕについて、振幅と持続時間とを含むパラメータを計測する。振幅は、検出されたＵ波１７５Ｕの区間内での、基線から波形までの乖離の幅である。持続時間は、検出されたＵ波１７５Ｕの区間内で、波形が基線から乖離している時間の長さである。
【００７５】
ここで、６つの胸部誘導のうち１つにおいてのみ陰性Ｕ波または二相性Ｕ波が出現した場合も心電図異常として認められるため、各誘導について、振幅を示す情報ＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ３、ＡＶ４、ＡＶ５、ＡＶ６および持続時間を示す情報ＤＶ１、ＤＶ２、ＤＶ３、ＤＶ４、ＤＶ５、ＤＶ６を取得することが望ましい。
【００７６】
そして、演算部１０１は、計測された振幅および持続時間を所定閾値と比較することにより、Ｕ波１７５Ｕの形状を判定する。この形状判定により、演算部１０１は、Ｕ波１７５Ｕを「陽性Ｕ波」、「陰性Ｕ波」、「二相性Ｕ波」および「Ｕ波なし」に分類する。
【００７７】
具体的には、ある誘導心電図において、Ｕ波１７５Ｕの区間における振幅が、閾値以上の正の値となり、かつ、閾値以上の負の値とならなかった場合には、その誘導心電図におけるＵ波１７５Ｕは「陽性Ｕ波」であると判定される。
【００７８】
また、ある誘導心電図において、Ｕ波１７５Ｕの区間における振幅が、閾値以上の正の値とならず、かつ、閾値以上の負の値となった場合には、その誘導心電図におけるＵ波１７５Ｕは「陰性Ｕ波」であると判定される。
【００７９】
また、ある誘導心電図において、Ｕ波１７５Ｕの区間における振幅が、閾値以上の正の値となり、かつ、閾値以上の負の値にもなった場合には、その誘導心電図におけるＵ波１７５Ｕは「二相性Ｕ波」であると判定される。なお、二相性Ｕ波は、その形状により、さらに「＋−型」と「−＋型」に分類される。
【００８０】
また、ある誘導心電図において、Ｕ波１７５Ｕの区間における振幅が、閾値以上の正の値にも閾値以上の負の値にもならなかった場合には、その誘導心電図におけるＵ波１７５Ｕは「Ｕ波なし」であると判定される。
【００８１】
なお、図１０に示す例では、V1誘導心電図およびV2誘導心電図におけるＵ波１７５Ｕが「陽性Ｕ波」と判定され、V3誘導心電図におけるＵ波１７５Ｕが「二相性Ｕ波」と判定され、V4誘導心電図およびV5誘導心電図におけるＵ波１７５Ｕが「陰性Ｕ波」と判定され、V6誘導心電図におけるＵ波１７５Ｕが「Ｕ波なし」と判定されている。
【００８２】
上記Ｕ波解析により、人間の目では判別困難であるＵ波形状を客観的に判別することができ、心電図異常である陰性Ｕ波および二相性Ｕ波を自動検出することができる。
【００８３】
このように、本実施の形態によれば、高精度でＵ波を自動検出し、さらには高精度で陰性Ｕ波を自動検出することができる。したがって、本実施の形態に基づく陰性Ｕ波自動検出アルゴリズムの応用例としては、ストレステストでのＵ波陰転化監視や突然死予測指標算出など、様々なものがある。
【００８４】
以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記実施の形態において説明した装置の構成および動作は例であり、これらを本発明の範囲において部分的に変更、追加および削除できることは明らかである。
【００８５】
なお、上記実施の形態に基づく陰性Ｕ波自動検出アルゴリズムの有用性を確認するために、２２，５１４件の成人心電図サンプルを対象としてこのアルゴリズムを適用したところ、１．１３％にあたる２５５件で陰性Ｕ波を自動検出した。そして、自動検出した心電図について目視で陰性Ｕ波を確認したところ、２５５件中２０６件については正しく陰性Ｕ波を検出したことが判明した。すなわち、８０．８％の高精度であったため、この陰性Ｕ波自動検出アルゴリズムの有用性が確認された。
【符号の説明】
【００８６】
１００ 心電図データ処理装置
１０１ 演算部
１０２ ディスプレイＩ／Ｆ
１０３ プリンタＩ／Ｆ
１０４ 心電計Ｉ／Ｆ
１０５ 記憶部
１０６ 入力装置Ｉ／Ｆ
１２０ ディスプレイ
１３０ プリンタ
１４０ 心電計
１４１ 四肢用電極部
１４２ 胸部用電極部
１６０ 入力装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心電図データ処理装置、心電図データ処理方法および心電図データ処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
心電図波形には、Ｐ波、ＱＲＳ波、Ｔ波およびＵ波といった成分が含まれている。これらのうちＵ波は、Ｔ波に続いて生じる成分であり、一般に、その振幅は正の値をとる。振幅が負の値をとるＵ波は、その形状により陰性Ｕ波あるいは二相性Ｕ波に分類される。
【０００３】
なお、以下の説明においては、特に区別して記述する場合を除き、二相性Ｕ波は陰性Ｕ波の一種であるものとする。
【０００４】
主に胸部誘導において出現する可能性がある陰性Ｕ波は、虚血性心疾患、特発性心筋症、心肥大などの場合に見られる心電図異常であるため（例えば非特許文献１参照）、その臨床的意義は大きい。
【０００５】
さらに、陰性Ｕ波は、急性心筋梗塞発症前の心電図で出現率が高く、梗塞を予知する可能性を示唆する重要な所見であることが、知られている。
【０００６】
よって、Ｕ波の形状を高精度で認識することが求められるが、Ｕ波は、他の成分に比べて振幅が非常に微小であることが多い。また、Ｕ波は心室筋の再分極の一部を表すものであると一般に考えられているものの、その定義については曖昧な部分がある。そのため、心電図において、Ｕ波の形状はもちろんのこと、Ｕ波の存在自体を視認することさえ容易でない場合がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「病気がみえる ｖｏｌ．２ 循環器 第２版」、医療情報科学研究所編集、２００８年３月、ｐ．３８
【非特許文献２】P. W. Macfarlane他著、「１２誘導ベクトル心電図」、株式会社メディカルエレクトロタイムス発行、１９９６年６月、ｐ．３３−３６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来、心電図データを扱う各種機器によりＵ波を高精度で自動検出することについての提案はなされていない。
【０００９】
本発明の目的は、心電図のＵ波を高精度で自動検出することができる心電図データ処理装置、心電図データ処理方法および心電図データ処理プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の心電図データ処理装置は、電極を用いて計測されたスカラー心電図である計測心電図においてＵ波を検出する心電図データ処理装置であって、前記計測心電図を示す第１の心電図データを変換することにより、ベクトル心電図構成スカラー心電図を示す第２の心電図データを生成する心電図変換部と、前記ベクトル心電図構成スカラー心電図により構成されるベクトル心電図におけるＵループの特徴点を、生成された第２の心電図データに基づいて検出するＵループ特徴点検出部と、検出された前記Ｕループの特徴点に対応する前記計測心電図の波形上の点を、前記計測心電図における前記Ｕ波の区分点として検出するＵ波区分点検出部と、を有する。
【００１１】
本発明の心電図データ処理方法は、電極を用いて計測されたスカラー心電図である計測心電図においてＵ波を検出する心電図データ処理方法であって、前記計測心電図を示す第１の心電図データを変換することにより、ベクトル心電図構成スカラー心電図を示す第２の心電図データを生成する心電図変換ステップと、前記ベクトル心電図構成スカラー心電図により構成されるベクトル心電図におけるＵループの特徴点を、生成された第２の心電図データに基づいて検出するＵループ特徴点検出ステップと、検出された前記Ｕループの特徴点に対応する前記計測心電図の波形上の点を、前記計測心電図における前記Ｕ波の区分点として検出するＵ波区分点検出ステップと、を有する。
【００１２】
本発明の心電図データ処理プログラムは、電極を用いて計測されたスカラー心電図である計測心電図においてＵ波を検出する心電図データ処理装置におけるコンピュータに、前記計測心電図を示す第１の心電図データを変換することにより、ベクトル心電図構成スカラー心電図を示す第２の心電図データを生成する心電図変換機能と、前記ベクトル心電図構成スカラー心電図により構成されるベクトル心電図におけるＵループの特徴点を、生成された第２の心電図データに基づいて検出するＵループ特徴点検出機能と、検出された前記Ｕループの特徴点に対応する前記計測心電図の波形上の点を、前記計測心電図における前記Ｕ波の区分点として検出するＵ波区分点検出機能と、を実現させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、心電図のＵ波を高精度で自動検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態の心電図データ処理システムの構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態の心電図データ処理システムの動作を示すフロー図
【図３】標準１２誘導心電図を説明するための図
【図４】本発明の一実施の形態のＵ波自動検出の動作を示すフロー図
【図５】本発明の一実施の形態のＵ波自動検出において行われる心電図変換処理を説明するための図
【図６】本発明の一実施の形態のＵ波自動検出においてＵ波区分点検出に至る過程を説明するための図
【図７】本発明の一実施の形態のＵ波自動検出の結果出力の第１例を示す図
【図８】本発明の一実施の形態のＵ波自動検出の結果出力の第２例を示す図
【図９】本発明の一実施の形態のＵ波自動検出の結果出力の第３例を示す図
【図１０】本発明の一実施の形態のＵ波解析の動作を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態に係る心電図データ処理装置を含む心電図データ処理システムの構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１において、心電図データ処理システムは、心電図データ処理装置１００、ディスプレイ１２０、プリンタ１３０、心電計１４０および入力装置１６０を主として有する。
【００１８】
心電図データ処理装置１００は、演算部１０１、ディスプレイインタフェース（以下「Ｉ／Ｆ」と略記する）１０２、プリンタＩ／Ｆ１０３、心電計Ｉ／Ｆ１０４、記憶部１０５および入力装置Ｉ／Ｆ１０６を有する。
【００１９】
演算部１０１は、演算処理装置と、心電図データ処理プログラムを記憶する記憶装置と、を有する。演算部１０１は、演算処理装置で心電図データ処理プログラムを実行することにより、後述するＵ波自動検出における心電図変換機能、Ｕループ特徴点検出機能およびＵ波区分点検出機能を実現させ、後述するＵ波解析におけるパラメータ計測機能および形状判定機能を実現させる。よって、演算部１０１は、心電図変換部、Ｕループ特徴点検出部、Ｕ波区分点検出部、パラメータ計測部および形状判定部を構成する。
【００２０】
また、演算部１０１は、心電図データ処理プログラムの実行開始、実行停止および実行条件（閾値など）設定、心電計１４０などの各種計測機器制御、ならびにディスプレイ１２０やプリンタ１３０などの各種周辺機器制御を、入力コマンドに従って行う。
【００２１】
ディスプレイＩ／Ｆ１０２は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ（Cathode Ray Tube）表示装置などのディスプレイ１２０と心電図データ処理装置１００とを通信可能に接続するＩ／Ｆであり、ディスプレイ１２０と心電図データ処理装置１００との間で授受されるデータは、ディスプレイＩ／Ｆ１０２を経由する。
【００２２】
プリンタＩ／Ｆ１０３は、レーザ式やサーマルヘッド式などのプリンタ１３０と心電図データ処理装置１００とを通信可能に接続するＩ／Ｆであり、プリンタ１３０と心電図データ処理装置１００との間で授受されるデータは、プリンタＩ／Ｆ１０３を経由する。
【００２３】
心電計Ｉ／Ｆ１０４は、四肢用電極部１４１と胸部用電極部１４２とにより被検者（つまり、心電図計測の対象者）から標準１２誘導心電図（以下、単に「１２誘導心電図」という）を計測する心電計１４０と心電図データ処理装置１００とを通信可能に接続するＩ／Ｆであり、心電計１４０と心電図データ処理装置１００との間で授受されるデータは、心電計Ｉ／Ｆ１０４を経由する。
【００２４】
記憶部１０５は、ハードディスクドライブや半導体記憶装置などの記憶装置により構成される。記憶部１０５は、心電計１４０から受信されたデータ、ならびに演算部１０１によりＵ波自動検出動作およびＵ波解析動作の結果として得られたデータを、内部の記憶装置に記録する。
【００２５】
入力装置Ｉ／Ｆ１０６は、マウスやキーボードなどの入力装置１６０と心電図データ処理装置１００とを通信可能に接続するＩ／Ｆである。医師などの医療従事者が入力装置１６０を用いて操作することにより生じる入力信号は、入力装置Ｉ／Ｆ１０６を経由して演算部１０１に伝達され、演算部１０１により入力コマンドとして解釈される。
【００２６】
以上、本実施の形態の心電図データ処理システムの構成について説明した。なお、上記構成は種々変更して実施することができる。
【００２７】
例えば、本実施の形態では、心電図データ処理装置１００が心電計１４０から独立した構成となっているが、心電図データ処理装置１００は、心電計１４０の内部に設けることもできる。また、心電図データ処理装置１００は、トレッドミルなどを用いてストレステストを行うためのストレステストシステムに実装することもできる。つまり、本発明は心電計やストレステストシステムなどの心電図データを扱う各種生体情報測定装置に適用することができる。
【００２８】
また、本実施の形態では、１２誘導心電図を計測する心電計１４０を用いるが、主として１ｃｈや２ｃｈの心電図を計測するホルター心電計など、スカラー心電図を計測する心電計であれば任意の心電計を用いることができる。
【００２９】
次いで、上記構成を有する心電図データ処理システムにおける動作について説明する。
【００３０】
図２は、心電図データ処理システムにおいて実行される動作を示すフロー図である。
【００３１】
まず、ステップＳ１００では、心電計１４０が四肢用電極部１４１および胸部用電極部１４２を用いて被検者から１２誘導心電図を計測する。心電計１４０は、１２誘導心電図を電気信号として取得し、これに対してアナログディジタル変換を施すことによって、１２誘導心電図を示すディジタルデータである１２誘導心電図データを生成し、生成された１２誘導心電図データを心電計１４０内部の記憶装置に記録するとともに心電図データ処理装置１００に送信する。
【００３２】
図３に示す１２誘導心電図１７０は、ステップＳ１００で計測される１２誘導心電図の一例である。１２誘導心電図は、標準肢誘導であるI誘導、II誘導およびIII誘導と、単極肢誘導であるaVR誘導、aVL誘導およびaVF誘導と、胸部誘導であるV1誘導、V2誘導、V3誘導、V4誘導、V5誘導およびV6誘導と、を含む。この誘導法では、被検者の体表に装着された電極間の電位差、あるいは、装着された電極での電位と基準電位との差が、計測される。すなわち、本実施の形態において電極を用いて計測される１２誘導心電図は、心起電力の大きさの時間的変化を時間軸上の波形によって表現するスカラー心電図の一種である。
【００３３】
１２誘導心電図が計測されると、心電図データ処理装置１００は、Ｕ波の自動検出を行い（ステップＳ２００）、Ｕ波の解析を行い（ステップＳ３００）、解析結果の出力を行う（ステップＳ４００）。
【００３４】
図４は、心電図データ処理装置１００において上記ステップＳ２００で実行されるＵ波自動検出の動作を示すフロー図である。
【００３５】
まず、ステップＳ２１０では、演算部１０１は、心電計１４０が送信した１２誘導心電図データを心電計Ｉ／Ｆ１０４経由で受信することにより、１２誘導心電図データを第１の心電図データとして取得する。
【００３６】
これにより、計測された１２誘導心電図についてＵ波の自動検出をリアルタイムに行うことができる。
【００３７】
また、演算部１０１は、受信した１２誘導心電図データを記憶部１０５に記憶させる。
【００３８】
なお、演算部１０１は、過去に心電計１４０から受信した１２誘導心電図データを記憶部１０５から読み出すことにより、１２誘導心電図データを取得することもできる。
【００３９】
また、演算部１０１は、取得された１２誘導心電図データに示される１２誘導心電図を、上記ステップＳ４００においてディスプレイ１２０またはプリンタ１３０に出力させてもよい。
【００４０】
ステップＳ２２０では、演算部１０１は、取得された１２誘導心電図データを例えば逆Dower Matrix（例えば非特許文献２参照）を用いて変換することにより、XYZ誘導心電図データを第２の心電図データとして生成する。
【００４１】
より具体的には、図５に示すように、演算部１０１は、取得された１２誘導心電図データから、特定のあるいは任意の１拍分の波形を含む部分心電図１７１に相当する部分のデータを抽出し、抽出されたデータを、XYZ誘導心電図１７２を示すディジタルデータであるXYZ誘導心電図データに変換する。
【００４２】
ここで、XYZ誘導心電図は、X誘導、Y誘導およびZ誘導を含むものである。これらの誘導はいずれも心起電力の大きさの時間的変化を時間軸上の波形によって表現するものであるため、XYZ誘導心電図は、１２誘導心電図と同様にスカラー心電図である。ただし、X誘導、Y誘導およびZ誘導からは、ベクトル心電図、特に３次元ベクトル心電図を構成することができるため、XYZ誘導心電図は、ベクトル心電図構成スカラー心電図と呼ばれる。３次元ベクトル心電図は、心起電力の大きさおよび方向の時間的変化を３次元直交座標系上のベクトルループによって表現するものである。よって、X誘導の波形は、ベクトルループ上の点のＸ座標値の時間的変化を表している。同様に、Y誘導の波形は、ベクトルループ上の点のＹ座標値の時間的変化を表し、Z誘導の波形は、ベクトルループ上の点のＺ座標値の時間的変化を表している。
【００４３】
なお、ステップＳ２２０で生成される第２の心電図データに示されるスカラー心電図は、３次元でなく２次元のベクトル心電図を構成するものであってもよい。ただし、Ｕ波をより高精度で自動検出するためには、ベクトル心電図構成スカラー心電図は、３次元ベクトル心電図を構成し得るものであることが望ましい。また、第２の心電図データに示されるスカラー心電図は、３次元ベクトル心電図を構成し得るものであれば、XYZ誘導心電図と異なるものであってもよい。
【００４４】
また、ステップＳ２１０で取得された第１の心電図データが１２誘導心電図データではないもの（例えばホルター心電図を示すデータ）であった場合には、演算部１０１は、取得された第１の心電図データから１２誘導心電図データを合成して、合成された１２誘導心電図データをXYZ誘導心電図データに変換することができる。
【００４５】
また、演算部１０１は、生成されたXYZ誘導心電図データに示されるXYX誘導心電図を、上記ステップＳ４００においてディスプレイ１２０またはプリンタ１３０に出力させてもよい。
【００４６】
ステップＳ２３０では、演算部１０１は、生成されたXYZ誘導心電図データに示されたXYZ誘導心電図を３次元直交座標系にプロットすることにより、３次元ベクトル心電図を作成する。
【００４７】
ここでは、図６に示すように、XYZ誘導心電図１７２を示すXYZ誘導心電図データのうち、１２誘導心電図においてＱＲＳ波の後ろに位置しＴ波およびＵ波を含み得る波形部分に対応する部分のデータを抽出して使用することにより、Ｔループ１７３ＴとＵループ１７３Ｕとを含むベクトルループ１７３を有する３次元ベクトル心電図が作成される。
【００４８】
なお、演算部１０１は、１拍の全体に相当するベクトルループを有する３次元ベクトル心電図を作成してもよい。
【００４９】
また、演算部１０１は、このように作成される３次元ベクトル心電図を、上記ステップＳ４００においてディスプレイ１２０またはプリンタ１３０に出力させてもよい。
【００５０】
ステップＳ２４０では、演算部１０１は、ベクトルループ１７３上の各点について、３次元直交座標系の原点Ｏからの距離を算出する。この距離算出には、ステップＳ２２０で生成されたXYZ誘導心電図データを使用することができる。
【００５１】
特に、XYZ誘導心電図データのうち、１２誘導心電図においてＱＲＳ波の後ろに位置しＴ波およびＵ波を含み得る波形部分に対応する部分のデータが抽出されて使用される。これにより、演算量を削減することができる。
【００５２】
前述のとおり、XYZ誘導心電図においてX誘導、Y誘導およびZ誘導はそれぞれ、ベクトルループ上の点のＸ座標値、Ｙ座標値およびＺ座標値を表すものである。よって、時刻ｔでのX誘導、Y誘導およびZ誘導の振幅をそれぞれｘｔ、ｙｔ、ｚｔとすれば、この点についての原点Ｏ（ｘ０，ｙ０，ｚ０）からの距離は、
【数１】
によって算出することができる。なお、（ｘ０，ｙ０，ｚ０）＝（０，０，０）である。
【００５３】
これにより、演算部１０１は、ベクトルループ１７３上の点と原点Ｏとの距離の時間的変化を知得することができる。図６に示すように、算出された距離の時間的変化を示す波形１７４は、Ｔループ１７３Ｔ上の点と原点Ｏとの距離の時間的変化を示す波形部分１７４Ｔと、Ｕループ１７３Ｕ上の点と原点Ｏとの距離の時間的変化を示す波形部分１７４Ｕと、を含む。よって、波形１７４上の前後双方の点よりも振幅が小さくなる１つ目の点を、Ｕループ１７３Ｕの始点に相当する点ＢＵＬと定義することができる。また、波形１７４上の前後双方の点よりも振幅が大きくなる点を、Ｕループ１７３Ｕの頂点に相当する点ＴＵＬと定義することができる。また、波形１７４上の前後双方の点よりも振幅が小さくなる２つ目の点を、Ｕループ１７３Ｕの終点に相当する点ＥＵＬと定義することができる。
【００５４】
そこで、ステップＳ２５０では、演算部１０１は、ステップＳ２４０で算出された距離の極小値および極大値を算出し、原点Ｏからの距離が極小値および極大値となるベクトルループ１７３上の点を、Ｕループ１７３Ｕの特徴点として検出する。極小値および極大値の算出は、ステップＳ２４０で算出された距離を例えば微分するなどの方法によって行うことができる。
【００５５】
本実施の形態では、検出する特徴点は、Ｕループ１７３Ｕの始点、頂点および終点を含む。すなわち、演算部１０１は、原点Ｏからの距離が極小値となる１つ目の点を、Ｕループ１７３Ｕの始点として検出し、原点Ｏからの距離が極大値となる点を、Ｕループ１７３Ｕの頂点として検出し、原点Ｏからの距離が極小値となる２つ目の点を、Ｕループ１７３Ｕの終点として検出する。
【００５６】
このように、本実施の形態では、Ｕループ１７３Ｕの始点、頂点および終点を、ベクトルループ１７３上の点と原点Ｏとの距離から導き出す。また、その距離は、いずれも非負となるＸ座標値の２乗とＹ座標値の２乗とＺ座標値の２乗との加算値から得られるものである。よって、Ｕループ１７３Ｕの始点、頂点および終点を高精度で検出することができる。
【００５７】
なお、検出する特徴点は、Ｕループ１７３Ｕの始点、頂点および終点のうち少なくとも１つであってもよいし、Ｕループ１７３Ｕの始点、頂点および終点のいずれとも異なる点であってもよい。
【００５８】
また、演算部１０１は、ステップＳ２４０での距離算出結果およびステップＳ２５０でのＵループ特徴点検出結果を、上記ステップＳ４００においてディスプレイ１２０またはプリンタ１３０に出力させてもよい。
【００５９】
ステップＳ２６０では、演算部１０１は、ステップＳ２２０で１２誘導心電図データから抽出されたデータに示される部分心電図１７１のうち、特に胸部誘導心電図１７５において、Ｕ波の区分点を検出する。
【００６０】
このＵ波区分点検出は、ステップＳ２５０でのＵループ特徴点検出結果に基づいて行われる。
【００６１】
より具体的には、検出されたＵループ１７３Ｕの始点と同時刻に位置する胸部誘導心電図１７５の波形上の点が、Ｕ波の始点ＢＵＷとして検出される。また、検出されたＵループ１７３Ｕの頂点と同時刻に位置する胸部誘導心電図１７５の波形上の点が、Ｕ波の頂点ＴＵＷとして検出される。また、検出されたＵループ１７３Ｕの終点と同時刻に位置する胸部誘導心電図１７５の波形上の点が、Ｕ波の終点ＥＵＷとして検出される。
【００６２】
この結果として、胸部誘導心電図１７５において始点ＢＵＷから終点ＥＵＷまでの波形部分を、Ｕ波１７５Ｕとして認識することができる。
【００６３】
なお、Ｕ波１７５Ｕの始点ＢＵＷ、頂点ＴＵＷおよび終点ＥＵＷを導き出す方法は、前述のものだけに限定されず、他の方法も可能である。例えば、Ｕループ１７３Ｕの始点および終点のいずれか片方のみから、Ｕ波１７５Ｕの始点ＢＵＷおよび終点ＥＵＷの両方を導き出してもよい。
【００６４】
ただし、本実施の形態のように、Ｕ波１７５Ｕの始点ＢＵＷをＵループ１７３Ｕの始点を基準として導き出し、Ｕ波１７５Ｕの頂点ＴＵＷをＵループ１７３Ｕの頂点を基準として導き出し、Ｕ波１７５Ｕの終点ＥＵＷをＵループ１７３Ｕの終点を基準として導き出すことが、Ｕ波区分点検出精度の点で望ましい。本実施の形態では、前述のとおり、Ｕループ１７３Ｕの始点、頂点および終点を高精度で検出することができるからである。
【００６５】
また、Ｕ波区分点検出は、胸部誘導心電図１７５において行うほかに、標準肢誘導心電図および単極肢誘導心電図において行ってもよい。ただし、Ｕ波の異常、つまり陰性Ｕ波は、主として胸部誘導において出現するものであるため、本実施の形態のようにＵ波区分点検出を胸部誘導心電図１７５において行うだけでも、陰性Ｕ波を高精度で検出することができる。
【００６６】
また、演算部１０１は、このＵ波区分点検出結果を、上記ステップＳ４００においてディスプレイ１２０またはプリンタ１３０に出力させてもよい。
【００６７】
以上、Ｕ波自動検出の動作について説明した。
【００６８】
上記Ｕ波自動検出により、Ｕ波を高精度で自動検出することができ、また、この結果をディスプレイ１２０またはプリンタ１３０に出力させた場合には、Ｕ波を容易に視認することができる。
【００６９】
例えば、図７には、左室肥大発症者のサンプル心電図についてのＵ波自動検出結果の出力が示されている。この図では、計測された複数拍分の胸部誘導心電図１７０ａ、胸部誘導心電図１７０ａを示すデータに基づいて得られたベクトルループ上の点と３次元直交座標系の原点との距離を示す波形１７４ａ、および胸部誘導心電図１７０ａのうちの１拍分の胸部誘導心電図１７５ａが、示されている。さらに、検出されたＵループの始点、頂点および終点にそれぞれ対応する波形１７４ａ上の点に位置を合わせて、検出されたＵ波１７５ａＵの始点を結ぶ線Ｂ、検出されたＵ波１７５ａＵの頂点を結ぶ線Ｔ、および検出されたＵ波１７５ａＵの終点を結ぶ線Ｅが、示されている。このため、このサンプル心電図においてＵ波を一目で認識することができる。
【００７０】
また、図８には、心筋梗塞発症者のサンプル心電図についてのＵ波自動検出結果の出力が示されている。この図では、計測された複数拍分の胸部誘導心電図１７０ｂ、胸部誘導心電図１７０ｂを示すデータに基づいて得られたベクトルループ上の点と３次元直交座標系の原点との距離を示す波形１７４ｂ、および胸部誘導心電図１７０ｂのうちの１拍分の胸部誘導心電図１７５ｂが、示されている。さらに、検出されたＵループの始点、頂点および終点にそれぞれ対応する波形１７４ｂ上の点に位置を合わせて、検出されたＵ波１７５ｂＵの始点を結ぶ線Ｂ、検出されたＵ波１７５ｂＵの頂点を結ぶ線Ｔ、および検出されたＵ波１７５ｂＵの終点を結ぶ線Ｅが、示されている。このため、このサンプル心電図においてもＵ波を一目で認識することができる。
【００７１】
また、図９には、健常者のサンプル心電図についてのＵ波自動検出結果の出力が示されている。この図では、計測された複数拍分の胸部誘導心電図１７０ｃ、胸部誘導心電図１７０ｃを示すデータに基づいて得られたベクトルループ上の点と３次元直交座標系の原点との距離を示す波形１７４ｃ、および胸部誘導心電図１７０ｃのうちの１拍分の胸部誘導心電図１７５ｃが、示されている。さらに、検出されたＵループの始点、頂点および終点にそれぞれ対応する波形１７４ｃ上の点に位置を合わせて、検出されたＵ波１７５ｃＵの始点を結ぶ線Ｂ、検出されたＵ波１７５ｃＵの頂点を結ぶ線Ｔ、および検出されたＵ波１７５ｃＵの終点を結ぶ線Ｅが、示されている。このため、このサンプル心電図においてもＵ波を一目で認識することができる。
【００７２】
従前の方法では、各誘導の波形を個別に見ることでＵ波を特定せざるを得なかったため、客観的で高精度なＵ波認識は困難であったが、本実施の形態では、客観的で高精度なＵ波自動検出を行うことができるため、医療従事者は容易かつ迅速にＵ波を視認することができ、ひいては診断効率の飛躍的向上に寄与する。
【００７３】
図１０は、心電図データ処理装置１００において上記ステップＳ３００で実行されるＵ波解析の動作を説明するための図である。なお、図１０についての説明においては、陰性Ｕ波と二相性Ｕ波とを区別して記述する。
【００７４】
演算部１０１は、胸部誘導心電図１７５において検出されたＵ波１７５Ｕについて、振幅と持続時間とを含むパラメータを計測する。振幅は、検出されたＵ波１７５Ｕの区間内での、基線から波形までの乖離の幅である。持続時間は、検出されたＵ波１７５Ｕの区間内で、波形が基線から乖離している時間の長さである。
【００７５】
ここで、６つの胸部誘導のうち１つにおいてのみ陰性Ｕ波または二相性Ｕ波が出現した場合も心電図異常として認められるため、各誘導について、振幅を示す情報ＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ３、ＡＶ４、ＡＶ５、ＡＶ６および持続時間を示す情報ＤＶ１、ＤＶ２、ＤＶ３、ＤＶ４、ＤＶ５、ＤＶ６を取得することが望ましい。
【００７６】
そして、演算部１０１は、計測された振幅および持続時間を所定閾値と比較することにより、Ｕ波１７５Ｕの形状を判定する。この形状判定により、演算部１０１は、Ｕ波１７５Ｕを「陽性Ｕ波」、「陰性Ｕ波」、「二相性Ｕ波」および「Ｕ波なし」に分類する。
【００７７】
具体的には、ある誘導心電図において、Ｕ波１７５Ｕの区間における振幅が、閾値以上の正の値となり、かつ、閾値以上の負の値とならなかった場合には、その誘導心電図におけるＵ波１７５Ｕは「陽性Ｕ波」であると判定される。
【００７８】
また、ある誘導心電図において、Ｕ波１７５Ｕの区間における振幅が、閾値以上の正の値とならず、かつ、閾値以上の負の値となった場合には、その誘導心電図におけるＵ波１７５Ｕは「陰性Ｕ波」であると判定される。
【００７９】
また、ある誘導心電図において、Ｕ波１７５Ｕの区間における振幅が、閾値以上の正の値となり、かつ、閾値以上の負の値にもなった場合には、その誘導心電図におけるＵ波１７５Ｕは「二相性Ｕ波」であると判定される。なお、二相性Ｕ波は、その形状により、さらに「＋−型」と「−＋型」に分類される。
【００８０】
また、ある誘導心電図において、Ｕ波１７５Ｕの区間における振幅が、閾値以上の正の値にも閾値以上の負の値にもならなかった場合には、その誘導心電図におけるＵ波１７５Ｕは「Ｕ波なし」であると判定される。
【００８１】
なお、図１０に示す例では、V1誘導心電図およびV2誘導心電図におけるＵ波１７５Ｕが「陽性Ｕ波」と判定され、V3誘導心電図におけるＵ波１７５Ｕが「二相性Ｕ波」と判定され、V4誘導心電図およびV5誘導心電図におけるＵ波１７５Ｕが「陰性Ｕ波」と判定され、V6誘導心電図におけるＵ波１７５Ｕが「Ｕ波なし」と判定されている。
【００８２】
上記Ｕ波解析により、人間の目では判別困難であるＵ波形状を客観的に判別することができ、心電図異常である陰性Ｕ波および二相性Ｕ波を自動検出することができる。
【００８３】
このように、本実施の形態によれば、高精度でＵ波を自動検出し、さらには高精度で陰性Ｕ波を自動検出することができる。したがって、本実施の形態に基づく陰性Ｕ波自動検出アルゴリズムの応用例としては、ストレステストでのＵ波陰転化監視や突然死予測指標算出など、様々なものがある。
【００８４】
以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記実施の形態において説明した装置の構成および動作は例であり、これらを本発明の範囲において部分的に変更、追加および削除できることは明らかである。
【００８５】
なお、上記実施の形態に基づく陰性Ｕ波自動検出アルゴリズムの有用性を確認するために、２２，５１４件の成人心電図サンプルを対象としてこのアルゴリズムを適用したところ、１．１３％にあたる２５５件で陰性Ｕ波を自動検出した。そして、自動検出した心電図について目視で陰性Ｕ波を確認したところ、２５５件中２０６件については正しく陰性Ｕ波を検出したことが判明した。すなわち、８０．８％の高精度であったため、この陰性Ｕ波自動検出アルゴリズムの有用性が確認された。
【符号の説明】
【００８６】
１００ 心電図データ処理装置
１０１ 演算部
１０２ ディスプレイＩ／Ｆ
１０３ プリンタＩ／Ｆ
１０４ 心電計Ｉ／Ｆ
１０５ 記憶部
１０６ 入力装置Ｉ／Ｆ
１２０ ディスプレイ
１３０ プリンタ
１４０ 心電計
１４１ 四肢用電極部
１４２ 胸部用電極部
１６０ 入力装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を用いて計測されたスカラー心電図である計測心電図においてＵ波を検出する心電図データ処理装置であって、
前記計測心電図を示す第１の心電図データを変換することにより、ベクトル心電図構成スカラー心電図を示す第２の心電図データを生成する心電図変換部と、
前記ベクトル心電図構成スカラー心電図により構成されるベクトル心電図におけるＵループの特徴点を、生成された第２の心電図データに基づいて検出するＵループ特徴点検出部と、
検出された前記Ｕループの特徴点に対応する前記計測心電図の波形上の点を、前記計測心電図における前記Ｕ波の区分点として検出するＵ波区分点検出部と、
を有する心電図データ処理装置。
【請求項２】
前記Ｕループの特徴点は、前記Ｕループの始点、終点および頂点の少なくとも１つを含む、
請求項１記載の心電図データ処理装置。
【請求項３】
前記Ｕループ特徴点検出部は、前記ベクトル心電図のベクトルループ上の点について、前記ベクトル心電図の直交座標系の原点からの距離を、生成された第２の心電図データに基づいて算出し、距離算出の結果に基づいて前記Ｕループの特徴点を検出する、
請求項１記載の心電図データ処理装置。
【請求項４】
前記Ｕループの特徴点は、前記Ｕループの始点を少なくとも含み、
前記Ｕループ特徴点検出部は、算出された距離が極小点となる前記ベクトル心電図のベクトルループ上の点の１つを前記Ｕループの始点として検出する、
請求項３記載の心電図データ処理装置。
【請求項５】
前記Ｕループの特徴点は、前記Ｕループの終点を少なくとも含み、
前記Ｕループ特徴点検出部は、算出された距離が極小点となる前記ベクトル心電図のベクトルループ上の点の１つを前記Ｕループの終点として検出する、
請求項３記載の心電図データ処理装置。
【請求項６】
前記Ｕループの特徴点は、前記Ｕループの頂点を少なくとも含み、
前記Ｕループ特徴点検出部は、算出された距離が極大点となる前記ベクトル心電図のベクトルループ上の点の１つを前記Ｕループの頂点として検出する、
請求項３記載の心電図データ処理装置。
【請求項７】
前記ベクトル心電図は、３次元ベクトル心電図であり、
前記Ｕループ特徴点検出部は、前記３次元ベクトル心電図のベクトルループ上の点について、前記３次元ベクトル心電図の直交座標系の原点からの距離を算出する、
請求項３記載の心電図データ処理装置。
【請求項８】
前記Ｕ波の区分点は、前記Ｕ波の始点、終点および頂点の少なくとも１つを含む、
請求項１記載の心電図データ処理装置。
【請求項９】
前記Ｕ波区分点検出部は、前記Ｕループの特徴点として検出された前記Ｕループの始点と同時刻に位置する前記計測心電図の波形上の点を、前記Ｕ波の始点として検出する、
請求項８記載の心電図データ処理装置。
【請求項１０】
前記Ｕ波区分点検出部は、前記Ｕループの特徴点として検出された前記Ｕループの終点と同時刻に位置する前記計測心電図の波形上の点を、前記Ｕ波の終点として検出する、
請求項８記載の心電図データ処理装置。
【請求項１１】
前記Ｕ波区分点検出部は、前記Ｕループの特徴点として検出された前記Ｕループの頂点と同時刻に位置する前記計測心電図の波形上の点を、前記Ｕ波の頂点として検出する、
請求項８記載の心電図データ処理装置。
【請求項１２】
検出された前記Ｕ波の区分点に基づいて特定された前記Ｕ波についてのパラメータを計測するパラメータ計測部と、
計測された前記Ｕ波のパラメータに基づいて、前記Ｕ波の形状を判定する形状判定部と、
をさらに有する請求項１記載の心電図データ処理装置。
【請求項１３】
電極を用いて計測されたスカラー心電図である計測心電図においてＵ波を検出する心電図データ処理方法であって、
前記計測心電図を示す第１の心電図データを変換することにより、ベクトル心電図構成スカラー心電図を示す第２の心電図データを生成する心電図変換ステップと、
前記ベクトル心電図構成スカラー心電図により構成されるベクトル心電図におけるＵループの特徴点を、生成された第２の心電図データに基づいて検出するＵループ特徴点検出ステップと、
検出された前記Ｕループの特徴点に対応する前記計測心電図の波形上の点を、前記計測心電図における前記Ｕ波の区分点として検出するＵ波区分点検出ステップと、
を有する心電図データ処理方法。
【請求項１４】
電極を用いて計測されたスカラー心電図である計測心電図においてＵ波を検出する心電図データ処理装置におけるコンピュータに、
前記計測心電図を示す第１の心電図データを変換することにより、ベクトル心電図構成スカラー心電図を示す第２の心電図データを生成する心電図変換機能と、
前記ベクトル心電図構成スカラー心電図により構成されるベクトル心電図におけるＵループの特徴点を、生成された第２の心電図データに基づいて検出するＵループ特徴点検出機能と、
検出された前記Ｕループの特徴点に対応する前記計測心電図の波形上の点を、前記計測心電図における前記Ｕ波の区分点として検出するＵ波区分点検出機能と、
を実現させるための心電図データ処理プログラム。
【請求項１】
電極を用いて計測されたスカラー心電図である計測心電図においてＵ波を検出する心電図データ処理装置であって、
前記計測心電図を示す第１の心電図データを変換することにより、ベクトル心電図構成スカラー心電図を示す第２の心電図データを生成する心電図変換部と、
前記ベクトル心電図構成スカラー心電図により構成されるベクトル心電図におけるＵループの特徴点を、生成された第２の心電図データに基づいて検出するＵループ特徴点検出部と、
検出された前記Ｕループの特徴点に対応する前記計測心電図の波形上の点を、前記計測心電図における前記Ｕ波の区分点として検出するＵ波区分点検出部と、
を有する心電図データ処理装置。
【請求項２】
前記Ｕループの特徴点は、前記Ｕループの始点、終点および頂点の少なくとも１つを含む、
請求項１記載の心電図データ処理装置。
【請求項３】
前記Ｕループ特徴点検出部は、前記ベクトル心電図のベクトルループ上の点について、前記ベクトル心電図の直交座標系の原点からの距離を、生成された第２の心電図データに基づいて算出し、距離算出の結果に基づいて前記Ｕループの特徴点を検出する、
請求項１記載の心電図データ処理装置。
【請求項４】
前記Ｕループの特徴点は、前記Ｕループの始点を少なくとも含み、
前記Ｕループ特徴点検出部は、算出された距離が極小点となる前記ベクトル心電図のベクトルループ上の点の１つを前記Ｕループの始点として検出する、
請求項３記載の心電図データ処理装置。
【請求項５】
前記Ｕループの特徴点は、前記Ｕループの終点を少なくとも含み、
前記Ｕループ特徴点検出部は、算出された距離が極小点となる前記ベクトル心電図のベクトルループ上の点の１つを前記Ｕループの終点として検出する、
請求項３記載の心電図データ処理装置。
【請求項６】
前記Ｕループの特徴点は、前記Ｕループの頂点を少なくとも含み、
前記Ｕループ特徴点検出部は、算出された距離が極大点となる前記ベクトル心電図のベクトルループ上の点の１つを前記Ｕループの頂点として検出する、
請求項３記載の心電図データ処理装置。
【請求項７】
前記ベクトル心電図は、３次元ベクトル心電図であり、
前記Ｕループ特徴点検出部は、前記３次元ベクトル心電図のベクトルループ上の点について、前記３次元ベクトル心電図の直交座標系の原点からの距離を算出する、
請求項３記載の心電図データ処理装置。
【請求項８】
前記Ｕ波の区分点は、前記Ｕ波の始点、終点および頂点の少なくとも１つを含む、
請求項１記載の心電図データ処理装置。
【請求項９】
前記Ｕ波区分点検出部は、前記Ｕループの特徴点として検出された前記Ｕループの始点と同時刻に位置する前記計測心電図の波形上の点を、前記Ｕ波の始点として検出する、
請求項８記載の心電図データ処理装置。
【請求項１０】
前記Ｕ波区分点検出部は、前記Ｕループの特徴点として検出された前記Ｕループの終点と同時刻に位置する前記計測心電図の波形上の点を、前記Ｕ波の終点として検出する、
請求項８記載の心電図データ処理装置。
【請求項１１】
前記Ｕ波区分点検出部は、前記Ｕループの特徴点として検出された前記Ｕループの頂点と同時刻に位置する前記計測心電図の波形上の点を、前記Ｕ波の頂点として検出する、
請求項８記載の心電図データ処理装置。
【請求項１２】
検出された前記Ｕ波の区分点に基づいて特定された前記Ｕ波についてのパラメータを計測するパラメータ計測部と、
計測された前記Ｕ波のパラメータに基づいて、前記Ｕ波の形状を判定する形状判定部と、
をさらに有する請求項１記載の心電図データ処理装置。
【請求項１３】
電極を用いて計測されたスカラー心電図である計測心電図においてＵ波を検出する心電図データ処理方法であって、
前記計測心電図を示す第１の心電図データを変換することにより、ベクトル心電図構成スカラー心電図を示す第２の心電図データを生成する心電図変換ステップと、
前記ベクトル心電図構成スカラー心電図により構成されるベクトル心電図におけるＵループの特徴点を、生成された第２の心電図データに基づいて検出するＵループ特徴点検出ステップと、
検出された前記Ｕループの特徴点に対応する前記計測心電図の波形上の点を、前記計測心電図における前記Ｕ波の区分点として検出するＵ波区分点検出ステップと、
を有する心電図データ処理方法。
【請求項１４】
電極を用いて計測されたスカラー心電図である計測心電図においてＵ波を検出する心電図データ処理装置におけるコンピュータに、
前記計測心電図を示す第１の心電図データを変換することにより、ベクトル心電図構成スカラー心電図を示す第２の心電図データを生成する心電図変換機能と、
前記ベクトル心電図構成スカラー心電図により構成されるベクトル心電図におけるＵループの特徴点を、生成された第２の心電図データに基づいて検出するＵループ特徴点検出機能と、
検出された前記Ｕループの特徴点に対応する前記計測心電図の波形上の点を、前記計測心電図における前記Ｕ波の区分点として検出するＵ波区分点検出機能と、
を実現させるための心電図データ処理プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−７２５４２（Ｐ２０１１−７２５４２Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２６９６５（Ｐ２００９−２２６９６５）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００１１２６０２）フクダ電子株式会社 (196)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００１１２６０２）フクダ電子株式会社 (196)
【Ｆターム（参考）】
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