JP2021030080A

JP2021030080A - 心電図のｒピークを決定する方法

Info

Publication number: JP2021030080A
Application number: JP2020138889A
Authority: JP
Inventors: 韜維王; Tao-Wei Wang; 志文洪; Chih-Wen Hung; 民全井; Ming-Chiuan Jing; 士承藍; Shih-Cheng Lan
Original assignee: Vitalchains Corp
Current assignee: Vitalchains Corp
Priority date: 2019-08-19
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2021-03-01
Also published as: US20210052179A1; CN112401904A; TW202108076A; EP3782540A1

Abstract

【課題】本開示は、心電図（ＥＣＧ／ＥＫＧ）のＲピークを決定するための方法を提供する。【解決手段】最初にＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスが提供され、次にＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスの最大ピークが取得される。その後、最大ピークの最大電圧の半分を閾値電圧と定義する。その後、Ｒピーク数推定プロセスを実行して、ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスのすべてのＲピークの推定数と、前記閾値電圧よりも高い電圧の前記ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスの複数のピークを取得し、その後、前記ピークの数は、前記すべてのＲピークの推定数に等しいかどうかを決定する。前記ピークの数が前記すべてのＲピークの推定数と等しい場合、前記ピークは前記すべてのＲピークとして機能する。【選択図】図１

Description

発明の背景
１．発明の分野
本発明は、心電図（ＥＣＧ／ＥＫＧ）のＲピークを決定するための方法に関する。

２．従来技術の説明
心電図（ＥＣＧ／ＥＫＧ）は、主に心臓の電気的活動を監視するために使用される。それは非侵襲的であると考えられ、且つ即時の結果を提供することができる。ＥＣＧ／ＥＫＧを通じて、いくつかの心臓病が見つかることがある。

ＥＣＧ信号のさまざまなパターンが異なる心疾患で得られる可能性があるため、例えば、２つのＲ波が右脚ブロック（ＲＢＢＢ）の場合に生成され、且つＳＴセグメント上昇型心筋梗塞（ＳＴＥＭＩ）の場合、振幅が大きく傾斜が小さいＴ波では、ＥＣＧ信号のＲピークの位置を見つけたり、特定したりすることが困難である。

Ｒピークの位置を見つけるためにいくつかのアプローチ、例えば複雑なウェーブレットを使用してＥＣＧ信号の複数の解像度機能を計算し、Ｒピークを決定する、１次又は２次導関数微分を使用してＥＣＧ変動を取得し、Ｒピークの位置を特定する、又は機械学習を使用するなど、が提案されている。

しかしながら、ウェーブレットベースのアプローチは、複数の周波数変換を必要とし、結果として非常に複雑な計算をもたらす。ディープマシンラーニングアプローチでは、トレーニングセットとしてビッグデータベースが必要であり、且つ、高品質のトレーニングセットを備えたデータベースは簡単に収集できないため、アプローチが複雑になる。また、１次微分又は２次導関数微分を使用するアプローチは、大きなリップル又は大きな形状のばらつきがある波形のRピークを正確に検出することが容易ではなく、自動診断の精度に影響を与える。

発明の概要
一実施形態によれば、心電図（ＥＣＧ／ＥＫＧ）のＲピークを決定するための方法が提供される。最初に、ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスが提供され、続いて前記ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスの最大ピークが取得される。その後、前記最大ピークの最大電圧の半分が閾値電圧として取得され、及び次に、Ｒピーク数推定プロセスを行って、前記ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスの全Ｒピークの推定数と、前記閾値電圧より高い電圧の前記ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスの複数のピークとを取得する。次に、前記複数のピークの数が前記すべてのＲピークの前記推定数と等しいかどうかが決定される。前記複数のピークの数が前記すべてのＲピークの前記推定数と等しい場合、前記複数のピークは前記すべてのＲピークと見なされる。

本発明は、ＥＣＧ／ＥＫＧのＲピークを自動的に決定する方法を提供する。ここで、当該方法は、突然変化しない心臓の拍動の特性並びに同様の隣接するＲピークを利用し、且つ前記ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスの閾値電圧を自動調整することを包含する。そのため、前記Ｒピークの数を簡単かつ正確に見つけることができ、それにより、前記Ｒピークの位置を特定する。また、当該方法は前記ウェーブレットベースのアプローチの複雑な計算を必要とせず、ポータブルデバイスに簡単に実装でき、簡単な計算により省電力機能も提供する。さらに、当該方法では、ＥＣＧ／ＥＫＧに事前に注釈を付ける必要もない。

本発明のこれら及び他の目的は、様々な図及び図面に示される好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読んだ後、当業者には疑いなく明らかになるであろう。

図面の簡単な説明
図１は、本発明の一実施形態による心電図（ＥＣＧ／ＥＫＧ）のＲピークを決定するためのシステムを概略的に示す。図２は、本発明の一実施形態による、ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスのＲピークを決定するための方法のフローチャートを概略的に示す。図３は、ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスの一例を概略的に示す。図４は、本発明の前記実施形態に係る前記Ｒピーク数推定プロセスのフローチャートを概略的に示す。

詳細な説明
図１は、本発明の一実施形態による、心電図（ＥＣＧ／ＥＫＧ）のＲピークを決定するためのシステムを概略的に示し、ここで、前記Ｒピークは、Ｒポイントとも呼ばれ得る。システム１は、前記ＥＣＧ／ＥＫＧ信号を検出及び受信するための複数のＥＣＧ／ＥＫＧ電極と、ＥＣＧ／ＥＫＧの前記Ｒピークを決定するためのＥＣＧ／ＥＫＧシステム１２とを包含する。前記ＥＣＧ／ＥＫＧの１２個のリード（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ａＶＲ、ａＶＬ、ＶＦ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、及びＶ６）の信号を検出するため、前記ＥＣＧ／ＥＫＧシステム１２は、１０個のＥＣＧ／ＥＫＧ電極、例えば電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、ＲＡ、ＬＡ、ＲＬ及びＬＬなど、を患者の体に取り付けることにより、患者に動作可能に結合される。本発明では、前記ＥＣＧ／ＥＫＧ電極がこれらの信号を検出し、且つこれらの信号をさらなる処理のために前記ＥＣＧ／ＥＫＧシステム１２に送信し、及びしたがって、前記Ｒピークを決定することができる。前記ＥＣＧ／ＥＫＧ電極は、例えば、ウェアラブルデバイス、例えば時計、モバイルＥＣＧマシン、又は他の好適なデバイスなど、に実装されてもよい。

この実施形態では、ＥＣＧ／ＥＫＧシステム１２は、以下の決定する方法に従ってＲピークを決定するためのデジタル信号処理ユニット１４を包含することができる。例えば、前記デジタル信号処理ユニット１４は、前記複数のＲピークを包含し得るＰＱＲＳＴ複合波形を決定するためのパターン認識ユニット１４１を包含し得る。前記ＰＱＲＳＴ複合波形の１つは、１２個のリードのいずれか１つの信号の１つのＥＣＧ心周期、例えばリードＶ２又はリードＶ３の１つのＥＣＧ心周期、であり得るが、これらに限定されない。１つの通常のＰＱＲＳＴ複合波形は、例えば、心房の脱分極を表す１つのＰ波、心室の脱分極を表す１つのＱＲＳコンプレックス、及び心室の再分極を表す１つのＴ波を含み、それにより、例えば、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、及びＴポイントを包含する。いくつかの実施形態では、ＥＣＧ／ＥＫＧ電極は、アナログＥＣＧ／ＥＫＧ信号を収集することができる。そのような状況では、ＥＣＧ／ＥＫＧシステム１は、アナログＥＣＧ／ＥＫＧ信号をさらなるＲピーク検索のためにデジタルＥＣＧ／ＥＫＧ信号に処理するためのアナログ信号処理ユニット１６及びＡ／Ｄ変換ユニット１８をさらに包含し得る。いくつかの実施形態では、アナログ信号処理ユニット１６は、フィルタ、増幅器、レベルシフタ、又は整流器を任意選択で包含しるが、それらに限定されない。Ｒピークが決定された後、Ｒピークを包含するＰＱＲＳＴ複合波形は、ＰＱＲＳＴ複合波形のパターンを認識するために、及びその特徴（例えば、Ｊポイント）を抽出するために、デジタル信号処理ユニット１４（例えば、パターン認識ユニット１４１）によってさらに分析され得る。したがって、医師、患者、又はＡＩデータ分析論は、さらなる臨床意思決定支援を得るために、処理されたデータによって支援される場合がある。

いくつかの実施形態では、ＥＣＧ／ＥＫＧシステム１２はさらに、入出力ユニット２０を包含することができ、ここで、入出力ユニット２０は、例えば、医師が診断を行うのをアシストするためにＥＣＧ／ＥＫＧを示すためのディスプレイパネル又はプリンタであってよい。

いくつかの実施形態では、ＥＣＧ／ＥＫＧ電極はデジタル信号を収集することができ、及びしたがって、デジタルＥＣＧ／ＥＫＧ信号はデジタル信号処理ユニット１４に直接送信される。以下のＲピークを決定するための方法は、上記システム１のデジタル信号処理部１４への適用に限定されない。

図２は、本発明の一実施形態による、ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスのＲピークを決定するための方法のフローチャートを概略的に示す。図３は、ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスの一例を概略的に示す。この実施形態の方法は、図１に示す上記のシステム１によって自動的に実行されるステップＳ５０２〜Ｓ５１４を包含することができる。図２に示すように、方法はステップＳ５０２から開始する。ステップＳ５０２において、（図３に示されるような）ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックス１００は、例えばＥＣＧ／ＥＫＧ電極によって提供される。例えば、ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックス１００は、例えば約６０秒間、患者からのＥＣＧ／ＥＫＧ信号を受信する、ＥＣＧ／ＥＫＧ電極を利用することにより、測定及び記録することができる。ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックス１００は、１２個のリードの信号のうちの少なくとも１つを包含し得る。ステップＳ５０４では、ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックス１００が提供された後、ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックス１００の最大ピークＭＰＫが、例えばデジタル信号処理ユニットによって取得される。例えば、最大ピークＭＰＫは、最大の電圧ＶＴ１を持つＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスの１ポイントを検索することにより見つけることができる。

ステップＳ５０６では、最大ピークＭＰＫの最大電圧ＶＴ１の半分（例えば電圧ＶＴ２）が計算され、且つ、例えばデジタル信号処理ユニットによって閾値電圧として定義される。ステップＳ５０８では、Ｒピーク数推定ステップが実行されて、ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックス１００のすべてのＲピーク（Ｎ）の推定数と、閾値電圧より大きい電圧を有するＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックス１００の複数のピークＰＫとが取得される。例えば、ピークＰＫは、最大電圧ＶＴ１の半分より大きい電圧を持つＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスのピークポイントを検索することにより見つけることができる。

図４は、本発明の第２実施形態に係るＲピーク数推定プロセスのフローチャートを概略的に示す。図４に示すように、Ｒピーク数推定プロセスは、ステップＳ６０２〜Ｓ６１０を包含する。ステップＳ６０２において、閾値電圧（例えば、電圧ＶＴ２）よりも高い電圧を有するＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックス１００のピークＰＫが、閾値電圧に従って取得される。例えば、ピークＰＫは、デジタル信号処理ユニット内の比較器を使用して、閾値電圧よりも高い電圧を有するＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックス１００のピークポイントを探索することによって見つけられてもよい。ステップＳ６０４では、複数の時間間隔ＴＩが計算され、及び取得されてもよく、時間間隔ＴＩのそれぞれは、ピークＰＫのうちの隣接する２つの間にそれぞれ間隔が空けられる。例えば、時間間隔ＴＩは、対応する隣接ピークＰＫの時点間の間隔である。得られた時間間隔ＴＩのうちの２つは、同じであっても異なっていてもよい。ステップＳ６０６では、時間間隔ＴＩの少なくとも１つが時間間隔ＴＩの標準偏差の２倍よりも大きい場合、時間間隔ＴＩの少なくとも１つを削除して、残りの時間間隔ＴＩのデータが、隣接する２つの所望のＲピーク間の時間間隔に近づくようにする。標準偏差は、時間間隔ＴＩの変動又は分散の量の尺度である。具体的には、以下の式（１）により標準偏差を算出することができる。

ここで、ｓｄは標準偏差であり、ｎはピークの数であり、ｘ_１、ｘ_２、・・・、ｘ_ｎはピークＰＫの電圧であり、

はピークＰＫの電圧の平均である。ステップＳ６０８では、残り時間間隔ＴＩの平均が計算され、取得される。ステップＳ６１０において、Ｒピークの推定数（Ｎ）が評価され、残りの時間間隔ＴＩの平均及びＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックス１００の持続時間に従って取得される。例えば、Ｒピークの推定数（Ｎ）は、持続時間を残りの時間間隔ＴＩの平均で割ることによって得られる。平均は、例えば、残りの時間間隔ＴＩの平均、中央値又は最頻値(mode)であり得るが、それに限定されない。

ステップＳ５１０では、Ｒピークの推定数（Ｎ）とピーク数ＰＫ（ｎ）を取得した後、ピーク数ＰＫ（ｎ）がＲピークの推定数（Ｎ）と等しいか否かを、デジタル信号処理ユニットによって決定する。ピークＰＫの数（ｎ）がＲピークの推定数（Ｎ）に等しい場合、方法はステップＳ５１２に進み、ここで、ピークＰＫがＲピークと見なされる。したがって、すべてのＲピークを見つけることができ、且つ方法は終了する。

ピークＰＫの数（ｎ）がＲピークの推定数（Ｎ）と等しくない場合、方法はステップＳ５１４に進み、且つ閾値電圧を所定の電圧だけ増加又は減少させて別の閾値電圧にすることを包含する。例えば、閾値電圧は、デジタル信号処理ユニットによって増加又は減少され得る。所定の電圧は、デジタル信号処理ユニットにプリセット又は格納され得る。次に、方法はステップＳ５０８に戻り、Ｒピークの推定数が発見されたピークＰＫの数と等しくなるまで、前記別の閾値電圧に基づいてピークＰＫを見つけるためにＲピーク数推定プロセスが再度実行される。具体的には、ピークＰＫの数（ｎ）がＲピークの推定数（Ｎ）よりも少ない場合には、閾値電圧を別の閾値電圧まで低下させ、且つＲピーク数推定プロセスを再度行う。他方、ピークＰＫの数（ｎ）がＲピークの推定数（Ｎ）よりも多い場合には、閾値電圧を別の閾値電圧まで増加させ、且つＲピーク数推定プロセスを再度行う。

心臓の拍動周期が突然変化しないため、Ｒピーク間の時間間隔ＴＩはほぼ同じであることに注意されたい。また、隣接するＲピークの電圧は類似しており、且つ十分に大きいため、閾値電圧を調整することでピークを見つけることができ、時間間隔ＴＩを推定できる。このため、閾値電圧を調整するループにより、Ｒピークの数を容易かつ正確に求めることができ、それにより、Ｒピークの位置を特定することができる。

上述したように、本発明のＲピークを決定するための方法では、Ｒピークを決定するための計算が単純かつ容易であるので、ウェーブレットベースのアプローチの複雑な計算が必要とされない。ため、及びしたがって、当該方法は、ポータブルデバイスで容易に実装される。また、当該方法は、単純な計算のためにさらにエネルギー節約効果を達成することができ、かつ／又はＥＣＧ／ＥＫＧに事前に注釈を付ける必要がない場合がある。

当業者は、本発明の教示を保持しながら、装置及び方法の多くの修正及び変更を行うことができることを容易に理解するであろう。したがって、上記の開示は、添付の特許請求の範囲の境界によってのみ限定されると解釈されるべきである。

１システム
１２ＥＣＧ／ＥＫＧシステム
１４デジタル信号処理ユニット
１６アナログ信号処理ユニット
１８Ａ／Ｄ変換ユニット
２０入出力ユニット
１４１パターン認識ユニット

Claims

心電図（ＥＣＧ／ＥＫＧ）のＲピークを決定する方法であって、
ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスを提供すること；
前記ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスの最大ピークを取得すること；
前記最大ピークの最大電圧の半分を閾値電圧として定義すること；
Ｒピーク数推定プロセスを実行して、前記閾値電圧よりも高い電圧で、前記ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスのすべてのＲピークの推定数及び前記ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスの複数のピークを取得すること；
前記複数のピークの数が前記すべてのＲピークの推定数に等しいかどうかを決定すること；及び
前記複数のピークの前記数が前記すべてのＲピークの推定数と等しい場合、前記複数のピークは前記すべてのＲピークと見なされること；
を含むＥＣＧ／ＥＫＧのＲピークを決定する方法。
前記複数のピークの数が前記すべてのＲピークの推定数よりも少ない場合、当該方法は、前記閾値電圧を減少させること、及び前記Ｒピーク数推定プロセスを再度実行することをさらに含む、請求項１に記載のＥＣＧ／ＥＫＧのＲピークを決定する方法。
前記複数のピークの数が、前記すべてのＲピークの推定数より大きい場合、当該方法は、前記閾値電圧を増加させること、及び前記Ｒピーク数推定プロセスを再度実行すること、をさらに含む、請求項１に記載のＥＣＧ／ＥＫＧのＲピークを決定する方法。
前記Ｒピーク数推定プロセスが、
前記閾値電圧に従って、前記閾値電圧よりも大きい電圧を有する前記ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスの前記複数のピークを取得すること；
複数の時間間隔を取得することであって、ここで、前記複数の時間間隔のうちの１つは、前記複数のピークのうちの隣接する２つのピークの間に間隔を置いて配置されること；
前記複数の時間間隔のうちの少なくとも１つが前記複数の時間間隔の標準偏差の２倍よりも大きい場合、前記複数の時間間隔のうちの少なくとも１つを除去すること；
前記複数の時間間隔の残りの時間間隔の平均を取得すること；及び
前記残りの時間間隔の前記平均と前記ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスの持続時間に従って、前記すべてのＲピークの推定数を取得すること；
を含む、請求項１に記載のＥＣＧ／ＥＫＧのＲピークを決定する方法。
前記平均は、前記残りの時間間隔の平均、中央値又は最頻値である、請求項４に記載のＥＣＧ／ＥＫＧのＲピークを決定する方法。
前記すべてのＲピークの推定数が、前記ＥＣＧ／ＥＫＧコンプレックスの前記持続時間を前記残りの時間間隔の平均で割ることによって得られる、請求項４に記載のＥＣＧ／ＥＫＧのＲピークを決定する方法。