JP4336712B2 - 密接した複数の心信号を表示する方法及び電子生理学的電算機システム - Google Patents

Description

本発明は心臓から得られる電気信号を処理及び表示するためのシステムに関し、特に、心電信号を処理し、その電気信号を多色構成で表示することにより利用者が複数個の信号を識別するのを支援し、またその重なり部分を示すためのシステムに関する。

ある種の心臓不整脈は洞結節以外の心臓組織内の部位が引き金となり、引き起こされる。これらの不整脈は本来「病巣」と分類される。限局的不整脈の処置は一般に不整脈発生部位を位置特定しそれを除去する工程を含む。病巣部位を局所的に位置特定する一つの方法として、診断的１２誘導心電図を利用する方法がある。この１２誘導は、移動心臓内カテーテルを介しての歩調取りに関連して用いられ、心臓をペースマッピングする。この方法の理論的根拠は、サイクル長（即ち、歩調取りされた心拍速度）と歩調取り部位が、歩調取りのない心拍速度と起点の病巣部位に一致する場合、歩調取りされた１２誘導心電図が非歩調取り心電図と同一になると仮定する。

この方法（現状のやり方）は、非歩調取り１２誘導心電図と歩調取り１２誘導心電図とを視覚的に比較する際の主観性の問題を伴う。同様の問題が心臓内誘導線またはデータ格納装置から得られる心信号を見る際にも発生する。

第二の問題点としては、通常、自発的な異所性心拍を記録し用紙に印刷する処理に時間がかかることが挙げられる。移動マッピングカテーテルを期外収縮が最も起こりそうな部位に位置決めし、歩調取りを開始し、記録をし、プリント出力をして、自発的な心拍と歩調取りされた心拍の印刷出力を並べて目視で比較をする。この処理を自発性異所性心拍と歩調取りされた心拍がうまく整合したと医師が判断するまで何回も繰り返す。

心電図（例えば、関心のある心拍）の成分と直近の心信号等の参照テンプレートとを医師が簡単に比較出来ることは価値あるツールであることは当然であろう。データ信号（例えば、一の心信号）とテンプレート信号（例えば、直近の心信号）間の比較は、プリントアウトを重ね合わせる上記の方法等、異なる様々な方法で行うことが可能である。しかし、これらの技法は全て、医師がプリントアウトを目視で比較し難いという、不都合を伴っている。

プリントアウトを物理的に重ねることに比較して、心信号を電子表示装置（モニター）に表示すると、通常、これらは、複数の信号一つを第一の表示座標に、残りの信号を第一の表示座標の上か下かに配置される第二の表示座標上に配置し表示する。換言すれば、これらの信号は互いに独立して表示されるが、これは利用者にとっては、二つの信号の比較を困難にする。というのも、これらの信号は互いに重ねられてないので心電図の異なる成分の目視による比較が複雑になり、人為的間違いを起こしやすいからである。

その結果、電子表示装置上において一つの心信号を他の心信号に重ね、医師がそのデータ信号（一つの心信号）をテンプレート信号（テンプレート心信号）と比較可能にしたシステムが開発されてきている。しかし、二つの信号を表示信号上で重ね合わせると、これらの二つの信号が表示装置上に同じ色で示されるという新たな不都合が発生する。そのため、医師にとっては信号同士を識別するのが困難になってしまう。また、医師は二つの信号間のベストマッチ（即ち、最良の重畳）がどこにあるかを確認することに興味があり、医師にとって関心のあるのは、これらの信号間の完全な重畳がどこにあるか、或いは二つの信号がどこで酷似しているかを見極めることである。しかしながら、従来の、信号重ね合わせの技法では、医師が必ずしも二つの信号を識別可能である訳ではなく、取り分け、一の心信号の複数の波成分を検討する状況からみると尚更である。

心電図は通常、Ｐ波と呼ばれる、心房から発する初期インパルスを含み、その後、心室から発するＱＲＳ群が続き、更に、心室の再分極から生じるＴ波が続く（図１）。このように、心拍はＰ波から始まりＴ波で終わり、次の心拍がまた別のＰ波から始まる。Ｐ波は臨床医にとって心臓の状態を診断する際の貴重なツールとなり得る。このように、臨床医はしばしば心臓の心電図（ECG）を観察し、心房性及び心室性の不整脈の診断に用いる。これは様々な方法で行われるが、最も一般的な技法は胸腔カテーテルに保持される心内電極に記録される生体電気的活動を観察すると共に１２誘導（表面）心電図を観ることにより行われる。

したがって、臨床医がより効率良く、より具体的にペースマッピングできる方法が引き続き必要とされていることは明らかであり、テンプレート信号（例えば、別の心信号）にデータ信号（関心のある心信号）を重ねて表示し、これら二つの信号間の重なり合い又は密接さを明示するための効率良い効果的な技法が切望されている。

本発明は、一定の態様において、心臓の活動を示す入力電気信号を処理し、その電気信号を多色構成に基づき表示し、医療実務者が一の心信号を別の信号と容易に区別可能にし、更に重要なことに、二つの信号が一致或いは密接する領域を見極めることを可能にする処理により、リアルタイムのペースマッピング及びその他の心臓の解析を客観的に、かつ効率的に実行するコンピュータ化された方法を医療実務者に提供する。

一態様において、密接する複数の心信号を表示する方法が与えられ、この方法は（ａ）テンプレート信号とデータ信号の一又は複数の重なり部分を特定し、（ｂ）表示装置に表示する際に、重なり部分を第一の色になるように処理し、（ｃ）テンプレート信号の非重なり部分を第二の色になるように処理し、（ｄ）データ信号の非重なり部分を第三の色になるように処理し、（ｅ）前記処理された信号を表示する工程を含む。

本システム及び方法は、利用者が電子生理学的処理の際に二つの信号の重なり部分を速やかに特定するのを支援し、テンプレートマッチング動作の際に複数の信号が密接する、或いは完全に一致する箇所における、異なる信号の混合を回避する。このことは従来のシステム及び方法に対する顕著な進歩であり、従来は、二つの信号を重畳表示した場合、二つの信号が重なり合った、或いは密接に近似した領域を実務者が迅速かつ容易に判定することが非常に困難であった。

通常、モニタ上の同一座標にマッピングされる複数の色は、従来の（色相環原理に基づく）色の重ね合わせにより混色することが期待される。しかし、通常、このような混色は色表示において元の二つの色との明確な違いをもたらすコントラストを持たない。このことは隣接する複数のピクセルが個々の色を表示する際に特に当てはまる。例えば、黄色と赤が混色し橙になるが、黄色と赤が（色相環上で）橙に近いことが、橙を区別するのを困難にし、オペレータは信号の重なり具合を判断出来なくなってしまう。

本発明の特徴によれば、重なり合う又は密接する信号部分への単色の割り当は、データ信号とテンプレート信号に用いられる各色の五分五分の混色に拠るのではなく、任意に選択される。好適には、データ信号とテンプレート信号は二つの原色（赤、黄、青）であり、重なり合う又は密接する信号部分は、第三の原色にすることが好ましい。表示において、二つの原色と組み合わせて等和色（橙、紫、緑）を用いる場合には、二つの原色に挟まれる等和色を用いないことが好ましい。

実務者は信号の一致の度合いを示す棒グラフや重畳された心信号等の視覚支援により、誘導される。これらの信号の照合により、患者の診断を支援でき、また、進行中の処置、例えば切除処理等、の効率化を支援できる。

本発明のその他の態様、特徴、効果は、以下の例示実施形態の詳細な説明と添付図面より、より明確に理解されることであろう。

本発明の好適実施形態により実施可能な方法の理解を助ける為に、各見出しにおいて幾つかの適切な態様を以下に検討する。

テンプレートマッチング／ペースマッピング
記録された心電図波形であればどのようなものであってもそれを基準として、別の記録された心電図波形又はリアルタイム心電図波形と比較することに用いることが出来る。その比較は２段階処理で行われ、まず、利用者が参照テンプレートを選び、比較テンプレートとして使用する一つの心電図波形セグメントの始点及び終点を記述する。次に、利用者は、既に記録されたデータから、或いはリアルタイムのデータストリームから、比較に使用するデータの領域を選択する。相応に構成されたコンピュータプロセッサーにより、指定された領域において参照テンプレートに対する最も一致するもの（ｂｅｓｔ ｍａｔｃｈ：ベストマッチ）を見つけることが可能であり、或いはリアルタイム解析の場合、所定期間について、例えば毎秒ごとに更新されるベストマッチを見つけることが可能である。「ベストマッチ」の基準は、心電図の１２個全ての誘導線についての相関係数計算を用い、最良の整合を見つける。この計算の前に、より少数の、例えば一つの誘導線について相関評価を行い、参照テンプレートを関心のあるデータの選択領域にそろえてもよい。解析する心拍に基準心拍（テンプレート）を重ね合わせて示す視覚表示により、この組み合わせの類似性を利用者にフィードバックする。心電図の各誘導線に関して計算された相関係数は、一致についての定量的指標を与える。また、複合平均を計算し、これを特殊なカラー強調された棒グラフ指標で表示する。この指標はリアルタイムのテンプレートマッチングが行われる際に特に有効である。その複合平均は、予め設定された心拍数についての移動平均として更新可能である。

テンプレートマッチングは、二つの自発的心拍を比較するのに用いることができ、或いはペースマッピング、即ち、歩調取りされた心拍と自発的心拍を比較することに用いることができる。利用者は関心領域（ＲＯＩ）指標を工夫することにより、解析から波形のある程度の部分を除外することが出来る。これはペースマッピング時、体表面誘導線上の歩調取りする検査目的外の変化（ａｒｔｉｆａｃｔｓ）を解析領域から除外する場合に有効である。ＲＯＩ指標は、しばしば形態的にとても似ている、Ｔ波又はＰ波マッチングの選択を指定する際にも用いることが出来る。

Ｔ波減算
Ｐ波とＴ波の重なりを有する心電図を処理してＴ波を除去し、Ｐ波のみを他に何も重なるもの無く表示する方法が提供され、これにより、臨床医は心臓の診断をする際にそのＰ波を観察出来る。

図１は、明確なＰ波及びＴ波が特定可能な３回の心拍についての正常な心電図であり、これを参照する。図２は、三番目の心拍（Ｐ’）のＰ波が早く到着し、二番目の心拍のＴ波により覆い隠された状態を示す。これは、「Ｐ波のＴ波への複合」と呼ばれる状態になり、図において、ＱＲＳ−Ｔ−Ｐ’として示される。

一般に、本方法によれば、心臓期外収縮（ＰＡＣ）のない１心拍のＱＲＳ−Ｔセグメントをテンプレートとして選択する。このテンプレートを検査対象のＰＡＣの中のＱＲＳ−Ｔ−Ｐ’から差し引くと、Ｐ波が得られる。テンプレートとして用いるＱＲＳ−Ｔ信号は、一つの心拍でも良いし、或いは複数の心拍の平均から導出することも可能である。テンプレートとして用いられるＱＲＳ−Ｔ信号（又は平均）は、先行するＱＲＳ−ＱＲＳ間隔が検査対象のＱＲＳ−Ｔ−Ｐ’信号の直前のＱＲＳ−ＱＲＳ間隔に等しく（或いは、ほぼ等しく）なるものを選択する。好ましくは、ＰＡＣの直前の心拍を選択ＱＲＳ−Ｔテンプレートとして用いるのがよい。というのは、この心拍と次に続くＰＡＣ及び「Ｐ波のＴ波への複合」を含む心拍の周期長及び血流力学的条件がほぼ一致するからである（図２及び３参照）。

ＱＲＳ群は、ＱＲＳ−ＴテンプレートとＰＡＣ心拍を同期し、位置合わせし、減算するための手段として用いられる。この位置合わせは、１２誘導心電図についての複合相関係数に基づいてベストマッチを求めるアルゴリズムにより自動化される。実務者は、サンプルごとにそれぞれの新しい位置で得られ更新される複合相関係数に従いテンプレートマッチを左右にずらすオプションを有する。また、実務者は先行の、或いは後続のＱＲＳ−Ｔセグメントを参照テンプレートとして選択するオプションも有する。ソフトウェアは先行の、或いは後続の心拍を現状の参照テンプレートに基づいて自動的に特定し、その心拍の対応するＱＲＳ−Ｔセグメントを導出Ｐ波の計算における新しい参照テンプレートとして利用する。

導出Ｐ波のみ、又は元のＰＡＣ心拍或いは参照テンプレートを重畳した導出Ｐ波を示す異なる表示を、補助資料として実務者に対し提供することが出来る。

Ｔ波減算法を用いて導出されたＰ波を更に信号処理し、呼吸やノイズによる検査目的以外の不必要な成分を除去することが出来る。

３．導出Ｐ波のテンプレートマッチング
頻拍又は心房期外収縮（ＰＡＣ）から導出Ｐ波が特定されると、この導出Ｐ波を既に得た参照テンプレートと比較することが出来る。

３ａ．具体的には、一または複数の自発的Ｐ波が上記の減算法を用いることで特定でき、相関波形解析を用いて互いに比較することが出来る。これにより、複数の自発的Ｐ波が同じ限局起源であるかどうかを判定することが出来る。この判定は、リアルタイムでも或いは記録済データを再検討することよっても可能である。

３ｂ．更に一または複数の導出された自発的Ｐ波を特定でき、既知の限局起源のＰ波の蓄積資料と比較し、最も可能性の高い起源部位を予見することが出来る。

３ｃ．また、上記したように、導出された自発的Ｐ波がＴ波減算法により特定されると、実務者は、既に述べたテンプレートマッチング／ペースマッピング方法に従い心房ペースマッピングを開始することが出来る。導出され歩調取りされたＰ波が導出の自発的Ｐ波とほぼ一致するまで、移動ペースマッピングカテーテルは心房（又は肺静脈等の近傍の血管）内で操作される。この導出Ｐ波の比較は、前もって記録したデータに基づいて、或いはリアルタイムで行うことが出来る。

より一般的には、タイミング及び強度の関係により個々の波形が見にくくなったり、隠されてしまい、二またはそれ以上の波形Ｘ、Ｙ．．．が１つの複合波形を形成することがある。複合波形は、非同期副成分に重なる同期副成分を含んでいる。もし、単独の、純粋な副成分波形（例えば、Ｘ或いはＹ）が特定でき、かつ、それが複合波形に同期可能にする同等のタイミング特性を持っている（即ち、この特定された副成分が同期副成分である）場合、複合波形からこれを減算することにより、一又は複数のその他の副成分波形（即ち、一又は複数非同期副成分）を導出することが出来る。導出された、又は自然状態の、又は、歩調取り誘導された、複数の副成分波形は、相関解析を用いて互いに定量的に比較することが可能である。この解析は、後から行うことも、或いはリアルタイムでも出来る。当業者においては、波形形状の比較にこれらに限定するわけではないが、ビン区域法や積分、様々なアルゴリズムを利用可能であることは容易に理解されるであろう。これらの方法のいずれもが複数の複合波形の同期成分を位置合わせしたり、及び／又は、複数の導出結果を比較したりするという目的を支援することが可能である。

この、より一般的な教示による方法は、上述のように行われる。具体的には、本方法は、ＰＡＣ心拍からＰ波を導出する時とほぼ同様に行われるが、より一般的に、心拍信号の同期副成分を選択し、利用者に選択された同期副成分の始点及び終点を指定させ、選択された同期副成分の指定された始点及び終点間の波形セグメントを参照テンプレートとして定義し、複数の誘導線から、信号処理装置にて複合波形を獲得し、複合波形心拍を処理し非同期副成分を導く工程を含む。

ここで図面、特に図４を参照し、本発明の一例示実施形態による、電気信号を受信し処理するシステム１０を示す。この例示実施形態において、システム１０は、標準的な１２誘導心電図、心臓内誘導線、或いはこれらの組み合わせ等の様々な形態をとりうる信号検知装置１２を有する。この信号検知装置は、信号処理装置１４に電気的に接続され、この信号処理装置は装置１２から検出信号を受信し、信号を以下に詳説するように処理する。信号処理装置（「信号プロセッサー」或いは「プロセッサー」）１４は、好ましくは、適当な表示装置１６に接続され、この表示装置が臨床医又はその他関心のある者に処理された信号を提示する。情報は保存でき、格納装置１８から呼び出し可能である。信号処理装置１４及び表示装置１６は、ニュージャージー州ミューラリーヒルのＣ．Ｒ．バード社（C.R. Bard, Inc., Murray Hill, New Jearsey）のEPラボシステム（EP LabSystem (商標)）等で構成されることが好ましい。このEPラボシステム（商標）は、電子生理学処理における標準的な種々のデータ採取及び処理機能に対応しており、そのハードウェア（即ち、プロセッサー１４）は例えばソフトウェア（例えばモジュール、処理、関数、或いはオブジェクト）又はファームウェアを介して、前述の減算及び導出法を実行するように構成されている。プロセッサー１４は、メモリ、即ち格納装置１８と通信し、このメモリがプロセッサーが上述の減算及び導出法（及び以下に示す積分技法）を実行するように設定する。

一例示実施形態において、本発明のシステムの特殊機能は、部分的に信号処理装置１４のメモリに格納されるプログラム情報を用いてプロセッサーにより実行される。プロセッサー１４は、必要に応じて一又は複数のファイルにアクセスでき、図５及び図６と共に詳説するように必要な機能を実行する。

次に、図５を参照し、本発明の信号処理装置１４の動作をシステム１０の上記構造記述に沿って説明する。図５に示すように、臨床医の参照テンプレート作成要請によりこの処理は開始し、ステップ５０２に示すように参照心電図信号を取り込むことにより始まる。好ましくは、参照心電図信号は、標準１２誘導装置、及び／又は、一又は複数の心臓内誘導線を用いて取り込まれる。図２に関連して説明すれば、「Ｐ波のＴ波への複合」の無い一心拍のＱＲＳ−Ｔ信号成分をテンプレートとして選択し、これがステップ５０２で取り込まれる心電信号成分群である。このような心拍は洞調律で、或いは、頻拍等の限局性不整脈の際に取り込むことが出来る。更に、参照テンプレートは、体表面の信号、もしくは心臓内の様々な部位に設置可能な心臓内誘導線からの信号、又は体表面及び心臓内の誘導線からの信号の組み合わせのいずれかで取り込まれた信号から得られると考えられる。このテンプレートとして用いられるＱＲＳ−Ｔ信号は、単独の心拍から取り込むことが可能であり、或いは複数の心拍の平均から導出される信号でもよい。

ステップ５０４で、臨床医が信号処理装置１４に対してインターフェースにより参照テンプレートの始点及び終点を指定する。これらの指定された点が比較テンプレートとして使用する心電図波形セグメントを定義する。

ステップ５０６において、臨床医はテンプレートマッチング解析に用いるデータが記録済データかリアルタイムデータかを選択する。（このステップは、例えば、ステップ５０２と５０４を実行する前等、ステップ５０８の波形マッチング解析の前であればいつ行ってもよい。）テンプレートマッチング解析に記録済データが使用される場合には、事前に記録されたデータの指定領域が信号処理装置に供給され、参照テンプレートと比較される。一方、テンプレートマッチング解析にリアルタイムデータが使用される場合には、心電図誘導線からのデータストリームが信号処理装置１４に所定時間供給され、参照テンプレートと比較される。

ステップ５０８で信号プロセッサー１４は「ベストマッチ」を探す。即ち、選択された領域、或いは期間と参照テンプレートとの間の最良の整合を見出す。

ステップ５１０で表示装置１６を更新し、臨床医（或いはその他の者）にテンプレートマッチの結果を示す。結果は、複数の心電図波形信号を重ね合わせたもの、つまり参照心拍（テンプレート）を解析する心拍に重ね合わせたものとして、その整合の度合いを定性的に示しても良いし、或いは各心電図誘導線について計算した相関係数として定量的に示してもよい。また複合平均を計算し表示するのも好ましい。これを図８に示すコンピュータ表示に示す。

ステップ５１２では、ステップ５０６で利用者がリアルタイム処理を選択したかどうかの判定が行われる。リアルタイム処理であれば、ステップ５０８に戻り、再びテンプレートマッチング解析を行い、それに基づき表示を更新する。それ以外の場合、以前に記録されたセグメントを解析中であれば、利用者は、解析を保存するか否かの選択（ステップ５１４で判定）をして、ステップ５１６に示すように相関解析を保存する。リアルタイム解析も必要に応じて保存することが出来る。

ここで、図６を参照し、本発明の信号処理装置１４の動作をシステム１０の上記構造記述に沿って説明する。図６に示すように、臨床医がＰＡＣを取り込み、そのＰＡＣからＱＲＳ−Ｔ参照テンプレートの減算を要請すると、この処理がステップ６０２から開始する。臨床医は、ステップ６０４で（上述のように）ＱＲＳ−Ｔ参照テンプレートにマーキング指定を行い、解析のためにＰＡＣを含む領域をステップ６０６で選択する。ステップ６０８で、参照テンプレートのＱＲＳ部をそのＰＡＣの直前のＱＲＳ群に正確（ｂｅｓｔ ｆｉｔ）に重ね合わせる。正確に合ったら、プロセッサー１４はステップ６１０でそのＰＡＣのＱＲＳ−Ｔ−Ｐ’セグメントからＱＲＳ−Ｔ参照テンプレートを差し引く。

この差が導出Ｐ波であり、これをステップ６１２で表示装置１６に出力する。これを図７のコンピュータ表示に示す。ここで、左側のウィンドウは、二つの鉛直線（上部の１４秒指標の前の破線（矢印で強調）と１４秒指標の直ぐ後の実線）間の選択されたＱＲＳ−Ｔ参照テンプレートを表示する。右側のウィンドウは、元々のＰＡＣ波形と、心電図の最初の１５秒間に出現する部分に導出Ｐ波を重ね合わせたものを表示する。重合わされた導出Ｐ波は、心電図信号に重畳された第二のグラフとして現れる。コンピュータ表示上、或いはプリントアウト上での目視による比較のために自動的に複数の波形を重ね合わせるように視覚支援をすることが出来る。

図８は、オペレータに対し表示可能なテンプレートマッチング（減算無し）の表示例を示す。左側のウィンドウは、参照テンプレートの存在と使用を示すマーカーを表示する。参照テンプレートは、左端の鉛直線（矢印で強調）から開始し、第二の鉛直線で終了する。この例において、参照テンプレートはＰ波の始点及び終点を示すが、関心領域がテンプレートとして使用する為に指定されていれば、どのような波形セグメントでも使用可能である。参照テンプレートとの比較として、右側の大きなウィンドウは１２誘導心電図の各チャンネルの相関値を示す。最も右にある棒グラフはこの例では使われていないが、これは、解析領域は医療処理中に採取されるリアルタイムデータではなく、記録済データから得られるからである。

ステップ６１４で判定される利用者の望む入力に応答して、データの保存、印刷、或いはその両方を必要に応じてステップ６１６で行う。

これまでの説明で、本発明が重なり合うＰ波とＴ波を含む波形からＰ波を確実に効率よく回復する方法を提供することを、当業者には明らかになるであろう。更に、本発明のテンプレートマッチング機能により複数の心電図波形成分を元々の、或いは導出された状態で瞬時に客観的に比較できるという更なる利便性を提供する。また、ここで述べた相関、減算及び導出方法は、心臓内信号、又は体表面及び心臓内信号の組み合わせと同様に従来の１２誘導線体表面心電図信号から得られるデータにも適用される。

二つの波形が互いに高い相関を有するにもかかわらず、呼吸の影響による振幅の変動や位置変動により、二つが上手く整合しない場合がある。このような場合には、二つの波形を位置合わせし、一方から他方を差し引く際に問題となる。このため、通常は直近の心拍を参照（ＱＲＳ−Ｔ）とＰＡＣ（ＱＲＳ−Ｔ−Ｐ’）とするのが望ましい。これは、リアルタイムペースマッピングをする際にはいつでも可能であるとは限らず、また、実用的ではない。

次に、図９を参照し、Ｔ波の減算の特性を監視する方法について説明する。ステップ９０２で、減算処理を（図３及び図６に示し上述したように）行い、ＰＡＣ（ＱＲＳ−Ｔ−Ｐ’）からＱＲＳ−Ｔテンプレートを差し引き、波形を導出する。図９の方法は、実務者にとって関心のある、幾つかの測定を可能にする積分計算をすることにより実行される。これらの測定は、ＱＲＳ残余及びＴ波減算処理の特性の測定、ベースラインの移動があれば、その測定、及び減算処理に用いられるテンプレートの選択の最適化を含んでいるが、これらに限られる訳ではない。

ステップ９０４で、導出波形の面積を測定する。ステップ９０６で、その積分値を導出波形の長さで割り、その値を正規化する。更に、ステップ９０８で、正規化された積分値の振幅を測定し、心電図チャンネル入力における電圧として表示する。この電圧値をＱＲＳ残余と呼ぶ。

既に述べたように、相関解析を用いることにより、参照心電図テンプレートのＱＲＳセグメントとＰＡＣ心拍のＱＲＳセグメントを整合する。このように、更なる向上のために、導出波形の所謂ＱＲＳ残余に関する相関係数を用いて減算処理のために選択された二つの心拍間の一致の度合いを示すことが可能である。これらにより、テンプレートＱＲＳとＰＡＣのＱＲＳ間の整合、即ち同期特性の指標が提供される。完全な整合及び良好な減算結果であれば、導出ＱＲＳセグメントは平坦であり、テンプレートに対し高い相関を示すはずであり、ＱＲＳ残余は非常に小さく、絶対振幅（ドリフトを含む）の小さな差を示すはずである。

次に、図１０乃至図１３を参照し、別の実施形態によるテンプレートマッチング処理及び表示を説明する。システム２００が提供され、これは信号検出装置２１０を含む。信号検出装置２１０は、標準１２誘導心電図、心臓内誘導線、或いはこれらの組み合わせ等、といった異なる形態をとりうる。この信号検出装置２１０は、信号処理装置２１２に電気的に接続される。信号処理装置は装置２１０から検出信号を受取り、以下に更に詳しく示すように、その信号を処理する。信号処理装置（「信号プロセッサー」或いは「プロセッサー」）２１２は好ましくは、適当な表示装置２２０に接続され、この表示装置が臨床医または、その他関心ある者に多色形態の処理信号を提示し、各信号を互いに識別するのを支援し、互いに一致する（重なり合う）或いは、互いに酷似する信号の部分を以下に述べるように表示する。情報は保存でき、格納装置２３０から呼び出し可能である。

信号処理装置２１２及び表示装置２２０は所期の機能を果たし、ここに記載する所期の用途のために設計された装置である。例えば、処理装置２１２及び表示装置２２０は、市場から調達可能な、ニュージャージー州ミューラリーヒルのＣ．Ｒ．バード社（C.R. Bard, Inc., Murray Hill, New Jearsey）のEPラボシステム（EP LabSystem (商標)）或いはこれらの改訂版や、他の製造業者の別の装置であってもよい。この信号処理装置２１２は、電子生理学処理における種々の標準的なデータ採取及び処理機能に対応しており、そのハードウェア（即ち、プロセッサー２１２）は例えばソフトウェア（例えばモジュール、処理、関数、或いはオブジェクト）又はファームウェアを介してここで述べる処理演算を実行するように構成されている。プロセッサー２１２はメモリ、即ち格納装置２３０と通信し、このメモリがプロセッサー２１２がここで述べる積分技法及びその他の処理方法を実行するように設置する。

一の例示実施形態において、システム２００の特徴は、部分的に信号処理装置２１２のメモリに格納されるプログラム情報を用いてプロセッサーにより実行される。プロセッサー２１２は、必要に応じて一又は複数のファイルにアクセスでき、ここに述べる必要な機能を実行する。

図１１乃至図１３を参照し、信号処理装置２１２の動作をシステム２００の上記構造記述に沿って説明する。図１１に示すように、臨床医の参照テンプレート作成要請によりこの処理は開始し、ステップ１０００に示すように参照心電図信号を取り込むことにより始まる。好ましくは、その参照心電図信号は、標準１２誘導装置、及び／又は、一又は複数の心臓内誘導線を用いて取り込まれる。参照テンプレート（参照心電図信号）は、一心拍のＱＲＳ−Ｔ信号成分が「Ｐ波のＴ波への複合」のない心信号とし、これがステップ１０００で取り込まれる心電信号成分群である。このような心拍は洞調律で、或いは、頻拍等の限局不整脈の際に取り込むことが出来る。更に、参照テンプレートは、体表面、又は心臓内の様々な部位に設置可能な心臓内誘導線、又は体表面及び心臓内の誘導線の組み合わせから取り込まれた信号から得られると考えられる。このテンプレートとして用いられるＱＲＳ−Ｔ信号は、単独の心拍から取り込むことが可能であり、或いは複数の心拍の平均から導出される信号でもよい。尚、参照テンプレート信号はＱＲＳ−Ｔ信号の形で記述されるが、オペレータが参照テンプレート信号を別の方法で単にその指示をプロセッサー２１２に入力することにより（例えば、一群の心電信号成分群をテンプレート信号として指定することにより）定義することも出来る。このテンプレートは信号プロセッサー２１２により第一の色が割り当てられる。

ステップ１００２で、臨床医が信号処理装置２１２のインターフェースにより参照テンプレートの始点及び終点を指定することが出来る。これらの指定された点が比較テンプレートとして使用する心電図波形セグメントを定義する。

ステップ１００４において、臨床医は、テンプレートマッチング解析に用いるデータが記録済データかリアルタイムデータかを選択する。（このステップは、例えば、ステップ１０００と１００２を実行する前等、ステップ１００６の波形マッチング解析の前であればいつ行ってもよい。）テンプレートマッチング解析に記録済データが使用される場合には、事前に記録されたデータの指定領域が信号処理装置２１２に供給され、参照テンプレートと比較される。一方、テンプレートマッチング解析にリアルタイムデータが使用される場合には、心電計誘導線からのデータストリームが信号処理装置２１２に所定時間供給され、参照テンプレートと比較される。

この実施例によれば、信号プロセッサー２１２は、データ信号にテンプレート信号の第一の色と異なる第二の色を割り当てる。言い換えれば、信号プロセッサー２１２は、テンプレート信号に割り当てられる色に対し識別しやすい色をデータ信号に割り当てることにより、テンプレート信号がデータ信号に重畳される（重ね合わされる）際、二つの信号は二つの識別可能な異なる色で視覚表示されるので、臨床医（及びその他の者）は二つの信号を容易に識別することが出来る。

ステップ１００６で、信号プロセッサー２１２は「ベストマッチ」を探す。即ち、選択された領域又は期間と参照テンプレートとの間の最良の位置整合を見出す。簡単に言えば、ステップ１００６はまた、プロセッサー２１２が二つの信号のそれぞれに異なる色を割当て、それらの重なりあう部分に更に別の色を割り当てる工程と考えられる。色の割当は個々の信号と重なり合う又は密接する信号の表示に先行して行う必要があることは理解されよう。

ステップ１００８で表示装置２３０を更新し、臨床医（或いはその他の者）にテンプレートマッチの結果を上記多色構成を使って表示する。結果は複数の心電図波形信号を重ね合わせたもの、つまり参照心拍（テンプレート信号）を解析する心拍（データ信号）に重ね合わせたものとして、その整合の度合いを定性的に示しても良いし、或いは各心電図信号について計算した相関係数として定量的に示してもよい。また複合平均を計算し表示するのも好ましい。

ステップ１０１０の判定により、データ信号がリアルタイムで供給されるか否かを判定し、リアルタイム処理であればステップ１００６と１００８を繰り返す。そうでない場合には、本好適処理はデータをステップ１０１４で保存するか否かをステップ１０１２にて利用者に対し問う。

本実施形態によれば、二つの比較信号（テンプレートとデータ）を重ねる際、異なる識別可能な色を割当て表示装置２３０に表示し、また二つの信号が相応の閾値範囲内で重なり合う或いは一致する場合に第三の色を用いるという構成に基づき、システム２００は多色重畳システムと呼ぶことが出来る。図１２及び図１３において、第一の色のテンプレート信号を符号２３１で、第二の色のデータ信号を符号２３３で、重畳時の二つの波形の重なり合った、又は一致した部分を符号２３５で示すが、これは説明のためのものであり、異なる波形及びこれらの重なり合いは多色表示装置２３０を使えば容易に識別可能であることは理解されるであろう。

換言すれば、信号処理装置２１２は先ず、テンプレート信号を取り込み特定し、このテンプレート信号を表示装置２３０に表示する際このテンプレート信号に第一の色を割り当てる。同様に、データ信号が特定され、第二の色が割り当てられると、信号処理装置２１２がデータ信号上にテンプレート信号を重ね合わせ、これらの信号間の位置整合の度合いを示す。二つの信号を識別するために二つの色を使用するのが従来のデータ処理表示技法に比べての特長であり、従来は二つの信号を同じ色で表示したため、二つの信号が混合してしまい、臨床医はそれらの二つの信号を入念に観察するために非常に手間と時間を払う必要があった。二つの信号が一又は複数の領域で一致する場合には、状況は更に複雑になる。というのは、このような領域において二つの信号は、通常、互いに混合してしまい、そのため、二つの信号が実際に重なっているのか或いは僅かな距離をもって解離しているのかを判定するのが困難になってしまうからである。このような重なり領域を信号の非重なり部分の実線に対抗して、破線や点線等、その他のなんらかの標示により表示することが可能であるが、この識別方法でも信号が重なっているか否か、どこで重なっているかを臨床医が瞬時に見極めるには不十分であった。要するに、二つの信号が同色で表示され、重なり標示も同色で表示される場合、重なり領域を臨床医が瞬時に、かつ正確に判定することは困難である。

本システム２００では、複数の色を使うことにより、テンプレートとデータ信号を識別し、また、二つの信号が互い重なり合う（例えば、完全な一致する）部分、或いは、二つの信号が何らかのプログラムされた閾値範囲内にある部分をさらに異なる識別可能な色で表示するので、従来のシステムに関する上述の全ての欠点を解消する。二つの信号間の複数の異なる関係を示すために三つの色を用いるので、臨床医は容易に、かつ瞬時に表示装置２３０を一目見るだけでテンプレートとデータ信号の重なり又は一致の度合いを判定でき、更には、図１２及び図１３に示されるように重なり合う領域が独自の色をしているので、二つの信号が重なり合う正確な位置を判定することが出来る。

好ましくは、テンプレート信号とデータ信号が心電図において時間的及び位置的に密接していることが望ましく、また、これまで述べたＰＡＣの場合のように、テンプレート信号とデータ信号が部分的に重なり合っていることが望ましい。例えば、テンプレート信号とデータ信号の関係において、テンプレート信号が解析する心拍（データ信号）の直前の心信号（ＱＲＳ−Ｔ信号）となるように、或いはその逆、即ちデータ信号がテンプレート信号の直前の信号となるように、データ処理装置２１２を構成することが出来る。データ処理装置２１２は、テンプレート信号とデータ信号の関係を装置に入力し、容易に変更可能に構成可能にするといった、その他の様々な構成をとることも可能である。例えば、データ処理装置２１２において、データ信号がテンプレート信号に続く次の心信号とする、或いはその逆にするようにプログラムしてもよい。臨床医に有益な情報を提供するために、テンプレート信号とデータ信号が互いに密接していることが好ましく、これにより、臨床医はこれらの密接した信号を重ね合わせて比較でき、時間的に近接した複数の心拍を観察することにより心臓の挙動を把握することが出来る。

信号処理装置２１２が重なりを特定し、この部分に第三の色を割り当てる以前に必要とされるテンプレート信号波形とデータ信号波形間の整合の度合いは、臨床医等によってプログラム設定可能である。より具体的には、信号処理装置２１２は、テンプレート信号波形とデータ信号波形が完全に一致する部分を第三の色で表示するだけでなく、二つの波形の整合度がある閾値を超える部分をも広く重なり合っているとして第三の色で表示するようにプログラム設定可能である。例えば、信号処理装置２１２は、第三の色によりテンプレート信号波形とデータ信号波形間の百分率相関が所定の閾値、例えば９５％（或いは、９０％より大きい等のその他の入力値）を超える部分を表示するようにプログラム設定することが可能である。つまり、臨床医が見るために第三の色を使って指示強調する波形部は、必ずしも完全な一致（１００％相関）である必要はない。

このように本システム２００は、電気生理学処理の際に二つの信号の重なり部分を利用者が速やかに特定するのを支援し、テンプレートマッチングの際異なる信号が密接する場合にこれらの混同を防止する。

ここでの記述における「第一の色」、「第二の色」及び「第三の色」は、データ信号、テンプレート信号、重なり部分または密接する信号部分について、それぞれ互換性をもって用いることが可能であることは理解しておくべきである。

通常、モニタ上の同一座標にマッピングされる複数の色は、従来の（色相環原理に基づく）色の重ね合わせにより混ざり合うことが予想される。しかし、通常、このような混色は、色表示において元の二つの色との明確な違いをもたらすコントラストを持たない。このことは隣接する複数のピクセルが個々の色を表示する際に特に当てはまる。例えば、黄色と赤が混色し橙になるが、黄色と赤が（色相環上で）橙に近いことが、橙を見分けるのを困難にし、オペレータは信号の重なり具合を判断する能力をくじかれてしまう。

本発明の特徴によれば、重なり合う又は密接する信号部分への単色の割り当は、データ信号とテンプレート信号に用いられる各色の５０パーセントづつの混色により指示されるのではなく、任意に選択される。好適には、データ信号とテンプレート信号は二つの原色であり、重なり合う又は密接する信号部分は第三の原色にすることが好ましい。よく知られているように色相環は色の関係を記述している。色相環はいずれの二つの原色（赤、黄、青）も等和色（橙、紫、緑）で分けられるように配色される。各等和色は二つの原色に囲まれ、これらの原色成分を混合するとその囲まれた等和色が得られる。更に、補色同士は反対色であり、これらの反対色同士は最大限のコントラストを持つ。例えば、青と橙は紫と黄、赤と緑は互いに補色である。

既に述べたように、一の実施形態においては二つの信号と、重なり合う又は密接する部分とが、三原色で表示される。別の実施形態においては、前記信号と重なり合う又は密接する部分の内の二つが原色であり、残りが二つの信号に使われた原色の内の一方の補色となる。例えば、赤と青が二つの信号に使われる原色である場合、重なり合う又は密接する部分は橙又は緑（原色である青と赤の補色）のどちらかで表示出来る。重なり合う又は密接する部分を、二つの信号を表示するために用いる二つの原色に囲まれる等和色で表示すると、上述の混色問題を招くので、これを避けることが好ましい。

或いは、二つの信号と重なり合う又は密接する部分を３色の等和色で表示することも可能である。

ここまで本発明の好適な実施形態を述べたが、上記構成及びシステムは本発明の原理を単に説明するためのものであり、このほかの構成及びシステムが当業者により、以下（特許請求の範囲）に請求される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、考案され得ることは容易に理解されるところであろう。

図１は、正常な心拍の模式図である。 図２は、心房性期外収縮（ＰＡＣ）の模式図である。 図３は、Ｔ波減算の模式図である。 図４は、好適実施形態による方法を実施するようにプログラムされたシステムのブロック図である。 図５は、好適実施形態によるテンプレートマッチング処理を示す流れ図である。 図６は、好適実施形態によるＴ波減算処理を示す流れ図である。 図７は、操作者に表示可能なＴ波減算のための代表的なコンピュータ表示インターフェースである。 図８は、操作者に表示可能なテンプレートマッチングのための代表的なコンピュータ表示インターフェースである。 図９は、減算処理後のＱＲＳ＿Ｔセグメントの部分の積分を決定する方法を図解する。 図１０は、多色構成による複数の電気信号を表示する方法を実行するようにプログラムされたシステムのブロック図である。 図１１は、一好適実施形態によるテンプレートマッチング処理を示す流れ図である。 図１２は、操作者に表示可能な多色テンプレートマッチングの代表的表示である。 図１３は、一の例示システムの３色重畳特性を説明する図１２の表示の拡大部である。

Claims (30)

1. 密接した複数の心信号を表示する方法であって、
   テンプレート信号とデータ信号の一又は複数の重なり部分を特定し、
   表示装置に表示する際、前記重なり部分を第一の色になるように処理し、
   前記テンプレート信号の非重なり部分を第二の色になるように処理し、
   前記データ信号の非重なり部分を第三の色になるように処理し、
   前記処理された信号を表示する、
   工程を有する密接した複数の心信号を表示する方法。
2. 前記データ信号は、複数の心拍の平均から導出される信号である請求項１に記載の方法。
3. 前記重なり部分は、前記テンプレート信号と前記データ信号の互いに完全に一致する部分として定義される請求項１に記載の方法。
4. 前記重なり部分は、前記テンプレート信号と前記データ信号の部分で該テンプレート信号と該データ信号の百分率相関が所定の閾値を超過する部分として定義される請求項１に記載の方法。
5. 前記閾値は、９５％相関より高い請求項４に記載の方法。
6. 前記データ信号は、前記テンプレート信号を表す心拍の直後に生じる心拍である請求項１に記載の方法。
7. 前記データ信号は、前記テンプレート信号を表す心拍の直前の心拍である請求項１に記載の方法。
8. 前記テンプレート信号と前記データ信号間の最良の適合を特定するために用いられる相関係数計算の定量的指標を出力する工程を、さらに含む請求項１に記載の方法。
9. 前記定量的指標は、複数の誘導線より取り込まれたデータ信号から計算される前記相関係数の複合平均と、該複合平均の前記適合を示す棒グラフと、の内の一つである請求項８に記載の方法。
10. 前記テンプレート信号と前記データ信号間の最良の適合を特定するために、相関係数計算を実行する工程を、さらに含む請求項１に記載の方法。
11. 前記テンプレート信号と前記データ信号の処理は、
    参照心電図信号のＱＲＳ−Ｔセグメントを選択し、
    利用者が該選択された心電図信号の始点及び終点を指定することを可能にし、
    前記選択された心電図信号の前記指定された始点及び終点間の波形セグメントを参照テンプレートとして定義し、
    複数の誘導線からの前記データ信号を獲得し、
    前記テンプレート信号を前記データ信号に重ね合わせ、該データと該参照テンプレート間の重なりを第一の色で表すように、該テンプレート信号及び該データ信号を処理及び表示する、
    工程を含む請求項１に記載の方法。
12. 前記テンプレート信号を、格納装置に保存された複数の信号の蓄積資料から検索する工程を、さらに含む請求項１に記載の方法。
13. 前記第一の色を、第一の原色として割り当て、
    前記第二の色を、異なる第二の原色として割り当て、
    前記第三の色を、異なる第三の原色として割り当てる
    工程を、さらに含む請求項１に記載の方法。
14. 前記第二の色を、一原色として割り当て、
    前記第三の色を、別の原色として割り当て、
    前記第一の色を、前記第二、第三の色の一方の補色である等和色として割り当てる
    工程を、さらに含む請求項１に記載の方法。
15. 前記第一の色を、第一の等和色として割り当て、
    前記第二の色を、第二の異なる等和色とし割り当て、
    前記第三の色を、第三の異なる等和色として割り当てる
    工程を、さらに含む請求項１に記載の方法。
16. 密接する複数の心信号を表示する方法において、
    表示装置に表示する際にテンプレート信号が第一の色を有するように処理し、
    前記表示装置に表示する際に、データ信号が第二の色を有するように処理し、
    前記両信号の一方が、該両信号の他方の上に第三の色で重なるように前記両処理信号を表示する
    工程を有する密接する複数の心信号を表示する方法。
17. 電子生理学的電算機システムにおいて、プロセッサーは、
    テンプレート信号とデータ信号の一又は複数の重なり部分を特定し、
    表示装置に表示する際、前記重なり部分が第一の色を有するように処理し、
    前記テンプレート信号の非重なり部分が第二の色になるように処理し、
    前記データ信号の非重なり部分が第三の色になるように処理する
    工程を実行することにより、前記テンプレート信号と前記データ信号の前記重なり部分を表示する方法で、密接する複数の心信号を表示するように構成される電子生理学的電算機システム。
18. 前記テンプレート信号及び前記データ信号を表示する表示装置を、さらに含む請求項１７に記載のシステム。
19. 前記プロセッサーはさらに、前記テンプレート信号と前記データ信号間の最良の適合を特定するために用いられる相関係数の定量的指標を表示装置に出力するように構成されている請求項１７に記載のシステム。
20. 前記重なり部分は、前記テンプレート信号と前記データ信号の互いに完全に一致する部分として定義されている請求項１７に記載のシステム。
21. 各重なり部分は、前記テンプレート信号と前記データ信号の部分で該テンプレート信号と該データ信号間の百分率相関が所定の閾値を超過する部分として定義されている請求項１７に記載のシステム。
22. 前記閾値は、９５％相関より高い請求項２１に記載のシステム。
23. 前記データ信号は、前記テンプレート信号を表す心拍の直後に生じる心拍である請求項１７に記載のシステム。
24. 前記データ信号は、前記テンプレート信号を表す心拍の直前の心拍である請求項１７に記載のシステム。
25. 前記プロセッサーは、前記テンプレート信号と前記データ信号間の最良の適合を特定するために用いられる相関係数計算の定量的指標を出力するように構成されている請求項１７に記載のシステム。
26. 前記定量的指標は、複数の誘導線より取り込まれたデータ信号から計算される係数の複合平均と、該複合平均の前記適合を示す棒グラフと、の内の一つである請求項２５に記載のシステム。
27. 前記プロセッサーは、前記テンプレート信号と前記データ信号間の最良の適合を特定するための相関係数計算を実行するように構成されている請求項１７に記載のシステム。
28. 前記第一の色は第一の原色であり、前記第二の色は異なる第二の原色であり、第三の色は異なる第三の原色である請求項１７に記載のシステム。
29. 前記第二の色は一の原色であり、前記第三の色は別の原色であり、前記第一の色は該第二、第三の色の一方の補色である等和色である請求項１７に記載のシステム。
30. 前記第一の色は第一の等和色であり、前記第二の色は第二の異なる等和色であり、前記第三の色は第三の異なる等和色である請求項１７に記載のシステム。

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