JP5028579B2 - 不整脈信号検出装置および除細動装置 - Google Patents
不整脈信号検出装置および除細動装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5028579B2 JP5028579B2 JP2007036728A JP2007036728A JP5028579B2 JP 5028579 B2 JP5028579 B2 JP 5028579B2 JP 2007036728 A JP2007036728 A JP 2007036728A JP 2007036728 A JP2007036728 A JP 2007036728A JP 5028579 B2 JP5028579 B2 JP 5028579B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mutual information
- electrocardiogram
- arrhythmia
- information amount
- value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 206010003119 arrhythmia Diseases 0.000 title claims description 51
- 230000006793 arrhythmia Effects 0.000 title claims description 51
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 26
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 20
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 claims description 11
- 206010003668 atrial tachycardia Diseases 0.000 description 36
- 230000002861 ventricular Effects 0.000 description 35
- 208000003663 ventricular fibrillation Diseases 0.000 description 30
- 206010047302 ventricular tachycardia Diseases 0.000 description 30
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 21
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 11
- 206010047281 Ventricular arrhythmia Diseases 0.000 description 9
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 9
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 8
- 230000001746 atrial effect Effects 0.000 description 6
- 210000005240 left ventricle Anatomy 0.000 description 6
- 230000033764 rhythmic process Effects 0.000 description 6
- 210000005241 right ventricle Anatomy 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 3
- 208000007888 Sinus Tachycardia Diseases 0.000 description 2
- 208000001871 Tachycardia Diseases 0.000 description 2
- 206010061592 cardiac fibrillation Diseases 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000002565 electrocardiography Methods 0.000 description 2
- 230000002600 fibrillogenic effect Effects 0.000 description 2
- 210000002837 heart atrium Anatomy 0.000 description 2
- 231100000518 lethal Toxicity 0.000 description 2
- 230000001665 lethal effect Effects 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 210000001013 sinoatrial node Anatomy 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000006794 tachycardia Effects 0.000 description 2
- 206010001497 Agitation Diseases 0.000 description 1
- 208000003734 Supraventricular Tachycardia Diseases 0.000 description 1
- 206010042600 Supraventricular arrhythmias Diseases 0.000 description 1
- 206010065342 Supraventricular tachyarrhythmia Diseases 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 210000003748 coronary sinus Anatomy 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 231100001160 nonlethal Toxicity 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 210000005245 right atrium Anatomy 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Description
この特許文献1に記載された装置は、検出されたディジタルQRS波形を周波数パワー・スペクトルに変換し、特定の周波数領域で複数の成分に分割されたパワー・スペクトル値を出力し、ニューラル回路網に与え、検出されたQRS波形のパターンを認識し、正常な洞結節リズムと不整脈を識別するものである。この装置においては、QRS波形をそのままニューラル回路網処理に掛けずに、ニューラル回路網の処理対象を、心電信号の周波数解析による情報にした改善手法を入れることにより、正常な洞結節リズムと不整脈を識別している。
本発明は、心臓に配置された複数の電極からの心電信号を検出し、検出された複数の心電信号の相互情報量を算出し、算出された相互情報量が、所定のしきい値より小さいときに不整脈信号であると判定する不整脈信号の検出方法を提供する。
また、上記発明においては、前記時間幅および該時間幅内のサンプル数が、患者の様態や症状、心電信号の検出精度に合わせて変更可能であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記時間幅のシフト量を変更可能であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記複数の電極から検出された心電信号のレベルを非線形分割することとしてもよい。
上記発明においては、前記χ2統計量と複数の心電信号の同時生起頻度を算出し、その分散値が所定のしきい値より小さいときに、細動波形の状態にあると判定し、その分散値が所定のしきい値より大きいとき、心室頻拍波形であると判定することとしてもよい。
また、上記発明においては、前記時間幅および該時間幅内のサンプル数が、患者の様態や症状、心電信号の検出精度に合わせて変更可能であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記時間幅のシフト量を変更可能であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記複数の電極から検出された心電信号のレベルを非線形分割することとしてもよい。
本実施形態に係る不整脈信号の検出方法は、図1に示されるように、右心室および左心室に配置した電極により右心室内および左心室内からそれぞれ心電信号を取得する心電信号検出ステップS1と、取得された2種類の心電信号の相互情報量を算出する相互情報量算出ステップS2と、算出された相互情報量に基づいて、不整脈信号であるか否かを判定する不整脈判定ステップS3とを備えている。
0≦I(A,B)≦H(A),H(B) …(2)
ここで、I(A,B)=0となるのはp(ai,bj)=p(ai)p(bj)、すなわち、AとBが互いに独立であるときである。右側の等号が成り立つのは、一方が他方に完全に従属している場合である。
p(bj)=k・j/N …(4)
ここで、Nは全サンプル数である。
次いで、図3(a),(c)に示されるように、右心室および左心室の電極から取得された心電信号を縦軸と横軸とに配置して、同図(b),(d)に示されるように、それぞれヒストグラムを生成し、同図(e)に示されるように、(ai,bj)が含まれるボックス内の要素数をkijとして同時生起確率p(ai,bj)を下式(5)により算出する。
本実施例に係る不整脈信号検出方法に用いられた図5〜図8の心電図は、不整脈誘発実験において取得したイヌの心電図である。心電図は、右心室および左心室に配置された電極からそれぞれ取得した。サンプリング周波数は200Hzで取得し、250Hzにアップサンプリングしてから解析した。
ここで、例えば、ビン数n=5、ブロック数n×n=5×5、全サンプル数N=250である。図4に示されるように、サンプル数N=250の時間窓を50サンプルずつシフトしながら各時間窓において相互情報量を求めた。
また、上記時間窓と同じ時間窓内で、下式(7)によりピアソンの相関係数を算出し、比較した。
また、図6は、心室細動(VF)時の相互情報量と相関係数との比較を示す。
さらに、図7は、心房頻拍(AT)時の相互情報量と相関係数との比較を示す。
また、図8は正常(SR)時の相互情報量と相関係数との比較を示す
図5〜図8において(a)は右心室に配置された電極からの心電信号、(b)は左心室に配置された電極からの心電信号、(c)は、相互情報量MI(実線)および相関係数PCC(破線)を示している。
一方、図7および図8を見ると、心房頻拍が発生した場合には、相互情報量は正常時とは異なる変化を示すが、相関係数は正常時とさほど変化せず、心房頻拍を検出することができない。しかし、相関係数においては心房頻拍信号を心室性不整脈信号として誤検出する可能性がある。
箱ひげ図の作成は、まず、各データをソーティングした後、4分位範囲によってプロットする。
四分位範囲は,第1四分位値(小さいほうから25%の値)と第3四分位値(小さいほうから75%の値)間の区間であり、第2四分位値はメディアンを指す。次いで、下側のひげの部分は第1四分位値から下側に四分位範囲×1.5の長さで引く。この際、その範囲に最小値があれば,最小値まで線を引く。同様に上側のひげは,第3四分位値から上側に四分位範囲×1.5の長さで引く。最大値がこの範囲にあれば最大値までの線を引く。はずれ値(+で示す。)は,上下ともに,ひげの区間を越えるものを指す。
また、左心室心電図および右心室心電図の同時生起頻度はVT時とVF時とでは大きく異なり、その分散値よりVTとVFとの違いを検出することができる。
一方,心室性不整脈は心室内の異所的な興奮により生起するため,His-Purkinje系を介せず両心室の興奮が同期しない。
characteristics)曲線により評価する。
図10(a)は診断指標の分布、図10(b)は模式的なROC曲線である。
ここで、表2に示される頻度TP,FN,TN,FPを用いて、感度(sensitivity)=TP/(TP+FN)、特異度(specificity)=TN/(TN+FP)、偽陽性率=1−特異度である。
カットオフ点は、診断指標において、病態群と正常群を区別する検査の能力を視覚的に示すことが可能である。ROC曲線において、異なる検査の優越を判定する場合はこの曲線がより左上方に位置するほど優れていると判断する。
その結果,相互情報量による試験ではROCA=0.987、相関係数による試験ではROCA=0.816となった。また、相互情報量による試験のほうが、ROC曲線の立ち上がりが鋭い。これは特異度を低下させることなく、感度を向上させることが可能であることを示している。
SR,ATおよびVT時の心電図波形は,主として基線部分と立ち上がりの急峻なQRS群から構成される。したがって、左心室心電図および右心室心電図の同時生起頻度は基線部分に集中してカウントされる。一方、VF時の心電図は無秩序な波形が連続して観測されるため、同時生起頻度は基線部を中心として滑らかに分布する。図12に同時生起頻度を示す。このような差異を定量化するため、同時生起頻度の分散を算出する。VFは頻度分布が滑らかなため、分散は小さくなる。一方SR,ATおよびVTは基線部と周辺部(心電図のピーク部)の頻度が大きく異なるため分散は大きくなる。したがって、この分散値の違いによってもVFの検出が可能となる。
相互情報量算出と同様に図2のような心電図の同時生起確率p(ai,bj)は、図2より(ai,bj)の含まれるボックスの要素数kijをカウントする。次にカウントしたkijを基に、図13に示されるm×n分割表を作成し、χ2統計量Tを下式(8)により算出する。
(手順1)
右心室心電図と左心室心電図の相互情報量(MI)またはχ2統計量(T)により、SRまたはAT(以下SR/ATで表す)と、VTまたはVF(以下VT/VFで表す)を分離する。
(MIまたはχ2)>αならばSR/AT、
(MIまたはχ2)≦αならばVT/VFである。
ここで、αは分類閾値である。
右心房心電図と右心室心電図の相互情報量MIまたはχ2統計量TによりSRとATを分離する。このとき、房室間の伝導遅れTdを補正するため,右心房心電図をTdだけ過去にシフトする。これにより正常時の右心房心電図のP波と右心室心電図のR波を同期させる。
(MIまたはχ2)>βならばSR、
(MIまたはχ2)≦βならばATである。
ここで、βは分類閾値である。
右心室心電図と左心室心電図の同時生起頻度kijより求めた同時生起頻度の分散Vを下式(9)により算出し、VTとVFを分離する。
V ≦γならばVFである。
ここで、γは分類閾値である。
心電図解析において、χ2統計量Tを使うことも、前記相互情報量MIによる解析と同様に有効で、SR,ATとVT,VFの違いを検出できることがわかる。
図18に右心房心電図と左心室心電図の箱ひげ図を示す。
本実施形態に係る除細動装置1は、図19に示されるように、不整脈信号検出装置2と、治療制御部3と、刺激パルス発生部4とを備えている。
情報処理部7は、図20に示されるように、スイッチ9と、増幅器10と、フィルタ11と、A/D変換器12と、レベル分割部13と、リングメモリ14と、ヒストグラム部15と、相互情報量演算部16とを備えている。
前記増幅器10は、スイッチ9により選択された2つの心電信号をそれぞれ増幅するようになっている。
前記A/D変換器12は、心電信号をディジタル信号に変換するようになっている。
前記レベル分割部13は、スイッチ9により選択された2つの電極(例えば、図20においては電極5aと電極5b)からの増幅されノイズ除去されA/D変換された心電信号を等分割(例えば、5分割)してレベル変換を行うようになっている。すなわち、サンプル内における最大値と最小値との間を等分割するようになっている。
なお、構成を単純化するために、2次元配列ヒストグラム部15cからX配列別に読み出して加算したりY配列別に読み出して加算したりすることで、Y配列ヒストグラム部15bやX配列ヒストグラム部15aの値としてもよい。
この動作を、順次、心臓Aからの信号を電極5a,5b,5cにて検出し、検出窓を予め定めたステップ数ずらしながら相互情報量MIの値を演算し出力していくようになっている。
この動作を、順次、心臓Aからの信号を電極5a,5b,5cにて検出し、検出窓を予め定めたステップ数ずらしながらχ2統計量Tの値を演算し出力していくようになっている。
また、構成を単純化するために、3次元配列ヒストグラム部15c′からX配列別に読み出して加算したりY配列別に読み出して加算したり、Z配列別に読み出して加算したりすることで、X配列ヒストグラム部15a、Y配列ヒストグラム部15bおよびZ配列ヒストグラム部15dの値としてもよい。
1 除細動装置
2 不整脈信号検出装置
5a,5b,5c 電極
7 情報処理部(相互情報量算出部)
8 解析診断部(判定部)
Claims (3)
- 心臓に配置される複数の電極と、
該電極により検出された複数の心電信号に基づいて相互情報量を算出する相互情報量算出部と、
該相互情報量算出部により算出された相互情報量が所定のしきい値より小さいか否かを判定する判定部とを備える不整脈信号検出装置。 - 心臓に配置される複数の電極と、
該電極により検出された複数の心電信号に基づいてχ2統計量を算出するχ2統計量算出部と、
該χ2統計量算出部により算出されたχ2統計量が所定のしきい値より小さいか否かを判定する判定部とを備える不整脈信号検出装置。 - 請求項1または請求項2に記載の不整脈信号検出装置を備え、
該不整脈信号検出装置により不整脈信号が検出された場合に、心臓に配置された電極を介して加える電気的な刺激パルスを発生する刺激パルス発生部を備える除細動装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007036728A JP5028579B2 (ja) | 2007-02-16 | 2007-02-16 | 不整脈信号検出装置および除細動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007036728A JP5028579B2 (ja) | 2007-02-16 | 2007-02-16 | 不整脈信号検出装置および除細動装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008200120A JP2008200120A (ja) | 2008-09-04 |
JP5028579B2 true JP5028579B2 (ja) | 2012-09-19 |
Family
ID=39778217
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007036728A Active JP5028579B2 (ja) | 2007-02-16 | 2007-02-16 | 不整脈信号検出装置および除細動装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5028579B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5500626B2 (ja) * | 2009-08-31 | 2014-05-21 | 国立大学法人東北大学 | 不整脈信号検出装置の作動方法および不整脈信号検出装置 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6888235B2 (en) * | 2001-09-26 | 2005-05-03 | Molex Incorporated | Power delivery system for integrated circuits utilizing discrete capacitors |
US7076290B2 (en) * | 2003-10-10 | 2006-07-11 | Medtronic, Inc. | Method and apparatus for detecting and discriminating arrhythmias |
US7212849B2 (en) * | 2004-10-28 | 2007-05-01 | Cardiac Pacemakers, Inc. | Methods and apparatuses for arrhythmia detection and classification using wireless ECG |
-
2007
- 2007-02-16 JP JP2007036728A patent/JP5028579B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008200120A (ja) | 2008-09-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11134880B2 (en) | Automatic method to delineate or categorize an electrocardiogram | |
EP3367897B1 (en) | An automatic method to delineate or categorize an electrocardiogram | |
Shi et al. | Inter-patient heartbeat classification based on region feature extraction and ensemble classifier | |
EP3672474A1 (en) | A method of detecting abnormalities in ecg signals | |
CN111107785A (zh) | 使用短的单导联ecg记录来检测心房颤动 | |
US11331034B2 (en) | Automatic method to delineate or categorize an electrocardiogram | |
US20120130263A1 (en) | Medical decision support system | |
Houben et al. | Analysis of fractionated atrial fibrillation electrograms by wavelet decomposition | |
CA2861500A1 (en) | Methods and systems for atrial fibrillation detection | |
CN110522442B (zh) | 多导联心电异常检测装置、电子设备和存储介质 | |
CN109077714B (zh) | 信号识别方法、装置、设备和存储介质 | |
US8437839B2 (en) | Electrocardiographic assessment of arrhythmia risk | |
CN110226919B (zh) | 心电信号类型检测方法、装置、计算机设备及存储介质 | |
CN109077720B (zh) | 信号处理方法、装置、设备和存储介质 | |
Portet | P wave detector with PP rhythm tracking: evaluation in different arrhythmia contexts | |
Rangappa et al. | Classification of cardiac arrhythmia stages using hybrid features extraction with k-nearest neighbour classifier of ecg signals | |
Jones et al. | Improving ECG classification interpretability using saliency maps | |
Sanamdikar et al. | A literature review on arrhythmia analysis of ECG signal | |
De Giovanni et al. | A patient-specific methodology for prediction of paroxysmal atrial fibrillation onset | |
JP5028579B2 (ja) | 不整脈信号検出装置および除細動装置 | |
KR102605130B1 (ko) | 인공 신경망을 이용하여 표준 12리드 심전도 신호로부터 심장 부정맥을 분류하는 방법 및 이를 이용한 심장 부정맥 분류장치 | |
Silveri et al. | A big-data classification tree for decision support system in the detection of dilated cardiomyopathy using heart rate variability | |
Baldazzi et al. | Supervised classification of ventricular abnormal potentials in intracardiac electrograms | |
CN108836312B (zh) | 一种基于人工智能的进行杂波剔除的方法及*** | |
Trardi et al. | An advanced arrhythmia recognition methodology based on R-waves time-series derivatives and benchmarking machine-learning algorithms |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20091204 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120127 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120207 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120329 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120417 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120517 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120524 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150706 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |