JP5028579B2 - Arrhythmia signal detector and defibrillator - Google Patents

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Description

本発明は、不整脈信号検出装置および除細動装置に関するものである。 The present invention relates to non Seimyaku signal detection apparatus and a defibrillator.

従来、ニューラル回路網を使用して不整脈を識別する装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
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。
特許第2918472号明細書
Conventionally, an apparatus for identifying an arrhythmia using a neural network is known (for example, see Patent Document 1).
The apparatus described in Patent Document 1 converts a detected digital QRS waveform into a frequency power spectrum, outputs a power spectrum value divided into a plurality of components in a specific frequency region, and outputs it to a neural network. Given, the pattern of the detected QRS waveform is recognized, and normal sinus node rhythm and arrhythmia are discriminated. In this device, normal sinus node rhythm and arrhythmia can be obtained by using an improved technique in which the processing target of the neural network is made information by frequency analysis of the electrocardiogram signal without directly applying the QRS waveform to the neural network processing. Has been identified.
Japanese Patent No. 2918472

しかしながら、フーリエ変換など周波数解析する方法に特有な弱点がこの場合にも含まれる可能性があり、取り出したい信号が弱かったり、ノイズがあったりする不都合がある。また、検出する波形に覆いかぶさる大きな信号強度の波形があると、検出したい情報が取り出しにくく、その波形に合わせた工夫の要る適切な前処理が必要とされ、あらゆる心電波形について不整脈識別することに応用できるとは言い難い。   However, a weak point peculiar to a frequency analysis method such as Fourier transform may be included in this case, and there is a disadvantage that a signal to be extracted is weak or noise is present. In addition, if there is a waveform with a large signal intensity that covers the waveform to be detected, it is difficult to extract the information to be detected, and appropriate pre-processing that requires ingenuity in accordance with the waveform is required. It is hard to say that it can be applied.

実施上、ニューラルネットワーク手法を用いるためには、事前に、様々な大量のデータを処理させながら学習させてそれに向けたデータ作りをしなければならないとする他のニューラルネットワーク同様の面倒さがあったり、処理負荷の重いFFT処理とニューラル回路網処理の構成が大変複雑となったりして、体内植込み型装置で応用するには改善の余地が残されている。また、学習していない不整脈症状に遭遇した場合など学習データが無いために不整脈検出の対応ができない弱点がある。   In practice, in order to use the neural network method, there is the same trouble as other neural networks that it is necessary to learn while processing various large amounts of data and to create data for that. The configuration of the FFT processing and the neural network processing with heavy processing load is very complicated, and there is still room for improvement for application in an in vivo implantable device. In addition, there is a weak point that cannot detect arrhythmia because there is no learning data, such as when an untrained arrhythmia symptom is encountered.

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、大量のデータの前処理や学習を必要とせず、あらゆる心電波形に対して不整脈信号を識別することを可能とする不整脈信号検出装置および除細動装置を提供することを目的としている。 The present invention was made in view of the above circumstances, without the need for pretreatment and learning of large amounts of data, it allows to identify arrhythmia signal to any electrocardiographic waveform not Seimyaku An object is to provide a signal detection device and a defibrillation device.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
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。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention detects an electrocardiogram signal from a plurality of electrodes arranged in the heart, calculates a mutual information amount of the detected plural electrocardiogram signals, and the calculated mutual information amount is a predetermined threshold value. Provided is a method for detecting an arrhythmia signal that is determined to be an arrhythmia signal when it is smaller.

上記発明においては、前記相互情報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。   In the above invention, the mutual information amount and the simultaneous occurrence frequency of a plurality of electrocardiogram signals are calculated, and when the variance value is smaller than a predetermined threshold value, it is determined that the fibrillation waveform is present, and the variance is When the value is greater than a predetermined threshold value, it may be determined that the waveform is a ventricular tachycardia waveform.

また、上記発明においては、特定の時間幅内のサンプル数を定め、前記相互情報量の算出を行うこととしてもよい。
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。
Further, in the above invention, the mutual information amount may be calculated by determining the number of samples within a specific time width.
In the above invention, the time width and the number of samples within the time width may be changeable according to the patient's condition and symptoms and the detection accuracy of the electrocardiogram signal.

また、上記発明においては、特定の時間幅内のサンプル数を定めて1つの相互情報量を算出し、前記時間幅をシフトして次の時間幅内の相互情報量を算出することとしてもよい。
また、上記発明においては、前記時間幅のシフト量を変更可能であることとしてもよい。
Further, in the above invention, one mutual information amount may be calculated by determining the number of samples within a specific time width, and the mutual information amount within the next time width may be calculated by shifting the time width. .
Further, in the above invention, the shift amount of the time width may be changeable.

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等分割す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。
Moreover, in the said invention, it is good also as equally dividing the level of the electrocardiogram signal detected from the said some electrode.
Moreover, in the said invention, it is good also as carrying out the nonlinear division | segmentation of the level of the electrocardiogram signal detected from the said several electrode.

また、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ピアソンのχ統計量を算出し、算出されたχ統計量が、所定のしきい値より小さいときに不整脈であると判定する不整脈信号の検出方法を提供する。
上記発明においては、前記χ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。
The present invention also detects electrocardiogram signals from a plurality of electrodes arranged in the heart, calculates Pearson's χ 2 statistic of the detected plurality of electrocardiogram signals, and the calculated χ 2 statistic A method for detecting an arrhythmia signal that is determined to be an arrhythmia when smaller than a predetermined threshold value is provided.
In the above invention, the co-occurrence frequency of the χ 2 statistic and a plurality of electrocardiogram signals is calculated, and when the variance value is smaller than a predetermined threshold value, it is determined that the fibrillation waveform is present, When the variance value is larger than a predetermined threshold value, it may be determined that the waveform is a ventricular tachycardia waveform.

また、上記発明においては、特定の時間幅内のサンプル数を定め、前記χ統計量の算出を行うこととしてもよい。
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。
Moreover, in the said invention, it is good also as calculating the said (chi) 2 statistic by determining the sample number within a specific time width.
In the above invention, the time width and the number of samples within the time width may be changeable according to the patient's condition and symptoms and the detection accuracy of the electrocardiogram signal.

また、上記発明においては、特定の時間幅内のサンプル数を定めて1つのχ統計量を算出し、前記時間幅をシフトして次の時間幅内のχ統計量を算出することとしてもよい。
また、上記発明においては、前記時間幅のシフト量を変更可能であることとしてもよい。
In the above invention, the number of samples within a specific time width is determined to calculate one χ 2 statistic, and the time width is shifted to calculate the χ 2 statistic within the next time width. Also good.
Further, in the above invention, the shift amount of the time width may be changeable.

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等分割す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。
Moreover, in the said invention, it is good also as equally dividing the level of the electrocardiogram signal detected from the said some electrode.
Moreover, in the said invention, it is good also as carrying out the nonlinear division | segmentation of the level of the electrocardiogram signal detected from the said several electrode.

また、本発明は、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を提供する。   The present invention also includes a plurality of electrodes arranged in the heart, a mutual information amount calculation unit that calculates a mutual information amount based on a plurality of electrocardiogram signals detected by the electrodes, and the mutual information amount calculation unit. There is provided an arrhythmia signal detection device comprising: a determination unit that determines whether or not the calculated mutual information amount is smaller than a predetermined threshold value.

また本発明は、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χ統計量を算出するχ統計量算出部と、該χ統計量算出部により算出されたχ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を提供する。 The present invention also provides a plurality of electrodes arranged in the heart, a χ 2 statistic calculation unit for calculating χ 2 statistics based on a plurality of electrocardiogram signals detected by the electrodes, and the χ 2 statistic calculation. An arrhythmia signal detection device comprising: a determination unit that determines whether or not the χ 2 statistic calculated by the unit is smaller than a predetermined threshold value.

また、本発明は、上記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を提供する。   In addition, the present invention is provided with the above arrhythmia signal detection device, and when an arrhythmia signal is detected by the arrhythmia signal detection device, generates an electrical stimulation pulse to be applied through an electrode arranged in the heart Provided is a defibrillator including a unit.

本発明によれば、大量のデータの前処理や学習を必要とせず、あらゆる心電波形に対して不整脈を識別することができるという効果を奏する。   According to the present invention, an arrhythmia can be identified for any electrocardiographic waveform without requiring preprocessing or learning of a large amount of data.

本発明の一実施形態に係る不整脈信号の検出方法について、図1〜図12を参照して以下に説明する。
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。
A method for detecting an arrhythmia signal according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the method for detecting an arrhythmia signal according to the present embodiment acquires an electrocardiogram signal from the right ventricle and the left ventricle using electrodes arranged in the right ventricle and the left ventricle, respectively. S1, a mutual information calculation step S2 for calculating the mutual information amount of the two types of acquired electrocardiogram signals, and an arrhythmia determination step for determining whether the signal is an arrhythmia signal based on the calculated mutual information amount S3.

相互情報量は、2つの事象(確率変数)に対して片方の信号からもう片方の信号をどの程度予測できるかを定量化したものであり、下式(1)により算出することができる。   The mutual information amount is a quantification of how much the other signal can be predicted from one signal for two events (random variables), and can be calculated by the following equation (1).

Figure 0005028579
Figure 0005028579

ここで、A|a,i=1,2,…,mおよびB|b,j=1,2,…,nは確率変数、H(A)はBを知る前のAの不確かさ、H(A|B)はBを知った後のAの不確かさ、p(a),p(b)はa,bの生起確率、p(a,b)はa,bの同時生起確率である。 Where A | a i , i = 1, 2,..., M and B | b j , j = 1, 2,..., N are random variables, H (A) is the uncertainty of A before knowing B , H (a | B) is uncertainty of a after knowing B, p (a i), p (b j) is a i, the probability of occurrence of b j, p (a i, b j) is a This is the co-occurrence probability of i and b j .

なお、相互情報量の上下限は、下式(2)を満たす。
0≦I(A,B)≦H(A),H(B) …(2)
ここで、I(A,B)=0となるのはp(a,b)=p(a)p(b)、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。
The upper and lower limits of the mutual information amount satisfy the following expression (2).
0 ≦ I (A, B) ≦ H (A), H (B) (2)
Here, I (A, B) = 0 becomes p (a i , b j ) = p (a i ) p (b j ), that is, when A and B are independent of each other. The equal sign on the right holds when one is completely subordinate to the other.

また、3次元の場合の相互情報量は、下式(3)により算出することができる。   Further, the mutual information amount in the case of three dimensions can be calculated by the following equation (3).

Figure 0005028579
Figure 0005028579

前記相互情報量算出ステップにおいては、図2(a)に示されるような右心室および左心室の電極から取得された心電信号を確率変数A,Bとみなして、図2(b)に示されるようにヒストグラムを生成し、確率変数Aの構成要素a(i=1,2,…,m)、確率変数Bの構成要素b(j=1,2,…,n)の含まれるビン内の要素数ki・,k・jを用いて、生起確率p(a)、p(b)を下式(4)により算出する。ここで、m,nはそれぞれA,Bのビン数であり、ki・やk・jにおける添え字「・」はそれに対応する添え字がiおよびjであることを意味する。 In the mutual information calculation step, the electrocardiographic signals acquired from the right ventricular and left ventricular electrodes as shown in FIG. 2A are regarded as random variables A and B and shown in FIG. Histograms are generated, and components a i (i = 1, 2,..., M) of the random variable A and components b j (j = 1, 2,..., N) of the random variable B are included. The occurrence probabilities p (a i ) and p (b j ) are calculated by the following expression (4) using the number of elements k i · , k · j in the bin. Here, m and n are the numbers of bins of A and B, respectively , and the subscript “·” in k i · and k · j means that the subscripts corresponding thereto are i and j.

p(a)=ki・/N
p(b)=k・j/N …(4)
ここで、Nは全サンプル数である。
p (a i ) = k i · / N
p (b j ) = k · j / N (4)
Here, N is the total number of samples.

図2は、例えば、右心室の電極から取得された心電信号を例示し、左心室の電極から取得された心電信号については図示を省略している。
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、(a,b)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(a,b)を下式(5)により算出する。
FIG. 2 illustrates, for example, an electrocardiogram signal acquired from an electrode of the right ventricle, and an illustration of the electrocardiogram signal acquired from the electrode of the left ventricle is omitted.
Next, as shown in FIGS. 3A and 3C, the electrocardiographic signals acquired from the right ventricular and left ventricular electrodes are arranged on the vertical axis and the horizontal axis, and FIGS. As shown in (d), histograms are respectively generated, and as shown in (e) of the figure, the number of elements in the box containing (a i , b j ) is set as k ij and the co-occurrence probability p (a i , b j ) is calculated by the following equation (5).

Figure 0005028579
Figure 0005028579

そして、このようにして算出された生起確率p(a)、p(b)および同時生起確率p(a,b)を式(1)に代入して式(6)の相互情報量を算出するようになっている。 Then, the occurrence probabilities p (a i ), p (b j ) and the co-occurrence probabilities p (a i , b j ) calculated in this way are substituted into the equation (1), and the mutual information of the equation (6) is obtained. The amount is calculated.

Figure 0005028579
Figure 0005028579

十分なサンプル数と、比較的短い時間間隔での相互情報量の算出を行うために、図4に示されるように、各心電図からサンプル数Nの時間窓を切り出し、その時間窓を例えばN/10ずつシフトしながら、その都度相互情報量の算出を繰り返す。この場合に、ヒストグラムは各時間窓内において最大値と最小値との間をn等分して算出する。   In order to calculate a sufficient number of samples and a mutual information amount at a relatively short time interval, as shown in FIG. 4, a time window of N samples is cut out from each electrocardiogram, and the time window is, for example, N / While shifting by 10 each time, the calculation of the mutual information amount is repeated. In this case, the histogram is calculated by dividing the maximum value and the minimum value into n equal parts in each time window.

前記不整脈判定ステップは、相互情報量算出ステップにおいて算出された相互情報量が所定のしきい値より低いか否かを比較し、低い場合に不整脈であると判定するようになっている。   In the arrhythmia determination step, it is determined whether or not the mutual information amount calculated in the mutual information amount calculation step is lower than a predetermined threshold value.

本実施形態に係る不整脈信号検出方法の実施例について、図5〜図9を参照して以下に説明する。
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。
An example of the arrhythmia signal detection method according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS.
The electrocardiograms shown in FIGS. 5 to 8 used in the arrhythmia signal detection method according to this example are dog electrocardiograms acquired in an arrhythmia induction experiment. ECGs were obtained from electrodes placed in the right and left ventricles, respectively. Sampling frequency was acquired at 200 Hz and analyzed after upsampling to 250 Hz.

そして、取得された両心室心電信号から相互情報量を算出した。
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。
And the mutual information amount was computed from the acquired biventricular electrocardiogram signal.
Here, for example, the number of bins n = 5, the number of blocks n × n = 5 × 5, and the total number of samples N = 250. As shown in FIG. 4, the mutual information amount was obtained in each time window while shifting the time window of the number of samples N = 250 by 50 samples.
Further, within the same time window as the above time window, Pearson's correlation coefficient was calculated by the following equation (7) and compared.

Figure 0005028579
Figure 0005028579

図5は、心室頻拍(VT)時の相互情報量と相関係数との比較を示す。
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。
FIG. 5 shows a comparison between mutual information and correlation coefficient during ventricular tachycardia (VT).
FIG. 6 shows a comparison between mutual information and correlation coefficient during ventricular fibrillation (VF).
Further, FIG. 7 shows a comparison between mutual information and correlation coefficient during atrial tachycardia (AT).
8 shows a comparison between the mutual information amount and the correlation coefficient in normal (SR). In FIGS. 5 to 8, (a) is an electrocardiogram signal from an electrode arranged in the right ventricle, and (b) is An electrocardiogram signal from an electrode arranged in the left ventricle, (c) shows a mutual information MI (solid line) and a correlation coefficient PCC (dashed line).

図5、図6および図8を見ると、心室頻拍が生じた場合および心室細動が生じた場合においては、相互情報量および相関係数のいずれもが正常時に対して大きく変化しており、不整脈であることを検出することができる。
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。
5, 6, and 8, when ventricular tachycardia occurs and when ventricular fibrillation occurs, both the mutual information amount and the correlation coefficient greatly change from the normal time. The arrhythmia can be detected.
On the other hand, referring to FIGS. 7 and 8, when an atrial tachycardia occurs, the mutual information changes differently from the normal time, but the correlation coefficient does not change much from the normal time, and the atrial tachycardia. Cannot be detected. However, in the correlation coefficient, there is a possibility that the atrial tachycardia signal is erroneously detected as a ventricular arrhythmia signal.

上記結果をさらに明確にするために、図9に示される箱ひげ図により評価する。
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。
In order to further clarify the above results, the box whisker chart shown in FIG. 9 is used for evaluation.
The box-and-whisker plot is created by first sorting each data and then plotting it according to the quartile range.
The interquartile range is the interval between the first quartile value (25% from the smallest value) and the third quartile value (value from the smallest to 75%), and the second quartile value is Refers to the median. The lower whiskers are then drawn from the first quartile to the lower quartile range × 1.5 in length. At this time, if there is a minimum value in the range, the line is drawn to the minimum value. Similarly, the upper whiskers are drawn from the third quartile value upward by a length of quartile range × 1.5. If the maximum value is within this range, draw a line up to the maximum value. Outliers (indicated by +) refer to those that exceed the whiskers both vertically and horizontally.

このようにして作成された箱ひげ図によれば、心室性不整脈(VT,VF)の際は相互情報量も相関係数も正常(SR)時に比べ低下する。一方,心房頻拍(AT)の際は相互情報量が増加するが,相関係数が低下することがある。したがって相関係数では心室性不整脈と心房頻拍を区別できない場合がある。   According to the box-and-whisker diagram created in this way, the mutual information amount and the correlation coefficient are lower during ventricular arrhythmia (VT, VF) than when normal (SR). On the other hand, mutual information increases during atrial tachycardia (AT), but the correlation coefficient may decrease. Therefore, the correlation coefficient may not distinguish between ventricular arrhythmia and atrial tachycardia.

図9の箱ひげ図の相互情報量によれば、心室性不整脈については、洞調律および心房頻拍の四分位範囲(箱の範囲)と分離されており、洞調律および心房頻拍とは明確に区別して判定することができる。一方、相関係数では心室性不整脈と洞調律および心房頻拍の四分位範囲に重なりがみられる。また,相関係数では心室性不整脈のはずれ値(+)の範囲も広く、データがばらついているので、定性的な判断が困難である。   According to the mutual information in the box plot of FIG. 9, ventricular arrhythmia is separated from the quartile range of sinus rhythm and atrial tachycardia (box range). What is sinus rhythm and atrial tachycardia? It can be clearly distinguished and determined. On the other hand, in the correlation coefficient, there is an overlap in the interquartile ranges of ventricular arrhythmia, sinus rhythm and atrial tachycardia. Further, the correlation coefficient has a wide range of outliers (+) of ventricular arrhythmias, and the data varies, making it difficult to make a qualitative judgment.

また、図9の箱ひげ図によれば、洞調律(SR)時と心房頻拍(AT)時とを区別することはできないが、AT区間では頻拍の状態であるため、QRS波のピーク値に相当する部分は図4の時間窓毎でSR区間より多い。したがって、SR区間とAT区間では時間窓内でのピーク値に相当するヒストグラムが変わってくるため、判別が可能となる。   Further, according to the box-and-whisker diagram of FIG. 9, it is impossible to distinguish between sinus rhythm (SR) and atrial tachycardia (AT), but because of the tachycardia state in the AT interval, the QRS wave peak The part corresponding to the value is larger than the SR section for each time window of FIG. Accordingly, since the histogram corresponding to the peak value in the time window changes in the SR section and the AT section, the discrimination is possible.

また、図9の箱ひげ図によれば、心室頻拍(VT)時と心室細動(VF)時との区別がつき難いが、VT区間では頻拍であるが、QRS波は出ているため、心電波形のピーク部分と基線部分の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。また、同時生起頻度の分散を算出すると。VF区間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区間は基線部と周辺部(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。このことからVTとVFとの識別も可能となる。   Further, according to the box-and-whisker diagram of FIG. 9, it is difficult to distinguish between ventricular tachycardia (VT) and ventricular fibrillation (VF), but a QRS wave is emitted although it is tachycardia in the VT interval. Therefore, the co-occurrence frequency of the left ventricular electrocardiogram and the right ventricular electrocardiogram at the peak portion and the baseline portion of the electrocardiogram waveform is counted concentrated on the baseline portion. Also, calculate the variance of the co-occurrence frequency. Since the frequency distribution in the VF section is smooth, the variance is small. On the other hand, in the SR, AT, and VT sections, the variance is large because the frequency of the base line portion and the peripheral portion (peak portion of the electrocardiogram) is greatly different. This makes it possible to distinguish between VT and VF.

すなわち、SR,AT(心房頻拍)とVT(心室頻拍)、VF(心室細動)の違いは、相互情報量MIの変化により検出することができる。VT,VF時はMI値は小さくなり、SR,AT時はMI値は大きい。
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。
That is, differences between SR, AT (atrial tachycardia), VT (ventricular tachycardia), and VF (ventricular fibrillation) can be detected by a change in the mutual information MI. The MI value is small during VT and VF, and the MI value is large during SR and AT.
Further, the simultaneous occurrence frequency of the left ventricular electrocardiogram and the right ventricular electrocardiogram is greatly different between VT and VF, and the difference between VT and VF can be detected from the variance value.

このように本実施形態に係る不整脈信号の検出方法によれば、ニューラルネットワーク手法のような大量のデータを用いた学習や前処理を必要とせず、処理負荷の重いFFT処理を行うことなく、ノイズが比較的多い信号でも、ピーク検出が困難な心電信号に基づいても、より確実に不整脈の識別を行うことができる。また、負荷の軽い処理で簡易な装置を実現することができる。さらに、心室頻拍、心室細動のみならず心房頻拍についても識別することができるという利点がある。   As described above, according to the arrhythmia signal detection method according to the present embodiment, learning and preprocessing using a large amount of data as in the neural network technique is not required, and noise processing is performed without performing heavy processing load FFT processing. Even if the signal is relatively large or based on an electrocardiographic signal that is difficult to detect, arrhythmia can be identified more reliably. In addition, a simple apparatus can be realized by processing with a light load. Furthermore, there is an advantage that not only ventricular tachycardia and ventricular fibrillation but also atrial tachycardia can be identified.

なお、洞性頻拍では心臓の興奮伝達は正常に行われるため,両心室はHis-Purkinje系を介してほぼ同時に興奮する。また上室性頻拍性不整脈は心房内に異所的な興奮が発生しても,房室間の興奮伝達はHis-Purkinje系を介するため両心室はほぼ同時に興奮する。
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。
In sinus tachycardia, the excitement of the heart is normally performed, so both ventricles excite almost simultaneously via the His-Purkinje system. Even if ectopic excitement occurs in the atria of supraventricular tachyarrhythmia, both ventricles are excited almost simultaneously because the transmission of excitement between the atria is via the His-Purkinje system.
On the other hand, since ventricular arrhythmia is caused by ectopic excitement in the ventricle, the excitability of both ventricles is not synchronized without going through the His-Purkinje system.

両心室の心電図から算出した相互情報量は,表1に示されるように、洞性頻脈および上室性不整脈では心電図波形が互いに従属するため大きい値になる。一方、心室性不整脈では心電図波形の独立性が高くなるため小さい値になる。したがって、致死的でない上室性頻拍の不整脈信号を心室性不整脈信号であると誤認することがなく、信号検出における誤判断が行われてしまう不都合を回避することができるという利点もある。   As shown in Table 1, the mutual information amount calculated from the electrocardiograms of both ventricles is large because sinus tachycardia and supraventricular arrhythmia are dependent on each other. On the other hand, in the case of ventricular arrhythmia, the independence of the electrocardiogram waveform is increased, so the value becomes small. Therefore, there is also an advantage that the inconvenience of erroneous determination in signal detection can be avoided without misidentifying an arrhythmia signal of non-lethal supraventricular tachycardia as a ventricular arrhythmia signal.

Figure 0005028579
Figure 0005028579

ここで、図10に示されるように、致死性不整脈信号検出の閾値として相互情報量および相関係数をそれぞれ指標とした試験の精度を,ROC(receiver-operator
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。
Here, as shown in FIG. 10, the accuracy of the test using the mutual information and the correlation coefficient as indices as the threshold for detecting the lethal arrhythmia signal is expressed as ROC (receiver-operator).
characteristics) Evaluate by curve.
FIG. 10A is a distribution of diagnostic indices, and FIG. 10B is a schematic ROC curve.
Here, using the frequencies TP, FN, TN, and FP shown in Table 2, sensitivity = TP / (TP + FN), specificity = TN / (TN + FP), false positive rate = 1−specific Degree.

Figure 0005028579
Figure 0005028579

ROC曲線はスクリーニング検査等の精度の評価や従来の検査と新しい検査の比較に用いられ、どの範囲でカットオフ点を取ればよいかを示すものである。
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。
The ROC curve is used for evaluation of accuracy such as screening inspection and comparison between a conventional inspection and a new inspection, and indicates in which range the cut-off point should be taken.
The cut-off point can visually indicate the ability of the test to distinguish between the disease state group and the normal group in the diagnostic index. When determining superiority of different examinations in the ROC curve, it is judged that this curve is more excellent as it is located at the upper left.

精度の指標にはROC曲線の面積(ROCA:ROC area)を用いる。
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。
An ROC curve area (ROCA) is used as an accuracy index.
As a result, ROCA = 0.987 for the mutual information test and ROCA = 0.816 for the correlation coefficient test. Moreover, the ROC curve rises sharper in the test based on the mutual information amount. This indicates that the sensitivity can be improved without decreasing the specificity.

次に、左心室心電図および右心室心電図の同時生起頻度によるVFの検出判別基準について説明する。
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。
Next, the criteria for detecting VF based on the frequency of simultaneous occurrence of the left ventricular electrocardiogram and the right ventricular electrocardiogram will be described.
The electrocardiogram waveform at the time of SR, AT and VT is mainly composed of a base line portion and a QRS group having a steep rise. Therefore, the co-occurrence frequency of the left ventricular electrocardiogram and the right ventricular electrocardiogram is counted concentrated on the base line portion. On the other hand, since an irregular waveform is continuously observed in the electrocardiogram during VF, the co-occurrence frequency is smoothly distributed around the base line portion. FIG. 12 shows the co-occurrence frequency. In order to quantify such differences, the variance of the co-occurrence frequency is calculated. Since the frequency distribution of VF is smooth, the variance is small. On the other hand, SR, AT, and VT have a large variance because the frequencies of the base line portion and the peripheral portion (peak portion of the electrocardiogram) are greatly different. Therefore, the VF can be detected also by the difference in the dispersion value.

なお、本実施形態においては、相互情報量MIを使用して、各心電図の解析を行ったが、ピアソンのχ統計量を使うことによっても、同様の解析を行うことが可能である。
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(a,b)は、図2より(a,b)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、χ統計量Tを下式(8)により算出する。
In this embodiment, each electrocardiogram is analyzed using the mutual information amount MI. However, the same analysis can be performed using Pearson's χ 2 statistics.
Similarly to the mutual information calculation, the co-occurrence probability p (a i , b j ) of the electrocardiogram as shown in FIG. 2 counts the number k ij of the box containing (a i , b j ) from FIG. Next, based on the counted k ij , the m × n contingency table shown in FIG. 13 is created, and the χ 2 statistic T is calculated by the following equation (8).

Figure 0005028579
Figure 0005028579

不整脈分類のアルゴリズムは下記手順1〜3に示す。また、不整脈分類のフローチャートを図14に示す。
(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。
The algorithm for arrhythmia classification is shown in the following procedures 1 to 3. FIG. 14 shows a flowchart of arrhythmia classification.
(step 1)
SR or AT (hereinafter referred to as SR / AT) and VT or VF (hereinafter referred to as VT / VF) are separated by the mutual information (MI) or χ 2 statistics (T) of the right ventricular electrocardiogram and left ventricular electrocardiogram. To do.
SR / AT if (MI or χ 2 )> α,
If (MI or χ 2 ) ≦ α, VT / VF.
Here, α is a classification threshold.

(手順2)
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。
(Step 2)
SR and AT are separated by mutual information MI or χ 2 statistic T between right atrial electrocardiogram and right ventricular electrogram. At this time, the right atrial electrocardiogram is shifted in the past by Td in order to correct the conduction delay Td between the atrioventricles. This synchronizes the P wave of the normal right atrial electrocardiogram and the R wave of the right ventricular electrocardiogram.
SR if (MI or χ 2 )> β.
If (MI or χ 2 ) ≦ β, it is AT.
Here, β is a classification threshold.

(手順3)
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。
(Procedure 3)
The variance V of the co-occurrence frequency obtained from the co-occurrence frequency k ij of the right ventricular electrocardiogram and the left ventricular electrocardiogram is calculated by the following equation (9), and VT and VF are separated.

Figure 0005028579
ここで、μは、同時生起頻度の平均値である。
Figure 0005028579
Here, μ is an average value of the co-occurrence frequency.

V >γならばVT、
V ≦γならばVFである。
ここで、γは分類閾値である。
V VT if> γ,
V If ≦ γ, it is VF.
Here, γ is a classification threshold.

図15に左心室心電図と右心室心電図により算出したχ統計量Tによる箱ひげ図を示す。
心電図解析において、χ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。
FIG. 15 shows a box-and-whisker plot based on the χ 2 statistic T calculated from the left ventricular electrocardiogram and right ventricular electrocardiogram.
It can be seen that the use of the χ 2 statistic T in the electrocardiogram analysis is as effective as the analysis based on the mutual information MI, and the difference between SR, AT and VT, VF can be detected.

次に、前記手順2に従い、右心房心電図と右心室心電図のχ2統計量Tを算出する。図16にSR時の相互情報量MIとχ統計量Tを求めた例を示す。また、同様に、図17にAT時の相互情報量MIとχ統計量Tを求めた例を示す。ATの区間では相互情報量MI、χ統計量Tが小さくなっていることが判る。
図18に右心房心電図と左心室心電図の箱ひげ図を示す。
Next, according to the procedure 2, the χ 2 statistic T of the right atrial electrocardiogram and the right ventricular electrogram is calculated. FIG. 16 shows an example in which the mutual information MI and χ 2 statistics T at the time of SR are obtained. Similarly, FIG. 17 shows an example in which the mutual information MI and χ 2 statistics T at the time of AT are obtained. It can be seen that the mutual information MI and the χ 2 statistic T are small in the AT section.
FIG. 18 shows box whiskers of the right atrial electrocardiogram and the left ventricular electrocardiogram.

次に、VT区間とVF区間については図15のフローチャートに従い同時生起頻度の分散を算出する。算出例を図12に示すように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、この分散値の違いからVFの検出が可能となる。   Next, for the VT section and the VF section, the variance of the co-occurrence frequency is calculated according to the flowchart of FIG. As shown in FIG. 12, since the frequency distribution of VF is smooth as shown in FIG. 12, the variance is small. On the other hand, SR, AT, and VT have a large variance because the frequencies of the base line portion and the peripheral portion (peak portion of the electrocardiogram) are greatly different. Therefore, VF can be detected from the difference in the dispersion value.

なお、本実施形態においては、検出された心電信号の振幅を分割する際に、最大値と最小値の間を等分割する線形分割を例示して説明したが、これに代えて、波形の振幅の絶対値が、例えば最大値×0.2以下の点を1つのボックスに集約し、その他のレベルを線形分割する非線形分割を採用してもよい。   In the present embodiment, when the amplitude of the detected electrocardiogram signal is divided, the linear division that equally divides between the maximum value and the minimum value has been described as an example. For example, nonlinear division may be adopted in which points whose absolute values of amplitude are, for example, maximum value × 0.2 or less are collected in one box and the other levels are linearly divided.

この手法は、心電波形の絶対値の最大値を求め、その20%以下のものはゼロレベルとみなすものである。20%以下のレベルを除き、その他のレベル(20%以上)を等分割することにより、分割点を決定し、各々対応するボックスの値とする。これにより、基線部分に生じるノイズ等を削減することができるという利点がある。   In this method, the maximum value of the absolute value of the electrocardiogram waveform is obtained, and those below 20% are regarded as the zero level. Except for the level of 20% or less, the other levels (20% or more) are equally divided to determine the dividing points and set the values in the corresponding boxes. Thereby, there exists an advantage that the noise etc. which arise in a base line part can be reduced.

次に、上記不整脈信号検出方法を利用した本発明の一実施形態に係る除細動装置1について、図19および図20を参照して以下に説明する。
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。
Next, a defibrillator 1 according to an embodiment of the present invention using the arrhythmia signal detection method will be described below with reference to FIGS. 19 and 20.
As illustrated in FIG. 19, the defibrillator 1 according to the present embodiment includes an arrhythmia signal detection device 2, a treatment control unit 3, and a stimulation pulse generation unit 4.

不整脈信号検出装置2は、心臓Aに配置される3つの電極5a,5b,5cと、これらの電極5a,5b,5cの接続を切り替えるスイッチ部6と、電極5a,5b,5cにより検出された心電信号に基づいて相互情報量を算出する情報処理部7と、該情報処理部7により算出された相互情報量に基づいて不整脈か否かを解析する解析診断部8とを備えている。   The arrhythmia signal detection device 2 is detected by the three electrodes 5a, 5b, 5c arranged in the heart A, the switch unit 6 that switches connection of these electrodes 5a, 5b, 5c, and the electrodes 5a, 5b, 5c. An information processing unit 7 that calculates a mutual information amount based on an electrocardiogram signal and an analysis / diagnostic unit 8 that analyzes whether the information is an arrhythmia based on the mutual information amount calculated by the information processing unit 7 are provided.

電極5a,5b,5cは、例えば、右心房と右心室および左心室の冠状静脈洞にそれぞれ配置されている。
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。
The electrodes 5a, 5b, and 5c are disposed, for example, in the coronary sinus of the right atrium, right ventricle, and left ventricle, respectively.
As shown in FIG. 20, the information processing unit 7 includes a switch 9, an amplifier 10, a filter 11, an A / D converter 12, a level division unit 13, a ring memory 14, a histogram unit 15, And a mutual information calculation unit 16.

前記スイッチ9は、3つの電極5a,5b,5cの内のいずれか2つからの心電信号を選択するようになっている。
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。
The switch 9 selects an electrocardiogram signal from any two of the three electrodes 5a, 5b, 5c.
The amplifier 10 amplifies two electrocardiographic signals selected by the switch 9.

前記フィルタ11は、増幅器10により増幅された2つの心電信号に含まれるノイズをそれぞれ除去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。
The filter 11 removes noise contained in the two electrocardiographic signals amplified by the amplifier 10.
The A / D converter 12 converts an electrocardiogram signal into a digital signal.
The level dividing unit 13 equally divides an electrocardiogram signal which has been amplified, noise-removed and A / D converted from two electrodes (for example, the electrode 5a and the electrode 5b in FIG. 20) selected by the switch 9 (for example, The level conversion is performed by dividing into five levels. That is, the maximum value and the minimum value in the sample are equally divided.

前記リングメモリ14は、レベル分割部13によりレベル変換された心電信号をサンプリングタイミングに応じて順次書き込み、順次読み出すことができるように配列されたメモリであり、書き込みは時間的にはリング状配列でサンプリングタイミングに準じて順次記録されるようになっている。リング状配列されたメモリの読み出しは、別のタイミングで、所定の配列幅(時間窓)分が読み出されるようになっている。また、その読み出し開始位置もあらかじめ定められた数メモリ(ステップ数)ずつ、メモリを配列方向にずらしながら読み出されるようになっている。   The ring memory 14 is a memory arranged so that the ECG signals level-converted by the level dividing unit 13 can be sequentially written and read in accordance with the sampling timing. Thus, recording is sequentially performed according to the sampling timing. Reading of the memory arranged in a ring shape is performed at a different timing so as to read a predetermined arrangement width (time window). The reading start position is also read out by shifting the memory in the arrangement direction by a predetermined number of memories (number of steps).

前記ヒストグラム部15は、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2次元配列ヒストグラム部15cを備えている。X,Y配列ヒストグラム部15a,15bは、それぞれ、リングメモリ14の一部に記録された時間窓に対応する分のメモリ値が入力され、メモリ値に応じたヒストグラム配列に変換されて記録されるようになっている。   The histogram section 15 includes an X array histogram section 15a, a Y array histogram section 15b, and a two-dimensional array histogram section 15c. Each of the X and Y array histogram sections 15a and 15b receives memory values corresponding to the time window recorded in a part of the ring memory 14, is converted into a histogram array corresponding to the memory values, and is recorded. It is like that.

2次元配列ヒストグラム部15cは、2次元配列したメモリであり、2つのリングメモリ14の読み出しタイミングと同期しながらそれぞれ読み出し、各X値Y値で1点として2次元配列したメモリにヒストグラム配列に変換して記録され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。
The two-dimensional array histogram unit 15c is a two-dimensionally arranged memory, which is read out in synchronization with the read timing of the two ring memories 14, and converted into a histogram array in a two-dimensionally arranged memory as one point for each X value and Y value. And is now recorded.
In order to simplify the configuration, the values of the Y array histogram section 15b and the X array histogram section 15a are read out from the two-dimensional array histogram section 15c for each X array and added or read out for each Y array and added. It is good.

前記相互情報量演算処理部16はX配列ヒストグラム部15aに記録されているメモリ値ki・、Y配列ヒストグラム部15bに記録されているメモリ値k・j、2次元配列ヒストグラム部15cに記録されているメモリ値kijを読み出した後、相互情報量MIの計算を行い、その値を解析診断部8へ転送するようになっている。
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。
The mutual information calculation processing section 16 is recorded in the memory value k i · recorded in the X array histogram section 15a, the memory value k · j recorded in the Y array histogram section 15b, and the two-dimensional array histogram section 15c. After reading the stored memory value k ij , the mutual information MI is calculated, and the value is transferred to the analysis / diagnosis unit 8.
In this operation, signals from the heart A are sequentially detected by the electrodes 5a, 5b, and 5c, and the value of the mutual information MI is calculated and output while shifting the detection window by a predetermined number of steps. Yes.

また、相互情報量演算処理部16に代えて、χ統計量演算処理部16′を備える不整脈信号検出装置を図22に示す。χ統計量演算処理部16′は、X配列ヒストグラム部15aに記録されているメモリ値ki・、Y配列ヒストグラム部15bに記録されているメモリ値k・j、2次元配列ヒストグラム部15cに記録されているメモリ値kijを読み出した後、χ統計量Tの計算を行い、その値を解析診断部8へ転送するようになっている。
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χ統計量Tの値を演算し出力していくようになっている。
Further, FIG. 22 shows an arrhythmia signal detection apparatus including a χ 2 statistic calculation processing unit 16 ′ instead of the mutual information calculation processing unit 16. The χ 2 statistic calculation processing unit 16 ′ stores the memory value k i · recorded in the X array histogram unit 15a, the memory value k · j recorded in the Y array histogram unit 15b, and the two-dimensional array histogram unit 15c. After reading the recorded memory value k ij , the χ 2 statistic T is calculated, and the value is transferred to the analysis / diagnostic unit 8.
In this operation, signals from the heart A are sequentially detected by the electrodes 5a, 5b and 5c, and the value of the χ 2 statistic T is calculated and output while shifting the detection window by a predetermined number of steps. ing.

解析診断部8は、相互情報量演算処理部16から送られてきた相互情報量MIの値から、または、χ統計量演算処理部16′から送られてきたχ統計量Tの値から、不整脈信号であるか否かを判断し、その判断結果に基づいて刺激パルスを出力する必要性について判断するようになっている。そして、刺激パルスの出力が必要されるときには解析診断部8から治療制御部3へ信号が出力される。それによって、治療制御部3により刺激パルス発生部4が制御され、電極5a,5b,5cに刺激パルスが伝わるようにスイッチが切り替えられ、その後、刺激パルスが心臓Aへ与えられるようになっている。刺激パルスが与えられた後には、再び、心臓Aからの信号を検出するために3つの電極5a,5b,5cの内の2つとセンサ部7とが接続されるようにスイッチ6が切り替えられる。 Analysis and diagnosis section 8, from the value of the mutual information MI sent from mutual information processing unit 16, or from the value of chi 2 statistic operation processing unit 16 'is sent from the chi 2 statistic T Whether or not the signal is an arrhythmia signal is determined, and the necessity of outputting a stimulation pulse is determined based on the determination result. When the stimulation pulse needs to be output, a signal is output from the analysis / diagnosis unit 8 to the treatment control unit 3. Thereby, the stimulation control pulse generator 4 is controlled by the treatment controller 3, and the switch is switched so that the stimulation pulse is transmitted to the electrodes 5a, 5b, 5c, and then the stimulation pulse is applied to the heart A. . After the stimulation pulse is given, the switch 6 is switched so that two of the three electrodes 5a, 5b, and 5c and the sensor unit 7 are connected to detect the signal from the heart A again.

このように構成された本実施形態に係る除細動装置1によれば、心臓Aに取り付けた複数の電極5a,5b,5cにより検出した複数の心電信号の相互情報量MIまたはχ統計量Tに基づいて、簡易に、心室頻拍、心室細動あるいは心房頻拍のような致死性不整脈信号を検出して刺激パルスを出力することができるという利点がある。 According to the defibrillator 1 according to the present embodiment configured as described above, the mutual information MI or χ 2 statistics of the plurality of electrocardiographic signals detected by the plurality of electrodes 5a, 5b, 5c attached to the heart A. Based on the quantity T, there is an advantage that a lethal arrhythmia signal such as ventricular tachycardia, ventricular fibrillation or atrial tachycardia can be easily detected and a stimulation pulse can be output.

なお、本実施形態においては、ヒストグラム部として2次元配列ヒストグラム部15cを採用したが、これに代えて、図21、図23に示されるように、3次元配列ヒストグラム部15c′を採用してもよい。また、この場合、3つ目のZ配列ヒストグラム部15dが必要である。また、増幅器10、フィルタ11、A/D変換器12、レベル分割部13、リングメモリ14も3つずつ備えられている。また、スイッチ9が削除され、スイッチ9′が採用されている。   In the present embodiment, the two-dimensional array histogram unit 15c is employed as the histogram unit, but instead, a three-dimensional array histogram unit 15c ′ may be employed as shown in FIGS. Good. In this case, the third Z array histogram portion 15d is necessary. In addition, three amplifiers 10, filters 11, A / D converters 12, level division units 13, and ring memories 14 are also provided. Further, the switch 9 is deleted and the switch 9 'is employed.

そして、3つのリングメモリ14から読み出しタイミングを同期させながらそれぞれ読み出し、各X値Y値Z値で1点として3次元配列したメモリにヒストグラム配列に変換して記録する。
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。
Then, reading is performed from the three ring memories 14 while synchronizing the reading timing, and each X value, Y value, and Z value is converted into a histogram array and recorded in a three-dimensionally arranged memory as one point.
In order to simplify the configuration, the X-array histogram is obtained by reading and adding from the three-dimensional array histogram unit 15c ′ for each X array, reading and adding for each Y array, or reading and adding for each Z array. The values of the section 15a, the Y array histogram section 15b, and the Z array histogram section 15d may be used.

本発明の一実施形態に係る不整脈の検出方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detection method of the arrhythmia based on one Embodiment of this invention. 図1の不整脈の検出方法における生起確率の算出のための(a)心電信号の振幅値の一例と、(b)そのヒストグラムとを示す図である。It is a figure which shows an example of the amplitude value of the electrocardiogram signal for calculation of occurrence probability in the detection method of arrhythmia of FIG. 1, and (b) the histogram. 図1の不整脈の検出方法における同時生起確率の算出のための(a)一の心電信号の振幅値の一例、(b)そのヒストグラム、(c)他の心電信号の振幅値の一例、(d)そのヒストグラムおよび(e)同時生起要素数を示す図である。(A) one example of the amplitude value of one electrocardiogram signal for calculating the co-occurrence probability in the arrhythmia detection method of FIG. 1, (b) its histogram, (c) one example of the amplitude value of another electrocardiogram signal, (D) is a diagram showing the histogram and (e) the number of co-occurrence elements. 図1の不整脈の検出方法における相互情報量の算出のための時間窓を示す図である。It is a figure which shows the time window for calculation of the mutual information amount in the detection method of the arrhythmia of FIG. 心室頻拍(VT)時の2つの心電信号とその相互情報量および相関係数とを示す図であり、(a)右心室心電図、(b)左心室心電図、(c)MI:相互情報量(実線)、PCC:相関係数(破線)である。It is a figure which shows two electrocardiogram signals at the time of ventricular tachycardia (VT), its mutual information amount, and a correlation coefficient, (a) Right ventricular electrocardiogram, (b) Left ventricular electrocardiogram, (c) MI: Mutual information Quantity (solid line), PCC: correlation coefficient (dashed line). 心室細動(VF)時の2つの心電信号とその相互情報量および相関係数とを示す図であり、(a)右心室心電図、(b)左心室心電図、(c)MI:相互情報量(実線)、PCC:相関係数(破線)である。It is a figure which shows two electrocardiogram signals at the time of ventricular fibrillation (VF), its mutual information amount, and a correlation coefficient, (a) Right ventricular electrocardiogram, (b) Left ventricular electrocardiogram, (c) MI: Mutual information Quantity (solid line), PCC: correlation coefficient (dashed line). 心房頻拍(AT)時の2つの心電信号とその相互情報量および相関係数とを示す図であり、(a)右心室心電図、(b)左心室心電図、(c)MI:相互情報量(実線)、PCC:相関係数(破線)である。It is a figure which shows two electrocardiogram signals at the time of atrial tachycardia (AT), its mutual information amount, and a correlation coefficient, (a) Right ventricular electrocardiogram, (b) Left ventricular electrocardiogram, (c) MI: Mutual information Quantity (solid line), PCC: correlation coefficient (dashed line). 正常(SR)時の2つの心電信号とその相互情報量および相関係数とを示す図であり、(a)右心室心電図、(b)左心室心電図、(c)MI:相互情報量(実線)、PCC:相関係数(破線)である。It is a figure which shows two electrocardiogram signals at the time of normal (SR), its mutual information amount, and a correlation coefficient, (a) Right ventricular electrocardiogram, (b) Left ventricular electrocardiogram, (c) MI: Mutual information amount ( Solid line), PCC: correlation coefficient (broken line). (a)相互情報量、(b)相関係数のばらつきを示す箱ひげ図である。It is a box-and-whisker diagram showing variation in (a) mutual information and (b) correlation coefficient. スクリーニング検査等の精度評価のための(a)診断指標の分布、(b)ROC曲線を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically (a) distribution of a diagnostic parameter | index for accuracy evaluation, such as a screening test, and (b) ROC curve. 実際のデータに基づく、相互情報量および相関係数のROC曲線を示す図である。It is a figure which shows the ROC curve of a mutual information amount and a correlation coefficient based on actual data. 図5〜図8のそれぞれの心電信号の同時生起頻度の平均値を示す図である。It is a figure which shows the average value of the simultaneous occurrence frequency of each electrocardiogram signal of FIGS. 図1の不整脈の検出方法の変形例であって、ピアソンのχ統計量の算出に用いられる×n分割表を示す図である。FIG. 9 is a modification of the arrhythmia detection method of FIG. 1 and is a diagram illustrating an m × n partition table used for calculating Pearson's χ 2 statistics. 不整脈分類手法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the arrhythmia classification method. 図13の×n分割表を用いて算出したピアソンのχ統計量のばらつきを示す箱ひげ図である。FIG. 14 is a box-and-whisker diagram illustrating variations in Pearson's χ 2 statistics calculated using the m × n contingency table of FIG. 13. 正常(SR)時の2つの心電信号とその相互情報量およびχ統計量とを示す図であり、(a)右心室心電図、(b)左心室心電図、(c)MI:相互情報量(細線)、χ統計量(太線)である。It is a figure which shows two electrocardiogram signals at the time of normal (SR), its mutual information amount, and χ 2 statistics, (a) right ventricular electrocardiogram, (b) left ventricular electrocardiogram, (c) MI: mutual information amount (Thin line), χ 2 statistics (thick line). 心房頻拍(AT)時の2つの心電信号とその相互情報量およびχ統計量とを示す図であり、(a)右心室心電図、(b)左心室心電図、(c)MI:相互情報量(細線)、χ統計量(太線)である。It is a figure which shows two electrocardiogram signals at the time of atrial tachycardia (AT), its mutual information amount, and χ 2 statistics, (a) right ventricular electrocardiogram, (b) left ventricular electrocardiogram, (c) MI: mutual Information amount (thin line), χ 2 statistic (thick line). 右心房心電図と右心室心電図間のχ統計量を示す箱ひげ図である。It is a box-and-whisker diagram showing χ 2 statistics between the right atrial electrocardiogram and the right ventricular electrocardiogram. 本発明の一実施形態に係る除細動装置を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a defibrillator according to an embodiment of the present invention. 図19の除細動装置の情報処理部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the information processing part of the defibrillator of FIG. 図20の情報処理部の変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the modification of the information processing part of FIG. 図20の情報処理部の他の変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other modification of the information processing part of FIG. 図20の情報処理部の他の変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other modification of the information processing part of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

A 心臓
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)
A heart 1 defibrillator 2 arrhythmia signal detector 5a, 5b, 5c electrode 7 information processing unit (mutual information calculation unit)
8 Analysis and diagnosis unit (determination unit)

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。
A plurality of electrodes placed in the heart;
A mutual information amount calculation unit for calculating a mutual information amount based on a plurality of electrocardiographic signals detected by the electrodes;
An arrhythmia signal detection device comprising: a determination unit that determines whether or not the mutual information amount calculated by the mutual information amount calculation unit is smaller than a predetermined threshold value.
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χ統計量を算出するχ統計量算出部と、
該χ統計量算出部により算出されたχ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。
A plurality of electrodes placed in the heart;
A χ 2 statistic calculating unit that calculates χ 2 statistic based on a plurality of electrocardiogram signals detected by the electrodes;
Chi 2 statistic calculated by the chi 2 statistic calculation unit arrhythmia signal detecting device and a determining unit configured to determine whether or not smaller than a predetermined threshold value.
請求項または請求項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。
Comprising the arrhythmia signal detection device according to claim 1 or 2 ,
A defibrillation apparatus comprising a stimulation pulse generator that generates an electrical stimulation pulse to be applied via an electrode disposed in the heart when an arrhythmia signal is detected by the arrhythmia signal detection apparatus.
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