JP2001095768A - ペースメーカが定めたペースの心電図を自動的に検出しかつ解釈する方法および装置 - Google Patents

ペースメーカが定めたペースの心電図を自動的に検出しかつ解釈する方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 生理学的波形を取得する患者モニタリング・
システム、ならびに患者モニタリング・システムでペー
スメーカ・パルスの存在を検出する方法を提供するこ
と。 【解決手段】 アナログＥＣＧ波形を取得し、そのアナ
ログＥＣＧ波形を解析して第１のペースメーカ・パルス
・マーカとエネルギー計測値を生成し、アナログＥＣＧ
波形をディジタル化してディジタルのＥＣＧデータを生
成する。さらに、このディジタルＥＣＧデータを解析し
て第２のペースメーカ・パルス・マーカを生成し、第１
のペースメーカ・パルス・マーカとエネルギー計測値を
第２のペースメーカ・パルス・マーカと比較する。検出
したペースメーカ・パルスと特定のＥＣＧフィーチャと
の間のタイミングの関係を解析して、埋め込まれたペー
スメーカのペース・モードを判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は患者モニタリングお
よび診断装置に関し、詳細には、マルチプルリード（mu
ltiple-lead）式の心電計（ＥＣＧ）信号を取得し、そ
の信号に対してリズム解析を実行することできる患者モ
ニタリングおよび診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】患者モニタリングおよび診断装置、詳細
にはマルチプルリード機能付きのＥＣＧ装置に、複雑な
ＥＣＧリズム解析を行う能力を備えさせることは、当技
術分野ではよく知られている。このリズム解析能力は、
通常その装置を制御しているソフトウェアの機能であ
る。一般に、ＥＣＧ波形をフィルタ処理し、かつディジ
タル化する、すなわち、アナログ−ディジタル（Ａ／
Ｄ）変換器に入力する。ディジタル化された波形は、次
いでリズム解析ソフトウェアにより解析される。リズム
解析の目的は、評価しようとする患者の心臓の状態を正
確に診断することである。
【０００３】マルチプルリード式ＥＣＧ装置を用いて評
価した患者すべてのうち概ね２ないし３パーセントは、
患者の心臓の動作を補助するためのペースメーカを埋め
込んでいたと推定されている。正確なリズム解析を行う
ためには、そのＥＣＧ装置はＥＣＧ波形内でペースメー
カ・パルスの存在を検出でき、かつ臨床医に対しＥＣＧ
波形上の特定のイベントがペースメーカが起こしたイベ
ントであり、異所性心臓拍動などの異常な生理学的イベ
ントではないという表示を出すことができねばならな
い。ペースメーカ・パルスは、通常はＥＣＧ波形上で高
周波数のスパイクとして観察される。次いで、アルゴリ
ズムは検出したパルスのＥＣＧの特徴に対するタイミン
グ関係を利用して、埋め込まれたペースメーカのペース
・モードを判定する。
【０００４】周知の患者モニタリングおよび診断システ
ムでは、ＥＣＧ波形のディジタル化に先だってペースメ
ーカ・パルス検出を実行する。この検出はアナログ信号
処理技法を用いて実行する。詳細には、ハイパス・フィ
ルタを利用して、ペースメーカ・パルスが生じた時を示
すＥＣＧ波形の高周波数要素の存在を見付ける。次い
で、そのディジタル化したＥＣＧデータ内のペースメー
カ・パルスが存在すると推定される箇所に人工的マーカ
を挿入することにより、検出したペースメーカ・パルス
に関する情報がＥＣＧ解析ソフトウェアに渡される。次
いで、この解析ソフトウェアはこれらのマーカを検出
し、イベント・マーカはペースメーカ・パルスを示して
いるという認識の下にＥＣＧ波形を解析する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記の
ようにしてＥＣＧ波形内でペースメーカ・パルスを検出
するこの従来の方法には、２つの大きな欠点があると判
断している。その１つは、高周波数のペースメーカ・パ
ルスを検出するために使用するアナログ検出回路は、一
般に臨床環境に存在する高周波数ノイズに概して影響さ
れやすいことである。この高周波数ノイズはペースメー
カ・パルスであると誤って識別されることが多い。
【０００６】その２つ目は、検出されたペースメーカ・
パルスはディジタル化したＥＣＧ波形データ内に挿入さ
れるため、検出アナログ回路による誤検出が高率になる
と、このディジタル化したＥＣＧデータを劣化させるこ
とになる。こうしたディジタル化したＥＣＧデータの劣
化は不可逆的であると共に、アルゴリズムや臨床医のも
つＥＣＧ波形に対する正確な解析能力を著しく制限して
しまう。データの劣化を防ぐために、臨床医は一般に周
知の患者モニタリングおよび診断システムのペースメー
カ検出機能を「オフ」にしてしまうことが多い。
【０００７】アナログのペースメーカ検出を「オフ」に
した状態では、リズム解析ソフトウェアは、処理されデ
ィジタル化されたＥＣＧ信号内に残っている残留ペース
メーカ・パルスに頼らざるを得ない。このような残留パ
ルスは、その装置のフロントエンドで実行されたローパ
ス・フィルタ処理のために、概して振幅が小さくまた継
続時間が短い。これによりソフトウェアの検出パフォー
マンスが制限を受ける（低感度となる）。一方、アナロ
グ検出を「オフ」にした状態で解釈アルゴリズムがペー
スメーカ・パルスを検出しようとする場合には、偽りの
ペースメーカ・パルスを検出することはめったにない
（特異性が高い）。
【０００８】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明によ
りＥＣＧ波形を解析してペースメーカ・パルスを検出し
その中のペース・モードを判定するための方法を提供す
る。本発明はさらに、ＥＣＧ波形を解析しその中のペー
スメーカ・パルスを検出するための方法を利用した患者
モニタリング・システムを提供する。この患者モニタリ
ング・システムはフロントエンドの計測増幅器を介して
患者から生理学的波形を取得する。この生理学的波形は
アナログ・ペース検出回路とＥＣＧ処理回路に同時に送
られる。アナログ・ペース検出回路は、そのアナログ波
形内の潜在的ペースメーカ・パルスを検出するハイパス
・フィルタを含む。このハイパス・フィルタにより、ペ
ースメーカ・パルスに特徴的な高スルー・レート（高周
波数成分）を有する波形イベントを探し出す。アナログ
・ペース検出回路は、アナログ検出マーカを、検出した
パルスのそれぞれに含まれるエネルギーの計測値と共に
解釈アルゴリズムに送信する。解釈アルゴリズムはタイ
ミング制約を利用してアナログ検出マーカのタイミング
を解析し、かつアナログ検出マーカのエネルギーを解析
して、潜在的にペースメーカ・パルスであると誤って識
別されたノイズその他のアーチファクトから実際のペー
スメーカ・パルスを区別するのを助ける。解釈アルゴリ
ズムは誤って検出された検出マーカを削除する。別の言
い方をすると、解釈アルゴリズムはアナログ検出マーカ
と対応するエネルギー計測値とを調べ、連続したランを
無視することによりノイズに起因する可能性のあるマー
カを削除し、時間的に互いに極めて接近しているアナロ
グ検出マーカを削除し、低エネルギーのパルスに相当す
るアナログ・マーカを削除する。アナログ・ペース検出
回路によりＥＣＧ波形が処理されているのと同時に、Ｅ
ＣＧ波形の第２のチャネルが、ＥＣＧ波形をフィルタ処
理し、デジタル化するＥＣＧ処理回路に入力される。こ
のＥＣＧ処理回路はディジタル化したＥＣＧデータを解
釈アルゴリズムに出力する。
【０００９】次いで、ペースメーカ解釈アルゴリズム
は、ディジタル化したＥＣＧデータを独立に解析し、ア
ナログ・ペース検出回路が生成したアナログ検出マーカ
とはっきりと異なる別のディジタル・ペース検出マーカ
を確立する。これらのマーカは、ディジタル化したＥＣ
Ｇデータ内での残留ペースメーカ・パルスの検出に基づ
き生成され、アルゴリズムにより「真の」パルスとして
自動的に登録される。アナログ検出マーカはディジタル
化したＥＣＧからの登録されたマーカと比較される。ア
ナログ検出マーカがディジタル化したＥＣＧからの登録
されたマーカと対応する場合はいずれも、ペースメーカ
・パルスが発生したことが明瞭である。しかし、ディジ
タル化したＥＣＧからの対応する登録されたマーカをも
たないアナログ検出マーカのそれぞれに対しては、その
ディジタル化したＥＣＧデータを部分的に解析し、アナ
ログ検出マーカにより示されたペースメーカ・パルスの
存在を立証する高周波数の証拠を探索する。こうした証
拠が発見された場合、新たにペース検出マーカを「真
の」パルスとして登録する。
【００１０】ペースメーカ・パルス検出に続き、アルゴ
リズムは検出したパルスのタイミング情報を利用し、そ
のタイミングを特定のＥＣＧのフィーチャ（ＱＲＳ、Ｐ
波など）のタイミングおよび形態と比較し、埋め込まれ
たペースメーカのペース・モードを決定する。
【００１１】本発明の主要な利点は、ＥＣＧ波形内でペ
ースメーカ・パルスを検出するための極めて特異的で、
極めて高感度の患者モニタリングおよび診断システムを
提供することである。本発明のその他の特徴および利点
は以下の図面、詳細な説明、並びに特許請求の範囲に記
載されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】図面のうちの図１に、従来技術の
心電計による、ペースメーカがペースを定めた心電図
（ＥＣＧ）の検出および表示の方法を示す。図１に示す
ように、この心電計では、ＥＣＧ波形を取得し、そのＥ
ＣＧ波形をペース検出回路に入力する。ペース検出回路
はこのＥＣＧ波形を解析し、ペースメーカ・パルスの特
性を有するＥＣＧ波形成分の検出に応答してペースメー
カ・パルス・マーカを生成する。このペースメーカ・パ
ルス・マーカはＥＣＧ波形に追加され、「ペース強調
（pace-enhanced）」のＥＣＧ波形が作られ、この波形
がＥＣＧ解釈アルゴリズムに入力される。解釈アルゴリ
ズムにより「ペース強調」ＥＣＧ波形の臨床解析を行う
ことができる。図１に示す例では、その解釈アルゴリズ
ムにより、ＥＣＧ波形の対象である患者が心室ペーシン
グを起こしていることを正しく判定できた。
【００１３】しかし、従来技術のペースメーカ・パルス
検出回路を使用することによりデータの劣化を起こす可
能性がある。詳細には、図２に示すように、ペースメー
カ・パルス検出回路が臨床環境内の周囲ノイズをペース
メーカ・パルスであると誤って判別した場合、そのＥＣ
Ｇ波形は劣化する可能性がある。誤って検出されたペー
スメーカ・パルスのうちの幾つかは図２のマーカ「Ｅ」
と判別される。この間違った検出により、ＥＣＧ波形内
に誤ったペースメーカ・パルス・マーカが挿入される結
果となる。図２に示すように、従来技術のペース検出回
路および解釈アルゴリズムを使用して生成された誤って
検出したペースメーカ・パルスにより、そのＥＣＧ波形
は劣化する。
【００１４】図３は本発明を具現化した患者モニタリン
グ・システムである。この患者モニタリング・システム
は心電図すなわちＥＣＧ波形を取得する任意の患者モニ
タを含むことができるが、好ましい実施形態の患者モニ
タリング・システムはマルチプルリード式心電計装置１
０である。この心電計１０は、患者１８に接続された複
数の電極（図示せず）を有するリード・セット１４を含
む。ＥＣＧモニタリングは３セット、５セット、１２セ
ット、あるいはさらに多くのリード・セットを使用して
管理されることが一般に知られている。これらの電極は
フロントエンドの増幅器または計測増幅器２２に接続さ
れ、この増幅器は生理学的な電気活動を電極から受け取
り、そのアナログＥＣＧ波形を増幅する。次いで、この
アナログＥＣＧ波形はアナログ・ペース検出回路２６と
ＥＣＧ処理回路３０とに同時に送られる。
【００１５】アナログ・ペース検出回路２６はハイパス
・フィルタを含む。このハイパス・フィルタはアナログ
波形内の潜在的なペースメーカ・パルスを検出する。こ
のハイパス・フィルタは、一般のペースメーカ・パルス
に特徴的な高スルー・レートを有するＥＣＧ波形成分
（すなわち高周波数成分）を通過させる。アナログ・ペ
ース検出回路２６は、検出したパルスのそれぞれに含ま
れるエネルギーの計測値と共に、検出した潜在的なペー
スメーカ・パルスの位置を示すアナログ検出マーカを解
釈アルゴリズム３４に送信する。アナログ検出マーカの
幾つかは、周辺の環境からの高周波数ノイズによるエラ
ーである可能性がある。解釈アルゴリズム３４は、タイ
ミング制約およびエネルギー・レベル制約をアナログ検
出マーカに適用し、実際のペースメーカ・パルスを、潜
在的なアナログ・ペースメーカ・パルスであると誤って
識別されたノイズその他のアーチファクトから区別する
ことを助ける。詳細には、解釈アルゴリズム３４はアナ
ログ検出マーカを解析し、さらに連続したランを無視す
ることにより、ノイズに由来するマーカを削除し、時間
的に互いに極めて接近しているアナログ検出マーカを削
除し、かつ低エネルギーのパルスに相当するアナログ・
マーカを削除する。
【００１６】同時に、ＥＣＧ処理回路３０は、アナログ
ＥＣＧ波形をフィルタ処理し、ディジタル化する。ＥＣ
Ｇ処理回路３０はディジタル化したＥＣＧデータを第２
のチャネル上の解釈アルゴリズム３４に出力する。
【００１７】次いで、ペースメーカ解釈アルゴリズム３
４は、ディジタル化したＥＣＧデータを独立に解析し
て、アナログ・ペース検出回路２６が生成したアナログ
検出マーカとはっきりと異なる別のペース検出マーカを
生成する。これらのマーカは、アルゴリズムにより「真
の」ペースメーカ・パルスとして自動的に登録される。
アナログ検出マーカはディジタル化したＥＣＧからの登
録されたマーカと比較される。アナログ検出マーカがデ
ィジタル化したＥＣＧからの登録されたマーカと対応す
る場合はいずれも、ペースメーカ・パルスが発生したこ
とが明瞭である。しかし、ディジタル化したＥＣＧから
の対応する登録されたマーカをもたないアナログ検出マ
ーカのそれぞれに対しては、そのディジタル化したＥＣ
Ｇデータを部分的に解析して、アナログ検出マーカによ
り示されたペースメーカ・パルスの存在を立証する高周
波数の証拠を探索する。こうした証拠が発見された場
合、新たにペース検出マーカを「真の」パルスとして登
録する。
【００１８】図４により本発明の方法において実行され
る動作を示す。詳細には、解釈アルゴリズムはタイミン
グ制約およびエネルギー・レベル制約を適用し、誤った
アナログ検出マーカを除去する（１００）。次いで、解
釈アルゴリズムはディジタル化したＥＣＧリード・デー
タに対するペースメーカ・パルス検出を実行し（１０
５）、検出したパルスを「真の」ペースメーカ・パルス
として登録する（１１０）。次に、第１のアナログ検出
マーカを検査し（１１５）、登録した検出マーカと比較
して（１２０）、そのアナログ検出マーカに対応する
「真の」ペースメーカ・パルスが存在するか否かを判定
する。登録されたマーカに対応しないアナログ検出マー
カのいずれに対しても、そのＥＣＧ波形を解析し、その
ディジタル化したＥＣＧリード・データ内にペースメー
カ活動の証拠が存在するか否かを判定する（１３０）。
そうした証拠が存在せず、かつ動作１３５での判定によ
り別のアナログ検出マーカが存在する場合には、次のア
ナログ検出マーカのためにこの処理が繰り返される（１
４０）。一方、ペースメーカ活動の証拠が存在する場合
には、「真の」ペースメーカ・パルスを登録する（１４
５）。この場合にも、検査すべきアナログ検出マーカが
まだほかにある場合には（１３５）、次のアナログ検出
マーカのためにこの処理が繰り返される（１４０）。す
べてのアナログ検出マーカを上記の方式により検査した
後に、登録した「真の」パルスと特定のＥＣＧのフィー
チャ（ＱＲＳ、Ｐ波など）の間のタイミングの関係を用
いて、埋め込まれたペースメーカのペース・モードを決
定する（１５０）。こうして処理は完了となる（１５
５）。
【００１９】本発明の実施の一形態を詳細に説明する前
に、本発明がその出願において、上述の説明に記載した
あるいは図面で示した要素の構成や配置の詳細に限定さ
れるものではないことを理解されたい。本発明はその他
の実施形態によることが可能であり、かつ様々な方法に
より実現あるいは実施することが可能である。さらに、
本明細書で用いる表現や用語は説明を目的としたもので
あって限定的なものと見なすべきでないことを理解され
たい。
【００２０】本発明の様々な特徴および利点は特許請求
の範囲に記載してある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のペースメーカ・パルス検出方法の概
略図である。
【図２】従来技術のパルス検出方法を使用して誤って検
出されたペースメーカ・パルスにより劣化したＥＣＧ波
形の一例を示す図である。
【図３】本発明を具現化した患者モニタリング・システ
ムを示す概略ブロック図である。
【図４】解釈アルゴリズムのペースメーカ・パルス検出
ロジックの流れ図である。
【符号の説明】
１０ 患者モニタリング・システム、心電計装置 １８ 患者 １４ リード・セット ２２ フロントエンド増幅器、計測増幅器 ２６ アナログ・ペース検出回路 ３０ ＥＣＧ処理回路 ３４ 解釈アルゴリズム
フロントページの続き (72)発明者 シャンカラ・ボンサ・レディ アメリカ合衆国・53012・ウィスコンシン 州・シダーバーグ・タワー アベニュ・ウ エスト75 ノース766

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アナログＥＣＧ信号を取得する入力回路
    と、 この入力回路に接続され、アナログＥＣＧからアナログ
    ・ペースメーカ・パルス・マーカを生成するアナログ・
    ペース検出回路と、 アナログＥＣＧのディジタル化した出力を提供するディ
    ジタルＥＣＧ処理回路と、 このディジタル化した出力を解析し、ディジタル・ペー
    ス検出マーカを確立する手段と、 アナログ・ペースメーカ・パルス・マーカをディジタル
    ・ペース検出マーカと比較し誤って検出されたペースメ
    ーカ・パルスを削除する手段と、 タイミングおよびエネルギー・コンテント情報に基づき
    誤って検出されたアナログ検出マーカを削除する手段
    と、を備える患者モニタリング・システム。
  2. 【請求項２】 前記入力回路が増幅器を含む請求項１に
    記載の患者モニタリング・システム。
  3. 【請求項３】 前記ディジタルＥＣＧ処理回路がＡ／Ｄ
    変換器を含む請求項１に記載の患者モニタリング・シス
    テム。
  4. 【請求項４】 前記患者モニタリング・システムが心電
    計である請求項１に記載の患者モニタリング・システ
    ム。
  5. 【請求項５】 前記アナログ・ペース検出回路が、アナ
    ログ・ペースメーカ・パルス・マーカのそれぞれのエネ
    ルギーの計測値も生成する請求項１に記載の患者モニタ
    リング・システム。
  6. 【請求項６】 アナログＥＣＧ波形を取得するステップ
    と、 このアナログＥＣＧ波形を解析して第１のペースメーカ
    ・パルス・マーカを生成するステップと、 この第１のペースメーカ・パルス・マーカのタイミング
    情報およびエネルギー・コンテントを解析して誤ったペ
    ースメーカ・パルス・マーカを削除するステップと、 アナログＥＣＧ波形をディジタル化してディジタルのＥ
    ＣＧデータを生成するステップと、 このディジタルＥＣＧデータを解析して第２のペースメ
    ーカ・パルス・マーカを生成するステップと、 第１のペースメーカ・パルス・マーカを第２のペースメ
    ーカ・パルス・マーカと比較するステップと、を含むＥ
    ＣＧ波形内のペースメーカ・パルスを検出する方法。
  7. 【請求項７】 前記方法がさらに、第１のペースメーカ
    ・パルス・マーカをタイミング制約およびエネルギー・
    レベル制約と比較し、誤って検出されたパルス・マーカ
    を削除するステップを含む請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記方法がさらに、ディジタルＥＣＧデ
    ータを検査しペースメーカ・パルスを検出するステップ
    を含む請求項６に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記方法がさらに、検出したペースメー
    カ・パルスに応答してペースメーカ・パルス・マーカを
    追加するステップを含む請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 アナログＥＣＧ波形を解析する前記ス
    テップが、アナログ・ペースメーカ・パルス・マーカの
    それぞれのエネルギーの計測値を生成することを含む請
    求項６に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 アナログＥＣＧ波形を取得すること
    と、 このアナログＥＣＧ波形を解析して第１のペースメーカ
    ・パルス・マーカを生成することと、 アナログＥＣＧ波形をディジタル化してディジタルのＥ
    ＣＧデータを生成することと、 このディジタルＥＣＧデータを解析して第２のペースメ
    ーカ・パルス・マーカを生成することと、 第１のペースメーカ・パルス・マーカを第２のペースメ
    ーカ・パルス・マーカと比較することとを実行する、Ｅ
    ＣＧを取得することができる患者モニタリング・システ
    ム用のソフトウェア・プログラム。
  12. 【請求項１２】 さらに、第１のペースメーカ・パルス
    ・マーカをタイミング制約と比較し誤って検出されたパ
    ルス・マーカを削除することを含む請求項１１に記載の
    ソフトウェア・プログラム。
  13. 【請求項１３】 さらに、ディジタルＥＣＧデータを検
    査してペースメーカ・パルスを検出することを含む請求
    項１１に記載のソフトウェア・プログラム。
  14. 【請求項１４】 さらに、検出したペースメーカ・パル
    スに応答してペースメーカ・パルス・マーカを追加する
    ことを含む請求項１１に記載のソフトウェア・プログラ
    ム。
  15. 【請求項１５】 アナログＥＣＧ波形を解析すること
    が、アナログ・ペースメーカ・パルス・マーカのそれぞ
    れのエネルギーの計測値を生成することを含む請求項１
    １に記載のソフトウェア・プログラム。
  16. 【請求項１６】 アナログＥＣＧを取得する入力回路
    と、 この入力回路と接続され、アナログＥＣＧからアナログ
    ・ペースメーカ・パルス・マーカを生成するアナログ・
    ペース検出回路と、 アナログＥＣＧのディジタル化した出力を提供するディ
    ジタルＥＣＧ処理回路と、 そのディジタル化した出力を解析してディジタル・ペー
    ス検出マーカを確立し、アナログ・ペースメーカ・パル
    ス・マーカをディジタル・ペース検出マーカと比較して
    誤って検出されたペースメーカ・パルスを削除するソフ
    トウェアと、を備える患者モニタリング・システム。
  17. 【請求項１７】 前記入力回路が増幅器を含む請求項１
    ６に記載の患者モニタリング・システム。
  18. 【請求項１８】 前記ディジタルＥＣＧ処理回路がＡ／
    Ｄ変換器を含む請求項１６に記載の患者モニタリング・
    システム。
  19. 【請求項１９】 前記患者モニタリング・システムが心
    電計である請求項１６に記載の患者モニタリング・シス
    テム。
  20. 【請求項２０】 前記アナログ・ペース検出回路がさら
    に、アナログ・ペースメーカ・パルス・マーカのそれぞ
    れのエネルギーの計測値を生成する請求項１６に記載の
    患者モニタリング・システム。
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