JP2001504722A

JP2001504722A - 哺乳動物の心臓の生理学的状態の統計学的マッピング

Info

Publication number: JP2001504722A
Application number: JP52341698A
Authority: JP
Inventors: クレトスキン・ソロモン
Original assignee: カーディオソルリミテッド
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1997-11-10
Publication date: 2001-04-10
Also published as: AU4881997A; US6246903B1; IL135888A0; IL119622A; IL119622A0; WO1998022791A2; JP2001224565A; WO1998022791A3; EP1011418A2; EP1011418A4

Abstract

(57)【要約】心臓周期のシークエンスにおける内部心臓器官の周期的な活動を検出する工程；選択された活動に特徴的な予め決定される物理量を観察する工程；心臓周期の選択された数のシークエンスについて予め決定される物理量の予め決定される統計学的パラメータを評価する工程；及び評価された統計学的パラメータを参照値と比較し、それにより選択された活動の状態の指標を提供する工程によって哺乳動物の心臓の生理学的状態の指標を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】哺乳動物の心臓の生理学的状態の統計学的マッピング発明の分野本発明は、一般には心電図検査に関し、特には心電図の可変性評価に関する。発明の背景心電図、すなわち“ＥＣＧ”は、心臓の活動によって生じる電位の図的な記録である。心臓の活動が周期的であるのと同様に、心臓の活動によって生じる電位も周期的であり、それらの測定は公知の特徴的なＥＣＧ波形を生じる。この波形の部分は、ＥＣＧ波形に通常認められる６つの転移点故に、一緒になって心臓の周期的活動を形成する異なる現象に対応し、公知の基本Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ波がそのように言われることが知られる；これらに点によって結び付けられる波形の部分は特定の心臓内器官の活性を表すものとして理解される。例えば、ＱＲＳ複合体としても知られるＱＲＳ部分（すなわち、ＱＲＳ節の間で定義される波形の部分）は心室が収縮するとき、すなわち“収縮期”に生じる。いわゆる“Ｔ波”は収縮に続く電気系の再分極、すなわち“拡張期”により生じる。これらの波のいずれにおいて観察される変化も様々な心臓診断目的で用いることができ、例えば、Ｓ−Ｔ上昇は心臓梗塞の古典的な徴候として解釈される。実際、心電図の現在の解釈は、心臓が非常に複雑な臓器であることが知られ、かつそれらの動作周期が単に心電図に示されるもののような小数の現象に限定されないため、非常に制限されることが知られている。この非常に多数の心臓の現象の発生は公知であり、例えば、Ｌｉｐｍａｎ、Ｍａｓｓｉｅ及びＫｌｅｉｇｅｒによる、国会図書館カタログ番号７２−１８８５７７のＣＬＩＮＩＣＡＬＳＣＡＬＡＲＥＬＥＣＴＲＯＣＡＲＤＩＯＧＲＡＰＨＹと題する書籍において論じられている。さらに、そこに収載されるデータの可変性を評価することにより、特定の心臓器官の機能に関する有用な情報を抜き出すことが知られる。当該技術分野における現状の指標は米国特許第５，１８８，１１６号及び第５，４１９，３３８号によって提供される。 “ＥｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｉｃＭｅｔｈｏｄａｎｄＤｅｖｉｃｅ”と題する‘１１６刊行物は、心電図（ＥＣＧ）から心臓疾患を検出するための方法及び装置に向けられている。この方法は、ＥＣＧ信号を獲得する工程、呼吸によって生じる信号の可変性を修正する工程及び心筋機能による残りの可変性の水準を算出する工程を包含する。この装置は信号入力システム、保存システム、マイクロプロセッサ及び出力システムを具備する。このマイクロプロセッサは信号データをこの方法に従って処理するためのプログラム論理を有する。 “ＡｕｔｏｎｏｍｉｃＮｅｒｖｏｕｓＳｙｓｔｅｍＴｅｓｔｉｎｇｂｙＢｉ−ＶａｒｉａｔｅＳｐｅｃｔｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｅａｒｔＰｅｒｉｏｄａｎｄＱＴＩｎｔｅｒｖａｌＶａｒｉａｂｉｌｉｔｙ”と題する‘３３８刊行物は、心電図データのデータ処理によって得られる心臓周期（ＲＲ）及びＱＴ間隔可変性の二変量解析により哺乳動物の自律神経系を試験するための装置及び方法を開示する。この方法及び装置は、それらの間の不均衡について評価しようとする心臓の副交感及び交感制御の両者を可能にし、この不均衡は突然心臓死の素因を示すものであり得る。上述の方法のいずれも、標準に対する被験者の心臓の全体的な状態の決定、様々な心臓の機能のマッピング、及び傾向の決定を、例え被験者の心臓の異常が深刻なものであると思われたとしても、その被験者の状態が改善されているのか、あるいは悪化しているのかを確定することができるように可能にする全体的なアプローチを提供することはない。発明の要約したがって、本発明の目的は、心臓の活動の測定及びＥＣＧの結果の徹底的な定量的診断評価のための新規方法及び装置を提供することにある。この方法及び装置はＥＣＧ読取りの高解像度サンプリング、複数の特徴的な点の正確な確立、間隔の統計学的評価、及び評価したデータのマッピングに基づくものである。したがって、本発明の好ましい態様によると、心臓周期のシークエンスにおける心臓内器官の周期的な活動を検出する工程；選択された活動に特徴的な予め決定される物理量を観察する工程；心臓周期の選択された数のシークエンスについて予め決定される物理量の予め決定される統計学的パラメータを評価する工程；及び評価された統計学的パラメータを参照値と比較し、それにより選択された活動の状態の指標を提供する工程によって哺乳動物における心臓の生理学的状態の指標を提供する方法が提供される。加えて、本発明の好ましい態様によると、観察工程は各々の活動に要する時間を測定する工程を含み、評価工程は心臓周期の選択された数のシークエンスにおける選択された活動の時間の予め決定される統計学的パラメータを評価する工程を含む。さらに、本発明の好ましい態様によると、評価工程は検出工程を実施する時点での選択された活動の状態を示す第１の統計学的パラメータを評価することを含み、かつ比較工程は評価された第１パラメータを参照範囲と比較することを含み、さらに評価された第１の統計学的パラメータと参照範囲との間の関係を決定し、それにより検出工程を実施する時点での哺乳動物の生理学的状態をも決定する工程を含む。加えて、本発明の好ましい態様によると、評価工程は選択された活動の状態における傾向を示す第２の統計学的パラメータを評価することをも含み、かつ比較工程は評価された第２パラメータを参照範囲と比較することをも含み、さらに評価された第２の統計学的パラメータと参照範囲との間の関係を決定し、それにより選択された活動の状態における傾向をも決定する工程を含む。さらに、本発明の好ましい態様によると、比較工程は参照範囲に対応する第１の視覚的指標を含む視覚的参照システムを提供する工程をさらに含み、この第１の視覚的指標は複数の参照軸を含み、これらの参照軸の各々は異なる予め決定される心臓の活動に対応し、かつ関係を決定する工程は各々の心臓の活動の予め決定される統計量の値に対応する第２の視覚的指標を該参照軸上に提供する下位工程；及び該第２の視覚的指標を該第１の視覚的指標と視覚的に比較し、それによりそれらの間の関係を決定する下位工程を含む。加えて、本発明の好ましい態様によると、前記参照システムは起点から放射状に広がる複数の軸を有する多軸参照システムであって、各々の軸は予め決定される心臓の活動に対応する予め決定される統計学的量の可能な値の範囲を示す尺度を規定し、かつ前記参照システムの第１の視覚的指標は起点の周囲に同心円状に設けられた閉じた形状の線標識であってそれにより２つ以上の参照領域を規定し、さらに第１領域内の視覚的指標はその哺乳動物の心臓の第１の健康状態を示し、かつ第２領域内の視覚的指標は第１の健康状態とは異なるその哺乳動物の心臓の第２の健康状態を示す多軸参照システムであり、並びに、第２の視覚的指標を第１の視覚的指標と比較する工程は第２の視覚的指標がその参照領域のどこに入るのかを決定し、それにより哺乳動物の心臓の健康状態を視覚的に決定することを含む。さらに、本発明の好ましい態様によると、参照システムを提供する工程は、各々が類似の生理学的状態を有する統計学的に代表的な数の被験者について、心臓周期のシークエンスにおける内部心臓器官の周期的活動を検出する工程；各々が既知の心臓の活動に特徴的な、複数の予め決定される物理量を観察する工程；被験者の各々について、心臓周期の選択された数のシークエンスに対する予め決定される物理量の各々の選択された統計学的パラメータを評価する工程；選択された統計学的パラメータの各々の最小値及び最大値を決定し、それにより該生理学的状態を有する被験者について各々のパラメータの値の範囲を規定する工程；及び該値の範囲を多軸参照システムにプロットし、それにより各々の心臓活動の各々の統計学的パラメータについて最小値及び最大値を視覚的に示す工程を含む。加えて、本発明の好ましい態様によると、内部心臓器官の周期的な活動を検出する工程は、哺乳動物の体表面でのそれらの心臓の活動によって生じる電位を、予め決定される最小数の連続する心臓周期の間探知すること；探知された電位に対応するアナログ出力信号を提供すること；該アナログ出力信号が探知された電位に含まれる全ての情報を実質的に留めるデジタル信号に変換されるように該アナログ出力信号を高周波数のサンプリングレートでサンプリングすること；該デジタル信号を入力データとして初期入力ファイルに保存すること；及び実質的に心臓の活動に関する情報のみが表される、該入力データに対応する高解像度出力波形を提供することを含む。この高解像度波形を提供する工程は、波形特有点を決定し、該特有点を出力波形に重ね合わせ、それにより該波形を各々が単一の心臓周期に対応する複数の波形周期に分割し、かつ波形周期の各々を複数の波形部分に分割し、ここで該波形部分は２つの選択された特有点の間に位置し、かつ複数の点によって規定され；波形部分整列点を選択し；波形周期の全ての対応する部分を選択された整列点に沿って互いに整列させ；及び全ての整列化波形点の全ての点の縦座標を平均化し、それにより実用的でない情報の効果を減少させ、したがってその哺乳動物の心臓の活動に特徴的な単一の波形を生成することを含む。本発明のさらなる態様によると、哺乳動物の心臓の生理学的状態の指標を提供するためのシステムであって、心臓周期のシークエンスにおける内部心臓器官の周期的活動を検出し、かつそれらに対応する出力信号を提供するための装置；該出力信号を受信し、かつそれらに従って活動に特徴的な、予め決定される物理量を決定するための、該検出のための装置と協働する装置；心臓周期の選択された数のシークエンスについて予め決定される物理量の予め決定される統計学的パラメータを評価するための装置；及び評価された統計学的パラメータを参照値と比較し、それにより選択された活動の状態の指標を提供するための装置を具備するシステムが提供される。本発明のさらなる態様によると、哺乳動物の心臓の健康状態を示すための多軸視覚的参照システムであって、起点から放射状に広がる複数の軸を具備し、ここで各々の軸は予め決定される心臓の活動に対応する予め決定される統計学的量の可能な値の範囲を示す尺度を規定し、及び起点の周囲に同心円状に設けられ、それにより２つ以上の第１及び第２参照領域を規定する閉じた形状の線標識を具備し、ここで第１領域内の視覚的指標はその哺乳動物の心臓の第１の健康状態を示し、かつ第２領域内の視覚的指標は第１の健康状態とは異なるその哺乳動物の心臓の第２の健康状態を示す多軸視覚的参照システムが提供される。加えて、本発明の好ましい態様によると、前記第１領域は予め決定される心臓の活動の統計学的に決定される健康の範囲を規定する第１の値の範囲を示し、かつ第２領域は第１の範囲を超える第２の値の範囲を示し、それによりその予め決定される心臓の活動に関する不健康の範囲を示す。さらに、本発明の好ましい態様によると、この参照システムは第３の領域をも有し、この第３領域は予め決定される心臓の活動の統計学的に決定される疾患範囲を規定する第３の値の範囲を示し、ここで前記第２領域は第１及び第３範囲の間の値の範囲を示し、それにより予め決定される心臓の活動の統計学的に決定される中間健康範囲を示す。加えて、本発明の好ましい態様によると、２つ以上の参照領域内の視覚的指標はその哺乳動物の心臓の活動がサンプリングされる時点での哺乳動物の心臓の健康状態に対応する。さらに、本発明の好ましい態様によると、２つ以上の参照領域内の視覚的指標は、その哺乳動物の心臓の活動がサンプリングされる時点に続く、哺乳動物の心臓の健康状態における統計学的に決定される傾向に対応する。図面の簡単な説明本発明は、図面を併せて考慮して、以下の詳細な説明からより完全に理解され、かつその真価が認められるであろう。図面において：図１Ａは本発明に従って電気的な心臓信号処理を行うための装置を示すブロック図であり図１Ｂは本発明による電気的な心臓信号処理の主要段階を示す流れ図であり；図２は、１００の連続するＥＣＧサイクルを含み、それらの基線の変動を示す、波形を圧縮した図であり；図３Ａは本発明において用いられる波形安定化の新規技術のブロック図であり；図３Ｂは図３Ａの技術において用いられる適応ソフトウェアフィルタリングの流れ図であり；図３Ｃは図３Ａの技術において基線の位置を決定するのに用いられるヒストグラム形成の流れ図であり；図４Ａは図３Ｂの適応ソフトウェアフィルタリングにおける引窓技術の使用を示す図であり；図４Ｂは図３Ａ−３Ｃの方法に従って調整したＥＣＧ波形に重ね合わせた縦座標のヒストグラムであり；図５は生データに基づく元のＥＣＧ波形及び図４Ｂの通りに決定した基線に従って調整した波形の両者を示す表示であり；図６は、本発明の好ましい態様に従って１４の特徴的な点を規定する、理想化されたＥＣＧ周期であり；図７は本発明の波形処理の方法工程の流れ図であり；図８Ａは、整列化に先立って平均化のために選択された、異なる周期から採取された波形部分サンプルを示し、ここでこのサンプルの出発点は整列点と見なされ；図８Ｂは整列後の波形部分サンプルを示し；図８Ｃは平均化された波形部分を示し；図９Ａは、１０の特有点が示され、これらの特有点はそれらの間に４５の周期内間隔を規定する、理想化された波形を示し；図９Ｂは、１５の特有点が示され、これらの特有点はそれらの間に４０の周期内間隔を規定する、１対の理想化された波形を示し；図１０は被験者の心臓の生理学的状態の範囲のブロック図であり；図１１は、被験者の心臓の生理学的状態を示す多間隔フィンガープリントプロット用の多軸参照システムを示し；図１２Ａは及び１２Ｂは、それぞれ平均周期長及び標準偏差についての、ＥＣＧ試験データに基づくフィンガープリントプロットであり；図１３及び１４は、それぞれ、高度の相関を示す一対の健常被験者、及び一方が健康であり他方が心臓に異常があることが知られる一対の被験者に対する、一対の比較重ね合わせプロットであり；図１５Ａ及び１５Ｂは本発明の方法に従って試験した被験者の波形であり；及び図１６Ａ及び１６Ｂは、それぞれ平均周期長及び標準偏差についての、図１５Ａ及び１５ＢのＥＣＧ波形から得られた統計データのフィンガープロットである。発明の詳細な説明以下の詳細な説明から認められるように、本発明の方法は以下のいずれを提供するのにも用いることができる：１．前臨床段階での心臓の機能低下の検出；２．心電図波形における小さいが永続的な変化に加えて小さい異常の検出；３．心臓の活動の簡単なリアルタイム動的評価及び有害な心臓の状態の検出のための連続する周期における利用者が選択したＥＣＧ波形間隔の三次元比較視覚化の提供。図１Ａ及び１Ｂを参照して、本発明は哺乳動物における心臓の活動を決定する改善法を提供する。本発明の方法は、電極１０を用いて被験者の体表面でそれらの心臓の活動によって生じる電位を予め決定された最小数の連続する心臓周期の間探知することに基づく。電極１０によってもたらされる出力信号は１２で示されるように増幅され、探知された電位に対応するアナログ出力としてアナログ−デジタルコンバータ１４に送られる。コンバータ１４は、このアナログ出力信号が探知された電位に含まれる実質的に全ての情報を留めるデジタル信号に変換されるように、アナログ信号を高周波数のサンプリングレートでサンプリングするように用いられる。好ましくは、このサンプリングは毎秒５００回を上回る割合で行われる。好ましい最小サンプリングレートは図４Ｂの波形４２に見られるような約毎秒７５０回であり、これは毎秒３００−４００回のサンプリングレートで動作する連続的ＥＣＧでは識別できない現象の指標をもたらす。しかしながら、毎秒５，２９０回以上のサンプリングレートが最も好ましい。ここに示されて記載される結果は主にこの非常に高いサンプリングレートに基づくものであり、これは心電図技術で従来識別できない多くの異なる現象を明らかにする。従来技術では電極からの直接のアナログデータを使用することをためらっているが、このデータが心臓の活動に関する大量の有益な情報を含むことは認識されている。この「生」データを使用することの重要性は、既述のように非常に高いサンプリングレートを用い、それにより非常に高い解像度をもたらすことができるという事実にある。この高解像度出力はＥＣＧ波形の選択された部分に焦点を当ててそれを拡大することを可能にし、今まで人間の目では識別できなかった詳細をもたらす。上述のサンプリングから生じ、心臓の活動に関する検出された情報の全てを留めるデジタルデータは適切な非揮発性保存媒体に初期入力ファイルとして保存される。この初期入力ファイルのコピーを作成し、それに対して適切な信号処理手段１６により様々な処理技術を施す。この信号処理手段１６は、選択に応じて、代表的な波形周期、それらの一部、又はそれらの下位波形を本発明に従って適切なディスプレイ１８にもたらすように作動する。ブロック２０（図１Ｂ）に示されるように、検出されたデータの有意義な解析に必須のものは初期波形の安定化である。１００の連続する心臓周期の実際のＥＣＧ波形である図２に明瞭に認められるように、実践２２として示されるこの波形の基線はそれ自体が相当ぶれ、すなわち変動し、そのぶれを除去するように波形を安定化し、それにより有用な情報を表示する安定化した波形をもたらすことが必要となるようなものである。従来技術では電気的フィルタリングによる波形の安定化が考慮されているが、これは上述のように多くの有用な情報の相当の損失を生じるものであり、本発明は、高域適応ソフトウェアフィルタリングのプロセスによって有用な情報の実質的に全てを留める波形安定化の技術を用いる。このプロセスは図３Ａ−３Ｃと共に以下に詳細に記載されている。図１Ｂに見られるように、波形を安定化し(ブロック２０)、安定化された波形を含むマスターファイルを作成した後、従来技術のＥＣＧ技術では従来失われていた多くの情報を利用可能とするため、それらに様々な追加技術を適用する。これらの引き続く工程には波形特有点の決定(ブロック２４)、間隔の決定(ブロック２６)、並びに波形解析及び診断（ブロック２８）が含まれる。図３Ａを参照して、本発明の波形安定化の技術は、アナログ−デジタルコンバータ１４（図１Ａ）から受信した生デジタルデータを“調整された”波形を得るために２段階適応ソフトウェア高域フィルタリングにかける第１段階(ブロック３０)、及びその調整された波形を各々の心臓の活動の基線の決定に用いる第２段階(ブロック３２)、及び各々の周期について決定された基線を安定化された波形を得るのに用いる第３段階（ブロック３４）を含む。フィルタリング及び基線決定の段階を、それぞれ図３Ｂ及び３Ｃと共に、詳細に説明する。図３Ｂに見られるように、好ましくは２段階の適応ソフトウェア高域フィルタリングを「引窓(ｓｌｉｄｉｎｇｗｉｎｄｏｗ)」技術を用いて行う。この引窓の幅は被験者の心拍数に従って適切に決定できることが本発明者により見出されている。第１段階に対しては、一般には３６を参照して、引窓の幅「Ｗ１」を定義する適切な式はＷ１＝２．５×Ｒ−Ｒであり、ここでＲ−Ｒは被験者の１つの心臓周期に要する時間である。第２段階に対しては、一般には３８を参照して、引窓の幅「Ｗ２」を定義する適切な式はＷ２＝Ｗ１／１．５である。第１段階３６において、図４Ａに示されるように、破線で示される窓４０が定義され、その幅は式Ｗ１＝２．５×Ｒ−Ｒに従って定義される。次に、この窓の範囲に入る波形の部分を複数の一次「再計算点」に分割する。これらの点は、これらがその波形の再計算に用いられ、かつその適所に一次調整済み波形をもたらすのに用いられるという事実のためにそのように呼ばれる。これらの再計算点は予め決定された均一な増分間隔ｉだけ離して配置される。新たな縦座標ｍ０’をこれらの再計算点の中間点「Ｍ０」ついて算出する。この新たな縦座標の値は窓の中の全ての点の縦座標の平均である。次に、この新たな縦座標を元のＥＣＧ波形上の対応する点の縦座標から減じ、得られた差異をＷ１で示される新たな「一次調整済み」波形における第１の点の縦座標として保持する。次に、引窓をＸ軸に沿って選択された増分だけ４０’まで漸進的にずらし、上記プロセスを新たな中間点Ｍ１、Ｍ２、...、Ｍｎ（ここで、「ｎ」は最終一次再計算点の数字である）の各々について繰り返す。全ての点をこのようにして再計算すると、一次調整済み波形が得られる。フィルタリング技術の第２段階３８は、この第２段階においてはＥＣＧ波形ではなく一次調整済み波形に上述の引窓計算技術を施し、引窓の幅を好ましくは上述の式Ｗ２＝Ｗ１／１．５を用いることにより算出することを除いて、第１段階３６と同様である。第２段階３８から得られる波形は「最終」調整済み波形として知られる。図３Ｃ及び４Ｂを参照すると、この最終調整済み波形４２が基線４４と共に見られる。図５は生データに基づく初期波形４１、及び基線４４を伴う安定化された形態の波形４２を示す。この基線４４も引窓技術を用いることにより決定され、この引窓技術は、好ましくは２．５周期の幅を有する引窓を最終調整済み波形上に規定し（ブロック４６）、複数の縦座標範囲内で縦座標値を有する波形に沿って各々の点の数を合計する（ブロック４７）ことを含む。これらの縦座標値の「出現」を合計したら、それらを図４Ｂの５０に見られるようにＹ軸に沿ってヒストグラムとしてプロットする。ヒストグラムのモード５２をこの窓における第１周期の基線４４として採用する(ブロック４８)。次に、窓を周期１つ分ずらし、同じプロセスを第２周期、第３周期及び第４周期の半分に対して行って第２周期の基線を得る(ブロック４９)。このようにして、各々の単一周期、したがって別々の基線を決定する。連続する周期の基線間に不連続が存在することがあり、これが元のＥＣＧ波形の周期間の大きなずれ又は変移を示すことに注意されたい。従来技術においては、このような変移は波形全体に沿って再分配され、それにより波形の誤った解釈につながることがあった。しかしながら、各々の周期について別々の基線を算出すること、及び本発明による基線の決定及び引き続く波形の安定化が従来技術において得られるものよりも非常に正確な安定化波形に備えるものであることを当該技術分野における熟練者は理解するであろう。波形安定化の段階に続いて、特有点の決定を行うことが重要である。上に論じられるように、ＥＣＧ波形は通常６つの特有点を有するものと考えられ、各々の点は一連のＰＱＲＳＴＵのうちの一文字で知られ、かつ２つの曲線部分の間の移行点又は境界点を表し、この曲線部分の各々は異なる心臓内器官の活動を表す。図６を簡単に参照すると、５４と参照符号がふられた、理想化されたＥＣＧ波形が認められ、この波形上には通常のＰ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、及びＵ点に加えて本発明において提供される追加の８つの点が認められ、それらの提供は本発明によって得られる非常に高い解像力の結果によって容易になるだけではなく、全ての典型的なＥＣＧ波形において固有であることが本発明者によって見出されているさらなる例示的な特有曲線部分を識別する上で必要でもあり、ここでこの部分の各々は１つ以上の異なる心臓内器官の機能を示す。さらなる特有点はＰ１、Ｐ２、Ｑ１、Ｓ１、Ｔ１、Ｔ２、Ｕ１及びＵ２である。特有点の決定はマスターファイルのコピーを作成した後に幾つかの段階において行い、それは以下の２つの段階からなる。特有点算出の第１近似まず、安定化した波形上で最大を同定することにより全ての間隔のＲピークを決定する。続いて、このＲ点を取りまく最小点Ｑ及びＳを近似する。これらは、Ｒの直前を先行し、かつその直後に続く波形部分に沿って波形の第１微分係数を決定することにより同定される。多くの場合、特に健常被験者の場合、Ｑ及びＳが、波形の第１微分係数が記号を変化させる点として決定される。Ｑ及びＳが明瞭な最小として同定されない幾つかの場合においては、これらの第１微分係数のそれぞれの値が予め決定された、実験により得られた閾値を超える点が近似的なＱ及びＳ点として決定される。このＳの第１近似はＳ’として採用される。次の段階は点Ｐ１、Ｐ２、Ｔ１及びＴ２の決定である。まず、指数関数式ｙ（ｘ）＝Ａｅ^- ^λx2を用いることによりＰ波を近似する。ここで、ｙはＰ波に沿う点の縦座標を表し、Ａは上記指数関数式の最大であって、Ｐ１とＰ２との中点に位置し、 λは波形の縦座標間の平均平方偏差及び上記指数関数式の合計のうちの最小から決定される。Ｐ１とＰ２との間及びＴ１とＴ２との間の距離は両者とも経験的に得られた関数κ（λ、Ａ）×λにより決定する。したがって、Ａの位置が既知である場合、点Ｐ１、Ｐ２、Ｔ１及びＴ２のそれぞれの位置を決定することができる。Ｐ及びＴの位置を決定するため、Ｐ波及びＴ波の三次多項式近似を行う。ここで、Ｐ１及びＰ２はこの近似の根のうちの２つであり、それぞれの立方根（ｔｈｉｒｄｒｏｏｔ）をＰ及びＴとして採用する。第２近似七次多項式をＱ−Ｔ１波形部分について作成する。Ｓ”として採用されるＳの第２近似をＲの直後に続くこの多項式の根として決定する。次の工程として、第１及び第２近似の両者の統計学的に代表的な数の周期をとる。Ｒ−Ｓ’間隔の標準偏差σ’を算出し、Ｒ−Ｓ”間隔の標準偏差σ”を算出し、かつこれらの２つの標準偏差を比較する。σ’＜σ”である場合、Ｓは明瞭な最小地点に出現する。この場合、Ｓ１はＲに続く上記七次多項式の第２の根として決定する。 σ’＞σ”である場合、Ｓは明瞭な最小地点には出現せず、この場合、Ｓ及びＳ１はＲの直後に続く第１の根に一致する。Ｑ１は、Ｑが上述のように明瞭な最小として決定される場合にのみ存在する。Ｑ１を決定するため、法線をＱから基線に延ばす。Ｑ１は、Ｑからの法線が基線と交差する点よりも、その交点と基線のＱＲ部分との交点との間隔に等しい間隔だけ前に位置する基線上の点としてとらえられる。Ｑが明瞭な最小として決定されない別の場合には、Ｑ及びＱ１は一致するものと考えられる。Ｐ１、Ｐ及びＰ２の決定について上述されたものと同じ方法を、図７と共に以下に記載される、平均化後の点Ｕ１、Ｕ及びＵ２の決定に用いる。再度図１Ｂを簡単に参照して、特有点が決定されると、それらの間隔も固有にわかる。次に、本発明の好ましい態様に従って行われる波形処理の工程を示す図７を参照する。ここに記載される波形解析の目的は、波形の微細な詳細を従来技術の波形よりも非常に高い解像力で明らかにし、診断能力を実質的に改善し、かつ心臓の活動の詳細な研究をも容易にすることである。図５を簡単に参照すると安定化された波形４２が認められ、これは、上述のように、引き続いて図６に示される１４の特有点が決定されるように解析することが求められ、各々の波形部分は異なる心臓内器官の機能を表すこれらの点の対によって結び付けられる。

【手続補正書】【提出日】平成１１年６月２５日（１９９９．６．２５）【補正内容】請求の範囲１．心臓周期のシークエンスにおける心臓内蔵器官の周期的な活動を検出する工程を含んでなる哺乳動物の心臓の生理学的状態の指標を提供する方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】１．心臓周期のシークエンスにおける心臓内器官の周期的な活動を検出する工程；選択された活動に特徴的な予め決定される物理量を観察する工程；心臓周期の選択された数のシークエンスについて予め決定される物理量の予め決定される統計学的パラメータを評価する工程；及び評価された統計学的パラメータを参照値と比較し、それにより選択された活動の状態の指標を提供する工程、によって哺乳動物の心臓の生理学的状態の指標を提供する方法。２．前記観察工程が各々の活動に要する時間を測定する工程を含み、かつ前記評価工程が心臓周期の選択された数のシークエンスにおける選択された活動の時間の予め決定される統計学的パラメータを評価する工程を含む、請求の範囲第１項による方法。３．前記評価工程が前記検出工程を実施する時点での選択された活動の状態を示す第１の統計学的パラメータを評価することを含み、かつ前記比較工程が該評価された第１パラメータを参照範囲と比較することを含み、さらに該評価された第１の統計学的パラメータと参照範囲との間の関係を決定し、それにより前記検出工程を実施する時点での哺乳動物の生理学的状態をも決定する工程を含む、請求の範囲第２項による方法。４．前記評価工程が選択された活動の状態における傾向を示す第２の統計学的パラメータを評価することをも含み、かつ前記比較工程が該評価された第２パラメータを参照範囲と比較することをも含み、さらに該評価された第２の統計学的パラメータと参照範囲との間の関係を決定し、それにより選択された活動の状態における傾向をも決定する工程を含む、請求の範囲第３項による方法。５．前記比較工程が前記参照範囲に対応する第１の視覚的指標を含む視覚的参照システムを提供する工程をさらに含み、該第１の視覚的指標は複数の参照軸を含み、これらの参照軸の各々は異なる予め決定される心臓の活動に対応し、かつ前記関係を決定する工程は、各々の前記心臓の活動の予め決定される統計量の値に対応する第２の視覚的指標を該参照軸上に提供する下位工程；及び該第２の視覚的指標を該第１の視覚的指標と視覚的に比較し、それによりそれらの間の関係を決定する下位工程を含む、請求の範囲第４項又は第５項のいずれか１項による方法。６．前記参照システムが起点から放射状に広がる複数の軸を有する多軸参照システムであって、各々の軸は予め決定される心臓の活動に対応する予め決定される統計学的量の可能な値の範囲を示す尺度を規定し、かつ前記参照システムの第１の視覚的指標は起点の周囲に同心円状に設けられた閉じた形状の線標識であってそれにより少なくとも第１及び第２の参照領域を規定し、さらに該第１領域内の視覚的指標は哺乳動物の心臓の第１の健康状態を示し、かつ該第２領域内の視覚的指標は該第１の健康状態とは異なる哺乳動物の心臓の第２の健康状態を示す多軸参照システムであり、並びに、前記第２の視覚的指標を第１の視覚的指標と比較する工程が、前記第２の視覚的指標が該参照領域のどこに入るのかを決定し、それにより哺乳動物の心臓の健康状態を視覚的に決定することを含む、請求の範囲第５項による方法。７．前記参照システムを提供する工程が、各々が類似の生理学的状態を有する統計学的に代表的な数の被験者について、心臓周期のシークエンスにおける内部心臓器官の周期的活動を検出する工程；各々が既知の心臓の活動に特徴的な、複数の予め決定される物理量を観察する工程；被験者の各々について、心臓周期の選択された数のシークエンスに対する予め決定される物理量の各々の選択された統計学的パラメータを評価する工程；該選択された統計学的パラメータの各々の最小値及び最大値を決定し、それにより該生理学的状態を有する被験者について各々の該パラメータの値の範囲を規定する工程；及び該値の範囲を多軸参照システムにプロットし、それにより各々の該心臓活動の各々の該統計学的パラメータについて該最小値及び最大値を視覚的に示す工程を含む、請求の範囲第６項による方法。８．前記内部心臓器官の周期的な活動を検出する工程が、哺乳動物の体表面でのそれらの心臓の活動によって生じる電位を、予め決定される最小数の連続する心臓周期の間探知し；探知された電位に対応するアナログ出力信号を提供し；該アナログ出力信号が探知された電位に含まれる全ての情報を実質的に留めるデジタル信号に変換されるように該アナログ出力信号を高周波数のサンプリングレートでサンプリングし；該デジタル信号を入力データとして初期入力ファイルに保存し；及び実質的に心臓の活動に関する情報のみが表される、該入力データに対応する高解像度出力波形を提供することを含み、該高解像度出力波形を提供する工程が、波形特有点を決定し、該特有点を該出力波形に重ね合わせ、それにより該波形を各々が単一の心臓周期に対応する複数の波形周期に分割し、かつ該波形周期の各々を複数の波形部分に分割し、ここで該波形部分は２つの選択された特有点の間に位置し、かつ複数の点によって規定され；波形部分整列点を選択し；該波形周期の全ての対応する部分を選択された整列点に沿って互いに整列させ；及び全ての該整列化波形点の全ての該点の縦座標を平均化し、それにより実用的でない情報の効果を減少させ、したがって哺乳動物の心臓の活動に特徴的な単一の波形を生成することを含む、請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１項による方法。９．前記サンプリング工程が毎秒５００回を上回る割合で行われる、請求の範囲第８項による方法。１０．前記サンプリング工程が少なくとも毎秒７５０回の割合で行われる、請求の範囲第９項による方法。１１．前記サンプリング工程が少なくとも毎秒５，２９０回の割合で行われる、請求の範囲第１０項による方法。１２．前記高解像度出力波形を提供する工程が該波形を視覚的に表示する工程を含む、請求の範囲第８項による方法。１３．前記視覚的に表示する工程が個々の内部心臓器官の活動に対応する視覚的な指標の提供を含む、請求の範囲第１２項による方法。１４．前記波形特有点を決定する工程がＱ、Ｒ及びＳ点を決定することを含み、かつ出力波形上の最大を同定し、それによりそれらの全ての間隔のＲピークを決定する下位工程；該Ｒピークの直前を先行する最小点Ｑを決定する下位工程；及び該Ｒピークの直後に続く最小点Ｓ’を近似する下位工程、を含む、請求の範囲第８項による方法。１５．前期最小点Ｑを決定する工程が出力波形の第１微分係数を、Ｒの直前を先行するそれらの部分に沿って得る下位工程を含み、かつ前記Ｓ最小点を近似する工程が波形の第１微分係数を、Ｒの直後に続くそれらの部分に沿って得る下位工程を含む、請求の範囲第１４項による方法。１６．前記近似工程の後に、Ｑ点に先行し、かつ点Ｐ１及びＰ２によって結び付けられるＰ波部分を決定する工程、及びＳ点に続き、かつ点Ｔ１及びＴ２によって結び付けられるＴ波部分を決定する工程、をも含む、請求の範囲第１４項による方法。１７．前記Ｐ波部分を決定する工程が指数関数式ｙ_p（ｘ）＝Ａ_pｅ^- ^λx2を適用することによりＰ波を近似することを含み、ここで、ｙ_pはＰ波に沿う点の縦座標を表し、Ａ_pは該指数関数式の最大であって、点Ｐ１とＰ２との中点に位置し、かつ λは波形の縦座標間の平均平方偏差の合計及び該指数関数式の合計のうちの低い方から決定され；及び前記Ｔ波を決定する工程が指数関数式ｙ_t（ｘ）＝Ａ_tｅ^- ^λx2を適用することによりＴ波を近似することを含み、該指数関数式において、ｙ_tはＴ波に沿う点の縦座標を表し、Ａ_tは該指数関数式の最大であって、点Ｔ１とＴ２との中点に位置し、かつ λは波形の縦座標間の平均平方偏差の合計及び該指数関数式の合計のうちの低い方から決定される、請求の範囲第１６項による方法。１８．前記Ｐ波を決定する工程が、Ｐ１とＰ２との距離を関数κ（λ、Ａ）×λを適用することにより決定する工程、及び点Ｐ１及びＰ２の位置を決定する工程、をも含み、かつ前記Ｔ波を決定する工程が、Ｔ１とＴ２との距離を関数κ（λ、Ａ）×λを適用することにより決定する工程、及び点Ｔ１及びＴ２の位置を決定する工程、をも含む、請求の範囲第１７項による方法。１９．前記Ｐ波を決定する工程がＰ波の三次多項式近似を行う工程をも含み、ここでＰ１及びＰ２は該近似の根のうちの２つであり、かつそれらの第３の根がＰであり、及び前記Ｔ波を決定する工程がＴ波の三次多項式近似を行う工程をも含み、ここでＴ１及びＴ２は該近似の根のうちの２つであり、かつそれらの第３の根がＴである、請求の範囲第１９項による方法。２０．Ｑ−Ｔ１波形部分について七次多項式を作成する工程；点Ｓ”の第２近似を行う工程、及び点Ｓ”をＲの直後に続く該七次多項式の根として決定する工程をさらに含む、請求の範囲第２０項による方法。２１．哺乳動物の心臓の生理学的状態の指標を提供するためのシステムであって、心臓周期のシークエンスにおける内部心臓器官の周期的活動を検出し、かつそれらに対応する出力信号を提供するための手段；該出力信号を受信し、かつそれらに従って活動に特徴的な、予め決定される物理量を決定するための、該検出のための手段と協働する手段；心臓周期の選択された数のシークエンスについて予め決定される物理量の予め決定される統計学的パラメータを評価するための手段；及び評価された統計学的パラメータを参照値と比較し、それにより選択された活動の状態の指標を提供するための手段、を具備するシステム。２２．前記受信及び決定のための手段が、各々の活動が要する時間を決定するための手段を含み、かつ前記評価のための手段が、心臓周期の選択された数のシークエンスにおける選択された活性の時間の予め決定される統計学的パラメータを評価するための手段を含む、請求の範囲第２２項によるシステム。２３．前記評価のための手段が、前記検出のための手段が作動する間の選択された活動の状態を示す第１の統計学的パラメータを評価するための手段を含み、かつ前記比較のための手段が、評価された第１のパラメータを哺乳動物の健康状態に対応する参照範囲と比較するための手段、及び該参照範囲及び評価された第１のパラメータを視覚的に表示し、それにより哺乳動物の健康状態の指標を提供するための手段、を含む、請求の範囲第２３項によるシステム。２４．前記評価のための手段が選択された活性の状態における傾向を示す第２の統計学的パラメータを評価するための手段をも含み、かつ前記比較のための手段が、評価された第２のパラメータを哺乳動物の心臓の健康状態における傾向に対応する参照範囲と比較するための手段、及び該参照範囲及び評価された第２のパラメータを視覚的に表示、それにより哺乳動物の心臓の健康状態における傾向の指標を提供するための手段、を含む、請求の範囲第２４項によるシステム。２５．前記比較のための手段が多軸視覚的参照システムを含み、該多軸視覚的参照システムが起点から放射状に広がる複数の軸であって、各々の軸は予め決定される心臓の活動に対応する前記予め決定される統計学的量の可能な値の範囲を示す尺度を規定する複数の軸、該起点の周囲に同心円状に設けられ、それにより少なくとも第１及び第２参照領域を規定する閉じた形状の線標識であって、該第１領域内の視覚的指標は哺乳動物の心臓の第１の健康状態を示し、かつ該第２領域内の視覚的指標は該第１の健康状態とは異なる哺乳動物の心臓の第２の健康状態を示す線標識、を含む、請求の範囲第２２項によるシステム。２６．前記周期的活動を検出するための手段が、哺乳動物の体表面でのそれらの心臓の活動によって生じる電位を予め決定される最小数の連続する心臓周期の間探知し、かつ探知された電位に対応するアナログ出力信号を提供するための電極手段；該アナログ出力信号を高周波数のサンプリングレートでサンプリングし、かつ該アナログ出力信号を探知された電位に含まれる実質的に全ての情報を留めるデジタル信号に変換するためのサンプリング手段；該デジタル信号を入力データとして初期入力ファイルに保存するための記憶手段；及び実質的に心臓の活動に関する情報のみが表される、該入力データに対応する高解像度出力波形を提供するための処理手段を有し、該処理手段が、波形特有点を決定するための手段、該特有点を該出力波形に重ね合わせ、それにより該波形を各々が単一の心臓周期に対応する複数の波形周期に分割し、かつ該波形周期の各々を複数の波形部分に分割するための手段であって、該波形部分は２つの選択された特有点の間に位置し、かつ複数の点によって規定される手段；波形部分整列点を選択するための手段；該波形周期の全ての対応する部分を該選択された整列点に沿って互いに整列させるための手段；及び全ての該整列化波形部分の全ての該点の縦座標を平均化し、それにより実用的でない情報の効果を減少させ、したがって哺乳動物の心臓の活動に特徴的な単一の波形を生成するための手段、を有する、請求の範囲第２２項によるシステム。２７．前記サンプリング手段を、前記アナログ出力信号を毎秒５００回を上回る割合でサンプリングするように作動させる、請求の範囲第２７項によるシステム。２８．前記サンプリング手段を、前記アナログ出力信号を毎秒７５０回を上回る割合でサンプリングするように作動させる、請求の範囲第２８項によるシステム。２９．前記サンプリング手段を、前記アナログ出力信号を少なくとも毎秒５，２９０回の割合でサンプリングするように作動させる、請求の範囲第２９項によるシステム。３０．前記波形を視覚的に表示するための、前記処理手段と協働する表示手段をさらに含む、請求の範囲第２７項によるシステム。３１．前記表示手段が個々の内部心臓器官の活動に対応する視覚的な指標を表示するための手段を含む、請求の範囲第３１項によるシステム。３２．前記処理手段が前記出力波形を安定化するための手段をさらに含み、該手段が、調整された波形を提供するための、被験者の心拍数に従って予め選択される閾値でのデジタル信号の適応高域フィルタリング手段；該調整された波形の縦座標ヒストグラムを決定するための手段；該ヒストグラムのモード値を決定するための手段；該ヒストグラムの該モード値に対応する該調整された波形の基線を決定するための手段；及び該基線と該調整された波形とを組み合わせて安定化された波形を提供するための手段、を含む、請求の範囲第２７項によるシステム。３３．哺乳動物の心臓の健康状態を示すための多軸視覚的参照システムであって、起点から放射状に広がる複数の軸であり、各々の軸は予め決定される心臓の活動に対応する予め決定される統計学的量の可能な値の範囲を示す尺度を規定する複数の軸、該起点の周囲に同心円状に設けられ、それにより少なくとも第１及び第２参照領域を規定する閉じた形状の線標識であり、該第１領域内の視覚的指標は哺乳動物の心臓の第１の健康状態を示し、かつ該第２領域内の視覚的指標は該第１の健康状態とは異なる哺乳動物の心臓の第２の健康状態を示す線標識、を含む多軸視覚的参照システム。３４．前記第１領域が予め決定される心臓の活動の統計学的に決定される健康の範囲を規定する第１の値の範囲を示し、かつ前記第２領域が該第１の範囲を超える第２の値の範囲を示し、それにより予め決定される心臓の活動に関する不健康の範囲を示す、請求の範囲第３４項による参照システム。３５．予め決定される心臓の活動の統計学的に決定される疾患範囲を規定する第３の値の範囲を示す第３領域をも含む請求の範囲第３５項による参照システムであって、前記第２領域は前記第１及び第３範囲の間の値の範囲を示し、それにより予め決定される心臓の活動の統計学的に決定される中間健康範囲を示す参照システム。３６．前記少なくとも第１及び第２の参照領域内の前記視覚的指標が哺乳動物の心臓の活動がサンプリングされる時点での哺乳動物の心臓の健康状態に対応する、請求の範囲第３４項による参照システム。３７．前記少なくとも第１及び第２の参照領域内の視覚的指標が、哺乳動物の心臓の活動がサンプリングされる時点に続く、哺乳動物の心臓の健康状態における統計学的に決定される傾向に対応する、請求の範囲第３４項による参照システム。