JP2003220044A - 心電図信号解析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 心電図信号を解析して心室細動（ＶＦ）及び
ＶＦの兆候を含む心臓疾患を検出できるようにするこ
と。 【解決手段】 心電図信号解析装置は、心電図装置から
心電図信号を受ける手段と、前記前記心電図信号を処理
する信号処理手段とで構成される。前記信号処理手段
は、心電図信号が心臓疾患を指示するか否か決定するた
め、次の複数の処理、即ち、(ａ)心電図信号の位相面図
の多相解析、(ｂ)前記心電図信号のスペクトル解析、及
び(ｃ)前記心電図信号に応じて演算されたＡＰＤ回復曲
線の解析を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は心電図信号解析装
置、具体的には、心臓疾患、特に、不整脈、細動及び関
連疾患の検出を可能にする心電図信号解析装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】過去１０年に及ぶ虚血性心臓病の診断及
び処置における大きな進歩にもかかわらず、毎年相当数
の患者が心室細動（ＶＦ）による突然心臓死に遭遇して
いる。現在まで、確実な予知法又は予防手段は開発され
ていない。外面的には、ＶＦは極めて複雑で偶発的現象
に見える。心臓機能における、特にＶＦに先行する段階
（ＶＦの兆候）を含む他の関連心臓疾患も同じである。
従って、自動装置で患者のＶＦ又はＶＦの兆候を呈して
いることを何かの確実性をもって検出することは困難で
ある。さらに、ＶＦの兆候は、熟練した医療関係者にと
っても確実に判定することは難かしい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従って、心臓疾患を検
出し評価する方法は広い適応性と有用性がある。患者モ
ニター装置は、患者がＶＦ又はＶＦの兆候を呈すると医
療関係者を呼出しうる。ＶＦに対向する自動装置、例え
ば埋込型自動除細動装置(ＡＩＣＤs)は、患者の状態の
過酷さの評価に基づいて、その動作を変更し得る。ま
た、ＶＦのリスクを確実に評価する方法は、外科手術又
は他の重大な治療を受けている患者をモニターするのに
重要な有用性を有しうる。

【０００４】ある抗不整脈薬は過剰濃度で前不整脈効果
を有することが見いだされている。例えば、キニジン
は、このような毒性があることが知られている。心臓疾
患を検出し評価する方法は、患者が心臓状態に関連する
薬物を有毒量（又は半有毒量）量投与されているかを判
定するのにも広い適応性と有用性を有する。

【０００５】カオス理論は、高度に複雑で、一見すると
無作為のようであるが、比較的簡単な系の決定論的結果
として記載しうる現象に関連する最近発達した分野であ
る。カオス理論は、あいまいさ及び不明確を含む生態系
及び他の系において、潜在的に広い用途を有している。
例えば、カオス理論は、脳波図（ＥＥＧ）及び心電図
（ＥＫＧ）信号を含む特定の自然課程を記載するのに価
値があると推測されて来た。決定論的カオスの諸相を検
出し評価する技術はカオス理論の分野では知られている
が、医学分野ではほとんど適用例は見られない。

【０００６】従って、心室細動（ＶＦ）及びＶＦの兆候
を含む心臓疾患を検出し評価するための改良方法及び装
置が要望されている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の特徴は、
心臓疾患を検出する手段として患者の心電図（ＥＫＧ）
の位相面図（phase−plane plot）(ＰＰＰ)を解析する
心電図信号解析装置を提供するものである。正常患者
は、比較的平滑であるＰＰＰを有する。心室細動（Ｖ
Ｆ）の兆候が現れる危険性がある患者は、カオス課程の
特徴、例えば多重帯状化、「禁止地帯」、周期倍加を含
む周期性及び定位相性を示すＰＰＰを有し、ＶＦを示す
患者は騒々しく不規則に見えるＰＰＰを有する。ＰＰＰ
が異なることは容易に認識され、かくして心臓疾患を有
する患者を検出し得る。

【０００８】好ましい態様では、決定論的カオスのＰＰ
Ｐの程度はプロセッサー、例えばグラフ解析及び数値解
析により測定しうる。(１)プロセッサーは、ＰＰＰのリ
アプノフ指数又はフラクタル次元を測定してもよい。
(２)プロセッサーはＰＰＰのポアンカレ断面を決定し、
決定論的カオスの標識のためのポアンカレ断面を検査し
てもよい。又、処理したＰＰＰ及びポアンカレ断面は人
間のオペレーターが検査しても良い。

【０００９】本発明の第二の特徴は、心臓疾患を検出す
る手段として、患者のＥＫＧの周波数領域変換（freque
ncy−domain transform)(例えばＦＦＴ）の検査を行う
心電図信号解析装置を提供するものである。正常患者
は、不連続のスペクトルを伴うＦＦＴを有し、一方ＶＦ
を示す患者は比較的連続的なスペクトルと比較的低周波
数（例えば約５−６Ｈz）にピークエネルギーを有する
ＦＦＴを持っている。ショックで復帰するのが難かしい
ＶＦを示す患者は比較的高周波数（例えば約１０Ｈz又
はそれ以上）にピークエネルギーを有するＦＦＴを持っ
ている。

【００１０】好ましい態様では、自動除細動装置は、大
きさを少くともある程度ＦＦＴのピークエネルギーによ
り決定される可変ショックを与える手段を含んでいても
良い。また、除細動装置は、ＦＦＴのピークエネルギー
が比較的高い周波数にある場合に、警報を送る手段を含
みうる。

【００１１】本発明の第三の特徴は、例えば、曲線に指
数関数的関係又は曲線のパラメータ時定数を適合して患
者に関して作られる活動電位持続時間（ＡＰＤ）回復曲
線又は活動電位振幅（ＡＰＡ）曲線の詳細に基づいて薬
物毒性を検出する方法を供給する。適合曲線の勾配は患
者の不整脈素因の可能性を示す。適合曲線のパラメータ
の相違により、例えば不整脈又は虚血の危険性があるか
否かについて正常患者と異常患者を区別することができ
る。正常患者は比較的低いパラメータ時定数を有し、薬
物毒性を示す患者は比較的高いパラメータ時定数を有す
る。ＡＰＤ又はＡＰＡデータのＰＰＰを生成し、前記Ｐ
ＰＰを解釈し、薬物毒性を検出及び評価するのに本明細
書に記載された解析技術を利用しても良い。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の第一の特徴は患者心電図
（ＥＫＧ）の位相面図（ＰＰＰ）の検査による心臓疾患
の検出及び評価に関する。

【００１３】図１は患者モニター装置を示す。患者１０
１は心電図（ＥＫＧ）装置１０２に結合され、このＥＫ
Ｇ装置１０２はＥＫＧ信号を取得して、それらをプロセ
ッサー１０３に送る。プロセッサー１０３は、この分野
においてよく知られているようにモニター１０４にＥＫ
Ｇ信号を表示してもよく、またＥＫＧ信号を処理して、
その処理結果をモニター１０４に表示するようにしても
良い。

【００１４】ＥＫＧ信号は、それらを取得する方法と同
じく、この分野でよく知られている。ここで使用してい
るように、ＥＫＧは、表面心電図をいうが、他の形式の
心電図もここに開示した方法と共に使用でき、これらも
本発明の範囲及び精神の内にある。例えば、ここで言う
ＥＫＧには、表面ＥＫＧ、心外膜ＥＫＧ、心内膜ＥＫ
Ｇ、或いは心臓内又は近くで測定された他の関連信号
（又は信号の集合）が含まれる。さらに扱われる信号
は、電圧信号、電流信号又は他の関連電磁気値（又は一
連の値）でも良い。

【００１５】図２は一連の試料ＥＫＧ信号を示す。第一
ＥＫＧ信号２０１は正常患者を示す。第二ＥＫＧ信号２
０２はＶＦへの過渡期の患者を示す。第三ＥＫＧ信号２
０３はＶＦを煩っている患者を示す。

【００１６】プロセッサー１０３はＥＫＧ信号からの位
相面図（ＰＰＰ）を構成しうる。ＰＰＰの第一型はその
第一次導関数に対してＥＫＧ変数をプロットしたもので
ある。好ましい態様では、ＥＫＧ変数は電圧v（時間の
関数）であり、その第一次導関数はdv／dt（これも時間
の関数）である。 しかしながら、本明細書、図面及び
請求の範囲を熟読すれば、ＰＰＰの解釈の許容範囲が広
いことは、この分野の当業者にとって明らかである。Ｐ
ＰＰに関し選ばれた変数は、ＥＫＧ電圧、電流、又は他
の信号値を含む種々の異なるパラメーターでありうる。
選ばれた変数（v）はその第一次導関数（dv／dt)、その
第二次導関数d^２v／dt^２、又は他の第ｎ次導関数d^ｎv／
dt^ｎ に対してプロットしうる。又は、第Ｍ次導関数は
第Ｎ次導関数に対してプロットしうる。

【００１７】他の形式のＰＰＰは、それ自身の時間遅延
変換（time delayed version）に対するＥＫＧ変数（又
はその第Ｎ次導関数）のプロット（例えばv(t)対v(t−
δt)）を含む。この形式のＰＰＰは時に「復帰図」とも
呼ばれる。この型のＰＰＰはＥＫＧ信号ノイズに対し感
度がよくない。ＰＰＰの他の型は、同時に３つのＥＫＧ
変数（又はその第Ｎ次導関数)(例えばv、dv／dt及びd^２
v／dt^２）のプロットを含みうる。このようなＰＰＰは
３次元である。ＰＰＰが３次元である場合、それは立体
的に表示しても良く、また、３次元ディスプレイの２次
元面「カット」を２次元ディスプレイに表示しても良
い。ここに記載した全てのこれら選択又はその組合せが
実行可能であり、本発明の範囲及び精神の内にあること
は、当業者にとって明らかであろう。

【００１８】図３は、図２の試料ＥＫＧ信号に対する対
応ＰＰＰ群を示す。第一ＰＰＰ３０１は第一ＥＫＧ信号
２０１に対応する。第二ＰＰＰ３０２は第二ＥＫＧ信号
２０２に対応する。第三ＰＰＰ３０３は第三ＥＫＧ信号
２０３に対応する。

【００１９】本発明のこの特徴の部分は、正常患者がそ
の正常患者からのＥＫＧ信号の規則正しさと平滑さを示
すＰＰＰを有し、一方ＶＦを受けている患者は、決定論
的カオス（例えば、周期、帯状化(banding)及び「禁止
地帯」）であるＥＫＧ信号の不規則さと複雑さを示すＰ
ＰＰを有することの発見である。さらに正常からＶＦへ
の転換中（すなわち、ＶＦの兆候中）にある患者は、当
該患者のＥＫＧ信号が決定論的カオスへの転換中にある
という評価と一致するＰＰＰを示す。

【００２０】正常患者は、比較的規則正しいビートツー
ビートＥＫＧ信号を有する。患者がＶＦに転換すると、
患者のＥＫＧ信号は、初めは対の規則的ビートツービー
ト信号交互間の変動を示す。転換が続くと、患者のＥＫ
Ｇ信号は変動数の漸増する規則的信号間の変動（例えば
４交互拍動、８交互拍動等）を示し、終には、もはや交
互の規則的信号を確認するのができなくなり、ＥＫＧ信
号が不規則で極めて複雑になる。この時点で、患者はＶ
Ｆを示していると一般に云われる。同様に、患者のＰＰ
Ｐは平滑な単一帯表示から多数帯表示（多重交互拍動を
示す）を経て最後に不規則で高い複雑な表示に変転す
る。ＰＰＰにおける表示変化は著るしいので比較的訓練
していない人でも違いを見ることが出来る。これは一般
に評価するのに熟練した心臓学者を必要とするＥＫＧに
おける表示変化とは著しく異なる。

【００２１】患者を正常からＶＦに変転させる幾つかの
可能な因子がある。これらの因子は、薬物過剰用量（特
に過剰用量において前不整脈効果を有する抗不整脈薬に
よる過剰用量、例えばキニジン中毒)、過度電気刺激、
冷却法、虚血及びストレスを含みうる。好ましい態様で
は、患者モニターは患者が正常からＶＦに変転している
かを測定するために患者のＰＰＰを検査しうる。これ
は、これらの前不整脈因子が過度に存在することを示
す。

【００２２】プロセッサー１０３は、決定論的カオスの
ＰＰＰの程度を測定するためにＰＰＰをさらに加工しう
る。幾つかの技術がこの目的に適用しうる。

【００２３】(１)プロセッサー１０３はＰＰＰのリアプ
ノフ指数を測定しうる。ＰＰＰのリアプノフ指数は、Ｐ
ＰＰの近くの道が分岐する程度の測定である。リアプノ
フ指数はカオス理論においてよく知られており、入手可
能なソフトウエアで測定しうる。例えばウォルフ等「デ
ターミニング・リアプノフ・エクスポーネンツ・フロム
・ア・タイム・シリーズ」、フイジカ・デイー１９８５;
１６:２８５−３１７参照。

【００２４】(２)プロセッサー１０３はＰＰＰのフラク
タル次元を測定しうる。ＰＰＰのフラクタル次元はＰＰ
Ｐが「空間充填」曲線を形成する程度の尺度である。フ
ラクタル次元はカオス理論でよく知られており、例えば
以下に示すように幾つかの技術（例えば、相関次元又は
箱計算法）で測定しうる。

【００２５】ＰＰＰのフラクタル次元を測定するため、
プロセッサー１０３は、ＰＰＰ上に(一連の箱からな
る）直線グリッドを焼き付けて、ＰＰＰのトレースによ
りカットされる箱の数を算える。プロセッサー１０３は
グリッドの大きさを変え、各グリッドの大きさと各総数
を記録する。次いでプロセッサー１０３は、以下の関係
において定数kを算出する。

【００２６】ln（箱切断の＃(数)）＝k * ln（グリッド
３０４における箱の＃(数)） ln（箱切断カットの＃）＝k ＊ ln（グリッド３０４中
の箱の＃） 定数kは、ＰＰＰのフラクタル次元の尺度である。約３
から約７までの間、特に分数部分を持つkの値は、ＰＰ
Ｐが決定論的カオスに基づくプロセス、従ってＶＦに近
い患者(即ち、実質的にＶＦである患者）を表わすこと
を意味すると思われる。

【００２７】(３)プロセッサー１０３は、ＰＰＰのポア
ンカレ断面を測定し、ここに記載されるように決定論的
カオスの指標のため、そのポアンカレ断面を検査しう
る。処理したＰＰＰ及びポアンカレ断面も人間のオペレ
ーターによる検査のため示され、その結果全ての可視構
造が容易に認識される。

【００２８】図４はサンプルＰＰＰ４０１及び対応ポア
ンカレ断面４０２を示す。ポアンカレ断面は、ＰＰＰの
一部を横断させて引いた線分を含む。一般に、かかる線
分は対象領域におけるＰＰＰの軌道にほぼ垂直になる。

【００２９】プロセッサー１０３は、各ポアンカレ断面
又はＰＰＰにおいてデータ点を獲得し、これらデータ点
の有方性又は不均一性の統計的指標を計算する。かかる
指標はこれらデータ点の平均及び標準偏差に基づく（こ
れらはこの分野でよく知られた統計的方法により計算さ
れうる)。比率γは γ＝(標準偏差)／(期待値) (４０３) ポアンカレ断面における凝集の程度の尺度である。

【００３０】より大きなγの値は、ＰＰＰが決定論的カ
オスに基づくプロセス、従ってＶＦに近い患者（又は実
際にＶＦである患者）を表わす傾向が強い。γの値は、
この分野でよく知られているように、正常患者からの変
化の程度を示すための信頼バンド群と共に、正常患者に
ついてのγの値と比較して人のオペレーターの観察用に
表示される。

【００３１】プロセッサー１０３は又ポアンカレ断面の
他の統計的指標を計算しうる。プロセッサー１０３は
又、ＰＰＰの「経時」ポアンカレ断面を検査しうる。

【００３２】図５は実施例ＰＰＰ５０１及び対応経時ポ
アンカレ断面５０２を示す。経時ポアンカレ断面は、１
データ点各t秒を選択することによるＰＰＰ選ばれたデ
ータ点群を含みうる。経時ポアンカレ断面は、ここに開
示された他のポアンカレ断面と同様の方法で解析されう
る。

【００３３】本発明の第二の特徴は、患者ＥＫＧの周波
数領域変換に基づく心臓疾患の検出と評価に関する。

【００３４】図６は、ＥＫＧ信号にＦＦＴを実施するこ
とにより得られた対応周波数領域変換群を示す。第一変
換６０１は第一ＥＫＧ信号（図示せず）に対応する。第
二変換６０２は第二ＥＫＧ信号（図示せず）に対応す
る。

【００３５】正常患者を表す第一変換６０１では、周波
数スペクトルは対応ＥＫＧ信号のエネルギーが主として
不連続位置の周波数で起こることを示している。ＶＦを
示している患者を表す第二変換６０２では、周波数スペ
クトルは、対応ＥＫＧ信号のエネルギーが周波数の連続
スペクトルを有し、エネルギーピーク６０３を有するこ
とを示している。

【００３６】本発明のこの特徴の部分は、例えば高調波
振幅比（ＨＭＲ）の計算を含む、周波数領域変換を解析
する視覚的及び数学的方法の使用である。ＨＭＲを測定
するため、周波数領域変換（例えばＦＦＴ）のスペクト
ルにおけるエネルギー分布の主ピーク又は中央領域を特
定し、ＨＭＲを以下のように計算した。特定点の領域に
おける変換の大きさ（magnitude）は、例えば、特定点
及び周囲点での変換の大きさを合計することにより決定
され、特定点についての周波数の調和値の領域におけ
る、対応する大きさと合計される。この合計は全体の信
号に対する変換の総大きさによって割る。比はＨＭＲと
して定義される。

【００３７】患者からＶＦを引き出す(「除細動」)ため
に知られる一つの方法は、患者の心臓に電気刺激を与え
ることである。この電気刺激は一般に実質的エネルギ
ー、例えば１０−２０ジュールを有し、たとえ患者を除
細動するのに成功しても、患者にしばしば組織障害を起
こす。一般にエネルギーを増す多数の刺激が必要とされ
る。従って、必要とするときだけ大きな刺激を使用する
のが有利であり、出来るだけ少ない刺激を使用するのが
有利である。 本発明のこの特徴の部分は、周波数領域
変換６０２のエネルギーピーク６０３が比較的低周波数
であるとき、比較的低エネルギー刺激が患者を除細動す
るのに一般に十分であることの発見である。周波数領域
変換６０２のエネルギーピーク６０３が比較的高周波数
であるとき（又、第二エネルギーピーク６０４が比較的
高周波数で周波数領域変換６０２に現れるとき）電気刺
激により患者を除細動することがとにかく可能であるな
らば患者を除細動することは比較的高エネルギー刺激を
必要とする。

【００３８】この発見の一つの適用は、ＶＦを自動的に
検出し、患者を除細動するために刺激を自動的に与える
ことを試みる自動インプラント心臓除細動装置（ＡＩＣ
Ｄ）においてである。

【００３９】図７は改良型ＡＩＣＤ７０１を示す。患者
７０２に接続されたＡＩＣＤ ＥＫＧ７０３は、ＥＫＧ
信号を獲得し、患者７０２に除細動刺激を与える刺激装
置７０５を調節するＡＩＣＤプロセッサー７０４に送
る。

【００４０】また、改良型ＡＩＣＤ７０１は(例えばＡ
ＩＣＤプロセッサー７０４の一部として）ＥＫＧ信号の
ＦＦＴを測定すると共に、そのＦＦＴにおけるエネルギ
ーピークを測定するソフトウエアを含む。ＦＦＴにおけ
るエネルギーピークが比較的低いと、ＡＩＣＤプロセッ
サー７０４は刺激装置７０５を調節し比較的小さい刺激
を患者に与える。ＦＦＴにおけるエネルギーピークが比
較的高いと、ＡＩＣＤプロセッサー７０４は刺激装置７
０５を調節し、比較的大きな刺激を患者に与えるが、さ
らに、除細動が成功しないかもしれないという信号を警
報装置７０６又は他の表示器に送るようにしても良い。

【００４１】本発明の第三の特徴は、患者に対して構成
されている、活動電位持続時間（ＡＰＤ）回復曲線又は
活動電位振幅（ＡＰＡ）曲線についてのパラメータ時定
数を基にした薬物毒性の検出及び評価に関する。

【００４２】図８は個々の心臓筋肉細胞の刺激への信号
応答を示す。この個々の細胞応答は「活動電位」として
この分野で知られる。

【００４３】個々の細胞の回復期間８０１が、細胞が刺
激の前に有する休息期間８０２を含む因子に依存するこ
とはこの分野でよく知られている。又、ＡＰＤ返還曲線
が心臓内カテーテルの使用でヒト患者のために構成でき
ることもこの分野でよく知られている。しかしながら、
休息期間８０２に基づく実際の回復期間８０１との完全
な関係は知られていない。

【００４４】本発明のこの特徴の部分は、回復期間８０
１を休息期間８０２（心臓拡張間隔）に対してプロット
すると、曲線は指数関係に従うことの発見に基づく。

【００４５】 ＡＰＤ＝ＡＰＤ_ｐｌ−Ａ* exp(−ＤＩ／tau) (８０３) 式中ＡＰＤ_ｐｌはプラト−ＡＰＤ、Ａは比例定数、ＤＩ
は心臓拡張間隔、tauはパラメータ時定数である。

【００４６】ＡＰＤ回復曲線の非直線性質は、心臓筋肉
細胞の過剰刺激に応答する決定論的カオスを促進しう
る。ＡＰＤ回復曲線はより勾配がより急であると（即ち
パラメータ時定数がより大である)、従って、ＶＦに入
るため心臓のより大きな好みがある。即ち、本発明のこ
の特徴の他の部分は、正常患者は比較的低いＡＰＤ回復
パラメータ時定数を有し、一方、薬物毒性（例えばキニ
ジン中毒）を示している患者は、比較的高いＡＰＤ回復
パラメータ時定数を有するということの発見である。回
復パラメータ時定数は、又、心臓安定性をモニターする
のに、又、抗不整脈薬物の効力を評価するのに用いう
る。

【００４７】本発明の実験的変換は本発明者らにより達
成される。

【００４８】実験１ 数学的研究はＰＰＰs、回復マップ（return map)、ポ
アンカレ断面、相関次元並びに周期的、カオス、及び任
意の信号を区別するスペクトル解析を用いた。ＰＰＰs
は全ての３つのクラスの信号の間の区別に有用であっ
た。周期的信号は明らかな広く分離した軌道を示した。
カオス信号は帯状化（banding）、禁止区域及び鋭敏な
初期条件依存性を示した。任意の信号は明らかな内部構
造を示さなかった。ノイズ効果を除いて、ＰＰＰsと適
切に遅れた回復マップとの間の大きな差は４５段階（de
gree）回転であった。ポアンカレ断面は、又、３クラス
の信号の間を区別し得た。周期的信号は分離点を示し
た。カオス信号は明らかな自己類似の整然とした区域
（ordered area）を示した。任意信号は点のガウス分布
を示した。相関次元はカオス及び周期的信号の間よりも
カオス及び任意信号の間をより区別した。ＦＦＴs及び
調和強度比（ＨＭＲ）を用いるスペクトル解析は、周期
的信号を区別することは可能であったが、任意及びカオ
ス信号の間を区別することはできなかった。周期的信号
のＨＭＲsは９７％よりも大であった。

【００４９】カオス信号のＨＭＲsは１７と８０％の間
を変化した。任意信号のＨＭＲsは約４０％であった。
ＰＰＰはノイズにより大きく影響された。回復マップは
ほとんど影響されなかった。一方スペクトル解析はノイ
ズから比較的免がれた。ＰＰＰs、回復マップ、ポアン
カレ断面、相関次元及びスペクトル解析は全て、カオス
系の有用な決定因であると結論づけられた。

【００５０】実験２ 数学的研究は任意信号からカオスを区別するスペクトル
解析の可能性に特に集中させた。この実験例において、
２系列の任意信号を作った。第一系列は最小２乗近似の
方法を用いて簡略にされた５０００疑似乱数を含む。第
二系列はアナログ−ツー−デジタル変換板から得られた
ホワイトノイズを含んだ。スペクトル解析は、ＦＦＴを
データに応用し、そして広い帯スペクトル又は、狭い帯
から、カオスの判断であると推定された広い帯への変化
を検査することにより実施された。

【００５１】それ自身によるスペクトル解析は、任意信
号からカオス信号を明確に区別するのに不十分であるこ
と、及び付加検査、例えばＰＰＰ及び回復マップはこの
目的に必要であることが結論付けられた。

【００５２】実験３ 実験例は犬における正常湾曲リズムとＶＦの間を区別す
るのに有用なスペクトル解析、ＰＰＰsの視覚化及び相
関次元解析を検査した。虚血及び再灌流は閉胸麻酔犬に
おけるストレス因子として用いた。正常湾曲リズムを有
する犬のスペクトル解析は、湾曲比及び５０Ｈzを越え
て広がる高調波で基本周波数を伴う狭い帯スペクトルを
明らかにした。ＰＰＰsは、周期的原動力と一致し、次
元解析は、低次元反応（１−−２.５）を明らかにし
た。対称的に、ＶＦを有する犬のスペクトル解析は、６
Ｈzでエネルギーのほとんどを伴う、並びに１及び２５
Ｈzの間の全ての周波数でエネルギーを伴う広い帯反応
を明らかにした。ＰＰＰは強要された無周期の反応を示
し、次元解析は正常湾曲リズム犬に対して観察されたも
のよりも高い次元（４−６）を明らかにした。即ち、全
ての３つの技術はＶＦから正常湾曲リズムを区別するの
に有用であることを証明した。

【００５３】実験４ 実験はヒトにおけるＶＦを確認するのにそれらが有用で
あるスペクトル解析、ＰＰＰsの視覚化、回復マップの
視覚化、及び相関次元を検査した。これらの解析技術
は、自然に起こるＶＦを受けている８人の低体温患者か
らのデータ、及び、電気生理学検査の間に誘発したＶＦ
を伴う３人の平常体温患者からのデータに適用した。全
患者は広い帯周波数スペクトル（０−１２Ｈz)、低次元
（範囲２−５）並びにＰＰＰs及び回復マップ上帯のあ
る禁止区域を有した。スペクトル解析、ＰＰＰsの視覚
化、回復マップの視覚化及び相関次元解析はＶＦを検出
し評価するのに有用であることが結論づけられた。

【００５４】実験５ 実験はヒトにおける正常湾曲リズムとＶＦの間を区別す
るのに有用な、スペクトル解析、ＰＰＰsの視覚化及び
相関次元解析を検査した。開放心臓外科手術を受けてい
る８人の低体温ヒト患者におけるＶＦを研究した。全患
者において、第一及び第二順位ＰＰＰは、禁止区域及び
帯状化を示し、ＦＦＴは、多くが１２Ｈz以下のバワー
で、０から２５Ｈzの全周波数において比較的連続の強
い（power）スペクトルを示した。対称的に全ての場合
において、相関次元は、４より小であった。相関次元な
どの単一解析技術に依存するより、データの多面的解析
（＝スペクトル解析＋相関次元解析）が望ましいことが
結論づけられた。

【００５５】実験６ 実験は、心房細動の異質の性質を説明するためにスペク
トル解析及びＰＰＰsの視覚化を用いた。実験におい
て、検査員は７匹の閉胸犬の心房への刺激の迅速手順に
より急性細動を起こした。ＥＫＧデータに基づくＰＰＰ
sはしばしばよく定義された構造を記入し、そしてデジ
タル化されたＥＫＧのＦＦＴは、明らかな調和成分と別
であったか又は時間及び場所依存方法に変化した連続ス
ペクトルを有した概して１５Ｈz以下のピークを示し
た。ＰＰＰのスペクトル解析及び視角化は心房及び心室
細動を解析するのに有用な技術であることが結論づけら
れた。

【００５６】実験７ 実験において、ＰＰＰsの視覚解析及びＡＰＤ返還曲線
の勾配は、インビボ心臓でのキニジン−誘引ＶＦを検出
し評価するのに有用であることが判った。キニジンは、
９０−１００mg／kgの全部を投与するか、心室頻脈又は
ＶＦが起きるまで、どちらかが先に来るまで３０分間隔
で５時間にわたり投与した。キニジン中毒細胞のＰＰＰ
sは鋭敏な初期条件依存性及び禁止区域の存在を示し、
対応ＦＦＴsは連続スペクトルを示した。対称的に、コ
ントロール犬のおける細胞のＰＰＰsは均一で濃くつま
っており、対応ＦＦＴsは別個のスペクトルを示した。

【００５７】キニジン興奮細胞のＡＰＤ回復曲線の最初
の勾配は、少くとも大きさの程度で、正常細胞よりもず
っと急であった。キニジン毒性はＡＰＤ回復曲線の勾配
と関連することが結論づけられた。

【００５８】実験８ 実験はＡＰＤ及びＡＰＡ回復曲線の勾配をキニジン中毒
と比較した。キニジンを８匹の犬に５時間にわたり投与
した（９０−１００mg／kg)。３匹の未処理犬をコント
ロールとして役立てた。処理及び未処理犬からの心室及
びプルキンジェ細胞を次いで９００から６００m secの
サイクルで電気刺に付した。６００m secへのサイクル
長の短縮は、電気的交互拍動及び分岐を含む、ＡＰＤ及
びＡＰＡの不規則動力学（dynamics）となった。ＡＰＤ
回復曲線の勾配を計算し、プルキンジェ線維及び心室筋
肉細胞に対するキニジン−興奮細胞において、キニジン
流出の間又は正常未処置細胞における勾配より急である
ことが判った。曲線はここに与えられた指数方程式によ
って一致した。ＡＰＡ変化は、ほとんど常にＡＰＤ変化
と相互に関係した。３つの正常組織調製品において、心
室筋肉細胞もプルキンジェ細胞もＡＰＤ又はＡＡに関し
分岐反応を示さなかった。キニジン毒性、そしておそら
く他の薬物誘引前不整脈効果はＡＰＤ及びＡＰＡ両回復
曲線の勾配と相互に関係すると結論づけられた。

【００５９】実験９ 実験において、犬におけるキニジン誘引心室心悸高進及
びＶＦを活動電位持続時間（ＡＰＤ=action potential
duration）及び活動電位振幅（ＡＰＡ）データから生じ
たＰＰＰsを用いて解析した。両ＰＰＰsは、禁止地帯及
び、カオスを暗示する鋭敏な初期条件依存性を示した。
ＡＰＤ又はＡＰＡに基づくＰＰＰsはキニジン毒性を検
出し評価するのに有用であると結論づけられた。

【００６０】実験１０ 実験において、キニジン興奮犬のＥＫＧsを周波数スペ
クトル、位相面図、ポアンカレ断面、回復マップ及びリ
アプノフ指数により解析した。コントロール状態におい
て及び治療用量で、ＰＰＰsは、均一に厚くサイクル−
ツー−サイクル変化が正常生物学的「ノイズ」によるこ
とを示すギャップを示さなかった。

【００６１】しかしキニジン用量が中間レベル（４０−
５０mg／kg）に増加すると、ＰＰＰsは、鋭敏な初期条
件依存性を示す不均一な厚さを示し、又、顕著な帯（境
界線又はギャップにより分けられた濃い黒ぬり部分）を
示した。これらの中間用量で、リアプノフ指数は陽性と
なり、ポアンカレ回復マップは又、非任意カオスを示し
た。より高い用量でＰＰＰsはより複雑となった。ＶＦ
を示した２匹の犬において(そして他ではない)、ＰＰＰ
において最後の前細動の用量で明らかな変化、「漏斗」
の発達、カオスの標準的機構があった。全ての前細動の
用量で周波数スペクトルは、基本周波数及び多調和でピ
ークを伴い別個であった。カオス用量は進行性キニジン
中毒の間に起き、そしてＰＰＰs並びにＰＰＰsに基づく
グラフ及び数解析は周波数スペクトルよりもカオスのよ
り良好な指標であると結論づけられた。

【００６２】実験１１ 実験において、犬におけるキニジン中毒をＡＰＡ及びＡ
ＰＤデータから生じるＰＰＰsを用いて解析した。ＥＫ
Ｇ記録は１０００から５６０m secの種々の伝動率（dri
ving rate）で行なった。１０００から５００m secへの
伝動率での増加は高次数周期性（周期３及び４）の進行
性出現を起こした。相固定は、２:１、５:３、３:２の
Ｓ：Ｒ比で全４つの調製品に周期的に繰り返される刺激
（Ｓ）応答（Ｒ）パターンで見られた。より速い伝動率
で、ＡＰＡ及びＡＰＤにおいて非周期的変化がみられ
た。カオスを予覚する多くの中間段階がキニジン興奮繊
維に見られた。これらの結果は、さらに、キニジン中毒
及び中毒の前兆段階を検出する本発明の方法の有用性を
示す。

【００６３】実験１２ 実験において、犬におけるキニジン毒性をＡＰＡ及びＡ
ＰＤデータから生じたＰＰＰsを用いて解析した。電気
刺激を２０００から３００m secへの種々の率で心臓組
織を動かすのに用いた。これらの刺激は、それぞれ１０
８±３６m sec及び１２±９ミリボルトのＡＰＤ及びＡ
ＰＡにおいて、安定した交互拍動（分枝）を起こした。
伝動率におけるより増加は不規則原動力を起こした。こ
の推移は種々の繰り返し刺激−応答比（相−固定）によ
り５０連続鼓動にまで先行した。このような原動力は、
３つの非処理（コントロール）組織では誘引しなかっ
た。ＡＰＤ回復曲線は６つのコントロール線維よりも有
意に（Ｐ＜０.０５）きつい勾配を有した。刺激一応答
待ち時間は６−９m secで依然として一定にあった。不
規則原動力間のＡＰＤsのＰＰＰsはカオス理論と一致す
る鋭敏な初期条件依存性及び禁止地帯を示した。これら
の結果は、キニジン中毒及び中毒への前兆段階を検出す
る本発明の方法の有用性を示す。

【００６４】実験１３ 実験は、サイン波、調節サイン波、四角波、のこぎり歯
の波、及び三角波を含むコンピューター模擬実験波形を
解析するためスペクトル解析、ＰＰＰs、ポアンカレ断
面、リアプノフ指数及び次元解析を用いた。検査員は任
意ノイズを１％、１０％及び２０％で波形に加えた。実
験はさらにＶＦが５つの異なる関与：キニジン中毒、キ
ニジン中毒に続く早すぎる電気刺激、冠閉塞、急性虚血
心筋層の再灌流及び全体的低体温により生じた麻酔させ
た犬からのＥＫＧデータに同じ解析技術を用いた。予備
結果は、心室細動を受けた犬でのＰＰＰs及びポアンカ
レ断面は、カオスと一致し、一方、スペクトル解析はカ
オスを示唆しないことを示した。検査員は、ＶＦはカオ
ス電気生理学的機能として記載できるが解析の単一方法
はかかる機能を検出するには十分でないと一部結論づけ
た。

【００６５】ここに引用した検査から導き出されうる一
つの結論は、本発明の特徴の各々の解析値は、本発明の
他の特徴の一又はそれ以上と組合せて強化されることで
ある。

【００６６】本発明の好ましい実施態様は、ここに記載
される本発明の特徴の組合せを含みうる。一つの好まし
い実施態様は、ＰＰＰの多面的解析(例えば、ディスプ
レーで視覚的に、ポアンカレ断面でグラフに、並びにリ
アプノフ指数及び相関次元で数字的に)、周波数スペク
トル解析並びにＡＰＤ回復曲線の数学的解析を含みう
る。

【００６７】他の実施態様 好ましい実施態様がここに
記載される一方、多くの変形が可能であり、それらは本
発明の概念及び範囲内にあり、それらの変形は、明細
書、図面及び請求の範囲の精読すれば、当業者に自明で
ある。

【００６８】又、本発明の実施態様が薬物毒性、心房細
動、虚血又は他の心臓条件、例えば外科手術又は外科手
術からの患者回復期間の連続的モニタリングのための手
段を含みうることはこの分野の当業者にとって明らかと
なろう。さらに本発明の実施態様は、主治医である医学
職員又は患者に検出される心臓条件を示すための手段を
含みうる。本発明の好ましい実施態様では、患者が（心
臓疾患が検出されると）医者と連絡し、又は処置のため
近くの病院に向かう手段を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 患者のモニター装置を示す図

【図２】 一連の試料ＥＫＧ信号を示す図

【図３】 図２の試料ＥＫＧ信号に対する一連の対応Ｐ
ＰＰを示す図

【図４】 サンプルＰＰＰ及び対応ポアンカレ断面を示
す図

【図５】 サンプルＰＰＰ及び対応経時ポアンカレ断面
を示す図

【図６】 ＥＫＧ信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を
実施することにより得られた一連の対応周波数領域変換
を示す図

【図７】 改良された埋込型心臓除細動装置（ＡＩＣ
Ｄ）を示す図

【図８】 この分野で活動電位として知られる、個々の
心臓筋肉細胞の刺激に対する信号応答を示す図

【符号の説明】

１０２・・・心電図（ＥＫＧ）装置 １０３・・・プロセッサー １０４・・・モニター ７０３・・・自動インプラント心臓除細動装置 ７０４・・・プロセッサー ７０５・・・刺激装置

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１５年２月２５日（２００３．２．２
５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

フロントページの続き (72)発明者 ハレイ・セバ・カラギュジアン アメリカ合衆国91607カルフォルニア州、 ロサンジェルス、ミランダ・ストリート 12601番 (72)発明者 ジョージ・アレキサンダー・ダイアモンド アメリカ合衆国90068カルフォルニア州、 ロサンジェルス、ワイルド・オーク・ドラ イブ2408番 (72)発明者 スティーヴン・シェイド・カン アメリカ合衆国90064カルフォルニア州、 ロサンジェルス、マニング・アベニュー 2241番 (72)発明者 ティモティ・アラン・デントン アメリカ合衆国90048カルフォルニア州、 ロサンジェルス、ノルウィッチ・ドライブ 513番 (72)発明者 スティーヴン・エヴァンズ アメリカ合衆国20022ニューヨーク州、ニ ューヨーク、イースト・フィフティ・セカ ンド・ストリート325番 Ｆターム(参考） 4C027 AA02 CC00 DD03 FF00 FF03 GG11 GG16 HH11 HH12 KK03

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 心電図信号を受ける手段と、前記心電図
   信号を処理して心電図信号の位相面図を決定する信号処
   理手段と、前記位相面図を表示する表示手段とからなる
   心電図信号解析装置。
2. 【請求項２】 前記位相面図が少くとも２つの変数の多
   次元図からなる請求項１に記載の心電図信号解析装置。
3. 【請求項３】 前記位相面図が少くとも３つの変数の多
   次元図からなる請求項１に記載の心電図信号解析装置。
4. 【請求項４】 前記位相面図が前記信号電圧をその導関
   数に対してプロットしてなる請求項１に記載の心電図信
   号解析装置。
5. 【請求項５】 前記導関数が第一次導関数である請求項
   ４に記載の心電図信号解析装置。
6. 【請求項６】 心電図装置から心電図信号を受ける手段
   と、前記前記心電図信号を処理する信号処理手段とから
   なり、前記心電図信号が心臓疾患を指示するか否か決定
   するため、当該信号処理手段が、次の複数の処理、即
   ち、 (ａ)前記心電図信号の位相面図の多相解析 (ｂ)前記心電図信号のスペクトル解析、及び (ｃ)前記心電図信号に応じて演算されたＡＰＤ回復曲線
   の解析を行うことを特徴とする心電図信号解析装置。
7. 【請求項７】 前記信号処理手段がスペクトル解析を行
   うため調和振幅比を計算する請求項６に記載の心電図信
   号解析装置。