JP2015517842A - 心臓の機能不全と異常を表す情報を測定するための方法及び器械 - Google Patents
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Abstract
Description
より具体的には、本発明は心臓の機能不全と異常を表す情報を測定するための器械と方法に関する。
さらに、本発明は心臓の機能不全と異常を表す情報を測定するためのコンピュータプログラムに関する。
現在では、心臓活動に関連する電磁現象に基づく心拍記録法、心エコー検査法、及び心臓血管の動きに基づく心拍記録法などの方法が様々な心臓の機能不全と異常の特定と評価において用いられている。
心臓活動に関連する電磁現象に基づく心拍記録法のよく知られている例は心電図記録法「ECG」であり、心臓血管の動きに基づく心拍記録法の例はバリストカルジオグラフィー「BCG」及びサイスモカルジオグラフィー「SCG」である。
心エコー検査法は心臓の切片の画像を提供し、且つ、心臓の構造と機能についての包括的な情報を提供することができるが、高価な機器と特別な操作担当者を必要とする。
ECGは心臓の電気的評価をかなり速く与えるが、個体の皮膚に電極を取り付ける必要があることがECGに関する不便さであり、それにより、特に長期にわたって使用したり、頻繁に繰返し使用したりすると皮膚に炎症を起こすことがあり得る。
一方、例えば、心房細動などのある特定の心臓の機能不全と異常は心電計データを長期にわたって測定すること、及び/又は繰返し測定することを必要とすることがあり得る。
心臓血管の動きに基づく心拍記録法は心臓血管の動きを表す信号の測定を伴う。
以前はその信号は、動きを測定するための器械が用意されているベッドに個体が横たわっている間に、又は、脚の脛のいたる所に取り付けられた支援装置が存在する間に取得された。
現在では、その信号は、心臓の動きを表す微細な動きを測定するのに適切である小さなセンサ素子、例えば加速度センサを使用して取得され得る。
図1aはECG波形の例を示し、図1bは、心臓血管の動きを表し、通常はy方向と呼ばれる「頭足」方向で加速度センサによって測定された例となる信号の波形を示す。
例示を目的として基本的な心臓機能の簡単な説明を下に提供する。
心臓は4つの小室を含む。右心房は三尖弁によって右心室と相互接続されており、左心房は僧帽弁によって左心室によって相互接続されている。血液は上大静脈を介して上半身から右心房に、下大静脈を介して下半身から右心房に送られる。
右心房の心筋と右心室の乳頭筋が同時に収縮して三尖弁が開き、それによって血液が右心房から右心室へ流れる。
その後、その乳頭筋が弛緩して三尖弁が閉じる。右心室の心筋が収縮すると、血液が肺動脈弁を通って右心室から血液を肺に送る肺動脈へ押し出され、そこで血液は酸素負荷される。
次に酸素負荷された血液は肺静脈を介して左心房へ送られる。
酸素負荷された血液は、血液の左心房から左心室へ流れを可能にする左心房の心筋と左心室の乳頭筋の同時収縮により僧帽弁が開いたときに左心房から左心室へ流れる。
その後、その乳頭筋が弛緩して僧帽弁が閉じる。次に酸素負荷された血液は大動脈弁を通って左心室から酸素負荷された血液を末梢血管系に送る大動脈へ押し出される。
両方の心房が乳頭筋の収縮により同時に収縮してそれにより三尖弁と僧帽弁を開放させる。
心臓の小室の筋肉組織を刺激してそれらを収縮させる電気的活性、すなわち、電気的収縮は右心房に位置する洞房結節において始まる。
電気的脱分極の伝達が続いて、各心房筋細胞を次々と脱分極させる両方の心房を介して波として下方、左方、及び後方へ伝わる。
この電荷の伝播を図1aに示されるECG波形上のP波として見ることができる。
この直後に、図1bに示される波形のhピーク(peak)に対応するインパクトと図1bに示される波形のiバレー(valley)に対応する反動として検出される心房の機械的収縮が続く。
右心房と左心房が収縮し始めると、右心室と左心室への高速の血流が生じ、それは図1bに示される波形上のjピークにより表される。
三尖弁が閉じ始めると、続いている心房の収縮によってさらに右心室と左心室への低速の血流が生じる。
その追加的な血流は「心房キック」と呼ばれ、図1bに示される波形の「a−a1」波複合に対応する。
心房が空になった後に三尖弁と僧帽弁が閉じ、それにより図1bに示される波形上の下行g波が生じる。
心室収縮は左心室と右心室の筋肉の収縮であり、図1aに示されるECG波形の「Q−R−S」波複合を生じる心室心筋層の電気的脱分極によって引き起こされる。
下行Q波は、「ヒス束」と呼ばれる特別な細胞群に沿う中隔を通る脱分極の下降流によって引き起こされる。
Rピークは心室筋肉組織の脱分極によって生じ、S波は心房と心室の間の心臓組織の脱分極によって生じる。
脱分極が中隔を下り、心室心筋層中に伝わると、心房と洞房結節が分極し始める。
三尖弁と僧帽弁の閉鎖が心室収縮期の始まりであり、心臓が拍動するときに心臓によって生じるラブ・ダブ(lub−dub)音の1番目の部分を生じる。
この音は通常は「1音」として知られている。
心室心筋層の電気的脱分極がピークに達すると、右心室と左心室を分ける房室「AV」中隔が収縮し、図1bに示される波形上のHピークに対応するインパクトと図1bに示される波形上のlバレーに対する反動を引き起こす。
心室の収縮により血液が肺動脈弁を介して右心室から肺動脈へ、及び大動脈弁を介して左心室から大動脈へ非常に高速で押し出され、それにより図1bに示される波形上のJピークが生じる。
左心室から大動脈への血流の減速により、図1bに示される波形上の下行K波が生じる。
左心室が空になるとその圧力は大動脈の圧力よりも下に落ち、大動脈弁が閉じる。同様に、右心室の圧力が肺動脈の圧力よりも下に落ちると肺動脈弁が閉じる。
ラブ・ダブ音の2番目の部分は通常は「2音」として知られており、心室収縮期の終わりの肺動脈弁と大動脈弁の閉鎖によって生じ、それにより図1bに示される波形上の上行L波が生じる。
肺動脈弁と大動脈弁の閉鎖と同時に房室「AV」中隔が弛緩及び上昇し、心室心筋層が再分極して図1aに示されるECG波形上のT波が生じる。
心臓拡張期は心房拡張期と心室拡張期を含み、心臓が収縮後に弛緩し、且つ、循環血液で再補充される準備をしている期間である。
心房拡張期は右心房と左心房が弛緩している期間であり、心室拡張期は右心室と左心室が弛緩している期間である。
心房拡張期の間に右心房は脱酸素化された血液によって再補充され、左心房は酸素負荷された血液によって再補充される。
心房の再補充によって図1bに示される波形上の下行M波がヒス束細胞の再分極と同時に起こる拡張期の初期に生じ、その再分極はECG波形のU波として示される。
右心房と左心房がそれらの最大容量まで補充されると三尖弁と僧帽弁への血液の逆流により、図1bに示される波形上の上行N波が生じる。
特許文献2は、個体の生理的状態をモニターし、その異常を検出するための方法を記載する。その方法はECG信号である第1信号と心臓血管の動きを表す第2信号を同時に受信することを含む。
しかしながら、多くの場合では、例えば、心房細動などのある特定の心臓の機能不全と異常を視覚的分析により見つけ出すことは困難であり得る。
したがって、心臓の機能不全と異常を表す情報を測定するための方法と器械の必要性が存在する。
本概要は本発明の広範囲にわたる概説ではない。
それは本発明の重要又は重大な要素を特定することを意図しても、本発明の範囲を詳しく説明することを意図してもいない。
次の概要は、本発明の好ましい実施形態のさらに詳しい説明の前置きとなる本発明の簡略化された幾つかの構想を提示するだけのものである。
本発明に従う方法は、
−心臓血管の動きを表す信号から、その信号上で心拍数を繰り返す波形の振幅の変化であって、複数のその振幅の増加及び複数のその振幅の減少を含むような振幅の変化を検出するステップと、
−検出された振幅の変化に少なくとも部分的に基づいて心臓の機能不全と異常の指標を測定するステップと、
を含む。
別の例では、その波形は図1bに示される波形上のJピークと下行K波により構成される複合波であり得、その波形の振幅は下行K波の底からJピークの頂点までのピーク間値であり得る。
一例では、その波形は、通常はz方向と呼ばれる「通胸」方向で測定された波形上の大動脈弁の開放によって生じるAOピークであり得る。
一例では、その波形はAOピークとAOピークに続く下行波によって構成される複合波であり得る。
これらの不規則な波を1回か2回の心拍周期の波形から検出することは難しい場合があり得るが、それらは数回の心拍周期にわたるより長い時間に現れることがあり得、結果として心拍数を繰り返すその波形の振幅は通常の場合よりも強烈に変化する。
したがって、その振幅の変化が心臓の機能不全と異常を表す情報である。
心臓の機能不全と異常の指標は、心臓の機能不全と異常を表す情報の信頼性を改善するために振幅の変化と時間変化の両方に基づいて決定され得る。
心臓血管の動きを表す信号をローパスフィルタにかけ、そのローパスフィルタにかけられた信号から大動脈弁の開放によって生じるAOピークを検出するステップ、
及び/又は、
心臓血管の動きを表す信号をバンドパスフィルタにかけ、そのバンドパスフィルタにかけられた信号から大動脈弁の閉鎖によって生じるACピークを検出するステップ、を含む。
ローパスフィルタリングの上限の周波数は、必ずというわけではないが、例えば、30Hzであり得、バンドパスフィルタリングの通過帯域は、必ずというわけではないが、例えば、40Hzから100Hzまでであり得る。
ローパスフィルタリング及び/又はバンドパスフィルタリングはAOピーク及び/又はACピークの検出を容易にする。
特に心房細動の間にバンドパスフィルタリングを用いると、バンドパスフィルタリングが無いときよりもACピークの発見が容易である。検出されたAOピーク及び/又はACピークは、例えば上述の振幅の変化、上述の時間変化、心拍数、収縮間隔、及び/又は拡張間隔を検出するときに利用され得る。
−心臓血管の動きを表す信号を受信するための信号インターフェース、及び
−その信号インターフェースに接続されている処理装置であって、
a)その信号上で心拍数を繰り返す波形の振幅の変化であって、複数の前記振幅の増加及び複数の前記振幅の減少を含むような振幅の変化をその信号から検出し、且つ、
b)検出された振幅の変化に少なくとも部分的に基づいて心臓の機能不全と異常の指標を測定する、
ように構成されている処理装置を備える。
そのセンサ素子は、例えば、加速度センサ、圧電センサ、傾斜センサ、圧力センサ、又は力、加速度、変位、若しくは心臓血管の動きに関連し、心臓血管の動きを表す他のあらゆる量の測定に適切な他のあらゆる素子を備え得る。
信号インターフェースはセンサ素子を備える外部機器から信号を受信することができるということもあり得る、すなわち、その器械は心臓血管の動きを表す信号を測定するためのどのようなセンサ素子も必ず備えるわけではないということが強調される。
さらに、そのセンサ素子を服に組み込むことができ、且つ、測定された信号を無線リンクにより送信する無線送信機と共にそのセンサ素子を提供することができる。
これにより、長期にわたる測定、及び反復的な測定が容易になる。
そのコンピュータプログラムは、
−心臓血管の動きを表す信号からその信号上で心拍数を繰り返す波形の振幅の変化を検出し、且つ、
−検出された振幅の変化に少なくとも部分的に基づいて心臓の機能不全と異常の指標を測定する、
プログラミング可能なプロセッサを制御するためのコンピュータが実行可能な命令を備える。
そのコンピュータプログラム製品は、本発明に従うコンピュータプログラムが符号化されている不揮発性のコンピュータ可読媒体、例えば、コンパクトディスク「CD」を備える。
構成と操作方法に関する本発明の様々な好ましい実施形態はそれらの追加的な目的及び利点と共に、添付されている図面と関連させて読まれると、具体的な好ましい実施形態の次の記載から最も良く理解される。
「備える(to comprise)」及び「含む(to include)」という動詞は、本書類において、列挙されていない特徴の存在を排除することも必要とすることもない開放的な制限語として使用される。
従属請求項において列挙される特徴は、別途明らかに示されていない限り、自由に相互に組合せ可能である。
図2aは、心臓の機能不全と異常、例えば心房細動を表す情報を測定するための本発明の好ましい実施形態による方法のフローチャートを示す。
その方法は心臓血管の動きを表す信号から振幅の変化をステップ201において検出することを含み、その振幅の変化はその信号上で心拍数を繰り返す波形の振幅の変化を意味する。
その方法は検出された振幅の変化に少なくとも部分的に基づいて心臓の機能不全と異常の指標をステップ202において測定することを含む。
図3a、図3bに示されている波形は、通常はz方向と呼ばれる「通胸」方向で加速度センサにより測定されたものである。
図5に示されている座標系550がz方向を例示している。
図3bから理解することができるように、その振幅の変化は約10回の連続する心拍周期HBの間に複数の前記振幅の増加及び複数の前記振幅の減少を含み、それらの増加と減少は実質的に確率論的に互いに交互する。
図3a及び3bによって例示されるように、前記の振幅の変化の強度は心臓の機能不全と異常を表す情報である。
図3d、図3eに示されている波形は、通常はz方向と呼ばれる「通胸」方向で加速度センサにより測定されたものである。
図5に示されている座標系550はz方向を例示している。正常状態の場合の振幅の変化が図3dに示されている包絡曲線321によって例示されており、例となる心房細動の場合の振幅の変化が図3eに示されている包絡曲線322によって例示されている。
図3dから理解することができるように、正常状態の場合の振幅の変化は、呼吸リズムの呼吸頻度を有する明確な信号成分を有する。
図3eから理解することができるように、心房細動の場合には呼吸リズムの呼吸頻度を有する明確な信号成分は存在しない。
−前記の振幅の変化の検出、すなわち、図2aに示されているステップ201は、その振幅の変化のうちの呼吸リズムの呼吸頻度を有する上述の信号成分を計算することを含み、且つ、
−心臓の機能不全と異常の指標の測定、すなわち、ステップ202は、前記の振幅の変化のうちの呼吸リズムの呼吸頻度を有する前記信号成分の強度に少なくとも部分的に基づいて心臓の機能不全と異常の指標を測定することを含む。
その閾値は、一群の患者及び/又は他の人間から集められた実証的データに基づいて決定され得る。
その閾値は必ずしも一定というわけではなく、その閾値は検査中の個体に応じて、時間に応じて、及び/又は他の幾つかの因子に応じて変化し得る。
各閾値が心房細動の特定の可能性、又は他の幾つかの心臓の機能不全及び/又は異常の特定の可能性を表すように一連の閾値を設定することも可能である。
−前記の振幅の変化の検出、すなわち、図2aに示されているステップ201はAOピークとAOピークに続く下行波MAによってそれぞれ構成される複合波に関連するピーク間値を検出することを含み、且つ、
−心臓の機能不全と異常の指標の測定、すなわち、ステップ202は検出されたピーク間値の変化の強度を表す振幅の変化量を計算することを含む。
その閾値は、一群の患者及び/又は他の人間から集められた実証的データに基づいて決定され得る。
その閾値は必ずしも一定というわけではなく、その閾値は検査中の個体に応じて、時間に応じて、及び/又は他の幾つかの因子に応じて変化し得る。
各閾値が心房細動の特定の可能性、又は他の幾つかの心臓の機能不全及び/又は異常の特定の可能性を表すように一連の閾値を設定することも可能である。
例えば:RMSp~p−AVEp~pであり得、
その式では、
RMSp~pは検出されたピーク間値の二乗平均平方根「RMS」であり、
AVEp~pは検出されたピーク間値の算術平均である。
別の例では、前記の振幅の変化の強度は検出されたピーク間値の標準偏差を用いて表現され得、すなわち振幅の変化量は検出されたピーク間値の標準偏差であり得る。
−S1が「通胸」方向、すなわち、z方向で測定された心臓血管の動きを表す信号であり、且つ、
−S2が「頭足」方向、すなわち、y方向で測定された心臓血管の動きを表す信号である、
比率S1/S2又は差異S1−S2の変化を表し得る。
特に、信号S1は図3cに示されているOAピークであり得、信号S2は図1bに示されているJピークであり得る。
あるいは、そのピーク値は、最初に検討中のピークを含む時間ウィンドウから多数の試料を獲得し、次に、ノイズ効果を軽減するためにそれらの試料の数学的関数、例えば算術平均としてそのピーク値を計算するようにして取得され得る。
その時間ウィンドウは、例えば、100ミリ秒(msec)であり得、その時間ウィンドウ内の試料数は、例えば、10以上であり得る。
その時間ウィンドウに基づく方法はデジタルフィルタリングの一例である。
一般に、心臓血管の動きを表す信号におけるノイズ効果を軽減するために用いられ得る多数のデジタル信号処理方法及びアナログ信号処理方法が存在する。
−前記の振幅の変化の検出、すなわち、図2aに示されているステップ201はAOピークの最大信号値を検出するステップを含み、且つ、
−心臓の機能不全と異常の指標の測定、すなわち、ステップ202は検出された最大信号値の変化の強度を表す振幅の変化量を計算するステップ、を含む。
1回の心拍周期の時間の長さは図3bにおいて「HB」により示される。
図4中の破線の曲線402は例となる心房細動の場合におけるその時間変化を示す。
図4によって例示されるように、その時間変化の強度もまた心臓の機能不全と異常を表す情報である。
心臓の機能不全と異常の指標は、心臓の機能不全と異常を表す情報の信頼性を改善するために振幅の変化と時間変化の両方に基づいて決定されることが好都合である。
前記の振幅の変化量と前記の時間変化量を別々に用いることもあり得、例えばそれらのそれぞれがそれ自体の閾値と比較される。
この好ましい実施形態では、心房細動が検出されずにいるリスクは、前記の振幅の変化と前記の時間変化のうちの少なくとも一方が心房細動の発生を表す場合に、心房細動の発生を示すことにより減少する。
この好ましい実施形態では、誤警報のリスクは、前記の振幅の変化と前記の時間変化の両方が心房細動の発生を表す場合、且つ、その場合に限り、心房細動の発生を示すことにより減少する。
心臓血管の動きを表す信号が、通常はz方向と呼ばれる「通胸」方向で加速度センサにより測定されることが好都合である。
その方法は次のステップを含む:
−ステップ211:心臓血管の動きを表す信号をローパスフィルタにかけること、及び/又は心臓血管の動きを表す信号をバンドパスフィルタにかけること、及び
−ステップ212:ローパスフィルタにかけられた信号からAOピークを検出すること、及び/又は前記のバンドパスフィルタにかけられた信号からACピークを検出すること。
ローパスフィルタリング及び/又はバンドパスフィルタリングはAOピーク及び/又はACピークの検出を容易にする。
検出されたAOピーク及び/又はACピークは、例えば、上述の振幅の変化及び/又は上述の時間変化を検出するときに利用され得る。
検出されたAOピーク及び/又はACピークは他の多くの目的のためにも、例えば心拍数、収縮間隔、及び/又は拡張間隔の検出のために使用され得る。
前記のAC〜AO間隔のそれぞれはACピークのうちの1つからAOピークのうちの次の1つまでの時間間隔であり、前記のAO〜AO間隔のそれぞれはAOピークのうちの1つからAOピークのうちの次の1つまでの時間間隔であり、且つ、前記の比率量が心臓の機能不全と異常を表す。
本発明の別の好ましい実施形態による方法はメモリからこの信号を読むステップを含み、その場合ではその信号は前に測定されており、そのメモリに記録されている。
本発明の好ましい実施形態による方法は外部データ転送システムからその信号を受信するステップを含む。
したがって、測定は、本発明の実施形態による方法の、必須で、必要なステップというわけではない。
その器械は心臓血管の動きを表す信号を受信するための信号インターフェース501、及びその信号インターフェースに接続されている処理装置502を備える。
その処理装置は、
−前記信号からその信号上で心拍数を繰り返す波形の振幅の変化を検出し、且つ、
−その振幅の変化に少なくとも部分的に基づいて心臓の機能不全と異常の指標を測定する
ように構成されている。
その指標は、例えば、ディスプレー画面506上に示されるメッセージであり得る。
信号インターフェース501は呼吸リズムの呼吸頻度を表す情報を受信する、ようにさらに構成されており、且つ、
処理装置502は、
−前記の振幅の変化のうちのその呼吸リズムの呼吸頻度を有する信号成分を計算し、且つ、
−前記の振幅の変化のうちのその呼吸リズムの呼吸頻度を有するその信号成分に少なくとも部分的に基づいて心臓の機能不全と異常の指標を測定する、
ように構成されている。
そのセンサ素子は、例えば、無線リンク又は有線リンクであり得るデータ転送リンクを介して前記の信号インターフェースに接続される。
センサ素子503から信号インターフェース501へのデータ転送は直接的に、又は、例えば、電気通信ネットワークなどのデータ転送ネットワーク505を介して起こり得る。
前記の処理装置を備える器械は前記のセンサ素子と一体化されていることもあり得る。
この場合、その信号インターフェースは実際には前記センサ素子503と処理装置502の間の単なる配線である。
本発明の好ましい実施形態による器械では、センサ素子503は前記呼吸リズムの呼吸頻度を表す情報の提供にも適切である。
そのセンサ素子は、例えば、増幅器、信号フィルタ、及び/又はアナログデジタル「AD」変換器をさらに備え得る。
加速度センサは、例えば、例として図5に示されている座標系550の3つの互いに直交するx方向、y方向、及びz方向で独立的に動きを測定することができる3軸加速度センサであり得る。
この場合、心臓血管の動きを表す信号は3つの成分を含み、その信号は、例えば、そのユークリッドノルム、すなわち、心臓血管の動きを表す3成分ベクトルの絶対値を作成することにより前処理され得る。
その器械は信号を記録するための内部メモリ507を備えることができ、又はその器械は外部メモリへの接続のためのデータポートを備えることができる。
図5に示されている機能ブロック520はそのローパスフィルタリングを表し、機能ブロック522はそのAOピークの検出を表す。
図5に示されている機能ブロック521はそのバンドパスフィルタリングを表し、機能ブロック522はそのACピークの検出を表す。
図5に示される例となる事例では、ローパスフィルタリングとバンドパスフィルタリングの両方が存在し、機能ブロック522はAOピークとACピークの両方の検出を表す。
ローパスフィルタリングの上限の周波数は、必ずというわけではないが、例えば、30Hzであり得、バンドパスフィルタリングの通過帯域は、必ずというわけではないが、例えば、40Hzから最大で100Hzまでであり得る。
ローパスフィルタリング及び/又はバンドパスフィルタリングはAOピーク及び/又はACピークの検出を容易にする。
検出されたAOピーク及び/又はACピークは、例えば、上述の振幅の変化及び/又は上述の時間変化を検出するときに利用され得る。
検出されたAOピーク及び/又はACピークは他の多くの目的のためにも、例えば心拍数、収縮間隔、及び/又は拡張間隔の検出のために使用され得る。
前記のAC〜AO間隔のそれぞれはACピークのうちの1つからAOピークのうちの次の1つまでの時間間隔であり、前記の時間変化量が心臓の機能不全と異常を表す。
前記のAC〜AO間隔のそれぞれはACピークのうちの1つからAOピークのうちの次の1つまでの時間間隔であり、前記のAO〜AO間隔のそれぞれはAOピークのうちの1つからAOピークのうちの次の1つまでの時間間隔であり、前記の比率量が心臓の機能不全と異常を表す。
その前処理は、例えば、例として呼吸、個体の非心臓血管の動き、外部的理由により引き起こされた振動等により生じたノイズの取り消しを含み得る。
その前処理のための手段を、例えば、処理装置502に装備することができ、又はその前処理のための1つ以上の別の処理装置が存在し得る。
それらのソフトウェアモジュールは、
−心臓血管の動きを表す信号から前記の信号上で心拍数を繰り返す波形の振幅の変化を検出し、且つ、
−その振幅の変化に少なくとも部分的に基づいて心臓の機能不全と異常の指標を測定する、
プログラミング可能なプロセッサを制御するためのコンピュータが実行可能な命令を備える。
−前記の振幅の変化のうちの呼吸リズムの呼吸頻度を有する信号成分を計算し、且つ、
−前記の振幅の変化のうちのその呼吸リズムの呼吸頻度を有するその信号成分に少なくとも部分的に基づいて心臓の機能不全と異常の指標を測定するための、
前記のプログラミング可能なプロセッサを制御するコンピュータが実行可能な命令をさらに備える。
−心臓血管の動きを表す信号をローパスフィルタにかけ、そのローパスフィルタにかけられた信号からAOピークを検出する、プログラミング可能なプロセッサを制御するためのコンピュータが実行可能な命令、及び/又は、
−心臓血管の動きを表す前記の信号をバンドパスフィルタにかけ、そのバンドパスフィルタにかけられた信号からACピークを検出する、プログラミング可能なプロセッサを制御するためのコンピュータが実行可能な命令。
信号例Se(t)の自己相関Reを、例えば、
その式では、
Eは期待値演算子であり、すなわちE{信号}は信号の期待値であり、
tは時間であり、
τはRe(x)と表現される相互相関を有する信号試料間の時間シフトであり、
μ及びσ2は信号例Se(t)の平均と分散である。
例えば、信号例Se(t)が非常に不規則的な波形を有する理想ホワイトノイズ「IWN」である場合、非ゼロ時間シフトによって分けられるあらゆる信号試料間にゼロ相関が存在し、したがって、その信号例の自己相関Re(x)はτ=0の点における唯一のピークであるだろう。
これらの不規則な波を1回か2回の心拍周期の波形から検出することは難しい場合があり得るが、それらは数回の連続する心拍周期にわたるより長い時間に現れ、結果として自己相関は通常よりもゼロ時間シフトに対応する点に集中する。
したがって、自己相関のゼロ時間シフトに対応する点への集中の程度を示す量は心臓の機能不全と異常、例えば心房細動を表す情報を表す。
その周波数スペクトルは、パワースペクトル密度「PSD」〜F(f)×F*(f)が自己相関のフーリエ変換であるので、自己相関と密接に関連し、その式ではF(f)とF*(f)は周波数スペクトルとその共役複素数である。
周波数スペクトルは、一般的な概念として、検討中の信号の波形の不規則性が増加するとき、周波数スペクトルがますます規則的に分布する特性を有する。
例えば、信号例が非常に不規則的な波形を有する理想ホワイトノイズ「IWN」である場合、その信号例の周波数スペクトルは完全に平らであるだろう。周波数スペクトルのこの特性は自己相関の集中の程度を示す量を獲得するために使用され得る。
−心臓血管の動きを表す信号を受信するための信号インターフェース、及び
−その信号インターフェースに接続されている処理装置であって、
a)次のもの、すなわち、前記信号の自己相関、前記信号の周波数スペクトルのうちの少なくとも1つの推定値を計算し、且つ、
b)自己相関によって表現される相互相関を有する信号試料間でゼロ時間シフトに対応する点への前記信号の自己相関の集中の程度を示す指標量であって、心臓の機能不全と異常を表すその指標量を計算する、ように構成されている処理装置、
を備える器械。
前記器械が前記信号を測定するためのセンサ素子であって、データ転送リンクを介して前記信号インターフェースに接続されている前記センサ素子をさらに備える第1項に記載の器械。
前記センサ素子が次のもの、すなわち、加速度センサ、圧電センサ、傾斜センサ、マイクロフォン、圧力センサのうちの1つを備える、第2項に記載の器械。
前記処理装置が、
Pmaxが自己相関の前記推定値の最も高いピーク値であり、BRが自己相関の前記推定値の1つ以上の次に最も高いピーク値の平均である場合の、比率Pmax/BRが、少なくとも1.3である状況に応答して心房細動の指標を作成する、ように構成されており、
その比率Pmax/BRが前記の指標量を表す、第1〜3項のいずれか一項に記載の器械。
前記処理装置が、
Pmaxが自己相関の前記推定値の最も高いピーク値であり、BRが自己相関の前記推定値の1つ以上の次に最も高いピーク値の平均である場合の、比率Pmax/BRが、少なくとも1.4である状況に応答して心房細動の指標を作成する、ように構成されており、
その比率Pmax/BRが前記の指標量を表す、第1〜3項のいずれか一項に記載の器械。
前記処理装置が、
Pmaxが自己相関の前記推定値の最も高いピーク値であり、BRが自己相関の前記推定値の1つ以上の次に最も高いピーク値の平均である場合の、比率Pmax/BRが、少なくとも1.4である状況に応答して心房細動の指標を作成する、ように構成されており、
その比率Pmax/BRが前記の指標量を表す、第1〜3項のいずれか一項に記載の器械。
第7項.
−心臓血管の動きを表す信号の自己相関と、前記信号の周波数スペクトルと、のうちの少なくとも1つの推定値を計算するステップと、
−自己相関によって表現される相互相関を有する信号試料間でゼロ時間シフトに対応する点への前記信号の自己相関の集中の程度を示す指標量であって、心臓の機能不全と異常を表すその指標量を計算するステップと、
を含む方法。
前記方法が、
Pmaxが自己相関の前記推定値の最も高いピーク値であり、BRが自己相関の前記推定値の1つ以上の次に最も高いピーク値の平均である場合の、比率Pmax/BRが少なくとも1.3である状況に応答して心房細動の指標を作成するステップを含み、
その比率Pmax/BRが前記の指標量を表す、第7項に記載の方法。
前記方法が、
Pmaxが自己相関の前記推定値の最も高いピーク値であり、BRが自己相関の前記推定値の1つ以上の次に最も高いピーク値の平均である場合の、比率Pmax/BRが少なくとも1.4である状況に応答して心房細動の指標を作成するステップを含み、
その比率Pmax/BRが前記の指標量を表す、第7項に記載の方法。
前記方法が、
Pmaxが自己相関の前記推定値の最も高いピーク値であり、BRが自己相関の前記推定値の1つ以上の次に最も高いピーク値の平均である場合の、比率Pmax/BRが少なくとも1.4である状況に応答して心房細動の指標を作成するステップを含み、
その比率Pmax/BRが前記の指標量を表す、第7項に記載の方法。
第11項.
−心臓血管の動きを表す信号の自己相関と、前記信号の周波数スペクトルと、のうちの少なくとも1つの推定値を計算し、且つ、
−自己相関によって表現される相互相関を有する信号試料間でゼロ時間シフトに対応する点への前記信号の自己相関の集中の程度を示す指標量であって、心臓の機能不全と異常を表すその指標量を計算する、
プログラミング可能なプロセッサを制御するためのコンピュータが実行可能な命令を備えるコンピュータプログラム。
第12項.
第11項に記載のコンピュータプログラムが符号化された非一時的なコンピュータ可読媒体を備えるコンピュータプログラム製品。
Claims (34)
- 心臓血管の動きを表す信号を受信するための信号インターフェース(501)と、前記信号インターフェースに接続されている処理装置(502)と、を備える器械であって、
前記処理装置が
前記信号上である心拍数を繰り返す波形の振幅の変化であって、複数の前記振幅の増加及び複数の前記振幅の減少を含むような前記の振幅の変化を前記信号から検出し、且つ、
前記の振幅の変化に少なくとも部分的に基づいて心臓の機能不全と異常の指標を測定する、
ように構成されている、
ことを特徴とする器械。 - 前記信号インターフェースが呼吸リズムの呼吸頻度を表す情報を受信する、ようにさらに構成されており、且つ、
前記処理装置が、
−前記の振幅の変化のうちの前記呼吸リズムの呼吸頻度を有する信号成分を計算し、且つ、
−前記の振幅の変化のうちの前記呼吸リズムの呼吸頻度を有する前記信号成分に少なくとも部分的に基づいて心臓の機能不全と異常の前記指標を測定する、
ように構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の器械。 - 前記器械が、さらに、前記信号を測定するためのセンサ素子(503)であって、前記信号インターフェースに接続されている前記センサ素子を備える、ことを特徴とする請求項1に記載の器械。
- 前記センサ素子が前記呼吸リズムの呼吸頻度を表す前記情報の提供に適切である、ことを特徴とする請求項3に記載の器械。
- 前記センサ素子が、加速度センサ、圧電センサ、傾斜センサ、圧力センサのうちの1つを備える、ことを特徴とする請求項3または4に記載の器械。
- 前記処理装置が、
それぞれ大動脈弁の開放によって生じるAOピークとAOピークに続く下行波によって構成される複合波に関連するピーク間値を検出し、且つ、
前記ピーク間値の変化の強度を表す振幅の変化量を計算する、
ように構成されており、
前記の振幅の変化量が心臓の機能不全と異常を表す、
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の器械。 - 前記処理装置が、
大動脈弁の開放によって生じるAOピークの最大信号値を検出し、且つ、
前記最大信号値の変化の強度を表す振幅の変化量を計算する、
ように構成されており、
前記の振幅の変化量が心臓の機能不全と異常を表す、
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の器械。 - 前記処理装置が、
心拍周期の時間の長さの変化である時間変化を前記信号から検出し、且つ、
前記の振幅の変化と前記の時間変化の両方に基づいて心臓の機能不全と異常の前記指標を測定する、
ように構成されている、
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の器械。 - 前記処理装置が、
大動脈弁の開放によって生じる連続するAOピーク間の時間間隔の時間の長さを検出し、且つ、
前記の検出された時間の長さの変化の強度を表す第1の時間変化量を計算する、
ように構成されており、
前記の第1の時間変化量が心臓の機能不全と異常を表す、
ことを特徴とする請求項8に記載の器械。 - 前記処理装置が、
前記の振幅の変化の強度が第1の閾値を越えること、および、
前記の時間変化の強度が第2の閾値を越えること、
のいずれか一方が発生した状況に応答して心房細動を表す信号を発信する、
ように構成されている、
ことを特徴とする請求項8または9に記載の器械。 - 前記処理装置が、
前記の振幅の変化のうちの前記呼吸リズムの呼吸頻度を有する前記信号成分が第3の閾値未満である状況に応答して心房細動を表す信号を発信する、
ように構成されている、
ことを特徴とする請求項2または10に記載の器械。 - 前記処理装置が、
前記の心臓血管の動きを表す前記信号をローパスフィルタにかけ、且つ、
前記のローパスフィルタにかけられた信号からAOピークを検出する、
ように構成されている、
ことを特徴とする請求項6〜11のいずれか一項に記載の器械。 - 前記ローパスフィルタリングの上限の周波数が30Hzである、ことを特徴とする請求項12に記載の器械。
- 前記処理装置が、
前記の心臓血管の動きを表す前記信号をバンドパスフィルタにかけ、且つ、
大動脈弁の閉鎖によって生じるACピークを前記のバンドパスフィルタにかけられた信号から検出する、
ように構成されている、
ことを特徴とする請求項6〜13のいずれか一項に記載の器械。 - 前記バンドパスフィルタリングの通過帯域が40Hzから100Hzまでである、ことを特徴とする請求項14に記載の器械。
- 前記処理装置が、
AC〜AO間隔の時間の長さを検出し、且つ、
前記の検出された前記AC〜AO間隔の時間の長さの変化の強度を表す第2の時間変化量を計算する、
ように構成されており、
前記AC〜AO間隔のそれぞれが前記ACピークのうちの1つから前記AOピークのうちの次の1つまでの時間間隔であり、
前記の第2の時間変化量が心臓の機能不全と異常を表す、
ことを特徴とする請求項14または15に記載の器械。 - 前記処理装置が、
AC〜AO間隔の時間の長さとAO〜AO間隔の時間の長さを検出し、且つ、
同一の心拍周期内の前記のAC〜AO間隔の時間の長さと前記のAO〜AO間隔の時間の長さの間の比率を表す比率量を計算する、
ように構成されており、
前記AC〜AO間隔のそれぞれが前記ACピークのうちの1つから前記AOピークのうちの次の1つまでの時間間隔であり、
前記AO〜AO間隔のそれぞれが前記AOピークのうちの1つから前記AOピークのうちの次の1つまでの時間間隔であり、
前記の比率量が心臓の機能不全と異常を表す、
ことを特徴とする請求項14または15に記載の器械。 - 心臓血管の動きを表す信号から前記信号上である心拍数を繰り返す波形の振幅の変化であって、複数の前記振幅の増加及び複数の前記振幅の減少を含むような前記の振幅の変化を検出するステップ(201)と、
前記の振幅の変化に少なくとも部分的に基づいて心臓の機能不全と異常の指標を測定するステップ(202)と、
を含む、ことを特徴とする方法。 - 前記方法が、
−前記の振幅の変化のうちの呼吸リズムの呼吸頻度を有する信号成分を計算するステップと、
−前記の振幅の変化のうちの前記呼吸リズムの呼吸頻度を有する前記信号成分に少なくとも部分的に基づいて心臓の機能不全と異常の前記指標を測定するステップと、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項18に記載の方法。 - 前記の振幅の変化を検出するステップ(201)がそれぞれ大動脈弁の開放によって生じるAOピークとAOピークに続く下行波によって構成される複合波に関連するピーク間値を検出することを含み、且つ、
心臓の機能不全と異常の指標を測定するステップ(202)が前記ピーク間値の変化の強度を表す振幅の変化量を計算することを含み、
前記の振幅の変化量が心臓の機能不全と異常を表す、
ことを特徴とする請求項18または19に記載の方法。 - 前記の振幅の変化を検出するステップ(201)が大動脈弁の開放によって生じるAOピークの最大信号値を検出することを含み、且つ、
前記心臓の機能不全と異常の指標を測定するステップ(202)が前記最大信号値の変化の強度を表す振幅の変化量を計算することを含み、
前記の振幅の変化量が心臓の機能不全と異常を表す、
ことを特徴とする請求項18または19に記載の方法。 - 前記方法が、
心拍周期の時間の長さの変化である時間変化を前記信号から検出するステップと、
前記の振幅の変化と前記の時間変化の両方に基づいて、心臓の機能不全と異常の前記指標を測定するステップと、をさらに含む、
ことを特徴とする請求項18〜21のいずれか一項に記載の方法。 - 前記の時間変化の前記の検出するステップが、大動脈弁の開放によって生じる連続するAOピーク間の時間間隔の時間の長さを検出するステップを含み、
前記心臓の機能不全と異常の指標を測定するステップ(202)が、前記の検出された時間の長さの変化の強度を表す時間変化量を計算することを含み、
前記の時間変化量が心臓の機能不全と異常を表す、
ことを特徴とする請求項22に記載の方法。 - 前記方法が、
前記の振幅の変化の強度が第1の閾値を越えること、または、前記の時間変化の強度が第2の閾値を越えること、の少なくとも1つが起こった場合に、心房細動を表す信号を発信するステップを含む、
ことを特徴とする請求項22または23に記載の方法。 - 前記方法が、
前記の振幅の変化のうちの前記呼吸リズムの呼吸頻度を有する前記信号成分が第3の閾値未満である状況に応答して心房細動を表す信号を発信するステップを含む、
ことを特徴とする請求項19または24に記載の方法。 - 前記方法が、
前記の心臓血管の動きを表す前記信号をローパスフィルタにかけるステップ(211)と、
前記のローパスフィルタにかけられた信号からAOピークを検出するステップ(212)と、
を含む、
ことを特徴とする請求項20〜25のいずれか一項に記載の方法。 - 前記ローパスフィルタリングの上限の周波数が30Hzである、ことを特徴とする請求項26に記載の方法。
- 前記方法が、
前記の心臓血管の動きを表す前記信号をバンドパスフィルタにかけるステップ(211)と、
大動脈弁の閉鎖によって生じるACピークを前記のバンドパスフィルタにかけられた信号から検出するステップ(212)と、
を含む、ことを特徴とする請求項20〜27のいずれか一項に記載の方法。 - 前記バンドパスフィルタリングの通過帯域が40Hzから100Hzまでである、ことを特徴とする請求項28に記載の方法。
- 前記方法が、
AC〜AO間隔の時間の長さを検出するステップと、
前記の検出された前記AC〜AO間隔の時間の長さの変化の強度を表す第2の時間変化量を計算するステップと、を含み、
前記AC〜AO間隔のそれぞれが前記ACピークのうちの1つから前記AOピークのうちの次の1つまでの時間間隔であり、
前記の第2の時間変化量が心臓の機能不全と異常を表す、
ことを特徴とする請求項28または29に記載の方法。 - 前記方法が、
AC〜AO間隔の時間の長さとAO〜AO間隔の時間の長さを検出するステップと、
同一の心拍周期内の前記のAC〜AO間隔の時間の長さと前記のAO〜AO間隔の時間の長さの間の比率を表す比率量を計算するステップと、を含み、
前記AC〜AO間隔のそれぞれが前記ACピークのうちの1つから前記AOピークのうちの次の1つまでの時間間隔であり、
前記AO〜AO間隔のそれぞれが前記AOピークのうちの1つから前記AOピークのうちの次の1つまでの時間間隔であり、
前記の比率量が心臓の機能不全と異常を表す、
ことを特徴とする請求項28または29に記載の方法。 - コンピュータプログラムであって、
心臓血管の動きを表す信号から前記信号上である心拍数を繰り返す波形の振幅の変化であって、複数の前記振幅の増加及び複数の前記振幅の減少を含むような前記の振幅の変化を検出し、且つ、
少なくとも部分的に、前記の振幅の変化に、基づいて心臓の機能不全と異常の指標を測定する、
プログラミング可能なプロセッサを制御するためのコンピュータが実行可能な命令を含む、
ことを特徴とするコンピュータプログラム。 - 前記コンピュータプログラムが、さらに、
−前記の振幅の変化のうちの呼吸リズムの呼吸頻度を有する信号成分を計算し、且つ、
−前記の振幅の変化のうちの前記呼吸リズムの呼吸頻度を有する前記信号成分に少なくとも部分的に基づいて心臓の機能不全と異常の前記指標を測定する、
プログラミング可能なプロセッサを制御するためのコンピュータが実行可能な命令を含む、
ことを特徴とする請求項32に記載のコンピュータプログラム。 - コンピュータプログラム製品であって、
請求項32または33に記載のコンピュータプログラムが符号化されている非一時的コンピュータ可読媒体を備える、ことを特徴とするコンピュータプログラム製品。
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