JP2021079007A - 生体情報処理装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動解析の実行前に心電データの品質を評価し、心電データの品質が低いと判定される場合に報知することが可能な生体情報処理装置およびその制御方法を提供すること。【解決手段】例えば、解析センターに心電データの自動解析を依頼する生体情報処理装置において、心電データの自動解析を実行する前に、心電データの品質を評価する。生体情報処理装置は、心電データが自動解析に適した品質を有しないと判定された場合には、その旨を報知する。【選択図】図１

Description

本発明は生体情報処理装置およびその制御方法に関し、特には長時間心電データを取り扱う生体情報処理装置およびその制御方法に関する。

通院時に一般的に行われる数十秒程度の心電図計測では見つかりづらい一過性の症状を把握することなどを目的として、長時間連続して心電図を計測することがある。例えば、ホルタ心電図検査では、ホルタ心電計を患者に携帯させて日常生活下で例えば２４時間連続して心電図を計測する。

このような、長時間連続して計測された心電図のデータ（長時間心電データ）には、例えば２４時間の計測であれば誘導ごとに約１０万拍以上のデータが含まれている。このような膨大なデータを全て目で確認して異常を検出するのは現実的ではないため、器械による自動解析を行って波形を分類し、異常波形に分類された心拍を目安として心電図を確認することが多い。

ホルタ心電図検査は日常生活下で行われるため、計測される心電データにはノイズが混入しやすい。一方で、自動解析では心電データから検出した特徴に基づいて波形を分類したり各種の情報を検出したりするため、心電データにノイズが混入することによって波形の分類精度が低下したり自動解析に失敗したりする。

従来、心電図の自動解析装置を持たない医療機関においてホルター心電図検査を実施した場合、計測された心電データの自動解析や判読は、自動解析や判読のサービスを提供する外部機関に依頼している。外部機関では、例えばネットワークを通じて受信した心電データに対して自動解析を行い、自動解析結果や、判読医による自動解析結果の判読結果などをレポートとして返送する（特許文献１）。

特開２０１６−１８９９８０号公報

従来、依頼者から外部機関に自動解析を依頼する場合、特に心電データの品質を評価することなく、依頼者の端末から外部機関へ心電データを送信していた。また、外部機関においても、自動解析前に心電データの品質は評価していなかった。そのため、例えばノイズが重畳した区間が多く、正しく自動解析が行えない品質の心電データであっても自動解析が行われ、自動解析に失敗した時点で初めて心電データの品質が自動解析に必要な水準を満たしていないことが判明していた。

この場合、外部機関では自動解析を実行しているため、依頼者には自動解析の料金が請求される。しかし、実際には有用な解析結果は得られないうえ、再検査が必要になるという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みなされたものである。本発明の目的は、記録済みの心電データに自動解析を実行する前に心電データの品質を評価し、心電データの品質が低いと判定される場合に報知することが可能な生体情報処理装置およびその制御方法を提供することにある。

上述の目的は、記録済みの心電データを取得する取得手段と、心電データの自動解析を実行する前に、心電データが自動解析に適した品質を有するか否かを判定する評価手段と、評価手段によって心電データが自動解析に適した品質を有しないと判定された場合に報知する報知手段と、を有することを特徴とする生体情報処理装置によって達成される。

このような構成により、本発明によれば、記録済みの心電データに自動解析を実行する前に心電データの品質を評価し、心電データの品質が低いと判定される場合に報知することが可能な生体情報処理装置およびその制御方法を提供できる。

本発明に係る生体情報処理装置を利用可能なシステムの構成例を示す模式図である。 実施形態に係る端末および自動解析装置を実現可能な汎用コンピュータの機能構成例を示すブロック図である。 実施形態に係る端末および自動解析装置の動作に関するフローチャートである。 実施形態に係る品質評価処理に関するフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明をその例示的な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定しない。また、実施形態には複数の特徴が記載されているが、その全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、クリニックなどの小規模医療機関の医師（担当医）が、ホルタ心電計を用いて計測した患者の長時間心電データの自動解析を外部の解析センターに依頼し、解析センターから解析レポートを取得する工程に関わる機器の接続例を模式的に示している。なお、一般的には自動解析を行う長時間心電データは８時間以上継続して計測された、記録済みの心電データである。ただし、計測時間が８時間に満たない記録済みの心電データであってもよい。

自動解析装置４００は記録済みの心電図の自動解析サービスを提供する。自動解析装置４００は解析センターに設けられており、ネットワーク３００を通じて担当医の端末２００と通信可能である。また、自動解析装置４００は、自動解析結果を判読する判読医の端末５００とも通信可能に接続されている。後述するように、本実施形態に係る生体情報処理装置は、担当医の端末２００であってもよいし、自動解析装置４００であってもよい。なお、図１では便宜上、自動解析装置４００が端末２００と直接通信するように記載しているが、解析センターに設けられたサーバ装置が端末２００と通信を行う構成であってもよい。この場合、自動解析装置４００はサーバ装置から心電データを取得し、解析レポートをサーバに送信する。また、判読医の端末５００と自動解析装置４００とのやりとりについてもサーバ装置を介するものであってよい。

担当医は、計測した心電データをホルタ心電計１００から端末２００に読み込み、患者情報や依頼内容などの情報とともに自動解析装置４００に送信する。自動解析装置４００は心電データに対して自動解析処理を適用して解析レポートを生成し、端末２００へ返送する。なお、例えば端末２００上で稼働するデータ管理アプリケーションと自動解析装置４００で稼働するアプリケーションとが直接通信可能でない場合や、自動解析以外の依頼内容（例えば判読やクリーニング）が含まれる場合には、解析センターの技師が自動解析装置４００を用いて自動解析を実行させたり、自動解析結果に基づくクリーニングを実施したりする。

依頼内容に判読が含まれる場合、自動解析装置が生成した解析レポートは、判読医の端末５００を通じて所見コメントが追加されてから端末２００に返送される。また、依頼内容に編集が含まれる場合、技師は自動解析によってノイズやアーチファクトとして分類された波形を確認し、自動解析に適さない拍のデータをクリーニング（削除）したり、必要に応じてクリーニング後に再度自動解析を実行したりする。

図２は、図１の端末２００、５００、および解析センターの自動解析装置４００として機能可能な汎用コンピュータの機能構成例を示すブロック図である。制御部として機能するＣＰＵ１は、例えば記憶装置１０に格納されているプログラムをＲＡＭ３に読み出して実行し、装置の各機能を実現する。なお、記憶装置１０はハードディスクドライブ（ＨＤＤ）やソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などであり、基本ソフト（ＯＳ）、デバイスドライバ、アプリケーションなどが記憶されている。メニュー画面などを表示するためのＧＵＩデータ、ユーザ設定データ、アプリケーションの初期設定データなども記憶装置１０に記憶される。

ＲＯＭ２はブートストラップローダなど、コンピュータが起動するために必要なプログラムやファームウェア、各種の設定情報などが記憶されている。ＲＯＭ２は少なくとも一部が書き換え可能であってよい。

ＲＡＭ３はＣＰＵ１が実行するプログラムを展開する領域や、変数やデータ等の一時記憶領域として用いられる。メモリカード４は他の機器、ここではホルタ心電計において心電データの記録に用いられる記録媒体であってよい。

表示部６はドットマトリックス方式の表示装置であり、代表的には液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機ＥＬディスプレイである。なお、図２では表示部６が装置に内蔵されている構成を示しているが、外部装置として接続されてもよい。また、表示部６が内蔵ディスプレイと外付けディスプレイの両方から構成されてもよい。

操作部８はユーザが装置に指示を入力する機器であり、代表的にはキーボード、ポインティングデバイス（マウスなど）、接触感知デバイス（タッチパネルなど）などの入力デバイスの１つ以上である。なお、キーボードはハードウェアキーボードであっても、ソフトウェアキーボードであってもよい。なお、タッチパネルは表示部６に設けられてもよいし、ノート型パソコンに多く見られるようなタッチパッドの形態であってもよい。

通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）２０は外部機器（自動解析装置４００や端末２００）とデータ通信を行うための１つ以上の通信インターフェースである。通信Ｉ／Ｆ２０は例えばイーサネット（登録商標）、IEEE802.11xなどの有線および／または無線通信規格に準拠した構成を有する。

以下、端末２００に本発明を適用した構成について説明する。端末２００のユーザは患者の診察を行う医師（担当医）、あるいは担当医の指示によって自動解析の依頼を行う医療スタッフである。ここでは、担当医の判断により、ある患者（被検者）についてホルタ心電計１００を用いた長時間心電データの計測が行われ、ホルタ心電計１００には例えば２４時間連続して計測された心電図のデータ（心電データ）が記録された状態であるものとする。

（解析依頼処理）
本実施形態では心電データの自動解析を担当医が端末２００を用いて解析センターに依頼する場合について説明する。この場合、依頼者である担当医は、担当医の情報、患者の識別情報（氏名、ＩＤなど）に加え、依頼内容、解析結果のレポート（解析レポート）の様式などを指定した情報とともに、心電データを解析センターに送信する。依頼内容は例えば（１）自動解析のみ、（２）自動解析およびクリーニング、（３）自動解析、クリーニング、および判読のいずれかを選択可能であってよいが、これらに限定されない。

図２（ａ）は、端末２００が解析センター（自動解析装置４００）に心電データの自動解析を依頼する際の動作に関するフローチャートである。この動作は、端末２００のＣＰＵ１が例えばＯＳ上で心電データの管理アプリケーションを実行することによって実現される。例えば、読み込む心電データを指定する画面の表示指示（例えば、「開く」コマンドの選択）が操作部８を通じて入力されると、ＣＰＵ１は読み込むデータファイルを選択するための選択ウィンドウを表示部６に表示させる。

Ｓ２００でＣＰＵ１は操作部８を通じたデータの取得指示（例えば「読み込み」ＧＵＩボタンの押下操作）の検出を待機する。データの取得指示を検出すると、Ｓ２０１でＣＰＵ１は、選択ウィンドウで選択状態であったデータファイルに対する品質評価処理を実行し、心電データが自動解析に適した品質を有するか否かを判定する。品質評価処理の詳細については後述する。

なお、ここで選択されるデータファイルは、ホルタ心電計１００から取り出されてカードスロット５に装着されたメモリカード４に記録されたデータファイルであっても、記憶装置１０に保存されているデータファイルであってもよい。端末２００がアクセス可能な任意の場所に存在するデータファイルを選択することができる。なお、記憶装置または記憶メディアが接続されたことを検出した場合、特定の名前を有するなどの予め定められた条件を満たすデータファイルを自動で読み込むなど、データファイルの選択や取得指示を必要としない構成であってもよい。

Ｓ２０３でＣＰＵ１は、Ｓ２０１における品質評価処理の結果を確認する。ＣＰＵ１は、品質評価処理の結果、選択されたデータファイルに記録されている心電データが自動解析に適した品質を有しないと判定されていればＳ２０５へ、有していると判定されていればＳ２０７へ、処理を進める。

Ｓ２０５でＣＰＵ１は、例えば表示部６にメッセージを表示するなどして、心電データの品質が自動解析に適していないことをユーザに報知する。これによりユーザは、自動解析によって有用な情報が得られない可能性があることを、心電データの自動解析を依頼する前に知ることができる。そのため、無駄な依頼を回避することができ、時間および費用を節約することができる。また、患者が計測を終えて来院した際に品質評価を実行することにより、再計測が必要と判断される場合にはその場で再計測の手続を開始できるため、再計測のために患者が再来院する必要が無くなり、患者にとっても有用である。

なお、管理アプリケーションに心電データの再生（表示）機能がある場合、ユーザは実際に心電データを表示させ、心電データの品質を確認した上で、自動解析を依頼するか、あるいは再計測を行うかを判断することができる。

Ｓ２０７でＣＰＵ１は、操作部８を通じた送信指示の検出を待機し、送信指示が検出されると処理をＳ２０９に進める。なお、図には記載していないが、送信のキャンセルが指示された場合には処理を終了してもよい。

Ｓ２０９でＣＰＵ１は、品質評価処理を実施した心電データを、依頼内容や患者情報などとともに解析センター（自動解析装置４００）に送信して、処理を終了する。

ここでは一例として、メモリカード４から心電データを読み込む際に品質評価処理を実行する場合について説明した。しかし、品質評価処理は任意のタイミングで実行することができる。例えば、既にメモリカード４から記憶装置１０に読み込まれた心電データに対して、ユーザの指示に応じた任意のタイミングで実行してもよい。また、自動解析センターへの送信指示が検出された際に、送信対象の心電データの品質評価が実行済みかどうか確認し、未実行であれば実行してもよい。

図３は、Ｓ２０１における品質評価処理に関するフローチャートである。
Ｓ２０１１でＣＰＵ１は、選択された心電データから所定量のデータを例えばＲＡＭ３に読み込む。

Ｓ２０１３でＣＰＵ１は、ＲＡＭ３に読み込まれた心電データに対して、ノイズ心拍検出処理を実行する。ノイズ心拍検出処理は、心電データのうち、所定レベルを超えるノイズを含み、自動解析に適していない（例えば、自動解析ができない、誤った分類がなされやすい）と考えられる区間もしくは拍を検出する処理である。ここで、ノイズとは計測対象の信号以外の信号成分を指し、アーチファクトとも呼ばれる。心電データにおける代表的なノイズには筋電ノイズ、ドリフトノイズ（基線ドリフト）、ハムノイズ（ＡＣノイズ）がある。本実施形態ではこれら３つのノイズの１つ以上に関して検出するものとするが、検出するノイズの種類や数に特に制限はない。

また、以下にノイズ検出処理の一例について説明するが、ノイズの検出方法に特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。なお、ノイズは全ての誘導に含まれるため、ノイズ検出処理は心電データに含まれる複数の誘導のうち少なくとも１つの誘導について実施すればよい。例えば、標準１２誘導の計測が行われていればＩＩ誘導またはＶ３誘導、双極誘導の計測が行われていればＣＣ５誘導、ＣＭ５誘導、ＮＡＳＡ誘導のいずれかを選択することができるが、これらに限定されない。

まず、ＣＰＵ１は、心電データからＲ波を検出し、Ｒ波のピーク位置を基準として前後所定時間を１拍区間として定めることにより、心電データを１拍単位に区分する。
筋電ノイズを検出する場合、ＣＰＵ１は心電データのうち、ＱＲＳ波の区間を除く区間について筋電ノイズの周波数成分（２５〜７５Ｈｚ）のパワーを算出する。そして、ＣＰＵ１は、パワーが予め定めた閾値以上であれば、処理した拍をノイズ心拍と判定する。ここで、ノイズ心拍は、所定レベルを超えるノイズを含み、自動解析に適さない拍である。なお、閾値は予め経験的に定めることができる。

ハムノイズを検出する場合、ＣＰＵ１はＱＲＳ波の区間を除く区間について商用電源周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）のパワーを算出し、パワーが予め定めた閾値以上であれば、処理した拍をノイズ心拍と判定する。なお、閾値は予め経験的に定めることができる。パワーを算出する周波数成分は、機器の設置時に予め設定された電源周波数に基づいていずれか一方に決定することができる。

ドリフトノイズを検出する場合、ＣＰＵ１は予め定めた区分点（例えばＱ波の開始点（ＱＢ））の電位について前拍もしくは次拍との差分をドリフト値として算出する。差分が予め定めた閾値以上であれば、処理した拍をノイズ心拍と判定する。閾値は予め経験的に定めることができる。

ＣＰＵ１は、処理した拍の総数と、ノイズ心拍と判定された拍の総数とをＲＡＭ３に記憶する。Ｓ２０１５でＣＰＵ１は、心電データを最後まで処理したか否かを判定し、最後まで処理したと判定されればＳ２０１７へ処理を進め、判定されなければＳ２０１１に処理を戻し、必要に応じて新たな心電データをＲＡＭ３に読み込む。

Ｓ２０１７でＣＰＵ１は、心電データに含まれる総心拍数に対するノイズ心拍の割合が所定値以上か否かを判定し、所定値以上と判定されればＳ２０１９へ、判定されなければＳ２０２１へ、処理を進める。

Ｓ２０１９でＣＰＵ１は、心電データが自動解析に適した品質を有しないと判定する。
Ｓ２０２１でＣＰＵ１は、心電データが自動解析に適した品質を有すると判定する。

なお、ここでは１拍分の心電データを単位としてノイズ判定を行ったため、心電データに含まれる総心拍数に対するノイズ心拍の割合に基づいて心電データの品質を判定した。しかし、所定時間分の心電データを単位としてノイズ判定を行うこともでき、その場合には心電データの総計測時間に対するノイズ区間の割合に基づいて心電データの品質を判定すればよい。

また、心電データの総計測時間が既知の場合、拍ごとにノイズ判定を行う場合であっても、処理した１拍分の心電データに含まれるサンプル数とサンプリング周波数との関係から１拍分の時間を計算して累積することにより、心電データの総計測時間に対するノイズ心電データの割合に基づいて心電データの品質を判定すればよい。

また、ここでは心電データを最後まで処理してから品質を判定した。しかし、心電データの総計測時間や総拍数が既知の場合、所定値に相当する心拍数や時間もまた既知である。そのため、未処理の心電データがあっても、品質評価が可能な状態になった時点で品質の判定を行ってもよい。この場合、ノイズ心拍やノイズ区間の累積数または時間が所定値に相当する心拍数や時間に達した時点で、心電データが自動解析に適した品質を有しないと判定する。また、未処理の心電データが全てノイズ心拍もしくはノイズ区間であってもノイズ心拍やノイズ区間の累積数または時間が所定値に相当する心拍数や時間に達しないと判定可能であれば、心電データが自動解析に適した品質を有すると判定する。

なお、ここで説明したノイズ判定処理は、自動解析処理よりも処理に必要な演算や記憶リソースに対する要求が低く、例えばクリニックの端末２００にインストールする管理アプリケーションの一部として容易に実行可能である。また、自動解析装置においては、自動解析処理において「アーチファクト」と分類するための機能を品質評価処理に流用することができるため、既存の解析ソフトウェアに対して容易に品質評価機能を追加することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、自動解析の実行前に心電データの品質を評価し、心電データの品質が低いと判定される場合にユーザに報知することが可能な生体情報処理装置およびその制御方法を提供できる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では担当医が外部の解析センターに自動解析を依頼する場合を想定して説明したが、例えば病院のような大規模な医療施設において、医師が病院内の解析部門に自動解析を依頼する場合であっても同様である。

また、本発明は解析の依頼元（実施形態における端末２００）での実施に限定されず、解析センター（自動解析装置４００）で実施してもよい。この場合、自動解析装置４００のＣＰＵ１がＯＳ上で解析アプリケーションの機能の一部、あるいは品質評価アプリケーションを実行することによって実現される。

図２（ｂ）は、自動解析装置４００における自動解析動作に関するフローチャートであり、図２（ａ）と同じ処理を行うステップには同じ参照数字を付してある。この場合、自動解析装置４００では、解析対象の心電データについて、自動解析処理（Ｓ２１３）を実行する前に品質評価処理（Ｓ２０１）を実施し、評価結果に応じた警告処理を行う（Ｓ２０５）。その後、自動解析の実行指示が検出されると（Ｓ２１１，Ｙ）、自動解析処理を実行する（Ｓ２１３）。

自動解析処理の実行より前に品質評価処理を実行することで、品質が悪く、自動解析を行っても有用な情報（信頼できる情報）が得られない可能性のある心電データに不要な自動解析処理を実行することを抑制することができる。

また、本発明は、コンピュータを上述の実施形態において説明した端末２００もしくは自動解析装置４００として機能させるプログラムとしても実施可能である。また、本発明は上述した実施形態の内容に制限されず、発明の精神および範囲から離脱することなく様々な変更及び変形が可能である。したがって、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１００…ホルタ心電計、２００、５００…端末、３００…ネットワーク、４００…自動解析装置

Claims (9)

1. 記録済みの心電データを取得する取得手段と、
   前記心電データの自動解析を実行する前に、前記心電データが自動解析に適した品質を有するか否かを判定する評価手段と、
   前記評価手段によって前記心電データが自動解析に適した品質を有しないと判定された場合に報知する報知手段と、
   を有することを特徴とする生体情報処理装置。
2. 前記心電データを自動解析のために外部に送信する前に前記評価手段による評価を行うことを特徴とする請求項１に記載の生体情報処理装置。
3. 前記評価手段によって前記心電データが自動解析に適した品質を有すると判定された場合に、前記心電データを自動解析のために外部に送信する送信手段をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の生体情報処理装置。
4. 前記評価手段によって前記心電データが自動解析に適した品質を有すると判定された場合に、前記心電データの自動解析を実行する自動解析手段をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の生体情報処理装置。
5. 前記評価手段は、前記心電データに含まれるノイズに基づいて前記心電データの品質を評価することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の生体情報処理装置。
6. 前記評価手段は、前記心電データのうち、所定レベルを超えるノイズを含んだデータの割合が所定値以上の場合に、前記心電データが自動解析に適した品質を有しないと判定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の生体情報処理装置。
7. 前記ノイズが筋電ノイズ、ハムノイズ、ドリフトノイズの１つ以上であることを特徴とする請求項５または６に記載の生体情報処理装置。
8. 記録済みの心電データを取得する取得工程と、
   前記心電データの自動解析を実行する前に、前記心電データが自動解析に適した品質を有するか否かを判定する評価工程と、
   前記評価工程において前記心電データが自動解析に適した品質を有しないと判定された場合に報知する報知工程と、
   を有することを特徴とする生体情報処理装置の制御方法。
9. コンピュータを、請求項１から７のいずれか１項に記載の生体情報処理装置が有する各手段として機能させるプログラム。

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