JP2022524184A - ヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定装置、方法及びコンピューターで読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Abstract

本発明の一実施形態によるヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定装置は、測定された心電図信号を受信する受信部と、受信された心電図信号をヒルベルト変換する変換部と、ヒルベルト変換された心電図信号に基づいて心電図信号の大きさを求める測定部とを含むことができる。

Description

本出願はヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定装置、方法及びコンピューターで読み取り可能な記録媒体に関する。

医療用画像（超音波、ＭＴ、ＣＴ）を利用した診断では映像情報だけでなく、体内の特定時点の映像を抽出するために心電図（Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ、ＥＣＧ）信号を活用する。

心電図信号１の波形は、図１ａに示されたように、心臓の収縮によって発生する電流と電位差をベースライン（ＢａｓｅＬｉｎｅ、ＢＬ）を中心として曲線で表示されることができる。心電図信号１の一週期内には、一般的にＰ波（Ｐ ｗａｖｅ）、Ｑ波（Ｑ ｗａｖｅ）、Ｒ波（Ｒ ｗａｖｅ）、Ｓ波（Ｓ ｗａｖｅ）、Ｔ波（Ｔｗａｖｅ）が連続して発生する。Ｐ波は心房の収縮、一連のＱ波（Ｑ ｗａｖｅ）、Ｒ波（Ｒ ｗａｖｅ）及びＳ波（Ｓ ｗａｖｅ）（ＱＲＳコンプレックス）は心室の収縮を表し、Ｔ波（Ｔｗａｖｅ）は心室の弛緩時に現れる特徴である。

心電図を利用した健康管理（ｈｅａｌｔｈ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）のためには、心電図信号の中でＰ波、Ｒ波、Ｔ波の大きさが非常に重要な要素である。しかしながら、このようなＰ波、Ｒ波、Ｔ波の大きさ測定に対して、関連学会や機関で国際的に規定したものはない。

一般的に、Ｐ波、Ｒ波、Ｔ波の大きさは、図１ａに示されたように、ベースライン（ｂａｓｅｌｉｎｅ、ＢＬ）でＰ波、Ｒ波、Ｔ波のピーク（ｐｅａｋ）までの高さを言い、Ｒ波の場合には、Ｑ波またはＳ波の中で低い値を有するピークからＲ波のピークまでの高さを意味したりする。

しかしながら、図１ｂに示されたように、心電図信号１のベースライン（ＢＬ）は低周波や高周波ノイズの影響をたくさん受けるため、ベースライン（ＢＬ）を中心としてＰ波、Ｒ波、Ｔ波の大きさを測定する場合、信頼性の高いＰ波、Ｒ波、Ｔ波の大きさを得ることは難しい。上述した図１ｂで、図面符号１０はノイズが含まれた心電図信号を意味し、図面符号２０は０．６７Ｈｚのハイパスフィルタを用いてノイズを除去した心電図信号を意味する。

関連技術として、韓国公開特許第２０１４－０１４４１３２号公報（「心電図信号検出方法、心電図信号ディスプレー方法及び心電図信号検出装置」、２０１４年１２月１８日）がある。

本発明の一実施形態によれば、信頼性の高いＰ波、Ｒ波、Ｔ波の大きさを得ることができるヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定装置、方法及びコンピューターで読み取り可能な記録媒体を提供する。

本発明の第１実施形態によれば、測定された心電図信号を受信する受信部と、受信された前記心電図信号をヒルベルト変換する変換部と、ヒルベルト変換された前記心電図信号に基づいて前記心電図信号の大きさを求める測定部と、を含む、ヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定装置が提供される。

本発明の一実施形態によれば、前記測定部は、前記心電図信号の値を実数値とし、ヒルベルト変換された前記心電図信号の値を虚数値とする、時間応答曲線であるナイキスト線図を作成する第１モジュールと、作成された前記ナイキスト線図を円適合法（ｃｉｒｃｌｅ ｆｉｔｔｉｎｇ）を利用してフィッティングする第２モジュールと、フィッティングされた前記ナイキスト線図上に形成された円の直径を前記心電図信号の大きさとして求める第３モジュールと、を含むことができる。

本発明の一実施形態によれば、フィッティングされた前記ナイキスト線図上に形成された円の直径は、前記心電図信号のＰ波（Ｐ ｗａｖｅ）、Ｒ波（Ｒ ｗａｖｅ）及びＴ波（Ｔ ｗａｖｅ）の大きさに比例することができる。

本発明の一実施形態によれば、前記第３モジュールは、前記ナイキスト線図に含まれた曲線形状の中で一番早い時間に形成された第１曲線形状に対応する第１円の直径を前記心電図信号のＰ波（Ｐ ｗａｖｅ）の大きさとして、前記第１曲線形状よりも遅い時間に形成された第２曲線形状に対応する第２円の直径を前記心電図信号のＲ波（Ｒ ｗａｖｅ）の大きさとして、前記第２曲線形状よりも遅い時間に形成された第３曲線形状に対応する第３円の直径を前記心電図信号のＴ波（Ｔ ｗａｖｅ）の大きさとして求めることができる。

本発明の一実施形態によれば、前記Ｐ波またはＴ波の大きさは、前記心電図信号のベースラインを基準として前記Ｐ波またはＴ波のピークまでの高さであり、前記Ｒ波の大きさは、Ｑ波またはＳ波の中でより低い値を有するピークから前記Ｒ波のピークまでの高さであり得る。

本発明の第２実施形態によれば、受信部で、測定された心電図信号を受信する第１ステップと、変換部で、受信された前記心電図信号をヒルベルト変換する第２ステップと、測定部で、ヒルベルト変換された前記心電図信号に基づいて前記心電図信号の大きさを求める第３ステップと、を含む、ヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定方法が提供される。

本発明の第３実施形態によれば、上述したヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定方法を実行するためのプログラムを記録した、コンピューターで読み取り可能な記録媒体が提供される。

本発明の一実施形態によれば、心電図信号をヒルベルト変換し、ヒルベルト変換された心電図信号に基づいて心電図信号の大きさを求めることにより、ベースライン（ＢＬ）を利用してＰ波、Ｒ波、Ｔ波の大きさを求める方式に比べて、信頼性の高いＰ波、Ｒ波、Ｔ波の大きさを得ることができる。

一般的な心電図信号を示した図面である。 ノイズを含む心電図信号とノイズを除去した心電図信号を示した図面である。 本発明の一実施形態によるヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定装置のブロック図である。 心電図信号を示した図である。 心電図信号とヒルベルト変換された心電図信号を比較して示した図面である。 心電図信号の値を実数値とし、ヒルベルト変換された心電図信号の値を虚数値として作成されたナイキスト線図を示した図面である。 円適合法を利用してフィッティングされたナイキスト線図から心電図信号の大きさを求める過程を説明する図面である。 本発明の一実施形態によるヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定方法を説明する流れ図である。

発明の実施形態は各種異なる形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下に説明される実施形態のみに限定されるのではない。図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されてもよく、図面上の同じ符号で表示される要素は同じ要素である。

図２は本発明の一実施形態によるヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定装置のブロック図である。そして、図３ａは心電図信号を示した図面であり、図３ｂは心電図信号とヒルベルト変換された心電図信号を比較して示した図面である。一方、図３ｃは心電図信号の値を実数値とし、ヒルベルト変換された心電図信号の値を虚数値として作成されたナイキスト線図を示した図面であり、図３ｄは円適合法を利用してフィッティングされたナイキスト線図から心電図信号の大きさを求める過程を説明する図面である。

まず、図２に示されたように、本発明の一実施形態によるヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定装置２００は、測定された心電図信号を受信する受信部２１０と、受信された心電図信号をヒルベルト変換する変換部２２０と、ヒルベルト変換された心電図信号に基づいて心電図信号の大きさを求める測定部２３０とを含むことができる。

具体的には、受信部２１０は、外部で測定された心電図信号を受信し、受信された心電図信号を変換部２２０に伝達することができる。

変換部２２０は、受信部２１０から受信した心電図信号をヒルベルト変換（ＨｉｌｂｅｒｔＴｒａｎｓｆｏｒｍ）することができる。

上述したヒルベルト変換は、心電図信号の大きさ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）は保持するが、位相（ｐｈａｓｅ）のみ負の周波数では＋π／２だけ、正の周波数では－π／２だけシフト（ｓｈｉｆｔ）させるのである。実数信号を複素数次元に拡張させることができて、大きさ及び位相の分析が容易になる。即ち、ある実数信号をｘ（ｔ）とし、ヒルベルト変換された信号をｘ＾（ｔ）とした時、複素数次元に拡張された信号ｘ_Ｐ（ｔ）＝ｘ（ｔ）＋ｊｘ＾（ｔ）を得ることができる。

図３ａは心電図信号３００を例示的に示しており、図３ｂは心電図信号３０１とヒルベルト変換された心電図信号３０２を比較して示している。

次に、測定部２３０は、ヒルベルト変換された心電図信号に基づいて心電図信号の大きさを求めることができる。このために、測定部２３０は第１モジュール２３１、第２モジュール２３２及び第３モジュール２３３を含むことができる。

第１モジュール２３１は、心電図信号の値を実数値とし、ヒルベルト変換された心電図信号の値を虚数値とする時間応答曲線であるナイキスト線図を作成することができる。作成されたナイキスト線図は第２モジュール２３２に伝達されることができる。一般的に、ナイキスト線図は周波数変化による周波数応答曲線を意味するに対して、本発明では時間変化による時間応答曲線であることに留意すべきである。

図３ｃは心電図信号の値を実数値とし、ヒルベルト変換された心電図信号の値を虚数値として作成されたナイキスト線図を示している。図３ｃのナイキスト線図で直径の異なる３つの曲線形状３０３、３０４、３０５が形成されることが分かる。

即ち、心電図信号の値を実数値とし、ヒルベルト変換された心電図信号の値を虚数値としてナイキスト線図を作成する時に、時間の流れにつれて第１曲線形状３０５、第２曲線形状３０３及び第３曲線形状３０４が順次形成されることができるが、これは心電図信号がＰ波、Ｒ波、Ｔ波の順に現われるからである。ここで、第１曲線形状３０５は後述する第１円３０５ａ、第２曲線形状３０３は後述する第２円３０３ａ、第３曲線形状３０４は後述する第３円３０４ａに対応することができる。

第２モジュール２３２は、作成されたナイキスト線図を円適合法（ｃｉｒｃｌｅ ｆｉｔｔｉｎｇ）を利用してフィッティングすることができる。

図３ｄは円適合法を利用してフィッティングされたナイキスト線図を示している。図３ｄで示されたように、円適合法を利用してフィッティングすることにより、直径の異なる３つの円３０３ａ、３０４ａ、３０５ａを得ることができる。

ノイズを含む円の形状を有するデータで円の直径を求める時に円適合法を利用して円の直径を求めれば、円の形状に含まれたノイズを平均化して取り除くことができるという利点がある。

また、心電図信号のようにピークが頂点と谷で構成され、谷データ部分がノイズで満たされている場合、上述した円適合法を利用する場合、ノイズの少ない頂点一部のデータのみを以て円の直径を求めることができるという利点がある。

第３モジュール２３３は、フィッティングされたナイキスト線図上に形成された円の直径を心電図信号の大きさとして求めることができる。ここで、フィッティングされたナイキスト線図上に形成された円の直径は、心電図信号のＰ波（Ｐ ｗａｖｅ）、Ｒ波（Ｒ ｗａｖｅ）及びＴ波（Ｔ ｗａｖｅ）の大きさに比例してもよい。

具体的には、第３モジュール２３３は、第１モジュール２３１で作成したナイキスト線図に含まれた曲線形状の中で一番早い時間に形成された第１曲線形状３０５に対応する第１円３０５ａの直径を心電図信号のＰ波（Ｐ ｗａｖｅ）の大きさとして、第１曲線形状３０５よりも遅い時間に形成された第２曲線形状３０３に対応する第２円３０３ａの直径を心電図信号のＲ波（Ｒ ｗａｖｅ）の大きさとして、第２曲線形状３０３よりも遅い時間に形成された第３曲線形状３０４に対応する第３円３０４ａの直径を心電図信号のＴ波（Ｔ ｗａｖｅ）の大きさとして求めることができる。

図３ｃに示されたように、フィッティングされたナイキスト線図に含まれた３つの円の中で直径が一番小さい円３０５ａの直径は心電図信号の中のＰ波（Ｐ ｗａｖｅ）の大きさであり、フィッティングされたナイキスト線図に含まれた３つの円の中で直径が中間の円３０４ａの直径は心電図信号の中のＴ波（Ｔ ｗａｖｅ）の大きさであり、フィッティングされたナイキスト線図に含まれた３つの円の中で直径が最も大きい円３０３ａの直径は心電図信号の中のＲ波（Ｒ ｗａｖｅ）の大きさであり得る。

一方、本発明によれば、Ｐ波またはＴ波の大きさは心電図信号のベースライン（図１ａのＢＬ参照）を基準としてＰ波またはＴ波のピークまでの高さであり、Ｒ波の大きさはＱ波またはＳ波の中で低い値を有するピークからＲ波のピークまでの高さで定義されることができる。

上述したように、本発明の一実施形態によれば、心電図信号をヒルベルト変換し、ヒルベルト変換された心電図信号に基づいて心電図信号の大きさを求めることにより、ベースライン（ＢＬ）を利用してＰ波、Ｒ波、Ｔ波の大きさを求める方式に比べて、信頼性の高いＰ波、Ｒ波、Ｔ波の大きさを得ることができる。

一方、図４は本発明の一実施形態によるヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定方法を説明する流れ図である。

以下、図１～図４を参照して本発明の一実施形態によるヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定方法について詳しく説明する。ただ、発明の簡明化のために、図１～図３ｄで既説明された内容と重複する事項に対する説明は省略する。

本発明の一実施形態によるヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定方法は、受信部２１０で測定された心電図信号を受信するステップによって開始されることができる（Ｓ４０１）。受信された心電図信号は変換部２２０に伝達されることができる。

次に、変換部２２０は受信された心電図信号をヒルベルト変換（Ｈｉｌｂｅｒｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）することができる（Ｓ４０２）。

最後に、測定部２３０は、ヒルベルト変換された心電図信号に基づいて心電図信号の大きさを測定することができる（Ｓ４０３）。

具体的には、測定部２３０の中の第１モジュール２３１は、心電図信号の値を実数値とし、ヒルベルト変換された心電図信号の値を虚数値とする時間応答曲線であるナイキスト線図を作成することができる。作成されたナイキスト線図は第２モジュール２３２に伝達されることができる。一般的に、ナイキスト線図は周波数変化による周波数応答曲線を意味することに対して、本発明では時間変化による時間応答曲線を意味することは上述した通りである。

次に、測定部２３０の中の第２モジュール２３２は、作成されたナイキスト線図を円適合法（ｃｉｒｃｌｅ ｆｉｔｔｉｎｇ）を利用してフィッティングすることができる。

最後に、測定部２３０の中の第３モジュール２３３は、フィッティングされたナイキスト線図上に形成された円の直径を心電図信号の大きさとして求めることができる。

具体的には、第３モジュール２３３は、第１モジュール２３１で作成したナイキスト線図に含まれた曲線形状の中で一番早い時間に形成された第１曲線形状３０５に対応する第１円３０５ａの直径を心電図信号のＰ波（Ｐ ｗａｖｅ）の大きさとして、第１曲線形状３０５よりも遅い時間に形成された第２曲線形状３０３に対応する第２円３０３ａの直径を心電図信号のＲ波（Ｒ ｗａｖｅ）の大きさとして、第２曲線形状３０３よりも遅い時間に形成された第３曲線形状３０４に対応する第３円３０４ａの直径を心電図信号のＴ波（Ｔ ｗａｖｅ）の大きさとして求めることができることは上述した通りである。

上述したように、本発明の一実施形態によれば、心電図信号をヒルベルト変換し、ヒルベルト変換された心電図信号に基づいて心電図信号の大きさを求めることにより、ベースライン（ＢＬ）を利用してＰ波、Ｒ波、Ｔ波の大きさを求める方式に比べて、信頼性の高いＰ波、Ｒ波、Ｔ波の大きさを得ることができる。

本発明の説明において、「～部」は多様な方式、例えばプロセッサ、プロセッサによって実行されるプログラム命令、ソフトウェアモジュール、マイクロコード、コンピュータープログラム生成物、ロジッグ回路、アプリケーション専用集積回路、ファームウエアなどによって具現されることができる。

上述した本発明の一実施形態による本発明の一実施形態によるヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定方法は、コンピューターで実行されるためのプログラムで製作されてコンピューターが読み取り可能な記録媒体に記憶されることができる。コンピューターが読み取り可能な記録媒体の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピーディスク、光データ記憶装置などがある。また、コンピューターが読み取り可能な記録媒体はネットワークで連結されたコンピューターシステムに分散されて、分散方式でコンピューターが読み取り可能なコードが記憶されて実行されることができる。そして、前記方法を具現するための機能的（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）プログラム、コード及びコードセグメントは本発明が属する技術分野におけるプログラマーによって容易に推論されることができる。

本発明は上述した実施形態及び添付された図面によって限定されない。特許請求範囲によって権利範囲を限定し、特許請求範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で多様な形態の置き換え、変形及び変更ができるということは当該技術分野における通常の知識を有する者にとって自明である。

Claims (7)

1. 測定された心電図信号を受信する受信部と、
   受信された前記心電図信号をヒルベルト変換する変換部と、
   ヒルベルト変換された前記心電図信号に基づいて前記心電図信号の大きさを求める測定部と、を含む、ヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定装置。
2. 前記測定部は、前記心電図信号の値を実数値とし、ヒルベルト変換された前記心電図信号の値を虚数値とする、時間応答曲線であるナイキスト線図を作成する第１モジュールと、
   作成された前記ナイキスト線図を円適合法を利用してフィッティングする第２モジュールと、
   フィッティングされた前記ナイキスト線図上に形成された円の直径を前記心電図信号の大きさとして求める第３モジュールと、を含む、請求項１に記載のヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定装置。
3. フィッティングされた前記ナイキスト線図上に形成された円の直径は、前記心電図信号のＰ波（Ｐ ｗａｖｅ）、Ｒ波（Ｒ ｗａｖｅ）及びＴ波（Ｔ ｗａｖｅ）の大きさに比例する、請求項２に記載のヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定装置。
4. 前記第３モジュールは、
   前記ナイキスト線図に含まれた曲線形状の中で一番早い時間に形成された第１曲線形状に対応する第１円の直径を前記心電図信号のＰ波（Ｐ ｗａｖｅ）の大きさとして、
   前記第１曲線形状よりも遅い時間に形成された第２曲線形状に対応する第２円の直径を前記心電図信号のＲ波（Ｒ ｗａｖｅ）の大きさとして、
   前記第２曲線形状よりも遅い時間に形成された第３曲線形状に対応する第３円の直径を前記心電図信号のＴ波（Ｔ ｗａｖｅ）の大きさとして求める、請求項２に記載のヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定装置。
5. 前記Ｐ波またはＴ波の大きさは、前記心電図信号のベースラインを基準として前記Ｐ波またはＴ波のピークまでの高さであり、
   前記Ｒ波の大きさは、Ｑ波またはＳ波の中で低い値を有するピークから前記Ｒ波のピークまでの高さである、請求項３に記載のヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定装置。
6. 受信部で、測定された心電図信号を受信する第１ステップと、
   変換部で、受信された前記心電図信号をヒルベルト変換する第２ステップと、
   測定部で、ヒルベルト変換された前記心電図信号に基づいて前記心電図信号の大きさを求める第３ステップと、を含む、ヒルベルト変換を利用した心電図信号の大きさ測定方法。
7. 請求項６の方法を実行するためのプログラムを記録した、コンピューターで読み取り可能な記録媒体。

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