JP2024000544A - Ｅｃｇ信号に基づいて指標値を変換する方法およびシステム - Google Patents

Ｅｃｇ信号に基づいて指標値を変換する方法およびシステム Download PDF

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Abstract

【課題】心電図（ＥＣＧ）信号を指標値へと変換する方法およびシステムを提供すること。【解決手段】システムは、電子デバイスに無線接続されているとともに、心電図（ＥＣＧ）信号を検出するために用いられる検出デバイスを備えている。前記ＥＣＧ信号は、前記電子デバイスを介してサーバへとアップロードされる。前記サーバにおける、分解、特徴抽出、および幾何学的計算による処理の後に、対応する指標値が生成される。前記指標値は、ユーザに自身の心臓の状態を直接的に把握させることができるよう視覚的に提示される。【選択図】図１

Description

本願は、操作方法およびシステムに関し、具体的には、心電図（electrocardiogram，ＥＣＧ）信号を指標値（index value）へと変換する方法およびシステムに関する。
世界保健機関が発表した２０１８年の世界保健統計によれば、２０１６年における虚血性心疾患および脳卒中による死亡者は、推定で１７６万５０００人であり、この数は全世界における死亡者（５６９万人）の３１％に相当する。台湾における１０個の主要な死因のうちの半分は、心血管疾患（cardiovascular diseases，ＣＶＤ）に関連している。心血管疾患患者の死亡率は、約１０％である。ひとたび脳血管疾患および糖尿病の合併症と組み合わせられると、ＣＶＤの死亡率は２５％に至る。そこで、ＣＶＤの診断のためには、ＣＶＤに適した特定のテスト（検査）が必要である。心電図検査では、外部刺激の前後で明らかな差異が存在する。
一般的に、心血管テストは、非侵襲タイプおよび侵襲タイプの２種類に分けられる。現在において利用されている最も一般的かつ簡便なタイプは、エクササイズトレッドミルテストなどの非侵襲タイプである。エクササイズトレッドミルでは、心臓の酸素消費および身体の作業負荷を増加させるために、被験者にトレッドミル上を歩かせることが可能である。エクササイズの強度は、医療スタッフの監督下で、検査状態に応じて調整されうる。このため、被験者の心臓はエクササイズ状態とともに変化し、心電図も変化する。それゆえ、被験者が対応する心血管疾患を有しているか否かを推測できる。
上述のエクササイズＥＣＧは、冠動脈疾患（coronary artery diseases，ＣＡＤ）の程度を評価するための非侵襲的な方法を用いた一種のストレステストである。エクササイズテスト時には、作業負荷は徐々に増加し、被験者の心拍数および収縮期血圧も安全に上昇する。心拍数と収縮期血圧との積である二重積（ダブルプロダクト）は、心筋酸素消費についての指標である。例えば、ＣＡＤ患者のＥＣＧは、安静時には正常となりうる。しかしながら、必要とされる酸素の量は、増加し、運動時に供給される酸素の量よりも大きくなる。このため、ＣＡＤの症状を伴わない患者では、冠動脈の変化を反映するＥＣＧ信号の変化が生じうる。
心電図は、電極を皮膚上に配置することによって電圧がキャプチャされ記録されている期間における、心臓の電気的活動についての時間対電圧のグラフである。したがって、専門スタッフは、測定デバイスによって心臓の状態を検出できる。人々は、医師の診察を受けてヘルスケアシステムにおける補助測定である心電図テストを受けるためには、地域の病院などの医療施設に行き予約をする必要がある。このため、人々が医学的処置（medical attention）および関連するテストをなるべく早期に能動的に求めることは、稀である。
しかしながら、心疾患患者である被験者は、標準的なＥＣＧテストの全てのステップを完了できない場合がある。心電図記録の解釈は、一般人にとって容易ではない。したがって、人々は心電図テストのために医療機関または医療センターに行く必要があり、医療関係者は心電図結果を解釈し、ＥＣＧによって表される心血管状態を被験者に伝える必要がある。
ウェアラブルデバイスなどの、市販されている様々なタイプの消費者製品が存在している。当該製品は、心拍数を測定する簡単な方法をユーザに提供する。測定のほぼ大部分は、心不整脈、自律神経異常、心房細動などの心拍数関連分析の記録に関連しているか、または、それらに焦点を当てている。したがって、ウェアラブルデバイスによって提供される心臓の健康状態に関連するテストでは、病院において実行されているテストと同じ効果を実現できない。このことは、ウェアラブルデバイスによって提供されるシングルリード（single-lead）心電図テストを開発することは困難であることを意味している。シングルリード心電図テストは、簡便に実行できるとともに、読み取り容易なテスト結果を提供できなければならない。
このように、改善の余地が存在しており、心電図（ＥＣＧ）信号を指標値へと変換する方法およびシステムを提供するニーズが存在している。当該方法およびシステムでは、ＥＣＧ信号が検出デバイス（センシングデバイス）によって検出され、次いで、当該ＥＣＧ信号がサーバに送信され、分解（decomposition）、特徴抽出（feature extraction）、および幾何学的計算（geometric computation）によって処理され、対応する指標値が得られる。これにより、ユーザは、指標値によって自身の健康状態を直接的に把握できる。
したがって、本願の主な目的は、心電図（ＥＣＧ）信号を指標値へと変換する方法およびシステムを提供することである。当該方法およびシステムでは、電子デバイスによってサーバにアップロードされたＥＣＧ信号が、分解ＭＤ、特徴抽出ＦＥ、および幾何学的計算ＣＣによって処理され、対応する指標値が得られる。このため、ユーザは、指標値に従って自身の健康状態を把握できる。
上述の目的を達成するために、本願に係る心電図（ＥＣＧ）信号を指標値へと変換する方法は、検出デバイスに適用される。前記検出デバイスは、電子機器に無線接続されており、第１ＥＣＧ信号を検出するために使用される。まず、前記第１ＥＣＧ信号は、前記電子デバイスを介して前記検出デバイスからサーバにアップロードされる。前記第１ＥＣＧ信号は、前記サーバによって分解され、複数の第１成分（コンポーネント）が生成される。次いで、前記サーバは、前記第１成分に応じた特徴抽出を実行し、複数の第１特徴値（特徴量）を生成する。次いで、前記サーバは、前記第１特徴値に基づく幾何学的計算を実行し、第１指標値を生成する。このように、心電図（ＥＣＧ）信号を指標値へと変換する本方法は、複数の操作処理の後に指標値を得る。前記指標値は、ユーザが自身の健康状態を直接的に把握できるよう視覚的に提示される。
好ましくは、前記サーバによって幾何学的計算を実行し前記第１特徴値に応じた第１指標値を生成する前記ステップにおいて、前記第１指標値に対応する複数の閾値がサーバに設定されている。この場合、前記サーバは、前記閾値および前記第１指標値に応じた第１ステータスメッセージを生成する。
好ましくは、幾何学的計算を実行し前記第１特徴値に応じた第１指標値を生成する前記ステップの後に、前記第１指標値は、前記電子デバイスにおける表示のために、前記電子デバイスに送返される。
好ましくは、前記第１指標値に対応する複数の閾値が前記電子デバイスに設定されている。この場合、前記電子デバイスは、前記閾値および前記第１指標値に応じた第１ステータスメッセージを生成する。次いで、前記第１指標値および前記第１ステータスメッセージが、前記電子デバイスにおいて表示される。
好ましくは、前記検出デバイスは、第２ＥＣＧ信号をさらに検出し、前記電子デバイスを介して前記第２ＥＣＧ信号を前記サーバにアップロードする。前記方法は、前記サーバによって前記第２ＥＣＧ信号を分解し、複数の第２成分を生成するステップをさらに含んでいる。次いで、前記第２成分からの特徴抽出が実行され、複数の第２特徴値が生成される。次いで、幾何学的計算が実行され、前記第２特徴値に応じた第２指標値が生成される。このことは、それぞれのＥＣＧ信号が対応する指標値に変換されうることを意味している。
好ましくは、前記サーバによって幾何学的計算を実行し前記第２特徴量に応じた第２指標値を生成する前記ステップにおいて、前記第２指標値に対応する複数の閾値が前記サーバに設定されている。前記サーバは、前記閾値および前記第２指標値に応じた第２ステータスメッセージをさらに生成する。
好ましくは、前記サーバは、前記第２指標値を前記電子デバイスに表示させるために、前記第２指標値を前記電子デバイスに返送する。
好ましくは、前記第２指標値に対応する複数の閾値が前記電子デバイスに設定されている。この場合、前記電子デバイスは、前記閾値および前記第２指標値に応じた第２ステータスメッセージを生成する。次いで、前記第２ステータスメッセージが前記電子デバイスにおいて表示される。
上述の目的を達成するために、心電図（ＥＣＧ）信号を指標値へと変換するシステムは、検出デバイスと電子デバイスとサーバとを備えている。前記検出デバイスは、前記電子デバイスに無線接続されている。前記電子デバイスは、サーバに接続されている。第１ＥＣＧ信号は、前記検出デバイスによって検出され、次いで、前記電子デバイスを介して前記サーバにアップロードされる。前記サーバによって前記第１ＥＣＧ信号が分解され、複数の第１成分が生成される。次いで、前記サーバは、前記第１成分からの特徴抽出を実行し、複数の第１特徴値を生成する。次いで、前記サーバは、前記第１特徴値に基づく幾何学的計算を実行し、第１指標値を生成する。
好ましくは、前記第１指標値に対応する複数の閾値が前記サーバに設定されている。この場合、前記サーバは、前記閾値および前記第１指標値に応じた第１ステータスメッセージを生成する。次いで、前記サーバは、前記第１ステータスメッセージおよび前記第１指標値を前記電子デバイスに返送する。
好ましくは、前記サーバは、前記第１指標値を前記電子デバイスに返送する。
好ましくは、前記第１指標値に対応する複数の閾値が前記電子デバイスに設定されている。この場合、前記電子デバイスは、前記閾値および前記第１指標値に応じた第１ステータスメッセージを生成する。次いで、前記第１指標値および前記第１ステータスメッセージが前記電子デバイスにおいて表示される。
好ましくは、前記検出デバイスは第２ＥＣＧ信号をさらに検出する。次いで、前記第２ＥＣＧ信号は、第１プログラムによって前記サーバにアップロードされる。前記第２ＥＣＧ信号が分解され、複数の第２成分が生成される。次いで、第２成分からの特徴抽出が実行され、複数の第２特徴値が生成される。次いで、前記第２特徴値についての幾何学的計算が実行され、前記第２指標値が生成される。
上述の目的および他の目的を達成するために、本願において採用される構造および技術的手段は、以下の好ましい実施形態についての詳細な説明および添付の図面を参照することにより、最も良く理解できる。
心電図（ＥＣＧ）信号を本願に係る実施形態における指標値へと変換する方法におけるステップを示すフローチャートである。 心電図（ＥＣＧ）信号を本願に係る実施形態における指標値へと変換するシステムにおけるＥＣＧ信号の送信を示す概略図である。 本願に係る実施形態のシステムにおける分解を示す概略図である。 本願に係る実施形態のシステムにおける特徴抽出を示す概略図である。 本願に係る実施形態のシステムにおける第１指標値の生成を示す概略図である。 本願に係る実施形態のシステムにおいて返送されている第１指標値を示す概略図である。 本願に係る別の実施形態のシステムにおける電子デバイスによる第１ステータスメッセージの生成を示す概略図である。 本願に係るさらなる実施形態のシステムにおけるウェアラブルデバイスによる第１ステータスメッセージの生成を示す概略図である。 本願に係る別の実施形態のシステムにおける第１指標値および第１ステータスメッセージの生成を示す概略図である。 本願に係る別の実施形態のシステムにおいて返送されている第１指標値および第１ステータスメッセージを示す概略図である。 本願に係る別の実施形態におけるステップを示すフローチャートである。 本願に係る別の実施形態のシステムにおける送信を示す概略図である。 本願に係る別の実施形態のシステムにおける第２指標値の生成を示す概略図である。 本願に係る実施形態のシステムにおいて返送されている第２指標値を示す概略図である。 本願に係る別の実施形態のシステムにおける電子デバイスによる第２ステータスメッセージの生成を示す概略図である。 本願に係る別の実施形態のシステムにおけるウェアラブルデバイスによる第２ステータスメッセージの生成を示す概略図である。 本願に係る別の実施形態のシステムにおける第２指標値および第２ステータスメッセージの生成を示す概略図である。 本願に係る別の実施形態のシステムにおいて返送されている第２指標値および第２ステータスメッセージを示す概略図である。 本願に係る別の実施形態におけるウェアラブルデバイスを有するシステムを示す概略図である。 本願に係る別の実施形態におけるステアリングホイールを有するシステムを示す概略図である。 本願に係る別の実施形態におけるトレッドミルを有するシステムを示す概略図である。
本願の技術的内容、目的、および機能をより明確かつ十分に把握するために、図面および参照符号を用いた以下の詳細な説明を参照する。
以下の説明および特許請求の範囲において、特定の用語は、特定のコンポーネント（構成要素）を示すために使用される。ただし、同じコンポーネントが、当業者にとって異なる用語によって示されてもよい。コンポーネントは、用語の違いに替えて、デバイス全体における技術的な違いによって区別される。本明細書および特許請求の範囲において言及されている「含む（include）」という語は、含むことを意味するがそれに限定されないオープンエンドである。さらに、「接続（couple）」という語は、直接的および間接的な接続手段を意味する。例えば、第１デバイスは、第２デバイスに接続されている。このことは、第１デバイスは第２デバイスに直接的に接続されていてもよいし、あるいは、第１デバイスは他のデバイスまたは接続手段によって第２デバイスに間接的に接続されていてもよいことを意味する。
従来の心電図テストは、特定の領域において実行されることを要する複雑なタスクである。このため、ＥＣＧの解釈は、人々にとって全く容易ではない。この課題を解決するために、本願に係る心電図（ＥＣＧ）信号を指標値へと変換する方法およびシステムは、ＥＣＧ信号をサーバにアップロードする。サーバによるＥＣＧ信号の分解、特徴抽出、および幾何学的計算の後に、対応する指標値が得られる。当該指標値は、人々が自身の身体状態を直接的に把握できるよう視覚的に提示される。
以下の実施形態を、詳細な説明および図面と併せて参照する。好ましい実施形態は、本願を説明するために使用されているが、本願を限定するものではない。
図１では、本願に係る心電図（ＥＣＧ）信号を指標値へと変換する方法におけるステップを示すフローチャートが提示されている。当該方法は、下記のステップを含んでいる。
ステップＳ０５：第１心電図（ＥＣＧ）信号を検出し、第１ＥＣＧ信号をサーバにアップロードする；
ステップＳ１０：サーバによって第１ＥＣＧ信号を分解し、第１成分を生成する；
ステップＳ２０：サーバによって第１成分からの特徴抽出を実行し、第１特徴値を生成する；
ステップＳ３０：サーバによって幾何学的計算を実行し、第１特徴値に応じた第１指標値を生成する；
ステップＳ３５：サーバによって電子デバイスにデータを返送し、電子デバイスにデータを表示させる。
図２～図５Ｂでは、ＥＣＧ信号を本願に係る指標値へと変換するシステムが示されている。この実施形態において使用されている検出デバイスは、ウェアラブルデバイス１０である。この実施形態のシステムは、ウェアラブルデバイス１０と、電子デバイス２０と、サーバ３０とを備えている。ウェアラブルデバイス１０は、第１処理ユニット１２と、検出ユニット１４と、第１通信ユニット１６とを備えている。電子デバイス２０は、第２処理ユニット２２および第２通信ユニット２４を備えている。サーバ３０は、第３処理ユニット３２と、第３通信ユニット３４と、ストレージユニット３６とを備えている。
この実施形態では、ウェアラブルデバイス１０は、スマートウォッチ、スマートバンド、または視覚ベースのウェアラブルデバイスであってよい。視覚ベースのウェアラブルデバイスは、例えば、Ａｐｐｌｅ Ｗａｔｃｈ、Ｘｉａｏｍｉスマートバンド、または仮想現実（virtual reality，ＶＲ）デバイスである。ウェアラブルＶＲデバイスを例に説明する。ただし、ウェアラブルデバイス１０は、ウェアラブルＶＲデバイスに限定されない。ウェアラブルデバイス１０は、ウェアラブル拡張現実（augmented reality，ＡＲ）デバイスまたはウェアラブル複合現実（mixed reality，ＭＲ）デバイスであってもよい。電子デバイス２０は、スマートフォン、タブレット、携帯型の映像音声デバイスなどの一般的な民生用電子機器である。サーバ３０は、インターネット上の大規模なコンピューティングデバイス、クラウドサーバ、または、クラウドコンピューティング性能を有するリモートデバイスであってよい。
ＥＣＧ信号を本願に係る指標値へと変換する方法は、ステップＳ１０～Ｓ３０を含んでいる。本方法は、ウェアラブルデバイス１０に適用される。互いに無線接続されたウェアラブルデバイス１０の第１通信ユニット１６と電子デバイス２０の第２通信ユニット２４とによって、ウェアラブルデバイス１０は電子デバイス２０に無線接続されている。サーバ３０の第３通信ユニット３４に接続された電子デバイス２０の第２通信ユニット２４によって、電子デバイス２０はサーバ３０に接続されている。図２に示す通り、ステップＳ０５では、ウェアラブルデバイス１０の第１処理ユニット１２は第１プログラムＡＰＰ１を実行し、検出ユニット１４は第１ＥＣＧ信号ＥＣＧ１を検出する。次いで、第１プログラムＡＰＰＡ１は、第１ＥＣＧ信号ＥＣＧ１を、電子デバイス２を介してサーバ３０にアップロードする。
図３に示す通り、ステップＳ１０では、サーバ３０は、第３処理ユニット３２を用いて分解ＭＤを実行する。これにより、第１ＥＣＧ信号ＥＣＧ１は、複数の第１成分ＣＰ１へと分解される。第３処理ユニット３２は、アンサンブル経験的モード分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition，ＥＥＭＤ）に基づく分解ＭＤを実行し、アナログ形式の第１ＥＣＧ信号ＥＣＧ１を第１成分ＣＰ１へと分解する。このことは、第１ＥＣＧ信号ＥＣＧ１は、
Figure 2024000544000002
として考慮されており、エネルギー分布に基づいて、複数の成分ｃ１（ｔ），ｃ２（ｔ），…，ｃｎ（ｔ）へと分解されることを意味している。
分解ＭＤが完了した後、第３処理ユニット３２は、第１成分ＣＰ１のクラスタリングおよび分類をさらに実行する。例えば、第１成分ＣＰ１は、主波、ＱＲＳ複合波（QRS complex）、および副波ＰＱＳＴへと分割される。正常な心電図（ＥＣＧ）は、Ｐ波、ＰＲセグメント、ＱＲＳ複合波、ＳＴセグメント、Ｔ波、およびＵ波によって形成されている。ＱＲＳ複合波は、心臓の左心室および右心室の脱分極を表す。心室は、心臓の他の部分よりも多くの筋肉量を含んでいる。このため、ＱＲＳ複合波は、他の波よりもかなり大きい。したがって、ＱＲＳ複合波は、モード分解後の成分についてのより良好な結果を得る。
図４に示す通り、ステップＳ２０での分解において、サーバ３０は、第３処理ユニット３２を用いて特徴抽出（ＦＥ）を実行する。第１成分ＣＰ１からの特徴抽出が実行され、複数の第１特徴値Ｆ１が生成される。例えば、第３処理ユニット３２は、主成分分析（principal component analysis，ＰＣＡ）に従って特徴抽出ＦＥを実行し、過剰な反復成分を除去するとともに、より大きい分散を伴う成分を維持することによって、第１成分ＣＰ１から第１特徴値Ｆ１を得る。この実施形態における計算結果は、エネルギーレベルによって表されるので、反復成分は除去されるべきである。特徴抽出ＦＥは、主波（ＱＲＳ複合波）および副波ＰＱＳＴの成分の時間－周波数エネルギー分布、ならびに、２つの波群間の微小な相関および分散に応じて、第３処理ユニット３２によって実行されてもよい。これにより、第１特徴値Ｆ１が得られる。
図５Ａに示す通り、ステップＳ３０では、サーバ３０は、第３処理ユニット３２を用いて幾何学的計算ＣＣを実行し、第１特徴値Ｆ１に応じた第１指標値ＩＮＤＥＸ１を生成する。例えば、複数の第１特徴値Ｆ１が組み合わせられ、当該第１特徴値Ｆ１のベクトル関係によって第１指標値ＩＮＤＥＸ１が得られる。このことは、第１特徴値Ｆ１に対する幾何学的計算によって得られる固有の解が、第１指標値ＩＮＤＥＸ１であることを意味する。ステップＳ３０では、第１指標値ＩＮＤＥＸ１が０．０～１０．０の範囲内に収まるよう、第３処理ユニット３２による正規化がなされてもよい。
この実施形態では、上記方法はステップＳ３５をさらに含んでいる。図５Ｂに示す通り、第１指標値ＩＮＤＥＸ１は、サーバ３０の第３通信ユニット３４によって電子デバイス２０に返送される。次いで、第１指標値ＩＮＤＥＸ１は、電子デバイス２０の第２表示ユニット２６のスクリーンに表示される。あるいは、第１指標値ＩＮＤＥＸ１は、電子デバイス２０によって当該電子デバイス２０からウェアラブルデバイス１０へとさらに送信され、ウェアラブルデバイス１０の第１表示ユニット１８のスクリーンに表示される。このように、ウェアラブルデバイス１０または電子デバイス２０に表示された数値の大きさに応じて、ユーザが自身の身体（健康）状態を把握できるよう、単純な数値が提示される。
さらに、図６Ａに示すステップＳ３０では、サーバ３０の第３処理ユニット３２は、データベースＤＢから複数の閾値ＴＨを読み出し、閾値ＴＨおよび第１指標値ＩＮＤＥＸ１に応じた第１ステータスメッセージＭ１を生成する。例えば、閾値ＴＨは、６、５、４、および０である。第１指標値ＩＮＤＥＸ１が６以上である場合、第１ステータスメッセージＭ１は「良好（Well）」である。第１指標値ＩＮＤＥＸ１が５または５～６である場合（５≦ＩＮＤＥＸ１＜６）、第１ステータスメッセージＭ１は「通常（Ordinary）」である。第１指標値ＩＮＤＥＸ１が４または４～５である場合（４≦ＩＮＤＥＸ１＜５）、第１ステータスメッセージＭ１は「用心（Beware）」である。第１指標値ＩＮＤＥＸ１が０～４である場合、第１ステータスメッセージＭ１は「注意（Caution）」である。第１指標値ＩＮＤＥＸ１が０より小さい場合、第１ステータスメッセージＭ１は「警告（Alert）」である。図６Ｂに示す通り、ステップＳ３５では、第１指標値ＩＮＤＥＸ１に対応する第１ステータスメッセージＭ１が、第１表示ユニット１８または第２表示ユニット２６においてさらに表示される。注意または警告のメッセージは、なるべく早期に医学的処置を求めるようユーザに促すコンテンツをさらに含んでいる。注意のメッセージでは、ユーザはフォローアップのために医師の診察を受けるよう促される。その一方、警告メッセージは、早急に医学的支援（medical help）を求めるようユーザに促す。
さらに、図５Ｃでは、別の実施形態が示されている。電子デバイス２０は、第２プログラムＡＰＰ２を実行し、（ｉ）電子デバイス２０において予め設定されている閾値ＴＨと、（ｉｉ）第１指標値ＩＮＤＥＸ１と、に応じた第１ステータスメッセージＭ１を生成する。次いで、第１ステータスメッセージＭ１が第２表示ユニット２６に表示される。言い換えれば、電子デバイス２０に格納されている閾値ＴＨは、電子デバイス２０の第２処理ユニット２２によって読み出され、閾値ＴＨおよび第１指標値ＩＮＤＥＸ１に応じた第１ステータスメッセージＭ１が生成される。あるいは、図５Ｄに示す通り、ウェアラブルデバイス１０の第１処理ユニット１２によって実行される第１プログラムＡＰＰ１は、（ｉ）ウェアラブルデバイス１０において予め設定されている閾値ＴＨと、（ｉｉ）さらなる実施形態における第１指標値ＩＮＤＥＸ１と、に応じた第１ステータスメッセージＭ１を生成する。次いで、第１プログラムＡＰＰ１の制御下で、第１ステータスメッセージＭ１が第１表示ユニット１８に表示される。すなわち、第１プログラムＡＰＰ１は、ウェアラブルデバイス１０に格納されている閾値ＴＨに応じて、対応する第１ステータスメッセージＭ１を生成する。
図７では、別の実施形態におけるフローチャートが示されている。図１における実施形態と図７における実施形態との相異は、図７における当該実施形態が、第２心電図（ＥＣＧ）信号を検出して第２指標値ＩＮＤＥＸ２を得るステップをさらに含んでいることである。図７に示す実施形態において使用される検出デバイスは、依然としてウェアラブルデバイス１０である。
本願に係る本実施形態におけるＥＣＧ信号を指標値へと変換する方法は、下記のステップを含んでいる。
ステップＳ１０５：第１心電図（ＥＣＧ）信号を検出し、第１ＥＣＧ信号をサーバにアップロードする；
ステップＳ１１０：サーバによって第１ＥＣＧ信号を分解し、第１成分を生成する；
ステップＳ１２０：サーバによって第１成分からの特徴抽出を実行し、第１特徴値を生成する；
ステップＳ１３０：サーバによって幾何学的計算を実行し、第１特徴値に応じた第１指標値を生成する；
ステップＳ１３５：第１指標値を電子デバイスに返送し、第１指標値を電子デバイスに表示させる；
ステップＳ１４０：第２心電図（ＥＣＧ）信号を検出し、第２ＥＣＧ信号をサーバにアップロードする；
ステップＳ１５０：サーバによって第２ＥＣＧ信号を分解し、第２成分を生成する；
ステップＳ１６０：サーバによって第２成分からの特徴抽出を実行し、第２特徴値を生成する；
ステップＳ１７０：サーバによって幾何学的計算を実行し、第２特徴値に応じた第２指標値を生成する；
ステップＳ１７５：サーバによって第２指標値を電子デバイスに返送し、電子デバイスに第２指標値を表示させる。
ステップＳ１０５～Ｓ１３５は、上述のステップＳ０５～Ｓ３５と同じである。図８Ａに示す通り、ウェアラブルデバイス１０の検出ユニット１４は、ウェアラブルデバイス１０を有するユーザの第２心電図（ＥＣＧ２）信号をさらに検出する。次いで、第２ＥＣＧ２信号は、第１プログラム（ＡＰＰ１）によって第１通信ユニット１６を用いて第２通信ユニット２４へと送信され、さらに第２通信ユニット２４から第３通信ユニット３４へと送信される。このように、第２ＥＣＧ２信号がサーバ３０に送信される。
図８Ｂに示す通り、ステップＳ１５０では、サーバ３０は第３処理ユニット３２を使用して分解ＭＤを実行する。これにより、第２ＥＣＧ信号ＥＣＧ２が複数の第２成分ＣＰ２へと分解される。そして、ステップＳ１６０では、第２成分ＣＰ２からの特徴抽出が第３処理ユニット３２によって実行され、複数の第２特徴値Ｆ２が得られる。次に、ステップＳ１７０において、第３処理ユニット３２は、幾何学的計算ＣＣにより第２特徴値Ｆ２を組み合わせ、第２指標値ＩＮＤＥＸ２を得る。
図８Ｃに示す通り、ステップＳ１７５では、サーバ３０は、第３通信ユニット３４を使用して第２指標値ＩＮＤＥＸ２を電子デバイス２０に返送し、電子デバイス２０に第２指標値ＩＮＤＥＸ２を直接的に表示させる。第２指標値ＩＮＤＥＸ２は、ウェアラブルデバイス１０において表示されてもよい。
図９Ａに示す通り、さらなる実施形態では、電子デバイス２０が第２プログラムＡＰＰ２を実行し、閾値ＴＨおよび第２指標値ＩＮＤＥＸ２に応じた第２ステータスメッセージＭ２を生成する。次いで、第２ステータスメッセージＭ２が第２表示ユニット２６に表示される。あるいは、図９Ｂに示すさらなる実施形態では、ウェアラブルデバイス１０の第１処理ユニット１２が第１プログラムＡＰＰ１を実行し、閾値ＴＨおよび第２指標値ＩＮＤＥＸ２に応じた第２ステータスメッセージＭ２を生成する。次いで、第２ステータスメッセージＭ２が第１表示ユニット１８に表示される。
図１０Ａに示す通り、さらなる実施形態では、サーバ３０の第３処理ユニット３２は、第２指標値ＩＮＤＥＸ２を生成するのみならず、データベースＤＢから複数の閾値ＴＨを読み取り、ステップＳ１７０において閾値ＴＨおよび第２指標値ＩＮＤＥＸ２に応じた第２ステータスメッセージＭ２を生成する。図１０Ｂに示す通り、ステップＳ１７５において、サーバ３０は、第２指標値ＩＮＤＥＸ２および第２ステータスメッセージＭ２を電子デバイス２０に返送する。次いで、第２指標値ＩＮＤＥＸ２および対応する第２ステータスメッセージＭ２は、第１表示ユニット１８または第２表示ユニット２６のいずれかにおいてさらに表示されてよい。
心電図（ＥＣＧ）信号を指標値へと変換するための方法およびシステムについての上述の実施形態では、ｉＰｈｏｎｅ（電子デバイス２０）およびＡＰＰＬＥ Ｗａｔｃｈ（ウェアラブルデバイス１０）がユーザに提供される。ＡＰＰＬＥ Ｗａｔｃｈは、第１プログラムＡＰＰ１を実行し、ユーザの第１ＥＣＧ信号ＥＣＧ１および第２ＥＣＧ信号ＥＣＧ２を個別に検出する。次いで、エクササイズ前の第１ＥＣＧ信号ＥＣＧ１およびエクササイズ後の第２ＥＣＧ信号ＥＣＧ２が、第１プログラムＡＰＰ１に関連付けられたサーバ３０にｉＰｈｏｎｅを介してアップロードされる。次いで、サーバ３０は、第１ＥＣＧ信号ＥＣＧ１および第２ＥＣＧ信号ＥＣＧ２の分解を個別に実行して、対応する複数の第１成分ＣＰ１および複数の第２成分ＣＰ２をそれぞれ得る。サーバ３０はさらに、第１成分ＣＰ１および第２成分ＣＰ２のクラスタリングおよび分類を実行して、主波ＱＲＳ複合波および副波ＰＱＳＴを形成する。次いで、第１成分ＣＰ１および第２成分ＣＰ２、ならびに、対応する主波ＱＲＳ複合波および対応する副波ＰＱＳＴに応じた、複数の第１特徴値Ｆ１および複数の第２特徴値Ｆ２が得られる。次いで、第３処理ユニット３２は、第１特徴値Ｆ１および第２特徴値Ｆ２の幾何学的計算ＣＣをバッチ単位で実行し、第１指標値ＩＮＤＥＸ１および第２指標値ＩＮＤＥＸ２を生成する。したがって、異なるエクササイズに対する心臓の反応が異なるステージにおいて測定されず、患者の身体的負担が軽減される。
さらに、サーバ３０の第３処理ユニット３２は、閾値ＴＨに応じて、第１指標値ＩＮＤＥＸ１および第２指標値ＩＮＤＥＸ２にそれぞれ対応する第１ステータスメッセージＭ１および第２ステータスメッセージＭ２を生成する。第１指標値ＩＮＤＥＸ１が５．２であり、第２指標値ＩＮＤＥＸ２が５．４である場合、第１ステータスメッセージＭ１および第２ステータスメッセージＭ２はともに「通常」に対応している。次いで、第１指標値ＩＮＤＥＸ１および第２指標値ＩＮＤＥＸ２、ならびに、対応する第１ステータスメッセージＭ１および第２ステータスメッセージＭ２が供給され、表示のために、（ｉ）電子デバイス２０に、または、（ｉｉ）さらにウェアラブルデバイス１０に送信される。
電子デバイス２０の第２プログラムＡＰＰ２は、第１指標値ＩＮＤＥＸ１および第２指標値ＩＮＤＥＸ２を個別に受信した後、閾値ＴＨに応じて、第１指標値ＩＮＤＥＸ１および第２指標値ＩＮＤＥＸ２にそれぞれ対応する第１ステータスメッセージＭ１および第２ステータスメッセージＭ２を生成する。次いで、第１指標値ＩＮＤＥＸ１および第２指標値ＩＮＤＥＸ２、ならびに、対応する第１ステータスメッセージＭ１および第２ステータスメッセージＭ２が、電子デバイス２０において個別に表示される。さらに、ウェアラブルデバイス１０は、第１指標値ＩＮＤＥＸ１および第２指標値ＩＮＤＥＸ２を個別に受信した後、第１処理ユニット１２を用いて、閾値ＴＨ、第１指標値ＩＮＤＥＸ１、および第２指標値ＩＮＤＥＸ２に応じて、第１指標値ＩＮＤＥＸ１および第２指標値ＩＮＤＥＸ２にそれぞれ対応する第１ステータスメッセージＭ１および第２ステータスメッセージＭ２を生成する。次いで、第１指標値ＩＮＤＥＸ１および第２指標値ＩＮＤＥＸ２、ならびに、対応する第１ステータスメッセージＭ１および第２ステータスメッセージＭ２が、ウェアラブルデバイス１０において個別に表示される。これにより、人々は、自身の健康状態の変化を、複雑なＥＣＧを読み取る（解釈する）ことなく、第１指標値ＩＮＤＥＸ１および第２指標値ＩＮＤＥＸ２によって直接的に把握できる。本方法およびシステムは、エクササイズの前後におけるＥＣＧ信号の測定のための単純化されたエクササイズＥＣＧに適用されてもよい。
下記の実施形態では、異なる検出デバイスが提供されている。
図１～図１１を参照し、ウェアラブルデバイス１０として使用されるスマートウォッチを例示して、以下の詳細な説明を行う。
ユーザは、Ａｐｐｌｅ Ｗａｔｃｈ（上述のウェアラブルデバイス１０）を装着する。Ａｐｐｌｅ Ｗａｔｃｈのプロセッサ（ウェアラブルデバイス１０の第１処理ユニット１２と同等である）は、ＡＰＰＬＥ Ｗａｔｃｈの検出ユニット１４を使用してユーザの腕を検出する。このことは、ユーザの第１ＥＣＧ信号ＥＣＧ１を測定するために、シングルリードが使用されていることを意味する。Ａｐｐｌｅ Ｗａｔｃｈにおいて実行される第１プログラムＡＰＰ１は、電子デバイス２０によって第１ＥＣＧ信号ＥＣＧ１をサーバ３０に送信する。次いで、サーバ３０は、第１ＥＣＧ信号ＥＣＧ１に対して、分解ＭＤ、特徴抽出ＦＥ、および幾何学的計算ＣＣを実行する。このように、第１ＥＣＧ信号ＥＣＧ１が複数の第１成分ＣＰ１へと分解され、当該複数の第１成分ＣＰ１から複数の第１特徴値Ｆ１がさらに得られる。その結果、対応する第１指標値ＩＮＤＥＸ１が得られる。当該第１指標値ＩＮＤＥＸ１は、ユーザに自身の心臓の状態を把握させることを可能にするために使用される。
さらに、サーバ３０は、第１指標値ＩＮＤＥＸ１を電子デバイス２０に返送してもよい。これにより、アップルウォッチまたは電子デバイス２０は、第１指標値ＩＮＤＥＸ１を表示できる。さらに、サーバ３０は、第１指標値ＩＮＤＥＸ１を少なくとも１つの閾値ＴＨと比較して、第１ステータスメッセージＭ１を得る。このことは、サーバ３０が第１指標値ＩＮＤＥＸ１および対応する第１ステータスメッセージＭ１を電子デバイス２０に供給することを意味する。電子デバイス２０に接続されたアップルウォッチ（ウェアラブルデバイス１０）は、第１指標値ＩＮＤＥＸ１および対応する第１ステータスメッセージＭ１を読み取り、これらを第１表示ユニット１８に表示させてもよい。
サーバ３０によって供給される対応する第１ステータスメッセージＭ１のみならず、電子デバイス２０において実行される第２プログラムＡＰＰ２は、第１指標値ＩＮＤＥＸ１を少なくとも１つの閾値ＴＨと比較して、第１ステータスメッセージＭ１を取得し、当該第１ステータスメッセージＭ１を電子デバイス２０の第２表示ユニット２６に表示させてもよい。あるいは、ウェアラブルデバイス１０によって実行される第１プログラムＡＰＰ１は、第１指標値ＩＮＤＥＸ１を少なくとも１つの閾値ＴＨと比較して、第１ステータスメッセージＭ１を取得し、当該第１ステータスメッセージＭ１を第１表示ユニット１８に表示させてもよい。
ユーザが６．８という第１指標値ＩＮＤＥＸ１を見て、対応する第１ステータスメッセージＭ１が「良好」である場合、ユーザは心臓の状態について懸念することはない。しかしながら、表示された第１指標値ＩＮＤＥＸ１が３．８であり、対応する第１ステータスメッセージＭ１が「注意」である場合、ユーザは心臓の状態を把握するために、医師の診察を受けて心臓病専門医によってさらに検査してもらうべきか否かを懸念する必要がある。したがって、ユーザは、自身がＥＣＧ１の波形を解釈して心臓の状態に関連する何らかの異常な徴候を発見することを要することなく、第１指標値ＩＮＤＥＸ１および対応する第１ステータスメッセージＭ１によって、自身の心臓の状態を直接的に把握できる。
加えて、ユーザは、ウェアラブルデバイス１０を使用することによって、異なる時間においてＥＣＧ信号を測定できる。例えば、ウェアラブルデバイス１０は、気分変動（mood swing）の前後に、第１ＥＣＧ信号ＥＣＧ１および第２ＥＣＧ信号ＥＣＧ２などの異なるＥＣＧ信号を測定するために使用される。次いで、本方法による変換後に、異なる指標値ＩＮＤＥＸ１およびＩＮＤＥＸ２が得られ、ユーザは第１指標値ＩＮＤＥＸ１および第２指標値ＩＮＤＥＸ２などの指標値に従って心臓の状態の変化を把握できる。例えば、５．２である指標値ＩＮＤＥＸ１から、５．８である指標値ＩＮＤＥＸ２への増加が生じた場合、対応する心臓の状態は適切（fine）である。対照的に、例えば、５．２である第１指標値ＩＮＤＥＸ１から、３．８である第２指標値ＩＮＤＥＸ２への減少が生じた場合、対応する心臓の状態には注意を要する（cautious）。このことは、ユーザが心臓の健康について注意を払い、医学的支援を求めるか否かについて考慮する必要があることを意味する。このように、ユーザは、視覚的に提示された第１指標値ＩＮＤＥＸ１および第２指標値ＩＮＤＥＸ２によって、心臓の状態を直接的に把握できる。本方法は、対応する指標値および心臓の状態を示すメッセージを得るために、エクササイズ、治療、睡眠、または、心血管の健康に影響を及ぼしＥＣＧ信号の変化を引き起こしうる任意の他のイベントの前後におけるＥＣＧ信号の測定に適用されてよい。
使用される検出デバイスは、ウェアラブルデバイス１０に限定されない。図１２に示す通り、検出デバイスは、ステアリングホイール５０上の２つのグリップセンサ５１および５２であってよい。現在において利用可能な車載デバイスのほとんどは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈをサポートしている。このため、この実施形態における電子デバイス２０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線通信によってグリップセンサ５１および５２に接続されている。次いで、２つのグリップセンサ５１および５２は、第１ＥＣＧ信号ＥＣＧ１を検出し、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈによって第１ＥＣＧ信号ＥＣＧ１を電子デバイス２０に送信する。第１ＥＣＧ信号ＥＣＧ１は、サーバ３０にさらに送信され、分解ＭＤ、特徴抽出ＦＥ、および幾何学的計算ＣＣによって処理され、対応する第１指標値ＩＮＤＥＸ１が得られる。次いで、電子デバイス２０は、サーバ３０によって提供された第１指標値ＩＮＤＥＸ１と、当該電子デバイス自身に格納されている閾値ＴＨとに応じた、対応する第１ステータスメッセージＭ１を生成する。第１指標値ＩＮＤＥＸ１および対応する第１ステータスメッセージＭ１は、電子デバイス２０のみならず、ウェアラブルデバイス１０において表示されてもよい。
さらに、本方法は、トレッドミルに適用されてもよい。トレッドミル６０の制御パネル６２は、電子デバイス２０に無線接続されていてよい。図１３に示す通り、この実施形態において使用されている検出デバイスは、トレッドミル６０の２つのハンドグリップ６３および６４上の２つのグリップセンサ６３２および６４２である。残りのコンポーネントがどのように接続されているか、ならびに、第１指標値ＩＮＤＥＸ１および対応する第１ステータスメッセージＭ１がどのように生成されるかについては、上述の実施形態と同じであるので、ここでは詳細に説明しない。
上述の詳細な説明によれば、本願は、下記の事項を提供している：
１．人工知能操作なし；
２．ＥＣＧ信号に応じた時間操作ごとの固有の指標値；
３．ユーザの実際のステータス（状態）に対応しているステータスメッセージ。
要するに、本願に係る心電図（ＥＣＧ）信号を指標値へと変換する方法およびシステムは、ＥＣＧ信号の分解ＭＤ、特徴抽出ＦＥ、および幾何学的計算ＣＣによって、対応する指標値を取得するために使用される。次いで、指標値を閾値と比較することによって、対応するステータスメッセージが得られる。このため、ユーザは、ＥＣＧ信号の複雑な波形を読み取ることなく、指標値によって、ステータスメッセージとともに、直接的に自身の健康状態を把握できる。
当業者であれば、付加的な利点および修正を容易に着想するであろう。したがって、さらに広範な態様における本発明は、本明細書中にて説明されている特定の詳細部および代表的なデバイスに限定されない。このため、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定められる一般的な発明概念の趣旨または範囲から逸脱することなく、様々な修正がなされてよい。

Claims (13)

  1. 心電図（ＥＣＧ）信号を指標値へと変換する方法であって、
    前記方法は、電子デバイスに無線接続されており、第１心電図（ＥＣＧ）信号を検出するために用いられる検出デバイスに適用され、
    前記第１ＥＣＧ信号は、第１プログラムによって前記電子デバイスを介してサーバにアップロードされ、
    前記方法は、
    前記サーバによって前記第１ＥＣＧ信号を分解し、複数の第１成分を生成するステップと、
    前記サーバによって前記第１成分からの特徴抽出を実行し、複数の第１特徴値を生成するステップと、
    前記サーバによって幾何学的計算を実行し、前記第１特徴値に応じた第１指標値を生成するステップと、を含んでいる、方法。
  2. 前記サーバによって幾何学的計算を実行し、前記第１特徴値に応じた第１指標値を生成する前記ステップにおいて、前記第１指標値に対応する複数の閾値が、前記サーバに設定されており、
    前記サーバは、前記閾値および前記第１指標値に対応する第１ステータスメッセージを生成する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記サーバによって幾何学的計算を実行し、前記第１特徴値に応じた第１指標値を生成する前記ステップの後に、前記方法は、前記サーバによって前記第１指標値を前記電子デバイスに返送し、前記電子デバイスに前記第１指標値を表示させるステップをさらに含んでいる、請求項１に記載の方法。
  4. 前記第１指標値に対応する複数の閾値が、前記電子デバイスに設定されており、
    前記電子デバイスは、前記閾値および前記第１指標値に応じた第１ステータスメッセージを生成し、
    前記第１指標値および前記第１ステータスメッセージが、前記検出デバイスまたは前記電子デバイスにおいて表示される、請求項３に記載の方法。
  5. 前記検出デバイスは、第２ＥＣＧ信号をさらに検出し、前記電子デバイスを介して前記第２ＥＣＧ信号を前記サーバにアップロードし、
    前記方法は、
    前記サーバによって前記第２ＥＣＧ信号を分解し、複数の第２成分を生成するステップと、
    前記サーバによって前記第２成分からの特徴抽出を実行し、複数の第２特徴値を生成するステップと、
    前記サーバによって幾何学的計算を実行し、前記第２特徴値に応じた第２指標値を生成するステップと、をさらに含んでいる、請求項１に記載の方法。
  6. 前記サーバによって幾何学的計算を実行し、前記第２特徴値に応じた第２指標値を生成する前記ステップにおいて、前記第２指標値に対応する複数の閾値が、前記サーバに設定されており、
    前記サーバは、前記閾値および前記第２指標値に対応する第２ステータスメッセージをさらに生成する、請求項５に記載の方法。
  7. 前記方法は、前記第２指標値を前記電子デバイスに返送し、前記電子デバイスに前記第２指標値を表示させるステップをさらに含んでいる、請求項５に記載の方法。
  8. 前記第２指標値に対応する複数の閾値が、前記電子デバイスに設定されており、
    前記電子デバイスは、前記閾値および前記第２指標値に応じた第２ステータスメッセージを生成し、
    前記第２ステータスメッセージが、前記検出デバイスまたは前記電子デバイスにおいて表示される、請求項７に記載の方法。
  9. 心電図（ＥＣＧ）信号を指標値へと変換するシステムであって、
    第１心電図（ＥＣＧ）信号を検出する検出ユニットを有する検出デバイスと、
    前記検出デバイスに無線接続されており、前記第１ＥＣＧ信号を受信するために使用される電子デバイスと、
    前記電子デバイスに接続されているサーバと、を備えており、
    前記電子デバイスは、前記第１ＥＣＧ信号を前記サーバにアップロードし、
    前記サーバによって前記第１ＥＣＧ信号が分解され、複数の第１成分が生成され、
    次いで、前記サーバは、前記第１成分からの特徴抽出を実行し、複数の第１特徴値を取得し、
    次いで、前記サーバは、幾何学的計算を実行し、前記第１特徴値に応じた第１指標値を生成する、システム。
  10. 前記第１指標値に対応する複数の閾値が、前記サーバに設定されており、
    前記サーバは、前記閾値および前記第１指標値に対応する第１ステータスメッセージを生成し、
    前記サーバは、前記第１指標値および前記第１ステータスメッセージを前記電子デバイスに返送し、
    前記第１指標値および前記第１ステータスメッセージが、前記電子デバイスまたは前記検出デバイスにおいて表示される、請求項９に記載のシステム。
  11. 前記サーバは、前記第１指標値を前記電子デバイスに返送する、請求項９に記載のシステム。
  12. 前記第１指標値に対応する複数の閾値が、前記電子デバイスに設定されており、
    前記電子デバイスは、前記閾値および前記第１指標値に応じた第１ステータスメッセージを生成し、
    前記第１指標値および前記第１ステータスメッセージが、前記電子デバイスまたは前記検出デバイスにおいて表示される、請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記検出ユニットは、第２ＥＣＧ信号をさらに検出し、
    前記電子デバイスは、前記第２ＥＣＧ信号を前記サーバにアップロードし、
    前記サーバによって、前記第２ＥＣＧ信号が分解され、複数の第２成分が生成され、
    次いで、前記サーバは、前記第２成分からの特徴抽出を実行し、複数の第２特徴値を取得し、
    次いで、前記サーバは、幾何学的計算を実行し、前記第２特徴値に応じた第２指標値を生成する、請求項７に記載のシステム。
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