JP3137900B2 - 心電図信号を収集しかつ処理する装置 - Google Patents
心電図信号を収集しかつ処理する装置Info
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Description
しかつ処理する装置に関する。
って記録された心電図信号が、同じ細胞の脱分極/再分
極に依存して心細胞の細胞外電流から導出されることは
周知である。この場合、細胞外電流により、心筋層脱分
極に基づいて、QRSとして周知の心電図波形および、
それぞれの再分極段階に基づいて、相応の心電図ST部
分およびT波が形成されることになる。それぞれの心サ
イクルの期間に、前記細胞外電流の強度は、脱分極され
た心臓部分(cardiac mass)と、まだ分極状態にある心
臓部分との間の種々異なった電気特性に依存しているこ
とも周知である。健康な心臓において、心筋層細胞がす
べて分極されているかまたはすべて脱分極されていると
き、電流強度は近似的に零に等しくかつ重要な心電図追
跡は基線上にある。
は、心筋層の虚血性の領域を検出しかつ分析することは
できない。
的な方法で、かつあまりコストをかけずに、左心室の組
織の虚血性の領域を検出しかつ定位できるようにする、
心電図信号を処理するための装置を提供することによっ
て、上述の欠点を克服することである。
り、請求項1および請求項7の特徴部分に記載の構成を
有する装置を提供する思想を採用したことによって解決
される。その他の特徴は、その他の請求項に記載されて
いる。
の点にある。即ち、比較的簡単に実施することができ、
しかも同時に正確かつ信頼性のある非観血的な、費用効
果的なプロシージャを通して心筋層の虚血性の領域を探
索しかつ定位することができる。また、本発明の装置
は、容易にセットアップすることができかつ病院内でも
外来患者部門でも使用することができ、かつ比較的低コ
ストである。
および特徴は、本発明の実施例が示されている添付図面
を参照して以下の説明を読めば当業者であれば十分理解
できるはずである。なお、図示の実施例はそれに制限さ
れるようには考えられていない。
図面を用いて詳細に説明する。
面の各図を参照するに、特に、左心室の組織の虚血性の
領域を分析しかつ定位するために、心電図信号を収集し
かつ処理する方法は実質的に、安静状態にある患者の心
電図分析から収集されて、適当に平均化されかつ正規化
された基本QRSの波形を、平均化されかつ前記第1の
ものに関して正規化されており、かつ同じ患者における
(例えばストレスまたは薬理学上の物質の投与によっ
て)誘発された虚血の間に記録されたQRS波形と比較
することから成っている。この2つのQRS群の後から
の比較により、重要な脱分極サイクルのスタートから始
まって、虚血性のQRS波形において変化が生じる時点
を検出することが可能になる。それから、心筋層の虚血
性の領域が定位される。
照するに、本発明による操作方法は、リラックスした状
態、即ち安静にしている被検体の第1の心電図波形、お
よび誘発されたストレスの終了時に同じ被検体の第2の
心電図波形を検出することと記録することとを含んでお
り、かつ更に、患者のリラックス状態、即ち安静状態で
収集された第1の心電図追跡から平均基本QRS(QR
S1)を求め(ブロック1)、誘発されたストレスの終
了時に収集された第2の心電図波形の平均QRS( Q
RS2 )を求める(ブロック2)ことを含んでいる。
知である所謂平均化技術に従って、例えば40心拍の相
応のサンプルに基づいて、実施されなければならない。
QRS(QRS1)の最大値(R1)、および該最大値
(R1)の左側における最小値(Q1)を検出しかつこ
れらの間の差(G1b=R1−Q1)を求め(ブロック
3)、それぞれの最大値(R1)の右側における第1の
平均QRS(QRS1)の最小値(S1)を検出しかつ
これらの間の差(G2b=R1−S1)を求め(ブロッ
ク4)、第2の平均QRS( QRS2 )の最大値(R
2)、および該最大値の左側における最小値(Q2)を
検出しかつこれらの間の差(G1s=R2−Q2)を求
め(ブロック5)、前記それぞれの最大値(R2)の右
側における第2の平均QRS(QRS2)の最小値(S
2)を検出しかつこれらの間の差(G2s=R2−S
2)を求め(ブロック6)、第2の平均QRS(QRS
2)の正規化のために、RS部分の第1の正規化係数
(F1)およびQR部分の第2の正規化係数(F2)を
求め、ここにおいて第1の正規化係数を差G2bと差G
2sとの比によって求めかつ第2の正規化係数を差G1
bと差G1sとの比によって求め(ブロック7および
8)、第1の正規化係数(F1)によって第2の平均Q
RS(QRS2)のRS部分の正規化を実施し(ブロッ
ク9)、第2の正規化係数(F2)によって第2の平均
QRS(QRS2)のQR部分の正規化を実施し(ブロ
ック10)、第2の平均QRSの2つのこのように正規
化された部分QRおよびRSを、双方向に正規化された
相応の平均QRS(QRS2n)を得るために、結び付
け(ブロック11)、正規化された平均QRS(QRS
2n)を第1の平均QRSに揃え、即ちオーバラップ
し、これらの間の差を評価しかつそれぞれのグラフにプ
ロットする(ブロック12)ことを含んでいる。
フセットを考慮し−かつ実施された測定に基づいてその
不都合な効果を補償するように操作されるのであり、こ
こにおいて前記オフセットは次の時点まで、心臓の心室
部分(cardiac ventricularmass)の細胞の脱分極のプ
ロセスの間の虚血性QRSに関連付けられるべきであ
る。即ち、虚血性の細胞の脱分極の終了時において、拡
張期電流は消去されかつ拡張期電流とは全く異なってい
る収縮期電流が発生されるかもしれないので、前記虚血
性の細胞部分が同じプロセスにおいて退縮状態になるま
でである。従って、虚血性の細胞が脱分極状態になる時
点は予め分かってはいないので、本発明により、拡張期
および収縮期両電流によるオフセットを考慮した、虚血
性QRSの上述の双方向の正規化を実施することによっ
て、適正な正規化が操作される。実際に、脱分極サイク
ルの開始時に、電流が存在するならば、これは拡張期電
流でしかないし、一方サイクルの終了時においていずれ
かの電流があれば、それは収縮電流であり、これにより
心臓の心室部分の細胞の電気的な特性における差異が発
生するであろうところの時点が予め分かっていなくと
も、種々異なった特性の信号を表している、基本QRS
および虚血性のQRS間の比較が可能になる。
においてさえ、局所的な正接が予め設定されたしきい値
を上回っているような点として選択することができるの
で、正規化係数を求める際に必ずしもQRSの最小値の
点を選択する必要はないことは勿論である。
1および第2の基本平均QRS波形がそれらの間の検査
比較を可能にしかつ測定のエラーを取り除くように求め
られる。次にこの操作を詳細に説明する。
た虚血性のQRSにおいて、拡張期および収縮期電流の
効果は除去されるかまたは少なくとも低減され、かつ更
に、この種のQRSの振幅は相応する基本QRSの振幅
に等しくされるので、最終的な虚血性QRS群の形状
の、基本QRSの形状に関する瞬時的な変化は専ら、心
筋層の虚血性部分の相応の電気的な変化に基因するもの
である。結果的に、虚血性細胞の活動電位が、急性の段
階に基づいて、虚血性の心筋層の上記部分が相応のQR
S群の上向性部分の期間に脱分極状態になるのであれ
ば、適正に酸化されるとき、同じ細胞の絶対値より低い
絶対値を有していることを考慮すれば、上向性部分の値
は結果的に基本プロフィールの値より低いことになる。
これに反して、上記部分がQRS群の下向性RS部分の
期間に脱分極状態になる場合、この部分においてプロフ
ィールの立ち上がりが生じることになる。従って、双方
向に正規化された虚血性QRS群のプロフィールは、上
向性部分QRにおける基本QRSのそれより上にはあり
得ず、下向性部分RSにおけるそれより下にもない。こ
のような生理学的な状態の発生は必然的に生じる不可欠
なものでありかつ、本発明の操作方法により、それらの
比較のためにオーバラップされる2つのQRS群のアラ
イメントのために採用される判断基準である。基本QR
Sの波形に関する、正規化された虚血性のQRSの波形
における変化は、瞬間瞬間の、2つのプロフィール間の
差(QRS1−QRS2)によって特徴付けられ、この
差の観察により、主要な変化が生じる心脱分極サイクル
の時点を検出することも可能になる。以下に特に図3、
図4および図5を参照して説明するように、波形中に変
化が生じる時点を検出することにより、次いで、心筋層
の虚血性領域を定位することが可能になる。しかし正規
化された虚血性QRSの波形変化に関連した虚血を指示
する別のパラメータは例えば次のようなものがある:Q
RS群の領域の変化、曲線QRSの2つの部分と相対す
る部分領域の比の変化、曲線QRSの予め決められた点
における導関数の変化。添付図面の図3ないし図5の左
下部分には、安静状態にある患者によって記録された2
つの基本QRS群が示されており、一方上部分にはそれ
らの差が示されている。この比較の目的は、データの正
しい収集について検査することである。即ち、上述の下
部分に示された2つのグラフは結果的に正確に重畳され
るべきものであり、かつそれらの差のグラフは、零線の
周辺(即ちその近傍)にあるべきものである。これらの
図の右下部分には、2つのグラフの重畳が示されてお
り、一方第2の、即ち正規化されたQRS2は、ストレ
ス下または薬理上の刺激を受け手いる患者によって記録
されている。上部に示されている差曲線は、下部に示さ
れている2つのQRS群間の差に関する。基本QRSに
関して正規化されたQRS2のいずれの変化も直接評価
することができるようにするために、右側に示された差
曲線は、10 msec の間隔を有するスケールに関連付け
られている。このグラフには、零線に関して反対側にあ
りかつ医学上の症例歴に従って、最大限正規化されたQ
RSの3%に固定することができる正常しきい値を表し
ている2つの水平方向の線x,yが示されている。この
ようにして、上述したように、基本QRSに関する虚血
性のQRSの波形におけるいずれの変化、並びに心脱分
極サイクルの始めから最大の偏差が生じる時点、および
同じ変化の振幅を表示することができる。実験検査は、
正常な患者、および下方先端または後外側性虚血(infe
rior apical or posterolateral ischemia)を患ってい
る患者において実施された。正常な被検体において、ス
トレス下で監視されたQRSは、基本QRSに関して波
形に重要な変化は現れなかった(図3)。これに対して
下方先端性虚血を患っている患者の場合、波形に顕著な
変化が記録された。ここにおいてそのピークは最初の3
5 msec 内(QR部分)に位置している(図4)。更
に、外側または後外側性虚血(lateral or posterolate
ral ischemia)を患っている患者の場合、ストレス下で
監視されたQRSの、基本QRSに関する変化に加え
て、この種の変化の最大値は、50 mse 値の外側(R
S期間)に記録された(図5)。従って、基本QRSに
関する、ストレス下の最大偏差の時間および位置を評価
することで、心筋の虚血性領域を定位することが可能に
なる。このことは、心室部分の興奮伝播のマップによっ
て支援され、該マップによれば、最初に心中壁(heart
septum)、心尖および前方壁(anteriorwall)の脱分極
が生じ、一方脱分極が行われる最後の領域は基底および
後外側領域(basal and posterolateral area)であ
る。
/または難しい操作およびタリウム・カルディアック・
シンチグラフィー(thallium cardiac scintigraph
y)、コンピュータライズド・アキシャル・トモグラフ
ィー(computerized axial tomography)およびコロナ
ログラフィー(coronarography)のような非常に煩雑な
検査技術を使用しなければ得られないような結果を得る
ことが可能になる。
といえば、次のものから成っている(図2参照):1つ
または複数の心電図信号を取り出すための1つまたは複
数の心電図リードを介して検査時に被検体の胸郭に接続
されるEGC差動増幅器13;上記該増幅器に後置接続
されている、次の2つのアクティブフィルタを有するデ
バイス、ここにおいて第1のフィルタは心電図波形の基
線の安定化のためのハイパスフィルタ、および第2のフ
ィルタは筋肉の震えによる突発的なノイズを低減するた
めのローパスフィルタであり;上記フィルタ14に後置
接続されている、心電図信号を変換する(例えば毎秒1
000サンプリングの変換レートおよびレベル当たり1
microV の変換感度で)ための12ビットAD変換器1
5;上記変換器15に後置接続されている、心電図信号
を収集しかつその平均値を形成するためのプリプロセッ
サ16;上記プリプロセッサ16に後置接続されてい
る、上記QRS曲線の特徴点(例えば最小値および最大
値)を検出し、それを比較し、正規化係数を求めかつ正
規化を行うための操作を自動的に実施するためのプログ
ラマブルマイクロプロセッサ中央ユニット17;上記中
央ユニットに後置接続されている、このようにして処理
された信号の波形を表示しかつプリントするためのモニ
タおよびグラフィックプリンタ18。
レートに対して250cps[毎秒のサイクル数]の最
小値を採用するような措置がとられる。
感度は可変にしてもよいが、レベル当たり10 microV
を上回ってはならない。
脱しない限り、従って産業上の発明に対する本特許に与
えられる保護の制限内にとどまっていれば、形状、寸
法、要素配置、使用材料の特性に関して個々にいずれの
構成も変化することができる。
ためのブロック線図である。
された検査の結果を示す一連の4つのグラフを示す線図
である。
者に対して実施された検査の結果を示す一連の4つのグ
ラフを示す線図である。
対して実施された検査の結果を示す一連の4つのグラフ
を示す線図である。
5 AD変換器、 16 プリプロセッサ、 17 中
央ユニット、 18 モニタおよびプリンタ
Claims (10)
- 【請求項1】 リラックス状態にある被検体の第1の基
本心電図波形を検出かつ記録する手段と、 誘発されたストレスの終了時に前記被検体の第2の心電
図波形を検出しかつ記録する手段と、 前記第1の心電図波形を第2の心電図波形と比較する手
段と、 前記第2の波形が前記第1の波形から離れ始める時点
を、予め設定された初期時点から前記第1の波形と第2
の波形との間に相異が示される時点までに経過した時間
を評価することによって検出する手段とを含んでいるこ
とを特徴とする心電図信号を収集しかつ処理する装置。 - 【請求項2】 前記時点は、それぞれの脱分極のサイク
ルのスタート時点である請求項1記載の心電図信号を収
集しかつ処理する装置。 - 【請求項3】 前記時点は、前記第1の波形および第2
の波形の最小値に相応する請求項1記載の心電図信号を
収集しかつ処理する装置。 - 【請求項4】 前記時点は、前記第1の波形および第2
の波形の1つの、それぞれの上向性部分または下向性部
分の予め設定されたしきい値より大きい局所的な正接を
有する正接点に相応する請求項1記載の心電図信号を収
集しかつ処理する装置。 - 【請求項5】 前記第1の心電図波形から第1の平均基
本QRSを求める手段を有し、該第1の平均QRSは第
1の上向性部分QRおよび第1の下向性部分RSを含ん
でおり、 前記第2の心電図波形の第2の平均QRSを求める手段
を有し、該第2の平均QRSは第2の上向性部分QRお
よび第2の下向性部分RSを含んでおり、 前記第1の平均QRSの第1の最大値R1を検出する手
段を有し、 該第1の最大値R1の左側における第1の左側の最小値
Q1を検出する手段を有し、 前記第1の最大値および前記第1の左側の最小値間の第
1の左側の差G1bを求め(G1b=R1−Q1)る手
段を有し、 前記第1の最大値R1の右側における第1の右側の最小
値S1を検出する手段を有し、 前記第1の最大値および前記第1の右側の最小値間の第
1の右側の差G2bを求め(G2b=R1−S1)る手
段を有し、 前記第2の平均QRSの第2の最大値R2を検出する手
段を有し、 前記第2の最大値の左側における第2の左側の最小値Q
2を検出する手段を有し、 前記第2の最大値および前記第2の左側の最小値の間の
第2の左側の差G1s=R2−Q2を求める手段を有
し、 前記第2の最大値Q2の右側における第2の右側の最小
値S2を検出する手段を有し、 前記第2の最大値および前記第2の右側の最小値の間の
第2の右側の差G2sを求め(G2s=R2−S2)る
手段を有し、 前記第2の平均QRSの、前記RS部分の第1の正規化
係数f1および前記QR部分の第2の正規化係数f2を
求める手段を有し、ここにおいて前記第1の正規化係数
は前記第1の右側の差G2bと前記第2の右側の差G2
sとの比によって求められかつ前記第2の正規化係数f
2は前記第1の左側の差G1bと前記第2の左側の差G
1sとの比によって求められ、 前記第1の正規化係数f1によって前記第2の平均QR
Sの前記第2の部分RSを正規化する手段を有し、 前記第2の正規化係数f2によって前記第2の平均QR
Sの前記第2の部分QRを正規化する手段を有し、 前記第2の平均QRSの前記正規化された部分QRおよ
びRSを、双方向に正規化された相応する平均QRSを
得るために(QRS2n)、結び付けるための手段を有
し、 ストレス下での前記第2のQRSの前記上向性QR部分
の点が前記第1の基本QRSの前記上向性QR部分を上
回ることがないように前記正規化された平均QRS(Q
RS2n)を前記第1の平均QRSに揃える手段を有
し、該揃えはまた、ストレス下での前記第2のQRSに
対する前記下向性RS部分の点が、前記第1の基本QR
Sの前記下向性の部分RSを下回ることがないように実
施され、 前記揃えられた正規化された平均QRSと前記第1の平
均化されたQRSとが揃えられるとき、即ちオーバラッ
プされるとき、これらの差を検出する手段を有しかつ、 前記差のグラフをプロットする手段を有する請求項1記
載の心電図信号を収集しかつ処理する装置。 - 【請求項6】 第1および第2の基本平均QRSを求め
る手段を有し、 前記第1および第2の基本平均QRSの間の検査比較を
実施して測定のエラーを検出するようにする手段を有す
る請求項5記載の心電図信号を収集しかつ処理する装
置。 - 【請求項7】 1つまたは複数の心電図リードを介して
被検体の胸郭に接続されるのに適しているECG差動増
幅器手段を備え、該ECG差動増幅器手段は心電図波形
をピックアップし、 該ECG差動増幅器手段に後置接続されているフィルタ
手段を備え、該フィルタ手段は前記心電図波形の基線の
安定化のためのハイパスフィルタである第1のフィルタ
を含んでおり、前記フィルタ手段は筋肉の震えによる突
発的なノイズを低減するためのローパスフィルタである
第2のフィルタを含んでおり、 前記心電図信号のデジタル変換のために前記第1のフィ
ルタ手段に後置接続されているAD変換器手段を備え、 該AD変換器手段に後置接続されている、前記心電図波
形を収集しかつその平均基本QRSを形成するための平
均化プリプロセッサ手段を備え、 該平均化プリプロセッサ手段に後置接続されていて、前
記平均化されたQRSの前記RS部分の第1の正規化係
数を検出し、 前記平均化されたQRSの前記QR部分の第2の正規化
係数を検出し、 前記RSおよび前記QR部分を正規化し、 前記正規化された部分QRおよびRSを接続して、双方
向に正規化された相応する平均化QRS(QRS2n)
を得るようにし、 前記正規化された平均化されたQRSを別の平均化され
たQRSに揃え、 前記正規化された平均化されたQRS曲線と前記第1の
平均化されたQRS曲線とが揃えられるとき、即ちオー
バラップされるとき、これらの差を検出するという操作
を実施するためのプログラマブルマイクロプロセッサ手
段を備え、 前記プログラマブルマイクロプロセッサに接続されてい
て、該手段からのプログラマブルマイクロプロセッサ表
示手段を備えていることを特徴とする心電図信号を収集
しかつ処理する装置。 - 【請求項8】 前記第1および第2のフィルタは2次の
アクティブフィルタである請求項7記載の心電図信号を
収集しかつ処理する装置。 - 【請求項9】 前記AD変換器手段は、毎秒少なくとも
250サンプリングの変換レートを有している請求項7
記載の心電図信号を収集しかつ処理する装置。 - 【請求項10】 前記AD変換器手段の変換感度は、レ
ベル当たり10 microV より高くない請求項7記載の心
電図信号を収集しかつ処理する装置。
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