JP3530169B2 - ECG signal analyzer - Google Patents

ECG signal analyzer

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JP3530169B2
JP3530169B2 JP2001378211A JP2001378211A JP3530169B2 JP 3530169 B2 JP3530169 B2 JP 3530169B2 JP 2001378211 A JP2001378211 A JP 2001378211A JP 2001378211 A JP2001378211 A JP 2001378211A JP 3530169 B2 JP3530169 B2 JP 3530169B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は心電図信号解析装
置、具体的には、心臓疾患、特に、不整脈、細動及び関
連疾患の検出を可能にする心電図信号解析装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrocardiogram signal analyzer, and more particularly, to an electrocardiogram signal analyzer capable of detecting heart disease, particularly arrhythmia, fibrillation and related diseases.

【0002】[0002]

【従来の技術】過去10年に及ぶ虚血性心臓病の診断及
び処置における大きな進歩にもかかわらず、毎年相当数
の患者が心室細動(VF)による突然心臓死に遭遇して
いる。現在まで、確実な予知法又は予防手段は開発され
ていない。外面的には、VFは極めて複雑で偶発的現象
に見える。心臓機能における、特にVFに先行する段階
(VFの兆候)を含む他の関連心臓疾患も同じである。
従って、自動装置で患者のVF又はVFの兆候を呈して
いることを何かの確実性をもって検出することは困難で
ある。さらに、VFの兆候は、熟練した医療関係者にと
っても確実に判定することは難かしい。
BACKGROUND OF THE INVENTION Despite significant advances in the diagnosis and treatment of ischemic heart disease over the past decade, a significant number of patients encounter sudden cardiac death due to ventricular fibrillation (VF) each year. To date, no reliable predictive method or preventive measure has been developed. Externally, VF appears to be a highly complex and accidental phenomenon. The same is true of other related heart diseases, including a stage (a sign of VF) in cardiac function, especially preceding VF.
Therefore, it is difficult to detect with certainty that the VF of the patient or the manifestation of VF is detected by the automatic device. Moreover, the signs of VF are difficult to reliably determine even for skilled medical personnel.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従って、心臓疾患を検
出し評価する方法は広い適応性と有用性がある。患者モ
ニター装置は、患者がVF又はVFの兆候を呈すると医
療関係者を呼出しうる。VFに対向する自動装置、例え
ば埋込型自動除細動装置(AICDs)は、患者の状態の
過酷さの評価に基づいて、その動作を変更し得る。ま
た、VFのリスクを確実に評価する方法は、外科手術又
は他の重大な治療を受けている患者をモニターするのに
重要な有用性を有しうる。
Accordingly, methods for detecting and assessing heart disease have wide applicability and utility. The patient monitoring device may call medical personnel when the patient presents with VF or signs of VF. Automated devices that face the VF, such as implantable automatic defibrillators (AICDs), may alter their behavior based on an assessment of the severity of the patient's condition. Also, methods of reliably assessing risk of VF can have significant utility in monitoring patients undergoing surgery or other significant treatment.

【0004】ある抗不整脈薬は過剰濃度で前不整脈効果
を有することが見いだされている。例えば、キニジン
は、このような毒性があることが知られている。心臓疾
患を検出し評価する方法は、患者が心臓状態に関連する
薬物を有毒量(又は半有毒量)量投与されているかを判
定するのにも広い適応性と有用性を有する。
It has been found that certain antiarrhythmic drugs have proarrhythmic effects at excess concentrations. Quinidine, for example, is known to have such toxicity. The methods of detecting and assessing heart disease also have broad applicability and utility in determining whether a patient is being administered a toxic (or semi-toxic) dose of a drug associated with a cardiac condition.

【0005】カオス理論は、高度に複雑で、一見すると
無作為のようであるが、比較的簡単な系の決定論的結果
として記載しうる現象に関連する最近発達した分野であ
る。カオス理論は、あいまいさ及び不明確を含む生態系
及び他の系において、潜在的に広い用途を有している。
例えば、カオス理論は、脳波図(EEG)及び心電図
(EKG)信号を含む特定の自然課程を記載するのに価
値があると推測されて来た。決定論的カオスの諸相を検
出し評価する技術はカオス理論の分野では知られている
が、医学分野ではほとんど適用例は見られない。
The theory of chaos is a recently developed field of phenomena that is highly complex, seemingly random, but which can be described as a deterministic consequence of relatively simple systems. Chaos theory has potentially broad applications in ecosystems and other systems, including ambiguity and ambiguity.
For example, chaos theory has been speculated to be valuable in describing certain natural processes involving electroencephalogram (EEG) and electrocardiogram (EKG) signals. Techniques for detecting and evaluating various aspects of deterministic chaos are known in the field of chaos theory, but have few application examples in the medical field.

【0006】従って、心室細動(VF)及びVFの兆候
を含む心臓疾患を検出し評価するための改良方法及び装
置が要望されている。
Accordingly, there is a need for improved methods and apparatus for detecting and assessing heart disease, including ventricular fibrillation (VF) and signs of VF.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の第一の特徴は、
心臓疾患を検出する手段として患者の心電図(EKG)
の位相面図(phase−plane plot)(PPP)を解析する
心電図信号解析装置を提供するものである。正常患者
は、比較的平滑であるPPPを有する。心室細動(V
F)の兆候が現れる危険性がある患者は、カオス課程の
特徴、例えば多重帯状化、「禁止地帯」、周期倍加を含
む周期性及び定位相性を示すPPPを有し、VFを示す
患者は騒々しく不規則に見えるPPPを有する。PPP
が異なることは容易に認識され、かくして心臓疾患を有
する患者を検出し得る。
The first feature of the present invention is:
Patient electrocardiogram (EKG) as a means of detecting heart disease
The present invention provides an electrocardiogram signal analyzer for analyzing a phase-plane plot (PPP) of the above. Normal patients have PPPs that are relatively smooth. Ventricular fibrillation (V
Patients at risk of developing the symptoms of F) have features of chaotic processes, such as multiple swaths, “forbidden zones”, PPP with periodicity including doubling and constant phase, and patients with VF are noisy. It has a PPP that looks awkward and irregular. PPP
Are easily recognized and thus can detect patients with heart disease.

【0008】好ましい態様では、決定論的カオスのPP
Pの程度はプロセッサー、例えばグラフ解析及び数値解
析により測定しうる。(1)プロセッサーは、PPPのリ
アプノフ指数又はフラクタル次元を測定してもよい。
(2)プロセッサーはPPPのポアンカレ断面を決定し、
決定論的カオスの標識のためのポアンカレ断面を検査し
てもよい。又、処理したPPP及びポアンカレ断面は人
間のオペレーターが検査しても良い。
In a preferred embodiment, the deterministic chaos PP
The degree of P can be measured by a processor, such as graph analysis and numerical analysis. (1) The processor may measure the Lyapunov exponent or fractal dimension of PPP.
(2) The processor determines the Poincare section of PPP,
Poincaré sections may be examined for deterministic chaos markers. Also, the processed PPP and Poincaré sections may be inspected by a human operator.

【0009】本発明の第二の特徴は、心臓疾患を検出す
る手段として、患者のEKGの周波数領域変換(freque
ncy−domain transform)(例えばFFT)の検査を行う
心電図信号解析装置を提供するものである。正常患者
は、不連続のスペクトルを伴うFFTを有し、一方VF
を示す患者は比較的連続的なスペクトルと比較的低周波
数(例えば約5−6Hz)にピークエネルギーを有する
FFTを持っている。ショックで復帰するのが難かしい
VFを示す患者は比較的高周波数(例えば約10Hz又
はそれ以上)にピークエネルギーを有するFFTを持っ
ている。
A second feature of the present invention is that the frequency domain transform (freque) of the EKG of a patient is used as a means for detecting heart disease.
The present invention provides an electrocardiogram signal analysis device for performing ncy-domain transform (for example, FFT) inspection. Normal patients have FFTs with discontinuous spectra, while VF
Patients exhibiting an FFT have a relatively continuous spectrum and an FFT with peak energies at relatively low frequencies (eg, about 5-6 Hz). Patients with VF that are difficult to recover from shock have FFTs that have peak energies at relatively high frequencies (eg, about 10 Hz or higher).

【0010】好ましい態様では、自動除細動装置は、大
きさを少くともある程度FFTのピークエネルギーによ
り決定される可変ショックを与える手段を含んでいても
良い。また、除細動装置は、FFTのピークエネルギー
が比較的高い周波数にある場合に、警報を送る手段を含
みうる。
In a preferred embodiment, the automatic defibrillator may include means for providing a variable shock whose magnitude is determined at least to some extent by the FFT peak energy. The defibrillator may also include means for sending an alarm when the FFT peak energy is at a relatively high frequency.

【0011】本発明の第三の特徴は患者に関して作ら
れる活動電位持続時間(APD)回復曲線又は活動電位
振幅(APA)曲線の特徴、例えば、前記曲線への指数
関数的関係の適合又は前記曲線のパラメータ時定数に基
づいて、薬物毒性を検出する方法を供給する。適合曲線
の勾配は患者の不整脈素因の可能性を示す。適合曲線の
パラメータの相違により、例えば不整脈又は虚血の危険
性があるか否かについて正常患者と異常患者を区別する
ことができる。正常患者は比較的低いパラメータ時定数
を有し、薬物毒性を示す患者は比較的高いパラメータ時
定数を有する。APD又はAPAデータのPPPを生成
し、前記PPPを解釈し、薬物毒性を検出及び評価する
のに本明細書に記載された解析技術を利用しても良い。
A third aspect of the present invention is the characteristic of the action potential duration (APD) recovery curve or action potential amplitude (APA) curve made with respect to the patient , eg the index to said curve.
Based on conformity of functional relation or parameter time constant of the curve
Then, a method for detecting drug toxicity is provided. The slope of the fitted curve indicates the possible arrhythmic predisposition of the patient. The difference in the parameters of the fitted curve makes it possible to distinguish between normal and abnormal patients, for example as to whether they are at risk of arrhythmia or ischemia. Normal patients have relatively low parameter time constants, and patients with drug toxicity have relatively high parameter time constants. The analytical techniques described herein may be used to generate a PPP of APD or APA data, interpret the PPP, and detect and assess drug toxicity.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明の第一の特徴は患者心電図
(EKG)の位相面図(PPP)の検査による心臓疾患
の検出及び評価に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The first aspect of the present invention relates to the detection and evaluation of heart disease by examining the phase diagram (PPP) of patient electrocardiogram (EKG).

【0013】図1は患者モニター装置を示す。患者10
1は心電図(EKG)装置102に結合され、このEK
G装置102はEKG信号を取得して、それらをプロセ
ッサー103に送る。プロセッサー103は、この分野
においてよく知られているようにモニター104にEK
G信号を表示してもよく、またEKG信号を処理して、
その処理結果をモニター104に表示するようにしても
良い。
FIG. 1 shows a patient monitor device. Patient 10
1 is connected to an electrocardiogram (EKG) device 102,
The G device 102 acquires the EKG signals and sends them to the processor 103. The processor 103 is EK to the monitor 104 as is well known in the art.
The G signal may be displayed, or the EKG signal may be processed,
The processing result may be displayed on the monitor 104.

【0014】EKG信号は、それらを取得する方法と同
じく、この分野でよく知られている。ここで使用してい
るように、EKGは、表面心電図をいうが、他の形式の
心電図もここに開示した方法と共に使用でき、これらも
本発明の範囲及び精神の内にある。例えば、ここで言う
EKGには、表面EKG、心外膜EKG、心内膜EK
G、或いは心臓内又は近くで測定された他の関連信号
(又は信号の集合)が含まれる。さらに扱われる信号
は、電圧信号、電流信号又は他の関連電磁気値(又は一
連の値)でも良い。
EKG signals, as well as how to obtain them, are well known in the art. As used herein, EKG refers to surface electrocardiogram, although other forms of electrocardiogram can be used with the methods disclosed herein and are also within the scope and spirit of the invention. For example, the EKG referred to here includes surface EKG, epicardial EKG, and endocardial EK.
G, or other relevant signal (or set of signals) measured in or near the heart. The signals further treated may be voltage signals, current signals or other relevant electromagnetic values (or series of values).

【0015】図2は一連の試料EKG信号を示す。第一
EKG信号201は正常患者を示す。第二EKG信号2
02はVFへの過渡期の患者を示す。第三EKG信号2
03はVFを煩っている患者を示す。
FIG. 2 shows a series of sample EKG signals. The first EKG signal 201 indicates a normal patient. Second EKG signal 2
02 indicates a patient in transition to VF. Third EKG signal 2
03 indicates a patient suffering from VF.

【0016】プロセッサー103はEKG信号からの位
相面図(PPP)を構成しうる。PPPの第一型はその
第一次導関数に対してEKG変数をプロットしたもので
ある。好ましい態様では、EKG変数は電圧v(時間の
関数)であり、その第一次導関数はdv/dt(これも時間
の関数)である。 しかしながら、本明細書、図面及び
請求の範囲を熟読すれば、PPPの解釈の許容範囲が広
いことは、この分野の当業者にとって明らかである。P
PPに関し選ばれた変数は、EKG電圧、電流、又は他
の信号値を含む種々の異なるパラメーターでありうる。
選ばれた変数(v)はその第一次導関数(dv/dt)、その
第二次導関数dv/dt、又は他の第n次導関数dv/
dt に対してプロットしうる。又は、第M次導関数は
第N次導関数に対してプロットしうる。
The processor 103 may construct a phase diagram (PPP) from the EKG signal. The first type of PPP is a plot of the EKG variable against its first derivative. In the preferred embodiment, the EKG variable is voltage v (a function of time) and its first derivative is dv / dt (also a function of time). However, upon perusal of the specification, drawings and claims, it will be apparent to one of ordinary skill in the art that the permissible range of PPP interpretation is broad. P
The variable chosen for PP can be a variety of different parameters including EKG voltage, current, or other signal value.
The selected variable (v) is its first derivative (dv / dt), its second derivative d 2 v / dt 2 or another nth derivative d n v /
It can be plotted against dt n . Alternatively, the Mth derivative may be plotted against the Nth derivative.

【0017】他の形式のPPPは、EKG変数(又はそ
の第N次導関数)をそれ自身の時間遅れ値( time delay
ed version )に対してプロットしたもの(例えばv(t)対
v(t−δt))を含む。この形式のPPPは時に「復帰図
(以下、リターンマップという。)」とも呼ばれる。こ
の型のPPPはEKG信号ノイズに対し感度がよくな
い。PPPの他の型は、同時に3つのEKG変数(又は
その第N次導関数)(例えばv、dv/dt及びdv/dt
のプロットを含みうる。このようなPPPは3次元であ
る。PPPが3次元である場合、それは立体的に表示し
ても良く、また、3次元ディスプレイの2次元面「カッ
ト」を2次元ディスプレイに表示しても良い。ここに記
載した全てのこれら選択又はその組合せが実行可能であ
り、本発明の範囲及び精神の内にあることは、当業者に
とって明らかであろう。
Another form of PPP is an EKG variable (or
N-th derivative) its own time delay value of (time delay
ed version ) plotted against (eg v (t) vs.
v (t−δt)). This type of PPP is sometimes called "return diagram".
(Hereinafter, referred to as a return map.) ”. This type of PPP is not sensitive to EKG signal noise. Other types of PPP have three EKG variables (or their Nth derivative) at the same time (eg v, dv / dt and d 2 v / dt 2 ).
Can include a plot of Such a PPP is three-dimensional. If the PPP is three-dimensional, it may be displayed stereoscopically, and the two-dimensional "cut" of the three-dimensional display may be displayed on the two-dimensional display. It will be apparent to those skilled in the art that all these choices or combinations thereof described herein are feasible and within the scope and spirit of the invention.

【0018】図3は、図2の試料EKG信号に対する対
応PPP群を示す。第一PPP301は第一EKG信号
201に対応する。第二PPP302は第二EKG信号
202に対応する。第三PPP303は第三EKG信号
203に対応する。
FIG. 3 shows corresponding PPP groups for the sample EKG signal of FIG. The first PPP 301 corresponds to the first EKG signal 201. The second PPP 302 corresponds to the second EKG signal 202. The third PPP 303 corresponds to the third EKG signal 203.

【0019】本発明のこの特徴の部分は、正常患者がそ
の正常患者からのEKG信号の規則正しさと平滑さを示
すPPPを有し、一方VFを受けている患者は、決定論
的カオス(例えば、周期、帯状化(banding)及び「禁止
地帯」)であるEKG信号の不規則さと複雑さを示すP
PPを有することの発見である。さらに正常からVFへ
の転換中(すなわち、VFの兆候中)にある患者は、当
該患者のEKG信号が決定論的カオスへの転換中にある
という評価と一致するPPPを示す。
Part of this aspect of the invention is that a normal patient has a PPP that indicates the regularity and smoothness of the EKG signal from that normal patient, while the patient undergoing VF has a deterministic chaos (eg, P, which indicates the irregularity and complexity of the EKG signal which is periodic, banding and "forbidden zones")
The discovery of having PP. In addition, patients who are in the transition from normal to VF (ie, during the onset of VF) show PPP consistent with their assessment that their EKG signal is in the transition to deterministic chaos.

【0020】正常患者は、比較的規則正しいビートツー
ビートEKG信号を有する。患者がVFに転換すると、
患者のEKG信号は、初めは対の規則的ビートツービー
ト信号交互間の変動を示す。転換が続くと、患者のEK
G信号は変動数の漸増する規則的信号間の変動(例えば
4交互拍動、8交互拍動等)を示し、終には、もはや交
互の規則的信号を確認するのができなくなり、EKG信
号が不規則で極めて複雑になる。この時点で、患者はV
Fを示していると一般に云われる。同様に、患者のPP
Pは平滑な単一帯表示から多数帯表示(多重交互拍動を
示す)を経て最後に不規則で高い複雑な表示に変転す
る。PPPにおける表示変化は著るしいので比較的訓練
していない人でも違いを見ることが出来る。これは一般
に評価するのに熟練した心臓学者を必要とするEKGに
おける表示変化とは著しく異なる。
Normal patients have a relatively regular beat-to-beat EKG signal. When the patient switches to VF,
The patient's EKG signal initially exhibits variations between pairs of regular beat-to-beat signal alternations. If conversion continues, patient's EK
The G signal shows fluctuations between regular signals with an increasing number of fluctuations (eg, 4 alternating beats, 8 alternating beats, etc.), and at the end it is no longer possible to see the alternating regular signals and the EKG signal Is irregular and extremely complicated. At this point, the patient is V
It is commonly referred to as indicating F. Similarly, the patient's PP
P transitions from a smooth single band display to a multiple band display (indicating multiple alternating beats) and finally to an irregular, highly complex display. The display changes in PPP are so remarkable that even a relatively untrained person can see the difference. This is significantly different from the display changes in EKG which generally require a skilled cardiologist to evaluate.

【0021】患者を正常からVFに変転させる幾つかの
可能な因子がある。これらの因子は、薬物過剰用量(特
に過剰用量において前不整脈効果を有する抗不整脈薬に
よる過剰用量、例えばキニジン中毒)、過度電気刺激、
冷却法、虚血及びストレスを含みうる。好ましい態様で
は、患者モニターは患者が正常からVFに変転している
かを測定するために患者のPPPを検査しうる。これ
は、これらの前不整脈因子が過度に存在することを示
す。
There are several possible factors that transform a patient from normal to VF. These factors include drug overdose (especially overdose with antiarrhythmic drugs that have proarrhythmic effects at overdose, such as quinidine poisoning), excessive electrical stimulation,
It may include cooling, ischemia and stress. In a preferred embodiment, the patient monitor may examine a patient's PPP to determine if the patient has a change from normal to VF. This indicates that these proarrhythmic factors are in excess.

【0022】プロセッサー103は、決定論的カオスの
PPPの程度を測定するためにPPPをさらに加工しう
る。幾つかの技術がこの目的に適用しうる。
Processor 103 may further process the PPP to determine the degree of PPP in deterministic chaos. Several techniques can be applied for this purpose.

【0023】(1)プロセッサー103はPPPのリアプ
ノフ指数を測定しうる。PPPのリアプノフ指数は、P
PPの近くの道が分岐する程度の測定である。リアプノ
フ指数はカオス理論においてよく知られており、入手可
能なソフトウエアで測定しうる。例えばウォルフ等「デ
ターミニング・リアプノフ・エクスポーネンツ・フロム
・ア・タイム・シリーズ」、フイジカ・デイー1985;
16:285−317参照。
(1) The processor 103 can measure the Lyapunov exponent of PPP. Lyapunov exponent of PPP is P
It is a measure of the degree to which the road near PP diverges. The Lyapunov exponent is well known in chaos theory and can be measured with available software. For example, Wolff et al., "Determining Lyapunov Exponents From A Time Series", Fijika Day 1985;
16: 285-317.

【0024】(2)プロセッサー103はPPPのフラク
タル次元を測定しうる。PPPのフラクタル次元はPP
Pが「空間充填」曲線を形成する程度の尺度である。フ
ラクタル次元はカオス理論でよく知られており、例えば
以下に示すように幾つかの技術(例えば、相関次元又は
箱計算法)で測定しうる。
(2) The processor 103 can measure the fractal dimension of PPP. The fractal dimension of PPP is PP
It is a measure of the extent to which P forms a "space filling" curve. Fractal dimension is well known in chaos theory, and can be measured by several techniques (eg, correlation dimension or box calculation method) as shown below.

【0025】PPPのフラクタル次元を測定するため、
プロセッサー103は、PPP上に(一連の箱からな
る)直線グリッドを焼き付けて、PPPのトレースによ
りカットされる箱の数を算える。プロセッサー103は
グリッドの大きさを変え、各グリッドの大きさと各総数
を記録する。次いでプロセッサー103は、以下の関係
において定数kを算出する。
To measure the fractal dimension of PPP,
The processor 103 burns a linear grid (consisting of a series of boxes) onto the PPP and counts the number of boxes cut by the PPP trace. The processor 103 changes the size of the grid and records the size of each grid and each total. The processor 103 then calculates the constant k in the following relationship.

【0026】ln(箱切断の#(数))=k * ln(グリッド
304における箱の#(数)) ln(箱切断カットの#)=k * ln(グリッド304中
の箱の#) 定数kは、PPPのフラクタル次元の尺度である。約3
から約7までの間、特に分数部分を持つkの値は、PP
Pが決定論的カオスに基づくプロセス、従ってVFに近
い患者(即ち、実質的にVFである患者)を表わすこと
を意味すると思われる。
Ln (# (number) of box cuts) = k * ln (# (number) of boxes in grid 304) ln (# of box cut cuts) = k * ln (# of boxes in grid 304) constant k is a measure of the fractal dimension of PPP. About 3
To about 7, especially the value of k with fractional part is PP
It is believed to mean that P represents a deterministic chaos-based process, and thus a patient close to VF (ie, a patient who is substantially VF).

【0027】(3)プロセッサー103は、PPPのポア
ンカレ断面を測定し、ここに記載されるように決定論的
カオスの指標のため、そのポアンカレ断面を検査しう
る。処理したPPP及びポアンカレ断面も人間のオペレ
ーターによる検査のため示され、その結果全ての可視構
造が容易に認識される。
(3) The processor 103 may measure the Poincaré cross section of the PPP and inspect the Poincaré cross section for an indicator of deterministic chaos as described herein. The processed PPP and Poincaré sections are also shown for inspection by a human operator so that all visible structures are easily recognizable.

【0028】図4はサンプルPPP401及び対応ポア
ンカレ断面402を示す。ポアンカレ断面は、PPPの
一部を横断させて引いた線分を含む。一般に、かかる線
分は対象領域におけるPPPの軌道にほぼ垂直になる。
FIG. 4 shows a sample PPP 401 and corresponding Poincare section 402. The Poincaré cross section includes a line segment drawn across a portion of PPP. Generally, such a line segment is substantially perpendicular to the PPP trajectory in the target area.

【0029】プロセッサー103は、各ポアンカレ断面
又はPPPにおいてデータ点を獲得し、これらデータ点
の有方性又は不均一性の統計的指標を計算する。かかる
指標はこれらデータ点の平均及び標準偏差に基づく(こ
れらはこの分野でよく知られた統計的方法により計算さ
れうる)。比率γは γ=(標準偏差)/(期待値) (403) ポアンカレ断面における凝集の程度の尺度である。
The processor 103 acquires data points at each Poincare section or PPP and calculates a statistical measure of the anisotropic or non-uniformity of these data points. Such indicators are based on the mean and standard deviation of these data points (which can be calculated by statistical methods well known in the art). The ratio γ is γ = (standard deviation) / (expected value) (403), which is a measure of the degree of aggregation in the Poincare section.

【0030】より大きなγの値は、PPPが決定論的カ
オスに基づくプロセス、従ってVFに近い患者(又は実
際にVFである患者)を表わす傾向が強い。γの値は、
この分野でよく知られているように、正常患者からの変
化の程度を示すための信頼バンド群と共に、正常患者に
ついてのγの値と比較して人のオペレーターの観察用に
表示される。
Larger values of γ are more likely to represent processes in which PPP is based on deterministic chaos, and thus patients near (or in fact VF). The value of γ is
As is well known in the art, it is displayed for human operator observation in comparison to the value of γ for normal patients, with confidence bands to indicate the extent of change from normal patients.

【0031】プロセッサー103は又ポアンカレ断面の
他の統計的指標を計算しうる。プロセッサー103は
又、PPPの「経時」ポアンカレ断面を検査しうる。
The processor 103 may also calculate other statistical measures of Poincare section. Processor 103 may also inspect the "aged" Poincare section of PPP.

【0032】図5はPPP501の一例とそれに対応す
経時ポアンカレ断面502を示す。経時ポアンカレ断
面は、1データ点 t 秒毎に選択することによりPPP
から選ばれたデータ点群を含みうる。経時ポアンカレ断
面は、ここに開示された他のポアンカレ断面と同様の方
法で解析されうる。
FIG. 5 shows an example of the PPP 501 and its correspondence.
3 shows a Poincaré cross-section 502 over time. Time Poincare section is more PPP to select one data point every t seconds
May include a data point group selected from Aged Poincaré sections can be analyzed in a similar manner as other Poincaré sections disclosed herein.

【0033】本発明の第二の特徴は、患者EKGの周波
数領域変換に基づく心臓疾患の検出と評価に関する。
A second aspect of the invention relates to the detection and evaluation of heart disease based on the frequency domain transform of patient EKG.

【0034】図6は、EKG信号にFFTを実施するこ
とにより得られた対応周波数領域変換群を示す。第一変
換601は第一EKG信号(図示せず)に対応する。第
二変換602は第二EKG信号(図示せず)に対応す
る。
FIG. 6 shows a corresponding frequency domain transform group obtained by performing FFT on the EKG signal. The first transform 601 corresponds to the first EKG signal (not shown). The second transform 602 corresponds to the second EKG signal (not shown).

【0035】正常患者を表す第一変換601では、周波
数スペクトルは対応EKG信号のエネルギーが主として
不連続位置の周波数で起こることを示している。VFを
示している患者を表す第二変換602では、周波数スペ
クトルは、対応EKG信号のエネルギーが周波数の連続
スペクトルを有し、エネルギーピーク603を有するこ
とを示している。
In the first transform 601, which represents a normal patient, the frequency spectrum shows that the energy of the corresponding EKG signal occurs predominantly at the frequencies of the discontinuities. In the second transform 602, which represents a patient exhibiting VF, the frequency spectrum shows that the energy of the corresponding EKG signal has a continuous spectrum of frequencies and has an energy peak 603.

【0036】本発明のこの特徴の部分は、例えば調和振
幅比(HMR)の計算を含む、周波数領域変換を解析す
る視覚的及び数学的方法の使用である。HMRを決定
るため、周波数領域変換(例えばFFT)のスペクトル
におけるエネルギー分布の主ピーク又は中央領域を特定
し、HMRを以下のように計算した。特定点の領域にお
ける変換の大きさ(magnitude)は、例えば、特定点及
び周囲点での変換の大きさを合計することにより決定さ
れ、特定点についての周波数の調和値の領域における、
対応する大きさと合計される。この合計全体の信号に
対する変換の総大きさ割る。その比がHMRとして定
義される。
The part of this aspect of the invention, for example, harmonic vibration
Use of visual and mathematical methods to analyze frequency domain transformations, including calculation of width ratio (HMR). To determine the HMR, the main peak or central region of the energy distribution in the spectrum of the frequency domain transform (eg FFT) was identified and the HMR was calculated as follows. The magnitude of the transform (magnitude) in the region of the specific point is determined, for example, by summing the magnitudes of the transforms in the particular point and the surrounding points, and in the region of the harmonic value of the frequency for the particular point,
Summed with the corresponding size. Dividing this sum by the total magnitude of the transform for the entire signal. The ratio is defined as HMR.

【0037】患者からVFを引き出す(「除細動」)ため
に知られる一つの方法は、患者の心臓に電気刺激を与え
ることである。この電気刺激は一般に実質的エネルギ
ー、例えば10−20ジュールを有し、たとえ患者を除
細動するのに成功しても、患者にしばしば組織障害を起
こす。一般にエネルギーを増す多数の刺激が必要とされ
る。従って、必要とするときだけ大きな刺激を使用する
のが有利であり、出来るだけ少ない刺激を使用するのが
有利である。 本発明のこの特徴の部分は、周波数領域
変換602のエネルギーピーク603が比較的低周波数
であるとき、比較的低エネルギー刺激が患者を除細動す
るのに一般に十分であることの発見である。周波数領域
変換602のエネルギーピーク603が比較的高周波数
であるとき(又、第二エネルギーピーク604が比較的
高周波数で周波数領域変換602に現れるとき)電気刺
激により患者を除細動することがとにかく可能であるな
らば患者を除細動することは比較的高エネルギー刺激を
必要とする。
One known method for withdrawing VF from a patient ("defibrillation") is to apply electrical stimulation to the patient's heart. This electrical stimulus generally has substantial energy, eg, 10-20 Joules, and often causes tissue damage to the patient, even if successful in defibrillating the patient. Multiple stimuli that generally increase energy are required. Therefore, it is advantageous to use large stimuli only when needed and to use as few stimuli as possible. Part of this feature of the invention is the discovery that relatively low energy stimuli are generally sufficient to defibrillate a patient when the energy peaks 603 of the frequency domain transform 602 are at relatively low frequencies. When the energy peak 603 of the frequency domain transform 602 is at a relatively high frequency (and when the second energy peak 604 appears at the frequency domain transform 602 at a relatively high frequency), the electrical stimulation can defibrillate the patient anyway. Defibrillating the patient if possible requires relatively high energy stimulation.

【0038】この発見の一つの適用は、VFを自動的に
検出し、患者を除細動するために刺激を自動的に与える
ことを試みる自動インプラント心臓除細動装置(AIC
D)においてである。
One application of this finding is to automatically detect VF and attempt to automatically apply a stimulus to defibrillate the patient. An Implantable Cardiac Defibrillator (AIC).
In D).

【0039】図7は改良型AICD701を示す。患者
702に接続されたAICD EKG703は、EKG
信号を獲得し、患者702に除細動刺激を与える刺激装
置705を調節するAICDプロセッサー704に送
る。
FIG. 7 shows an improved AICD 701. The AICD EKG 703 connected to the patient 702 is
The signal is acquired and sent to an AICD processor 704 which regulates a stimulator 705 that provides defibrillation stimulation to the patient 702.

【0040】また、改良型AICD701は(例えばA
ICDプロセッサー704の一部として)EKG信号の
FFTを測定すると共に、そのFFTにおけるエネルギ
ーピークを測定するソフトウエアを含む。FFTにおけ
るエネルギーピークが比較的低いと、AICDプロセッ
サー704は刺激装置705を調節し比較的小さい刺激
を患者に与える。FFTにおけるエネルギーピークが比
較的高いと、AICDプロセッサー704は刺激装置7
05を調節し、比較的大きな刺激を患者に与えるが、さ
らに、除細動が成功しないかもしれないという信号を警
報装置706又は他の表示器に送るようにしても良い。
The improved AICD 701 (for example, A
Includes software to measure the FFT of the EKG signal (as part of ICD processor 704) and the energy peak at that FFT. When the energy peak in the FFT is relatively low, the AICD processor 704 adjusts the stimulator 705 to provide a relatively small stimulus to the patient. If the energy peak in the FFT is relatively high, the AICD processor 704 will cause the stimulator 7
05 may be adjusted to provide a greater stimulus to the patient, but may also signal an alarm 706 or other indicator that defibrillation may not be successful.

【0041】本発明の第三の特徴は、患者について作成
される活動電位持続時間(APD)回復曲線又は活動電
位振幅(APA)曲線パラメータ時定数を基にした薬
物毒性の検出及び評価に関する。
[0041] A third feature of the present invention, created with the patient
And evaluation of drug toxicity based on the parameter time constant of the action potential duration (APD) recovery curve or action potential amplitude (APA) curve performed.

【0042】図8は個々の心臓筋肉細胞の刺激への信号
応答を示す。この個々の細胞応答は「活動電位」として
この分野で知られる。
FIG. 8 shows the signal response to stimulation of individual heart muscle cells. This individual cellular response is known in the art as the "action potential."

【0043】個々の細胞の回復期間801が、細胞が刺
激の前に有する休息期間802を含む因子に依存するこ
とはこの分野でよく知られている。又、ヒト患者につい
てのAPD回復曲線心臓内カテーテルの使用により
成できることもこの分野でよく知られている。しかしな
がら、休息期間802に基づく実際の回復期間801と
の完全な関係は知られていない。
It is well known in the art that the recovery period 801 of an individual cell depends on factors including the rest period 802 that the cell has before stimulation. For human patients
To the APD restitution curve of Te can structure <br/> formed by the use of intracardiac catheter it is also well known in the art. However, the complete relationship between the rest period 802 and the actual recovery period 801 is not known.

【0044】本発明のこの特徴の部分は、回復期間80
1を休息期間802(心臓拡張間隔)に対してプロット
すると、曲線は指数関係に従うことの発見に基づく。
Part of this feature of the invention is that the recovery period 80
When 1 is plotted against the rest period 802 (diastolic interval), the curve is based on the finding that it follows an exponential relationship.

【0045】 APD=APDpl−A* exp(−DI/tau) (803) 式中APDplはプラト−APD、Aは比例定数、DI
は心臓拡張間隔、tauはパラメータ時定数である。
APD = APD pl −A * exp (−DI / tau) (803) where APD pl is Prato-APD, A is a proportional constant, and DI.
Is the diastolic interval and tau is the parameter time constant.

【0046】APD回復曲線の非直線性は、心筋細胞
過剰刺激に応じて決定論的カオスの発生を促進させう
る。APD回復曲線が急勾配になれば(即ち、そのパラ
メータ時定数が大きくなれば ) 、それに応じて心臓がV
Fになる傾向が大きくなる。従って、本発明の他の特徴
は、正常患者はAPD回復曲線が比較的低いパラメータ
時定数を有するが、薬物毒性(例えばキニジン中毒)を
示している患者は、APD回復曲線が比較的高いパラメ
ータ時定数を有するということの発見である。前記パラ
メータ時定数は、心臓安定性をモニターするのに
又、抗不整脈薬物の効力を評価するのに用いうる。
The non-linearity of the APD recovery curve promotes the development of deterministic chaos in response to cardiomyocyte hyperstimulation .
It If the APD recovery curve becomes steep (ie
If a large meter time constant), heart V accordingly
The tendency to become F becomes large. Therefore, another feature of the present invention is that normal patients have relatively low APD recovery curve parameters.
Patients with a time constant but drug toxicity (eg, quinidine intoxication) have parameters with a relatively high APD recovery curve.
The discovery of having a data time constant . The parameter time constant is also used to monitor cardiac stability.
It can also be used to assess the efficacy of antiarrhythmic drugs.

【0047】本発明の実験的変換は本発明者らにより達
成される。
The experimental transformation of the present invention is accomplished by the inventors.

【0048】実験1周期的信号、カオス信号及び任意信号を区別するのに、
数学的研究PPPs、リターンマップ(return ma
p)、ポアンカレ断面、相関次元並びにスペクトル解析
を用いた。PPPsは3種の全信号の区別に有用であっ
た。周期的信号は明らかな広く分離した軌道を示した。
カオス信号は帯状化(banding)、禁止地帯及び鋭敏な
初期条件依存性を示した。任意信号は明らかな内部構造
を示さなかった。ノイズ効果を除いて、PPPsと適切
に遅れたリターンマップとの間の大きな差は45度( de
gree )の回転だけであった。ポアンカレ断面も3種の信
号を区別し得た。周期的信号は分離点を示した。カオス
信号は明らかな自己類似の整然とした区域(ordered ar
ea)を示した。任意信号は点のガウス分布を示した。相
関次元はカオス及び周期的信号の間よりもカオス及び任
意信号の間をより区別した。FFTs及び調和振幅比
(HMR)を用いるスペクトル解析は、周期的信号を区
別することは可能であったが、任意及びカオス信号の間
を区別することはできなかった。周期的信号のHMRs
は97%よりも大であった。
Experiment 1To distinguish periodic signals, chaotic signals and arbitrary signals,
Mathematical researchToPPPs,Return map(Return ma
p), Poincaré cross section, correlation dimensionAndSpectral analysis
Was used. PPPsOf all three types of signalsUseful in distinguishing
It was The periodic signal showed obvious widely separated orbits.
Chaotic signal banding,Ban zone& Keen
The initial condition dependence was shown. Arbitrary signal has clear internal structure
Was not shown. Suitable for PPPs, except for noise effects
LateReturn mapThe big difference between45 degrees ( de
gree ) Rotation onlyMet. Poincare section3 kinds of belief
IssueI was able to distinguish. The periodic signal showed a separation point. chaos
The signal is clearly self-similar and ordered ar
ea). The arbitrary signal has a Gaussian distribution of points. phase
Function dimensions are more chaotic and deterministic than between chaotic and periodic signals.
A better distinction was made between signals. FFTs andHarmonic amplitude ratio
Spectral analysis using (HMR) divides periodic signals into
It was possible to separate, but between arbitrary and chaotic signals
Could not be distinguished. HMRs of periodic signals
Was greater than 97%.

【0049】カオス信号のHMRsは17〜80%の間
変化した。任意信号のHMRsは約40%であった。
PPPはノイズにより大きく影響された。リターンマッ
はほとんど影響されなかった。一方スペクトル解析は
ノイズから比較的免がれた。PPPs、リターンマッ
、ポアンカレ断面、相関次元及びスペクトル解析は全
て、カオス系の有用な決定因であると結論づけられた。
HMRs of chaotic signals are between 17 and 80%
In it has changed. The HMRs of arbitrary signals were about 40%.
PPP was significantly affected by noise. Return map
Flop was not affected most. On the other hand, spectral analysis was relatively immune to noise. PPPs, return map
It was concluded that Pu , Poincaré cross section, correlation dimension and spectral analysis are all useful determinants of chaotic systems.

【0050】実験2 数学的研究は任意信号からカオスを区別するスペクトル
解析の可能性に特に集中させた。この実験例において、
2系列の任意信号を作った。第一系列は最小2乗近似の
方法を用いて簡略にされた5000疑似乱数を含む。第
二系列はアナログ−ツー−デジタル変換板から得られた
ホワイトノイズを含んだ。スペクトル解析は、FFTを
データに応用し、そして広い帯スペクトル又は、狭い帯
から、カオスの判断であると推定された広い帯への変化
を検査することにより実施された。
Experiment 2 Mathematical studies have particularly focused on the possibility of spectral analysis to distinguish chaos from arbitrary signals. In this experimental example,
Two series of arbitrary signals were made. The first sequence contains 5000 pseudo-random numbers simplified using the method of least squares approximation. The second series contained white noise obtained from an analog-to-digital converter board. Spectral analysis was performed by applying FFT to the data and examining the change from a broad band spectrum or from a narrow band to a broad band estimated to be a judgment of chaos.

【0051】スペクトル解析単独だけでは、任意信号か
らカオス信号を明確に区別するのに不十分であること、
及びそれらの区別には付加検査、例えばPPP及びリタ
ーンマップが必要であることが結論付けられた。
Spectral analysis alone is not sufficient to clearly distinguish chaotic signals from arbitrary signals,
And to distinguish between them, additional tests such as PPP and Rita
It was concluded that a map of maps is needed.

【0052】実験3 実験は犬における正常湾曲リズムとVFとを区別する
合の有用性について、スペクトル解析、PPPsの視覚
化及び相関次元解析を検査した。虚血及び再灌流閉胸
麻酔犬ストレス因子として用いた。正常湾曲リズムを
有する犬のスペクトル解析は、湾曲比及び50Hzを
える高調波で基本周波数を含む狭い帯スペクトルを示し
。PPPsは、周期的原動力と一致し、次元解析は、
低い次元(1−2 . 5)を示したこれに対して、VF
を有する犬のスペクトル解析は、6Hz大部分のエネ
ルギーがあり、1〜25H z の全周波数に渡ってエネル
ギーを示す広い帯域特性を示した。PPPは強要された
非周期性を示し、次元解析は正常湾曲リズムの犬で観察
された次元よりも高い次元(4−6)を示した従っ
、全ての3つの技術は正常湾曲リズムをVFと区別す
るのに有用であることが判明した
[0052] distinguish between normal curved rhythm and VF in experiment 3 experiment dog park
Spectral analysis, visualization of PPPs and correlation dimension analysis were examined for utility in combination . Ischemia and reperfusion was used as a stress factor of closed-chest anesthetized dogs. Spectral analysis of dogs with a normal bending rhythm showed that the bending ratio and 50 Hz were exceeded.
It shows a narrow band spectrum including the fundamental frequency
It was PPPs are consistent with periodic dynamics, and dimensional analysis
It showed a low dimension (1-2 . 5) . On the other hand , VF
Spectral analysis of the dogs with, there is most energy to 6 Hz, energy across all frequencies 1~25H z
It shows a wide band characteristic that shows a ghee . PPP was forced
Shows the non-periodic, dimensional analysis showed a high level (4-6) than the dimension observed in dogs normal curvature rhythm. Obey
Thus , all three techniques have been found to be useful in distinguishing normal bending rhythms from VF .

【0053】実験4 実験は、ヒトVFを確認する場合の有用性について
ペクトル解析、PPPsの視覚化、リターンマップの視
覚化、及び相関次元を検査した。これらの解析技術は、
自然発症的VFを受けている8人の低体温患者からのデ
ータ、及び、電気生理学検査の間に誘発したVFを伴う
3人の平常体温患者からのデータに適用した。全患者は
広帯域周波数スペクトル(0−12Hz)、低次元(範囲
2−5)並びにPPPs及びリターンマップに帯状化及
禁止地帯を有していた。スペクトル解析、PPPsの
視覚化、リターンマップの視覚化及び相関次元解析はV
Fを検出し評価するのに有用であることが結論づけられ
た。
[0053] Experiment 4 Experiments scan <br/> spectrum analysis the usefulness of checking the VF human visualization of PPPs, visualization of return maps, and examined the correlation dimension. These analysis techniques
It was applied to data from 8 hypothermic patients undergoing spontaneous VF and data from 3 normal temperature patients with VF induced during electrophysiology. All patients
It had a wide band frequency spectrum (0-12 Hz), low dimensions (range 2-5) and banding and forbidden zones in the PPPs and return maps . V for spectral analysis, visualization of PPPs, visualization of return map and correlation dimension analysis
It was concluded to be useful in detecting and assessing F.

【0054】実験5 実験は、ヒト正常湾曲リズムとVFの間を区別する
合の有用性について、スペクトル解析、PPPsの視覚
化及び相関次元解析を検査した。開放心臓外科手術を受
けている8人の低体温ヒト患者におけるVFを研究し
た。全患者において、第一及び第二PPPは、禁止地
及び帯状化を示し、FFTは、多くが12Hz以下の
バワーで、0から25Hzの全周波数において比較的連
続の強い(power)スペクトルを示した。対称的に全て
の場合において、相関次元は、4より小であった。相関
次元などの単一解析技術に依存するより、データの多面
的解析(=スペクトル解析+相関次元解析)が望ましい
ことが結論づけられた。
[0054] Experiment 5 Experiment distinguishes between normal curvature rhythm and VF in humans Field
Spectral analysis, visualization of PPPs and correlation dimension analysis were examined for utility in combination . VF was studied in eight hypothermic human patients undergoing open heart surgery. In all patients, the first and secondary PPP is prohibited areas
Banding and banding were shown, and the FFT showed a relatively continuous power spectrum at all frequencies from 0 to 25 Hz, with a power of often less than 12 Hz. Symmetrically, in all cases, the correlation dimension was less than 4. It was concluded that a multi-dimensional analysis of data (= spectral analysis + correlation dimension analysis) is preferable rather than relying on a single analysis technique such as correlation dimension.

【0055】実験6 実験は、心房細動の異質の性質を説明するためにスペク
トル解析及びPPPsの視覚化を用いた。実験におい
て、検査員は7匹の閉胸犬の心房への刺激の迅速手順に
より急性細動を起こした。EKGデータに基づくPPP
sはしばしばよく定義された構造を記入し、そしてデジ
タル化されたEKGのFFTは、明らかな調和成分と別
であったか又は時間及び場所依存方法に変化した連続ス
ペクトルを有した概して15Hz以下のピークを示し
た。PPPのスペクトル解析及び視角化は心房及び心室
細動を解析するのに有用な技術であることが結論づけら
れた。
Experiment 6 The experiment used spectral analysis and visualization of PPPs to explain the heterogeneous nature of atrial fibrillation. In the experiment, the inspector caused acute fibrillation by a rapid procedure of stimulation of the atria of 7 closed-chest dogs. PPP based on EKG data
s often fills well-defined structures, and digitized EKG FFTs show peaks below 15Hz, which were distinct from the apparent harmonic components or had a continuous spectrum that varied in a time and place-dependent manner. Indicated. It was concluded that PPP spectral analysis and visualization is a useful technique for analyzing atrial and ventricular fibrillation.

【0056】実験7 実験において、PPPsの視覚解析及びAPD回復曲線
の勾配は、インビボ心臓でのキニジン−誘引VFを検出
し評価するのに有用であることが判った。キニジンは、
90−100mg/kgの全部を投与するか、心室頻脈又は
VFが起きるまで、どちらかが先に来るまで30分間隔
で5時間にわたり投与した。キニジン中毒細胞のPPP
sは鋭敏な初期条件依存性及び禁止地帯の存在を示し、
対応FFTsは連続スペクトルを示した。対称的に、コ
ントロール犬のおける細胞のPPPsは均一で濃くつま
っており、対応FFTsは別個のスペクトルを示した。
Experiment 7 In an experiment, visual analysis of PPPs and the slope of the APD recovery curve were found to be useful in detecting and assessing quinidine-attracting VF in the in vivo heart. Quinidine is
90-100 mg / kg in total or until ventricular tachycardia or VF, whichever comes first, at 30 minute intervals for 5 hours. PPP of quinidine poisoned cells
s indicates a sharp dependence on the initial condition and the existence of a prohibited zone ,
The corresponding FFTs showed a continuous spectrum. In contrast, the PPPs of cells in control dogs were uniform and dense and the corresponding FFTs showed distinct spectra.

【0057】キニジン興奮細胞のAPD回復曲線の最初
の勾配は、少くとも大きさの程度で、正常細胞よりもず
っと急であった。キニジン毒性はAPD回復曲線の勾配
と関連することが結論づけられた。
The initial slope of the APD recovery curve of quinidine-excited cells was, at least in magnitude, much steeper than that of normal cells. It was concluded that quinidine toxicity was associated with the slope of the APD recovery curve.

【0058】実験8 実験はAPD回復曲線及びAPA曲線の勾配をキニジン
中毒と比較した。キニジンを8匹の犬に5時間にわたり
投与した(90−100mg/kg)。3匹の未処理犬をコ
ントロールとして役立てた。処理及び未処理犬からの心
室及びプルキンジェ細胞を次いで900から600m se
cのサイクルで電気刺に付した。600m secへのサイク
ル長の短縮は、電気的交互拍動及び分岐を含む、APD
及びAPAの不規則動力学(dynamics)となった。AP
D回復曲線の勾配を計算し、プルキンジェ線維及び心室
筋肉細胞に対するキニジン−興奮細胞において、キニジ
ン流出の間又は正常未処置細胞における勾配より急であ
ることが判った。曲線はここに与えられた指数方程式に
よって一致した。APA変化は、ほとんど常にAPD変
化と相互に関係した。3つの正常組織調製品において、
心室筋肉細胞もプルキンジェ細胞もAPD又はAAに関
し分岐反応を示さなかった。キニジン毒性、そしておそ
らく他の薬物誘引前不整脈効果はAPD回復曲線及びA
PA曲線の勾配とそれぞれ相関関係があると結論づけら
れた。
Experiment 8 The experiment compared the slopes of the APD recovery curve and the APA curve with quinidine poisoning. Quinidine was administered to 8 dogs over 5 hours (90-100 mg / kg). Three untreated dogs served as controls. Ventricular and Purkinje cells from treated and untreated dogs were then 900-600 mse
It was attached to an electric stick in the cycle of c. Cycle length reduction to 600 msec includes APD including electrical alternating beats and branches
And APA random dynamics. AP
The slope of the D-recovery curve was calculated and found to be steeper in quinidine-excitable cells to Purkinje fibers and ventricular muscle cells than during quinidine efflux or in normal untreated cells. The curves were fitted by the exponential equation given here. APA changes almost always correlated with APD changes. In three normal tissue preparations,
Neither ventricular muscle cells nor Purkinje cells showed a divergent response with respect to APD or AA. Quinidine toxicity, and possibly other pre-drug-induced arrhythmic effects, were determined by APD recovery curves and A
It was concluded that there is a correlation with the slope of the PA curve, respectively .

【0059】実験9 実験において、犬におけるキニジン誘引心室心悸高進及
びVFを活動電位持続時間(APD=action potential
duration)及び活動電位振幅(APA)データから生じ
たPPPsを用いて解析した。両PPPsは、禁止地帯及
び、カオスを暗示する鋭敏な初期条件依存性を示した。
APD又はAPAに基づくPPPsはキニジン毒性を検
出し評価するのに有用であると結論づけられた。
Experiment 9 In the experiment, quinidine-induced ventricular palpitations and VF in dogs were treated with action potential duration (APD = action potential).
duration) and action potential amplitude (APA) data generated PPPs. Both PPPs showed a forbidden zone and a sharp initial condition dependence implying chaos.
It was concluded that PPPs based on APD or APA are useful in detecting and assessing quinidine toxicity.

【0060】実験10 実験において、キニジン興奮犬のEKGsを周波数スペ
クトル、位相面図、ポアンカレ断面、リターンマップ
びリアプノフ指数により解析した。コントロール状態に
おいて及び治療用量で、PPPsは、均一に厚くサイク
ル−ツー−サイクル変化が正常生物学的「ノイズ」によ
ることを示すギャップを示さなかった。
Experiment 10 In the experiment, EKGs of quinidine-excited dogs were analyzed by frequency spectrum, phase diagram, Poincare section, return map and Lyapunov index. In control conditions and at therapeutic doses, PPPs were uniformly thick and showed no gaps indicating that cycle-to-cycle changes were due to normal biological "noise."

【0061】しかしキニジン用量が中間レベル(40−
50mg/kg)に増加すると、PPPsは、鋭敏な初期条
件依存性を示す不均一な厚さを示し、又、顕著な帯(境
界線又はギャップにより分けられた濃い黒ぬり部分)を
示した。これらの中間用量で、リアプノフ指数は陽性と
なり、ポアンカレ断面及びリターンマップは、非任意カ
オスを示した。より高い用量でPPPsはより複雑とな
った。VFを示した2匹の犬において(そして他ではな
い)、PPPにおいて最後の前細動化投与量で明らかな
変化、「漏斗」の発達、カオスの標準的機構があった。
全ての前細動化投与量で周波数スペクトルは、基本周波
数及び多調和でピークを伴い別個であった。カオス用量
は進行性キニジン中毒の間に起き、そしてPPPs並び
にPPPsに基づくグラフ及び数解析は周波数スペクト
ルよりもカオスのより良好な指標であると結論づけられ
た。
However, the quinidine dose was at an intermediate level (40-
50 mg / kg), the PPPs showed a non-uniform thickness showing a sharp initial condition dependence, and also marked bands (dark solid areas separated by boundaries or gaps). At these intermediate doses the Lyapunov index was positive and the Poincaré section and return map showed non-arbitrary chaos. Higher doses made PPPs more complex. In the two dogs that showed VF (and not the other), there was a clear change in the last prefibrillation dose in PPP, a "funnel" development, and a standard mechanism of chaos.
The frequency spectra for all prefibrillation doses were distinct with peaks at the fundamental frequency and polyharmonic. It was concluded that chaotic doses occur during progressive quinidine intoxication, and PPPs and PPPs-based graphical and numerical analyzes are better indicators of chaos than frequency spectra.

【0062】実験11 実験において、犬におけるキニジン中毒をAPA及びA
PDデータから生じるPPPsを用いて解析した。EK
G記録は1000から560m secの種々の伝動率(dri
ving rate)で行なった。1000から500m secへの
伝動率での増加は高次数周期性(周期3及び4)の進行
性出現を起こした。相固定は、2:1、5:3、3:2の
S:R比で全4つの調製品に周期的に繰り返される刺激
(S)応答(R)パターンで見られた。より速い伝動率
で、APA及びAPDにおいて非周期的変化がみられ
た。カオスを予覚する多くの中間段階がキニジン興奮繊
維に見られた。これらの結果は、さらに、キニジン中毒
及び中毒の前兆段階を検出する本発明の方法の有用性を
示す。
Experiment 11 In an experiment, quinidine poisoning in dogs was tested for APA and A
Analysis was performed using PPPs generated from PD data. EK
G records show various transmission rates (dri) from 1000 to 560 msec.
ving rate). The increase in transmission rate from 1000 to 500 msec caused a progressive appearance of high order periodicity (periods 3 and 4). Phase-locking was seen in the cyclically repeated stimulus (S) response (R) pattern for all four preparations with S: R ratios of 2: 1, 5: 3, 3: 2. At faster transmission rates, aperiodic changes were seen in APA and APD. Many intermediate steps that are predictive of chaos were found in quinidine excitable fibers. These results further demonstrate the utility of the method of the present invention for detecting quinidine poisoning and precursor stages of poisoning.

【0063】実験12 実験において、犬におけるキニジン毒性をAPA及びA
PDデータから生じたPPPsを用いて解析した。電気
刺激を2000から300m secへの種々の率で心臓組
織を動かすのに用いた。これらの刺激は、それぞれ10
8±36m sec及び12±9ミリボルトのAPD及びA
PAにおいて、安定した交互拍動(分枝)を起こした。
伝動率におけるより増加は不規則原動力を起こした。こ
の推移は種々の繰り返し刺激−応答比(相−固定)によ
り50連続鼓動にまで先行した。このような原動力は、
3つの非処理(コントロール)組織では誘引しなかっ
た。APD回復曲線は6つのコントロール線維よりも有
意に(P<0.05)きつい勾配を有した。刺激一応答
待ち時間は6−9m secで依然として一定にあった。不
規則原動力間のAPDsのPPPsはカオス理論と一致す
る鋭敏な初期条件依存性及び禁止地帯を示した。これら
の結果は、キニジン中毒及び中毒への前兆段階を検出す
る本発明の方法の有用性を示す。
Experiment 12 In an experiment, quinidine toxicity in dogs was tested for APA and A
Analysis was performed using PPPs generated from PD data. Electrical stimulation was used to move the heart tissue at various rates from 2000 to 300 msec. Each of these stimuli is 10
8 ± 36 msec and 12 ± 9 millivolt APD and A
Stable alternating beats (branches) occurred in PA.
The more increase in transmission rate caused the irregular driving force. This transition was preceded by 50 consecutive beats with various repeated stimulus-response ratios (phase-fixed). Such a driving force is
It was not attracted in the three untreated (control) tissues. The APD recovery curve had a significantly (P <0.05) steeper slope than the 6 control fibers. The stimulus-response time was 6-9 msec and remained constant. PPPs of APDs between random dynamics showed a sharp initial condition dependence and a forbidden zone consistent with chaos theory. These results demonstrate the utility of the method of the invention for detecting quinidine poisoning and precursors to poisoning.

【0064】実験13 実験は、サイン波、調節サイン波、四角波、のこぎり歯
の波、及び三角波を含むコンピューター模擬実験波形を
解析するためスペクトル解析、PPPs、ポアンカレ断
面、リアプノフ指数及び次元解析を用いた。検査員は任
意ノイズを1%、10%及び20%で波形に加えた。実
験はさらにVFが5つの異なる関与:キニジン中毒、キ
ニジン中毒に続く早すぎる電気刺激、冠閉塞、急性虚血
心筋層の再灌流及び全体的低体温により生じた麻酔させ
た犬からのEKGデータに同じ解析技術を用いた。予備
結果は、心室細動を受けた犬でのPPPs及びポアンカ
レ断面は、カオスと一致し、一方、スペクトル解析はカ
オスを示唆しないことを示した。検査員は、VFはカオ
ス電気生理学的機能として記載できるが解析の単一方法
はかかる機能を検出するには十分でないと一部結論づけ
た。
Experiment 13 The experiment used spectral analysis, PPPs, Poincare section, Lyapunov exponent and dimension analysis to analyze computer simulated experimental waveforms including sine wave, modulated sine wave, square wave, sawtooth wave, and triangular wave. I was there. The inspector added arbitrary noise to the waveform at 1%, 10% and 20%. The experiments further show that VF has five different implications: EKG data from anesthetized dogs caused by quinidine poisoning, quinidine poisoning followed by premature electrical stimulation, coronary occlusion, acute ischemic myocardial reperfusion and global hypothermia. The same analysis technique was used. Preliminary results showed that PPPs and Poincaré sections in dogs undergoing ventricular fibrillation were consistent with chaos, while spectral analysis did not suggest chaos. The investigators conclude, in part, that VF can be described as a chaotic electrophysiological function, but a single method of analysis is not sufficient to detect such function.

【0065】ここに引用した検査から導き出されうる一
つの結論は、本発明の特徴の各々の解析値は、本発明の
他の特徴の一又はそれ以上と組合せて強化されることで
ある。
One conclusion that can be drawn from the tests cited herein is that the analytical value of each of the features of the invention is enhanced in combination with one or more of the other features of the invention.

【0066】本発明の好ましい実施態様は、ここに記載
される本発明の特徴の組合せを含みうる。一つの好まし
い実施態様は、PPPの多面的解析(例えば、ディスプ
レーで視覚的に、ポアンカレ断面でグラフに、並びにリ
アプノフ指数及び相関次元で数字的に)、周波数スペク
トル解析並びにAPD回復曲線の数学的解析を含みう
る。
Preferred embodiments of the invention may include combinations of the inventive features described herein. One preferred embodiment is a multi-faceted analysis of PPP (eg, visually on the display, graphically in Poincaré section and numerically in Lyapunov exponent and correlation dimension), frequency spectrum analysis and mathematical analysis of APD recovery curves. Can be included.

【0067】他の実施態様 好ましい実施態様がここに
記載される一方、多くの変形が可能であり、それらは本
発明の概念及び範囲内にあり、それらの変形は、明細
書、図面及び請求の範囲の精読すれば、当業者に自明で
ある。
Other Embodiments While the preferred embodiment has been described herein, many variations are possible and are within the concept and scope of the invention, which variations are described in the specification, drawings and claims. It will be obvious to those skilled in the art if the range is read carefully.

【0068】又、本発明の実施態様が薬物毒性、心房細
動、虚血又は他の心臓条件、例えば外科手術又は外科手
術からの患者回復期間の連続的モニタリングのための手
段を含みうることはこの分野の当業者にとって明らかと
なろう。さらに本発明の実施態様は、主治医である医学
職員又は患者に検出される心臓条件を示すための手段を
含みうる。本発明の好ましい実施態様では、患者が(心
臓疾患が検出されると)医者と連絡し、又は処置のため
近くの病院に向かう手段を提供する。
It is also possible that embodiments of the present invention may include means for continuous monitoring of drug toxicity, atrial fibrillation, ischemia or other cardiac conditions such as surgery or patient recovery from surgery. It will be apparent to those skilled in the art. In addition, embodiments of the present invention may include means for indicating a detected cardiac condition to the attending medical personnel or patient. In a preferred embodiment of the invention, the patient is provided with a means of contacting a doctor (when a heart disease is detected) or going to a nearby hospital for treatment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 患者のモニター装置を示す図FIG. 1 is a diagram showing a patient monitor device.

【図2】 一連の試料EKG信号を示す図FIG. 2 is a diagram showing a series of sample EKG signals.

【図3】 図2の試料EKG信号に対する一連の対応P
PPを示す図
3 is a series of correspondences P to the sample EKG signal of FIG.
Diagram showing PP

【図4】 サンプルPPP及び対応ポアンカレ断面を示
す図
FIG. 4 is a view showing a cross section of a sample PPP and a corresponding Poincare.

【図5】 サンプルPPP及び対応経時ポアンカレ断面
を示す図
FIG. 5 is a view showing a cross section of a sample PPP and corresponding Poincare aging.

【図6】 EKG信号に高速フーリエ変換(FFT)を
実施することにより得られた一連の対応周波数領域変換
を示す図
FIG. 6 shows a series of corresponding frequency domain transforms obtained by performing a Fast Fourier Transform (FFT) on an EKG signal.

【図7】 改良された埋込型心臓除細動装置(AIC
D)を示す図
FIG. 7: Improved Implantable Cardiac Defibrillator (AIC)
Diagram showing D)

【図8】 この分野で活動電位として知られる、個々の
心臓筋肉細胞の刺激に対する信号応答を示す図
FIG. 8 shows the signal response to stimulation of individual cardiac muscle cells, known in the art as action potentials.

【符号の説明】 102・・・心電図(EKG)装置 103・・・プロセッサー 104・・・モニター 703・・・自動インプラント心臓除細動装置 704・・・プロセッサー 705・・・刺激装置[Explanation of symbols] 102 ... Electrocardiogram (EKG) device 103 ... Processor 104 ... Monitor 703 ... Automatic implant cardiac defibrillator 704 ... Processor 705 ... Stimulator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョージ・アレキサンダー・ダイアモン ド アメリカ合衆国90068カルフォルニア州、 ロサンジェルス、ワイルド・オーク・ド ライブ2408番 (72)発明者 スティーヴン・シェイド・カン アメリカ合衆国90064カルフォルニア州、 ロサンジェルス、マニング・アベニュー 2241番 (72)発明者 ティモティ・アラン・デントン アメリカ合衆国90048カルフォルニア州、 ロサンジェルス、ノルウィッチ・ドライ ブ513番 (72)発明者 スティーヴン・エヴァンズ アメリカ合衆国20022ニューヨーク州、 ニューヨーク、イースト・フィフティ・ セカンド・ストリート325番 (56)参考文献 特開 昭63−203133(JP,A) 特開 昭59−189831(JP,A) 特開 昭59−216282(JP,A) 特開 昭47−28778(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/04 - 5/0472 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor George Alexander Diamond 2408, Wild Oak Drive, Los Angeles, California 90068 United States 90068 (72) Inventor Stephen Shade Can United States 90064 Los Angeles, CA, USA Manning Avenue 2241 (72) Inventor Timoti Alan Denton United States 90048 California, Los Angeles, Norwich Drive 513 (72) Inventor Stephen Evans United States 20022 New York, New York, East Fifty Second Street No. 325 (56) Reference JP 63-203133 (JP, A) JP 59 189831 (JP, A) JP Akira 59-216282 (JP, A) JP Akira 47-28778 (JP, A) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) A61B 5/04 - 5 / 0472

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 心電図信号を受ける手段と、前記心電図
信号を処理して心電図信号の位相面図を決定する信号処
理手段と、前記位相面図を表示する表示手段とからな
り、前記位相面図が少くとも3つの変数の多次元図から
なることを特徴とする心電図信号解析装置。
1. A means for receiving an electrocardiogram signal, a signal processing means for processing the electrocardiogram signal to determine a phase diagram of the electrocardiogram signal, and a display means for displaying the phase diagram.
From the multidimensional diagram of at least three variables
An electrocardiogram signal analysis device characterized in that
【請求項2】 前記変数が、心電図信号の電圧、電流、
他の関連電磁気値若しくは一連の値及びそれらの導関数
から選ばれた少くとも3つの変数である請求項1に記載
の心電図信号解析装置。
2. The variables are voltage and current of an electrocardiogram signal,
Other relevant electromagnetic values or series of values and their derivatives
The electrocardiogram signal analyzer according to claim 1, wherein the variables are at least three variables selected from the above .
【請求項3】 前記変数が、前記心電図信号の電圧とそ
の導関数を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載
の心電図信号解析装置。
3. The variable is the voltage of the electrocardiogram signal and its
The electrocardiogram signal analysis device according to claim 1 or 2, comprising a derivative of
【請求項4】 前記導関数が心電図信号の電圧と、その
一次導関数及び二次導関数である請求項3に記載の心電
図信号解析装置。
4. The derivative is the voltage of the electrocardiogram signal,
The electrocardiogram signal analysis device according to claim 3 , wherein the electrocardiogram signal analysis device has a first derivative and a second derivative .
【請求項5】 心電図装置から心電図信号を受ける手段
と、前記前記心電図信号を処理する信号処理手段とから
なり、前記心電図信号が心臓疾患を指示するか否か決定
するため、前記信号処理手段が、次の複数の処理
ち、 (a)前記心電図信号の位相面図の多面的解析; (b)前記心電図信号のスペクトル解析、及び (c)前記心電図信号に応じて演算された活動電位持続時
回復曲線の解析を行う手段を含んでなることを特徴と
する心電図信号解析装置。
5. A means for receiving an electrocardiogram signal from an electrocardiogram device, the composed and the electrocardiogram signal signal processing means for processing, since the electrocardiogram signal to determine whether to instruct heart disease, said signal processing means , a plurality of the following, namely, (a) the multi analysis of phase plane view of the electrocardiogram signal; (b) spectral analysis of the ECG signal, and (c) action potential duration which is calculated in accordance with the electrocardiogram signal Time
An electrocardiogram signal analysis device comprising means for performing an inter- restoration curve analysis.
【請求項6】 前記信号処理手段がスペクトル解析を行
うため調和振幅比を計算する手段を備えてなる請求項5
に記載の心電図信号解析装置。
Wherein said signal processing means comprising comprises means for calculating a harmonic amplitude ratio for performing the spectrum analysis according to claim 5
The electrocardiographic signal analysis device according to 1.
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