JP3578766B2 - 心臓監視診断システム - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、心臓モニターに関し、特にリアルタイム・ベースで同時に不整脈の監視とECG分析をするためのシステムに関する。
従来のECGの多数のリードを取得して分析するための心電計は公知である。例えば、米国ウィスコンシン州ミルウォーキーのマーキット・エレクトロニクス（Marquette Electronics）社製の心電計は、12SL ECG分析プログラムと呼ばれる12リード・ソフトウエア・プログラムを含む。
８つのリード（Ｉ、II、VI〜V6）は直接得られ、残りの４つ（III、aVR、aVLおよびaVF）は、アイントーヴェン（Einthoven）法則を用いて得られる。ECGの各リードは、異なる角度からの心臓の図と考えることができる。前記プログラムはまた、電子式の人工的ペース作り、心房粗動、異所性心房律動（ectopic atrial rhythm）、洞性律動（sinus rhythm）、接合面律動（junction rhythm）および心房細動（atrial fibrillation）の如き主なカテゴリから優勢な律動の根源を決定する。更に、このプログラムは、ヴォルフパーキンソン−ホワイト心房肥大（Wollfparkinson−White atrial hypertrophy）、QRS異常、ST異常−QRS関連、ST隆起異常、ST陥凹異常、およびＴ波異常に対する周知の基準を用いてQRS波形の輪郭を分析する。これらは、医師が律動異常、伝導異常、肥大、梗塞および極性回復の存在を決定することを可能にする。この従来技術のプログラムは、非リアルタイムな分析即ち遅延分析のためのECGデータを取得する。
心臓の不整脈あるいは拍動不整を分析するための心臓モニターもまた周知である。１つのこのようなシステムは、米国ウィスコンシン州ミルウォーキーのマーキット・エレクトロニクス社が販売するEK−Pro不整脈分析アルゴリズムである。このシステムは、４つのECGリード（Ｉ、II、IIIおよびVI）を分析して、心室不全収縮、心室細動、心室頻脈、VT3〜５、Ｒ−on−Ｔ、心室徐脈、クープレ（couplet）、２段脈、亢進性心室律動、休息期、３段脈、早発性心室棘波群（premature ventricular complexes）、ST偏位、頻脈、徐脈および不整拍動などの諸状態の発生を決定する。
不整脈モニターは、一般に、不整脈の発生を表示してリアルタイム・ベースで不整脈を分類することはできるが、その原因は示さない律動検出システムである。一方、ECGリード・アナライザは、心筋層全体の状態を決定することができる。現在の慣例は、不整脈の発生と同時に警報をトリガーするため不整脈モニターを使用する。そこで患者は、その病因を決定するために心電計に接続されることになる。しかし、急性梗塞の発生などのある状況では、心筋層が破壊される以前に虚血により心筋層のある領域が危険に曝される時、患者は梗塞の初期段階に最も高い危険状態にある。この状態は、患者の心臓が既に酸素を含む血液の欠乏を蒙っている時に高い心室不整脈の可能性に直結する。しかし、このような虚血の症状の発現は、心室の不整脈の発生前には不整脈モニターで検出されることがない。
発明の概要
本発明の目的は、心臓の監視およびECG分析のための新規な改善されたシステムの提供にある。
本発明の別の目的は、不整脈の発生の検出とその原因の表示を同時に行うためのシステムの提供にある。
本発明の他の目的は、リアルタイム・ベースでECG分析および不整脈の検出をするためのシステムの提供にある。
一般に、本発明は、患者の身体上の予め定めた場所に接続されたリード線を介して複数のアナログ心臓信号を取得して、この心臓信号を複数の標準化されたECGリード信号へ変換する手段と、第１のグループのECG信号を分析して律動の異常の存在を決定する第１の分析手段と、伝導、梗塞、肥大および極性回復異常に対する全てのECGリード信号の輪郭を分析する第２の分析手段と、第１のグループのECG信号と複数のECG信号の同時の分析のため第１および第２の分析手段を同時に付勢することにより、律動異常の発生およびあり得る原因をリアルタイム・ベースで同時に決定することができる手段とを含む心臓監視システムを構成する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の望ましい実施例による心臓監視および診断システムを略図的に示し、
図２は、図１に示されたシステムの不整脈アナライザを略図的に示し、
図３は、図１に示されたシステムのECG波輪郭アナライザを略図的に示している。
望ましい実施例の詳細な説明
図１は、本発明による心臓モニターおよび12リード分析システムを略図的に示している。このシステムは、10本のリード線RA、LA、LL、RL、V1、V2、V3、V4、V5およびV6により患者に接続される従来のデータ取得モジュール12を含む。取得モジュール12は、患者の呼吸および筋肉の人為行動を除去するための従来の共通モード除去フィルタを含む。前記取得モジュールはまた、アナログ・リード信号をディジタル信号へ変換し、患者のリードから直接得られるECGリードＩ、II、V1、V2、V3、V4、V5およびV6と、誘導されるリードIII、aVR、aVFおよびaVLを生成する。12のディジタル化ECG信号は、12リード・アナライザ14とディスプレイ16とに与えられ、リードＩ、II、IIIおよびV1は不整脈アナライザ18へ与えられる。12リード・アナライザ14および不整脈アナライザ18からの出力はディスプレイ16へ与えられ、このディスプレイはまた印刷レポートも与え、不整脈アナライザ18に対する警報を含む。12リード・アナライザは望ましい実施例において用いられるが、当業者は、更に多い数あるいは少ない数のリードに対する分析プログラムでも本発明から逸脱することなく用いることができることを理解しよう。
リード・アナライザ14および不整脈モニターは、中央処理装置19のRAM/ROMにおけるソフトウエアとして存在する。不整脈ソフトウエアは、例えば、EK−PRO不整脈分析アルゴリズムでよく、12リード・ソフトウエアは、12SL ECG分析プログラムでよく、これらは共に米国ウィスコンシン州ミルウォーキーのマーキット・エレクトロニクス社の製品である。中央処理装置19はまた、オペレータが不整脈アナライザ18と12リード・アナライザ14とを選択的にあるいは同時に操作することを可能にする制御モジュール20を含んでいる。この制御モジュール20はまた、不整脈モニター18からの不整脈呼出し信号即ち警告信号の受取りと同時に12リード・アナライザ14を付勢するようにプログラムすることができる。
不整脈アナライザ（不整脈モニター）18は、高周波ノイズ阻止モジュール23と、低周波ノイズ阻止モジュール21と、QRS検出モジュール22と、QRS相関モジュール24と、調停モジュール26とを含むように図２に示される。高周波ノイズ阻止モジュール20および低周波ノイズ阻止モジュール21は、それぞれ高周波および低周波のノイズに対して各リードを評価し、存在する場合には、これ以上処理されないようにリードを消勢する。QRS検出モジュール22は、生理学的帯域内に含まれ、有効なECG信号と認識される信号を検出する。QRS相関モジュール24は、ECGデータ・ストリームを、ビート形状と共に徐々に変更されるように増分的に更新されるアクティブなテンプレート・リストを通過させる。
調停モジュール26は、QRS相関モジュール24により認識されたビートと、QRS検出モジュール22により決定される既存のテンプレートのどれとも一致しないビートとを処理し、新たなテンプレートを作成してアクティブなテンプレートの最も役立たないものに代えるかどうかが決定される。これらのテンプレートは、最低周波数と一致しているか、あるいは最近一致していない即ち人工的である可能性があるとして分類される。
分類モジュール28は、ビートに関連するテンプレート情報を受取り、全ての特徴と一時的な測定値とを考慮し、その特定のビートによって表わされるものに関する判断に到達する。これは即ち、正常なQRS、心房の人工的にペースを与えられた正常なQRS、早発上室性QRS、心室の人工的にペースを与えられたQRS、心室の早発性QRS、Ｔ波、Ｐ波、心室の人工的にペースを与えるスパイク、心房の人工的にペースを与えるスパイク、または人為的行為である。個々のビート特性を決定するため行われる測定は、Ｒ振幅、Ｓ振幅、QRS極性、Ｔ波極性、STセグメント、ノイズ・レベル、PR間隔、Ｐ波の存在、QT間隔、QRS持続時間、RR間隔、RR間隔の変動、ペースメーカー信号、および心臓ベクトルの回転（rotation）である。
不整脈呼出し論理モジュール32は、不整脈呼出しを生じる周知の基準を用いる。これらは、使用可能ECGデータの持続時間、心拍数、QRS棘波群間の時間、極性回復期間内の心室棘波群の発生、非心室ビートの前後の２つ以上の心室ビートの発生、予め定めた強さのST偏位、Ｒ−to−Ｒ間隔、およびQRS棘波群とペースメーカのスパイクとの間の間隔を含む。この情報により、不整脈呼出し論理モジュール32は、下記の１つが生じたかどうかを判定することができる。即ち、人為的行為、心室不全収縮、心室細動、心室頻脈、VT3〜５、Ｒ−on−Ｔ、心室徐脈、クープレ、２段脈、亢進性心室律動、休息期、３段脈、隔離早発性心室棘波群、ST偏位、頻脈、徐脈、不整心拍、あるいは電子ペースメーカ不検出、である。不整脈呼出しが指示されるならば、適当な警告信号がディスプレイ16と制御モジュール20に対して与えられる。
アナライザ14の12リード分析セクション40が、ECGリードＩ、II、III、V1〜V6、aVF、aVRおよびaVLを受取る。最初は、リード選択セクションが、各リードに対するテンプレートを形成する。この時点から、QRSセレクタが同じ形状を探す。もし一致が見出されるならば、プログラムは、これを別のQRS検出として分類する。更に、プログラムは、最適な整合を求めて波形を次々にスライドさせる。取得モジュールにおけるフィルタの出力が予め選択された値を越えるが一致が生じなければ、異なるビートのタイプが検出されたと仮定され、追加のテンプレートの組が更なる一致テストに対して作られる。このように、ビートセレクタ42が、フィルタとテンプレートー致手法を用いてECGレコードにおいて生じるQRS棘波群を形状により検出すると共に分類する。QRS検出器はまた、１つのビート・タイプの各ビートを整合し最大の相関と調時するため使用することができるECGレコードにおける各点を定義する。
次に、プログラムは、どのビートのタイプが形態学的測定のために使用されるかを決定する。このプログラムは、どのビートが伝導システムにおける最高の原点レベルを持つかを決定するために、RR間隔と、任意のペースメーカのスパイクの位置とを用いる。早発性ビートを伴う正弦波状の律動の場合におけるように同じQRS形状を細分割することさえできる。この選択は、ビートのタイプ当たりのビート数に依存するのではなく、分析に対して最も情報を含むビートのタイプが求められているものであり、３つ以上の棘波群（コンプレックス）を有する任意のビート・タイプにその資格がある。コンピュータが正常な伝導に関する情報を最も含むと見做すビートのタイプは、しばしば一次ビートと呼ばれる。
一次ビートが選定された後、その関連するビートがそれぞれ、各リードに対する典型的な棘波群を生成する際に用いられる。これは、QRS検出器により生成されるサンプル時間を用いて行われる。これらの時間は、QRSの発生を示すのみならず、特定のビート・タイプに対するQRSが最適に一致する時をも示す。整合されたビートのグループからの中央値（メジアン）電圧により典型的な棘波群が生成される、即ち、この棘波群は各サンプル時間において重なったビートの中間電圧を取ることにより形成される。
一次サイクルに対するメジアンが12のリードの各々に対して確立された後、各棘波群の波動が識別される。これは、各リード毎に個々に行われる。プログラムは、信号が各棘波群内の基線と交差する点を見出す。この交差点が予め定めた値より大きい領域を持つ波動を定義するならば、この波動は有意的であると見做される。この領域がこの値より小さければ、プログラムは、この波動が有意的ではないと見做し、別個の波としてラベル付けしない。この測定マトリックスは、QRSオンセットに関する振幅を含み、Ｐ、P'、Ｑ、ＲおよびＳ波の振幅と持続時間、Ｔ波の振幅、PRおよびQT間隔、QRSの持続時間、およびSTJ、STMおよびSTEの振幅を含む全ての個々の波動の持続時間を含む。
次に、プログラムは、解釈を行う際にこれらの測定結果を用いる。これは、律動の分析と形態学的解釈とを含む。律動の分析は、最初にサンプルにおける優勢な律動の根源を決定し、電子的な心房の律動ペース、心房の粗動、異所性心房律動、洞性律動、接合面律動、および心房細動からなる主なカテゴリから選定する。
形態学的解釈は、ウォルフ−パーキンソン−ホワイトの心房肥大、低電圧QRSの如きQRS異常、肺動脈疾病パターン、QRS軸、伝導異常、心室肥大、梗塞、心室肥大によるST＋Ｔ異常、デーティング（dating）梗塞、心外膜損傷、心膜炎、早期極性回復、非特異性ST隆起、心内膜下損傷、非特異性ST陥凹、ヂギタリス効果、接合面ST陥凹、虚血、QRS−Ｔ角度、およびQT間隔の存在を決定する。
12リード分析システム14は、不整脈アナライザ18とは独立的に動作可能であり、あるいは同じECG信号を分析するための不整脈アナライザ18と共にリアルタイム・ベースで動作可能であり、あるいはその動作は、不整脈呼出し論理モジュール32からの不整脈警告信号によって自動的にトリガーすることができる。
不整脈アナライザ18は、不整脈の発生を表示し不整脈を分類するが、その原因を示すものではない。他方で、12リード・アナライザ14は、心筋層全体の状態を決定することができる。この２つが同じECG信号を同時に分析するためリアルタイム・ベースで共同させられるならば、不整脈モニター18により検出された不整脈の原因を決定することが可能である。例えば、虚血の如き症状の発現は心筋層が破壊される前の早期段階で検出することができる。
また、12ECGリードの各々が異なる軸に沿った心臓の図であるので、梗塞の場所は特定のリードにおける波形異常によって表示される。例えば、中隔心筋梗塞は、リードV1とV2で示され、前方心筋梗塞はリードV2、V3、V4で示され、側方心筋梗塞はＩ、V5、V6及びaVLで示され、下方心筋梗塞はリードII、IIIおよびaVPにST隆起を生じる。12リード分析および不整脈の同時検出および分類により、心臓病専門医は不整脈の発生を検出できるばかりでなく、両システムが同時に動作して同じECGリード・データをリアルタイム・ベースで分析する故に、その原因を同時に決定することもできる。
本発明の唯一つの実施例を示して記述したが、これに限定する意図はなく、請求の範囲のみにより限定されることを意図する。

Claims (5)

1. （ａ）複数のアナログ心臓信号を取得する手段と、
   （ｂ）前記心臓信号を複数の標準のデジタル化ECGリード信号へ変換する手段（12）と、
   （ｃ）前記ECG信号の第１のグループを分析して律動異常の存在を決定する第１の手段（14）と、
   （ｄ）前記第１の手段（14）と同時に動作可能であり、輪郭異常について前記ECG信号の第１のグループを含む前記ECGリード信号の全ての輪郭を分析する第２の手段（18）と、
   （ｅ）前記ECG信号の第１のグループと、前記ECG信号の全ての同時の分析のため、前記第１および第２の手段（14、18）を付勢する手段（20）と、
   からなる心臓監視システム。
2. 前記第１および第２の手段（14、18）が、リアルタイム・ベースで前記ECG信号を同時に分析するように動作する請求の範囲第１項記載の心臓監視システム。
3. 前記ECGリード信号が12の標準化信号を含む請求の範囲第２項記載の心臓監視システム。
4. 前記第１の手段（14）が、12のECGリード信号を分析するよう動作する請求の範囲第３項記載の心臓監視システム。
5. 前記第２の手段（18）が、伝導、梗塞、肥大および極性回復を含む異常について、輪郭異常を分析するよう動作する請求の範囲第１項記載の心臓監視システム。

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