JP4830857B2 - 心電図波形表示装置、心電図波形処理プログラムおよび心電図波形表示方法 - Google Patents
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Description
22・・・ECG電極
12・・・ECG入力回路
17・・・基線変動抑制フィルタ
18・・・過剰基線変動抑制フィルタ
1.心電図表示処理の概略
2.装置構成
3.装置機能の説明
4.第1実施形態
5.第2実施形態
6.実施形態による効果
7.第3実施形態
8.第4実施形態
9.その他の実施形態
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−1.心電図表示処理の概略−−
図3は、この発明の一実施形態による心電図モニタ装置100による心電図表示処理の概略を示すフローチャート(心電図波形処理プログラムのフローチャート)である。この心電図表示処理は、心電図波形の基線変動を抑制して表示するものである。これにより、装置のユーザは、例えばSTレベル(心電図波形成分の一つ)の変動の様子を容易に確認することができ、心疾患の補助的判断が容易になる。心電図モニタ装置100は、救急現場、救急車内、病院内、心電図解析の現場等で使用することができる。
2−1.機能ブロック
図1は、心電図モニタ装置100の機能ブロック図を示す。心電図波形信号は、飽和抑制手段50を介して、変換手段52に与えられる。変換手段52は、アナログ信号である心電図波形信号を、ディジタル波形データに変換する。飽和抑制手段50は、心電図波形信号が変換手段52の入力可能電圧を超える場合には、心電図波形信号の電圧を抑制して、変換手段52の飽和を回避する。
図4は、図2に示すECG入力回路12の一実施例としてのブロック図である。ECG入力回路12は、インスト(リセット)回路として当業者に周知の装置である。ECG入力回路12は、オペアンプ1001、オペアンプ1003、コンデンサ1005、抵抗1009、抵抗1007、スイッチ1011等を含む。具体的には、ECG入力回路は、ECG電極22を介して入力される心電圧信号(心電流信号)を所定倍に増幅するとともに、低周波成分を抑制してA/D変換器13に出力する。どの程度の抑制を行うかは、コンデンサ1005、抵抗1007によって決定される。これにより、心電流信号は、A/D変換器13が扱える電圧域(ダイナミックレンジ)に調整される。
この実施形態では、基線変動抑制フィルタ17を、DSP25によって実現している。図5に、基線変動抑制フィルタ17のシグナルフローを示す。なお、基線変動抑制フィルタ17は、ハードウエアロジック(ハードウエア論理回路)によって構成してもよい。
・ 信号通過帯域周波数:0.7Hz以上(±5%)
・ 遮断周波数:0.5Hz(−3dB)
・ 信号遅延時間:1200msec(ミリ秒)
図5に例示する基線変動抑制フィルタ17は、一般的なFIRフィルタであり、実施形態では、乗算器、加算器、単位遅延素子を約500〜1000ステップ備えることで上記基本特性を実現させる。基線変動抑制フィルタ17は、図5に示す構成に限らず、上記基本特性を実現可能なその他の構成、装置を採用してもよい。
この実施形態では、過剰基線変動抑制フィルタ17を、DSP25によって実現している。図6に、過剰基線変動抑制フィルタ18のシグナルフローを示す。なお、過剰基線変動抑制フィルタ18は、ハードウエアロジック(ハードウエア論理回路)によって構成してもよい。
・ 信号通過帯域周波数:2Hz以上(±5%)
・ 遮断周波数:1.45Hz(−3dB)
・ 信号遅延時間:400msec(ミリ秒)
図6に例示する基線変動抑制フィルタ18は、一般的なFIRフィルタであり、実施形態では、乗算器、加算器、単位遅延素子を約500〜1000ステップ備えることで上記基本特性を実現させる。実施形態では、過剰基線変動抑制フィルタ18の上記基本特性は、基線変動抑制フィルタ17に含まれる各要素の係数(変数)および/またはステップ数を変更することによって実現される。過剰基線変動抑制フィルタ18は、図6に示す構成に限らず、上記基本特性を実現可能なその他の構成、装置を採用してもよい。
図1に示す心電図モニタ装置100の各構成と、実施形態における各機能との対応は、例えば以下の内容を挙げることができる。
4−1.心電図波形処理プログラムのフローチャート
心電図モニタ装置100のCPU10が実行する心電図波形処理プログラム23のフローチャートを図面に基づいて説明する。図12、13は、第1実施形態による心電図波形処理プログラムのフローチャートである。
図15は、基線変動抑制データによって示される基線変動抑制波形と、過剰基線変動抑制データによって示される過剰基線変動抑制波形とを説明する図である。基線変動抑制波形1602は、区間1606において顕著な基線変動が生じており、装置のユーザによる心電図波形の形状、認識値の経時的変化等の確認が困難である。基線変動は、例えば被験者の体動によって生ずる。一方、過剰基線変動抑制波形1604は、基線変動抑制波形1602よりも高い周波数成分(例えば体動成分)が遮断されており、区間1606においても基線変動が抑制されている。例えば、図12、図13のプログラムフローチャートを実行することにより、CPU10は、区間1600については基線変動抑制波形1602を表示し、区間1606については過剰基線変動抑制波形1604を表示する。
図13のステップS560、S566の処理によれば、表示される心電図波形中に基線変動抑制波形に続けて過剰基線変動抑制波形が表示される箇所(逆も同様)が生ずる。両者は異なるフィルタ処理によって生成される波形であるから、基線変動抑制波形の終点(例えば認識点T波の後方100ミリ秒の位置)と、続けて表示される過剰基線変動抑制波形の始点(例えば認識点P波の前方100ミリ秒の位置)とが連続しないのが一般的である。実施形態では、波形の連続性を維持するために、任意に採用可能な以下に説明する処理を実行する。
・波形点1558=(波形点1511*0.75)+(波形点1502*0.25)
・波形点1560=(波形点1512*0.50)+(波形点1503*0.50)
・波形点1562=(波形点1513*0.25)+(波形点1504*0.75)
・波形点1564=(波形点1514*0)+(波形点1505*1.00)
以上の演算結果による波形点1556、1558、1560、1562、1564を例えば直線補間することによって、接合波形1554が表示される(点線は参考として接合前の波形を示す)。
5−1.プログラムフローチャート
図17、18は、第2実施形態による心電図表示処理プログラムのフローチャートである。第2実施形態においては、CPU10は、心電図波形データに基づいて基線変動抑制データを生成し、基線変動が顕著な部分に限定して過剰基線変動抑制データを生成する。この点、心電図測定の開始から終了までの心電図波形データについて、基線変動抑制データおよび過剰基線変動抑制データを生成する第1実施形態による処理と相違する。また、第1実施形態ではリアルタイムに表示を行ったが、第2実施形態では、一旦心電図波形データを記録し、これを読み出して認識、表示を行うようにしている。もちろん、第2実施形態においても、リアルタイム表示を行うことができる。
実施形態によれば、心電図モニタ装置100は、通常は基線変動抑制波形を表示するとともに、基線変動が過大な区間に関しては過剰基線変動抑制波形を画面表示する(図15、16参照)。装置のユーザは、連続性が保持され、かつ、波形の基線が安定した心電図波形を確認することができる。より詳しくは、心電図波形の視認性が向上し、かつ、心電図波形の特徴量のばらつきが低減するという効果がある。
第1、第2実施形態では、心電図波形の特徴点の波形値に基づいていずれのフィルタを使用するかを決定するようにしている。第3実施形態においては、フィルタリングした波形データ同士の比較値に基づいて、いずれのフィルタを選択するかを決定している。すなわち、第3実施形態では、フィルタリングした波形データ同士の比較値を、基線変動の大きさを示す特徴量として用いている。
上記実施形態では、4つの基線変動抑制フィルタ17a〜17dを切り換えて用いるようにしている。しかし、新生児の心電図波形など大きな原波形の変動が予想される場合には、さらにフィルタを増やしてもよい。たとえば、7つの基線変動フィルタ17a〜17gを用いて構成することができる。この実施形態では、第1の基線変動フィルタ17a〜第4の基線変動フィルタ17dは、第3実施形態と同じ遮断周波数のものを使用している。これに加えて、第5の基線変動フィルタ17e(低周波遮断周波数2.5Hz)、第6の基線変動フィルタ17f(低周波遮断周波数3.5Hz)、第7の基線変動フィルタ17g(低周波遮断周波数5.1Hz)の3つのフィルタを、DSP25に用意している。
実施形態では、「心電図波形補正表示物」として、心電図波形をディスプレイ15に表示する例を示した(図13ステップS560、S566、図18ステップS770、図16参照)。その他の実施形態として、実施形態で示した表示波形データ(基線変動抑制データ、および/または過剰基線変動抑制データを含む。)を、メモリカード、CD−ROM等の記録媒体へ出力したり、通信手段(LAN、イーサネット(登録商標)、電話回線、無線通信、インターネット、有線、赤外線通信、携帯電話、Bluetooth、PHS等)に対して出力、あるいは、可搬性媒体を介した2つの装置間でのファイルコピーを目的とした出力(例えば、PCMCIAメモリーカードへの書き込み等)、あるいは、同データによって示される心電図波形のハードコピーとしての出力、ファクシミリによる出力等を採用してもよい。
Claims (25)
- 心電図波形を表示する心電図波形表示装置であって、
心電計によって計測された心電図波形信号をデジタルデータとした波形データを記録する波形データ記録部と、
記録部に記録された波形データに対して低周波遮断処理を行い、第1〜nの補正波形データを得る第1〜nのフィルタ手段であって、それぞれ遮断周波数が異なる第1〜nのフィルタ手段と、
前記波形データまたは前記第1〜nの補正波形データの少なくとも何れかについて基線変動の大きさを単位区間ごとに認識し、当該単位区間ごとに基線変動の大きさに基づいて第1〜nのフィルタの何れかを選択する選択手段と、
単位区間ごとに選択手段によって選択されたフィルタの出力を表示部に表示させる表示制御手段と、
を備えた心電図波形表示装置。 - コンピュータを心電図波形表示装置として機能させるための心電図波形処理プログラムであって、
心電計によって計測された心電図波形信号をデジタルデータとした波形データに対して低周波遮断処理を行い、第1〜nの補正波形データを得る第1〜nのフィルタ手段であって、それぞれ遮断周波数が異なる第1〜nのフィルタ手段と、
前記波形データまたは前記第1〜nの補正波形データの少なくとも何れかについて基線変動の大きさを単位区間ごとに認識し、当該単位区間ごとに基線変動の大きさに基づいて第1〜nのフィルタの何れかを選択する選択手段と、
単位区間ごとに選択手段によって選択されたフィルタの出力を表示部において表示させる表示制御手段と、
をコンピュータによって実現するための心電図波形処理プログラム。 - 請求項1の心電図波形表示装置または請求項2の心電図波形処理プログラムにおいて、
前記表示制御手段は、選択手段によって選択されたフィルタの出力の表示に対応付けて、前記波形データまたは前記第1〜nの補正波形データのうちの最も遮断周波数の小さいフィルタの出力を同時に表示させることを特徴とするもの。 - 請求項1〜3のいずれかの心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記選択手段は、各単位区間における波形データまたは補正波形データの特徴量を算出することにより基線変動の大きさを認識することを特徴とするもの。 - 請求項4の心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記選択手段は、少なくともP波、Q波、R波、S波、ST部、T波のいずれかに関する波形値を特徴量として用いることを特徴とするもの。 - 請求項5の心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記選択手段は、Pb点の波形値またはQb点の波形値を特徴量として用いることを特徴とするもの。 - 請求項5または6の心電図表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記選択手段は、前記波形値と基準値との差が大きいほど遮断周波数の高いフィルタ手段を選択することを特徴とするもの。 - 請求項5〜7のいずれかの心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記第1の遮断周波数は、JIST1304に示される心電図監視装置としての機能を果たすための低域遮断周波数であることを特徴とするもの。 - 請求項1〜8のいずれかの心電図波形表示装置において、
第1の遮断周波数を有する第1のフィルタ手段および第1の遮断周波数より高い周波数の第2の遮断周波数を有する第2のフィルタ手段が設けられており、
選択手段は、第1のフィルタ手段または第2のフィルタ手段の何れかを選択することを特徴とするもの。 - 請求項4の心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記第1〜nのフィルタは、第1のフィルタ、第2のフィルタ・・・第nのフィルタの順に遮断周波数が高くなっており、
前記選択手段は、前記特徴量として、第1〜第nの補正波形データ間の各単位区間における差の絶対値の平均を算出し、当該差平均に基づいてフィルタを選択することを特徴とするもの。 - 請求項10の心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記表示制御手段は、選択手段によって選択されたフィルタの出力の表示に対応付けて、前記波形データまたは前記第1〜nの補正波形データのうちの最も遮断周波数の小さいフィルタの出力を同時に表示させることを特徴とするもの。 - 請求項10または11の心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記選択手段は、第nの補正波形データと第1〜第n−1の補正波形データとの差の絶対値の各単位区間における第1〜第n−1の平均値を算出し、第1〜第n−1の平均値のうち所定の基準値以下のもののなかで、最も小さな遮断周波数を有するフィルタを選択することを特徴とするもの。 - 請求項12の心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記選択手段は、第1〜第n−1の平均値のうち所定の基準値以下のものがない場合には、第nのフィルタを選択することを特徴とするもの。 - 請求項10〜13のいずれかの心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記選択手段は、前記差平均とともに、P波、Q波、R波、S波、ST部、T波のいずれかに関する波形値も併せて選択基準として、フィルタの選択を行うことを特徴とするもの。 - 請求項10〜14のいずれかの心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
第1〜第4の遮断周波数をそれぞれ有する、第1〜第4のフィルタが設けられていることを特徴とするもの。 - 請求項15の心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記第1の遮断周波数は、JIST1202の心電計に必要な低域遮断周波数であり、
前記第2の遮断周波数は、JIST1304の心電図監視装置に必要な低域遮断周波数であることを特徴とするもの。 - 請求項16の心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記表示制御手段は、少なくとも、第1の遮断周波数による第1の補正波形データ、第2の遮断周波数による第2の補正波形データと、第3の遮断周波数による第3の補正波形データ、第4の遮断周波数による第4の補正波形データとを区別可能に表示するよう制御することを特徴とするもの。 - 請求項15〜17のいずれかの心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
さらに、第5〜第7の遮断周波数をそれぞれ有する、第5〜第7のフィルタが設けられていることを特徴とするもの。 - 請求項1〜18のいずれかの心電図表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記表示制御手段は、表示波形に対応付けて、第1の補正波形データ〜第nの補正波形データのいずれであるか、または、第1の補正波形データ〜第nの補正波形データをグループ分けしたいずれのグループに属するかを確認可能なように表示するよう制御することを特徴とするもの。 - 請求項19の心電図表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記表示制御手段は、表示波形の単位区間ごとに、表示波形の近傍に、JIS規格の範囲を越えて基線変動が過剰に抑制された補正波形データであるか否かを区別するためのバーを表示するよう制御することを特徴とするもの。 - 請求項4〜20のいずれかの心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
各単位区間における波形データまたは補正波形データの診断補助用の特徴量を算出する診断補助用特徴量算出手段をさらに備え、
前記表示制御手段は、前記診断補助用特徴量を、表示するよう制御することを特徴とするもの。 - 請求項21の心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記表示制御手段は、選択手段によって選択されたフィルタの補正波形データに基づく診断補助用特徴量を表示するよう制御し、さらに、当該診断補助用特徴量が、JIS規格の範囲を越えて基線変動が過剰に抑制された補正波形データに基づくものであるか否かを区別するための表示を行うよう制御することを特徴とするもの。 - 請求項1〜22のいずれかの心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記単位区間は、一心拍であることを特徴とするもの。 - 請求項23の心電図波形表示装置または心電図波形処理プログラムにおいて、
前記表示制御手段は、先行する心拍区間のために選択された先行補正波形データとこれに後続する心拍区間のために選択された後続補正波形データとが異なるため、表示される補正波形データの連続性が失われる場合には、
先行補正波形データのT波の終端部より後の後端部波形データと、後続補正波形データの先行する心拍区間における対応する後端部波形データとに基づいて、補正波形データを連続的に表示できるよう修正することを特徴とするもの。 - コンピュータによって心電図波形を表示する心電図波形表示方法であって、
心電計によって計測された心電図波形信号をデジタルデータに変換して波形データを生成し、
前記波形データに対して第1〜nの遮断周波数にて低周波遮断を行って、第1〜nの補正波形データを得る第1〜nのフィルタリング処理を行い、
前記波形データまたは前記第1〜nの補正波形データの何れかについて、その基線変動を示す特徴量を各所定区間について認識し、
当該特徴量に基づいて第1〜nのフィルタの何れかを選択し、所定区間ごとに選択手段によって選択されたフィルタの出力を表示部に表示すること
を特徴とする心電図波形表示方法。
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