JP4955153B2

JP4955153B2 - 生体情報処理装置及び処理方法

Info

Publication number: JP4955153B2
Application number: JP2001086068A
Authority: JP
Inventors: 貴山来; 睦雄金子
Original assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Current assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2021-03-23
Also published as: JP2002282230A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生体情報処理装置及び処理方法に関し、特に少ない電極を用いて収集した心電図情報から標準１２誘導波形を合成可能な生体情報処理装置及び処理方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、心電図は心臓疾患等の診療に広く用いられている。一般に病院等で記録する心電図は標準１２誘導波形と呼ばれる１２種類の誘導波形から構成され、被験者が安静な状態で両手首、足首、胸部に電極を装着して短時間記録される。一方、発作的な不整脈などは短時間での記録期間中に発見される確率が低いため、ホルタ心電計のような携帯可能な心電計を被験者に装着して、例えば２４時間といった長時間の連続記録を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のホルタ心電計においては、被験者が通常通りの生活を行いながら２４時間等の長時間記録を行うため、標準１２誘導波形を記録するために必要な電極を用いることができず、せいぜい３チャンネル（３つの誘導波形）を同時記録するにとどまっている。しかも、記録された誘導波形は標準１２誘導波形に含まれる波形とは異なっており、ホルタ心電計で記録した誘導波形から適切な診断を行うにはそのための知識を身につける必要があった。
【０００５】
そのため、ホルタ心電計で記録した心電情報から通常の標準１２誘導波形と同等の波形を生成することが提案されている。例えば、日本心電学会誌「心電図」Volume 20, Number 1, 2000、２０〜２６ページ、「３チャンネルディジタルホルター心電計から出力した合成１２誘導心電図の虚血性ＳＴ偏位に関する検討」には、従来用いられている３チャンネルディジタルホルタ心電計の記録部（本体）と電極との間にＦｒａｎｋ誘導ボックス（Ｆｒａｎｋの抵抗網）を取り付けてＦｒａｎｋのＸＹＺ誘導波形に相当する心電情報を記録し、記録した心電情報から、標準１２誘導波形に相当する合成誘導心電図を生成した例が記載されている。
【０００６】
しかし、ＦｒａｎｋのＸＹＺ誘導波形から標準１２誘導波形に相当する波形を合成する場合、ある１つのモデル体型について、かつ人体が均一な伝導体である等の仮定の下で波形合成処理が行われるため、電極位置のずれや、被験者の個体差等が考慮されない。そのため、上述の文献においては、各合成波形について電極位置をずらした９つの波形を求め、実際に測定した標準１２誘導波形の対応する波形と比較し、９つの波形から最も似た波形を目視によって選択した上、手動計算によって振幅の補正を行い、最終的な合成１２誘導波形を決定していた。
【０００７】
このように、従来はホルタ心電計にＦｒａｎｋのＸＹＺ誘導波形を記録させるためのＦｒａｎｋ誘導ボックスを追加する必要があり、また、電極数も８となるため、被験者に心電計を装着する際に手間がかかる上、被験者の装着感も通常のホルタ心電計より良くない。さらに、合成した波形から最も良い波形を選択し、また波形整形する処理が手動で行われていたため、合成波形の生成処理が煩雑であった。
【０００９】
また、本発明の別の目的は、所定の誘導波形情報から、被験者の個人差や電極位置のずれを補正した標準１２誘導波形に相当する合成誘導心電波形を自動生成可能な生体情報処理装置及び方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、予め定めた３誘導波形及び、当該３誘導波形に対応する誘導ベクトルから、心起電力ベクトルのＸ、Ｙ、Ｚ成分波形を生成する心起電力ベクトル波形生成手段と、標準１２誘導波形に対応する予め決定された誘導ベクトルと、心起電力ベクトルのＸ、Ｙ、Ｚ成分波形を用いて、標準１２誘導波形の各々に対する複数の候補波形を合成する波形合成手段と、予め記憶した標準１２誘導波形の基準波形と、対応する複数の候補波形を用いて、複数の候補波形から、基準波形に最も近いと判断される候補波形を合成標準誘導波形として基準波形の各々について決定する決定手段とを有することを特徴とする生体情報処理装置に存する。
【００１２】
また、本発明の別の要旨は、生体情報処理装置が実行する生体情報処理方法であって、予め定めた３誘導波形及び、当該３誘導波形に対応する誘導ベクトルから、心起電力ベクトルのＸ、Ｙ、Ｚ成分波形を生成する心起電力ベクトル波形生成ステップと、標準１２誘導波形に対応する予め決定された誘導ベクトルと、心起電力ベクトルのＸ、Ｙ、Ｚ成分波形を用いて、標準１２誘導波形の各々に対する複数の候補波形を合成する波形合成ステップと、予め記憶した標準１２誘導波形の基準波形と、対応する複数の候補波形を用いて、複数の候補波形から、基準波形に最も近いと判断される候補波形を合成標準誘導波形として基準波形の各々について決定する決定ステップとを有することを特徴とする生体情報処理方法に存する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明をその好適な実施形態に基づき説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る生体情報収集装置の一例としてのホルタ心電計の構成及び電極接続を示す図である。
【００１４】
ホルタ心電計は本体１００とリード１５０とから構成され、使用時には本体１とリードとを接続する。本体１には電源スイッチ１１０、被験者名などの情報を入力するための情報入力スイッチ１０１、メニュー表示中に選択項目を移動させるための選択スイッチ１０２、各種メニューを表示させるメニュースイッチ１０３、心電波形表示や装置の内部設定情報等を表示する表示装置１０４、被験者が心電図記録中に異常を自覚した場合に押下するとその時刻を記録するイベントスイッチ１０５、リード２を接続するためのコネクタ１０６及び、外付けのイベントスイッチやモニタ装置などの外部機器を接続するためのコネクタ１０７が設けられている。
【００１５】
また、リード１５０は、被験者に装着する電極２１と、本体１００との接続を行うためのコネクタ２２を有している。本実施形態においてリード１５０は、例えば被験者に粘着材等で張り付けされたマグネローデに接続するための磁石を電極２１に設けたマグネリードである。また、本実施形態において、５つの電極２１は図１（ｃ）に示すように、それぞれ３チャンネル分のプラス（＋）電極と、各チャネル共通のマイナス（−）電極及び回路設置として用いられる接地電極から構成される。
【００１６】
図２は、図１に示したホルタ心電計の回路構成例を示すブロック図である。
図２において、１はＲＯＭ２に格納されている制御プログラムを実行してホルタ心電計全体の制御を司るＣＰＵ、２はＣＰＵ１が実行するプログラムや処理に必要なパラメータ等を記憶するＲＯＭ、３は各種処理経過等を一時的に記憶するＲＡＭ、４は被験者から収集した心電図情報等をディジタルデータの形式で記憶する記憶装置である。本実施形態において記憶装置４はフラッシュメモリ等の着脱可能な記録媒体を用いる。この記憶媒体を心電計本体から取り外して後述する生体情報処理装置にセットすることにより、生体情報処理装置は記憶媒体に記録された心電図情報等を読み出し、処理することができる。もちろん、記憶媒体を直接生体情報処理装置にセットする方法以外にも、収集装置ごと生体情報処理装置に接続する、ホルタ心電計と生体情報処理装置とに通信インタフェースを設け、この通信インタフェースを介してホルタ心電計から記録情報を生体情報処理装置に転送する等、任意の方法を用いることが可能であることは言うまでもない。
【００１７】
５は時刻を掲示するリアルタイムクロックである計時部、６は生体電極よりの検出心電図波形等を表示する表示部であり、本実施形態では液晶表示器ＬＣＤで構成している。７は各種の動作状況の設定等を行なうスイッチ回路である。本実施形態においては、スイッチ回路７のスイッチ設定状態はＣＰＵ１の入力ポートに接続されており、ＣＰＵ１はこの入力ポートを読み込むことによりいつでもスイッチ回路７の設定状態を認識することができる。
【００１８】
また、１０は生体よりのアナログ検出情報を対応するディジタル情報に変換するアナログ−ディジタル変換部（Ａ／Ｄ変換部）、１１は生体の移動情報（生体の姿勢情報等）を検出する加速度データ検出部、１２は心電図情報を収集する心電図電極であり、第１〜第３チャンネルとで構成されている。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換部１０には、加速度データ検出部１１及び心電図電極１２とが常時接続可能である。更に、２０はオプションとして具えることが可能なシリアル通信制御部であり、このシリアル通信制御部２０には通信媒体を介して他の装置と直接データ通信を行なうことができる。例えば、図２に示すように、ＬＡＮ、公衆交換電話網やインターネット等の通信網３０に接続することも可能であり、通信網３０を介して他の通信装置４０に直接収集心電図情報を転送することも可能である。この場合においては、例えばあらかじめＲＯＭ２中に格納されている制御プログラムにしたがって通信を行なっても、あるいは、他の通信装置、例えば通信装置４０より転送され、実行を指示された通信制御でデータ転送を行なってもよい。
【００２０】
（心電情報の記録）
本装置を用いて心電図情報の収集に用いる場合、フラッシュメモリが記憶装置４に装着されていない場合には記憶装置４に装着する。そして、次に心電図電極１２を被験者の後述する胸部所定部位に装着する。そして装置を起動して心電図情報の収集を開始する。
【００２１】
Ａ／Ｄ変換部１０では、心電図電極１２よりの検出生体信号を所定レベルまで増幅した後、所定の周波数、ビット数でサンプリングしてデジタル信号に変換し、ＣＰＵ１はこのデジタル信号を計時部５の計時時刻情報とともにフラッシュメモリの所定領域に順次書き込んでいく。なお、ＣＰＵ１はこのデジタル心電図信号の信号レベルを例えば棒グラフの形でＬＣＤ表示部６より表示させる。これにより、心電図電極の装着状態の良否を被験者が判別可能となる。
【００２２】
このようにして連続してフラッシュメモリの記憶容量の許す限り心電図信号の検出及び記録動作を継続する。なお、フラッシュメモリの記憶容量がなくなった場合には、ここで測定を中止する様に動作しても、あるいは、再び最初に書き込んだところから上書きし、常に最新の所定時間分の心電図信号が記録されている状態となるように制御してもよい。
【００２３】
ここで、図３を用いて、本実施形態におけるホルタ心電計を用いる際の電極位置について説明する。
本発明においては、従来用いていたＦｒａｎｋの抵抗網を用いることなく収集した３チャンネルの誘導波形データからＸＹＺ誘導波形（心起電力ベクトルのＸ、Ｙ、Ｚ成分波形）を求めるため、収集する３チャンネルの誘導波形データは、それぞれＸＹＺ誘導波形を適当なバランスで含んでいることが好ましい。
【００２４】
そのため、本実施形態においては、Ｘ（水平横方向）誘導波形を比較的多く含むチャンネル１（ｃｈ１）、Ｙ（上下方向）誘導波形を比較的多く含むチャンネル２（ｃｈ２）、Ｚ（水平前後方向）誘導波形を比較的多く含むチャンネル３（ｃｈ３）を収集している。具体的には、図３に示すように、各チャネルのマイナス電極（不関電極）をＶ７Ｒ位置と共通にし、ｃｈ１のプラス電極はＶ５位置、ｃｈ２のプラス電極はＶ４位置から下ろした垂線と、被験者の臍から水平に伸ばした線の交点に、ｃｈ３のプラス電極はＶ１位置とした。ｃｈ２のプラス電極位置は、標準１２誘導における左足首（ＬＬ：LeftLeg）に相当する。また、接地電極Ｎの位置は任意の位置でよい。
【００２５】
このような電極配置により、各チャネルで収集される誘導は次のようになる。
チャンネル誘導名標準１２誘導波形との対応
ｃｈ１ｅＶ５Ｖ５波形に相当
ｃｈ２ｅＶＦａＶＦ波形に相当
ｃｈ３ｅＶ１Ｖ１波形に相当
このように、ｅＶ誘導を取得することにより、取得した波形が標準１２誘導とほぼ等しい波形となるため、取得波形のみを利用する場合であっても、従来のホルタ心電計での取得波形と異なり、標準１２誘導波形と同様の診断が可能である。取得した誘導波形から合成１２誘導波形を生成する処理については後述する。
【００２６】
（生体情報処理装置の構成）
次に、以上の様にして記録された心電情報を読み出して処理する生体情報処理装置の構成を図４を参照して説明する。図４は本実施形態にかかる生体情報処理装置の構成例を示すブロック図である。
【００２７】
図４において、１００は図１及び図２を用いて説明したホルタ心電計、２００はホルタ心電計１００の収集した心電情報を読み取って所定の解析処理等を行なう生体情報処理装置である。なお、生体情報処理装置２００は、心電情報以外の生体情報を処理する機能を有していてもよいが、説明の簡略化のために心電情報の処理部分の構成のみを抽出して図４に示している。
【００２８】
図４において、生体情報処理装置２００は、装置の全体制御を司り、不図示のＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭ等より構成される制御回路２１０、ホルタ心電計１００の記憶装置４によって記録された記録内容を読み出す読み取り回路２２０、読み取り回路２２０で読み取った心電情報（被験者の個人情報他、純粋な心電情報以外の情報を含んでも良い）に所定の処理を行ない、合成１２誘導波形の候補波形を生成したり、合成波形から被験者の個体差を考慮して最適と思われる波形を自動選択する心電情報処理回路２２１を有する。心電情報処理回路２２１は、最終的に生成された合成１２誘導波形の解析や必要な特徴波形部分の抽出など（例えばＳＴ波形の抽出など）を行ない、解析結果を制御回路２１０に出力する機能を有していても良い。
【００２９】
また、心電情報処理回路２２１が生成した合成誘導波形や、外部記憶装置２６０に記憶された過去の心電情報を表示装置２５０あるいは印刷装置２４０より出力するために、対応するイメージデータに復調（アナログ表示もしくは印刷可能な波形イメージに復調）して生体情報出力制御回路２３０に出力する心電図情報復調回路２２３を備える。
【００３０】
更に、制御回路２１０よりの指示に従って、心電情報復調回路２２３よりの心電波形と所定の情報を用いて所定の出力フォーマットにフォーマッテングし、指定出力装置（印刷装置２４０あるいは表示装置２５０）より出力させる生体情報出力制御回路２３０、処理した生体情報を印刷出力する印刷装置２４０、処理した生体情報や装置の操作ガイダンス等を表示出力する表示装置２５０、合成１２誘導波形の候補波形から適切な波形を自動選択する際にリファレンス波形として用いられる標準１２誘導波形データ等が記憶される外部記憶装置２６０を有している。
【００３１】
生体情報処理装置２００は、以上の構成を備え、ホルタ心電計１００により収集、記録された心電情報を、例えばホルタ心電計１００の記憶装置４が記録を行った着脱可能な記憶媒体を、当該記憶媒体の読み取りが可能な読み取り回路２２０により読み出す。もちろん、上述したように、ホルタ心電計と通信制御部（オプション）及び通信網を介して通信し、記録情報を読み取るようにしても、シリアルケーブル等によってホルタ心電計と生体情報処理装置とを直接接続して記録情報を読み取るようにしても良い。
【００３２】
そして、心電情報処理回路２２１が、読み取った心電情報から後述する方法で合成１２誘導波形の候補波形を生成し、予め記憶してあるリファレンス波形と各候補波形とを用いて、最適な波形を決定し、最終的な合成１２誘導波形を生成する。また、さらに合成１２誘導波形に対して特徴波形抽出等、周知の解析処理を行っても良い。
【００３３】
解析結果は制御回路２１０に出力され、制御回路２１０ではこの解析結果を必要に応じて印刷出力したり、表示出力する様に生体情報出力制御回路２３０及び心電情報復調回路２２３に指示する。なお、制御回路２１０は、必要に応じて心電情報処理回路２２１の解析結果を取り込み可能に構成されており、これらの処理結果を適時利用して種々の処理をすることができる。
【００３４】
また、印刷装置２４０及び表示装置２５０にのみ出力を行うだけでなく、例えば磁気ディスク装置や光磁気ディスク装置等から構成される外部記憶装置２６０に出力（記憶）したり、オプションの通信制御部を用い、通信網を介して通信可能に接続されたホルタ心電計（読み取り回路２２０で読み取った情報を記録したホルタ心電計でも、別のホルタ心電計でも、ホルタ心電計以外の機器であっても良い）に出力（転送）してもよい。
【００３５】
（波形合成処理）
次に、本実施形態において、生体情報処理装置２００が行う合成１２誘導波形の生成処理について説明する。以下の波形合成処理及び波形選択処理は制御回路２１０に含まれるＣＰＵが、やはり制御回路２１０に含まれるＲＯＭや、外部記憶装置２６０に記憶されているプログラムを実行し、生体情報処理装置内の必要なリソースを利用、制御することによって実現される。
【００３６】
Ｆｒａｎｋは、体表面上の心電信号電位（Ｅ）は、心起電力ベクトル（Ｈ）のＸＹＺ成分（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）と体表面上の点への誘導ベクトル（Ｊ）のＸＹＺ成分（Ｊｘ，Ｊｙ，Ｊｚ）との内積によって示されると仮定した。
すなわち、
Ｅ＝Ｈ・Ｊ＝ＨｘＪｘ＋ＨｙＪｙ＋ＨｚＪｚ（１）
であると仮定した。
【００３７】
そして、誘導ベクトル（Ｊ）を求めるために、心起電力ベクトル（Ｈ）を固定し、体表面上の電位（Ｅ）を投影したＸＹＺ空間をイメージサーフェス(Image Surface)と呼ぶ。このイメージサーフェスを利用して誘導ベクトルを求め、ＸＹＺ誘導波形と誘導ベクトルから標準１２誘導波形に相当する波形を合成可能であることは、Ｄｏｗｅｒによって証明されている。
【００３８】
本発明においては、イメージサーフェスを利用して任意の３誘導波形に対する誘導ベクトルを求めることにより、その３誘導波形からＸ，Ｙ，Ｚ誘導波形を生成可能であり、Ｘ，Ｙ，Ｚ誘導波形を用いて標準１２誘導波形に相当する波形を合成することを特徴とする。
【００３９】
そのため、上述したように、ホルタ心電計で取得する３誘導波形にはＸ，Ｙ，Ｚ誘導波形をそれぞれ他の誘導波形よりも多く含有する誘導波形を選択している。本実施形態において、各チャネルの誘導ベクトルは、 Frank.E : THE IMAGE SURFACE ON A HOMOGENEOUS TORSO, Am Heart J 47:757, 1954に基づいて、トルソ上の電極位置をイメージサーフェスに投影することによって求めた。具体的な値は以下の通りである。
チャンネル誘導名誘導ベクトル（Ｊｘ，Ｊｙ，Ｊｚ）
ｃｈ１ｅＶ５（１９５，−７，−１０）
ｃｈ２ｅＶＦ（５１，１１１，−２７）
ｃｈ３ｅＶ１（−１９，−４７，−９４）
【００４０】
この誘導ベクトルを式（１）に代入すると、
ｅＶ５＝１９５Ｈｘ −７Ｈｙー１０Ｈｚ（２）
ｅＶＦ＝５１Ｈｘ＋１１１Ｈｙ−２７Ｈｚ（３）
ｅＶ１＝ −１９Ｈｘ −４７Ｈｙ−９４Ｈｚ（４）
がそれぞれ得られるので、記録された各誘導波形のサンプルデータを各式に代入し、Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚを求めることによって、Ｘ，Ｙ，Ｚ誘導波形を求めることができる。
【００４１】
図５（ａ）〜（ｃ）に、記録されたｅＶ１、ｅＶ５、ｅＶＦ誘導波形の例を、図６（ａ）〜（ｃ）に図５の誘導波形を用いて求めたＸ，Ｙ，Ｚ誘導波形の例をそれぞれ示す。
【００４２】
次に、Ｘ，Ｙ，Ｚ誘導波形から標準１２誘導波形に相当する波形を合成する。Ｘ，Ｙ，Ｚ誘導波形から標準１２誘導に相当する波形を合成するには、各波形に対する誘導ベクトルを決定する必要がある。本実施形態においては、上述したｃｈ１〜ｃｈ３の誘導波形に対する誘導ベクトルと同様、Ｆｒａｎｋの論文に記載されたトルソモデル及びイメージサーフェスを用い、トルソモデルにおける標準１２誘導に用いる電極位置が対応するイメージサーフェス上の座標を求めた後、電極位置の座標から標準１２誘導波形についての誘導ベクトル（合成双極誘導ベクトル）を決定する。この際、ＣＴ(central terminal)の座標は、ＲＡ（右手）、ＬＡ（左手）及びＬＬ（左足）の座標を頂点とする三角形の重心座標とした。そして、合成双極誘導ベクトルの各ｘ，ｙ，ｚ成分とＸ，Ｙ，Ｚ誘導波形とを用いて、合成１２誘導波形を生成する。
【００４３】
上述したように、本発明においては、ある特定の体型等の仮定の下に決定された誘導ベクトルを用いて合成した誘導波形から、被験者の個体差や心電計で３誘導波形を収集した際の電極位置のずれを補正し、最も適切な合成波形を自動選択することを特徴とする。そのため、合成１２誘導波形を生成する際、各誘導波形毎に複数の候補波形を生成する。
【００４４】
候補波形の生成方法は任意でよいが、本実施形態においては、イメージサーフェス上で、仮想電極位置をずらしながら波形を収集する。電極位置のずらし方は任意に設定することができるが、本実施形態においては、図７に示すように、トルソモデル上の電極位置を、基準電極位置を中心（位置５）とした３ｃｍ間隔の方形電極位置１〜９（合計９カ所）に変化させ、各電極位置をイメージサーフェス上に投影した（イメージサーフェス上の座標に変換した）座標を用いて、各誘導波形に９つの候補波形を生成した。図８〜図１６に、電極位置１〜９毎の合成１２誘導波形を示す。なお、図８〜図１６においては、合成波形の元となる３誘導波形の同時刻から１０秒間分について読み込み、合成処理を行った場合を示している。３誘導波形相互の同期は、ホルタ心電計での記録時にＲＴＣ計時部５の時刻情報を合わせて記録しておき、生体情報処理装置で誘導波形データを読み込む際に、時刻情報を元にして読み込み開始データを統一することによって実現することができる。
【００４５】
（合成１２誘導波形の決定処理）
次に、合成１２誘導波形から、最適な波形を自動選択する処理について説明する。上述したように、イメージサーフェスは本来体型や年齢、性別等により、厳密には被験者毎に異なると考えられるが、合成１２誘導波形を生成過程では、Ｆｒａｎｋが特定のモデルについて求めたイメージサーフェスを用いているため、実際に測定した標準１２誘導波形とは異なる可能性がある。また、合成に用いる誘導ベクトルはある特定の座標を有する電極位置について計算されているため、３誘導波形の取得時に被験者に装着した電極位置が計算上の位置とずれた場合もまた誘導波形が変化する。
【００４６】
従って、本実施形態においては各合成１２誘導波形ごとに９通りの候補波形を合成し、それらの波形から最も適切な波形を選択することにより、３誘導波形の収集時における電極位置のずれや被験者の個体差を反映した合成１２誘導波形を決定する。
【００４７】
具体的には、予め被験者から通常の方法で取得した標準１２誘導波形を予めリファレンス波形として記憶しておき、９通りの候補波形のうち、対応するリファレンス波形と最も類似度の大きな波形を選択する。
【００４８】
類似度の求め方は任意であるが、本実施形態においては波形の特徴部分を抽出し、特徴部分毎にリファレンス波形の対応部分と相互相関係数を求め、特徴部分毎に求めた相互相関係数の平均値が最も大きな候補波形を最も類似度が高い波形として選択する。本実施形態において、相互相関を求める特徴部分はＱＲＳ波部分とＳＴ部分＋Ｔ波（ＳＴ−Ｔ部分という）とした。
【００４９】
相互相関係数を求める際には、まずリファレンス波形のＱＲＳ波部分の最大振幅と、合成波形のＱＲＳ波部分の最大振幅が同一となるよう、合成波形を整形する。その後、リファレンス波形及び合成波形の両方から、ＱＲＳ波部分及びＳＴ−Ｔ部分を周知の方法で抽出する。具体的には、各誘導における区分点を計測し、Ｑ波の始点からＳ波の終点までをＱＲＳ波部分、Ｓ波終点からＴ波の終点までをＳＴ−Ｔ部分とする。
【００５０】
次に、ＱＲＳ波部分、ＳＴ−Ｔ部分のそれぞれについて、相互相関係数を求める。まず、リファレンス波形、候補波形のＱＲＳ波部分、ＳＴ−Ｔ部分のそれぞれについて、相互相関係数の算出基準点を探索する。算出基準点は例えば各特徴部分における最大値等、任意の基準で決定することができる。
そして、求まった基準点を中心にして、リファレンス波形に対して候補波形を±数ｍｓ〜数１０ｍｓに渡ってシフトさせ、リファレンス波形の幅で相互相関係数を求める。そして、ＱＲＳ波部分の相互相関係数とＳＴ−Ｔ部分の相互相関係数との平均値を求め、その結果を候補波形とリファレンス波形との類似度とした。
【００５１】
これらの処理を各候補波形について行い、類似度の最も高い候補波形を選択する。合成１２誘導波形のそれぞれについて同等の処理を行い、選択された候補波形を最終的な合成１２誘導波形として決定する。
【００５２】
なお、図８〜図１６に示すように、候補波形が複数周期含む場合、全周期もしくは所定の複数周期において類似度を求め、その平均を最終的な類似度としてもよいし、所定の１周期についてのみ類似度を求めるようにしてもよい。
【００５３】
図１７に、リファレンス波形として取得した標準１２誘導波形の例を、図１８に、上述の自動選択処理によって図８〜図１６に示した候補波形から選択された合成１２誘導波形を示す。図１７と図１８の比較から明らかなように、非常に精度の高い合成１２誘導波形が得られていることが分かる。
【００５４】
最後に、図１９に示すフローチャートを用いて、上述した本実施形態における生体情報処理装置が行う波形合成処理及び自動選択処理の全体を説明する。
まず、ホルタ心電計等の心電計で取得した、ｅＶ１，ｅＶ５，ｅＶＦ誘導波形データ（図５）を、各誘導波形について同時刻から所定時間分読み込む（ステップＳ１１０）。ついで、各誘導波形データを上述の式（２）〜（４）に代入し、Ｘ，Ｙ，Ｚ誘導波形（図６）を生成する（ステップＳ１２０）。そして仮想電極位置を９通りに変化させて、各合成１２誘導波形について図８〜１８に示した９通りの候補波形を合成する（ステップＳ１３０）。
【００５５】
そして、各候補波形から、ＱＲＳ波部分とＳＴ−Ｔ部分を抽出し（ステップＳ１４０）、外部記憶装置２６０に予め記憶されたリファレンス波形のＱＲＳ波部分の最大振幅と、候補波形のＱＲＳ波部分の最大振幅が等しくなるよう、候補波形の特徴部分を整形する（ステップＳ１５０）。
【００５６】
次いで、リファレンス波形と候補波形の特徴部分の基準位置を決定する。そして、各特徴部分について、リファレンス波形と候補波形の相互相関係数を求め、各特徴部分で求めた相互相関係数を平均した類似度を求める（ステップＳ１６０）。
【００５７】
全候補波形について類似度の算出が終了するまでステップＳ１４０〜Ｓ１６０の処理を繰り返し（ステップＳ１７０、Ｓ１８０）、全候補波形について類似度の算出したら、その中から最も大きな類似度を有する候補波形を選択する（ステップＳ１９０）。
【００５８】
合成１２誘導波形のそれぞれについて、最大類似度を有する候補波形の選択が終了するまでステップＳ１４０〜Ｓ１９０の処理をさらに繰り返し（ステップＳ２００、Ｓ２１０）、全誘導波形について選択処理が終了したら、波形合成、選択処理を終了する。
【００５９】
【他の実施形態】
上述の実施形態においては、３チャンネルの電極のうち、マイナス電極を共用することにより、通常の３チャンネルホルタ心電計で必要な７電極（各チャンネル２個＋回路接地として用いる１個）よりも２電極少ない５電極によって３チャンネル記録を行うホルタ心電計を用いた例のみを説明したが、従来の７電極ホルタ心電計を用いて記録した心電情報に対しても本発明を適用することが可能である。この場合、各チャネルのマイナス側電極を、全てＶ７Ｒ位置近傍に取り付けて心電情報の記録を行えばよい。
【００６０】
また、類似度の指標として、各特徴部位毎の相互相関係数の平均値を用いたが、特徴部位を抽出せず、同じ区間の波形全体の相関係数を用いるなど、任意の指標を用いることができる。また、特徴部位毎に重み付けをすることも可能である。もちろん、特徴部位を抽出する場合も、波形の任意の区間を用いることができる。また、相互相関係数以外の指標を用いたり、複数の指標を組み合わせることも可能である。
【００６１】
さらに、Ｘ，Ｙ，Ｚ誘導波形の元となる３誘導波形を記録する心電計はホルタ心電計に限定されるわけではなく、通常の標準１２誘導波形を収集可能な心電計を用いて取得してもよい。また、Ｘ，Ｙ，Ｚ誘導波形を生成することができれば実施形態で説明した３誘導波形以外の誘導波形（ｅＶ誘導波形以外の誘導波形を含む）を用いても良い。
【００６２】
なお、上述の実施形態においては、各候補波形の出力フォーマットとして、仮想電極位置を固定して、各１２誘導波形の候補波形を出力するフォーマットを図８〜図１６として示したが、誘導波形の種類を固定して、各仮想電極位置における候補波形をまとめて出力するようにしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、個体差や電極位置のずれを補正した精度の高い合成１２誘導波形を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る生体情報収集装置の一例としてのホルタ心電計の構成及びその電極接続を示す図である。
【図２】図１に示したホルタ心電計の回路構成例を示すブロック図である。
【図３】図１に示したホルタ心電計を用いて誘導波形データを収集する際の電極位置について説明する図である。
【図４】本発明の実施形態に係る生体情報処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】記録されたｅＶ１、ｅＶ５、ｅＶＦ誘導波形の例を示す図である。
【図６】図５の誘導波形を用いて求めたＸ，Ｙ，Ｚ誘導波形の例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態において候補波形の生成に用いた仮想電極位置を説明する図である。
【図８】図７の仮想電極位置１に対応する候補波形を示す図である。
【図９】図７の仮想電極位置２に対応する候補波形を示す図である。
【図１０】図７の仮想電極位置３に対応する候補波形を示す図である。
【図１１】図７の仮想電極位置４に対応する候補波形を示す図である。
【図１２】図７の仮想電極位置５に対応する候補波形を示す図である。
【図１３】図７の仮想電極位置６に対応する候補波形を示す図である。
【図１４】図７の仮想電極位置７に対応する候補波形を示す図である。
【図１５】図７の仮想電極位置８に対応する候補波形を示す図である。
【図１６】図７の仮想電極位置９に対応する候補波形を示す図である。
【図１７】リファレンス波形として記録された標準１２誘導波形の例を示す図である。
【図１８】本発明によって最終的に決定された合成１２誘導波形の例を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態に係る波形合成、選択処理を説明するフローチャートである。

Claims

予め定めた３誘導波形及び、当該３誘導波形に対応する誘導ベクトルから、心起電力ベクトルのＸ、Ｙ、Ｚ成分波形を生成する心起電力ベクトル波形生成手段と、
標準１２誘導波形に対応する予め決定された誘導ベクトルと、前記心起電力ベクトルのＸ、Ｙ、Ｚ成分波形を用いて、前記標準１２誘導波形の各々に対する複数の候補波形を合成する波形合成手段と、
予め記憶した前記標準１２誘導波形の基準波形と、対応する前記複数の候補波形を用いて、前記複数の候補波形から、前記基準波形に最も近いと判断される候補波形を合成標準誘導波形として前記基準波形の各々について決定する決定手段とを有することを特徴とする生体情報処理装置。
前記波形合成手段が、
前記標準１２誘導波形に対応する誘導ベクトルの決定に用いられた仮想電極位置を含む所定領域内の複数位置に対応する複数の誘導ベクトルを用いて前記複数の候補波形を生成することを特徴とする請求項１記載の生体情報処理装置。
前記決定手段が、
前記基準波形と、該基準波形に対応する前記複数の候補波形の各々との相互相関係数を求める相関係数算出手段を有し、当該相関係数算出手段が算出した相互相関係数に基づいて前記合成標準誘導波形の決定を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の生体情報処理装置。
前記決定手段が、
前記基準波形と、該基準波形に対応する前記複数の候補波形の各々とについて、所定の特徴領域を抽出する領域抽出手段を有し、
前記相関係数算出手段が、前記抽出された特徴領域に対する相互相関係数を算出することを特徴とする請求項３記載の生体情報処理装置。
前記領域抽出手段が、前記基準波形と、該基準波形に対応する前記複数の候補波形の各々とについて、複数の特徴領域を抽出し、
前記相関係数算出手段が、前記複数の特徴領域のそれぞれに対する相互相関係数を算出することを特徴とする請求項４記載の生体情報処理装置。
前記複数の候補波形の各々について、対応する基準波形の最大振幅と、前記複数の候補波形の最大振幅が等しくなるように整形する波形整形手段をさらに有し、
前記相関係数算出手段が、前記整形後の複数の候補波形を用いて前記相互相関係数を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の生体情報処理装置。
予め定めた３誘導波形が、ｅＶ誘導波形であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の生体情報処理装置。
生体情報処理装置が実行する生体情報処理方法であって、
予め定めた３誘導波形及び、当該３誘導波形に対応する誘導ベクトルから、心起電力ベクトルのＸ、Ｙ、Ｚ成分波形を生成する心起電力ベクトル波形生成ステップと、
標準１２誘導波形に対応する予め決定された誘導ベクトルと、前記心起電力ベクトルのＸ、Ｙ、Ｚ成分波形を用いて、前記標準１２誘導波形の各々に対する複数の候補波形を合成する波形合成ステップと、
予め記憶した前記標準１２誘導波形の基準波形と、対応する前記複数の候補波形を用いて、前記複数の候補波形から、前記基準波形に最も近いと判断される候補波形を合成標準誘導波形として前記基準波形の各々について決定する決定ステップとを有することを特徴とする生体情報処理方法。
前記波形合成ステップが、
前記標準１２誘導波形に対応する誘導ベクトルの決定に用いられた仮想電極位置を含む所定領域内の複数位置に対応する複数の誘導ベクトルを用いて前記複数の候補波形を生成することを特徴とする請求項８記載の生体情報処理方法。
前記決定ステップが、
前記基準波形と、該基準波形に対応する前記複数の候補波形の各々との相互相関係数を求める相関係数算出ステップを有し、当該相関係数算出ステップが算出した相互相関係数に基づいて前記合成標準誘導波形の決定を行うことを特徴とする請求項８又は請求項９記載の生体情報処理方法。
前記決定ステップが、
前記基準波形と、該基準波形に対応する前記複数の候補波形の各々とについて、所定の特徴領域を抽出する領域抽出ステップを有し、
前記相関係数算出ステップが、前記抽出された特徴領域に対する相互相関係数を算出することを特徴とする請求項１０記載の生体情報処理方法。
前記領域抽出ステップが、前記基準波形と、該基準波形に対応する前記複数の候補波形の各々とについて、複数の特徴領域を抽出し、
前記相関係数算出ステップが、前記複数の特徴領域のそれぞれに対する相互相関係数を算出することを特徴とする請求項１１記載の生体情報処理方法。
前記複数の候補波形の各々について、対応する基準波形の最大振幅と、前記複数の候補波形の最大振幅が等しくなるように整形する波形整形ステップをさらに有し、
前記相関係数算出ステップが、前記整形後の複数の候補波形を用いて前記相互相関係数を算出することを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれか１項に記載の生体情報処理方法。
予め定めた３誘導波形が、ｅＶ誘導波形であることを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか１項に記載の生体情報処理方法。