JP5189438B2 - 波形解析装置、波形解析方法及び波形解析プログラム - Google Patents

Description

本発明は、心電図波形のモフォロジ分類処理を行う波形解析装置、波形解析方法及び波形解析プログラムに関する。

心電図波形のモフォロジ分類では、例えば数十分から数十時間にわたって連続計測された心電図を示す心電図データが波形解析装置に取り込まれ、波形解析装置により、当該心電図の心拍毎の波形形態を、所定のモフォロジ群に分類する。

上記のモフォロジ分類では、上記の分類（以下「初期分類」という。）の際に、ある心拍における波形（以下「心拍波形」という。）にノイズが混入する等の原因により、本来異なる形状を有する別々の心拍波形が同じモフォロジ群に分類されることがある。これに対し、例えば特許文献１記載のモフォロジ分類処理では、連続する２つの心拍波形について算出される２つのＲ−Ｒ間隔からＲＲレシオを求め、その値の高低を判断し、その判断結果に基づいてモフォロジ群を再分類するという、モフォロジ編集処理を行う。これにより、主としてノイズ混入に起因する誤分類をある程度抑制することができる。
特開２００６−１１６２０７号公報

しかしながら、上記従来のモフォロジ編集処理においては、Ｒ−Ｒ間隔の値に顕著な変化が現れにくい異常心拍（例えば、一過性のＷＰＷ症候群やＲ−Ｒ間隔があまり短縮していない心室期外収縮等）を、正常心拍と区別できないことがある。よって、この処理において一定の分類精度を確保するには、初期分類後に、検査者が各モフォロジ群内の心拍波形の異同を１拍ずつ視認する必要があるが、この視認作業は、検査者にとって非常に大きな負担となる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、モフォロジ分類の精度確認及び再分類を容易にすることができる波形解析装置、波形解析方法及び波形解析プログラムを提供することを目的とする。

本発明の波形解析装置は、心電図波形における心拍波形を複数のモフォロジ群に分類する分類手段と、分類された心拍波形と所定の基準心拍波形との相関係数を算出する算出手段と、同一のモフォロジ群に分類された複数の心拍波形又は前記複数の心拍波形に関連する情報を、前記複数の心拍波形のそれぞれについて算出された相関係数に基づいて並べて又は区別して表示する表示手段と、を有する構成を採る。

本発明の波形解析方法は、波形解析装置により実行される波形解析方法であって、心電図波形における心拍波形を複数のモフォロジ群に分類する分類工程と、分類された心拍波形と所定の基準心拍波形との相関係数を算出する算出工程と、同一のモフォロジ群に分類された複数の心拍波形又は前記複数の心拍波形に関連する情報を、前記複数の心拍波形のそれぞれについて算出された相関係数に基づいて並べて又は区別して表示する表示工程と、を有するようにした。

本発明の波形解析プログラムは、コンピュータに、心電図波形における心拍波形を複数のモフォロジ群に分類する分類機能と、分類された心拍波形と所定の基準心拍波形との相関係数を算出する算出機能と、同一のモフォロジ群に分類された複数の心拍波形又は前記複数の心拍波形に関連する情報を、前記複数の心拍波形のそれぞれについて算出された相関係数に基づいて並べて又は区別して表示する表示機能と、実現させるようにした。

本発明によれば、モフォロジ分類の精度確認及び再分類を容易にすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る波形解析装置の構成を示すブロック図である。

図１において、波形解析装置１００は、制御部１０１、記憶部１０２、ディスプレイインタフェース（以下「Ｉ／Ｆ」と略記する）１０３、プリンタＩ／Ｆ１０４、測定機器Ｉ／Ｆ１０５、ネットワークＩ／Ｆ１０６、リムーバブルメディアドライブ１０７及び入力機器Ｉ／Ｆ１０８を有する。

本発明の分類手段、算出手段及び表示手段としての制御部１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵにより実行する波形解析プログラムを記憶する記憶装置とを有する。制御部１０１は、波形解析プログラムを実行することにより、後述するモフォロジ分類処理における各ステップを実行する機能を、波形解析装置１００において実現する。

記憶部１０２は、磁気記録媒体及びその駆動装置、又は半導体記憶装置を有し、波形解析装置１００の外部から取得したデータを記憶する。

ディスプレイＩ／Ｆ１０３は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ（Cathode Ray Tube）表示装置等のディスプレイ１１０と波形解析装置１００とを通信可能に接続するＩ／Ｆであり、ディスプレイ１１０と波形解析装置１００との間で入出力されるデータは、ディスプレイＩ／Ｆ１０３を経由する。

プリンタＩ／Ｆ１０４は、レーザ式やサーマルヘッド式等のプリンタ１２０と波形解析装置１００とを通信可能に接続するＩ／Ｆであり、プリンタ１２０と波形解析装置１００との間で入出力されるデータは、プリンタＩ／Ｆ１０４を経由する。

測定機器Ｉ／Ｆ１０５は、心電計等の生体情報測定機器１３０と波形解析装置１００とを通信可能に接続するＩ／Ｆであり、生体情報測定機器１３０と波形解析装置１００との間で送受信されるデータは、測定機器Ｉ／Ｆ１０５を経由する。

ネットワークＩ／Ｆ１０６は、波形解析装置１００が使用される施設に設置されたＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワーク内のデータサーバ１４０と波形解析装置１００とを通信可能に接続するＩ／Ｆであり、データサーバ１４０と波形解析装置１００との間で送受信されるデータはネットワークＩ／Ｆ１０６を経由する。なお、ネットワークＩ／Ｆ１０６により波形解析装置１００に接続される外部機器はデータサーバ１４０でなくともよく、パソコン等の端末装置であってもよい。

リムーバブルメディアドライブ１０７は、トレイ等に装填されたリムーバブルメディア１５０からのデータ読み取りを行う。なお、データ読み取りの方式は、上記のものに限定されない。例えば、カードスロットが波形解析装置１００に設けられている場合には、カード型のリムーバブルメディアからのデータ読み取りも可能である。

入力機器Ｉ／Ｆ１０８は、キーボードやマウス、タッチパネル等の入力機器１６０と波形解析装置１００とを通信可能に接続するＩ／Ｆであり、入力機器１６０から波形解析装置１００に入力されるデータは、入力機器Ｉ／Ｆ１０８を経由する。

以上、波形解析装置１００の構成について説明した。

以下、制御部１０１により実行されるモフォロジ分類処理について説明する。図２は、本実施の形態に係るモフォロジ分類処理を説明するためのフロー図である。

ステップＳ１０では、心拍波形の初期分類を実行する。心拍波形の初期分類は、従来の手法と同様の手法により行うことができる。

より具体的には、まず、制御部１０１は、例えばホルター心電計により被検者から数十分から十数時間にわたって連続測定された数千拍或いは１０万拍程度の心拍波形を含む心電図波形を取得する。この心電図波形の取得は、例えば、心電計を波形解析装置１００に接続した場合には測定機器Ｉ／Ｆ１０５経由で、他の端末装置から転送されるデータを受信する場合にはネットワークＩ／Ｆ経由で、リムーバブルメディア１５０に格納された当該データを読み出す場合にはリムーバブルメディアドライブ１０７を駆動させることにより、記憶部１０２に予め当該データが格納されている場合には記憶部１０２から読み出すことにより、行うことができる。そして、制御部１０１は、各心拍波形の形状をテンプレートマッチング法により判別し、判別の結果に従って各心拍波形を形状ごとにモフォロジ群に分類する。

ステップＳ２０では、ＲＲレシオに基づいてモフォロジ再分類を実行する。ＲＲレシオの算出法及びＲＲレシオに基づくモフォロジ再分類法については、例えば特許文献１の第１の実施形態に説明があるため、ここではその詳細な説明を省略する。なお、このステップにおいて、ＲＲレシオに基づくモフォロジ再分類の他に、前後の心拍波形についての分類結果を考慮するモフォロジ再分類を行ってもよい。このような再分類法については、例えば特許文献１の第２の実施形態に説明があるため、ここではその詳細な説明を省略する。

ステップＳ２０での再分類により、主としてノイズ混入に起因するステップＳ１０での誤分類を解消することができるが、Ｒ−Ｒ間隔の値に顕著な変化が現れにくい異常心拍（例えば、一過性のＷＰＷ症候群やＲ−Ｒ間隔があまり短縮していない心室期外収縮等）を、正常心拍と区別できないことがあるのは、既述のとおりである。

そこで、本実施の形態に係るモフォロジ分類処理では、下記のステップをさらに実行する。

ステップＳ３０では、複数のモフォロジ群のうちいずれかのモフォロジ群を、入力機器１６０からの入力により選択する。ここで選択されるモフォロジ群は、典型的には、正常心拍波形が分類されたモフォロジ群や、非常に多数の心拍波形が分類されたモフォロジ群である。前者が選択されるのは、多数の正常心拍波形と同じモフォロジ群に異常心拍波形が分類されているか否かを効率的に確認するためであり、後者が選択されるのは、同一のモフォロジ群に異形状の心拍波形が混在しているか否かを効率的に確認するためである。

ステップＳ４０では、選択されたモフォロジ群（以下「選択モフォロジ群」という。）に分類された心拍波形間の相関係数を算出する。

ここで、１つの心拍波形において相関係数算出の対象となる比較区間は、図３に示すように、Ｒ波のピークの１００ｍｓ前方の位置からＲ波のピークの３００ｍｓ後方の位置までの区間である。なお、この区間を規定するウインドウ幅は、入力機器１６０からの入力により適宜可変設定することができる。

相関係数の算出においては、制御部１０１は、選択モフォロジ群に分類された心拍波形のうち時刻が最も早いものを、基準心拍波形として指定し、選択モフォロジ群に分類されたその他の各心拍波形について、当該心拍波形の比較区間と基準心拍波形の比較区間との相関をとる。なお、基準心拍波形として指定される心拍波形は、選択モフォロジ群に分類された心拍波形のうち時刻が最も早いものでなくてもよく、選択モフォロジ群に分類された心拍波形でなくてもよい。

ステップＳ５０では、選択モフォロジ群における心拍波形を、算出した相関係数に基づいてディスプレイ１１０の画面上に並べて表示する。

以上のようにしてモフォロジ分類処理が行われる。上記モフォロジ分類処理のように、ＲＲレシオに基づくモフォロジ再分類を行った上で、選択モフォロジ群のみについて心拍波形間の相関係数に基づくモフォロジ再分類を行うことにより、分類精度を向上させることができるとともに、制御部１０１の負荷が著しく増大するのを防ぐことができる。

図４は、上記モフォロジ分類処理の結果として画面上に表示される心拍波形一覧の一例である。

この例では、モフォロジ番号Ｎ１を付与されたモフォロジ群に分類された心拍波形が、相関係数の低い順に並べて表示されている。通し番号１を付与された基準心拍波形は、他のモフォロジ群Ｎ６に分類された、ＷＰＷ症候群を示す異常心拍波形である。ちなみに、ＷＰＷ症候群の心拍波形では、特有のデルタ波がＲ波の立ち上がり部分に現れるため、Ｒ波が幅広となる。

この基準心拍波形に対して最も低い相関係数を有する心拍波形には通し番号２が付与され、その他の心拍波形については、相関係数の低い順に通し番号が付与されている。なお、この例では、画面サイズの制限により、この選択モフォロジ群に分類された１８４８個の心拍波形のうち３６個の心拍波形のみが表示されているが、１画面で表示し得る心拍波形の個数は適宜変更可能である。

１８４８個の心拍波形の中で小さな通し番号を付与されたものは、基準心拍波形に対して低い相関係数を有することから、基準心拍波形とは異なりＷＰＷ症候群を示すものでないと判定することができる。

また、１８４８個の心拍波形の中で大きな通し番号を付与されたものは、基準心拍波形に対して高い相関係数を有することから、基準心拍波形と同様にＷＰＷ症候群を示すものであると判定することができる。これは、心拍波形一覧の表示画面をスクロールすることにより容易に視認することができる。

また、この心拍波形一覧において、基準心拍波形と同形状を有する心拍波形と、基準心拍波形と異形状を有する心拍波形との境界を特定するだけで、基準心拍波形と同形状を有する心拍波形のグループと、基準心拍波形と異形状を有する心拍波形のグループとを、区別することができる。

なお、心拍波形一覧は、時刻順で表示したり相関順で表示したりすることができ、必要に応じて入力機器１６０を操作することにより、表示を切り替えることができる。

また、予め相関係数の閾値が設定されている場合は、この閾値よりも高相関の心拍波形のグループと、この閾値よりも低相関の心拍波形のグループとを区分するマーク等を表示することもできる。高相関のグループのみ或いは低相関のグループのみを表示してもよい。また、閾値は、例えば０．９９から０．６０までの間で任意に設定可能である。

また、図４の例では、心拍波形を相関係数の低い順に並べて表示したが、心拍波形を相関係数の高い順に並べて表示してもよい。或いは、高相関の心拍波形と低相関の心拍波形とを区別して表示し、さらに、高相関の心拍波形を時系列順に表示するとともに低相関の心拍波形を時系列順に表示してもよい。

また、図５に示すように、相関係数毎の心拍数の分布を示すヒストグラムを制御部１０１において演算し、これをディスプレイ１１０の画面上に表示したりプリンタ１２０により印刷したりしてもよい。このヒストグラムを用いることにより、任意のモフォロジ群に分類された各心拍波形について、統計的観点から異形状か否かを判断したり、１つのモフォロジ群を複数の群に分割したりすることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、任意のモフォロジ群に分類された各心拍波形について算出された、基準心拍波形との類似度合いを示す相関係数に基づいて、当該モフォロジ群に分類された心拍波形を並べて表示する。或いは、当該モフォロジ群に分類された心拍波形について、相関係数毎の統計値等の情報（図５の例では心拍数）をグラフとして表示する。このように、当該モフォロジ群における心拍波形又はその関連情報を、相関係数に基づいて識別可能な態様で表示するため、当該モフォロジ群への異形状の心拍波形の混入を容易に視認することができ、よって、モフォロジ分類の精度確認及び再分類を容易にすることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記装置の構成及び動作についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。

例えば、本実施の形態では、１チャンネルの誘導波形のみを相関係数算出の対象とした場合を例にとって説明したが、複数の誘導波形についてのデータを取得した場合は、これらのうちの任意の誘導波形を対象とすることができる。また、対象とする誘導波形は、１つだけとせず、２つ以上であってもよい。

本発明の一実施の形態に係る波形解析装置の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態に係るモフォロジ分類処理を説明するためのフロー図 本発明の一実施の形態に係る心拍波形の比較区間を説明するための図 本発明の一実施の形態に係る心拍波形一覧の表示画面例を示す図 本発明の一実施の形態に係るヒストグラムの表示画面例を示す図

符号の説明

１００ 波形解析装置
１０１ 制御部
１０２ 記憶部
１０３ ディスプレイＩ／Ｆ
１０４ プリンタＩ／Ｆ
１０５ 測定機器Ｉ／Ｆ
１０６ ネットワークＩ／Ｆ
１０７ リムーバブルメディアドライブ
１０８ 入力機器Ｉ／Ｆ
１１０ ディスプレイ
１２０ プリンタ
１３０ 生体情報測定機器
１４０ データサーバ
１５０ リムーバブルメディア
１６０ 入力機器

Claims (3)

1. 心電図波形における心拍波形を複数のモフォロジ群に分類する分類手段と、
   分類された心拍波形と所定の基準心拍波形との相関係数を算出する算出手段と、
   同一のモフォロジ群に分類された複数の心拍波形又は前記複数の心拍波形に関連する情報を、前記複数の心拍波形のそれぞれについて算出された相関係数に基づいて並べて又は区別して表示する表示手段と、
   を有することを特徴とする波形解析装置。
2. 波形解析装置により実行される波形解析方法であって、
   心電図波形における心拍波形を複数のモフォロジ群に分類する分類工程と、
   分類された心拍波形と所定の基準心拍波形との相関係数を算出する算出工程と、
   同一のモフォロジ群に分類された複数の心拍波形又は前記複数の心拍波形に関連する情報を、前記複数の心拍波形のそれぞれについて算出された相関係数に基づいて並べて又は区別して表示する表示工程と、
   を有することを特徴とする波形解析方法。
3. コンピュータに、
   心電図波形における心拍波形を複数のモフォロジ群に分類する分類機能と、
   分類された心拍波形と所定の基準心拍波形との相関係数を算出する算出機能と、
   同一のモフォロジ群に分類された複数の心拍波形又は前記複数の心拍波形に関連する情報を、前記複数の心拍波形のそれぞれについて算出された相関係数に基づいて並べて又は区別して表示する表示機能と、
   を実現させるための波形解析プログラム。

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