JP5719564B2 - 区分ステッチング適合アルゴリズムによる心肺蘇生中の正確なecg測定装置および方法 - Google Patents
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Description
性能に大きく作用する。たとえば救助活動中、多くの現行AEDに実装されたアルゴリズムは、検知心室調律を分類すべく、数秒間のクリーンなECG信号データを必要とする。救助者が、1分当たり100サイクルに近い規定の速度で胸部圧迫と弛緩を適用し得る心肺蘇生中に、そのようなクリーン信号データを得る機会は、有意に減る。実際には、胸部圧迫と弛緩は、ECG記録において有意な動きアーチファクトを発生させる。更にECG信号は、心室性不整脈事象中、貧弱な振幅を示し、更に信号対ノイズ比を下げるので、低品質または使用に適さない信号が生じることが多い。これらの状態において、既存の不整脈認識アルゴリズムは、適切に機能しないかもしれず、被災者を危険に晒す。
式中、重みw(n)は、試料ごとに調整されることが可能である。多くの適合アルゴリズムにおいて利用される別のアルゴリズムは、再帰的最小二乗法(RLS)アルゴリズムである。RLSアルゴリズムにおいて、費用関数は、次式で与えられる。
周波数と振幅は、それら自体内の波形内で巨大な変動を示す。これらの変動に加えて、たとえば圧迫と膨張などのCPRアーチファクトは、救助者間、同様にCPRの特定サイクル中に広範囲に変動する。更に圧迫と膨張の実際の振幅は、大きく変動する。本質的に、CPRアーチファクトに一致する心室信号の変動性は、適応フィルタの整定を妨害するので、この方法を実装する装置の演算能力を低下させる。
他の実施形態は、区分ステッチング適合アルゴリズム(PSAA)を用いるECG信号のノイズを除去する解決策を提供する。種々の実施形態において、区分ステッチング適合アルゴリズムは、検知心室信号を効率的に分析とクリーンにするために、区分回帰法と区分デコンボリューション法の少なくとも一方を利用し得る。
、その平均値、分散、および自己共分散である。
=E{s[n]s[n+l]}+E{s[n]r[n+l]}+E{r[n]s[n+l]}+E{r[n]r[n+l]} (7) 。
{ecg[n]}と{r[n]}は、相関しないので、式(7)は、以下のように縮小する。
(8) 。
従って、自己相関は、信号内容を保存するが、多くの実践場面においてランダム非相関ノイズをdc成分に限定する。従って、自己相関と相互相関は、ランダム信号特性と、別の信号とのその相互作用を分析すべく、ランダム信号推定課題において用いられる。これは、ランダム信号特性を分析と推定すべく生信号を用いるよりも優れている。
{x(n)}={b(n)}+{a2(n)}+{N2(n)} (9) 。
上記のように、種々の実施形態において、{y(n)}は、自動体外式除細動器電極から記録される場合に観測されたECG信号を指し、{ecg(n)}は、真のECG成分を示し、{a1(n)}は、CPRが実行される場合に観測されるECGに認められるアーチファクト成分を示す。{N1(n)}と{N2(n)}は、任意の電子センサシステムにおいて常に存在する非相関広域帯ノイズを示す。CPRが実行されない場合、アーチファクト成分{a1(n)}は、ゼロのはずである。他の実施形態において、{x(n)}は、CPR活動を示すCPR基準信号を示す。前記{x(n)}は、全状況においてゼロに非常に近接すべき基線活動成分{b(n)}、CPRセンサによって記録された実アーチファクト信号{a2(n)}、および非相関広域帯ノイズ{N2(n)}から構成される。種々の実施形態において{x(n)}は、CPR活動が生じない場合、ゼロである。従って、種々の実施形態において、アーチファクト{a1(n)}は、{x(n)}を用いることによって{y(n)}において推定され、除去されるので、クリーンなECG信号{ecg(n)}が生じる。
E|x(n)yT(n)|=Rxy(0)=yとx間の相互相関 (10) 。
更に上記の2つの関係を展開すると、以下の関係になる。
得し、ECG信号204からCPR信号208を除去することによって、CPRアーチファクトのないECG信号214を提供することになる。次にECG信号214は、たとえば不整脈検出アルゴリズム216など、システム200の他のアルゴリズムに転送され得る。特定の実施形態において、CPR信号208が存在しない場合、論理210は、区分ステッチング適合アルゴリズム212を初期化することはなく、システム200は、たとえば不整脈検出アルゴリズム216などの他のアルゴリズムにECG信号204を直接転送することになる。
x1(n)= x(n)w(n) (0<n<WL) or 0 (その他) 。
(18)
{x1[n]}={x1[n]}−平均{x1[n]}={x1[n]}−mo(19) 。
次に、下記のコンボリューション式を用いて{x1’(n)}を構築すべく、{h(n)}が用いられる。{x1’(n)}は、推定アーチファクトである。
。
この場合、線形回帰式は、{y(n)}と{x(n)}の間で適合したので、アーチファクト成分の推定が行われ、推定アーチファクト成分が観測ECG信号{y(n)}から除去される。
するシステムの実施形態が示される。多くの場合、CPR中に記録された低周波数領域のECG信号800は、CPRアーチファクトによって支配されている。従って、基準信号が存在しない場合、低域通過フィルタ808を利用するECG信号800のフィルタリングは、基準信号の特徴を有効にする。正確なCPR関連信号ほど正確ではないが、この低域通過フィルタ808で処理された出力信号810は、区分ステッチング適合アルゴリズム804において{x(n)}として用いられることが可能である。種々の実施形態において、処理の遅延は、有限インパルス応答(FIR)フィルタを用いることによって、最小化されるか、線形にされる。リードまたはラグ計算は、相関分析を利用し、引き続き適用され得る。種々の実施形態において、低域通過フィルタ808は、たとえば(0〜6)Hzのセレクト信号範囲をフィルタリングする。
の停止と患者へのショック命令918を送達するようにAEDに命令し得る。このようにして、区分ステッチング適合アルゴリズム900は、プロトコルに従って治療を提供するために、CPRを中断させ得る。種々の実施形態は、電気ショックと圧迫のサイクルを自動的に同期化するために、自動CPR圧迫を送達する機械的圧迫装置に制御信号が向けられるようにする。非ショック性調律が存在する場合、AEDは、CPR継続命令と他の命令920を送達し得る。
8に接続される。
他的な特徴の組合せではなく、むしろ本発明は、当業者によって理解されるような、異なる個々の実施形態から選択された異なる個々の特徴の組合せを有し得る。
Claims (15)
- ECG信号からアーチファクトをリアルタイムでフィルタリングするフィルタ装置であって、前記フィルタ装置は、
心臓組織の物理的インパルスを表わすECG信号を検知する手段と;
生理的機能を表わすアーチファクト信号を検知する手段と;
区分ステッチング適合アルゴリズムを用いることによって、前記ECG信号から前記アーチファクト信号を除去する手段と
を備え、
前記区分ステッチング適合アルゴリズムは、
前記ECG信号と前記アーチファクト信号とから複数の信号試料窓を選択する手段と;
選択された複数の前記信号試料窓に基づき前記ECG信号から1次ECG信号セグメントを生成するとともに、前記アーチファクト信号から1次アーチファクト信号セグメントを生成する手段と;
前記1次ECG信号セグメントと1次アーチファクトセグメントの間の関係を測定する手段と;
測定された前記関係に基づき前記1次ECG信号セグメントにおけるECG信号アーチファクトを推定する手段と;
前記1次ECG信号セグメントから、推定された前記ECG信号アーチファクトを除去する手段と
を備える、フィルタ装置。 - ECG信号からCPR圧迫アーチファクトをリアルタイムでフィルタリングするように構成されたプロセッサを有するフィルタ装置であって、前記フィルタ装置は、
心臓組織の物理的インパルスを表わすECG信号を検知するECGセンサと;
生理的機能を表わすアーチファクト信号を検知するアーチファクトセンサと;
前記アーチファクト信号によってもたらされたECG信号アーチファクトを計算するためと、区分ステッチング適合アルゴリズムを利用して前記ECG信号から前記ECG信号アーチファクトを除去するためとにプログラムされた、前記ECGセンサと前記アーチファクトセンサに連結された区分ステッチング適合アルゴリズムプロセッサと
を備え、
前記区分ステッチング適合アルゴリズムプロセッサは、前記区分ステッチング適合アルゴリズムプロセッサに作動可能に連結されたメモリに記憶された命令を実行するように構成され、前記命令は、
前記ECG信号と前記アーチファクト信号とから複数の信号試料窓を選択することと;
前記ECG信号から1次ECG信号セグメントを生成するとともに、前記アーチファクト信号から1次アーチファクト信号セグメントを生成することと;
前記1次ECG信号セグメントと1次アーチファクト信号セグメントの間の関係を測定することと;
測定された前記関係に基づき1次信号における信号アーチファクトを推定することと;
前記1次ECG信号セグメントから、推定された前記信号アーチファクトを除去することと
を有する、フィルタ装置。 - ECG信号から信号アーチファクトをリアルタイムでフィルタリングするマシン実行プロセスとしての、フィルタ装置の作動方法であって、
前記フィルタ装置は、
心臓組織の物理的インパルスを表わすECG信号を検知するECGセンサと;
生理的機能を表わすアーチファクト信号を検知するアーチファクトセンサと;
前記ECGセンサと前記アーチファクトセンサとに連結された区分ステッチング適合アルゴリズムプロセッサと
を有し、
前記作動方法は、クリーンなECG信号を生成するため区分ステッチング適合アルゴリズムを用いて前記ECG信号から前記信号アーチファクトを自動的に除去すべく、前記区分ステッチング適合アルゴリズムプロセッサが下記の各工程を行うことを備え、
前記ECG信号から第1信号試料窓を選択するとともに、前記アーチファクト信号から第2信号試料窓を選択し、;
前記第1信号試料窓から1次ECG信号セグメントを生成するとともに、前記第2信号試料窓から1次アーチファクト信号セグメントを生成し、
前記1次ECG信号セグメントと前記1次アーチファクト信号セグメントとの間の関係を測定し、
前記関係に基づき前記1次ECG信号セグメントにおける信号アーチファクトを推定し、
前記1次ECG信号セグメントから、推定された前記信号アーチファクトを除去する、フィルタ装置の作動方法。 - 前記作動方法は、更にショック性ECG調律を同定すべく調律分析アルゴリズムプロセッサを用いることを有する、
請求項3記載の作動方法。 - アーチファクトセンサが、物理的インパルスを表わすアーチファクトを検知すると、
区分ステッチング適合アルゴリズムが前記ECG信号から前記信号アーチファクトを自動的に除去すべく、前記区分ステッチング適合アルゴリズムプロセッサを起動する、
請求項3記載の作動方法。 - 前記ECG信号から前記第1信号試料窓を選択するとともに、前記アーチファクト信号から前記第2信号試料窓を選択することは、
更に前記ECG信号と前記アーチファクト信号の間の時間遅延に依存して均一な大きさと不均一な大きさの信号試料窓からなる群から選択された信号試料窓を選択することを有する、
請求項3記載の作動方法。 - 前記ECG信号から前記第1信号試料窓を選択するとともに、前記アーチファクト信号から前記第2信号試料窓を選択することは、
更に整合性の開始時間と終了時間を用いて、前記第1信号試料窓と前記第2信号試料窓を選択することを有する、
請求項3記載の作動方法。 - 前記ECG信号から前記第1信号試料窓を選択するとともに、前記アーチファクト信号から前記第2信号試料窓を選択することは更に、
非整合性の信号試料窓開始時間と信号試料窓終了時間を用いて、前記第1信号試料窓と前記第2信号試料窓を選択することを有する、
請求項3記載の作動方法。 - 前記作動方法は更に、
シフト自己相関計算を用いて前記ECG信号と前記アーチファクト信号の間の位相リードまたは位相ラグを推定することを有し、
前記位相リードまたは前記位相ラグの計算は、更なる信号試料窓を選択すべくメモリに記憶されることを有する、
請求項3記載の作動方法。 - 前記作動方法は更に、
均等重付けと中央セグメント重付けからなる群から選択された重付法で1次と2次の信号セグメントを重付けすることを有する、
請求項3記載の作動方法。 - 前記アーチファクト信号は、CPR圧迫信号と血液動態信号からなる群から選択される、
請求項3記載の作動方法。 - 前記アーチファクト信号は、前記ECG信号に帯域フィルタを適用することによって生成される、
請求項3記載の作動方法。 - 前記アーチファクト信号は、等級を生成すべく、時間領域推定を用いることによって等級付けられ、
前記時間領域推定は、ゼロ交差とピークピーク振動からなる群から選択される、
請求項3記載の作動方法。 - 前記等級は、信号対ノイズ比の品質を示すと共に更なる調律同定の信頼基準を提供する、
請求項13記載の作動方法。 - 前記作動方法は更に、前記ECG信号と前記アーチファクト信号のノイズ除去を有する、
請求項3記載の作動方法。
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