JP6055921B2

JP6055921B2 - Ｅｃｇ信号品質の連続評価

Info

Publication number: JP6055921B2
Application number: JP2015530156A
Authority: JP
Inventors: フェルドシ，ニマ; ナラシマーン，ラヴィ
Original assignee: Vital Connect Inc
Current assignee: Vital Connect Inc
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2033-09-05
Also published as: US11076810B2; EP2892424B1; US11744522B2; EP2892424A1; EP2892424A4; JP2015526260A; US20140066795A1; WO2014039646A1; US20210393209A1

Description

本発明は、センサ装置に関し、特に、ＥＣＧ信号品質を連続的に評価するために利用されるセンサ装置に関する。

人の心電図（ＥＣＧ）測定値は、心臓及び健康全般を測定するために臨床診療において一般に用いられる生命徴候の１つである。ユーザの身体に電極を装着することによって、ＥＣＧ信号を測定することができる。しかしながら、モーションアーチファクト及び基線変動などの幾つかの周囲雑音が、ユーザの動きから生じる可能性があり、従ってＥＣＧ信号と混合される。或る場合には、これらの雑音源は、ＥＣＧ信号を完全に圧倒し、心拍数及び他の生理学データ測定値の抽出を信頼できないものにするほど強い。

これらの問題は、人のＥＣＧ信号の連続監視及び正確な測定を制限する。従って、強い雑音が、感知されたＥＣＧ信号を信頼できないものにする場合に、ＥＣＧ信号品質を連続的に評価し、且つ状況を検出することによって、上記の問題を克服するコスト効率の良い解決法の強い必要性が存在する。本発明は、かかる必要性に取り組む。

心電図（ＥＣＧ）信号品質を評価するための方法及びシステムが開示される。第１の態様において、方法は、ＥＣＧ信号の尖度計算を決定することと、尖度計算が、ＥＣＧ信号品質を連続的に評価するための第１の閾値を満たすかどうかを決定することと、を含む。

第２の態様において、システムは、少なくとも１つの電極を介してユーザに結合される無線センサ装置を含み、無線センサ装置は、プロセッサと、プロセッサに結合されたメモリ装置とを含み、メモリ装置は、アプリケーション、即ち、プロセッサによって実行された場合にプロセッサにＥＣＧ信号の尖度計算を決定させ、且つ尖度計算が、ＥＣＧ信号品質を連続的に評価するための第１の閾値を満たすかどうかを決定させるアプリケーションを記憶する。

添付の図は、本発明の幾つかの実施形態を示し、且つ本記載と一緒に、本発明の原理を説明する役目をする。当業者は、図に示されている特定の実施形態が、単に例示であり、本発明の範囲を限定するようには意図されていないことを理解されよう。

図１は、実施形態に従って無線センサ装置を示す。図２は、実施形態に従って方法の流れ図を示す。図３は、実施形態に従ってＥＣＧ信号の尖度の図を示す。図４は、実施形態に従って方法のより詳細な流れ図を示す。図５は、実施形態に従って診断ユニットを示す。図６は、実施形態に従って診断ユニットを示す。

本発明は、センサ装置に関し、特に、ＥＣＧ信号品質を連続的に評価するために利用されるセンサ装置に関する。以下の説明は、当業者が本発明を実施し利用できるようにするために提示され、且つ特許の適用及びその要件の文脈において提供される。本明細書で説明される好ましい実施形態並びに一般的な原理及び特徴に対する様々な修正が、当業者には容易に明らかになろう。従って、本発明は、提示されている実施形態に限定されるようには意図されてなく、本明細書で説明される原理及び特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。

従来の信号対雑音測定用に利用可能な基準ＥＣＧ信号の不足を克服するために、本発明は、ＥＣＧ信号品質を連続的に評価するように、モーションアーチファクト、背景雑音及びＥＣＧ信号の統計的特性を利用する。本発明による方法及びシステムは、心電図（ＥＣＧ）信号の連続的な品質評価を可能にする。少なくとも１つの電極を通してセンサ装置をユーザに接続することによって、ユーザにおける単一リードのバイポーラアナログＥＣＧ信号が測定される。次に、アナログＥＣＧ信号は、サンプリングされ、且つモーションアーチファクト及び雑音を除去するためにアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を通してデジタル領域に変換される。デジタルＥＣＧ信号の尖度計算が決定され、且つＥＣＧ信号品質を連続的に評価するための第１の閾値と比較される。ＥＣＧ信号の一部が、信頼できないと決定された場合に、その部分は無視することができる。

当業者は、パッチフォームファクタにおける埋め込み回路を備えた携帯無線センサ装置を含む様々なセンサ装置が、ＥＣＧデータ信号セグメントの測定のために利用可能であり、それが本発明の趣旨及び範囲内であろうことを容易に理解する。

本発明の特徴をより詳細に説明するために、ここで、添付の図面に関連して以下の説明に触れる。

図１は、実施形態に従って無線センサ装置１００を示す。無線センサ装置１００は、センサ１０２と、センサ１０２に結合されたプロセッサ１０４と、プロセッサ１０４に結合されたメモリ１０６と、メモリ１０６に結合されたアプリケーション１０８と、アプリケーション１０８に結合された送信機１１０と、を含む。センサ１０２は、ユーザからデータを取得し、そのデータをメモリ１０６に、次にアプリケーション１０８に送信する。プロセッサ１０４は、ユーザのＥＣＧ信号情報を処理するために、アプリケーション１０８を実行する。情報は、送信機１１０に送信され、次に別のユーザ又は装置に中継される。

一実施形態において、センサ１０２は、２つの電極を含み、プロセッサ１０４は、マイクロプロセッサである。当業者は、様々な装置が、プロセッサ１０４、メモリ１０６、アプリケーション１０８及び送信機１１０用に利用可能であり、それが、本発明の趣旨及び範囲内であろうことを容易に理解する。

図２は、実施形態に従って方法２００の流れ図を示す。図１及び２を一緒に参照すると、方法２００は、無線センサ装置１００が、ステップ２０２を介して、ユーザのＥＣＧ信号の尖度計算を決定することを含む。方法は、ステップ２０４を介して、ＥＣＧ信号品質を連続的に評価するための第１の閾値を尖度計算が満たすかどうかを決定することを含む。この実施形態において、無線センサ装置１００内に収容されるセンサ１０２は、尖度計算に先立って様々なサンプリング周波数でユーザのＥＣＧ信号を測定する。別の実施形態において、尖度計算の通知情報が、無線センサ装置１００によって、別のユーザ又は装置に中継される。

ＥＣＧ信号は、より平坦な分布を有する背景雑音とは対照的に、確率密度関数において鋭いピークを有する。ＥＣＧ信号に雑音があればあるほど、ＥＣＧ信号及び雑音の組み合わせの分布は、より平坦である。一実施形態において、確率変数分布の鋭いピークを測定するために、尖度アルゴリズムが利用される。確率変数の尖度（ｘ）は、尖度（ｘ）＝（Ｅ（ｘ−ｍ）^４）／（Ｅ（（ｘ−ｍ）^２）^２）として定義され、この式で、Ｅ（ｘ）は、確率変数ｘの期待値であり、ｍ＝Ｅ（ｘ）である。上記の方程式を利用するＥＣＧ信号の尖度計算は、計算パワー及び記憶メモリの両方に関して費用がかかる。

当業者は、ＥＣＧ信号が、限定されるわけではないが、約１０より大きな値を含む高尖度を有すること、純粋なガウス信号が、限定されるわけではないが、約３の値を含む尖度を有すること、及びＥＣＧ信号を破損するモーションアーチファクト雑音が、限定されるわけではないが、約２〜５の値を含む尖度を有すること、並びにそれが、本発明の趣旨及び範囲内であろうことを容易に理解する。

図３は、実施形態に従ってＥＣＧ信号の尖度の図３００を示す。図３００において、左の図３０２は、モーションアーチファクトによって破損されたＥＣＧ信号を示し、右の図３０４は、モーションアーチファクト及び雑音破損と結合された場合に減少するＥＣＧ信号の尖度を示す。

図４は、実施形態に従って方法４００のより詳細な流れ図を示す。この実施形態において、期待値Ｅ（．）の計算は、適切なパラメータを備えた単一極低域通過無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタにＥＣＧ信号を通すことによって近似される。近似は、尖度計算の計算パワー及び記憶メモリ要件の両方を低減する。当業者は、ＩＩＲフィルタが利用されるが、ＥＣＧ信号が、様々なフィルタを通過され得、それが、本発明の趣旨及び範囲内であろうことを容易に理解する。

方法４００において、ＥＣＧ信号の平均値が、４０２を介し、第１の低域フィルタ（ＬＰＦ１）を用いて計算される。平均値は、４０４を介してＥＣＧ信号から除去される。二次モーメント（｜．｜^２）が、４０６を介して、第２の低域フィルタ（ＬＰＦ２）を用いて近似され、且つ分母値を出力するために２乗され、四次モーメント（｜．｜^４）が、４０８を介して、分子値を出力するために第３の低域フィルタ（ＬＰＦ３）を用いて近似される。ＥＣＧ信号の尖度は、４１０を介して、分母値で分子値を割ることによって計算される。

図５は、実施形態に従って低域ＩＩＲフィルタパラメータの図５００を示す。図５００において、上部の図５０２は、近似Ｅ（．）するために用いられる低域ＩＩＲフィルタの正規化周波数に対する振幅（ｄＢ）プロットを示し、下部の図５０４は、近似Ｅ（．）するために用いられる低域ＩＩＲフィルタの正規化周波数に対する位相（度）プロットを示す。

図６は、実施形態に従って診断ユニット６００を示す。一実施形態において、診断ユニット６００は、雑音源を決定し、且つ適切な警告を生成するために、図１の無線センサ装置１００内に埋め込まれる。診断ユニット６００は、限定されるわけではないが、ユーザの皮膚と無線センサ装置１００との間の接触インピーダンス決定６０２と、無線センサ装置１００によって検出されたＥＣＧ信号の尖度計算６０４と、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）データを介して無線センサ装置１００によって検出されたユーザ活動レベル計算６０６と、を含む様々な情報を受信する。この実施形態において、この様々な情報を受信した後で、診断ユニットは、別のユーザ又は装置に送信される様々な警告６０８を生成する。

一実施形態において、ＥＣＧ信号の尖度計算が、第１の閾値未満であり（低いＥＣＧ品質を示す）、接触インピーダンスが、第２の閾値未満であり（優れた電極皮膚接触を示す）、且つユーザ活動レベルが、第３の閾値より大きい（ユーザが身体的に活発であることを示す）場合に、診断ユニット６０は、モーションアーチファクト及び雑音故にＥＣＧ信号品質が低いことを、様々な警告６０８介して無線センサ装置１００のユーザに警告する。

当業者は、次のことを容易に理解する。即ち、第１、第２及び第３の閾値は、限定されるわけではないが、第１の閾値が、１０の値を備えた閾値＿Ｋ１（尖度計算）でラベル付けされること、第２の閾値が、１Ｍオームの値を備えた閾値＿Ｃ（接触インピーダンス決定）でラベル付けされること、及び第３の閾値が、（標準重力ｇに正規化された）０．３の値を備えた閾値＿Ａ（ユーザ活動レベル計算）でラベル付けされることを含む様々な方法でラベル付けできること、並びにそれが、本発明の趣旨及び範囲内であろうことを容易に理解する。

第２の実施形態において、ＥＣＧ信号の尖度計算が、閾値＿Ｋ１未満であり（低いＥＣＧ品質を示す）、接触インピーダンスが、閾値＿Ｃより大きく（不十分な電極皮膚接触を示す）、且つユーザ活動レベルが、閾値＿Ａ未満である（ユーザが身体的に不活発であることを示す）場合に、診断ユニット６０は、皮膚に対する無線センサ装置１００の不適当な接触故に、ＥＣＧ信号品質が低いことを、様々な警告６０８を介してユーザに警告する。

第３の実施形態において、ＥＣＧ信号の尖度計算が、閾値＿Ｋ１未満であり（低いＥＣＧ品質を示す）、接触インピーダンスが、閾値＿Ｃより大きく（不十分な電極皮膚接触を示す）、且つユーザ活動レベルが、閾値＿Ａより大きい（ユーザが身体的に活発であることを示す）場合に、診断ユニット６００は、モーションアーチファクト及び皮膚に対する無線センサ装置１００の不適当な接触の両方故にＥＣＧ信号品質が低いことを、様々な警告６０８を介してユーザに警告する。

第４の実施形態において、ＥＣＧ信号の尖度計算が、閾値＿Ｋ１より大きい（優れたＥＣＧ品質を示す）場合に、診断ユニット６００は、ＥＣＧ信号品質が高く、且つ心臓機能計算を完了できることを、様々な警告６０８を介してユーザに通知する。

上記で説明されたように、方法及びシステムは、心電図（ＥＣＧ）信号品質を評価することを可能にする。ＥＣＧ信号を測定するために、無線センサ装置をユーザに装着すること、効率的な電力消費及び記憶メモリ技術を用いてＥＣＧ信号の尖度を計算すること、並びにユーザ活動及び接触インピーダンスなどの他のメトリックスを測定するによって、コスト効率が良く連続的なＥＣＧ信号品質評価システムが達成される。

心電図（ＥＣＧ）信号品質を評価するための方法及びシステムが開示された。本明細書で説明される実施形態は、完全にハードウェアの実装形態、完全にソフトウェアの実装形態、又はハードウェア及びソフトウェア要素の両方を含む実装形態の形を取ることができる。実施形態は、ソフトウェアで実行されても良く、ソフトウェアは、限定されるわけではないが、アプリケーションソフトウェア、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む。

本明細書で説明されるステップは、任意の適切なコントローラ又はプロセッサ及びソフトウェアアプリケーションも用いて実行されても良く、ソフトウェアアプリケーションは、任意の適切な記憶位置又はコンピュータ可読媒体に記憶されても良い。ソフトウェアアプリケーションは、本明細書で説明される機能をプロセッサが受信機に実行させることを可能にする命令を提供する。

更に、実施形態は、コンピュータ又は任意の命令実行システムによって使用するための、又はそれらと接続して使用するためのプログラムコード又はプログラム命令を提供するコンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムプロダクトの形をとっても良い。本記載のために、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、機器又は装置によって使用するための、又はそれらと接続して使用するためのプログラムを包含、記憶、通信、伝搬又は搬送できる任意の機器とすることができる。

コンピュータ可読記憶媒体は、電子、磁気、光、電磁気、赤外線、半導体システム（若しくは機器か装置）又は伝搬媒体であっても良い。コンピュータ可読記憶媒体の例は、半導体又は固体メモリ、磁気テープ、取り外し可能なコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、剛性磁気ディスク、及び光ディスクを含む。光ディスクの現在の例は、ＤＶＤ、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、及びコンパクトディスク−読み取り／書き込み（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）を含む。

提示された実施形態に従って本発明を説明したが、当業者は、実施形態に対して変形が存在し得ること、及びそれらの変形が、本発明の趣旨及び範囲内であろうことを容易に理解されよう。従って、添付の請求項の趣旨及び範囲から逸脱せずに、多くの修正が、当業者によってなされ得る。

Claims

心電図（ＥＣＧ）信号品質を評価するための方法において、
前記ＥＣＧ信号の尖度計算を決定することと、
前記尖度計算が、前記ＥＣＧ信号品質を連続的に評価するための第１の閾値を満たすかどうかを決定することと、
を含み、
前記ＥＣＧ信号の前記尖度計算を決定することが、
前記尖度計算のメモリ及び計算要件を低減するために、フィルタに前記ＥＣＧ信号を通すことによって、期待値Ｅ（．）の計算を近似することを更に含むことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、
ユーザの前記ＥＣＧ信号を測定するために、少なくとも１つの電極を介して無線センサ装置を前記ユーザに結合することを更に含むことを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法において、
前記無線センサ装置と前記ユーザとの間の接触インピーダンスを決定することと、
前記接触インピーダンスが、第２の閾値を満たすかどうかを決定することにおいて、電極皮膚接触の質が評価されることと、
を更に含むことを特徴とする方法。
請求項３に記載の方法において、
前記無線センサ装置の少なくとも１つのＭＥＭＳセンサを介してユーザ活動レベルを決定することと、
前記ユーザ活動レベルが、第３の閾値を満たすかどうかを決定することにおいて、ユーザ活動の程度が評価されることと、を更に含むことを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法において、
前記尖度計算が、前記第１の閾値未満であること、前記接触インピーダンスが、前記第２の閾値未満であること、及び前記ユーザ活動レベルが、前記第３の閾値より大きいことに応じて、モーションアーチファクト故に前記ＥＣＧ信号の品質が低いことを前記ユーザに警告することを更に含むことを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法において、
前記尖度計算が、前記第１の閾値未満であること、前記接触インピーダンスが、前記第２の閾値より大きいこと、及び前記ユーザ活動レベルが、前記第３の閾値未満であることに応じて、前記無線センサ装置の不適当な皮膚接触故に前記ＥＣＧ信号の品質が低いことを前記ユーザに警告することを更に含むことを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法において、
前記尖度計算が、前記第１の閾値未満であること、前記接触インピーダンスが、前記第２の閾値より大きいこと、及び前記ユーザ活動レベルが、前記第３の閾値より大きいことに応じて、モーションアーチファクト及び前記無線センサ装置の不適当な皮膚接触故に前記ＥＣＧ信号の品質が低いことを前記ユーザに警告することを更に含むことを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法において、
前記尖度計算が、前記第１の閾値より大きいことに応じて、心臓機能計算を可能にするほど前記ＥＣＧ信号の品質が高いことを前記ユーザに通知することを更に含むことを特徴
とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記近似することが、
第１の低域フィルタ（ＬＰＦ１）を用いて、前記ＥＣＧ信号の平均値を決定することと、
前記ＥＣＧ信号から前記平均値を除去することと、
第２の低域フィルタ（ＬＰＦ２）を用いて、二次モーメントを近似することと、
第３の低域フィルタ（ＬＰＦ３）を用いて、四次モーメントを近似することと、
前記二次モーメントの２乗で前記四次モーメントを割ることによって、前記尖度計算を決定することと、
を更に含むことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記フィルタが、単一極低域通過無限インパルス応答フィルタであることを特徴とする方法。
心電図（ＥＣＧ）信号品質を評価するためのシステムにおいて、前記システムが、少なくとも１つの電極を介してユーザに結合される無線センサ装置を含み、前記無線センサ装置が、プロセッサと、前記プロセッサに結合されたメモリ装置とを含み、前記メモリ装置が、アプリケーションにおいて、前記プロセッサによって実行された場合に、前記プロセッサに、
前記ＥＣＧ信号の尖度計算を決定させ、且つ
前記尖度計算が、前記ＥＣＧ信号品質を連続的に評価するための第１の閾値を満たすかどうかを決定させるアプリケーションを記憶し、
前記ＥＣＧ信号の前記尖度計算を決定することが、
前記尖度計算のメモリ及び計算要件を低減するために、単一極低域通過無限インパルス応答フィルタに前記ＥＣＧ信号を通すことによって、期待値Ｅ（．）の計算を近似することを更に含むことを特徴とするシステム。
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記アプリケーションが、更に、前記プロセッサに、
前記無線センサ装置と前記ユーザとの間の接触インピーダンスを決定させ、且つ
前記接触インピーダンスが、第２の閾値を満たすかどうかを決定させ、電極皮膚接触の質が評価されることを特徴とするシステム。
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記アプリケーションが、更に、前記プロセッサに、
前記無線センサ装置の少なくとも１つのＭＥＭＳセンサを介してユーザ活動レベルを決定させ、且つ
前記ユーザ活動レベルが、第３の閾値を満たすかどうかを決定させ、ユーザ活動の程度が評価されることを特徴とするシステム。
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記アプリケーションが、更に、前記プロセッサに、
前記尖度計算が、前記第１の閾値未満であること、前記接触インピーダンスが、前記第２の閾値未満であること、及び前記ユーザ活動レベルが、前記第３の閾値より大きいことに応じて、モーションアーチファクト故に前記ＥＣＧ信号の品質が低いことを前記ユーザに警告させることを特徴とするシステム。
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記アプリケーションが、更に、前記プロセッサに、
前記尖度計算が、前記第１の閾値未満であること、前記接触インピーダンスが、前記第２の閾値より大きいこと、及び前記ユーザ活動レベルが、前記第３の閾値未満であることに応じて、前記無線センサ装置の不適当な皮膚接触故に前記ＥＣＧ信号の品質が低いこと
を前記ユーザに警告させることを特徴とするシステム。
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記アプリケーションが、更に、前記プロセッサに、
前記尖度計算が、前記第１の閾値未満であること、前記接触インピーダンスが、前記第２の閾値より大きいこと、及び前記ユーザ活動レベルが、前記第３の閾値より大きいことに応じて、モーションアーチファクト及び前記無線センサ装置の不適当な皮膚接触故に前記ＥＣＧ信号の品質が低いことを前記ユーザに警告させることを特徴とするシステム。
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記アプリケーションが、更に、前記プロセッサに、
前記尖度計算が、前記第１の閾値より大きいことに応じて、心臓機能計算を可能にするほど前記ＥＣＧ信号の品質が高いことを前記ユーザに通知させることを特徴とするシステム。
請求項１１に記載のシステムにおいて、近似することが、
第１の低域フィルタ（ＬＰＦ１）を用いて、前記ＥＣＧ信号の平均値を決定することと、
前記ＥＣＧ信号から前記平均値を除去することと、
第２の低域フィルタ（ＬＰＦ２）を用いて、二次モーメントを近似することと、
第３の低域フィルタ（ＬＰＦ３）を用いて、四次モーメントを近似することと、
前記二次モーメントの２乗で前記四次モーメントを割ることによって、前記尖度計算を
決定することと、
を更に含むことを特徴とするシステム。