JP6099358B2 - 細動検出器および除細動装置 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る除細動装置の構成を示している。図1に示す除細動装置DEF_APTSは、細動検出器FIB_DETECTと、制御部CTRL_MEANと、除細動信号生成部DEF_MEANとで構成されている。
以下、図2および図3を参照し、本実施形態に係る細動検出器FIB_DETECTの構成および動作について説明する。
先ず、細動検出器FIB_DETECTの構成について図2を用いて説明する。図2は、本実施形態に係る細動検出器FIB_DETECTの構成を示している。図2に示す細動検出器FIB_DETECTは、R波検出部R_DETECT_MEANと、T波検出部T_DETECT_MEANと、比較部CMPとで構成されている。
次に、図3を参照し、細動検出器FIB_DETECTの動作原理について詳細に説明する。図3は、細動検出器FIB_DETECTの主要ノードにおける信号の時間変化を示している。図3(a)、(b)、(c)はそれぞれ後述する信号に対応しており、横軸に関して原点とスケールは、図3(a)、(b)、(c)で共通である。
V_R > α×T_R (1)
V_R ≦ α×T_R (2)
以下、図4および図5を参照し、本実施形態に係るR波検出部R_DETECT_MEANおよびT波検出部T_DETECT_MEANの構成および動作についてより詳細に説明する。
先ず、R波検出部R_DETECT_MEANの構成について図4を用いて説明する。図4は、本実施形態に係るR波検出部R_DETECT_MEANの構成を示している。R波検出部R_DETECT_MEANは、アナログ回路で構成されるアナログブロックANALOG_BLOCKと、デジタル回路で構成されるデジタルブロックDIGITAL_BLOCKとで構成されている。デジタルブロックDIGITAL_BLOCKは、DSPやFPGA等のゲートアレーとして実現されていても良いし、マイクロコントローラ上のソフトウエアとして実装されていても良い。
T波検出部T_DETECT_MEANの構成は、R波検出部R_DETECT_MEANの構成と同じなので詳細な説明を省略する。R波検出部R_DETECT_MEANと異なる点は、第一の復調信号f_demod1と第二の復調信号f_demod2の周波数である。この点については後で詳細に説明する。なお、T波検出部T_DETECT_MEANから出力されるパワー平均信号sig_aveは、図2においてT波パワーV_Tに対応する。
以下、図5を参照し、本実施形態に係るR波検出部R_DETECT_MEANの動作の原理について詳細に説明する。図5は、R波検出部R_DETECT_MEANの主要ノードにおける信号の周波数成分を示している。図5(a)、(b)、(c)、(d)、(e)はそれぞれ後述する信号に対応しており、横軸は周波数、縦軸はスペクトル振幅を表す。
T波検出部T_DETECT_MEANの動作原理はR波検出部R_DETECT_MEANの動作原理と同じであるため、詳細の説明を省略する。両者の唯一の違いは、変調信号と復調信号の周波数差Δと、第一のカットオフ周波数fc1と、第二のカットオフ周波数fc2との各値である。前述した通り、典型例なT波の周波数成分は、5Hz±1Hzの範囲にピークを有するため、T波検出部T_DETECT_MEANにおいて、Δの値は5Hz、fc1およびfc2の値は1Hzが好適である。
上記の効果を確認するために、上記の演算をMatlabのプログラムコードに実装し、シミュレーション実験を行った。図6はこの結果を示している。患者からのECG信号の代わりに、AnnAberのECG波形データ集(http://www.electrogram.com/about.html)からVFの区間を抽出し、4通りの異なるVF波形とSR波形をつなぎ合わせ、Matlabでシミュレーションを行った。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、図7に示すように、R波検出部R_DETECT_MEANを構成する第一のローパスフィルタLPF1および第二のローパスフィルタLPF2はデジタルブロックDIGITAL_BLOCKに属していても良い。
Claims (6)
- 生体の心臓から得られる心電信号のR波を構成する周波数成分のパワーを略DC成分に変換して、R波パワーとして出力するR波検出部と、
前記心電信号のT波を構成する周波数成分のパワーを略DC成分に変換して、T波パワーとして出力するT波検出部と、
前記R波パワーおよび前記T波パワーが入力され、前記R波パワーおよび前記T波パワーの大小を比較した結果を比較信号として出力する比較部と、
を有し、
前記心臓が正常洞調律の状態であるとき、前記比較部は、前記R波パワーが前記T波パワーよりも大きいことを示す前記比較信号を出力し、
前記心臓が心室細動の状態であるとき、前記比較部は、前記R波パワーが前記T波パワー以下であることを示す前記比較信号を出力する
ことを特徴とする細動検出器。 - 前記R波を構成する周波数成分の帯域は、10Hz〜30Hzの範囲であり、
前記T波を構成する周波数成分の帯域は、1Hz〜12Hzの範囲である
ことを特徴とする請求項1に記載の細動検出器。 - 前記R波検出部は、
前記心電信号を、前記R波の周波数の2倍より大きな周波数で変化する変調信号により変調して被変調信号を出力する変調部と、
前記被変調信号が入力され、前記被変調信号を所定の倍率で増幅した結果を夫々第一の被増幅信号および第二の被増幅信号として出力する増幅部と、
前記第一の被増幅信号が入力され、前記R波を構成する周波数成分の帯域の範囲で前記変調信号の周波数とは異なる周波数で動作する第一の復調信号により前記第一の被増幅信号を復調した結果を第一の被復調信号として出力する第一の復調部と、
前記第二の被増幅信号が入力され、周波数が前記第一の復調信号の周波数と同じであって位相が前記第一の復調信号の位相と90度異なる第二の復調信号により前記第二の被増幅信号を復調した結果を第二の被復調信号として出力する第二の復調部と、
前記第一の被復調信号が入力され、前記変調信号の周波数と前記第一の復調信号の周波数との差分よりも小さな第一のカットオフ周波数で前記第一の被復調信号を低域濾過して第一の濾過信号として出力する第一のローパスフィルタと、
前記第二の被復調信号が入力され、前記変調信号の周波数と前記第二の復調信号の周波数との差分よりも小さな第二のカットオフ周波数で前記第二の被復調信号を低域濾過して第二の濾過信号として出力する第二のローパスフィルタと、
前記第一の濾過信号および前記第二の濾過信号が入力され、前記第一の濾過信号および前記第二の濾過信号に二乗和演算を含む演算を施した結果をパワー信号として出力するパワー演算部と、
前記パワー信号が入力され、前記第一のカットオフ周波数および前記第二のカットオフ周波数よりも小さな周波数で前記パワー信号を低域濾過したパワー平均信号を前記R波パワーとして出力する第三のローパスフィルタと、
を有することを特徴とする請求項1に記載の細動検出器。 - 前記T波検出部は、
前記心電信号を、前記T波の周波数の2倍より大きな周波数で変化する変調信号により変調して被変調信号を出力する変調部と、
前記被変調信号が入力され、前記被変調信号を所定の倍率で増幅した結果を夫々第一の被増幅信号および第二の被増幅信号として出力する増幅部と、
前記第一の被増幅信号が入力され、前記T波を構成する周波数成分の帯域の範囲で前記変調信号の周波数とは異なる周波数で動作する第一の復調信号により前記第一の被増幅信号を復調した結果を第一の被復調信号として出力する第一の復調部と、
前記第二の被増幅信号が入力され、周波数が前記第一の復調信号の周波数と同じであって位相が前記第一の復調信号の位相と90度異なる第二の復調信号により前記第二の被増幅信号を復調した結果を第二の被復調信号として出力する第二の復調部と、
前記第一の被復調信号が入力され、前記変調信号の周波数と前記第一の復調信号の周波数との差分よりも小さな第一のカットオフ周波数で前記第一の被復調信号を低域濾過して第一の濾過信号として出力する第一のローパスフィルタと、
前記第二の被復調信号が入力され、前記変調信号の周波数と前記第二の復調信号の周波数との差分よりも小さな第二のカットオフ周波数で前記第二の被復調信号を低域濾過して第二の濾過信号として出力する第二のローパスフィルタと、
前記第一の濾過信号および前記第二の濾過信号が入力され、前記第一の濾過信号および前記第二の濾過信号に二乗和演算を含む演算を施した結果をパワー信号として出力するパワー演算部と、
前記パワー信号が入力され、前記第一のカットオフ周波数および前記第二のカットオフ周波数よりも小さな周波数で前記パワー信号を低域濾過したパワー平均信号を前記T波パワーとして出力する第三のローパスフィルタと、
を有することを特徴とする請求項1に記載の細動検出器。 - 前記変調部と、前記増幅部と、前記第一の復調部と、前記第二の復調部と、前記第一のローパスフィルタと、前記第二のローパスフィルタはアナログ回路で構成され、
前記パワー演算部と、前記第三のローパスフィルタはデジタル回路で構成される
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の細動検出器。 - 請求項1に記載の細動検出器と、
前記細動検出器から前記比較信号が入力され、前記比較信号が心室細動を知らせる状態になった際に、除細動の準備を開始するための除細動制御信号を出力する制御部と、
前記除細動制御信号が入力され、前記除細動制御信号に基づいて除細動の準備を開始した後、所定の時間、細動が回復しない場合に、除細動信号を心臓に印加する除細動信号生成部と、
を有することを特徴とする除細動装置。
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