JP6263635B2 - 医学的データのエントロピーの程度の検出の方法およびデバイス - Google Patents

Description

本願発明は、手首および指に位置する周辺センサによって提供される、また、従来の心電図記録法信号（ＥＣＧ）からの、医学的なデータのエントロピーの程度の検出の方法およびデバイスに関する。特に、本願発明は、検出された心拍変動のエントロピーの程度の連続推定に関する。

心房細動において、通常、正常な心調律は、瞬間的に、不規則なものに変化する、すなわち、心調律のエントロピーの相当な増加がある。一方で、ゼロに達するエントロピーは、重症疾患の徴候である。更にまた、通常の生理的な状態の下では、エントロピーは低い。心房細動は、従来は、末梢血管の触診による不整脈によって、または、心電図記録法（ＥＣＧ）によって検出される。脈触診は、不整脈を検出する人間の能力は制限されているので、充分に敏感ではなく、そして、健康な人で構成される集団においても、重篤な患者においても、連続的モニタリングは適切ではない。従来の自動化の方法論は、ＥＣＧ（心電図）に基づいており、使用には複数の電極を要求し、患者に不快感を与える。それは、長期の監視には適切でない。

これに加えて、非線形心拍変動解析を、例えば、米国特許出願第２０１２／０１５７８６９号に開示されているように数学的エントロピー解析を用いてなどで、実行することが知られている。しかしながら、既知の数学的エントロピー解析は、事実上非常に複雑であり、多大なコンピュータのデータ処理パワーを必要とする。そして、また、非常にコストが高く、限られたデータ処理パワーを有するモバイルまたは軽量デバイスには適切ではない。これに加えて、既知の数学的エントロピー解析は、測定された心拍数または誘導される雑音における、単一の変化あるいは小さなエラーに対してさえも非常に敏感である。すなわち、測定データにおける小さな欠陥でさえ解析において繰り返され、間違った結果を引き起こす。

本願発明の目的は、既知の先行技術に関する問題を軽減し、除去することである。特に、本願発明の目的は、手首または指に位置するセンサ、または、ＥＣＧ電極からから得られる信号から、医学データのエントロピーの程度を決定することを介して、信頼でき、容易で、複雑でない、高速で、また、計算的に効率的な方法で、エントロピーの程度の連続モニタリングのための方法およびデバイスを提供することである。

本願発明の目的は、本願独立請求項の特徴によって達成することができる。本願発明は、請求項１にしたがって医学データのエントロピーの程度を決定する方法に関連する。これに加えて、本願発明は、請求項９にしたがうデバイスに関連する。同様に、請求項１４にしたがうコンピュータ・プログラム・プロダクトに関する。

本願発明の実施形態にしたがって、医学データのエントロピーの程度が、ＥＣＧ信号の脈波またはＲ波からなどの波形信号から決定される。医学データのエントロピーの程度に基づいて、また、医学的障害を決定することができる。医学的障害は、たとえば不整脈、特に心房細動でありえる。医学データは、光電式容積脈波記録法（ＰＰＧ：ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ）センサ、赤外線（ＩＲ）センサ、容量圧力センサ、または、体の適切な位置で、好適には、手首または指において脈波を記録するＣＣＤセンサなどのセンサから波形信号として好都合にも受信される。これに加えて、医学データを従来のＥＣＧ信号から導出することができる。有利なことに、測定は、連続的および非侵襲的に行われる。

受信した波形の標準的なポイントが、次に、決定され、そして、拍動から拍動の期間の計算に使用される。この標準ポイントは、波のいかなるポイントでもあり得、そして、それは、有利には、決定するのに容易かつ正確である波のアペックスである。この計算された拍動から拍動の期間は、つぎに、一時的な心拍数周波数に変換される。その時系列は、次に、前述の変換された一時的心拍数周波数のシーケンシャル・データを用いて、有利には、また、前のデータおよび／またはシーケンシャル・データを使用して、形成される。

前記の時系列は、次に、シーケンシャル・データの差分の形で、符号化される。その符号化は、有利には、デルタ符号化である。デルタ符号化は、データを、完全なファイルよりはむしろ、シーケンシャル・データの差分の形で、格納し、送信する方法である。より一般的には、これは、データ差分表現として知られている。デルタ符号化は、時には、デルタ圧縮とも呼ばれている。

符号化した差分は、次に、圧縮の程度を表す結果を形成するように圧縮方法を用いて圧縮される。ここで、この結果は、前記医学データのエントロピーの程度の測定に対応する。医学データのエントロピーの程度の決定は、その結果が所定の第１の閾値を越えている場合には、不整脈、特に心房細動などの医学的障害が示唆され得、また、その結果がゼロと所定の第２の閾値との間である場合には、重症疾患が示唆され得るように、検出された心拍数変動のエントロピーの程度に関係する。

圧縮方法は、有利には、ＬＺＷまたはＬＺＭＡなどの、ロスレス圧縮方法である。いずれにしろ、その圧縮方法の実施形態にしたがって、圧縮可能性は、依然、データ・コンテンツと明らかに相関するように、少なくとも基本的に損失がない圧縮方法である。それは、また、上述の医学データのエントロピーの程度と相関する。

この方法は、また、他の目的の脈波を解析するシステムのための品質管理基準として使える。すなわち、脈波速度、血圧、または、可視光線／赤外イメージング、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）イメージングのどちらかを使用する呼吸数、または、光電式容積脈波記録法（ＰＰＧ：ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ）の解析である。これらは、心房細動によって容易に混乱し、それは、これらの測定の信頼性を損ない得るからである。

本願発明は、また、デバイス、有利なことに、脈波形信号から医学データのエントロピーの程度を決定するために使用されるモバイルまたは携帯デバイスに関する。このデバイスは、また、決定されたエントロピーの程度に基づいて、不整脈、特に心房細動などの医学的障害を決定するように構成することができる。このデバイスは、有利なことに、適切な波形データを収集するために、光電式容積脈波記録法（ＰＰＧ：ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ）センサ、赤外線（ＩＲ）センサ、容量圧力センサ、または、ＣＣＤセンサなど、適切なセンサを備えるか、それらとデータ通信するように構成される。このデバイスは、有利なことに、圧縮の程度を表現する結果を出力するために、上述の、または、図１に関連した方法のステップを実行するためのデータ処理手段を備える。そして、それによって、医学データのエントロピーの程度の測定は、医学的および／または身体的障害のリスクについて、示唆することができる。

本願発明は、連続測定を実行する可能性、および／または、周辺位置からのエントロピーの決定など、既知の先行技術に対して顕著な利点を提供する。この方法は、既存のテクノロジーと比較して、エラーまたは外的アーチファクトに対してセンシティブなものではない。本願発明は、単一の不規則な脈間隔は、デルタ符号化時系列における２つの変更という結果になり、そしてそれは圧縮レート、したがって、エントロピーの推定値の上でのインパクトが小さいので、偽陽性アラームのリスクを減少する。更にまた、デルタ符号化は、厳密は値とは対照的に、信号の変動性をモニターすることを可能にする。例として、６４−６５−６６の心拍数系列は、７０−７１−７２（１−１−１対１−１−１）と厳密に同一という結果になる。心調律の観点から、両方の信号の規則性／不規則性は、同一であり、したがって、デルタ符号化は、デルタ符号化されたデータ系列を圧縮する試みによって実行される実際の解析のための関連情報を抽出する。

次に、本願発明が、添付の図面にしたがって、例示的な実施形態を参照して、より詳細に記述される。ここで、
図１は、本願発明の有利な実施形態にしたがって、医学データのエントロピーの程度を決定するための方法の例示的なステップを図示する。 図２は、測定された正常な洞調律、および、心房細動の例を図示する。 図３は、本願発明の有利な実施形態にしたがって、医学データのエントロピーの程度を決定するための例示的なデバイスを図示する。

図１は、本願発明の有利な実施形態にしたがって、医学データのエントロピーの程度を決定するための方法１００の例示的なステップを図示する。ここで、ステップ１０１において、波形データが、収集され、受信される。波形データは、例えば脈波またはＥＣＧデータのＲ波であることができる。波形医学データは、標準ポイント、すなわち、ＥＣＧからの脈波のアペックスまたはＲ波を検出するために、ステップ１０２において解析される。ステップ１０３において、拍動から拍動の期間（たとえば８００ｍｓ）が、決定される。この期間は、ステップ１０４において、一時的な心拍数周波数（たとえば７５／ｍｉｎ）に変換される。前のデータが、ステップ１０５において、時系列（たとえば、７５、７４、７４、７６．．．）を形成するために、有利に使用される。この時系列は、有利なことに、ステップ１０６において、デルタ符号化（たとえば、−１、０、２．．．）される。ステップ１０７において、デルタ符号化されたデータは、有利なことに、ロスレス圧縮アルゴリズムを使用して圧縮される。最終結果は、圧縮の程度を（ステップ１０８において）表す。これは、エントロピーの程度の代替的測定値である。これは、また、脈波かＥＣＧ信号かのいずれかの不規則性として決定することもできる。しかし、エントロピー自体ではない。この方法は、有利なことに、連続的に、単一の値（結果）を、エントロピーの代わりとして生成する。この値は、特定の範囲に、すなわち、０−１００に、正規化することができる。ここで、その値が所定の第１の閾値を越えている場合には、心房細動を示唆すことができ、そして、その値がゼロと所定の第２の閾値との間である場合には、重症疾患を示唆することができる。

図２は、測定された正常な洞調律２０１、および、心房細動２０２の例を図示する。心房細動（曲線２０２）において、通常正常な心調律は、瞬間的に不規則なものに変化する。すなわち、心調律のエントロピーの相当な増加がある。それは、有利なことに、本願の発明にしたがって検出することができる。一方、ゼロに達するエントロピーは、重症疾患の徴候である。更にまた、通常の生理的な状態の下では、エントロピーは低い。

図３は、本願発明の有利な実施形態にしたがって、医学データのエントロピーの程度を決定するための例示的なデバイス３００を図示する。ここで、そのデバイスは、有利なことに、波形信号から医学データのエントロピーの程度を決定するのに使用されるモバイルまたは携帯デバイス（例えば、リストバンド・デバイス）である。このデバイスは、また、決定されたエントロピーの程度に基づいて、不整脈、特に心房細動などの医学的障害を決定するように構成することができる。このデバイス３００は、有利なことに、センサ３０１を備える。または、適切な医学的波形データを収集するために、光電式容積脈波記録法（ＰＰＧ：ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ）センサ、赤外線（ＩＲ）センサ、容量圧力センサ、または、ＣＣＤセンサなど、適切なセンサ３０１とデータ通信３０２するように構成される。このデバイスは、圧縮の程度を表現する結果、そして、それによって、医学データのエントロピーの程度の測定を出力するために、図１に関連して記述された方法のステップの少なくとも一部を実行するためのデータ処理手段３０３を備えることができる。このデバイスは、また、結果を出力するために、ディスプレイ３０４などユーザーインターフェース・デバイス３０４を備えることができる。このデバイスは、また、前記の決定された医学データのエントロピーの程度に基づいて、医学的障害のリスクを出力または示唆するように構成することができる。

代替的に、または、追加的に、（リストバンド）デバイス３００は、外部バックエンド・デバイス３０６とデータ通信する３０５ように構成することができることに留意すべきである。ここで、それは、測定信号を（例えば無線通信を通して）外部データ処理バックエンド３０６に、データ計算（それで、圧縮の程度を表現する結果、そして、それによって、上述の医学データのエントロピーの程度の測定を出力するために、図１に関連して記述された方法のステップの少なくとも部分を実行する）のために送ることができる。このデータ処理バックエンドは、例えば、クラウド・サーバ３０７、いかなるコンピュータ３０８、３０９でも、または、携帯電話アプリケーション３１０を備えることができる。例にしたがって、それは、計算された結果またはそうでなければ処理されたデータを、例えば、データ通信ネットワークにおけるコンピュータやその他の（リストバンド）デバイスまたは他のデバイスに、または、ユーザのスマートフォンに戻して表示するために、送ることができる３０５。本願発明は、前述の実施形態を参照して、上で説明され、本願発明のいくつかの利点が示された。本願発明は、これらの実施形態だけに制限されず、考えられた発明と、以下の特許請求項の趣旨および範囲の中にあるすべての可能性がある実施形態を含むことは明らかである。

Claims (14)

1. 波形信号から医学データのエントロピーの程度を決定する方法であって、
   該方法は、
   波形として前記医学データを受信するステップと、
   標準ポイント、すなわち前記波形の頂点（ａｐｅｘ）を検出するステップと、
   前記波形の拍動から拍動の期間を決定するステップと、期間を一時的心拍数周波数に変換するステップと、
   前記変換された一時的心拍数周波数のシーケンシャル・データを使用して時系列を形成するステップと、
   前記シーケンシャル・データの差分の形で、前記時系列を符号化するステップと、
   圧縮の程度を表す結果を形成するように本質的に損失がない圧縮方法を用いて前記符号化された差分を圧縮するステップであって、該結果は、前記医学データのエントロピーの程度を表す、ステップと、
   のステップを含む、方法。
2. 前記医学データは、手首または指に位置する周辺センサによって測定された脈波データである、請求項１に記載の方法。
3. 前記医学データは、心電図記録信号（ＥＣＧ）からのＲ波データである、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記医学データは、連続的および非侵襲的に測定される、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記医学データのエントロピーの前記程度の決定は、前記検出された心拍数変動のエントロピーの前記程度に関係する、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
6. 連続的および非侵襲的測定は、光電式容積脈波記録法（ＰＰＧ：ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ）センサ、赤外線（ＩＲ）センサ、容量圧力センサ、または、手首または指において脈波を記録するように構成されるＣＣＤセンサによって、または、従来のＥＣＧ信号から、または、これらの組合せからインプリメントされる、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
7. シーケンシャル・データの差分の形における、前記時系列の前記符号化は、デルタ符号化である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記圧縮方法は、ＬＺＷまたはＬＺＭＡのロスレス圧縮方法である、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
9. 波形信号から医学データのエントロピーの程度を決定するデバイスであって、該デバイスは、
   波形として前記医学データを受信し、
   標準ポイント、すなわち前記波形の頂点（ａｐｅｘ）を検出し、
   前記波形の拍動から拍動の期間を決定し、
   前記期間を一時的心拍数周波数に変換し、
   前記変換された一時的心拍数周波数のシーケンシャル・データを使用して時系列を形成し、
   シーケンシャル・データの差分の形で、前記時系列を符号化し、
   圧縮の程度を表す結果を形成するように本質的に損失がない圧縮方法を用いて前記符号化した差分を圧縮する
   ように構成され、
   前記デバイスは、前記圧縮の程度を表す前記結果に基づいて、前記医学データのエントロピーの前記程度の決定するように構成される、デバイス。
10. 前記デバイスは、モバイルまたは携帯デバイスまたはリストバンド・デバイスであり、
    前記デバイスが、前記結果が所定の第１の閾値を超えるならば、前記デバイスは、不整脈、心房細動を含む医学的障害を示唆するように構成され、
    前記結果がゼロと所定の第２の閾値との間にあるならば、前記デバイスが、重症疾患を示唆するように構成される、
    ように、前記医学データの前記エントロピーの前記程度の決定するように構成される、
    請求項９に記載のデバイス。
11. 前記デバイスは、前記医学データを連続的および非侵襲的に測定するように構成される、請求項９に記載のデバイス。
12. 前記デバイスは、光電式容積脈波記録法（ＰＰＧ：ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ）センサ、赤外線（ＩＲ）センサ、容量圧力センサ、または、手首または指において脈波を記録するように構成されるＣＣＤセンサによって、または、従来のＥＣＧ信号から、または、これらの組合せからインプリメントされる、連続的および非侵襲的測定を実行する、請求項９または１０に記載のデバイス。
13. 前記デバイスは、ＬＺＷまたはＬＺＭＡのロスレス圧縮方法を使用するように構成される、請求項９ないし１２のいずれか１項に記載のデバイス。
14. 波形信号から医学データのエントロピーの程度を決定するためのコンピュータ・プログラムであって、該プログラムは、符号化手段を備え、
    該符号化手段は、前記プログラムが、請求項９ないし１３のいずれか１項に記載のデバイスの上のデータ処理手段の上で動作するとき、請求項１ないし８のいずれか１項に記載された方法のすべてのステップを実行するように構成されることを特徴とする、コンピュータ・プログラム。