JP6466273B2 - 心電図解析装置 - Google Patents

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Description

本発明は、被検者から取得した心電図を解析する装置に関するものである。
一般に、心室頻拍とは、心臓の鼓動が正常な心臓のリズムとは異なり、心室から心室性期外収縮が高頻度に出現する状態をいう。心室頻拍は、心不全の悪化や突然死の原因となることもあるため注意が必要である。
そこで、従来、心臓カテーテルを用いて、心室頻拍の原因となる異常部位を選択的に焼灼（アブレーション）して治療することが知られている。この治療を行うには、アブレーションする位置を正確に同定することが重要となる。
心室内の異常部位の位置の同定に関して、心室頻拍の原因となる回路がある心室の心筋部分では洞調律の心室波（Ｖ波）に加えて高周波の局所異常電位（Local Abnormal Ventricular Activities: LAVA）が観測されることがこれまでに報告されている。また、下記の非特許文献１には、心室の心内心電図に対して周波数解析を行うことで、洞調律の心室波に局所異常電位が含まれている割合を定量的に解析する解析手法が提案されている。
Bieito・カンポス（Bieito Campos），外４名，「心筋梗塞に伴って起きる心室頻拍の原因となる回路を同定するための新しいフラグメンテーションマップの使用法」（Use of a Novel Fragmentation Map to Identify the Substrate For Ventricular Tachycardia in Post Infarction Cardiomyopathy），ハート・リズム（Heart Rhythm），2014年10月号
しかしながら、心室の心内心電図において、局所異常電位は、洞調律の心室波の後に出現することもあれば、心室波に重なって出現する場合もある。また、心内心電図には、カテーテルの電極の接触状態に起因するノイズや、測定部位とは離れた心筋部位の影響（心房波やFar Field電位）によるノイズ等が含まれ得る。このため、非特許文献１のように心室の心内心電図に対して周波数解析を行う際には、医療従事者は、解析範囲から局所異常電位が漏れないように、心内心電図に含まれる一つ一つの単位波形やその前後の波形の形状を確認しつつ周波数解析の解析範囲を適宜に設定し調整する必要があった。この手法では、心内心電図を取得するポイント（マッピングポイント）が数百に及ぶ場合には、解析範囲の設定処理に時間がかかってしまうため、カテーテル治療中に周波数解析による異常部位の位置の同定を行うことは困難であった。
そこで、本発明は、心室の心内心電図に対して、従来よりも簡易的に周波数解析を行うことが可能な心電図解析装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の心電図解析装置は、
被検者の体表面心電図を取得する第一取得部と、
前記被検者の心臓の心室内の心内心電図を取得する第二取得部と、
前記心内心電図に対して周波数解析を行う解析部と、
を備え、
前記解析部は、
前記体表面心電図の単位波形に基づいて、前記心内心電図における前記周波数解析の解析範囲を設定する範囲設定部と、
前記解析範囲内において前記心内心電図に対して周波数解析を行い、当該心内心電図における局所異常電位（LAVA）の割合を示す指標値を演算する演算部と、
を有する。
体表面心電図は、心内心電図と比較してノイズの影響が小さく、かつ、心内心電図の洞調律と連動性がある。このため、上記構成によれば、体表面心電図の単位波形に基づいて、心室の測定箇所の電位変動およびそれに付随する局所異常電位が含まれるように、心室の心内心電図における解析範囲を精度よく自動的に設定することができる。そして、この解析範囲内における心内心電図に対する局所異常電位（LAVA）の割合を示す指標値も自動的に演算される。このため、例えばカテーテルに含まれる電極を介して心室内の心内心電図が計測されている最中であっても、解析範囲の心内心電図における局所異常電位（LAVA）の割合を示す指標値が自動的に演算され、心室内の異常部位の位置を同定することができる。このように、上記構成によれば、医療従事者は、手動で行っていた周波数解析の解析範囲の設定作業を省略することができ、心室の心内心電図に対して、従来よりも簡易的に周波数解析を行うことができる。
本発明の心電図解析装置によれば、心室の心内心電図に対して、従来よりも簡易的に周波数解析を行うことができる。
本発明の実施形態に係る心電図解析装置を示す図である 上記装置の動作原理を説明するための図である。 上記装置の動作原理を説明するための図である。 上記装置が備える表示部の表示例を示す図である。 上記表示部に表示される別の表示例を示す図である。 上記表示部に表示される別の表示例を示す図である。 上記装置が指標値の演算に用いる周波数範囲の例を示す図である。 上記装置の一構成例を示す図である。 上記装置により解析された結果を可視化して表示した図である。
以下、本実施形態の一例について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、心電図解析装置１を示す機能ブロック図である。心電図解析装置１は、被検者の心臓の心室内から取得した心内心電図を周波数解析することにより心室内の異常部位を同定しうる装置である。図１に示すように、心電図解析装置１は、第一取得部２と、第二取得部３と、解析部４と、表示制御部５と、表示部６とを備えている。
第一取得部２は、記録ユニットＡで記録された被検者の体表面心電図を取得する。記録ユニットＡは、例えば、標準１２誘導の心電図を記録する電極等により構成されている。
第二取得部３は、記録ユニットＢで記録された被検者の心内心電図を取得する。記録ユニットＢは、例えば、静脈から挿入されて心臓内の心電図を記録する心臓カテーテル等により構成されている。心内心電図としては、心室波（Ｖ波）が記録される心内心電図が使用される。被検者の心内心電図は、心臓カテーテルの電極の位置を移動させながら複数のマッピングポイントで記録される。
第一取得部２と第二取得部３とは、第一取得部２が体表面心電図を取得するタイミングと第二取得部３が心内心電図を取得するタイミングとが同期するように構成されることが好ましい。
解析部４は、第一取得部２で取得された体表面心電図と第二取得部３で取得された心内心電図とを用いて心電図の周波数解析（例えば、高速フーリエ変換等）を行う。解析部４は、範囲設定部４１と、演算部４２とを備えている。
範囲設定部４１は、体表面心電図に現れる一拍毎の各拍（以下、単位波形と称する。）に基づいて、心内心電図における周波数解析を行う解析範囲を設定する。心内心電図の解析範囲は、体表面心電図の各単位波形における例えばＱＲＳ波形の前後の所定時間をもって設定される。なお、ＱＲＳ波形は、心室の興奮時に生じる波形を意味する。
演算部４２は、範囲設定部４１で設定された解析範囲内において心内心電図の周波数解析を行う。また、演算部４２は、心内心電図の周波数解析結果に基づいて、心室の異常部位を同定するための指標値を演算する。指標値は、心内心電図における局所異常電位（Local Abnormal Ventricular Activities：LAVA）が含まれる割合を示す。局所異常電位とは、心室内で記録される洞調律の心内心電図において、心室波の電位変動に融合（重畳）したり、心室波の電位変動から分離して出現する局所的な異常電位を意味する。
表示制御部５は、表示部６に表示される内容を制御する。表示部６は、表示制御部５の制御に基づいて、解析部４から出力される心電図の解析情報を表示する。表示部６は、例えばタッチパネル式の液晶ディスプレイで構成されている。
図２、図３を参照して心電図解析装置１の動作原理を説明する。
準備段階として、記録ユニットＡの電極が被検者の体表面（四肢、胸部等）に装着される。また、記録ユニットＢの心臓カテーテルが被検者の心室内に挿入されマッピングポイントに電極が留置される。なお、心臓カテーテルの電極が留置されるマッピングポイントの位置は、各マッピングポイントにおける心電図解析が終了する毎に移動される。
心電図の解析動作が開始されると、図２（ａ）の上段および図３（ａ）の上段に示されるように、記録ユニットＡによって被検者の体表面心電図２１が記録される。また、体表面心電図２１の記録のタイミングと同期して、図２（ａ）の下段および図３（ａ）の下段に示されるように、記録ユニットＢによって、被検者の心内心電図３１Ａ，３１Ｂが記録される。心内心電図３１Ａと心内心電図３１Ｂとは、異なるマッピングポイントにおいて記録された心内心電図を表す。
図２（ａ）に示される心内心電図３１Ａは、心室内の異常部位をマッピングポイントとして記録された心内心電図を示す。これに対して、図３（ａ）に示される心内心電図３１Ｂは、心室内の正常心筋部位をマッピングポイントとして記録された心内心電図を示す。心室頻拍の原因となる回路が存在する心筋部位（異常部位）では、洞調律中において心内心電図に局所異常電位が出現することがある。心内心電図３１Ａは、心室波３２の電位変動に局所異常電位３３が融合して出現した心内心電図を示す。これに対して、心内心電図３１Ｂは、局所異常電位が出現せずに心室波３４の電位変動のみが記録された心内心電図を示す。
ところで、局所異常電位は、心室波の電位変動が出現する位置の後に心室波から分裂して出現する場合もあるが、心内心電図３１Ａに示されるように心室波の電位変動に融合して出現する場合もある。また、心内心電図には、周囲からのノイズが重畳しやすい。このため、局所異常電位が心室波の電位変動に融合して出現した場合、局所異常電位を目視で確認することが難しく局所異常電位の出現が見逃されることも多い。
そこで、本発明者は、局所異常電位の周波数成分の方が心室波の電位変動の周波数成分よりも高い周波数成分を多く含んでいることに着目し、心内心電図に対して周波数解析を行って局所異常電位の出現を検出する方法を検討した。
この場合、周波数解析を行う解析範囲内に少なくとも局所異常電位が含まれるように解析範囲を設定することが重要である。本例では解析範囲を設定するに際し、体表面心電図におけるＲ波のピークが基準点として使用される。
図２（ａ）において、矩形状に囲った領域指定線１１が解析範囲を表している。解析範囲１１は、体表面心電図２１におけるＲ波のピーク２３の前期間１２と後期間１３とにより構成されている。前期間１２は、心室収縮の開始時点であるＱ波が含まれるような期間に設定される。後期間１３は、心室波の後に心室波から分裂して出現する局所異常電位を含むことができるような期間に設定される。具体的には、次の心房の動きが開始される時点であるＰ波前までの期間に設定される。この期間の設定は、入力操作部を介して予め操作者により行われる。範囲設定部４１は、体表面心電図２１の単位波形２２におけるＲ波のピーク２３を検出し、検出されたピーク２３の前期間１２と後期間１３とを心内心電図３１Ａの解析範囲１１として設定する。
図３（ａ）においても同様にして解析範囲１１が設定される。範囲設定部４１は、体表面心電図２１の単位波形２４におけるＲ波のピーク２５を検出し、検出されたピーク２５の前期間１２と後期間１３とを心内心電図３１Ｂの解析範囲１１として設定する。
演算部４２は、設定された解析範囲１１内において心内心電図３１Ａ，３１Ｂの周波数解析を行う。
図２（ｂ）は、心内心電図３１Ａ（図２（ａ）参照）の解析範囲１１における周波数分布を示す。また、図３（ｂ）は、心内心電図３１Ｂ（図３（ａ）参照）の解析範囲１１における周波数分布を示す。２つの周波数分布を比較すると、心室波３２の電位変動に局所異常電位３３が融合している心内心電図３１Ａの周波数分布（図２（ａ））の方が心室波３４の電位変動のみの（局所異常電位が出現していない）心内心電図３１Ｂの周波数分布（図３（ｂ））よりも高周波成分を多く含んでいることが分かる。
演算部４２は、ある周波数分布範囲（本例では1〜100Hz）において所定の周波数成分（本例では40〜100Hz）が含まれている割合を周波数比率（Area Ratio：AR）として演算する。周波数比率ＡＲは、例えば、下記の式１で表すことができる。
Figure 0006466273
式１は、１〜１００Ｈｚの周波数分布量に対する４０〜１００Ｈｚの周波数分布量の比率を示す。これは図２（ｂ）及び図３（ｂ）において、斜線領域（５１＋５２）に対する斜線領域５２の面積比を示す。このＡＲ値が心内心電図の解析範囲における局所異常電位が含まれる割合として定義され、心室の異常部位を同定するための指標値とされる。
図４に示すように、表示部６には、心電図解析装置１で解析された心電図解析情報６０が表示される。心電図解析情報６０には、例えば体表面心電図２１、心内心電図３１、周波数分布５０、ＡＲ値（指標値）５３等が含まれる。体表面心電図２１と、体表面心電図２１に同期して記録された心内心電図３１とは、例えば上下方向に並列して表示される。体表面心電図２１と心内心電図３１は、単位波形ごとに順次表示される。単位波形の表示切替タイミングは、任意に設定できるように構成されている。例えば、各単位波形を全て表示するようにＲ波のピークを検出する度に切り替えることもできるし、数秒ごとに切り替えて表示することもできる。体表面心電図２１上および心内心電図３１上には、周波数解析を行う範囲を示す解析範囲１１が表示される。体表面心電図２１と心内心電図３１の例えば左側には、心内心電図３１の解析範囲１１を周波数解析して得られた周波数分布５０とＡＲ値５３とが並列して表示される。周波数分布５０とＡＲ値５３は、上記単位波形が検出される毎に取得され、単位波形の表示切替タイミングと同期して表示切替されるように設定されている。
この構成によれば、心内心電図における周波数解析の解析範囲を設定するために体表面心電図のＱＲＳ波形が用いられる。体表面心電図は、心内心電図と比較してノイズの影響が小さく、かつ、心内心電図の洞調律と連動性がある。このため、体表面心電図の単位波形２２に基づいて、心室の各マッピングポイントにおける心室波３２，３４の電位変動およびそれに融合または分裂して出現（付随）する局所異常電位３３が含まれるように、心室の心内心電図３１Ａ，３１Ｂにおける解析範囲１１を精度よく自動的に設定することができる。また、設定された解析範囲１１の心内心電図３１Ａ，３１Ｂを周波数解析することにより心内心電図３１Ａ，３１Ｂに対する局所異常電位３３の割合を示すＡＲ値（指標値）も自動的に演算することができる。このため、例えば心臓カテーテルの電極を介して心室内の心内心電図３１Ａ，３１Ｂが記録されている最中であっても、解析範囲１１の心内心電図３１Ａ，３１Ｂにおける局所異常電位３３の割合を示すＡＲ値が自動的に演算され、心室内の異常部位の位置を短時間で同定することができる。医療従事者は、手動で行っていた周波数解析の解析範囲の設定作業を省略することができ、心室の心内心電図に対して、従来よりも簡易的に周波数解析を行うことができる。
また、被検者から記録された体表面心電図２１と心内心電図３１Ａ，３１Ｂは、同期して心電図解析装置１に取得されるため、両心電図の連動性を考慮した解析範囲１１の設定が容易となり、さらに精度よく解析範囲１１を設定することができる。
図４の破線１２で示すように、心内心電図３１における周波数解析を行う解析範囲１１は、操作者の操作に基づいて調整できるように構成されうる。解析範囲１１の調整は、例えば表示部６に表示される操作ボタン（図示省略）をタッチ操作することで行うことができる。この場合、周波数分布５０とＡＲ値５３は、解析範囲１１の調整に応じて再度解析および演算されて更新される。
この構成によれば、取得された心電図波形の特徴に合わせて解析範囲１１を適宜調整することができるため、さらに精度よく周波数解析を行い、心室内の異常部位の位置を精度よく同定することができる。
図５に示すように、心電図解析装置１で解析された複数（本例では２つ）の心電図解析情報６１，６２は、表示部６に同時に表示されうる。例えば、操作者の操作により心内心電図３１における周波数解析を行う解析範囲が調整された場合、調整前後の解析範囲１１Ａ，１１Ｂにおける心電図解析情報６１，６２を表示部６に並列して同時に表示することができる。この画面への切り替えは、例えば表示部６に表示される操作ボタン（図示省略）をタッチ操作することで行うことができる。
この構成によれば、解析範囲を調整する前後のＡＲ値５３Ａ，５３Ｂが同時に表示されるので、複数回の調整の結果（ＡＲ値）を比較しながら、適切な解析範囲を選択することができ、さらに精度良く周波数解析を行うことができる。
図６に示すように、連続する複数（本例では３つ）の単位波形に対してそれぞれ演算された各ＡＲ値５３Ｃ，５３Ｄ，５３Ｅは、表示部６に同時に表示されうる。表示部６に並列して表示される３つの周波数分布およびＡＲ値のうち、周波数分布５０ＣとＡＲ値５３Ｃは、現在表示されている体表面心電図２１と心内心電図３１の単位波形に対して求められた心電図解析情報を示す。また、周波数分布５０ＤとＡＲ値５３Ｄは、一拍前の単位波形に対して求められた心電図解析情報を示し、周波数分布５０ＥとＡＲ値５３Ｅは、二拍前の単位波形に対して求められた心電図解析情報を示す。さらに、平均ＡＲ値５３Ｆは、ＡＲ値５３Ｃ，５３Ｄ，５３Ｅを平均して求められた心電図解析情報を示す。この画面への切り替えは、上記と同様に操作ボタンのタッチ操作で行うことができる。
この構成によれば、連続して演算されたＡＲ値を比較することで、被検者の心内心電図が安定した状態で取得されているか否かを確認することができる。
図７に示すように、ＡＲ値を演算する際に用いる所定Ａｒｅａの周波数範囲は、任意に設定されうる。例えば、上記（式１）の演算では、図７の設定例７３のＳ１，Ｓ２に示される周波数範囲が用いられている。すなわち、上記（式１）では、分子の周波数範囲が４０〜１００Ｈｚに設定され、分母の周波数範囲が１〜１００Ｈｚに設定されている。これらの周波数範囲は、設定ボタン７５の操作により、例えば設定例７１，７２，７４等のような任意の周波数範囲に変更することができる。設定された複数通りの周波数範囲（設定例７１〜７４）は、演算されたＡＲ値と共に表示部６に同時に表示することができるように構成されている。操作者は、表示された設定例７１〜７４の中から、使用する周波数範囲を選択することができる。この画面への切り替えは、上記と同様に操作ボタンのタッチ操作で行うことができる。
この構成によれば、局所異常電位の周波数成分にバラツキがあっても、周波数範囲を適切な範囲に変更することで適切なＡＲ値を演算することができる。このため、心室内の異常部位の位置をさらに精度良く同定することができる。また、任意に設定した複数の周波数範囲におけるＡＲ値を表示部６に同時に表示することができるので、比較しながら適切な周波数範囲を選択することができ、さらに精度良く異常部位の位置を同定することができる。
図８に示すように、心電図解析装置１Ａは、生成部４３を備える構成とされうる。生成部４３は、例えば解析部４に設けられて、演算部４２で演算されたＡＲ値に基づいて、心室のマッピングポイント（測定部位）が異常部位であるか否かを判別する。ＡＲ値は、心内心電図の解析範囲における局所異常電位が含まれる割合を示す値であるため、例えばＡＲ値が予め設定された閾値を超えた場合に異常部位であると判別される。また、生成部４３は、マッピングポイントの位置データとＡＲ値の判別結果とに基づいて、心室の正常部位と異常部位とを視覚的に識別するための可視化データを生成する。可視化データは、正常部位と異常部位とを異なる表示態様（例えば異なる色、模様等）で表示するための色彩データで構成される。表示制御部５は、この可視化データに基づいて、表示部６に例えば図９に示すような３Ｄマップ８１を表示させても良い。本例では３Ｄマップ８１において、斜線模様８２で表わされた部位が異常部位として示されている
また、図８に示すように、心電図解析装置１Ａは、送信部７を備える構成とされうる。送信部７は、生成部４３で生成された可視化データを外部の３Ｄマッピング装置に送信する。この場合、送信部７は、心室内でマッピングポイントが移動されて各マッピングポイントのＡＲ値が演算される毎に可視化データを送信するように構成される。送信された可視化データに基づいて、３Ｄマッピング装置は例えば図９に示すような３Ｄマップ８１を表示しても良い。
この構成によれば、医療従事者等は、視覚的に異常部位の位置を確認して、例えばカテーテルによるアブレーションを行うことができる。また、治療中に素早くＡＲ値を３Ｄマッング装置に反映することができ、全体のマップから頻拍の原因となっている回路を同定してアブレーション治療に役立てることができる。
上記の実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであって、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更・改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは明らかである。
１，１Ａ：心電図解析装置、２：第一取得部、３：第二取得部、４：解析部、５：表示制御部、６：表示部、３２，３４：心室波、３３：局所異常電位、４１：範囲設定部、４２：演算部、４３：生成部、５３，５３Ａ〜５３Ｆ：ＡＲ値（指標値）

Claims (6)

  1. 被検者の体表面心電図を取得する第一取得部と、
    前記被検者の心臓の心室内の心内心電図を取得する第二取得部と、
    前記心内心電図に対して周波数解析を行う解析部と、
    を備え、
    前記解析部は、
    前記体表面心電図の単位波形に基づいて、前記心内心電図における前記周波数解析の解析範囲を設定する範囲設定部と、
    前記解析範囲内において前記心内心電図に対して周波数解析を行い、当該心内心電図における局所異常電位の割合を示す指標値を演算する演算部と、
    を有する、
    心電図解析装置。
  2. 前記範囲設定部によって設定された前記解析範囲は、操作者から操作に基づいて調整可能である、請求項１に記載の心電図解析装置。
  3. 表示部と、
    前記表示部の表示内容を制御する表示制御部と、
    を備え、
    前記表示制御部は、前記表示部に、操作者によって調整された後の前記解析範囲に基づく前記指標値を、複数同時に表示させる、
    請求項２に記載の心電図解析装置。
  4. 表示部と、
    前記表示部の表示内容を制御する表示制御部と、
    を備え、
    前記表示制御部は、前記表示部に、連続して演算された前記指標値を、複数同時に表示させる、
    請求項１に記載の心電図解析装置。
  5. 前記指標値に基づいて、心室の測定部位が異常部位であるか否かを判別し、当該異常部位を正常部位とは異なる表示態様で表示する可視化データを生成する生成部を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の心電図解析装置。
  6. 前記第一取得部が前記体表面心電図を取得するタイミングと前記第二取得部が前記心内心電図を取得するタイミングとが同期している、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の心電図解析装置。
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