JP6815877B2

JP6815877B2 - 負荷制御装置

Info

Publication number: JP6815877B2
Application number: JP2017008853A
Authority: JP
Inventors: 正行白井
Original assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Current assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2021-01-20
Anticipated expiration: 2037-01-20
Also published as: JP2018114236A

Description

本発明は、運動負荷試験に用いられるトレッドミルやエルゴメータ等の運動負荷装置の負荷を制御する負荷制御装置に関する。

心電図において大きさの異なるＴ波が１拍毎に現れるＴ波オルタナンス（ＴＷＡ：T Wave Alternans）現象は、突然死の可能性や心筋梗塞後の予後を評価するための有効な指標として用いられている（特許文献１参照）。ＴＷＡは、測定電位が数μＶであることと、心拍数の上昇時に出現し易いことから、一般に、被検者に測定用電極を装着させた状態で運動負荷試験を行うことによってフランク誘導法や１２誘導法による心電図を測定し、この心電図を評価することによって行われる。

より詳細には、ＴＷＡの検査では、心電図の各誘導において１拍毎に現れる形の異なるＴ波を測定し、その交互性（つまり隣り合うＴ波の差分）の大きさを算出し、この交互性が大きいほど突然死の可能性が高いと評価する。

このＴ波の交互性を算出するための方式には、大きく分けて２つの方式がある。一つは周波数ドメイン法と呼ばれている方式であり、もう一つはタイムドメイン法と呼ばれている方式である。因みに、特許文献１には周波数ドメイン法が記載されている。

周波数ドメイン法は、例えば１２８拍分のＴ波の高さをＦＦＴで変換したときの、０．５（cycle/beat）の位置の強さを交互性の強さとする方式である。因みに、例えば０．４４〜０．４９（cycle/beat）の位置の平均レベルをノイズレベルとしている。具体的には、例えば１２８拍を単位としてＦＦＴ変換したときの０．５（cycle/beat）の位置のレベルを出力するといった処理を、１拍ずつずらしながら順次行うことにより、所定時間ぶんのＴ波オルタナンスを求める。

タイムドメイン法は、偶数波と奇数波に分けて、Ｔ波の偶数波平均レベルと、Ｔ波の奇数波平均レベルの差を検出する方式である。

特許第３８７７７６１号公報

ところで、上記特許文献１にも記載されているように、ＴＷＡ検査においては、被検者にトレッドミルやエルゴメータ等の負荷装置によって決められた強度及び時間の負荷を与える必要があり、このためオペレータはＴＷＡ検査中に常に負荷装置の操作を行う必要があった。例えば、負荷装置としてトレッドミルを用いる場合には、オペレータは被検者の心拍数が定められた期間、定められた範囲に収まるように、慎重にトレッドミルの速度及び傾斜を手動で設定する必要があった。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、ＴＷＡ検査時のオペレータの手間を軽減させることができる負荷制御装置を提供する。

本発明の負荷制御装置の一つの態様は、
ＴＷＡ検査に用いられる負荷制御装置であって、
運動負荷装置による負荷を受けている被検者の心拍数と心拍数の目標値との比較結果に基づいて、前記運動負荷装置を制御する負荷装置制御部と、
前記被検者の心拍数が目標範囲内にあるか否かを監視する心拍数監視部と、
前記心拍数が前記目標範囲内に収まっていた時間を基に、負荷継続時間を計測する時間計測部と、
を有し、
前記時間計測部が計測する前記負荷継続時間は、前記心拍数が前記目標範囲内に収まっていた時間から、前記心拍数が前記目標範囲外にあった時間を減算した時間であり、
前記負荷装置制御部は、前記心拍数と前記目標値との比較結果と、前記負荷継続時間と、に基づいて、前記運動負荷装置を制御する。

本発明によれば、オペレータが心拍数やタイマーを見ながら運動負荷装置を操作しなくても、ＴＷＡ検査プロトコルに従って運動負荷装置を自動的に制御できるようになるので、ＴＷＡ検査時のオペレータの手間を軽減させることができる。

実施の形態に係る運動負荷心電図検査システムの外観図実施の形態の心電図検査装置の要部構成を示すブロック図実施の形態による負荷制御の様子を示す図であり、心拍数の目標範囲を１００〜１１０としたときの運動負荷装置の制御の様子を示す図心拍数の目標範囲を１００〜１１０としたときの運動負荷装置の制御の様子を示す図心拍数の目標範囲を１１０〜１２０としたときの運動負荷装置の制御の様子を示す図心拍数の目標範囲を１１０〜１２０としたときの運動負荷装置の制御の様子を示す図運動負荷装置を停止させた様子を示す図

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

＜全体構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る運動負荷心電図検査システム１０の外観図である。運動負荷心電図検査システム１０は、運動負荷装置２０と、心電図などの生体情報の取得及び運動負荷装置２０の制御を行う心電図検査装置１００と、を有する。本実施の形態の場合、運動負荷装置２０としてトレッドミルが用いられているが、トレッドミルに代えてエルゴメータなどを用いてもよい。心電図検査装置１００と運動負荷装置２０とは専用ケーブル３０によって接続されており、運動負荷装置２０は心電図検査装置１００によって制御される。トレッドミルの場合、ベルトの回転速度及び傾斜が心電図検査装置１００によって制御される。

心電図検査装置１００は、装置本体１００ａと、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）からなるディスプレイ１０１と、キーボードやマウスなどからなる操作部１０２と、プリンタ１０３と、血圧計１０４と、を有する。

図２は、心電図検査装置１００の要部構成を示すブロック図である。心電図検査装置１００の制御部１１０は、心電図検査装置１００の全体の動作を制御する。ディスプレイ１０１には、メニュー画面や各種の設定画面が表示される。また、ディスプレイ１０１には、心電波形、解析結果などが表示される。

記憶部１１１は、ハードディスクドライブや半導体メモリなどにより構成される。記憶部１１１は、心電波形のデータとその解析データなどを記憶する。また、記憶部１１１は、操作部１０２からオペレータによって入力された、心電図検査装置１００の設定データも記憶される。

プリンタ１０３は、レーザ式やサーマルヘッド式などのプリンタであり、測定により得られた、心電波形とその解析結果などを、オペレータによる指示に従ってプリントする。スピーカ１１２は、負荷検査モード時の喚起音などを発する。

また、心電図検査装置１００は、電極用インターフェース（Ｉ／Ｆ）１２２、血圧計用インターフェース（Ｉ／Ｆ）１２３及び運動負荷用インターフェース（Ｉ／Ｆ）１２４を有する。

電極用Ｉ／Ｆ１２２は、被検者（つまり、心電図計測の対象者）に装着される電極部（四肢用電極部及び胸部用電極部など）１３０に接続され、この電極部１３０から入力される測定電圧に増幅処理などを施して、演算部１２１に出力する。血圧計用Ｉ／Ｆ１２３は、血圧計１０４に接続され、血圧計１０４から入力される血圧値信号を演算部１２１に出力する。また、血圧計用Ｉ／Ｆ１２３は、血圧計１０４のカフに供給する圧力を制御するための制御信号を血圧計１０４に出力する。

演算部１２１は、心電図データ処理プログラムを実行することにより、心電波形の解析などを行う。

さらに、演算部１２１は、ＴＷＡ検査モード時には、ＴＷＡ検査プログラムを実行することにより、Ｔ波の交互性の強さを算出する。本実施の形態の場合、周波数ドメイン法によってＴ波の交互性を評価する。具体的には、演算部１２１は、例えば１２８拍を単位としてＦＦＴ変換したときの０．５（cycle/beat）の位置のレベルを出力するといった処理を、１拍ずつずらしながら順次行うことにより、所定時間ぶんのＴ波オルタナンスを求める。

運動負荷用Ｉ／Ｆ１２４は、トレッドミルやエルゴメータなどの運動負荷装置２０に接続される。制御部１１０から運動負荷用Ｉ／Ｆ１２４を介して運動負荷装置２０に、運動負荷装置２０を駆動するための制御信号が出力される。また、運動負荷用Ｉ／Ｆ１２４を介して、運動負荷装置２０からのフィードバック信号が入力される。このフィードバック信号としては、例えば速度信号などがある。心電図検査装置１００の制御部１１０は、運動負荷装置２０からフィードバックされる速度信号に基づいて、運動負荷装置２０を所望の速度に制御できる。

かかる構成に加えて、制御部１１０は、演算部１２１から被検者の心拍数の情報を入力し、この心拍数に基づいて運動負荷装置２０を制御する。より具体的には、制御部１１０は、被検者の心拍数と心拍数の目標値との比較結果に基づいて運動負荷装置２０を制御する負荷装置制御部としての機能と、被検者の心拍数が目標範囲内にあるか否かを監視する心拍数監視部としての機能と、心拍数が目標範囲内に収まっていた時間を基に、負荷継続時間を計測する時間計測部としての機能と、を有する。ここで、制御部１１０が計測する負荷継続時間は、ある条件下で、心拍数が目標範囲内に収まっていた時間から、心拍数が目標範囲外にあった時間を減算した時間である。そして、制御部１１０は、心拍数と目標値との比較結果と、負荷継続時間と、に基づいて、運動負荷装置２０を制御する。

これにより、制御部１１０は、ＴＷＡ検査において求められる負荷を被検者に与えることができる。

＜負荷制御＞
次に、制御部１１０による運動負荷装置２０の負荷制御について詳述する。

制御部１１０は、例えば特許文献１にも記載されているようなＴＷＡ検査プロトコルに従って運動負荷装置２０を制御する。具体的には、制御部１１０は、先ず、被検者の心拍数が１００〜１１０の範囲内に２分３０秒の合計時間収まるように運動負荷装置２０を制御し、次に、被検者の心拍数が１１０〜１２０の範囲内に１分３０秒の合計時間収まるように運動負荷装置２０を制御する。

図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ及び図５は、本実施の形態による負荷制御の様子を示す図である。図３Ａ及び図３Ｂは、被検者の心拍数が１００〜１１０の範囲内に２分３０秒の合計時間収まるように運動負荷装置２０を制御した様子を示す図であり、図４Ａ及び図４Ｂは、被検者の心拍数が１１０〜１２０の範囲内に１分３０秒の合計時間収まるように運動負荷装置２０を制御した様子を示す図であり、図５は、負荷を与えた後の様子を示す図である。

図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ及び図５の各図において縦軸は時間方向を示す。また、各図において、（ａ）は被検者の心拍数を示し、（ｂ）は心電図検査装置１００（制御部１１０と言い換えてもよい）によってカウントされる負荷継続時間を示し、（ｃ）は心電図検査装置１００による運動負荷装置２０の制御の様子を示す。

先ず、図３Ａの時点ｔ１においてＴＷＡ検査を開始すると、心電図検査装置１００は心拍数が目標値となるように運動負荷装置２０を制御する。ここで、心拍数の目標値は、心拍数の目標範囲１００〜１１０の中央値である「１０５」とされている。時点ｔ１から時点ｔ３までの期間は被検者の心拍数が１０５以下なので、心電図検査装置１００は運動負荷装置２０のベルトの回転数を上げたりベルトの傾斜を大きくするなどして運動負荷装置２０の負荷量をアップさせる。時点ｔ３以降は、被検者の心拍数が１０５以上なので、心電図検査装置１００は運動負荷装置２０のベルトの回転数を下げたりベルトの傾斜を小さくするなどして運動負荷装置２０の負荷量をダウンさせている。

時点ｔ２から時点ｔ４の期間は被検者の心拍数が目標範囲１００〜１１０に収まっているので、心電図検査装置１００は心拍数が目標範囲１００〜１１０内に収まっていた時間に基づいて負荷継続時間をカウントアップ（加算）していく。実施の形態では、負荷継続時間が円グラフとして表現されている。図の例では、目標範囲を１００〜１１０としたときの負荷継続時間は下の円グラフで表され、目標範囲を１１０〜１２０としたときの負荷継続時間は下の円グラフで表されている。

時点ｔ２から時点ｔ４の期間は被検者の心拍数が目標範囲１００〜１１０に収まっているので、その時間をカウントアップ（加算）し、これに伴って下の円グラフを進行させる。一方で、時点ｔ４から時点ｔ６の期間は被検者の心拍数が目標範囲１００〜１１０に収まっていないので、その時間を負荷継続時間から減算し、これに伴って下の円グラフを後退させる。また、図３Ｂの時点ｔ６から時点ｔ８の期間は被検者の心拍数が目標範囲１００〜１１０に収まっているので、その時間をカウントアップ（加算）し、これに伴って下の円グラフを進行させる。

やがて、時点ｔ８で目標範囲を１００〜１１０としたときの負荷継続時間が決められた時間である２分３０秒に達すると、心電図検査装置１００は心拍数が次の目標値となるように運動負荷装置２０を制御する。具体的には、心電図検査装置１００は、心拍数の次の目標値を、次の心拍数の目標範囲１１０〜１２０の中央値である「１１５」に設定し、負荷継続時間を一旦リセットして、上述と同様の制御を行う。時点ｔ８から時点ｔ１０までの期間は被検者の心拍数が１１５以下なので、心電図検査装置１００は運動負荷装置２０の負荷量をアップさせる。時点ｔ１０から時点ｔ１４までの期間は被検者の心拍数が１１５以上なので、心電図検査装置１００は運動負荷装置２０の負荷量をダウンさせる。時点ｔ１４から時点ｔ１８までの期間は被検者の心拍数が１１５以下なので、心電図検査装置１００は運動負荷装置２０の負荷量をアップさせる。

時点ｔ９から時点ｔ１１の期間は被検者の心拍数が目標範囲１１０〜１２０に収まっているので、心電図検査装置１００は心拍数が目標範囲１１０〜１２０内に収まっていた時間に基づいて負荷継続時間をカウントアップ（加算）していく。

時点ｔ９から時点ｔ１１の期間は被検者の心拍数が目標範囲１１０〜１２０に収まっているので、その時間をカウントアップ（加算）し、これに伴って上の円グラフを進行させる。一方で、時点ｔ１１から時点ｔ１３の期間は被検者の心拍数が目標範囲１１０〜１２０に収まっていないので、その時間を負荷継続時間から減算し、これに伴って上の円グラフを後退させる。また、時点ｔ１３から時点ｔ１５の期間は被検者の心拍数が目標範囲１１０〜１２０に収まっているので、その時間をカウントアップ（加算）し、これに伴って上の円グラフを進行させる。

因みに、本実施の形態の場合には、心拍数が目標範囲外であっても、既に合計時間が決められた時間の６０％を超過している場合には、円グラフを後退させない（負荷継続時間を減算しない）ようになっている。つまり、時点ｔ１５から時点ｔ１７の期間は被検者の心拍数が目標範囲１１０〜１２０に収まってはいないが、既に負荷継続時間が決められた時間である１分３０秒の６０％を超過しているので、時点ｔ１５から時点ｔ１７までの時間を負荷継続時間から減算せずに、負荷継続時間を維持する。

やがて、時点ｔ１８で目標範囲を１１０〜１２０としたときの負荷継続時間が決められた時間である１分３０秒に達すると、心電図検査装置１００は図５に示したように運動負荷装置２０の負荷を停止させる。

このようにすることで、心電図検査装置１００は、オペレータが心拍数やタイマーを見ながら運動負荷装置２０を操作しなくても、ＴＷＡ検査プロトコルに従って運動負荷装置２０を自動的に制御できる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、制御部１１０によって、被検者の心拍数と心拍数の目標値との比較結果に基づいて運動負荷装置２０を制御するとともに、心拍数が目標範囲内にあるか否かを監視し、さらに、心拍数が目標範囲内に収まっていた時間から、心拍数が所定条件下（実施の形態の場合には負荷継続時間が決められた時間の６０％を超過する前）において目標範囲外にあった時間を減算した時間である負荷継続時間を計測し、心拍数と目標値との比較結果と、負荷継続時間と、に基づいて、運動負荷装置２０を制御したことにより、ＴＷＡ検査時のオペレータの手間を軽減させることができる。特に、減算を含む負荷継続時間の計測操作は、オペレータにとって非常に煩雑な処理となるが、本実施の形態では、このような負荷継続時間も容易かつ正確に計測して、ＴＷＡ検査を進めることができる。

また、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ及び図５に示したように、負荷継続時間を円グラフで表現してディスプレイ１０１に表示すれば、オペレータは、視覚的に検査の残り時間を把握できるようになる。

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。

上述の実施の形態では、先ず、１００〜１１０の目標範囲で負荷継続時間が２分３０秒となるように運動負荷装置２０を制御し、次に、１１０〜１２０の目標範囲で負荷継続時間が１分３０秒となるように運動負荷装置２０を制御した場合について述べたが、勿論、ＴＷＡ検査プロトコルに応じて、運動負荷装置２０を制御するための、心拍数の目標範囲、目標値、及び負荷継続時間を変更してもよい。また、上述の実施の形態では、既に負荷継続時間が決められた時間の６０％を超過している場合に減算を行わないようにしたが、減算を行う条件及び減算を行わない条件は適宜変更してもよい。

また、上述の実施の形態では、心拍数の目標範囲が１００〜１１０のときの心拍数の目標値を中央値である１０５とし、心拍数の目標範囲が１１０〜１２０のときの心拍数の目標値を中央値である１１５とした場合について述べたが、目標値は必ずしも中央値に設定する必要はない。例えば、目標範囲が１００〜１１０のときの心拍数の目標値を１０２〜１０７とし、心拍数の目標範囲が１１０〜１２０のときの心拍数の目標値を１１２〜１１７のようにしてもよい。このように、目標値を、対応する目標範囲の範囲内であり、かつ対応する目標範囲よりも狭い範囲の値に設定すれば、中央値のように１つの値とするよりも、実際上の負荷の変動周期が長くなることを期待でき、その結果、被検者の筋電などに起因するノイズの発生が抑制されることを期待できる。また、目標値にヒステリシスをもたせて設定してもよい。

本発明の負荷制御装置は、例えばＴＷＡ検査機能を有する心電図検査装置に適用し得る。

１０運動負荷心電図検査システム
２０運動負荷装置
１００心電図検査装置
１００ａ装置本体
１０１ディスプレイ
１０２操作部
１０３プリンタ
１０４血圧計
１１０制御部
１２１演算部

Claims

ＴＷＡ検査に用いられる負荷制御装置であって、
運動負荷装置による負荷を受けている被検者の心拍数と心拍数の目標値との比較結果に基づいて、前記運動負荷装置を制御する負荷装置制御部と、
前記被検者の心拍数が目標範囲内にあるか否かを監視する心拍数監視部と、
前記心拍数が前記目標範囲内に収まっていた時間を基に、負荷継続時間を計測する時間計測部と、
を有し、
前記時間計測部が計測する前記負荷継続時間は、前記心拍数が前記目標範囲内に収まっていた時間から、前記心拍数が前記目標範囲外にあった時間を減算した時間であり、
前記負荷装置制御部は、前記心拍数と前記目標値との比較結果と、前記負荷継続時間と、に基づいて、前記運動負荷装置を制御する、
負荷制御装置。
前記時間計測部によって計測された前記負荷継続時間を表示する表示部を、さらに有する、
請求項１に記載の負荷制御装置。
前記目標範囲は、１００〜１１０、及び、１１０〜１２０であり、
前記負荷装置制御部は、前記負荷継続時間が２分３０秒となるまで前記１００〜１１０の目標範囲に応じた心拍数の目標値を設定して前記運動負荷装置を制御し、次に、リセットされた負荷継続時が１分３０秒となるまで前記１１０〜１２０の目標範囲に応じた心拍数の目標値を設定して前記運動負荷装置を制御する、
請求項１又は請求項２に記載の負荷制御装置。
前記心拍数の目標値は、対応する目標範囲の中央値に設定されている、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の負荷制御装置。
前記心拍数の目標値は、対応する目標範囲の範囲内であり、かつ対応する目標範囲よりも狭い範囲の値に設定されている、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の負荷制御装置。
前記時間計測部は、前記負荷継続時間が所定時間以上となった場合は、前記心拍数が前記目標範囲外となっても前記負荷継続時間の減算を行わない、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の負荷制御装置。
前記負荷継続時間を、ディスプレイに円グラフで表示させるとともに、
前記心拍数が前記目標範囲内に収まっていた時間は前記円グラフを進行させ、前記心拍数が前記目標範囲内に収まっていない時間は前記円グラフを後退させる、
請求項１から請求項６のいずれかに一項に記載の負荷制御装置。