JP7053228B2 - 心電図解析装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は心電図解析装置およびその制御方法に関する。

不整脈のうち、頻脈の治療法としてカテーテルアブレーションが知られている。カテーテルアブレーションは、静脈または動脈を通じて心臓血管内に挿入したアブレーション用カテーテル（電極カテーテル）を用い、不整脈の発生源である心筋組織を焼灼し、不整脈の発生を根源的になくす方法である（非特許文献１）。

奥村 謙ほか、"循環器病の診断と治療に関するガイドライン（2010－2011年度合同研究班報告） カテーテルアブレーションの適応と手技に関するガイドライン"、［online］、平成24年、日本循環器学会ほか、［平成29年11月9日検索］、インターネット〈URL：http://www.j-circ.or.jp/guideline/pdf/JCS2012_okumura_h.pdf〉

カテーテルアブレーションによる治療には、発生を停止させようとする不整脈の発生源である心筋組織の位置を特定することが必要である。具体的には、洞調律時に心臓の様々な部位に刺激を与えて心電図を計測し、発生を停止させようとする不整脈の見本となる心電図波形（コントロール信号）と類似した心電図波形が得られる心筋部位を探索することにより、焼灼すべき位置を特定する（ペースマッピング）。

ペースマッピングに用いるコントロール信号は、被検者自身の不整脈の波形である必要がある。そのため、被検者に投薬したり、刺激を与えたりして、不整脈が発生しやすい状況で心電図を計測することが行われる。しかし、不整脈の波形がなかなか計測できず、マッピングに要する時間が長くなる場合がある。また、このようにして計測される不整脈の波形は、被検者が寝た状態で、麻酔をかけられた状態で得られるものであり、日常生活の中で発生する不整脈の波形と同じとは限らない。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑みなされたもので、日常生活の中で発生する不整脈の波形を、カテーテルアブレーションにおけるマッピングに用いるコントロール信号として容易に取得することが可能な心電図解析装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上述の目的は、心電図信号と、心電図信号の計測時の被検者の体位を示す情報とを取得する取得手段と、心電図信号から、予め定められた不整脈の条件に該当する区間を検出する検出手段と、検出された区間のそれぞれについて、被検者の体位を示す情報が第１の体位を示すか否かを判定する判定手段と、検出された区間のうち、被検者の体位を示す情報が第１の体位であると判定された区間の心電図信号を、第１の体位で行うカテーテルアブレーションのペースマッピング用のコントロール信号として出力する出力手段と、を有することを特徴とする心電図解析装置によって達成される。

このような構成により、本発明によれば、日常生活の中で発生する不整脈の波形を、カテーテルアブレーションにおけるマッピングに用いるコントロール信号として容易に取得することが可能な心電図解析装置およびその制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る心電図解析装置の一例としてのホルタ心電計の機能構成例を示すブロック図である。 実施形態に係る心電図解析処理動作を説明するためのフローチャートである。 実施形態に係る補正信号生成処理動作を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明をその例示的な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る心電図解析装置の一例としての、ホルタ心電計１００の機能構成例を示すブロック図である。なお、本実施形態の心電図解析装置は、心電図（誘導信号）を被検者から取得するための構成を有しているが、本発明において心電図を被検者から取得するための構成は必須でない。本発明に係る心電図解析装置は、予め計測された心電図データを、直接またはネットワークを介して接続された記憶装置や記憶媒体から取得するなど、任意の方法で取得可能な任意の電子機器によって実現可能である。このような電子機器には、心電計、生体情報モニタ、睡眠評価装置（ポリグラフィー）、脈波計といった医療機器だけでなく、心電図解析アプリケーションを実行可能な一般的なコンピュータ機器（スマートフォン、タブレット端末、メディアプレーヤ、スマートウォッチ、ゲーム機など）が含まれるが、これらに限定されない。

図１において、ＣＰＵ１はＲＯＭ２に格納されている制御プログラムをＲＡＭ３に読み出して実行することにより、ホルタ心電計１００全体の制御を司る。ＲＯＭ２はＣＰＵ１が実行するプログラムや、メニュー画面などを表示するためのＧＵＩデータ、ユーザ設定データ、初期設定データなど、処理に必要なパラメータ等を記憶する不揮発性メモリであり、少なくとも一部が書き換え可能であってよい。

ＲＡＭ３はＣＰＵ１が実行するプログラムを展開する領域や、変数やデータ等の一時記憶領域として用いられる。メモリカード４は生体電極１１から入力される生体情報つまり生体電気信号そのもの、もしくは生体電気信号を処理することで得られる別の生体情報やデータをディジタルデータの形式で記憶する記憶装置である。メモリカード４は、カードスロット５に対して着脱可能に装着される。なお、ここでは着脱可能なメモリカード４を記録媒体として用いる構成を説明したが、不揮発性の内蔵メモリを用いる構成であってもよい。

表示部６は例えばドットマトリックス方式の表示装置であり、例えば液晶または有機ＥＬディスプレイである。表示部６は計測中もしくはメモリカード４に記録された生体電気信号の波形表示や、ホルタ心電計１００の設定を行うためのメニュー画面や各種メッセージなどのＧＵＩの表示などに用いられる。

操作部８は電源のオン、オフや計測の開始、停止、各種イベント入力などを行ったり、各種の設定を行なったりするためのスイッチ、ボタンなどからなる。表示部６がタッチディスプレイの場合、操作部８は表示部６に設けられたタッチパネルを含む。

アナログ－デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）９はセンサ用Ｉ／Ｆ１０から供給されるアナログ生体電気信号をデジタル生体電気信号に変換し、ＲＡＭ３に順次格納する。センサ用Ｉ／Ｆ１０は、生体電極１１を接続するためのインターフェースである。なお、センサ用Ｉ／Ｆ１０には生体電極１１以外にも、ＳｐＯ_２（動脈血酸素飽和度）センサや、血圧・脈波計測用のカフなどを接続可能であってよい。センサ用Ｉ／Ｆ１０は、生体電極１１から入力された生体電気信号に対してノイズ除去や増幅を行い、Ａ／Ｄ変換器９に供給する。

生体電極１１は、生体電気信号を取得するための電極であり、本実施形態では心電図（心電信号）を取得するための電極である。取得する心電図の種類に特に制限はないが、ペースマッピングは標準１２誘導の心電図を計測しながら行うのが一般的であるため、ペースマッピング用のコントロール信号を生成する本実施形態でも標準１２誘導を取得するものとする。生体電極１１の電極数は取得する生体電気信号の種類に応じて異なり、例えば標準１２誘導の心電図を取得する場合には計１０個の電極から構成される。なお、ホルタ心電計で標準１２誘導の心電図を取得する場合には、通常は四肢に装着する電極を左右鎖骨および左右前腸骨棘（または左右肋骨弓下縁部）に装着するMason-Liker誘導法を用いる。なお、誘導変換技術を用いて標準１２誘導を合成する場合や、計測する誘導の種類が異なる場合には、より少ない電極数であってよい。生体電極１１は、生体に装着する電極部と、センサ用Ｉ／Ｆ１０に接続するためのコネクタ部と、電極部とコネクタ部とを接続するリード線部とを有する。

姿勢センサ１２は、ホルタ心電計１００の姿勢を検出することにより、ホルタ心電計１００を装着している被検者の姿勢を検出するためのセンサである。姿勢センサ１２は例えば３軸の加速度センサであってよい。姿勢センサ１２はホルタ心電計１００の筐体に対して特定の位置関係を有するように実装されており、その出力からホルタ心電計１００の姿勢を特定することができる。従って、ホルタ心電計１００を被検者に特定の姿勢で装着することで、姿勢センサ１２の出力から被検者の体位（例えば、右側臥位、左側臥位、仰臥位（背臥位）、伏臥位（腹臥位）、および立位）を判別することができる。本実施形態では、表示部６が略垂直な状態で、表示部６の周囲に印刷されている文字（ロゴ、型番）などが正しく読める状態を「立位」（基準姿勢）とし、ホルタ心電計１００の姿勢を判別するものとする。

なお、立位とは必ずしも全身が直立している状態のみを意味せず、ホルタ心電計１００の装着部位が立位であればよい。例えば、ホルタ心電計１００を被検者の上半身に装着している場合、仰臥位から上半身だけ起こした状態は立位と見なしてよい。

通信インターフェース２０は例えばホストコンピュータやプリンタ等の外部機器４０と通信を行うための通信インターフェースであり、有線および／または無線通信規格に準拠した構成を有する。

時計１３は、一般的な内蔵時計であり、ＣＰＵ１は時計１３から現在時刻を取得することができる。なお、現在時刻は通信Ｉ／Ｆ２０を通じて外部機器４０から取得することも可能である。

このような構成を有するホルタ心電計１００を用いて心電図（誘導波形）の取得及び記録を行う場合、ホルタ心電計１００を収容する装着具を用いて被検者の胸や腰にホルタ心電計１００を保持する。そして、生体電極１１のコネクタ部をセンサ用Ｉ／Ｆ１０のコネクタに接続し、生体電極１１の電極部を体表面の所定の位置に装着する。

例えば操作部８の操作によって電源が投入されると、ＣＰＵ１は初期化処理など、生体電気信号の取得を開始する前のタイミングで、心電波形を取得するための動作モードの設定処理を行うことができる。

また、ＣＰＵ１は必要に応じて、生体電気信号の記録動作の開始前に、日時や、被検者を特定可能な情報（例えば被検者ＩＤなど）を、ユーザに設定させるための入力画面などを表示してもよい。そして、例えば操作部８からの記録開始指示の入力や、電源投入時からの所定時間経過などに応じて、ＣＰＵ１は生体電気信号の記録動作を開始する。なお、生体電気信号の取得自体は、記録処理の開始前から実行されてよい。例えば、表示部６に現在取得中の生体電気信号の波形表示を行うことで、生体電極が正しく装着されているかを含めた、接続状態を確認することを可能にする。

記録動作が開始されると、センサ用Ｉ／Ｆ１０およびＡ／Ｄ変換器９を通じてＲＡＭ３に、標準１２誘導のデジタル心電図信号が順次蓄積されてゆく。ＣＰＵ１はＲＡＭ３に蓄積されたデジタル心電図信号に対して解析処理を適用し、解析処理で得られた情報を必要に応じて付加した上で、デジタル心電図信号を所定形式のデータファイルに格納して順次メモリカード４に記録してゆく。また、ＣＰＵ１は、姿勢センサ１２の出力する各軸の加速度信号の所定時間ごとの積算量に基づいてホルタ心電計１００（被検者）の姿勢を判定し、デジタル心電図信号とともに記録する。あるいは、記録時には姿勢の判定を行わずに、各軸の積算量を記録してもよい。ＣＰＵ１は、姿勢センサ１２の各軸の積算量に基づいて重力方向を算出することで、重力方向と姿勢センサの各軸との位置関係からホルタ心電計１００の姿勢を決定することができる。さらに、ＣＰＵ１は操作部８が有するイベントスイッチが押下されたことが検出された場合、検出時刻に対応付けてイベントスイッチ押下の情報もメモリカード４に記録する。記録動作を開始してから所定時間（例えば２４時間）経過するか、操作部８を通じて記録動作停止が指示されると、ＣＰＵ１は記録動作を終了する。

（心電図信号の解析処理）
次に、図２のフローチャートを参照して、本実施形態のホルタ心電計１００による心電図信号の解析処理動作について説明する。解析処理は心電図信号の計測時（記録時）に実施してもよいし、記録済みの心電図信号に対して実施してもよい。また、上述したように、ホルタ心電計１００のような計測装置とは別の、計測機能を持たない装置で実施してもよい。以下では、予めＲＯＭ２に記憶された心電図信号の解析プログラムをＲＡＭ３に展開してＣＰＵ１が実行することによって解析処理を実行するものとするが、解析処理の少なくとも一部がＡＳＩＣ等の専用ハードウェアによって実現されてもよい。

Ｓ１０１でＣＰＵ１は、ＲＡＭ３、メモリカード４、もしくは通信可能に接続された外部機器４０から、所定の区間（所定時間分）の心電図信号（全誘導）を取得し、ＲＡＭ３の所定領域に記憶する。ここで、所定時間は、途中で体位の判定が変化しない期間、例えば体位の判定を行う周期（ここでは１分）の整数倍または整数分の１とすることができるが、これに限定されない。

次に、Ｓ１０３でＣＰＵ１は、所定時間分の心電図信号が不整脈の条件に該当すると判定されればＳ１０５に、判定されなければＳ１１１に処理を進める。ここでは特に、ペースマッピングを行う心室性不整脈（心室性頻脈（ＶＴ）、心室細動（Ｖｆ）、心室性期外収縮（ＰＶＣ）など）の条件に該当するか否かを判定するものとするが、他の不整脈の条件についても該当するか否かを併せて判定してもよい。なお、不整脈の条件は例えばＲＲ間隔の異常など、公知の条件であってよい。

Ｓ１０５でＣＰＵ１は、所定時間分の心電図信号が、仰臥位（第１の体位）で計測されたものと判定されればＳ１０９に、仰臥位と異なる体位（第２の体位）と判定されればＳ１０７に、処理を進める。上述の通り、心電図信号とともに、姿勢センサ１２の出力の積算量もしくはそれから判定された体位が記録されている。そのため、ＣＰＵ１は判定された体位の情報を参照するか、所定時間分の心電図信号についての姿勢センサ１２の出力の積算量に基づいて体位を判定することができる。

なお、本実施形態では、カテーテルアブレーション時における被検者の体位が仰臥位であることを想定して、不整脈の心電図信号の計測時の体位が仰臥位であるか否かを判定している。つまり、Ｓ１０５の判定処理は、カテーテルアブレーション時の体位と同じ体位で計測されているか否かの判定である。

Ｓ１０７でＣＰＵ１は、所定時間分の心電図信号を、仰臥位で計測された心電図信号に補正する。例えばＣＰＵ１は、同一被検者について仰臥位で計測した心電図信号と、他の各体位のそれぞれで計測した心電図信号との差異に基づいて、仰臥位と異なる体位で計測された心電図信号を、仰臥位で計測された信号相当に補正（変換）する。ＣＰＵ１はこの補正を誘導ごとに行う。

Ｓ１０９でＣＰＵ１は、Ｓ１０１で取得した所定時間分の心電図信号を、仰臥位で計測されていればそのまま、他の体位で計測されていればＳ１０７で補正した後に、カテーテルアブレーションのペースマッピングに用いるコントロール信号としてメモリカード４に記録する。

Ｓ１１１でＣＰＵ１は、計測された心電図信号を最後まで解析したと判定されれば解析処理を終了し、判定されなければ処理をＳ１０１に戻して次の所定時間分の心電図信号についての解析処理を継続する。このように、計測された心電図信号の内、不整脈の条件に該当する区間を検出し、カテーテルアブレーション時と同じ体位で計測されていればそのまま、異なる体位で計測されていれば同じ体位で計測された信号相当に補正して、コントロール信号とする。

ここで、Ｓ１０７における補正処理で用いる補正信号の生成方法の一例について、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、この処理は心電図信号の計測時に行ってもよいし、計測された心電図信号について実施してもよい。ホルタ心電計１００の動作モードとして補正信号生成モードを設け、補正信号生成モードが設定された際に以下の処理を実施してもよい。

Ｓ２０１でＣＰＵ１は、体位ごとに所定時間分（例えば１０秒間）の心電図信号を取得する。例えばホルタ心電計を用いて長時間心電図の計測を行う場合、電極の装着や計測の開始は医療機関で医療関係者が行う。そのため、長時間心電図の計測開始前、あるいは計測の開始から所定の期間において、被検者に個々の体位を取らせて計測することで、体位ごとの心電図信号を計測することができる。Ｓ２０１ではこのような計測を実施してもよいし、既に計測されてメモリカード４に記録された心電図信号を読み出してもよい。Ｓ２０１の処理により、ＲＡＭ３に体位ごとの心電図信号が記憶された状態になる。

Ｓ２０３でＣＰＵ１は、仰臥位以外の体位で計測された心電図信号のそれぞれについて、仰臥位で計測された心電図信号との差分信号を算出する。ＣＰＵ１は、対応する誘導ごとに差分信号を算出する。

そして、Ｓ２０５でＣＰＵ１は、各体位、各誘導について得られた仰臥位で計測された心電図信号との差分信号を１拍ごとに加算平均し、補正信号とする。ＣＰＵ１は得られた補正信号を例えばメモリカード４に被検者の識別情報と関連づけて記録する。

このようにして得られた補正信号を、計測された心電図信号の１拍ごとに加算することにより、仰臥位以外の体位で計測された心電図信号の計測体位を仰臥位相当に補正（変換）することができる。なお、ここで例示した補正信号の生成方法は考えられる一例に過ぎず、他の方法で補正信号を生成してもよい。

（変形例）
なお、補正信号を生成する際に用いる、仰臥位で計測された心電図信号と、補正しようとする体位で計測された心電図信号は、長時間心電図信号から取得してもよい。例えば、補正しようとする不整脈の心電図信号の計測体位と同じ体位および仰臥位で直近に計測された不整脈でない心電図信号を用いてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、日常生活で実際に発生した不整脈の心電図信号を、ペースマッピング用のコントロール信号として用いることができる。そのため、不整脈の発生源を精度の良く探索することを可能にする。また、ペースマッピング時の体位と異なる体位で計測された心電図信号については、ペースマッピング時の体位相当の心電図信号に補正するので、体位の違いによる波形の変化を抑制することができ、好適なコントロール信号として用いることができる。さらに、事前にコントロール信号を得ることができるため、カテーテルアブレーションに要する時間を大幅に短縮することが可能になる。

なお、本発明に係る心電図解析装置は、一般的に入手可能な、パーソナルコンピュータのような汎用情報処理装置に、上述した動作を実行させるプログラム（アプリケーションソフトウェア）として実現することもできる。従って、このようなプログラムおよび、プログラムを格納した記憶媒体（ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等の光学記録媒体や、磁気ディスクのような磁気記録媒体、半導体メモリカードなど）もまた本発明を構成する。

１…ＣＰＵ、２…ＲＯＭ、３…ＲＡＭ、４…メモリカード、６…表示部、８…操作部、１０…センサ用Ｉ／Ｆ、１１…生体電極

Claims (7)

1. 心電図信号と、前記心電図信号の計測時の被検者の体位を示す情報とを取得する取得手段と、
   前記心電図信号から、予め定められた不整脈の条件に該当する区間を検出する検出手段と、
   前記検出された区間のそれぞれについて、前記被検者の体位を示す情報が第１の体位を示すか否かを判定する判定手段と、
   前記検出された区間のうち、前記被検者の体位を示す情報が前記第１の体位であると判定された区間の心電図信号を、前記第１の体位で行うカテーテルアブレーションのペースマッピング用のコントロール信号として出力する出力手段と、
   を有することを特徴とする心電図解析装置。
2. 前記検出された区間のうち、前記被検者の体位を示す情報が第２の体位であると判定された区間の信号を、前記第１の体位で計測された信号相当に補正する補正手段をさらに有し、
   前記出力手段は、前記補正手段によって補正された区間の心電図信号も、前記コントロール信号として出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の心電図解析装置。
3. 前記補正手段は、前記第１の体位と前記第２の体位とで計測された、前記不整脈の条件に該当しない心電図信号の差異に基づく補正信号を適用することにより、前記補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の心電図解析装置。
4. 前記検出手段が、心室性不整脈の条件に該当する区間を検出することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の心電図解析装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の心電図解析装置を備えた心電計。
6. 心電図信号と、前記心電図信号の計測時の被検者の体位を示す情報とを取得する取得工程と、
   前記心電図信号から、予め定められた不整脈の条件に該当する区間を検出する検出工程と、
   前記検出された区間のそれぞれについて、前記被検者の体位を示す情報が第１の体位を示すか否かを判定する判定工程と、
   前記検出された区間のうち、前記被検者の体位を示す情報が前記第１の体位であると判定された区間の心電図信号を、前記第１の体位で行うカテーテルアブレーションのペースマッピング用のコントロール信号として出力する出力工程と、
   を有することを特徴とする心電図解析装置の制御方法。
7. コンピュータを、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の心電図解析装置の各手段として機能させるためのプログラム。

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