JP7336171B1 - 心電図分析装置、心電図分析方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

心電図分析装置（３）は、心電図データを１拍ごとに分離することによって生成された複数の心電図波形を取得する取得部（３３１）と、複数の心電図波形を、形状の類似性に基づいて複数のグループに分類する分類部（３３２）と、複数のグループから選択された選択グループに属する少なくとも１つの心電図波形に対応する代表波形において指定された所定種別の波の基準位置を受け付ける受付部（３３３）と、分析対象の心電図波形が属するグループの代表波形における時間軸上の複数の位置と、分析対象の心電図波形における時間軸上の複数の位置と、の対応関係を特定し、対応関係が示す、代表波形における基準位置に対応する分析対象の心電図波形における位置を、分析対象の心電図波形に含まれる所定種別の波の位置として決定する分析部（３３５）と、を有する。

Description

本発明は、心電図を分析するための心電図分析装置、心電図分析方法及びプログラムに関する。

従来、患者等の被分析者が身体に装着して長時間にわたって心電図を測定することができるホルター心電計が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００７－１９５６９３号公報

心電図波形に異常が発生しているか否かを判断するために、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波等の特徴的な波を観察することが行われている。例えば、副作用としてＱ波とＴ波との間隔（以下、ＱＴ間隔）が延長する可能性のある医薬品を患者に投与する場合には、患者のＱＴ間隔を測定することが求められる。しかしながら、Ｔ波には、例えば、通常のＴ波、へいていＴ波、陰性Ｔ波、二相性Ｔ波、Ｔ波とＵ波とが融合した波等の形態のバリエーションがあることが知られており、コンピュータが心電図波形から様々なバリエーションの波の位置を高精度に検出することが難しい場合があった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、心電図波形において所定種別の波の位置を検出する精度を向上させることを目的とする。

本発明の第１の態様の心電図分析装置は、心電図データを１拍ごとに分離することによって生成された複数の心電図波形を取得する取得部と、前記複数の心電図波形を、形状の類似性に基づいて複数のグループに分類する分類部と、前記複数のグループから選択された選択グループに属する少なくとも１つの前記心電図波形に対応する代表波形において指定された所定種別の波の基準位置を受け付ける受付部と、分析対象の前記心電図波形が属する前記グループの前記代表波形における時間軸上の複数の位置と、分析対象の前記心電図波形における時間軸上の複数の位置と、の対応関係を特定し、前記対応関係が示す、前記代表波形における前記基準位置に対応する分析対象の前記心電図波形における位置を、分析対象の前記心電図波形に含まれる前記所定種別の波の位置として決定する分析部と、を有する。

前記受付部は、前記代表波形においてＱ波の前記基準位置及びＴ波の前記基準位置を受け付け、前記分析部は、分析対象の前記心電図波形に含まれる前記Ｑ波の位置及び前記Ｔ波の位置を決定してもよい。

前記分析部は、前記Ｑ波の位置及び前記Ｔ波の位置の間隔と、前記間隔を分析対象の前記心電図波形から特定した心拍数を用いて補正することによって算出した補正後間隔と、の少なくとも一方を算出してもよい。

前記心電図分析装置は、前記グループに属する前記複数の心電図波形における前記間隔又は前記補正後間隔の統計量が閾値以上であることを条件として、前記グループに属する前記複数の心電図波形のうち、前記グループの前記代表波形との類似度が最も高い前記心電図波形を出力する出力部をさらに有してもよい。

前記分析部は、前記グループに属する前記複数の心電図波形における前記間隔又は前記補正後間隔のばらつきを示す値が閾値以上である場合に前記グループが異常であると判定し、前記ばらつきを示す値が前記閾値未満である場合に前記グループが異常でないと判定し、前記分析部は、前記グループが異常であると判定した場合と前記グループが異常でないと判定した場合とで異なる情報を生成してもよい。

前記受付部は、前記分析部が異常であると判定した前記グループの前記代表波形において前記基準位置の指定を再び受け付けてもよい。

前記代表波形は、前記選択グループに属する前記複数の心電図波形のうち、前記選択グループに属する前記複数の心電図波形の統計量である波形との類似度が最も高いいずれか１つの前記心電図波形であってもよい。

前記受付部は、前記代表波形を情報端末に表示させ、前記情報端末において前記代表波形に対して指定された位置を、前記基準位置として受け付けてもよい。

前記受付部は、前記情報端末において前記代表波形に対して位置の指定を複数回受け付け、指定された複数の位置の統計量に対応する位置を、前記基準位置として受け付けてもよい。

前記心電図分析装置は、前記グループに属する前記心電図波形と、前記グループに属する前記複数の心電図波形の統計量である波形と、の類似度が閾値以上である場合に前記心電図波形が異常でないと判定し、当該類似度が前記閾値未満である場合に前記心電図波形が異常であると判定する判定部をさらに有し、前記分析部は、分析対象の前記心電図波形が前記判定部により異常でないと判定されたことを条件として、前記所定種別の波の位置を決定してもよい。

本発明の第２の態様の心電図分析方法は、プロセッサが実行する、心電図データを１拍ごとに分離することによって生成された複数の心電図波形を取得するステップと、前記複数の心電図波形を、形状の類似性に基づいて複数のグループに分類するステップと、前記複数のグループから選択された選択グループに属する少なくとも１つの前記心電図波形に対応する代表波形において指定された所定種別の波の基準位置を受け付けるステップと、分析対象の前記心電図波形が属する前記グループの前記代表波形における時間軸上の複数の位置と、分析対象の前記心電図波形における時間軸上の複数の位置と、の対応関係を特定し、前記対応関係が示す、前記代表波形における前記基準位置に対応する分析対象の前記心電図波形における位置を、分析対象の前記心電図波形に含まれる前記所定種別の波の位置として決定するステップと、を有する。

本発明の第３の態様のプログラムは、コンピュータを、心電図データを１拍ごとに分離することによって生成された複数の心電図波形を取得する取得部と、前記複数の心電図波形を、形状の類似性に基づいて複数のグループに分類する分類部と、前記複数のグループから選択された選択グループに属する少なくとも１つの前記心電図波形に対応する代表波形において指定された所定種別の波の基準位置を受け付ける受付部と、分析対象の前記心電図波形が属する前記グループの前記代表波形における時間軸上の複数の位置と、分析対象の前記心電図波形における時間軸上の複数の位置と、の対応関係を特定し、前記対応関係が示す、前記代表波形における前記基準位置に対応する分析対象の前記心電図波形における位置を、分析対象の前記心電図波形に含まれる前記所定種別の波の位置として決定する分析部と、として機能させる。

本発明によれば、心電図波形において所定種別の波の位置を検出する精度を向上させることができるという効果を奏する。

実施形態に係る心電図分析システムの概要を説明するための図である。 実施形態に係る心電図分析システムのブロック図である。 取得部が心電図データを１拍ごとに分離する方法を説明するための模式図である。 分類部が複数の心電図波形を複数のグループに分類する方法を説明するための模式図である。 受付部が代表波形において基準位置の指定を受け付ける方法を説明するための模式図である。 分析部が代表波形と分析対象の心電図波形との対応関係を特定する方法を説明するための模式図である。 １つのグループに属する複数の心電図波形に対して分析部が算出した例示的なＱＴｃの分布を示す図である。 出力部が情報端末に所定種別の波の位置に関する情報を表示させる方法を説明するための模式図である。 実施形態に係る心電図分析装置が実行する心電図分析方法のフローチャートを示す図である。

［心電図分析システムＳの概要］
図１は、本実施形態に係る心電図分析システムＳの概要を説明するための図である。心電図分析システムＳは、心電計１と、情報端末２と、心電図分析装置３と、を含む。心電図分析システムＳは、複数の心電計１及び複数の情報端末２を含んでもよい。心電図分析システムＳは、その他のサーバ、端末等の機器を含んでもよい。

心電計１は、被分析者の心臓の心電図を測定する装置である。被分析者は、例えば、診療を受けている患者、臨床試験の被験者等である。心電計１は、例えば、被分析者の手首、手掌、胸部等に装着された状態で電位を測定することにより被分析者の心電図を測定する、１２誘導心電計、ホルター心電計、埋め込み型心電計、イベント型心電計又はパッチ型心電計等である。本実施形態において、心電計１は、被分析者の胸部に貼り付けられることによって、生活中の被分析者の心電図を連続的に測定可能なパッチ型心電計である。また、心電計１は、ペースメーカー、除細動器、心内電極等、心電図を測定可能なその他の装置であってもよい。

心電計１は、無線通信回線を含むネットワークＮを介して、測定した心電図を示す心電図データを心電図分析装置３に送信する。心電計１が測定した心電図データは、ネットワークＮを介することなく、例えば記憶媒体を用いて心電図分析装置３に入力されてもよい。

情報端末２は、医師や医療従事者等の分析者が使用するコンピュータである。情報端末２は、例えば、心電図分析装置３から受信した情報を表示可能な液晶ディスプレイ等の表示部と、分析者による操作を受け付けるキーボードやマウス等の操作部と、を有する。

心電図分析装置３は、心臓の電気的活動を分析するためのコンピュータである。心電図分析装置３は、例えば、心電計１から受信した心電図データに基づいて、Ｑ波、Ｔ波等の所定種別の波の位置を決定し、ＱＴ間隔等の所定種別の波の位置に関する情報を出力する。

本実施形態に係る心電図分析システムＳが実行する処理の概要を以下に説明する。心電計１は、心電計１を装着している被分析者の心電図を測定する。心電計１は、測定した心電図を示す心電図データを心電図分析装置３に送信する。

心電図分析装置３は、心電計１が送信した心電図データを受信する。心電図分析装置３は、受信した心電図データ（例えば、１人の被分析者に対して測定された２４時間分の心電図データ）を１拍ごとに分離することによって、複数の心電図波形を取得する。心電図分析装置３は、例えば、受信した心電図データに含まれる複数の周期の波形から、１周期分の波形を取り出すことによって、１拍ごとの心電図波形を示すデータを生成する。心電図分析装置３は、例えば、取得した複数の心電図波形に対してクラスタリング処理を実行することにより、複数の心電図波形を形状の類似性に基づいて複数のグループに分類する。

心電図分析装置３は、各グループに属する少なくとも１つの心電図波形である代表波形を情報端末２に表示させ、分析者から代表波形上で所定種別の波（Ｑ波、Ｔ波等）の位置（基準位置）の指定を受け付ける。

心電図分析装置３は、分析対象の心電図波形が属するグループの代表波形における時間軸上の複数の位置と、分析対象の心電図波形における時間軸上の複数の位置と、の対応関係を特定する。心電図分析装置３は、例えば、ＤＴＷ法（Dynamic Time Warping；動的時間伸縮法）により、代表波形における点と分析対象の心電図波形における点とを対応付ける。

心電図分析装置３は、特定した対応関係が示す、代表波形における基準位置に対応する分析対象の心電図波形における位置を、分析対象の心電図波形に含まれる所定種別の波の位置として決定する。

心電図分析装置３は、決定した所定種別の波の位置に関する情報（例えば、ＱＴ間隔）を表示するための表示情報を、情報端末２に送信する。情報端末２は、心電図分析装置３から受信した表示情報に基づいて、所定種別の波の位置に関する情報を表示部上に表示する。

例えば、Ｔ波には、通常のＴ波、へいていＴ波、陰性Ｔ波等の様々な形態のバリエーションがあることが知られている。心電図分析システムＳは、１拍ごとの心電図波形を形状の類似性に基づいて複数のグループに分類し、グループごとの代表波形に対して分析者から所定種別の波の位置の指定を受け付けることにより、分析対象の心電図波形における所定種別の波の位置を決定する。これにより、心電図分析システムＳは、波の形態のバリエーションを考慮して所定種別の波の位置を決定することができ、心電図波形において所定種別の波の位置を検出する精度を向上させることができる。

［心電図分析システムＳの構成］
図２は、本実施形態に係る心電図分析システムＳのブロック図である。図２において、矢印は主なデータの流れを示しており、図２に示したもの以外のデータの流れがあってもよい。図２において、各ブロックはハードウェア（装置）単位の構成ではなく、機能単位の構成を示している。そのため、図２に示すブロックは単一の装置内に実装されてもよく、あるいは複数の装置内に分かれて実装されてもよい。ブロック間のデータの授受は、データバス、ネットワーク、可搬記憶媒体等、任意の手段を介して行われてよい。

心電図分析装置３は、通信部３１と、記憶部３２と、制御部３３とを有する。心電図分析装置３は、２つ以上の物理的に分離した装置が有線又は無線で接続されることにより構成されてもよい。また、心電図分析装置３は、コンピュータ資源の集合であるクラウドによって構成されてもよい。

通信部３１は、ネットワークＮを介して心電計１及び情報端末２との間でデータを送受信するための通信コントローラを有する。通信部３１は、心電計１及び情報端末２からネットワークＮを介して受信したデータを制御部３３に通知する。また、通信部３１は、ネットワークＮを介して、制御部３３から出力されたデータを情報端末２に送信する。

記憶部３２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスクドライブ等を含む記憶媒体である。記憶部３２は、制御部３３が実行するプログラムを予め記憶している。記憶部３２は、心電図分析装置３の外部に設けられてもよく、その場合にネットワークを介して制御部３３との間でデータの授受を行ってもよい。

制御部３３は、取得部３３１と、分類部３３２と、受付部３３３と、判定部３３４と、分析部３３５と、出力部３３６と、を有する。制御部３３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサであり、記憶部３２に記憶されたプログラムを実行する
ことにより、取得部３３１、分類部３３２、受付部３３３、判定部３３４、分析部３３５及び出力部３３６として機能する。制御部３３の機能の少なくとも一部は電気回路によって実行されてもよい。また、制御部３３の機能の少なくとも一部は、制御部３３がネットワーク経由で実行されるプログラムを実行することによって実現されてもよい。

以下、本実施形態に係る心電図分析システムＳが実行する表示制御方法を詳細に説明する。被分析者は、心電計１を装着する。心電計１は、心電計１を装着している被分析者の心電図を測定する。心電計１は、測定した心電図を示す心電図データを心電図分析装置３に送信する。心電計１は、心電図データを心電図分析装置３に逐次送信し、又は所定期間（例えば、２４時間）の心電図データをまとめて心電図分析装置３に送信する。

心電図分析装置３において、取得部３３１は、心電計１が送信した心電図データを、通信部３１を介して受信する。取得部３３１は、受信した心電図データ（すなわち、１人の患者の心電図データ）を１拍ごとに分離することによって生成された複数の心電図波形を取得する。

図３は、取得部３３１が心電図データを１拍ごとに分離する方法を説明するための模式図である。取得部３３１は、例えば、心電図データにおいてＲ波のピークの位置を検出し、あるＲ波のピークから一定時間手前から、次のＲ波のピークから一定時間手前までの区間の波形を１拍の心電図波形として取得する。取得部３３１は、ここに示した具体的な方法に限られず、その他の方法によって心電図データを１拍ごとに分離してもよい。

取得部３３１は、心電図データに対して、ノイズ除去処理を実行してもよい。取得部３３１は、例えば、除外対象の心電図（ノイズ又は期外収縮を含む心電図）と分析対象の心電図とを予め機械学習することによって生成された、入力された心電図が除外対象か否かを判定する機械学習モデルに、心電図データを分割することによって生成された複数の分割心電図それぞれを入力する。そして取得部３３１は、機械学習モデルによって除外対象でないと判定された分割心電図を１拍ごとに分離することによって、複数の心電図波形を取得する。

また、取得部３３１は、例えば、心電図データから取得した複数の心電図波形のうち、単位時間あたりの心拍数が所定の閾値より大きい又は小さい心電図波形を除外してもよい。

分類部３３２は、取得部３３１が取得した複数の心電図波形を、形状の類似性に基づいて複数のグループに分類する。図４は、分類部３３２が複数の心電図波形を複数のグループに分類する方法を説明するための模式図である。図４の左側には各グループに属する複数の心電図波形が重畳されて表されており、図４の右側には各グループの代表波形が表されている。

図４に示すように、心電図波形には様々な形態のバリエーションがある。図４の例では、同一患者の心電図波形において、二相性Ｔ波の２つ目のＴ波の終わり近辺が平坦な場合と、二相性Ｔ波の２つ目のＴ波の終わり近辺が緩やかに下降し続ける場合と、Ｔ波の形状が測定中に大きく変化した場合と、がある。従来、このような形態のバリエーションを考慮せずに心電図波形において特定の種別の波の位置を自動的に検出しようとすると、例えばＴ波が下降した後の点をＴ波の終端として誤検出する場合があった。

分類部３３２は、例えば、取得部３３１が取得した複数の心電図波形に対して、既知のクラスタリング処理を実行する。クラスタリング処理は、例えば、各クラスタ内の心電図波形の形状同士の距離が近くなるように、複数の心電図波形を複数のクラスタに分類するK-Shape法である。分類部３３２は、クラスタリング処理によって生成された複数のクラ
スタを、形状の類似性に基づいて生成された複数のグループとして決定する。

分類部３３２は、ここに示した形状ベースのクラスタリング手法であるK-Shape法に限
られず、その他の方法によって複数の心電図波形を複数のグループに分類してもよい。分類部３３２は、例えば、複数の心電図波形の間でＴ波の終わりの位置等の特定の位置の対応付けることが可能であれば、形状の類似性に基づいたクラスタリング処理に限らず、その他の分類手法を用いてもよい。分類部３３２は、その他の分類手法として、例えば、K-means法、DBSCAN法、階層クラスタリング等を用いることができる。また、分類部３３２
は、教師あり学習、半教師あり学習の手法によって、複数の心電図波形を複数のグループに分類してもよい。

図４の例において、複数の心電図波形は、二相性Ｔ波の２つ目のＴ波の終わり近辺が平坦な心電図波形を含むグループと、二相性Ｔ波の２つ目のＴ波の終わり近辺が緩やかに下降し続ける心電図波形を含むグループと、Ｔ波の形状が測定中に大きく変化した心電図波形を含むグループと、に分類されている。複数の心電図波形は、３つのグループに限られず、その他の数のグループに分類されてもよい。

分類部３３２は、決定した複数のグループそれぞれから、当該グループに属する少なくとも１つの心電図波形に対応する代表波形を抽出する。分類部３３２は、例えば、１つのグループに属する複数の心電図波形の重心であるセントロイド波形を算出し、当該グループに属する複数の心電図波形のうちセントロイド波形に最も類似する心電図波形（例えば、セントロイド波形とのユークリッド距離が最も小さい心電図波形）を、代表波形として抽出する。また、分類部３３２は、算出したセントロイド波形を、代表波形として抽出してもよい。また、分類部３３２は、１つのグループに属する複数の心電図波形を、複数の代表波形として抽出してもよい。

分類部３３２は、取得部３３１が取得した複数の心電図波形に対して、複数回のクラスタリング処理を実行し、各回において生成された複数のグループに対して代表波形を抽出してもよい。この場合に、分類部３３２は、複数回抽出された複数の代表波形の統計量（例えば、平均値）を、代表波形として用いてもよい。これにより、心電図分析装置３は、クラスタリング処理における局所解の影響を低減することができる。

受付部３３３は、複数のグループそれぞれから抽出した代表波形において、所定種別の波の基準位置の指定を受け付ける。本実施形態において、所定種別の波は、Ｑ波及びＴ波であるが、Ｑ波若しくはＴ波の一方のみ、又はＲ波やＳ波等のその他の種別の波であってもよい。

図５は、受付部３３３が代表波形において基準位置の指定を受け付ける方法を説明するための模式図である。受付部３３３は、例えば、複数のグループから選択されたいずれか１つのグループである選択グループの代表波形を示す情報を、通信部３１を介して情報端末２に送信する。

情報端末２は、心電図分析装置３から受信した情報に基づいて、代表波形を表示部上に表示する。情報端末２は、操作部において、所定種別の波（ここではＱ波及びＴ波）の位置を指定する操作を分析者から受け付ける。情報端末２は、分析者によって指定された位置を示す情報を、心電図分析装置３に送信する。

心電図分析装置３において、受付部３３３は、情報端末２から通信部３１を介して受信した情報が示す位置を、所定種別の波の基準位置として受け付ける。受付部３３３は、複数のグループの全てに対して基準位置を受け付けていない場合に、複数のグループのうち別の選択グループの代表波形を示す情報を、通信部３１を介して情報端末２に送信し、基準位置の指定を受け付ける。受付部３３３は、複数のグループの全てに対して基準位置を受け付けた場合に、基準位置の指定の受け付けを終了する。

受付部３３３は、情報端末２において分析者から基準位置の指定を受け付けることに代えて、心電図分析装置３又はその他のコンピュータが代表波形において特定した所定種別の波の位置を、基準位置として受け付けてもよい。この場合に、心電図分析装置３又はその他のコンピュータは、例えば、代表波形に類似する波形において一又は複数の分析者が過去に指定した所定種別の波の位置の統計データに基づいて、代表波形において所定種別の波の位置を特定する。また、受付部３３３は、代表波形ごとに所定のアルゴリズム等を用いて仮の基準位置を算出し、算出した仮の基準位置と代表波形とを関連付けて情報端末２に表示させ、分析者が仮の基準位置の修正が必要と判断した場合に、情報端末２において分析者から基準位置の指定を受け付けてもよい。

受付部３３３は、情報端末２において１つの代表波形に対して位置の指定を複数回受け付け、指定された複数の位置の統計量（例えば、平均値）を、基準位置として受け付けてもよい。また、受付部３３３は、情報端末２において１つのグループから抽出された複数の代表波形それぞれに対して位置の指定を受け付け、指定された複数の位置の統計量（例えば、平均値）を、基準位置として受け付けてもよい。これにより、分析者によって指定された所定種別の波のばらつきの影響を低減することができる。

判定部３３４は、分析部３３５は所定種別の波の位置を決定する処理を行う前に、複数の心電図波形それぞれが異常（外れ値）であるか否かを判定する。判定部３３４は、例えば、１つのグループに属する複数の心電図波形それぞれと、当該グループに属する複数の心電図波形の統計量である波形（例えば、セントロイド波形）と、の類似度を算出する。類似度は、例えば、ユークリッド距離である。判定部３３４は、１つの心電図波形に対して算出した類似度が所定の閾値以上である場合に当該心電図波形が異常でないと判定し、当該類似度が当該閾値未満である場合に当該心電図波形が異常であると判定する。

分析部３３５は、１つのグループに属する複数の心電図波形それぞれを分析対象の心電図波形とし、以降の処理を行う。分析部３３５は、分析対象の心電図波形が属するグループの代表波形における時間軸上の複数の位置と、分析対象の心電図波形における時間軸上の複数の位置と、の対応関係を特定する。

図６は、分析部３３５が代表波形と分析対象の心電図波形との対応関係を特定する方法を説明するための模式図である。分析部３３５は、例えば、ＤＴＷ法により、代表波形における所定の時間間隔で配置された複数の点（座標）と、分析対象の心電図波形における所定の時間間隔で配置された複数の点と、の距離を総当たりで算出する。分析部３３５は、算出した距離の合計値が最も小さくなるように、代表波形における複数の点と分析対象の心電図波形における複数の点とを順に対応付ける。図６には、分析対象の心電図波形における点と、当該点に対応付けられた代表波形における点と、を接続した線分（ワーピングパスともいう）が表されている。

分析部３３５は、分析対象の心電図波形における複数の点それぞれと、当該点に対応付けられた代表波形における点と、の組み合わせを、対応関係として特定する。分析部３３５は、ここに示した具体的な方法に限られず、その他の方法によって代表波形及び分析対象の間の対応関係を特定してもよい。

分析部３３５は、特定した対応関係が示す、代表波形における基準位置に対応する分析対象の心電図波形における位置を、分析対象の心電図波形に含まれる所定種別の波の位置として決定する。すなわち、分析部３３５は、代表波形において指定された所定種別の波の基準位置が、分析対象の心電図波形のどこに対応するかを特定することによって、分析対象の心電図波形に含まれる所定種別の波の位置を決定する。

図６の例において、分析部３３５は、Ｑ波の基準位置は代表波形における６番目の点であり、代表波形における６番目の点は分析対象の心電図波形における６番目の点に対応するため、分析対象の心電図波形に含まれるＱ波の位置が分析対象の心電図波形における６番目の点であると決定する。分析部３３５は、Ｔ波の基準位置は代表波形における５７番目の点であり、代表波形における５７番目の点は分析対象の心電図波形における５４番目の点に対応するため、分析対象の心電図波形に含まれるＴ波の位置が分析対象の心電図波形における５４番目の点であると決定する。

通常のＴ波、へいていＴ波、陰性Ｔ波等の様々な種別の波はそれぞれ形態が異なるため、従来、コンピュータが心電図波形から様々な種別の波の位置を高精度に検出することが難しい場合があった。それに対して、心電図分析装置３は、形状の類似性に基づいて生成されたグループの代表波形に対して指定された位置を用いて、分析対象の心電図波形に含まれる所定種別の波の位置を決定することにより、波の形態のバリエーションを考慮し、所定種別の波の位置を検出する精度を向上させることができる。

分析部３３５は、分析対象の心電図波形が判定部３３４により異常でないと判定されたことを条件として、所定種別の波の位置を決定してもよい。この場合に、分析部３３５は、複数の心電図波形のうち、判定部３３４が異常でないと判定した心電図波形において所定種別の波の位置を決定し、判定部３３４が異常であると判定した心電図波形において所定種別の波の位置を決定しない。これにより、心電図分析装置３は、例えば、あるグループに属する複数の心電図波形の統計量（セントロイド波形等）とは大幅に異なる心電図波形を外れ値として除外し、外れ値に基づいてＱＴ間隔の延長等のアラートが発生することを抑えることができる。

分析部３３５は、決定した所定種別の波の位置に関する情報を生成する。分析部３３５は、例えば、１つの心電図波形におけるＱ波の位置及びＴ波の位置の間隔であるＱＴ間隔（以下、ＱＴ）と、ＱＴを分析対象の心電図波形から特定した心拍数を用いて補正することによって算出した補正後間隔と、の少なくとも一方を含む、所定種別の波の位置に関する情報を生成する。

分析部３３５は、例えば、Bazettによって提唱された以下の式（１）を用いて補正後間隔（ＱＴｃ）を算出する。式（１）によって算出されたＱＴｃを、ＱＴｃＢともいう。

ＲＲ（ＲＲ間隔）は、連続する２つの心電図波形におけるＲ波の位置の間隔であり、心拍数の逆数である。また、分析部３３５はFridericia補正式、Hodges補正式、Framingham補正式等、その他の既知の式を用いてＱＴｃを算出してもよい。

また、分析部３３５は、複数の心電図波形から算出した複数のＱＴ又はＱＴｃの統計量（例えば、平均値）を、被分析者のＱＴ又はＱＴｃとして算出してもよい。

また、分析部３３５は、１つのグループに属する複数の心電図波形におけるＱＴ又はＱＴｃの統計量が所定の閾値以上であることを条件として、当該グループの代表的な心電図波形を選択してもよい。分析部３３５は、例えば、１つのグループにおける波の位置の算出に用いた代表波形を、当該グループの代表的な心電図波形として選択してもよい。分析部３３５は、例えば、１つのグループに属する各心電図波形と、当該グループに属する複数の心電図波形の統計量である波形（例えば、セントロイド波形）と、の類似度を算出し、算出した類似度が高い順に一又は複数の心電図波形を、当該グループの代表的な心電図波形として選択してもよい。また、分析部３３５は、１つのグループに属する複数の心電図波形におけるＱＴ又はＱＴｃの統計量とのＱＴ又はＱＴｃの差が小さい順に一又は複数の心電図波形を、当該グループの代表的な心電図波形として選択してもよい。

分析者が複数のグループそれぞれに属する複数の心電図波形及び複数のＱＴ又はＱＴｃを確認するためには、大きな手間が掛かる。これに対して、分析部３３５は、１つのグループに属する複数の心電図波形におけるＱＴ又はＱＴｃの統計量に基づいて選択した心電図波形を含む、所定種別の波の位置に関する情報を生成する。これにより、心電図分析装置３は、１つのグループにおいてＱＴ又はＱＴｃが大きい場合（ＱＴ延長が発生している可能性がある場合）に、当該グループに属する代表的な心電図波形を分析者に提示して、分析者による分析をしやすくすることができる。

分析部３３５は、１人の被分析者に対して、医薬品の投与前に算出したＱＴ又はＱＴｃと、医薬品の投与後に算出したＱＴ又はＱＴｃとの差（以下、ΔＱＴ又はΔＱＴｃ）を算出してもよい。この場合に、記憶部３２は、被分析者に所定の医薬品が投与される前に算出されたＱＴ又はＱＴｃと、被分析者に所定の医薬品が投与された後に算出されたＱＴ又はＱＴｃと、を関連付けて記憶し、所定の条件が満たされたこと（例えば、情報端末２において分析者による所定の操作が行われたこと）に応じてΔＱＴ又はΔＱＴｃを算出する。

分析部３３５は、例えば、医薬品の投与前の所定期間（例えば、２４時間）のＱＴ又はＱＴｃの中央値と、医薬品の投与後の所定期間（例えば、２４時間）のＱＴ又はＱＴｃの中央値と、の差を、ΔＱＴ又はΔＱＴｃとして算出してもよい。

分析部３３５は、算出したΔＱＴ又はΔＱＴｃを含む、所定種別の波の位置に関する情報を生成する。これにより、心電図分析装置３は、所定の医薬品の投与前後のＱＴ又はＱＴｃの変化を可視化して、分析者による分析をしやすくすることができる。

また、分析部３３５は、医薬品の投与後のΔＱＴ又はΔＱＴｃの時間変化の傾きから、継続して同量の医薬品を投与した際にΔＱＴ又はΔＱＴｃが所定の閾値（例えば、４５０ｍｓ）を超えるタイミングを予測してもよい。被分析者に対して継続して医薬品を投与すると、ΔＱＴ又はΔＱＴｃが閾値を超えてしまう場合がある。それに対して、分析部３３５は、予測したΔＱＴ又はΔＱＴｃが閾値を超えるタイミングを含む、所定種別の波の位置に関する情報を生成する。これにより、心電図分析装置３は、医薬品の投与によりΔＱＴ又はΔＱＴｃが閾値を超えないように、分析者が被分析者に対する医薬品の投与量や投与タイミングを調整しやすくできる。

また、分析部３３５は、記憶部３２に記憶された医薬品ごとの特性を示す医薬品データ（例えば、医薬品の用法及び用量の添付文書）に記載に基づいて、被分析者に対する医薬品の投与量を減量又は増量するか否かを判定してもよい。分析部３３５は、算出したΔＱＴ又はΔＱＴｃが、医薬品データが示す閾値を超えている場合に、投与量を減量すると判定し、そうでない場合に投与量を増量すると判定する。分析部３３５は、投与量を減量又は増量するか否かの判定結果を含む、所定種別の波の位置に関する情報を生成する。これにより、心電図分析装置３は、医薬品の添付文書に応じて投与量の減量又は増量の可能性を分析者に提示して、分析者が被分析者に対する医薬品の投与量を調整しやすくできる。

また、分析部３３５は、算出したＱＴ又はＱＴｃに基づいて、１つの心拍が異常であるか否かを判定してもよい。分析部３３５は、例えば、１つの心拍に対応する心電図波形から算出したＱＴ又はＱＴｃが所定の閾値以上である場合に当該心拍が異常であると判定し、そうでない場合に当該心拍が異常でないと判定する。

また、分析部３３５は、算出したＱＴ又はＱＴｃとＲＲとの関係に基づいて、１つの心拍が異常であるか否かを判定してもよい。分析部３３５は、例えば、１つのグループに属する複数の心電図波形それぞれから算出したＱＴ又はＱＴｃと、当該心電図波形のＲＲと、をプロットすることによって散布図を生成し、生成した散布図においてＱＴ又はＱＴｃとＲＲとの関係を示すフィッティング曲線を算出してもよい。分析部３３５は、１つの心拍に対応する心電図波形の点とフィッティング曲線との距離が所定の閾値以上である場合に当該心拍が異常であると判定し、そうでない場合に当該心拍が異常でないと判定する。

分析部３３５は、心拍が異常であると判定された場合と心拍が異常でないと判定された場合とで異なる情報を含む、所定種別の波の位置に関する情報を生成する。分析部３３５は、例えば、心拍が異常であると判定された心電図波形とともに、心拍が異常であると判定されたことを表すメッセージを表示するための情報を、所定種別の波の位置に関する情報として生成する。これにより、心電図分析装置３は、心拍が異常であるか否かの判定結果を分析者に提示して、分析者による分析をしやすくできる。

さらに受付部３３３は、分析部３３５によって異常であると判定された心拍に対応する心電図波形を示す情報を情報端末２に送信し、情報端末２において異常であると判定された心拍を分析に含めるか否かを示す操作を受け付けてもよい。情報端末２において異常であると判定された心拍を分析に含めないことを示す操作が行われた場合に、分析部３３５は、異常であると判定された心拍に対応する心電図波形を用いずに、ＱＴ又はＱＴｃを再算出して以降の処理を行う。一方、情報端末２において異常であると判定された心拍を分析に含めることを示す操作が行われた場合に、分析部３３５は、既に算出されたＱＴ又はＱＴｃを用いて以降の処理を行う。これにより、心電図分析装置３は、分析者の意向に応じて、異常であると判定された心拍に対応する心電図波形を分析に用いるか否かを切り替えることができる。

また、分析部３３５は、算出したＱＴ又はＱＴｃのばらつきに基づいて、グループが異常であるか否かを判定してもよい。分析部３３５は、例えば、１つのグループに属する複数の心電図波形から算出した複数のＱＴ又はＱＴｃの標準偏差を算出し、算出した標準偏差が所定の閾値（１５ｍｓ、２０ｍｓ等）以上である場合に当該グループが異常であると判定し、そうでない場合に当該グループが異常でないと判定する。また、分析部３３５は、１つのグループに属する複数の心電図波形の中で、ＱＴ又はＱＴｃに基づいて異常であると判定された心拍に対応する心電図波形の数又は割合が所定の閾値以上である場合に当該グループが異常であると判定し、そうでない場合に当該グループが異常でないと判定してもよい。

分析部３３５は、グループが異常であると判定された場合とグループが異常でないと判定された場合とで異なる情報を含む、所定種別の波の位置に関する情報を生成する。分析部３３５は、例えば、異常であると判定されたグループ代表波形とともに、グループが異常であると判定されたことを表すメッセージを表示するための情報を、所定種別の波の位置に関する情報として生成する。分類部３３２が生成したグループ自体が異常であると、当該グループに属する複数の心電図波形に対する分析が正しく行われない場合がある。それに対して、心電図分析装置３は、分類部３３２が生成したグループに属する心電図波形のばらつきが大きい場合等に、心電図波形ではなくグループ自体が異常であると判定できる。

さらに受付部３３３は、情報端末２において、分析部３３５によって異常であると判定されたグループに対して基準位置の指定を再度実施するか否かを示す操作を受け付けてもよい。情報端末２において基準位置の指定を再度実施することを示す操作が行われた場合に、受付部３３３は、分析部３３５によって異常であると判定されたグループの代表波形において基準位置の指定を再び受け付ける。これにより、心電図分析装置３は、分析者の意向に応じて、異常であると判定されたグループに対する基準位置の指定をやり直すか否かを切り替えることができる。

図７は、１つのグループに属する複数の心電図波形に対して分析部３３５が算出した例示的なＱＴｃの分布を示す図である。図７において、横軸はＲＲを表しており、縦軸はＱＴｃを表している。図７の例は平坦な形状のＴ波であるへいていＴ波のグループを表しており、ＲＲとＱＴｃとの間に一定の相関があることがわかる。したがって、心電図分析装置３は、へいていＴ波のような特殊な形態の心電図波形であっても、精度よくＱＴｃを算出できる。

出力部３３６は、分析部３３５が生成した所定種別の波の位置に関する情報を出力する。出力部３３６は、所定の条件が満たされたこと（例えば、ＱＴ、ＱＴｃ、ＱＴの統計量又はＱＴｃの統計量が所定の閾値以上であること）を条件として、所定種別の波の位置に関する情報を出力してもよい。

出力部３３６は、例えば、所定種別の波の位置に関する情報を表示するための表示情報を、通信部３１を介して情報端末２に送信する。出力部３３６は、所定種別の波の位置に関する情報を情報端末２に表示させることに代えて又は加えて、所定種別の波の位置に関する情報を印刷装置に印刷させてもよい。

図８は、出力部３３６が情報端末２に所定種別の波の位置に関する情報を表示させる方法を説明するための模式図である。情報端末２は、心電図分析装置３から受信した表示情報に基づいて、所定種別の波の位置に関する情報を表示部上に表示する。図８の例では、情報端末２は、所定種別の波の位置に関する情報として、ＱＴ又はＱＴｃの統計量が所定の閾値以上であるグループの代表波形を、被分析者と関連付けて表示している。

情報端末２は、ここに示した具体的な情報に限られず、所定種別の波の位置に関する情報として、上述のＱＴ、ＱＴｃ、ＱＴの統計量、ＱＴｃの統計量、ΔＱＴ、ΔＱＴｃ、ΔＱＴ又はΔＱＴｃが所定の閾値を超えるタイミング、投与量を減量又は増量するか否かの判定結果、心拍が異常であるか否かの判定結果、グループが異常であるか否かの判定結果等を表示してもよい。これにより、分析者は、被分析者の心電図データの全範囲を見る必要がないため、効率的に心電図データを分析することができる。

［心電図分析方法のフローチャート］
図９は、本実施形態に係る心電図分析装置３が実行する心電図分析方法のフローチャートを示す図である。心電図分析装置３において、取得部３３１は、心電計１が送信した心電図データを、通信部３１を介して受信する（Ｓ１１）。取得部３３１は、受信した心電図データを１拍ごとに分離することによって生成された複数の心電図波形を取得する（Ｓ１２）。

分類部３３２は、取得部３３１が取得した複数の心電図波形を、形状の類似性に基づいて複数のグループに分類する（Ｓ１３）。分類部３３２は、決定した複数のグループの中から選択されたグループから、当該グループに属する少なくとも１つの心電図波形に対応する代表波形を抽出する（Ｓ１４）。

受付部３３３は、選択されたグループから抽出した代表波形において、所定種別の波の基準位置の指定を受け付ける（Ｓ１５）。受付部３３３は、例えば、情報端末２における分析者による操作に基づいて、所定種別の波の基準位置の指定を受け付ける。複数のグループ全てに対して基準位置の指定が終了していない場合に（Ｓ１６のＮＯ）、心電図分析装置３は、複数のグループの中から選択された別のグループに対してステップＳ１４～Ｓ１５を繰り返す。複数のグループ全てに対して基準位置の指定が終了した場合に（Ｓ１６のＹＥＳ）、心電図分析装置３はステップＳ１７に進む。

判定部３３４は、複数の心電図波形の中から選択された分析対象の心電図波形が異常（外れ値）であるか否かを判定する（Ｓ１７）。分析対象の心電図波形が異常であると判定された場合に（Ｓ１８のＹＥＳ）、心電図分析装置３は、複数の心電図波形の中から選択された別の分析対象の心電図波形に対してステップＳ１７を繰り返す。分析対象の心電図波形が異常でないと判定された場合に（Ｓ１８のＮＯ）、心電図分析装置３はステップＳ１９に進む。分析部３３５は、分析対象の心電図波形が属するグループの代表波形における時間軸上の複数の位置と、分析対象の心電図波形における時間軸上の複数の位置と、の対応関係を特定する（Ｓ１９）。

分析部３３５は、特定した対応関係が示す、代表波形における基準位置に対応する分析対象の心電図波形における位置を、分析対象の心電図波形に含まれる所定種別の波の位置として決定する（Ｓ２０）。複数の心電図波形全てに対して波の位置の決定が終了していない場合に（Ｓ２１のＮＯ）、心電図分析装置３は、複数の心電図波形の中から選択された別の分析対象の心電図波形に対してステップＳ２０を繰り返す。複数の心電図波形全てに対して波の位置の決定が終了した場合に（Ｓ２１のＹＥＳ）、心電図分析装置３はステップＳ２２に進む。

分析部３３５は、決定した所定種別の波の位置に関する情報を生成する（Ｓ２２）。出力部３３６は、分析部３３５が生成した所定種別の波の位置に関する情報を表示するための表示情報を、通信部３１を介して情報端末２に送信する（Ｓ２３）。情報端末２は、心電図分析装置３から受信した表示情報に基づいて、所定種別の波の位置に関する情報を表示部上に表示する。

［実施形態の効果］
通常のＴ波、へいていＴ波、陰性Ｔ波等の様々な種別の波はそれぞれ形態が異なるため、従来、コンピュータが心電図波形から様々な種別の波の位置を高精度に検出することが難しい場合があった。それに対して、本実施形態に係る心電図分析システムＳにおいて、心電図分析装置３は、１拍ごとの心電図波形を形状の類似性に基づいて複数のグループに分類し、グループごとの代表波形に対して分析者から所定種別の波の位置の指定を受け付ける。そして心電図分析装置３は、グループごとの代表波形における時間軸上の複数の位置と、分析対象の心電図波形における時間軸上の複数の位置と、の対応関係を特定することにより、分析対象の心電図波形における所定種別の波の位置を決定する。これにより、心電図分析システムＳは、波の形態のバリエーションを考慮して所定種別の波の位置を決定することができ、心電図波形において所定種別の波の位置を検出する精度を向上させることができる。

以上、実施の形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

心電図分析装置３のプロセッサは、図９に示す心電図分析方法に含まれる各ステップ（工程）を実行する。すなわち、心電図分析装置３のプロセッサは、図９に示す心電図分析方法を実行するためのプログラムを実行することによって、図９に示す心電図分析方法を実行する。図９に示す心電図分析方法に含まれるステップは一部省略されてもよく、ステップ間の順番が変更されてもよく、複数のステップが並行して行われてもよい。

Ｓ 心電図分析システム
１ 心電計
２ 情報端末
３ 心電図分析装置
３１ 通信部
３２ 記憶部
３３ 制御部
３３１ 取得部
３３２ 分類部
３３３ 受付部
３３４ 判定部
３３５ 分析部
３３６ 出力部

Claims (12)

1. 心電図データを１拍ごとに分離することによって生成された複数の心電図波形を取得する取得部と、
   前記複数の心電図波形を、形状の類似性に基づいて複数のグループに分類する分類部と、
   前記複数のグループから選択された選択グループに属する少なくとも１つの前記心電図波形に対応する代表波形において指定された所定種別の波の基準位置を受け付ける受付部と、
   分析対象の前記心電図波形が属する前記グループの前記代表波形における時間軸上の複数の位置と、分析対象の前記心電図波形における時間軸上の複数の位置と、の対応関係を特定し、前記対応関係が示す、前記代表波形における前記基準位置に対応する分析対象の前記心電図波形における位置を、分析対象の前記心電図波形に含まれる前記所定種別の波の位置として決定する分析部と、
   を有する、心電図分析装置。
2. 前記受付部は、前記代表波形においてＱ波の前記基準位置及びＴ波の前記基準位置を受け付け、
   前記分析部は、分析対象の前記心電図波形に含まれる前記Ｑ波の位置及び前記Ｔ波の位置を決定する、
   請求項１に記載の心電図分析装置。
3. 前記分析部は、前記Ｑ波の位置及び前記Ｔ波の位置の間隔と、前記間隔を分析対象の前記心電図波形から特定した心拍数を用いて補正することによって算出した補正後間隔と、の少なくとも一方を算出する、
   請求項２に記載の心電図分析装置。
4. 前記グループに属する前記複数の心電図波形における前記間隔又は前記補正後間隔の統計量が閾値以上であることを条件として、前記グループに属する前記複数の心電図波形のうち、前記グループの前記代表波形との類似度が最も高い前記心電図波形を出力する出力部をさらに有する、
   請求項３に記載の心電図分析装置。
5. 前記分析部は、前記グループに属する前記複数の心電図波形における前記間隔又は前記補正後間隔のばらつきを示す値が閾値以上である場合に前記グループが異常であると判定し、前記ばらつきを示す値が前記閾値未満である場合に前記グループが異常でないと判定し、
   前記分析部は、前記グループが異常であると判定した場合と前記グループが異常でないと判定した場合とで異なる情報を生成する、
   請求項３に記載の心電図分析装置。
6. 前記受付部は、前記分析部が異常であると判定した前記グループの前記代表波形において前記基準位置の指定を再び受け付ける、
   請求項５に記載の心電図分析装置。
7. 前記代表波形は、前記選択グループに属する前記複数の心電図波形のうち、前記選択グループに属する前記複数の心電図波形の統計量である波形との類似度が最も高いいずれか１つの前記心電図波形である、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の心電図分析装置。
8. 前記受付部は、前記代表波形を情報端末に表示させ、前記情報端末において前記代表波形に対して指定された位置を、前記基準位置として受け付ける、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の心電図分析装置。
9. 前記受付部は、前記情報端末において前記代表波形に対して位置の指定を複数回受け付け、指定された複数の位置の統計量に対応する位置を、前記基準位置として受け付ける、
   請求項８に記載の心電図分析装置。
10. 前記グループに属する前記心電図波形と、前記グループに属する前記複数の心電図波形の統計量である波形と、の類似度が閾値以上である場合に前記心電図波形が異常でないと判定し、当該類似度が前記閾値未満である場合に前記心電図波形が異常であると判定する判定部をさらに有し、
    前記分析部は、分析対象の前記心電図波形が前記判定部により異常でないと判定されたことを条件として、前記所定種別の波の位置を決定する、
    請求項１から４のいずれか一項に記載の心電図分析装置。
11. プロセッサが実行する、
    心電図データを１拍ごとに分離することによって生成された複数の心電図波形を取得するステップと、
    前記複数の心電図波形を、形状の類似性に基づいて複数のグループに分類するステップと、
    前記複数のグループから選択された選択グループに属する少なくとも１つの前記心電図波形に対応する代表波形において指定された所定種別の波の基準位置を受け付けるステップと、
    分析対象の前記心電図波形が属する前記グループの前記代表波形における時間軸上の複数の位置と、分析対象の前記心電図波形における時間軸上の複数の位置と、の対応関係を特定し、前記対応関係が示す、前記代表波形における前記基準位置に対応する分析対象の前記心電図波形における位置を、分析対象の前記心電図波形に含まれる前記所定種別の波の位置として決定するステップと、
    を有する、心電図分析方法。
12. コンピュータを、
    心電図データを１拍ごとに分離することによって生成された複数の心電図波形を取得する取得部と、
    前記複数の心電図波形を、形状の類似性に基づいて複数のグループに分類する分類部と、
    前記複数のグループから選択された選択グループに属する少なくとも１つの前記心電図波形に対応する代表波形において指定された所定種別の波の基準位置を受け付ける受付部と、
    分析対象の前記心電図波形が属する前記グループの前記代表波形における時間軸上の複数の位置と、分析対象の前記心電図波形における時間軸上の複数の位置と、の対応関係を特定し、前記対応関係が示す、前記代表波形における前記基準位置に対応する分析対象の前記心電図波形における位置を、分析対象の前記心電図波形に含まれる前記所定種別の波の位置として決定する分析部と、
    として機能させる、プログラム。

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