JPH03151934A - ペースパルステール判別方法 - Google Patents

ペースパルステール判別方法

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JPH03151934A JP2288261A JP28826190A JPH03151934A JP H03151934 A JPH03151934 A JP H03151934A JP 2288261 A JP2288261 A JP 2288261A JP 28826190 A JP28826190 A JP 28826190A JP H03151934 A JPH03151934 A JP H03151934A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は心電図(ECG)の監視に関し、特にペースパ
ルステールを判別する方法に関する。
【従来の技術】
どんな心電図(ECG)監視装置においても、重要な特
徴はECG信号に存在する個々の各6搏を検出し、特性
を決定することである。この情報は6搏度数の情報及び
生命険悪状況時の警報の双方を発生するのに使用される
。ペースメーカを所持している患者からのECG信号を
監視することは、ペースメーカから発するペースパルス
がどんなときにでも発生する可能性があるので困難であ
る。QRS群の間にペースパルスが発生すると、QRS
検出器による検出が不正確になり、6搏度数の測定値が
異常に高くなる可能性がある。QRSの間にペースパル
スが発生すると、以後の測定が不正確になり、QR8の
分類に誤りを生ずる可能性がある。特に、アジストリを
検出すると、ECG信号中にQR8群が存在しないこと
により示される心臓の活動の停止を看護人に知らせる必
要がある。しかし、ペースメーカを所持している患者の
場合、ECG信号には、アジストリの後でも、心臓の活
動に似ている周期的に生ずるペースパルスが含まれてい
る。ECG信号にペースパルスが存在することによりこ
のようなアジストリ状態の検出が困難である。 典型的なペースパルスは二つの成分、主パルス及び再分
極(repolarization)パルスNから構成
されている。主パルスは、心臓を刺激するのに使用され
るが、その幅は広く、立上がり及び立下がりが鋭く、且
つ振幅が大きく変化することが特徴である。ペースパル
スの実際の形状はペースメーカの出力結合構造によって
決まる。 再分極パルスは、ペースパルステールと言われることが
あるが、心臓とペースメーカとの間に次第に増大するペ
ースパルス電荷を分配することにより発生する容量結合
を減らすのに使用される。ペースパルステールの形状及
び大きさはペースパルスのエネルギ含有量及び容量結合
の量の関数である。再分極の他に、監視機器による帯域
ろ波により「ペースパルステール」が生ずることがある
。 表面ECGに記録されたペースパルス信号の例を第1(
a)図及び第1 (b)図に示す。第1(a)図は小さ
な再分極テールがあるペースパルスであるが、第1(b
)図はペースメーカシステムにより発生した大きな再分
極テールを示している。第1 (c)図及び第1 (d
)図に示すように、二つのパルス信号とも帯域ろ波後か
なりな再分極テールを示している。 ECG信号を更に正確に監視するためにはペースパルス
信号を除去するのが有利であることがわかった。このよ
うな除去にはペースパルスを先ず識別することが必要で
ある。ペースパルスを識別するプロセスには米国特許第
4.664.116号に開示され、参照により取り入れ
である技法を採用することができる。この技法では、ペ
ースパルスは、狭い幅及び動的ノイズ最小しきい値を超
える鋭い立上がり時間を有する高周波「スパイク」の存
在により識別される。 検出したペースパルスを除去するのにその他のハードウ
ェア及びソフトウェアを使用することができる。特に、
米国特許第4.832.041号には、ペースパルスを
含むウィンドウ内にあるECG信号の値をECG信号の
所定値の内挿である代用値で置き換える技法が記されて
いる。代用値はペースパルスが生じなかった場合のEC
G信号に非常に近い線を形成する。しかし、このアルゴ
リズムはペースパルステールを除去するように構成され
ていない。第2 (a)図はペースパルステールのある
ペースパルス信号を示し、第2(b)図は上述の技法を
用いてペースパルススパイクを除去した後のペースパル
ステールを示す。 残念ながら、ペースパルステールの残余のエネルギはQ
RS群として誤って検出されることがある。これにより
患者の根本的なECGリズムを誤診断し、アジストリ状
態を検出しそこなうことがある。
【発明が解決しようとする課題】
従って、ペースパルステールをECG信号波形内の真の
QRS群から区別する方法を提供するのが本発明の目的
である。
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ペースECG信号を分析してペースパ
ルステールをQR8群から区別することができる方法が
述べられている。ペースパルステールはペースパルスに
より、伝えられるインパルスエネルギの容量性放電によ
る指数的減衰を生ずる傾向がある。これに反して、心筋
の収縮により発生する正常のQR5群は指数的に減衰す
る部分を含んでいない。最初にペースパルステールのピ
ークの位置をつきとめ、ピークに続く信号が指数的に減
衰するか判定することにより、ペースパルス信号を識別
し、これをQRS群から区別することができる。 ペースパルステールはペースパルスの後に続かなければ
ならないから、検出された信号は、その前にペースパル
スが無ければ、ペースパルステールではあり得ない。ペ
ースパルス検出器をペースパルス信号の位置をつきとめ
るのに使用することができ、ECG信号の振幅を動的し
きい値と比較するQRS検出器を可能なQRS群の位置
をつきとめるのに使用することができる。ペースパルス
と可能なQRS群との相対位置を比較することにより、
信号がペースパルステールらしいか否かに関して判定を
行うことができる。もしペースパルステールであれば、
信号をペースパルステールとして区別する前に別の分析
を行わなければならない。 本発明はペースパルステールを、ペースパルス信号の後
に続き且つ指数減衰する信号として区別する。信号が指
数減衰するか否かを判定するために、幾つかの技法を採
用することができる。例えば、指数的に減衰する信号は
ペースパルステールのピークに続く信号に沿う一連のサ
ンプルで振幅に対する瞬時傾斜の比を計算することによ
り識別することができる。この比が所定の時間にわたり
ほぼ一定であれば、信号は指数的に減衰するに違いない
。 傾斜と振幅との測定値の精度を増すために、本発明は更
にペースパルステールの漸近線を推定する技法を備えて
いる。最初の基線を最小傾斜を有スるペースパルステー
ルのピークの前にある点として推定する。高域フィルタ
の平均化の影響によるペースパルステールのアンダーシ
ュートの量を補償する別の補正項を採用することもでき
る。この推定漸近線から、−層実際的な振幅測定値を得
ることができる。 漸近線の上及び下のしきい領域はペースパルステールの
識別を補助するのに使用することができる。この領域を
使用して、指数的に減衰する波形の、ペースパルステー
ルとして識別されない、非特性的な幾つかの場合を規定
することができる。それらは1)ピークに近接し過ぎて
この領域に入る信号、2)この領域に入り、それに続い
てこの領域を出る信号、3)この領域通して交差する信
号、である。 50/6GHzの電力線ノイズの存在も振幅及び傾斜の
測定値に影響することがある。本発明は更にこのノイズ
を検出し、除去する技法を備えている。幾つかの連続す
るサンプルの差の符号を変える回数が所定のしきい値よ
り大きければ、ECGCG信号0/60Hzノイズの存
在をつきとめることが可能である。50/60)1zノ
イズは数個の連続するサンプルにわたり信号を平均する
ことにより除去することができる。 指数的減衰を有するE、CG信号を識別する前述の技法
の他に、他の技法を使用してECGCG信号つの既知の
指数減衰曲線に合わせることにより指数的に減衰する信
号を識別することができる。曲線の時定数を既知のペー
スパルステールの平均時定数とすることができる。各曲
線のピークを信号のピークから常数だけ片寄らせる。信
号のサンプルを二つの曲線と比較することにより、信号
が曲線により囲まれているか確認することが可能である
。二つの既知の指数減衰曲線で囲まれている信号は、指
数的に減衰するとして明確に識別することができる。
【実施例】
好適実施例では、ペースパルス信号により発生すしたペ
ースパルステールは、ベースパルスのピークに続く信号
が指数的に減衰するか数学的に確認することにより真の
QRS群から区別される。その他に、ペースパルステー
ルを示す幾つかの他の判定基準を使用して信号が指数的
に減衰すると判断することができる。好適実施例の説明
は指数的に減衰する波形を図式的及び代数的の両者で表
すことから始まる。代数方程式から、波形が指数的に減
衰するか否かを判定する本発明の技法を示すことが可能
である。波形基線の変化、しきい領域の概念、及び50
/6011zノイズの検出及び除去、のような他の因子
は口約及び代数的の双方で示される。 次に、好適実施例の方法及び装置は、特に、ペースパル
ステールピーク検出器の一般的動作、漸近線推定器、し
きい値計算、及び50/60Hzノイズの検出及び除去
、について開示している。 最後に、好適実施例の説明をペースパル子テールを区別
する方法の説明で締めくくる。
【口約及び代数的表現】
第5図は、ベースパルス及び対応する、振幅A及び時定
数Tを有する指数減衰波形Vを示す。 この波形は式1.0によっても表される。導関数、即ち
波形の瞬間的変化割合、からは同じ指数減衰波が生ずる
が、式2.0で示すように、負の時定数Tで減衰する。 信号Vの導関数の信号■自身に対する比は式3.0に示
す指数減衰波形の時定数に等しい負の時定数を生ずる。 式30に示す関係を本発明ではペースパルステールの存
在を識別するのに使用する。
【数1】 V=A exp (−Tt)           (
1,0)
【数2】 (dV/dt)= −TAexp (−Tt) = −
TV   (2,0)
【数3】 (dV/dt)/V= −T           (
3,0)実際には、基線の片寄り及び高域ろ波が存在す
ればECG信号が歪む。ペースパルスの更に正確な表現
を第6図に示すが、これには別の二つの成分B及びCを
示しである。パラメータBは高域フィルタで除去されな
い基線片寄りを示す。パラメータCは指数減衰波形の漸
近線すなわち最終静止点を表す。指数波形のこのアンダ
ーシュートハ大きなペースパルススパイクカラの高域フ
ィルタの平均化の影響によるものである。数学的には、
第6図に示す指数減衰波形は式4.0で模型化すること
ができる。■の導関数は式5.0に示すように特定数T
、片寄りC1及び■の関数である。式6゜0に示す信号
の導関数対信号それ自身に対する比は式3.0に示すよ
うにもはや簡単な負の常数ではない。ペースパルステー
ルの区別に式3.0を示す関係を利用するためには、片
寄りCを推定しなければならない。
【数4】 V= (A+B+C)exp [−Tt) −C(4,
0)
【数5】 dV/dt=−T(A+B+C)exp (−Tt)=
 −T(V+ C)           (5,0)
【数6】 (dv/ dt)、/v= −T (1+C/V)  
   (6,0)第7図は漸近線をどうして推定するこ
とができるかを示す。最初に、最初の推定基線B′を所
定の探索ウィンドウ内に最小傾斜を有する点t8の位置
を求めることによって決定する。tRでのペースパルス
テールのピークの直前にある探索ウィンドウの幅は80
m5ecであり、これは毎秒125サンプルのサンプル
割合のときのlOデータサンプルである。数学的に、推
定基線は次のように表される。
【数7】 B’ =V(tB)             (7,
0)ただし
【数8】 t B=ARG [MIN fABs [V(t)−v
(t−1)]t e (tR−10,tB 31 〕(
8,0)式9.0に示す最終推定漸近線C°は最初の推
定基線と補正項との和である。
【数9】 C=V(t B)−1/8 (V(t PEAK)−V
(t B)) (9,0)補正項は指数波形のアンダー
シュートの量を推定するのに使用する。これにより基線
が指数波の漸近線に関して確実に正しく位置決めされる
。ピーク振幅V (t PEAK)と最初の推定基線■
(tB)との差である調節ずみピーク振幅の178の補
正値は、最も正確な推定値を与えるように経験的に決め
られている。 第8図はペースパルステールの漸近線の周りのしきい領
域の構成を示す。漸近線の周りの中心にあるこの領域は
C′+ΔとC′−Δとの間に制限されている。しきいΔ
は式10,0で計算されるが、第9図に示しである。Δ
の値は最小値8と最大値64との間にあり、この二つの
値は共に経験的に決められている。これら限界内でΔの
値はペースパルステールの調節ずみピーク振幅に比例す
る。
【数101 Δ=MIN (64゜ MAX (3/32 (V(tpEAK) −c’ )
 、8)(10,0) 信号がこの領域に入ると、信号がこの領域に入っている
限り、この信号を指数減衰信号と考えるための式3.0
に示す関係を満たす必要はない。 信号が電力線ノイズを含んでいれば、このノイズは式1
1.0及び第10図に示すように付加正弦信号として表
すことができる。導関数の信号振幅(これらは式12.
0及び13.0に示しである)に対する比は一定ではな
い。それ数本発明の技法は電力線ノイズを除去すること
により一層成功の度が高められることが明らかである。 【数l1l V=Aexp (−Tt) +Fsin(wt)   
  (11,0>【数12] dV/dt=TAexp [−Tt]十Fw cos(
wt) (12,0)【数13] (dV/ dt)/ V = −T+ (F/ V) (Tsin(wt)+w 
cos(wc)(13,0) 【好適実施例の方法及び装置】 第11図のブロック図はペースパルステールを区別する
本発明の方法を示す。ペースパルステールを識別するた
めには、対応するペースパルス信号を先ずつきとめる。 ペースパルス信号を除去する必要はないが、ペースパル
ステールの区別はこのような除去により高めることがで
きる。 これに関しては、第3図に強調した従来技術の方法及び
装置を採用する。特に、帯域フィルタlOを使用して基
線のふらつき及び高周波筋肉人工物(high fre
quency muscle artifacts)に
よる不要信号を除去する。A/D変換器20を使用して
ろ波ECG信号を毎秒500サンプルの割合でディジタ
ル化し、サンプルする。帯域フィルタは不要信号を除去
するが、ペースパルスのため指数的に減衰するテールを
発生することもある。帯域フィルタlOと並列に、ペー
スパル検出器30及び別のA/D変換器40があり、こ
れらはペースパルスをつきとめ、対応するイネーブル信
号45を発生するのに使用される。このイネーブル信号
45はペースパルス除去器50を同期化するのに利用さ
れる。ペースパルス除去器50は、米国特許第4.83
2.041号に記されているが、ろ波され且つディジタ
ル化されたECG信号を受け、ペースパルスを除去する
。ペースパルスを除去すると隙間が形成されるが、これ
はペースパルスを使用する線を近似することにより「埋
め」られる。QRS検出器60はペースパルス除去器5
0の出力に結合されてペースパルスが除去されてからの
QRSの存在を検出する。QRS検出器に使用されるE
CGサンプルは毎秒125サンプルである。 本発明は、A/D変換器40及びQRS検出器60の両
者の出力に結合されるペースパルステール除外器70に
より実施される。従ってペースパルステール除外器70
への入力はペースパルス除去器からのECG波形である
。ペースパルス検出器30はペースパルスの存在を示す
イネ−フル信号を発生する。ペースパルステール除外器
70の一般的動作を第11図に示すブロック図に機能的
に示しである。これに続(流れ図は下記の図の各プロ・
ツクに対応する。第12図−ペーステールピーク検出器
、第13図−漸近線推定器、第14図−しきい値計算、
第15図及び第16図−50/60Hzノイズ検出器フ
イルタ、及び第17図−ペースパルステール識別。QR
S検出器60の出力がペースパルステールであるか否か
を確認する最初の段階を第11図に示すが、信号の前に
ペースパルスがあるか確認する決定を行わなければなら
ない(DI)。可能性のあるQRS群の所定距離以内に
ペースパルスが存在しなければ、この信号をペースパル
ステールとして識別することができない。 信号が関連するペースパルスであれば、ペースパルステ
ールのピークは第12図に示した技法を使用してつきと
めることができる(F12)。特に、信号最大(V m
ax)  及び信号最小(Vmin)は所定の期間にわ
たり決定することができ(26,28、及びD3)、V
maxがVminの3/4倍より大きければ、Vmax
がペースパルステールのピークであり(D8及び34)
、またはVminがVmaxの3/4倍より大きければ
、Vminがペースパルステールのピークである(D9
及び32)。T maxかTsinに等しければ、ピー
クは見つからない。 第11図のブロック図に示すプロセスの次の段階は漸近
線推定を行うことである(F13)。第13図の流れ図
は漸近線を推定する方法を示す。実験的調査によれば漸
近線の正確な推定値は次式%式%
【14】 )) ただし、V (tB)は式7.0及び8.0で示した最
初の基底推定値であり、y (t PEAK>は第12
図に示す技法を使用して求めたピーク信号である。 しきい領域は推定漸近線のいずれかの側に確定される。 減衰信号がこの領域に入って且つ恐らくはこの領域を通
して交差する仕方はそれをどう分類するかにとって重要
である。例えば、ECG信号があまりにも急速にしきい
領域に入る場合、または入って再び出る場合、または入
って真っ直ぐに通過する場合には、これが連続的に漸近
線に基づく指数減衰信号の特性ではないので、その信号
はペースパルステールとして識別されない。第11図に
示したように、しきい値計算は、漸近線推定後ペースパ
ルステールの識別前に行われる。 第14図の流れ図は、方程式1O90に示した公式を使
用してしきい値を計算する方法を示す。 ノイズが存在するとペースパルステールを正確に区別す
る本発明の能力に影響することがある。特に50760
Hzノイズは傾斜の測定値を不正確にすることがわかっ
ている。第15図の流れ図はこのノイズを検出すること
ができる方法を強調している。このノイズの存在を検出
するために、ECG信号の連続サンプルの差、約200
ミリ秒、を検出器ピークの40ミリ秒前と比較する。 これらの差が符号を変える回数を数え、ウィンドウ内に
含まれているノイズサイクルの数を推定するのに使用す
る。サイクルの数が160ミリ秒のウィンドウで5より
大きければ、50/60サイクルのノイズが存在する。 第16図の流れ図はこのノイズを除去する方法を強調し
ている。50/60Hzノイズを除去するために、連続
する4点のる波相「ウィンドウ」を使用して一連のサン
プルの平均振幅を計算する。 −旦値が確定すると、ウィンドウを1だけ移動し、ウィ
ンドウ内の四つの振幅値を平均して第2の平均振幅値を
作る。この70セスを25サンプル分続けてから、プロ
セスをもう一度繰り返して50/60Hzノイズが除去
されたことを確認する。
【ペースパルステールを区別する方法]信号が指数的減
衰を行うか否かを確認する好適な方法を流れ図、第17
図、に示す。信号が指数的に減衰するか否かを確認する
には、一連のECG信号サンプルの瞬時傾斜の振幅に対
する比を計算する。指数波形は各サンプルに対するこの
比が同じであるとき識別される。ペースパルステールの
すべての形式を表す唯一つの常数を選択することはでき
ないから、負の値の所定の小さい範囲内に入る比はすべ
て指数的に減衰する波形に関係することに注目すべきで
ある。 正の値を有する比は、ウィンドウの始まりから短期間内
に発生しないかぎり、またはECG信号が漸近線の近く
のノイズに非常に影響されやすい点にあれば、指数波形
形状から外れていることを示す。 第17図の流れに示すように、好適実施例は指数波形の
ピークに続<35サンプルの探索ウィンドウを使用して
ECG信号が指数的に減衰するか確認している。比を分
析する前に、指数減衰する波形の特徴でない事象が発生
し、このような分析の必要を未然に防止する。特にEC
G信号の振幅が波形ピークの10サンプル以内でしきい
値より小さければ(D30、rN <Tpeak+10
J )ECG信号は、典型的な指数減衰波形より早< 
r減衰し」てしまっているので、ペースパルステールと
して識別することができない。他方、10サンプルのウ
ィンドウの外側にあれば、フラグが設定され(86、「
フラグ設定」)、この特定のサンプルが現在しきい内に
あり、次のサンプルを分析することが、できることを示
す(94、rD=D+ I J )。他方、振幅がしき
い値より大きければ(判断点D28)、比の分析の前に
、電圧レベルをチエツクしてしきい値を通って他方の側
へ横断したか確認しなければならない(判断点D32)
。これは指数的に減衰する波形の特性でハナ<、従って
ペースパルステールとして識別すべきではない。ECG
信号がしきいを通して横断しなかったが、フラグが設定
されて、前の点のサンプルでECG信号が既にしきい領
域に入っていることを示していれば(判断点D34)、
信号をペースパルステールとして識別すべきではない。 これは指数波形として真であり、−旦しきい領域に入れ
ば、そこに留まらなければならない。 フラグが設定されていないと仮定すれば、その特定の点
における傾斜を計算する(88、rDIFF=V(n)
−V(n−1)J ) 、次に傾斜の信号がその点にお
ける振幅の符号と同じであるかに関して判断を行わなけ
ればならない(判断点D36、rSign (X(n)
) =Sign (Δ)」)。 一般に、符号は常に異なっていなければならず、もし異
なっていなければ、信号がベースパルステールではない
か、または4サンプル未満を採用した場合には(判断点
D40、[n <Tpeak+4J ) 、プロセスが
虚偽の波ピークで始まっテオリ、カウンタを初期設定し
てプロセスを再始動すべきである(90、rD=OJ)
。 振幅及び傾斜の符号が同じであり、振幅と傾斜との比が
0より太きく64より小さければ(判断点D38)、指
数波形上の点に対する判定基準が満足されており、カウ
ンタが1だけ歩進しており (94、rD=D+ I 
J )、また全カウント数が25以上で(判断点D42
) 、傾斜と振幅との比が少なくとも25の点について
64未満であることを示していれば、信号はペースパル
ステールとして識別される(96)。全カウント数が2
5に等しくなければ、Nを1だけ歩進しく84、N=N
+1)、次のサンプルを分析する。 前述のペースパルステール除外方法及び装置により最良
の結果が得られるが、特に説明した実施例に示したよう
に、本発明の変更及び修正を、付記した「特許請求の範
囲」によってのみ限定するつもりである本発明の範囲か
ら逸脱することなく行うことができる。例えば、概要で
述べた曲線適合技法は信号が指数的に減衰するか否かを
確定する別の受容可能な方法である。 【発明の効果】 以上のように、本発明によれば、ペースパルステールを
ECG信号波形内の真のQRS群から区別する方法が提
供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1図は、それぞれ、ペースパルス信号の波形を示して
いる。第1(a)図は、最少再分極テールを備えた患者
の体表面で測定されたものである。第1 (b)図は、
ペースメーカシステムにより発生された再分極テールを
備えた患者の体表面で測定されたものである。第1 (
c)図は、近(の監視装置内の帯域ろ波フィルタにより
導入されたテールを備えた第1(a)図に示すものと同
様の信号である。第1(d)図は、近くの監視装置内の
帯域ろ波フィルタにより導入されたテールを備えた第1
(b)図に示すものと同様の信号である。
【図2】 第2図は、それぞれ、ペースパルス信号の波形を示して
いる。第2(a)図は、ベースパルステールを備えたペ
ースパルス信号を示している。 第2(b)図は、ペースパルス除去後の、残りのベース
パルステールを示している。
【図3】 第3図は、ペースパルスを識別し除去するための従来の
装置のブロック図である。
【図4】 第4図は、ペースパルステールを識別するための曲線近
似技法の説明図である。
【図5】 第5図は、ペースパルス及び関連する振幅Aの指数的に
減衰するテールの代数的表現及びグラフを示している。
【図6】 第6図は、基線BとアンダーシュートCを備えたペース
パルステールの説明図である。
【図7】 第7図は、基線とピーク信号値に対する漸近線の関係を
示している。
【図8】 第8図は、しきい値領域に入った指数的減衰波形の説明
図である。
【図9】 第9図は、しきい値領域の計算の仕方を示した説明図で
ある。
【図10】 第10図は、指数的減衰波形上の507601(zの効
果を示す説明図である。
【図11] 第11図は、本発明の好適な実施例を説明するブロック
図である。 【図12】 第12図は、ペースパルステールのピークを識別するた
めの方法を示す流れ図である。
【図13] 第13図は、漸近線を評価するための方法を示す流れ図
である。 【図14】 第14図は、しきい値計算を行うための方法を示す流れ
図である。
【図15】 第15図は、50760Hzを検出するための方法を示
す流れ図である。 【図161 第16図は、50760Hzを除去するための方法を示
す流れ図である。 【図17] 第17図は、ペースパルステールを判定するための本発
明の好適な実施例を実行するための方法を示す流れ図で
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ペースパルステールのピークを位置を突き止め; ピークに続く信号を検出し; 検出された信号が指数的に減衰しているかどうかを判定
    し; 検出された信号が指数的に減衰している場合には、検出
    された信号をペースパルステールとして判定する; 各段階からなることを特徴とする、ECG信号内のQR
    S群からペースパルステールを判別する方法。
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