JP7164375B2 - パルス判別装置および心電図解析装置 - Google Patents
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Description
ここで、生体からの電気信号は、生体に配置された電極部を介して受信されるが、ペーシング装置に対する電極部の位置によってはペーシングパルスを確実に検出できないおそれがあった。
実施の形態1
図1に、この発明の実施の形態1に係るパルス判別装置を備えた心電図解析装置2の構成を示す。この心電図解析装置2は、一対の電極1aおよび1bと接続される。心電図解析装置2は、例えば心電図測定のための心電計であってもよく、他のバイタルサインパラメータ(呼吸、体温、脈拍数、血圧、等)を取得可能な生体情報モニタであってもよい。なお、生体情報モニタは、いわゆるベッドサイドモニタであってもよく、医用テレメータ等の携帯型の装置であってもよい。心電図解析装置2は、表示部5が着脱可能な構成または表示に用いる各種データを転送する構成であってもよい。
なお、ペーシング装置としては、例えばペースメーカーなどが挙げられる。
パルス判別装置2aは、電極1aおよび1bに接続された受信部6を有し、この受信部6に和分処理部7、増幅部8a、ハイパスフィルタ9aおよび絶対値処理部10aが順次接続されると共に受信部6に差分処理部11、増幅部8b、ハイパスフィルタ9bおよび絶対値処理部10bが順次接続されている。また、増幅部8bは、A/D変換部3にも接続されている。さらに、絶対値処理部10aおよび10bがそれぞれ比較部12に接続され、この比較部12にパルス判別部13を介して表示部5が接続されている。また、比較部12およびパルス判別部13に本体制御部14が接続されている。
和分処理部7は、電極1aと電極1bからそれぞれ受信部6に受信された電気信号の和分を算出するもので、例えば和動増幅回路から構成することができる。
差分処理部11は、電極1aと電極1bからそれぞれ受信部6に受信された電気信号の差分を算出するもので、例えば差動増幅回路から構成することができる。
ハイパスフィルタ9aは、増幅部8aで増幅された電気信号のうち所定の周波数より低い成分を減衰させて、周波数の高い成分を取り出すものである。また、ハイパスフィルタ9bは、増幅部8bで増幅された電気信号のうち所定の周波数より低い成分を減衰させて、周波数の高い成分を取り出すものである。
比較部12は、絶対値処理部10aから出力される電気信号の強度と絶対値処理部10bから出力される電気信号の強度とを比較するもので、例えばコンパレータ回路などから構成することができる。
なお、パルス判別部13および本体制御部14は、CPUと、CPUに各種の処理を行わせるための動作プログラムから構成されるが、それらをデジタル回路で構成してもよい。
心電図生成部4は、A/D変換部3に接続され、A/D変換部3で生成されたデジタルの電気信号に基づいて心電図を生成する。
表示部5は、心電図生成部4とパルス判別部13にそれぞれ接続され、心電図生成部4で生成された心電図を表示すると共にパルス判別部13でペーシングパルスPと判別された心電図の位置にペーシングパルスPの出力を示すパルスマークを表示する。
まず、図1に示す電極1aおよび1bが、生体表面の2つの位置に配置される。生体には、図示しないペーシング装置が取り付けられており、心臓を拍動させるためのペーシングパルスPがペーシング装置から心臓に向けて順次出力されている。このため、生体にはペーシングパルスPを含む電気信号が伝搬し、その電気信号が電極1aおよび1bに入力される。ここで、電極1aおよび1bは、ペーシングパルスPを差動信号として入力するような位置に配置されている。電極1aおよび1bに電気信号がそれぞれ入力されると、その電気信号が電極1aおよび1bからパルス判別装置2aの受信部6に出力される。
和分処理部7で和分処理された電気信号は、増幅部8aで増幅された後、ハイパスフィルタ9aで周波数の高い成分が取り出されて、絶対値処理部10aに入力される。そして、絶対値処理部10aに入力された電気信号は絶対値変換され、絶対値処理部10aから比較部12に出力される。
差分処理部11で差分処理された電気信号は、増幅部8bで増幅された後、ハイパスフィルタ9bで立上りR成分と立下りF成分が取り出されて、絶対値処理部10bに入力される。そして、絶対値処理部10bに入力された電気信号は絶対値変換され、絶対値処理部10bから比較部12に出力される。なお、増幅部8bで増幅された電気信号は、増幅部8bからA/D変換部3にも出力される。
ここで、差動信号として入力されるペーシングパルスPは、差分の絶対値が所定の値より大きくなり、和分の絶対値が所定の値以下となる。一方、同相信号として入力されるノイズは、差分の絶対値が所定の値以下となり、和分の絶対値が所定の値より大きくなる。すなわち、ペーシングパルスPが入力された場合には差分の絶対値が和分の絶対値以上となり、ノイズが入力された場合には差分の絶対値が和分の絶対値より小さくなる。
このようにして、パルス判別部13においてペーシングパルスPか否かが判別されると、ステップS1に戻り、順次入力される電気信号に対してペーシングパルスPの判別を繰り返し実行する。
このように、心電図EにパルスマークMを重畳表示させることにより、例えばペーシング装置からのペーシングパルスPの出力タイミングを容易に把握することができ、心電図Eを詳細に解析することができる。
上記の実施の形態1において、比較部12は、電気信号を差分した絶対値のピーク値と電気信号を和分した絶対値のピーク値とを比較することが好ましい。
例えば、図4に示すように、実施の形態1において絶対値処理部10aおよび10bと比較部12との間にピークホールド部21を接続すると共に、このピークホールド部21にホールド制御部22および第1のタイマ23を順次接続することができる。
和分ピークホールド部24は、絶対値処理部10aと比較部12との間に接続され、絶対値処理部10aから出力される電気信号のピーク値、すなわち和分処理部7で得られる和分に対する絶対値のピーク値を和分ピーク値としてホールドする。
差分ピークホールド部25は、絶対値処理部10bと比較部12との間に接続され、絶対値処理部10bから出力される電気信号のピーク値、すなわち差分処理部11で得られる差分に対する絶対値のピーク値を差分ピーク値としてホールドする。
ホールド制御部22は、第1のタイマ23のホールド時間に基づいて和分ピークホールド部24と差分ピークホールド部25を制御するものである。具体的には、ホールド制御部22は、第1のタイマ23のホールド時間が予め定められたパルス時間に達した場合に、和分ピークホールド部24の和分ピーク値と差分ピークホールド部25の差分ピーク値をゼロに戻してクリアし、和分ピーク値と差分ピーク値を繰り返しホールドするように制御する。
まず、実施の形態1と同様に、電極1aおよび1bから入力された電気信号が、和分処理部7、増幅部8aおよびハイパスフィルタ9aを介して絶対値処理部10aに入力されると共に、差分処理部11、増幅部8bおよびハイパスフィルタ9bを介して絶対値処理部10bに入力される。
このように、和分ピークホールド部24が和分ピーク値をホールドすると共に差分ピークホールド部25が差分ピーク値をホールドするため、和分ピーク値と差分ピーク値を容易に取得することができる。
一方、ホールド制御部22は、第1のタイマ23のホールド時間がパルス時間に達する前に、差分ピーク値が所定の値より大きな値でホールドされると共に和分ピーク値が所定の値以下の値でホールドされた場合には、和分ピークホールド部24の和分ピーク値と差分ピークホールド部25の差分ピーク値を比較部12に出力する。
上記の実施の形態1および2において、電気信号に含まれる電気パルスを検出するパルス検出部を新たに配置することが好ましい。
例えば、図5に示すように、実施の形態1においてハイパスフィルタ9bとパルス判別部13との間にパルス検出部61を新たに接続することができる。このパルス検出部61は、ハイパスフィルタ9bから入力される電気信号の強度の変化に基づいて、電気信号に含まれる電気パルスを検出するものである。具体的には、パルス検出部61は、電気信号の強度の変化が予め設定された閾値を超えた場合に、その信号を電気パルスとして検出する。ここで、電気パルスは、電気信号に含まれる全てのパルスを総称するものであり、ペーシングパルスとノイズパルスを含むものである。ノイズパルスとは、例えば同相ノイズおよび連続性パルスなどが該当する。
まず、ステップS6で、パルス検出部61によるパルス検出を有効化する。続いて、実施の形態1と同様に、生体からの電気信号が、電極1aおよび1bを介して受信部6で受信された後、和分処理部7、増幅部8a、ハイパスフィルタ9aおよび絶対値処理部10aを介して比較部12に入力されると共に差分処理部11、増幅部8b、ハイパスフィルタ9bおよび絶対値処理部10bを介して比較部12に入力される。また、ハイパスフィルタ9bで処理された電気信号はパルス検出部61にも入力される。
パルス検出部61は、ハイパスフィルタ9bから入力された電気信号の強度の変化に基づいて電気信号に含まれる電気パルスの検出を行う。パルス検出部61は、ステップS7で、電気パルスを検出した場合には、電気パルスの検出信号を比較部12に出力して、ステップS8で、パルス検出を無効化する。一方、パルス検出部61は、電気パルスを検出しない場合には、電気パルスを検出するまでステップS7を繰り返す。
上記の実施の形態1~3では、パルス判別部13は、差分処理部11で得られた差分と和分処理部7で得られた和分とに基づいて電気信号に含まれるペーシングパルスPを判別したが、ペーシングパルスPのパルス幅Wに基づいて判別することもできる。
例えば、図7に示すように、実施の形態1において和分処理部7、増幅部8a、ハイパスフィルタ9a、絶対値処理部10a、絶対値処理部10bおよび比較部12を除くと共にパルス判別部13に換えてパルス判別部31を配置する。また、ハイパスフィルタ9bとパルス判別部31の間にパルス検出部32とパルス幅取得部33を順次接続すると共に、パルス幅取得部33にタイマ制御部34と第2のタイマ35を順次接続し、本体制御部14がパルス幅取得部33とパルス判別部31に接続される。
立上り検出部36は、ハイパスフィルタ9bとパルス幅取得部33との間に接続され、ハイパスフィルタ9bにおいて立上りR成分と立下りF成分が取り出された電気信号を入力し、その電気信号の強度の変化に基づいて立上りRを検出する。
立下り検出部37は、ハイパスフィルタ9bとパルス幅取得部33との間に接続され、ハイパスフィルタ9bにおいて立上りR成分と立下りF成分が取り出された電気信号を入力し、その電気信号の強度の変化に基づいて立下りFを検出する。
タイマ制御部34は、パルス検出部32における立上りRおよび立下りFの検出に従って第2のタイマ35を制御するものである。具体的には、タイマ制御部34は、パルス検出部32において立上りRおよび立下りFの一方が検出されることにより第2のタイマ35の測定を開始し、パルス検出部32において立上りRおよび立下りFの他方が検出されることにより第2のタイマ35の測定を停止してクリアする。また、タイマ制御部34は、パルス検出部32において立上りRおよび立下りFの一方が検出された後で且つ他方が検出される前に、第2のタイマ35の測定時間が予め定められたパルス時間に達した場合に、第2のタイマ35を停止してクリアする。
なお、パルス時間は、実施の形態2と同様に、ペーシングパルスPのパルス幅Wに基づいて予め設定されるものであり、例えば、ペーシングパルスPのパルス幅Wより大きい値である8msに定めることができる。
まず、ステップS11で、立上り検出部36における立上りRの検出を有効化すると共に立下り検出部37における立下りFの検出を有効化する。そして、実施の形態1と同様に、生体からの電気信号が、電極1aおよび1b、受信部6、差分処理部11、増幅部8bおよびハイパスフィルタ9bを介してパルス検出部32の立上り検出部36と立下り検出部37にそれぞれ出力される。
このように、パルス幅取得部33は、タイマ制御部34を介して、第2のタイマ35で立上りRと立下りFの検出時間を測定するだけで立上りRと立下りFの間のパルス幅Wを容易に取得することができる。このようにして取得されたパルス幅Wは、パルス幅取得部33からパルス判別部31に出力される。
パルス幅Wが所定の範囲内である場合には、ステップS20に進んで、パルス判別部31は、その電気パルスをペーシングパルスPと判別する。一方、パルス幅Wを所定の範囲外と判別した場合には、ステップS23に進んで、パルス判別部31は、その電気パルスをノイズと判別する。
ステップS20で、ペーシングパルスPが検出されると、パルス判別部31は、ステップS21に進んで、ペーシングパルスPの検出信号を表示部5に出力する。そして、ステップS22で、タイマ制御部34が、第2のタイマ35を停止してクリアする。
タイマ制御部34が第2のタイマ35をクリアすると、ステップS11に戻り、立上りRと立下りFの検出を再び有効化し、順次入力される電気信号に対して立上りRと立下りFの検出が繰り返し実行される。
上記の実施の形態4において、ステップS20で、パルス判別部31が電気信号に含まれる電気パルスをペーシングパルスPと判別した後、次のペーシングパルスPが電極1aおよび1bから入力される直前まで、立上りRおよび立下りFの検出を停止することが好ましい。
ここで、パルス時間は、実施の形態2と同様に、ペーシングパルスPのパルス幅Wに基づいて予め設定されるものであり、例えば、ペーシングパルスPのパルス幅Wより大きい値で且つペーシングパルスPがペーシング装置から出力される時間間隔より小さい値である8msに定めることができる。
このように、ペーシングパルスPを検出した後、次のペーシングパルスPが電極1aおよび1bに入力される直前まで立上りRおよび立下りFの検出を停止するため、次のペーシングパルスPが検出されるまでの間に入力されるノイズを排除することができ、ノイズの検出を抑制することができる。
上記の実施の形態1~3では差分と和分に基づいてペーシングパルスPを判別し、実施の形態4および5ではパルス幅Wに基づいてペーシングパルスPを判別したが、実施の形態1~3と実施の形態4および5とを組み合わせて電気信号に含まれるペーシングパルスPを判別することもできる。
例えば、図10に示すように、実施の形態2において、パルス判別部13に換えてパルス判別部51を配置すると共に、ハイパスフィルタ9bに実施の形態4のパルス検出部32とパルス幅取得部33を順次接続して、このパルス幅取得部33をパルス判別部51に接続する。また、パルス幅取得部33に実施の形態4のタイマ制御部34と第2のタイマ35を順次接続し、本体制御部14をパルス幅取得部33、タイマ制御部34およびパルス判別部51に接続する。さらに、パルス幅取得部33がホールド制御部22に接続される。
まず、実施の形態4と同様に、ステップS11で、立上り検出部36における立上りRの検出を有効化すると共に立下り検出部37における立下りFの検出を有効化する。また、ホールド制御部22が、ステップS31で、第1のタイマ23をスタートさせて、和分ピークホールド部24および差分ピークホールド部25のホールド時間を測定する。
なお、パルス時間は、実施の形態2と同様に、ペーシングパルスPのパルス幅Wに基づいて予め設定されるものであり、例えば、ペーシングパルスPのパルス幅Wより大きい値である8msに定めることができる。
このように、ホールド制御部22は、第1のタイマ23のホールド時間に基づいて和分ピークホールド部24と差分ピークホールド部25を容易に制御することができ、ノイズを確実に除去することができる。
続いて、パルス幅取得部33が、ステップS15で、立下りFが検出されたか否かを判定し、立下りFが検出されたと判定した場合には、その判定信号をホールド制御部22に出力すると共にステップS16に進んで立下り検出部37による立下りFの検出を無効化する。一方、パルス幅取得部33は、立下りFが検出されていないと判定した場合には、ステップS17に進んで、実施の形態4と同様に処理される。
このようにして、パルス幅Wと、和分ピーク値および差分ピーク値の比較結果とがパルス判別部51に入力されると、パルス判別部51は、ステップS19で、パルス幅Wが所定の範囲内か否かを判定する。
このように、パルス判別部51は、パルス幅Wに加えて差分ピーク値と和分ピーク値との比較結果に基づいて判別するため、ペーシングパルスPをより高精度に判別することができる。
ステップS35で第1のタイマ23がクリアされると、ステップS11に戻り、立上りRと立下りFの検出を再び有効化し、順次入力される電気信号に対して立上りRと立下りFの検出が繰り返し実行される。
また、上記の実施の形態1~6では、電極1aおよび1bは、生体の2つの位置に配置されたが、生体の複数の位置から電気信号を受信できればよく、2つに限られるものではない。
<付記事項>
(請求項1)
ペーシングパルスを出力して心臓を拍動させるペーシング装置が取り付けられた生体の複数の位置から電気信号を受信し、前記電気信号に含まれる前記ペーシングパルスを判別するパルス判別装置であって、
前記複数の位置から受信される前記電気信号の差分を算出する差分処理部と、
前記複数の位置から受信される前記電気信号の和分を算出する和分処理部と、
前記差分処理部で得られた前記差分と前記和分処理部で得られた前記和分とに基づいて、前記電気信号に含まれる前記ペーシングパルスを判別するパルス判別部とを備えるパルス判別装置。
(請求項2)
前記差分処理部で得られる前記差分に対する絶対値のピーク値を差分ピーク値としてホールドすると共に、前記和分処理部で得られる前記和分に対する絶対値のピーク値を和分ピーク値としてホールドするピークホールド部をさらに有し、
前記パルス判別部は、前記ピークホールド部でホールドされた前記差分ピーク値が前記和分ピーク値以上である場合に、前記複数の位置から受信された前記電気信号を前記ペーシングパルスと判別する請求項1に記載のパルス判別装置。
(請求項3)
前記ピークホールド部でホールドされた前記差分ピーク値と前記和分ピーク値のホールド時間を測定する第1のタイマと、
前記第1のタイマのホールド時間が、前記ペーシングパルスのパルス幅の時間に基づいて予め定められたパルス時間に達した場合に、前記ピークホールド部の前記差分ピーク値と前記和分ピーク値をクリアするホールド制御部とをさらに有する請求項2に記載のパルス判別装置。
(請求項4)
前記パルス時間は、前記ペーシングパルスのパルス幅の時間より大きい値に定められる請求項3に記載のパルス判別装置。
(請求項5)
前記パルス判別部は、前記差分の絶対値が前記和分の絶対値以上である場合に、前記複数の位置から受信された前記電気信号を前記ペーシングパルスと判別する請求項1~4のいずれか一項に記載のパルス判別装置。
(請求項6)
前記複数の位置から受信される前記電気信号の強度の変化に基づいて前記電気信号のパルス幅を取得するパルス幅取得部をさらに有し、
前記パルス判別部は、さらに前記パルス幅取得部で取得された前記パルス幅に基づいて前記ペーシングパルスを判別する請求項1~5のいずれか一項に記載のパルス判別装置。
(請求項7)
ペーシングパルスを出力して心臓を拍動させるペーシング装置が取り付けられた生体の複数の位置から電気信号を受信し、前記電気信号に含まれる前記ペーシングパルスを判別するパルス判別装置であって、
前記複数の位置から受信される前記電気信号の強度の変化に基づいて前記電気信号のパルス幅を取得するパルス幅取得部と、
前記パルス幅取得部で取得された前記パルス幅に基づいて、前記電気信号に含まれる前記ペーシングパルスを判別するパルス判別部とを備えるパルス判別装置。
(請求項8)
前記複数の位置から受信された前記電気信号の立上りと立下りを検出するパルス検出部と、
前記パルス検出部で検出される前記立上りと前記立下りの間の時間を測定する第2のタイマとをさらに有し、
前記パルス幅取得部は、前記第2のタイマで測定される前記立上りと前記立下りの間の時間を前記パルス幅として取得する請求項6または7に記載のパルス判別装置。
(請求項9)
前記立上りおよび前記立下りの一方が前記パルス検出部で検出されることにより前記第2のタイマの測定を開始し、前記立上りおよび前記立下りの他方が前記パルス検出部で検出されることにより前記第2のタイマの測定を停止してクリアするタイマ制御部をさらに有する請求項8に記載のパルス判別装置。
(請求項10)
前記タイマ制御部は、前記立上りおよび前記立下りの一方が検出された後で且つ前記立上りおよび前記立下りの他方が検出される前に、前記第2のタイマの測定時間が前記ペーシングパルスのパルス幅に基づいて予め定められたパルス時間に達した場合に、前記パルス検出部で検出された電気パルスはノイズと判別し、前記第2のタイマの測定時間を停止してクリアする請求項9に記載のパルス判別装置。
(請求項11)
請求項1~10のいずれか一項に記載のパルス判別装置と、
生体から受信された電気信号に基づいて心電図を生成する心電図生成部と、
前記心電図生成部で生成された心電図を表示する表示部とを備える心電図解析装置。
Claims (10)
- ペーシングパルスを出力して心臓を拍動させるペーシング装置が取り付けられた生体の複数の位置から電気信号を受信し、前記電気信号に含まれる前記ペーシングパルスを判別するパルス判別装置であって、
前記複数の位置から受信される前記電気信号の差分を算出する差分処理部と、
前記複数の位置から受信される前記電気信号の和分を算出する和分処理部と、
前記差分処理部で得られた前記差分と前記和分処理部で得られた前記和分とを比較して、前記電気信号に含まれる前記ペーシングパルスを判別するパルス判別部とを備えるパルス判別装置。 - 前記差分処理部で得られる前記差分に対する絶対値のピーク値を差分ピーク値としてホールドすると共に、前記和分処理部で得られる前記和分に対する絶対値のピーク値を和分ピーク値としてホールドするピークホールド部をさらに有し、
前記パルス判別部は、前記ピークホールド部でホールドされた前記差分ピーク値が前記和分ピーク値以上である場合に、前記複数の位置から受信された前記電気信号を前記ペーシングパルスと判別する請求項1に記載のパルス判別装置。 - 前記ピークホールド部でホールドされた前記差分ピーク値と前記和分ピーク値のホールド時間を測定する第1のタイマと、
前記第1のタイマのホールド時間が、前記ペーシングパルスのパルス幅の時間に基づいて予め定められたパルス時間に達した場合に、前記ピークホールド部の前記差分ピーク値と前記和分ピーク値をクリアするホールド制御部とをさらに有する請求項2に記載のパルス判別装置。 - 前記パルス時間は、前記ペーシングパルスのパルス幅の時間より大きい値に定められる請求項3に記載のパルス判別装置。
- 前記パルス判別部は、前記差分の絶対値が前記和分の絶対値以上である場合に、前記複数の位置から受信された前記電気信号を前記ペーシングパルスと判別する請求項1~4のいずれか一項に記載のパルス判別装置。
- 前記複数の位置から受信される前記電気信号の強度の変化に基づいて前記電気信号のパルス幅を取得するパルス幅取得部をさらに有し、
前記パルス判別部は、さらに前記パルス幅取得部で取得された前記パルス幅に基づいて前記ペーシングパルスを判別する請求項1~5のいずれか一項に記載のパルス判別装置。 - 前記複数の位置から受信された前記電気信号の立上りと立下りを検出するパルス検出部と、
前記パルス検出部で検出される前記立上りと前記立下りの間の時間を測定する第2のタイマとをさらに有し、
前記パルス幅取得部は、前記第2のタイマで測定される前記立上りと前記立下りの間の時間を前記パルス幅として取得する請求項6に記載のパルス判別装置。 - 前記立上りおよび前記立下りの一方が前記パルス検出部で検出されることにより前記第2のタイマの測定を開始し、前記立上りおよび前記立下りの他方が前記パルス検出部で検出されることにより前記第2のタイマの測定を停止してクリアするタイマ制御部をさらに有する請求項7に記載のパルス判別装置。
- 前記タイマ制御部は、前記立上りおよび前記立下りの一方が検出された後で且つ前記立上りおよび前記立下りの他方が検出される前に、前記第2のタイマの測定時間が前記ペーシングパルスのパルス幅に基づいて予め定められたパルス時間に達した場合に、前記パルス検出部で検出された電気パルスはノイズと判別し、前記第2のタイマの測定時間を停止してクリアする請求項8に記載のパルス判別装置。
- 請求項1~9のいずれか一項に記載のパルス判別装置と、
生体から受信された電気信号に基づいて心電図を生成する心電図生成部と、
前記心電図生成部で生成された心電図を表示する表示部とを備える心電図解析装置。
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