Development of a Prediction System for Outcomes for Electrical Defibrillation Based on Analyzing the Electrocardiogram of Patients Suffering from Sudden Cardiac Arrest

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K06505
• Research Institution: Tokyo City University
• Principal Investigator: 大屋 英稔 東京都市大学, 知識工学部, 教授 (30361835)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中野 和司 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 副学長 (90136531) ; 山口 芳裕 杏林大学, 医学部, 教授 (10210379) ; 宮内 洋 杏林大学, 医学部, 助手 (60407038)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 除細動適用成否予測システム / 自己心拍再開 / 電気的除細動 / 心肺蘇生 / 特徴量抽出

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題の目的は，申請者らが進めてきた心電図波形の高精度識別システム構築・検証（基盤研究（Ｃ），22560402，25420443）で得られた知見をもとに，心肺停止患者の心電図波形の状態遷移と電気的除細動適用後の自己心拍再開や心室細動再発などの関連性についてより詳細に解析・検討し，その評価方法を確立すること，すなわち心肺停止患者の心電図波形解析に基づく除細動適用成否予測システムを構築することであり，もって心肺停止患者の蘇生率向上に寄与することである．
平成29年度は，主として自己心拍再開例，非再開例（心静止等），及び心室細動再発例の集積とその関連性を明らかにすることを目的としており，研究分担者の所属する杏林大学病院高度救命救急センターに設置されている心電図波形データ収集システムを見直して改修を行った．改修については，心電図波形を記録するレコーダ部分を中心に行っているが，他の部分についても改修が必要になっている部分もあり，継続して改修を進めている．また，これまでに集積されている心電図波形データを含め，種々の心電図波形データをウェーブレット解析し，自己心拍再開例や非再開例（心静止等）などの心電図波形データの特徴を検討した．さらに，心電図波形の状態の遷移と患者（生体）の状態との関連性，すなわち心電図波形の状態がどのように遷移している場合に除細動が効果的なのか，あるいは心室細動が再発してしまうのかといったことを明らかにするために，自己心拍再開時の心電図波形において，どのような特徴がみられるのかについて検討した．さらに，本研究課題の副産物的な成果として，正常洞調律を構成するQRS波形のR-R間隔の推定が，従来の手法より，はるかに容易に行える可能性があり，検討を進めているところである．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成29年度の主な目的は，研究分担者の所属する杏林大学病院高度救命救急センターに設置されている心電図波形データ収集システムを見直して改修を行うことによって，自己心拍再開例，非再開例（心静止等），及び心室細動再発例の記録・集積をより効率的に行うことが出来るような環境を整備することにある．また，AHAデータベース，MIT-BIHデータベースをはじめとする各種データベースに記録されている心電図波形データや心電図波形データ収集システムによってこれまでに記録・集積された心電図波形データを解析し，自己心拍再開例や非再開例（心静止等）などの心電図波形データの特徴を検討することである．
心電図波形データ収集システムの改修については，心電図波形を記録するレコーダ部分を中心に行ったが，システムの老朽化が激しく，他の部分にも不具合が出ており，次年度にも継続して改修を進める必要がある．ただし，大幅な改修を行う予算はないため，平成30年度の出来るだけ早い段階で心電図波形データの収集が効率的に行えるよう，必要最低限の改修を完了させる予定にしている．さらに，心電図波形の特徴解析においては，心電図波形の状態の遷移と患者（生体）の状態との関連性，すなわち心電図波形の状態がどのように遷移している場合に除細動が効果的なのか，あるいは心室細動が再発してしまうのかといったことを検討しているところであり，当初の計画通り平成30年度も継続して行う予定である．また，従来の高精度識別システムについてもその識別精度の検証を行うとともに，より高精度，かつ高速に識別が可能となるように検証を行った．
以上のような理由からおおむね順調に進展している状況にある．

Strategy for Future Research Activity

平成30年度は，心電図波形データ収集システムによって記録・集積される心電図波形データ，ならびにAHAデータベース，MIT-BIHデータベースをはじめとする各種データベースに記録されている心電図波形データを解析し，自己心拍再開例や非再開例（心静止等）などの心電図波形データの特徴を検討することが主な目的である．そのため，まずこれらの心電図波形データの解析を行うとともに，自己心拍再開例など，心電図波形の分類・整理作業を継続して実施する．具体的には，記録・集積されるデータを自己心拍再開，心室細動再発などの症例毎にラベル付けして分類する．さらに，平成29年度に改修した心電図波形データ収集システムでは，データを記録するレコーダ部分以外にも不具合が出ている状況にあり，早急に対応することによって，より効率的に自己心拍再開例などのデータを記録・集積出来るよう整備を行う．
本研究課題の目的を達成するために重要な心電図波形の特徴解析においては，心電図波形の状態の遷移と患者（生体）の状態との関連性，すなわち心電図波形の状態がどのように遷移している場合に除細動が効果的なのか，あるいは心室細動が再発してしまうのかといったことを研究代表者，研究分担者，ならびに研究協力者が密に情報共有しながら検討を進め，当初の計画にあるように最終年度である平成31年度に行う「予測システムの検証」に繋げるようにより多くのデータについて解析作業を進める予定である．また，本研究課題の副産物的な成果として得られているQRS波形群（正常洞調律）におけるR-R間隔の推定についても検証を進める予定である．さらに，申請者らがこれまでに開発してきた心肺停止患者に対する心電図波形の高精度識別システムの精度の検証を継続して行うとともに，より高精度，かつ高速に識別が可能となるようにカスタマイズを行う予定にしている．

Causes of Carryover

平成29年度の11月に研究分担者である宮内洋講師（杏林大学）が別機関に急遽異動になり，当該分担者に配分されていた予算が未使用であることによって次年度使用額が生じている．また，今年度の計画においては，杏林大学病院高度救命救急センターに設置されている心電図波形データ収集システムをの改修が大きな割合を占めており，年度当初より，検討を進めてきたが，不具合のあったデータ記録部分（レコーダ）以外にも改修が必要な個所が出現しており，それらをあわせて改修する必要があることが判明した．すなわち，レコーダ以外の部分もあわせて改修することになり，メーカーとの協議の結果，平成30年度に一括して経費を支払うことになったため，杏林大学に配分された研究費に残額が生じている．このように，平成29年度は，心電図波形データ収集システムをの改修が主であったため，学会等への成果発表は行えていない状況にある．そのため，研究分担者である中野和司教授（電気通信大学）においては，当初予定していた学会参加のための経費等について残額があり，次年度への繰越しを手続している．
以上のような理由から，次年度使用額が生じている状況にある，ただし，これらは全て必要な経費であり，平成30年度において使用を予定している重要な経費である．