2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of a Prediction System for Outcomes for Electrical Defibrillation Based on Analyzing the Electrocardiogram of Patients Suffering from Sudden Cardiac Arrest
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17K06505
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
大屋 英稔 東京都市大学, 知識工学部, 教授 (30361835)
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| 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, 名誉教授 (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宮内 洋 杏林大学, 医学部, 講師 (60407038) [Withdrawn]
五十嵐 昂 杏林大学, 医学部, 助教 (40821161)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 除細動適用成否予測システム / 自己心拍再開 / 特徴量抽出 / 電気的除細動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目的は，これまでに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）で得られた成果や知見をもとに，心肺停止患者の状態に応じて遷移する心電図波形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を解析・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る．本研究課題で提案するシステムが実用化出来れば，心肺停止患者の蘇生率向上に貢献することが可能である．
平成30年度は，前年度に引き続き，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作業を実施した．また，平成29年度に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が，動作が安定せず，メーカとともに不具合対応を行った．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たが，他の部分についても経年劣化している部分など，改修が必要になっている部分もあり，継続して改修の検討を進めていく予定である．
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，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を進めている．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，R-R間隔の推定についても新しい手法を提案した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成30年度の主な目的は，平成29年度に改修した心電図波形データ収集システムにより，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とともに，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，システムの老朽化が激しく，継続して改修の検討を進めているが，大幅な改修を行う予算はないため，平成30年度にメーカと協議を重ね，心電図波形データの収集の記録・収集を行った．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，平成31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．加えて，正常洞調律を構成するQRS波形のR-R間隔を推定する手法について，従来から提案されている手法に比べ，はるかに容易，かつ高精度で推定が出来るアルゴリズムを提案した．
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．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成31年度は，本研究課題の最終年度にあたり，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し，電気的除細動の効果を予測できるシステムを構築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とともに，各心電図波形の特徴量を整理し，特徴量に基づいて電気的除細動の効果を予測出来るシステムを構築する．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間隔の推定アルゴリズムについても検証を進め，より高精度で推定が出来るように改良を行う予定である．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．
以上の成果をまとめ，学術論文，国際会議論文として成果を発表する予定である．
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| 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から次年度使用額が生じている．これについては，本研究課題において，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を行ったが，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，検討しているところである．平成31年度にレコーダ以外の部分についても可能な範囲で改修を行う予定である．また，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31年度において使用を予定している重要な予算である．
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[Presentation] Proceedings of the 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON2018)2019
Author(s)
岡井 貴之,大屋英稔,星義克,平田祥悟,中野和司,山口芳裕,五十嵐昂
Organizer
岡井 貴之,大屋英稔,星義克,平田祥悟,中野和司,山口芳裕,五十嵐昂
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