【心拍変動解析の基礎】RR間隔時系列の修正 - ケィオスの時系列解析メモランダム

心拍変動解析では，通常の正常洞調律 (normal sinus rhythm)の間隔時系列を分析します．正常洞調律についての説明は，以前の記事を参照してください．
chaos-kiyono.hatenablog.com

　心拍変動では，正常洞調律を分析するというのが建前とはいえ，多くの場合，R波の検出不良があったり，洞調律ではない不整脈が含まれていたりします．心拍変動解析では，そーいった非洞調律によるRR間隔データを，正常洞調律っぽく修正してから分析します．今回は，心拍変動解析のための基礎知識として，心電図波形とRR間隔の関係について説明します．

まず，正常洞調律

　下の図上段のような正常洞調律の心電図 (ECG)波形を見ると，同じ波形パターンが繰り返し現れます．でも，R波の出現間隔 (図下段のRR間隔)は，メトロノームのように一定ではなく，ある程度ばらつきます．

短長パターンの典型の心室性期外収縮

　心室性期外収縮 (ventricular premature contraction：VPC)は，心室が調和を乱して，自分勝手に発火 (電気発生)してしまうことで生じる不整脈です．下の図上段の心室性期外収縮 (VPC)の部分にみられるパターンです．RR間隔が自動検出されたデータでは，心室性期外収縮 (VPC)の部分のRR間隔は，異常に短くなります．その直後のRR間隔は，異常に長くなります．ここで，異常とは，正常洞調律ではありえないということです．

　心室性期外収縮 (VPC)の場合，心室は拍子を外していますが，洞結節からの電気の流れは正常な間隔を反映しています．ですので，心室性期外収縮 (VPC)の前後の，短長の２つのRR間隔を足したものが，正常洞調律のRR間隔2拍分に等しいと考えられます．

　ということで，心室性期外収縮 (VPC)のRR間隔の修正は，

　 $\displaystyle {\bf 修正後の}{\rm RR}_3 = {\bf 修正後の}{\rm RR}_4 = \frac{{\rm RR}_3+{\rm RR}_4}{2}$

とすることが多いです．

ノイズを誤検出

　下の図は，ノイズで発生したピークを誤検出し，真のR波を見逃した例です．R波の自動検出アルゴリズムでは，心筋の不応期 (発火すると300msくらい休む特性)を考慮して，R波の間隔が近くならないようにしてあることが多いです．ですので，ノイズピークの後のR波は飛ばされる可能性があります．

　上の図の場合も，心室性期外収縮と同じようにRR間隔を修正すれば大丈夫です．

　ただし，通常のR波とR波の間にノイズのピークが検出された可能性がある場合は，２つのRR間隔を足して，１つ分のRR間隔にしてください．

R波の検出漏れ

　心電計測で，R波の高さが低くなったり，ノイズに隠れて検出できないことがあります．下の図の例では，２個のR波が飛ばされて言います．

　この場合は，直前の ${\rm RR}_2$ と ${\rm RR}_3$ の比から，おおよそ， $1:3$ とわかるので， ${\rm RR}_3$ はRR間隔３個分だと予想できます．ということで，修正は， ${\rm RR}_3$ を3で割ったものを， ${\rm RR}_3$ の代わりに3つ挿入すれば大丈夫です．

上室性期外収縮

　心房側が勝手なふるまいをするのが，上室性期外収縮 (supraventricular premature contraction: SVPC)です．下の図のように上室性期外収縮 (SVPC)は，修正が難しいケースです．なぜなら，心室性期外収縮 (VPC)のように足して２で割る方法がイマイチだからです．それでも，足して２で割る修正が，選択肢の一つです．

修正不可能な心房細動と心房粗動

　下の図は，上段が心房細動，下段が心房粗動の例です．

　心房細動では，1.5秒を超えるような長いRR間隔がむちゃくちゃたくさん含まれていて，非常にノイジーなグラフになります．心房粗動は，逆に結構周期的に見えて，RR間隔のグラフに数本の筋が見えたりします．患者さんのデータを分析するときは，心房細動，心房粗動，ペースメーカなどのデータが含まれていることがあるので，洞調律とは分けで分析するようにしてください．

学生のための宿題

　以上の知識を踏まえて，RR間隔データを自動修正するプログラムを各自で作ってください．