心電計測装置
【課題】心電波形のＲ波の検出精度を高めることができる心電計測装置を提供する。
【解決手段】心電計測装置は、生体の上腕に接触した複数の第１電極１０ａ〜１０ｇからなる電極アレイ１０と、電極アレイ１０より手首側の生体に接触した第２電極１２と、電極アレイ１０の全ての第１電極１０ａ〜１０ｇについて、第２電極１２との電位を差動検出することによって生体の心電波形のＲ波を計測する第１心電計測部と、第１心電計測部によるＲ波の計測結果に基づいて、最も大きな振幅で正の極性を持つＲ波を計測した電極アレイ１０のうちの１つの第１電極と、最も大きな振幅で負の極性を持つＲ波を計測した電極アレイ１０のうちの他の１つの第１電極とを特定する心電特定部と、心電特定部で特定された電極アレイ１０のうちの１つの第１電極と他の１つの第１電極との電位を差動検出することによって生体の心電波形のＲ波を計測する第２心電計測部と、を含む。
【解決手段】心電計測装置は、生体の上腕に接触した複数の第１電極１０ａ〜１０ｇからなる電極アレイ１０と、電極アレイ１０より手首側の生体に接触した第２電極１２と、電極アレイ１０の全ての第１電極１０ａ〜１０ｇについて、第２電極１２との電位を差動検出することによって生体の心電波形のＲ波を計測する第１心電計測部と、第１心電計測部によるＲ波の計測結果に基づいて、最も大きな振幅で正の極性を持つＲ波を計測した電極アレイ１０のうちの１つの第１電極と、最も大きな振幅で負の極性を持つＲ波を計測した電極アレイ１０のうちの他の１つの第１電極とを特定する心電特定部と、心電特定部で特定された電極アレイ１０のうちの１つの第１電極と他の１つの第１電極との電位を差動検出することによって生体の心電波形のＲ波を計測する第２心電計測部と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心電計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
心電図を得る発明としては、上腕での心電信号の計測に関して開示されている（例えば、特許文献１参照）。この発明では上腕で心電信号を取る際の電極として、電極アレイの中から最大の心電信号が得られるものを選択することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００７−５０４９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では電極アレイの中から最大の心電信号を得る具体的な方法は開示されていない。また、電極アレイの数が多くなるにつれ組合せ数は多くなり、総当たりにより心電信号が大きく取れる信号を探していたのでは、時間がかかる虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］生体の上腕に接触した複数の第１電極からなる電極アレイと、前記電極アレイより手首側の前記生体に接触した第２電極と、前記電極アレイの全ての前記第１電極について、前記第２電極との電位を差動検出することによって前記生体の心電波形のＲ波を計測する第１心電計測部と、前記第１心電計測部によるＲ波の計測結果に基づいて、最も大きな振幅で正の極性を持つＲ波を計測した前記電極アレイのうちの１つの第１電極と、最も大きな振幅で負の極性を持つＲ波を計測した前記電極アレイのうちの他の１つの第１電極とを特定する心電特定部と、前記心電特定部で特定された前記電極アレイのうちの１つの第１電極と他の１つの第１電極との電位を差動検出することによって前記生体の心電波形のＲ波を計測する第２心電計測部と、を含むことを特徴とする心電計測装置。
【０００７】
これによれば、各第１電極と第２電極との間の心電波形のＲ波を最も大きく検出できる電極の組合せを選択することで、心電波形の検出に最適な電極の組合せを選ぶことができる。これにより、安定した心電波形を計測できるので、心電波形のＲ波の検出精度を高めることができる。
【０００８】
［適用例２］上記心電計測装置であって、前記電極アレイの複数の第１電極は、前記上腕の円周上に等間隔で置かれていることを特徴とする心電計測装置。
【０００９】
これによれば、心電波形のＲ波の検出精度を容易に高めることができる。
【００１０】
［適用例３］上記心電計測装置であって、前記第２電極は、前記上腕に接触し該上腕を一周する長さであることを特徴とする心電計測装置。
【００１１】
これによれば、第２電極として、上腕を一周するような電極を用いることで、上腕の電位部分を加算したような中間電位を作り、その電位と各第１電極との電位を差動検出することができるので、心電波形のＲ波の検出精度をさらに高めることができる。
【００１２】
［適用例４］上記心電計測装置であって、前記心電特定部は、各心電波形を該心電波形のＲ波の振幅と極性とでマッピングすることを特徴とする心電計測装置。
【００１３】
これによれば、最も大きな振幅で正の極性を持つＲ波と、最も大きな振幅で負の極性を持つＲ波とを容易に特定することができる。
【００１４】
［適用例５］上記心電計測装置であって、２つの入力の電位を差動増幅する差動増幅部と、交流信号を出力するスイッチ制御部と、前記スイッチ制御部から出力された交流信号に応じて、前記差動増幅部に入力する１つの心電信号を前記第１電極と前記第２電極とのどちらか一方の心電信号に切り替える機械式のスイッチと、をさらに含むことを特徴とする心電計測装置。
【００１５】
これによれば、差動増幅部に入力する１つの心電信号を第１電極と第２電極とのどちらか一方の心電信号に容易に切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る心電計測装置のハードウェアの構成を示した図。
【図２】心電波形の時間的変化の正常波形を示した図。
【図３】第１の実施形態に係る１つの局面による電極アレイ及び電極Ｒの配置場所を示した図。
【図４】第１の実施形態に係る１つの局面による電極アレイ及び電極Ｒの配置場所を示した図。
【図５】第１の実施形態に係る１つの局面による電極アレイ及び電極Ｒの配置場所を示した図。
【図６】第２の実施形態に係る１つの局面による電極アレイ及び電極Ｒの配置場所を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る心電計測装置のハードウェアの構成を示した図である。本実施形態に係る心電計測装置２は、第１電極としての電極１０ａ〜１０ｇからなる電極アレイ１０、電極アレイ１０の中から心電波形の計測に使用する電極を選択するために使用する第２電極としての電極Ｒ１２、電極アレイ１０の中から２つの電極を選択し、後段へ接続するマルチプレクサー（ＭＵＸ）１４、予め定められた周波数の交流信号を出力するスイッチ制御部１６、マルチプレクサー１４の一方の出力と電極Ｒ１２とのうちのどちらかを後段へ接続するスイッチ１８、２つの入力の電位の差動増幅を行う差動増幅部としての計装アンプ２０、心電信号から不要な高域成分を除去するＬＰＦ（低域通過フィルター）２２、心電信号を必要な振幅レベルまで増幅する増幅部２４、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２６、計測した心電信号をもとに種々の処理や電極選択のためのアルゴリズムを実行し、マルチプレクサー１４やスイッチ制御部１６を制御する制御部２８で構成される。
【００１８】
電極アレイ１０は、人体（生体）Ａの上腕Ｂ（図４参照）に接触する複数の電極１０ａ〜１０ｇからなる。
【００１９】
電極１０ａ〜１０ｇは、心臓の活動に伴う人体Ａの電位の変化を検知する電極であり、心電波形を得る際に人体Ａに貼り付けられる電極である。電極１０ａ〜１０ｇは、上腕Ｂの円周上に等間隔に貼り付けられてもよい。電極１０ａ〜１０ｇはマルチプレクサー１４に接続されている。
【００２０】
電極Ｒ１２は、電極アレイ１０の電極１０ａ〜１０ｇとは異なる電極である。電極Ｒ１２は、上腕Ｂの電極アレイ１０より肘側（手首側）の上腕Ｂに貼り付けられる電極である。なお、電極Ｒ１２は、前腕あるいは手のひらに貼り付けつけてもよい。電極Ｒ１２はスイッチ１８に接続されている。
【００２１】
マルチプレクサー１４は、機械的なスイッチと電子回路とがひとつのシリコン基板に形成されたＩＣ（Integrated Circuit）、即ちＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）である。マルチプレクサー１４は、電極１０ａ〜１０ｇ、スイッチ１８、及び計装アンプ２０に接続されている。
【００２２】
スイッチ制御部１６は、スイッチ１８の開／閉を制御する信号を出力する電子回路を備えており、制御信号は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０からの制御によりＨレベルかＬレベルの方形波の信号を出力する。スイッチ制御部１６は、スイッチ１８及び制御部２８に接続されている。
【００２３】
スイッチ１８は、導体の接触／非接触により電気信号の導通／遮断を行う機械式のスイッチあるいはトランジスター等を使用する電気的なスイッチである。スイッチ１８は、スイッチ制御部１６による制御の下、計装アンプ２０の入力端子の接続先を、マルチプレクサー１４と電極Ｒ１２とのいずれかの出力端子に切り替える。スイッチ１８の開／閉は、スイッチ制御部１６から出力される信号で制御され、スイッチ制御部１６から出力された方形波の信号の電圧が予め定められた閾値を超えたＨレベルとなると計装アンプ２０の入力端子の接続先がマルチプレクサー１４となり、スイッチ制御部１６から出力された信号のレベルが予め定められた閾値以下のＬレベルとなると計装アンプ２０の入力端子の接続先が電極Ｒ１２となる。スイッチ１８は、マルチプレクサー１４、電極Ｒ１２、計装アンプ２０、及びスイッチ制御部１６に接続されている。
【００２４】
計装アンプ２０は、高い入力インピーダンスを持った差動増幅専用のオペアンプである。計装アンプ２０は、マルチプレクサー１４あるいはマルチプレクサー１４と電極Ｒ１２との２つの入力信号の差分を一定係数（差動利得）で増幅する差動増幅回路である。計装アンプ２０のゲインは例えば２１である。計装アンプ２０は、マルチプレクサー１４、スイッチ１８、及びＬＰＦ２２に接続されている。
【００２５】
ＬＰＦ２２は、フィルター回路の一種で、低周波を良く通し、ナイキスト周波数より高い周波数の帯域を通さないフィルターである。ＬＰＦ２２は、カットオフ周波数ｆｃ＝４０Ｈｚのローパスフィルターであり、計装アンプ２０から供給された心電信号の４０Ｈｚ以上の高周波成分を除去することでサンプリング時の折り返し雑音（エイリアス）を排除して増幅部２４に供給する。ＬＰＦ２２は、計装アンプ２０及び増幅部２４に接続されている。
【００２６】
増幅部２４は、入力された心電信号を増幅する電子回路である。増幅部２４は、ＬＰＦ２２及びＡ／Ｄ変換部２６に接続されている。
【００２７】
Ａ／Ｄ変換部２６は、増幅部２４で増幅されて出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する回路である。Ａ／Ｄ変換部２６は、高周波成分が除去された心電信号を所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換して制御部２８に供給する。Ａ／Ｄ変換部２６は、増幅部２４及び制御部２８に接続されている。
【００２８】
制御部２８は、ＣＰＵ３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３２、ＲＡＭ（Random Access Memory）３４などを備えたマイクロコンピューターである。制御部２８が、ＲＯＭ３２に記憶されているプログラムを実行すると、Ａ／Ｄ変換部２６から入力されるデジタル信号を解析して心電図を表示部３６に表示する機能や、求めた心電図を示すデータを生成し、生成したデータを記憶部３８に記憶させる機能が実現する。制御部２８では、取得した心電信号の保存、解析した心電波形のＲ波から心拍数の算出などが行われる。
【００２９】
本実施形態において、制御部２８では第１心電計測部、心電特定部、第２心電計測部が実現される。上記各部は、ＣＰＵ３０がＡ／Ｄ変換部２６からの心電信号を所定のプログラムを処理することで実現される。
【００３０】
第１心電計測部では、電極アレイ１０の全ての電極１０ａ〜１０ｇについて、電極Ｒ１２との電位を差動検出することによって人体Ａの心電波形のＲ波を計測している。
【００３１】
心電特定部では、第１心電計測部によって計測された各心電波形を心電波形のＲ波の振幅と極性とでマッピングしている。また、心電特定部では、マッピング結果に基づいて、最も大きな振幅で正の極性を持つＲ波を計測した電極アレイ１０のうちの１つの電極と、最も大きな振幅で負の極性を持つＲ波を計測した電極アレイ１０のうちの他の１つの電極とを特定している。
【００３２】
第２心電計測部では、心電特定部で特定された電極アレイ１０のうちの１つの電極と他の１つの電極との電位を差動検出することによって人体Ａの心電波形のＲ波を計測している。
【００３３】
表示部３６は、画像を表示する表示デバイス（例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ）を有しており、制御部２８の制御の下、心電図の画像や、心電計測装置２を操作するための画面及び文字列などを表示する。
【００３４】
記憶部３８は、不揮発性メモリーを有しており、制御部２８の制御の下、制御部２８が生成したデータを記憶する。
【００３５】
操作部４０は、心電計測装置２を操作するためのボタン等の操作子を複数有しており、制御部２８に接続されている。操作子がユーザーによって操作されると、操作された操作子を示す信号が制御部２８へ供給される。制御部２８は、この信号をもとに操作者の行った操作や操作者からの指示を特定し、各部を制御する。
【００３６】
本実施形態では、上腕Ｂにおいて、心電信号には２つの異なる信号が伝わってきており、計測部位により信号の大きさが異なる。上腕Ｂを円周上に一周覆うような電極アレイ１０を配置させ、最適な電極アレイ１０の電極を選択することにより、安定した心電波形のＲ波を計測することができる。
【００３７】
ここで、心電波形におけるＲ波について説明する。
図２は、心電波形、すなわち心臓の活動電位の時間的変化の正常波形を示した図である。典型的な正常波形は、心拍１回ごとに大きくＰ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔの５つの波で構成され、中でも目立つＱ、Ｒ、Ｓ波は一括してＱＲＳ波と呼ばれる。図にはないが、これ以外にもＵ波という波が存在する。Ｐ波は、心房の興奮により起こる活動電位の波であり、ＱＲＳ波は、心室の興奮により起こる活動電位の波であり、Ｔ波は、興奮した心室の心筋細胞が再分極する過程で起こる活動電位の波である。心房に溜まった血液を心室に送るために心室が収縮する。このときの活動電位がＰ波であり、このとき心室が膨張状態になる。次に、心室が激しく収縮し、心室の血液を全身に送り出す。このときの活動電位がＲ−Ｔ波となる。
【００３８】
図３は、左腕の正面図であり、本実施形態に係る１つの局面による電極アレイ１０及び電極Ｒ１２の配置場所を示した図である。図３に示すように、電極Ｒ１２を上腕Ｂの肘側へ、電極アレイ１０の電極１０ａを上腕Ｂの肩側へ配置し、電極Ｒ１２と電極１０ａとの電位を差動検出し、上記構成を通すことにより心電波形のＲ波が計測できる。一方、電極アレイ１０の電極１０ｂを電極１０ａと異なる位置へ配置した場合、電極１０ｂで計測した心電波形のＲ波の極性が電極１０ａで計測した心電波形のＲ波の極性と異なる信号を計測することができる。これは上腕Ｂに２つの異なる心電信号が伝わってきており、上腕Ｂを伝播する際に混ざりながら信号が伝わっていると考えられる。肘側の上腕Ｂに配置された電極Ｒ１２は、混ざった信号を検出しており、電位的には中間点を表している。一方、電極１０ａ，１０ｂは上腕Ｂにおいて完全に混ざった信号となる前の別々の信号を検出している。
【００３９】
本実施形態では上記特徴に注目し、以下の手順により電極アレイ１０の中から差動検出に好適な２つの電極を選択する。
【００４０】
図４及び図５は、左腕の正面図であり、本実施形態に係る１つの局面による電極アレイ１０及び電極Ｒ１２の配置場所を示した図である。図４に示すように、まず、心電図を計測される被計測者（生体）に電極１０ａ〜１０ｇ、電極Ｒ１２が貼り付けられる。具体的には、上腕Ｂには、導電性を有するジェルが塗られ、このジェルを介して電極１０ａ〜１０ｇは上腕Ｂの肩側、電極Ｒ１２は上腕Ｂの肘側に貼り付けられる。また、電極１０ａ〜１０ｇは上腕Ｂの円周上に等間隔に貼り付けられる。
【００４１】
次に、被計測者が心臓の計測の開始を指示する操作を操作部４０において行うと、制御部２８は、スイッチ制御部１６を動作させる信号を出力する。この信号をスイッチ制御部１６が受け取ると、制御信号がＬレベルの方形波の信号をスイッチ１８へ出力する。そして、この信号がスイッチ１８に供給されると計装アンプ２０の入力端子の接続先が電極Ｒ１２に接続される。
【００４２】
マルチプレクサー１４により選択された電極１０ａ〜１０ｇのうちの１つの電極とスイッチ１８により選択された電極Ｒ１２とから出力される信号、つまり心臓の活動に伴う電位の変化を示す信号は、計装アンプ２０で差動増幅される。計装アンプ２０で差動増幅された信号は、ＬＰＦ２２で高周波成分が除去された後、増幅部２４に入力される。増幅部２４で増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換部２６でデジタル信号に変換された後、制御部２８に入力される。
【００４３】
制御部２８は、Ａ／Ｄ変換部２６から出力されたデジタル信号を受け取ると、第１心電計測部で受け取ったデジタル信号から電極の電位を計測し、この信号に基づいて電極１０ａ〜１０ｇのうちの１つの電極と電極Ｒ１２とにおける電位の変化の波形、即ち心電図を求め、各電極の波形の画像が表示部３６に表示されるように表示部３６を制御する。なお、制御部２８は、Ａ／Ｄ変換部２６から供給されたデジタル信号を記憶部３８に記憶させる処理も行う。
【００４４】
次に、電極１０ａ〜１０ｇで計測された心電波形から、Ｒ波が最も大きく極性がプラスのものと極性がマイナスのものをそれぞれ選択する。例えば、図５の丸で囲んだ部分４２に示すように、電極１０ｇがプラス極性のＲ波、また、丸で囲んだ部分４４に示すように、電極１０ｄがマイナス極性のＲ波として選択される。
【００４５】
具体的には、心電特定部で第１心電計測部によって計測された心電波形の最大ピークのＲ波の振幅と極性とがマッピングされる。また、心電特定部では、マッピング結果に基づいて、最も大きな振幅で正の極性を持つＲ波を計測した電極アレイ１０のうちの１つの電極と、最も大きな振幅で負の極性を持つＲ波を計測した電極アレイ１０のうちの他の１つの電極とが特定される。ここで、ピーク検出には一般的なピーク検出方法や特定の波形パターン（例えば心電波形のＲ波）との相関演算による相関値などを用いることができる。
【００４６】
次に、上記で選択された２つの電極１０ｄ，１０ｇを用いて、その電極間の電位を差動検出することにより、上記同様に心電波形のＲ波を検出する。このとき、図１に示すように、マルチプレクサー１４は上記で選択された２つの電極１０ｄ，１０ｇの心電信号を計装アンプ２０へ出力するように制御され、スイッチ１８はマルチプレクサー１４の心電信号を計装アンプ２０へ接続するように制御される。
【００４７】
本実施形態では、電極アレイ１０の電極１０ｄ，１０ｇを選択することで、上腕Ｂの円周上において振幅を大きく取れる電極の組合せ候補を、少ない演算で特定することができる。なお、電極アレイ１０を７つの電極１０ａ〜１０ｇとして説明を行ったが、電極アレイ１０の電極が増えれば増えるほど組合せが増えるため、特定の２つを選択することが困難となり、本実施形態のアルゴリズムにより選択を簡略化できる効果は大きくなる。
【００４８】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、電極Ｒ１２を２つの心電信号が混ざった信号を検出するために上腕Ｂの電極アレイ１０より肘側の上腕Ｂへ配置する構成を説明した。
【００４９】
図６は、左腕の正面図であり、本実施形態に係る１つの局面による電極アレイ１０及び電極Ｒ４６の配置場所を示した図である。本実施形態では、図６に示すように、第２電極としての電極Ｒ４６を上腕Ｂに配置された電極アレイ１０より肘側の上腕Ｂへ配置し、上腕Ｂを一周するような１つの電極として用いる。電極アレイ１０は上腕Ｂの付け根周辺（脇の下）に装着されている。本実施形態に係る心電計測装置の電極Ｒ４６は、上腕Ｂに接触し、上腕Ｂを一周する長さの電極で構成されている。電極Ｒ４６では、電極Ｒ４６が設けられた上腕Ｂの電位部分を加算したような中間電位が作られる。その電位と各電極１０ａ〜１０ｇとの差動検出を行うことで、第１の実施形態と同様なアルゴリズムを実行する。
【００５０】
本実施形態では、２つの心電信号の混合が十分でない上腕Ｂの位置において、電極Ｒ４６を用いることにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
なお、電極Ｒ４６は、厳密に上腕Ｂを一周する必要はなく、両方の心電信号が混ざる長さの電極とすればよい。また、一枚の電極ではなく、複数の電極を導線でつなぐ構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
２…心電計測装置 １０…電極アレイ １０ａ〜１０ｇ…電極（第１電極） １２…電極Ｒ（第２電極） １４…マルチプレクサー １６…スイッチ制御部 １８…スイッチ ２０…計装アンプ ２２…ＬＰＦ ２４…増幅部 ２６…Ａ／Ｄ変換部 ２８…制御部 ３０…ＣＰＵ ３２…ＲＯＭ ３４…ＲＡＭ ３６…表示部 ３８…記憶部 ４０…操作部 ４２，４４…部分 ４６…電極Ｒ（第２電極）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心電計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
心電図を得る発明としては、上腕での心電信号の計測に関して開示されている（例えば、特許文献１参照）。この発明では上腕で心電信号を取る際の電極として、電極アレイの中から最大の心電信号が得られるものを選択することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００７−５０４９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では電極アレイの中から最大の心電信号を得る具体的な方法は開示されていない。また、電極アレイの数が多くなるにつれ組合せ数は多くなり、総当たりにより心電信号が大きく取れる信号を探していたのでは、時間がかかる虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］生体の上腕に接触した複数の第１電極からなる電極アレイと、前記電極アレイより手首側の前記生体に接触した第２電極と、前記電極アレイの全ての前記第１電極について、前記第２電極との電位を差動検出することによって前記生体の心電波形のＲ波を計測する第１心電計測部と、前記第１心電計測部によるＲ波の計測結果に基づいて、最も大きな振幅で正の極性を持つＲ波を計測した前記電極アレイのうちの１つの第１電極と、最も大きな振幅で負の極性を持つＲ波を計測した前記電極アレイのうちの他の１つの第１電極とを特定する心電特定部と、前記心電特定部で特定された前記電極アレイのうちの１つの第１電極と他の１つの第１電極との電位を差動検出することによって前記生体の心電波形のＲ波を計測する第２心電計測部と、を含むことを特徴とする心電計測装置。
【０００７】
これによれば、各第１電極と第２電極との間の心電波形のＲ波を最も大きく検出できる電極の組合せを選択することで、心電波形の検出に最適な電極の組合せを選ぶことができる。これにより、安定した心電波形を計測できるので、心電波形のＲ波の検出精度を高めることができる。
【０００８】
［適用例２］上記心電計測装置であって、前記電極アレイの複数の第１電極は、前記上腕の円周上に等間隔で置かれていることを特徴とする心電計測装置。
【０００９】
これによれば、心電波形のＲ波の検出精度を容易に高めることができる。
【００１０】
［適用例３］上記心電計測装置であって、前記第２電極は、前記上腕に接触し該上腕を一周する長さであることを特徴とする心電計測装置。
【００１１】
これによれば、第２電極として、上腕を一周するような電極を用いることで、上腕の電位部分を加算したような中間電位を作り、その電位と各第１電極との電位を差動検出することができるので、心電波形のＲ波の検出精度をさらに高めることができる。
【００１２】
［適用例４］上記心電計測装置であって、前記心電特定部は、各心電波形を該心電波形のＲ波の振幅と極性とでマッピングすることを特徴とする心電計測装置。
【００１３】
これによれば、最も大きな振幅で正の極性を持つＲ波と、最も大きな振幅で負の極性を持つＲ波とを容易に特定することができる。
【００１４】
［適用例５］上記心電計測装置であって、２つの入力の電位を差動増幅する差動増幅部と、交流信号を出力するスイッチ制御部と、前記スイッチ制御部から出力された交流信号に応じて、前記差動増幅部に入力する１つの心電信号を前記第１電極と前記第２電極とのどちらか一方の心電信号に切り替える機械式のスイッチと、をさらに含むことを特徴とする心電計測装置。
【００１５】
これによれば、差動増幅部に入力する１つの心電信号を第１電極と第２電極とのどちらか一方の心電信号に容易に切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る心電計測装置のハードウェアの構成を示した図。
【図２】心電波形の時間的変化の正常波形を示した図。
【図３】第１の実施形態に係る１つの局面による電極アレイ及び電極Ｒの配置場所を示した図。
【図４】第１の実施形態に係る１つの局面による電極アレイ及び電極Ｒの配置場所を示した図。
【図５】第１の実施形態に係る１つの局面による電極アレイ及び電極Ｒの配置場所を示した図。
【図６】第２の実施形態に係る１つの局面による電極アレイ及び電極Ｒの配置場所を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る心電計測装置のハードウェアの構成を示した図である。本実施形態に係る心電計測装置２は、第１電極としての電極１０ａ〜１０ｇからなる電極アレイ１０、電極アレイ１０の中から心電波形の計測に使用する電極を選択するために使用する第２電極としての電極Ｒ１２、電極アレイ１０の中から２つの電極を選択し、後段へ接続するマルチプレクサー（ＭＵＸ）１４、予め定められた周波数の交流信号を出力するスイッチ制御部１６、マルチプレクサー１４の一方の出力と電極Ｒ１２とのうちのどちらかを後段へ接続するスイッチ１８、２つの入力の電位の差動増幅を行う差動増幅部としての計装アンプ２０、心電信号から不要な高域成分を除去するＬＰＦ（低域通過フィルター）２２、心電信号を必要な振幅レベルまで増幅する増幅部２４、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２６、計測した心電信号をもとに種々の処理や電極選択のためのアルゴリズムを実行し、マルチプレクサー１４やスイッチ制御部１６を制御する制御部２８で構成される。
【００１８】
電極アレイ１０は、人体（生体）Ａの上腕Ｂ（図４参照）に接触する複数の電極１０ａ〜１０ｇからなる。
【００１９】
電極１０ａ〜１０ｇは、心臓の活動に伴う人体Ａの電位の変化を検知する電極であり、心電波形を得る際に人体Ａに貼り付けられる電極である。電極１０ａ〜１０ｇは、上腕Ｂの円周上に等間隔に貼り付けられてもよい。電極１０ａ〜１０ｇはマルチプレクサー１４に接続されている。
【００２０】
電極Ｒ１２は、電極アレイ１０の電極１０ａ〜１０ｇとは異なる電極である。電極Ｒ１２は、上腕Ｂの電極アレイ１０より肘側（手首側）の上腕Ｂに貼り付けられる電極である。なお、電極Ｒ１２は、前腕あるいは手のひらに貼り付けつけてもよい。電極Ｒ１２はスイッチ１８に接続されている。
【００２１】
マルチプレクサー１４は、機械的なスイッチと電子回路とがひとつのシリコン基板に形成されたＩＣ（Integrated Circuit）、即ちＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）である。マルチプレクサー１４は、電極１０ａ〜１０ｇ、スイッチ１８、及び計装アンプ２０に接続されている。
【００２２】
スイッチ制御部１６は、スイッチ１８の開／閉を制御する信号を出力する電子回路を備えており、制御信号は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０からの制御によりＨレベルかＬレベルの方形波の信号を出力する。スイッチ制御部１６は、スイッチ１８及び制御部２８に接続されている。
【００２３】
スイッチ１８は、導体の接触／非接触により電気信号の導通／遮断を行う機械式のスイッチあるいはトランジスター等を使用する電気的なスイッチである。スイッチ１８は、スイッチ制御部１６による制御の下、計装アンプ２０の入力端子の接続先を、マルチプレクサー１４と電極Ｒ１２とのいずれかの出力端子に切り替える。スイッチ１８の開／閉は、スイッチ制御部１６から出力される信号で制御され、スイッチ制御部１６から出力された方形波の信号の電圧が予め定められた閾値を超えたＨレベルとなると計装アンプ２０の入力端子の接続先がマルチプレクサー１４となり、スイッチ制御部１６から出力された信号のレベルが予め定められた閾値以下のＬレベルとなると計装アンプ２０の入力端子の接続先が電極Ｒ１２となる。スイッチ１８は、マルチプレクサー１４、電極Ｒ１２、計装アンプ２０、及びスイッチ制御部１６に接続されている。
【００２４】
計装アンプ２０は、高い入力インピーダンスを持った差動増幅専用のオペアンプである。計装アンプ２０は、マルチプレクサー１４あるいはマルチプレクサー１４と電極Ｒ１２との２つの入力信号の差分を一定係数（差動利得）で増幅する差動増幅回路である。計装アンプ２０のゲインは例えば２１である。計装アンプ２０は、マルチプレクサー１４、スイッチ１８、及びＬＰＦ２２に接続されている。
【００２５】
ＬＰＦ２２は、フィルター回路の一種で、低周波を良く通し、ナイキスト周波数より高い周波数の帯域を通さないフィルターである。ＬＰＦ２２は、カットオフ周波数ｆｃ＝４０Ｈｚのローパスフィルターであり、計装アンプ２０から供給された心電信号の４０Ｈｚ以上の高周波成分を除去することでサンプリング時の折り返し雑音（エイリアス）を排除して増幅部２４に供給する。ＬＰＦ２２は、計装アンプ２０及び増幅部２４に接続されている。
【００２６】
増幅部２４は、入力された心電信号を増幅する電子回路である。増幅部２４は、ＬＰＦ２２及びＡ／Ｄ変換部２６に接続されている。
【００２７】
Ａ／Ｄ変換部２６は、増幅部２４で増幅されて出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する回路である。Ａ／Ｄ変換部２６は、高周波成分が除去された心電信号を所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換して制御部２８に供給する。Ａ／Ｄ変換部２６は、増幅部２４及び制御部２８に接続されている。
【００２８】
制御部２８は、ＣＰＵ３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３２、ＲＡＭ（Random Access Memory）３４などを備えたマイクロコンピューターである。制御部２８が、ＲＯＭ３２に記憶されているプログラムを実行すると、Ａ／Ｄ変換部２６から入力されるデジタル信号を解析して心電図を表示部３６に表示する機能や、求めた心電図を示すデータを生成し、生成したデータを記憶部３８に記憶させる機能が実現する。制御部２８では、取得した心電信号の保存、解析した心電波形のＲ波から心拍数の算出などが行われる。
【００２９】
本実施形態において、制御部２８では第１心電計測部、心電特定部、第２心電計測部が実現される。上記各部は、ＣＰＵ３０がＡ／Ｄ変換部２６からの心電信号を所定のプログラムを処理することで実現される。
【００３０】
第１心電計測部では、電極アレイ１０の全ての電極１０ａ〜１０ｇについて、電極Ｒ１２との電位を差動検出することによって人体Ａの心電波形のＲ波を計測している。
【００３１】
心電特定部では、第１心電計測部によって計測された各心電波形を心電波形のＲ波の振幅と極性とでマッピングしている。また、心電特定部では、マッピング結果に基づいて、最も大きな振幅で正の極性を持つＲ波を計測した電極アレイ１０のうちの１つの電極と、最も大きな振幅で負の極性を持つＲ波を計測した電極アレイ１０のうちの他の１つの電極とを特定している。
【００３２】
第２心電計測部では、心電特定部で特定された電極アレイ１０のうちの１つの電極と他の１つの電極との電位を差動検出することによって人体Ａの心電波形のＲ波を計測している。
【００３３】
表示部３６は、画像を表示する表示デバイス（例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ）を有しており、制御部２８の制御の下、心電図の画像や、心電計測装置２を操作するための画面及び文字列などを表示する。
【００３４】
記憶部３８は、不揮発性メモリーを有しており、制御部２８の制御の下、制御部２８が生成したデータを記憶する。
【００３５】
操作部４０は、心電計測装置２を操作するためのボタン等の操作子を複数有しており、制御部２８に接続されている。操作子がユーザーによって操作されると、操作された操作子を示す信号が制御部２８へ供給される。制御部２８は、この信号をもとに操作者の行った操作や操作者からの指示を特定し、各部を制御する。
【００３６】
本実施形態では、上腕Ｂにおいて、心電信号には２つの異なる信号が伝わってきており、計測部位により信号の大きさが異なる。上腕Ｂを円周上に一周覆うような電極アレイ１０を配置させ、最適な電極アレイ１０の電極を選択することにより、安定した心電波形のＲ波を計測することができる。
【００３７】
ここで、心電波形におけるＲ波について説明する。
図２は、心電波形、すなわち心臓の活動電位の時間的変化の正常波形を示した図である。典型的な正常波形は、心拍１回ごとに大きくＰ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔの５つの波で構成され、中でも目立つＱ、Ｒ、Ｓ波は一括してＱＲＳ波と呼ばれる。図にはないが、これ以外にもＵ波という波が存在する。Ｐ波は、心房の興奮により起こる活動電位の波であり、ＱＲＳ波は、心室の興奮により起こる活動電位の波であり、Ｔ波は、興奮した心室の心筋細胞が再分極する過程で起こる活動電位の波である。心房に溜まった血液を心室に送るために心室が収縮する。このときの活動電位がＰ波であり、このとき心室が膨張状態になる。次に、心室が激しく収縮し、心室の血液を全身に送り出す。このときの活動電位がＲ−Ｔ波となる。
【００３８】
図３は、左腕の正面図であり、本実施形態に係る１つの局面による電極アレイ１０及び電極Ｒ１２の配置場所を示した図である。図３に示すように、電極Ｒ１２を上腕Ｂの肘側へ、電極アレイ１０の電極１０ａを上腕Ｂの肩側へ配置し、電極Ｒ１２と電極１０ａとの電位を差動検出し、上記構成を通すことにより心電波形のＲ波が計測できる。一方、電極アレイ１０の電極１０ｂを電極１０ａと異なる位置へ配置した場合、電極１０ｂで計測した心電波形のＲ波の極性が電極１０ａで計測した心電波形のＲ波の極性と異なる信号を計測することができる。これは上腕Ｂに２つの異なる心電信号が伝わってきており、上腕Ｂを伝播する際に混ざりながら信号が伝わっていると考えられる。肘側の上腕Ｂに配置された電極Ｒ１２は、混ざった信号を検出しており、電位的には中間点を表している。一方、電極１０ａ，１０ｂは上腕Ｂにおいて完全に混ざった信号となる前の別々の信号を検出している。
【００３９】
本実施形態では上記特徴に注目し、以下の手順により電極アレイ１０の中から差動検出に好適な２つの電極を選択する。
【００４０】
図４及び図５は、左腕の正面図であり、本実施形態に係る１つの局面による電極アレイ１０及び電極Ｒ１２の配置場所を示した図である。図４に示すように、まず、心電図を計測される被計測者（生体）に電極１０ａ〜１０ｇ、電極Ｒ１２が貼り付けられる。具体的には、上腕Ｂには、導電性を有するジェルが塗られ、このジェルを介して電極１０ａ〜１０ｇは上腕Ｂの肩側、電極Ｒ１２は上腕Ｂの肘側に貼り付けられる。また、電極１０ａ〜１０ｇは上腕Ｂの円周上に等間隔に貼り付けられる。
【００４１】
次に、被計測者が心臓の計測の開始を指示する操作を操作部４０において行うと、制御部２８は、スイッチ制御部１６を動作させる信号を出力する。この信号をスイッチ制御部１６が受け取ると、制御信号がＬレベルの方形波の信号をスイッチ１８へ出力する。そして、この信号がスイッチ１８に供給されると計装アンプ２０の入力端子の接続先が電極Ｒ１２に接続される。
【００４２】
マルチプレクサー１４により選択された電極１０ａ〜１０ｇのうちの１つの電極とスイッチ１８により選択された電極Ｒ１２とから出力される信号、つまり心臓の活動に伴う電位の変化を示す信号は、計装アンプ２０で差動増幅される。計装アンプ２０で差動増幅された信号は、ＬＰＦ２２で高周波成分が除去された後、増幅部２４に入力される。増幅部２４で増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換部２６でデジタル信号に変換された後、制御部２８に入力される。
【００４３】
制御部２８は、Ａ／Ｄ変換部２６から出力されたデジタル信号を受け取ると、第１心電計測部で受け取ったデジタル信号から電極の電位を計測し、この信号に基づいて電極１０ａ〜１０ｇのうちの１つの電極と電極Ｒ１２とにおける電位の変化の波形、即ち心電図を求め、各電極の波形の画像が表示部３６に表示されるように表示部３６を制御する。なお、制御部２８は、Ａ／Ｄ変換部２６から供給されたデジタル信号を記憶部３８に記憶させる処理も行う。
【００４４】
次に、電極１０ａ〜１０ｇで計測された心電波形から、Ｒ波が最も大きく極性がプラスのものと極性がマイナスのものをそれぞれ選択する。例えば、図５の丸で囲んだ部分４２に示すように、電極１０ｇがプラス極性のＲ波、また、丸で囲んだ部分４４に示すように、電極１０ｄがマイナス極性のＲ波として選択される。
【００４５】
具体的には、心電特定部で第１心電計測部によって計測された心電波形の最大ピークのＲ波の振幅と極性とがマッピングされる。また、心電特定部では、マッピング結果に基づいて、最も大きな振幅で正の極性を持つＲ波を計測した電極アレイ１０のうちの１つの電極と、最も大きな振幅で負の極性を持つＲ波を計測した電極アレイ１０のうちの他の１つの電極とが特定される。ここで、ピーク検出には一般的なピーク検出方法や特定の波形パターン（例えば心電波形のＲ波）との相関演算による相関値などを用いることができる。
【００４６】
次に、上記で選択された２つの電極１０ｄ，１０ｇを用いて、その電極間の電位を差動検出することにより、上記同様に心電波形のＲ波を検出する。このとき、図１に示すように、マルチプレクサー１４は上記で選択された２つの電極１０ｄ，１０ｇの心電信号を計装アンプ２０へ出力するように制御され、スイッチ１８はマルチプレクサー１４の心電信号を計装アンプ２０へ接続するように制御される。
【００４７】
本実施形態では、電極アレイ１０の電極１０ｄ，１０ｇを選択することで、上腕Ｂの円周上において振幅を大きく取れる電極の組合せ候補を、少ない演算で特定することができる。なお、電極アレイ１０を７つの電極１０ａ〜１０ｇとして説明を行ったが、電極アレイ１０の電極が増えれば増えるほど組合せが増えるため、特定の２つを選択することが困難となり、本実施形態のアルゴリズムにより選択を簡略化できる効果は大きくなる。
【００４８】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、電極Ｒ１２を２つの心電信号が混ざった信号を検出するために上腕Ｂの電極アレイ１０より肘側の上腕Ｂへ配置する構成を説明した。
【００４９】
図６は、左腕の正面図であり、本実施形態に係る１つの局面による電極アレイ１０及び電極Ｒ４６の配置場所を示した図である。本実施形態では、図６に示すように、第２電極としての電極Ｒ４６を上腕Ｂに配置された電極アレイ１０より肘側の上腕Ｂへ配置し、上腕Ｂを一周するような１つの電極として用いる。電極アレイ１０は上腕Ｂの付け根周辺（脇の下）に装着されている。本実施形態に係る心電計測装置の電極Ｒ４６は、上腕Ｂに接触し、上腕Ｂを一周する長さの電極で構成されている。電極Ｒ４６では、電極Ｒ４６が設けられた上腕Ｂの電位部分を加算したような中間電位が作られる。その電位と各電極１０ａ〜１０ｇとの差動検出を行うことで、第１の実施形態と同様なアルゴリズムを実行する。
【００５０】
本実施形態では、２つの心電信号の混合が十分でない上腕Ｂの位置において、電極Ｒ４６を用いることにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
なお、電極Ｒ４６は、厳密に上腕Ｂを一周する必要はなく、両方の心電信号が混ざる長さの電極とすればよい。また、一枚の電極ではなく、複数の電極を導線でつなぐ構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
２…心電計測装置 １０…電極アレイ １０ａ〜１０ｇ…電極（第１電極） １２…電極Ｒ（第２電極） １４…マルチプレクサー １６…スイッチ制御部 １８…スイッチ ２０…計装アンプ ２２…ＬＰＦ ２４…増幅部 ２６…Ａ／Ｄ変換部 ２８…制御部 ３０…ＣＰＵ ３２…ＲＯＭ ３４…ＲＡＭ ３６…表示部 ３８…記憶部 ４０…操作部 ４２，４４…部分 ４６…電極Ｒ（第２電極）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の上腕に接触した複数の第１電極からなる電極アレイと、
前記電極アレイより手首側の前記生体に接触した第２電極と、
前記電極アレイの全ての前記第１電極について、前記第２電極との電位を差動検出することによって前記生体の心電波形のＲ波を計測する第１心電計測部と、
前記第１心電計測部によるＲ波の計測結果に基づいて、最も大きな振幅で正の極性を持つＲ波を計測した前記電極アレイのうちの１つの第１電極と、最も大きな振幅で負の極性を持つＲ波を計測した前記電極アレイのうちの他の１つの第１電極とを特定する心電特定部と、
前記心電特定部で特定された前記電極アレイのうちの１つの第１電極と他の１つの第１電極との電位を差動検出することによって前記生体の心電波形のＲ波を計測する第２心電計測部と、
を含むことを特徴とする心電計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の心電計測装置において、
前記電極アレイの複数の第１電極は、前記上腕の円周上に等間隔で置かれていることを特徴とする心電計測装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の心電計測装置において、
前記第２電極は、前記上腕に接触し該上腕を一周する長さであることを特徴とする心電計測装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の心電計測装置において、
前記心電特定部は、各心電波形を該心電波形のＲ波の振幅と極性とでマッピングすることを特徴とする心電計測装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の心電計測装置において、
２つの入力の電位を差動増幅する差動増幅部と、
交流信号を出力するスイッチ制御部と、
前記スイッチ制御部から出力された交流信号に応じて、前記差動増幅部に入力する１つの心電信号を前記第１電極と前記第２電極とのどちらか一方の心電信号に切り替える機械式のスイッチと、
をさらに含むことを特徴とする心電計測装置。
【請求項１】
生体の上腕に接触した複数の第１電極からなる電極アレイと、
前記電極アレイより手首側の前記生体に接触した第２電極と、
前記電極アレイの全ての前記第１電極について、前記第２電極との電位を差動検出することによって前記生体の心電波形のＲ波を計測する第１心電計測部と、
前記第１心電計測部によるＲ波の計測結果に基づいて、最も大きな振幅で正の極性を持つＲ波を計測した前記電極アレイのうちの１つの第１電極と、最も大きな振幅で負の極性を持つＲ波を計測した前記電極アレイのうちの他の１つの第１電極とを特定する心電特定部と、
前記心電特定部で特定された前記電極アレイのうちの１つの第１電極と他の１つの第１電極との電位を差動検出することによって前記生体の心電波形のＲ波を計測する第２心電計測部と、
を含むことを特徴とする心電計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の心電計測装置において、
前記電極アレイの複数の第１電極は、前記上腕の円周上に等間隔で置かれていることを特徴とする心電計測装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の心電計測装置において、
前記第２電極は、前記上腕に接触し該上腕を一周する長さであることを特徴とする心電計測装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の心電計測装置において、
前記心電特定部は、各心電波形を該心電波形のＲ波の振幅と極性とでマッピングすることを特徴とする心電計測装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の心電計測装置において、
２つの入力の電位を差動増幅する差動増幅部と、
交流信号を出力するスイッチ制御部と、
前記スイッチ制御部から出力された交流信号に応じて、前記差動増幅部に入力する１つの心電信号を前記第１電極と前記第２電極とのどちらか一方の心電信号に切り替える機械式のスイッチと、
をさらに含むことを特徴とする心電計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１４７５８２（Ｐ２０１１−１４７５８２Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０７１９（Ｐ２０１０−１０７１９）
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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