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２は、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〜１０ｄ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を計測する心電計測部と、心電計測部による心電波形の計測結果に基づいて、各心電波形を加減算した心電波形を生成する心電波形生成部と、を含む。
【解決手段】心電計測装置２は、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〜１０ｄ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を計測する心電計測部と、心電計測部による心電波形の計測結果に基づいて、各心電波形を加減算した心電波形を生成する心電波形生成部と、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計測された信号を加算することでＳ／Ｎを改善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。
【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を計測する心電計測部と、前記心電計測部による心電波形の計測結果に基づいて、各心電波形を加減算した心電波形を生成する心電波形生成部と、を含むことを特徴とする心電計測装置。
【０００７】
これによれば、心電波形の検出に関して、各第１電極と第２電極との間の心電波形をＲ波の振幅を大きくするように加減算することで、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、前記心電波形生成部では、心電波形のＲ波の極性が同一の心電波形を加算し、Ｒ波の極性が異なる心電波形を減算することを特徴とする心電計測装置。
【０００９】
これによれば、各心電波形をＲ波の振幅が最も大きくなるように加減算することで効果を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、前記心電波形生成部では、各心電波形のＲ波のピークを合わせて加減算することを特徴とする心電計測装置。
【００１１】
これによれば、各心電波形のピークのタイミングを合わせて加減算することでさらに効果を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、前記心電波形生成部では、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、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。
【００１５】
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。
【００１６】
［適用例６］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をさらに含むことを特徴とする心電計測装置。
【００１７】
これによれば、２つの入力信号の差分を一定係数（差動利得）で増幅することが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】本実施形態に係る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】本実施形態に係る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】本実施形態に係る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の実施形態に係る心電波形を示した図。
【図７】第２の実施形態に係る電極Ｒを肘付近につけた場合のもう一方の電極の配置場所を示した図。
【図８】第２の実施形態に係る心電波形を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（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〜１０ｄ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、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１４ａ〜１４ｄ、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）１６ａ〜１６ｄ、心電信号を必要な振幅レベルまで増幅する増幅部１８ａ〜１８ｄ、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｄ、計測した心電信号を元に種々の処理や電極選択のためのアルゴリズムを実行する制御部２２で構成される。
【００２０】
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〜１０ｄからなる。
【００２１】
電極１０ａ〜１０ｄ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〜１０ｄ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〜１０ｄは計装アンプ１４ａ〜１４ｄに接続されている。
【００２２】
電極Ｒ１２は、電極アレイ１０の電極１０ａ〜１０ｄ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は計装アンプ１４ａ〜１４ｄに接続されている。
【００２３】
計装アンプ１４ａ〜１４ｄ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１４ａ〜１４ｄは、電極１０ａ〜１０ｄの各電極と電極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１４ａ〜１４ｄのゲインは例えば２１である。計装アンプ１４ａ〜１４ｄは、電極１０ａ〜１０ｄ、電極Ｒ１２、及びＬＰＦ１６ａ〜１６ｄに接続されている。
【００２４】
ＬＰＦ１６ａ〜１６ｄ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。ＬＰＦ１６ａ〜１６ｄ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１４ａ〜１４ｄ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１８ａ〜１８ｄに供給する。ＬＰＦ１６ａ〜１６ｄは、計装アンプ１４ａ〜１４ｄ及び増幅部１８ａ〜１８ｄに接続されている。
【００２５】
増幅部１８ａ〜１８ｄ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１８ａ〜１８ｄは、ＬＰＦ１６ａ〜１６ｄ及びＡ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｄに接続されている。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｄは、増幅部１８ａ〜１８ｄ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２０ａ〜２０ｄ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２２に供給する。Ａ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｄは、増幅部１８ａ〜１８ｄ及び制御部２２に接続されている。
【００２７】
制御部２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２４、ＲＯＭ（Read Only Memory）２６、ＲＡＭ（Random Access Memory）２８などを備えたマイクロコンピューターである。制御部２２が、ＲＯＭ２６に記憶されているプログラムを実行すると、Ａ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｄ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３０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３２に記憶させる機能が実現する。制御部２２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。
【００２８】
本実施形態において、制御部２２では心電計測部、心電波形生成部が実現される。上記各部は、ＣＰＵ２４がＡ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｄ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。
【００２９】
心電計測部では、電極アレイ１０の全ての電極１０ａ〜１０ｄ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波が計測される。
【００３０】
心電波形生成部では、心電計測部による心電波形の計測結果に基づいて、各心電波形を加減算した心電波形を生成している。心電波形生成部では、心電波形のＲ波の極性が同一の心電波形を加算し、Ｒ波の極性が異なる心電波形を減算している。心電波形生成部では、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。
【００３１】
表示部３０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２２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。
【００３２】
記憶部３２は、不揮発性メモリーを有しており、制御部２２の制御の下、制御部２２が生成したデータを記憶する。
【００３３】
操作部３４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２２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２２へ供給される。制御部２２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。
【００３４】
本実施形態では、上腕Ｂにおいて、心電信号には異なる複数の信号が伝わってきており、肘付近にリファレンスとなる電極Ｒ１２を配置した場合、計測部位により信号のピークの極性が異なる。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、各々の電極１０ａ〜１０ｄで検出した信号を適切に加減算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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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Ｒ１２をリファレンス電極とし各電極１０ａ〜１０ｄとの差動検出を行い、極性を合わせて加減算することで信号の振幅を大きくし、Ｓ／Ｎを改善する。
【００３８】
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。
【００３９】
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３４において行うと、電極１０ａ〜１０ｇのうちの１つの電極と電極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１４ａ〜１４ｇ（１４ｅ〜１４ｇは図示省略）で差動増幅される。計装アンプ１４ａ〜１４ｇで差動増幅された信号は、ＬＰＦ１６ａ〜１６ｇ（１６ｅ〜１６ｇは図示省略）で高周波成分が除去された後、増幅部１８ａ〜１８ｇ（１８ｅ〜１８ｇは図示省略）に入力される。増幅部１８ａ〜１８ｇで増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｇ（２０ｅ〜２０ｇは図示省略）でデジタル信号に変換された後、制御部２２に入力される。
【００４０】
制御部２２は、Ａ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｇから出力されたデジタル信号を受け取ると、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３０に表示されるように表示部３０を制御する。なお、制御部２２は、Ａ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｇから供給されたデジタル信号を記憶部３２に記憶させる処理も行う。
【００４１】
次に、電極１０ａ〜１０ｇで観測された心電波形から、振幅のピーク値、ピークの極性を判断する。例えば、図５に示すように、電極Ｒ１２と電極１０ａ〜１０ｇの一つを選択して差動検出すると、電極１０ａ〜１０ｇにより異なった心電波形を得ることができ、これをマッピングする。
【００４２】
次に、マッピングされた極性情報を元に、各電極１０ａ〜１０ｇから得られた心電波形を加減算した信号を生成する。具体的には、心電波形生成部で、心電計測部による心電波形の計測結果に基づいて、各心電波形を加減算した心電波形を生成する。心電波形生成部では、心電波形のＲ波の極性が同一の心電波形を加算し、Ｒ波の極性が異なる心電波形を減算する。心電波形生成部では、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する。これにより複数の電極１０ａ〜１０ｇからの心電波形をピークが大きくなるように加減算することができ、Ｓ／Ｎを改善することができる。電極１０ａ〜１０ｇの全てを加減算に用いる必要はなく、所望のピークがないと判断された電極からの心電波形は加減算の対象から外してもよい。
【００４３】
本実施形態では、複数の電極１０ａ〜１０ｇから計測した心電波形をＲ波の振幅が最も大きくなるように加減算することで、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。
【００４４】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、極性のみに着目した加減算を行ったが、本実施形態では各心電波形のピークのタイミングを合わせて加減算することでさらに効果を高める。本実施形態では、同時に複数の電極から心電波形を取っているので、Ｒ波のピークのタイミングのズレを算出するのは可能であるため、各心電波形のピークのズレを算出する。
【００４５】
図６は、本実施形態に係る心電波形を示した図である。図７は、本実施形態に係る電極Ｒ１２を肘付近につけた場合のもう一方の電極の配置場所を示した図である。図８は、本実施形態に係る心電波形を示した図である。図６の心電波形５０は図７の左手内側の部位５０´に、図６の心電波形５２は図７の左手外側の部位５２´に、図６の心電波形５４は図７の左手外側の部位５４´に電極１０ａ〜１０ｃをつけた場合の心電波形である。図６に示すように、心電波形５０のプラス側のＲ波と、心電波形５４のマイナス側のＲ波は時間差があることが分かる。本実施形態では、この時間差を合わせて加減算を行うことで、さらにＳ／Ｎの改善を図っている。
【００４６】
具体的には、ＣＰＵ２４では、心電波形５０のＲ波と心電波形５２のＲ波と心電波形５４のＲ波との各ピークから時間差を算出している。例えば各時間差を１０ミリ秒程度とした場合、各ピークを合わせるために心電波形５４の信号を１０ミリ秒ずらして心電波形５０の信号から減算、また、心電波形５２の信号を１０ミリ秒ずらして加算することによって、図８に示すように、第１の実施形態の単純に加減算した心電波形５６よりもＲ波を合わせて加減算した心電波形５８はＲ波を高くすることができる。これは元々、図７の部位５０´と部位５２´とに電極を配置して差動検出した信号よりも大きくなる。
【００４７】
上記の説明では、３つの心電波形で説明を行ったが、電極アレイ１０の他の電極からの信号を用いて、全てのＲ波のピークのタイミングを合わせて加減算を行うことも可能で、第１の実施形態のように極性だけに注目して加減算を行う場合に比べて、より効果的である。
【符号の説明】
【００４８】
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） １４ａ〜１４ｄ…計装アンプ １６ａ〜１６ｄ…ＬＰＦ １８ａ〜１８ｄ…増幅部 ２０ａ〜２０ｄ…Ａ／Ｄ変換部 ２２…制御部 ２４…ＣＰＵ ２６…ＲＯＭ ２８…ＲＡＭ ３０…表示部 ３２…記憶部 ３４…操作部 ５０〜５８…心電波形 ５０´〜５４´…部位。
【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計測された信号を加算することでＳ／Ｎを改善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。
【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を計測する心電計測部と、前記心電計測部による心電波形の計測結果に基づいて、各心電波形を加減算した心電波形を生成する心電波形生成部と、を含むことを特徴とする心電計測装置。
【０００７】
これによれば、心電波形の検出に関して、各第１電極と第２電極との間の心電波形をＲ波の振幅を大きくするように加減算することで、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、前記心電波形生成部では、心電波形のＲ波の極性が同一の心電波形を加算し、Ｒ波の極性が異なる心電波形を減算することを特徴とする心電計測装置。
【０００９】
これによれば、各心電波形をＲ波の振幅が最も大きくなるように加減算することで効果を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、前記心電波形生成部では、各心電波形のＲ波のピークを合わせて加減算することを特徴とする心電計測装置。
【００１１】
これによれば、各心電波形のピークのタイミングを合わせて加減算することでさらに効果を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、前記心電波形生成部では、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、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。
【００１５】
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。
【００１６】
［適用例６］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をさらに含むことを特徴とする心電計測装置。
【００１７】
これによれば、２つの入力信号の差分を一定係数（差動利得）で増幅することが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】本実施形態に係る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】本実施形態に係る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】本実施形態に係る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の実施形態に係る心電波形を示した図。
【図７】第２の実施形態に係る電極Ｒを肘付近につけた場合のもう一方の電極の配置場所を示した図。
【図８】第２の実施形態に係る心電波形を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（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〜１０ｄ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、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１４ａ〜１４ｄ、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）１６ａ〜１６ｄ、心電信号を必要な振幅レベルまで増幅する増幅部１８ａ〜１８ｄ、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｄ、計測した心電信号を元に種々の処理や電極選択のためのアルゴリズムを実行する制御部２２で構成される。
【００２０】
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〜１０ｄからなる。
【００２１】
電極１０ａ〜１０ｄ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〜１０ｄ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〜１０ｄは計装アンプ１４ａ〜１４ｄに接続されている。
【００２２】
電極Ｒ１２は、電極アレイ１０の電極１０ａ〜１０ｄ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は計装アンプ１４ａ〜１４ｄに接続されている。
【００２３】
計装アンプ１４ａ〜１４ｄ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１４ａ〜１４ｄは、電極１０ａ〜１０ｄの各電極と電極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１４ａ〜１４ｄのゲインは例えば２１である。計装アンプ１４ａ〜１４ｄは、電極１０ａ〜１０ｄ、電極Ｒ１２、及びＬＰＦ１６ａ〜１６ｄに接続されている。
【００２４】
ＬＰＦ１６ａ〜１６ｄ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。ＬＰＦ１６ａ〜１６ｄ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１４ａ〜１４ｄ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１８ａ〜１８ｄに供給する。ＬＰＦ１６ａ〜１６ｄは、計装アンプ１４ａ〜１４ｄ及び増幅部１８ａ〜１８ｄに接続されている。
【００２５】
増幅部１８ａ〜１８ｄ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１８ａ〜１８ｄは、ＬＰＦ１６ａ〜１６ｄ及びＡ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｄに接続されている。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｄは、増幅部１８ａ〜１８ｄ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２０ａ〜２０ｄ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２２に供給する。Ａ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｄは、増幅部１８ａ〜１８ｄ及び制御部２２に接続されている。
【００２７】
制御部２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２４、ＲＯＭ（Read Only Memory）２６、ＲＡＭ（Random Access Memory）２８などを備えたマイクロコンピューターである。制御部２２が、ＲＯＭ２６に記憶されているプログラムを実行すると、Ａ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｄ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３０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３２に記憶させる機能が実現する。制御部２２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。
【００２８】
本実施形態において、制御部２２では心電計測部、心電波形生成部が実現される。上記各部は、ＣＰＵ２４がＡ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｄ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。
【００２９】
心電計測部では、電極アレイ１０の全ての電極１０ａ〜１０ｄ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波が計測される。
【００３０】
心電波形生成部では、心電計測部による心電波形の計測結果に基づいて、各心電波形を加減算した心電波形を生成している。心電波形生成部では、心電波形のＲ波の極性が同一の心電波形を加算し、Ｒ波の極性が異なる心電波形を減算している。心電波形生成部では、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。
【００３１】
表示部３０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２２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。
【００３２】
記憶部３２は、不揮発性メモリーを有しており、制御部２２の制御の下、制御部２２が生成したデータを記憶する。
【００３３】
操作部３４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２２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２２へ供給される。制御部２２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。
【００３４】
本実施形態では、上腕Ｂにおいて、心電信号には異なる複数の信号が伝わってきており、肘付近にリファレンスとなる電極Ｒ１２を配置した場合、計測部位により信号のピークの極性が異なる。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、各々の電極１０ａ〜１０ｄで検出した信号を適切に加減算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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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Ｒ１２をリファレンス電極とし各電極１０ａ〜１０ｄとの差動検出を行い、極性を合わせて加減算することで信号の振幅を大きくし、Ｓ／Ｎを改善する。
【００３８】
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。
【００３９】
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３４において行うと、電極１０ａ〜１０ｇのうちの１つの電極と電極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１４ａ〜１４ｇ（１４ｅ〜１４ｇは図示省略）で差動増幅される。計装アンプ１４ａ〜１４ｇで差動増幅された信号は、ＬＰＦ１６ａ〜１６ｇ（１６ｅ〜１６ｇは図示省略）で高周波成分が除去された後、増幅部１８ａ〜１８ｇ（１８ｅ〜１８ｇは図示省略）に入力される。増幅部１８ａ〜１８ｇで増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｇ（２０ｅ〜２０ｇは図示省略）でデジタル信号に変換された後、制御部２２に入力される。
【００４０】
制御部２２は、Ａ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｇから出力されたデジタル信号を受け取ると、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３０に表示されるように表示部３０を制御する。なお、制御部２２は、Ａ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｇから供給されたデジタル信号を記憶部３２に記憶させる処理も行う。
【００４１】
次に、電極１０ａ〜１０ｇで観測された心電波形から、振幅のピーク値、ピークの極性を判断する。例えば、図５に示すように、電極Ｒ１２と電極１０ａ〜１０ｇの一つを選択して差動検出すると、電極１０ａ〜１０ｇにより異なった心電波形を得ることができ、これをマッピングする。
【００４２】
次に、マッピングされた極性情報を元に、各電極１０ａ〜１０ｇから得られた心電波形を加減算した信号を生成する。具体的には、心電波形生成部で、心電計測部による心電波形の計測結果に基づいて、各心電波形を加減算した心電波形を生成する。心電波形生成部では、心電波形のＲ波の極性が同一の心電波形を加算し、Ｒ波の極性が異なる心電波形を減算する。心電波形生成部では、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する。これにより複数の電極１０ａ〜１０ｇからの心電波形をピークが大きくなるように加減算することができ、Ｓ／Ｎを改善することができる。電極１０ａ〜１０ｇの全てを加減算に用いる必要はなく、所望のピークがないと判断された電極からの心電波形は加減算の対象から外してもよい。
【００４３】
本実施形態では、複数の電極１０ａ〜１０ｇから計測した心電波形をＲ波の振幅が最も大きくなるように加減算することで、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。
【００４４】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、極性のみに着目した加減算を行ったが、本実施形態では各心電波形のピークのタイミングを合わせて加減算することでさらに効果を高める。本実施形態では、同時に複数の電極から心電波形を取っているので、Ｒ波のピークのタイミングのズレを算出するのは可能であるため、各心電波形のピークのズレを算出する。
【００４５】
図６は、本実施形態に係る心電波形を示した図である。図７は、本実施形態に係る電極Ｒ１２を肘付近につけた場合のもう一方の電極の配置場所を示した図である。図８は、本実施形態に係る心電波形を示した図である。図６の心電波形５０は図７の左手内側の部位５０´に、図６の心電波形５２は図７の左手外側の部位５２´に、図６の心電波形５４は図７の左手外側の部位５４´に電極１０ａ〜１０ｃをつけた場合の心電波形である。図６に示すように、心電波形５０のプラス側のＲ波と、心電波形５４のマイナス側のＲ波は時間差があることが分かる。本実施形態では、この時間差を合わせて加減算を行うことで、さらにＳ／Ｎの改善を図っている。
【００４６】
具体的には、ＣＰＵ２４では、心電波形５０のＲ波と心電波形５２のＲ波と心電波形５４のＲ波との各ピークから時間差を算出している。例えば各時間差を１０ミリ秒程度とした場合、各ピークを合わせるために心電波形５４の信号を１０ミリ秒ずらして心電波形５０の信号から減算、また、心電波形５２の信号を１０ミリ秒ずらして加算することによって、図８に示すように、第１の実施形態の単純に加減算した心電波形５６よりもＲ波を合わせて加減算した心電波形５８はＲ波を高くすることができる。これは元々、図７の部位５０´と部位５２´とに電極を配置して差動検出した信号よりも大きくなる。
【００４７】
上記の説明では、３つの心電波形で説明を行ったが、電極アレイ１０の他の電極からの信号を用いて、全てのＲ波のピークのタイミングを合わせて加減算を行うことも可能で、第１の実施形態のように極性だけに注目して加減算を行う場合に比べて、より効果的である。
【符号の説明】
【００４８】
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） １４ａ〜１４ｄ…計装アンプ １６ａ〜１６ｄ…ＬＰＦ １８ａ〜１８ｄ…増幅部 ２０ａ〜２０ｄ…Ａ／Ｄ変換部 ２２…制御部 ２４…ＣＰＵ ２６…ＲＯＭ ２８…ＲＡＭ ３０…表示部 ３２…記憶部 ３４…操作部 ５０〜５８…心電波形 ５０´〜５４´…部位。
【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を計測する心電計測部と、
前記心電計測部による心電波形の計測結果に基づいて、各心電波形を加減算した心電波形を生成する心電波形生成部と、
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、
前記心電波形生成部では、心電波形のＲ波の極性が同一の心電波形を加算し、Ｒ波の極性が異なる心電波形を減算す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、
前記心電波形生成部では、各心電波形のＲ波のピークを合わせて加減算す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、
前記心電波形生成部では、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、
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６】
請求項１〜５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を計測する心電計測部と、
前記心電計測部による心電波形の計測結果に基づいて、各心電波形を加減算した心電波形を生成する心電波形生成部と、
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、
前記心電波形生成部では、心電波形のＲ波の極性が同一の心電波形を加算し、Ｒ波の極性が異なる心電波形を減算す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、
前記心電波形生成部では、各心電波形のＲ波のピークを合わせて加減算す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、
前記心電波形生成部では、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、
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６】
請求項１〜５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７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１４７５８３（Ｐ２０１１−１４７５８３Ａ）
【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２０１０−１０７２０（Ｐ２０１０−１０７２０）
【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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