CN106999086A - 活体内信号源位置检测方法及活体内信号源位置检测装置 - Google Patents

活体内信号源位置检测方法及活体内信号源位置检测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106999086A
CN106999086A CN201480083283.9A CN201480083283A CN106999086A CN 106999086 A CN106999086 A CN 106999086A CN 201480083283 A CN201480083283 A CN 201480083283A CN 106999086 A CN106999086 A CN 106999086A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
voltage
essential resistance
live body
signal source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201480083283.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106999086B (zh
Inventor
松村淳
松村淳一
井中千草
牧川方昭
坂上友介
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ritsumeikan Trust
Toray Engineering Co Ltd
Original Assignee
Ritsumeikan Trust
Toray Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ritsumeikan Trust, Toray Engineering Co Ltd filed Critical Ritsumeikan Trust
Publication of CN106999086A publication Critical patent/CN106999086A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106999086B publication Critical patent/CN106999086B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/30—Input circuits therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
    • A61B5/28—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electrocardiography [ECG]
    • A61B5/282—Holders for multiple electrodes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/30—Input circuits therefor
    • A61B5/304—Switching circuits
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/318—Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
    • A61B5/327—Generation of artificial ECG signals based on measured signals, e.g. to compensate for missing leads
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/318—Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
    • A61B5/346—Analysis of electrocardiograms
    • A61B5/349—Detecting specific parameters of the electrocardiograph cycle
    • A61B5/352—Detecting R peaks, e.g. for synchronising diagnostic apparatus; Estimating R-R interval

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

本发明的活体内信号源位置检测方法如下。将三个电极设于活体表面，并且，将第一外部电阻和第二外部电阻分别并联到各电极和地电位之间，测量将第一外部电阻并联到各电极时各电极上产生的第一电压Vi(i＝1、2、3)和将第二外部电阻并联到各电极时各电极上产生的第二电压V’i(i＝1、2、3)，根据第一电压Vi和第二电压V’i计算电压比Vi/V’i(i＝1、2、3)，基于这三个电压比Vi/V’i，检测活体内的信号源的位置。

Description

活体内信号源位置检测方法及活体内信号源位置检测装置
技术领域
本发明涉及一种用于检测活体内的信号源的位置的活体内信号源位置检测方法及活体内信号源位置检测装置。
背景技术
通常，通过将电极安装在活体表面，并测量该电极上产生的电压，来以心电图等方式测量活体内的电活动。
例如，在专利文献1中公开了以下方法：通过测量活体与规定平面的交线(闭合曲线)上的各点处的表面电位，来求出通过该平面的活体的断面内的电位分布。
专利文献1：日本公开专利公报特开平11－113867号公报
发明内容
－发明要解决的技术问题－
然而，专利文献1中公开的方法，需要将很多电极不带间隙地设在活体上来进行测量，因此对活体造成的负担较大。此外，如果电极个数较少，虽然能减轻对活体造成的负担，但只能得到低分辨率的电位分布。
本发明的目的在于：提供一种活体内信号源位置检测方法及活体内信号源位置检测装置，上述方法及装置能够用较少个数的电极，精确地检测活体内的信号源的位置。
－用以解决技术问题的技术方案－
本发明所涉及的活体内信号源位置检测方法是，利用设于活体表面的电极上产生的电压，检测活体内的信号源的位置的方法，其特征在于：将至少三个电极设于活体表面，并且，将第一外部电阻和第二外部电阻分别并联到各电极和地电位之间，测量第一电压Vi(i＝1、2、3)和第二电压V’i(i＝1、2、3)，其中，第一电压Vi(i＝1、2、3)是将第一外部电阻并联到各电极时各电极上产生的电压，第二电压V’i(i＝1、2、3)是将第二外部电阻并联到各电极时各电极上产生的电压，根据第一电压Vi和第二电压V’i计算电压比Vi/V’i(i＝1、2、3)，并基于这三个电压比Vi/V’i(i＝1、2、3)，检测活体内的信号源的位置。
本发明所涉及的其他活体内信号源位置检测方法是，利用设于活体表面的电极上产生的电压，检测活体内的信号源的位置的方法，其特征在于：将第一电极、第二电极和第三电极设于活体表面，将第一外部电阻和第二外部电阻分别并联到第一电极和第二电极之间、第二电极和第三电极之间、第三电极和第一电极之间，测量第一电压V12、V23、V31和第二电压V’12、V’23、V’31，其中，该第一电压V12、V23、V31是将第一外部电阻并联到各电极间时各电极间产生的电压，该第二电压V’12、V’23、V’31是将第二外部电阻并联到各电极间时各电极间产生的电压，根据第一电压V12、V23、V31和第二电压V’12、V’23、V’31分别计算电压比V12/V’12、V21/V’21、V31/V’31，并基于这三个电压比V12/V’12、V21/V’21、V31/V’31，检测活体内的信号源的位置。
本发明所涉及的活体内信号源位置检测装置是，利用设于活体表面的电极上产生的电压，检测活体内的信号源的位置的装置，其特征在于，包括：电极，其设于活体表面且至少有三个；连接单元，其用于将第一外部电阻和第二外部电阻分别并联到各电极和地电位之间；测量单元，其用于测量第一电压Vi(i＝1、2、3)和第二电压V’i(i＝1、2、3)，其中，第一电压Vi(i＝1、2、3)是在将各电极设于活体表面的状态下，由连接单元将第一外部电阻并联到各电极和地电位之间时各电极上产生的电压，第二电压V’i(i＝1、2、3)是在将各电极设于活体表面的状态下，由连接单元将第二外部电阻并联到各电极和地电位之间时各电极上产生的电压；检测单元，其用于根据第一电压Vi和第二电压V’i计算电压比Vi/V’i(i＝1、2、3),并基于这三个电压比Vi/V’i(i＝1、2、3)，检测活体内的信号源的位置。
本发明所涉及的其他活体内信号源位置检测装置是，利用设于活体表面的电极上产生的电压，检测活体内的信号源的位置的装置，其特征在于，包括：第一电极、第二电极和第三电极，该第一电极、第二电极和第三电极设于活体表面；连接单元，其用于将第一外部电阻和第二外部电阻分别并联到第一电极和第二电极之间、第二电极和第三电极之间、第三电极和第一电极之间；测量单元，其用于测量第一电压V12、V23、V31和第二电压V’12、V’23、V’31，其中，第一电压V12、V23、V31是在将各电极设于活体表面的状态下，所述测量单元将第一外部电阻并联到各电极间时各电极间产生的电压，第二电压V’12、V’23、V’31是在将各电极设于活体表面的状态下，由测量单元将第二外部电阻并联到各电极间时各电极间产生的电压；根据第一电压V12、V23、V31和第二电压V’12、V’23、V’31分别计算电压比V12/V’12、V21/V’21、V31/V’31，并基于这三个电压比V12/V’12、V21/V’21、V31/V’31，检测活体内的信号源的位置。
－发明的效果－
根据本发明，能够提供一种活体内信号源位置检测方法及活体内信号源位置检测装置，上述方法及装置能够用较少个数的电极，精确地检测活体内的信号源的位置。
附图说明
图1是示出电网络的图，对本发明的第一实施方式中的活体内信号源位置检测方法进行说明。
图2是示出切换各电极与外部电阻之间的连接状态的步骤的表。
图3(a)、(b)是示出用球体的数学式求出信号源的三维位置坐标的方法的图。
图4(a)、(b)是用本发明的活体内信号源位置检测方法测量出的心脏电位的结果的示意图。
图5是示出电网络的图，对本发明的第二实施方式中的活体内信号源位置检测方法进行说明。
图6是示出切换各电极与外部电阻之间的连接状态的步骤的表。
图7(a)、(b)是示出用椭圆体的数学式求出信号源的三维位置坐标的方法的图。
图8是示出电网络的图，对本发明的第三实施方式中的活体内信号源位置检测方法进行说明。
图9是示出电网络的图，对本发明的其他实施方式中的活体内信号源位置检测方法进行说明。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。需要说明的是，本发明不限于以下实施方式。此外，在能取得本发明效果的范围内，可以做出适当变更。需要说明的是，在下面的说明中，只要没有特别说明，“电极”指的是安装在活体表面的部件，“电位”指的是电平，“电压”指的是测量出来的电平。
(第一实施方式)
图1是示出电网络的图，对本发明的第一实施方式中的活体内信号源位置检测方法进行说明。
如图1所示，在活体10的表面，设置三个电极21、22、23。将可以互相切换的第一外部电阻和第二外部电阻并联到各电极21、22、23和地电位之间。在本实施方式中，设第一外部电阻的电阻值为无限大，设第二外部电阻的电阻值为Rg。这样一来，就能够利用切换单元SW，将各电极21、22、23和地电位之间切换为未连接外部电阻的情况或连接有外部电阻Rg的情况。需要说明的是，在本实施方式中，将接地电极20设于活体10的表面，并将其用作地电位，但并非必须在活体10的表面设置接地电极20。
需要说明的是，在本实施方式中，将接地电极20设于活体10的表面，通过连接该接地电极20与活体内信号源测量装置而将接地电极20用作地电位。
设于活体10表面的各电极21、22、23上，产生了来自活体10内的信号源Vs的电压，由放大器30将该电压放大，而输出输出电压Vout。各电极21、22、23和放大器30之间，分别设有开关S1、S2、S3，通过让各开关S1、S2、S3依次接通，在各电极21、22、23上产生的电压就作为放大器30的输出电压Vout被测量出来。
如图2所示，在本实施方式中，将切换单元SW和开关S1、S2、S3分别进行切换(步骤1～步骤6)。这样一来，第一电压V1、V2、V3和第二电压V’1、V’2、V’3就被测量出来，其中，第一电压V1、V2、V3是各电极21、22、23和地电位之间未连接外部电阻时各电极21、22、23上产生的电压，第二电压V’1、V’2、V’3是各电极21、22、23和地电位之间连接有外部电阻Rg时各电极21、22、23上产生的电压。需要说明的是，在图2中，分别以沟道ch1、ch2、ch3表示各电极21、22、23。
此处，在步骤1中，电极21(ch1)上产生的第一电压(未连接外部电阻时)V1由数学式(1)给出。
[数学式1]
Vout＝V1＝Vs.......(数学式1)
另一方面，在步骤4中，当放大器30的输入电阻Rin非常大时，电极21(ch1)上产生的第二电压(连接有外部电阻Rg时)V’1由数学式(2)给出。此处，Rb1表示活体10内的信号源Vs和电极21(ch1)之间的内部电阻的电阻值，Rb0表示信号源Vs和接地电极20之间的内部电阻的电阻值。
[数学式2]
根据数学式(1)和数学式(2)，电极21(ch1)上未连接外部电阻时的第一电压V1和电极21(ch1)上连接有外部电阻Rg时的第二电压V’1之比V’1/V1(阻尼比)由数学式(3)给出。
[数学式3]
同样，电极22(ch2)上未连接外部电阻时的第一电压V2和电极22(ch2)上连接有外部电阻Rg时的第二电压V’2之比V’2/V2(阻尼比)由数学式(4)给出，电极23(ch3)上未连接外部电阻时的第一电压V3和电极23(ch3)上连接有外部电阻Rg时的第二电压V’3之比V’3/V3(阻尼比)由数学式(5)给出。
[数学式4]
[数学式5]
此处，Rb2表示活体10内的信号源Vs和电极22(ch2)之间的内部电阻的电阻值，Rb3表示活体10内的信号源Vs和电极23(ch3)之间的内部电阻的电阻值。
假设活体10内的电导率全都一样，则可认为内部电阻的电阻值Rb1、Rb2、Rb3分别与活体10内的信号源Vs和各电极21、22、23之间的距离成比例。因此，根据数学式(3)、(4)、(5)，活体10内的信号源Vs和各电极21、22、23之间的距离L1、L2、L3分别由数学式(6)、(7)、(8)表示。
[数学式6]
[数学式7]
[数学式8]
此处，β是由活体10的电导率等而定的常数。
如数学式(6)、(7)、(8)所示，距离L1、L2、L3分别由阻尼比(V’1/V1、V’2/V2、V’3/V3)的倒数的函数表示。如图3(a)、(b)所示，可以认为信号源Vs存在于以各电极21、22、23为中心且半径为L1、L2、L3的球体Q1、Q2、Q3的交点上。因此，信号源Vs的三维位置坐标(x,y,z)能够通过解三个球体Q1、Q2、Q3的数学式(9)、(10)、(11)而求出。此处，设各电极21、22、23的位置坐标为(a1,b1,c1)、(a2,b2,c2)、(a3,b3,c3)。
[数学式9]
(x-a1)2+(y-b1)2+(z-c1)2＝L1 2.......(数学式9)
[数学式10]
(x-a2)2+(y-b2)2+(z-c2)2＝L2 2.......(数学式10)
[数学式11]
(x-a3)2+(y-b3)2+(z-c3)2＝L3 2.......(数学式11)
需要说明的是，在解数学式(9)、(10)、(11)时，常数β、Rb0例如能够根据包括信号源Vs的活体10的X射线透视图像等推测而决定下来。
根据本实施方式，将外部电阻并联到设于活体10表面的三个电极21、22、23和地电位之间，并切换其连接状态，测量各电极21、22、23上产生的电压之比(阻尼比)，由此就能够容易地检测出活体10内的信号源Vs的三维位置。这样一来，就能够用较少个数的电极，精确地检测出活体内的信号源Vs的三维位置。
需要说明的是，在本实施方式中，假设活体10内的信号源Vs为一个来进行了说明，实际上，也有同时产生多个信号源的情况。在此情况下，也能够根据本实施方式，将这些信号源的电气信号中最有支配性的一点作为信号源求出。
此外，在本实施方式中，根据常数β、Rb0的推测值所取的值不同，有时无法根据三个数学式(9)、(10)、(11)求出一个交点的位置。然而，在此情况下，也能够根据三个数学式(9)、(10)、(11)，让交点的位置缩小到一定范围内，因此能够将该范围中的如中心点作为信号源Vs的位置检测出来。
在本实施方式中，假设活体10内的电导率全都一样，但实际上，因为还夹杂有骨骼、脂肪等不同的组织，所以电导率不一定是一样的。然而，在此情况下，通过设法如将电极21、22、23设置到没有夹杂其他组织的位置等，来减少活体10内的电导率变化的影响，这样一来，也能够精确地检测出信号源Vs的位置。
如图2所示，在本实施方式中，将切换单元SW和开关S1、S2、S3进行切换，依次测量各电极21、22、23上的第一电压V1、V2、V3和第二电压V’1、V’2、V’3。因此，如果在上述切换时间内，信号源Vs的电位发生变化，则对信号源Vs的位置检测就可能产生误差。所以，尽可能快速地切换各电极和外部电阻较好。例如，切换时间在1微秒以下，优选是在0.1微秒以下。
需要说明的是，在本实施方式中，设第一外部电阻的电阻值为无限大(非导通)，设第二外部电阻的电阻值为Rg，但还可以将第一外部电阻设为与第二外部电阻大小不同的电阻值。
此时，本实施方式中的活体内信号源位置检测方法是，将三个电极21、22、23设于活体10的表面，并且，将可以互相切换的第一外部电阻和第二外部电阻并联到各电极21、22、23和地电位之间。然后，测量第一电压Vi(i＝1、2、3)和第二电压V’i(i＝1、2、3)，其中，该第一电压Vi(i＝1、2、3)是将第一外部电阻并联到各电极21、22、23和地电位之间时各电极21、22、23上产生的电压，该第二电压V’i(i＝1、2、3)是将第二外部电阻并联到各电极21、22、23和地电位之间时各电极21、22、23上产生的电压。接着，根据第一电压Vi和第二电压V’i计算电压比Vi/V’i(i＝1、2、3)，并基于这三个电压比Vi/V’i(i＝1、2、3)，检测活体内的信号源Vs的位置。
如上述，本实施方式中的活体内信号源位置检测方法，在步骤1～6中，计算各电极21、22、23上的第一电压Vi(i＝1、2、3)和第二电压V’i(i＝1、2、3)之比Vi/V’i(i＝1、2、3)，并基于这三个电压比Vi/V’i(i＝1、2、3)，检测活体内的信号源Vs的三维位置。因此，将步骤1～6中对电压比Vi/V’i(i＝1、2、3)的测量记为一个周期，反复进行测量，由此就能够根据各周期的电压比的时间序列的测量数据，实时检测活体内的信号源Vs的三维位置的移动轨迹。
图4(a)、(b)是用本实施方式中的活体内信号源位置检测方法测量出的心脏电位的结果的示意图。图4(a)表示在各电极处测量出的信号源的电压波形(心电图)。图4(b)以虚线示出基于各电极处的电压比Vi/V’i(i＝1、2、3)计算出的信号源的三维位置的移动轨迹。在图4(b)的虚线示出的移动轨迹上，点P1、P2、P3、R、S、T分别示出与图4(a)所示的电压波形的P1、P2、P3、R、S、T相对应的信号源的三维位置。如图4(b)所示，能够实时检测出心脏的电活动中的信号源从心房向心室移动的情况。
当在电压波形(心电图)中，出现了心律失常等异常波形时，因为可以得知该异常波形的信号源是在心脏内哪个位置产生的，所以有助于心律失常等的疾病诊断。
图1还示出本实施方式中的活体内信号源位置检测装置的构成。
如图1所示，本实施方式中的活体内信号源位置检测装置包括：至少三个电极21、22、23，上述三个电极21、22、23设于活体10的表面；切换单元SW，其用于将第一外部电阻和第二外部电阻互相切换而并联到各电极21、22、23和地电位之间。此外，所述活体内信号源位置检测装置包括：放大器(测量单元)30，其用于测量第一电压Vi(i＝1、2、3)和第二电压V’i(i＝1、2、3)，其中，该第一电压Vi(i＝1、2、3)是在将各电极21、22、23设于活体10的表面的状态下，利用切换单元SW，切换为将第一外部电阻并联到各电极21、22、23和地电位之间时各电极上产生的电压，该第二电压V’i(i＝1、2、3)是在将各电极21、22、23设于活体10的表面的状态下，利用切换单元SW，切换为将第二外部电阻并联到各电极21、22、23和地电位之间时各电极上产生的电压；开关群S1、S2、S3。所述活体内信号源位置检测装置还包括：检测单元(未图示)，其用于根据第一电压Vi和第二电压V’i计算电压比Vi/V’i(i＝1、2、3)，并基于这三个电压比Vi/V’i(i＝1、2、3)，检测活体内的信号源的位置。需要说明的是，检测单元能够由CPU等构成，该CPU等用于对来自放大器30的测量数据进行运算处理。
(第二实施方式)
图5是示出电网络的图，对本发明的第二实施方式中的活体内信号源位置检测方法进行说明。
如图5所示，将三个电极21、22、23设于活体10的表面。将可以互相切换的第一外部电阻和第二外部电阻分别并联到第一电极21和第二电极22之间、第二电极22和第三电极23之间、第三电极23和第一电极21之间。需要说明的是，在本实施方式中，与第一实施方式同样，设第一外部电阻的电阻值为无限大，设第二外部电阻的电阻值为Rg。在本实施方式中，将接地电极20设于活体10的表面，并将其用作地电位。
如图5所示,开关S1、S2、S3、SS1、SS2、SS3设在各电极21、22、23和差动放大器30之间。如图6所示,让各开关S1、S2、S3、SS1、SS2、SS3依次接通，由此将第一电极21和第二电极22之间、第二电极22和第三电极23之间、第三电极23和第一电极21之间产生的电压作为差动放大器30的输出电压Vout测量出来。各电极间可以利用切换单元SW切换为未连接外部电阻的情况或连接有外部电阻Rg的情况。这样一来，如图6所示，通过将切换单元SW和各开关S1、S2、S3、SS1、SS2、SS3分别进行切换(步骤1～步骤6)，将各电极间未连接外部电阻时各电极间产生的第一电压V12、V23、V31和各电极间连接有外部电阻Rg时各电极间产生的第二电压V’12、V’23、V’31测量出来。例如，未连接外部电阻时电极21和电极22之间产生的第一电压V12，能够通过让开关S1和SS2接通，并将切换单元SW切换到A侧而测量出来。需要说明的是，在图5中，分别以沟道ch1、ch2、ch3表示各电极21、22、23。
在本实施方式中，电极21和电极22之间(沟道ch1和ch2之间)产生的第一电压V12和第二电压V’12之比V’12/V12(阻尼比)由数学式(12)给出。
[数学式12]
此处，Rb1表示活体10内的信号源Vs和电极21(ch1)之间的内部电阻的电阻值，Rb2表示信号源Vs和电极22(ch2)之间的内部电阻的电阻值。
同样，电极22和电极23之间(沟道ch2和ch3之间)产生的第一电压V23和第二电压V’23之比V’23/V23(阻尼比)、电极23和电极21之间(沟道ch3和ch1之间)产生的第一电压V31和第二电压V’31之比V’31/V31(阻尼比)分别由数学式(13)、(14)给出。
[数学式13]
[数学式14]
此处，Rb3表示活体10内的信号源Vs和电极23(ch3)之间的内部电阻的电阻值。
值得注意的是，与数学式(3)、(4)、(5)不同，数学式(12)、(13)、(14)中不含信号源Vs和接地电极20之间的内部电阻Rb0。
在对各电极间产生的电压的测量中，用各电极和信号源之间的内部电阻之和表示活体10内的内部电阻。例如，在对电极21和电极22之间(沟道ch1和ch2之间)产生的第一电压V12和第二电压V’12的测量中，用Rb1+Rb2表示活体10内的内部电阻。
此处，假设活体10内的电导率都一样，则如图7(b)所示，可以认为内部电阻之和(Rb1+Rb2)与距离D1和距离D2之和(D1+D2)成比例，其中，距离D1是电极21和信号源Vs之间的距离，距离D2是电极22和信号源Vs之间的距离。因此，根据数学式(12)、(13)、(14)，各电极和信号源Vs之间的距离之和(D1+D2)、(D2+D3)、(D3+D1)分别由数学式(15)、(16)、(17)表示。
[数学式15]
[数学式16]
[数学式17]
此处，α是由活体10的电导率等而定的常数。
如数学式(15)、(16)、(17)所示，各电极和信号源Vs之间的距离之和(D1+D2)、(D2+D3)、(D3+D1)分别由阻尼比(V’12/V12)、(V’23/V23)、(V’31/V31)的倒数的函数表示。如图7(a)、(b)所示，可以认为信号源Vs存在于以电极21、22(沟道ch1和ch2)为焦点的椭圆体E1、以电极22、23(沟道ch2和ch3)为焦点的椭圆体E2和以电极23、21(沟道ch3和ch1)为焦点的椭圆体E3的交点上。因此，信号源Vs的三维位置坐标(x,y,z)能够通过解三个椭圆体E1、E2、E3的数学式(18)、(19)、(20)而求出。此处，设各电极21、22、23的位置坐标为(a1,b1,c1)、(a2,b2,c2)、(a3,b3,c3)。
[数学式18]
[数学式19]
[数学式20]
需要说明的是，在解数学式(18)、(19)、(20)时，常数α能够事先根据包括信号源Vs的活体10的X射线透视图像推测而决定下来。
与第一实施方式示出的数学式(9)、(10)、(11)不同，根据本实施方式，数学式(18)、(19)、(20)中因为不含信号源Vs和接地电极20之间的内部电阻Rb0，所以能够更准确地求出信号源Vs的三维位置。
图5还示出本实施方式中的活体内信号源位置检测装置的构成。
如图5所示，本实施方式中的活体内信号源位置检测装置包括：至少三个电极21、22、23，上述三个电极21、22、23设于活体10的表面；切换单元SW，其用于将第一外部电阻和第二外部电阻互相切换而并联到各电极21、22、23之间。此外，所述活体内信号源位置检测装置包括：差动放大器(测量单元)30，其用于测量第一电压Vi(i＝1、2、3)和第二电压V’i(i＝1、2、3)，其中，该第一电压Vi(i＝1、2、3)是在将各电极21、22、23设于活体10的表面的状态下，利用切换单元SW，切换为将第一外部电阻并联到各电极21、22、23之间时各电极上产生的电压，该第二电压V’i(i＝1、2、3)是在将各电极21、22、23设于活体10的表面的状态下，利用切换单元SW，切换为将第二外部电阻并联到各电极21、22、23之间时各电极上产生的电压；开关群S1、S2、S3、SS1、SS2、SS3。所述活体内信号源位置检测装置还包括：检测单元(未图示)，其用于根据第一电压Vi和第二电压V’i计算电压比Vi/V’i(i＝1、2、3)，并基于这三个电压比Vi/V’i(i＝1、2、3)，检测活体内的信号源Vs的位置。需要说明的是，检测单元能够由CPU等构成，该CPU等用于对来自差动放大器30的测量数据进行运算处理。
(第三实施方式)
图8(a)～(c)示出电网络的图，对本发明的第三实施方式中的活体内信号源位置检测方法进行说明。
本实施方式中的活体内信号源位置检测方法是在第一实施方式的基础上，在测量各电极21、22、23上产生的第一电压Vi(i＝1、2、3)和第二电压V’i(i＝1、2、3)时，将另外两个电极中的至少一个连接到地电位。
例如，如图8(a)所示，测量电极22(沟道ch2)上产生的第一电压V2和第二电压V’2时，将电极21(沟道ch1)连接到地电位。如图8(b)所示，测量电极23(沟道ch3)上产生的第一电压V3和第二电压V’3时，将电极22(沟道ch2)连接到地电位。如图8(c)所示，测量电极21(沟道ch1)上产生的第一电压V1和第二电压V’1时，将电极23(沟道ch3)连接到地电位。
需要说明的是，在图8(a)～(c)中，R’b1表示信号源Vs和与地电位相连的电极21之间的内部电阻，R’b2表示信号源Vs和与地电位相连的电极22之间的内部电阻，R’b3表示信号源Vs和与地电位相连的电极23之间的内部电阻。理由如下。
即，在本发明中，将活体看作由信号源和无数电阻构成的电网络。从信号源Vs到各电极21、22、23和接地电极之间的电阻值，可作为信号源Vs－各电极间的电网络的合成电阻以及信号源Vs－接地电极间的合成电阻而求得。因此，如果与地电位相连的电极和测量电压的电极的组合不同，从信号源Vs到电极之间的电网络就不同，所以，即使是相同的电极，得到的电阻值也会不同。即，在图8(a)～(c)中，Rb1和R’b1、Rb2和R’b2、Rb3和R’b3，分别都是从信号源Vs到电极21、电极22、电极23之间的电阻值，但并非Rb1＝R’b1、Rb2＝R’b2、Rb3＝R’b3。此处，假设ΔRb1＝Rb1-R’b1、ΔRb2＝Rb2-R’b2、ΔRb3＝Rb3-R’b3足够小，则可以看作Rb1＝R’b1、Rb2＝R’b2、Rb3＝R’b3，来检测出信号源Vs的位置。
在本实施方式中，电极21(地电位)和电极22之间(沟道ch1和ch2之间)产生的第一电压V12和第二电压V’12之比V’12/V12(阻尼比)由数学式(21)给出。此处，第一电压V12是电极21和电极22之间未连接外部电阻时电极21和电极22之间产生的电压。第二电压V’12是电极21和电极22之间连接有外部电阻Rg时电极21和电极22之间产生的电压。
[数学式21]
此处，Rb1表示活体10内的信号源Vs和电极21(ch1)之间的内部电阻的电阻值，Rb2表示信号源Vs和电极22(ch2)之间的内部电阻的电阻值。需要说明的是，假设R’b1＝Rb1。
同样，电极22(地电位)和电极23之间(沟道ch2和ch3之间)产生的第一电压V23和第二电压V’23之比V’23/V23(阻尼比)、电极23(地电位)和电极21之间(沟道ch3和ch1之间)产生的第一电压V31和第二电压V’31之比V’31/V31(阻尼比)，分别由数学式(22)、(23)给出。
[数学式22]
[数学式23]
此处，Rb3表示活体10内的信号源Vs和电极23(ch3)之间的内部电阻的电阻值。需要说明的是，假设R’b2＝Rb2、R’b3＝Rb3。
上述数学式(21)、(22)、(23)与第二实施方式示出的数学式(12)、(13)、(14)，结果上是相同的。因此，与第二实施方式中的说明同样，各电极21、22、23和信号源Vs之间的距离之和(D1+D2)、(D2+D3)、(D3+D1)，分别由与之前示出的数学式(15)、(16)、(17)相同的数学式表示。这样一来，信号源Vs的三维位置坐标(x,y,z)能够通过解之前示出的三个椭圆体E1、E2、E3的数学式(18)、(19)、(20)而求出。此处，椭圆体E1是以电极21、22(沟道ch1和ch2)为焦点的椭圆体，椭圆体E2是以电极22、23(沟道ch2和ch3)为焦点的椭圆体，椭圆体E3是以电极23、21(沟道ch3和ch1)为焦点的椭圆体。
根据本实施方式，不需要将接地电极设于活体10的表面，因此能够以更简单的构成，精确地检测出活体内的信号源Vs的三维位置。
以上通过优选实施方式对本发明做出了说明，但上述内容并非限定，当然能够进行各种变更。例如，在上述实施方式中，检测了信号源Vs的位置，当然也可以同时检测信号源Vs的电位和位置。
在上述第一实施方式中，通过解三个球体Q1、Q2、Q3的数学式(9)、(10)、(11)而求出信号源Vs的三维位置坐标(x,y,z)，但当设信号源Vs和接地电极20之间的内部电阻的电阻值Rb0为未知数时，能够通过解第二实施方式中说明的三个椭圆体E1、E2、E3的数学式(18)、(19)、(20)而求出信号源Vs的三维位置坐标(x,y,z)。此时，椭圆体E1是以电极21(沟道ch1)和接地电极20为焦点的椭圆体,椭圆体E2是以电极22(沟道ch2)和接地电极20为焦点的椭圆体,椭圆体E3是以电极23(沟道ch3)和接地电极20为焦点的椭圆体。
在上述第二实施方式中，通过解三个椭圆体E1、E2、E3的数学式(18)、(19)、(20)而求出信号源Vs的三维位置坐标(x,y,z)，但能够通过针对三个未知数Rb1、Rb2、Rb3分别将数学式(18)、(19)、(20)进行变形，解三个球体的数学式而求出信号源Vs的三维位置坐标(x,y,z)。
在上述实施方式中，将三个电极21、22、23设于活体10的表面，为了进一步提高信号源Vs的位置检测的精度，还可以设置三个以上电极。在上述实施方式中，设置了一个接地电极，但也可以设置多个。
在上述实施方式中，利用切换单元SW，将第一外部电阻和第二外部电阻互相切换而并联到各电极21、22、23和接地电极20之间，但并不是必须使用切换单元SW。
即，各电极21、22、23由相邻的电极21a和21b、电极22a和22b、电极23a和23b构成，通过将第一外部电阻Rg1连接到一侧的电极21a、22a、23a上，形成一个电路，通过将第二外部电阻Rg2连接到另一侧的电极21b、22b、23b上，形成另一个电路。这样一来，就能够测量各电极21、22、23上产生的第一和第二电压，检测活体内的信号源Vs的位置。
此处，图9是示出不使用切换单元SW的情况下，电网络之一例的图。需要说明的是，在图中，省略信号源Vs、信号源Vs和各电极21(21a、21b)、22(22a、22b)、23(23a、23b)以及接地电极20之间的内部电阻Rb1、Rb2、Rb3、Rb0。在图9示出的电网络中，设于活体10的表面的三个电极21(21a、21b)、22(22a、22b)、23(23a、23b)和接地电极20之间，分别并联有第一外部电阻Rg1和第二外部电阻Rg2。第一电压V1和第二电压V’1分别由放大器30A1、30B1放大而测量出来，其中，该第一电压V1是将第一外部电阻Rg1并联到电极21a和接地电极20之间时产生的电压，该第二电压V’1是将第二外部电阻Rg2并联到电极21b和接地电极20之间时产生的电压。同样，第一电压V2和第二电压V’2分别由放大器30A2、30B2放大而测量出来，其中，第一电压V2是将第一外部电阻Rg1并联到电极22a和接地电极20之间时产生的电压，第二电压V’2是将第二外部电阻Rg2并联到电极22b和接地电极20之间时产生的电压；第一电压V3和第二电压V’3分别由放大器30A3、30B3放大而测量出来，其中，第一电压V3是将第一外部电阻Rg1并联到电极23a和接地电极20之间时产生的电压，第二电压V’3是将第二外部电阻Rg2并联到电极23b和接地电极20之间时产生的电压。需要说明的是，此时，用于将第一外部电阻Rg1和第二外部电阻Rg2分别并联到各电极21(21a、21b)、22(22a、22b)、23(23a、23b)和接地电极20之间的连接单元，可以采用导线等。
－符号说明－
10 活体
20 接地电极
21 第一电极(沟道ch1)
22 第二电极(沟道ch2)
23 第三电极(沟道ch3)
30 放大器(测量单元)

Claims (8)

1.一种活体内信号源位置检测方法，利用设于活体表面的电极上产生的电压，检测活体内的信号源的位置，所述活体内信号源位置检测方法的特征在于，
将至少三个电极设于活体表面，将第一外部电阻和第二外部电阻分别并联到所述各电极和地电位之间，
测量第一电压Vi(i＝1、2、3)和第二电压V’i(i＝1、2、3)，其中，所述第一电压Vi(i＝1、2、3)是将所述第一外部电阻并联到所述各电极和地电位之间时各电极上产生的电压，所述第二电压V’i(i＝1、2、3)是将所述第二外部电阻并联到所述各电极和地电位之间时各电极上产生的电压，
根据所述第一电压Vi和所述第二电压V’i计算电压比Vi/V’i(i＝1、2、3)，并基于这三个电压比Vi/V’i，检测活体内的信号源的位置。
2.根据权利要求1所述的活体内信号源位置检测方法，其特征在于，
将接地电极设于活体表面，将所述第一外部电阻和第二外部电阻分别并联到所述各电极和所述接地电极之间。
3.根据权利要求1所述的活体内信号源位置检测方法，其特征在于，在测量所述各电极上产生的所述第一电压Vi和所述第二电压V’i时，将另外两个电极中的至少一个连接到地电位。
4.一种活体内信号源位置检测方法，利用设于活体表面的电极上产生的电压，检测活体内的信号源的位置，所述活体内信号源位置检测方法的特征在于，
将第一电极、第二电极和第三电极设于活体表面，
将第一外部电阻和第二外部电阻分别并联到所述第一电极和所述第二电极之间、所述第二电极和所述第三电极之间、所述第三电极和所述第一电极之间，
测量第一电压V12、V23、V31和第二电压V’12、V’23、V’31，其中，所述第一电压V12、V23、V31是将所述第一外部电阻并联到所述各电极间时各电极间产生的电压，所述第二电压V’12、V’23、V’31是将所述第二外部电阻并联到所述各电极间时各电极间产生的电压，
根据所述第一电压V12、V23、V31和所述第二电压V’12、V’23、V’31分别计算电压比V12/V’12、V21/V’21、V31/V’31，并基于这三个电压比V12/V’12、V21/V’21、V31/V’31，检测活体内的信号源的位置。
5.根据权利要求1到4中任一项权利要求所述的活体内信号源位置检测方法，其特征在于，
所述第一外部电阻和第二外部电阻中的任一个的电阻值无限大。
6.根据权利要求1到5中任一项权利要求所述的活体内信号源位置检测方法，其特征在于，
将对所述第一电压和所述第二电压的电压比的测量记为一个周期，反复进行测量，根据各周期的电压比的时间序列的测量数据，检测活体内的信号源的位置的移动轨迹。
7.一种活体内信号源位置检测装置，利用设于活体表面的电极上产生的电压，检测活体内的信号源的位置，所述活体内信号源位置检测方法的特征在于，包括：
电极，其设于活体表面且至少有三个；
连接单元，其用于将第一外部电阻和第二外部电阻分别并联到各电极和地电位之间；
测量单元，其用于测量第一电压Vi(i＝1、2、3)和第二电压V’i(i＝1、2、3)，其中，所述第一电压Vi(i＝1、2、3)是在将所述各电极设于活体表面的状态下，由所述连接单元将所述第一外部电阻并联到所述各电极和地电位之间时各电极上产生的电压，所述第二电压V’i(i＝1、2、3)是在将所述各电极设于活体表面的状态下，由所述连接单元将所述第二外部电阻并联到各电极和地电位之间时各电极上产生的电压，
检测单元，其用于根据所述第一电压Vi和所述第二电压V’i计算电压比Vi/V’i(i＝1、2、3)，并基于这三个电压比Vi/V’i(i＝1、2、3)，检测活体内的信号源的位置。
8.一种活体内信号源位置检测装置，利用设于活体表面的电极上产生的电压，检测活体内的信号源的位置，所述活体内信号源位置检测装置的特征在于，包括：
第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极、第二电极和第三电极设于活体表面；
连接单元，其用于将第一外部电阻和第二外部电阻分别并联到所述第一电极和所述第二电极之间、所述第二电极和所述第三电极之间、所述第三电极和所述第一电极之间；
测量单元，其用于测量第一电压V12、V23、V31和第二电压V’12、V’23、V’31，其中，所述第一电压V12、V23、V31是在将所述各电极设于活体表面的状态下，由所述连接单元将所述第一外部电阻并联到所述各电极间时各电极间产生的电压，所述第二电压V’12、V’23、V’31是在将所述各电极设于活体表面的状态下，由所述连接单元将所述第二外部电阻并联到所述各电极间时各电极间产生的电压；
检测单元，其用于根据所述第一电压V12、V23、V31和所述第二电压V’12、V’23、V’31分别计算电压比V12/V’12、V21/V’21、V31/V’31，并基于这三个电压比V12/V’12、V21/V’21、V31/V’31，检测活体内的信号源的位置。
CN201480083283.9A 2014-11-14 2014-11-14 活体内信号源位置检测方法及活体内信号源位置检测装置 Active CN106999086B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2014/005732 WO2016075726A1 (ja) 2014-11-14 2014-11-14 生体内信号源位置検出方法及び生体内信号源位置検出装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106999086A true CN106999086A (zh) 2017-08-01
CN106999086B CN106999086B (zh) 2020-06-23

Family

ID=55953839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480083283.9A Active CN106999086B (zh) 2014-11-14 2014-11-14 活体内信号源位置检测方法及活体内信号源位置检测装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10165958B2 (zh)
EP (1) EP3202319B1 (zh)
JP (1) JP6492103B2 (zh)
CN (1) CN106999086B (zh)
WO (1) WO2016075726A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6770266B2 (ja) * 2016-08-18 2020-10-14 東レエンジニアリング株式会社 生体内信号源検出方法及び生体内信号源検出装置
JP6991498B2 (ja) * 2017-03-13 2022-01-12 東レエンジニアリング株式会社 生体内信号強度検出装置
JP7117727B2 (ja) * 2018-03-19 2022-08-15 東レエンジニアリング株式会社 生体内信号源位置検出方法
WO2020189384A1 (ja) * 2019-03-19 2020-09-24 東レエンジニアリング株式会社 筋疲労評価方法及び筋疲労評価システム

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06125885A (ja) * 1992-10-15 1994-05-10 Chuo Denshi Kk 信号源の推定方法
CN1671331A (zh) * 2002-05-23 2005-09-21 艾迪安那公司 导管放置检测系统及操作界面
JP2007268034A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Ritsumeikan 生体信号計測方法及び装置
WO2010097894A1 (ja) * 2009-02-24 2010-09-02 学校法人立命館 インピーダンス切替型多点表面電極を用いた生体内電位の推定装置及びその方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3771696B2 (ja) 1997-10-09 2006-04-26 阿波エンジニアリング株式会社 体表面心電計と体表面電位分布図の表示方法
US20020045836A1 (en) * 2000-10-16 2002-04-18 Dima Alkawwas Operation of wireless biopotential monitoring system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06125885A (ja) * 1992-10-15 1994-05-10 Chuo Denshi Kk 信号源の推定方法
CN1671331A (zh) * 2002-05-23 2005-09-21 艾迪安那公司 导管放置检测系统及操作界面
JP2007268034A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Ritsumeikan 生体信号計測方法及び装置
WO2010097894A1 (ja) * 2009-02-24 2010-09-02 学校法人立命館 インピーダンス切替型多点表面電極を用いた生体内電位の推定装置及びその方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MASAHIRO YOSHIWAKI ET AL.: "A New Approach to Estimate ECG Signal Source Using Voltage Divider Technology", 《SICE ANNUAL CONFERENCE 2014》 *
YUSUKE SAKAUE ET AL.: "Electroencephalograph with Switching Voltage Divider and its Application to Measurement of Event-Related Potentials", 《ADVANCED BIOMEDICAL ENGINEERING》 *

Also Published As

Publication number Publication date
US10165958B2 (en) 2019-01-01
JPWO2016075726A1 (ja) 2017-08-31
EP3202319A1 (en) 2017-08-09
CN106999086B (zh) 2020-06-23
US20170354340A1 (en) 2017-12-14
EP3202319A4 (en) 2017-10-18
JP6492103B2 (ja) 2019-03-27
EP3202319B1 (en) 2019-04-24
WO2016075726A1 (ja) 2016-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106999086A (zh) 活体内信号源位置检测方法及活体内信号源位置检测装置
CN106618569A (zh) 一种电极‑皮肤间接触阻抗的测量装置及方法
FR2982758B1 (fr) Procede d'analyse physiologique de fiabilite accrue
EP3330724B1 (en) Simultaneous impedance testing method and apparatus
JPWO2012117785A1 (ja) 生体電気信号計測装置
CN104605851A (zh) 一种电阻抗层析成像系统的数据采集方法
JP2007268034A (ja) 生体信号計測方法及び装置
CN105411587A (zh) 用于人体胸腔电阻抗层析成像的胸腔轮廓数据采集方法
JP2016174839A (ja) 動物に適用される心電図情報取得用の心電センサ、心電図情報取得装置および心電図情報取得方法
CN103584866B (zh) 一种基于双通道的生物电阻抗的潮气量监测方法及装置
TW201427646A (zh) 電極貼片模組及酸痛偵測方法及裝置
CN201912080U (zh) 人体分段阻抗多频测量装置
JP6518084B2 (ja) 生体内信号源位置検出装置及び生体内信号源位置検出方法
JP2018027199A (ja) 生体内信号源検出方法及び生体内信号源検出装置
Bera et al. A reconfigurable practical phantom for studying the 2-D electrical impedance tomography (EIT) using a FEM based forward solver
JP6588614B2 (ja) 生体内信号源位置検出方法及び生体内信号源位置検出装置
CN203988052U (zh) 用于测量生物电阻抗的装置
RU2009142646A (ru) Устройство слежения за электродами внутри тела пациента и способ его реализации
US20170065201A1 (en) Human body impedance measurement device
RU2017131357A (ru) Устройство для диагностики и индуцированной регенерации тканей
JPH07369A (ja) 内部インピーダンス分布の高速画像化法
JP2016136456A5 (zh)
RU2012100951A (ru) Способ измерения сопротивления изоляции цепей постоянного тока, находящихся под рабочим напряжением, и устройство для его осуществления
JP7097554B2 (ja) 心電位模擬方法および装置
JP7149175B2 (ja) Ｅｃｇピーク検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant