JP2005095197A - 生体検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 生体の部位の動きを検出する生体検査装置を提供する。
【解決手段】 交流発生回路９と、交流発生回路から出力される交流電圧を交流電流に変換する変換手段１０と、変換手段から出力される交流電流を流す発信用コイル２と、発信用コイルより発生した交流磁場を検出する受信用コイル１と、受信用コイルに誘起された磁場により発生する電圧を増幅する増幅回路３と、増幅回路の出力信号を検波する検波手段４と、検波手段の出力信号が入力される低域周波数通過型フィルター５と、発信用コイルを生体の第１の部位に、受信用コイルを生体の第２の部位に設置する手段と、生体の第１の部位及び第２の部位が動いている状態で、低域周波数通過型フィルターの出力を収録する収録手段８と、収録手段に収録されたデータ又は収録されたデータを解析した結果を表示する表示手段を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気を発生するコイルを用いた、生体の部位の動きを検出する生体検査装置に関する。
パーキンソン病は、慢性的な脳神経変質によって引き起こされる新構成の脳疾患である。脳疾患であるにも関わらず、血液検査や画像診断所見では特徴的なものがない。そのため、パーキンソン病の重症度を判定するのに臨床兆候（震え、筋肉の緊張、姿勢異常等）と患者の訴えによって、投薬量を調整しているのが現状である。
パーキンソン病の重症度を定量的に判定するために、これまでコンピューターのキーボードをタッピングする方法が多く研究されてきており、簡易に指のオンとオフの動きが評価できる（例えば、非特許文献１を参照）。
キーボードをタッピングする方法と同じく、ボタンを押すタイミングを測定する手法が報告されており、ボタンを押す装置は簡易であり、キーボードを使用する場合と同様に指のオンとオフの動きが評価できる（例えば、特許文献１を参照）。
一方、指の動きをアナログ的に評価する方法として、optoelectronic camera system（カメラの画像から指の動きを検出するシステム）を用いる方法が報告されている（例えば、非特許文献２を参照）。
手話の入力装置として、指の動きを検出するため、１次巻線から励磁して、磁性応答部材と２次巻線の配置よる移動を検出する方法が報告されている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２に記載の手法では、指の曲げ伸ばしを検出することが可能である。特許文献２に記載の手法では、指先ごとに発信コイルを配置し、受信コイルを手のひらに配置し、各々の発信コイルに異なる周波数の交流電流を流し、手のひらの上の受信コイルによって得られた誘起起電力を周波数検出回路によって、どの指が手のひらに接触したかを検出している。
金属検出装置の分野では、固定された励磁回路と検出コイルの間を移動する金属物を検出する方法が報告されている（例えば、特許文献３を参照）。特許文献３に記載の方法では、検出コイルで検出された渦電流による変化量を検波回路で検波し、ローパスフィルターを通して検出している。
米国特許第６４１６４８５明細書
特開２００３−１５８１０号公報 特開平５−５７８４号公報 Movement Disorder, vol.15, No.1, 2000, pp.36-47 Movement Disorder, vol.12, No.5, 1997, pp.665-676
パーキンソン病の重症度を定量的に判定するためには、生体の２箇所以上の動き（２つの指や２つの唇等）が同時に動こうとする協調運動を観察しなければならない。
非特許文献１に記載のキーボードのタッピングの方法、特許文献１に記載のボタンを押す方法では、デジタル的なオンオフの情報しか得られないため、指の開き方の度合いに関する検出ができなかった。非特許文献１、特許文献１に記載の方法では、パーキンソン病に特異的な症状である指の動きの悪さを十分判定できてなかった。
非特許文献２に記載の方法では、指の開き方の度合いに関するアナログ的なデータ収集が可能であるが、画像から指の動きを検出するため、データ処理が複雑で検出時間がかかる。その上に、大きなシステムとなるため高価であった。
特許文献２に記載の手法では、周波数検出回路で得られる情報は手のひらに接触したかどうかのオン、オフの２値の情報であるためデジタル的な情報となり、パーキンソン病に特異的な症状である指の動きの悪さを十分判定できてなかった。
特許文献３に記載の方法では、金属の移動する変化量を検出することを目的としており、生体の動きに関する情報を取得していない。
以上の問題点を解決するため、本発明の目的は、生体の２箇所以上の動き（協調運動）にともなって生じる信号を連続して検出可能とする簡易な、生体の部位の動きを検出する生体検査装置を提供することにある。
本発明の生体検査装置は、所定の周波数をもつ交流電圧を発生する交流発生回路と、交流発生回路から出力される交流電圧を交流電流に変換する変換手段と、変換手段から出力される交流電流を流す発信用コイルと、発信用コイルより発生した交流磁場を検出する受信用コイルと、受信用コイルに誘起された磁場により発生する電圧を増幅する増幅回路と、増幅回路の出力信号を交流発生回路の同一周波数又は二倍高調波周波数の周波数で検波する検波手段と、検波手段の出力信号が入力される低域周波数通過型フィルターと、発信用コイルを生体の第１の部位に設置する手段と、受信用コイルを生体の第２の部位に設置する手段と、生体の第１の部位及び第２の部位が動いている状態で、低域周波数通過型フィルターの出力を収録する収録手段と、表示手段を有し、収録手段に収録されたデータ又は収録されたデータを解析した結果を表示手段に表示する。送信用コイル、受信用コイルは異なる指に装着される。
また、本発明の生体検査装置は、収録手段に収録されたデータの電圧値を、第１の部位及び第２の部位との間に相当する距離に換算する計算手段を有し、距離を表示手段に表示する。
また、本発明の生体検査装置は、収録手段に収録されたデータの電圧値を、第１の部位及び第２の部位との間に相当する距離に換算する計算手段を有し、収録手段に収録されたデータの電圧値の波形、又は、計算手段によって得られた波形を１次微分する１次微分手段と、収録手段に収録されたデータの電圧値の波形、又は、計算手段によって得られた波形を２次微分する２次微分手段とを有する。
また、本発明の生体検査装置は、１次微分手段の出力波形からタッピングのタイミングを検出するタイミング検出手段を有し、検出されたタイミングを波形表示する。
また、本発明の生体検査装置は、タッピングのタイミングを被験者に伝達する伝達手段を有する。
また、本発明の生体検査装置は、生体の協調運動を計測し、脳内の異常を検出する診断支援手段を有する。
また，本発明の生体検査装置は、生体の２つの部位間の相対距離の変化量に相当する信号を検出する手段と、検出された上記変化量を、生体の協調運動を表わす信号として表示する手段とを有し、脳活動の異常に関する情報を取得する。
本発明の生体検査装置によれば、生体の２箇所の部位間の相対距離に相当する物理量の定量計測が行なえるため、生体の２箇所以上の動き（協調運動）に伴う信号を連続して検出可能であり、協調運動の定量化が可能となる。従って、パーキンソン病等の脳疾患に伴う運動機能を定量的に判定することが可能となる。
以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例の生体検査装置の構成例を示す図である。
交流発生回路９によって所定の周波数（例えば、２０ｋＨｚ等）を持つ交流電圧が生成される。生成された所定の周波数を持つ交流電圧は、電流発生用アンプ回路１０によって所定の周波数を持つ交流電流に変換される。交流電流は、生体に装着された発信用コイル２に流される。
発信用コイル２によって発生した磁場は、生体に装着された受信用コイル１内に誘起起電力を発生させる。発生した誘起起電力（交流発生回路９によって生成された所定の周波数を持つ交流電圧と同じ周波数を有している）は、プリアンプ回路３によって増幅される。増幅後の信号は検波回路４に入力される。検波回路４では、交流発生回路９によって生成された所定の周波数又は２倍周波数によって検波を行なうため、交流発生回路９の出力を位相調製回路１１によって位相を調整した後に、参照信号１２として検波回路４の参照信号入力端子に入力される。
なお、所定周波数の２倍周波数で検波する場合は、位相調製回路１１は必ずしも必要ではない。２倍周波数で検波する簡単な回路構成としては、交流発生回路９の所定周波数を２倍の周波数としておき、分周期によって半分の周波数に変換した後に、電流発生用アンプ回路１０に入力する構成とし、参照信号１２には交流発生回路９の所定周波数の２倍の周波数の信号を検波回路４の参照信号入力端子に入力する構成とする。
検波回路４の出力は、低域通過型フィルター（Low-Pass filter）回路５を通った後、所望の電圧を得るためにアンプ回路６によって増幅され、出力７を得る。出力７をコンピューター８内蔵のアナログデジタル変換ボード（ＡＤボード）によってデジタルデータとして、コンピューター８に入力される。
以上説明した構成例により、生体に装着された受信用コイル１と発信用コイル２と間の相対距離Ｄに相当する電圧が出力７に現れる。
図２は、本発明の実施例における、受信用コイル、送信用コイルの生体への第１の装着方法を説明する図である。
発信用コイル２は親指に通して装着されており、受信用コイル１は人差し指に通して装着されている。発信用コイル２はコイル装着部材１４に巻き付けてあり、図１に示す電流発生用アンプ１０と接続されている。受信用コイル１はコイル装着部材１３に巻き付けてあり、図１に示すプリアンプ回路３に接続されている。また、装着部１３、１４の内側の指と接触する部材にはクッション材としてゴムやスポンジ等を使用して、指の大きさ（太さ）の個人差を吸収できる構成とする。
図３は、本発明の実施例における、受信用コイル、送信用コイルの生体への第２の装着方法を説明する図である。
発信用コイル２は親指の上部に装着されており、受信用コイル１は人差し指の上部に装着されている。発信用コイル２はコイル装着部材１４に巻き付けてあり、図１の電流発生用アンプ１０と接続されている。受信用コイル１はコイル装着部材１３に巻き付けてあり、図1のプリアンプ回路３に接続されている。また、装着部１３、１４はバンド１５、１６に取り付けられており、ゴムやスポンジ等を使用し指の大きさ（太さ）の個人差を吸収できる構成とする。
図２、図３に示す構成では、親指と人差し指の間の相対距離Ｄに相当する出力を得ることが可能である。また、受信コイルと発信コイルを装着する指は、親指や人差し指に限定されることなく、任意の指に受信コイルや発信コイルを装着してもよい。更に、発信用コイルと受信用コイルとを唇の上唇と下唇に装着して、口の動きに伴う動きも検出可能である。
１７は、出力電圧７と相対距離Ｄとの関係を示す図であり、図４は、図２に示すコイル装着時における、図１に示す出力７の電圧値と、受信コイルと発信コイルの間の相対距離Ｄとの関係を測定した結果例を示す図である。
図４では、受信コイルと発信コイルの間の相対距離Ｄが、３０ｍｍ（Ｐ１）、５０ｍｍ（Ｐ２）、１００ｍｍ（Ｐ３）、１５０ｍｍ（Ｐ４）の時の出力電圧データを示している。Ｐ１からＰ４のデータを用いて、Ｐ１とＰ２を結ぶ直線Ｌ−１、Ｐ２とＰ３を結ぶ直線Ｌ−２、Ｐ３とＰ４を結ぶ直線Ｌ−３が計算できる。
直線（Ｌ−１、Ｌ−２、Ｌ−３）を用いて、測定された電圧から相対距離Ｄに相当する距離に変換が可能となる。図４に示す例では、出力７の電圧値と、図２に示した相対距離Ｄとの関係を、被験者毎に校正を行なったが、予め、出力電圧７と相対距離Ｄの関係のテンプレートを用いて自動的に計算してもよい。また、出力電圧７と相対距離Ｄの関係のテンプレート作成には複数の被験者のデータの平均値を使用してもよい。
図５は、図４に示した直線Ｌ−１、Ｌ−２、Ｌ−３を用いて、相対距離Ｄに変換した結果例を示す図である。
図５（Ａ）に示す波形は、パーキンソン病患者に、親指と人差し指のフィンガータッピング（親指と人差し指とを開いたり引っ付けたりという動作を繰り返し行なうこと）を、なるべく早く大きく行なうように指示した場合に実際に得られた波形を示している。図５（Ａ）に示す時間変化波形は、測定データ（出力電圧７）１８そのものを示している。図５（Ｂ）に示す波形は、測定データ（出力電圧７）１８を相対距離Ｄに変換後のデータ１９を示している。
図５（Ａ）に示す測定データ１８の上部（電圧が０の値付近）では、詳細な波形変化が認められないが、図５（Ｂ）に示す相対距離Ｄに変換後のデータ１９では、波形の詳細な変化が分かる。即ち、図４に示した直線Ｌ−１、Ｌ−２、Ｌ−３を用いる測定データの校正を行った効果が視覚的に認められる。しかし、出力電圧の相対距離Ｄへの変換は必ずしも必要ではない。相対距離Ｄへの変換が必要でない場合は、図４、図５に示す相対距離Ｄに変換することは行なわず、図１に示した出力７の測定データ１８を使用して、以下に説明する図６以降の信号処理を行なっても構わない。つまり、図６に示す波形１９を測定データ１８として信号処理を行なうことが可能である。
図６は、本発明の実施例における、測定データと信号処理結果例を示す図である。
１９は相対距離Ｄに変換したデータ（Ｘ）、２０は速度波形（距離Ｘの時間方向での１次微分波形（dＸ/dt）のデータ）、２１は加速度波形（距離Ｘの時間方向での２次微分波形（d２Ｘ/dt２）のデータ）を示す。図６（Ａ）は、図５（Ｂ）に示したデータ（変位波形）１９と同じ波形を示している。図６（Ａ）は測定データ（相対距離Ｄに変換した変位波形データ１９）Ｘを示し、図６（Ｂ）はデータＸを時間方向に１次微分したdＸ/dtのデータ（速度波形２０）を示し、図６（Ｃ）は、データＸを時間方向に２次微分したd２Ｘ/dt２のデータ（加速度波形２１）を示す図である。
図６に示すように、データＸ、dＸ/dt、d２Ｘ/dt２を同時に波形表示することにより、リズム不整や振幅不整等の情報を視覚的に分かりやすく表示することが可能である。また、測定データ１９（Ｘ）に含まれる雑音の影響を小さくしたい場合は、デジタルローパスフィルター処理や移動平均（ムービングアベレージ）処理等を用いて、測定データ１９（Ｘ）波形を滑らかにして信号処理してもよい。
図７は、図６の０秒から３秒間を拡大して示した図である。図７（Ａ）は測定データＸ１９を示し、図７（Ｂ）は速度波形２０を示し、図７（Ｃ）は、加速度波形２１を示す図である。図７（Ｂ）に示すＴ１は、速度波形の隣接する最大ピークの時間差を検出した時間幅を示し、図７（Ｃ）に示すＴ２は、速度波形の隣接する最小ピークの時間差を検出した時間幅を示している。
フィンガータッピングの時間的なタイミングを計測するために速度波形を用いる。図７（Ｂ）に示す波形からも分かるように、速度波形では指の動きの早い時刻に鋭いピークが現れるため、比較的簡単にピーク検出が可能となる。
２２は、Ｔ１の時間変化をプロットした図であり、２３は、Ｔ２の時間変化をプロットした図であり、図８は、本発明の実施例において、タッピングの時間間隔を示す図である。図８（Ａ）は、図７（Ｂ）示すＴ１をタッピング回数を横軸としてプロットした図であり、図８（Ｂ）は、図７に（Ｂ）示すＴ２をタッピング回数を横軸としてプロットした図である。図８では、横軸をタッピング回数で表しているが、横軸を時刻で表示することも可能である。Ｔ１は０．４秒を中心にフィンガータッピングされていることが分かる。一方、Ｔ２ではＴ１とほぼ同じ０．４秒を中心に変化が認められるものの、数箇所で揺らぎが生じている様子が分かる。図８に示すように、タッピングの時間変化をプロットすることにより、タッピングの時間的な揺らぎを視覚的に理解することが可能となる。
図９は、本発明の実施例において、距離波形によりタッピングの振幅不整を検出する手法を説明する図である。図９（Ａ）は、図７（Ａ）に示す測定データＸ１９を示し、図９（Ｂ）は、図７（Ｂ）に示す速度波形２０を示し、図９（Ｃ）は、図７（Ｃ）に示す加速度波形２１を示している。
図９に示すように、図７（Ｂ）に示した速度波形によって得られたタッピングの速度の最大のタイミング時刻（例えば、Tu１）と次の時刻（例えば、Tu2）との間の時間帯内で、測定データ１９（Ｘ）の最大の距離を示す時刻（例えば、tu1）を検出する。以下同様に、Tu2とTu3と間でtu2を、Tu3とTu4と間でtu3を、Tu4とTu5と間でtu4を、Tu5とTu6と間でtu5を、Tu6とTu7と間でtu6を、Tu7と図示しないTu8と間でtu7を、それぞれ検出する。さらに、図７（Ｂ）に示した速度波形によって得られたタッピングの速度の最小のタイミング時刻（例えば、Td１）と次の時刻（例えば、Td2）との間の時間帯内で測定データ１９（Ｘ）の最小の距離を示す時刻（例えば、td1）を検出する。以下同様に、Td2とTd3との間でtd2を、Td3とTd4との間でtd3を、Td4とTd5との間でtd4を、Td5とTd6との間でtd5を、Td6とTd7との間でtd6を、Td7と図示しないTd8との間でtd7を、それぞれ検出する。距離の最大ピークの値（図９では、tu1からtu7）と最小ピークの値（図９では、td1からtd8）を全測定時間内で検出する。
次に、最大ピークの値（図９では、tu1からtu7）のデータ群の中から最大値２４を検出する。さらに、最小ピークの値（図９では、td1からtd8）のデータ群の中から最小値２５を検出する。最大値２４と最小値２５の間の距離差（ΔＭＡＸ）２６を計算する。最大値２４を基準と考えた場合の、距離差（ΔＭＡＸ）２６の３０％の閾値を２７−１、距離差（ΔＭＡＸ）２６の５０％の閾値を２７−２、距離差（ΔＭＡＸ）２６の７０％の閾値を２７−３、距離差（ΔＭＡＸ）２６の９０％の閾値を２７−４として点線で示している。
本発明の実施例では、最小ピーク（td1からtd8）の不整振幅の様子を数値化するため、この閾値を下回る最小ピークの数を検出する。例えば、図９（Ａ）に示す例の場合、９０％の閾値を下回る最小ピークは、td2、td4、td7の３箇所にあり、７０％の閾値を下回る最小ピークは、td1、td3、td4、td5、td7、td8の６箇所にあり、５０％と３０％の閾値を下回る最小ピークは、td1、td2、td3、td4、td5、td6、td7、td8の8箇所にある。検出した数からタッピング確率を、（検出された回数）／（全てのタッピング回数）で計算可能である。例えば、上述の例では、９０％の閾値を下回る確率は３回なので、全回数８回で割り算すると３７．５％（３／８）である。同様に、最大ピークtu1からtu7に関しても、最小値２５を基準にして閾値を設定し、閾値を上回る最大ピークの数を検出する。
図１０は、本発明の実施例における、振幅の不整を表示する表示画面例を示す図である。図１０に示すように、それぞれの振幅の閾値２８ごとにタッピング確率２９（検出された回数）／（全てのタッピング回数）を表示する。図１０の表示により、タッピング回数の成功確率が数値で確認でき、定量診断が可能となる。
図１１は、本発明の実施例における、平均タッピング強度の表示画面例を示す図である。図１１では、平均タッピング強度の計算式３０を示している。図１１では、各項目が数値になってないが、表示画面に平均タッピング強度を示す場合は、各項目の数値を表示する。図６（Ｃ）に示した加速度波形の測定時間内の全面積を計算し、（加速度波形の全面積／全タッピング回数）によって平均タッピング強度が計算できる。図１１の計算又は表示により、タッピングの回数は十分あるがタッピングの力がない（振幅の小さい状態）状態を簡易に数値化できるため、定量診断が可能となる。
図１２は、本発明の実施例において、時間経過と共に指の動きが悪くなっていく様子（すくみ）を評価する数値化手法を説明する図である。図１２上段は、図６（Ａ）に示す測定データＸ１９を示し、図１２中段は、図６（Ｂ）に示す速度波形２０を示し、図１２下段は、図６（Ｃ）に示す加速度波形２１を示している。
測定時間の最初と最後の時間帯を２つ選び（図１２では、Ｔ３とＴ４を選んだ）、Ｔ３とＴ４の時間帯のタッピングの最大ピークの値（図９（Ａ）に示す、tu1からtu7）の平均強度と、タッピングの最小ピークの値（図９（Ａ）に示す、td1からtd8）の平均強度をそれぞれ計算し、最大ピークの平均強度と最小ピークの平均強度の差を計算する。平均強度の差は各波形で計算され、例えば、ΔＤ１、ΔＤ２、ΔＶ１、ΔＶ２、ΔＡ１、ΔＡ２が検出できる。図１２には図示していないが、図１２の表示画面上に、ΔＤ１、ΔＤ２、ΔＶ１、ΔＶ２、ΔＡ１、ΔＡ２の値を表示することも可能である。
図１３は、本発明の実施例において、すくみ率を表示する画面表示例を示す図である。３１はパラメータを表示する画面、３２はすくみ率を表示する画面である。図１３では、図１２から得られたΔＤ１、ΔＤ２、ΔＶ１、ΔＶ２、ΔＡ１、ΔＡ２の値を基に計算されるすくみ率（ΔＤ２／ΔＤ１、ΔＶ２／ΔＶ１、ΔＡ２／ΔＡ１）の値を％表示している。図１２の表示によって、タッピングの「すくみ（徐々に動きが悪くなっていく様子）」がどの程度あるかが定量的に評価可能となる。
図１４は、本発明の実施例において、タッピングの追従性を評価する機能持たせたシステム構成を示す図である。３３はタッピングリズムを示すための点滅表示である。
図１４に示す構成では、図１に示す構成で、披験者に行なってもらうタッピングリズムを示す表示３３が、コンピューター８上に表示される。測定者は表示３３のタッピングリズムに合わせてフィンガータッピングを行なう。表示３３に表示されたタッピングリズムのタイミング周波数を変更して検査を行い、以下に説明する図１５のような結果を得る。また、表示３３の代わりに、タッピングリズムのタイミングを、ビープ音発生手段で生成されるビープ音で披験者に伝達してもよい。
図１５は、本発明の実施例において、設定周波数にフィンガータッピングが追従して行なえるかどうかを確認する表示画面を示す図である。図１５の横軸は設定周波数を示す。実際に測定されたタッピングのメインの周波数を高速フーリエ変換等によって検出し、測定周波数として図１５の縦軸にプロットしている。例えば、黒丸３４は健康な人の結果であり、白丸３５がパーキンソン病を患っている方の結果である。黒丸３４では、目標追従直線３６（比例の関係の直線）に近いところに位置するのに対して、パーキンソン病（白丸３５）では目標追従直線３６（比例の関係の直線）から逸脱していることが視覚的に理解できる。
図１６は、本発明の実施例において、複数の発信用コイルと複数の受信用コイルを両足に装着した構成を示す図である。
発信用コイル３７は所定発振周波数をｆ１として発振を行ない左足大腿部に取り付けられている。同様に、発信用コイル３８は所定発振周波数をｆ２として発振を行ない右足大腿部に取り付けられている。また、受信用コイル３９は、所定周波数ｆ１とｆ２を独立に検波することにより、同時に相対距離Ｆ１とＧ２に相当する物理量を計測することが可能である。また同様に、受信用コイル４０は、所定周波数ｆ１とｆ２を独立に検波することにより、同時に相対距離Ｇ１とＦ２に相当する物理量を計測することが可能である。図１６に示す構成によれば、歩行時の歩行スピード等を検査でき、フィンガータッピングと同様に生体の２箇所間の協調運動の定量化が可能となる。
図１７は、本発明の実施例において、一体化した測定システムの構成図を示す図である。図１７に示す例では、図１又は図１４に示した受信用コイル１と発信用コイル２以外を一つの本体装置４１として構成している。本体装置４１に、プリアンプ回路３、検波回路４、低域通過型フィルター（ＬＰＦ）回路５、アンプ回路６、コンピューター８、交流発生回路９、電流発生用アンプ回路１０、位相調整回路１１が収納される。
本体装置４１には、ディスプレイ４２、測定開始／終了ボタン／電源ＯＮ・ＯＦＦボタン４３、タッピングリズムを示すインジケーター４４（インジケーター４４の代わりにビープ音を発生し、タッピングリズムのタイミングを披験者に伝達する手段を用いてもよい）、表示モード選択ボタン４５が配置してある。
ディスプレイ４２には、図６、図８、図１０、図１１、図１３、図１５等に示す各種波形及びパラメータを表示し、表示モード選択ボタン４５によって表示する画面が選択できる。また、タッピングリズムを示すインジケーター４４によって、図１４と図１５に示した追従検査が可能となる。本体装置４１には、受信用コイル１と発信用コイル２が外付けで接続される。以上の構成によりポータブルな装置となるため、在宅での計測や肩に掛ける等して持ち運びながらの計測が可能となる。また、本体装置４１に通信機能を有する構成とすることも可能であり、在宅で計測したデータ等を病院等にデータ転送することも可能である。
また図１７（または図１または図１４）の装置構成において、図１または図１４の出力７や図１７のディスプレイ４２に表示されるアナログデータまたはデジタルデータなどを電波で無線で伝送する手段や、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）や電話回線などでデータを転送する手段などを具備して、遠隔でデータ収集ができるネットワークシステムにしてもよい。ネットワークシステムが構築されれば、２４時間の生体の協調運動などをモニターすることが可能となり、より高精度にパーキンソン病の日内変動などを管理することができるという効果がある。
パーキンソン病には、フィンガータッピングを行なってタッピングの度合いを見る方法以外に、腕の曲げ伸ばしが硬くなる「固縮」という症状を観察することがある。「固縮」はパーキンソン病の重症度を判断するためにも重要である。
図１８は、本発明の実施例において、腕に「固縮」モニター用に配置する構成例を示す図である。受信用コイル１と送信用コイル２をゴム製の部材で二の腕の位置に配置し固定して、図１と同様な回路構成で、腕の曲げ伸ばしに伴う距離Ｄを検出することが可能である。
図１９は、本発明の実施例において、実際に腕に装着して測定した結果例を示す図である。図１９では、１５秒間に３回腕の曲げ伸ばしをした時の健常者の測定結果を示している。図１９に示す結果は、腕を伸ばしたときの位置を０ｍｍとして校正している。パーキンソン病ではこの曲げ伸ばしの動作の間に動きの悪い時間帯が数回出現し、パーキンソン病の重症度合いの把握が可能となる。図１９に示す測定波形を、図６に示したように、測定波形を１次微分、２次微分を行い、速度波形、加速度波形を作成できることは言うまでもない。
本発明の生体検査装置によれば、生体の２箇所の部位間の相対距離に相当する物理量を定量計測でき、生体の２箇所以上の動き（協調運動）に伴う信号を連続して検出可能であり、協調運動の定量化が可能となる。従って、パーキンソン病等の脳疾患に伴う運動機能を定量的に判定することが可能となる。
本発明の実施例の生体検査装置の構成例を示す図。 本発明の実施例における、受信用コイル、送信用コイルの生体への第１の装着方法を説明する図。 本発明の実施例における、受信用コイル、送信用コイルの生体への第２の装着方法を説明する図。 図２に示すコイル装着時における、図１に示す出力７の電圧値と、受信コイルと発信コイルの間の相対距離Ｄとの関係を測定した結果例を示す図。 図４に示した直線Ｌ−１、Ｌ−２、Ｌ−３を用いて、相対距離Ｄに変換した結果例を示す図。 本発明の実施例における、測定データと信号処理結果例を示す図。 図６の０秒から３秒間を拡大して示した図。 本発明の実施例において、タッピングの時間間隔を示す図。 本発明の実施例において、距離波形によりタッピングの振幅不整を検出する手法を説明する図。 本発明の実施例における、振幅の不整を表示する画面画面例を示す図。 本発明の実施例における、平均タッピング強度の表示画面例を示す図。 本発明の実施例において、時間経過と共に指の動きが悪くなっていく様子（すくみ）を評価する数値化手法を説明する図。 本発明の実施例において、すくみ率を表示する画面表示例を示す図。 本発明の実施例において、タッピングの追従性を評価する機能持たせたシステム構成を示す図。 本発明の実施例において、設定周波数にフィンガータッピングが追従して行なえるかどうかを確認する表示画面を示す図。 本発明の実施例において、複数の発信用コイルと複数の受信用コイルを両足に装着した構成を示す図。 本発明の実施例において、一体化した測定システムの構成図を示す図。 本発明の実施例において、腕に「固縮」モニター用に配置する構成例を示す図。 本発明の実施例において、実際に腕に装着して測定した結果例を示す図。
符号の説明
１…受信用コイル、２…発信用コイル、３…プリアンプ回路、４…検波回路、５…低域通過型フィルター（ＬＰＦ）回路、６…アンプ回路、７…出力、８…コンピューター、９…交流発生回路、１０…電流発生用アンプ回路、１１…位相調整回路、１２…参照信号、１３…コイル装着部材、１４…コイル装着部材、１５…バンド部、１６…バンド部、１７…出力電圧７と相対距離Ｄとの関係を示す図、１８…測定データ、１９…相対距離Ｄに変換したデータ（Ｘ）、２０…速度波形（距離Ｘの時間方向での１次微分波形（dＸ/dt）のデータ）、２１…加速度波形（距離Ｘの時間方向での２次微分波形（d２Ｘ/dt２）のデータ）、２２…Ｔ１の時間変化をプロットした図、２３…Ｔ２の時間変化をプロットした図、２４…最大値、２５…最小値、２６…距離差（ΔＭＡＸ）、２７−１…３０％の閾値、２７−２…５０％の閾値、２７−３…７０％の閾値、２７−４…９０％の閾値、２８…振幅の閾値、２９タッピング確率、３０…平均タッピング強度の計算方法、３１…パラメータを表示する画面、３２…すくみ率を表示する画面、３３…タッピングリズムを示す表示、３４…黒丸（健康な人の結果）、３５…白丸（パーキンソン病の患者の結果）、３６…目標追従直線、３７、３８…発信用コイル、３９、４０…受信用コイル１、４１…本体装置、４２…ディスプレイ、４３…測定開始／終了ボタン／電源ＯＮ・ＯＦＦボタン、４４…タッピングリズムを示すインジケーター、４５…表示モード選択ボタン、Ｄ…相対距離、Ｐ１…相対距離が３０ｍｍの位置、Ｐ２…相対距離が５０ｍｍの位置、Ｐ３…相対距離が１００ｍｍの位置、Ｐ４…相対距離が１５０ｍｍの位置、Ｌ−１…Ｐ１とＰ２を結ぶ直線、Ｌ−２…Ｐ２とＰ３を結ぶ直線、Ｌ−３…Ｐ３とＰ４を結ぶ直線、tu1〜tu7…距離波形の中の最大ピークの値、td1〜td8…距離波形の中の最小ピークの値、Tu1〜Tu7…速度波形の中の最大ピークの値、Td1〜Td7…距離波形の中の最小ピークの値、Ｔ３…所定の時間幅（測定の最初の時間帯）、Ｔ４…所定の時間幅（測定の最後の時間帯）。

Claims (18)

  1. 所定の周波数をもつ交流電圧を発生する交流発生回路と、前記交流発生回路から出力される前記交流電圧を交流電流に変換する変換手段と、前記変換手段から出力される前記交流電流を流す発信用コイルと、前記発信用コイルより発生した交流磁場を検出する受信用コイルと、前記受信用コイルに誘起された磁場により発生する電圧を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力信号を前記交流発生回路の同一周波数又は二倍高調波周波数の周波数で検波する検波手段と、前記検波手段の出力信号が入力される低域周波数通過型フィルターと、前記発信用コイルを生体の第１の部位に設置する手段と、前記受信用コイルを前記生体の第２の部位に設置する手段と、前記生体の前記第１の部位及び前記第２の部位が動いている状態で、前記低域周波数通過型フィルターの出力を収録する収録手段と、前記収録手段に収録されたデータ又は収録された前記データを解析した結果を表示する表示手段を有することを特徴とする生体検査装置。
  2. 請求項１に記載の生体検査装置において、前記送信用コイル、前記受信用コイルは異なる指に装着されていることを特徴とする生体検査装置。
  3. 請求項１に記載の生体検査装置において、前記収録手段に収録された前記データの電圧値を、前記第１の部位及び前記第２の部位との間に相当する距離に換算する計算手段を有し、前記距離を前記表示手段に表示することを特徴とする生体検査装置。
  4. 請求項１記載の生体検査装置において、前記収録手段に収録された前記データの電圧値を、前記第１の部位及び前記第２の部位との間に相当する距離に換算する計算手段を有し、前記収録手段に収録された前記データの電圧値の波形、又は、前記計算手段によって得られた波形を１次微分する１次微分手段と、前記収録手段に収録された前記データの電圧値の波形、又は、前記計算手段によって得られた波形を２次微分する２次微分手段とを有することを特徴とする生体検査装置。
  5. 請求項に４記載の生体検査装置において、前記１次微分手段の出力波形からタッピングのタイミングを検出するタイミング検出手段を有し、検出された前記タイミングを波形表示することを特徴とする生体検査装置。
  6. 請求項５に記載の生体検査装置において、前記タイミング検出手段によって検出された近接するピーク時刻の間で、前記収録手段に収録された前記データの電圧値の波形、又は、前記計算手段によって得られた前記距離に関する波形のピークを検出するピーク検出手段を有することを特徴とする生体検査装置。
  7. 請求項５に記載の生体検査装置において、前記タイミング検出手段によって検出された近接するピーク時刻の間で、前記収録手段に収録された前記データの電圧値の波形、又は、前記計算手段によって得られた前記距離に関する波形のピークを検出するピーク検出手段と、前記ピーク検出手段により検出された最大ピークの値と最小ピークの値とを検出する手段と、前記最大ピークの値と前記最小ピークの値の差分値を計算する手段を有することを特徴とする生体検査装置。
  8. 請求項５に記載の生体検査装置において、前記タイミング検出手段によって検出された近接するピーク時刻の間で、前記収録手段に収録された前記データの電圧値の波形、又は、前記計算手段によって得られた前記距離に関する波形のピークを検出するピーク検出手段と、前記ピーク検出手段により検出された最大ピークの値と最小ピークの値とを検出する手段と、前記最大ピークの値と前記最小ピークの値の差分値を計算する手段と、前記ピーク検出手段により検出された前記ピークのうちで所定の閾値を越えるピーク数を数える手段と、前記閾値の値とタッピング回数又はタッピングの確率を表示する手段とを有することを特徴とする生体検査装置。
  9. 請求項５に記載の生体検査装置において、前記２次微分手段により得られた波形の面積積分値と、タッピング回数とを表示し、前記面積積分値を前記タッピング回数によって割り算した値を表示することを特徴とする生体検査装置。
  10. 請求項５に記載の生体検査装置において、前記タイミング検出手段によって検出された近接するピーク時刻の間で、前記収録手段に収録された前記データの電圧値の波形、又は、前記計算手段によって得られた前記距離に関する波形のピークを検出するピーク検出手段と、前記ピーク検出手段により検出された最大ピークの値と最小ピークの値とを検出する手段と、第１、第２の時間幅における前記最大ピークの値と前記最小ピークの値の差であるΔＤ１、ΔＤ２を検出する手段と、検出された前記ΔＤ１と前記ΔＤ２の値、前記ΔＤ２／前記ΔＤ１の値を表示することを特徴とする生体検査装置。
  11. 所定の周波数をもつ交流電圧を発生する交流発生回路と、前記交流発生回路から出力される前記交流電圧を交流電流に変換する変換手段と、前記変換手段から出力される前記交流電流を流す発信用コイルと、前記発信用コイルより発生した交流磁場を検出する受信用コイルと、前記受信用コイルに誘起された磁場により発生する電圧を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力信号を前記交流発生回路の同一周波数又は二倍高調波周波数の周波数で検波する検波手段と、前記検波手段の出力信号が入力される低域周波数通過型フィルターと、前記発信用コイルを生体の第１の部位に設置する手段と、前記受信用コイルを前記生体の第２の部位に設置する手段と、前記生体の前記第１の部位及び前記第２の部位が動いている状態で、前記低域周波数通過型フィルターの出力を収録する収録手段と、前記収録手段に収録されたデータ又は収録された前記データを解析した結果を表示する表示手段と、タッピングのタイミングを被験者に伝達する伝達手段とを有することを特徴とする生体検査装置。
  12. 請求項１１に記載の生体検査装置において、タッピングの周波数を測定周波数として検出する手段を有し、前記伝達手段に設定した設定周波数と、前記測定周波数とを表示することを特徴とする生体検査装置。
  13. 所定の周波数をもつ交流電圧を発生する交流発生回路と、前記交流発生回路から出力される前記交流電圧を交流電流に変換する変換手段と、前記変換手段から出力される前記交流電流を流す発信用コイルと、前記発信用コイルより発生した交流磁場を検出する受信用コイルと、前記受信用コイルに誘起された磁場により発生する電圧を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力信号を前記交流発生回路の同一周波数又は二倍高調波周波数の周波数で検波する検波手段と、前記検波手段の出力信号が入力される低域周波数通過型フィルターと、前記発信用コイルを生体の足部に設置する手段と、前記受信用コイルを前記生体の前記足部に設置する手段と、前記生体の前記足部が動いている状態で、前記低域周波数通過型フィルターの出力を収録する収録手段と、前記収録手段に収録されたデータ又は収録された前記データを解析した結果を表示する表示手段を有することを特徴とする生体検査装置。
  14. 請求項１３に記載の生体検査装置において、前記発信用コイルは、前記生体の右足部又は及び左足部に設置され、前記受信用コイルは、前記生体の右足部又は及び左足部に設置されることを特徴とする生体検査装置。
  15. 所定の周波数をもつ交流電圧を発生する交流発生回路と、前記交流発生回路から出力される前記交流電圧を交流電流に変換する変換手段と、前記変換手段から出力される前記交流電流を流す発信用コイルと、前記発信用コイルより発生した交流磁場を検出する受信用コイルと、前記受信用コイルに誘起された磁場により発生する電圧を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力信号を前記交流発生回路の同一周波数又は二倍高調波周波数の周波数で検波する検波手段と、前記検波手段の出力信号が入力される低域周波数通過型フィルターと、前記発信用コイルを生体の第１の部位に設置する手段と、前記受信用コイルを前記生体の第２の部位に設置する手段と、前記生体の前記第１の部位及び前記第２の部位が動いている状態で、前記低域周波数通過型フィルターの出力を収録する収録手段と、前記収録手段に収録されたデータ又は収録された前記データを解析した結果を表示する表示手段を有し、前記交流発生回路、前記変換手段、前記増幅回路、前記検波手段、前記低域周波数通過型フィルター、前記収録手段、及び、表示手段を収納する本体装置とを有することを特徴とする生体検査装置。
  16. 所定の周波数をもつ交流電圧を発生する交流発生回路と、前記交流発生回路から出力される前記交流電圧を交流電流に変換する変換手段と、前記変換手段から出力される前記交流電流を流す発信用コイルと、前記発信用コイルより発生した交流磁場を検出する受信用コイルと、前記受信用コイルに誘起された磁場により発生する電圧を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力信号を前記交流発生回路の同一周波数又は二倍高調波周波数の周波数で検波する検波手段と、前記検波手段の出力信号が入力される低域周波数通過型フィルターと、前記発信用コイルを生体の第１の部位に設置する手段と、前記受信用コイルを前記生体の第２の部位に設置する手段と、前記生体の前記第１の部位及び前記第２の部位が動いている状態で前記第１の部位と第２の部位の相対距離の変化に基づく出力を収録する収録手段と、前記相対距離の変化に基づく出力を前記低域周波数通過型フィルターの出力とする手段と、前記収録手段に収録されたデータ又は収録された前記データを解析した結果を表示する表示手段を有することを特徴とする生体検査装置。
  17. 生体の協調運動を二つ以上の生体部位間の相対距離の変化量に相当する値として計測し、脳内の異常を検出する診断支援手段を有することを特徴とする生体検査装置。
  18. 生体の２つの部位間の相対距離の変化量に相当する信号を検出する手段と、前記変化量を、生体の協調運動を表わす信号として表示する手段とを有することを特徴とする生体検査装置。
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