JP2008543453A - 生体電位を決定するための電極及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単一センサポイントを有する単一誘導電極を取り付けるために普通には用いられる場所での動物或いは人間の皮膚に取り付けるのに適する一組の電極を提供する。
【解決手段】一組の電極の電極は、二つの線形独立方向を定めるために配置された少なくとも３つのセンサを有し、二つの方向の対応する電位差を感知することを可能にする。感知した電位差を表す信号は、有線単一センサ電極で得られた伝統的な電位に近い電位に変換されるための処理装置に無線或いは導体を介して送信することができる。また、方法も提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は、動物或いは人間の皮膚に取り付けられた電極による表面電位の感知に関する。係る使用は、特に、心電図記録法（ＥＣＧ）、脳波記録法（ＥＥＧ）、筋電図記録法（ＥＭＧ）を含む。

ＥＣＧ、ＥＥＧ、ＥＭＧを測定する場合、各々がセンサを有する複数の電極を動物或いは人間の患者の皮膚に取り付ける。各々の電極の各センサは、センサの直ぐ下の皮膚の比較的小さい領域−典型的には、直径が数ｍｍ−での電位を感知する。通常、導電性接触媒体をセンサと皮膚との間に用いる。感知した電位は、個々の導体を通して装置に伝えられ、装置は、感知した電位を、例えば、電極での電位間の差及びその一次結合を決定することによって、測定し、記録し、及び又は評価する。係るシステムは、監視及び診断目的で長い間使用されてきた。

米国特許第４，５８３，５４９号及び他のものは、前胸部ＥＣＧ電極について解剖学的に正しい位置と一致するように複数のＥＣＧ電極を位置決めした可撓性シートを含むＥＣＧ電極パッドを開示する。

米国特許第５，７２４，９８４号は、中央センサセグメント及びいくつかの周辺センサセグメントを中央センサセグメントの周りに対称的に配置した電極を開示する。

米国特許第６，５７７，８９３号は、二つ或いはそれ以上の電極と感知した電極信号を送信するための無線送信機とを有する統合無線医療診断及び監視装置を開示する。

米国特許公開公報２００２／００４５８３６Ａ１は、多数の細かい測定に基づいて標準ＥＣＧ誘導を計算する方法を開示する。この方法は、一組のセンサを、標準ＥＣＧ誘導に沿って長手方向軸を有する矩形に配置することに基づく。標準ＥＣＧ誘導測定は、多くの前提に基づいて計算される。

米国特許第６，２９５，４６６Ｂ１号は、直交関係に配置された３つのセンサを含む電極を開示する。３つのセンサからの出力は、センサの場所での電界の変化の大きさを描くベクトルの大きさを見出すために組合わされる。しかしながら、標準ＥＣＧ或いは電界の変化の方向に関する情報を提供しない。

ＥＣＧ信号は、身体の中に血液を循環させる心筋の協調的活動と収縮によって生じる。ＥＣＧ信号は、ＳＡノードで始まり且つ心房心筋の収縮を起して、Ｐ波をもたらし、Ｐ波が心臓の中心線を下方に移動する。ＡＶノード及びＨｉｓの束が活動され、それによって心室の活動が起される。まず、隔壁（二つの心室を分ける筋肉）が活動されて、信号が心臓の中心線を下方に移動するときにＱ波をもたらす。次いで、心室の自由外側壁が活動されて、Ｒ波及びＳ波をもたらす。そこでは、活動は、心尖から中心線を上方に移動して、ＱＲＳ群を完成させる。Ｔ波は、心室の外側壁の再分極によって生じ、実際には、心尖から中心線を垂直に移動するが、逆の信号極性により、心尖に向う下方移動のように見えるものをもたらす。そして、心室の遅発活動によって生じる小さいＵ波を見出すことができる。記録したＥＣＧ信号の形状は、電極の場所及び記録の極性に依存する。

診断で用いられるＥＣＧ信号は、身体の異なる部位間の生体電位の差を測定することによって生じる。ＥＣＧ信号を記録及び又は形成するためのいくつかの異なる標準があるが、ここではこれらを説明しない。読者は、いずれかの基本的な医学教科書を参照されたい。以下では、アイントーベンの三角形［１０］を形成する３つの標準誘導或いは肢誘導（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）を具体例として示す。従来より、肢誘導の電極配置は、右腕（ＲＡ）、左腕（ＬＡ）及び左脚（ＬＬ）である。いくつかの臨床的応用では、肢電極は、情報の損失なしに肢の近くの胴部に配置される［５］、［８］。

肢誘導は、３つの電極間で記録した電位差として定義される。特に、それらは：

であり、ここでV_XXは、電極XXで記録された電位である（式１）。

主標準肢誘導のほかに、増高誘導とも呼ばれる単極肢誘導を、標準肢誘導と同じ３つの電位記録から計算することができる。一緒に、標準肢誘導と単極肢誘導とは、６つのベクトルで構成されたベクトルシステムを形成する。

従来のＥＣＧ記録では、ＥＣＧ信号を、身体の二つの異なる部位での二つの電位間の差として記録する。電位差を、身体で“ゼロ電位”として取られる基準点に対して測定する。これは、信号が身体の単一共通点と常に関係していることを意味する。この基準点は、興味がある身体電位によって最小に影響される身体の部位に配置された単一部位及び又は電極であってもよいし、或いは基準点は、一つ或いはいくつかの電位及び又は電極であってもよい。この基準点への依存性は、単一電極の信号を、例えば無線で、非参照伝送線路にわたって送信することの可能性を制限する。普通には、これは、少なくとも二つの電極間の関係を、例えば、二つの電極を送信機に接続する一対の配線で、形成することができる場合にだけ可能である。

従来では、各センサは、センサを測定及び又は評価装置に接続する導体を有する。いくつかの電極及び対応する数の個々の導体により、導体を混同し且つセンサを装置の間違った入力に接続するリスクがある。取り付けられたそのような電極の一組を有する患者は、導体の長さによって患者の移動度が制限される。ＡＣ主電源によって駆動される装置では、患者の安全性を確保するために、電極をＡＣ主電源から極端によく隔絶しなければならない。

患者の遠隔計測監視のために利用可能な最新システムでは、一組の電極を患者に取り付け、各電極を、導体を介して、患者が携帯する共通送信機に接続する。また、係るシステムは、患者の自由度及び移動度を制限する導体を有する。

[１]Erwin Kreyszig, "Advanced Engineering Mathematics", 1993, 7th ed., John Wiley & sons, Inc. New York. ISBN:0-471-59989-1 [２]Erik Sandoe, Bjame Sigurd, "Arrthymia Diagnosis and management", 1984, Fachmed AG, Germany, ISBN 3-905-598-00-0 [３]R.F. Schmidt, "Fundamentals of Neurophysiology", 1981, 3rd ed., Spinger Verlag, New York, ISBN 0-387-96147-x [４]S. Grimmes, O.G. Martinsen "Bioimpedance & Bioelectricity", 2000, Academic Press, London, ISBN 0-12-303260-1 [５]John G. Webster, "Medical instrumentation, Application and design", 1998, 3rd ed., John Wiley & sons Inc. ISBN:0-471-15368-0 [６]Josephe D. Bronzino, "The Biomedical Engineering Handbook", 1995, CRC Press Inc., ISBN:0-8493-8346-3 [７]F.B. Saches, C.D. Werner, K.Meyer-Waarden, O. Dosse, "Applications of the Visible Man Dataset in Electrocardiology: Calculation and Visualization of Body Surface Potential Maps of a Complete Heart Cycle", The National Library of Medicine, http://www.nlm.nih.gov/research/visible/vhpconf98/AUTHORS/SACHSE2/sachse2.htm [８]"Electrode Placement Guide", Cardiology, 2003, AMBU A/S [９]K.Sam Shanmugan, A.M. Breipohl "Random signals", 1988, John Wiley & sons Inc. New York, ISBN:0-471-61274-x [１０]Einthoven W. "The different forms of the human electrocardiogram and their signification", Lancet 1912(1):853-861.

従って、使い捨て電極、点間で共通電圧の必要なしに身体の異なる点間の電位差を測定する方法、及び各電極からの感知した電位を表す信号の無線送信を可能にするシステムの要望がある。また、例えば生体電位の伝搬方向のような、電極の下の生体電位に関するより詳細な情報の要望がある。

本発明は、新しい種類の電極セット、ＥＣＧ信号を測定するための新しい方法、及びＥＣＧ信号を測定するための新しいシステムを提供することによってこの問題に対する解決策をもたらす。この発明の使い捨て電極の組は、単一センサ点を有する単一誘導電極を取り付けるために普通には用いられる場所で動物或いは人間の皮膚に取り付けられるために適する。

電極の組の各電極は、少なくとも３つのセンサ或いは感知点を含む。少なくとも３つのセンサは、二つの線形独立方向を定めるために配置される。このようにして、二つの方向の両方で電位差を測定することが可能である。感知した電位差を表す信号を、有線単一センサ電極で得られた従来の電位を近似する電位に変換するために処理装置に無線で或いは導体を介して送信することができる。変換のための方法の実施形態をこの明細書中に後で開示する。

本発明の方法では、基準場所での電位に対する各電極の場所での電位を、電極の各々の対のセンサ間の感知した電位差に基づき決定するか或いは推定する。電位差を、例えば、単一センサ点を有する単一誘導電極による従来のＥＣＧ測定に対応する数値として決定することができるか、或いは電位を、大きさ（数値）及び方向、例えば感知した信号の伝搬方向を定める二つの座標を有するベクトル値として決定することができる。

一次元では、身体電位は、所定の伝搬速度で電極のセンサ点の下を通る伝搬信号と考えることができる。心筋活動からもたらされる動作電位が電極から“遠くに”設置されるにも関わらず、信号は、身体の残りの部分の体積導電率により電極の下を伝搬する。

電極の二つのセンサ点が互いに近接して配置される場合、センサ点は、両方とも同じ波を感知し、二つのセンサ点間の結果として得られる差は、小さく、且つ中心線方向の勾配は、センサ点間の距離が知られている場合に測定することができる。これによって、空間及び時間の分化を、移動する身体電位で行うことができる。この場合には、身体電位は、測定された信号の積分を介して推定することができる。積分は、移動する電位の大きさの概算をもたらす。

電極のセンサ点間の距離が大きいのでポテンシャル波全体が二つのセンサ点間に適合することができるならば、記録は、電極の下の信号の差（ディファレンシャル）ポテンシャル記録として機能しないが、全（フル）ポテンシャル記録として機能する。この場合には、積分を必要としない。

上記のように二つのセンサ点を用いることは、一次元空間について有効であり、二つのセンサ点を、センサ点の中心線がポテンシャル波の移動する方向に平行であるように、配置することができる。ポテンシャル波が中心線の方向とは異なる方向に移動する場合には、小さい電位差が測定され、且つポテンシャル波が二つのセンサ点の中心線に対して垂直に移動する場合には、センサ点は、実質的に同じ信号を感知し、且つ二つのセンサ点間の記録した差は、（ほとんど）ゼロである。従って、二つのセンサ点の配向は、結果として得られる記録振幅について重要である。

本発明は、各々の対のセンサの中心を通る線が少なくとも二つの線形独立方向、即ち、異なる方向を定めるように配置された少なくとも３つのセンサ或いはセンサ点を有する電極を提供する。好ましい実施形態では、少なくとも二つの線形独立方向は、互いに垂直である。測定は、時間のあらゆる瞬間における二次元勾配に対応する二次元ベクトルのベクトル座標を表す二つの対応する電位差を得るために二対のセンサを用いて行われる。

図１には、好ましくは可撓性材料である、キャリヤシート１１と、キャリヤシート１１の一方の側に３つのセンサ１２、１３、１４と、を有する第１の電極１０を示す。キャリヤシート１１は、Ｌ字型の輪郭を有する。３つのセンサは、直径が数ｍｍの大きさを有し、Ａｇ／ＡｇＣｌのような、いかなる適当な種類のものであってもよい。電極は、電極を動物或いは人間の皮膚に取り付けるための適当な接着剤と、センサと皮膚との間に電気的接触をもたらすためのセンサの各々にゼリーのような導電性媒体と、を有する。センサ１２及び１３の中心間の直線は、センサ１３及び１４の中心間の直線に垂直である。二つのセンサ１２及び１３は、一対のセンサとして用いることができ、二つのセンサ１３及び１４は、他の一対のセンサとして用いることができ、センサ１３は、両方の対に共通である。導体を、スナップタイプのような適当な方法でセンサの各々に接続することができる。

図２には、キャリヤシート２１と４つのセンサ２２、２３、２４、２５とを有する同様の形態の第２の電極２０を示す。キャリヤシート２１は、十字形輪郭を有する。センサ２２及び２４の中心間の直線は、センサ２３及び２５の中心間の直線に垂直である。二つのセンサ２２及び２４は、一対のセンサとして用いることができ、二つのセンサ２３及び２５は、他の一対のセンサとして用いることができ、それゆえに、どのセンサも両方の対に共通ではない。

図３には、電極２０と同様の形態であり、キャリヤシート３１と、キャリヤシートに４つのセンサ３２、３３、３４、３５と、を有する第３の電極３０を示す。キャリヤシート３１は、円形輪郭を有する。更に、電極３０は、キャリヤシート３１に施された導電性ストリップ３６と、導電性ストリップ３６によって無線で送信されるべき外部装置からの信号を受信するための外部装置に導電性ストリップ３６を接続するための端子３７とを有し、次いで、導電性ストリップ３６は、以下にさらに説明するように、送信アンテナとして動作する。アンテナ３６及びコネクタ３７は、電極が患者に取り付けられる場合に、患者の皮膚に電気的に接触しないように絶縁される。アンテナは、図示したもの以外のいかなる他の適当な形式を有してもよい。

図４には、図１の電極１０と同様の形態の電極４０を示す。電極４０のキャリヤシート４１は、キャリヤシート４１の縁から延びる舌部４２を有する。キャリヤシート４１の導電体ストリップは、センサの各々から舌部まで延びていて、各導体の少なくとも端部分が暴露されて、電気的接触をセンサの各々に得ることができる。

また、図４には、電極４０の舌部４２を受けるためのスリット５１の形態の開口部を有する無線送信機５０を示す。送信機５０は、電極４０の舌部４２の各々のコンタクトとの電気接触を確立するためのコンタクト（図示しないがそのように知られている）を有する。

図５は、舌部４２をスリットに挿入した送信機５０の側面図であり、電極４０を、送信機の側面に近接して位置するように折り曲げ、好ましくは接着剤でそこに固定する。電極の暴露側は、電極を患者の皮膚に着脱可能に取り付けるための接着剤或いは他の適当な手段を有し、センサが皮膚に電気的に接触する。かくして、図示した形態では、電極４０及び送信機５０は、患者の皮膚に取り付けるのに適する。

図６には、図４の電極４０と同様の形態の電極６０を示す。しかしながら、シートは、シートの周囲に沿って延びていて且つ送信機５０に接続された更なる導体ストリップ６１を有し、その結果、導体ストリップ６１は、アンテナとして作用する導体ストリップ６１によって無線で送信されるべき送信機５０からの電気信号を受信することができる送信アンテナである。

図４及び図６の実施形態では、アンテナ導体ストリップ６１を含むキャリヤの導電体ストリップを絶縁して、電極が患者の皮膚に取り付けられるときに、患者の皮膚と電気的に接触しないようにする。

図７には、個々の無線送信機５０に接続された複数の電極と、送信機から送信された信号を受信する無線受信機７０と、を有するシステムを示す。電極及び送信機を所定の場所で患者の皮膚に取り付けることができる。送信機５０は、感知した電位を表す信号を送信し、受信機７０は、全ての送信機５０から送信された信号を受信する。

例えば、単一センサを有する従来のＥＣＧ電極を患者に取り付ける、医師或いは医療助手のような当業者は、患者の解剖学的構造に関して識別される所定の場所に電極を取り付ける。これらの場所は、同じ患者に対して行われた反復測定の比較及び異なる患者に対して行われた測定の比較を可能にする精度で決定される。同じ患者に対する反復測定は、例えば、測定間の短い間隔或いは長い間隔で行うことができ、また、違う要員によって行うこともできる。異なる患者に対して行われた測定は、例えば、統計的な目的に用いられる。高い診断価値を確保するために、電極を、毎回、所定の場所に高い精度で、即ち、患者の解剖学的構造に関して識別される処方限度内で且つ通常の技術者の精度で、取り付けることが重要である。

従って、本発明の電極は、単一センサを有する電極によって網羅することができる領域内にセンサが全てあるように十分小さい大きさを有し、単一センサが普通、患者の電位を感知するために用いられる。電極は、複数の電極を、いかなる電極も互いに重なり合うことなく、普通、電位を感知するために用いられるそれぞれの場所で患者の皮膚に取り付けうる大きさを有する。実際には、これは、センサが全て７０ｍｍ或いはそれ以下の直径を有する円の周囲内にあることを意味する。図１、図２、図４及び図６には、係る円が破線で示され、また図３の円形電極は、係る円の周囲内にある。

本発明の機能
オペレータは、本発明の電極を、単一センサ点を有する電極を取り付けるためにＥＣＧ装置のオペレータによって伝統的に選択される場所の各々に取り付ける。また、オペレータは、無線送信機が電極の一体部分でない場合には、無線送信機５０を電極に取り付ける。これは、図８に示されており、一つの場所が基準場所Ｒとして選択され、他の一つの場所が第１の場所Ａとして選択される。本発明の一形態による方法は、基準場所Ｒを参照して第１の場所Ａの電位を決定し或いは推定する方法を記述する。普通、電極を、いくつかの更なる場所に取り付けて、それらの場所での電位を、基準場所Ｒを参照して決定すべきであるが、説明を簡単にするために、一つの係る場所Ａだけを図８に示す。

例えば、標準ＥＣＧ測定の誘導Ｉの測定では、二つの電極を、即ち一つを右腕に、もう一つを左腕に、用いる。右腕の場所が上述した場所Ａであり、左腕の場所が上述した基準場所Ｒである。標準ＥＣＧ測定の誘導ＩＩの測定について、二つの電極を、一つを右腕（第１の場所Ａ）に、もう一つを左脚（基準場所Ｒ）に用いる。そして、誘導ＩＩＩの測定について、二つの電極を、一つを左腕（第１の場所Ａ）に、もう一つを左脚（基準場所Ｒ）に、再び用いる。

一度電極を身体に取り付けたならば、本発明による方法の第１の実施形態では、以下のことを第１の場所Ａで行う：
電位（ＶＡ_r）を第１の基準場所で感知し、
電位（ＶＡ_dirX）を第１の基準場所から第１の方向の場所で感知し、
第１の基準場所から第１の方向の場所の電位（ＶＡ_dirX）と第１の基準場所の電位（ＶＡ_r）との間の第１の電位差（ＶＡ_dirX）-（ＶＡ_r）を決定し、
第１の電位差を表す信号を送信し、電位（ＶＡ_dirY）を第１の基準場所から第２の方向の場所で感知し、
第１の基準場所から第２の方向の場所の電位（ＶＡ_dirY）と第１の基準照場所の電位（ＶＡ_r）との間の第２の電位差（ＶＡ_dirY）-（ＶＡ_r）を決定し、且つ
第２の電位差を表す信号を送信する。

更なる場所の各々及び基準場所Ｒで、相当する操作を行う。受信機は、送信された信号を受信し、且つ基準場所（Ｒ）に対する第１の場所（Ａ）の電位を、第１及び第２の電位差によって定められた第１のベクトルの大きさと第３及び第４の電位差によって定められた基準ベクトルの大きさとの間の差として決定する。

本発明の他の実施形態では、電極を、第１の場所での電極の線形独立方向が基準場所での電極の線形独立方向とほぼ同じであるように配置して且つ以下のことを第１の場所Ａで行う：
電位（ＶＡ_r）を第１の基準場所で感知し、
電位（ＶＡ_dirX）を第１の基準場所からＸ方向の場所で感知し、
第１の基準場所からＸ方向の場所の電位（ＶＡ_dirX）と第１の基準場所の電位（ＶＡ_r）との間の第１の電位差（ＶＡ_dirX）-（ＶＡ_r）を決定し、
第１の電位差を表す信号を送信し、電位（ＶＡ_dirY）を第１の基準場所からＹ方向の場所で感知し、
第１の基準場所からＹ方向の場所の電位（ＶＡ_dirY）と第１の基準場所の電位（ＶＡ_r）との間の第２の電位差（ＶＡ_dirY）-（ＶＡ_r）を決定し、且つ
第２の電位差を表す信号を送信する。

更なる場所の各々及び基準場所Ｒで、相当する操作を行う。受信機は、送信された信号を受信し、基準場所（Ｒ）に対する第１の場所（Ａ）の電位を、第１の電位差と第３の電位差との間の第１の差、及び第２の電位差と第４の電位差との間の第２の差の合計として決定する。

好ましい実施形態では無線送信が好ましいが、また電気導体による有線送信を用いてもよい。

図８は、既知の距離Ｄ_X及びＤ_Yの間隔を置いてそれぞれ配置された電極の二つのセンサ点間の差として生体電位を監視する本発明の基本概念を示す。これは、好ましくは互いに垂直な二つの線形独立方向Ｘ、Ｙで行われる。本発明の電極を、第１の場所Ａ及び基準場所Ｒにそれぞれ取り付ける。第１の場所Ａで各対のセンサの電位差を、局所基準電極（Ｖ_r）と方向電極（ＶＡ_dirX或いはＶＡ_dirY）の各々との間の電位差として測定して以下のようになる：

各々の対のセンサの中心を通る線によって定められた二つの線形独立方向が互いに垂直である場合、二次元の信号の長さ或いは大きさを次の式として計算することができる：

センサ点が電極の下を通過する信号の長さに関して互いにかなり離れている場合には、この大きさは、電極の下を通る信号の合計の大きさに比例する。更に、合計信号の大きさを、生理学的機能を識別するのに用いることができるばかりでなく、信号が発生された方向も、電極の場所に関して、例えば、信号が電極の方に移動するか或いは電極から離れるように且つどの方向に移動するかを、決定することができる。しかしながら、方向情報が用いられるべきであるならば、電極の配向が知られていることが重要である。

結果として得られた信号の合体の大きさ、例えば，二つの方向ベクトルの合計の長さは、移動する信号の方向に関する情報を有していない。３つの肢位置の各々に配置された電極によって測定されたベクトルの大きさから結果として得られるＥＣＧ誘導を計算する場合、結果は、従来のＥＣＧ誘導（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）の絶対値をシミュレートする。この特定な場合には、ベクトルの方向情報が用いられないところでは、本発明の電極の配向を知る必要がない。これは、電極を身体に取り付けるときに電極の適切な配向に対する必要条件を減じる。

信号の移動方向を知りたい場合には、本発明の電極の配向を知らなければならない。図４の電極４０は、電極の配向の可視表示として機能する舌部４２を備えているので、これに特に適する。次いで、電極を、舌部４２を所定の方向、例えば、上方或いは下方に延ばして配置することができる。他の場合には、電極は、身体の解剖学的部分に対する基準を含む可視表示手段を備えてもよい。例えば、電極は、身体図を備えてもよい。次いで、電極の配向を、電極を取り付ける患者の身体と同じように図式化した身体を向けるように、配置してもよい。このように、技術を有していない要員でも、失敗の可能性なしに、電極を適切に取り付けることが容易になる。

本発明の電極は、在来のＥＣＧ電極のように患者の皮膚の標準化された場所に配置される。電極は、ｘ及びｙ方向の信号を記録し且つ二つの信号を共通基準点と記録電極との間の差信号として、受信機に接続された監視装置に送信する。これは、在来のＲＦ技術或いはデジタル送信技術（例えば、ブルートゥース、ジグビー、ＷＩＦＩ、ＷＬＡＮ、等）或いは他の適当な無線送信手段を用いて無線で送信することができる局所的に参照される信号を出す。これは、通常の３誘導ＥＣＧ偏差を行うために各電極について２つの信号、従って３つの電極から６つの信号を出す。信号が送信された場合、信号を従来のＥＣＧ誘導に変換することができる。

感知した電位差を伝統的なＥＣＧ誘導（例えば、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ａＶＲ、ａＶＬ、ａＶＦ）に変換する基本的な２種類の方法は、以下に説明するように考えられる。第１の種類の方法は、ベクトルの大きさに基づく。しかしながら、この明細書に記述されたような電極に基づく標準ＥＣＧ誘導を推定する方法は、電位の方向情報を考慮に入れることによって改良することができることが解った。従って、第２の種類の方法は、測定した電位差のベクトルの個別のベクトル成分に基づく。第１の種類の方法では、センサの向きは、重要ではないが、第２の種類の方法では、センサの向きは、重要である。

１．各差の長さに基づく肢誘導
未処理信号長さに基づく方法：
例えば、

時間積分信号長さに基づく方法：
例えば、

時間積分ベクトルの大きさに基づく方法：
例えば、

２．差の方向の大きさに基づく肢誘導

電極の同じ向き／方向に基づく方法：
例えば、

電極の方向の大きさの積分に基づく方法：
例えば、

方向の大きさの平均フィルタリングに基づく方法：
例えば、

相当する計算は、他のＥＣＧ誘導ＩＩ、ＩＩＩ、ａＶＲ、ａＶＬ及びａＶＦの各々を得るために行うことができる。

上記の式の利得は、通常、ユニティ（１）に設定することができる。これは真実である、何故ならば、ほとんどの場合には、ＥＣＧ信号の実際の大きさが重要ではなく、関連するＥＣＧ信号の全体的な形状及びタイミングが重要だからである。従って、ほとんどの場合には、利得を無視することができる。

上記の異なる方法は、異なる状況で用いることができる。先に示したように、各電極のセンサの間隔は、測定される信号に影響を及ぼす。間隔の影響は、図９で見ることができる。間隔が信号の長さよりも大きい場合、二つのセンサ間の差の測定は、電極の下を通る実際の信号を的確に表す。間隔が信号の長さよりも大きいならば、二つのセンサ間の差の測定は、センサを通る信号の差になる。

信号の長さは、異なる身体の特性によって、異なる人により異なるので、信号を、異なる人について異なるように解釈すべきである。例えば、検査を受けている人が比較的速い信号を有するならば、センサの下を通る信号は、比較的短く且つ信号全体がセンサ間に適合する。この場合には、差信号は、センサの下の実際の信号を表す。この場合には、用いられた方法の種類は、瞬間信号に基づく種類である。しかしながら、検査される人が比較的遅い信号を有するならば、センサの下を通る信号は、比較的長く且つ信号の一部分だけがセンサ間に適合する。この場合には、電極によって測定された差は、導関数を更に表す。従って、この場合には、用いられる方法の種類は、積分を用いる種類になる。

ある場合には、異なる方法の組合せを用いるのがよいと考えられることがある。例えば、瞬間信号に基づく方法は、積分に基づく方法と組合せることがある。二つの計算は、多くの異なる方法で組合せることがある。一つの例は、瞬間信号（Ｓ_inst）に基づく方法からの結果と積分された信号（Ｓ_int）に基づく結果との線形組合せである。

この場合には、Ｋは０ないし１の間の定数である。積分されたデータがより重視される場合には、Ｋは小さい。瞬間データがより重視される場合には、Ｋは大きい。また、Ｋが時間の関数であると考えられることもあり、異なる信号を、時間の異なる点でより重く重み付ける。

特定の状況について最良の方法を選択する一つの方法は、上記方法で計算した結果として得られたＥＣＧ信号を、同時に記録された“実際”のＥＣＧ導関数と比較することである。例えば、この明細書による電極を、伝統的な電極と同様にある場所に取り付けることがある。伝統的な電極を、この明細書による電極によって測定された信号に基づき結果を計算するために用いた方法を“調整”するために用いることがある。本発明の方法により得られた肢誘導と伝統的な肢誘導との類似性の比較のために、同時記録の相関係数（ｒ_XY）を計算した。

相互相関関数：

相互共分散関数：

相関係数：

相関係数は、二つの線形従属信号間の類似性を評価するために用いることができる。一般的に言えば、相関係数は、信号が同じである場合には１に等しく、信号が互いに逆である場合には−１に等しい。相関係数は、かくして、類似性の尺度として用いることがある。

３つのセンサ及び個々のセンサとのボタン形接続を有する電極を示す図である。 図１におけるものと同様であるが、４つのセンサを有する電極を示す図である。 ４つのセンサ及びアンテナとして用いるための導体ストリップを有する図２におけるものと同様の電極を示す図である。 ３つのセンサ及び個々のセンサとのエッジ接続を有し、且つ無線送信機に接続可能なエッジコネクタを有する電極を示す図である。 図４の送信機に接続された電極を示す図である。 ４つのセンサ及びアンテナとして用いる導体ストリップを有し、且つ無線送信機に接続された、電極を示す図である。 個々の無線送信機に接続された複数の電極と送信機から伝送された信号を受信する受信機とを有するシステムを示す図である。 本発明の測定原理を説明する図である。 電極のセンサ点間の間隔を変化させる効果を説明する図である。

符号の説明

４０ 電極
４１ キャリヤシート
４２ 舌部
５０ 無線送信機
５１ スリット

Claims (23)

1. 少なくとも二つの使い捨て電極を含み、電極が動物或いは人間の皮膚の電位を感知するための種類のものである、一組の電極であって、少なくとも二つの使い捨て電極の各々が、
   キャリヤと、
   キャリヤによって支持され且つ各々の対のセンサの中心を通る線が少なくとも二つの線形独立方向を定めるように配置された少なくとも３つのセンサと、
   電極を動物或いは人間の皮膚に、センサを皮膚に電気的に接触させて、着脱可能に取り付けるための手段と、
   各々の感知した電位をセンサから外部装置に伝えるための外部装置との接続と、
   を含む、ことを特徴とする一組の電極。
2. 少なくとも二つの電極の各々のセンサは、動物或いは人間の電位を感知するために通常用いられる単一センサを有する電極により網羅することができる領域内に全てあることを特徴とする、請求項１に記載の一組の電極。
3. 少なくとも二つの電極の各々は、複数の電極を、電極のいずれもが互いに重なり合うことなく、電位を感知するために通常用いられる各々の場所で患者の皮膚に取り付ける大きさを有することを特徴とする、請求項１に記載の一組の電極。
4. 少なくとも二つの電極の各々のセンサは、７０ｍｍ或いはそれ以下の直径を有する円の周囲内に全て配置されることを特徴とする、請求項１に記載の一組の電極。
5. 少なくとも二つの電極の各々の少なくとも二つの線形独立方向は、互いに垂直であることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の一組の電極。
6. 少なくとも二つの電極の各々は、電極の所定の向きの可視表示を有することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の一組の電極。
7. 少なくとも二つの電極の各々の可視表示は、身体の解剖学的部分を参照することを特徴とする、請求項５に記載の一組の電極。
8. 請求項５或いは６に記載の一組の電極に適する電極。
9. 動物或いは人間の皮膚の所定の場所での電位を感知するためのシステムであって、
   請求項１ないし６のいずれか一項に記載の一組の電極と、
   電極の数に等しい数の無線送信機と、
   を含み、
   各送信機は、感知した電位をセンサから受信し且つ感知した電位に対応する信号を送信するようになっている、ことを特徴とするシステム。
10. 動物或いは人間の皮膚の所定の場所で電位を感知するための方法であって、
    請求項１ないし６のいずれか一項に記載の電極の組からの電極を、所定の場所の各々に、配置し、
    感知した電位をセンサから受信し且つ感知した電位を表す信号を送信するようになった無線送信機を電極の各々に接続し、
    各送信機から送信された信号を受信する、
    ことを含む、上記方法。
11. 動物或いは人間の皮膚の基準場所（Ｒ）に対して動物或いは人間の皮膚の第１の場所（Ａ）の電位を決定する方法であって、
    第１の場所（Ａ）及び基準場所（Ｒ）の各々に電極を取り付ける段階であり、各電極が各々の対のセンサの中心を通る線が二つの線形独立方向を定めるように配置された少なくとも３つのセンサを有する、上記段階と、
    各電極のセンサの各々で皮膚の電位を感知する段階と、
    各電極の対応する対のセンサで感知した対の電位間の少なくとも二つの差を表す信号を送信する段階と、
    送信された信号を受信する段階と、
    受信した信号に基づき第１の場所（Ａ）での電位を基準場所（Ｒ）に対して決定する段階と、
    を含む、上記方法。
12. 動物或いは人間の生体電界の瞬間振幅を表すパラメータを決定する段階を更に含む、請求項１０に記載の方法。
13. 動物或いは人間の生体電界の瞬間極性を表すパラメータを決定する段階を更に含む、請求項１０に記載の方法。
14. 動物或いは人間の生体電界の伝搬の瞬間方向を表すパラメータを決定する段階を更に含む、請求項１０に記載の方法。
15. 動物或いは人間の皮膚上の基準場所（Ｒ）に対して第１の場所（Ａ）での電位を決定する方法であって、
    請求項１ないし６のいずれか一項に記載の一組の電極からの電極を第１の場所（Ａ）及び基準場所（Ｒ）の各々に取り付ける段階を含み、
    第１の場所（Ａ）にて：
    第１の基準場所の電位（ＶＡ_r）を感知し、
    第１の基準場所から第１の方向の場所の電位（ＶＡ_dirX）を感知し、
    第１の基準場所から第１の方向の場所の電位（ＶＡ_dirX）と第１の基準場所の電位（ＶＡ_r）との間の第１の電位差（ＶＡ_dirX）−（ＶＡ_r）を決定し、
    第１の基準場所から第２の方向の場所の電位（ＶＡ_dirY）を感知し、
    第１の基準場所から第２の方向の場所の電位（ＶＡ_dirY）と第１の基準場所の電位（ＶＡ_r）との間の第２の電位差（ＶＡ_dirY）−（ＶＡ_r）を決定し、
    第１及び第２の電位差を表す信号を送信し、
    基準場所（Ｒ）にて：
    第２の基準場所の電位（ＶＲ_r）を感知し、
    第２の基準場所から第３の方向の場所の電位（ＶＲ_dirX）を感知し、
    第２の基準場所から第３の方向の場所の電位（ＶＲ_dirX）と第２の基準場所の電位（ＶＲ_r）との間の第３の電位差（ＶＲ_dirX）−（ＶＲ_r）を決定し、
    第２の基準場所から第４の方向の場所の電位（ＶＲ_dirY）を感知し、
    第２の基準場所から第４の方向の場所の電位（ＶＲ_dirY）と第２の基準場所の電位（ＶＲ_r）との間の第４の電位差（ＶＲ_dirY）−（ＶＲ_r）を決定し、
    第３及び第４の電位差を表す信号を送信し、
    送信された信号を受信し、
    第１、第２、第３、及び第４の電位差に基づいて基準場所（Ｒ）に対する第１の場所（Ａ）の電位を決定する、
    段階を含む、上記方法。
16. 基準場所（Ｒ）に対する第１の場所（Ａ）の電位は、瞬間の第１及び第２の電位差によって定義された第１のベクトルの大きさと瞬間の第３及び第４の電位差によって定義された基準ベクトルの大きさとの間の差に基づく、請求項１４に記載の方法。
17. 基準場所（Ｒ）に対する第１の場所（Ａ）の電位は、積分された第１及び第２の電位差によって定義された第１のベクトルの大きさと積分された第３及び第４の電位差によって定義された基準ベクトルの大きさとの間の差に基づく、請求項１４に記載の方法。
18. 基準場所（Ｒ）に対する第１の場所（Ａ）の電位は、瞬間の第１及び第２の電位差によって定義された第１のベクトルの積分された大きさと瞬間の第３及び第４の電位差によって定義された基準ベクルの積分された大きさとの間の差に基づく、請求項１４に記載の方法。
19. 第１の場所に配置された電極及び基準場所に配置された電極は、第１の場所（Ａ）の電極によって定義された二つの線形独立方向（Ｘ，Ｙ）が基準場所（Ｒ）の電極の二つの線形独立方向（Ｘ，Ｙ）とほぼ同じであるように向けられることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
20. 基準場所（Ｒ）に対する第１の場所（Ａ）の電位を、
    第１の電位差と第３の電位差との間の第１の差と、
    第２の電位差と第４の電位差との間の第２の差と、
    の合体として決定することを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
21. 基準場所（Ｒ）に対する第１の場所（Ａ）の電位を、
    第１の電位差の積分と第３の電位差の積分との間の第１の差と、
    第２の電位差の積分と第４の電位差の積分との間の第２の差と、
    の合体として決定することを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
22. 基準場所（Ｒ）に対する第１の場所（Ａ）の電位を、
    第１の電位差の移動平均と第３の電位差の移動平均との間の第１の差と、
    第２の電位差の移動平均と第４の電位差の移動平均との間の第２の差と、
    の合体として決定することを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
23. 請求項９ないし２１のいずれか一項に記載の方法の受信段階及び計算段階を行うマイクロプロセッサを含むシステム。

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