JP2011156194A

JP2011156194A - 心電計測装置

Info

Publication number: JP2011156194A
Application number: JP2010020973A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Miyasaka; 満宮坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2011-08-18

Abstract

【課題】無駄のない効率的なデータ処理による安定かつ精度の高い心電波形のＲ波検出を実現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、電極アレイ１０と、第２電極５２と、第３電極１２と、第一誘導による第１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波を基準タイミングとして、全ての第１電極１０ａ〜１０ｇについて、第３電極１２との電位を差動検出することによって第２心電波形のＲ波を計測する第２心電計測部と、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心電波形のＲ波を計測する第３心電計測部と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、心電計測装置に関するものである。

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。
また、心電信号取得のために測定時は装置を装着していない側の手で装置を触れることで第一誘導による心電信号の測定が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特表２００７−５０４９１７号公報特表２００２−１６５７６８号公報

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。
また、特許文献２では測定時には必ず両手を使う必要があり体の自由を奪われてしまう虞がある。

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。

［適用例１］生体の上腕に接触する複数の第１電極からなる電極アレイと、前記電極アレイが接触する前記上腕とは異なる手に接触する第２電極と、前記電極アレイの第１電極とは異なり、前記上腕に接触する第３電極と、前記第３電極と前記第２電極との電位を差動検出することによって第一誘導による第１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波を基準タイミングとして、前記電極アレイの全ての前記第１電極について、前記第３電極との電位を差動検出することによって前記生体の第２心電波形のＲ波を計測する第２心電計測部と、前記第２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３心電計測部と、を含むことを特徴とする心電計測装置。

これによれば、複数の電極の中から最適な電極の組合せを選ぶ際に、両手間の第一誘導による第１心電波形のＲ波のタイミングを用いることで、上腕の差動で取った第２心電波形のＲ波検出のための処理区間を限定できることからデータ処理を削減でき、誤検出を低減することができる。また、大振幅の両手間の第１心電波形のＲ波を検出タイミングに使えることで、正確なタイミングで検出処理をすることができ、無駄のない効率的なデータ処理による安定かつ精度の高い片腕側の差動で取った心電波形のＲ波検出を実現できる。

［適用例２］生体の上腕に接触する複数の第１電極からなる電極アレイと、前記電極アレイが接触する前記上腕とは異なる手に接触する第２電極と、前記電極アレイの第１電極とは異なり、前記上腕に接触する第３電極と、前記第３電極と前記第２電極との電位を差動検出することによって第一誘導による第１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波を基準タイミングとして、前記電極アレイ内の第１電極の組合せによる電位を差動検出することによって前記生体の第２心電波形のＲ波を計測する第２心電計測部と、前記第２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Ｒ波を計測した前記電極アレイ内の第１電極の組合せ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内の第１電極の組合せによる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３心電計測部と、を含むことを特徴とする心電計測装置。

［適用例３］生体の上腕に接触する複数の第１電極からなる電極アレイと、前記電極アレイが接触する前記上腕とは異なる手に接触する第２電極と、前記第２電極と前記電極アレイ内の第１電極との電位を差動検出することによって第一誘導による第１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波を基準タイミングとして、前記電極アレイ内の第１電極の組合せによる電位を差動検出することによって前記生体の第２心電波形のＲ波を計測する第２心電計測部と、前記第２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Ｒ波を計測した前記電極アレイ内の第１電極の組合せ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内の第１電極の組合せによる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３心電計測部と、を含むことを特徴とする心電計測装置。

［適用例４］上記心電計測装置であって、前記第２心電計測部は、前記第１心電波形のＲ波のタイミングを用いて、前記第２心電波形の計測のための処理区間を限定することを特徴とする心電計測装置。

これによれば、複数の電極の中から最適な電極の組合せを選ぶ際に、両手間の第１心電波形のＲ波と同じタイミングを用いることで、上腕の差動で取った第２心電波形のＲ波検出のための処理区間を容易に限定することができる。

［適用例５］上記心電計測装置であって、前記第２心電計測部は、前記電極アレイ内の第１電極の組合せによる電位の差動検出を同時に行うことを特徴とする心電計測装置。

これによれば、電極アレイ内の組合せを同時に取得して第一誘導による心電波形のＲ波のタイミングで処理することで、Ｒ波１波分で電極選択を完了させることができるので、複数の電極の中から最適な電極の組合せの選択を短時間で実行することができる。

［適用例６］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。

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。

［適用例７］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。

これによれば、差動増幅することで、安定して増幅することができる。

［適用例８］上記心電計測装置であって、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３電極とのどちらか一方の心電信号に切り替えるスイッチと、をさらに含むことを特徴とする心電計測装置。

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３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。

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。心電波形の時間的変化の正常波形を示した図。第１の実施形態に係る１つの局面による心電計測装置の装着場所を示した図。第１の実施形態に係る心電計測装置の断面を示した図。第１の実施形態に係る第１及び第２心電波形を示した図。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。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。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。第２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。第３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。第４の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。第５の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。

（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３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と、マルチプレクサー１４の一方の出力と電極Ｒ１２とのうち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、心電信号以外の不要な周波数成分を除去するフィルター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、電極Ｒ１２と差動で第一誘導による心電信号を取得するための第２電極としての電極Ｒ５２、第一誘導による心電信号を取得するための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５４、第一誘導による心電信号から不要な周波数成分を除去するフィルター５６、第一誘導による心電信号を必要な振幅レベルまで増幅する増幅部５８、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を制御する演算処理部２８で構成される。

電極アレイ１０は、人体（生体）Ａの上腕Ｂ（図３参照）に接触した複数の電極１０ａ〜１０ｇからなる。

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。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。電極１０ａ〜１０ｇはマルチプレクサー１４に接続されている。

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てもよい。電極Ｒ１２はスイッチ１８に接続されている。

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。

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及び演算処理部２８に接続されている。

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。

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。これによれば、差動増幅することで、安定して増幅することができる。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、及びフィルター２２に接続されている。

フィルター２２は、ＨＰＦ、ＬＰＦ、ＢＰＦ、ノッチなどを組み合わせて使用する。フィルター２２は、計装アンプ２０から供給された心電信号以外の不要な周波数成分を排除して増幅部２４に供給する。フィルター２２は、計装アンプ２０及び増幅部２４に接続されている。

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、フィルター２２及びＡ／Ｄ変換部２６に接続されている。

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演算処理部２８に供給する。Ａ／Ｄ変換部２６は、増幅部２４及び演算処理部２８に接続されている。

電極Ｒ５２は、電極アレイ１０の電極１０ａ〜１０ｇと電極Ｒ１２とは異なる電極である。電極Ｒ５２は、電極Ｒ１２が貼り付けられた上腕Ｂとは異なる手に貼り付けられる電極である。電極Ｒ５２は計装アンプ５４に接続されている。

計装アンプ５４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５４は、電極Ｒ１２と電極Ｒ５２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５４のゲインは例えば２１である。計装アンプ５４は、電極Ｒ１２、電極Ｒ５２、及びフィルター５６に接続されている。

フィルター５６は、ＨＰＦ、ＬＰＦ、ＢＰＦ、ノッチなどを組み合わせて使用する。フィルター５６は、計装アンプ５４から供給された第一誘導による心電信号以外の不要な周波数成分を排除して増幅部５８に供給する。フィルター５６は、計装アンプ５４及び増幅部５８に接続されている。

増幅部５８は、入力された第一誘導による心電信号を増幅する電子回路である。増幅部５８は、フィルター５６及びＡ／Ｄ変換部２６に接続されている。

演算処理部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。演算処理部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。演算処理部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。

本実施形態において、演算処理部２８では第１心電計測部、第２心電計測部、心電特定部、及び第３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。

第１心電計測部では、電極Ｒ５２と電極Ｒ１２との電位を計装アンプ２０で差動検出することによって人体Ａの第１心電波形のＲ波を計測している。第１心電波形は、第一誘導による心電波形である。第１心電計測部では、第一誘導による第１心電波形６４のＲ波振幅のピーク値を検出し、第１心電波形６４のＲ波のタイミングを取得している。

第２心電計測部では、第１心電計測部によるＲ波を基準タイミングとして、電極アレイ１０の全ての電極１０ａ〜１０ｇについて、電極Ｒ１２との電位を計装アンプ２０で差動検出することによって人体Ａの第２心電波形６０のＲ波を計測している。第２心電計測部では、第１心電波形６４のＲ波のタイミングを用いて、第２心電波形６０の計測のための処理区間を限定している。これによれば、複数の電極の中から最適な電極の組合せを選ぶ際に、両手間の第１心電波形６４のＲ波と同じタイミングを用いることで、上腕の差動で取った第２心電波形６０のＲ波検出のための処理区間を容易に限定することができる。

心電特定部では、第２心電計測部によって計測された各第２心電波形６０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。

第３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計装アンプ２０で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。

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、演算処理部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。

記憶部３８は、不揮発性メモリーを有しており、演算処理部２８の制御の下、演算処理部２８が生成したデータを記憶する。

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、演算処理部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演算処理部２８へ供給される。演算処理部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。

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。本実施形態では、上腕Ｂを円周上に一周覆うような電極アレイ１０を配置し、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波を計測できるようにする。

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。

図３は、正面図であり、本実施形態に係る１つの局面による心電計測装置の装着場所を示した図である。図４は、本実施形態に係る心電計測装置の断面を示した図である。本実施形態に係る心電計測装置２は、図３に示すように、弾性ストラップ６６を備える。

弾性ストラップ６６は、心電計測装置２を人体Ａの上腕Ｂに着脱自在に固定するために使用される。弾性ストラップ６６は絶縁物である。弾性ストラップ６６の一方の面に電極Ｒ１２と電極アレイ１０の電極１０ａ〜１０ｇとが配置される。弾性ストラップ６６に配置される電極Ｒ１２と電極アレイ１０の電極１０ａ〜１０ｇの電極面は、弾性ストラップ６６側とは反対側を向いている。弾性ストラップ６６の他方の面に電極Ｒ５２が配置される。弾性ストラップ６６に配置される電極Ｒ５２の電極面は、弾性ストラップ６６側とは反対側を向いている。

心電計測装置２は、人体Ａに装着されたとき、電極Ｒ１２と電極アレイ１０の電極１０ａ〜１０ｇとの電極面が装着した人体Ａの上腕Ｂの皮膚に接触している。電極Ｒ５２は、人体Ａの心電計測装置２を装着しない腕で接触できるように配置されている。例えば、図４に示すように、人体Ａの心電計測装置２を装着しない腕側の手Ｃの指で電極Ｒ５２に接触する。電極Ｒ１２と電極Ｒ５２との電位を差動検出することにより第１心電波形６４のＲ波が計測できる。また、電極アレイ１０の各電極１０ａ〜１０ｇと電極Ｒ１２との電位を差動検出することにより複数の第２心電波形６０のＲ波が計測できる。なお、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、配置してもよい。

図５は、本実施形態に係る第１及び第２心電波形６４，６０を示した図である。片腕での心電波形と第一誘導による心電波形を示した図５を用いて説明する。第２心電波形（片腕で得られる心電波形）６０は非常にノイジー（noisy）で、丸で囲んだ部分６２に存在する第２心電波形６０のＲ波を検出するのは非常に困難である。一方、第１心電波形（第一誘導による心電波形）６４はＲ波の振幅が非常に大きく取れることから、容易にピーク検出が可能である。例えば、正常ＱＲＳ時間は、１００ｍｓより小さいので、心拍間隔が１ｓ（秒）の場合、Ｅ（検出区間）は、心拍を中心として前後２００ｍｓ、Ｆ（非検出区間）は、８００ｍｓである。

そこで、第１心電波形６４のＲ波を同時に取得し、そのタイミングを使用して第２心電波形６０のＲ波を含む特定期間Ｅの中のデータだけを処理することで効率的かつ精度の高い検出を行うことができる。また第２心電波形６０の各Ｒ波間の区間（例えば、非検出区間Ｆ）におけるデータ処理は不必要であり、処理を減らせると共に誤検出の確率も低減できる。

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Ｒ１２の配置場所を示した図である。図６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第２心電波形６０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で計測した第２心電波形６０のＲ波の極性が電極１０ａで計測した第２心電波形６０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。

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。

図７及び図８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。まず、心電図を計測される被計測者（生体）Ａの左右どちらかの片腕（図３では左腕）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。

次に、人体Ａ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、演算処理部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。

次に、人体Ａが電極１０ａ〜１０ｇ、電極Ｒ１２が貼り付けられていない側の手Ｃ（図３では右手）で第一誘導による心電信号取得用の電極Ｒ５２に触れて、電極選択処理を開始する。

まず、電極Ｒ１２と電極Ｒ５２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５４で差動増幅される。計装アンプ５４で差動増幅された信号は、フィルター５６で高周波成分が除去された後、増幅部５８に入力される。増幅部５８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、演算処理部２８に入力される。

演算処理部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Ｒ１２と電極Ｒ５２とにおける電位の変化の波形、即ち心電図を求め、第一誘導による第１心電波形６４のＲ波振幅のピーク値を検出し、第１心電波形６４のＲ波のタイミングを取得する。また、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、演算処理部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。

一方、同時にマルチプレクサー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、フィルター２２で心電信号以外の不要な周波数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、演算処理部２８に入力される。

演算処理部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２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。具体的には、片腕側の差動で取った第２心電波形６０から、特定期間Ｅのデータに対して上述で得た信号タイミングを考慮して第２心電波形６０のＲ波検出の処理を行う。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との相関演算による相関値などを用いることができる。なお、演算処理部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。

次に、電極１０ａ〜１０ｇで計測された第２心電波形６０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８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。

具体的には、心電特定部で第２心電計測部によって計測された第２心電波形６０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。選択後は第一誘導による心電信号取得のために触れていた手Ｃを電極Ｒ５２から離して、以降は片腕のみの測定を行う。

次に、上記電極選択処理で選択された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。

本実施形態では、複数の電極の中から最適な電極の組合せを選ぶ際に、両手間の第一誘導による第１心電波形６４のＲ波のタイミングを用いることで、上腕の差動で取った第２心電波形６０のＲ波検出のための処理区間を限定できることからデータ処理を削減でき、誤検出を低減することができる。また、大振幅の両手間の第１心電波形６４のＲ波を検出タイミングに使えることで、正確なタイミングで検出処理をすることができ、無駄のない効率的なデータ処理による安定かつ精度の高い片腕側の差動で取った心電波形のＲ波検出を実現できる。

また、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。

以下に第１の実施形態の変形例及び他の実施形態について説明するが、これらの変形例及び実施形態において、第１の実施形態で説明したのと同様の構成については、同一の符号を付すこととし、その説明を省略する。

（変形例）
第１の実施形態では、電極アレイ１０内の各電極１０ａ〜１０ｇと電極Ｒ１２との組合せにより電極選択を行ったが、本変形例では、電極アレイ１０内の電極１０ａ〜１０ｇの組合せにより電極選択を行う。このとき、電極Ｒ１２と電極アレイ１０内の電極１０ａ〜１０ｇとの差動により信号を検出する第１の実施形態の場合は、スイッチ１８は電極Ｒ１２側へ接続されたが、電極アレイ１０内の電極１０ａ〜１０ｇの組合せの差動により信号を検出する本変形例の場合は、スイッチ１８はマルチプレクサー１４側に接続される。

また、第２心電計測部では、第１心電計測部によるＲ波を基準タイミングとして、電極アレイ１０内の電極１０ａ〜１０ｇの組合せによる電位を計装アンプ２０で差動検出することによって人体Ａの第２心電波形６０のＲ波を計測している。

心電特定部では、第２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Ｒ波を計測した電極アレイ１０内の電極の組合せを特定している。

第３心電計測部では、心電特定部で特定された電極アレイ１０内の電極の組合せによる電位を計装アンプ２０で差動検出することによって人体Ａの心電波形のＲ波を計測する。

（第２の実施形態）
図９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４は、電極Ｒ１２を電極アレイ１０の電極のひとつと共有する。例えば、図９に示すように、電極Ｒ１２を電極アレイ１０の電極１０ｇと共有する。

本実施形態に係る心電計測装置４は、電極アレイ１０の電極１０ａ〜１０ｇ間での２つの電極を選択する測定と、電極Ｒ１２と電極Ｒ５２とによる第一誘導測定をスイッチ１８とマルチプレクサー１４とＡ／Ｄ変換部２６とを制御することで時分割で測定する。時分割で処理することで両データのタイミングはサンプリング時間分だけ遅延してしまうことになるが、通常サンプリング時間は心電の周期とはオーダーが大きく異なることから無視してよいほどの差がある。あるいは、無視できるようなオーダーのサンプリング時間（クロック周波数）を設定すればよい。

第１心電計測部では、電極Ｒ５２と電極アレイ１０内の電極１０ｇとの電位を計装アンプ２０で差動検出することによって人体Ａの第１心電波形６４のＲ波を計測している。

本実施形態によれば、電極Ｒ１２を電極アレイ１０の電極のひとつと共有することで、電極Ｒ１２を単独で設ける場合に比べて、省スペース化に貢献できる。

（第３の実施形態）
図１０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６は、電極１０ａ〜１０ｃからなる電極アレイ１０、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２０ａ〜２０ｃ、心電信号以外の不要な周波数成分を除去するフィルター２２ａ〜２２ｃ、心電信号を必要な振幅レベルまで増幅する増幅部２４ａ〜２４ｃで構成される。本実施形態に係る心電計測装置６は、電極アレイ１０内の各電極１０ａ〜１０ｃと電極Ｒ１２との組合せによる第２心電波形６０及び第一誘導による第１心電波形６４を同時に取得する。

本実施形態によれば、電極アレイ１０内の各電極１０ａ〜１０ｃと電極Ｒ１２との組合せによる第２心電波形６０を同時に取得して、第一誘導による第１心電波形６４のＲ波のタイミングで処理することで、Ｒ波１波分で電極選択を完了させることができるので、複数の電極の中から最適な電極の組合せの選択を短時間で実行することができる。

（第４の実施形態）
図１１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８は、電極アレイ１０内の電極１０ａ〜１０ｃの組合せによる第２心電波形６０及び第一誘導による第１心電波形６４を同時に取得する。

本実施形態によれば、電極アレイ１０内の電極１０ａ〜１０ｃの組合せによる第２心電波形６０を同時に取得して、第一誘導による第１心電波形６４のＲ波のタイミングで処理することで、Ｒ波１波分で電極選択を完了させることができるので、複数の電極の中から最適な電極の組合せの選択を短時間で実行することができる。

（第５の実施形態）
図１２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９は、電極Ｒ１２を電極アレイ１０の電極のひとつと共有する。例えば、図１２に示すように、電極Ｒ１２を電極アレイ１０の電極１０ｃと共有する。

２，４，６，８，９…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３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…フィルター２４…増幅部２６…Ａ／Ｄ変換部２８…演算処理部３０…ＣＰＵ３２…ＲＯＭ３４…ＲＡＭ３６…表示部３８…記憶部４０…操作部５２…電極Ｒ（第２電極）５４…計装アンプ５６…フィルター５８…増幅部６０…第２心電波形６２…部分６４…第１心電波形６６…弾性ストラップ。

Claims

生体の上腕に接触する複数の第１電極からなる電極アレイと、
前記電極アレイが接触する前記上腕とは異なる手に接触する第２電極と、
前記電極アレイの第１電極とは異なり、前記上腕に接触する第３電極と、
前記第３電極と前記第２電極との電位を差動検出することによって第一誘導による第１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波を基準タイミングとして、前記電極アレイの全ての前記第１電極について、前記第３電極との電位を差動検出することによって前記生体の第２心電波形のＲ波を計測する第２心電計測部と、
前記第２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３心電計測部と、
を含むことを特徴とする心電計測装置。
生体の上腕に接触する複数の第１電極からなる電極アレイと、
前記電極アレイが接触する前記上腕とは異なる手に接触する第２電極と、
前記電極アレイの第１電極とは異なり、前記上腕に接触する第３電極と、
前記第３電極と前記第２電極との電位を差動検出することによって第一誘導による第１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波を基準タイミングとして、前記電極アレイ内の第１電極の組合せによる電位を差動検出することによって前記生体の第２心電波形のＲ波を計測する第２心電計測部と、
前記第２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Ｒ波を計測した前記電極アレイ内の第１電極の組合せ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内の第１電極の組合せによる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３心電計測部と、
を含むことを特徴とする心電計測装置。
生体の上腕に接触する複数の第１電極からなる電極アレイと、
前記電極アレイが接触する前記上腕とは異なる手に接触する第２電極と、
前記第２電極と前記電極アレイ内の第１電極との電位を差動検出することによって第一誘導による第１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波を基準タイミングとして、前記電極アレイ内の第１電極の組合せによる電位を差動検出することによって前記生体の第２心電波形のＲ波を計測する第２心電計測部と、
前記第２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Ｒ波を計測した前記電極アレイ内の第１電極の組合せ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内の第１電極の組合せによる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３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、
前記第２心電計測部は、前記第１心電波形のＲ波のタイミングを用いて、前記第２心電波形の計測のための処理区間を限定することを特徴とする心電計測装置。
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、
前記第２心電計測部は、前記電極アレイ内の第１電極の組合せによる電位の差動検出を同時に行うことを特徴とする心電計測装置。
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、
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１〜６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７に記載の心電計測装置において、
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３電極とのどちらか一方の心電信号に切り替えるスイッチと、
をさらに含むことを特徴とする心電計測装置。