JP2012065757A - Cardiac potential sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、人体または動物等の心電位の検出を行う心電位センサに関するものである。 The present invention relates to a cardiac potential sensor that detects a cardiac potential of, for example, a human body or an animal.
従来の心電位センサについて、図10、11を用いて説明する。図10において、心電位を検出するための心電位検出電極31aと共通電極31bとがフィルタ回路32に接続されている。心電位検出電極31aは、たとえば、図11にみるように、人体の頭部、特に額等にヘアバンド33等によって固定され、共通電極31bは腕、特に手首に腕時計のようにして固定されて使用される。以上のように、頭部と腕とに固定された両電極間において、心電位信号が検出される。心電位検出電極31aと共通電極31bとによって検出された心電位信号は、フィルタ回路32で、商用電源や高周波雑音等が除去され、増幅回路34で増幅されたあと、演算回路35に入力される。
A conventional electrocardiographic sensor will be described with reference to FIGS. In FIG. 10, a cardiac
一方、図10に示すように、筋電位を検出するための筋電位検出電極31cと、共通電極31bとは、フィルタ回路36に接続されている。筋電位検出電極31cは、心電位検出電極31aと共通電極31bとの間の部位、たとえば、図11の例のように、肘や、あるいは、腕の付け根の部分に、ベルトや粘着テープ等で固定される。そして、この筋電位検出電極31cと共通電極31bとによって、筋電位検出電極31cと共通電極31bとが固定されている腕の運動に伴う筋電位の波形信号が検出される。
On the other hand, as shown in FIG. 10, the myoelectric
筋電位検出電極31cと共通電極31bとによって検出された筋電位の波形信号は、先の心電位の波形信号と同様に、フィルタ回路36で、商用電源や高周波雑音等が除去され、増幅回路37で増幅されたあと、演算回路35に入力される。
The myoelectric potential waveform signal detected by the myoelectric
演算回路35において、心電位検出電極31aと共通電極31bとによって検出された心電位信号と、筋電位検出電極31cと共通電極31bとによって検出された筋電位信号との同相成分が除去される。
In the
上記の従来の心電位センサにおいて、心電位検出電極31aと共通電極31bとによって検出された心電位信号に重畳されている筋電位信号は、心電位検出電極31aが固定されている頭部の筋繊維の電位と、共通電極31bが固定されている手首の筋繊維の部位の電位との電位差の時間変化である。それに対し、筋電位検出電極31cと共通電極31bとによって検出される筋電位信号は、筋電位検出電極31cが固定されている肘の筋繊維の電位と、共通電極31bが固定されている手首の筋繊維の電位との電位差の時間変化である。故に、心電位検出電極31aと共通電極31bとによって検出される心電位信号に重畳されている筋電位信号と、筋電位検出電極31cと共通電極31bとによって検出される筋電位信号とは、検出対象の筋繊維が異なる為、異なったものとなっている。
In the conventional electrocardiographic sensor described above, the myoelectric potential signal superimposed on the electrocardiographic signal detected by the
これにより、演算回路35において、心電位信号中に含まれる筋電位信号が精度良く除去できないという課題を有していた。
As a result, the
そこで、本発明の心電位センサは、心電位信号に含まれている筋電位信号を精度良く除去することを目的とする。 Therefore, an object of the electrocardiographic sensor of the present invention is to accurately remove a myoelectric potential signal contained in an electrocardiographic signal.
この目的を達成するために、本発明の心電位センサは、1つの運動ニューロンに支配されている筋繊維群Aに近接した部位に配置された第1電極と、筋繊維群Aの神経支配帯から、第1電極と神経支配帯との間隔だけ離れた筋繊維群Aに近接した部位に配置された第2電極と、第1電極と第2電極とで検出された信号がそれぞれ入力される信号処理部とを有し、信号処理部は第1電極で検出された信号と第2電極で検出された信号との差を算出する。 In order to achieve this object, the electrocardiographic sensor of the present invention includes a first electrode disposed in a region close to the muscle fiber group A controlled by one motor neuron, and the innervation zone of the muscle fiber group A. To the second electrode disposed in the region close to the muscle fiber group A separated by the distance between the first electrode and the innervation zone, and the signals detected by the first electrode and the second electrode, respectively. A signal processing unit, and the signal processing unit calculates a difference between the signal detected by the first electrode and the signal detected by the second electrode.
本発明の心電位センサは、第1電極と第2電極とが共に同一の筋繊維群に近接して配置されており、信号処理部において第1電極で検出される信号と第2電極において検出される信号の差を算出することで心電位信号を得ている。一方、筋電位信号は、運動ニューロンから伝達されてきた信号が神経支配帯へ到達した後、筋繊維群の長さ方向のほぼ中間に存在する神経支配帯から筋繊維の両端に向かって伝搬する脱分極が基となり生じる。故に、神経支配帯からの距離が同じ部位に発生する筋電位は、ほぼ同電位となる。本発明の心電位センサの第1電極と第2電極とは、それぞれ、神経支配帯からの距離が等間隔となるように配置されているため、それぞれの電極において検出される筋電位は近似した値のものとなる。故に、第1電極で検出される信号と第2電極において検出される信号の差を算出することで得られた心電位信号には、筋電位信号が重畳されにくく、精度の高い心電位信号を検出する事が可能となる。更に、2つの電極のみで精度の高い心電位信号を検出できる為、被験者への負担も軽減できる。 In the electrocardiographic sensor of the present invention, both the first electrode and the second electrode are arranged close to the same muscle fiber group, and the signal detected by the first electrode and the second electrode are detected by the signal processing unit. The electrocardiographic signal is obtained by calculating the difference between the signals to be transmitted. On the other hand, after the signal transmitted from the motor neuron reaches the innervation zone, the myoelectric signal propagates from the innervation zone that exists in the middle of the length direction of the muscle fiber group toward both ends of the muscle fiber. It occurs based on depolarization. Therefore, the myoelectric potential generated at the same distance from the innervation zone is almost the same potential. Since the first electrode and the second electrode of the electrocardiographic sensor of the present invention are arranged so that the distance from the innervation zone is equal, the myoelectric potential detected at each electrode is approximated. Of value. Therefore, the myoelectric potential signal is difficult to be superimposed on the electrocardiographic signal obtained by calculating the difference between the signal detected at the first electrode and the signal detected at the second electrode, and a highly accurate electrocardiographic signal is It becomes possible to detect. Furthermore, since a highly accurate electrocardiographic signal can be detected using only two electrodes, the burden on the subject can be reduced.
(実施の形態1)
以下、実施の形態1に係る本発明の心電位センサについて、図1を用いて説明する。図1は、実施の形態1に係る心電位センサのブロック図である。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the electrocardiographic sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram of an electrocardiographic sensor according to the first embodiment.
図1において、実施の形態1に係る本発明の心電位センサ10は、脊髄8の中にある1つの運動ニューロン1に支配されている筋繊維群2に近接した皮膚7の表面に配置された第1電極3と、この第1電極3と筋繊維群2の神経支配帯4との間隔だけ、神経支配帯4から離れた筋繊維群2に近接した皮膚7の表面で且つ、第1電極3が配置された部位以外の位置に配置された第2電極5と、第1電極3および第2電極5が検出する電位の基準となるグランド電極9と、第1電極3と第2電極5とで検出された信号がそれぞれ入力される信号処理部6とを有する。
In FIG. 1, the
この心電位センサ10が心電位信号を検出する方法を以下に説明する。心臓の鼓動により発生した心電位は体内を伝わり、グランド電極9を基準電位として、第2電極5よりも心臓により近い位置に配置された第1電極3により検出される。次にこの心電位が同様にグランド電極9を基準電位として、第1電極3に比較して心臓よりも遠い位置に配置された第2電極5により検出される。この間に心電位は減衰しており、第1電極3により検出される心電位信号と、第2電極5により検出される心電位信号の差を算出することにより、例えば図2に示すような心電位信号を得ている。逆に、第2電極5の方が第1電極3に比較して心臓に近い位置に配置されていても、同様に図2のような心電位信号が検出される。
A method for detecting the cardiac potential signal by the cardiac
一方、心電位センサ10が配置された筋繊維群2が活動した際には、第1電極3および第2電極5により、グランド電極9を基準電位とした筋電位が検出される。筋電位信号は、運動ニューロン1から伝達されてきた信号が神経支配帯4へ到達した後、筋繊維群2の長さ方向のほぼ中間に存在する神経支配帯4から筋繊維の両端に向かって伝搬する脱分極が基となり生じる。故に、神経支配帯4からの距離が同じ部位に発生する筋電位は、ほぼ同電位となる。
On the other hand, when the
本発明の心電位センサ10の第1電極3と第2電極5とは、それぞれ、神経支配帯4からの距離が等間隔となるように配置されているため、それぞれの電極において検出される筋電位は近似した値のものとなる。故に、第1電極3で検出される信号と第2電極5において検出される信号の差を算出することで得られた心電位信号には、運動時においても筋電位信号が重畳されにくく、精度の高い心電位信号を検出する事が可能となる。更に、2つの電極のみで精度の高い心電位信号を検出できる為、被験者への負担も軽減できる。また、同一の筋繊維群2に全ての電極が配置されるため、図11に示した従来の心電位センサのように配線が長くならず、小型化および低コスト化が可能となる。
Since the
尚、前記グランド電極9は基準電位を決定するためのものであるため、第1電極3および第2電極5と同一の筋繊維群2上に配置される必要は無く、身体の一部に触れていれば良い。また、第1電極3または第2電極5より検出された筋電位信号のうち少なくとも一方を信号処理部6において、その振幅を調整しても良い。これにより、両電極より検出される筋電位信号の振幅を同程度にそろえることができ、信号処理部6において、これら2つの信号の差を算出後に筋電位信号波形が重畳されにくくなり、より精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。
Since the
(実施の形態2)
以下、実施の形態2に係る本発明の心電位センサについて、図3を用いて説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the electrocardiographic sensor of the present invention according to
図3は、実施の形態2に係る心電位センサのブロック図であり、実施の形態1と同様の部位については同符号を付し、説明は省略する。 FIG. 3 is a block diagram of the electrocardiographic sensor according to the second embodiment. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
第1a電極11と第2電極5、および、第1b電極12と第2電極5は、それぞれ図3に示すように、同一の筋繊維群2に近接した状態で、皮膚7の表面に配置される。また、グランド電極9は身体上の一部に接触される。これにより実施の形態1に記載の原理により、第1a電極11と第2電極5、および、第1b電極12と第2電極5のそれぞれから、心電位信号が検出される。また、それと同時に、各電極が近接して配置された筋繊維群2の活動時には、筋電位信号が検出される。信号処理部6において、それぞれの電極からの信号の差を算出することにより、心電位信号に筋電位信号が重畳された波形が得られる。ここで、第1a電極11と第2電極5とで検出された信号の差を算出することにより得られる信号を第1信号と呼び、第1b電極12と第2電極5で検出された信号の差を算出することにより得られる信号を第2信号と呼ぶこととする。この時、第1信号の筋電位信号と第2信号の筋電位信号との信号レベルを比較し、より信号レベルの小さい方の信号を選択することにより、精度の高い心電位信号を検出する事が可能となる。例えば、第1信号に重畳されている筋電位信号と第2信号に重畳されている筋電位信号との信号レベルを比較した際、第1信号の筋電位信号の方が小さかった場合には、神経支配帯4と第1a電極11との間隔が、神経支配帯4と第1b電極12との間隔よりも、神経支配帯4と第2電極5との間隔に近かったと言える。
The first a
ここで、信号レベルとは信号の大きさであり、信号の振幅値または電力値または一定時間の積分値、平均値などを指す。尚、第1信号または第2信号から筋電位信号を抽出する事が困難な場合には、第1信号そのものの振幅値または電力値の一定時間の平均値と第2信号そのものの振幅値または電力値の一定時間の平均値とを比較することにより、信号レベルの小さい方を選択してもよい。一般的に、心電位信号と比較して、筋電位信号の振幅値の方が大きくなるため、心電位信号に筋電位信号が重畳された第1信号及び第2信号に着目しても、概ね精度良くノイズ成分として重畳されてくる筋電位信号の小さい電極を選択することができる。 Here, the signal level is the magnitude of the signal, and refers to the amplitude value or power value of the signal, the integral value for a certain time, the average value, or the like. When it is difficult to extract a myoelectric potential signal from the first signal or the second signal, the average value of the amplitude value or power value of the first signal itself over a certain period of time and the amplitude value or power of the second signal itself The smaller signal level may be selected by comparing the average value over a certain period of time. In general, since the amplitude value of the myoelectric potential signal is larger than that of the electrocardiographic signal, even if attention is paid to the first signal and the second signal in which the myoelectric potential signal is superimposed on the electrocardiographic signal, An electrode with a small myoelectric potential signal superimposed as a noise component with high accuracy can be selected.
このような構成により、実施の形態1の心電位センサのように、神経支配帯からの距離が、第1電極3と、第2電極5との場合で概ね一致するように、被験者等が意識して、それら電極3、5を配置する必要がなくなるため、心電位センサの取り付け容易性を向上させることができる。更に、被験者が運動等を行う事により電極5、11、12がずれた場合にも、再度、筋電位信号波形の信号レベルが小さい方を選択することにより、精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。また、同一の筋繊維群2に全ての電極が配置されるため、図11に示した従来の心電位センサのように配線が長くならず、小型化および低コスト化が可能となる。
With such a configuration, the subject or the like is conscious so that the distance from the innervation zone is approximately the same in the case of the
また、信号処理部6が第1信号と第2信号との信号レベルを比較し、第1信号のレベルが小さい場合には、所定期間の間、第2信号を算出することを停止する構成としてもよい。この場合、被験者の運動等により電極5、11、12の貼り付け位置が変化しない限り、第1信号に重畳されている筋電位信号の方が第2信号に重畳されている筋電位信号よりも小さくなるため、電極5、11、12の貼り付け位置が変化しないと予想される所定間隔の期間においては、第2信号を算出する必要はない。これにより、心電位センサの消費電力を低減する事ができる。同様に、信号処理部6が第1信号と第2信号との信号レベルを比較し、第2信号のレベルが小さい場合には、所定期間の間、第1信号を算出することを停止する構成としてもよい。これにより、心電位センサの消費電力の増加を抑えることが可能となる。
In addition, the
尚、実施の形態2では、実施の形態1における第1電極3を2つの電極である第1a電極11、第1b電極12に置き換えた構成として示したが、第2電極5側またはその両方が2つ以上の複数電極であってもかまわない。これにより、被験者等が神経支配帯からの各電極の距離をより意識せずに各電極を配置することができる。
In the second embodiment, the
(実施の形態3)
以下、実施の形態3に係る本発明の心電位センサについて、図4を用いて説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, the electrocardiographic sensor of the present invention according to
図4は、実施の形態3に係る心電位センサのブロック図であり、実施の形態1と同様の部位については同符号を付し、説明は省略する。第1電極3と第2電極5は、それぞれ図4に示すように同一筋繊維群2に近接した皮膚7の表面に配置される。また、グランド電極9は身体上の一部に接触される。
FIG. 4 is a block diagram of the electrocardiographic sensor according to the third embodiment. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The
実施の形態1において記載した動作原理により、第1電極3と第2電極5から心電位信号が検出され、それと同時に電極3、5の近接配置された筋繊維群2の活動時には筋電位信号が検出される。心電位信号は信号処理部6においてそれぞれの電極からの信号の差を算出することにより得られる。一方、第1電極3および第2電極5から検出される筋電位信号は、第1電極3と第2電極5との神経支配帯4からの間隔が異なる等の原因により、どちらかの位相が遅れていることがある。
According to the operation principle described in the first embodiment, an electrocardiogram signal is detected from the
ここで、実施の形態3に係る心電位センサの信号処理部6は、第1電極3で検出された信号と第2電極で検出された信号との少なくとも一方の位相を調整する位相調整部13を有している。位相調整部13により両筋電位信号の位相をそろえることにより、両筋電位信号は近似した筋電位信号となる。これらを信号処理部6により差を算出することにより、運動時においても筋電位信号が重畳されにくく、精度の高い心電位信号を検出する事が可能となる。
Here, the
このような構成により、神経支配帯4から第1電極3、第2電極5の位置を正確に配置する必要がなくなるため、心電位センサの取り付けの際に利便性が向上する。更に、電極3、5がずれた場合にも、再度、位相調整部13により筋電位信号の位相を調整することにより、精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。また、同一の筋繊維群2に全ての電極3、5が配置されるため、図11に示した従来の心電位センサのように配線が長くならず、小型化および低コスト化が可能となる。また、第1電極3または第2電極5より検出された筋電位信号のうち少なくとも一方の振幅値を、信号処理部6において調整し、両電極より検出される筋電位信号の振幅を同程度にそろえることにより、差の算出後に筋電位信号が重畳されにくくなり、より精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。
With such a configuration, it is not necessary to accurately position the
(実施の形態4)
以下、実施の形態4に係る本発明の心電位センサについて、図5を用いて説明する。
(Embodiment 4)
Hereinafter, the electrocardiographic sensor of the present invention according to
図5は、実施の形態4に係る心電位センサのブロック図であり、実施の形態1と同様の部位については同符号を付し、説明は省略する。第1電極3と第2電極5はそれぞれ図5に示すように同一筋繊維群2に近接して皮膚7の表面に配置される。第3電極14は、筋繊維群2に近接した皮膚7の表面で、且つ、神経支配帯4から、第1電極3と神経支配帯4との間隔だけ離れた位置に配置される。第1電極3と第2電極5との距離は、第2電極5と第3電極14との距離よりも長くなるように、それぞれの電極3、5、14は皮膚7の表面に配置されている。
FIG. 5 is a block diagram of the electrocardiographic sensor according to the fourth embodiment. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The
グランド電極9は身体上の一部に接触される。信号処理部6は第1信号処理部15と第2信号処理部16とを備え、第1電極3と第2電極5とは第1信号処理部15に接続され、第3電極14と第2電極5は第2信号処理部16に接続される。
The
第1信号処理部15は第1電極3と第2電極5より検出された信号の差を算出し第3信号を得る。第2信号処理部16は第3電極14と第2電極5より検出された信号の差を算出し第4信号を得る。
The first
まず、第3信号に関して、第1信号処理部15が実施の形態1に記載の原理により、第1電極3と第2電極5から心電位信号を検出し、それと同時に、電極3、5の配置された筋繊維群2の活動時には、心電位信号に重畳された筋電位信号をも検出することで得られる。具体的には、第3信号は、第1信号処理部15において、電極3、5でそれぞれ得られた信号の差を算出することにより得られ、第3信号には、心電位信号と、それに重畳された筋電位信号が含まれている。心電位信号に筋電位信号が重畳された第3信号の波形の一例を図6aへ示す。
First, regarding the third signal, the first
次に、第4信号に関しても、第1信号処理部15と同様に、実施の形態1に記載の原理により、第2信号処理部16が第3電極14での検出信号と第2電極5での検出信号との差を算出することで得られる。ただ、第3電極14と第2電極5との間隔は、第1電極3と第2電極5との間隔よりも狭くなるように配置されているため、電極5、14の間での心電位信号の減衰は、電極3、5の間での心電位信号の減衰に比べて小さくなる。その結果、第4信号に含まれている心電位信号のレベルは、第3信号に含まれている心電位信号のレベルよりも小さいものとなる。
Next, with respect to the fourth signal as well as the first
一方、第3電極14と第2電極5とが近接配置された筋繊維群2の活動時には、第3電極14と第2電極5のそれぞれから筋電位が検出され、第2信号処理部16により電極5、14の検出信号の差を算出することにより、第4信号には筋電位信号が重畳される。この第2信号処理部16より得られる筋電位信号は、第3電極14から神経支配帯4までの距離と、第1電極3から神経支配帯4までの距離とが略等しいことから、第1信号処理部15において算出される第3信号中の筋電位信号と略近似したものとなる。ゆえに、第2信号処理部16により得られる第4信号の一例は図6bのようになる。ここで、信号処理部6において、更に、第3信号と第4信号の差を算出することにより、図7のように、筋電位信号が減衰された心電位信号を得ることができる。このように運動時においても筋電位信号が重畳されにくく、精度の高い心電位信号を検出する事が可能となる。更に、同一の筋繊維群2に全ての電極3、5、14が配置されるため配線が長くならず、小型化および低コスト化が可能となる。尚、第1電極3と第2電極5との距離を、第2電極5と第3電極14との距離よりも長くすることにより、心電位波形を検出する電極間距離を広げることができるため、検出できる心電位信号を大きくすることができる。
On the other hand, during the activity of the
尚、図5については、第1電極3と第2電極5との間隔が、第3電極14と第2電極5との間隔よりも長いが、これに限る必要はなく、第1電極3と第2電極5との間隔と、第3電極14と第2電極5との間隔とが異なっていれば、重畳される筋電位信号が減衰された心電位信号を得ることができる。第1電極3と第2電極5との間隔と、第3電極14と第2電極5との間隔とが異なっていれば、第1電極3と第2電極5との間の心電位信号の減衰量と、第3電極14と第2電極5との間の心電位信号の減衰量とが異なる為である。
In FIG. 5, the distance between the
また、同一の筋繊維群2に全ての電極3、5、14が配置されるため、図11に示した従来の心電位センサのように配線が長くならず、小型化および低コスト化が可能となる。また、第1電極3または第2電極5または第3電極14より検出された筋電位信号のうち少なくとも一つの信号の振幅値を、信号処理部6において調整し、各電極3、5、14より検出される筋電位信号の振幅を同程度にそろえることにより、差の算出後に筋電位信号が重畳されにくくなり、より精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。
In addition, since all the
(実施の形態5)
以下、実施の形態5に係る本発明の心電位センサについて、図8を用いて説明する。
(Embodiment 5)
Hereinafter, the electrocardiographic sensor of the present invention according to
図8は、実施の形態5に係る心電位センサのブロック図であり、実施の形態4と同様の部位については同符号を付し、説明は省略する。 FIG. 8 is a block diagram of the electrocardiographic sensor according to the fifth embodiment. The same parts as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
第1電極3と第2電極5と第3a電極17と第3b電極18とはそれぞれ図8に示すように同一筋繊維群2に近接して皮膚7の表面に配置される。第1電極3と第2電極5の間隔は、第2電極5と第3a電極17との間隔及び第2電極5と第3b電極18との間隔よりも長い。
The
また、グランド電極9は身体上の一部に接触される。第1電極3と第2電極5は第1信号処理部15に接続され、第3a電極17と第3b電極18と第2電極5は第2信号処理部16に接続される。
The
第1信号処理部15は第1電極3と第2電極5とで検出された信号の差を算出して第3信号を得る。第2信号処理部16は第3a電極17と第2電極5とで検出された信号の差を算出して第4a信号を得、第3b電極18と第2電極5とで検出された信号の差を算出し第4b信号を得る。
The first
第1電極3と第2電極5とが近接配置されている筋繊維群2の活動時には、実施の形態1に記載の原理により、第3信号は心電位信号に筋電位信号が重畳されたものとなる。
In the activity of the
同様に、第4a信号、第4b信号に関しても、実施の形態1に記載の原理により、心電位信号に筋電位信号が重畳されたものとなる。ただ、第3a電極17と第2電極5との間隔および第3b電極18と第2電極5との間隔は、第1電極3と第2電極5との間隔よりも狭い為、電極5、17の間、及び、電極5、18の間での心電位信号の減衰量は、電極3、5の間の心電位信号の減衰量と比較して小さくなる。よって、第4a信号及び第4b信号中の心電位信号のレベルは、第3信号中の心電位信号のレベルよりも小さいものとなる。
Similarly, regarding the 4a signal and the 4b signal, the myoelectric potential signal is superimposed on the cardiac potential signal according to the principle described in the first embodiment. However, since the distance between the
一方、電極3、5、17、18が近接配置された筋繊維群2の活動時には、第3a電極17と第3b電極18と第2電極5とからそれぞれ筋電位が検出され、第2信号処理部16により電極5、17と電極5、18の差をそれぞれ算出することにより、電極5、17の間の筋電位信号と電極5、18の間の筋電位信号とが得られる。
On the other hand, during the activity of the
ここで、例えば、第3a電極17から神経支配帯4までの距離又は第3b電極18から神経支配帯4までの距離の内どちらか一方の距離が、第1電極3から神経支配帯4までの距離と等しい場合、第3信号中の筋電位信号のレベルと第4a信号中又は第4b信号中の筋電位信号のレベルとが略近似したものとなる。つまり、第3a電極17から神経支配帯4までの距離又は第3b電極18から神経支配帯4までの距離の内、第1電極3から神経支配帯4までの距離に近い方を選択することにより、第1信号処理部15にて得られる筋電位信号のレベルと第2信号処理部16にて得られる筋電位信号のレベルとを近づける事ができる。
Here, for example, either the distance from the
次に、信号処理部6において、第3信号と第4a信号の差を算出することにより筋電位信号が減衰された第5a信号が得られ、同様に第3信号と第4b信号の差を算出することにより筋電位信号が減衰された第5b信号が得られる。この時、第5a信号の筋電位信号と第5b信号の筋電位信号との信号レベルを比較し、より信号レベルの小さい方の信号を選択することにより、精度の高い心電位信号を検出する事が可能となる。この作業は、上述した第3a電極17から神経支配帯4までの距離又は第3b電極18から神経支配帯4までの距離の内、第1電極3から神経支配帯4までの距離に近い方を選択する作業と等価である。
Next, the
ここで、信号レベルとは信号の大きさであり、信号の振幅値または電力値または一定時間の積分値、平均値等を指す。このような構成により、図5に示した実施の形態4の心電位センサのように、神経支配帯4からの距離が概ね一致するように第1電極3、第3電極14を配置する必要がなくなるため、心電位センサの取り付けの際の利便性が向上する。更に、電極3、5、17、18がずれた場合にも、再度、第5a信号と第5b信号に重畳された筋電位信号の信号レベルが小さい方を選択することにより、精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。また、同一の筋繊維群2に全ての電極が配置されるため配線が長くならず、小型化および低コスト化が可能となる。また、信号処理部6が第5a信号と第5b信号とを比較した際に第5a信号のレベルが小さい場合には、所定期間の間、第5b信号を算出することを停止する構成としても良い。この場合、被験者の運動等により電極3、5、17、18の貼り付け位置が変化しない限り、第5a信号に重畳されている筋電位信号の方が第2信号に重畳されている筋電位信号よりも小さくなるため、電極3、5、17、18の貼り付け位置が変化しないと予想される所定期間中においては、第5b信号を算出する必要はない。これにより、心電位センサの消費電力を低減する事ができる。同様に、信号処理部6が第5a信号と第5b信号との信号レベルを比較し、第5b信号のレベルが小さい場合には、所定期間の間、第5a信号を算出することを停止する構成としてもよい。これにより、心電位センサの消費電力の増加を抑えることが可能となる。
Here, the signal level is the magnitude of the signal, and indicates an amplitude value or power value of the signal, an integral value for a certain time, an average value, or the like. With such a configuration, it is necessary to arrange the
尚、図8においては、第1電極3と第2電極5との間隔が、第3a電極17と第2電極5との間隔及び第3b電極18と第2電極5との間隔よりも長いが、これに限る必要はなく、第1電極3と第2電極5との間隔と、第3a電極17と第2電極5との間隔と、第3b電極18と第2電極5との間隔とが異なっていれば、結果として重畳される筋電位信号が減衰された心電位信号を得ることができる。第1電極3と第2電極5との間隔と、第3a電極17と第2電極5との間隔と、第3b電極18と第2電極5との間隔とが異なっていれば、第1電極3と第2電極5との間の心電位信号の減衰量と、第3a電極17と第2電極5との間の心電位信号の減衰量と、第3b電極18と第2電極5との間の心電位信号の減衰量とが異なる為である。
In FIG. 8, the distance between the
また、同一の筋繊維群2に全ての電極3、5、17、18が配置されるため、図11に示した従来の心電位センサのように配線が長くならず、小型化および低コスト化が可能となる。また、第1電極3または第2電極5または第3a電極17または第3b電極18より検出された筋電位信号のうち少なくとも一つの信号の振幅値を、信号処理部6において調整し、各電極3、5、17、18より検出される筋電位信号の振幅を同程度にそろえることにより、差の算出後に筋電位信号が重畳されにくくなり、より精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。
In addition, since all the
(実施の形態6)
以下、実施の形態6に係る本発明の心電位センサについて、図9を用いて説明する。
(Embodiment 6)
Hereinafter, the electrocardiographic sensor of the present invention according to
図9は、実施の形態6に係る心電位センサのブロック図であり、実施の形態4と同様の部位については同符号を付し、説明は省略する。 FIG. 9 is a block diagram of the electrocardiographic sensor according to the sixth embodiment. The same parts as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
第1電極3と第2電極5および第3電極14とは、それぞれ図8に示すように同一筋繊維群2に近接して皮膚7の表面に配置される。第1電極3と第2電極5との間隔は、第2電極5と第3電極14との間隔よりも長い。また、グランド電極9は身体上の一部に接触される。第1電極3と第2電極5は第1信号処理部15に接続され、第3電極14と第2電極5は第2信号処理部16に接続される。第1信号処理部15は第1電極3と第2電極5より検出された信号のうち少なくとも一方を第1位相調整部により位相を調整した後、差を算出し第3信号を得る。第2信号処理部16は第3電極14と第2電極5より検出された信号のうち少なくとも一方を第2位相調整部により位相を調整した後、差を算出し第4信号を得る。
The
電極3、5、14が近接配置されている筋繊維群2の活動時には、実施の形態1に記載の原理に基づき、第3信号は筋電位信号の重畳された心電位信号となる。同様に、第4信号も筋電位信号の重畳された心電位信号となる。ただ、第3電極14と第2電極5との間隔は第1電極3と第2電極5との間隔よりも狭いため、電極5、14の間での心電位信号の減衰量は電極3、5の間での心電位信号の減衰量と比較して小さくなる。その結果、第3信号中の心電位信号の信号レベルに対し、第4信号中の心電位信号の信号レベルは小さくなる。
Based on the principle described in the first embodiment, the third signal becomes an electrocardiographic signal on which the myoelectric potential signal is superimposed when the
一方、電極3、5、14が近接配置された筋繊維群2の活動時には、第3電極14と第2電極5それぞれから筋電位が検出され、第2信号処理部16により差を算出することにより筋電位信号が得られる。この第2信号処理部16より得られる筋電位信号は、第3電極14から神経支配帯4までの距離と第1電極3から神経支配帯4までの距離とが等しければ、第1信号処理部15より得られる筋電位信号と近似する事となる。しかし、第3電極14から神経支配帯4までの距離と第1電極3から神経支配帯4までの距離とが等しくなるように電極3、5、14を配置する事ができない場合には、電極3、14で検出される筋電位に位相差が生じてしまい、第1信号処理部15と第2信号処理部16とで得られる筋電位信号に差が生じてしまう。そこで、実施の形態6に係る心電位センサは、第1信号処理部15に第1位相調整部19を、第2信号処理部16に第2位相調整部20をそれぞれ備えており、それらの位相調整部19、20の少なくとも一方を用いて第3信号と第4信号の少なくとも一方の筋電位信号の位相をそろえる事ができる。その後、信号処理部6において、第3信号と第4信号の差を算出することにより、筋電位信号が精度良く減衰でき、高品質な心電位信号が得られる。このような構成により、神経支配帯4からの距離が第1電極3、第2電極5とで一致するように意識して配置する必要がなくなるため、心電位センサの取り付けの際に利便性が向上する。更に、センサがずれた場合にも、再度、第1位相調整部19、第2位相調整部20の少なくとも一方により筋電位信号の位相を調整することにより、精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。
On the other hand, myoelectric potential is detected from each of the
尚、図9においては、第1電極3と第2電極5との間隔が、第3電極14と第2電極5との間隔よりも長いが、これに限る必要はなく、第1電極3と第2電極5との間隔と、第3電極14と第2電極5との間隔とが異なっていれば、結果として、重畳される筋電位信号が減衰された心電位信号を得ることができる。第1電極3と第2電極5との間隔と、第3電極14と第2電極5との間隔とが異なっていれば、第1電極3と第2電極5との間の心電位信号の減衰量と、第3電極14と第2電極5との間の心電位信号の減衰量とが異なる為である。
In FIG. 9, the distance between the
また、同一の筋繊維群2に全ての電極3、5、14が配置されるため、図11に示した従来の心電位センサのように配線が長くならず、小型化および低コスト化が可能となる。また、第1電極3または第2電極5または第3電極14より検出された筋電位信号のうち少なくとも一つの信号の振幅値を、信号処理部6において調整し、各電極3、5、14より検出される筋電位信号の振幅を同程度にそろえることにより、差の算出後に筋電位信号が重畳されにくくなり、より精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。
In addition, since all the
尚、本発明における心電位センサにおいて、各電極と信号処理部とを電気的に接続する各信号線の長さが、概ね同一長となるように構成されてもよい。これにより、各電極と信号処理部とを接続する各信号線における移相量を均一化することができ、精度の高い心電位信号を算出することができる。 In the electrocardiographic sensor according to the present invention, the length of each signal line that electrically connects each electrode and the signal processing unit may be substantially the same. Thereby, the amount of phase shift in each signal line connecting each electrode and the signal processing unit can be made uniform, and a highly accurate electrocardiographic signal can be calculated.
以上のように、本発明の心電位センサは、心電位信号に対する筋電位信号の重畳が少ない為、運動時等の身体を動かしている期間における心電位信号を検出する機器には最適である。 As described above, the electrocardiogram sensor of the present invention is optimal for a device that detects an electrocardiogram signal during a period in which the body is moving, such as during exercise, because the myoelectric signal is not superimposed on the electrocardiogram signal.
1 運動ニューロン
2 筋繊維群
3 第1電極
4 神経支配帯
5 第2電極
6 信号処理部
7 皮膚
8 脊髄
9 グランド電極
10 心電位センサ
11 第1a電極
12 第1b電極
13 位相調整部
14 第3電極
15 第1信号処理部
16 第2信号処理部
17 第3a電極
18 第3b電極
19 第1位相調整部
20 第2位相調整部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記筋繊維群の神経支配帯から、前記第1電極と前記神経支配帯との間隔だけ離れた前記筋繊維群に近接した部位に配置された第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極とで検出された信号がそれぞれ入力される信号処理部とを有し、
前記信号処理部は前記第1電極で検出された信号と前記第2電極で検出された信号との差を算出する心電位センサ。 A first electrode disposed at a site close to a group of muscle fibers controlled by one motor neuron;
A second electrode disposed at a site close to the muscle fiber group separated from the innervation band of the muscle fiber group by an interval between the first electrode and the innervation band;
A signal processing unit to which signals detected by the first electrode and the second electrode are respectively input;
The signal processing unit is a cardiac potential sensor that calculates a difference between a signal detected by the first electrode and a signal detected by the second electrode.
前記筋繊維群に近接した部位であると共に、前記第1a電極、前記第1b電極の配置されていない部位に配置された第2電極と、
前記第1a電極、前記第1b電極、及び前記第2電極で検出された信号が入力される信号処理部とを有し、
前記信号処理部では、前記第1a電極で検出された信号と前記第2電極で検出された信号との差を算出すると共に、前記第1b電極で検出された信号と前記第2電極で検出された信号との差を算出する心電位センサ。 A 1a electrode, a 1b electrode, spaced apart from each other at a site close to a group of muscle fibers controlled by one motor neuron;
And a second electrode disposed in a region where the muscle fiber group is close to the first a electrode and the first b electrode,
A signal processing unit to which signals detected by the first a electrode, the first b electrode, and the second electrode are input;
The signal processing unit calculates a difference between the signal detected at the first electrode and the signal detected at the second electrode, and is detected by the signal detected at the first electrode and the second electrode. An electrocardiographic sensor that calculates the difference from the measured signal.
前記第1a電極で検出された信号と前記第2電極で検出された信号との差を算出して得られた第1信号と、
前記第1b電極で検出された信号と前記第2電極で検出された信号との差を算出して得られた第2信号との信号レベルの大きさを比較し、
前記第1信号の信号レベルの方が小さい場合には、所定期間の間、前記第2信号を算出することを停止すると共に、
前記第2信号の信号レベルの方が小さい場合には、所定期間の間、前記第1信号を算出することを停止する請求項2に記載の心電位センサ。 The signal processing unit
A first signal obtained by calculating a difference between the signal detected by the first electrode and the signal detected by the second electrode;
Comparing the magnitude of the signal level of the second signal obtained by calculating the difference between the signal detected by the first b electrode and the signal detected by the second electrode;
When the signal level of the first signal is lower, the calculation of the second signal is stopped for a predetermined period,
The electrocardiographic sensor according to claim 2, wherein when the signal level of the second signal is smaller, the calculation of the first signal is stopped for a predetermined period.
前記筋繊維群に近接した部位であると共に、前記第1電極の配置されていない部位に配置された第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極とで検出された信号がそれぞれ入力される信号処理部とを有し、
前記信号処理部は、前記第1電極で検出された信号と前記第2電極で検出された信号との少なくとも一方の信号の位相を調整した後、前記第1電極で検出された信号と前記第2電極で検出された信号との差を算出する心電位センサ。 A first electrode disposed at a site close to a group of muscle fibers controlled by one motor neuron;
A second electrode disposed in a region close to the muscle fiber group and not disposed in the first electrode;
A signal processing unit to which signals detected by the first electrode and the second electrode are respectively input;
The signal processing unit adjusts the phase of at least one of the signal detected by the first electrode and the signal detected by the second electrode, and then adjusts the signal detected by the first electrode and the first signal. An electrocardiographic sensor that calculates a difference from a signal detected by two electrodes.
前記筋繊維群に近接して配置された第2電極と、
前記筋繊維群の神経支配帯から、前記第1電極と前記神経支配帯との間隔だけ離れた前記筋繊維群に近接した部位で、且つ、前記第2電極からの距離が、前記第1電極と前記第2電極の間隔と異なるように配置された第3電極と、
前記第1電極と前記第2電極と前記第3電極とで検出された信号がそれぞれ入力される信号処理部とを有し、
前記信号処理部は、
前記第1電極で検出された信号と前記第2電極で検出された信号との差を算出して第3信号を得ると共に、
前記第2電極で検出された信号と前記第3電極で検出された信号との差を算出して第4信号を得、
前記第3信号と前記第4信号との差を算出する心電位センサ。 A first electrode disposed at a site close to a group of muscle fibers controlled by one motor neuron;
A second electrode disposed in proximity to the muscle fiber group;
A portion close to the muscle fiber group that is separated from the innervation zone of the muscle fiber group by an interval between the first electrode and the innervation zone, and the distance from the second electrode is the first electrode. And a third electrode disposed different from the interval between the second electrodes,
A signal processing unit to which signals detected by the first electrode, the second electrode, and the third electrode are respectively input;
The signal processing unit
Calculating the difference between the signal detected at the first electrode and the signal detected at the second electrode to obtain a third signal;
Calculating the difference between the signal detected at the second electrode and the signal detected at the third electrode to obtain a fourth signal;
An electrocardiographic sensor that calculates a difference between the third signal and the fourth signal.
前記第1電極、前記第2電極、前記第3a電極、及び前記第3b電極において検出された信号がそれぞれ入力される信号処理部とを有し、
前記信号処理部は、
前記第1電極で検出された信号と前記第2電極で検出された信号との差を算出して第3信号を得、
前記第2電極で検出された信号と前記第3a電極で検出された信号との差を算出して第4a信号を得ると共に、
前記第2電極で検出された信号と前記第3b電極で検出された信号との差を算出して第4b信号を得、
前記第3信号と前記第4a信号との差、及び、前記第3信号と前記第4b信号との差を算出する心電位センサ。 A first electrode, a second electrode, a 3a electrode, and a 3b electrode that are spaced apart from each other in a region close to a group of muscle fibers controlled by one motor neuron;
A signal processing unit to which signals detected at the first electrode, the second electrode, the 3a electrode, and the 3b electrode are input,
The signal processing unit
Calculating the difference between the signal detected at the first electrode and the signal detected at the second electrode to obtain a third signal;
Calculating the difference between the signal detected at the second electrode and the signal detected at the 3a electrode to obtain a 4a signal;
Calculating the difference between the signal detected at the second electrode and the signal detected at the 3b electrode to obtain a 4b signal;
An electrocardiographic sensor that calculates a difference between the third signal and the 4a signal and a difference between the third signal and the 4b signal.
前記第3信号と前記第4a信号との差を算出することで得られた第5a信号と、
前記第3信号と前記第4b信号との差を算出することで得られた第5b信号との信号レベルの大きさを比較し、
前記第5a信号の信号レベルの方が小さい場合には、所定期間の間、前記第5b信号を算出することを停止すると共に、
前記第5b信号の信号レベルの方が小さい場合には、所定期間の間、前記第5a信号を算出することを停止する請求項8に記載の心電位センサ。 The signal processing unit
A 5a signal obtained by calculating a difference between the 3rd signal and the 4a signal;
Comparing the magnitude of the signal level with the 5b signal obtained by calculating the difference between the third signal and the 4b signal;
When the signal level of the 5a signal is lower, the calculation of the 5b signal is stopped for a predetermined period, and
9. The electrocardiographic sensor according to claim 8, wherein when the signal level of the 5b signal is lower, the calculation of the 5a signal is stopped for a predetermined period.
前記筋繊維群に近接して配置され、且つ、前記第2電極からの距離が、前記第1電極と前記第2電極との距離と異なるように配置された第3電極と、
前記第1電極、前記第2電極、及び前記第3電極で検出された信号がそれぞれ入力される信号処理部とを有し、
前記信号処理部は、
前記第1電極で検出された信号と前記第2電極で検出された信号との少なくとも一方の信号の位相を調整した後、前記第1電極で検出された信号と前記第2電極で検出された信号との差を算出して第3信号を得ると共に、
前記第2電極で検出された信号と前記第3電極で検出された信号との少なくとも一方の信号の位相を調整した後、前記第2電極で検出された信号と前記第3電極で検出された信号との差を算出して第4信号を得、
前記第3信号と前記第4信号との差を算出する心電位センサ。 A first electrode and a second electrode that are spaced apart from each other at a site close to a group of muscle fibers controlled by one motor neuron;
A third electrode disposed close to the muscle fiber group and disposed such that a distance from the second electrode is different from a distance between the first electrode and the second electrode;
A signal processing unit to which signals detected by the first electrode, the second electrode, and the third electrode are respectively input;
The signal processing unit
After adjusting the phase of at least one of the signal detected at the first electrode and the signal detected at the second electrode, the signal detected at the first electrode and the signal detected at the second electrode Calculating the difference from the signal to obtain a third signal,
After adjusting the phase of at least one of the signal detected by the second electrode and the signal detected by the third electrode, the signal detected by the second electrode and the signal detected by the third electrode Calculate the difference from the signal to obtain the fourth signal,
An electrocardiographic sensor that calculates a difference between the third signal and the fourth signal.
前記第3信号と前記第4信号とを算出する請求項7または請求項10に記載の心電位センサ。 The signal processing unit adjusts the amplitude of at least one of the signal detected by the first electrode, the signal detected by the second electrode, and the signal detected by the third electrode,
The electrocardiographic sensor according to claim 7 or 10, wherein the third signal and the fourth signal are calculated.
前記グランド電極で検出された信号を前記信号処理部のグランド電位として使用する請求項1、請求項2、請求項4、請求項6、請求項8、請求項10のいずれか1つの請求項に記載の心電位センサ。 Having a ground electrode placed on the body,
The signal detected by the ground electrode is used as a ground potential of the signal processing unit, according to any one of claims 1, 2, 4, 6, 8, and 10. The described electrocardiographic sensor.
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WO2013161729A1 (en) * | 2012-04-25 | 2013-10-31 | 株式会社村田製作所 | Electrocardiographic signal measurement device and electrocardiographic signal measurement method |
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2010
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