JP2015134114A - 生体電極アダプタおよびそれを用いる生体電気信号取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 生体電気信号取得装置が生体電極に対応した動作モードを自動設定することを可能にする生体電極アダプタをおよびそれを用いる生体電気信号取得装置を提供する。
【解決手段】 予め定められた生体電気信号を取得するための生体電極を心電計などの生体電気信号取得装置と接続するための生体電極アダプタである。生体電極アダプタは、例えば生体電気信号取得装置と接続するコネクタが有する特定のピンの電圧などにより、生体電極アダプタの識別情報を生体電気信号取得装置に提供するように構成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は生体電極を生体電気信号取得装置に接続するための生体電極アダプタおよびそれを用いる生体電気信号取得装置に関する。

従来、心電図を代表とする生体電気信号は、診断に有用な情報として広く用いられている。生体電気信号の取得には、体表面に装着する生体電極が必要である。そして、生体電極には、取得する生体電気信号の種類や、取得環境、取得期間などに応じて様々な形態のものが存在する。

例えば、心電図を取得するための生体電極においても、取得する誘導の種類や数に応じて様々な種類が存在する。例えば、標準１２誘導の測定には１０個の電極が必要であるが、一般的なホルタ心電計で取得する２ｃｈの誘導を取得する電極では電極数も減少する。また、１つの電極を兼用して複数の誘導を取得したりする場合など、誘導数が同じでも電極数が異なる場合もある。

また、電極数以外にも、防水性の有無や使い捨て型か否かといった機能上の違いや、電極を装置に取り付けるためのコネクタ部分の形状といった、接続部の物理的な形状の違いや配線の違いも存在する。

一方で、生体電気信号取得装置は、１つの装置で多種の生体電気信号取得に対応したものが一般的である。しかし、様々なコネクタ形状の生体電極を接続可能にするために、可能性のある全てのコネクタを装置に設けることはコストの上昇を招く上、装置の小型化の妨げとなる。従って、生体電気信号取得装置には少ない種類（例えば１つ）のコネクタを設け、生体電極の接続部の物理的な形状等の差異を生体電気信号取得装置が有するコネクタの物理的・電気的な仕様に変換する生体電極アダプタ（中間ケーブルや中継コードとも呼ばれる）が用いられている（特許文献１）。

特開２００７−４４２０８号公報

生体電極アダプタを用いることにより、様々な種類の電極を生体電気信号取得装置に接続することができるようになる。しかし、接続されている電極に適合した動作モードを生体電気信号取得装置に設定しないと、正しく生体電気信号を取得することができない場合がある。

例えば、生体電極が有する電極部の少なくとも１つが兼用されている場合、生体電気信号取得装置がそれを認識して動作しないと、必要な生体電気信号を取得することができない。例えば、ホルタ心電計に用いる、２ｃｈの双極誘導波形を取得するための心電図検査用電極は、５つの電極を有するもの（５電極タイプ）と、４つの電極を有するもの（４電極タイプ）がある。

５電極タイプでは５つの電極から１ｃｈ＋，１ｃｈ−，２ｃｈ＋，２ｃｈ−，Ｎの５つの生体電気信号が得られる。一方、４電極タイプでは４つの電極から例えば１ｃｈ＋，１ｃｈ−／２ｃｈ−，２ｃｈ＋，Ｎの４つの生体電気信号が得られる。この場合、１ｃｈ−／２ｃｈ−の生体電気信号を取得する電極は、２つのチャンネルの誘導波形の生成に兼用される兼用電極となる。４電極タイプは５電極タイプに対して電極が１つ少なくて済むため、コスト面で有利なほか、被検者に取り付ける電極数が少ないので、被検者の負担を軽減できるという点でも有利である。一方、兼用電極が存在するため、各チャンネルで観察可能な心臓の方向が５電極タイプよりも制限される。

従来、４電極タイプのような兼用電極を有する生体電極に対応した生体電気信号取得装置では、兼用電極を有する生体電極用の動作モードと、兼用電極を有さない生体電極用の動作モードを有しており、接続した生体電極に合わせて動作モードを設定する必要があった。そして、この動作モード設定は、使用者が手動で行う必要があったため、設定を忘れたり誤ったりする場合があった。正しい動作モードが設定されないと、正しい生体電気信号の取得ができないため、正しい動作モードを設定して再度計測する必要があり、使い勝手の面で改善の余地があった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、生体電気信号取得装置が生体電極に対応した動作モードを自動設定することを可能にする生体電極アダプタをおよびそれを用いる生体電気信号取得装置を提供することを目的とする。

上述の目的は、予め定められた生体電気信号を取得するための生体電極を生体電気信号取得装置と接続するための生体電極アダプタであって、生体電極が接続される第１の接続部と、生体電気信号取得装置に接続される第２の接続部と、を有し、第２の接続部は、生体電極アダプタの識別情報を生体電気信号取得装置に提供することを特徴とする生体電極アダプタによって達成される。

このような構成により、本発明によれば、生体電気信号取得装置が生体電極に対応した動作モードを自動設定することを可能にする生体電極アダプタをおよびそれを用いる生体電気信号取得装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る生体電極アダプタおよび生体電気信号取得装置の外観例と、生体電極の例とを模式的に示す図である。 実施形態に係る生体電気信号取得装置の一例としてのホルタ心電計の機能構成例を示すブロック図である。 実施形態に係る心電図検査用電極、生体電極アダプタ、ホルタ心電計の電気的な接続関係の例を模式的に示す図である。 実施形態に係るホルタ心電計の動作モード設定処理動作を説明するためのフローチャートである。 別の実施形態に係る生体電極、生体電極アダプタ、生体電気信号取得装置の電気的な接続関係の例を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明の例示的な実施形態について詳細に説明する。なお、以下では、予め定められた生体電気信号の一例としての心電図（心電波形）を取得するための生体電極である心電図検査用電極を、生体電気信号取得装置の一例としてのホルタ心電計に接続するための生体電極アダプタに、本発明を適用した実施形態を説明する。本発明は心電図検査用電極のように電極数や得られる信号の数が異なる生体電極を生体電気信号取得装置に接続するための生体電極アダプタにおいて特に有用であるが、他の生体電気信号を取得するための生体電極と生体電気信号取得装置とを接続するための生体電極アダプタや生体電気信号取得装置にも適用可能である。

図１（ａ）は、生体電極アダプタ１１を装着したホルタ心電計１００の外観例を示す斜視図、図１（ｂ）は生体電極アダプタ１１のホルタ心電計１００側の外観例を示す斜視図、図１（ｃ）はホルタ心電計１００の生体電極アダプタ装着部分の構成例を示す側面図である。図１（ａ）にはさらに、本実施形態で使用可能な複数の種類の心電図検査用電極の例として、５電極タイプ（第１のタイプ）の生体電極１２Ａと、４電極タイプ（第２のタイプ）の生体電極１２Ｂの構成を模式的に示している。

生体電極アダプタ１１は、生体電極１２Ａおよび１２Ｂが有するコネクタ１２１を接続可能なコネクタ１１０（第１の接続部）と、ホルタ心電計１００のセンサ用Ｉ／Ｆ１０（図２）が有するコネクタ１０ａに接続可能なコネクタ１１２（第２の接続部）とを有する。コネクタ１１２は雌型のコネクタ１０ａに対応する雄型のコネクタであり、端子１０ｃに対応する１０本のピン１１６と、先端部分がロック穴１０ｂに対応する断面形状を有するロックピン１１７とを有する。ロックピン１１７はロックレバー１１５の操作によって回転し、ロック位置ではロック穴１０ｂと向きが挿入時と直交することで生体電極アダプタ１１の不用意な脱落を防止している。

生体電極１２Ａは５つの電極部１２２を、生体電極１２Ｂは４つの電極部１２３をそれぞれ有する。各電極部１２２，１２３は、コネクタ１２１とリード線部を通じて電気的および機械的に接続されている。コネクタ１２１は、少なくとも各電極部１２２，１２３で得られる生体電気信号を出力する。

図２は、ホルタ心電計１００の機能構成例を示すブロック図である。
図２において、ＣＰＵ１はＲＯＭ２に格納されている制御プログラムをＲＡＭ３に読み出して実行することにより、ホルタ心電計全体の制御を司る。ＲＯＭ２はＣＰＵ１が実行するプログラムや、メニュー画面などを表示するためのＧＵＩデータ、ユーザ設定データ、初期設定データなど、処理に必要なパラメータ等を記憶する不揮発性メモリであり、少なくとも一部が書き換え可能であってよい。ＲＡＭ３はＣＰＵ１が実行するプログラムを展開する領域や、変数やデータ等の一時記憶領域として用いられる。メモリカード４は生体電極から入力される生体電気信号そのもの、もしくは生体電気信号を処理することで得られる別の生体電気信号やデータをディジタルデータの形式で記憶する記憶装置である。メモリカード４は、カードスロット５に対して着脱可能に装着される。

表示部６は例えば液晶表示装置である。操作部８は電源のオン、オフや測定の開始、停止、各種イベント入力などを行ったり、各種の設定を行なったりするためのスイッチ、ボタンなどからなる。操作部８は表示部６に設けられたタッチパネルを含んでもよい。

また、アナログ−ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）９は生体電極から入力されるアナログ生体電気信号をディジタル生体電気信号に変換する。センサ用Ｉ／Ｆ１０は、生体電極アダプタ１１を接続して生体電極からの生体電気信号を取得するためのインターフェースであり、図１（ｂ）に示したコネクタ１０ａを有する。なお、センサ用Ｉ／Ｆ１０には生体電極アダプタ１１以外にも、ＳｐＯ_２（動脈血酸素飽和度）センサや血圧・脈波測定用のカフなどを接続可能なコネクタを備えてもよい。
通信インターフェース２０は例えばホストコンピュータやプリンタ等の外部機器４０と通信を行うための通信インターフェースであり、有線および／または無線通信規格に準拠した構成を有する。

このような構成を有するホルタ心電計を用いて例えば心電図（誘導波形）の取得及び記録を行う場合、被検者の体表面の所定の位置に生体電極１２の電極部１２２，１２３を取り付け、コネクタ１２１を生体電極アダプタ１１のコネクタ１１０に接続する。また、生体電極アダプタ１１のコネクタ１１２をセンサ用Ｉ／Ｆ１０のコネクタ１０ａに接続する。

例えば操作部８の操作によって電源が投入されると、ＣＰＵ１は初期化処理など、生体電気信号の取得を開始する前のタイミングで、心電波形を取得するための動作モードの設定処理を行ことができる。本実施形態においては、センサ用Ｉ／Ｆ１０に接続されている生体電極アダプタ１１から得られる情報であって、生体電極アダプタ１１が出力する生体電気信号の数を表す情報に基づいて、対応する動作モードを自動的に設定することを特徴とする。この動作モード設定処理の詳細については図４を用いて後述する。

また、ＣＰＵ１は必要に応じて、生体電気信号の記録動作の開始前に、日時や、被検者を特定可能な情報（例えば患者ＩＤなど）を、ユーザに設定させるための入力画面などを表示してもよい。そして、例えば操作部８からの記録開始指示の入力や、電源投入時からの所定時間経過などに応じて、ＣＰＵ１は生体電気信号の記録動作を開始する。なお、生体電気信号の取得自体は、記録処理の開始前から実行されてよい。例えば、表示部６に現在の動作モードに応じた波形表示を行うことで、動作モードの設定が正しく行われているかどうかを波形表示からユーザが確認することを可能にする。
なお、生体電気信号の記録動作は本発明と直接関係がなく、また従来と同様であってよいため、これ以上の説明は省略する。

図３は、実施形態に係る心電図検査用電極、生体電極アダプタ、ホルタ心電計の電気的な接続関係の例を模式的に示す図である。本実施形態の生体電極アダプタ１１は、接続されるホルタ心電計１００が、生体電極アダプタ１１の種類もしくは生体電極アダプタ１１がコネクタ１１２を通じて供給する生体電気信号の数を認識することを可能にする識別情報をホルタ心電計１００に供給する。この識別情報はホルタ心電計１００が認識可能な任意の形式および値を有することができるが、本実施形態ではコネクタ１１２が有するピンのうち、予め定められた２つのピンの間の電圧値を識別情報として提供する。

具体的には図３に示すように、生体電気信号の供給に用いられないピンの２つを特定の値を有する抵抗１１１で短絡している。これら２つのピンはホルタ心電計１００において、プルアップ抵抗１０１を介して所定の電圧（＋Ｖ）に接続された検出端子(DETECT)と、接地端子とに接続される。従って、ホルタ心電計１００において、検出端子の電圧が予め定められた値（＋Ｖをプルアップ抵抗１０１と１１１との比で分圧した値）であるかどうかを検出することで、生体電極アダプタ１１が５電極分の生体電気信号を供給する生体電極アダプタであるかどうかを認識できる。従って、抵抗１１１の値を予め複数設定しておけば、複数の種類の生体電極アダプタをホルタ心電計１００に識別させることが可能である。

本実施形態においては、生体電極アダプタ１１には５電極タイプの生体電極１２Ａおよび４電極タイプの生体電極１２Ｂのいずれがコネクタ１１０に接続された場合も、等しい数の生体電気信号出力、例えば兼用電極を有さない生体電極が有する電極部の数（ここでは５）に等しい数の生体電気信号出力をホルタ心電計１００に供給する。従って、抵抗１１１の値は５つの生体電気信号を供給すること（もしくは５つの生体電気信号を供給する種類の生体電極アダプタであること）を意味する識別情報（電圧）に対応する値となる。

なお、本実施形態では図３に示すように、４電極タイプの生体電極１２Ｂが、兼用電極（ここでは１ｃｈ−と２ｃｈ−の兼用電極）から得られる生体電気信号をコネクタ１２１内部で分割して２つの生体電気信号（１ｃｈ−と２ｃｈ−）として出力するように構成されているものとする。従って、アダプタ１１は生体電極１２Ａまたは１２Ｂから受信する各チャンネルの信号をホルタ心電計１００にそのまま供給する構成であってよい。

次に、図４に示すフローチャートを用いて、本実施形態におけるホルタ心電計１００における動作モード設定処理について説明する。この処理は、ＣＰＵ１が主体となって実行される。

まずＣＰＵ１は、センサ用Ｉ／Ｆ１０に接続されている生体電極アダプタ１１の識別情報に基づいて、生体電極アダプタ１１の種類もしくは生体電極アダプタ１１が供給する生体電気信号の数を判別する。上述したように、本実施形態でＣＰＵ１は、コネクタ１０ｃにおける検出端子の電圧値を生体電極アダプタ１１の識別情報として取得する。

ここでは、説明及び理解を容易にするため、ホルタ心電計１００が心電波形を取得ならびに記録するための動作モードとして、５電極モード（５つの生体電気信号を取得して動作するモード）と４電極モード（４つの生体電気信号を取得して動作するモード）を有するものとする。従って、ＣＰＵ１は、生体電極アダプタ１１から取得した識別情報に基づき、生体電極アダプタ１１が５電極出力タイプか否かを判別する（Ｓ４０１）。

検出端子の電圧が５電極出力タイプ（もしくは出力生体電気信号数が５であること）を示す値であれば、ＣＰＵ１はホルタ心電計１００の動作モードを５電極モードに自動設定し（Ｓ４０３）、動作モード設定処理を終了する。

一方、検出端子の電圧が５電極出力タイプ（もしくは出力生体電気信号数が５であること）を示す値でない場合、ＣＰＵ１は動作モードをユーザに指定させるための設定画面を表示部６に表示させる（Ｓ４０５）。なお、ここで４電極モードに自動設定しないのは、接続されている生体電極アダプタ１１が５電極出力タイプであっても、識別情報を提供しない仕様である可能性を考慮しているからである。例えば検出端子の電圧が４電極出力タイプ（もしくは出力生体電気信号数が４であること）を示す値であれば、ＣＰＵ１はホルタ心電計１００の動作モードを４電極モードに自動設定して動作モード設定処理を終了してもよい。

ＣＰＵ１は、設定画面を通じてユーザから５電極モードもしくは４電極モードが指定されると、指定された動作モードを設定し（Ｓ４０７）、動作モード設定処理を終了する。

なお、ホルタ心電計１００においては、４電極モードが設定された場合、兼用電極に対応する生体電気信号を分離して用いるように動作する。つまり、図３に示したように、１ｃｈ−と２ｃｈ−の生体電気信号として兼用電極から供給される生体電気信号（ここでは１ｃｈ−の端子に供給されるものとする）を、４電極モードでは２ｃｈ−の生体電気信号としても用いるように内部動作（誘導波形の生成処理など）を変更する。図３では理解を容易にするために、５電極モードと４電極モードとで機械的なスイッチ１０２のＯＮ，ＯＦＦを切り替えるように示しているが、機械的なスイッチを用いなくてもよい。すなわち、４電極モードの場合、２ｃｈ−端子から得られる信号ではなく、１ｃｈ−端子から得られる信号を、２ｃｈ＋端子から得られる信号と用いて第２ｃｈの誘導波形を生成するようにすればよい。

以上説明したように本実施形態によれば、生体電極アダプタの種類もしくは生体電極アダプタが供給する生体電気信号の数を識別可能な識別情報を生体電気信号取得装置に提供するように生体電極アダプタを構成した。そのため、生体電気信号取得装置では、使用される生体電極に対応した適切な動作モードを自動的に設定することが可能になり、使用されている生体電極の種類と、生体電気信号取得装置で設定されている動作モードとが異なることで生じる問題を回避することができる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、４電極タイプの生体電極１２Ｂが、５つの生体電気信号出力を供給する構成の、４電極・５出力タイプであった。そのため、生体電極アダプタ１１においてはコネクタ１１０に接続される生体電極が５電極タイプか４電極タイプかに関わらず同じ構成を有していた。しかし、４電極・４出力タイプの生体電極１２Ｂ’が接続される場合には、生体電極アダプタ１１において５出力に変換することができる。

具体的には図５に示すように、生体電極アダプタ１１’の内部で、兼用電極に対応する生体電気信号（ここでは１ｃｈ−として供給される信号）を２つ（１ｃｈ−，２ｃｈ−）に分岐させて出力するように構成すればよい。ただし、この場合、生体電極アダプタ１１を、４電極・４出力タイプ用と、５電極タイプおよび４電極・５出力タイプ用とで使い分ける必要があるので、コネクタ１１０と１２１との形状を４電極・４出力タイプ用と５電極タイプおよび４電極・５出力タイプとで変更するなどにより、生体電極と生体電極アダプタ１１との接続が誤って行われないように構成することが望ましい。コネクタ１１０と１２１の形状は、生体電気信号取得装置のコネクタ１０ａの形状と異なり、共通化しなくてもよいため、このような対策は容易に行うことができる。

また、上述の実施形態では、５つ（第１の複数）の電極部を有するタイプの生体電極と、４つ（第２の複数）の電極部を有するタイプの生体電極とに対応した動作モードが存在する生体電気信号取得装置と、この生体電気信号取得装置と組み合わせて用いる生体電極アダプタについて説明した。しかし、例えば３ｃｈの双極誘導波形を取得する生体電気信号取得装置において、７つの電極部を有する（兼用電極を有さない）生体電極と、１つもしくは２つの兼用電極を有する６つもしくは５つの電極部を有する生体電極に応じた動作モードを有する生体電気信号取得装置と生体電極アダプタとの組み合わせなど、他の組み合わせにおいても同様に本発明を適用可能である。生体電極アダプタから供給される信号数を表す識別情報を生体電極アダプタから生体電気信号取得装置に提供し、生体電気信号取得装置が識別情報に対応した生体電気信号数に応じた動作モードを自動設定することができる。

Claims (11)

1. 予め定められた生体電気信号を取得するための生体電極を生体電気信号取得装置と接続するための生体電極アダプタであって、
   前記生体電極が接続される第１の接続部と、
   前記生体電気信号取得装置に接続される第２の接続部と、を有し、
   前記第２の接続部は、前記生体電極アダプタの識別情報を前記生体電気信号取得装置に提供することを特徴とする生体電極アダプタ。
2. 前記識別情報が、前記生体電極アダプタが前記第２の接続部を通じて前記生体電気信号取得装置に供給する生体電気信号出力の数を特定可能な情報であることを特徴とする請求項１記載の生体電極アダプタ。
3. 前記識別情報が特定の電圧によって表され、
   前記生体電極アダプタが、前記特定の電圧を前記第２の接続部を通じて前記生体電気信号取得装置に出力するための電圧生成手段をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の生体電極アダプタ。
4. 前記電圧生成手段が、前記第２の接続部が有する２つのピン間を接続する抵抗であることを特徴とする請求項３記載の生体電極アダプタ。
5. 前記第１の接続部には、前記予め定められた生体電気信号を取得するための生体電極として、第１の複数の電極を有する第１のタイプの生体電極と、前記第１の複数よりも少ない第２の複数の電極を有する第２のタイプの生体電極とのいずれかが接続され、
   前記生体電極アダプタは、前記第１のタイプの生体電極および前記第２のタイプの生体電極のいずれが前記第１の接続部に接続された場合も、前記第１の複数に等しい数の生体電気信号出力を前記第２の接続部を通じて前記生体電気信号取得装置に供給するように構成され、
   前記情報が前記第１の複数を特定可能な情報であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の生体電極アダプタ。
6. 前記第２のタイプの生体電極が、予め定められた少なくとも１つの電極から得られた生体電気信号を、複数に分割して出力することで、前記第１の複数に等しい数の生体電気信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項５記載の生体電極アダプタ。
7. 前記第１の接続部には、前記第１の複数よりも少ない第２の複数の電極を有する第２のタイプの生体電極が接続され、
   前記生体電極アダプタが、前記第２のタイプの生体電極が出力する前記第２の複数の生体電気信号のうち、予め定められた生体電気信号を複数に分割して出力することで、前記第１の複数に等しい数の生体電気信号を前記第２の接続部を通じて出力するように構成されることを特徴とする請求項５記載の生体電極アダプタ。
8. 前記第１の複数と前記第２の複数との組み合わせが、７と５または５と４のいずれかであることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の生体電極アダプタ。
9. 生体電気信号取得装置であって、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の生体電極アダプタの前記第２の接続部を接続可能な第３の接続部と、
   前記生体電気信号取得装置の、前記予め定められた生体電気信号を取得するための動作モードを、前記第３の接続部に接続された前記生体電極アダプタから得られる前記情報に応じて自動的に設定する設定手段を有することを特徴とする生体電気信号取得装置。
10. 請求項５ないし８のいずれか１項に記載の生体電極アダプタの前記第２の接続部を接続可能な第３の接続部を有し、前記予め定められた生体電気信号を取得するための動作モードとして、前記第１のタイプの生体電極に対応した第１の動作モードと、前記第２のタイプの生体電極に対応した第２の動作モードとを有する生体電気信号取得装置であって、
    前記第３の接続部に接続された前記生体電極アダプタから得られる前記情報に基づいて、前記生体電気信号取得装置の動作モードを前記第１の動作モードに自動的に設定する設定手段を有することを特徴とする生体電気信号取得装置。
11. 前記設定手段は、
    前記第３の接続部に接続された生体電極アダプタから前記情報が得られない場合、前記生体電気信号取得装置の動作モードをユーザに指定させるための設定画面を前記生体電気信号取得装置の表示手段に表示させ、
    前記設定画面を通じて指定された動作モードを前記予め定められた生体電気信号を取得するための動作モードとして設定することを特徴とする請求項９または１０に記載の生体電気信号取得装置。

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