JP2022130939A - 心電信号計測装置、および心電信号計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】心電信号を計測する心電計測部を複数個備える多チャンネル型の心電信号計測装置において、ノイズを抑えて明瞭な心電信号を得ることができる心電信号計測装置を提供する。【解決手段】心電計測部１３は、容量結合型電極を構成して人体に非接触状態で配される正負一対の電極体２０Ａ・２１Ａと、両電極体２０Ａ・２１Ａからの電気信号を増幅して心電信号として出力する信号増幅部２３Ａと、両電極体２０Ａ・２１Ａからの電気信号の同相信号を反転して、反転信号として出力する反転出力部２８Ａとを備える。反転出力部２８Ａからの反転信号が正電極体２０Ａに入力される心電計測部１３を第１チャンネル１３Ａと規定し、反転出力部２８Ｂからの反転信号が負電極体２１Ｂに入力される心電計測部１３を第２チャンネル１３Ｂと規定したとき、両チャンネル１３Ａ・１３Ｂを同時に備える。【選択図】図１

Description

本発明は、心臓の拍動に係る心電信号を計測する心電信号計測装置、および心電信号計測装置を含む心電信号計測システムに関する。

近年、様々な環境下で心電信号を計測したいというニーズが高まっている。例えば、日本の２０１９年の運輸業界のドライバーの平均年齢は、５０歳前後と全産業の平均年齢に比べて１０歳も高く、それに伴って循環系の基礎疾患が原因となる運行中の事故が増える傾向にある。そのため、ドライバーの健康状態を運行前に会社事務所などでチェックすることが行われているが、車両の運行中（走行中）の体調変化までは捉えることは困難であり、運輸業界では、運行中において心電信号を計測することが望まれている。また、企業における事務職など、オフィス環境における従業員の体調管理を行いたいというニーズも高まっている。例えば、車両運行中のドライバーや勤務中の従業員の心電信号（心電の波形）を解析すると、測定対象者の自律神経に関する指数を計算することができるので、当該指数から疾病の兆候や、疲労、ストレスなど交感神経に関する指数を解析することができる。これら指数は、就労等による慢性疲労やストレスを検出するのに有用である。

また、近年増加している原因が解明されていない塞栓源不明の脳梗塞は、脳梗塞の発症者全体の３割程度を占めており、最近の研究では当該脳梗塞の有力なきっかけは心臓の心房細動と考えられている。心房細動とは、心房が痙攣したように細かく震えて血液をうまく送り出せなくなる症状であって、心臓が心房細動を起こすと心房内に血栓ができやすくなり、その血栓の一部が脳へと運ばれ脳血管を詰まらせると脳梗塞を発症すると言われている。測定対象者の心電信号を計測することで経時的な心拍数（１分間当たりの拍動数）の変化を計測することができるが、発作性心房細動の検出には長時間連続して心電信号を計測する必要がある。

しかし、車両上やオフィス内の環境では計測対象者は安静な状態ではなく、心電測定の計測に際しては、運転等の動作や電気的な環境ノイズの影響を考慮する必要がある。さらに、長時間にわたる心電信号の計測には、計測対象者に与える身体的負担を軽減する必要がある。そこで、身体の表面に直接貼り付ける必要のない容量結合型電極を用いて心電信号の計測を行うことが、特許文献１に開示されている。この特許文献１では、車両のステアリングホイールに設けられて、運転者の手のひらの皮膚に接触して運転者の身体電位（電気信号）を検出する直接電極、および車両のシートに設けられて、電気的絶縁状態で運転者の身体電位を検出する容量結合型電極の２組の電極と、直接電極で検出した電位と容量結合型電極で検出した電位とに基づき運転者の心電信号を計測する心電計測機とを備える心電計測装置（心電信号計測装置）が提案されている。

特開２０１３－８５７５３号公報

しかし、特許文献１のように、皮膚に直接接触する直接電極と、皮膚に直接接触しない容量結合型電極を併用する心電信号計測装置では、ステアリングホイールと手のひらの皮膚との接触状況、および接触面積は常に変化するために、直接電極で計測される心電信号の強度が頻繁に変化すること、あるいは心電信号が間欠することが避けられず、直接電極において安定的に心電信号を計測することは困難である。特に、トラック、バス、タクシー等の業務用車両では常に両手でステアリングホイールを握っていることはほとんどなく、マニュアル車が多い大型車では、ステアリングホイールに触れているのは基本的に片手である。また、大型車のステアリングは、所謂送りハンドルと呼ばれる操作方法で操作されることが多く、当該操作では小刻みに皮膚の接触状況が変化する。

本発明者等が行った大型車の運転時における心電信号計測の検証では、走行中にステアリングホイールの直接電極で心電信号が計測できたのは、検証時間内において１０％以下の時間であり、直接電極では心電信号はほぼ計測することができなかった。また、ステアリングホイールを離した状態で身体を捩じると臀部がシートから浮き離れ、心電信号が全く計測できない状態も見受けられた。このように、本発明者等の検証によれば、特許文献１の心電信号計測装置では、安定的に心電信号を計測することが困難であることがわかった。また、ステアリングホイールを操作するなど、身体を大きく動作させるとノイズが増加し、明瞭な心電信号の波形を得ることが困難であった。

本発明は、心電信号を安定的に計測できるとともに、ノイズを抑えて明瞭な心電信号を得ることができる心電信号計測装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、車両の運行中やオフィス環境における着座姿勢での仕事中等に、身体的負担を抑えた状態で心電信号を計測することができる心電信号計測装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、遠隔位置から測定対象者の心電信号を容易に確認できる心電信号計測システムを提供することにある。

本発明は、心電信号を計測する心電計測部１３を複数個備える多チャンネル型の心電信号計測装置を対象とする。各心電計測部１３は、容量結合型電極を構成して人体に非接触状態で配される正負一対の電極体２０・２１と、両電極体２０・２１からの電気信号を増幅して心電信号として出力する信号増幅部２３と、両電極体２０・２１からの電気信号の同相信号を反転して、反転信号として出力する反転出力部２８とを備える。反転出力部２８から出力された反転信号は、正負のいずれか一方の電極体２０・２１に入力されるようになっている。そして、反転出力部２８からの反転信号が正電極体２０に入力される心電計測部１３を第１チャンネル１３Ａと規定し、反転出力部２８からの反転信号が負電極体２１に入力される心電計測部１３を第２チャンネル１３Ｂと規定したとき、両チャンネル１３Ａ・１３Ｂを同時に備えることを特徴とする。

心電信号計測装置は、人体を支持、或いは人体に着用され、電極体２０・２１が装着されるベース７を有するものとする。このときの電極体２０・２１の配置としては、図３に示すように、第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂの正電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）がベース７の上下方向に走る基準線Ｒ１に対して左右方向の一方の偏寄位置に配置され、第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂの負電極体２１（２１Ａ・２１Ｂ）が前記基準線Ｒ１に対して左右方向の他方の偏寄位置に配置されるとともに、第１チャンネル１３Ａの正負の電極体２０Ａ・２１Ａと、第２チャンネル１３Ｂの正負の電極体２０Ｂ・２１Ｂとが、上下方向に交互に並んで配置されている形態を採ることができる。なお、「交互に並んで配置されている」としたのは、図３に示すようなチャンネルが２列である形態に限られず、チャンネルが３列以上である形態も含む概念である。次の請求項も同様である。

他の電極体２０・２１の配置としては、図９に示すように、第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂを構成する正電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）がベース７の水平方向に走る基準線Ｒ２に対して上下方向の一方の偏寄位置に配置され、第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂを構成する負電極体２１（２１Ａ・２１Ｂ）が前記基準線Ｒ２に対して上下方向の他方の偏寄位置に配置されるとともに、第１チャンネル１３Ａを構成する正負の電極体２０Ａ・２１Ａと、第２チャンネル１３Ｂを構成する正負の電極体２０Ｂ・２１Ｂとが、左右方向に交互に並んで配置されている形態を採ることができる。

心電計測部１３が、信号増幅部２３から出力される心電信号に含まれるノイズを除去するノイズ除去部２４を備えている。

ベース７が椅子８の背もたれ１０であり、この背もたれ１０の前面に心電計測部１３の正負の電極体２０・２１が設けられている。

ベース７が人体の上半身に着用される上衣３３であり、この上衣３３に心電計測部１３の正負の電極体２０・２１が設けられている。

本発明の心電信号計測システムは、心電信号を計測する、上記に記載された心電信号計測装置２と、心電信号計測装置２と通信回線５を介して接続されて、心電信号計測装置２で計測された心電信号が記録される記録用のサーバー３と、記録用のサーバー３と通信回線５を介して接続されて、記録用のサーバー３に記録された心電信号を取得可能な端末装置４とを含む。そして、心電信号計測装置２が、通信回線５との無線通信を確立するための無線通信部１６を備えていることを特徴とする。

本発明の心電信号計測装置においては、容量結合型電極を構成する正負の両電極体２０・２１からの電気信号の同相信号を反転して、反転信号として出力する反転出力部２８とを備えるものとして、この反転出力部２８から出力された反転信号が、正負の電極体２０・２１のいずれか一方に入力されるようにした。これによれば、ノイズが乗った電極体２０・２１からの電気信号を反転出力部２８で反転させて、反転信号として電極体２０・２１を介して人体にフィードバックさせることで、所謂ＲＬＤ（右足ドライブ）手法によるノイズの低減効果が発揮されるので、より明瞭な心電信号を得ることができる。また、例えば正負の両電極体２０・２１に加えて、ＲＬＤ専用の電極体を備える形態では、当該ＲＬＤ専用の電極体と人体との接触状態が解除される、或いはＲＬＤ専用の電極体が人体から大きく離れることで、当該ＲＬＤ手法によるノイズ低減効果が喪失されるおそれがあるが、本発明のように心電信号を計測するための容量結合型電極を構成する電極体２０・２１に反転信号が付与されるようになっていると、上記のようなＲＬＤ専用の電極体の接触状態等の影響を受けることなく、安定的にＲＬＤ手法によるノイズの低減効果が発揮されるので、より安定的に明瞭な心電信号を得ることができる。

そのうえで、反転出力部２８からの反転信号が正電極体２０に入力される心電計測部１３を第１チャンネル１３Ａと規定し、反転出力部２８からの反転信号が負電極体２１に入力される心電計測部１３を第２チャンネル１３Ｂと規定したとき、両チャンネル１３Ａ・１３Ｂを同時に備えるものとなっていると、ひとつの心電信号計測装置の中で、反転信号を正負の電極体２０・２１の両者に同時に付与することができるので、いずれか一方の電極体２０・２１のみに反転信号を付与する形態に比べて、より的確にＲＬＤ手法によるノイズの低減効果が発揮されて、より明瞭な心電信号を得ることができる。

人体を支持、或いは人体に着用されるベース７における電極体２０・２１の配置としては、図３に示す態様を採ることが望ましい。具体的には、第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂの正電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）がベース７の上下方向に走る基準線Ｒ１に対して左右方向の一方の偏寄位置に配置され、第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂの負電極体２１（２１Ａ・２１Ｂ）が前記基準線Ｒ１に対して左右方向の他方の偏寄位置に配置されるとともに、第１チャンネル１３Ａを構成する正負の電極体２０Ａ・２１Ａと、第２チャンネル１３Ｂを構成する正負の電極体２０Ｂ・２１Ｂとが上下に交互に並んで配置されている形態を採ることが望ましい。これによれば、反転信号が付与される正負の電極体２０・２１が左右や上下のいずれか一方に偏寄することはなく、人体のより広範囲に反転信号を付与することができるので、ノイズをより低減してＳＮ比を向上させることができる。したがって、心電信号を安定的に計測することができるとともに、より明瞭な心電信号を得ることができる。第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂの正負の電極体２０・２１の配列方向を一致させたので、両チャンネル１３Ａ・１３Ｂで同位相の電気信号を検出することができる。

ベース７における電極体２０・２１の配置は図９に示す形態を採ることもできる。具体的には、第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂを構成する正電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）がベース７の水平方向に走る基準線Ｒ２に対して上下方向の一方の偏寄位置に配置され、第１および第２チャンネル（１３Ａ・１３Ｂ）を構成する負電極体２１（２１Ａ・２１Ｂ）が前記基準線Ｒ２に対して上下方向の他方の偏寄位置に配置されるとともに、第１チャンネル１３Ａを構成する正負の電極体２０Ａ・２１Ａと、第２チャンネル１３Ｂを構成する正負の電極体２０Ｂ・２１Ｂとが、左右に並んで配置されている形態を採ることができる。この場合にも、反転信号が付与される正負の電極体２０・２１が左右や上下のいずれか一方に偏寄することはなく、人体のより広範囲に反転信号を付与することができるので、ノイズをより低減してＳＮ比を向上させることができ、したがって、心電信号を安定的に計測することができるとともに、より明瞭な心電信号を得ることができる。第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂの正負の電極体２０・２１の配列方向を一致させたので、両チャンネル１３Ａ・１３Ｂで同位相の電気信号を検出することができる。

心電計測部１３が、信号増幅部２３から出力される心電信号に含まれるノイズを除去するノイズ除去部２４を備えていると、信号増幅部２３で増幅された心電信号からノイズを除去することができるので、心電信号の明瞭化に貢献できる。

ベース７が椅子８の背もたれ１０であり、この背もたれ１０の前面に心電計測部１３の正負の電極体２０・２１が設けられていると、計測対象者は椅子８に着席し、背もたれ１０にもたれているだけで自身の心電信号を計測することができる。したがって、車両を運行中のドライバーやオフィスで仕事中の従業員等の心電信号を、安定的にさらに身体的負担を抑えた状態で計測することができる。

ベース７が人体の上半身に着用される上衣３３であり、この上衣３３に心電計測部１３の正負の電極体２０・２１が設けられていると、上衣３３を着用するだけで正負の電極体２０・２１を胴部に配することができるので、長時間の心電信号の計測であっても計測対象者に与える負担を抑えることができる。また、行動が制限されることなく車両の運転中等でも心電信号を計測できる利点もある。

本発明の心電信号計測システムにおいては、上記の心電信号を計測する心電信号計測装置２と、心電信号計測装置２と通信回線５を介して接続されて、心電信号計測装置２で計測された心電信号が記録される記録用のサーバー３と、記録用のサーバー３と通信回線５を介して接続されて、記録用のサーバー３に記録された心電信号を取得可能な端末装置４とを含んで構成し、心電信号計測装置２が、通信回線５との無線通信を確立するための無線通信部１６を備えるものとした。これによれば、測定対象者の心電信号の監視を遠隔から行うことができるので、例えば測定対象者がトラックやバスのドライバーであるときには、車両の運行中の心電信号を会社事務所等の遠隔場所で容易にチェックすることができる。

本発明の実施例１に係る心電信号計測装置の全体を示すブロック図である。 心電信号計測装置を含んで構築された心電信号計測システムの全体を示す概念図である。 心電信号計測装置を椅子に設けた形態を示す正面図である。 心電信号計測装置と身体の接触部位との関係を示す背面図である。 ２組の心電計測部のうちの一方側の心電信号の波形を示しており、（ａ）は、２組の心電計測部で信号増幅部のフィードバックを異極の電極体に行った場合の心電信号の波形であり、（ｂ）は、２組の心電計測部で信号増幅部のフィードバックを同極の電極体に行った場合の心電信号の波形である。 心電信号計測装置で計測した心電信号の波形の例を示す図である。 本発明の実施例２を示しており、心電信号計測装置をベストに設けた形態の正面図である。 心電信号計測装置で得られた心電信号から算出した長時間平均心拍数をプロットしたトレンドグラフである。 本発明の実施例３を示しており、電極体の他の配置態様を示す図である。

（実施例１） 図１から図６に、本発明に係る心電信号計測装置と、同計測装置を含んで構築される心電信号計測システムの実施例１を示す。本実施例における前後、左右、上下とは、図３に示す交差矢印と、各矢印の近傍に表記した前後、左右、上下の表示に従う。図２において、心電信号計測システム１は、心電信号を計測する心電信号計測装置２と、心電信号計測装置２で得られた心電信号を記録するシステムサーバー（記録用のサーバー）３と、システムサーバー３に記録されている心電信号のデータを取得可能な端末装置４などで構成されている。システムサーバー３および端末装置４は、インターネット等の通信回線５に接続されており、相互に通信することができる。端末装置４はいわゆるノート型パソコンからなる。

図３において符号８は計測対象者が着座するトラック、バス、タクシー等の車両のシート（椅子）であり、シート８は臀部を受け止める座面９と、胴部を受け止める背もたれ１０（ベース７）とを備えており、本実施例において心電信号計測装置２は背もたれ１０に設けられている。このように車両のシート８に心電信号計測装置２が設けられていると、シート８に着座している計測対象者（例えばトラックのドライバー）の心電信号を計測することができる。なお、椅子８は車両のシート以外にオフィスチェアや座椅子であってもよく、要は計測対象者が着座して背中をもたせ掛けられるものであればよい。椅子８がオフィスチェアの場合には、オフィスチェアに着座している計測対象者（例えば企業における事務職の従業員）の心電信号を計測できる。

図１に示すように心電信号計測装置２は、心電信号を計測する２つの心電計測部１３・１３と、これら心電計測部１３・１３で計測された電圧変調アナログ信号（以下、単にアナログ信号という）からなる心電信号をデジタル信号からなる心電信号に変換するアナログ－デジタル変換部１５（以下、Ａ／Ｄ変換部１５と記す）と、心電信号計測装置２と通信回線５との無線通信を確立する無線通信部１６と、心電計測部１３・１３と無線通信部１６とに駆動電力を供給する電源部１７などを備える。無線通信部１６は、近距離無線通信規格であるIEEE802.15.1規格の無線通信またはセルラー方式（携帯電話通信網）の無線通信などで構成することができる。電源部１７は、一次電池あるいは二次電池で構成することが好適である。なお、車載バッテリーから駆動電力を供給できる場合には、電源部１７は車載バッテリーであってもよく、椅子８が室内に設置されたオフィスチェアなどであり商用電源から駆動電力を供給できる場合には、電源部１７は商用電源であってもよい

後述するように、２つの心電計測部１３・１３は、反転信号が入力される電極体２０・２１が正負の電極体で異なっており、ここでは正電極体２０に反転信号が付与される心電計測部１３を第１チャンネル１３Ａと規定し、負電極体２１に反転信号が付与される心電計測部１３を第２チャンネル１３Ｂと規定する。両チャンネル１３Ａ・１３Ｂに係る心電計測部１３の基本構造は同じであるので、同じ部材には同じ数字符号を付与してその説明を省略する。ただし、第１チャンネル１３Ａに係る心電計測部１３を構成する部材には、符号末尾に「Ａ」を付する。同様に、第２チャンネル１３Ｂに係る心電計測部１３を構成する部材には、符号末尾に「Ｂ」を付する。

図１において、第１チャンネル１３Ａに係る心電計測部１３は、身体の胴部の電気信号を検出する、容量結合型電極からなる正負一対の電極体２０Ａ（２０）・２１Ａ（２１）と、正負の電極体２０Ａ・２１Ａで検出された電気信号を処理して心電信号を得る信号処理部２２Ａ（２２）とを備える。信号処理部２２Ａは、正負の電極体２０Ａ・２１Ａが接続される計装アンプ（信号増幅部）２３Ａ（２３）と、計装アンプ２３Ａから出力される心電信号に含まれるノイズを除去するノイズ除去部２４Ａ（２４）と、ノイズ除去後の心電信号を増幅して出力する差動アンプ２５Ａ（２５）などを備える。正電極体２０Ａは計装アンプ２３Ａの正入力端子に接続されており、負電極体２１Ａは計装アンプ２３Ａの負入力端子に接続されている。ノイズ除去部２４Ａは、計装アンプ２３Ａから出力される心電信号に含まれるラインノイズや干渉ノイズを除去するものであり、ハイパスフィルタ２６Ａ（２６）とローパスフィルタ２７Ａ（２７）とで構成される。

計装アンプ２３Ａは、正負の電極体２０Ａ・２１Ａから入力された電気信号の同相信号を反転し、反転信号として出力する反転出力部２８Ａ（２８）を備える。反転出力部２８Ａはフィードバックアンプ２９Ａ（２９）の一方の入力端子に接続されている。フィードバックアンプ２９Ａの他方の入力端子には基準電圧回路が接続されており、フィードバックアンプ２９Ａの出力端子は正電極体２０Ａに接続される。本実施例では、フィードバックアンプ２９Ａの出力端子は、正電極体２０Ａと計装アンプ２３Ａとを接続するケーブルに接続するようにした。なお、フィードバックアンプ２９Ａの出力端子は、正電極体２０Ａに直接接続することもできる。

他方の第２チャンネル１３Ｂに係る心電計測部１３では、フィードバックアンプ２９Ｂ（２９）の出力端子が、負電極体２１Ｂと計装アンプ２３Ｂとを接続するケーブルに接続される。なお、フィードバックアンプ２９Ｂの出力端子は、負電極体２１Ｂに直接接続することもできる。

両心電計測部１３・１３を構成する信号処理部２２Ａ・２２ＢとＡ／Ｄ変換部１５とは、心電計測回路ボックス３０に収容された状態で背もたれ１０の後面の下側中央に固定されている。また、先の無線通信部１６と電源部１７とは、心電計測回路ボックス３０の左右に固定されている（図３参照）。

図３に示すように、第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂに係る正負の電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）・２１（２１Ａ・２１Ｂ）はそれぞれ円盤状に形成されており、背もたれ１０の前面に固定されている。第１チャンネル１３Ａの正電極体２０Ａは背もたれ１０の左上側に配され、負電極体２１Ａは背もたれ１０の右上側に配されている。第２チャンネル１３Ｂの正電極体２０Ｂは背もたれ１０の左下側に配され、負電極体２１Ｂは背もたれ１０の右下側に配されている。

加えて、図３に示すように、上方側に位置する第１チャンネル１３Ａにおいて、当該チャンネル１３Ａを構成する正負の電極体２０Ａ・２１Ａの高さ位置は、略同一位置に設定されている。下方側に位置する第２チャンネル１３Ｂも同様であり、当該チャンネル１３Ｂを構成する正負の電極体２０Ｂ・２１Ｂの高さ位置は略同一位置に設定されている。以上より、背もたれ１０内において、第１チャンネル１３Ａの正負の電極体２０Ａ・２１Ａと、第２チャンネル１３Ｂの正負の電極体２０Ｂ・２１Ｂとは、上下に並んで配置されている。また、正負の電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）・２１（２１Ａ・２１Ｂ）は、背もたれ１０の上下方向に走る基準線Ｒ１を挟んで左右対称位置に配されている。

正負の電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）・２１（２１Ａ・２１Ｂ）はそれぞれ直径８０ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍのステンレス鋼板で形成されており、背もたれ１０の前面に雌雄の面ファスナー（図示していない）で固定されている。左右方向の電極体２０・２１（２０Ａ・２１Ａ、２０Ｂ・２１Ｂ）どうしの中心間寸法は１３０～１５０ｍｍに設定することが好ましく、本実施例では、１３０ｍｍに設定されている。また、上下方向の電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）・２１（２１Ａ・２１Ｂ）どうしの中心間寸法は、９０～１２０ｍｍに設定することが好ましく、本実施例では１００ｍｍに設定されている。なお、これら電極体２０・２１は、第１チャンネル１３Ａの高さ位置と第２チャンネル１３Ｂの高さ位置の間に、着座姿勢における計測対象者の心臓が位置するように配置することが好ましく、本実施例では、座面９の上面から第１チャンネル１３Ａの正負の電極体２０Ａ・２１Ａの中心までの高さ寸法を４００ｍｍに設定している。正負の電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）・２１（２１Ａ・２１Ｂ）は、ステンレス鋼板以外に、銅板、表面に金メッキが施されたフレキシブルプリント基板、導電性ゴム板、導電性繊維からなる織布などで構成することもできる。また円形に限らず楕円形、あるいは多角形状に形成することもできる。

計測対象者である車両のドライバーが座面９に腰かけ背もたれ１０にもたれ掛かると、衣服を介して両チャンネル１３Ａ・１３Ｂの心電計測部１３・１３の正負の電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）・２１（２１Ａ・２１Ｂ）が胴体背側に配され（図４参照）、容量結合型電極を構成する正負の電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）・２１（２１Ａ・２１Ｂ）により電気信号が検出される。

第１チャンネル１３Ａの電極体２０Ａ・２１Ａで検出された電気信号は、信号処理部２２Ａで処理され心電信号とされる。具体的には、検出された電気信号は、計装アンプ２３Ａで１００倍に増幅されたアナログ信号からなる心電信号に変換され、当該心電信号はハイパスフィルタ２６Ａおよびローパスフィルタ２７Ａでラインノイズや干渉のノイズが除去され、さらに差動アンプ２５Ａで１１倍に増幅される。同様に、第２チャンネル１３Ｂの電極体２０Ｂ・２１Ｂで検出された電気信号は、信号処理部２２Ｂで処理され心電信号とされる。具体的には、検出された電気信号は、計装アンプ２３Ｂで１００倍に増幅されたアナログ信号からなる心電信号に変換され、当該心電信号はハイパスフィルタ２６Ｂおよびローパスフィルタ２７Ｂでラインノイズや干渉のノイズが除去され、さらに差動アンプ２５Ｂで１１倍に増幅される。

第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂで計測されたアナログ信号からなる心電信号は、Ａ／Ｄ変換部１５でデジタル信号へと変換される。Ａ／Ｄ変換部１５でデジタル信号へと変換された心電信号は、無線通信部１６と通信回線５との間に確立された無線通信によってシステムサーバー３へと送信され、システムサーバー３は取得した心電信号を内蔵の格納部に記録し保管する。Ａ／Ｄ変換部１５では、アナログ信号からなる心電信号は、８ビットまたは１６ビットのデジタル信号へと変換される。これは、のちの心電信号の波形解析を容易化すること、および無線通信における負荷を軽減することに依る。

電気信号の検出時において、第１チャンネル１３Ａの反転出力部２８Ａは、計装アンプ２３Ａに入力された電気信号の同相信号が反転された反転信号を出力し、当該反転信号は、フィードバックアンプ２９Ａを介して正電極体２０Ａにフィードバックされる。これにより、電極体２０Ａ・２１Ａで検出される電気信号の同相信号の影響を差動入力から除去することができるので、電極体２０Ａ・２１Ａで検出される電気信号に含まれるノイズを所謂ＲＬＤ（右足ドライブ）手法により低減することができる。同様に、第２チャンネル１３Ｂの反転出力部２８Ｂは、計装アンプ２３Ｂに入力された電気信号の同相信号が反転された反転信号を出力し、当該信号は、フィードバックアンプ２９Ｂを介して負電極体２１Ｂにフィードバックされ、これにより電極体２０Ｂ・２１Ｂで検出される電気信号の同相信号の影響を差動入力から除去することができるので、電極体２０Ｂ・２１Ｂで検出される電気信号に含まれるノイズをＲＬＤ手法により低減することができる。

以上のように本実施例においては、背もたれ１０に固定された４個の正負の電極体２０・２１のうちの対角位置にある異極の電極体（正電極体２０Ａと負電極体２１Ｂ）に反転信号が入力されるようにしたので、より的確にノイズを低減することができる。

図５（ａ）に、反転信号を異極の電極体に入力した場合に得られる心電信号の波形を、図５（ｂ）に、反転信号を同極の電極体に行った場合の心電信号の波形を示す。（ａ）（ｂ）の両心電信号の波形から明らかなように、下側の波形（ｂ）では、Ｒ波のピークは認められるものの、Ｐ波およびＴ波の明確なピークを認めることができない。これに対して、上側の波形（ａ）では、Ｒ波、Ｐ波およびＴ波のすべてにおいて明確なピークを認めることができる。なお、心電信号の波形におけるＰ波とは、心房の電気的興奮を反映したものであり、Ｒ波とは、心室の電気的興奮を反映したものであり、Ｔ波とは興奮した心室の心筋細胞が再分極する過程を反映したものである。

システムサーバー３に記録された心電信号は、端末装置４で取得することができ、図６は、システムサーバー３に記録された心電信号の一部を端末装置４で波形として表示したものを示している。上側の波形（ａ）は第１チャンネル１３Ａで計測された心電信号の波形であり、下側の波形（ｂ）は第２チャンネル１３Ｂで計測された心電信号の波形である。図４に示すように、本実施例の正負の電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）・２１（２１Ａ・２１Ｂ）の配置形態では、第２チャンネル１３Ｂに係る正負の電極体２０Ｂ・２１Ｂを測定対象者の心臓に近い位置に配したので、下側の波形（ｂ）のピーク値が高くなっているが、ほぼ同様の波形の心電信号が計測されていることがわかる。また、端末装置４は取得した心電信号から心拍間隔を計測し、時間領域解析あるいは周波通領域解析をすることにより、波形や心拍変数から導き出される自律神経指標や交感神経指標などを算出することができる。また、心電信号から経時的な心拍数の変化を確認することもできる。例えばトラックやバスのドライバーの心電信号を常時モニタリングし、心電信号に異常が検出されたときに、ドライバーに対して異常な状態が発生している旨を通知することで、体調の不良に起因する事故の発生等を事前に防ぐことが可能となる。

以上のように、本実施例の心電信号計測装置においては、容量結合型電極を構成する正負の両電極体２０・２１からの電気信号の同相信号を反転して、反転信号として出力する反転出力部２８とを備えるものとして、この反転出力部２８から出力された反転信号が、正負の電極体２０・２１に入力されるようにしたので、所謂ＲＬＤ手法によるノイズの低減効果が発揮されるので、より明瞭な心電信号を得ることができる。また、例えば正負の両電極体２０・２１に加えて、ＲＬＤ専用の電極体を備える形態では、当該ＲＬＤ専用の電極体と人体との接触状態が解除される、或いはＲＬＤ専用の電極体が人体から大きく離れることで、当該ＲＬＤ手法によるノイズ低減効果が喪失されるおそれがあるが、本実施例のように心電信号を計測するための容量結合型電極を構成する電極体２０・２１に反転信号が付与されるようになっていると、上記のようなＲＬＤ専用の電極体の接触状態等の影響を受けることなく、より安定的にＲＬＤ手法によるノイズの低減効果が発揮されるので、安定的に明瞭な心電信号を得ることができる。特に第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂの２組の電極体２０・２１が計測対象者の胴部に配されているので、いずれか一方が電気信号の検出に支障を来した場合でも残る他方でバックアップすることができる。さらに、第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂの正負の電極体２０・２１の配列方向を一致させたので、両チャンネル１３Ａ・１３Ｂで同位相の電気信号を検出することができる。

また、反転出力部２８からの反転信号が正電極体２０に入力される心電計測部１３を第１チャンネル１３Ａと規定し、反転出力部２８からの反転信号が負電極体２１に入力される心電計測部１３を第２チャンネル１３Ｂと規定したとき、両チャンネル１３Ａ・１３Ｂを同時に備えるものとしていると、反転信号を正負の電極体２０・２１の両者に付与することができるので、いずれか一方の電極体２０・２１のみに反転信号を付与する形態に比べて、より確実にＲＬＤ手法によるノイズの低減効果が発揮されて、より明瞭な心電信号を得ることができる（図５（ａ）参照）。

加えて、第１チャンネル１３Ａの反転出力部２８Ａからの反転信号が正電極体２０Ａに入力され、第２チャンネル１３Ｂの反転出力部２８Ｂからの反転信号が負電極体２１Ｂに入力されるようにしたので、左右に隣り合う電極体２０Ａ・２１Ａから当該電気信号を付与する場合に比べて、より広範囲の体表面にノイズ低減用の電気信号を付与することができ、正負の電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）・２１（２１Ａ・２１Ｂ）で検出される電気信号のノイズを低減してＳＮ比を向上させることができる。これによっても、本実施例の心電信号計測装置２によれば、心電信号を安定的に計測でき、さらにノイズが検出されることを低減して明瞭な心電信号を得ることが可能となる。

第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂの正電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）を背もたれ１０（ベース７）の上下方向に走る基準線Ｒ１に対して左右方向の一方の偏寄位置に配置し、第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂの負電極体２１（２１Ａ・２１Ｂ）を前記基準線Ｒ１に対して左右方向の他方の偏寄位置に配置するとともに、第１チャンネル１３Ａを構成する正負の電極体２０Ａ・２０Ｂと、第２チャンネル１３Ｂを構成する正負の電極体２１Ａ・２１Ｂとを上下に交互に並んで配置したので、反転信号が付与される正負の電極体２０・２１が左右や上下のいずれか一方に偏寄することはなく、人体のより広範囲に反転信号を付与することができ、ノイズをより低減してＳＮ比を向上させることができる。したがって、心電信号を安定的に計測することができるとともに、より明瞭な心電信号を得ることが可能となる。第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂの正負の電極体２０・２１の配列方向を一致させたので、両チャンネル１３Ａ・１３Ｂで同位相の電気信号を検出することができる。

信号処理部２２を、信号増幅部２３から出力される心電信号に含まれるノイズを除去するノイズ除去部２４を備えるものとしたので、信号増幅部２３で増幅された心電信号からノイズを除去して、心電信号の明瞭化を図ることができる。

第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂの正負の電極体２０・２１を、椅子８の背もたれ１０の前面に設けたので、計測対象者は椅子８に着席し、背もたれ１０にもたれているだけで自身の心電信号を計測することができる。したがって、車両を運行中のドライバーやオフィスで仕事中の従業員等の心電信号を、安定的にさらに身体的負担を抑えた状態で計測することができる。

また、本実施例の心電信号計測システムにおいては、心電信号を計測する心電信号計測装置２と、心電信号計測装置２と通信回線５を介して接続されて、心電信号計測装置２で計測された心電信号が記録されるシステムサーバー３と、システムサーバー３と通信回線５を介して接続されて、システムサーバー３に記録された心電信号を取得可能な端末装置４とを含んで構成し、心電信号計測装置２が、通信回線５との無線通信を確立するための無線通信部１６を備えるものとしたので、測定対象者の心電信号の監視を遠隔から行うことができるので、例えば測定対象者がトラックやバスのドライバーであるときには、車両の運行中の心電信号を会社事務所等の遠隔場所で容易にチェックすることができる。

また、この心電信号計測装置を心電信号の計測に用いた場合、安定的に明瞭な心電信号を得ることができるので、国連の提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）の目標３（すべての人に健康と福祉を)に貢献することができる。

（実施例２） 図７および図８に、本発明の実施例２を示す。本実施例では、ベース７をベスト（上衣）３３として、このベスト３３に心電信号計測装置２を設けた点が実施例１と相違する。ベスト３３は後身頃３４と左右の前身頃３５・３６を備えており、左右の前身頃３５・３６はジッパー３７で開閉することができる。左前身頃３５の内側面には、第１チャンネル１３Ａの正電極体２０Ａと、第２チャンネル１３Ｂの正電極体２０Ｂとが上下に配されており、さらに正電極体２０Ｂの下側に、信号処理部２２Ａ・２２Ｂなどが収容された心電計測回路ボックス３０が固定されている。また、右前身頃３６の内側面には、第１チャンネル１３Ａの負電極体２１Ａと、第２チャンネル１３Ｂの負電極体２１Ｂとが上下に配されており、さらに負電極体２１Ｂの下側に、無線通信部１６と電源部１７とが固定されている。それ以外の点は、先の実施例１と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。

計測対象者はベスト３３を着用することにより、両チャンネル１３Ａ・１３Ｂの正負の電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）・２１（２１Ａ・２１Ｂ）を胴部前側すなわち胸部に配することができ、計測対象者の行動や姿勢に関わらず心電信号の計測が可能となる。心電信号計測装置２は容量結合型電極を用いて胴部の電気信号を検出しているので、衣服の上から非侵襲で心電信号を計測できる。

心電信号計測装置２を設けたベスト３３を、発作性心房細動の検出に用いた例を示す。被験者は、発作性心房細動が疑われる高血圧症、糖尿病の基礎疾患がある７０歳男性であり、本実施例のベスト３３を下着の上から着用し屋内で安静に過ごす経過を観察した。心電信号の計測は、午前０時から２４時間（翌日午前０時まで）とした。計測により得られた心電信号より、心拍数は５秒間で移動時間平均し、これを時刻に対してプロットして図８のような長時間平均心拍数のトレンドグラフを得た。図８は、午前４時から午後８時までのグラフを示している。同グラフから、被験者の安静時の心拍数は７０回から８０回であり、心房細動を含む心拍数が１５０回以上の異常値が１時間以上継続する典型的な発作性心房細動の兆候を２回観測することができた。

上記のように、本実施例によれば、ベスト３３を着用するだけで、簡便に正負の電極体２０・２１を胸部（胴部）に配することができるので、長時間の心電信号の計測であっても計測対象者に与える負担を抑えることができる。また、行動が制限されることなく日常生活や車両の運転中等でも心電信号を計測できる利点もある。

上記の実施例では、背もたれ１０の前面における上側に第１チャンネル１３Ａの正負の電極体２０Ａ・２１Ａを配し、下側に第２チャンネル１３Ｂの正負の電極体２０Ｂ・２１Ｂを配したが、上下は逆であってもよい。

また、図９に示すように、背もたれ１０の前面における左右の一方側（図示例では左側）に第１チャンネル１３Ａの正負の電極体２０Ａ・２１Ａを上下に配し、他方側（図示例では右側）に第２チャンネル１３Ｂの正負の電極体２０Ｂ・２１Ｂを上下に配してもよい。

具体的には、第１チャンネル１３Ａの正電極体２０Ａは背もたれ１０の左上側に配され、負電極体２１Ａは背もたれ１０の左下側に配されている。第２チャンネル１３Ｂの正電極体２０Ｂは背もたれ１０の右上側に配され、負電極体２１Ｂは背もたれ１０の右下側に配されている。

加えて、図９に示すように、上方側に位置する第１チャンネル１３Ａおよび第２チャンネル１３Ｂの正電極体２０Ａ・２０Ｂの高さ位置は、略同一位置に設定されている。下方側に位置する第１チャンネル１３Ａおよび第２チャンネル１３Ｂの負電極体２１Ａ・２１Ｂも同様であり、負電極体２１Ａ・２１Ｂの高さ位置は、略同一位置に設定されている。以上より、背もたれ１０内において、第１チャンネル１３Ａの正負の電極体２０Ａ・２１Ａと、第２チャンネル１３Ｂの正負の電極体２０Ｂ・２１Ｂとは、左右に並んで配置されている。また、正負の電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）・２１（２１Ａ・２１Ｂ）は、背もたれ１０の水平方向に走る基準線Ｒ２を挟んで上下対称位置に配されている。

第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂを構成する正電極体２０（２０Ａ・２０Ｂ）を背もたれ１０（ベース７）の水平方向に走る基準線Ｒ２に対して上下方向の一方の偏寄位置に配置し、第１および第２チャンネル（１３Ａ・１３Ｂ）を構成する負電極体２１（２１Ａ・２１Ｂ）を前記基準線Ｒ２に対して上下方向の他方の偏寄位置に配置するとともに、第１チャンネル１３Ａを構成する正負の電極体２０Ａ・２１Ａと、第２チャンネル１３Ｂを構成する正負の電極体２０Ｂ・２１Ｂとを、左右に並んで配置したので、反転信号が付与される正負の電極体２０・２１が左右や上下のいずれか一方に偏寄することはなく、人体のより広範囲に反転信号を付与することができ、ノイズをより低減してＳＮ比を向上させることができる。したがって、心電信号を安定的に計測することができるとともに、より明瞭な心電信号を得ることが可能となる。第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂの正負の電極体２０・２１の配列方向を一致させたので、両チャンネル１３Ａ・１３Ｂで同位相の電気信号を検出することができる。

心電計測部１３は、第１および第２チャンネル１３Ａ・１３Ｂの２組を備えるように構成したが、配するスペースがあれば３組以上のチャンネルを設けることも可能である。ノイズ除去部２４は、ハイパスフィルタ２６またはローパスフィルタ２７のいずれかを備える構成であってもよい。心電信号計測装置２とシステムサーバー３とは有線で通信する形態であってもよい。

１ 心電信号計測システム
２ 心電信号計測装置
３ 記録用のサーバー（システムサーバー）
４ 端末装置
５ 通信回線
７ ベース
８ 椅子（シート）
１０ 背もたれ
１３ 心電計測部
１３Ａ 第１チャンネル
１３Ｂ 第２チャンネル
１６ 無線通信部
２０（２０Ａ・２０Ｂ） 正電極体
２１（２１Ａ・２１Ｂ） 負電極体
２２ 信号処理部
２３ 信号増幅部（計装アンプ）
２４ ノイズ除去部
２８ 反転出力端子
３３ 上衣（ベスト）

Claims (7)

1. 心電信号を計測する心電計測部（１３）を複数個備える多チャンネル型の心電信号計測装置において、
   各心電計測部（１３）は、容量結合型電極を構成して人体に非接触状態で配される正負一対の電極体（２０・２１）と、両電極体（２０・２１）からの電気信号を増幅して心電信号として出力する信号増幅部（２３）と、両電極体（２０・２１）からの電気信号の同相信号を反転して、反転信号として出力する反転出力部（２８）とを備え、
   反転出力部（２８）から出力された反転信号が、正負のいずれか一方の電極体（２０・２１）に入力されるようになっており、
   反転出力部（２８）からの反転信号が正電極体（２０）に入力される心電計測部（１３）を第１チャンネル（１３Ａ）と規定し、反転出力部（２８）からの反転信号が負電極体（２１）に入力される心電計測部（１３）を第２チャンネル（１３Ｂ）と規定したとき、両チャンネル（１３Ａ・１３Ｂ）を同時に備えることを特徴とする心電信号計測装置。
2. 人体を支持、或いは人体に着用され、電極体（２０・２１）が装着されるベース（７）を有し、
   第１および第２チャンネル（１３Ａ・１３Ｂ）の正電極体（２０（２０Ａ・２０Ｂ））がベース（７）の上下方向に走る基準線（Ｒ１）に対して左右方向の一方の偏寄位置に配置され、
   第１および第２チャンネル（１３Ａ・１３Ｂ）の負電極体（２１（２１Ａ・２１Ｂ））が前記基準線（Ｒ１）に対して左右方向の他方の偏寄位置に配置されるとともに、
   第１チャンネル（１３Ａ）の正負の電極体（２０Ａ・２１Ａ）と、第２チャンネル（１３Ｂ）の正負の電極体（２０Ｂ・２１Ｂ）とが、上下方向に交互に並んで配置されている、請求項１記載の心電信号計測装置。
3. 人体を支持、或いは人体に着用され、電極体（２０・２１）が装着されるベース（７）を有し、
   第１および第２チャンネル（１３Ａ・１３Ｂ）を構成する正電極体（２０（２０Ａ・２０Ｂ））がベース（７）の水平方向に走る基準線（Ｒ２）に対して上下方向の一方の偏寄位置に配置され、
   第１および第２チャンネル（１３Ａ・１３Ｂ）を構成する負電極体（２１（２１Ａ・２１Ｂ））が前記基準線（Ｒ２）に対して上下方向の他方の偏寄位置に配置されるとともに、
   第１チャンネル（１３Ａ）を構成する正負の電極体（２０Ａ・２１Ａ）と、第２チャンネル（１３Ｂ）を構成する正負の電極体（２０Ｂ・２１Ｂ）とが、左右方向に交互に並んで配置されている、請求項１記載の心電信号計測装置。
4. 心電計測部（１３）が、信号増幅部（２３）から出力される心電信号に含まれるノイズを除去するノイズ除去部（２４）を備えている請求項１から３のいずれかひとつに記載の心電信号計測装置。
5. ベース（７）が椅子（８）の背もたれ（１０）であり、
   この背もたれ（１０）の前面に心電計測部（１３）の正負の電極体（２０・２１）が設けられている請求項２から４のいずれかひとつに記載の心電信号計測装置。
6. ベース（７）が人体の上半身に着用される上衣（３３）であり、
   この上衣（３３）に心電計測部（１３）の正負の電極体（２０・２１）が設けられている請求項２から４のいずれかひとつに記載の心電信号計測装置。
7. 心電信号を計測する、請求項１から６のいずれかひとつに記載された心電信号計測装置（２）と、
   心電信号計測装置（２）と通信回線（５）を介して接続されて、心電信号計測装置（２）で計測された心電信号が記録される記録用のサーバー（３）と、
   記録用のサーバー（３）と通信回線（５）を介して接続されて、記録用のサーバー（３）に記録された心電信号を取得可能な端末装置（４）とを含み、
   心電信号計測装置（２）が、通信回線（５）との無線通信を確立するための無線通信部（１６）を備えていることを特徴とする心電信号計測システム。

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