JP3207941B2 - 生体電気現象検出装置 - Google Patents

生体電気現象検出装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、脳波、筋電位、その他
の生体電気現象を検出する場合において、不関電極にて
検出した不安定な基準電圧や不関電極に発生する不要な
分極電圧を一定値に固定して正確な生体電位を検出でき
るようにした生体電気現象検出装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】脳波の検出には、双極法と、単極法とが
ある。双極法とは、図3に示すように、2つの測定部位
間の電位差を測定する方法で、被測定生体10である脳
は、左右対称であるので、対称位置に関電極11、11
(たとえばFp1とFp2、T3とT4など)を置き、
差動アンプ13で左右の差を検出し、増幅し出力端子1
4から出力するものである。
【0003】単極法とは、図4に示すように、不関電極
12を耳や鼻根に取り付け、関電極11を頭皮の被測定
部位に取り付け、関電極11における局所的な電気活動
を測定するものである。特に、単極法は、不関電極12
を耳や鼻根のような電位変動の少ない個所に取り付け
る。
【0004】脳波は、一般的に1〜4Hz帯域(δ
波)、4〜8Hz帯域(θ波)、8〜12Hz帯域(α
波)、12〜25Hz帯域(β波)と分類して論じられ
てきた。そのため、従来は、測定電極に発生した直流成
分は、分極電圧と考え、CR増幅器を用いて直流または
超低周波成分を除去していた。
【0005】しかるに、近年、コンピュータ技術が普及
するにつれ、その研究内容が脳波成分中の1Hz以下の
帯域、すなわち、超低周波帯であるδ0領域にもおよ
び、かつδ0帯域にも有効な生体情報成分の存在が論じ
られるに至った。そのためには、増幅器の帯域を交流増
幅器(CR)のまま、その時定数を大きくするのみでな
く、積極的に直流増幅器化することが考えられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、生体電
気現象検出は、前述のように、電極を生体に装着して計
測するが、不関電極での生体電位も変動するし、また、
電極自体が電池であり、絶対零電位の電極は存在せず、
かつ、各電極の電池電圧は個別差を有している。特に、
脳波測定の場合、目、唇など顔面を動かしたときの筋電
位が、一定であるべき不関電極の電位を変動させる。直
流成分の生体電気現象の検出には、不関電極により検出
された電圧や電極の分極電圧が存在しても変動なく安定
させた状態で脳波を測定する必要がある。この場合、不
関電極での検出値が変動すると、肝心の脳波情報を正確
に測定することができないという問題がある。
【0007】本発明は、脳波、筋電位、その他の生体電
気現象を検出する場合において、不関電極にて検出した
不安定な基準電圧や不関電極に発生する不要な分極電圧
を一定値に固定して正確な生体電位を検出できるように
した生体電気現象検出装置を提供することを目的とする
ものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、不関電極の基
準電圧に対する関電極11における被測定生体10の電
気現象を差動アンプ13にて検出する装置において、前
記不関電極の基準電圧信号を一定値にクランプする基準
電圧クランプ回路19を具備し、前記基準電圧クランプ
回路19は、被測定生体10に装着される第1不関電極
15と、この第1不関電極15の装着位置と異なる位置
に装着される第2不関電極16と、いずれか一方の不関
電極による検出電圧と設定された一定の制御電圧とを差
動増幅するとともに、いずれか一方の不関電極による検
出電圧に対して位相反転し、出力側を前記いずれか他方
の不関電極に結合したクランプ用差動アンプ17とから
なる生体電気現象検出装置である。
【0009】
【作用】多数の関電極11を、ペーストを塗布して被測
定生体10としての頭部に装着する。また、第1、第2
の不関電極15、16を基準電圧をクランプすべき個所
に装着する。第1不関電極15で検出された生体電位、
電極の分極電圧などの第1不関電極15の総電圧Emが
クランプ用差動アンプ17へ送られ、設定電圧Ecに対
する電圧Eoとして逆位相にして出力する。すると、第
2不関電極16から第1不関電極15へ、その間の抵抗
Rfを介して帰還される。このような負帰還では、第1
不関電極15の総電圧の変動を押さえるような方向に、
電流Iが流れる。したがって、クランプ用差動アンプ1
7の利得Gが充分に大きければ、電流Iに関係なくEm
はEcと等しく保たれる。このようにして、第1不関電
極15と第2不関電極16との間が、筋電位などの発生
で変動しても、その変動を抑えるような方向に電流Iが
流れて、クランプ用差動アンプ17からの一定のRef
電圧が差動アンプ13の一方に加えられる。このため、
差動アンプ13では、特定の関電極11における生体電
位が正確に測定される。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明
する。10は、被測定生体で、この被測定生体10の頭
部測定部位には、たとえばヘルメット状の電極ホルダー
等を介して、銀・塩化銀などの高安定性を有するものか
らなる多数の生体電気検出用関電極11が取付けられて
いる。これらの関電極11は、モントリオール法などの
取付け位置に対応しており、顎バンドでペーストを介し
て被測定生体10の頭部測定部位表面に密着させて装着
される。
【0011】また、銀・塩化銀などの高安定性を有する
ものからなる不関電極12は、従来の耳や鼻根に代え
て、本発明の装置では、電位を固定したい2個所に取り
付けられる。具体的には、耳と鼻根に近い頭部全周であ
って、モントリオール法の関電極11部位Fp1,Fp
2,F7,F8,T3,T4,T5,T6,O1,O
2,O1よりもやや下方に位置して線状の第1不関電極
15を取付けるとともに、首周りにやはり線状の第2不
関電極16を取付ける。
【0012】前記第1不関電極15は、クランプ用差動
アンプ17の一方の入力側に結合し、また、クランプ用
差動アンプ17の他方の入力側は、接地するか、また
は、設定可能な一定の制御用電位Ecを印加する。この
クランプ用差動アンプ17の出力側を前記第2不関電極
16に接続する。このようなループ回路により、基準電
圧クランプ回路19が構成される。前記第1不関電極1
5は、また、差動アンプ13の一方の入力側に基準電圧
Refとして接続する。この差動アンプ13の他方の入
力側には多数の関電極11がチャンネル切換回路18を
介して結合される。14は出力端子である。
【0013】以上のような構成おける動作を説明する。 (1)ヘルメット状電極ホルダーなどに取付けられた多
数の関電極11を、ペーストを塗布して被測定生体10
の頭部に被せて装着する。 (2)また、電位を固定したい2個所、具体的には、耳
と鼻根に近い頭部全周であって、モントリオール法の関
電極11部位Fp1,Fp2,F7,F8,T3,T
4,T5,T6,O1,O2,O1よりもやや下方に位
置して線状の第1不関電極15を取付けるとともに、首
周りにやはり線状の第2不関電極16を取付ける。 (3)第1不関電極15で検出された額周りの生体電位
の他に、電極の分極電圧などの第1不関電極15の総電
圧Emがクランプ用差動アンプ17へ送られる。する
と、このクランプ用差動アンプ17からは、設定電圧E
cに対する電圧Eoとして逆位相にして出力する。この
Eoは、第2不関電極16から第1不関電極15へ、そ
の間の抵抗Rfを介して帰還される。このような負帰還
では、第1不関電極15の総電圧Emの変動を押さえる
ような方向に、電流Iが流れる。したがって、クランプ
用差動アンプ17の利得Gが充分に大きければ、電流I
に関係なくEmはEcと等しく保たれる。
【0014】(4)このときの基準電圧クランプ回路1
9の作用を式を用いてさらに詳しく説明する。第1不関
電極15の生体検出電圧と、もしこの第1不関電極15
に無視できない分極電圧が発生しているときには、この
分極電圧その他の電圧を加えたクランプ用差動アンプ1
7の一方の総入力電位をEmとする。クランプ用差動ア
ンプ17の他方の制御電位をEcとする。クランプ用差
動アンプ17では、EmとEcの差を増幅し、かつ、逆
位相にしてEoを出力する。このように逆位相にしたE
oを第2不関電極16に印加すると、第2不関電極16
と第1不関電極15との間の抵抗Rfを介して第1不関
電極15に帰還される。このような負帰還では、第1不
関電極15の総電圧Emの変動を押さえるような方向
に、電流Iが流れる。
【0015】(5)すなわち、EoはEmに対して逆位
相であるから、クランプ用差動アンプ17の利得を−G
とすると、次式が成り立つ。 Eo−Em=I・Rf Eo=−G(Em−Ec) これらの式より、 G・Ec/(1+G)−Em=Rf・I/(1+G) となる。この結果、第1不関電極15と第2不関電極1
6との間の被測定生体10と並列に、内部抵抗Rf/
(1+G)と起電力G・Ec/(1+G)の電源を入れ
たこととなる。したがって、Gが充分に大きければ、I
に関係なくEmはEcと等しく保たれる。
【0016】(6)このようにして、第1不関電極15
と第2不関電極16との間の電圧Emが、筋電位の発
生、電極の分極電位などで変動しても、その変動を抑え
るような方向に電流Iが流れて、第1不関電極15から
の一定の基準のRef電圧が差動アンプ13の一方に加
えられる。 (7)差動アンプ13では、基準のRef電圧とチャン
ネル切換回路18で選択された特定の関電極11におけ
る電圧から目的の生体電位が正確に測定される。 (8)チャンネル切換回路18で関電極11を順次切り
換えると、各関電極11の生体電位が順次測定される。
【0017】前記実施例では、チャンネル切換回路18
を設け、各関電極11の生体電位を順次測定するように
したが、これに限られるものではなく、チャンネル切換
回路18を省き、各関電極11をそれぞれ、各関電極1
1の数だけ並列に設けた差動アンプ13の一方の入力端
子に結合し、これらの差動アンプ13の他方の入力端子
に前記クランプ用差動アンプ17のEm端子を結合する
ことにより、複数の各関電極11からのデータを並列に
出力せしめることもできる。
【0018】前記実施例では、第1不関電極15を額の
周りに装着し、第2不関電極16を首周りに装着した
が、これに限られるものではなく、第1不関電極15を
一方の耳に装着し、第2不関電極16を他方の耳に装着
するようにしてもよい。
【0019】前記実施例では、顔面の筋電位の影響をな
くするようにした例を示したが、これに限られるもので
はなく、図2に示すように、心臓の電位が脳波に影響し
ないように、心臓と頭部との間の適当な位置に、第1不
関電極15と第2不関電極16とを取付けることもでき
る。この場合、Ecを積極的に所定の電圧を与えること
により、n個の関電極11の計測電極の中点に設定する
こともでき、計測目的に応じた設定が極めて容易であ
る。
【0020】前記実施例では、脳波計の場合について説
明したが、心臓電位、筋電位、眼球電位、細胞電位など
の生体電位を検出する場合にも利用できる。
【0021】
【発明の効果】
(1)第1不関電極15と第2不関電極16との間の電
圧Emが、筋電位の発生、電極の分極電位などで変動し
ても、その変動を抑えるような方向に電流Iが流れて、
第1不関電極15からの一定の基準のRef電圧が差動
アンプ13の一方に加えられ、目的の生体電位が正確に
測定される。 (2)Ecとして積極的に所定の電圧を与えることによ
り、n個の関電極11の計測電極の中点に設定すること
もでき、計測目的に応じた設定が極めて容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による生体電気現象検出装置の一実施例
を示す電気回路図である。
【図2】本発明による生体電気現象検出装置の他の実施
例を示す電気回路図である。
【図3】双極法の説明図である。
【図4】単極法の説明図である。
【符号の説明】
10…被測定生体、11…関電極、12…不関電極、1
3…差動アンプ、14…出力端子、15…第1不関電
極、16…第2不関電極、17…クランプ用差動アン
プ、18…チャンネル切換回路、19…基準電圧クラン
プ回路。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不関電極の基準電圧に対する関電極11
    における被測定生体10の電気現象を差動アンプ13に
    て検出する装置において、前記不関電極の基準電圧信号
    を一定値にクランプする基準電圧クランプ回路19を具
    備し、この基準電圧クランプ回路19は、被測定生体1
    0に装着される第1不関電極15と、この第1不関電極
    15の装着位置と異なる位置に装着される第2不関電極
    16と、いずれか一方の不関電極による検出電圧と設定
    された一定の制御電圧とを差動増幅するとともに、いず
    れか一方の不関電極による検出電圧に対して位相反転
    し、出力側を前記いずれか他方の不関電極に結合したク
    ランプ用差動アンプ17とからなることを特徴とする生
    体電気現象検出装置。
  2. 【請求項2】 クランプ用差動アンプ17に印加される
    制御電圧は、0電圧を含め所定の一定電圧に設定可能と
    した請求項1記載の生体電気現象検出装置。
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