JP3880547B2

JP3880547B2 - 心拍出量測定用電極および心拍出量測定装置

Info

Publication number: JP3880547B2
Application number: JP2003155595A
Authority: JP
Inventors: 憲一山越; 輝義諸江; 朗五十嵐
Original assignee: Kanazawa University NUC; Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Kanazawa University NUC; Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2023-05-30
Also published as: JP2004351135A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、心拍出量測定用電極に関する。
また、本発明は、この心拍出量測定用電極を備える心拍出量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
心臓の血液駆出に伴う生体インピーダンス（あるいはアドミタンス）変化を用いる電気的な心拍出量計は、心拍出量を測定する非侵襲的計測法の中で最も簡便な手法として広く利用されている。その多くは、Nyboerらの胸部円筒モデルとKubicekらの心拍出量または一回拍出量の推定式に基づいて計測が行われている。
【０００３】
これらの計測においては、図９のように胸部36及び頸部35に４本のバンド状の電極を一周させて装着して、外側の一対の電流通電用電極31.32間に高周波微小電流を印可し、内側の一対の電圧検出用電極33,34で電圧を測定することにより、Kubicekらの推定式に基づいて心拍出量を算出している。
【０００４】
これらの電気的インピーダンス（あるいはアドミタンス）法で従来から使用されている生体用電極は、帯状の布部材の長手方向に銀被覆有機繊維体あるいは銀被覆有機繊維を含有した繊維体で構成されるバンド状の形状をしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１３７６９９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなバンド状の電極では、ベッドに寝た仰臥位の被験者（あるいは患者）への電極装着は容易ではなく、さらに生体の測定部に電極を一周させることによる拘束感があることから電極装着に関する被験者（あるいは患者）への不快感が大きな問題となっている。このため、簡便に生体に装着でき、電極装着よる不快感が少ない心拍出量測定用電極の開発が望まれている。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、簡便に装着でき、被験者等の不快感を低減できる心拍出量測定用電極、およびこの心拍出量測定用電極を備える心拍出量測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の心拍出量測定用電極は、一対の電流通電用電極と一対の電圧検出用電極を有する心拍出量測定用電極において、電流通電用電極の長さが１００〜２５０ｍｍの範囲にあり、電圧検出用電極の長さが２０〜４０ｍｍの範囲にあるものである。
【０００９】
ここで、１つの電流通電用電極と１つの電圧検出用電極が、１つのシートに固定されていることが好ましい。また、シートが粘着シートであることが好ましい。また、シートは、電流通電用電極と電圧検出用電極の間に、分離用切れ目を有することが好ましい。また、不感電極がシートに固定されていることが好ましい。また、１つの電圧検出用電極に代えて、移動自在な接続端子を有することが好ましい。また、２つの電圧検出用電極の距離を計測するための電極間距離メジャーを備えることが好ましい。
【００１０】
本発明の心拍出量測定装置は、一対の電流通電用電極と一対の電圧検出用電極を有する心拍出量測定用電極を備えた心拍出量測定装置において、電流通電用電極の長さが１００〜２５０ｍｍの範囲にあり、電圧検出用電極の長さが２０〜４０ｍｍの範囲にあるものである。
【００１１】
ここで、１つの電流通電用電極と１つの電圧検出用電極が、１つのシートに固定されていることが好ましい。また、シートが粘着シートであることが好ましい。また、シートは、電流通電用電極と電圧検出用電極の間に、分離用切れ目を有することが好ましい。また、不感電極がシートに固定されていることが好ましい。また、１つの電圧検出用電極に代えて、移動自在な接続端子を有することが好ましい。また、２つの電圧検出用電極の距離を計測するための電極間距離メジャーを備えることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
まず、心拍出量測定用電極および心拍出量測定装置にかかる第１の発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、第１の実施の形態にかかる心拍出量測定用電極の構成を示す平面図である。図１に示すように、心拍出量測定用電極は、一対の電流通電用電極2,11と一対の電圧検出用電極7,14を有している。電流通電用電極2と電圧検出用電極7、および電流通電用電極11と電圧検出用電極14を、上下に二つ組み合わせることにより心拍出量測定用電極を構成している。
【００１４】
電流通電用電極2と電圧検出用電極7は、シート1に固定されている。このシート1は粘着シートからなっている。
【００１５】
電流通電用電極2の形状は、長方形の板状である。電流通電用電極2は、長さが１００〜２５０ｍｍの範囲にあることが好ましい。長さが１００ｍｍ以上であると、電流分布が均一になりやすいという利点がある。長さが２５０ｍｍ以下であると、身体の前面のみで装着可能という利点がある。
【００１６】
電流通電用電極2は、幅が１０〜３０ｍｍの範囲にあることが好ましい。
【００１７】
電流通電用電極2の形状は、長方形の板状に限定されない。電流通電用電極2の形状は、このほか心電図測定に利用される生体用電極を２個ないし、３個を導線で接続することにより等電位化した複合電極などを採用することができる。その場合、配置された心電図測定用電極の両端までの長さは、長方形の板状電極で用いられる長さと同じ範囲とする。
【００１８】
図２は、電流通電用電極2の構成を示す断面図である。図２に示すように、本電極の断面の構造は、ゲル状導電性粘着物質4とAg/AgClシート3で構成された生体電極を接続端子5を介して、導線6へと接続して、生体へ高周波電流を流している。
【００１９】
ゲル状導電性粘着物質4は、電解物質であり、塩化ナトリウムや塩化カリウム等を含む高分子ポリマーのゲルなどからなる。
【００２０】
Ag/AgClシート3は、紙、ポリマーフィルム等により形成された基材に銀−塩化銀を基材の片面の全面に渡って所定の厚さ、例えば10〜20ミクロンで形成したものからなる。シートはこのAg/AgClシートに限定されない。このほか、銀、金などを採用することができる。
【００２１】
電流通電用電極2は、粘着シート1に固定されている。粘着シート1は、通気性を持ったメッシュ状の粘着シートからなる。
【００２２】
なお、後述する電流通電用電極11、電圧検出用電極7,14、および不感電極17の構成は、上述した電流通電用電極2の構成と同様である。
【００２３】
図1に示すように、電圧検出用電極7の形状は、長方形の板状である。電圧検出用電極7は、長さが２０〜４０ｍｍの範囲にあることが好ましい。長さが２０ｍｍ以上であると、十分に電位を測定できるという利点がある。長さが４０ｍｍ以下であると、分解能的に問題がないという利点がある。
【００２４】
電圧検出用電極7は、幅が１０〜３０ｍｍの範囲にあることが好ましい。
【００２５】
電圧検出用電極7の形状は、長方形の板状に限定されない。電圧検出用電極7の形状は、このほか、心電図測定に使用される生体用電極などを採用することができる。
【００２６】
電流通電用電極2と電圧検出用電極7の距離は、３０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲にあることが好ましい。距離が３０ｍｍ以上であると、誤差要因である電流集中が発生しづらいという利点がある。距離が５０ｍｍ以下であると、頸部に大きくかからないという利点がある。
【００２７】
本電極では、粘着シート1で固定されているため、常に電流通電用電極2と電圧検出用電極7を所定の距離で装着することが可能となる。従って、生体のインピーダンス（あるいはアドミタンス）法による心拍出量計測において大きな誤差要因となりうる、不適切な電極配置による通電電流分布の不均一性を防ぐことができる。
なお、後述する電流通電用電極11と電圧検出用電極14についても、同様の効果が得られる。
【００２８】
電流通電用電極11、電圧検出用電極14、および不感電極17は、粘着シート10に固定されている。
【００２９】
電流通電用電極11の形状、長さの範囲、幅の範囲、および採用しうる他の形状は、上述した電流通電用電極2の形状、長さの範囲、幅の範囲、および採用しうる他の形状と同様である。
【００３０】
心拍出量測定用電極の中心軸を、電極間距離メジャー20の幅方向の中心とすると、電流通電用電極11の長手方向の中心は、中心軸から右側（図面上）に偏心している。この偏心させている理由は、電圧検出用電極14、電流通電用電極11、不感電極17の３つの電極を粘着シート上に構成させるためである。
【００３１】
電圧検出用電極14の形状、長さの範囲、幅の範囲、および採用しうる他の形状は、上述した電圧検出用電極7の形状、長さの範囲、幅の範囲、および採用しうる他の形状と同様である。
【００３２】
電流通電用電極11と電圧検出用電極14の距離の範囲は、上述した電流通電用電極2と電圧検出用電極7の距離の範囲と同様である。
【００３３】
また、電圧検出用電極が装着された場所の生体インピーダンス（あるいはアドミタンス）値も同時に計測可能なように下側の電流通電用電極11の左隣にスポット状に加工したゲル状の導電性粘着物質とAg/AgClシートから構成される不感電極17を設けている。もちろんこれは、個別の生体インピーダンス（あるいはアドミタンス）値が不要であれば使用しなくとも、心拍出量の測定に問題ない。
【００３４】
２つの電圧検出用電極7,14の距離Lを計測するための電極間距離メジャー20を備えている。電極間距離メジャー20の上端（図面上）は粘着シート1に固定されている。電極間距離メジャー20は、粘着シート10上の通し部21により、摺動可能に支持されている。この電極間距離メジャー20により、心拍出量の算出に必要な電圧検出用電極間の距離Lを簡便に計測することができる。
【００３５】
本実施の形態にかかる心拍出量測定装置は、上述の電流通電用電極と電圧検出用電極を有する心拍出量測定用電極を備えるものである。
【００３６】
つぎに、上述の心拍出量測定用電極を用いて、心拍出量測定に適用した場合を説明する。
インピーダンス（あるいはアドミタンス）法で広く用いられるKubicekらの心拍出量の推定式は、Nyboerらの円筒モデルを基に構築されており、この式を用いて心拍出量を算出するためには測定部位である胸部が円筒モデルに対応している必要がある。そのために、体表面における電流分布を測定して、胸郭体表面全体の電流分布を計測し、円筒モデルに対応しているかどうか検討する必要がある。
【００３７】
電流の可視化は困難なため、電流が等電位線に直交して流れる性質から胸部の等電位分布図を作成することにより胸部電流分布が推定可能となる。また、通電電流を一定とすれば、等電位線と等インピーダンス線は等しくなることを利用することにより、胸郭体表面の等インピーダンス分布図を作成することで、体表面における電流分布を推定することが可能となる。
【００３８】
ここで、血液が大動脈内に流入する直前（すなわち心室拡張期末）の胸部平均インピーダンスをZo信号と定義し、これにより作成した等インピーダンス分布図をZoマップとする。
【００３９】
円筒モデルに対応する理想的なZoマップは、図３のように胸部全体に均一に分布することになる。しかしながら、実際の生体インピーダンスは組織で異なり、その異方性により通電電流の方向または測定方向、印可周波数などで大きく異なっていることが分かっているため、実際の測定ではそのような分布図にならず、測定誤差の原因の一つになっている。
【００４０】
従来から用いられているバンド状電極では、胸部及び頸部に一周巻き付けることにより図４のように理想的なZoマップに対して相関係数r=0.96の胸部電流分布を実現していた。しかし、バンド状電極では、計測原理の基になる円筒モデルに対応させるため、胸部と頸部に一周巻き付ける必要があり、そのためにベッドに寝ている時のような仰臥位姿勢の被験者（あるいは患者）に対しては電極の装着が困難であったり、長時間計測においては不快感を与えるという問題が起こっている。
【００４１】
そこで、電極装着を簡易化するために電極の形状及び位置を様々に変えて、胸郭体表面上のZoマップを作成し、円筒モデルが適用可能と思われる電極配置の検討を行った。その結果、従来のように胸部及び頸部にバンド状電極を一周させることなく、鎖骨の上部30mm及び剣状突起の下部30mmに長さ15cmのテープ状の電流通電用電極を配置することで、図５のように理想的なZoマップに対して相関係数r=0.92と従来のバンド状電極とほぼ同等の胸部電流分布が得られることが判明した。
【００４２】
さらに、胸部全体及び正中近傍でのZo信号に重畳している脈動成分ΔZによる等インピーダンス分布図をΔZマップとする。そこで、図６のようにΔZマップに肺の解剖学的位置関係を重ね合わせると、胸郭全体では円筒モデルを適用できるような理想的なΔZマップと良い相関が得られなかった。しかし、正中近傍付近に着目して、局所的な円筒モデル（太線で囲った正中近傍領域39）を定義することにより理想なΔZマップに対して相関係数r=0.93の結果が得られた。
【００４３】
これらの結果より、正中近傍に局所的な円筒モデルを想定し、電圧検出用電極の配置としてΔZ波形が最も大きく変化する鎖骨中央と剣状突起とすることにより、従来の電極配置と同等の精度で測定可能となることが分かった。
【００４４】
電圧検出用電極７は、鎖骨中央付近の領域範囲に装着することが好ましい。この領域範囲に装着すると、心室の収縮に伴う上行大動脈での血液量変化により、インピーダンス（あるいはアドミタンス）変化が顕著に表れるという利点がある。
【００４５】
電圧検出用電極14は、剣状突起付近の領域範囲に装着することが好ましい。この領域範囲に装着すると、インピーダンス（あるいはアドミタンス）変化が少ないという利点がある。
【００４６】
本電極の測定精度を比較するために、本電極の電圧検出用電極を鎖骨中央と剣状突起に配置することにより、侵襲的な方法ではあるが臨床でも広く利用されている色素希釈法による心拍出量計測値との比較で、相関係数がr=0.98、回帰係数a=1.19となり、従来から用いられているバンド状電極の測定値とほぼ同様な値が得られた。
【００４７】
従って、本実施の形態の電極は、従来から利用されているバンド状電極と置き換えて、電気的インピーダンス（あるいはアドミタンス）法に使用することができ、電流通電用電極及び電圧検出用電極対を粘着シートで一体化していることにより、電極装着を非常に容易化することができ、胸郭前面のみを使用することにより仰臥位の試験者（あるいは患者）でも簡便に装着可能で、一周巻き付ける必要がないため被験者の不快感を低減できる効果がある。
加えて、電極間距離メジャーを付属していることから、Kubicekらの心拍出量の推定式に必要な電圧検出用電極間の距離を簡便に測定することができる効果がある。
【００４８】
つぎに、心拍出量測定用電極および心拍出量測定装置にかかる第２の発明の実施の形態について説明する。
【００４９】
図７に示したように図１の第１の実施形態と基本的には同様な構造をしているが、第１の実施形態の電極構成では被験者（あるいは患者）の体格により、通電電流用電極と電圧検出用電極間の距離を30mm以上、あるいは30mm以下にしなければならない場合が生じる可能性がある。
【００５０】
そのため、電流通電用電極と電圧検出用電極の間のシートには、分離用切れ目23,24を設ける。すなわち、通電電流用電極と電圧検出用電極を分離可能なように粘着シートにあらかじめ分離用の切れ目23,24を設け、電圧検出用電極の導線に余裕をもたせた構造にすることにより、通電電流用電極と電圧検出用電極間の距離を任意にとることが可能となっている。これにより、第１の実施形態では測定が不可能であった被験者（あるいは患者）にもバンド状電極ではなく、本発明の電極を用いた測定が可能となる効果がある。
【００５１】
本実施の形態にかかる心拍出量測定装置は、上述の電流通電用電極と電圧検出用電極を有する心拍出量測定用電極を備えるものである。
【００５２】
つぎに、心拍出量測定用電極および心拍出量測定装置にかかる第３の発明の実施の形態について説明する。
【００５３】
図８に示したように、図１の第１の実施形態と基本的には同様な構成をしている。１つの電圧検出用電極に代えて、移動自在な接続端子を有する。すなわち、第１の実施形態の電圧検出用電極の位置ではなく、任意の場所の生体インピーダンス（あるいはアドミタンス）値を心拍出量と同時に計測可能なように、例えば心電図電極と接続可能な電圧検出用電極クリップ27を別途設けている。
【００５４】
これにより、標準の電極配置では測定誤差が生じるような場合において、生体インピーダンス（あるいはアドミタンス）値を通常の電圧検出用電極とは別の場所で計測することにより、誤差の補正を行うことが可能となる効果がある。
【００５５】
本実施の形態にかかる心拍出量測定装置は、上述の電流通電用電極、電圧検出用電極、および移動自在な接続端子を有する心拍出量測定用電極を備えるものである。
【００５６】
なお、本発明は上述の実施の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００５７】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
一対の電流通電用電極と一対の電圧検出用電極を有する心拍出量測定用電極において、電流通電用電極の長さを所定の範囲にすることにより、または、心拍出量測定用電極を備えた心拍出量測定装置において、電流通電用電極の長さを所定の範囲にすることにより、心拍出量測定用電極を簡便に装着でき、被験者等の不快感を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる心拍出量測定用電極の構成を示す平面図である。
【図２】電流通電用電極の構成を示す断面図である。
【図３】円筒モデルに対応する理想的なZoマップを示す図である。
【図４】従来のバンド状電極を用いた場合のZoマップを示す図である。
【図５】本実施の形態にかかる心拍出量測定用電極を用いた場合のZoマップを示す図である。
【図６】本実施の形態にかかる心拍出量測定用電極を用いた場合のΔZマップを示す図である。
【図７】第２の実施の形態にかかる心拍出量測定用電極の構成を示す平面図である。
【図８】第３の実施の形態にかかる心拍出量測定用電極の構成を示す平面図である。
【図９】一対の電流通電用電極と一対の電圧検出用電極を有する従来の心拍出量測定用電極、およびその装着状態を示す図である。
【符号の説明】
１‥‥粘着シート、２‥‥電流通電用電極、３‥‥Ag/AgClシート、４‥‥ゲル状導電性粘着物質、５‥‥接続端子、６‥‥導線、７‥‥電圧検出用電極、８‥‥接続端子、９‥‥導線、１０‥‥粘着シート、１１‥‥電流通電用電極、１２‥‥接続端子、１３‥‥導線、１４‥‥電圧検出用電極、１５‥‥接続端子、１６‥‥導線、１７‥‥不感電極、１８‥‥接続端子、１９‥‥導線、２０‥‥電極間距離メジャー、２１‥‥通し部、２２‥‥剥離シート、２３，２４‥‥分離用切れ目、２５，２６‥‥延長用導線、２７‥‥電圧検出用電極クリップ、３１，３２‥‥電流通電用電極、３３，３４‥‥電圧検出用電極、３５‥‥頚部、３６‥‥胸部、３７‥‥Ｚ₀マップ、３８‥‥ΔＺマップ、３９‥‥正中近傍領域、４０‥‥肺

Claims

一対の電流通電用電極と一対の電圧検出用電極を有する心拍出量測定用電極において、
上記電流通電用電極は、長さが１００〜２５０ｍｍの範囲にあり、
上記電圧検出用電極は、長さが２０〜４０ｍｍの範囲にある
ことを特徴とする心拍出量測定用電極。
１つの電流通電用電極と１つの電圧検出用電極が、１つのシートに固定されていることを特徴とする請求項１記載の心拍出量測定用電極。
シートが粘着シートであることを特徴とする請求項２記載の心拍出量測定用電極。
シートは、電流通電用電極と電圧検出用電極の間に、分離用切れ目を有することを特徴とする請求項２記載の心拍出量測定用電極。
不感電極がシートに固定されていることを特徴とする請求項２記載の心拍出量測定用電極。
１つの電圧検出用電極に代えて、移動自在な接続端子を有することを特徴とする請求項１記載の心拍出量測定用電極。
２つの電圧検出用電極の距離を計測するための電極間距離メジャーを備えることを特徴とする請求項１記載の心拍出量測定用電極。
一対の電流通電用電極と一対の電圧検出用電極を有する心拍出量測定用電極を備えた心拍出量測定装置において、
上記電流通電用電極は、長さが１００〜２５０ｍｍの範囲にあり、
上記電圧検出用電極は、長さが２０〜４０ｍｍの範囲にある
ことを特徴とする心拍出量測定装置。
１つの電流通電用電極と１つの電圧検出用電極が、１つのシートに固定されていることを特徴とする請求項８記載の心拍出量測定装置。
シートが粘着シートであることを特徴とする請求項９記載の心拍出量測定装置。
シートは、電流通電用電極と電圧検出用電極の間に、分離用切れ目を有することを特徴とする請求項９記載の心拍出量測定装置。
不感電極がシートに固定されていることを特徴とする請求項９記載の心拍出量測定装置。
１つの電圧検出用電極に代えて、移動自在な接続端子を有することを特徴とする請求項８記載の心拍出量測定装置。
２つの電圧検出用電極の距離を計測するための電極間距離メジャーを備えることを特徴とする請求項８記載の心拍出量測定装置。