JPH067824B2 - 実脳波抽出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 この発明は、実脳波抽出装置に関するものである。

（ロ） 従来の技術 従来、脳の機能状態を示し、脳障害の標識となるものと
して脳波が使用されているが、この脳波は脳から生ずる
微弱な不規則変動の２電極間の脳電位差を記録したもの
であり、かかる脳波を増巾器に導き、ペン書き式記録機
で表示したものを脳電図（ＥＥＧ）と称しており、脳電
図を作成するための脳波の導出法としては、基準電極を
たとえば、耳たぶのように脳波の影響が比較的少ないと
考えられる部位において、活性電極を検すべき頭皮上の
部分に置き、脳電位を導出する方法等がとられている。

（ハ） 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、雑波混入のない理想的な実脳波を導出す
るには、活性電極を目的脳波が検出しやすい部位に設置
すると共に、脳電位の基準となるべき基準電極を目的外
の脳波及び心電図等の雑波が波及しない一定電位の部位
に設置することが不可欠である。

しかるに、目的外脳波が波及しない部位例えば手、足等
では心電図のレベルが脳電位より大きく肝腎の脳波の判
読が著しく困難であり、心電図の影響が少ない頭部では
目的外脳波が混入してこれまた目的脳波の判読が困難と
なる。

そこで、止むなく目的外脳波及び心電図が混入はするが
比較的これらの影響が少ないと目される耳たぶ等に基準
電極を設置するということが従来行われている脳波の単
極導出法である。

しかし、耳たぶ等に基準電極を置いて導出した脳波で
は、上記のように雑波が混在しているため、目的の脳波
が雑波でマスキングされて正確な脳の機能を示すことに
はならず、脳機能がより高度な解析及び診断を下すこと
が不可能であった。

従って、心電図及び目的外脳波等の雑波をフィルター等
にて除去し、目的の実脳波のみ抽出する試みがすでにな
されたが失敗に終り、現状ではこれら雑波の除去は、不
可能視されていた。

（ニ） 問題点を解決するための手段 この発明では、二極間の電位差から脳電図を作成するた
めの活性電極と基準電極からなる一対の電極と、該電極
に接続し、一対の電極の電位差を増巾するための増巾器
と、該増巾器に接続し、電位差をデジタル信号に変換す
るためのＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器に接続し、該
デジタル信号を収納する一時記憶装置と、心電図波形を
導出するための一対の電極と、該電極に接続され、心電
図波形からトリガー信号を発生して一時記憶装置に送る
トリガー信号発生部と、一時記憶装置に接続し、実脳波
波形を抽出することができる演算部とより構成され、し
かも、演算部は、トリガー信号発生部からのトリガー信
号より所定時間遡及した時点を起点として脳波波形を個
々のセグメントに分割し、各セグメントを逐次加算平均
して混入心電図の推定波形を得て、この推定波形を起点
を同期させながらもとの雑波混在の脳波波形から差し引
いて実脳波波形を抽出しうるべく構成したことを特徴と
する実脳波抽出装置を提供せんとするものである。

（ホ） 作用及び効果 この発明では、脳波波形を導出するための活性電極と基
準電極との一対の電極を設け、また、心電図波形を導出
する一対の電極を設け、トリガー信号発生部において心
電図波形からトリガー信号を発生し、演算部において脳
波波形から雑波の推定波形を差し引いて実脳波波形を抽
出できるようにしている。従って、脳波に混在する心電
図由来の波形が、脳波導出と同時に別途導出した心電図
と同期しており、かつ検査目的の脳波波形との独立性が
高いことに着目し、演算部において導出した脳波を心電
図と同期分割してセグメント化とし、次々に発生するセ
グメントを心電図と同期して逐次加算平均することによ
って、心電図と同期した波形成分は位相が重畳して顕在
化し、非同期の波形成分は位相が分散して平滑化され
て、同期波形のみが抽出されることになり、目的の実脳
波はこの同期波形からの偏差として捉えることができ
る。

従って、演算部においてもとの導出脳波波形からこの同
期波形を雑波の推定波形として差し引くことにより実脳
波の抽出を行うことができる。

以上のように、この装置によれば心電図由来の波形を消
去できるのであるから、基準電極の設置位置は目的外脳
波が混入しない部位であれば心電図の影響が大きい部位
でも差支えない。

かくして演算部により得た波形は、極めて高い精度で目
的脳波を示すものであるから、脳機能のより高度な解析
及び診断の資料として充分な信頼性を有するものであ
る。

（ヘ） 実施例 この発明の実施例を図面にもとずき詳説すれば、第１図
〜第４図は各電極から得た波形及び本装置により処理さ
れた処理波形の説明の為の模式図であり、第１図は、脳
電図とトリガー信号(1)を生起するための心電図を示
し、この脳電図は、活性電極(2)を頭皮上の目的部位近
傍に設置し、基準電極(3)を顎あるいは手に設置して、
二極間の電位差から導出したものであり、この波形に
は、目的の脳波波形と心電図由来の波形とが混在してい
るが、目的外の脳波は混入していないものである。

なお、電極設置は、心電図由来の波形レベルの大小は考
慮する必要がなく、要は、目的の脳波が最も顕著に導出
できる位置を選択することができる。

また、この波形から心電図由来の波形周期が必ずしも一
定ではないこと、目的の脳波と除去すべき雑波の周波数
帯域が重複していることがわかり、従来、このことが実
脳波の抽出を困難なものとしていた。

トリガー信号(1)は、心電図波形(4)を適宜のレベルに増
巾し、同波形(4)中で最大ピークを示すＲ波(5)を標識と
して生成するものである。

なお、心電図波形(4)にはＲ波(5)に先行するＰ波(6)が
存在し、この先行時間は通常200msec以内であるとされ
ている。

第２図は、第１図の脳波波形(7)をトリガー信号(1)にて
同期分割した波形を示す。

なお、ここでいう同期分割とは、脳波波形(7)とトリガ
ー信号(1)すなわち心電図波形(4)との時間的整合を意味
し、具体的には、脳波波形(7)を、トリガー信号(1)から
200msecさかのぼった時点を起点(8)として次波の同位相
までを一個のセグメント(9)に分割することであり、ト
リガー信号(1)前200msecを分割の起点(8)とすることで
心電図波形(4)のＰ波(6)成分をセグメント(9)の前部に
位置させている。

第３図は、第２図で同期分割したセグメント(9)と起点
と同期させて逐次加算平均した波形を示しており、この
逐次加算平均により第１図に示す脳波波形(7)中の心電
図と同期した波形のみが重畳して顕在化し、非同期の波
形は平滑化されて、同期波形のみが抽出されることにな
り、この顕在化した同期波形を心電図に起因する雑波の
推定波形(10)とする。なお、この逐次加算平均は、過去
の逐次加算平均値に重みづけの指数を乗じ、新たに到来
したセグメント数値に、１から同指数を差引いた数値を
乗じて両者を加算するという演算を行って、推定波形(1
0)を逐次更新し被検者の雑波波形に動的に追従させるも
のである。なお、重みづけの指数は、０と１の間におい
て任意に設定することができる。

以上の処理を、この実施例では、活性及び基準電極(2),
(3)間の電位差を最大±５Ｖ程度に増巾し、Ａ／Ｄ変換
してデジタル処理するものであり、Ａ／Ｄ変換の仕様
を、サンプリング間隔、１msec，分解能12ビットとして
いる。なお、脳波は、約100Hz以内の比較的おそい電機
振動であり、導出された電位差を、バイナリ12ビット、
すなわち4096段階に分けて信号化するのであるから、か
かる目的に対して充分な精度が保証されている。

そして、逐次到来する脳電位のデジタル信号を時系列に
従って記憶させ、心電図から得たトリガー信号(1)から2
00msecさかのぼった時点を起点(8)として得られる一連
のデジタル信号をセグメント(9)とし、逐次到来するセ
グメント(9)を基端(8)と同期させて上記演算法により逐
次加算平均して最新の推定波形(10)とする。推定波形(1
0)はセグメント(9)を構成した一連のデジタル信号がす
べて入力してから更新されるのではなく、時系列的に到
来する個々のデジタル信号入力の度ごとに、セグメント
(9)のその信号に該当する部分から逐次更新されて行く
ものであり、このことで処理速度を高めている。

なお、心電図に起因する波形は、最大ピークを示すＲ波
(5)及びＲ波に先行したＰ波(6)が主成分でありＲ波(5)
発生後は急速に減衰すると共に周期のバラツキが大きく
なるものであるから心電図波形(4)と同期した反復波形
を抽出するには、Ｐ波(6)が含まれるＰ波前200mescを起
点して同期分割、逐次加算平均を行うことで、かかる目
的には充分な精度が得られるものである。更に、起点
(8)の遡行時間を調整可能として被検者の個体差に対応
している。

第４図は、目的の実脳波波形(11)を示し、雑波混在の脳
波波形(7)から、起点(8)を同期させて第３図の雑波推定
波形(10)を差し引いたものである。

なお、第４図では波形振巾を略20倍に拡大している。

以上の処理は、第５図で示すような装置の構成により実
施される。

すなわち、(2),(3)はそれぞれ活性及び基準電極を示
し、電解物質を多量に含む導電性の糊料にてそれぞれ被
検者の頭皮及び手の皮膚に貼着している。(12),(12′)
は心電図波形(4)を導出するための電極で、それぞれ被
検者の頭部以外の皮膚に貼着している。

活性及び基準電極(2),(3)の電位差は、増巾率が一定の
増巾器(13)により最大±５Ｖ程度に増巾され、Ａ／Ｄ変
換器(14)にバイナリー12ビットのデジタル信号に変換さ
れ、一時記憶装置(15)に収納される。このＡ／Ｄ変換
は、サンプリング間隔１msecで行われ、時系列に対応し
た一時記憶装置(15)のアドレスに順次収納される。

一方、心電図波形(4)導出の電極(12)を、アンプ(16)を
介してシュミット素子(17)及び微分素子(18)を内蔵した
トリガー信号発生部(19)に接続しており、心電図波形
(4)Ｒ波(5)がリファレンス電圧に下方からクロスした時
点の立上りを捉えてトリガー信号(1)を発生し、このト
リガー信号(1)よって同期をとりながら、一時記憶装置
(15)に収納した脳波波形(7)記憶の現時刻よりも200msec
さかのぼった時点に相当するアドレスから同装置(15)の
記憶をアクセスして、演算部(20)に出力するものであ
る。

また、トリガー信号(1)の生成をデジタル処理で行うに
は、心電図波形(4)を増巾後Ａ／Ｄ変換し、逐次入力す
るデジタル信号の値を前後比較して、後の信号の値が前
の信号の値と等しいか、もしくは小さくなった時点でト
リガー信号(1)を発するようにすることもできる。

演算部(20)にはレジスター(21)が内蔵されており、レジ
スター(21)は、それまでの逐次加算平均した雑波の推定
波形(10)を記憶しており、新たに入力した一時記憶装置
(15)からの脳波波形(7)との加算平均を行っており常に
最新の加算平均値すなわち雑波の推定波形(10)を記憶し
ている。そして、このレジスター(21)に記憶した推定波
形(10)を一時記憶装置(15)からの脳波波形(7)から差引
き計算してＤ／Ａ変換器(22)に出力し、同変換器(22)に
接続したペン書き記録計(23)にて実脳波波形(11)を画か
せるものであり、200msec遅れのオンライン処理がなさ
れる。

なお、演算部(20)はクロック(20′)を内蔵しており、サ
ンプリングストローブなどすべてのタイミングは、クロ
ック(20′)からのパルスを分収(20″)して得ているの
で、機器全体が同期、同調して作動するものであり、ト
リガー信号(1)から200msecの時間遡行は、同信号(1)発
生時の一時記憶装置(15)のアドレスの相対アドレスで-2
00からアクセスを開始することにより得られるものであ
り、この遡行時間は、演算部に接続したキーボード(24)
の操作により変更設定することができる。

また、演算部(20)から診断用等のコンピュータ(25)に出
力して、同コンピュータ(25)に内蔵したプログラム及び
データベースを用いて診断等の処理をすることもでき
る。

なお、演算部(20)は、汎用のコンピュータに、上記手順
のプログラムをロードして行うことができ、高速のコン
ピュータであれば、数チャンネルの活性電極からの脳波
をスキャンニングして、同時に処理することができる
が、更に多数のチャンネルをカバーするには、増巾器(1
3)からのＤ／Ａ変換器(22)まで集積回路化して、これら
を多数並設することによって実現されるものであり、こ
の方が機器操作及び取扱の上からも望ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、脳電図及び心電図。 第２図は、同期分割した波形。 第３図は、逐次加算平均した波形（雑波の推定波形）。 第４図は、実脳波波形。 第５図は、本発明装置の構成と共に示したブロック図。 (1)：トリガー信号 (4)：心電図波形 (7)：脳波波形 (8)：起点 (9)：セグメント (10)：雑波の推定波形 (11)：実脳波波形

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二極間の電位差から脳電図を作成するため
   の活性電極(2)と基準電極(3)からなる一対の電極と、 該電極に接続し、一対の電極(2),(3)の電位差を増巾す
   るための増巾器(13)と、 該増巾器(13)に接続し、電位差をデジタル信号に変換す
   るためのＡ／Ｄ変換器(14)と、 該Ａ／Ｄ変換器(14)に接続し、該デジタル信号を収納す
   る一時記憶装置(15)と、 心電図波形(4)を導出するための一対の電極(12),(12′)
   と、 該電極(12),(12′)に接続され、心電図波形(4)からトリ
   ガー信号(1)を発生して一時記憶装置(15)に送るトリガ
   ー信号発生部(19)と、 一時記憶装置(15)に接続し、実脳波波形(11)を抽出する
   ことができる演算部(20)とより構成され、 しかも、演算部(20)は、トリガー信号発生部(19)からの
   トリガー信号(1)より所定時間遡及した時点を起点(8)と
   して脳波波形(7)を個々のセグメント(9)に分割し、各セ
   グメント(9)を逐次加算平均して混入心電図の推定波形
   (10)を得て、この推定波形(10)を起点(8)を同期させな
   がらもとの雑波混在の脳波波形(7)から差し引いて実脳
   波波形(11)を抽出しうるべく構成したことを特徴とする
   実脳波抽出装置。