JPH1156801A - 携帯型プログラマブル生体情報長期計測・記憶システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】生体情報には複数の情報源があり、かつ、脳の
不均一な状態を反映しつつ種々のタイムスケールで揺ら
いでいるので、携帯型の計測・記憶装置に時間分解能の
よい生体時系列データを長時間、少なくとも２４時間を
越えて計測・記憶を実施する機能をもたせること。 【解決手段】複数チャンネルの生体信号入力手段、及び
イベント発生手段を設け、この複数の信号に対してサン
プリング様式及び解析プログラムを任意に設定し実施す
ることができる手段を設けている。かつ、２４時間以上
の長時間に渡りディジタル記憶を行うことができる生体
情報記憶手段を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はホルター心電計のよ
うに携帯型であって、心電図のほかに複数の生体情報を
計測、処理及び記憶する機能を備えた生体情報計測・記
憶システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、携帯型で２４時間心電信号を磁気
テープに記録する装置としてホルター心電計がある。携
帯型であるため、２４時間の行動の中で生じる正常時、
症状発症時における心電図をイベント情報と共に記録す
ることができる。このため、常時現れている症状だけで
なく、断続的、突発的に生じた症状を記録することがで
きる。

【０００３】そして、最近では記録媒体に半導体メモリ
ーを採用したメモリーカードを用いた装置が実用化され
ている。このため、小型、軽量であるので、被検者の負
担を軽減し、かつ信号をディジタル化しているので、Ｓ
／Ｎの点で改善が図られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
記録装置においては次に述べるような不都合があった。

【０００５】生体情報は一方では秒、分、時、日、週、
月、季節、及び年のオーダーで揺らぎを呈している。ま
た、他方では覚醒（かくせい）と睡眠という二つの大き
く異なる状態をもっている。また、睡眠中にもノンレム
睡眠やレム睡眠というような多くの状態を有している。

【０００６】このように生体情報は脳の不均一な状態を
反映しつつ種々のタイムスケールで揺らいでいる。した
がって、健康や疾患の状態を客観的に把握するためには
生体情報のある一時刻について計測しただけでは不十分
である。

【０００７】さらに、今日でも使われている従来型の記
録装置では心電波形を磁気テープに記録するので、テー
プ送りスピードのばらつきによる波形歪み等が生じるた
めに精度上の問題、携帯型テープ容量の制約による記録
時間と記録チャンネルの制限等の問題もあった。

【０００８】最近はこれらの問題に対処するために半導
体メモリーによるメモリーカードを用いたディジタル記
録型のホルター心電計を使用するようになってはいる
が、記憶容量が数ＭＢ（メガバイト）程度止まりである
ため、２４時間心電図は情報圧縮を行っているので時間
軸上で精度が低いという問題があった。

【０００９】生体情報は心電図だけでなく脳波、筋電
図、眼電図、加速度などの複数の情報源があるにもかか
わらず、記録容量が小さいため長時間にわたるこれらの
情報を記録できなかった。したがって、異種の生体情報
間の関連について生理学的に研究することができなかっ
た。

【００１０】上記のような情報圧縮をしない、かつ複数
の生体情報を計測・記憶するためには、記憶媒体である
メモリーカードを複数枚用いるか又は磁気テープを数基
使用すれば可能である。しかし、この場合は装置の重量
と寸法が増加する一方、電池では電力供給において不足
するため、携帯型として実現することはできなかった。

【００１１】従来の磁気テープ方式の心電図データの解
析においては、解析装置が高価であるため、磁気テープ
を解析のための他施設に送付し、約１週間の解析待ちを
余儀なくされた。その解析に用いるプログラムは固定式
であるため種々の情報処理を必要とする生理学的研究用
には使用できなかった。さらには、睡眠、覚醒の各段階
に応じた心電図波形の切り取りが可能な装置は存在しな
かった。

【００１２】このため、時間分解能のよい生体時系列デ
ータを長時間、少なくとも２４時間を越えて計測し、解
析できるような計測・記憶・解析装置の開発が望まれて
いる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では、寸法は従来
型より２ないし３倍の大きさをもたせてあるが、ウエス
トポーチに収納することにより携帯可能であり、データ
記憶容量が従来型の１００倍程度大きいメモリーを用い
ている。

【００１４】大容量メモリーを用いると意義をもつよう
になる長時間に渡る複数チャンネルの生体信号入力手
段、及びイベント発生手段を設け、この複数の信号に対
してサンプリング様式及び解析プログラムを任意に設定
し実施することができる手段を設けている。サンプリン
グ様式を任意設定することによって複数の生体情報の計
測をそれぞれ適切の情報量でもって実施し、さらに２４
時間以上の長時間、かつディジタル記憶を行うことがで
きる生体情報記憶手段を設けている。以上のような手段
をもって計測・処理・記憶のシステムを構築している。

【００１５】

【発明の実施形態】本発明の携帯型プログラマブル生体
情報長期計測・記憶システムでは、全ディジタル記憶方
式を採用し、２００ＭＢに及ぶ半導体メモリーを用いて
記憶容量を増加させ、複数の生体情報を２４時間以上計
測・記憶する手段を設ける。

【００１６】上記の半導体メモリーとして、複数の生体
情報及びイベント情報を２４時間以上の長時間にわたり
記憶するための生体情報記憶手段であるメモリー、オン
ライン情報処理のための手順を記憶したデータ処理手順
記憶手段であるメモリー、入力信号の処理を実施するた
めにデータの一時記憶手段であるメモリー、及び生体情
報処理手段を立ち上げるための立ち上げプログラム記憶
手段であるメモリーを設ける。

【００１７】このように、容量を増加させているので、
長時間記録だけでなく、さらに、多チャンネル入力が可
能となる。そこで、心電図だけでなく脳波、筋電図、眼
電図、加速度等の睡眠ポリグラフの機能も備えることが
可能となる。このための複数種の生体信号入力手段を設
ける。

【００１８】生体信号は増幅器によりアナログ計測しＡ
／Ｄ変換した後にディジタル記憶する。そのアナログ信
号は種類によって周波数成分が異なる（後述の表１参
考）。そこで、それぞれの生体信号ごとにサンプリング
周波数を設定し、各信号に対する時分割のタイミングを
設定し、シリアルのディジタル信号に変換する必要があ
る。このようなサンプリング様式をプログラムによって
変更できるサンプリング制御部を設け、Ａ／Ｄ変換手段
を制御する。

【００１９】Ａ／Ｄ変換された複数の信号に対しては情
報処理部によってオンライン処理により統合する。この
際、Ａ／Ｄ変換手段によって処理された情報はある一定
量になるまで一時記憶手段に記憶され、その一定量ごと
に生体情報記憶手段に転送される。一方、情報処理部と
前述のサンプリング制御部は生体情報処理手段を構成
し、立ち上げプログラム記憶手段によって動作状態に入
るようにする。この両者の動作を決定するためのプログ
ラムをデータ処理手順記憶手段に格納する。

【００２０】一日の生活の中には就寝、起床、食事、歩
行、運転その他のイベントがあるので、この情報を記録
するための手動のイベント信号発生手段を設けて、上記
の生体情報との対応関係がわかるようにする。

【００２１】前述した生体情報記憶手段は情報処理部で
処理した情報及びイベント情報と共に記憶するようにす
る。記憶媒体は装置に組込型の半導体メモリー、又は脱
着可能なメモリーカードを用いるとよい。

【００２２】生体情報記憶手段に記憶した情報を外部解
析手段に転送するためには転送手段を設ける。

【００２３】上記のような構成を携帯型で実現し、携帯
型プログラマブル生体情報長期計測・記憶システムを構
成すると、以下のようにはたらく。複数の生体信号を増
幅器により計測し、Ａ／Ｄ変換した後オンライン処理に
より統合する。さらに、各信号にイベント信号を加えて
正確にディジタルデータとして記憶する。

【００２４】記憶の仕方は周波数成分がそれぞれ異なる
複数の信号を適切なサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換し
たものをシリアル情報として、少なくとも２４時間以上
の長時間にわたり圧縮操作をせずに記憶する。

【００２５】記憶した信号については転送手段によって
外部のコンピューターへ転送するか、メモリーカードに
よる情報伝達も可能である。

【００２６】生体情報記憶手段として組込型を用いる場
合は転送手段を介して解析用コンピューターに転送すれ
ば、ポリソノグラフィー（多現象睡眠計）として機能す
る。すなわち、脳波、筋電図及び眼電図により睡眠ステ
ージの判定を行うことができる。

【００２７】一方、睡眠ステージの判定がなされた後は
そのデータ区間の心電図波形切り取りを行うことができ
る。そして、心電図のＲＲ間隔、ＳＴ、Ｔ波等の時系列
データについてのスペクトル解析、自己相関解析、ウェ
ーブレット解析、カオス解析等の揺らぎについての解
析、及びその他の解析プログラムを実施できるようにな
る。

【００２８】又は、生体情報記憶手段がＩＣメモリーカ
ードのように脱着可能な場合にはカードを直接他のオフ
ライン解析装置に挿入して上記の解析を実施できるよう
になる。

【００２９】記憶はディジタルで行うので記憶再生時に
生じる歪みを防止し、長時間記憶したデータから２４時
間以上にわたる生体情報の揺らぎを含めた上記のような
解析を行うことを可能にしている。

【００３０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を説明する。図１において、生体信号入力手段１０は心
電図（ＥＣＧ）１チャンネル、筋電図（ＥＭＧ）１チャ
ンネル、脳波（ＥＥＧ）３チャンネル、眼電図（ＥＯ
Ｇ）２チャンネルの４種７チャンネルの信号を検出する
ためにそれぞれのセンサー１１、１２、１３、１４、１
５、１６、１７及び、被検者の動きを検出するためには
１チャンネルの加速度センサー（ＡＣＣ）１８を設けて
いる。

【００３１】これらの信号を増幅するために、チャンネ
ル数だけの増幅器１９を設けている。また、信号の種類
ごとに増幅度を設定している。表１には各信号の周波数
成分と増幅器１９の増幅度を示す。

【００３２】この８チャンネル信号をＡ／Ｄ変換するた
めにＡ／Ｄ変換手段２０を接続してある。この手段には
１２ビット、８チャンネルＡ／Ｄ変換器を用いている。

【００３３】Ａ／Ｄ変換した信号は生体情報処理手段３
０に進む。この生体情報処理手段３０は、先のＡ／Ｄ変
換手段２０を制御するためのサンプリング制御部３１、
及びＡ／Ｄ変換した信号をオンライン処理するための情
報処理部３２を備える。この生体情報処理手段３０には
セントラル・プロセッシング・ユニット（ＣＰＵ）とし
てディジタル信号処理器ＤＳＰを用いている。

【００３４】生体信号入力手段１０で検出した複数の信
号はそれぞれ周波数成分が異なるためサンプリング周波
数を可変とする必要がある。そこで、後述するメモリー
を有効利用するために信号の種類に応じて異なるサンプ
リング周波数でＡ／Ｄ変換した複数信号をシリアルで扱
えるようにするために、信号を時分割統合するサンプリ
ング制御部３１を設けている（表１参考）。

【００３５】生体信号を情報処理部３２で処理する際に
バッファメモリーを一時記憶手段４０として備えてい
る。このメモリーにはスタティック・ランダムアクセス
・メモリー（ＳＲＡＭ：６４ｋｂｙｔｅ）を用いてい
る。

【００３６】処理して得た情報を記憶するために生体情
報記憶手段５０に接続し記憶する。この記憶手段はＥＥ
ＰＲＯＭ（１９２Ｍｂｙｔｅ、フラッシュメモリー）で
構成し、複数情報の２４時間以上の記憶を可能にしてい
る。

【００３７】一方、起床、食事等のイベント信号を発生
させるためにイベント信号発生手段６０を設ける。これ
は複数個の押しボタンスイッチをもってパルスを発生さ
せるように構成してある。このイベント信号は情報処理
部３２によって生体情報にマークとして組み込み、前述
の生体情報記憶手段５０に記憶する。

【００３８】ＤＳＰを用いた生体情報処理手段３０にお
いて種々のディジタル信号処理を行うに当たり、生体情
報処理手段３０（サンプリング制御部３１及び情報処理
部３２）を動作状態に立ち上げるためのプログラムを格
納している立ち上げプログラム記憶手段７０と、データ
処理手順のプログラムを格納しているデータ処理手順記
憶手段８０を接続してある。前者の手段にはＢｏｏｔ
ＲＯＭ（３２ｋｂｙｔｅ）７０を用い、後者にはＳＲＡ
Ｍ（６４ｋｂｙｔｅ）８０を用いている。前述した一時
記憶手段４０とデータ処理手順記憶手段８０にはＳＲＡ
Ｍを用いている。

【００３９】生体情報記憶手段５０に記憶したデータは
外部のコンピューターなどの解析手段及び表示手段へ転
送するために転送手段９０を設けている。

【００４０】図２はサンプリング様式の実施例で、ＥＣ
Ｇ、ＥＭＧ、ＥＥＧ、ＥＯＧ、ＡＣＣのそれぞれを１チ
ャンネルずつ合計５チャンネル使用する場合の例を示
す。ＥＣＧについては４ｍｓ（２５０Ｈｚ）、他の信号
に対しては２０ｍｓ（５０Ｈｚ）でサンプリングしてい
る。サンプリング制御用プログラムは外部からエミュレ
ーターを介しあらかじめ任意に設定することができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施されるので次に示すような効果を奏する。

【００４２】２００Ｍｂｙｔｅという従来にない大容量
メモリーを組み込んだホルター型（携帯型）計測システ
ムにしたことにより従来の２４時間を超える長時間記憶
が可能となる。さらに、ＥＥＧ、ＥＭＧ、ＥＯＧ、ＥＣ
Ｇ、加速度等の複数（実施例では８）チャンネル複数情
報及びイベントの同時計測・記憶用装置を実現できる。

【００４３】例えば、記憶容量に関してはＥＣＧＩチャ
ンネルを２５０Ｈｚ、全波整流したＥＭＧ１チャンネル
（段落５０参考）を５０Ｈｚ、ＥＥＧ３チャンネルを５
０Ｈｚ、ＥＯＧ２チャンネルを５０Ｈｚ、全波整流した
ＡＣＣ１チャンネルを５０Ｈｚのサンプリング周波数で
記憶すると、２５０Ｈｚ１チャンネル、５０Ｈｚ７チャ
ンネルとなり最大計測・記憶時間は４６時間３６分にな
る。

【００４４】脳波８チャンネル（各チャンネル５０Ｈ
ｚ）の装置として使用する場合には最大６９時間５４分
の記憶が可能となる。また、ＲＲ間隔だけであるならば
１月のオーダーまで可能となる。

【００４５】多チャンネル同時記録が可能であること、
及びサンプリング様式及びディジタル信号処理の方法を
プログラムできることにより、複数信号時系列相互間の
関連について生理学的に考察することと、計測手法上の
検討を行うことが可能になり、従来にない医学的、工学
的双方の研究用としての用途を拓くことができる。

【００４６】図３には本発明がいかに実効性の高いもの
であるかを示す好例を示す。本例では複数の生体信号を
３０時間に及び計測・記憶して得たデータを外部のコン
ピューターによって解析した心拍データとタスクー睡眠
状態の関係を示している。

【００４７】図の上段は、３０時間に及ぶ心電図ＲＲ間
隔時系列データから分時心拍数の時系列を求めたもので
ある。ここでタスクとはある作業をさせることをいう。
図中に示した１−１１はタスク番号である。このうち
１、１１はベッドでの通常の睡眠であり、８は約１時間
の昼寝である。また、２、３はそれぞれ約２０分間の計
算と自転車こぎ運動、４は約２時間の自動車運転であ
る。５は安静閉眼時、６は安静開眼時、７は安静閉眼中
音楽鑑賞、９は立位閉眼、１０は立位開眼状態であり、
いずれも約２０分の間のタスクである。

【００４８】図の下段は睡眠経過図（ヒプノグラム）と
呼ばれるものであり、本発明による装置を用いて計測し
た筋電図、脳波、眼電図及び加速度データから脳の状態
判定を行った結果である。覚醒（Ｗ）、レム睡眠（ＲＥ
Ｍ）、ノンレム睡眠の段階１（Ｓ１）、同段階２（Ｓ
２）、同段階３（Ｓ３）、同段階４（Ｓ４）の６状態に
分類されてくる。通常の睡眠を行い種々のタスクを実行
した後昼寝をした結果、２日目の睡眠が著しく阻害され
ている。また、心電図ＲＲ間隔を、これらの６状態に依
存して標本化することができる。このようなことが３０
時間に及んで実施できる携帯型の装置は他に存在しな
い。

【００４９】増幅器のゲインと周波数特性はジャンパー
を用いて抵抗とコンデンサーを交換することができるよ
うになっているので適切に変更することができる。した
がって８チャンネルの割当てを任意に変更することも可
能である。

【００５０】筋電図と加速度の原信号をサンプリングす
るには２ｋＨｚを必要とするが、このチャンネルは全波
整流し、２５Ｈｚの低域ろ波器を通すことができるよう
にしてある。この結果、サンプリング周波数を約１／４
０の５０Ｈｚに低下させることができるのでメモリーの
節約が可能になる。

【００５１】プログラマブルであるのでＲＲ間隔をリア
ルタイムで自動計測することができる。この際に異常間
隔（ノイズ、不整脈）を検出したときのメモリーアドレ
スを記憶しておき、計測終了後に異常部分の波形出力を
行うことができる。また、その他の実時間処理等の計測
形式を設定することができる。

【００５２】８チャンネル２４時間を越えるポリグラフ
データはＥＥＰＲＯＭに取り込む。このデータは転送手
段を通してコンピューターに取り込むことができるの
で、別の処理手順又は医師の視察により睡眠覚醒の段階
判定を行うことが可能となる。

【００５３】最近は昼間の眠気が夜間睡眠の質と関係す
ることがいわれており、睡眠の質を改善するための研究
においても昼間のポリグラフを調べることが必須であ
る。本装置はこのような課題について研究するためにも
好都合である。

【００５４】従来のホルター型記憶装置の容量はメモリ
ーカードを用いた高容量型であっても軽量小型という実
装上の限界によって数Ｍｂｙｔｅ止まりであったが、本
装置では１００倍の容量、複数信号入力手段をもたせて
も寸法及び重量を２倍程度までの増加に抑えたので、研
究用としては十分適用できる。

【００５５】生体情報を２４時間以上記憶しているた
め、情報を外部の解析装置によって波形自体の表示、波
形切り取り、Ｒ波Ｔ波ＳＴなどの認識、及びＲＲ間隔、
Ｒ波Ｔ波ＳＴなどの長時間揺らぎについてのスペクトル
解析等による解析、その他の情報表現形態を形成するこ
とができる。

【００５６】本装置はホルター型心電計のように常時携
帯するためには重量の上で多少は不利であるが、睡眠ポ
リグラフのように移動を要しない場合の計測・記憶装置
として、また、入院患者、安静患者、監視下の患者等の
ように環境が限定された患者を対象とした計測・記憶装
置としてはこのままの形状、重量でも十分適用できる。
また、ドライブ中の居眠り状態の監視にも十分適用可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の携帯型プログラマブル生体情報長期計
測・記憶システムの構成図である。

【図２】複数の生体信号に対するサンプリング様式の例
を示す図である。

【図３】本発明により複数の生体信号を３０時間に及び
計測・記憶して得たデータを外部のコンピューターによ
って解析した例を示す図である。

【符号の説明】

１０ 生体信号入力手段 ２０ Ａ／Ｄ変換手段 ３０ 生体情報処理手段 ４０ 一時記憶手段 ５０ 生体情報記憶手段 ６０ イベント信号発生手段 ７０ 立ち上げプログラム記憶手段 ８０ データ処理手順記憶手段 ９０ 転送手段 １１、１２、１３、１４、１５、１６、１７ 生体信号
検出用センサー １８ 加速度センサー １９ 増幅器 ３１ サンプリング制御部 ３２ 情報処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０６Ｆ 19/00 Ｇ０６Ｆ 15/42 Ｅ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の生体情報を検出することが可能な生
   体信号入力手段と、その生体信号をディジタル化するた
   めのＡ／Ｄ変換手段と、行動上のイベントを示すイベン
   ト信号発生手段と、上記生体信号及びイベント信号をオ
   ンライン処理する生体情報処理手段と、処理時にデータ
   を一時的に記憶する一時記憶手段と、その生体情報処理
   手段を動作状態に立ち上げるための立ち上げプログラム
   記憶手段と、データ処理のための手順を記憶しておくデ
   ータ処理手順記憶手段と、生体情報を記憶する生体情報
   記憶手段と、生体情報を処理した結果を表示手段に転送
   するための転送手段からなる携帯型プログラマブル生体
   情報長期計測・記憶システム。
2. 【請求項２】生体信号入力手段が、心電図、筋電図、脳
   波、眼電図等の複数の生体信号、及び体動に伴う加速度
   信号の１又は複数の信号を検出し、入力する請求項１記
   載の携帯型プログラマブル生体情報長期計測・記憶シス
   テム。
3. 【請求項３】生体情報処理手段が、サンプリング間隔と
   サンプリング様式を任意に設定しＡ／Ｄ変換手段に制御
   信号を送るサンプリング制御部と複数生体信号を計測し
   ながらオンライン処理を行う情報処理部からなる請求項
   １記載の携帯型プログラマブル生体情報長期計測・記憶
   システム。
4. 【請求項４】Ａ／Ｄ変換手段がサンプリング制御部から
   の制御により複数チャンネルの信号を時分割でＡ／Ｄ変
   換し、シリアル様式で出力する請求項１記載の携帯型プ
   ログラマブル生体情報長期計測・記憶システム。
5. 【請求項５】生体情報記憶手段が複数の生体情報とイベ
   ント情報の信号を２４時間以上記憶することを可能とす
   る請求項１記載の携帯型プログラマブル生体情報長期計
   測・記憶システム。