JPS6315939A - 光伝送脳波計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、現在不可能とされている手術中の電気メス使
用時の脳波測定を可能にし、且つ耐雑音性と安全性に優
れた光伝送脳波計に関する。

〔従来の技術〕

手術において、全身麻酔中にモニタリングされている生
体情報として呼吸様式（換気量、呼吸回数）、循環動態
（血圧、脈拍数、心電図）などがある。中枢神経機能の
変化は、脳波の変化と深い関係があることは認められて
おり、脳波の経時的測定により中枢神経機能の変化を知
ることができる。このように、手術中において、中枢神
経ＪＡ能のモニタリングは重要であるにも拘わらず、既
存の脳波計では手術中の脳波測定が困難であることから
、現在は行われていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

現在１手術室において脳波測定が行われていない最も大
きな理由は、脳波信号が微弱（３００μＶ以下）のため
、手術中ば体動等により雑音が混入しやすく、特に電気
メス使用時は電気メスから発生する強大な電磁妨害によ
り全く測定不能になることである。

電気メスは、外科手術において有用で必要な器具である
。しかしながら、電気メスを使用するとき、脳波モニタ
ーは電気メスによって生じる異常な雑音妨害の影響を受
ける。電気メスは、高振幅。

広帯域の雑音妨害を発生するため、特有の問題を引き起
こす。いずれのタイプの電気メスも、それを使用すると
き、電気メスのメス先においてスパーク放電が生じる。

その結果、そのスパーク放電は電気メスの間周波出力を
変調するということである。この変調された高周波雑音
は、脳波計の増幅器の非線型性により整流され、その結
果、雑音が低周波雑音に変換される。更に悪いことに、
この低周波雑音は脳波信号と同し周波数成分を有するた
め、電気的フィルタを用いて、脳波信号から雑音を除去
することは非常に困難である。更に、電気メス雑音の振
幅は非常に大きいので、脳波モニターのプリアンプを飽
和させてしまう。しかしながら、手術中の脳波測定を実
現するためには、脳波モニターはこのような状況におい
ても動作するように設計されるべきである。

本発明は、上述した要請に基づいてなされたものであり
、電気メスの電磁妨害に対する耐ノイズ性と、ミクロシ
ョック等の電撃事故や熱傷に対する安全性を飛躍的に向
上し、その結果、電気メス使用に拘わらず安全に手術中
の脳波測定を可能にする脳波計を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明の脳波計は、複数の電
極により導出された被検者の脳波信号を直流増幅し、そ
の増幅された信号を結合コンデンサを含む結合回路を介
してバッファアンプにより増幅し、このバッファアンプ
の出力が設定値以上になったときに前記結合回路の結合
コンデンサの電荷を急速に充放電して基線を安定化し、
前記バッファアンプの出力をパルス周波数変調し、その
周波数変調された複数の信号を多重化すると共に該多重
化されたパルス列を光パルス列に変換して光送信する送
信機と、前記光送信器からの光信号を電気信号に変換す
るとともにその電気信号を複数のパルスに分離し、この
多重分離された出力パルス列の周波数をアナログ信号に
変換する受信機とを有し、かつ前記送信機と受信機との
間を光ファイバー伝送路で結合したことを特徴とする。

〔作用〕

手術中の被検者の脳波信号は、電気メス使用時に大きな
外乱を受ける。この外乱による変動を、バッファアンプ
の出力部において監視し、設定値以上になったときに、
結合コンデンサの電荷を急激に充放電して基線の安定化
を行う。

送信機と受信機とは、電気的に絶縁するために、信号の
授受は光ファイバー伝送路によって行う。

また、電源を介して雑音が受信機側に回り込まないよう
に、送信機はバッテリー等の独立した電源で駆動される
ことが好ましい。

被検者の複数個所の脳波を測定するため、７１極を複数
設け、これをそれぞれ周波数変調した後、多重化して光
パルス列に変換し、−木の光ファイバーケーブルによっ
て受信機に伝送する。受信機では、この光パルス列信号
を多重分離して周波数変調信号に戻し、さらにＦ／Ｖ変
換器で周波数の変化をアナログ電圧に変換し、元の脳波
信号を再生、記録する。

このようにして、雑音の影響を除去した脳波をモニター
することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。第
１図は本発明による光伝送脳波計の構成を示すブロック
図である。この実施例では、脳波信号と共に、心電図も
同時に測定、記録するようにしている。

被検者Ｍの脳波信号は、直流結合された前置増幅器１に
より増幅された後、結合回路２を経てバッファアンプ３
に入力される。バッファアンプ３は、体動や電気メスの
断続などの外乱により入力換算電圧±１ｍＶ以上の出力
信号変化を生じた時、コンパレータ４を動作させて入力
側のＬＥＤ−Ｃｄ　Ｓ光結合素子５の発光ダイオードＬ
ＥＤを発光させ、バソファアンプ３の入力端子とアース
間に設けたＣｄＳセルの内部抵抗を約２ＭΩから数百Ω
まで低下させることにより結合回路２の時定数を一時的
に小さくし、結合コンデンサＣの充放電をスピードアッ
プする。この結果、外乱による飽和を迅速に解除して、
記録ペンが基線に引き戻される。これは、被検者の体動
や電気メスの断続等による外乱に対し、安定な記録を保
証する上で不可欠である。

バッファアンプ３の出力は、ｖ／Ｆコンバータ６に入力
され、中心周波数１０ＫＨｚのパルスは脳波信号により
周波数変調（ＰＦＭ）される。この周波数変調されたパ
ルス列は、多重化回路７で多重化され、光送信器（電気
／光変換器）８を用いて光パルス列に変換され、光ファ
イバーＦにより伝送される。

以上の送信機Ｔは、内蔵された単一型乾電池４本で駆動
した。

一方、受信機Ｒでは、光ファイバーＦより伝送された光
パルス列は、光受信器（光／電気変換器）９を用いてパ
ルス列（電気信号）に変換された後、多重分離回路１０
により複数のパルスに分離され、Ｆ／Ｖコンバータ１１
．ローパスフィルタ　＜ｇｏ周波数５０Ｈｚ）　１２に
より元の複数の脳波信号に復調され、記録計１３によっ
て波形が描かれる。

一方、送信機の感度校正、誘導切換等の操作は、受信機
のスイッチ１４により、多重化回路１５．光送信器１６
．光ファイバーＦ′、光受信器１７、多重化分離回路１
８．コントローラ１９を通して遠隔操作される。

なお、２０は心電図測定用端子を示し、心電信号は脳波
信号と同様に増幅され、多重化して、光ファイバーＦを
介して受信機Ｒに送られる。

光伝送脳波計の耐ノイズ性を調べるため、従来の脳波計
（ヒユーレットパフカード社製、８８１１Ａ。

ＥＥＧプリアンプ、低域遮断周波数０．５　ｆｉｚ　、
高域遮断周波数５０１１ｚ）と本発明による光伝送脳波
計を用いて同時記録した手術中の脳波を第２図に示す。

同図中ｔａ＋は血圧、Ｃｂ）は従来の装置による心電図
、＋ＣＩは従来の脳波計による脳波信号、（ｄｌは本発
明実施品による波形であり、上段は心電図、中段及び下
段はそれぞれ右及び左の電極による脳波信号である。

第２図の手術症例は、５６歳男子、体重４４ｋｇ、直腸
切断術であり、使用電気メスは、Ｂｏｖｉｅ社製、Ｃ３
Ｖ２型（通称スパークギャップ方式、混合モード出カニ
　　２００Ｗ）　、対極板の装着位置は左大腿部である
。

従来の脳波計に比較し、光伝送脳波計では、電気メス使
用に拘わらず耐雑音性が格段に向上し、臨床的に十分な
Ｓ／Ｎ比の高い脳波が記録された。

光伝送脳波計は、第２図の実験結果に示すように、電気
メス使用時の耐雑音性が格段に向上し、電気メス使用に
拘わらず安定した記録が得られ、術中脳波モニターとし
て非常に有効であることが実証された。

次に、耐雑音性について理論的検討をすると以下のよう
になる。

第３図は、脳波増幅回路及び起こり得る電気メス雑音パ
スを重畳させた概略図である。電気メス雑音は、３つの
可能性のあるモードで発生する。

第１はＡＣ電源ラインを経由する３Ａ　Ｒである。この
場合、電磁妨害は電気メスからＡＣ電源ラインを経由し
てモニター装置に入り込み、その中で、高感度の増幅回
路を妨害する。第２は電磁波放射である。この場合、電
磁妨害はモニター装置の脳波電極ケーブル及びその増幅
回路に静電結合及び電磁結合を介して伝達される。第３
は、最も重大な、患者を通しての誘導である。この場合
、電磁妨害は、患者の体を経由してモニター装置に伝達
され、脳波電極部で大きな雑音電圧を発生する。

Ｚｅｌ及びＺｅ２は脳波増幅器の２つの差動入力電極（
ａｔ）、　　（ｂ＋）及び（ａｚ）、　　（ｂｚ）のイ
ンピーダンスであり、　Ｚｅｃはコモン電極ＦＣ＋のイ
ンピーダンスである。

Ｚｃｍｌ及び７ｃｍ２は増幅器のコモンモード人力イン
ピーダンスである。Ｚｇ及びＺｇ′はそれぞれ脳波モニ
ター１及び電気メスの大地間インピーダンスである。Ｉ
ｇは、コモン電極インピーダンス（Ｚｅｃ）　Ｆｘびモ
ニター装置の大地間インピーダンス（Ｚｇ）を通って大
地に流れ込む電流である。この好ましくない大地電流（
Ｉｇ）は、コモン電極ｔｃｔ部に大きなコモンモードノ
イズ電圧（Ｖｎｃ＝Ｚｅｃ１ｇ）を発生すると同時に、
安全性の面からは電撃事故や熱傷の原因となる。

次に、電気メス雑音妨害に関する数式的な考察について
述べる。

増幅器の入力における妨害電圧の総和は、次の式で表さ
れる。

この式の右辺第１項のＶｐ／にはＡＣ電源ラインを経由
して発生する雑音妨害を表している。ここで、Ｖｐは、
電気メスから電源ラインに混入するノイズの電圧であり
、またＫはモニター装置の雑音逓減率である。

第２項のＶｅｍは、電磁界によってモニター装置のケー
ブル及びその回路の中に誘導される雑音妨害を表してい
る。しかしながら、この妨害は、シールドケーブルを使
用したりケーブルのループ面積を小さくすることによっ
て容易に除去できる。

Ｚｂｌｂ及びＺｂ’　［ｂ’は、それぞれ、電気メスの
メス先から被検者を介して電気メスのリターンプレート
に流れる電気メス電流の一部により、被検者の体内に発
生する差動及び同相ノイズ電圧を表している。これらは
、脳波計電極の位置にもよるが、ｚｂｒｂは電気メス電
流ベクトルに対して垂直に差動入力脳波′ｒｉ極のベク
トルをアレンジすることによって減少させろことができ
ると考えられる。ここで、人体のインピーダンス（Ｚｂ
’）は非常に小さく、またコントロールできないので、
Ｚｂ’Ｉｂ’は無視することとする。最後の項は、コモ
ン電極部で発生する同相ノイズ電圧（Ｖｎｃ）から、同
相除去比（ＣＭＲＲ）及び電極に表れる不平衡インピー
ダンスに基づいて、差動ノイズ電圧へ変換を行うことを
表している６通常、 Ｚｃｍ＝Ｚｃｓｌ＝Ｚｃｍ２＞＞ＺｅＬＺｅ２、　Ｚｄ
＝Ｚｅｌ−Ｚｅ２・・＝＋２１であるので、（１１式は
次のようになる。

Ｖｎ＝’＋Ｚｅｃ１ｇ（’　＋　”　）Ｋ　　　　　Ｃ
ＭＲＲＺｃｍ　　　　　　””””（３）式は、電気メ
ス妨害を最小化させるためには、Ｖｐ／Ｋ及びｒｇを減
少させればよいことを表している。

また、ｒｇを減少させるためにモニター装置の大地イン
ピーダンス（Ｚｇ）を増加させればよいことが分かる。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明においては、コンパレータ、Ｃ
ｄＳ光結合素子を用いた時定数自動制御回路により、電
気メスの断続や患者の体動によって手術中頻繁に発生す
るステップ状の大きな外乱による測定系の飽和を速やか
に解除して常に安定した記録を保証する。また、患者に
直接接続される送信機と、設置して使用される受信機、
レコーダー、表示’ＪｚＨの間を光ファイバーで信号伝
送することにより、患者を高周波においても完全に電気
的に絶縁することになり、大地電流ｒｇが零になる。

この結果、コモン電極部で発生する同相雑音を零にし、
安全性の面からはＩｇによって発生するミクロショック
、マクロショックや熱傷が皆無となり、安全性が飛躍的
に高くなる。

このように、従来困難とされていた電気メス使用時の脳
波計測が可能となり、これまで正確に測定し得なかった
電気メス使用時の脳波情報の術中変化を確認することが
でき、術中脳波モニターの臨床的価値が飛躍的に高くな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示すブロック図、第２
図は従来の脳波計と本発明による光伝送脳波計を用いて
同時記録した脳波波形、第３図は脳波測定時における雑
音妨害の誘導を説明するための模式図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の電極により導出された被検者の脳波信号を直
   流増幅し、その増幅された信号を結合コンデンサを含む
   結合回路を介してバッファアンプにより増幅し、このバ
   ッファアンプの出力が設定値以上になったときに前記結
   合回路の結合コンデンサの電荷を急速に充放電して基線
   を安定化し、前記バッファアンプの出力をパルス周波数
   変調し、その周波数変調された複数の信号を多重化する
   と共に該多重化されたパルス列を光パルス列に変換して
   光送信する送信機と、前記光送信器からの光信号を電気
   信号に変換するとともにその電気信号を複数のパルスに
   分離し、この多重分離された出力パルス列の周波数をア
   ナログ信号に変換する受信機と を有し、かつ前記送信機と受信機との間を光ファイバー
   伝送路で結合したことを特徴とする光伝送脳波計。