WO2016075726A1

WO2016075726A1 - 生体内信号源位置検出方法及び生体内信号源位置検出装置

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Publication number: WO2016075726A1
Application number: PCT/JP2014/005732
Authority: WO
Inventors: 松村　淳一; 千草井中; 牧川　方昭; 友介坂上
Original assignee: 東レエンジニアリング株式会社; 学校法人立命館
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2016-05-19
Also published as: US10165958B2; JPWO2016075726A1; EP3202319A1; CN106999086B; US20170354340A1; EP3202319A4; JP6492103B2; EP3202319B1; CN106999086A

Abstract

　本発明の生体内信号源位置検出方法は、生体表面に３つの電極を配置するとともに、各電極とグランド電位との間に、第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗をそれぞれ並列接続し、各電極に第１の外部抵抗を並列接続したときに各電極に生じる第１の電圧Ｖ_ｉ（ｉ＝１，２，３）、及び各電極に第２の外部抵抗を並列接続したときに各電極に生じる第２の電圧Ｖ'_ｉ（ｉ＝１，２，３）を測定し、第１の電圧Ｖ_ｉ及び第２の電圧Ｖ'_ｉから比Ｖ_ｉ／Ｖ'_ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖ_ｉ／Ｖ'_ｉに基づいて、生体内の信号源の位置を検出する。

Description

生体内信号源位置検出方法及び生体内信号源位置検出装置

　本発明は、生体内の信号源の位置を検出する生体内信号源位置検出方法、及び生体内信号源位置検出装置に関する。

　生体表面に電極を取り付けて、その電極に生じた電圧を測定することによって、心電図等の生体内の電気活動を計測することが一般に行われている。

　例えば、特許文献１には、生体と所定平面との交線（閉曲線）上の各点において、表面電位を測定することによって、その平面を通る生体の断面内の電位分布を求める方法が開示されている。

特開平１１－１１３８６７号公報

　しかしながら、特許文献１に開示された方法では、生体に多数の電極を隙間なく配置して測定する必要があるため、生体への負担が大きい。また、電極数が少なければ、生体への負担は軽減されるが、解像度の低い電位分布しか得ることができない。

　本発明は、少ない数の電極を用いて、生体内の信号源の位置を精度よく検出することができる生体内信号源位置検出方法、及び生体内信号源位置検出装置を提供することを目的とする。

　本発明に係る生体内信号源位置検出方法は、生体表面に配置される電極に生じる電圧によって、生体内の信号源の位置を検出する方法であって、生体表面に少なくとも３つの電極を配置するとともに、各電極とグランド電位との間に、第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗をそれぞれ並列接続し、各電極とグランド電位との間に、第１の外部抵抗を並列接続したときに各電極に生じる第１の電圧Ｖ_ｉ（ｉ＝１，２，３）、及び各電極とグランド電位との間に、第２の外部抵抗を並列接続したときに各電極に生じる第２の電圧Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を測定し、第１の電圧Ｖ_ｉ及び第２の電圧Ｖ’_ｉから比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）に基づいて、生体内の信号源の位置を検出することを特徴とする。

　本発明に係る他の生体内信号源位置検出方法は、生体表面に配置される電極に生じる電圧によって、生体内の信号源の位置を検出する方法であって、生体表面に第１の電極、第２の電極、及び第３の電極を配置し、第１の電極と第２の電極との間、第２の電極と第３の電極との間、及び第３の電極と第１の電極との間に、第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗をそれぞれ並列接続し、各電極間に第１の外部抵抗を並列接続したときに各電極間に生じる第１の電圧Ｖ_１２，Ｖ_２３，Ｖ_３１、及び各電極間に第２の外部抵抗を並列接続したときに各電極間に生じる第２の電圧Ｖ’_１２，Ｖ’_２３，Ｖ’_３１を測定し、第１の電圧Ｖ_１２，Ｖ_２３，Ｖ_３１及び第２の電圧Ｖ’_１２，Ｖ’_２３，Ｖ’_３１からそれぞれ比Ｖ_１２／Ｖ’_１２，Ｖ_２１／Ｖ’_２１，Ｖ_３１／Ｖ’_３１を算出し、これら３つの比Ｖ_１２／Ｖ’_１２，Ｖ_２１／Ｖ’_２１，Ｖ_３１／Ｖ’_３１に基づいて、生体内の信号源の位置を検出することを特徴とする。

　本発明に係る生体内信号源位置検出装置は、生体表面に配置される電極に生じる電圧よって、生体内の信号源の位置を検出する装置であって、生体表面に配置する少なくとも３つの電極と、各電極とグランド電位との間に、第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗をそれぞれ並列接続する接続手段と、各電極を生体表面に配置した状態で、接続手段により、各電極とグランド電位との間に、第１の外部抵抗を並列接続したときに各電極に生じる第１の電圧Ｖ_ｉ（ｉ＝１，２，３）、及び各電極とグランド電位との間に、第２の外部抵抗を並列接続したときに各電極に生じる第２の電圧Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を測定する測定手段と、第１の電圧Ｖ_ｉ及び第２の電圧Ｖ’_ｉから比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）に基づいて、生体内の信号源の位置を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする。

　本発明に係る他の生体内信号源位置検出装置は、生体表面に配置される電極に生じる電圧よって、生体内の信号源の位置を検出する装置であって、生体表面に配置する第１の電極、第２の電極、及び第３の電極と、第１の電極と第２の電極との間、第２の電極と第３の電極との間、及び第３の電極と第１の電極との間に、第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗を、それぞれ並列接続する接続手段と、各電極を生体表面に配置した状態で、接続手段により、各電極間に第１の外部抵抗を並列接続したときに各電極間に生じる第１の電圧Ｖ_１２，Ｖ_２３，Ｖ_３１、及び各電極間に第２の外部抵抗を並列接続したときに各電極間に生じる第２の電圧Ｖ’_１２，Ｖ’_２３，Ｖ’_３１を測定する測定手段と、第１の電圧Ｖ_１２，Ｖ_２３，Ｖ_３１及び第２の電圧Ｖ’_１２，Ｖ’_２３，Ｖ’_３１からそれぞれ比Ｖ_１２／Ｖ’_１２，Ｖ_２１／Ｖ’_２１，Ｖ_３１／Ｖ’_３１を算出し、これら３つの比Ｖ_１２／Ｖ’_１２，Ｖ_２１／Ｖ’_２１，Ｖ_３１／Ｖ’_３１に基づいて、生体内の信号源の位置を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする。

　本発明によれば、少ない数の電極を用いて、生体内の信号源の位置を精度よく検出することができる生体内信号源位置検出方法、及び生体内信号源位置検出装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態における生体内信号源位置検出方法を説明する電気回路網を示した図である。各電極と外部抵抗との接続状態の切り替えのステップを示した表である。（ａ）、（ｂ）は、信号源の３次元的な位置座標を球体の式を用いて求める方法を示した図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明の生体内信号源位置検出方法を用いて、心臓の電位を測定した結果のイメージ図である。本発明の第２の実施形態における生体内信号源位置検出方法を説明する電気回路網を示した図である。各電極と外部抵抗との接続状態の切り替えのステップを示した表である。（ａ）、（ｂ）は、信号源の３次元的な位置座標を楕円体の式を用いて求める方法を示した図である。本発明の第３の実施形態における生体内信号源位置検出方法を説明する電気回路網を示した図である。本発明の他の実施形態における生体内信号源位置検出方法を説明する電気回路網を示した図である。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。なお、以下の説明において、特に断らない限り、「電極」は、生体表面に取り付ける部材をいい、「電位」は、電気的レベルをいい、「電圧」は、測定された電気的レベルをいう。

　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態における生体内信号源位置検出方法を説明する電気回路網を示した図である。

　図１に示すように、生体１０の表面に、３つの電極２１、２２、２３を配置する。また、各電極２１、２２、２３とグランド電位との間に、相互に切り替え可能な第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗を並列接続する。本実施形態では、第１の外部抵抗の抵抗値を無限大とし、第２の外部抵抗の抵抗値をＲgとしている。これにより、各電極２１、２２、２３とグランド電位との間は、切り替え手段ＳＷによって、外部抵抗が接続されていない場合と、外部抵抗Ｒgが接続されている場合とに切り替えられる。なお、本実施形態では、生体１０の表面に、グランド電極２０を配置し、これをグランド電位にしているが、必ずしも、生体１０の表面に、グランド電極２０を配置する必要はない。

　なお、本実施形態では、生体１０の表面に、グランド電極２０を配置し、このグランド電極２０と生体内信号源測定装置を接続することでグランド電位にしている。

　生体１０の表面に配置した各電極２１、２２、２３には、生体１０内の信号源Ｖsからの電圧が発生し、その電圧をアンプ３０で増幅して、出力電圧Ｖoutが出力される。各電極２１、２２、２３とアンプ３０との間には、スイッチＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３がそれぞれ配置され、各スイッチＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３を順次、導通させることにより、各電極２１、２２、２３に生じた電圧が、アンプ３０の出力電圧Ｖoutとして測定される。

　本実施形態では、図２に示すように、切り替え手段ＳＷ、及びスイッチＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３を、それぞれ切り替える（ステップ１～ステップ６）。これにより、各電極２１、２２、２３とグランド電位との間に、外部抵抗が接続されていないときに各電極２１、２２、２３に生じる第１の電圧Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、及び各電極２１、２２、２３とグランド電位との間に、外部抵抗Ｒgが接続されているときに各電極２１、２２、２３に生じる第２の電圧Ｖ’_１、Ｖ’_２、Ｖ’_３が測定される。なお、図２では、各電極２１、２２、２３を、それぞれ、チャネルｃｈ_１、ｃｈ_２、ｃｈ_３と表示している。

　ここで、ステップ１において、電極２１（ｃｈ_１）で生じる第１の電圧（外部抵抗が接続されていない場合）Ｖ_１は、式（１）で与えられる。

　一方、ステップ４において、電極２１（ｃｈ_１）で生じる第２の電圧（外部抵抗Ｒgが接続されている場合）Ｖ’_１は、アンプ３０の入力抵抗Ｒ_ｉｎが非常に大きいとき、式（２）で与えられる。ここで、Ｒ_ｂ１は、生体１０内の信号源Ｖsと電極２１（ｃｈ_１）の間の内部抵抗の抵抗値を表し、Ｒ_ｂ０は、信号源Ｖsとグランド電極２０との間の内部抵抗の抵抗値を表す。

　式（１）及び式（２）から、電極２１（ｃｈ_１）において、外部抵抗が接続されていない場合の第１の電圧Ｖ_１と、外部抵抗Ｒgが接続されている場合の第２の電圧Ｖ’_１との比Ｖ’_１／Ｖ_１（減衰比）は、式（３）で与えられる。

　同様に、電極２２（ｃｈ_２）において、外部抵抗が接続されていない場合の第１の電圧Ｖ_２と、外部抵抗Ｒgが接続されている場合の第２の電圧Ｖ’_２との比Ｖ’_２／Ｖ_２（減衰比）、及び、電極２３（ｃｈ_３）において、外部抵抗が接続されていない場合の第１の電圧Ｖ_３と、外部抵抗Ｒgが接続されている場合の第２の電圧Ｖ’_３との比Ｖ’_３／Ｖ_３（減衰比）は、それぞれ、式（４）、式（５）で与えられる。

　ここで、Ｒ_ｂ２は、生体１０内の信号源Ｖsと電極２２（ｃｈ_２）との間の内部抵抗の抵抗値を表し、Ｒ_ｂ３は、生体１０内の信号源Ｖsと電極２３（ｃｈ_３）との間の内部抵抗の抵抗値を表す。

　ところで、生体１０内の導電率が一様であると仮定すると、内部抵抗の抵抗値Ｒ_ｂ１、Ｒ_ｂ２、Ｒ_ｂ３は、それぞれ、生体１０内の信号源Ｖsと、各電極２１、２２、２３との距離に比例すると考えられる。従って、式（３）、（４）、（５）から、生体１０内の信号源Ｖsと、各電極２１、２２、２３との距離Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３は、それぞれ、式（６）、（７）、（８）で表される。

　ここで、βは、生体１０の導電率等で定まる定数である。

　式（６）、（７）、（８）に示すように、距離Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３は、それぞれ、減衰比（Ｖ’_１／Ｖ_１、Ｖ’_２／Ｖ_２、Ｖ’_３／Ｖ_３）の逆数の関数として表される。そして、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、信号源Ｖsは、各電極２１、２２、２３を中心とする半径Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３の球体Ｑ_１、Ｑ_２、Ｑ_３の交点に存在すると考えられる。従って、信号源Ｖsの３次元的な位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、３つの球体Ｑ_１、Ｑ_２、Ｑ_３の式（９）、（１０）、（１１）を解くことによって求めることができる。ここで、各電極２１、２２、２３の位置座標を、（ａ_１、ｂ_１、ｃ_１）、（ａ_２、ｂ_２、ｃ_２）、（ａ_３、ｂ_３、ｃ_３）としている。

　なお、式（９）、（１０）、（１１）を解くに当たり、定数β、Ｒ_ｂ０は、例えば、信号源Ｖsを含む生体１０のＸ線透視画像などから推定して決定することができる。

　本実施形態によれば、生体１０の表面に配置した３つの電極２１、２２、２３と、グランド電位との間に外部抵抗を並列接続し、その接続状態を切り替えて、各電極２１、２２、２３に生じる電圧の比（減衰比）を測定することによって、生体１０内の信号源Ｖsの３次元位置を容易に検出することができる。これにより、少ない数の電極を用いて、生体内の信号源Ｖsの３次元位置を精度よく検出することができる。

　なお、本実施形態において、生体１０内の信号源Ｖsは１つと仮定して説明したが、実際には、複数の信号源が同時に発生する場合もある。このような場合でも、本実施形態によれば、これら信号源の電気信号の最も支配的な１点を信号源として求めることができる。

　また、本実施形態において、定数β、Ｒ_ｂ０の推定値によっては、３式（９）、（１０）、（１１）から、必ずしも１つの交点の位置が求まらない場合もある。しかしながら、この場合でも、３式（９）、（１０）、（１１）から、交点の位置を、ある一定の範囲内に絞り込むことができるため、その範囲における例えば中心点を、信号源Ｖsの位置として検出することができる。

　また、本実施形態において、生体１０内の導電率が一様であると仮定したが、実際には、骨や脂肪などの異なる組織が介在するため、必ずしも導電率は一様でない。しかしながら、この場合でも、電極２１、２２、２２を、他の組織が介在しないような位置に配置する等の工夫をすることによって、生体１０内の導電率の変化の影響を低減することにより、信号源Ｖsの位置を的確に検出することができる。

　また、本実施形態では、図２に示したように、切り替え手段ＳＷ、及びスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を切り替えて、各電極２１、２２、２３における第１の電圧Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、及び第２の電圧Ｖ’_１、Ｖ’_２、Ｖ’_３を順次測定している。従って、これらの切り替え時間内に、信号電Ｖsの電位が変化すると、信号源Ｖsの位置測定に誤差が生じるおそれがある。そのため、各電極及び外部抵抗の切り替えは、できるだけ高速で行うことが好ましい。例えば、１μｓ以下、望ましくは０．１μｓ以下で切り替えることが好ましい。

　なお、本実施形態において、第１の外部抵抗の抵抗値を無限大（非導通）とし、第２の外部抵抗の抵抗値をＲgとしたが、第１の外部抵抗を、第２の外部抵抗と異なる大きさの抵抗値にしてもよい。

　この場合、本実施形態における生体内信号源位置検出方法は、生体１０の表面に３つの電極２１、２２、２３を配置するとともに、各電極２１、２２、２３とグランド電位との間に、相互に切り替え可能な第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗を並列接続する。そして、各電極２１、２２、２３とグランド電位との間に、第１の外部抵抗を並列接続したときに各電極２１、２２、２３に生じる第１の電圧Ｖ_ｉ（ｉ＝１，２，３）、及び各電極２１、２２、２３とグランド電位との間に、第２の外部抵抗を並列接続したときに各電極２１、２２、２３に生じる第２の電圧Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を測定する。そして、第１の電圧Ｖ_ｉ及び第２の電圧Ｖ’_ｉから比Ｖ_１／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）に基づいて、生体内の信号源Ｖsの位置を検出すればよい。

　上述したように、本実施形態における生体内信号源位置検出方法は、ステップ１～６において、各電極２１、２２、２３における第１の電圧Ｖ_ｉ（ｉ＝１，２，３）と第２の電圧Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）との比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）に基づいて、生体内の信号源Ｖsの３次元位置を検出するものである。従って、ステップ１～６での電圧比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）の測定を１サイクルとして、繰り返し行うことにより、各サイクルにおける電圧比の時系列な測定データから、生体内の信号源Ｖsの３次元位置の移動軌跡をリアルタイムに検出することができる。

　図４（ａ）、（ｂ）は、本実施形態における生体内信号源位置検出方法を用いて、心臓の電位を測定した結果のイメージ図である。図４（ａ）は、各電極で測定された信号源の電圧波形（心電図）を示す。また、図４（ｂ）は、各電極での電圧比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）に基づいて算出された信号源の３次元位置の移動軌跡を破線で示したものである。図４（ｂ）の破線で示した移動軌跡において、ポイントＰ_１、Ｐ_２、Ｐ_２、Ｒ、Ｓ、Ｔは、それぞれ、図４（ａ）に示した電圧波形のＰ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｒ、Ｔに対応する信号源の３次元位置を示している。図４（ｂ）に示すように、心臓の電気活動における信号源が、心房から心室へと移動している様子をリアルタイムに検出することができる。

　もし、電圧波形（心電図）において、不整脈などの異常波形が生じた場合、その異常波形の信号源が、心臓内のどの位置で発生したかが分かるため、不整脈などの疾患診断に有効となる。

　図１は、また、本実施形態における生体内信号源位置検出装置の構成を示す。

　図１に示すように、本実施形態における生体内信号源位置検出装置は、生体１０の表面に配置する少なくとも３つの電極２１、２２、２３と、各電極２１、２２、２３とグランド電位との間に、第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗を、相互に切り替えて並列接続する切り替え手段ＳＷとを備えている。また、各電極２１、２２、２３を生体１０の表面に配置した状態で、切り替え手段ＳＷにより、各電極２１、２２、２３とグランド電位との間に、第１の外部抵抗を並列接続に切り替えたときに各電極に生じる第１の電圧Ｖ_ｉ（ｉ＝１，２，３）、及び各電極２１、２２、２３とグランド電位との間に、第２の外部抵抗を並列接続に切り替えたときに各電極に生じる第２の電圧Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を測定するアンプ（測定手段）３０、及びスイッチ群Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３を備えている。さらに、第１の電圧Ｖ_ｉ及び第２の電圧Ｖ’_ｉから比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を基づいて、生体内の信号源の位置を検出する検出手段（不図示）を備えている。なお、検出手段は、アンプ３０からの測定データを演算処理するＣＰＵ等で構成することができる。

　（第２の実施形態）
　図５は、本発明の第２の実施形態における生体内信号源位置検出方法を説明する電気回路網を示した図である。

　図５に示すように、生体１０の表面に、３つの電極２１、２２、２３を配置する。また、第１の電極２１と第２の電極２２との間、第２の電極２２と第３の電極２３との間、及び第３の電極２３と第１の電極２１との間に、それぞれ、相互に切り替え可能な第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗を並列接続する。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、第１の外部抵抗の抵抗値を無限大とし、第２の外部抵抗の抵抗値をＲgとする。また、本実施形態では、生体１０の表面に、グランド電極２０を配置し、これをグランド電位にしている。

　図５に示すように、各電極２１、２２、２３と差動アンプ３０との間に、スイッチＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、及びＳＳ_１、ＳＳ_２、ＳＳ_３が配置されている。そして、各スイッチＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、及びＳＳ_１、ＳＳ_２、ＳＳ_３を、図６に示すように、順次、導通させることによって、第１の電極２１と第２の電極２２との間、第２の電極２２と第３の電極２３との間、及び第３の電極２３と第１の電極２１との間に生じた電圧が、差動アンプ３０の出力電圧Ｖoutとして測定される。また、各電極間は、切り替え手段ＳＷによって、外部抵抗が接続されていない場合と、外部抵抗Ｒgが接続されている場合とに切り替えられる。これにより、図６に示すように、切り替え手段ＳＷ、及び各スイッチＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、ＳＳ_１、ＳＳ_２、ＳＳ_３を、それぞれ切り替えることによって（ステップ１～ステップ６）、各電極間に外部抵抗が接続されていないときに各電極間に生じる第１の電圧Ｖ_１２、Ｖ_２３、Ｖ_３１、及び各電極間に外部抵抗Ｒgが接続されているときに各電極間に生じる第２の電圧Ｖ’_１２、Ｖ’_２３、Ｖ’_３１)が測定される。例えば、外部抵抗が接続されていないときに電極２１と電極２２との間で生じる第１の電圧Ｖ_１２は、スイッチＳ_１とＳＳ_２とを導通させ、切り替え手段ＳＷをＡ側に切り替えることによって測定することができる。なお、図５には、各電極２１、２２、２３を、それぞれ、チャネルｃｈ_１、ｃｈ_２、ｃｈ_３と表示している。

　本実施形態において、電極２１と電極２２との間（チャネルｃｈ_１とｃｈ_２との間）で生じる第１の電圧Ｖ_１２と第２の電圧Ｖ’_１２の比Ｖ’_１２／Ｖ_１２（減衰比）は、式（１２）で与えられる。

　ここで、Ｒ_ｂ１及びＲ_ｂ２は、それぞれ、生体１０内の信号源Ｖsと電極２１（ｃｈ_１）の間の内部抵抗の抵抗値、及び信号源Ｖsと電極２２（ｃｈ_２）の間の内部抵抗の抵抗値を表す。

　同様に、電極２２と電極２３との間（チャネルｃｈ_２とｃｈ_３との間）で生じる第１の電圧Ｖ_２３と第２の電圧Ｖ’_２３の比Ｖ’_２３／Ｖ_２３（減衰比）、及び、電極２３と電極２１との間（チャネルｃｈ_３とｃｈ_１との間）で生じる第１の電圧Ｖ_３１と第２の電圧Ｖ’_３１の比Ｖ’_３１／Ｖ_３１（減衰比）は、それぞれ、式（１３）、（１４）で与えられる。

　ここで、Ｒ_ｂ３は、生体１０内の信号源Ｖsと電極２３（ｃｈ_３）の間の内部抵抗の抵抗値を表す。

　式（１２）、（１３）、（１４）で注目すべき点は、式（３）、（４）、（５）とは異なり、信号源Ｖsとグランド電極２０との間の内部抵抗Ｒ_ｂ０が式中に入っていないことである。

　各電極間に生じる電圧の測定において、生体１０内の内部抵抗は、各電極と信号源との間の内部抵抗の和で表される。例えば、電極２１と電極２２との間（チャネルｃｈ_１とｃｈ_２との間）で生じる第１の電圧Ｖ_１２及び第２の電圧Ｖ’_１２の測定において、生体１０内の内部抵抗は、Ｒ_ｂ１＋Ｒ_ｂ２で表される。

　ここで、生体１０内の導電率が一様であると仮定すると、図７（ｂ）に示すように、内部抵抗の和（Ｒ_ｂ１＋Ｒ_ｂ２）は、電極２１と信号源Ｖsとの距離Ｄ_１と、電極２２と信号源Ｖsとの距離Ｄ_２との和（Ｄ_１＋Ｄ_２）に比例すると考えられる。従って、式（１２）、（１３）、（１４）から、各電極と信号源Ｖsとの距離の和（Ｄ_１＋Ｄ_２）、（Ｄ_２＋Ｄ_３）、（Ｄ_３＋Ｄ_１）は、それぞれ、式（１５）、（１６）、（１７）で表される。

　ここで、αは、生体１０の導電率等で定まる定数である。

　式（１５）、（１６）、（１７）に示すように、各電極と信号源Ｖsとの距離の和（Ｄ_１＋Ｄ_２）、（Ｄ_２＋Ｄ_３）、（Ｄ_３＋Ｄ_１）は、それぞれ、減衰比（Ｖ’_１２／Ｖ_１２）、（Ｖ’_２３／Ｖ_２３）、（Ｖ’_３１／Ｖ_３１）の逆数の関数として表される。そして、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、信号源Ｖsは、電極２１、２２（チャネルｃｈ_１とｃｈ_２）を焦点とする楕円体Ｅ_１、電極２２、２３（チャネルｃｈ_２とｃｈ_３）を焦点とする楕円体Ｅ_２、及び電極２３、２１（チャネルｃｈ_３とｃｈ_１）を焦点とする楕円体Ｅ_３の交点に存在すると考えられる。従って、信号源Ｖsの３次元的な位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、３つの楕円体Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３の式（１８）、（１９）、（２０）を解くことによって求めることができる。ここで、各電極２１、２２、２３の位置座標を、（ａ_１、ｂ_１、ｃ_１）、（ａ_２、ｂ_２、ｃ_２）、（ａ_３、ｂ_３、ｃ_３）としている。

　なお、式（１８）、（１９）、（２０）を解くに当たり、定数αは、予め、信号源Ｖsを含む生体１０のＸ線透視画像から推定して決定することができる。

　本実施形態によれば、第１の実施形態で示した式（９）、（１０）、（１１）とは異なり、式（１８）、（１９）、（２０）には、信号源Ｖsとグランド電極２０との間の内部抵抗Ｒ_ｂ０が式中に入っていないため、信号源Ｖsの３次元位置を、より正確に求めることができる。

　図５は、また、本実施形態における生体内信号源位置検出装置の構成を示す。

　図５に示すように、本実施形態における生体内信号源位置検出装置は、生体１０の表面に配置する少なくとも３つの電極２１、２２、２３と、各電極２１、２２、２３とグランド電位との間に、第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗を、相互に切り替えて並列接続する切り替え手段ＳＷとを備えている。また、各電極２１、２２、２３を生体１０の表面に配置した状態で、切り替え手段ＳＷにより、各電極２１、２２、２３とグランド電位との間に、第１の外部抵抗を並列接続に切り替えたときに各電極に生じる第１の電圧Ｖ_ｉ（ｉ＝１，２，３）、及び各電極２１、２２、２３とグランド電位との間に、第２の外部抵抗を並列接続に切り替えたときに各電極に生じる第２の電圧Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を測定する差動アンプ（測定手段）３０、及びスイッチ群Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、ＳＳ_１、ＳＳ_２、ＳＳ_３を備えている。さらに、第１の電圧Ｖ_ｉ及び第２の電圧Ｖ’_ｉから比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を基づいて、生体内の信号源Ｖsの位置を検出する検出手段（不図示）を備えている。なお、検出手段は、差動アンプ３０からの測定データを演算処理するＣＰＵ等で構成することができる。

　（第３の実施形態）
　図８（ａ）～（ｃ）は、本発明の第３の実施形態における生体内信号源位置検出方法を説明する電気回路網を示した図である。

　本実施形態における生体内信号源位置検出方法は、第１の実施形態において、各電極２１、２２、２３に生じた第１の電圧Ｖ_ｉ（ｉ＝１，２，３）、及び第２の電圧Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を測定する際、他の２つの電極のうち少なくも一方を、グランド電位に接続するものである。

　例えば、図８（ａ）に示すように、電極２２（チャネルｃｈ_２）に生じた第１の電圧Ｖ_２、及び第２の電圧Ｖ’_２を測定する際に、電極２１（チャネルｃｈ_１）をグランド電位に接続する。また、図８（ｂ）に示すように、電極２３（チャネルｃｈ_３）に生じた第１の電圧Ｖ_３、及び第２の電圧Ｖ’_３を測定する際に、電極２２（チャネルｃｈ_２）をグランド電位に接続する。また、図８（ｃ）に示すように、電極２１（チャネルｃｈ_１）に生じた第１の電圧Ｖ_１、及び第２の電圧Ｖ’_１を測定する際に、電極２３（チャネルｃｈ_３）をグランド電位に接続する。

　なお、図８（ａ）～（ｃ）では、グランド電位に接続した電極２１、２２、２３と、信号源Ｖsとの間の内部抵抗を、それぞれ、Ｒ’_ｂ１、Ｒ’_ｂ２、Ｒ’_ｂ３と表示している。これは、以下のような理由による。

　すなわち、本発明では、生体を信号源と無数の抵抗から構成される電気回路網と考えている。そして、信号源Ｖsから各電極２１、２２、２３及びグランド電極までの抵抗値は、信号源Ｖs－各電極間の回路網の合成抵抗、及び信号源Ｖs－グランド電極間の合成抵抗として取得される。そのため、グランド電位に接続する電極と、電圧を測定する電極の組み合わせが異なると、信号源Ｖsから電極までの回路網が異なるため、同じ電極でも得られる抵抗値は異なる。すなわち、図８（ａ）～（ｃ）において、Ｒ_ｂ１とＲ’_ｂ１、Ｒ_ｂ２とＲ’_ｂ２、Ｒ_ｂ３とＲ’_ｂ３は、それぞれ信号源Ｖsから電極２１、電極２２、電極２３までの抵抗値であるが、Ｒ_ｂ１＝Ｒ’_ｂ１、Ｒ_ｂ２＝Ｒ’_ｂ２、Ｒ_ｂ３＝Ｒ’_ｂ３ではない。ここで、ΔＲ_ｂ１=Ｒ_ｂ１－Ｒ’_ｂ１、ΔＲ_ｂ２＝Ｒ_ｂ２－Ｒ’_ｂ２、ΔＲ_ｂ３＝Ｒｂ３－Ｒ’_ｂ３が十分に小さいと仮定すると、Ｒ_ｂ１＝Ｒ’_ｂ１、Ｒ_ｂ２＝Ｒ’_ｂ２、Ｒ_ｂ３＝Ｒ’_ｂ３として、信号源Ｖsの位置を検出することが可能である。

　本実施形態において、電極２１（グランド電位）と電極２２との間（チャネルｃｈ_１とｃｈ_２との間）で生じる第１の電圧Ｖ_１２と第２の電圧Ｖ’_１２の比Ｖ’_１２／Ｖ_１２（減衰比）は、式（２１）で与えられる。ここで、第１の電圧Ｖ_１２、及び第２の電圧Ｖ_１２は、それぞれ、電極２１と電極２２との間に外部抵抗が接続されていないときに電極２１と電極２２との間に生じる電圧、及び電極２１と電極２２との間に外部抵抗Ｒgが接続されているときに電極２１と電極２２との間に生じる電圧である。

　ここで、Ｒ_ｂ１及びＲ_ｂ２は、それぞれ、生体１０内の信号源Ｖsと電極２１（ｃｈ_１）の間の内部抵抗の抵抗値、及び信号源Ｖsと電極２２（ｃｈ_２）の間の内部抵抗の抵抗値を表す。なお、Ｒ’_ｂ１＝Ｒ_ｂ１としている。

　同様に、電極２２（グランド電位）と電極２３との間（チャネルｃｈ_２とｃｈ_３との間）で生じる第１の電圧Ｖ_２３と第２の電圧Ｖ’_２３の比Ｖ’_２３／Ｖ_２３（減衰比）、及び、電極２３（グランド電位）と電極２１との間（チャネルｃｈ_３とｃｈ_１との間）で生じる第１の電圧Ｖ_３１と第２の電圧Ｖ’_３１の比Ｖ’_３１／Ｖ_３１（減衰比）は、それぞれ、式（２２）、（２３）で与えられる。

　ここで、Ｒ_ｂ３は、生体１０内の信号源Ｖsと電極２３（ｃｈ_３）の間の内部抵抗の抵抗値を表す。なお、Ｒ’_ｂ２＝Ｒ_ｂ２、Ｒ’_ｂ３＝Ｒ_ｂ３としている。

　上記の式（２１）、（２２）、（２３）は、第２の実施形態で示した式（１２）、（１３）、（１４）と、結果的に同じになる。従って、第２の実施形態で説明したのと同様に、各電極２１、２２、２３と信号源Ｖsとの距離の和（Ｄ_１＋Ｄ_２）、（Ｄ_２＋Ｄ_３）、（Ｄ_３＋Ｄ_１）は、それぞれ、先に示した式（１５）、（１６）、（１７）と同じ式で表される。これにより、信号源Ｖsの３次元的な位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、先に示した３つの楕円体Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３の式（１８）、（１９）、（２０）を解くことによって、求めることができる。ここで、楕円体Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３は、それぞれ、電極２１、２２（チャネルｃｈ_１とｃｈ_２）を焦点とする楕円体、電極２２、２３（チャネルｃｈ_２とｃｈ_３）を焦点とする楕円体、及び電極２３、２１（チャネルｃｈ_３とｃｈ_１）を焦点とする楕円体である。

　本実施形態によれば、生体１０の表面にグランド電極を配置する必要がないため、より簡単な構成で、生体内の信号源Ｖsの３次元位置を精度よく検出することができる。

　以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、信号源Ｖsの位置を検出したが、信号源Ｖsの電位及び位置を同時に検出することも勿論可能である。

　また、上記第１の実施形態では、信号源Ｖsの３次元的な位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）を、３つの球体Ｑ_１、Ｑ_２、Ｑ_３の式（９）、（１０）、（１１）を解くことによって求めたが、信号源Ｖsとグランド電極２０との間の内部抵抗の抵抗値Ｒ_ｂ０を未知数とした場合には、第２の実施形態で説明した３つの楕円体Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３の式（１８）、（１９）、（２０）を解くことによって求めることができる。この場合、楕円体Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３は、それぞれ、電極２１（チャネルｃｈ_１）とグランド電極２０を焦点とする楕円体、電極２２（チャネルｃｈ_２）とグランド電極２０を焦点とする楕円体、及び電極２３（チャネルｃｈ_３）とグランド電極２０を焦点とする楕円体である。

　また、上記第２の実施形態では、信号源Ｖsの３次元的な位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）を、３つの楕円体Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３の式（１８）、（１９）、（２０）を解くことによって求めたが、式（１８）、（１９）、（２０）を、３つの未知数Ｒ_ｂ１、Ｒ_ｂ２、Ｒ_ｂ３毎の式に変形することによって、３つ球体の式を解くことによって求めることができる。

　また、上記実施形態では、生体１０の表面に３つの電極２１、２２、２３を配置したが、信号源Ｖsの位置検出の精度をより上げるために、３つ以上の電極を配置してもよい。また、上記実施形態では１つのグランド電極を配置したが、複数配置してもよい。

　また、上記実施形態において、各電極２１、２２、２３とグランド電極２０との間に、第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗を、切り替え手段ＳＷにより、相互に切り替えて並列接続したが、必ずしも、切り替え手段ＳＷを用いなくてもよい。

　すなわち、各電極２１、２２、２３は、隣接した電極２１ａ、２１ｂと、電極２２ａ、２２ｂと、電極２３ａ、２３ｂとで構成されており、一方側の電極２１ａ、２２ａ、２３ａに、第１の外部抵抗Ｒg1を接続することによって、１つの回路を形成し、他方側の電極２１ｂ、２２ｂ、２３ｂに、第２の外部抵抗Ｒg2を接続することによって、別の回路を形成する。これにより、各電極２１，２２，２３に生じる第１及び第２の電圧を測定し、生体内の信号源Ｖsの位置を検出することができる。

　ここで、図９は、切り替え手段ＳＷを用いない場合の電気回路網の一例を示した図である。なお、図中において、信号源Ｖs、並びに信号源Ｖsと各電極２１（２１ａ、２１ｂ）、２２（２２ａ、２２ｂ）、２３（２３ａ、２３ｂ）及びグランド電極２０との間の内部抵抗Ｒ_ｂ1、Ｒ_ｂ２、Ｒ_ｂ３、Ｒ_ｂ０は、省略している。図９に例示した電気回路網では、生体１０の表面に配置された３つの電極２１（２１ａ、２１ｂ）、２２（２２ａ、２２ｂ）、２３（２３ａ、２３ｂ）と、グランド電極２０との間に、第１の外部抵抗Ｒg1及び第２の外部抵抗Ｒg2が、それぞれ並列接続されている。そして、電極２１ａとグランド電極２０との間に、第１の外部抵抗Ｒg1を並列接続したときに生じる第１の電圧Ｖ_１、及び電極２１ｂとグランド電極２０との間に、第２の外部抵抗Ｒg2を並列接続したときに生じる第２の電圧Ｖ’_１が、それぞれアンプ３０Ａ_１、３０Ｂ_１で増幅されて測定される。同様に、電極２２ａとグランド電極２０との間に、第１の外部抵抗Ｒg1を並列接続したときに生じる第１の電圧Ｖ_２、及び電極２２ｂとグランド電極２０との間に、第２の外部抵抗Ｒg2を並列接続したときに生じる第２の電圧Ｖ’_２が、それぞれアンプ３０Ａ_２、３０Ｂ_２で増幅されて測定され、電極２３ａとグランド電極２０との間に、第１の外部抵抗Ｒg1を並列接続したときに生じる第１の電圧Ｖ_３、及び電極２３ｂとグランド電極２０との間に、第２の外部抵抗Ｒg2を並列接続したときに生じる第２の電圧Ｖ’_３が、それぞれアンプ３０Ａ_３、３０Ｂ_３で増幅されて測定される。なお、この場合、各電極２１（２１ａ、２１ｂ）、２２（２２ａ、２２ｂ）、２３（２３ａ、２３ｂ）とグランド電極２０との間に、第１の外部抵抗Ｒg1及び第２の外部抵抗Ｒg2を、それぞれ並列接続する接続手段としては、配線等により行うことができる。

　１０　　　生体
　２０　　　グランド電極
　２１　　　第１の電極（チャネルｃｈ_１）
　２２　　　第２の電極（チャネルｃｈ_２）
　２３　　　第３の電極（チャネルｃｈ_３）
　３０　　　アンプ（測定手段）

Claims

　生体表面に配置される電極に生じる電圧によって、生体内の信号源の位置を検出する生体内信号源位置検出方法であって、
　生体表面に少なくとも３つの電極を配置するとともに、前記各電極とグランド電位との間に、第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗をそれぞれ並列接続し、
　前記各電極とグランド電位との間に、前記第１の外部抵抗を並列接続したときに各電極に生じる第１の電圧Ｖ_ｉ（ｉ＝１，２，３）、及び前記各電極とグランド電位との間に、前記第２の外部抵抗を並列接続したときに各電極に生じる第２の電圧Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を測定し、
　前記第１の電圧Ｖ_ｉ及び前記第２の電圧Ｖ’_ｉから比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）に基づいて、生体内の信号源の位置を検出する、生体内信号源位置検出方法。
　生体表面にグランド電極を配置し、
　前記各電極と前記グランド電極との間に、前記第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗をそれぞれ並列接続する、請求項１に記載の生体内信号源位置検出方法。
　前記各電極に生じた前記第１の電圧Ｖ_ｉ、及び前記第２の電圧Ｖ’_ｉを測定する際、他の２つの電極のうち少なくも一方を、グランド電位に接続する、請求項１に記載の生体内信号源位置検出方法。
　生体表面に配置される電極に生じる電圧よって、生体内の信号源の位置を検出する生体内信号源位置検出方法であって、
　生体表面に第１の電極、第２の電極、及び第３の電極を配置し、
　前記第１の電極と前記第２の電極との間、前記第２の電極と前記第３の電極との間、及び前記第３の電極と前記第１の電極との間に、第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗をそれぞれ並列接続し、
　前記各電極間に前記第１の外部抵抗を並列接続したときに各電極間に生じる第１の電圧Ｖ_１２，Ｖ_２３，Ｖ_３１、及び前記各電極間に前記第２の外部抵抗を並列接続したときに各電極間に生じる第２の電圧Ｖ’_１２，Ｖ’_２３，Ｖ’_３１を測定し、
　前記第１の電圧Ｖ_１２，Ｖ_２３，Ｖ_３１及び前記第２の電圧Ｖ’_１２，Ｖ’_２３，Ｖ’_３１からそれぞれ比Ｖ_１２／Ｖ’_１２，Ｖ_２１／Ｖ’_２１，Ｖ_３１／Ｖ’_３１を算出し、これら３つの比Ｖ_１２／Ｖ’_１２，Ｖ_２１／Ｖ’_２１，Ｖ_３１／Ｖ’_３１に基づいて、生体内の信号源の位置を検出する、生体内信号源位置検出方法。
　前記第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗のいずれか一方は、抵抗値が無限大である、請求項１～４の何れかに記載の生体内信号源位置検出方法。
　前記第１の電圧と前記第２の電圧との電圧比の測定を１サイクルとして、繰り返し行い、各サイクルにおける電圧比の時系列な測定データから、生体内の信号源の位置の移動軌跡を検出する、請求項１～５の何れかに記載の生体内信号源位置検出方法。
　生体表面に配置される電極に生じる電圧よって、生体内の信号源の位置を検出する生体内信号源位置検出装置であって、
　生体表面に配置する少なくとも３つの電極と、
　各電極とグランド電位との間に、第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗を、それぞれ並列接続する接続手段と、
　前記各電極を生体表面に配置した状態で、前記接続手段により、前記各電極とグランド電位との間に、前記第１の外部抵抗を並列接続したときに各電極に生じる第１の電圧Ｖ_ｉ（ｉ＝１，２，３）、及び各電極とグランド電位との間に、前記第２の外部抵抗を並列接続したときに各電極に生じる第２の電圧Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を測定する測定手段と、
　前記第１の電圧Ｖ_ｉ及び前記第２の電圧Ｖ’_ｉから比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖ_ｉ／Ｖ’_ｉ（ｉ＝１，２，３）を基づいて、生体内の信号源の位置を検出する検出手段と
を備えた、生体内信号源位置検出装置。
　生体表面に配置される電極に生じる電圧よって、生体内の信号源の位置を検出する生体内信号源位置検出装置であって、
　生体表面に配置する第１の電極、第２の電極、及び第３の電極と、
　前記第１の電極と前記第２の電極との間、前記第２の電極と前記第３の電極との間、及び前記第３の電極と前記第１の電極との間に、第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗を、それぞれ並列接続する接続手段と、
　前記各電極を生体表面に配置した状態で、前記測定手段により、前記各電極間に前記第１の外部抵抗を並列接続したときに各電極間に生じる第１の電圧Ｖ_１２，Ｖ_２３，Ｖ_３１、及び前記各電極間に前記第２の外部抵抗を並列接続したときに各電極間に生じる第２の電圧Ｖ’_１２，Ｖ’_２３，Ｖ’_３１を測定する測定手段と、
　前記第１の電圧Ｖ_１２，Ｖ_２３，Ｖ_３１及び前記第２の電圧Ｖ’_１２，Ｖ’_２３，Ｖ’_３１からそれぞれ比Ｖ_１２／Ｖ’_１２，Ｖ_２１／Ｖ’_２１，Ｖ_３１／Ｖ’_３１を算出し、これら３つの比Ｖ_１２／Ｖ’_１２，Ｖ_２１／Ｖ’_２１，Ｖ_３１／Ｖ’_３１に基づいて、生体内の信号源の位置を検出する検出手段と
を備えた、生体内信号源位置検出装置。