WO1996003072A1 - Capture d'un signal biologique et dispositif d'analyse - Google Patents

Description

明 細 書

生体信号採取分析装置

(技術分野）

この発明は日常生活環境中で無拘束的ない し無意識的に患者の生体信号を採取 し、 分析、 診断などして健康管理に、 また病後の回復の管理に資するための装置 手段を提供せんとする ものである。

(背景技術）

従来、 患者の日常生活環境の中で無拘束的ないし無意識的な生体計測を行う と いう概念は存在した。 即ちなるだけ患者の生活を邪魔しないで、 患者宅内の随所 に装置を配置しておいてかかる計測を維持実行しょう とする考えがあり （例えば 参考文献 2 ) 、 浴槽内、 トイ レ、 敷き布団等々あらゆる物がその介在手段と して 動員され、 試みられている （例えば参考文献 3 ) 。

即ち、 およそ体表面の何処から観測しても、 電極対から見込んで心起電力べク トルが見えている限り、 途中の減衰の程度はと もあれ、 何らかの "心電" 信号が 観測される事は良く知られている （図 1 ) が、 これまではその様な変則的な誘導 の信号は利用に耐えないと思われて来た。

実用されている僅かな例外が母体腹壁誘導胎児心電計測における母体心電信号 からの母体心拍数計測、 ないし脳波や筋電、 眼球電位の信号の中に混入した心電 成分の認識後の適応相関的な除去、 などに見られるのみである。

参考文献 （ 3 ) に見られる如く 、 浴槽内部に観測対象の患者の体表面より離れ て、 具体的には浴槽の壁の方に水中電極を配置して、 患者の心電図を非接触的に 計ろう とする努力がなされている。 しかしこの方式では子宮内の胎児の心電図を 羊水および腹壁を介して採取する場合と同様に、 信号伝送経路の途中に滅衰と誘 導間の 1次結合とが特定できない形で介在し、 また電極群が患者を見込む見込み 角度が厳密には特定ないし一定化できず、 正しい測定にならない。

参考文献 （ 1 ) および同じく （ 2 ) においては、 トイ レの内部に諸々の計測手 段を持ち込み、 患者が用便中にこれら計測を実行しようとする思想が若干の実施 例とと もに述べられている。 また商品名 「マイケア一」 と して知られている類似 概念の商用例においては、 洋式便器に座っている患者の両手に生体電極を接触せ しめる如く に電極付きの脇息を用いている。 しかしこのような構成はそれ専用の トイ レにならざるを得ず、 トイ レの大改造か別置かを必要と し、 日常の家庭環境 ないし職場環境で既存の設備を大改造することなく 、 ひいては設置工事費なども 含めて大きな投資金額を要することなく 実施できる物ではない。 また患者にとつ ても一定の違和感が避けられず、 要するに 「おかしな トイ レ」 になってしま うの である。

(発明の開示）

先に述べた通り、 この発明は日常生活環境中で無拘束的ないし無意識的に患者 の生体信号を採取し、 分析、 診断などして健康管理に、 また病後の回復の管理な どに資するための、 トイ レ内部に実装するかかる装置手段を提供せんとするもの であるが、 これにおいて、 特に トイ レの大改造を巻き起すことなく、 また患者に とっては特別な トイ レだとは全く 意識されない形でこれを実施せんとするもので ある。

本発明においては洋式便器の便座に生体電極を配置した事を特徴とする。 すな わち洋式便器の便座の左右の枝に各々関電極を配置し、 またそれらの枝のいづれ かに更に不関電極を配置し、 これら関電極および不関電極を双極誘導を成す如く に差動増幅器の入力端子および回路の接地電位に結合し、 この構成により患者の 霄部の下面から電極対により心電ベク トルを観測する如く 構成したこ とを特徴と するものである。

経験的観測によると前記配置の電極対からは標準 1 2誘導中の第 1誘導に酷似 した波形が、 その約 1 Z 1 0の振幅で得られるので、 前記差動増幅器の出力端子 に得られる生体信号をさ らに約 1 0倍增幅したのちに公知の心電信号分析装置に 導入し、 標準 1 2誘導の内第 1誘導に準ずる、 も しく は類似の単一チャ ンネル分 折手続きにより分析する如く構成されたこと も特欲とする。

上記に加えてさ らに便座に圧力スィ ッチを有し、 該スィ ッチにより患者が当該 便座に座った時のみ装置を起動する、 も しく は装置の起動を許可する如く構成さ れたこと も特徵とする。 上記に加えてさ らに便座に当該生体信号を伝送するための無線テレメ ータ—発 信器およびそのための送信アンテナおよび電池電源手段を配置し、 患者が当該便 座に座った時のみ電波を発する如く 構成され、 またこれら便座の電気回路が外界 から電気的に絶縁されて構成されたることも特徴とする。 この構成の実施例は、 通常の洋式便器の便座の交換部品の如き物となり、 未経験者でも自宅の トイ レに 本装置を設匱することが容易にできる物となる。

(図面の簡単な説明）

図 1 は生体電極対が心電信号の起電力べク トルを見込む様子の説明である。 図 2は第 1誘導から第 6誘導までの定義の説明である。

図 3は第 1、 2、 3誘導の波形例を示す。

図 4 は第 4、 5、 6誘導の波形例を示す。

図 5は第 6誘導を Gain=x2により採取した例を示す。

図 6は腰々間誘導を Gain=x2により採取した例を示す。

図 7は腿々間誘導を Gain=xlOにより採取した例を示す。

図 8は脛々間誘導を Gain=xlOにより採取した例を示す。

図 9は便座誘導を Gain-ΧΙ Οにより採取した例を示す。

図 1 0は電極つき便座の工作物の一例の概要を示す

(発明を実施するための最良の形態）

心電信号の採取の目的を次の 3段階程にクラスに分けして考えると、 上位は下 位を全て包含し得る事が分り、 この顕に必要情報量の縮退がある事が分る。 a . 事前知識なし、 ないし待ったなしの波形計測、 診断 （=本来の心電図学的計 測）

b . ある人物の波形の経時変化の追跡による病変の発見 （=在宅医療、 患者主導 の自律医療）

c . 心拍計測、 心拍 卜 リガ抽出、 また不整脈の時系列即時検出。 （同上、 または 他目的の支援）

必要情報量の縮退があると言う事は、 それだけ S / Nの悪い信号でも利用に耐 える事を示唆する訳で、 ここに変則誘導の採用の余地がある。 変則誘導とは通常 定義され利用されていない全ての可能な電極配置と理解すれば、 目的意識に応じ てそれが可能な誘導即ち電極配置には大幅な自由度が生ずる。

本発明は上記 bの分類に属する一例と して トイ レの便座を利用する在宅無拘束 心電図計測システムを成すものである。

ここでより良い理解のため変則誘導のいく つかの例を考える。 出発点と して標 準四肢誘導を見ておく。 それから電極配置を同じと してこ こで発明者が勝手に名 付けた第 4、 5および 6誘導を見てみる。 定義は図 2の如く である。 観測対象は 発明者自身である。 実際には良く行われる如く 四肢の代りに体躯表面上の至近 ¾ 離等 ffi点を用いた。

以下に波形を供覧する。 図 3は標準四肢誘導であり、 ゲイ ンは常識通り電極か ら見て 1000倍增幅して lv/cin の感度のレコーダ-に描かせているものである。 こ こで、 発明者の心臓は大きな左軸変位を有するのでいわゆる教科害通りの波形は していないから、 以下においては変則誘導の波形が標準誘導の波形とどの程度、 どのように違うかという点に、 振幅も含めて注目されたい。

図 4 はこ こで前記の如く 発明者が勝手に決めた第 4、 5、 6誘導である。 ゲイ ン （スケールフ ァ クター） は同じである。 尚、 各波形は時間的には独立して採取 した物であり、 縱方向に時間整合してはいない。

そこで上記第 6誘導をゲイ ンを倍にして描かせて見ると、 図 5の如く 、 本質的 に前記第 1誘導と酷似していて、 S点のディ ップがある事のみが異る様に見える それ自身の S / Nは非常に良い。

第 6誘導を観測しつつ電極配置を徐々に下方に移動してゆく と、 腰々間誘導に おいて下腹部左右間とほぼ同じ信号が得られ、 S点のディ ップは減少してかえつ て第 1誘導との相似性は良く なる （図 6 ) 。 更に下方で腿 （もも） 々間 （図 7 ) 、 脛 （すね） 々間 （図 8 ) ではゲイ ンを 1 0倍 （=電極から見て 1万倍） にしない と同程度のレベルにならないが、 波形それ自体の姿はここで述べる第 6誘導の範 禱に収まり、 正規の第 1誘導に依然と してよ く 似ている。

この信号波形は、 それ故に、 スケールファ クタと して 1 0倍を必要とするとい う点を追加勘案するのみでもって従来知られている第 1誘導の波形診断基準と同 様な波形診断基準を適用できると考えられる。

便座の左右の腕の表面に電極を付けておき、 その上に用便をする如く 腰を降し て電気的接触を構成し、 多少リ ラ ッ クスすると、 同じ主旨で図 9の如く ここでも 第 6誘導相当の信号が得られる。 これは先の腿々間誘導に似ているが、 腿を S側 から見ている分だけ更に多少条件が悪い。 しかし患者がリ ラッ クスしている限り 筋電信号の妨害は少ない。

便座に腰掛ける時にはだれもこの該当部分は着衣を払っているので、 当該対表 面の電極への接触に特別な手続きを要する事なく して石島、 戸川らの言う無意識 計測 （参考文献 3 ) になり得る。 この第 6誘導の波形の診断学は厳密には今後の 課題だが、 リズムス ト リ ップの観測や突発波形の捕捉診断、 また 人の波形の典 型例の集積とそれに基づく変化の検出などには何ら困難はないと言える。

電極付き便座の工作物の一例の概要を第 1 0図に示す。 これにおいて、 使用し ている便座 （ 1 ) は汎用の物で、 一般的なプラスチッ ク材料で出来ている。 この 表面に図示の如く斜線の部分 （ 2 a , 2 b , 2 c ) に裏面に接着剤を塗布した銀 メ ツキ銅泊を貼付などして導電性を与え、 これらを関電極および不関電極とする c 第 1誘導と極性を合せるためには、 右の腿が正、 左が負となる様に図示せぬ初段 差動増幅器に接続する。 上記は単なる一例であり、 電極の形状、 材料、 ないし実 現方法と してはこれに限ること無く無数の可能性がある。 メ タライズされた、 も しく は導電性フィ ラ—を多量に含む、 導電性を付与されたプラスチッ ク材料を主 用ないし併用する事でも、 また便座の腕の各々を別々な金属部片で造っても目的 は達せられる。 更に便座という具体形に拘る必要もなく 、 トイ レにおいて用便の ために尻を載せる部分の何処かにおいて何等かの形で生体信号採取用の電極対を 構成していれば本発明の便座電極の範禱に入ると理解せねばならない。

初段差動増幅器以降の構成は上記ゲイ ンの追加のほかはすべて全く公知汎用の 物でよい。 しかし初段増幅器をこの便座の背面に取り付け、 従属装置との間は増 幅されもし く はイ ンピーダンス緩衝された信号により行う事は雑音や妨害の侵入 を低減できる好ま しい実施例である。

さ らにこの便座電極を受ける初段増幅器と従属装置との間を無線テレメ一ター 方式で伝送するのも更に好ま しい実施例である。 この様な構成においては電気的 アイ ソ レー シ ョ ン も自ずと確保され、 患者に対する電気的安全性が維持される。 初段増幅器を含むテレメ ーター送信機は、 この場合、 便座の裏側に電源手段たる 電池とと もに配置される。 このための 1 チャ ンネルの心電信号用の無線テレメ一 ター送信機と しては、 公知汎用の物で足り、 アナログ F M / F M伝送方式の物も ディ ジタル伝送方式の物もいづれも採用され得る。

図示せぬものの、 便座の背面に圧力スィ ッチを設け、 これにより患者が実嚓に この便座に座り、 患者の体重がこの便座にかかって来ている時のみ系を起動し、 もしく は起動を許可するのが好ま しい。 テレメ ーター方式の場合はこれにより電 源が入り送信を開始する如く構成し、 従属機器はその電波の入感開始により起動 される様に構成するのが好ま しい実施例であり得る。

この様な圧力スィ ッチは、 感圧導電性ゴムなどを用いて、 便座の背面において 便器と便座との間に介在する背丈が非常に短い支柱を置換する、 ないしはそれに 併設する形で容易に実現する事が出来る。

以上の説明により明らかにされた如く 、 本発明によれば無意識無拘束生体計測 が患者宅内において日常的に実施でき、 またそのための設備投資も少なく て済む ので好ま しい。

(参考文献）

( 1 ) 石島、 戸川、 "負荷/無負荷心電図の無意識的な計測"

信学技報 MBE93-46 (1993-06)

( 2 ) 五十 ¾ほか、 "血圧、 血液酸素飽和度の在宅計測"

信学技報 MBE93-49 (1993-06)

( 3 ) 有福、 原賀、 "サニタ リ ー設備に設置する生体情報収集装置の可能性" 第 6回日本 M E学会秋季大会 演題番号 2- 10-13.

Claims

請 求 の 範 囲

1 洋式便器の便座に生体電極を配置した事を特徴とする、 生体信号採取分析 装置。

2 洋式便器の便座の左右の枝に各々の関電極を配置し、 またそれらの枝のい づれかに不関電極を配置し、 これら関電極および不関電極を双極誘導を成す如く に差動増幅器の入力端子および回路の接地電位に結合したこ とを特徼とする、 請 求項 1 に関する生体信号採取分析装置。

3 前記差動増幅器の出力端子に得られる生体信号をさ らに約 1 0倍増幅した のちに公知の心電信号分析装置に導入し、 標準 1 2誘導の内第 1誘導に準ずる、 も しく は類似の単一チャ ンネル分析手铰きにより分析する如く構成されたことを 特徵とする、 請求項 1 に関する生体信号採取分析装置。

4 便座に圧力スィ ッチを有し、 該スィ ッチにより患者が当該便座に座った時 のみ装置を起動する、 もし く は装置の起動を許可する如く構成されたことを特徼 とする、 請求項 1 に関する生体信号採取分析装置。

5 便座に当該生体信号を伝送するための無線テレメ ータ一発信器およびその ための送信ァンテナおよび電池電源手段を配置し、 患者が当該便座に座つた時の み電波を発する如く構成され、 またこれら便座の電気回路が外界から電気的に絶 縁されて構成されたることを特徵とする、 請求項 4に関する生体信号採取分析装 置。