(57)【要約】【課題】ＥＣＧおよびＰＰＧ信号を同時取得し、さらに、血液中の酸素濃度を得て、全ての心臓血管のパラメータを得ることを可能にする。【解決手段】本発明の一体型生理学的信号評価装置は、検知インターフェースモデュールと、アナログ信号処理モデュールと、アナログからデジタルへの変換ユニットと、デジタル信号処理モデュールと、ディスプレイユニットと、電源モデュールとを含み、前記検知インターフェースモデュールは、被検者のＥＣＧ信号を得るための２本の検知電極と、前記ＥＣＧ信号を得るときに被検者のＰＰＧ信号を同時に得るために前記検知電極のうちの１本と選択的に組み合わされる、少なくとも１本の光学的プローブセットとを含み、前記デジタル信号処理モデュールは、少なくとも１つのＥＣＧパラメータと、少なくとも１つの血管パラメータとを得るために前記デジタル形式のＥＣＧ信号およびＰＰＧ信号に対して別々にアルゴリズムを実行する。【選択図】図５
2006158974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知インターフェースモデュールと、アナログ信号処理モデュールと、アナログからデジタルへの変換ユニットと、デジタル信号処理モデュールと、ディスプレイユニットと、電源モデュールとを含む、一体型生理学的信号評価装置であって、
前記検知インターフェースモデュールは、被検者のＥＣＧ信号を得るための２本の検知電極と、前記ＥＣＧ信号を得るときに被検者のＰＰＧ信号を同時に得るために前記検知電極のうちの１本と選択的に組み合わされる、少なくとも１本の光学的プローブセットとを含み、前記アナログ信号処理モデュールは、前記検知インターフェースモデュールによって検出されたＥＣＧ信号およびＰＰＧ信号をアナログ的に処理するために前記検知インターフェースモデュールと電気的に接続され、前記アナログからデジタルへの変換ユニットは、アナログ形式のＥＣＧ信号およびＰＰＧ信号をデジタル形式のＷＣＧ信号およびＰＰＧ信号に変換するために前記アナログ信号処理モデュールと電気的に接続され、前記デジタル信号処理モデュールは、少なくとも１つのＥＣＧパラメータと、少なくとも１つの血管パラメータとを得るために前記デジタル形式のＥＣＧ信号およびＰＰＧ信号に対して別々にアルゴリズムを実行するために前記アナログからデジタルへの変換ユニットと電気的に接続され、前記ディスプレイユニットは、前記ＥＣＧパラメータおよび血管パラメータを表示するために前記デジタル信号処理モデュールと電気的に接続され、前記電源モデュールは上記の全ての構成要素に電力を提供する、一体型生理学的信号評価装置。
【請求項２】
前記検知電極のそれぞれは、前記被検者の体表に接触して前記ＥＣＧ信号を得るための接触面を有する、請求項１に記載の一体型生理学的信号評価装置。
【請求項３】
前記光学的プローブセットは、前記被検者に発光するための少なくとも１個の発光器と、前記被検者から透過した光を受光するための少なくとも１個の受光器とを含む、請求項１に記載の一体型生理学的信号評価装置。
【請求項４】
前記発光器から発する光は赤色光または赤外光である、請求項３に記載の一体型生理学的信号評価装置。
【請求項５】
ＥＣＧ信号処理ユニットと、光電信号変換ユニットと、光電信号処理ユニットとを含む、請求項１、２、３または４に記載の一体型生理学的信号評価装置であって、
前記ＥＣＧ信号処理ユニットは前記被検者から検出されたＥＣＧ信号を増幅およびフィルター処理し、前記光電信号変換ユニットは前記被検者から検出された光学的なＰＰＧ信号を電気的なＰＰＧ信号に変換し、前記光電信号処理ユニットは前記電気的なＰＰＧ信号を増幅およびフィルター処理する、一体型生理学的信号評価装置。
【請求項６】
保存ユニットと、データ転送モデュールとを含む、請求項１、２、３または４に記載の一体型生理学的信号評価装置であって、
前記保存ユニットは、前記デジタル形式のＥＣＧ信号と、デジタル形式のＰＰＧ信号と、前記ＥＣＧパラメータと、血管パラメータとを保存するために前記ＣＰＵと電気的に接続され、前記データ転送モデュールは前記保存ユニットに保存された信号およびパラメータを外部のデジタル情報機器に転送するために前記ＣＰＵに接続される、一体型生理学的信号評価装置。
【請求項７】
一体型生理学的信号評価装置用の検知インターフェースモデュールであって、
被検者のＥＣＧ信号を得るために該被検者の体表に接触する接触面をそれぞれ１つ有する、２本の検知電極と、前記ＥＣＧ信号を得るときに同時に前記被検者のＰＰＧ信号を得るために前記検知電極のうちの１本と組み合わせられる、少なくとも１個の光学的プローブセットとを含む、検知インターフェースモデュール。
【請求項８】
前記光学的プローブセットは、前記被検者に光を発光する、少なくとも１個の発光器と、前記被検者から透過した光を受光する、少なくとも１個の受光器とを含む、請求項７に記載の検知インターフェースモデュール。
【請求項９】
前記発光器から発する光は、赤色光または赤外光である、請求項７または８に記載の検知インターフェースモデュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生理学的信号評価装置、特に、心電図信号（ＥＣＧ信号）と、光電脈波（ＰＰＧ（ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｉｃ））信号とを同時計測するための一体型生理学的信号評価装置に関する。前記装置は、ＥＣＧ信号、血圧パルス、パルス酸素飽和度等のような多数の有用な生理学的パラメータを簡便に入手するために、その後の信号解析および処理と協働する検知インターフェースを利用する。
【背景技術】
【０００２】
現代、人々はより繊細で美味な食べ物を楽しむが十分な運動の習慣がないため、心臓血管系疾患の要因は近年増大してきた。さらに、バイオテクノロジーおよび医学の進歩は寿命を延ばしたが、心臓血管系の機能は加齢とともに弱くなる。そこで、近年では関連する心臓血管系疾患が健康の大きな脅威となってきた。
【０００３】
医学機器の点からみると、心臓の診断は主に心電図の利用に基づく。心電図は、心筋がリズミカルに収縮するときに心筋が電気的に発信する過程を記録し、その結果を心電図として表現することができ、これにより、医師は心臓の機能が正常であるか否かを判断することができる。これに対し、オキシメータは、血液循環の機能と、血液中の酸素供給の状況とを推測することができ、脳組織に送られ代謝される酸素の量の重要な指標でもある、パルス酸素飽和度（ＳＰＯ２）を評価するために最も一般的使われる設備である。さらに、血管の老化の程度および血管の弾性機能を推定するための血圧パルスの解析から得られる、２つの指標、すなわち、太い動脈（ｌａｒｇｅ  ａｒｔｅｒｙ）の硬化指数（ＳＩ）および脈管反射指数（ＲＩ）がある。前記血圧パルスをＥＣＧ信号と適合させることにより、血管と血流との関係をさらに知るために、脈波伝播速度（ＰＷＶ）を得ることができる。
【０００４】
臨床的には通常、医師は、より詳細な心電図信号発信データを得るべく、複数のリード線の測定を記録するために、少なくとも３本の電極を用いる心電図を使う。しかし、ＥＣＧ信号測定原理から、２本の電極を使うと１個のベクトルＥＣＧ信号を得ることができる。
【０００５】
血圧パルスについては、図１を参照して、指を例にしてパルスと血管との関係を例示すると、指のパルス波形は２つの部分に分けることができる。第１の部分は大動脈（ａｏｒｔａ）に沿ってパルスが指に直接伝播することから生じるが、第２の部分は前記パルスが下半身に伝播して大動脈および鎖骨下動脈に沿って反射することから生じる。第１のピークと第２のピークとの時間的遅延は、鎖骨下動脈に沿って往復して伝播するパルスの伝導時間によって主に決定される。前記伝導時間は、被検者の身長に正比例し、血管弾性と相関する。血管の弾性が大きいほど、前記パルスを吸収する血管の能力は高いので、反射したパルスの伝導時間は長くなり、脈波伝播速度は遅くなる。したがって、血圧パルスから、血管の弾性状態を知ることができる。
【０００６】
今日、パルス波形を検出するには２つの主な方法がある。１つは圧力法で、もう一つは光学的手段によるものである。圧力による方法は血圧測定に似ている、すなわち、コーリンメディカルテクノロジー社に付与された特許文献１ないし３に開示されるとおり、被検者の試験部分の周りをカフを使って覆い、空気を前記カフ内にポンプで入れた後、圧力センサーによって前記パルスのばらつきを検出する。同社の製品ＶＰ−１０００／２０００も、圧力法を利用して、上腕の血圧に対する足首の血圧の比および脈波伝播速度を計測する。
【特許文献１】米国特許第６，８０２，８１４号明細書
【特許文献２】米国特許第６，７５８，８１９号明細書
【特許文献３】米国特許第６，７５８，８２０号明細書
【０００７】
光学法は、反射、吸収、伝導等のような光の性質を主に利用する。例えば赤外線を例にとると、酸素と結合した血液は酸素が脱離した血液よりも赤外線の吸光量が多い。心臓が収縮期にあるとき、移動速度がより速い酸素を含む血液の動脈中の量が増大するので、血液はより多くの赤外線を吸収する。心臓が拡張期にあるときには状況は逆になる。被検者の身体を照射するために光を用い、血管からの光学的信号を時間および組織のばらつきとともに受信し記録するこのタイプの光学的方法は、光電脈波（ＰＰＧ）法とよばれる。ＰＰＧ法は、血液中の酸素濃度に関係するだけでなく、パルスのばらつきにも応答し、ＳＩ、ＲＩ、ＰＷＶおよびＳＰＯ２を計算するためにも利用される。例えば特許文献４は、ＰＰＧを得るために光学プローブを利用することを開示する。
【特許文献４】米国特許出願第２００４／００１５０９１号公開公報
【０００８】
市場には、血管の機能についての関連パラメータを計算するために血圧パルス波形を検出するＰＰＧ関連設備がある。例えば、米国Ｍｉｃｒｏ  Ｍｅｄｉｃａｌ社は、血圧パルスを検出するために光学プローブを利用し、さらにＳＩ値を提供する「Ｐｕｌｓｅ  ＴｒａｃｅＰＣＡ（ＰＴ２０００）」装置と、被検者の心電図および血圧パルスを得てＰＷＶを計算するために、３本の電極とドプラープローブとを同時に使用する「Ｐｕｌｓｅ  ＴｒａｃｅＰＷＶ（ＰＴ４００）」装置とを発表した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＳＩ、ＲＩ、ＰＷＶおよびＳＰＯ２等のような、上述のパラメータは、被検者の心臓血管系の病状を推測するうえで非常に役立ち、しばしば臨床診断に利用される。それにもかかわらず、異なる測定原理に基づいて、従来の機器は、ＥＣＧ信号、パルス酸素飽和度および血圧パルスを別々に得るために異なるセンサーエレメントを使用しなければならないので、心臓血管の指標およびパラメータの全てを得る必要がある場合には、複数のさまざまな測定機器を使用しなければならず、これは、時間がかかり、不便である。
【００１０】
効率的かつ簡単に心臓血管のパラメータを得るという先行技術に存在する課題を解決するために、本発明は、光学的な測定原理と、電気的な測定原理とを一体化して、ＥＣＧ信号およびＰＰＧ信号を同時取得し、さらに、血液中の酸素濃度を得て、前記信号を処理し解析するアルゴリズムを通じて、全ての心臓血管のパラメータを得ることを可能にするように、検知電極を光学プローブと組み合わせた検知インターフェースを有する一体型測定機器を設計する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明の概要
本発明の目的は、心電図、血圧パルス波形および酸素飽和度を得るためにＥＣＧ信号およびＰＰＧ信号を同時に取得するべく、光学的および電気的な測定用の一体型検知インターフェースを有する、一体型生理学的信号評価装置を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、ＥＣＧ信号およびＰＰＧ信号を解析および計算することによって心臓血管機能についてのパラメータを評価することができるデザインを提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、ＥＣＧ信号検知技術と光学的検知原理とを一体化して、ＥＣＧ信号、圧力パルス波形およびパルス酸素飽和度のような複数の生理学的な志ガイドワイヤ得る検知インターフェースを提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、心臓血管のパラメータを測定し解析するための検知インターフェースを備える装置を提供することである。前記装置はＥＣＧ信号を得るだけでなく、血圧パルスおよびパルス酸素飽和度を同時に記録することができ、さらに計算および解析を通じて、心拍速度、ＳＴセグメント、ＱＲＳ間隔、パルス酸素飽和度、硬化指数、反射指数、脈波伝播速度等のような心臓血管のパラメータを得る。
【００１５】
かかる目的を達成するため、本発明は、双電極ＥＣＧ信号測定技術を利用して、光学的な生理学的信号測定と組み合わせて、ＥＣＧ信号及びＰＰＧ信号を同時に取得するための検知インターフェースを設計して、心臓血管のパラメータを計算および解析するための基礎として役立て、これによって、従来の機器または設備を簡易化し、ユーザが自分自身の心臓血管の病状を監視しやすくする。
【００１６】
本発明の他の目的、利点および新規な特徴は、添付する図面とともに以下の詳細な説明からより明かになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
好ましい実施態様の詳細な説明
本発明に従って組み立てられた、一体型生理学的信号評価装置は、電気的な信号検知原理と光学的な信号検知原理とを主に利用し、ＥＣＧ信号、血圧パルスおよびパルス酸素飽和度指数を取得するために異なる検知エレメントを組み合わせる検知インターフェースを設計する。
【００１８】
圧力パルスの光学的な信号検知原理に関して、Ｂｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔの法則が言及されなければならない。前記法則は、ある波長の光が溶媒に溶解した物質によって吸収される場合には、透過光の量（Ｉ）は、溶解した物質の濃度と、前記溶媒中の透過距離との積の指数関数で減少し、その式は以下のとおりである。
【００１９】
【数１】
2006158974.tif 000003
（１）
【００２０】
上記の式において、εは吸光係数である。
【００２１】
同じく、光が被検者の組織を透過するとき、皮膚、筋肉、骨および血液が、ある量の光を吸収する。前記皮膚、筋肉および骨が吸収する光の量は一定だが、血液中の酸素濃度に伴って変動する。循環器系の影響のため、すなわち、酸素を含まない血液が肺で空気交換して酸素を含む血液になって、全身に運搬されるため、ＰＰＧ法は血液中の酸素濃度の変動を記録することができる。さらに、血液中の酸素濃度は血圧パルスに伴って変動するするため、血圧パルス波形を前記酸素濃度の変動から推定することができる。
【００２２】
図２に示すとおり、被検者の指のＰＰＧの血圧パルス波形を例にとると、第１のピークと第２のピークとの間の時間的遅延は、鎖骨下動脈に沿って前記被検者の下半身に伝播して前記鎖骨下動脈を戻って反射する、前記パルスの伝播時間に依存する。パルス伝播距離が被検者の身長に正比例し、大動脈から太い動脈までのパルス伝播時間が血管の弾性に相関すると仮定すると、太い動脈の硬化指数は、以下の式で推定できる。
【００２３】
【数２】
2006158974.tif 000004
（２）
【００２４】
上記の式において、
ＳＩは血管の硬化指数、
ΔＴＤＶＰは１つのパルス波形における２つのピークの間の遅延時間、
ＤＶＰはデジタル体積パルスである。
【００２５】
さらに、前記２つのピークの高さの差は、以下の式のとおり計算される動脈中を戻って伝播する反射の強度、すなわち、ＲＩを推定するために用いられる。
【００２６】
【数３】
2006158974.tif 000005
（３）
【００２７】
上記の式において、
ａは第２のピークの高さ、
ｂは第１のピークの高さである。
【００２８】
式（２）および（３）のそれぞれＳＩおよびＲＩの値は、血圧パルス波形によって得られる。しかし、ＰＷＶを得たい場合には、ＥＣＧ信号が協力する必要がある。ＰＷＶは、心臓によって生じ血管を通って伝わり手足に伝播される、パルスの速度を推定するために用いられるため、ＰＷＶが速いほど血管は硬い。したがって、ＰＷＶはＳＩと有意に相関する。図３を参照して、血管が陶器のように硬くなる場合には、パルスは血管によって容易に吸収されないので、パルス速度は速くなる。反対に、血管にゴムのような弾性がある場合には、パルスは遅くなる。研究報告は、ＰＷＶが心臓血管疾患と大きく相関することを指摘し、ｐＷＶの値が大きいことが被検者が冠状動脈疾患である可能性が高いことにつながることを示す。
【００２９】
図４を参照して、ＰＷＶの計算は以下のとおりである。
【００３０】
【数４】
2006158974.tif 000006
（４）
【００３１】
上記の式において、
Ｄはパルス伝播距離で、
ＰＴＴはパルス伝播時間である。
【００３２】
図４に示すとおり、ＰＷＶを計算するためには、血液の心臓からの運搬が始まる場所を知るために、ＥＣＧ信号と組み合わせる必要がある。ＥＣＧ信号では、「Ｒ」波は容易に検出されるので、Ｒ波信号が時間的な始点の印として用いられるのが一般的である。
【００３３】
単一波長の光を用いることは血圧パルスの変動を知るためのＰＰＧを得ることを可能にするが、循環器の機能の重要なパラメータであるパルス酸素飽和度（ＳＰＯ２）を得るための２つのピークを得るためには、少なくとも２つの異なる波長を有する光源を用いる必要がある。人が呼吸をするとき、被検者の体外の酸素は気管支に入り、そこから、肺胞に運搬されて血液中に交換され、それから、組織に供給されるために全身に運搬される。ＳＰＯ２は、酸素と結合したヘモグロビン濃度を推定するために主に用いられる。体内の血液は、酸素と結合した血液と酸素が脱離した血液という２つのタイプからなるため、前記酸素と結合したヘモグロビンの濃度と、酸素が脱離したヘモグロビンの濃度とを別々に測定するためには異なる波長を有する２つのタイプの光源を使い、その後、以下の式のとおりに酸素と結合したヘモグロビンの百分率を評価する必要がある。
【００３４】
【数５】
2006158974.tif 000007
（５）
【００３５】
上記の式において、
ＨｂＯ２は酸素と結合したヘモグロビンの濃度で、
Ｈｂは酸素が脱離したヘモグロビンの濃度である。
【００３６】
酸素と結合したヘモグロビンおよび酸素が脱離したヘモグロビンの濃度を計算するためには式（１）が用いられなければならない。便宜的な計算には、本願明細書で定義された変動可能なＯＤがあり、式（１）は以下のとおり書き換えられる。
【００３７】
【数６】
2006158974.tif 000008
（６）
【００３８】
特に、約６６０ｎｍおよび９４０ｎｍのそれぞれ赤色光および赤外光が、ＳＰＯ２を計算するために用いられるのが普通であるから、式（６）は以下のとおり表記できる。
【００３９】
【数７】
2006158974.tif 000009
（７）
【００４０】
したがって、
【００４１】
【数８】
2006158974.tif 000010
（８）
【００４２】
上記の式において
【００４３】
【数９】
2006158974.tif 000011
【００４４】
式（２）ないし（８）は、それぞれ、ＳＩ、ＲＩ、ＰＷＶおよびＳＰＯ２を計算するためのものであり、先行技術を用いる場合には、これらの異なるパラメータは、さまざまなデザインの検知エレメントを有する異なる装置によって計測されなければならない。本発明の一体型生理学的信号評価装置は、ＥＣＧ信号、血圧パルスおよびＳＰＯ２を取得するために、ＥＣＧ信号の２重電極検知原理を光学的検知プローブと一体化したので、医療機器を単純化し、家庭で適用できる。
【実施例１】
【００４５】
図５は本発明の一体型生理学的信号評価装置のブロックダイアグラムである。前記装置は、検知インターフェースモデュール１０と、アナログ信号処理モデュール２０と、アナログからデジタルへの変換ユニット３０と、デジタル信号処理モデュール４０と、ディスプレイユニット５０とを含む。検知インターフェースモデュール１０は、２本の検知電極１２、１２’と、光学的プローブセット１６とを含む。検知電極１２、１２’はＥＣＧ信号を測定するために用いられ、検知電極１２、１２’のうちの少なくとも１本と組み合わされた光学的プローブセット１６はＰＰＧ信号を測定するために用いられる。検知インターフェースモデュール１０の詳細なデザインは以下に説明される。
【００４６】
アナログ信号処理モデュール２０は検知インターフェースモデュール１０と電気的に接続され、アナログ形式で被検者から測定されたＥＣＧ信号およびＰＰＧ信号を処理して、これらの信号を増幅およびフィルター処理するのに用いられる。アナログからデジタルへの変換ユニット３０は、アナログ信号処理モデュール２０で処理済みのアナログのＥＣＧ信号およびＰＰＧ信号をそれぞれデジタル信号に変換するために用いられる。次にこれらのデジタル信号は、心拍速度、ＳＴセグメント、ＱＲＳ間隔等のようなＥＣＧパラメータと、ＳＩ、ＲＩ、ＰＷＶ、ＳＰＯ２等のような血管のパラメータとを得るために、さまざまな種類のアルゴリズムを実行するデジタル信号処理モデュール４０によって処理される。かかるパラメータの情報は、液晶ディスプレイ、ＬＥＤ等のようなディスプレイユニット５０で表示するために転送される場合がある。さらに前記装置は、上記の全ての電気式の構成要素に電力を供給するために、電池セットか、家庭用差込のような外部電源かのような電源システムを有する場合がある。
【００４７】
本発明では、検知インターフェースモデュール１０は、ＥＣＧ信号およびＰＰＧ信号という２つの異なるタイプの信号を同時に取得するための非常に発明として特徴あるデザインである。ＰＰＧ信号を検出するためには、反射法および透過法という、２つの光学的方法があるので、検知インターフェースモデュール１０の構造には異なるやり方で実施される。さらに、ＥＣＧ信号を記録するには少なくとも２本の電極で可能であり、血圧パルスおよびＳＰＯ２を記録するには少なくとも１本の光学的プローブで可能であるため、前記装置は、検知電極１２、１２’のうちの１本に配設される１本の光学的プローブか、検知電極１２、１２’の両方に配設された２本以上の光学的プローブかのいずれかを含む場合がある。以下の実施態様では、検知電極１２、１２’のうちの１本に配設される１本の光学的プローブセット１６だけがある。
【００４８】
図６Ａに示すとおり、光学的反射法では、検知インターフェースモデュール１０は、２本の検知電極１２、１２’と、該検知電極のうちの１本に配設された１本の光学的プローブセット１６とを含む。検知電極１２、１２’のそれぞれは、被検者の体表と接触して、前記被検者の心筋がリズミカルに収縮するときＥＣＧ信号を取得するために電流の変動を記録する、接触面１４を有する。光学的プローブセット１６は、少なくとも１個の発光器１６０と、少なくとも１個の受光器１６２とを含む。発光器１６０は、被検者の体表に光線を発するために用いられ、受光器１６２は、体表の組織からの反射光を受光して、ＰＰＧ信号を作成するために用いられる。
【００４９】
この方法では、検知インターフェースモデュール１０は、被検者の体表に固定して接着されるか、被検者によって容易に接触されるように、平面状にデザインされる場合がある。図６Ｂを参照して、被検者の指を例にとると、指１８は検知電極１２、１２’上に戴置されるとき（検知電極１２’は図６Ｂには示されない）、検知電極１２、１２’は心臓から送られるＥＣＧ信号を受信してこれを記録することができる。１２本のリード線によるＥＣＧ測定については、両手の指からの信号は第１のリード線のＥＣＧ信号に属する。発光器１６０および受光器１６２は両方とも、検知電極１２、１２’のうちの１本と組み合わされるので、血圧パルスを知る必要がある場合には、発光器１６０は、光線、例えば、赤色光または赤外光を指に発光して、血液中の酸素濃度の変動に基づいてＰＰＧ信号を得るために、反射光を受光し、反射光の量を記録する必要がある。これらの得られたＰＰＧ信号を処理するための以下のモデュールによって、ＳＩおよびＲＩは計算できる。さらに、ＥＣＧ信号およびＰＰＧ信号を同時に測定し、一緒に組み合わせることによって、ＰＷＶも計算できる。血液中の酸素濃度を推定するために、発光器１６０は、異なる波長を有する２つのタイプの光源、一般的には、赤色光および赤外光を発光しなければならず、受光器１６２は、時間分割的な（ｃｌｏｃｋ−ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）やり方で、酸素と結合した血液と酸素が脱離した血液とにそれぞれ対応する、異なる波長を有する２つのタイプの反射光源を受光して、以下のモデュールがＳＰＯ２を計算するのに十分な情報を提供する。
【００５０】
透過型検知インターフェースモデュール１０の横断模式図を示す別の実施態様である図７Ａを参照して、検知インターフェースモデュール１０は、指輪、フィンガー・シース（ｆｉｎｇｅｒ  ｓｈｅａｔｈ）等のような、対応し、相対する２つの内面を有する固定具９０を含む。検知電極１２、１２’のうち少なくとも１本はその内部に包まれ、接触面１４が被検者の体表に面するように、固定具９０の内面の１つに取り付けられる。発光器１６０および受光器１６２も固定具９０に包まれ、それぞれ反対側の内面に配設される。この実施態様では、光学的プローブセット１６と、検知電極１２とが同じ固定具９０に包まれる。受光器１６２は、固定具９０の下側の内面にある検知電極１２に配設され、発光器１６０は固定具９０の反対側の内面に取り付けられる。勿論、発光器１６０および受光器１６２は互いに交換可能である。発光器１６０から発光された光線が被検者に送られて、被検者の組織を透過した後、受光器１６２は透過光を受光できる。このタイプの測定法を用いるとき、被検者は片手の指を検知電極１２’（図７Ｂには示されない）の接触面１４に戴置し、検知電極１２の接触面１４を触れるように固定具９０内にもう一方の手の指を戴置する。このようにして、被検者のＥＣＧ信号が検知電極１２、１２’によって取得でき、上述のとおり、ＰＰＧ信号も単一波長の光か、時間分割的なやり方で２波長の光かを用いることによって取得でき、ＲＩ、ＳＩ、ＰＷＶおよびＳＰＯ２を計算するために以下のモデュールに提供する。
【００５１】
本発明のより詳細なブロックダイアグラムである図８を参照して、被検者が本発明を用いるとき、検知インターフェースモデュール１０の検知電極１２、１２’は被検者のＥＣＧ信号を取得でき、光学的プローブセット１６は被検者のＰＰＧ信号を同時に取得できる。その後、検知インターフェース１０と電気的に接続されたアナログ信号処理モデュール２０がＥＣＧ信号およびＰＰＧ信号を別々に取り扱う。アナログ信号処理モデュール２０には、ＥＣＧ信号を増幅およびフィルター処理するＥＣＧ信号処理モデュール２２と、ＰＰＧの光学信号を電気信号に変換する光電信号変換ユニット２４と、変換されたＰＰＧ信号を増幅およびフィルター処理する光電信号処理ユニット２６とがある。その後、ＥＣＧ信号およびＰＰＧ信号は、アナログからデジタルへの変換ユニットに電気的に転送されて、デジタル信号に変換される。それから、これらのＥＣＧおよびＰＰＧデジタル信号は、デジタル信号処理モデュール４０に転送されて、さまざまな生理学的なパラメータを計算するための処理を施される。デジタル信号処理モデュール４０は、ＥＣＧ信号およびＰＰＧ信号をさらに処理して心拍速度、ＳＴセグメントおよびＱＲＳ間隔のようなＥＣＧパラメータと、ＳＩ、ＲＩ、ＰＷＶおよびＳＰＯ２等のようなＰＰＧパラメータとを得るためのＣＰＵ４２を含む。詳細なアルゴリズム工程は図９に示され、図１ないし４が明解な理解のために参照される。
【００５２】
デジタルＥＣＧ信号がＣＰＵ４２に転送されるとき、ＥＣＧ信号処理手順が最初のステップ（Ｓ１０）、すなわち、前記ＥＣＧ信号からＱＲＳ波を検出するステップを入力する。通常、ＥＣＧ信号は、Ｐ波と、ＱＲＳ波と、Ｔ波とで構成される。しかし、ＱＲＳ波は、心室収縮期の前の脱分極電流によってもたらされ、強度が強く容易に検出される。さらに、Ｒ波は心臓のリズムの基礎であるから、第１のステップはＱＲＳ波の位置を検出することである。それから、ＥＣＧ信号全体の電圧を計算し、ＱＲＳ信号を検出することによって、心拍速度、ＳＴセグメント、ＱＲＳセクション等のようなＥＣＧパラメータがステップ（Ｓ１２）において計算される。
【００５３】
単一光源のＰＰＧ信号については、ＰＰＧ信号がＣＰＵ４２に転送されるとき、ＰＰＧ信号処理手順が以下のステップを入力する。最初のステップは、パルスの到達位置を検出するステップである。現在のところ、前記到達位置を決定する均一な基準はないが、一般的に、（それぞれ図４の＃１、＃２および＃３に示される、）上昇への変曲点か、傾斜が最も急上昇する点か、パルスのピークかがパルスの到達位置として採用される。本実施態様は傾斜が最も急上昇する点をパルスの到達位置として採用する。次のステップは、デジタルＰＰＧ信号をＥＣＧ信号のＱＲＳ波と比較して、ＱＲＳ波のピークからパルスの到達位置までのパルス伝播時間（ＰＴＴ）を評価するステップ（Ｓ２２）である。次のステップは、被検者の身長および被検者の検査部位を推定するとともに、式（４）を用いて、ＰＷＶを得るステップ（Ｓ２４）である。その他に、ＰＰＧ信号の第１および第２のピークを検出して、第１および第２のピークの振幅と、これら２つのピークの時間間隔とを計算するステップ（Ｓ３０）もステップ（Ｓ２０）に続く。次のステップ（Ｓ３２）は、式（２）および（３）を計算して、ＳＩおよびＲＩを得るステップである。ＰＷＶ、ＳＩおよびＲＩは、単一光源のＰＰＧ信号によって得ることができる。さらに、例えば赤色光源および赤外光源のように、２つの異なる光源がある場合には、ＣＰＵ４０は、ステップ（Ｓ３０）に続けて、異なる光源に対する吸光量および反射光量を決定する別のステップ（Ｓ４０）、すなわち、異なるタイプのＰＰＧ信号のピークおよび波の谷（ｗａｖｅ  ｔｒｏｕｇｈ）検出するステップを実行する場合がある。それから、次のステップは、式（５）ないし（８）を計算してＳＰＯ２を得るステップである。
【００５４】
ＣＰＵ４２がＥＣＧパラメータおよび血管パラメータを計算した後、これらのパラメータは、ＬＣＤ、ＬＥＤ等のようなディスプレイユニット５０に転送され、被検者のために視覚的な情報を示す。デジタル信号処理モデュール４０は、ＣＰＵ４２と電気的に接続されてデジタルＥＣＧ信号、デジタルＰＰＧ信号、ＥＣＧパラメータおよび血管パラメータを保存するための保存ユニット４４を含む。さらに、デジタル信号処理モデュール４０のＣＰＵ４２は、ＵＳＢインターフェース、ブルーツースインターフェース、赤外線インターフェース、モデム等のような、データ転送モデュール７０に接続されて、保存ユニット４４に保存された信号およびパラメータを含むデータを、その後の診断および解析と、データ管理とを提供するために、パソコン、ＰＤＡ、携帯電話、データベース等のような外部のデジタル情報機器７２に転送する。
【００５５】
前記一体型生理学的信号評価装置は、ＣＰＵ４２に電気的に接続されて、前記デジタル信号処理モデュールの動作を被検者が制御することを可能にする、作動ユニット８０をさらに含む。作動ユニット８０は、測定機能、保存ユニット４４のデータの追加／削除／転送、被検者の個人情報の入力、日付設定等のような所望の動作を実行するために、ボタン、ノブ、タッチパネル等のようないずれかのやり方で提供される場合がある。測定装置全体に電力を提供する電源モデュール６０によって、全てのモデュールおよびユニットは、複数の異なるタイプの信号を検出および解析するという効果を達成することに成功するように、作動することができる。
【００５６】
本発明の多数の特徴および利点と、本発明の構造および機能の詳細とが以上の説明で列挙されたが、この開示は例示的であるにすぎない。詳細における変更、特に、形状、サイズおよび部品の配置に係る事項についての変更は、特許請求の範囲に記載された最も一般的な用語の意味によって最も完全な内容が示される、本発明の原理の範囲内で行ってもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】血圧パルス波形とパルス伝播時間との間の相関を示す模式図。
【図２】血圧パルス波形の模式図。
【図３】血圧パルス波形と血管硬化度との相関を示す模式図。
【図４】血圧パルス波形とＥＣＧ信号との相関を示す模式図。
【図５】本発明の装置のブロックダイアグラム。
【図６Ａ】本発明の検知電極構造の模式図。
【図６Ｂ】本発明の検知電極による測定の模式図。
【図７】検知電極構造の別の実施態様の模式図。
【図８】本発明のより詳細なブロックダイアグラム。
【図９】本発明で作動するパラメータのアルゴリズムのフロー・チャート。
【符号の説明】
【００５８】
１０    検知インターフェースモデュール
１２、１２’    検知電極
１４    接触面
１６    光学的プローブセット
１８    指
２０    アナログ信号処理モデュール
２２    ＥＣＧ信号処理モデュール
２４    光電信号変換ユニット
２６    光電信号処理ユニット
３０    アナログからデジタルへの変換ユニット
４０    デジタル信号処理モデュール
４２    ＣＰＵ
４４    保存ユニット
５０    ディスプレイユニット
７０    データ転送モデュール
７２    外部のデジタル情報機器
８０    作動ユニット
９０    固定具
１６０    発光器
１６２    受光器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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