(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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Ｖｉ（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Ｖｉ及び第２の電圧Ｖ’ｉから比Ｖｉ／Ｖ’ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖｉ／Ｖ’ｉ、及び生体表面に配置された電極の位置座標に基づいて、生体内の信号源の位置を検出する。【選択図】図１
2019030732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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Ｖｉ（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Ｖｉ及び前記第２の電圧Ｖ’ｉから比Ｖｉ／Ｖ’ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖｉ／Ｖ’ｉ（ｉ＝１，２，３）、及び前記生体表面に配置された前記電極の位置座標に基づいて、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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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または２に記載の生体内信号源位置検出方法。
【請求項４】
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１〜３の何れかに記載の生体内信号源位置検出方法。
【請求項５】
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Ｖｉ（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Ｖｉ及び前記第２の電圧Ｖ’ｉから比Ｖｉ／Ｖ’ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖｉ／Ｖ’ｉ（ｉ＝１，２，３）、及び前記生体表面に配置された前記電極の位置座標に基づいて、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１１３８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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Ｖｉ（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Ｖｉ及び第２の電圧Ｖ’ｉから比Ｖｉ／Ｖ’ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖｉ／Ｖ’ｉ（ｉ＝１，２，３）、及び生体表面に配置された電極の位置座標に基づいて、生体内の信号源の位置を検出することを特徴とする。
【０００８】
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Ｖｉ（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Ｖｉ及び第２の電圧Ｖ’ｉから比Ｖｉ／Ｖ’ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖｉ／Ｖ’ｉ（ｉ＝１，２，３）、及び生体表面に配置された電極の位置座標に基づいて、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。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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２】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。
【図３】（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。
【図４】（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。
【図５】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６】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。
【図７】（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。
【図８】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。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
（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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３がそれぞれ配置され、各スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３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。
【００１６】
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Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３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Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、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ｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ３と表示している。
【００１７】
ここで、ステップ１において、電極２１（ｃｈ１）で生じる第１の電圧（外部抵抗が接続されていない場合）Ｖ１は、式（１）で与えられる。
【００１８】
【数１】
2019030732.tif 000003
【００１９】
一方、ステップ４において、電極２１（ｃｈ１）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Ｒｉｎが非常に大きいとき、式（２）で与えられる。ここで、Ｒｂ１は、生体１０内の信号源Ｖsと電極２１（ｃｈ１）の間の内部抵抗の抵抗値を表し、Ｒｂ０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。
【００２０】
【数２】
2019030732.tif 000004
【００２１】
式（１）及び式（２）から、電極２１（ｃｈ１）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Ｖ１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／Ｖ１（減衰比）は、式（３）で与えられる。
【００２２】
【数３】
2019030732.tif 000005
【００２３】
同様に、電極２２（ｃｈ２）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Ｖ２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／Ｖ２（減衰比）、及び、電極２３（ｃｈ３）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Ｖ３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／Ｖ３（減衰比）は、それぞれ、式（４）、式（５）で与えられる。
【００２４】
【数４】
2019030732.tif 000006
【００２５】
【数５】
2019030732.tif 000007
【００２６】
ここで、Ｒｂ２は、生体１０内の信号源Ｖsと電極２２（ｃｈ２）との間の内部抵抗の抵抗値を表し、Ｒｂ３は、生体１０内の信号源Ｖsと電極２３（ｃｈ３）との間の内部抵抗の抵抗値を表す。
【００２７】
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Ｒｂ１、Ｒｂ２、Ｒｂ３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Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、それぞれ、式（６）、（７）、（８）で表される。
【００２８】
【数６】
2019030732.tif 000008
【００２９】
【数７】
2019030732.tif 000009
【００３０】
【数８】
2019030732.tif 000010
【００３１】
ここで、βは、生体１０の導電率等で定まる定数である。
【００３２】
式（６）、（７）、（８）に示すように、距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、それぞれ、減衰比（Ｖ’１／Ｖ１、Ｖ’２／Ｖ２、Ｖ’３／Ｖ３）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Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の球体Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３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Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３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、（ａ１、ｂ１、ｃ１）、（ａ２、ｂ２、ｃ２）、（ａ３、ｂ３、ｃ３）としている。
【００３３】
【数９】
2019030732.tif 000011
【００３４】
【数１０】
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【００３５】
【数１１】
2019030732.tif 000013
【００３６】
なお、式（９）、（１０）、（１１）を解くに当たり、定数β、Ｒｂ０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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
また、本実施形態において、定数β、Ｒｂ０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。
【００４０】
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。
【００４１】
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Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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Ｖｉ（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Ｖｉ及び第２の電圧Ｖ’ｉから比Ｖｉ／Ｖ’ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖｉ／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。
【００４４】
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Ｖｉ（ｉ＝１，２，３）と第２の電圧Ｖ’ｉ（ｉ＝１，２，３）との比Ｖｉ／Ｖ’ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖｉ／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Ｖｉ／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。
【００４５】
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Ｖｉ／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Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｒ、Ｓ、Ｔは、それぞれ、図４（ａ）に示した電圧波形のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｓ、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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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Ｖｉ（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Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を備えている。さらに、第１の電圧Ｖｉ及び第２の電圧Ｖ’ｉから比Ｖｉ／Ｖ’ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖｉ／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。
【００４９】
（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３が配置されている。そして、各スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３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Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３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Ｖ１２、Ｖ２３、Ｖ３１、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Ｖ１２は、スイッチＳ１とＳＳ２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ｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ３と表示している。
【００５２】
本実施形態において、電極２１と電極２２との間（チャネルｃｈ１とｃｈ２との間）で生じる第１の電圧Ｖ１２と第２の電圧Ｖ’１２の比Ｖ’１２／Ｖ１２（減衰比）は、式（１２）で与えられる。
【００５３】
【数１２】
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【００５４】
ここで、Ｒｂ１及びＲｂ２は、それぞれ、生体１０内の信号源Ｖsと電極２１（ｃｈ１）の間の内部抵抗の抵抗値、及び信号源Ｖsと電極２２（ｃｈ２）の間の内部抵抗の抵抗値を表す。
【００５５】
同様に、電極２２と電極２３との間（チャネルｃｈ２とｃｈ３との間）で生じる第１の電圧Ｖ２３と第２の電圧Ｖ’２３の比Ｖ’２３／Ｖ２３（減衰比）、及び、電極２３と電極２１との間（チャネルｃｈ３とｃｈ１との間）で生じる第１の電圧Ｖ３１と第２の電圧Ｖ’３１の比Ｖ’３１／Ｖ３１（減衰比）は、それぞれ、式（１３）、（１４）で与えられる。
【００５６】
【数１３】
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【００５７】
【数１４】
2019030732.tif 000016
【００５８】
ここで、Ｒｂ３は、生体１０内の信号源Ｖsと電極２３（ｃｈ３）の間の内部抵抗の抵抗値を表す。
【００５９】
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Ｒｂ０が式中に入っていないことである。
【００６０】
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ｃｈ１とｃｈ２との間）で生じる第１の電圧Ｖ１２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、Ｒｂ１＋Ｒｂ２で表される。
【００６１】
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（Ｒｂ１＋Ｒｂ２）は、電極２１と信号源Ｖsとの距離Ｄ１と、電極２２と信号源Ｖsとの距離Ｄ２との和（Ｄ１＋Ｄ２）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（Ｄ１＋Ｄ２）、（Ｄ２＋Ｄ３）、（Ｄ３＋Ｄ１）は、それぞれ、式（１５）、（１６）、（１７）で表される。
【００６２】
【数１５】
2019030732.tif 000017
【００６３】
【数１６】
2019030732.tif 000018
【００６４】
【数１７】
2019030732.tif 000019
【００６５】
ここで、αは、生体１０の導電率等で定まる定数である。
【００６６】
式（１５）、（１６）、（１７）に示すように、各電極と信号源Ｖsとの距離の和（Ｄ１＋Ｄ２）、（Ｄ２＋Ｄ３）、（Ｄ３＋Ｄ１）は、それぞれ、減衰比（Ｖ’１２／Ｖ１２）、（Ｖ’２３／Ｖ２３）、（Ｖ’３１／Ｖ３１）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ｃｈ１とｃｈ２）を焦点とする楕円体Ｅ１、電極２２、２３（チャネルｃｈ２とｃｈ３）を焦点とする楕円体Ｅ２、及び電極２３、２１（チャネルｃｈ３とｃｈ１）を焦点とする楕円体Ｅ３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Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３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、（ａ１、ｂ１、ｃ１）、（ａ２、ｂ２、ｃ２）、（ａ３、ｂ３、ｃ３）としている。
【００６７】
【数１８】
2019030732.tif 000020
【００６８】
【数１９】
2019030732.tif 000021
【００６９】
【数２０】
2019030732.tif 000022
【００７０】
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。
【００７１】
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Ｒｂ０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。
【００７２】
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。
【００７３】
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Ｖｉ（ｉ＝１，２，３）、及び各電極２１、２２、２３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Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３を備えている。さらに、第１の電圧Ｖｉ及び第２の電圧Ｖ’ｉから比Ｖｉ／Ｖ’ｉ（ｉ＝１，２，３）を算出し、これら３つの比Ｖｉ／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。
【００７４】
（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。
【００７５】
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Ｖｉ（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。
【００７６】
例えば、図８（ａ）に示すように、電極２２（チャネルｃｈ２）に生じた第１の電圧Ｖ２、及び第２の電圧Ｖ’２を測定する際に、電極２１（チャネルｃｈ１）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ｃｈ３）に生じた第１の電圧Ｖ３、及び第２の電圧Ｖ’３を測定する際に、電極２２（チャネルｃｈ２）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ｃｈ１）に生じた第１の電圧Ｖ１、及び第２の電圧Ｖ’１を測定する際に、電極２３（チャネルｃｈ３）をグランド電位に接続する。
【００７７】
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。
【００７８】
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、Ｒｂ１とＲ’ｂ１、Ｒｂ２とＲ’ｂ２、Ｒｂ３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、Ｒｂ１＝Ｒ’ｂ１、Ｒｂ２＝Ｒ’ｂ２、Ｒｂ３＝Ｒ’ｂ３ではない。ここで、ΔＲｂ１=Ｒｂ１−Ｒ’ｂ１、ΔＲｂ２＝Ｒｂ２−Ｒ’ｂ２、ΔＲｂ３＝Ｒｂ３−Ｒ’ｂ３が十分に小さいと仮定すると、Ｒｂ１＝Ｒ’ｂ１、Ｒｂ２＝Ｒ’ｂ２、Ｒｂ３＝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。
【００７９】
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ｃｈ１とｃｈ２との間）で生じる第１の電圧Ｖ１２と第２の電圧Ｖ’１２の比Ｖ’１２／Ｖ１２（減衰比）は、式（２１）で与えられる。ここで、第１の電圧Ｖ１２、及び第２の電圧Ｖ１２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。
【００８０】
【数２１】
2019030732.tif 000023
【００８１】
ここで、Ｒｂ１及びＲｂ２は、それぞれ、生体１０内の信号源Ｖsと電極２１（ｃｈ１）の間の内部抵抗の抵抗値、及び信号源Ｖsと電極２２（ｃｈ２）の間の内部抵抗の抵抗値を表す。なお、Ｒ’ｂ１＝Ｒｂ１としている。
【００８２】
同様に、電極２２（グランド電位）と電極２３との間（チャネルｃｈ２とｃｈ３との間）で生じる第１の電圧Ｖ２３と第２の電圧Ｖ’２３の比Ｖ’２３／Ｖ２３（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ｃｈ３とｃｈ１との間）で生じる第１の電圧Ｖ３１と第２の電圧Ｖ’３１の比Ｖ’３１／Ｖ３１（減衰比）は、それぞれ、式（２２）、（２３）で与えられる。
【００８３】
【数２２】
2019030732.tif 000024
【００８４】
【数２３】
2019030732.tif 000025
【００８５】
ここで、Ｒｂ３は、生体１０内の信号源Ｖsと電極２３（ｃｈ３）の間の内部抵抗の抵抗値を表す。なお、Ｒ’ｂ２＝Ｒｂ２、Ｒ’ｂ３＝Ｒｂ３としている。
【００８６】
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（Ｄ１＋Ｄ２）、（Ｄ２＋Ｄ３）、（Ｄ３＋Ｄ１）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Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３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Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、それぞれ、電極２１、２２（チャネルｃｈ１とｃｈ２）を焦点とする楕円体、電極２２、２３（チャネルｃｈ２とｃｈ３）を焦点とする楕円体、及び電極２３、２１（チャネルｃｈ３とｃｈ１）を焦点とする楕円体である。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３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Ｒｂ０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Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３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Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、それぞれ、電極２１（チャネルｃｈ１）とグランド電極２０を焦点とする楕円体、電極２２（チャネルｃｈ２）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ｃｈ３）とグランド電極２０を焦点とする楕円体である。
【００９０】
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Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３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Ｒｂ１、Ｒｂ２、Ｒｂ３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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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Ｒｂ1、Ｒｂ２、Ｒｂ３、Ｒｂ０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Ｖ１、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３０Ａ１、３０Ｂ１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Ｖ２、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３０Ａ２、３０Ｂ２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Ｖ３、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３０Ａ３、３０Ｂ３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。
【符号の説明】
【００９５】
１０      生体 
２０      グランド電極 
２１      第１の電極（チャネルｃｈ１）
２２      第２の電極（チャネルｃｈ２）
２３      第３の電極（チャネルｃｈ３）
３０      アンプ（測定手段） 
【図１】
2019030732.tif 000026
【図２】
2019030732.tif 000027
【図３】
2019030732.tif 000028
【図４】
2019030732.tif 000029
【図５】
2019030732.tif 000030
【図６】
2019030732.tif 000031
【図７】
2019030732.tif 000032
【図８】
2019030732.tif 000033
【図９】
2019030732.tif 000034