(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体信号源の電気的な生体信号を容量式に検出するシステムであって、前記システムは、少なくとも１つの容量式の測定電極と、前記測定電極の電気信号を評価するために前記測定電極と結合された少なくとも１つの電子式の評価ユニットとを有しており、さらに前記システムは、生体信号源と前記測定電極の容量性結合の品質を監視する手段を有している、システムにおいて、
前記容量性結合の品質を監視する手段は、１つの前記測定電極または複数の前記測定電極に追加して、前記少なくとも１つの測定電極へ前記生体信号源を介して注入信号を供給するために電気的に互いに分離された、少なくとも２つの注入電極を有しており、
前記システムは、前記少なくとも２つの注入電極によって前記生体信号源を介して前記測定電極に供給される第１の注入信号および前記第１の注入信号とは相違する第２の注入信号を生成するための信号発生器を有しており、
前記システムは、前記測定電極を介して受信される信号であって、その信号の中に前記第１および第２の注入信号に由来する信号成分が含まれている前記信号に基づいて、前記生体信号源と前記測定電極との間の前記容量性結合の品質を決定するように構成された決定ユニットを有し、
前記決定ユニットは前記測定電極を介して受信された前記第１および第２の注入信号の信号成分の振幅値と位相角度とに基づいて、前記容量性結合の品質を決定するように構成されていることを特徴とする、システム。
【請求項２】
前記システムの１つの、複数の、または全部の前記測定電極が、織物構造体の中に埋め込まれた織物容量電極として構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記システムの１つの、複数の、または全部の前記測定電極が導電性の構造を有する柔軟な容量電極として構成され、前記導電性の構造はプリントされた構造として構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
一方の前記注入電極には前記第１の注入信号だけが供給され、他方の前記注入電極には前記第１および第２の注入信号からなる重ね合わせが供給されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記システムは心拍数またはこれから導き出される前記生体信号源の変数を決定するように構成されていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれか１つに記載のシステムの少なくとも１つの測定電極と生体信号源との間の結合の品質を決定する方法であって、
ａ）第１の注入信号およびこれと相違する第２の注入信号を、前記生体信号源を介して少なくとも１つの測定電極へ時間的に重なり合うように、または同時に供給する工程、
ｂ）前記少なくとも１つの測定電極により受信された電気信号を評価する工程、
ｃ）受信された信号に含まれる前記第１および第２の注入信号の信号成分に基づいて前記容量性結合の品質を決定する工程、を備える方法。
【請求項７】
コンピュータプログラムがシステムのコンピュータで実行されたときに請求項６に記載の方法を実施するように構成されたプログラムコード手段を有する、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的な生体信号を容量式に検出するシステムに関するものであり、このシステムは、少なくとも１つの容量式の測定電極と、測定電極の電気信号を評価するために測定電極と結合された少なくとも１つの電子式の評価ユニットとを有しており、さらにこのシステムは、生体信号源と測定電極の容量性結合の品質を監視する手段を有している。さらに本発明は、生体信号源とこのようなシステムの測定電極の結合の品質を決定する方法、ならびに、この方法を実施するためにセットアップされたプログラムコード手段を有するコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般には本発明は、容量式の検出による、すなわち皮膚との電気接触を成立させることのない、電気的な生体信号の検出の分野に関する。このとき生体信号源はどのような生物であってもよく、特に人間であってよい。生体信号としては、たとえばＥＫＧ信号、ＥＥＧ信号、およびこれに類する電気的に検出可能な信号を記録することができる。生体信号は、たとえば医療の診断目的のために評価することができ、あるいは、たとえば車両システムなどでその他の識別信号としてさらに評価することもできる。
【０００３】
自動車の車両シートに織物容量電極を装備し、そのようにして、運転者の運転能力を常時監視する提案がすでになされている。特許文献１より、このような織物容量電極についての提案が明らかとなる。
【０００４】
このような生体信号の容量式の検出では、検出された信号の評価のために、生体信号源から測定電極までの信号伝達がどれだけ良好であるかを知る必要がある。たとえば車両シートに組み込まれた測定電極では、検出されるべき人物が座席の上で不都合な位置にいることやその他の外的要因が、劣った信号伝達をもたらすということが起こり得る。このようなケースを、その人物すなわち生体信号源が健康上の理由から測定信号に生体信号を送っていないこと、もしくはわずかしか送っていないことと区別可能でなければならない。
【０００５】
したがって、生体信号源と測定電極の容量性結合の品質を監視する提案がすでになされている。特許文献２より、特定の測定信号を介していわゆる搬送信号（ｃａｒｒｉｅｒ  ｓｉｇｎａｌｓ）を生体信号源に供給し、別の測定電極を介して、本来検出されるべき信号とともに評価する提案が明らかとなる。この提案は、数多くの測定信号を有するシステムで実際に具体化するときには、比較的高いコストがかかると思われる。相応に多数の搬送信号を生起しなければならないからである。そのうえ、複数の測定電極が同時に搬送信号を注入すると、異なる測定電極の間でクロストークが生じる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１０２０１３１０８８１０Ａ１号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１５／０７５６９２Ａ１号明細書
【発明の概要】
【０００７】
したがって本発明の課題は、生体信号源と測定電極の容量性結合の品質をいっそう少ないコストで決定することができる、電気的な生体信号を容量式に検出するシステムを提供することにある。さらに、生体信号源とこのようなシステムの少なくとも１つの測定電極の結合の品質を決定する好ましい方法、さらに、この方法を実施するためのプログラムコード手段を有するコンピュータプログラムを提供することが意図される。
【０００８】
この課題は請求項１によると、電気的な生体信号を容量式に検出するシステムによって解決され、このシステムは、少なくとも１つの容量式の測定電極と、測定電極の電気信号を評価するために測定電極と結合された少なくとも１つの電子式の評価ユニットとを有しており、さらにこのシステムは、生体信号源と測定電極の容量性結合の品質を監視する手段を有しており、容量性結合の品質を監視する手段は１つの測定電極または複数の測定電極に追加して、少なくとも１つの測定電極へ生体信号源を介して注入信号を供給するために電気的に互いに分離された少なくとも２つの注入電極を有しており、このシステムは、注入電極によって生体信号源を介して測定電極に供給される第１の注入信号および第１の注入信号とは相違する第２の注入信号を生成するための信号発生器を有しており、このシステムは、測定電極を介して受信される信号を参照してその中に含まれる第１および第２の注入信号に由来する信号成分を参照して生体信号源と測定電極の容量性結合の品質を決定するためにセットアップされた決定ユニットを有している。システムの１つの測定電極または複数の測定電極に追加して存在し、それに応じて測定電極としての役目をするのではない、すなわち電気的な生体信号を検出する役目をするのではない、追加の注入電極が導入されることで、規定されたそれぞれの機能に準じてそのために必要な電子配線だけを備えていればよい、注入信号について規定された供給経路を提供することができる。注入電極は、特に、ＥＫＧシステムから知られるＤＲＬ電極の意味におけるアース電極（容量的または導電的に身体に結合される）として構成されていてよい（ＤＲＬ−ｄｒｉｖｅｎ  ｒｉｇｈｔ  ｌｅｇ）。このようにして注入電極は、測定電極とは異なり、それぞれの増幅器によってすでに能動的に作動する電極として構成されていてよい。それに応じて、注入信号の供給のための追加のコストが比較的少なくなる。たとえば注入信号は正弦波信号の形態で、ＤＲＬ電極でもともと供給されるコモンモード抑圧信号に加算器によって少ないコストで、少なくとも測定電極の改変で必要になるよりも明らかに少ないコストで、追加することができる。
【０００９】
本発明によるシステムは、互いに分離された２つの注入電極を介して２つの異なる注入信号を供給することができ、これらの注入電流をさらに生体信号源を介して１つの測定電極ないし複数の測定電極によって検出可能であり、相互に区別可能であるという利点を有する。それに応じて、測定電極を介して受信される信号を参照して、その中に含まれる第１および第２の注入信号に由来する信号成分を参照して、生体信号源と測定電極の容量性結合の品質を決定することができる。使用されるシステムの測定電極の個数に関わりなく、互いに異なる注入信号を有する少なくとも２つの注入電極しか常に必要ないという利点がある。それに伴い、各々の測定電極について生体信号源との容量性結合の品質を、検出された信号を参照して決定することができる。そのために決定ユニットは、たとえば第１および第２の注入信号に由来する信号成分をフィルタアウトするためのフィルタを有することができる。
【００１０】
生体信号源と測定電極の容量性結合の品質の決定の結果としてたとえば数値を決定することができ、それはたとえば結合キャパシタンスを反映する数値であり、あるいは相応の予備評価の後に、測定電極を介して検出された生体信号源の電気的な生体信号を有意義に評価可能であるか否かを表す良好／不良情報である。特に、このような仕方で決定される容量性結合の品質の時間的推移も評価することができる。
【００１１】
本発明の好ましい発展例では、システムの１つの、複数の、または全部の測定電極が、織物構造体の中に埋め込まれた織物容量電極として構成される。この織物構造体はたとえば座席・家具の一部であってよく、またはたとえば自動車、航空機などの交通手段の座席であってよい。このとき測定電極は、特に座席の背もたれに埋め込まれていてよい。さらに電極を寝椅子やベットに組み込むことができる。
【００１２】
本発明の好ましい発展例では、少なくとも２つの注入電極は織物構造体に埋め込まれた織物容量電極として構成される。注入電極は、たとえば座席の座面に埋め込まれていてよい。それにより、生体信号源との比較的良好な結合を常時前提とすることができる。
【００１３】
このような仕方により、簡単かつ低コストな仕方で提供することができる、測定電極および／または注入電極を装備した織物構造体を提供することができる。織物容量電極として電極を施工することで、電極がさほどの負担になることがなく、座り心地を悪くすることがない。
【００１４】
本発明の好ましい発展例では、システムの１つの、複数の、または全部の測定電極が導電性の構造を有する柔軟な容量電極として構成されることが意図され、導電性の構造はプリントされた構造として構成される。それに応じて、導電性の構造を印刷方法で具体化することができる。導電性の構造は、たとえばスクリーン印刷された構造として構成されていてよく、すなわちスクリーン印刷によって具体化することができる。これ以外の印刷方法も好ましく適用可能であり、それはたとえばオフセット印刷、凹版印刷、またはフレキソ印刷である。それにより、特別に柔軟に適合化能力のある容量電極を提供することができ、しかもそれを低コストに大量の個数で製造可能である。
【００１５】
本発明の好ましい発展例では、一方の注入電極には第１の注入信号だけが供給され、他方の注入電極には第１および第２の注入信号からなる重ね合わせが供給される。本発明の好ましい発展例では、両方の注入電極にコモンモード抑圧信号が追加的に供給される。
【００１６】
本発明の好ましい発展例では、決定ユニットは測定電極を介して受信された第１および第２の注入信号の信号成分の振幅値と位相位置とを参照して容量性結合の品質を決定するためにセットアップされている。
【００１７】
本発明の好ましい発展例では、システムは心拍数またはこれから導き出される生体信号源の量を決定するためにセットアップされている。
【００１８】
本発明の好ましい発展例では、決定ユニットに別の入力量として、第１および第２の注入電極を介して供給される注入信号によって供給される電流の測定値が供給され、決定ユニットは、第１および第２の注入電極へ供給される注入信号によって供給される電流の供給された測定値を考慮したうえで容量性結合の品質を決定するためにセットアップされている。供給される電流は、たとえば測定抵抗（シャント）によって判定することができる。このような仕方により、注入電極によって供給される量の評価のために別の電気的な測定量を検出することができ、それにより、測定電極の容量性結合の品質のコンピュータでの決定がいっそう簡素化される。
【００１９】
さらに、冒頭に挙げた課題は、上に説明した種類のシステムの少なくとも１つの測定電極の生体信号源との結合の品質を決定する方法であって、次の各ステップを有するものによって解決される：
ａ）第１の注入信号およびこれと相違する第２の注入信号が生体信号源を介して少なくとも１つの測定電極へ時間的に重なり合うように、または同時に供給され、
ｂ）少なくとも１つの測定電極により受信された電気信号が評価され、
ｃ）受信された信号に含まれる第１および第２の注入信号の信号成分を参照して容量性結合の品質が決定される。
【００２０】
それによっても、上に説明した利点を実現することができる。
【００２１】
さらに、冒頭に挙げた課題は、コンピュータプログラムがシステムのコンピュータで実行されたときに上に挙げた種類の方法を実施するためにセットアップされた、プログラムコード手段を有するコンピュータプログラムによって解決される。システムのコンピュータは、たとえば決定ユニットのコンピュータであってよい。それによっても上に説明した利点が実現される。
【００２２】
次に、図面を援用しながら実施例を参照して本発明を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のシステムを示す模式的な図面である。
【図２】織物電極の多層構造である。
【図３】測定電極の信号検出回路である。
【図４】２チャネルシステムの等価回路図である。
【図５】注入電極の等価回路図である。
【図６】
【発明を実施するための形態】
【００２４】
各図面では、同じ符号は互いに対応する部材について使用される。
【００２５】
図１に示すシステムは、生体信号源の、たとえば人間の、電気的な生体信号を容量式に検出する役目を果たす。そのために織物関連の座席に、たとえば車両シートに、相応の容量式の測定電極と注入電極とが装備される。一例として座席の背もたれ３に、織物容量電極の形態の４つの測定電極３０が組み込まれることが図示されている。座席の座面４には、同じく織物容量電極として構成されていてよい２つの注入電極４０，４１が組み込まれている。注入電極４０，４１は、別個の電気回線を介して、図１には単一にしか示されていないが各々の注入電極について具体化される装置４３，４４と接続されている。装置４３は、たとえば４ｋＨｚの限界周波数を有するローパスフィルタである。装置４４は、決定ユニット１から供給されるデジタル信号をアナログ信号に変換し、ローパスフィルタ４３を介してそれぞれの注入電極４０，４１へ出力するデジタル／アナログコンバータとして構成される。
【００２６】
測定電極３０は、それぞれの織物電極にも組み込まれていてよいそれぞれの信号増幅器３１を介して、別の信号処理手段３３，３４と接続されている。測定電極３０ないしその信号増幅器３１は、それぞれ単一の別個の信号経路を介して信号処理手段３３，３４を介して決定ユニット１と接続されていてよく、または、回路コストを削減しようとする場合には、マルチプレクサ３２を介してそれぞれ同一の信号処理手段３３，３４につなぐこともできる。信号処理手段３３は、たとえば４ｋＨｚの限界周波数を有するローパスフィルタとして構成されていてよい。信号処理手段３４は、にアナログ／デジタルコンバータとして構成されていてよい。
【００２７】
それぞれのアナログ／デジタルコンバータないしデジタル／アナログコンバータにより、決定ユニット１では信号処理を完全にデジタル式に行うことができ、複雑な信号処理アルゴリズムを比較的好都合に具体化できるという利点がある。
【００２８】
アナログ／デジタルコンバータ３４ないしデジタル／アナログコンバータ４４と接続された決定ユニット１は、次のような構造を有する。アナログ／デジタルコンバータ３４を介して検出されるデジタル化された測定電極３０の信号が、決定ユニット１の３つの異なる評価経路に供給され、それはすなわち、注入信号に由来する信号成分の評価のための経路と、有効信号すなわち生体信号源の生体信号の判定のための経路と、コモンモード抑圧の役目を果たす経路である。まず最初に、注入信号に由来する信号成分を評価するための経路について説明する。そのためにまずバッファ１０が存在しており、そこで本来のデータがさしあたりブロックごとに、たとえば７２８個の測定値のブロックサイズでバッファされる。このときブロックサイズは、特に、１つのブロックにそれぞれ第１および第２の注入信号の完全な周期が保存されるように選択される。
【００２９】
ブロック１１では、非方形の窓関数、たとえばハニング窓を有する信号成分が前処理される。これに後続するデジタルフィルタ１２で、たとえば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）やＧｏｅｒｔｚｅｌアルゴリズムによって、別のフィルタリングが行われる。Ｇｏｅｒｔｚｅｌアルゴリズムは、選択された周波数成分の効率的な決定を可能にする。このような仕方で決定されるデータを用いて、ブロック１５で、生体信号源と測定電極の容量性結合の品質を、たとえば結合キャパシタンスの形態で決定することができる。品質決定の結果は、たとえば表示器に、たとえばスクリーン５に出力することができ、またはさらに別の処理部に供給することができる。
【００３０】
図１で決定ユニット１のほぼ中央に図示されているフィルタブロック１４を介して、供給される測定電極の信号からＥＫＧ信号がフィルタアウトされる。このことは、たとえばローパスフィルタによって行うことができる。
【００３１】
コモンモード抑圧のために、供給されるデジタル化された測定信号を加算器１６を介してまず合算することが意図される。それによりコモンモード信号が得られる。掛算器１７で、事前に決定されているコモンモード信号を増幅係数１８で、たとえば０から４０ｄＢの範囲内でさらに増幅することができる。それによって形成される信号が、引き続き別のフィルタ１９に供給される。フィルタ１９から生成される信号が、一方ではフィルタブロック１４へ供給され、さらには２つの加算器２０へ供給される。
【００３２】
決定ユニット１の下のほうに図示されている各ブロックでは、２つの信号発生器２１，２２で第１および第２の注入信号が生成される。第１の注入信号は、たとえば１１２０Ｈｚの周波数を１００ｍＶの振幅で有しており、第２の注入信号は１０４０Ｈｚの周波数を１２．５ｍＶの振幅で有している。たとえば第１の信号発生器２１は、第１および第２の注入信号からなる重ね合わせを直接的に出すために構成されていてよく、それに対して他方の信号発生器２２は第１の注入信号だけを出す。加算器２０でそれぞれの注入信号に、フィルタを通って出される信号がコモンモード抑圧のために混合される。それまではデジタルで存在していた相応の信号が、すでに述べたデジタル／アナログコンバータ４４を介してアナログ信号へと変換され、フィルタ４３を介して注入電極４０，４１へ互いに別々に供給される。
【００３３】
注入信号のディメンショニングのために、注入信号を可能な限り近くに並ぶ周波数に配置し、良好な復調レートを提供し、その際に適当な精密アナログ・デジタル・コンバータと利用可能なマイクロコントローラにとって達成可能な走査レートを可能にすることを可能にする折衷が見出されている。さらに注入周波数は、単純なローパスフィルタで十分に有効信号（ＥＫＧ信号）に対して抑圧できるようにするために、十分に高く位置していなければならない。それによってさらに、２０Ｈｚを下回る範囲内にある運動アーティファクトからの区切りも可能である。
【００３４】
注入信号の振幅も、良好な信号対雑音比と、簡素な信号処理を可能にするために可能な限り低いローパスフィルタの次数との間の折衷となる。
【００３５】
図２は、測定電極３０あるいは注入電極４０，４１としても利用することができる織物電極を一例として示している。ここで再度指摘しておくと、本発明は織物電極だけに限定されるものではなく、いかなる種類の容量電極によっても適用可能である。
【００３６】
図２は、個々の層を有する電極１を、各層が貼り合わされる前の等角図として示している。導電性の織物材料からなる３つの導電性の層６１，６２，６３、ならびに絶縁性の織物材料からなる３つの絶縁層６４，６５，６６が見て取れる。一番上の導電性の層６１は、電極によって測定されるべき信号の容量式に入力結合する役目を果たす電極のセンサ層である。中央の導電性の層６２は、センサ層６１を特にＥＳＤ影響などの外部の外乱要因に対して遮蔽する役目を果たすガード層である。下側の導電性の層６３は、基準電位と接続される基準電位層である。センサ層６１は１つのコーナーに切欠き６７を有していて、この切欠きにより、センサ層６１を電気接触するための接触ラグ６８が形成される。ガード層６２は接触ラグ６９を有しており、これは、接触ラグ６９の左と右でガード層６２の織物材料から一部が切り取られることによって形成される。接触ラグ６９はガード層６２を電気接触する役目を果たす。基準電位層６３はセンサ層６１に匹敵するように構成されているが、これと向かい合う側に接触ラグ７０を有する。接触ラグ７０は、基準電位層６３の織物材料から切り離された切欠き７１の結果として形成される。一番上の絶縁層６４は１つのコーナーに、接触ラグ６８の下方に位置する切欠き７２を有している。中央の絶縁層６５は、これと同じ側の向かい合うコーナーに切欠き７３を有している。切欠き７３は接触ラグ７０と重なり合う。一番下の絶縁層６６はこのような切欠きを有さない。層６１−６６はたとえばレーザ切断によって、図示している上述した外側輪郭にすることができる。
【００３７】
電極１ないし個々の層６１−６６の外側形状は、必ずしも図２に示すように実質的に長方形でなくてもよく、たとえば楕円形、角が面取りされた長方形、円形など、他のどのような所望の形状でもとることができる。
【００３８】
図２に示す多層構造では、接触ラグ６８，６９，７０が存在する領域に、容量電極１から出される電気信号を増幅する役目を果たす増幅エレクトロニクス８３が組み込まれている。ここでは増幅エレクトロニクス８３は、上側の絶縁層６４とガード層６２との間に配置されている。しかし、このことは考えられる配置の１つの例にすぎず、増幅エレクトロニクス８３のこれ以外の位置決めも好ましく可能である。増幅エレクトロニクス８３は、図２の上側に図示する側に電気接続面８０を有するとともに、下側には２つの別の電気接続面８１，８２をたとえば接触パッドの形態で有している。切欠き７２，７３の結果として、接触ラグ６８を接続面８０と電気接続することができ、接触ラグ６９を接続面８１と、および接触ラグ７０を接続面８２と電気接続することができる。その他の領域で重なり合う絶縁層６４，６５，６６の結果として、意図しない短絡や誤接触が起こることはあり得ない。
【００３９】
図３は、背もたれ３の織物表面６０の背後に配置された、先ほど説明した多層構造を有するアース電極を左側に一例として示している。基準電位層６３は抵抗６４を介してシステムアースと接続されている。センサ層６１は回線を介してまず増幅器を介して、たとえば演算増幅器６５を介して、ガード層６２と接続されている。すでに説明した、アース電極を介して検出されるべき信号の検出のために、センサ層６１は測定電極６８と接続されており、該測定電極に、信号評価手段３３，３４によって検出されるべき測定信号が印加される。注入電極４０，４１に関わる電流測定を追加的に実行できるようにするために、センサ層６１から測定接続部６８への回線に、測定抵抗がシャント６６の形態で存在している。シャント６６を介して降下する電圧が、これを通って流れる電流を表す指標となり、増幅器６７を介して増幅されて出力接続部６９に出される。出力接続部６９で生じる信号が、場合により事前のフィルタリングを含めて、同じくアナログ／デジタルコンバータを介して決定ユニット１へ供給され、そこでさらに処理される。
【００４０】
たとえば結合インピーダンスの形態での容量性結合の品質の決定は、下記のように行うことができる。ここでは図４に示す等価回路図と、そこに掲げられている電気量とを前提とする。
【００４１】
図４には、ＤＲＬ信号注入がなされる２チャネルシステム（２つの測定電極）の等価回路図が示されている。追加的に、ここでは寄生インピーダンスＺｓｔｒａｙが考慮されている。これは生体信号源と外界の物体との間の、ならびに測定システムと外界との間の、漂遊キャパシタンスによって生じる。これは、電源から測定システムへの絶縁されていない電流供給の場合に特別に著しい。ＵＰは、生体信号源に印加される電圧信号をシステムアースに対して表す。電極の結合インピーダンスについては次式が成り立つ：
【００４２】
【数１】
0006800948.tif 000002
【００４３】
ここから、注入信号の角周波数ωに依存して、キャパシタンスと抵抗を決定することができる：
【００４４】
【数２】
0006800948.tif 000003
【００４５】
ただしこのモデルは、電圧ＵＰがインピーダンスＺｓｔｒａｙ、Ｚｄｒｌ、およびＺｃｉから影響を受けることを示している。これらは既存の測定データによって一義的に決定することができない。
【００４６】
ＵＰを決定できるようにするために、少なくとも１つの別の注入をする電極が必要となる。
【００４７】
そのために、注入電極を形成するためにＤＲＬ電極を２つの分かれた面に分割することができる。測定電極の分割とは異なり、それが信号品質にとっての欠点をもたらすことはない。ＤＲＬ電極では、両方の面の全体キャパシタンスが最大化されさえすればよいからである。これに相当する等価回路図を図５に見ることができ、ここでは電極キャパシタンスと漂遊キャパシタンスがインピーダンスＺＰとしてまとめられている。２つの注入信号が供給される：両方の面を介しての角周波数ω２を有するＵｉｎｊ２と、第１の面だけを介しての角周波数ω１を有するＵｉｎｊ１である。電極の両方の部分はそれぞれシャントＺｓ１ないしＺｓ２を含んでいる。シャントでの電圧の測定を介して、複素電流強さＩｓ１およびＩｓ２を両方の角周波数ω１およびω２について決定することができる。シャントは抵抗性に選択するのがよい：注入電極はＥＫＧ帯域幅よりも上側に位置するので、主として容量性の結合インピーダンスＺｄｒｌｉ，ω１は注入信号に対して、ＥＫＧ信号に対するよりも小さい。しかし、シャントの抵抗性インピーダンスは変わらずに保たれ、それに伴い、ＥＫＧ信号の周波数帯域ではわずかな電圧降下しか生成せず、それに伴ってＤＲＬ電極の効率性を引き下げないのに対して、注入信号の帯域では電圧降下が大きくなり、それに伴っていっそう正確なＩｓの決定を可能にする。これに加えてこのモデルは、シャント電圧測定に使用される増幅器の相応の寄生的特性をモデル化した入力インピーダンスＺｉｎ１およびＺｉｎ２を有している。
【００４８】
ここで、シャントで測定される電圧Ｕｓ１，ω２およびＵｓ２，ω１ならびにＵｓ１，ω２およびＵｓ２，ω２を用いて、患者に印加される電圧Ｕｐ１，ω２ならびにＤＲＬ電極の両方の結合キャパシタンスＺｄｒｌ１，ω２Ｚｄｒｌｓ，ω２を決定できることを示すことにする。これらを用いてそれぞれの注入信号Ｕｉｎｊ１およびＵｉｎｊ２に帰属する周波数成分ω１およびω２を測定信号から復調することができる方法については、すでに先ほど説明した。指数ω１を有する電圧と電流の決定にあたり、電圧源Ｕｉｎｊ２が指数ω２−Ｕｉｎｊ１をもって短絡として想定される。簡素化のため、以下においてはインピーダンスの代わりに対応するアドミタンスを使うことができる。まず、複素電流強さを結合インピーダンスを通じて決定する。キルヒホッフの第１法則は次式をもたらす：
【００４９】
【数３】
0006800948.tif 000004
以後の計算を簡略化するために、これ以降次の２つの仮定を行う：
・両方のシャントが結合インピーダンスと比べて、両方の電極および周波数についてＵｉｎｊ≫Ｕｓが成り立つ程度に低い。Ｕｓはこれ以降無視する。
・角周波数ω１およびω２は、すべてのアドミタンスについてＹω１≒Ｙω２が成り立つ程度に互いに近い。これ以降、アドミタンスは周波数依存的であると仮定する。
【００５０】
キルヒホッフの第２法則は次式をもたらす：
【００５１】
【数４】
0006800948.tif 000005
３．２１への３．２０の代入と変形は次式をもたらす：
【００５２】
【数５】
0006800948.tif 000006
【００５３】
以上により、３．２２および３．２０からＤＲＬ電極の両方の結合インピーダンスを決定することができ、３．２３から生体信号源に印加される注入信号の成分を決定することができる。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］  生体信号源の電気的な生体信号を容量式に検出するシステムであって、前記システムは、少なくとも１つの容量式の測定電極と、前記測定電極の電気信号を評価するために前記測定電極と結合された少なくとも１つの電子式の評価ユニットとを有しており、さらに前記システムは、生体信号源と前記測定電極の容量性結合の品質を監視する手段を有している、システムにおいて、
前記容量性結合の品質を監視する手段は、１つの前記測定電極または複数の前記測定電極に追加して、前記少なくとも１つの測定電極へ前記生体信号源を介して注入信号を供給するために電気的に互いに分離された、少なくとも２つの注入電極を有しており、
前記システムは、前記注入電極によって生体信号源を介して前記測定電極に供給される第１の注入信号および前記第１の注入信号とは相違する第２の注入信号を生成するための信号発生器を有しており、
前記システムは、前記測定電極を介して受信される信号であって、その信号の中に前記第１および第２の注入信号に由来する信号成分が含まれている前記信号に基づいて、前記生体信号源と前記測定電極との間の前記容量性結合の品質を決定するためにセットアップされた決定ユニットを有していることを特徴とする、システム。
［２］  前記システムの１つの、複数の、または全部の前記測定電極が、織物構造体の中に埋め込まれた織物容量電極として構成されることを特徴とする、［１］に記載のシステム。
［３］  前記システムの１つの、複数の、または全部の前記測定電極が導電性の構造を有する柔軟な容量電極として構成され、前記導電性の構造はプリントされた構造として構成されることを特徴とする、［１］又は［２］に記載のシステム。
［４］  一方の前記注入電極には前記第１の注入信号だけが供給され、他方の前記注入電極には前記第１および第２の注入信号からなる重ね合わせが供給されることを特徴とする、［１］ないし［３］のいずれか１項に記載のシステム。
［５］  前記決定ユニットは前記測定電極を介して受信された前記第１および第２の注入信号の信号成分の振幅値と位相位置とに基づいて、前記容量性結合の品質を決定するためにセットアップされていることを特徴とする、［１］ないし［４］のいずれか１項に記載のシステム。
［６］  前記システムは心拍数またはこれから導き出される前記生体信号源の変数を決定するためにセットアップされていることを特徴とする、［１］ないし［５］のいずれか１項に記載のシステム。
［７］  前記決定ユニットに別の入力量として前記第１および第２の注入電極を介して供給される注入信号によって供給される電流の測定値が供給され、前記決定ユニットは、前記第１および第２の注入電極へ供給される注入信号によって供給された電流の供給される測定値を考慮したうえで容量性結合の品質を決定するためにセットアップされていることを特徴とする、［１］ないし［６］のいずれか１項に記載のシステム。
［８］  ［１］ないし［７］いずれか１つに記載のシステムの少なくとも１つの測定電極と生体信号源との間の結合の品質を決定する方法であって、
ａ）第１の注入信号およびこれと相違する第２の注入信号が生体信号源を介して少なくとも１つの測定電極へ時間的に重なり合うように、または同時に供給する工程、
ｂ）前記少なくとも１つの測定電極により受信された電気信号を評価する工程、
ｃ）受信された信号に含まれる前記第１および第２の注入信号の信号成分に基づいて前記容量性結合の品質を決定する工程、を備える方法。
［９］  コンピュータプログラムがシステムのコンピュータで実行されたときに［８］に記載の方法の実施するためにセットアップされたプログラムコード手段を有する、コンピュータプログラム。
【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６】
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