【手続補正書】
【提出日】平成15年12月5日(2003.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】心臓監視システムおよびその方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】患者の心臓の活動を監視する方法であって、
前記患者の心臓の活動を示すと共に関連した可変電圧レベルを有する多数の電気信号を発生するステップと、
信号捕捉レンジ内に入る電圧レベルを有する電気信号を捕捉するステップと、
少なくとも１つの前記捕捉した電気信号の電圧レベルを識別するステップと、
前記識別した電圧レベルを使用してオフセット調節信号を作るステップと、
前記発生した電気信号の前記電圧レベルを前記信号補足レンジに維持するために前記オフセット調節信号を使用して前記患者に加える電位を得るステップと
を備えている方法。
【請求項２】前記識別した電圧レベルと少なくとも１つの他の前記電気信号の電圧レベルとの差を計算し、前記オフセット調節信号を作るのに使用するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記識別するステップは、前記多数の電気信号の中から最小または最大の電圧レベルを測定するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】前記識別するステップは、前記多数の電気信号の中から最小または最大の電圧レベルを測定するステップを含み、
前記オフセット調節信号を作るステップは、前記オフセット調節信号を決定するために、前記最小または最大の電圧レベルと少なくとも１つの他の前記電気信号の電圧レベルとの差を計算するステップを含む
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】前記電位を得るステップは、前記オフセット調節信号と少なくとも１つの他の前記電気信号との差を作るステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】患者に対して心臓の検査を行なうための心臓監視システムであって、
患者に接続できるように構成され、前記患者内部の心臓の活動を表す、関連電圧レベルを有する電気信号を発生する複数の電極と、
対応する電極に接続されている複数の導線と、
前記導線に接続され、信号捕捉レンジを有し、前記信号捕捉レンジ内に入る電圧レベルを有する電気信号を検出する信号捕捉システムと、
前記信号捕捉システムに作動的に連結され、関連する電極により発生された少なくとも１つの前記電気信号の所定の電圧レベルを識別し、前記識別した電圧レベルを使用してオフセット調節信号を作る、オフセット調節システムと、
前記オフセット調節システムと特定の１つの前記電極との間に結合され、前記特定の電極に電位を供給し、前記電気信号の前記電圧レベルを前記信号捕捉システムの前記信号捕捉レンジ内に維持するために前記オフセット調節信号を使用して前記電位を得る、電位調節フィードバック回路と
を設けて成る心臓監視システム。
【請求項７】前記オフセット調節システムは、
前記電極により発生された前記電気信号の電圧レベルの中から最小または最大の電圧レベルを検出する電圧レベル検出器と、
前記オフセット調節信号を前記最小または最大の電圧レベルの関数として計算する信号操作装置と
を備えていることを特徴とする、請求項６に記載の心臓監視システム。
【請求項８】前記電位調節フィードバック回路は、前記オフセット調節信号および少なくとも１つの他の前記電気信号の電圧レベルに基づき前記電位を得ることを特徴とする、請求項６に記載の心臓監視システム。
【請求項９】前記電位調節フィードバック回路は、
前記オフセット調節信号を電気アナログ信号に変換するＤ/Ａ変換器と、
前記Ｄ/Ａ変換器からの前記電気アナログ信号および電極により発生された少なくとも１つの電気アナログ信号に基づき前記電位を得るように接続されている、演算増幅器と
を備えていることを特徴とする、請求項６に記載の心臓監視システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、心電計システムのような、心臓監視システム、および患者の心臓の活動を測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
心電計（ＥＣＧ）システムは患者の心臓の活動を監視する。ＥＣＧシステムは小さい導電パッドまたは「電極」を患者の特定の場所に当てる。各電極は粘着パッチおよび患者の皮膚に設置する導電部材を備えている。これら電極は各鼓動中に心臓が発生した電気インパルスを検出する。各心臓鼓動は、Ｐ波、ＱＲＳ波、およびＴ波と言われる３つの識別し得る波から成る波形を発生する。
【０００３】
心臓鼓動の波形を適切に捕らえるのに、従来の１２誘導の静止ＥＣＧは10個の電極を使って行なわれる。電極は、患者の四肢の各々（左腕、右腕、左脚、および右脚）に、および患者の胸および左側を横切る解剖学上で規定される６つの場所に取り付けられる。
【０００４】
心臓からの電気インパルスに応答して、電極は心臓の活動を表す電気信号を発生する。これら電気信号は大きさは約１ｍＶという小さい大きさで、一般に信号処理により約5μＶまで分解される。これらの電気信号は、患者に取り付けた電極の物理的位置が異なるため、互いに異なっている。
【０００５】
図１は、患者12に接続される10個の電極Ｖ１〜Ｖ６、ＲＡ、ＬＡ、ＬＬ、およびＲＬを備えた従来のＥＣＧシステムを表す図である。電極は導線16を介してＥＣＧ装置14に接続されている。ＥＣＧ装置14は、電極が発生した電気信号を検出し、未加工の電気信号を医師の診断のために表示または印刷することができる意味のある情報に変換するために、各種の信号処理および計算操作を行う。
【０００６】
10個の電極により発生された信号から、ＥＣＧ装置14は２組のＥＣＧ誘導、すなわち肢誘導および胸誘導を発生することができる。「肢誘導」は右腕電極ＲＡ、左腕電極ＬＡ、および左脚電極ＬＬから次のように形成される。
I＝ＬＡ−ＲＡ
II＝ＬＬ−ＲＡ
III＝ＬＬ−ＬＡ
ａＶＲ＝ＲＡ−（ＬＡ＋ＬＬ）／２
ａＶＬ＝ＬＡ−（ＲＡ＋ＬＬ）／２
ａＶＦ＝ＬＬ−（ＬＡ＋ＲＡ）／２
【０００７】
これら６つの誘導の他に、胸電極Ｖ１〜Ｖ６の各々から右腕、左腕、および左脚電極の出力の平均を差し引くことにより「胸誘導」が次のように形成される。
誘導Ｖ１＝Ｖ１−（ＲＡ＋ＬＡ＋ＬＬ）/３
誘導Ｖ２＝Ｖ２−（ＲＡ＋ＬＡ＋ＬＬ）/３
誘導Ｖ３＝Ｖ３−（ＲＡ＋ＬＡ＋ＬＬ）/３
誘導Ｖ４＝Ｖ４−（ＲＡ＋ＬＡ＋ＬＬ）/３
誘導Ｖ５＝Ｖ５−（ＲＡ＋ＬＡ＋ＬＬ）/３
誘導Ｖ６＝Ｖ６−（ＲＡ＋ＬＡ＋ＬＬ）/３
【０００８】
従来のＥＣＧ検査におけるこれら12個のＥＣＧ誘導の各々は、４つの肢電極の内の３つのみからの、すなわち右腕電極ＲＡ、左腕電極ＬＡ、および左脚電極ＬＬのみからの入力に関係していることに注目されたい。医学上の慣習によれば、右脚電極ＲＬは多チャンネルＥＣＧ記録を得るのには使用されない。この理由の一部は、ＲＬ電極が他の９個の電極に比較して心臓から最も遠くに設置されているためである。
【０００９】
しかし、右足電極ＲＬは各信号リードと共通基準面との間に現われる同相干渉を減らすのを補助するのに使用される。図１に示したように、ＥＣＧ装置が、真の電気的グラウンドに対して異なる電位ＶＥ−ＥＣＧにある、相対的またはフローティングのグラウンドＥＣＧ ＧＮＤを有する一方で、患者が真の電気的グラウンドに対して電位ＶＰ−Ｅを有することは普通である。また、ＥＣＧ装置14は通常、それ自身のグラウンドＥＣＧ ＧＮＤを真のグラウンドに近似させようとする構造であるため、それにより患者12とＥＣＧ装置14との間にある電位差が残る。これらの異なる電位が原因で、導線16により伝送される電気信号に、各電極/導線からグラウンドに対して等しく且つ同相で現われる、共通モード・ノイズ電圧が発生する。
【００１０】
従来のＥＣＧシステムは上記の共通モード信号を除去するように設計されている。各電極の導線には同じ共通モード信号があるから、上述の12誘導テストは各々、異なる電極からの電気信号を差し引き、理論的に同相干渉を除去することにより得られる。しかし、共通モード信号と電極により検出されている小さい信号との間にこのようなかなりの大きさの差があるので、差し引きだけでは同相干渉を完全に除去できないことがある。たとえば、電気的グラウンドに対する患者の電位は5〜10Ｖであり、これは、電極により検出される1ｍＶや分解能単位の5μＶより、１乃至数桁大きい。5〜10Ｖのレンジで信号を単に差し引けば、1ｍＶ以下のレンジで重要な情報が抜けることがある。
【００１１】
したがって、患者の電位およびＥＣＧシステムの相対グラウンドを互いに一致させるために、小さい補正電流を右脚電極ＲＬに加えるのが普通である。図１に図式的に示したように、ＲＬ電極は、患者対グラウンド電位ＶＰ−ＥおよびＥＣＧ装置対アース・グラウンド電位ＶＥ−ＥＣＧがほぼ等しくなることにより、ＥＣＧが誘導計算を行いもしないうちに同相干渉を実質上除去するように駆動される。普通、ＲＬ電極は他の３つの肢電極ＲＡ、ＬＬ、およびＬＡの平均に基づいている。演算増幅器22はこれら３つの肢からの平均電圧とＥＣＧ ＧＮＤとの差に基づいて補正電流を供給する。
【００１２】
ＥＣＧシステムの設計者も、導線間に存在することのある、皮膚−電極境界面に特有の電気化学的メカニズムから生ずるＤＣオフセット電圧を順応させる必要性に気付いている。性能規格（たとえば、ＡＮＳＩ）は300ｍＶのレンジにわたる信号検出の精度を要求している。これら規格への従順性を試験するのに、設計者は１つの導線をすべての他の導線に対して+300ｍＶに駆動し、読みを取って電気信号を検出する試験を行なっている。次に先ほどと同じ導線をすべての他の導線に対して-300ｍＶに駆動して他の読みを取る。この動作を各導線について繰り返す。±300ｍＶのレンジ全体にわたり信号を検出することができれば、システムは合格である。
【００１３】
図１に示すとおり、ＥＣＧ装置14は一般に、電極から発生したアナログ信号を増幅する増幅サブシステム18と、増幅したアナログ信号をほぼ5μＶの分解能でディジタル値に変換するＡ/Ｄ変換器20を備えている。600ｍＶ（すなわち、±300ｍＶ）信号捕捉レンジに適応させるために、120,000分の１に分解可能なインクリメント（すなわち、600ｍＶに対して5μＶ）を実現する17ビットのＡ/Ｄ変換器を使用する。600ｍＶのレンジ内で信号を検出するのに、ハードウェア・ハイ・パス・ポール（high-pass pole：フィルタが入力信号を通過させ始めるその周波数ポイント）など、他の手法を代わりに使用することもできる。
【００１４】
ダイナミックレンジを600ｍＶから更に狭い信号捕捉レンジに減らすのが有益であろう。この信号捕捉レンジの削減は、医学的要求事項になお従いながら信号捕捉回路を簡単にし、そのコストを下げる。たとえば、捕捉レンジを半分の300ｍＶまで減らすと、設計者は、600ｍＶレンジ内で信号を検出するのに使用される例示した17ビットＡ/Ｄ変換器のような通常使用されないような電子装置でなくても、通常の直ぐ入手可能な２n装置（たとえば、16ビットＡ/Ｄ変換器）を採用して信号を捕らえることができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、縮小した信号検出のダイナミックレンジ内で動作しながら、ＡＮＳＩおよび他により規定されるようなオフセット・レンジおよび分解能の要求事項を満足するＥＣＧシステムを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の電極信号の決まった組み合わせではなく、１つまたは複数の電極から出力された選択的な電圧レベル（最小電圧レベルまたは最大電圧レベルのような）出力に基づいた値にＥＣＧ ＧＮＤを連続的且つ動的に駆動する心臓監視システムを提供する。ＥＣＧ ＧＮＤではなく、電極出力に基づく電圧レベルを基準電位として使用することにより、信号捕捉ダイナミックレンジは通常の600ｍＶのレンジからほぼ300ｍＶまで半分だけ減る。その結果、16ビットＡ/Ｄ変換器のような、あまり複雑でない、より廉価の捕捉回路を信号変換プロセスに使用することができる。
【００１７】
本発明の一つの局面によれば、ＥＣＧシステムは患者に接続するための複数の電極を備えている。通常の12誘導ＥＣＧ検査では、これらの電極は６個の電極Ｖ１〜Ｖ６、右腕電極ＲＡ、左腕電極ＬＡ、左脚電極ＬＬ、および右脚電極ＲＬから構成されている。電極は、患者内部の心臓の活動を表す電気信号を発生する。ＥＣＧシステムは、対応する電極に接続される複数の導線、および導線に接続される信号捕捉システムを備えている。信号捕捉システムは、信号捕捉レンジを有しており、信号捕捉レンジ内に入る電圧レベルを持つ電気信号を検出する。
【００１８】
ＥＣＧシステムは、信号捕捉システムに作動的に接続されているオフセット調節システムをも備えている。オフセット調節システムは、関連する電極から発生した少なくとも１つの電気信号の選択された電圧レベル（最大電圧レベルまたは最小電圧レベルのような）を識別し、その電圧レベルを操作してオフセット調節信号を作る。このオフセット調節信号は、電極から発生したすべての電気信号の電圧レベルを信号捕捉システムの信号捕捉レンジ内に持ってくるのに使用される。ＥＣＧシステムは更に、オフセット調節システムと電極の１つ（右脚電極ＲＬのような）との間に結合されて、ある電位をその電極に供給する、電位調節フィードバック回路を備えている。その電位は、オフセット調節信号の方に移動して、患者の電位を等しい量だけ偏らせる。このオフセットは、電極電圧のレンジを信号捕捉システムのレンジ内に動かし、約300ｍＶの最大信号捕捉レンジを生ずるという効果を持っている。
【００１９】
本発明の他の局面に従って、患者の心臓の活動を監視する方法が記述されている。この方法によれば、患者内部の心臓の活動を表す多数の電気信号が発生する。これら電気信号には、関連する電圧レベルがある。次に、信号捕捉レンジに入る電気信号を捕捉する。これらの信号から、少なくとも１つの電気信号の、選択された電圧レベルを識別し、操作してオフセット調節信号を作る。次に、オフセット調節信号に近似する基準電位を得る。基準電位を患者に加え、それにより患者の電位のレンジを信号捕捉システムのレンジ内に追い込む。
【００２０】
【実施例】
以下の説明のために、すべての電圧をＥＣＧ ＧＮＤを基準として説明する。ＥＣＧ ＧＮＤの共通モード電圧（アース・グラウンドに対する）を、「従来の技術」の章で説明したように、患者の共通モード電圧（アース・グラウンドに対する）を追跡するように駆動する。ＥＣＧ ＧＮＤの観点からすれば、正味の効果は患者の共通モード電圧を制御できるということである。
【００２１】
図２は本発明の一局面に従ってＥＣＧシステム30として実施された心臓監視システムを示す。ＥＣＧシステム30は12誘導ＥＣＧ検査を患者32に関して行なう10個の電極を備えている。電極は、患者32の体において解剖学上選択される周知の場所に取り付けられている。これら電極は12誘導ＥＣＧ検査に普通であるように、６個の心室電極Ｖ１〜Ｖ６、右腕電極ＲＡ、左腕電極ＬＡ、左脚電極ＬＬ、および右脚電極ＲＬから構成されている。電極は、患者32の内部の心臓の活動を測定し、このような心臓の活動を表す電気信号を発生する。
【００２２】
電極は導線を介してＥＣＧ装置34に接続されている。ＥＣＧ装置34は電極が発生した信号を検出して処理する。ＥＣＧ装置34は医師または他のヘルスケア供給者に有益な数値結果を計算する。一つの適切なＥＣＧ装置34はヒューレット・パッカード社が製作し、信号捕捉システム、オフセット調節システム、およびフィードバック回路を備えるように修正した市場入手可能なＰageＷriter ＸＬiカルジオグラフである。これについては図２を参照して下に更に詳細に説明する。このカルジオグラフは、一般に「測定値行列」と言われている、800を超す数値結果を計算する。測定値行列は測定表に格納されている。電極により捕らえられる波形およびこれら数値計算は、モニタ表示装置またはＥＣＧ印刷出力によりヘルスケア供給者に提供される。ＥＣＧ波形を検出し処理する手法は既知であり、したがってここでは詳細に説明しない。
【００２３】
説明を続けるために、ＥＣＧ装置34を増幅サブシステム38およびＡ/Ｄ変換器40を備えた信号捕捉システムを備えるものとして図示してある。ＥＣＧ装置34は、オフセット調節システム42を備えているとしても図示してある。ＥＣＧ装置34の他の従来からある構成要素は図示せず、本発明の説明を簡単にしている。例示した実施例では、増幅サブシステム38は、電極により生成された電気信号を増幅する個々の増幅器44をＥＣＧ装置34内に備えている。しかし他の実施例では、増幅サブシステム38をＥＣＧ装置34から離して、患者の近くに設置するハウジングの中に備えることもできる。または、個々の電極自身に設置することもできる。
【００２４】
増幅サブシステム38は、９個の電極に関連する導線36により電気的に結合されている、一組の入力を備えている。増幅サブシステム38は、増幅信号をＡ/Ｄ変換器40に出力する、一組の対応する出力をも備えている。この構成によれば、電極Ｖ１〜Ｖ６、ＲＡ、ＬＡ、およびＬＬにより作られた電気アナログ信号は、導線36を介して増幅サブシステム38に運ばれ、そこで増幅される。増幅信号は次に、Ａ/Ｄ変換器40に伝送される。該Ａ/Ｄ変換器40は、アナログ信号を処理して、計算による様々な処理に使用することができるディジタル値に変換するＡ/Ｄ変換器40に伝えられる。
【００２５】
電極により生成され、次いで増幅される電気信号は、関連する電圧レベルを有する。本発明による信号捕捉システムは、従来のシステムより少ない、好適にはわずかに約300ｍＶの信号捕捉レンジを備えている。信号捕捉システムは、300ｍＶの信号捕捉レンジ内に入る電圧レベルを有する電気信号を検出して変換することができる。下に更に詳しく説明するように、信号捕捉システムＡ/Ｄ変換器40は好適には従来からある16ビットＡ/Ｄ変換器である。
【００２６】
オフセット調節システム42は、多ビット・バスを介してＡ/Ｄ変換器40に作動的に結合されている。オフセット調節システムは、少なくとも１つの電気信号の選択された電圧レベルを識別し、その電圧レベルを操作してオフセット調節信号を作る。このオフセット調節信号は、電極により作られたすべての電気信号の電圧レベルを、信号捕捉システムの信号捕捉レンジ内に持ってくるのに使用される。
【００２７】
例示実施例では、オフセット調節システム42は最大/最小電圧レベル検出装置46を備えている。該最大/最小電圧レベル検出装置46は、電極Ｖ１〜Ｖ６、ＲＡ、ＬＡ、およびＬＬからの９個の電気信号出力の最大または最小電圧レベルを識別する。更に詳細に述べれば、最大/最小検出装置46は、Ａ/Ｄ変換器40からの出力である最大または最小のディジタル値を検出する。該最大値または最小値は、すべての他の信号が比較される上限基準電圧または下限基準電圧を発生するために検出される。これは後述する説明から更に明らかになるように、信号捕捉におけるダイナミックレンジを約300ｍＶに狭めるのに役立つ。好適には、検出装置46は最大電圧レベルまたは最小電圧レベルを検出するように構成されている。しかし、いずれかの極値を検出するように最適化することができることを実証するための最大/最小検出器として、前記最大/最小検出装置を図示してある。更に、最大極値と最小極値との間の中間値のような、或る他の電圧レベルを検出するように装置を構成できることに注目されたい。
【００２８】
オフセット調節システム42は更に、最大/最小検出装置46により検出される最大電圧レベルまたは最小電圧レベルの関数としてオフセット調節信号を計算する、信号操作装置48を備えている。好適には信号操作装置48は、（１）最大/最小検出装置46からの最大電圧レベルまたは最小電圧レベル（２）電極からの電気信号のうち他のもう１つの電気信号の電圧レベルの組合せを受け取る。信号操作装置48は、これら２つの値の関数としてオフセット調節信号を作る。１つの実施例として、信号操作装置48は、最大電圧レベルまたは最小電圧レベルと、左脚ＬＬ電極から発生した電圧レベルのような、少なくとも１つの他の電圧レベルとの差に、導線電圧を信号捕捉レンジ内に集めるための所要オフセット電圧を加えて、オフセット調節信号を計算する。
【００２９】
例示実施例では、オフセット調節システム42は、マイクロプロセッサまたは特殊設計のＡＳＩＣのようなプロセッサとして実施されている。最大/最小検出装置46および信号操作装置48は上述の機能を行なうようにプロセッサ内にプログラムされたファームウェア・ベースの構成要素である。しかし、オフセット調節システム42、最大/最小検出装置46、および信号操作装置48を代わりに個別のハードウェア構成要素で実施することができる。
【００３０】
ＥＣＧシステム30は、患者32の電位を所要基準電位の方へ効果的に調節する電位調節フィードバック回路50も備えている。電位調節フィードバック回路50は、オフセット調節システム42と電極の１つとの間に電気的に結合されて、補正電流を患者に供給する。図２では、フィードバック回路50は右脚電極ＲＬに結合されているが、他の結合構成を採用することもできる。補正電流はオフセット調節信号と１つまたは複数の電極電圧（電極ＬＬの電圧レベルのような）との差から得られ、患者の電位のレンジを増幅器およびＡ/Ｄ変換器の所定の捕捉レンジ内に集める。電位調節フィードバック回路50は好適にはＥＣＧ装置34に設置される。
【００３１】
好適実施例では、電位調節フィードバック回路50は、オフセット調節システム42からのオフセット調節信号を逆に電気アナログ信号に変換する、Ｄ/Ａ変換器52を備えている。フィードバック回路50は更に、Ｄ/Ａ変換器と右脚電極ＲＬとの間に結合された反転積分演算増幅器（オペアンプ）54を備えている。
【００３２】
図２に示したように、オペアンプ54は、左脚電極ＬＬに対応する増幅出力に結合された第１の、つまり負の入力と、Ｄ/Ａ変換器52に結合された第２の、つまり正の入力と、右脚電極ＲＬに結合された出力を備えている。他の実施例として、１つまたは複数の増幅出力をまとめてオペアンプ54の負端子に入力することもできる。たとえば、手足に取り付ける３個の電極ＲＡ、ＬＡ、およびＬＬの間に抵抗経路を設けて、オペアンプ54の負入力が電極ＲＡ、ＬＡ、およびＬＬからの電圧の平均に等しい電圧を受けるようにすることができる。しかし、簡単にするために、例示実施例はオペアンプ54の負端子に結合されたただ１つの増幅出力だけを図示してある。
【００３３】
フィードバック・オペアンプ54は、電極ＬＬからの増幅信号とＤ/Ａ変換器52との差に基づいて電気アナログ信号を得る。フィードバック・ループは、左脚電極ＬＬにかかる電圧を、Ｄ/Ａ変換器52からオペアンプの正端子に入力される電圧に近似させる。前記もうひとつの方法である負帰還の実施は、オペアンプ54への正および負の入力電圧をほぼ等しくさせる。これは、電極ＬＬからの電圧がＤ/Ａ変換器52により出力される電圧信号より高くなった時に、オペアンプ54が負の差電圧を右足電極に出力することから生じる。オペアンプ54により出力される差信号は患者32の電位を同量だけ偏らせ、それにより左脚電極ＬＬの電圧を、逆にＤ/Ａ変換器52からの出力電圧値の方に下げる。信号操作装置48からの適格なオフセット調節信号の発生により、すべての導線の電位が制御され、信号測定システムの更に狭い捕捉レンジ内に収められる。なお、このオフセット調節信号は、オペアンプ54の正端子に加えられるアナログ電圧に変換される。
【００３４】
ＥＣＧシステム30をイニシャライズし、適切なオフセット調節信号を発生する一つの例示手法を次に説明する。信号捕捉レンジは0Ｖ〜327.68ｍＶであるとする（ここで、上限の327.68ｍＶは5μＶのインクリメントの２16倍に等しい）。最初、オフセット調節信号は、オペアンプ54の正の入力端子において任意の電圧に変わる値に設定される。たとえば、この任意の電圧を信号捕捉レンジのほぼ中間点である164ｍＶであるとする。回路50が負帰還構成であるため、左脚電極ＬＬの電圧は正端子に加えられる電圧とほぼ等しく、164ｍＶである。
【００３５】
オフセット調節システム42は９個の電極からの値を監視する。電極をＡＮＳＩのような既知の規格のもとで接続する従来の手法によれば、各電極の電位は互いに300ｍＶのレンジ内にあることになる。１つまたは複数の電極電圧が最初に、16ビットＡ/Ｄ変換器40により与えられる327.68ｍＶの測定レンジの外にあれば、最小限界０Ｖまたは最大限界327.68ｍＶに固定された電圧で指示されるように、信号操作装置48はオフセット調節信号を繰り返し修正して、ＲＬ電極の電位を変え、それにより他の電極の電位を変える。次に値を再び調べて、それらが信号捕捉レンジに入っているか確認する。検査して繰り返し変更するプロセスは、すべての信号が0ｍＶ〜327.68ｍＶのレンジ内に入るまで繰り返される。
【００３６】
このイニシャライズに続いて信号操作装置48は、下記関係を維持するアナログ電圧Ｖ+に変換する値を計算する。
Ｖ+＝Ｖー−Ｖmin＋ＶoffsetここでＶーはオペアンプ54の負入力端子の電圧であり、Ｖminは９個の電極から発生する最小電圧であり、Ｖoffsetは電極電圧のレンジを0ｍＶ〜327.68ｍＶのレンジ内に置くための、選択されたオフセット電圧である。たとえば、Ｖoffsetを一定の14ｍＶ（Ｖmax−Ｖminがほぼ300ｍＶであると仮定している）に設定することができ、または一層精密に次のように計算することができる。
Ｖoffset＝［327.68ｍＶ−（Ｖmax−Ｖmin）］/２
【００３７】
フィードバック・ループは、正および負の端子を同じ電圧（すなわち、Ｖ＋＝Ｖ−）になるように連続して駆動しているから、上の方程式はＶmax−Ｖmin＝300ｍＶの場合についてＶmin＝Ｖoffset＝14ｍＶを生ずる。これは、Ｖmaxが314ｍＶに等しいことを意味する。導線はそれにより幾らか変わるが、やはりなお信号捕捉レンジ内に捕らえられる。たとえば、最小電圧を有する導線は14ｍＶだけ更に減圧され、最大電圧を有する導線は13.68ｍＶだけ更に増圧される。最大電圧が更に高く漂動し始め、または最小電圧が更に低く漂動し始めれば、信号操作装置48は上に定義した関係を維持する値を発生する。この連続補正は、電極からの電圧を327.68ｍＶのレンジ内に維持する。
【００３８】
更に例を提供するため、どれかの導線の最大電圧が電極Ｖ６にかかっており、この電圧は、オペアンプ54への入力である左足電極ＬＬにかかる電圧に対して+300ｍＶであるとする。他のすべての電極にかかる電圧は、これら２つの電圧の間のレンジである。Ｄ/Ａ変換器52は、オフセット調節システム42により制御され、14ｍＶをオペアンプ54の正端子に与えることができる。回路50が負帰還構成であるため、オペアンプ54の負端子で電極ＬＬにかかる電圧は、14ｍＶの方へドライブされる。これにより、すべての電極に対して同じ14ｍＶのオフセットが実質的に生じ、電極電圧が今度は14ｍＶ（電極ＬＬ）と314ｍＶ（最大電極Ｖ６）との間のレンジになる。その結果、すべての信号が0ｍＶ〜327.68ｍＶの信号捕捉レンジ内に入る。今度は、電極Ｖ６が左脚電極ＬＬにかかる電圧に対して-300ｍＶの最小電圧を持つと仮定する。この状況では、オペアンプ54に+314ｍＶを与えて電極ＬＬの電圧を+314ｍＶに効果的に上げるように、Ｄ/Ａ変換器52を制御することができる。これにより、すべての電極に等しい314ｍＶのオフセットが実質的に生じ、それらが今度は14ｍＶ（最小電極Ｖ６）と314ｍＶ（電極ＬＬ）との間のレンジに入る。再び、これらの電圧は0ｍＶ〜327.68ｍＶのＡ/Ｄ変換器40の信号捕捉レンジ内に入る。
【００３９】
したがって、信号捕捉システムの最大レンジはわずかに327.68ｍＶであり、従来技術の図１のオペアンプ22の正端子における固定の基準電圧に要求されるような、600ｍＶより大きいレンジではない。その結果、300ｍＶのレンジを5μＶのインクリメントに分解するために、標準の16ビットＡ/Ｄ変換器（２16＝65,536ステップ）を使用することができる。
【００４０】
或る状況では、１つの電極の電圧が捕捉レンジから大きく外れる可能性がある。１つの例は、電極が患者から外れて、その電極に関してかなりの電圧変化が生ずる導線外れ状態である。このような場合には、システムはどの電極が極端な電圧差の原因であるかを突き止める診断モードに入って、オペレータに警報を出すことができる。こういった診断は従来からのものである。
【００４１】
図３は、本発明の他の局面に従った、患者の心臓の活動を監視する方法を示している。ステップ100で、電極は患者の心臓の活動を表す電気信号を発生する。電気信号は増幅サブシステム38により増幅され（ステップ102）、16ビットＡ/Ｄ変換器40に出力される。ステップ104で、アナログ信号が電圧レベルを表すディジタル値に変換される。次に、オフセット調節システム42の最大/最小検出装置46が多数の電極信号の中から最大値または最小値を識別する（ステップ106）。ステップ108において信号操作装置48は、左脚電極ＬＬの電圧と最大値または最小値との差にオフセット電圧Ｖoffsetを加えた値に等しいオフセット調節信号を計算する。ステップ110において、オフセット調節信号をＤ/Ａ変換器52により逆にアナログ信号に変換する。このアナログ信号を次にオペアンプ54により左脚電極ＬＬからの増幅信号と比較する（ステップ112）。オペアンプ54はこの比較から基準電位を作る（ステップ114）。この基準電位は、ＬＬ電極の電圧をオペアンプ54からのオフセット調節信号出力の方に追い立てるのに有効である。該基準電位は右脚電極ＲＬに加えられ、電極Ｖ１〜Ｖ６、ＲＡ、ＬＡ、およびＬＬの電圧が信号捕捉レンジ内に入るように、患者32の電位を調節する（ステップ116）。
【００４２】
本発明のＥＣＧシステムはＡ/Ｄ変換のレンジを約300ｍＶに、つまり通例の600ｍＶのレンジの半分に減らすという点で有利である。この小さくなったレンジは、必要なＡ/Ｄ回路を廉価に且つ簡単にしながら、ＡＮＳＩおよび他の規格により規定される電極オフセットの要求事項に従っている。たとえば、高価な17ビットＡ/Ｄ変換器ではなく、標準の16ビットＡ/Ｄ変換器を使用することができる。
【００４３】
本発明をＥＣＧシステムに関するものであるといった文脈で説明してきた。しかし、本発明の局面をＥＣＧ監視機器、テレメトリ、ホルター・モニタ（Ｈolter）および他のＥＣＧセンシングを含む、他の様々な応用機器に使用することができる。また、本発明の局面を脳波計システムのようなＥＣＧ機器以外の機器に採用することもできる。
【００４４】
本発明を多かれ少なかれ構造および方法の形態に関して特有の言語で説明してきた。しかし、ここに開示した手段は本発明を実施する好適形態から構成されているので、本発明は説明した特定の形態に限定されないことを理解すべきである。したがって本発明は、均等論の原理に従って適切に解釈される特許請求の範囲の正しい範囲内にある、その形態または修正案のすべてについて権利を主張するものである。
【００４５】
〔実施態様〕なお、本発明の実施態様の例を以下に示す。
【００４６】
〔実施態様１〕
患者の心臓の活動を監視する方法であって、
前記患者の心臓の活動を示すと共に関連した可変電圧レベルを有する多数の電気信号を発生するステップと、
信号捕捉レンジ内に入る電圧レベルを有する電気信号を捕捉するステップと、
少なくとも１つの前記捕捉した電気信号の電圧レベルを識別するステップと、
前記識別した電圧レベルを使用してオフセット調節信号を作るステップと、
前記発生した電気信号の前記電圧レベルを前記信号補足レンジに維持するために前記オフセット調節信号を使用して前記患者に加える電位を得るステップと
を備えている方法。
【００４７】
〔実施態様２〕
前記識別した電圧レベルと少なくとも１つの他の前記電気信号の電圧レベルとの差を計算し、前記オフセット調節信号を作るのに使用するステップをさらに含むことを特徴とする、実施態様１に記載の方法。
【００４８】
〔実施態様３〕
前記識別するステップは、前記多数の電気信号の中から最小または最大の電圧レベルを測定するステップを含むことを特徴とする、実施態様１に記載の方法。
【００４９】
〔実施態様４〕
前記識別するステップは、前記多数の電気信号の中から最小または最大の電圧レベルを測定するステップを含み、
前記オフセット調節信号を作るステップは、前記オフセット調節信号を決定するために、前記最小または最大の電圧レベルと少なくとも１つの他の前記電気信号の電圧レベルとの差を計算するステップを含む
ことを特徴とする、実施態様１に記載の方法。
【００５０】
〔実施態様５〕
前記電位を得るステップは、前記オフセット調節信号と少なくとも１つの他の前記電気信号との差を作るステップを含むことを特徴とする、実施態様１に記載の方法。
【００５１】
〔実施態様６〕
患者に対して心臓の検査を行なうための心臓監視システムであって、
患者（32）に接続できるように構成され、前記患者内部の心臓の活動を表す、関連電圧レベルを有する電気信号を発生する複数の電極（Ｖ１〜Ｖ６、ＲＡ、ＬＡ、ＬＬ、ＲＬ）と、
対応する電極に接続されている複数の導線（36）と、
前記導線（36）に接続され、信号捕捉レンジを有し、前記信号捕捉レンジ内に入る電圧レベルを有する電気信号を検出する信号捕捉システム（38、40）と、
前記信号捕捉システム（38、40）に作動的に連結され、関連する電極により発生された少なくとも１つの前記電気信号の所定の電圧レベルを識別し、前記識別した電圧レベルを使用してオフセット調節信号を作る、オフセット調節システム（42）と、
前記オフセット調節システム（42）と特定の１つの電極との間に結合され、前記特定の電極にある電位を供給し、前記電気信号の前記電圧レベルを前記信号捕捉システムの前記信号捕捉レンジ内に維持するために前記オフセット調節信号を使用して前記電位を得る、電位調節フィードバック回路（50）と
を設けて成る心臓監視システム。
【００５２】
〔実施態様７〕
前記オフセット調節システムは、
前記電極により発生された前記電気信号の電圧レベルの中から最小または最大の電圧レベルを検出する電圧レベル検出器（46）と、
前記オフセット調節信号を前記最小または最大の電圧レベルの関数として計算する信号操作装置（48）と
を備えていることを特徴とする、実施態様６に記載の心臓監視システム。
【００５３】
〔実施態様８〕
前記電位調節フィードバック回路（50）は、前記オフセット調節信号および少なくとも１つの他の前記電気信号の電圧レベルに基づき前記電位を得ることを特徴とする、実施態様６に記載の心臓監視システム。
【００５４】
〔実施態様９〕
前記電位調節フィードバック回路（50）は、
前記オフセット調節信号を電気アナログ信号に変換するＤ/Ａ変換器（52）と、
前記Ｄ/Ａ変換器からの前記電気アナログ信号および電極により発生された少なくとも１つの電気アナログ信号に基づき前記電位を得るように接続されている、演算増幅器（54）と
を備えていることを特徴とする、実施態様６に記載の心臓監視システム。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ＥＣＧシステムにおける各電極と患者との間に存在するＤＣオフセット電圧を制御することができるので、従来のＥＣＧシステムに比べて信号捕捉レンジを縮小しても全ての電極からの電気信号を漏れなく、また所望の分解能で捕捉することができる。従って、信号捕捉に使用されるＡ／Ｄ変換器に比較的廉価なものを採用することができ、低コストで装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のＥＣＧシステムを例証する図である。
【図２】本発明の実施によるＥＣＧシステムを例証する図である。
【図３】患者の心臓の活動を監視する方法の流れ図である。
【符号の説明】
32…患者
36…導線
38…信号捕捉システム
40…信号捕捉システム
42…オフセット調節システム
46…電圧レベル検出器
48…信号操作装置
50…電位調節フィードバック装置
52…Ｄ/Ａ変換器
54…演算増幅器
Ｖ１〜Ｖ６…電極
ＲＡ…電極
ＬＡ…電極
ＬＬ…電極
ＲＬ…電極