(57)【要約】  システムは、体の一部から電気生理学的信号を取得する容量感知ユニットを有する。前記容量感知ユニットは、前記体の一部とともにキャパシタを形成する第１の電極板を含む。前記体の一部に対する前記電極板の動きは、前記容量感知ユニットに機械的に結合された動き感知ユニットにより検出されることができる。前記動き感知ユニットは、自己混合干渉分光法により動きを検出する。次いで、処理ユニットは、前記電極板の大きな変位が検出される場合に前記電気生理学的信号を拒絶する。
2010536455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体の一部と組み合わせて前記体の一部からの電気生理学的信号を取得するキャパシタを形成する電極板を有する容量感知ユニットと、
前記容量感知ユニットに機械的に結合され、前記体の一部に対する前記電極板の動きを自己混合干渉分光法により検出する動き感知ユニットと、
前記電極板の前記検出された動きに基づいて前記電気生理学的信号を変更する処理ユニットと、
を有するシステム。
【請求項２】
前記処理ユニットが、前記検出された動きが所定の範囲内にある場合に前記電気生理学的信号を拒絶する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記動き感知ユニットが、
前記体の一部を照射する光源と、
前記体の一部により散乱された光が前記光源により送られた光と干渉し、前記体の一部に対する前記電極板の動きを表す干渉信号を生じる前記光源におけるキャビティと、
を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
体パラメータを測定する方法において、
体の一部と組み合わせて電極板から形成されるキャパシタから電気生理学的信号を検出するステップと、
自己混合干渉分光法を使用する光学的手段により前記体の一部に対する前記電極板の動きを光学的に検出するステップと、
前記電極板の前記検出された動きに基づいて前記電気生理学的信号を変更するステップと、
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体パラメータの測定に対するシステム及び方法に関する。本発明は、特に、医療分野及び容量センサを使用する電気生理学的信号の測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
容量センサは、成熟技術に基づくが、その使用に対して医療領域に大きな将来性が存在する。例えば、実験は、容量センサが電気生理学的体信号、典型的には、心臓（ＥＣＧ）、筋肉（ＥＭＧ）又は脳（ＥＥＧ）信号の検出によく適合していることを示している。原理的に、容量センサは、以下のように機能し、すなわち、電極板が、体の一部の上に配置され、人間組織が、筋肉により生成された電気信号を取得することができる他のキャパシタプレートとして機能する。容量センサの大きな利点は、他の幅広く展開されている技術とは対照的に、皮膚とのガルバニック接触が存在しないことである。この結果により、皮膚の準備に対する必要性が無く、典型的には皮膚とセンサとの間の良好な電気接触を確立するのに必要とされる導電性ゲルを用いる粘着性パッチに対する必要性が存在しない。これらの利点に加えて、容量センサは、脳、心臓又は神経のような体の要素により生じた電気インパルスの検出において素晴らしい結果及び素晴らしい感度を示している。キャパシタセンサ技術は、前途有望であるが、いくぶん動きに対する高い感度のために産業界によりまだ導入されていない。前記センサ又は前記体の動きは、取得される信号において干渉を引き起こすことが知られており、測定結果に大きく影響する。
【０００３】
動きアーチファクトを低減するために幾つかの解決法が提案されている。例えば、ＵＳ６８０７４３８は、電極板及び皮膚の分離を意図的に増大させることにより動き誘発アーチファクトを検出及び低減することを提案している。実効キャパシタンスは、前記板と前記皮膚との間の距離とともに変化する。前記電極板と前記皮膚との間のオフセットを許容することにより、前記距離に対するキャパシタンスの変化は、動きに対してより低感度になる。しかしながら、この提案された解決法の不利点は、探査される電気信号に対する前記センサの全体的な感度も減少することである。
【０００４】
他の解決法は、既知の周波数の電気信号が人体に注入される方法が記載されているＷＯ２００６０６６５６６に提案されている。容量センサにおけるこの特定の周波数の変化を測定することにより、大まかな推測が距離の変化に対して行われることができる。このようにして、板と皮膚との間の距離の変化は、検出されることができ、場合により補正されることさえできる。
【０００５】
動きにより引き起こされる更なる問題は、前記センサが前記皮膚に対して移動する場合に静電荷が生成されることである。産業界では、しばしば、この問題を摩擦電気効果と称する。これらの静電荷は、例えば電子機器のクリッピングにより、前記容量センサの一時的な誤動作を引き起こしうる。
【０００６】
上記の解決法は、全て、動きを検出し、これを補正しようと試みることを提案しているが、しかしながら、これらの解決法は、前記容量センサの感度の損失を伴うか、又は健康リスクを引き起こしうるかのいずれかである。これらの解決法は、しばしば、動きの効果が提言されることができるように前記容量センサの構造又は環境を修正しようとする。前記容量センサの修正は、それにもかかわらず、しばしば、最終的な測定の正確性の損失に対するトレードオフである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、容量センサに基づく信頼できる体パラメータシステムを提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、前記センサの感度に影響を与えることなしに体に対する前記センサの動きを検出することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、前記容量センサの構造を変更することなしに動きアーチファクトを補正することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
したがって、本発明は、第一に、体の一部と組み合わせて前記体の一部からの電気生理学的信号を取得するキャパシタを形成する電極板を有する容量感知ユニットを有するシステムに関する。動き感知ユニットは、前記容量感知ユニットに機械的に結合され、自己混合干渉分光法により前記体の一部に対する前記電極板の動きを検出する。前記システムは、前記電極板の前記検出された動きに基づいて前記電気生理学的信号を変更する処理ユニットをも有する。
【００１１】
本発明のシステムは、前記皮膚に対する前記容量感知ユニット、より正確には前記電極板の動きを光学的に検出する動き感知ユニットを備えている。両方のユニットが機械的に結合されるので、両方のユニットが、前記体に対して横方向又は垂直のいずれかに同じ動きを受ける。前記動き感知ユニットは、したがって、前記容量性電極の変位を検出することができる。上で説明されたように、動きは、測定される電気生理学的信号を妨げ、本発明は、動きが検出される場合に前記信号を変更することを提案する。前記信号は、補正アルゴリズムを使用して修正されることができるか、又は場合によっては、前記生成された生理学的信号は、どうしても補正されることができない強力なアーチファクトのせいで完全に拒絶されることさえありうる。本発明の一実施例において、前記電気生理学的信号は、動き感知ユニットが、最大許容可能閾値より大きな変位を検出及び測定する場合に完全に拒絶される。
【００１２】
したがって、本発明の装置の素晴らしい利点は、動きに対する低い感度である。実際に、発明者は、自己混合干渉分光法を使用する光学ユニットを従来の容量センサに追加することにより、小さな変位でさえ検出されることができることに気がついた。前記光学ユニットの様々な実施例は、更に、前記測定信号値を補正するのに後で使用されることができる実際の変位値を決定することを可能にする。
【００１３】
本発明の他の利点は、前記容量感知ユニットの変更が必要とされず、したがって、本発明の装置が、容量センサの本来の高い感度を持つことである。本発明は、従来のシステムの感知ユニットの構成の修正の代わりに前記電気生理学的信号の後処理を提案する。後処理は、動きが検出されない場合に測定に影響を与えず、したがって、再び、容量センサの本来の高い感度を保つ。
【００１４】
本発明の一実施例において、前記光学的動き感知ユニットは、前記体の一部を照射する光源と、干渉が作成される前記光源におけるキャビティとを含む。前記体の一部により散乱された光は、前記光源の前記キャビティ内に既に存在する光と干渉し、前記体の一部に対する前記電極板の動きを表す干渉信号を生じる。この干渉信号は、前記光源のパワー変動をも表わすことができ、フォトダイオードを用いて前記光源により生成された光の光強度を測定することによりモニタされることができる。
【００１５】
本発明は、更に、体パラメータを測定する方法であって、
体の一部と組み合わせて電極板から形成されるキャパシタから電気生理学的信号を検出するステップと、
自己混合干渉分光法を使用する光学的手段により前記体の一部に対する前記電極板の動きを光学的に検出するステップと、
前記電極板の前記検出された動きに基づいて前記電気生理学的信号を変更するステップと、
を有する方法に関する。
【００１６】
先行する記載は、当業者が後に続く詳細な説明をよりよく理解することができるように本発明のフィーチャ及び技術的利点を幾分広く概説した。本発明の同じ目的を実行する他の構成を修正又は設計する基礎として開示された構想及び特定の実施例を容易に使用することができることを理解すべきである。
【００１７】
本発明及びその利点のより完全な理解のために、同様の番号が同様の対象を示す添付の図面と併せて以下の記載がここで参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の装置である。
【図２】図１の装置の他の図である。
【図３】本発明の装置の容量感知ユニットである。
【図４】本発明の装置の動き感知ユニットである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、医療検査が必要とされる体の一部１０上に配置された本発明のシステム１００を示す。体の一部１０は、例えば、患者の胸部であり、本例においては、システム１００は、心電図の場合には心臓のもののような筋繊維の電気活動を取得する。装置１００は、体のどこにでも配置されることができ、又は他に脳内の電気インパルスを取得及び記録するように頭皮に配置されることができる。装置１００は、電極１５０の対及び処理ユニット２００を含む従来の容量感知ユニットを含む。装置１００は、電極１５０及び処理ユニット２００に機械的に取り付けられた動き感知ユニット３００を更に含む。図１において、ユニット３００は、支持体２０を介して処理ユニット２００及び電極１５０と機械的に結合される。代替的には、ユニット３００は、体の一部１０に対する電極１５０の変位が、体の一部１０に対するユニット３００の同様の変位を生じるように電極１５０に直接的に取り付けられる。
【００２０】
動き感知ユニット３００は、体１０の運動を光学的に検出する。動き感知ユニット３００の例は、ＷＯ２００２３７４１１及びＷＯ２００２３７１２４において見つけられることができる。ユニット３００は、干渉の作成を可能にするキャビティを組み込んだ光源３２０と、処理ユニット３１０とを含む。ユニット３００の更なる細部は、図４を参照して与えられる。
【００２１】
図２は、装置１００の他の図を示す。図２は、前記患者の皮膚の上に直接的に配置される支持体２００の側面を示す。支持体２００は、電極１５０が一体化される洗浄可能な布又は可とう性材料からなることができる。光学的動き感知ユニット２００は、光源３２０により生成された光が体の一部１０を直接的に照射するように支持体２００の開口部の上に配置される。
【００２２】
電極１５０及び処理ユニット２００により形成される前記容量感知ユニットのより詳細な説明は、ここで図３を参照して続く。本発明の装置において使用される従来の感知ユニットは、２つの電極１５０がコモンモード信号を制限するように第３の基準電極２１８と組み合わせて使用されるバイポーラセットアップのものである。各電極１５０は、インピーダンスコンバータ２１２、２１６と組み合わせられる。インピーダンスコンバータ２１２及び２１６は、好ましくは、外部環境からの最小のノイズがこれらの高いインピーダンスのために電極１５０により獲得されるように個別の電極１５０に可能な限り近くに配置される。前記コモンモード信号は、電極１５０により生成される前記信号において前記コモンモード信号を制限するために電極２１８を介して前記体によりフィードバックされる。ユニット２００は、体の筋肉により生成される電気信号のような体信号を表す電気生理学的信号を提供するように差動増幅器２２０と、アナログフィルタ２２２と、アナログデジタルコンバータ２２４とを更に有する。他の実施例において、容量感知ユニットは、探査される電気生理学的信号に対するより大きな感度を可能にする電極のアレイを含んでもよい。
【００２３】
図４は、本発明の動き感知ユニット３００である。ユニット３００は、自己混合干渉分光法の原理に基づいて動作する。基本的に、光が、レーザキャビティ３２０内の光源により放出され、次いで、体の一部１０により拡散的に反射され、前記拡散的に反射された光が、レーザキャビティ３２０に再び入る（矢印３２２及び３２４を参照）。前記レーザキャビティ内の入射光と、レーザキャビティ３２０内に既に存在する光との間の干渉は、前記レーザのパワー変動を作る。前記パワー変動は、前記レーザキャビティの外側又は前記レーザキャビティ内のいずれかに配置されたフォトダイオード３３０を用いて測定されることができる。干渉パターンは、体の一部１０がユニット３００に対して移動する場合、又は本実施例においては、電極１５０が体の一部１０に対して移動する場合に変化する。
【００２４】
ユニット３００の応用は、照射される表面、体の一部１０の変位の速度の測定であり、ここで自己混合干渉分光法が、レーザドップラ速度測定に対して使用される。体の一部１０が、速度ｖで移動する場合、前記フォトダイオードにより取得される信号は、振幅及び周波数の両方において変調される。前記振幅変調は、レーザキャビティ３２０内に反射される光の量の変化により、レーザキャビティ３２０内で干渉パターンを変化させる。また、前記レーザに対する体の一部１０の距離も、前記干渉パターンに影響を与える。前記周波数変調は、体の一部１０の運動により引き起こされる。代替実施例において、自己混合干渉分光法は、１つの代わりに２つの外部キャビティを使用して実行されることもできる。この場合、追加のリフレクタ、鏡又は体の一部１０の他の部分のいずれかが、基準リフレクタとして使用される。
【００２５】
動作において、ユニット３００は、光が動いている体の一部１０により散乱される場合に生じるドップラシフトを考慮に入れることにより体の一部１０の動きに対して高感度である。体の一部１０が前記レーザの方向に一定の速度ｖで移動しており、前記レーザが変調されていないと仮定すると、前記移動している体の一部、例えば腕又は患者が呼吸又は咳をしている場合に胸部により散乱される光が、以下の式、
Δｆ＝（２ｖ）／λ、ここでλは前記レーザの波長である、
によって速度ｖに依存する周波数Δｆでドップラシフトされる。
【００２６】
しかしながら、実際には、皮膚は、常に上の式において仮定されるように鏡としてモデル化されることができるわけではない。したがって、本発明は、ＩＲ波長において実行されることができ、素晴らしい結果は、体の一部１０による吸収が制限されるＵＶ波長範囲においても得られることができる。特に３５０−５００ｍｎのおおよその範囲の低い波長を使用することは、前記吸収がかなり劇的に増加するので、素晴らしい結果を示す。結果として、光学的探査深度は、赤外において得られた実験と比較して減少する。これは、前記変位の測定が更に表面高感度になり、絶対距離推定がより正確になることを意味する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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