(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間以外からの生物学的起源信号を取得する方法において、
生体源から生じる電気量に変換された上記信号が増幅され、量子化され、
測定対象に起因する共通の大地電位が用いられ、
各チャネルが自身のデジタル制御された基準電位を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
人間以外からの上記信号がデジタル方式で一つ以上の基準チャネルとして用いられるチャネルに適用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
同じおよび／または異なる起源の多重チャネルの人間以外からの生物学的起源信号を同時に取得することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
生物学的起源信号を取得する装置において、
電気量に変換された上記信号が、差動増幅器１により増幅され、アンチエイリアシングフィルター２に後続するアナログ・デジタル変換器３によりデジタル化され、
該アナログ・デジタル変換器３のデータより得られた基準電位Ｂｎが、デジタル・アナログ変換器４により上記差動増幅器１の相補入力で利用されることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的起源信号を取得するための装置および方法に関するものである。この方法および装置は、生体信号が用いられる医療の全領域に主として適用されるが、それに限られない。
【背景技術】
【０００２】
生物学的信号が、生体内における器官の機能についての情報をもたらす。生体信号の評価が、医療において診断道具として用いられる（ＥＫＧ、ＥＥＧ、ＥＭＧ、ＥＯＧ、ＥＲＧ、ＰＰＴ、呼吸、ＭＫＧ、ＭＥＧ）。適切な信号処理と特徴摘出のほか、良質な診断のための前提条件は、アーチファクト（artifact）と干渉のない信号取得である。
【発明の開示】
【０００３】
これに関係して、以下の点が考慮されなければならない。ナノボルトからミリボルトの範囲で転換した後、信号レベルがゼロから数キロヘルツの周波数帯にあること；強い干渉信号が用いられる周波数帯において生じること；例えば検査されるべき電気生理学的起源の信号源が高いインピーダンスを有すること；例えば電極の物理的特性が経時的に（例えば、電極間インピーダンス、電極電圧、オフセット電位、接触圧力条件、およびムーブメントアーチファクトによって）変化すること。
【０００４】
業界で知られる信号収集システムは、導出方法論（derivation methodology）と適切な増幅器技術（amplifier technology）を慎重に選択することにより、これらの問題の一部を克服する。異なる生理学的起源の生体信号を記録するハイクオリティーな市販のポリグラフィーシステムは大変コストが高く、一般に定置用途だけに用いられる。
【０００５】
電極を用いる本手法が、生物学的起源の信号を取得するための例として以下に記述される。
【０００６】
生物学的信号が電極を用いた試験中の組織から取り出され、電極ケーブルを介して差動増幅器へと供給される。その増幅器の人工的または合成的な基準電位は、接続された（共通平均）電極全ての合計からアナログで発生させることができる。この測定装置は単純であるが、干渉に対して非常に敏感である。この理由から、例えば脳波（ＥＥＧ）のような測定が低い干渉環境においてだけで、または干渉を排除する骨の折れる方策（ファラデーケージ、局所遮蔽）の後に実行され得る。どのチャネルも自身のアナログ処理ステージを有するので、これら取得システムの構造は複雑である。これにより、干渉に対する感受性、構造サイズおよびエネルギー消費が増加し、チャネルのパラメータ整合が妨げられる。生体信号のＤＣ成分がアナログ高域通過フィルターによって抑えられる。
【０００７】
生体信号の収集および評価のための方法は、ゆがみがなくＤＣ電圧までの低い周波数帯において信号成分（signal component）を取得することもできる非常に効率的な生体信号増幅器が必要である。これは、アナログ高域通過フィルターが完全に取り除かれ、全フィルター機能性（アンチエイリアシングフィルターを除く）がデジタルプレーンに移される時に実現される。システム（図１）で発生し測定される全ての差動信号が、測定対象から導出される共通の大地電位Ｃに関わっている。どのチャネルも差動増幅器１、アンチエイリアシングフィルター２、アナログ・デジタル変換器３およびデジタル・アナログ変換器４を有し、他のチャネルから切り離されている。すべてのチャネルｎにおいて、入力信号Ａｎと基準電位Ｂｎ（両方が大地電位Ｃに関連している）の差が増幅され、フィルターに通され、デジタル化される。チャネル経路に接続されたアンチエイリアシングフィルター２が、周波数範囲を制限し、従ってアナログ・デジタル変換器３における次の量子化の間に、サンプリング定理を守るように働く。データがデータ・コントロールバス（data and control bus）５にもたらされ、さらに、収集システム自体かデータ転送後の他のシステムのどちらかにおいて処理される。全ての差動増幅器１の基準電位Ｂｎが個々のアナログ・デジタル変換器３のデータから決定され、デジタル・アナログ変換器４を介して相補入力に返送される。このようにして、ＤＣ成分についての情報を失うことなく、場合によっては生じる差動増幅器１のオーバーロードが防がれる。
【０００８】
生物学的起源信号を取得するために、二つのチャネル（例えば、Ａ１とＡ２）間の差動信号が、取得システム自体かデータ転送後の他のシステムのどちらかにおいてデジタル式減算により形成される。これにより、単極導出（unipolar derivations）を実現するためにどのチャネルも基準チャネルとして指定することが可能である。例えば、異なる起源の生体信号のために多数の独立した基準チャネルを定めることもまた考えられる。
【０００９】
各チャネルｎに対する調節されたゲインは、コモンモード信号の結果への影響を十分抑制するために、等しくなっているべきである。ゲインは、事実上、全生体信号の振幅が過負荷、量子化またはシステムノイズにより情報を失うことなく取得されるように、設定することができる。
【００１０】
この装置は、従来の解決法と比べて以下の実質的な利点を有する：
アナログ高域通過フィルターが不要なため、精密部品とそれの時間消費パラメータ整合が取り除かれる。
【００１１】
ＤＣ電圧までの低周波数帯で信号取得が可能である。
データ処理が、完全にデジタル式で実行される。
導出が大地電位で実行されるので、測定データがデジタル式減算の後、単一極である。
【００１２】
上述の単極測定データに由来して、どの基準チャネルもハードウエアから独立して得られる。
異なるゲイン要素とサンプリング速度で、異なる起源の生体信号を同時に取得することが可能である。
【００１３】
チャネルのモジュラーハードウエアコンセプトとコモンデジタルインターフェースによりどんなカスケードも実現可能である。
データは、従来のシステムのように時多重方式により取得されないが、モジュラー構造により、同時でも、互いに完全に独立ででも、スキャン可能である。
【００１４】
デジタルインターフェースにより、測定装置と評価装置を非常に効率良く電気的絶縁（galvanic separation）することが可能で、それで医療の用途において安全性を保障するための高価なアナログアイソレーション増幅器が、測定対象（患者）の安全性を害することなく削除される。
【００１５】
従来の解決法と比較して、提案された解決法はコンパクトサイズと低エネルギー要件により特徴づけられる。
アナログ・デジタル変換が、その小さい構造サイズにより信号源のすぐ近くで実行され得る。従って、アナログ信号経路がとても短いので干渉が減少し、ハードウエアのアナログ部の導体ループを介する誘導により繋がれた干渉が防がれる。従来の増幅器は差動入力電圧または電流として存在し、有効信号によって増幅されるので、誘導により繋がれた干渉と有効信号を分けることができない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る装置の図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  差動増幅器
２  アンチエイリアシングフィルター
３  アナログ・デジタル変換器
４  デジタル・アナログ変換器
５  データ・コントロールバス
ＥＫＧ  心電図
ＥＥＧ  脳波
ＥＭＧ  筋電図
ＥＯＧ  電気眼球図
ＥＲＧ  網膜電図
ＰＰＴ  写真体積変動記録法
ＭＫＧ  心磁気図
ＭＥＧ  脳磁気図
【図１】
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