(57)【要約】      （修正有）【課題】心電位信号に含まれている筋電位信号を精度良く除去できる心電位センサを実現する。【解決手段】１つの運動ニューロンに支配されている筋繊維群２に近接した部位に配置された第１電極３と、筋繊維群２の神経支配帯４から、第１電極３と神経支配帯４との間隔だけ離れた筋繊維群２に近接した部位に配置された第２電極５と、第１電極３と第２電極５とで検出された信号がそれぞれ入力される信号処理部６とを有し、信号処理部６は第１電極３で検出された信号と第２電極５で検出された信号との差を算出する。【選択図】図１
2012065757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの運動ニューロンに支配されている筋繊維群に近接した部位に配置された第１電極と、
前記筋繊維群の神経支配帯から、前記第１電極と前記神経支配帯との間隔だけ離れた前記筋繊維群に近接した部位に配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極とで検出された信号がそれぞれ入力される信号処理部とを有し、
前記信号処理部は前記第１電極で検出された信号と前記第２電極で検出された信号との差を算出する心電位センサ。
【請求項２】
１つの運動ニューロンに支配されている筋繊維群に近接した部位に相互に離間されて配置された第１ａ電極、第１ｂ電極と、
前記筋繊維群に近接した部位であると共に、前記第１ａ電極、前記第１ｂ電極の配置されていない部位に配置された第２電極と、
前記第１ａ電極、前記第１ｂ電極、及び前記第２電極で検出された信号が入力される信号処理部とを有し、
前記信号処理部では、前記第１ａ電極で検出された信号と前記第２電極で検出された信号との差を算出すると共に、前記第１ｂ電極で検出された信号と前記第２電極で検出された信号との差を算出する心電位センサ。
【請求項３】
前記信号処理部は、
前記第１ａ電極で検出された信号と前記第２電極で検出された信号との差を算出して得られた第１信号と、
前記第１ｂ電極で検出された信号と前記第２電極で検出された信号との差を算出して得られた第２信号との信号レベルの大きさを比較し、
前記第１信号の信号レベルの方が小さい場合には、所定期間の間、前記第２信号を算出することを停止すると共に、
前記第２信号の信号レベルの方が小さい場合には、所定期間の間、前記第１信号を算出することを停止する請求項２に記載の心電位センサ。
【請求項４】
１つの運動ニューロンに支配されている筋繊維群に近接した部位に配置された第１電極と、
前記筋繊維群に近接した部位であると共に、前記第１電極の配置されていない部位に配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極とで検出された信号がそれぞれ入力される信号処理部とを有し、
前記信号処理部は、前記第１電極で検出された信号と前記第２電極で検出された信号との少なくとも一方の信号の位相を調整した後、前記第１電極で検出された信号と前記第２電極で検出された信号との差を算出する心電位センサ。
【請求項５】
前記信号処理部は、前記第１電極で検出された信号と前記第２電極で検出された信号との少なくとも一方の信号の振幅を調整した後、前記第１電極で検出された信号と前記第２電極で検出された信号との差を算出する請求項１または請求項４に記載の心電位センサ。
【請求項６】
１つの運動ニューロンに支配されている筋繊維群に近接した部位に配置された第１電極と、
前記筋繊維群に近接して配置された第２電極と、
前記筋繊維群の神経支配帯から、前記第１電極と前記神経支配帯との間隔だけ離れた前記筋繊維群に近接した部位で、且つ、前記第２電極からの距離が、前記第１電極と前記第２電極の間隔と異なるように配置された第３電極と、
前記第１電極と前記第２電極と前記第３電極とで検出された信号がそれぞれ入力される信号処理部とを有し、
前記信号処理部は、
前記第１電極で検出された信号と前記第２電極で検出された信号との差を算出して第３信号を得ると共に、
前記第２電極で検出された信号と前記第３電極で検出された信号との差を算出して第４信号を得、
前記第３信号と前記第４信号との差を算出する心電位センサ。
【請求項７】
前記第１電極と前記第２電極との距離は、前記第２電極と前記第３電極との距離よりも長い請求項６に記載の心電位センサ。
【請求項８】
１つの運動ニューロンに支配されている筋繊維群に近接した部位に相互に離間されて配置された第１電極、第２電極、第３ａ電極、及び第３ｂ電極と、
前記第１電極、前記第２電極、前記第３ａ電極、及び前記第３ｂ電極において検出された信号がそれぞれ入力される信号処理部とを有し、
前記信号処理部は、
前記第１電極で検出された信号と前記第２電極で検出された信号との差を算出して第３信号を得、
前記第２電極で検出された信号と前記第３ａ電極で検出された信号との差を算出して第４ａ信号を得ると共に、
前記第２電極で検出された信号と前記第３ｂ電極で検出された信号との差を算出して第４ｂ信号を得、
前記第３信号と前記第４ａ信号との差、及び、前記第３信号と前記第４ｂ信号との差を算出する心電位センサ。
【請求項９】
前記信号処理部は、
前記第３信号と前記第４ａ信号との差を算出することで得られた第５ａ信号と、
前記第３信号と前記第４ｂ信号との差を算出することで得られた第５ｂ信号との信号レベルの大きさを比較し、
前記第５ａ信号の信号レベルの方が小さい場合には、所定期間の間、前記第５ｂ信号を算出することを停止すると共に、
前記第５ｂ信号の信号レベルの方が小さい場合には、所定期間の間、前記第５ａ信号を算出することを停止する請求項８に記載の心電位センサ。
【請求項１０】
１つの運動ニューロンに支配されている筋繊維群に近接した部位に相互に離間されて配置された第１電極および第２電極と、
前記筋繊維群に近接して配置され、且つ、前記第２電極からの距離が、前記第１電極と前記第２電極との距離と異なるように配置された第３電極と、
前記第１電極、前記第２電極、及び前記第３電極で検出された信号がそれぞれ入力される信号処理部とを有し、
前記信号処理部は、
前記第１電極で検出された信号と前記第２電極で検出された信号との少なくとも一方の信号の位相を調整した後、前記第１電極で検出された信号と前記第２電極で検出された信号との差を算出して第３信号を得ると共に、
前記第２電極で検出された信号と前記第３電極で検出された信号との少なくとも一方の信号の位相を調整した後、前記第２電極で検出された信号と前記第３電極で検出された信号との差を算出して第４信号を得、
前記第３信号と前記第４信号との差を算出する心電位センサ。
【請求項１１】
前記信号処理部は、前記第１電極で検出された信号と前記第２電極で検出された信号と前記第３電極で検出された信号のうち少なくとも一つの信号の振幅を調整した後、
前記第３信号と前記第４信号とを算出する請求項７または請求項１０に記載の心電位センサ。
【請求項１２】
身体に配置されたグランド電極を有し、
前記グランド電極で検出された信号を前記信号処理部のグランド電位として使用する請求項１、請求項２、請求項４、請求項６、請求項８、請求項１０のいずれか１つの請求項に記載の心電位センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、人体または動物等の心電位の検出を行う心電位センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の心電位センサについて、図１０、１１を用いて説明する。図１０において、心電位を検出するための心電位検出電極３１ａと共通電極３１ｂとがフィルタ回路３２に接続されている。心電位検出電極３１ａは、たとえば、図１１にみるように、人体の頭部、特に額等にヘアバンド３３等によって固定され、共通電極３１ｂは腕、特に手首に腕時計のようにして固定されて使用される。以上のように、頭部と腕とに固定された両電極間において、心電位信号が検出される。心電位検出電極３１ａと共通電極３１ｂとによって検出された心電位信号は、フィルタ回路３２で、商用電源や高周波雑音等が除去され、増幅回路３４で増幅されたあと、演算回路３５に入力される。
【０００３】
一方、図１０に示すように、筋電位を検出するための筋電位検出電極３１ｃと、共通電極３１ｂとは、フィルタ回路３６に接続されている。筋電位検出電極３１ｃは、心電位検出電極３１ａと共通電極３１ｂとの間の部位、たとえば、図１１の例のように、肘や、あるいは、腕の付け根の部分に、ベルトや粘着テープ等で固定される。そして、この筋電位検出電極３１ｃと共通電極３１ｂとによって、筋電位検出電極３１ｃと共通電極３１ｂとが固定されている腕の運動に伴う筋電位の波形信号が検出される。
【０００４】
筋電位検出電極３１ｃと共通電極３１ｂとによって検出された筋電位の波形信号は、先の心電位の波形信号と同様に、フィルタ回路３６で、商用電源や高周波雑音等が除去され、増幅回路３７で増幅されたあと、演算回路３５に入力される。
【０００５】
演算回路３５において、心電位検出電極３１ａと共通電極３１ｂとによって検出された心電位信号と、筋電位検出電極３１ｃと共通電極３１ｂとによって検出された筋電位信号との同相成分が除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−２１３７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来の心電位センサにおいて、心電位検出電極３１ａと共通電極３１ｂとによって検出された心電位信号に重畳されている筋電位信号は、心電位検出電極３１ａが固定されている頭部の筋繊維の電位と、共通電極３１ｂが固定されている手首の筋繊維の部位の電位との電位差の時間変化である。それに対し、筋電位検出電極３１ｃと共通電極３１ｂとによって検出される筋電位信号は、筋電位検出電極３１ｃが固定されている肘の筋繊維の電位と、共通電極３１ｂが固定されている手首の筋繊維の電位との電位差の時間変化である。故に、心電位検出電極３１ａと共通電極３１ｂとによって検出される心電位信号に重畳されている筋電位信号と、筋電位検出電極３１ｃと共通電極３１ｂとによって検出される筋電位信号とは、検出対象の筋繊維が異なる為、異なったものとなっている。
【０００８】
これにより、演算回路３５において、心電位信号中に含まれる筋電位信号が精度良く除去できないという課題を有していた。
【０００９】
そこで、本発明の心電位センサは、心電位信号に含まれている筋電位信号を精度良く除去することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために、本発明の心電位センサは、１つの運動ニューロンに支配されている筋繊維群Ａに近接した部位に配置された第１電極と、筋繊維群Ａの神経支配帯から、第１電極と神経支配帯との間隔だけ離れた筋繊維群Ａに近接した部位に配置された第２電極と、第１電極と第２電極とで検出された信号がそれぞれ入力される信号処理部とを有し、信号処理部は第１電極で検出された信号と第２電極で検出された信号との差を算出する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の心電位センサは、第１電極と第２電極とが共に同一の筋繊維群に近接して配置されており、信号処理部において第１電極で検出される信号と第２電極において検出される信号の差を算出することで心電位信号を得ている。一方、筋電位信号は、運動ニューロンから伝達されてきた信号が神経支配帯へ到達した後、筋繊維群の長さ方向のほぼ中間に存在する神経支配帯から筋繊維の両端に向かって伝搬する脱分極が基となり生じる。故に、神経支配帯からの距離が同じ部位に発生する筋電位は、ほぼ同電位となる。本発明の心電位センサの第１電極と第２電極とは、それぞれ、神経支配帯からの距離が等間隔となるように配置されているため、それぞれの電極において検出される筋電位は近似した値のものとなる。故に、第１電極で検出される信号と第２電極において検出される信号の差を算出することで得られた心電位信号には、筋電位信号が重畳されにくく、精度の高い心電位信号を検出する事が可能となる。更に、２つの電極のみで精度の高い心電位信号を検出できる為、被験者への負担も軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る心電位センサのブロック図
【図２】心電位信号を示す図
【図３】本発明に係る心電位センサのブロック図
【図４】本発明に係る心電位センサのブロック図
【図５】本発明に係る心電位センサのブロック図
【図６ａ】筋電位信号が重畳された心電位信号を示す図
【図６ｂ】筋電位信号を示す図
【図７】筋電位信号を削除した心電位信号を示す図
【図８】本発明に係る心電位センサのブロック図
【図９】本発明に係る心電位センサのブロック図
【図１０】従来の心電位センサのブロック図
【図１１】従来の心電位センサの配置概略図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１に係る本発明の心電位センサについて、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る心電位センサのブロック図である。
【００１４】
図１において、実施の形態１に係る本発明の心電位センサ１０は、脊髄８の中にある１つの運動ニューロン１に支配されている筋繊維群２に近接した皮膚７の表面に配置された第１電極３と、この第１電極３と筋繊維群２の神経支配帯４との間隔だけ、神経支配帯４から離れた筋繊維群２に近接した皮膚７の表面で且つ、第１電極３が配置された部位以外の位置に配置された第２電極５と、第１電極３および第２電極５が検出する電位の基準となるグランド電極９と、第１電極３と第２電極５とで検出された信号がそれぞれ入力される信号処理部６とを有する。
【００１５】
この心電位センサ１０が心電位信号を検出する方法を以下に説明する。心臓の鼓動により発生した心電位は体内を伝わり、グランド電極９を基準電位として、第２電極５よりも心臓により近い位置に配置された第１電極３により検出される。次にこの心電位が同様にグランド電極９を基準電位として、第１電極３に比較して心臓よりも遠い位置に配置された第２電極５により検出される。この間に心電位は減衰しており、第１電極３により検出される心電位信号と、第２電極５により検出される心電位信号の差を算出することにより、例えば図２に示すような心電位信号を得ている。逆に、第２電極５の方が第１電極３に比較して心臓に近い位置に配置されていても、同様に図２のような心電位信号が検出される。
【００１６】
一方、心電位センサ１０が配置された筋繊維群２が活動した際には、第１電極３および第２電極５により、グランド電極９を基準電位とした筋電位が検出される。筋電位信号は、運動ニューロン１から伝達されてきた信号が神経支配帯４へ到達した後、筋繊維群２の長さ方向のほぼ中間に存在する神経支配帯４から筋繊維の両端に向かって伝搬する脱分極が基となり生じる。故に、神経支配帯４からの距離が同じ部位に発生する筋電位は、ほぼ同電位となる。
【００１７】
本発明の心電位センサ１０の第１電極３と第２電極５とは、それぞれ、神経支配帯４からの距離が等間隔となるように配置されているため、それぞれの電極において検出される筋電位は近似した値のものとなる。故に、第１電極３で検出される信号と第２電極５において検出される信号の差を算出することで得られた心電位信号には、運動時においても筋電位信号が重畳されにくく、精度の高い心電位信号を検出する事が可能となる。更に、２つの電極のみで精度の高い心電位信号を検出できる為、被験者への負担も軽減できる。また、同一の筋繊維群２に全ての電極が配置されるため、図１１に示した従来の心電位センサのように配線が長くならず、小型化および低コスト化が可能となる。
【００１８】
尚、前記グランド電極９は基準電位を決定するためのものであるため、第１電極３および第２電極５と同一の筋繊維群２上に配置される必要は無く、身体の一部に触れていれば良い。また、第１電極３または第２電極５より検出された筋電位信号のうち少なくとも一方を信号処理部６において、その振幅を調整しても良い。これにより、両電極より検出される筋電位信号の振幅を同程度にそろえることができ、信号処理部６において、これら２つの信号の差を算出後に筋電位信号波形が重畳されにくくなり、より精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。
【００１９】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２に係る本発明の心電位センサについて、図３を用いて説明する。
【００２０】
図３は、実施の形態２に係る心電位センサのブロック図であり、実施の形態１と同様の部位については同符号を付し、説明は省略する。
【００２１】
第１ａ電極１１と第２電極５、および、第１ｂ電極１２と第２電極５は、それぞれ図３に示すように、同一の筋繊維群２に近接した状態で、皮膚７の表面に配置される。また、グランド電極９は身体上の一部に接触される。これにより実施の形態１に記載の原理により、第１ａ電極１１と第２電極５、および、第１ｂ電極１２と第２電極５のそれぞれから、心電位信号が検出される。また、それと同時に、各電極が近接して配置された筋繊維群２の活動時には、筋電位信号が検出される。信号処理部６において、それぞれの電極からの信号の差を算出することにより、心電位信号に筋電位信号が重畳された波形が得られる。ここで、第１ａ電極１１と第２電極５とで検出された信号の差を算出することにより得られる信号を第１信号と呼び、第１ｂ電極１２と第２電極５で検出された信号の差を算出することにより得られる信号を第２信号と呼ぶこととする。この時、第１信号の筋電位信号と第２信号の筋電位信号との信号レベルを比較し、より信号レベルの小さい方の信号を選択することにより、精度の高い心電位信号を検出する事が可能となる。例えば、第１信号に重畳されている筋電位信号と第２信号に重畳されている筋電位信号との信号レベルを比較した際、第１信号の筋電位信号の方が小さかった場合には、神経支配帯４と第１ａ電極１１との間隔が、神経支配帯４と第１ｂ電極１２との間隔よりも、神経支配帯４と第２電極５との間隔に近かったと言える。
【００２２】
ここで、信号レベルとは信号の大きさであり、信号の振幅値または電力値または一定時間の積分値、平均値などを指す。尚、第１信号または第２信号から筋電位信号を抽出する事が困難な場合には、第１信号そのものの振幅値または電力値の一定時間の平均値と第２信号そのものの振幅値または電力値の一定時間の平均値とを比較することにより、信号レベルの小さい方を選択してもよい。一般的に、心電位信号と比較して、筋電位信号の振幅値の方が大きくなるため、心電位信号に筋電位信号が重畳された第１信号及び第２信号に着目しても、概ね精度良くノイズ成分として重畳されてくる筋電位信号の小さい電極を選択することができる。
【００２３】
このような構成により、実施の形態１の心電位センサのように、神経支配帯からの距離が、第１電極３と、第２電極５との場合で概ね一致するように、被験者等が意識して、それら電極３、５を配置する必要がなくなるため、心電位センサの取り付け容易性を向上させることができる。更に、被験者が運動等を行う事により電極５、１１、１２がずれた場合にも、再度、筋電位信号波形の信号レベルが小さい方を選択することにより、精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。また、同一の筋繊維群２に全ての電極が配置されるため、図１１に示した従来の心電位センサのように配線が長くならず、小型化および低コスト化が可能となる。
【００２４】
また、信号処理部６が第１信号と第２信号との信号レベルを比較し、第１信号のレベルが小さい場合には、所定期間の間、第２信号を算出することを停止する構成としてもよい。この場合、被験者の運動等により電極５、１１、１２の貼り付け位置が変化しない限り、第１信号に重畳されている筋電位信号の方が第２信号に重畳されている筋電位信号よりも小さくなるため、電極５、１１、１２の貼り付け位置が変化しないと予想される所定間隔の期間においては、第２信号を算出する必要はない。これにより、心電位センサの消費電力を低減する事ができる。同様に、信号処理部６が第１信号と第２信号との信号レベルを比較し、第２信号のレベルが小さい場合には、所定期間の間、第１信号を算出することを停止する構成としてもよい。これにより、心電位センサの消費電力の増加を抑えることが可能となる。
【００２５】
尚、実施の形態２では、実施の形態１における第１電極３を２つの電極である第１ａ電極１１、第１ｂ電極１２に置き換えた構成として示したが、第２電極５側またはその両方が２つ以上の複数電極であってもかまわない。これにより、被験者等が神経支配帯からの各電極の距離をより意識せずに各電極を配置することができる。
【００２６】
（実施の形態３）
以下、実施の形態３に係る本発明の心電位センサについて、図４を用いて説明する。
【００２７】
図４は、実施の形態３に係る心電位センサのブロック図であり、実施の形態１と同様の部位については同符号を付し、説明は省略する。第１電極３と第２電極５は、それぞれ図４に示すように同一筋繊維群２に近接した皮膚７の表面に配置される。また、グランド電極９は身体上の一部に接触される。
【００２８】
実施の形態１において記載した動作原理により、第１電極３と第２電極５から心電位信号が検出され、それと同時に電極３、５の近接配置された筋繊維群２の活動時には筋電位信号が検出される。心電位信号は信号処理部６においてそれぞれの電極からの信号の差を算出することにより得られる。一方、第１電極３および第２電極５から検出される筋電位信号は、第１電極３と第２電極５との神経支配帯４からの間隔が異なる等の原因により、どちらかの位相が遅れていることがある。
【００２９】
ここで、実施の形態３に係る心電位センサの信号処理部６は、第１電極３で検出された信号と第２電極で検出された信号との少なくとも一方の位相を調整する位相調整部１３を有している。位相調整部１３により両筋電位信号の位相をそろえることにより、両筋電位信号は近似した筋電位信号となる。これらを信号処理部６により差を算出することにより、運動時においても筋電位信号が重畳されにくく、精度の高い心電位信号を検出する事が可能となる。
【００３０】
このような構成により、神経支配帯４から第１電極３、第２電極５の位置を正確に配置する必要がなくなるため、心電位センサの取り付けの際に利便性が向上する。更に、電極３、５がずれた場合にも、再度、位相調整部１３により筋電位信号の位相を調整することにより、精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。また、同一の筋繊維群２に全ての電極３、５が配置されるため、図１１に示した従来の心電位センサのように配線が長くならず、小型化および低コスト化が可能となる。また、第１電極３または第２電極５より検出された筋電位信号のうち少なくとも一方の振幅値を、信号処理部６において調整し、両電極より検出される筋電位信号の振幅を同程度にそろえることにより、差の算出後に筋電位信号が重畳されにくくなり、より精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。
【００３１】
（実施の形態４）
以下、実施の形態４に係る本発明の心電位センサについて、図５を用いて説明する。
【００３２】
図５は、実施の形態４に係る心電位センサのブロック図であり、実施の形態１と同様の部位については同符号を付し、説明は省略する。第１電極３と第２電極５はそれぞれ図５に示すように同一筋繊維群２に近接して皮膚７の表面に配置される。第３電極１４は、筋繊維群２に近接した皮膚７の表面で、且つ、神経支配帯４から、第１電極３と神経支配帯４との間隔だけ離れた位置に配置される。第１電極３と第２電極５との距離は、第２電極５と第３電極１４との距離よりも長くなるように、それぞれの電極３、５、１４は皮膚７の表面に配置されている。
【００３３】
グランド電極９は身体上の一部に接触される。信号処理部６は第１信号処理部１５と第２信号処理部１６とを備え、第１電極３と第２電極５とは第１信号処理部１５に接続され、第３電極１４と第２電極５は第２信号処理部１６に接続される。
【００３４】
第１信号処理部１５は第１電極３と第２電極５より検出された信号の差を算出し第３信号を得る。第２信号処理部１６は第３電極１４と第２電極５より検出された信号の差を算出し第４信号を得る。
【００３５】
まず、第３信号に関して、第１信号処理部１５が実施の形態１に記載の原理により、第１電極３と第２電極５から心電位信号を検出し、それと同時に、電極３、５の配置された筋繊維群２の活動時には、心電位信号に重畳された筋電位信号をも検出することで得られる。具体的には、第３信号は、第１信号処理部１５において、電極３、５でそれぞれ得られた信号の差を算出することにより得られ、第３信号には、心電位信号と、それに重畳された筋電位信号が含まれている。心電位信号に筋電位信号が重畳された第３信号の波形の一例を図６ａへ示す。
【００３６】
次に、第４信号に関しても、第１信号処理部１５と同様に、実施の形態１に記載の原理により、第２信号処理部１６が第３電極１４での検出信号と第２電極５での検出信号との差を算出することで得られる。ただ、第３電極１４と第２電極５との間隔は、第１電極３と第２電極５との間隔よりも狭くなるように配置されているため、電極５、１４の間での心電位信号の減衰は、電極３、５の間での心電位信号の減衰に比べて小さくなる。その結果、第４信号に含まれている心電位信号のレベルは、第３信号に含まれている心電位信号のレベルよりも小さいものとなる。
【００３７】
一方、第３電極１４と第２電極５とが近接配置された筋繊維群２の活動時には、第３電極１４と第２電極５のそれぞれから筋電位が検出され、第２信号処理部１６により電極５、１４の検出信号の差を算出することにより、第４信号には筋電位信号が重畳される。この第２信号処理部１６より得られる筋電位信号は、第３電極１４から神経支配帯４までの距離と、第１電極３から神経支配帯４までの距離とが略等しいことから、第１信号処理部１５において算出される第３信号中の筋電位信号と略近似したものとなる。ゆえに、第２信号処理部１６により得られる第４信号の一例は図６ｂのようになる。ここで、信号処理部６において、更に、第３信号と第４信号の差を算出することにより、図７のように、筋電位信号が減衰された心電位信号を得ることができる。このように運動時においても筋電位信号が重畳されにくく、精度の高い心電位信号を検出する事が可能となる。更に、同一の筋繊維群２に全ての電極３、５、１４が配置されるため配線が長くならず、小型化および低コスト化が可能となる。尚、第１電極３と第２電極５との距離を、第２電極５と第３電極１４との距離よりも長くすることにより、心電位波形を検出する電極間距離を広げることができるため、検出できる心電位信号を大きくすることができる。
【００３８】
尚、図５については、第１電極３と第２電極５との間隔が、第３電極１４と第２電極５との間隔よりも長いが、これに限る必要はなく、第１電極３と第２電極５との間隔と、第３電極１４と第２電極５との間隔とが異なっていれば、重畳される筋電位信号が減衰された心電位信号を得ることができる。第１電極３と第２電極５との間隔と、第３電極１４と第２電極５との間隔とが異なっていれば、第１電極３と第２電極５との間の心電位信号の減衰量と、第３電極１４と第２電極５との間の心電位信号の減衰量とが異なる為である。
【００３９】
また、同一の筋繊維群２に全ての電極３、５、１４が配置されるため、図１１に示した従来の心電位センサのように配線が長くならず、小型化および低コスト化が可能となる。また、第１電極３または第２電極５または第３電極１４より検出された筋電位信号のうち少なくとも一つの信号の振幅値を、信号処理部６において調整し、各電極３、５、１４より検出される筋電位信号の振幅を同程度にそろえることにより、差の算出後に筋電位信号が重畳されにくくなり、より精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。
【００４０】
（実施の形態５）
以下、実施の形態５に係る本発明の心電位センサについて、図８を用いて説明する。
【００４１】
図８は、実施の形態５に係る心電位センサのブロック図であり、実施の形態４と同様の部位については同符号を付し、説明は省略する。
【００４２】
第１電極３と第２電極５と第３ａ電極１７と第３ｂ電極１８とはそれぞれ図８に示すように同一筋繊維群２に近接して皮膚７の表面に配置される。第１電極３と第２電極５の間隔は、第２電極５と第３ａ電極１７との間隔及び第２電極５と第３ｂ電極１８との間隔よりも長い。
【００４３】
また、グランド電極９は身体上の一部に接触される。第１電極３と第２電極５は第１信号処理部１５に接続され、第３ａ電極１７と第３ｂ電極１８と第２電極５は第２信号処理部１６に接続される。
【００４４】
第１信号処理部１５は第１電極３と第２電極５とで検出された信号の差を算出して第３信号を得る。第２信号処理部１６は第３ａ電極１７と第２電極５とで検出された信号の差を算出して第４ａ信号を得、第３ｂ電極１８と第２電極５とで検出された信号の差を算出し第４ｂ信号を得る。
【００４５】
第１電極３と第２電極５とが近接配置されている筋繊維群２の活動時には、実施の形態１に記載の原理により、第３信号は心電位信号に筋電位信号が重畳されたものとなる。
【００４６】
同様に、第４ａ信号、第４ｂ信号に関しても、実施の形態１に記載の原理により、心電位信号に筋電位信号が重畳されたものとなる。ただ、第３ａ電極１７と第２電極５との間隔および第３ｂ電極１８と第２電極５との間隔は、第１電極３と第２電極５との間隔よりも狭い為、電極５、１７の間、及び、電極５、１８の間での心電位信号の減衰量は、電極３、５の間の心電位信号の減衰量と比較して小さくなる。よって、第４ａ信号及び第４ｂ信号中の心電位信号のレベルは、第３信号中の心電位信号のレベルよりも小さいものとなる。
【００４７】
一方、電極３、５、１７、１８が近接配置された筋繊維群２の活動時には、第３ａ電極１７と第３ｂ電極１８と第２電極５とからそれぞれ筋電位が検出され、第２信号処理部１６により電極５、１７と電極５、１８の差をそれぞれ算出することにより、電極５、１７の間の筋電位信号と電極５、１８の間の筋電位信号とが得られる。
【００４８】
ここで、例えば、第３ａ電極１７から神経支配帯４までの距離又は第３ｂ電極１８から神経支配帯４までの距離の内どちらか一方の距離が、第１電極３から神経支配帯４までの距離と等しい場合、第３信号中の筋電位信号のレベルと第４ａ信号中又は第４ｂ信号中の筋電位信号のレベルとが略近似したものとなる。つまり、第３ａ電極１７から神経支配帯４までの距離又は第３ｂ電極１８から神経支配帯４までの距離の内、第１電極３から神経支配帯４までの距離に近い方を選択することにより、第１信号処理部１５にて得られる筋電位信号のレベルと第２信号処理部１６にて得られる筋電位信号のレベルとを近づける事ができる。
【００４９】
次に、信号処理部６において、第３信号と第４ａ信号の差を算出することにより筋電位信号が減衰された第５ａ信号が得られ、同様に第３信号と第４ｂ信号の差を算出することにより筋電位信号が減衰された第５ｂ信号が得られる。この時、第５ａ信号の筋電位信号と第５ｂ信号の筋電位信号との信号レベルを比較し、より信号レベルの小さい方の信号を選択することにより、精度の高い心電位信号を検出する事が可能となる。この作業は、上述した第３ａ電極１７から神経支配帯４までの距離又は第３ｂ電極１８から神経支配帯４までの距離の内、第１電極３から神経支配帯４までの距離に近い方を選択する作業と等価である。
【００５０】
ここで、信号レベルとは信号の大きさであり、信号の振幅値または電力値または一定時間の積分値、平均値等を指す。このような構成により、図５に示した実施の形態４の心電位センサのように、神経支配帯４からの距離が概ね一致するように第１電極３、第３電極１４を配置する必要がなくなるため、心電位センサの取り付けの際の利便性が向上する。更に、電極３、５、１７、１８がずれた場合にも、再度、第５ａ信号と第５ｂ信号に重畳された筋電位信号の信号レベルが小さい方を選択することにより、精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。また、同一の筋繊維群２に全ての電極が配置されるため配線が長くならず、小型化および低コスト化が可能となる。また、信号処理部６が第５ａ信号と第５ｂ信号とを比較した際に第５ａ信号のレベルが小さい場合には、所定期間の間、第５ｂ信号を算出することを停止する構成としても良い。この場合、被験者の運動等により電極３、５、１７、１８の貼り付け位置が変化しない限り、第５ａ信号に重畳されている筋電位信号の方が第２信号に重畳されている筋電位信号よりも小さくなるため、電極３、５、１７、１８の貼り付け位置が変化しないと予想される所定期間中においては、第５ｂ信号を算出する必要はない。これにより、心電位センサの消費電力を低減する事ができる。同様に、信号処理部６が第５ａ信号と第５ｂ信号との信号レベルを比較し、第５ｂ信号のレベルが小さい場合には、所定期間の間、第５ａ信号を算出することを停止する構成としてもよい。これにより、心電位センサの消費電力の増加を抑えることが可能となる。
【００５１】
尚、図８においては、第１電極３と第２電極５との間隔が、第３ａ電極１７と第２電極５との間隔及び第３ｂ電極１８と第２電極５との間隔よりも長いが、これに限る必要はなく、第１電極３と第２電極５との間隔と、第３ａ電極１７と第２電極５との間隔と、第３ｂ電極１８と第２電極５との間隔とが異なっていれば、結果として重畳される筋電位信号が減衰された心電位信号を得ることができる。第１電極３と第２電極５との間隔と、第３ａ電極１７と第２電極５との間隔と、第３ｂ電極１８と第２電極５との間隔とが異なっていれば、第１電極３と第２電極５との間の心電位信号の減衰量と、第３ａ電極１７と第２電極５との間の心電位信号の減衰量と、第３ｂ電極１８と第２電極５との間の心電位信号の減衰量とが異なる為である。
【００５２】
また、同一の筋繊維群２に全ての電極３、５、１７、１８が配置されるため、図１１に示した従来の心電位センサのように配線が長くならず、小型化および低コスト化が可能となる。また、第１電極３または第２電極５または第３ａ電極１７または第３ｂ電極１８より検出された筋電位信号のうち少なくとも一つの信号の振幅値を、信号処理部６において調整し、各電極３、５、１７、１８より検出される筋電位信号の振幅を同程度にそろえることにより、差の算出後に筋電位信号が重畳されにくくなり、より精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。
【００５３】
（実施の形態６）
以下、実施の形態６に係る本発明の心電位センサについて、図９を用いて説明する。
【００５４】
図９は、実施の形態６に係る心電位センサのブロック図であり、実施の形態４と同様の部位については同符号を付し、説明は省略する。
【００５５】
第１電極３と第２電極５および第３電極１４とは、それぞれ図８に示すように同一筋繊維群２に近接して皮膚７の表面に配置される。第１電極３と第２電極５との間隔は、第２電極５と第３電極１４との間隔よりも長い。また、グランド電極９は身体上の一部に接触される。第１電極３と第２電極５は第１信号処理部１５に接続され、第３電極１４と第２電極５は第２信号処理部１６に接続される。第１信号処理部１５は第１電極３と第２電極５より検出された信号のうち少なくとも一方を第１位相調整部により位相を調整した後、差を算出し第３信号を得る。第２信号処理部１６は第３電極１４と第２電極５より検出された信号のうち少なくとも一方を第２位相調整部により位相を調整した後、差を算出し第４信号を得る。
【００５６】
電極３、５、１４が近接配置されている筋繊維群２の活動時には、実施の形態１に記載の原理に基づき、第３信号は筋電位信号の重畳された心電位信号となる。同様に、第４信号も筋電位信号の重畳された心電位信号となる。ただ、第３電極１４と第２電極５との間隔は第１電極３と第２電極５との間隔よりも狭いため、電極５、１４の間での心電位信号の減衰量は電極３、５の間での心電位信号の減衰量と比較して小さくなる。その結果、第３信号中の心電位信号の信号レベルに対し、第４信号中の心電位信号の信号レベルは小さくなる。
【００５７】
一方、電極３、５、１４が近接配置された筋繊維群２の活動時には、第３電極１４と第２電極５それぞれから筋電位が検出され、第２信号処理部１６により差を算出することにより筋電位信号が得られる。この第２信号処理部１６より得られる筋電位信号は、第３電極１４から神経支配帯４までの距離と第１電極３から神経支配帯４までの距離とが等しければ、第１信号処理部１５より得られる筋電位信号と近似する事となる。しかし、第３電極１４から神経支配帯４までの距離と第１電極３から神経支配帯４までの距離とが等しくなるように電極３、５、１４を配置する事ができない場合には、電極３、１４で検出される筋電位に位相差が生じてしまい、第１信号処理部１５と第２信号処理部１６とで得られる筋電位信号に差が生じてしまう。そこで、実施の形態６に係る心電位センサは、第１信号処理部１５に第１位相調整部１９を、第２信号処理部１６に第２位相調整部２０をそれぞれ備えており、それらの位相調整部１９、２０の少なくとも一方を用いて第３信号と第４信号の少なくとも一方の筋電位信号の位相をそろえる事ができる。その後、信号処理部６において、第３信号と第４信号の差を算出することにより、筋電位信号が精度良く減衰でき、高品質な心電位信号が得られる。このような構成により、神経支配帯４からの距離が第１電極３、第２電極５とで一致するように意識して配置する必要がなくなるため、心電位センサの取り付けの際に利便性が向上する。更に、センサがずれた場合にも、再度、第１位相調整部１９、第２位相調整部２０の少なくとも一方により筋電位信号の位相を調整することにより、精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。
【００５８】
尚、図９においては、第１電極３と第２電極５との間隔が、第３電極１４と第２電極５との間隔よりも長いが、これに限る必要はなく、第１電極３と第２電極５との間隔と、第３電極１４と第２電極５との間隔とが異なっていれば、結果として、重畳される筋電位信号が減衰された心電位信号を得ることができる。第１電極３と第２電極５との間隔と、第３電極１４と第２電極５との間隔とが異なっていれば、第１電極３と第２電極５との間の心電位信号の減衰量と、第３電極１４と第２電極５との間の心電位信号の減衰量とが異なる為である。
【００５９】
また、同一の筋繊維群２に全ての電極３、５、１４が配置されるため、図１１に示した従来の心電位センサのように配線が長くならず、小型化および低コスト化が可能となる。また、第１電極３または第２電極５または第３電極１４より検出された筋電位信号のうち少なくとも一つの信号の振幅値を、信号処理部６において調整し、各電極３、５、１４より検出される筋電位信号の振幅を同程度にそろえることにより、差の算出後に筋電位信号が重畳されにくくなり、より精度の高い心電位信号を検出することが可能となる。
【００６０】
尚、本発明における心電位センサにおいて、各電極と信号処理部とを電気的に接続する各信号線の長さが、概ね同一長となるように構成されてもよい。これにより、各電極と信号処理部とを接続する各信号線における移相量を均一化することができ、精度の高い心電位信号を算出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明の心電位センサは、心電位信号に対する筋電位信号の重畳が少ない為、運動時等の身体を動かしている期間における心電位信号を検出する機器には最適である。
【符号の説明】
【００６２】
１  運動ニューロン
２  筋繊維群
３  第１電極
４  神経支配帯
５  第２電極
６  信号処理部
７  皮膚
８  脊髄
９  グランド電極
１０  心電位センサ
１１  第１ａ電極
１２  第１ｂ電極
１３  位相調整部
１４  第３電極
１５  第１信号処理部
１６  第２信号処理部
１７  第３ａ電極
１８  第３ｂ電極
１９  第１位相調整部
２０  第２位相調整部
【図１】
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【図２】
2012065757.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
2012065757.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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