(57)【要約】【課題】非接触式心電計測装置において、インピーダンスの低い検出部を用いることなく心電信号をより正しく計測する。【解決手段】人体２との間に静電容量Ｃ３ａ、Ｃ３ｂを形成するように第１、第２の非接触電極３ａ、３ｂを配置し、第１の非接触電極３ａに常時開のオンオフスイッチ７ａを介してバンドパスフィルタ８を接続する。タイミング制御回路１５によってオンオフスイッチ７ａを所定の間隔で短時間オンすることによりオンオフスイッチ７ａの出力側に心電信号Ｅを微分した電圧を出力させ、オンオフスイッチ１１によってサンプリングした電圧値を電圧波形再現部１３が積算することによって心電信号Ｅに近似した波形を再現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体との間に静電容量を形成するように配置される第１、第２の非接触電極と、
前記第１又は第２の非接触電極のいずれかに接続されたバンドパスフィルタと、
前記第１又は第２の非接触電極と前記バンドパスフィルタの間に挿入された常時開のオンオフスイッチと、
前記オンオフスイッチを所定の間隔でオンにする制御回路と、
前記バンドパスフィルタの出力を、前記制御回路が前記オンオフスイッチをオンにするタイミングでサンプリングし、サンプリングした電圧値に基づいて前記第１、第２の非接触電極間に生じる電圧波形を再現する電圧波形再現部と、を備えることを特徴とする非接触式心電計測装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記オンオフスイッチを所定の間隔でオンにすることにより、前記オンオフスイッチの出力側に、前記第１、第２の非接触電極間に生じる心電信号による電圧を微分出力させることを特徴とする請求項１に記載の非接触式心電計測装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記オンオフスイッチを８０〜１００Ｈｚの間隔でオンにすることを特徴とする請求項２に記載の非接触式心電計測装置。
【請求項４】
前記制御回路が前記オンオフスイッチをオンにする時間は、１０マイクロ秒以下の短時間であることを特徴とする請求項３に記載の非接触式心電計測装置。
【請求項５】
前記バンドパスフィルタは、前記静電容量が有する時定数に応じた周波数付近の信号を通過させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の非接触式心電計測装置。
【請求項６】
前記バンドパスフィルタは、２００ＫＨｚ付近の信号を通過させることを特徴とする請求項５に記載の非接触式心電計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、非接触式の心電計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  心電信号は心筋を動かすために心臓の上側にある洞結節から電気信号として発生しているものであるが、胸部表面における電圧は数ミリボルトと小さく、人体表面の抵抗値が数十キロオーム以上であるために計測することが難しい。また、心電信号を捉えるための電極は人体表面に貼付する場合に被験者の拘束感が大きいことから非接触にすることが望ましいという事情があり、非接触にした場合にはさらに計測が難しくなる。【０００３】  具体的には、従来、図４に示すように、人体（胸部）５１に対して衣服（不図示）を隔てて２つの非接触電極５２ａ、５２ｂを配置し、人体５１表面の仮想電極５３ａ、５３ｂとの間に静電容量５０Ｃａ、５０Ｃｂが形成されるように構成した装置が用いられる。洞結節から発生する心電信号Ｅは、基本的に交流信号であるので検出部５４によって微弱な電圧として検出するようになっている。【０００４】  また、人体との間に静電容量を構成するように２つの絶縁電極を設け、この絶縁電極に各々ボルテージフォロアを接続し、このボルテージフォロアからの電圧出力を差動増幅器で増幅することによって心電信号を検出するようになった装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−８２９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  ところが、図４に示した装置では、心電信号Ｅは約２０Ｈｚ付近にエネルギー成分の多くを持つので、検出部５４のインピーダンスを数百メガオーム以上に保たなければエネルギーが静電容量５０Ｃａ、５０Ｃｂを越えて伝達されない。検出部５４が通常の回路を用いた数メガオーム程度のインピーダンスである場合には、伝達するエネルギーが１／１００以下に減衰してしまう。この場合には、元々心電信号Ｅの電圧が前記のように小さいこともあって減衰した信号とノイズとの判別ができなくなり、ノイズを除去しようとすると特別な回路を用いなければならない。特許文献１の装置においても静電容量を越えて伝達されるエネルギーは極めて微弱であるので同様の問題がある。【０００７】  そこで、本発明者は、一方の非接触電極に強制的に電荷をチャージすることにより充電し、その後の放電時に流れる電流を利用して通常の回路からなる検出部であっても微弱な心電信号を捕捉する装置を考案した。具体的には、図５に示すように、非接触電極５２ａと検出部５４の間に切換スイッチ５５を設け、この切換スイッチ５５の端子５５ａにチャージ電源５６を接続し、端子５５ｂに検出部５４を接続する。切換スイッチ５５を端子５５ａ側に切換えることにより電極に電荷がチャージされ、切換スイッチ５５を端子５５ｂ側に切換えたときに直流的な放電電流１が生じるので、比較的インピーダンスが低い検出部５４によっても心電信号を捕捉することができる。【０００８】  ところが、図５に示す装置では、比較的大きな放電電流Ｉが生じるので検出部５４が容易に電圧変化を計測できるものの、電圧変化のうち人体５１内の抵抗成分Ｒ５１に寄与する部分が大きいことから心電信号Ｅを正しく判別することが難しい。【０００９】  そこで、本発明は、非接触電極によって心電信号を計測する装置における上記の課題を解決するものであり、特別にインピーダンスの低い検出部を用いることなく心電信号をより正しく計測することができる非接触式心電計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上記目的を達成するために、請求項１の発明は、人体との間に静電容量を形成するように配置される第１、第２の非接触電極と、前記第１又は第２の非接触電極のいずれかに接続されたバンドパスフィルタと、前記第１又は第２の非接触電極と前記バンドパスフィルタの間に挿入された常時開のオンオフスイッチと、前記オンオフスイッチを所定の間隔でオンにする制御回路と、前記バンドパスフィルタの出力を、前記制御回路が前記オンオフスイッチをオンにするタイミングでサンプリングし、サンプリングした電圧値に基づいて前記第１、第２の非接触電極間に生じる電圧波形を再現する電圧波形再現部と、を備えることを特徴とする非接触式心電計測装置である。【００１１】  請求項２の発明は、請求項１に記載の非接触式心電計測装置において、前記制御回路は、前記オンオフスイッチを所定の間隔でオンにすることにより、前記オンオフスイッチの出力側に、前記第１、第２の非接触電極間に生じる心電信号による電圧を微分出力させることを特徴とする。【００１２】  請求項３の発明は、請求項２に記載の非接触式心電計測装置において、前記制御回路は、前記オンオフスイッチを８０〜１００Ｈｚの間隔でオンにすることを特徴とする。【００１３】  請求項４の発明は、請求項３に記載の非接触式心電計測装置において、前記制御回路が前記オンオフスイッチをオンにする時間は、１０マイクロ秒以下の短時間であることを特徴とする。【００１４】  請求項５の発明は、請求項１又は請求項２に記載の非接触式心電計測装置において、前記バンドパスフィルタは、前記静電容量が有する時定数に応じた周波数付近の信号を通過させることを特徴とする。【００１５】  請求項６の発明は、請求項５に記載の非接触式心電計測装置において、前記バンドパスフィルタは、２００ＫＨｚ付近の信号を通過させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】  本発明によれば、特別にインピーダンスの低い検出部を用いることなく心電信号をより正しく計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】発明の実施例に係る非接触式心電計測装置のブロック図。
【図２】（ａ）は同非接触式心電計測装置における元の心電信号波形を示し、（ｂ）は静電容量を通過して微分された波形を示す図。
【図３】同非接触式心電計測装置において微分された波形がバンドパスフィルタを通過したときの波形とサンプリングのタイミングを示す図。
【図４】従来の非接触式心電計測装置のブロック図。
【図５】同じく従来の非接触式心電計測装置のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１８】  以下、本発明の実施例に係る非接触式心電計測装置について、図１乃至図３を参照して説明する。非接触式心電計測装置１は、図１に示すように、人体（胸部）２に対して衣服（不図示）を隔てて配置され、その内部に２つの非接触電極３ａ、３ｂを備える電極ケース３と、電極ケース３にコード４を介して接続された電子回路から構成される心電信号の計測装置５とを備える。電極ケース３は、衣服の胸ポケット等に入れられて、非接触電極３ａ、３ｂと人体２内の仮想電極６ａ、６ｂとの間に静電容量Ｃ３ａ、Ｃ３ｂを形成するように配置される。人体２内の洞結節からは、心電信号Ｅが発生されている。なお、計測装置５が十分に小型である場合には、電極ケース３内に計測装置５を収納してもよい。【００１９】  計測装置５は、非接触電極３ａに常時開のオンオフスイッチ７ａを介して接続されるバンドパスフィルタ８と、アンプ９と、該アンプ９からの出力を常時開のオンオフスイッチ１１を介して接続されたＡＤ変換回路１２と、ＡＤ変換回路１２の出力に基づいて電圧波形を再現する電圧波形再現部１３と、再現した電圧波形を表示する表示部１４とを備える。非接触電極３ｂは常時開のオンオフスイッチ７ｂを介して接地され、オンオフスイッチ７ａ、７ｂ及びオンオフスイッチ１１のオンオフタイミングを同期してオンするタイミング制御回路１５を備える。バンドパスフィルタ８の前段には入力抵抗Ｒ５を備える。表示部１４に代えて、電圧波形を記憶するメモリ又は小型の印字装置を設けてもよい。【００２０】  タイミング制御回路１５は、オンオフスイッチ７ａ、７ｂが開いている間に心電信号Ｅにより非接触電極３ａ、３ｂに蓄積された電荷が、オンオフスイッチ７ａ、７ｂが閉じることによって瞬間的に流れて心電信号Ｅの変化分を表す微分出力となるように、オンの間隔及びオンの時間が設定されている。具体的には、タイミング制御回路１５は、常時開のオンオフスイッチ７ａ、７ｂ、１１を８０〜１００Ｈｚの間隔でオンにするものであり、オンする時間は１０マイクロ秒以下の短時間に設定される。【００２１】  バンドパスフィルタ８は、ノイズを取り除き、心電信号Ｅのうち静電容量Ｃ３ａ、Ｃ３ｂを通過した周波数の成分だけを通過させるような帯域のフィルタである。具体的には、例えば静電容量Ｃ３ａが５０ＰＦ（ピコファラド）であり、入力抵抗Ｒ５が５０ＫΩ（キロオーム）とすると、静電容量が有する時定数はおよそ２マイクロ秒となるので、静電容量を通過する周波数はおよそ２００ＫＨｚ付近になる。このことから、バンドパスフィルタ８は２００ＫＨｚ付近の信号を通過させるものに設定される。なお、バンドパスフィルタ８は、ローパスフィルタとハイパスフィルタの組み合わせから成るものであってもよい。【００２２】  電圧波形再現部１３は、マイコンから構成され、ＡＤ変換回路１３から出力される電圧値をデジタル的に積算することにより非接触電極３ａ、３ｂ間に生じる電圧波形（心電信号Ｅの波形）を再現する。表示部１４は、電圧波形再現部１３が再現した波形をＬＥＤ等の表示手段に表示する。表示部１４の表示内容は、波形だけではなく、電圧波形の周期や振幅等種々のものが可能である。【００２３】  次に、図２を参照して計���装置５が心電波形を再現する動作について説明する。図２（ａ）に心電信号Ｅの元の波形を示し、図２（ｂ）にバンドパスフィルタ８の入力側に現れる心電信号Ｅが微分された波形を示す。心電信号Ｅは、振幅がＥ０である約２０Ｈｚの交流波形として単純化して表わし、８０〜１００Ｈｚの周期を持つオンオフスイッチ７ａ、７ｂ、１１のオンタイミングをｔ０、ｔ１、ｔ２・・・で示す。従って、オンタイミング同士の間隔は、約１／１００秒である。【００２４】  今、オンオフスイッチ７ａ、７ｂは各オンタイミングで短時間だけオンする以外はオフされているので、オン時には心電信号Ｅの変化分に相当する電荷量が静電容量Ｃ３ａ、Ｃ３ｂから放電し、図２（ｂ）に示す微分波形ｗ１、ｗ２、ｗ３・・・となって現れる。具体的には、微分波形ｗ１は、オンタイミングｔ０時の電圧ｅ０とオンタイミングｔ１時の電圧ｅ１の差分（ｅ１−ｅ０）に相当する電圧波形であり、微分波形ｗ２は、オンタイミングｔ１時の電圧ｅ１とオンタイミングｔ２時の電圧ｅ２の差分（ｅ２−ｅ１）に相当する電圧波形となっている。以下同様に微分波形ｗ３は差分（ｅ３−ｅ２）に相当する電圧波形、微分波形ｗ４は差分（ｅ４−ｅ３）に相当する電圧波形、微分波形ｗ５は差分（ｅ５−ｅ４）に相当する電圧波形である。【００２５】  微分波形ｗ１、ｗ２、ｗ３・・・は、図３に示すように、バンドパスフィルタ８を通過することにより直流成分が除去され、バンドパスフィルタ自体の帯域に応じた振動を伴って変形した波形ｗｆになるが、振幅の大きさは元の微分波形ｗ１、ｗ２、ｗ３・・・を反映したものになっている。具体的には、オンオフスイッチ１１がオンしたときに波形ｗｆ（電圧）がＡＤ変換回路１２に取り込まれる（サンプリングされる）ので、例えば、オンタイミングｔ１でサンプリングされた電圧値ｅｔ１は、微分波形ｗ１の大きさと極性を反映したものになっている。同様にオンタイミングｔ３でサンプリングされた電圧値ｅｔ３は、微分波形ｗ３の大きさと極性を反映したものになっている。【００２６】  ＡＤ変換回路１２は、上記のようにしてオンタイミングｔ０、ｔ１、ｔ２・・・毎にサンプリングされた微分波形の大きさと極性をデジタル値に変換して電圧波形再現部１５へ出力する。電圧波形再現部１３は、入力されたデジタル値を積算して元の波形Ｅに近似した波形Ｅｇを作成する。具体的には、図２（ｂ）に一点鎖線で示したように、各オンタイミングｔ０、ｔ１、ｔ２・・・でサンプリングされた微分波形ｗ１、ｗ２、ｗ３・・・の大きさと極性が反映した波形Ｅｇが作成される。微分波形の極性がプラスであるときには波形Ｅｇが立ち上がり、極性がマイナスのときには波形Ｅｇが立ち下がる。微分波形の大きさに応じて波形Ｅｇの立ち上がり、立ち下がり幅が増減する。そして、この波形Ｅｇが表示部１４によって表示される。【００２７】  以上のように、常時開のオンオフスイッチ７ａ、７ｂが心電信号Ｅより短い周波数の所定の間隔で短時間だけオンすることにより、心電信号Ｅの電圧の変化分が微分波形ｗ１、ｗ２、ｗ３・・・となってバンドパスフィルタ８側に出力する。この微分波形ｗ１、ｗ２、ｗ３・・・の大きさは、元の心電信号Ｅの電圧Ｅ０に比べて数分の１程度��はなるが、図４に示す従来装置の場合のように検出部側への出力エネルギーが極端に減衰したものではないので、計測装置５側のインピーダンスが小さいものであっても、微分波形ｗ１、ｗ２、ｗ３・・・をデジタル値として積算することにより容易に心電信号Ｅに近似した心電波形Ｅｇを作成することができる。
【符号の説明】
【００２８】１  非接触式心電計測装置
２  人体
３ａ  第１の非接触電極
３ｂ  第２の非接触電極
７ａ  オンオフスイッチ
７ｂ  オンオフスイッチ
８  バンドパスフィルタ
１１  オンオフスイッチ
１３  電圧波形再現部
１５  タイミング制御回路（制御回路）
ｗ１、ｗ２、ｗ３  微分出力
【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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