(57)【要約】  本発明は、接近して配置される少なくとも２つの電極を用いて電気生理学信号が容量的に検出され、この電極が、非常に相関された皮膚電極距離変動を経験するような、システム及び方法に関する。運動アーチファクト信号を得ることが可能であるよう、電極と皮膚との間の容量結合は、意図的に異なるようにされる。信号処理手段を用いて、所望の電気生理学信号だけを残すよう、運動アーチファクト信号が測定された信号から除去されることができる。測定された量は電極皮膚距離自体に依存するので、このシステム及び方法は、伝達関数の定常性に依存する必要はない。これにより、それらは、信頼性が高く運動アーチファクトのない出力信号を与える。
2012500703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気生理学信号の運動補償された容量測定を提供するシステムであって、
人間又は動物の体の皮膚の近傍に置かれるよう構成される第１及び第２の容量性プレートを有するセンサプローブであって、前記第１の容量性プレートと前記人間又は動物の体の皮膚との間の第１の静電容量が、前記第２の容量性プレートと前記人間又は動物の体の皮膚との間の第２の静電容量とは異なり、前記第１及び第２の容量性プレートは、前記人間又は動物の体の電気生理学信号の尺度として第１及び第２の測定信号を提供するよう構成される、センサプローブと、
プロセッサ手段であって、
前記第１及び第２の容量性プレートから前記第１及び第２の測定信号を受信し、
前記第１及び／又は第２の測定信号から運動変調された信号を決定し、並びに
前記運動変調された信号と前記第１及び／又は第２の測定信号とから、運動補償された出力信号を提供するよう構成される、プロセッサ手段とを有する、システム。
【請求項２】
前記センサプローブの前記第１及び第２の容量性プレートが、前記センサプローブの測定表面に対して異なる距離を持つ、及び／又は、前記第１及び第２の容量性プレートは、相互に異なる領域を持つ、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記センサプローブが更に、アクティブシールドを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記運動変調された信号の決定が、前記第１の測定信号と、前記第２の測定信号に係数を適用したものとの差を計算することを有する、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項５】
前記運動変調された信号の決定が、所定の時間間隔にわたり前記第１及び第２の測定信号を平均化する、又はローパスフィルタリングすることを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記運動補償された出力信号の提供が、最小二乗平均アルゴリズムを用いて、前記第１及び／又は第２の測定信号から前記運動変調された信号の効果を適応的に除去することを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
運動を補償する信号処理ユニットであって、
人間又は動物の体の皮膚の近傍に配置されるよう構成される第１及び第２の容量性プレートを有するセンサプローブから第１及び第２の測定信号を受信する手段であって、前記第１の容量性プレートと前記人間又は動物の体の皮膚との間の第１の静電容量が、前記第２の容量性プレートと前記人間又は動物の体の皮膚との間の第２の静電容量とは異なり、第１及び第２の測定信号が、前記人間又は動物の体の電気生理学信号の尺度である、受信手段を有し、
前記信号処理ユニットが、
前記第１及び／又は第２の測定信号から運動変調された信号を決定し、
前記運動変調された信号と前記第１及び／又は第２の測定信号とから、運動補償された出力信号を提供するよう構成される、信号処理ユニット。
【請求項８】
電気生理学信号の運動補償された容量測定を提供する方法において、
人間又は動物の体の皮膚の近傍にセンサプローブを配置するステップであって、前記センサプローブが、第１及び第２の容量性プレートを有し、前記第１の容量性プレートと前記人間又は動物の体の皮膚との間の第１の静電容量は、前記第２の容量性プレートと前記人間又は動物の体の皮膚との間の第２の静電容量とは異なる、ステップと、
前記第１及び第２の容量性プレートからの電気生理学信号の尺度として第１及び第２の測定信号を提供するステップと、
前記第１及び／又は第２の測定信号から運動変調された信号を決定するステップと、
前記運動変調された信号と前記第１及び／又は第２の測定信号とから、運動補償された出力信号を提供するステップとを有する、方法。
【請求項９】
電気生理学信号の運動補償された容量測定を提供するセンサプローブであって、
人間又は動物の体の皮膚の近傍に配置されるよう構成される第１及び第２の容量性プレートを有し、
前記第１の容量性プレートと前記人間又は動物の体の皮膚との間の第１の静電容量が、前記第２の容量性プレートと前記人間又は動物の体の皮膚との間の第２の静電容量とは異なり、
前記第１及び第２の容量性プレートは、前記人間又は動物の体の電気生理学信号の尺度として第１及び第２の測定信号を提供するよう構成される、センサプローブ。
【請求項１０】
データ記憶手段を持つ少なくとも１つのコンピュータを有するコンピュータシステムが請求項７に記載の信号処理ユニットを制御することを可能にするよう適合されるコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気生理学信号の動き補償された容量測定を提供するシステムに関する。更に、本発明は、電気生理学信号の測定における運動を補償する信号処理ユニット、方法及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば心臓の電気的活動（ＥＣＧ）、筋肉により生成される電気的活動（ＥＭＧ）及び脳により生成される電気的活動（ＥＥＧ）といった人間又は動物の体における電気生理学信号の測定は、医療診断及び治療、並びに臨床研究において必要とされるだけでなく、消費者のヘルスケア製品においてもますます必要とされる。伝統的に、これらの信号は、しばしば電解接着剤を用いて、電気接点を介して皮膚に接続される電極により測定される。この種の測定の不利な点は、それが、長く使用されると皮膚刺激を引き起こす場合があり、それが、患者又はユーザが自由に動くことを制限し、それが一般に、患者又はユーザにとってあまり快適でない点にある。
【０００３】
上記の不利な点を克服するため、電気生理学信号のコンタクトレス測定が用いられることができる。斯かるコンタクトレス測定の例は、容量測定である。この場合、コンデンサが効果的に形成され、このコンデンサでは、人又は動物の組織が、コンデンサプレートの１つとして機能し、センサプローブの電極板が、他のコンデンサプレートとして機能する。容量性検出において、皮膚に対する電気接点は必要でない。これにより、人間又は動物の体の皮膚の準備及び良好な電気接点を確立するための導電性ゲルを備える粘着性パッチの必要性も軽減される。長手方向の測定が実行されなければならないとき、これは特に有利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気生理学信号が測定されることになるユーザの運動により、測定信号が明らかに影響を受けることが、容量性電気生理学センサの問題である。測定信号の斯かる影響は、運動誘導アーチファクトと表される。これは、結合静電容量が、ユーザの運動により誘導される皮膚電極間の距離変動により変化し、これにより、測定された電気生理学信号の悪化を引き起こすという事実に起因する。
【０００５】
上記の問題は、米国特許第６８０７４３８号及び国際公開第２００６０６６５６６号において表される。
【０００６】
米国特許第６８０７４３８号は、実効静電容量が皮膚電極距離に反比例し、距離に伴う静電容量の変動が、距離が大きくなるほど敏感でなくなるという事実を利用する。米国特許第６８０７４３８号は、電極板と皮膚との間のギャップを意図的に増加させることにより、運動アーチファクトを低減させることを開示する。このソリューションの不利な点は、調査される電位に対するセンサの感度もまた減少する、即ち、運動アーチファクトの低減のため信号対ノイズ比も減るので、信号振幅が犠牲にされる点にある。運動アーチファクトは減らされることができるが除去されるものではない。
【０００７】
国際公開第２００６０６６５６６号では、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る。容量性プレートによりピックアップされる対応する信号の振幅変動を決定することにより、２つのコンデンサプレートの距離の変動についての推定が行われることができる。こうして、皮膚電極距離における変動が検出されることができ、可能であれば、測定された信号におけるその影響が補償されることができる。この方法の不利な点は、電流の体への注入に関する安全性の問題が、重要な部分を占める点にある。
【０００８】
運動アーチファクト低減のための別の調査された手法は、ＥＣＧ電極部位での運動量を計測し、電気生理学信号から運動アーチファクトを減らす又は更には取り除くのに適応フィルタリング技術を用いるため、例えば加速度計といったモーションセンシング技術を使用することである。この手法の不利な点は、電極皮膚距離に対する測定量、即ち加速度からの伝達関数が、電気生理学信号及び電極皮膚距離自体と比べると、時間と共にゆっくりとしか変化することが許されない点にある。この伝達関数は、センサの皮膚への取り付けの機械的な構成に依存する。他のいかなるパーツも機械的に干渉する可能性がない場合、弾性的な取り付け品の伝達関数は時間にわたり一定でありえる。しかしながら、例えばセンサの上から衣類が着用される場合、この衣類がセンサに対して圧力を及ぼす場合があり、これは、予測不可能な態様でこの圧力に従って伝達関数を変化させる。これらの伝達関数の変化は、人の運動によりもたらされ、従って電極皮膚距離の変化と同様の時間スケールで通常は発生する。それゆえに、適応フィルタリング手法における適合時定数は理想的には、運動時定数と同じオーダーでなければならない。これは、この手法を不安定及び／又は精度不足なものにする傾向がある。
【０００９】
こうして、電気生理学信号の容量測定における運動アーチファクトの補償に関する改良されたシステムは有利であり、特に、より効率的及び／又は信頼性が高いシステムが有利である。
【００１０】
従って、本発明は、好ましくは、単独で又は任意の組合せにおいて、上述の不利な点の１つ又は複数を緩和、軽減又は除去しようとするものである。特に、本発明の目的は、運動誘導アーチファクトに関して従来技術の上述した問題を解決する電気生理学信号の容量測定を提供するシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的及び他の複数の目的は、本発明の第１の側面においてシステムを提供することにより得られ、このシステムは、電気生理学信号の運動補償された容量測定を提供する。このシステムは、
人間又は動物の体の皮膚の近傍に置かれるよう構成される第１及び第２の容量性プレートを有するセンサプローブであって、上記第１の容量性プレートと上記人間又は動物の体の皮膚との間の第１の静電容量が、上記第２の容量性プレートと上記人間又は動物の体の皮膚との間の第２の静電容量とは異なり、上記第１及び第２の容量性プレートは、上記人間又は動物の体の電気生理学信号の尺度として第１及び第２の測定信号を提供するよう構成される、センサプローブと、
プロセッサ手段であって、
上記第１及び第２の容量性プレートから上記第１及び第２の測定信号を受信し、
上記第１及び／又は第２の測定信号から運動変調された信号を決定し、並びに
上記運動変調された信号と上記第１及び／又は第２の測定信号とから、運動補償された出力信号を提供するよう構成される、プロセッサ手段とを有する。
【００１２】
本発明は、特に、しかし排他的にではなく、ユーザの体の電気生理学信号の信頼性が高い運動補償された容量測定を得ることに関して有利である。人間又は動物の体から１つの同じ電気生理学信号を検出する２つ又はこれ以上の容量性プレートをセンサプローブ内に配置することにより、運動アーチファクトの信頼性が高く正確な除去が実現可能である。
【００１３】
第１及び第２の容量性プレートは、同じ電気生理学信号の密接に関連付けられる測定及び／又は強く相関される皮膚電極距離変動を提供するため、互いに近傍して配置される。第１及び第２の容量性プレートは、例えば同心円とすることができ、及び／又はそれらの間が小さな距離だけ離れる態様で配置されることができる。これにより、プローブが人間又は動物の体に隣接して配置されるとき、第１及び第２の容量性プレートは、体の実質的に同じ位置に配置されるものとして考えられることができる。
【００１４】
「人間又は動物の体」という用語は、患者又はユーザの体を表す。短かくするため、以下「ユーザ」という用語が「人間又は動物の体」を表すために用いられる。このシステムのプローブは、斯かるユーザの皮膚の近傍に配置されるよう構成される。ここで、用語「近傍」は、電気生理学信号の利用可能な測定が入手可能であるような、ユーザの皮膚からの距離にプローブが配置されることを意味する。ユーザの近傍にあるセンサプローブの実際的な例は、皮膚に隣接して、又は皮膚からわずかな距離の所に、例えば０〜１５ｍｍ、好ましくは０〜１０ｍｍといったミリメータのオーダーの距離の所に、センサプローブが配置されるときである。更に、用語「容量性プレート」は、「コンデンサプレート」という用語と同義であり、従って、コンデンサのプレート又は導体の１つを意味する。本発明のセンサプローブでは、２つ又はこれ以上の容量性プレートの各々が、ユーザの皮膚に対する容量結合を確立するよう構成される。人間又は動物の組織が、コンデンサプレートの１つとして機能し、センサの容量性プレートが他のコンデンサプレートとして機能するよう、コンデンサが形成される。本発明のシステムでは、２つ又はこれ以上のコンデンサが、２つ又はこれ以上の容量性プレートとユーザの組織とにより形成される。
【００１５】
別の側面において、センサプローブは更に、電磁干渉を除去するためのアクティブシールドを有する。
【００１６】
本発明によるシステムの実施形態において、第１及び第２の容量性プレートは、センサプローブの測定表面に対して異なる距離を持つ、及び／又は、第１及び第２の容量性プレートは、互いに異なる領域を持つ。これにより、第１及び第２の静電容量が互いに異なることが確実にされる。これは、第１及び第２の容量性プレートからの出力信号において、運動誘導されたアーチファクトが信頼性が高く決定されることを可能にする。センサプローブの「測定表面」という用語は、ユーザの皮膚に面して配置されるように構成されるその表面を意味する。
【００１７】
システムの別の実施形態において、運動変調された信号は、第１の測定信号と、第２の測定信号に係数を適用したものとの差を計算することにより決定される。この運動変調された信号は、入力信号により乗算される、皮膚とセンサプローブとの間の距離における変化分乗算される係数に効果的に対応する。ここで、この係数は、第１及び第２の静電容量、第１の容量性プレートと皮膚との間の第１の距離、及び第２の容量性プレートと皮膚との間の第２の距離に依存する。しかしながら、運動変調された信号を推定することは、距離変化及び入力信号を直接推定することを必要としない。代わりに、この推定は、下記の式（８）に示されるように、間接的に実行されることができる。
【００１８】
このシステムの更に別の実施形態において、運動変調された信号の決定が、所定の時間間隔にわたり第１及び第２の測定信号を平均化する、又はローパスフィルタリングすることを有する。これにより、ユーザの皮膚とセンサとの間の公称距離のドリフトが、運動補償された出力信号の決定において考慮されることができる。皮膚とセンサとの間の公称距離は、動きがない場合の距離であり、距離の「ドリフト」は、その任意のゆっくりした変動を意味する。
【００１９】
更に別の実施形態において、運動補償された出力信号の提供が、最小二乗平均アルゴリズムを用いて、第１及び／又は第２の測定信号から運動変調された信号の効果を適応的に除去することを有する。
【００２０】
第２の側面において、本発明は、運動を補償する信号処理ユニットに関し、この信号処理ユニットは、人間又は動物の体の皮膚の近傍に置かれるよう構成される第１及び第２の容量性プレートを有するセンサプローブから第１及び第２の測定信号を受信する手段であって、上記第１の容量性プレートと上記人間又は動物の体の皮膚との間の第１の静電容量が、上記第２の容量性プレートと上記人間又は動物の体の皮膚との間の第２の静電容量とは異なり、第１及び第２の測定信号が、上記人間又は動物の体の電気生理学信号の尺度である、受信手段を有し、上記信号処理ユニットが、上記第１及び／又は第２の測定信号から運動変調された信号を決定し、上記運動変調された信号と上記第１及び／又は第２の測定信号とから、運動補償された出力信号を提供するよう構成される。
【００２１】
第３の側面において、本発明は、電気生理学信号の運動補償された容量測定を提供する方法に関し、この方法は、
人間又は動物の体の皮膚の近傍にセンサプローブを配置するステップであって、上記センサプローブが、第１及び第２の容量性プレートを有し、上記第１の容量性プレートと上記人間又は動物の体の皮膚との間の第１の静電容量は、上記第２の容量性プレートと上記人間又は動物の体の皮膚との間の第２の静電容量と異なる、ステップと、
上記第１及び第２の容量性プレートからの電気生理学信号の尺度として第１及び第２の測定信号を提供するステップと、
上記第１及び／又は第２の測定信号から運動変調された信号を決定するステップと、
上記運動変調された信号と前記第１及び／又は第２の測定信号とから、運動補償された出力信号を提供するステップとを有する。
【００２２】
第４の側面において、本発明は、電気生理学信号の運動補償された容量測定を提供するセンサプローブに関し、このプローブは、人間又は動物の体の皮膚の近傍に置かれるよう構成される第１及び第２の容量性プレートを有し、上記第１の容量性プレートと上記人間又は動物の体の皮膚との間の第１の静電容量が、上記第２の容量性プレートと上記人間又は動物の体の皮膚との間の第２の静電容量とは異なり、上記第１及び第２の容量性プレートは、上記人間又は動物の体の電気生理学信号の尺度として第１及び第２の測定信号を提供するよう構成される。
【００２３】
第５の側面において、本発明は、データ記憶手段を持つ少なくとも１つのコンピュータを有するコンピュータシステムが本発明の第３の側面による信号処理ユニットを制御することを可能にするよう適合されるコンピュータプログラムに関する。
【００２４】
本発明のこの側面は、コンピュータシステムが本発明の第３の側面の動作を実行することを可能にするコンピュータプログラムにより実現されることができるという点で、特に、しかし排他的にではなく有利である。こうして、いくつかの既知の信号処理ユニットが、コンピュータシステムにコンピュータプログラムをインストールすることにより、本発明に基づき作動するよう変更されることができると考えられる。斯かるコンピュータプログラムは、例えば磁気若しくは光学ベースの媒体といった任意の種類のコンピュータ可読媒体、又は例えばインターネットといったコンピュータベースのネットワークを介して提供されることができる。
【００２５】
本発明の第１、第２、第３、第４及び第５の側面はそれぞれ、他の側面のいずれかと組み合わせられることができる。本発明のこれらの及び他の態様が、以下に説明される実施形態より明らとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のシステムの実施形態の概略ブロック図である。
【図２】本発明のセンサプローブの実施形態の概略的な図である。
【図３】本発明のプロセッサ手段の実施形態に対応する回路ダイアグラムのブロック図である。
【図４ａ】本発明によるプローブ３０ａの正面図である。
【図４ｂ】本発明によるプローブ３０ａの断面図である。
【図４ｃ】本発明によるプローブ３０ａの背面図である。
【図５ａ】本発明による代替的なプローブ３０ｂの正面図である。
【図５ｂ】本発明による代替的なプローブ３０ｂの断面図である。
【図５ｃ】本発明による代替的なプローブ３０ｂの背面図である。
【図６ａ】本発明による別の代替的なプローブ３０ｃの正面図である。
【図６ｂ】本発明による別の代替的なプローブ３０ｃの断面図である。
【図６ｃ】本発明による別の代替的なプローブ３０ｃの背面図である。
【図７】本発明による方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明が以下、例示に過ぎないものを用いて、添付の図面を参照して、説明されることになる。
【００２８】
図１は、本発明のシステム１０の実施形態の概略ブロック図である。このシステム１０は、センサプローブ３０と、このセンサプローブ３０と通信するよう構成されるプロセッサ手段５０とを有する。プロセッサ手段５０は、プローブ３０からの測定信号がプロセッサは５０に通信されることができる限り、有線又は無線といった任意の適切な態様でセンサプローブ３０に接続されることができる。
【００２９】
図２は、本発明のセンサプローブ３０の実施形態の概略図である。以下に、容量性プレートとして動作する２つの電極を持つセンサプローブ３０が論じられる。斯かるデュアル容量性センサは、例示に過ぎず、２つ以上の電極が、１つの検出プローブにおいて用いられることができる点に留意されたい。
【００３０】
図２は、人間又は動物の体３１の組織の近くに配置されるセンサプローブ３０を示す。この組織は、電位Ｖｉを持つ。このセンサプローブ３０は、測定部分又はセンサ部分３２と増幅部分３３とを有するものとして表される。センサプローブのセンサ部分は、２つの容量性測定チャネルに配置される２つの容量性センサプレートＰ１、Ｐ２を有する。コンデンサのシンボルが、図２に示される場合であっても、各容量性チャネルに対するプローブ３０が、１つのセンサプレートＰ１又はＰ２のみを有する点に留意されたい。このプレートは、使用の際、ユーザの組織が他のコンデンサプレートとして機能するよう、ユーザの皮膚の近傍に配置される。図示されるセンサは、２つのプレートＰ１及びＰ２を持つ。これは、使用の際、ユーザ組織に対してほとんど同じプローブ位置で容量測定を提供するよう、ユーザの組織との２つの容量結合を提供する。第１の容量性プレートＰ１と人間又は動物の体の皮膚との間の第１の静電容量Ｃｅ１は、第２の容量性プレートＰ２と人間又は動物の体の皮膚との間の第２の静電容量Ｃｅ２とは異なるようにされる。第１及び第２の容量プレートＰ１、Ｐ２が、増幅回路３３における増幅後、人間又は動物の体の電気生理学信号の尺度として、出力３４、３５での第１及び第２の測定信号Ｖ０１、Ｖ０２を提供するよう構成される。ここで、Ｃｉ１、Ｒｉ１は第１のチャネル増幅器の入力キャパシタンス及び抵抗であり、Ｃｉ２、Ｒｉ２は第２のチャネル増幅器の入力キャパシタンス及び抵抗である。プローブの２つの結合コンデンサプレートＰ１及びＰ２は、近くに配置されるので、それらがユーザの同じ信号を効果的に測定することができる。
【００３１】
図３は、本発明のプロセッサ手段の実施形態に対応する回路ダイアグラム５０のブロック図である。回路図５０は、動き検出部分５１及び運動補償部分６０を有するものとして表されることができる。センサプローブ（図３において図示省略）の第１の容量性チャネルからの第１の測定信号Ｖ０１は、入力Ｉｎ１で受信され、積分器ブロック５２に入力される。センサプローブの第２の容量性チャネルからの第２の測定信号Ｖ０２は、入力Ｉｎ２で受信され、積分器ブロック５３に入力される。分割ブロック５４において、積分された測定信号Ｖ０１、Ｖ０２の間の比率Ｆが見つけ出される。信号Ｖｍは、ブロック５６における第１の測定信号Ｖ０１から信号Ｖ０２に係数Ｆを適用したものを減算した差を計算することにより、Ｖ０１、Ｖ０２から得られる運動変調された信号である。この運動変調された信号Ｖｍは、運動アーチファクト信号に対応する。この信号は、測定信号Ｖ０１、Ｖ０２に関するプローブの運動の効果である。第１の測定信号Ｖ０１は、回路図５０の運動補償部分６０において、運動変調信号Ｖｍを用いて、運動に関して補償される。ブロック６１における関数Ｇ１は、ブロック６４において最小二乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムにおけるターゲット関数Ｊを最小化することにより学習される。運動補償出力信号
2012500703.tif 000003
は、ブロック６２において、運動変調された信号Ｖｍに係数Ｇ１を掛けたものを第１の測定信号Ｖ０１に加えることにより実現される。
【００３２】
図４ａ〜４ｃ、５ａ〜５ｃ及び６ａ〜６ｃは、本発明によるセンサプローブの異なる実施形態を示す。センサプローブは、運動アーチファクトのない信号又は運動補償された出力信号を提供するため、プロセッサ手段（図示省略）を組み込むことができる。代替的に、図示されたプローブからの出力は、運動アーチファクトを除去するため、後続の処理に関する第１及び第２の測定信号Ｖ０１、Ｖ０２とすることができる。
【００３３】
図示される３つの実施形態において、電気生理学信号は、強く相関する皮膚電極距離変動を経験する接近して配置される２つの電極を用いて検出される。運動アーチファクト信号を得ることが可能であるよう、結合静電容量が、目的に応じて異なるように作られる。以下の実施形態は、結合静電容量がいかにして異なるように作られることができるかを示す。上述したように、本発明は２つの結合コンデンサを持つ容量性測定チャネルに限定されるものではない。即ち、単一の検出プローブにおいて２つ以上の電極を用いることが可能である。
【００３４】
図４ａ、４ｂ及び４ｃは、本発明によるプローブ３０ａの正面図、断面図及び背面図である。センサプローブ３０ａは、例えばＰＣＢ物質、例えばカプトンである電気絶縁物質の電極担体４に配置される第１の容量性プレートＰ１と第２の容量性プレートＰ２とを有する。センサプローブ３０ａは更に、電磁干渉からセンサプレートＰ１、Ｐ２を保護するよう配置されるアクティブシールド３ａ、３ｂ、３ｃを有する。
【００３５】
図４ｂから、センサプローブの正面側（即ち、ユーザの皮膚に対向して配置される側）に配置される第１の容量性プレートＰ１が、電気接続１を介してセンサプローブの背面側（即ち、ユーザの皮膚から離れる向きに配置される側）の出力３４に電気的に接続されるということが分かる。同様に、センサプローブの正面側に配置される第２の容量性プレートＰ２は、電気接続２を介してセンサプローブの背面側の出力３５に電気的に接続され、シールドの正面側部分３ａは、電気接続３ｃを介してその背面側部分３ｂに接続される。
【００３６】
図４ａ〜４ｃの実施形態において、第１の容量性プレートＰ１とユーザとの間の容量結合は、第１及び第２の容量プレートＰ１、Ｐ２の領域を異ならせることにより、第２の容量性プレートＰ２とユーザとの間の容量結合とは異なるようにされる。第１及び第２の容量プレートＰ１、Ｐ２は、同心の円形プレートである。これは、それらが同じ電気生理学信号を測定するため、体の実質的に同じ位置に配置されることを確実にする。
【００３７】
図５ａ、５ｂ及び５ｃは、本発明による代替的なプローブ３０ｂの正面図、断面図及び背面図である。センサプローブ３０ｂは、例えばＰＣＢ物質、例えばカプトンである電気絶縁物質の電極担体４'に配置される第１の容量性プレートＰ１'と第２の容量性プレートＰ２'とを有する。センサプローブ３０ｂは更に、電磁干渉からセンサプレートＰ１、Ｐ２を保護するよう配置されるアクティブシールド３ａ'、３ｂ'、３ｃ'を有する。
【００３８】
図５ｂから、センサプローブの正面側に配置される第１の容量性プレートＰ１'が、電気接続１'を介してセンサプローブの背面側の出力３４'に電気的に接続されるということが分かる。同様に、センサプローブの正面側に配置される第２の容量性プレートＰ２'は、電気接続２'を介してセンサプローブの背面側の出力３５'に電気的に接続され、シールドの正面側部分３ａ'は、電気接続３ｃ'を介してその背面側部分３ｂ'に接続される。
【００３９】
図５ａ〜５ｃの実施形態において、第１の電極Ｐ１'とセンサプローブ３０ｂの正面側との間の距離は、第２の電極Ｐ２'とセンサプローブ３０ｂの正面側との間の距離とは異なるようにされる。距離における差は、
2012500703.tif 000004
と表される。この差
2012500703.tif 000005
は、第１及び第２の容量プレートＰ１'、Ｐ２'の領域が同一であるとき、第２の容量性プレートＰ２'とユーザとの間の容量結合との比較における、第１の容量性プレートＰ１'とユーザとの間の容量結合における差を確実にする。もちろん、異なる皮膚電極距離、即ち電極とセンサプローブの正面側との間の距離を実現するための、他の異なる電極ジオメトリも想定される。
【００４０】
図６ａ、６ｂ及び６ｃは、本発明による更に別のプローブ３０ｃの正面図、断面図及び背面図である。異なる電極領域を持ち、異なる皮膚電極距離を持つデュアルチャネル・センサプローブが提案されるという点で、この実施形態は、図４ａ〜４ｃ及び図５ａ〜５ｃにおける実施形態の組合せとして見られることができる。
【００４１】
センサプローブ３０ｃは、例えばＰＣＢといった電気絶縁的物質の電極担体４"に配置される第１の容量性プレートＰ１"及び第２の容量性プレートＰ２"を有する。センサプローブ３０ｃは更に、電磁干渉からセンサプレートＰ１"、Ｐ２"を保護するよう配置されるアクティブシールド３ａ"、３ｂ"、３ｃ"を有する。
【００４２】
図６ｂから、センサプローブの正面側に配置される第１の容量性プレートＰ１"が、電気接続１"を介してセンサプローブの背面側の出力３４"に電気的に接続されるということが分かる。同様に、センサプローブの正面側に配置される第２の容量性プレートＰ２"は、電気接続２"を介してセンサプローブの背面側の出力３５"に電気的に接続され、シールドの正面側部分３ａ"は、電気接続３ｃ"を介してその背面側部分３ｂ"に接続される。
【００４３】
図６ａ〜６ｃの実施形態において、第１の電極Ｐ１"とセンサプローブ３０ｃの正面側との間の距離は、第２の電極Ｐ２"とセンサプローブ３０ｃの正面側との間の距離とは異なる。距離における差は、
2012500703.tif 000006
と表される。更に、第１及び第２の容量プレートＰ１"、Ｐ２"の領域は異なるように作られる。距離及び領域におけるこれらの２つの差は、第２の容量性プレートＰ２"とユーザとの間の容量結合と比較して、第１の容量性プレートＰ１"とユーザとの間の容量結合における差を確実にする。もちろん、異なる皮膚電極距離を実現するための他の異なる電極ジオメトリも想定される。
【００４４】
図７は、電気生理学信号の運動補償された容量測定を提供するための本発明による方法１００のフローチャートである。ステップＳで始まる方法１００は、人間又は動物の体の皮膚の近傍にセンサプローブを配置するステップ（ａ）を有する。センサプローブは、図４ａ〜４ｃ、図５ａ〜５ｃ又は図６ａ〜６ｃに示されるようなセンサプローブとすることができる。センサプローブは、第１及び第２の容量性プレートを有し、第１の容量性プレートとユーザの皮膚との間の第１の静電容量は、第２の容量性プレートとユーザの皮膚との間の第２の静電容量とは異なる。
【００４５】
後続のステップ（ｂ）において、第１及び第２の測定信号が、第１及び第２の容量性プレートからの電気生理学信号の尺度として提供される。
【００４６】
続いてステップ（ｃ）において、運動変調された信号は、第１及び／又は第２の測定信号から決定され、後続のステップ（ｄ）において、運動補償出力信号
2012500703.tif 000007
が、運動変調された信号と第１及び／又は第２の測定信号とから提供される。この方法は、ステップＥにおいて終わる。
【００４７】
この方法１００のステップを実行するための処理の例が、図２及び３を参照して、以下に説明される。
【００４８】
図２を参照すると、２つのチャネルの伝達関数、即ちＶ０１からＶｉまで及びＶ０２からＶｉまでの伝達関数はそれぞれ、
2012500703.tif 000008
により与えられる。なお、共通のモード信号（例えば、ＡＣ電源から生じる５０Ｈｚの信号）を除去するために通常採用される差分測定（differential measurement）に関して、このタイプの２つの回路が必要とされる点に留意されたい。
【００４９】
測定された信号Ｖ０１及びＶ０２に基づき、運動変調された信号Ｖｍが得られ、続いて、運動アーチファクトのない
2012500703.tif 000009
（又は
2012500703.tif 000010
）を得るため、Ｖ０１（又はＶ０２）における運動誘導による乱れを除去する際に使用されることができる。
【００５０】
公称状態、即ち、運動アーチファクトのない状態において、２つの検出チャネルは、実効結合静電容量
2012500703.tif 000011
を持つと仮定される。
【００５１】
ε１、ε２は誘電率であり、Ａ１、Ａ２は、第１及び第２のコンデンサプレートＰ１、Ｐ２の面積であり、ｄ１、ｄ２は、センサプローブが使用中であるときの第１及び第２のコンデンサプレートＰ１、Ｐ２とユーザの皮膚との間の距離である。
【００５２】
静電容量Ｃｅ１及びＣｅ２は、例えば、第１のチャネルにおける電極を、第２のチャネルにおける電極の面積の２倍であるようにする、即ちＡ１＝２Ａ２とすることにより、異なるようにされる。（１）から、２つのチャネルに対する定常状態の読み出しが、
2012500703.tif 000012
により与えられる。
【００５３】
実際的な測定において、コンデンサプレートが非常に接近して配置されるので、それらが経験する運動誘導による皮膚プレート間の距離変動は強く相関される。単純化された場合、これは、
2012500703.tif 000013
として表されることができる。ここで、ｋは、負の数でもよい係数を表す。読み出しは、
2012500703.tif 000014
となる。
【００５４】
皮膚プレート距離変化Δｄにおいてテイラー級数展開を用いて、高次項を省略すると、
2012500703.tif 000015
が得られ、ここで、
2012500703.tif 000016
が成り立つ。
【００５５】
高次項の省略は、ｄ１及びｄ２が十分に大きく設計されるとき、
2012500703.tif 000017
、
2012500703.tif 000018
、
2012500703.tif 000019
及び
2012500703.tif 000020
が成り立つという事実により合理化される。（６）は運動アーチファクトの存在下における測定結果が、２つの要素で近似されることができることを意味する。１つは、運動アーチファクトのない要素であり、もう１つは、皮膚プレート距離変化Δｄにより変調される要素である。
【００５６】
提案されたスキームの動き検出部分において、運動信号は、（６）に基づき、
2012500703.tif 000021
として得られることができる。ここで、
2012500703.tif 000022
が成り立つ。
【００５７】
信号Ｖｍは、係数Ｍまで、皮膚プレート距離変動Δｄにより変調される入力信号Ｖｉである。運動信号Ｖｍを利用して、最小二乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムは、Ｖ０１（又はＶ０２）から運動誘導された信号要素Ｖｍ１（又はＶｍ２）を適応的に除去することが可能である。
【００５８】
例としてＶ０１をとれば、運動補償部分において、除去後の信号が、
2012500703.tif 000023
により得られることができる。ここで、Ｇ１は、ターゲット関数
2012500703.tif 000024
を最小化することにより学習される。
2012500703.tif 000025
は、期待値を表す。Ｇ１に関する更新規則は、
2012500703.tif 000026
により与えられる。ここで、μ１は、更新レートを制御する正の係数である。
2012500703.tif 000027
が、平均して、ゼロに近づくとき、（１２）における更新は、平衡状態に達し、
2012500703.tif 000028
がもたらされる。
【００５９】
（１３）を（１０）に代入し、（６）及び（７）を用いれば、容易に
2012500703.tif 000029
が得られることができる。
【００６０】
こうして、図２及び図３に示されるスキームは、運動に対して感度の低い信号測定手段を提供する。
【００６１】
公称上の皮膚対プレート距離ｄ１及びｄ２は、測定の間ドリフトすることができる。これは、時間にわたりＣｅ１及びＣｅ２の変動、及び順に係数Ｆの変動を引き起こす。Ｆの変動は、Δｄのそれと比較してゆっくりしていると予想される。それは、図３に示されるように、Ｖ０１の大きさとＶ０２の大きさとの比に追従することにより更新されることができる。この比は、例えば、特定の時間間隔にわたり、Ｖ０１及びＶ０２を平均化するか、又はローパスフィルタリングを用いて得られることができる。Ｆも更新を必要とする。なぜなら、Ｃｉ１及びＣｉ２がゆっくり時間変化することができるからである。
【００６２】
明らかに、Ｍは、結合静電容量のゆっくりしたドリフトだけでなく、可能性としてｋが高速に変化しても、時間変動するであろう。従って、Ｇ１の更新レートμ１は、それに追従することが可能であるよう適切にチューニングされるべきである。
【００６３】
より一般的には、電極により経験される皮膚対プレート距離変化の間の相互相関性は、スカラーｋの代わりに、フィルタＫにより表されることができる。従って、Ｍも同様にフィルタになり、フィルタＧ１は学習されることを必要とする。
【００６４】
一般に、本発明は、接近して配置される少なくとも２つの電極を用いて電気生理学信号が容量的に検出され、この電極が、非常に相関された皮膚電極距離変動を経験するような、システム及び方法に関する。運動アーチファクト信号を得ることが可能であるよう、電極と皮膚との間の容量結合は、意図的に異なるようにされる。信号処理手段を用いて、所望の電気生理学信号だけを残すよう、運動アーチファクト信号が測定された信号から除去されることができる。
【００６５】
測定された量は電極皮膚距離自体に依存するので、このシステム及び方法は、伝達関数の定常性に依存する必要はない。これにより、それらは、信頼性が高く運動アーチファクトのない出力信号を与える。
【００６６】
本発明は、特にコンタクトレス技術（容量結合）を用いて電気生理学信号（例えば、ＥＣＧ、ＥＭＧ、ＥＥＧ等）の測定が実行されるような、任意の医療及びヘルスケア・デバイス、ＣＥ製品及び他の用途に関連することができる。
【００６７】
本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの任意の組み合わせを含む適切な形式で実現されることができる。本発明又は本発明のいくつかの特徴は、１つ若しくは複数のデータプロセッサ、及び／又はデジタル信号プロセッサ上で実行されるコンピュータソフトウェアとして実現されることができる。本発明の実施形態の要素及び部品は、任意の適切な態様で物理的、機能的及び論理的に実現されることができる。実際、その機能は、単一のユニットで、複数のユニットで、又は他の機能ユニットの一部として実現されることができる。そのようなものとして、本発明は、単一のユニットで実現されることができるか、又は異なるユニット及びプロセッサ間に物理的及び機能的に分散されることができる。
【００６８】
本発明は、特定の実施形態と共に説明されてきたが、本書に記載される特定の形式に限定されることを意図するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲によってのみ限定される。特許請求の範囲において、「有する」という用語は、他の要素又はステップの存在を排除するものではない。更に、個別の特徴が異なる請求項に含まれることができるが、これらは可能であれば有利に結合されることができる。異なる請求項に含まれることは、これらの特徴の組み合わせが、実現できない及び／又は有利でないことを意味するものではない。更に、単数形の参照は、複数性を排除するものではない。従って、「a」「an」「第１」「第２」等への参照は、複数性を除外するものではない。更に、請求項における参照符号は、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
2012500703.tif 000039
【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2012500703.tif 000044
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