專利名稱：生物測量傳感器及生物測量方法
技術領域：
本發明涉及生物測量傳感器和生物測量方法，特別涉及用于不直接接觸被測者的身體表面而取得心電圖的生物測量傳感器和生物測量方法。
背景技術：
由普通心電儀測量的心電圖的記錄，是測量安靜時的心功能的記錄，是通過記錄在被測者的身體表面所產生的電壓變化的心電圖來進行的。心電圖是心臟跳動所產生的電的活動記錄，在心臟收縮之前，以曲線的形式記錄由刺激的生成與傳播而興奮起來的心肌所導致的產生在身體表面的電壓。
圖9是以往的心電儀的簡略方塊圖。為了測量心電圖，如圖9所示，使如銀/氯化銀電極那樣的固定電極51在被測者的手腕和腳腕附近通過涂抹導電軟膏與皮膚10粘著，或利用減壓使其吸附在皮膚10上，或利用帶子等加壓使其與皮膚10壓接，以此來進行固定。從固定電極51得到的生物電信號通過差動放大器52放大，用除噪濾波器53去除噪聲成分，通過A/D轉換器54抽樣并轉換成數字信號，通過處理裝置55將圖10A所示的心電圖記錄在記錄儀上，或波形顯示在顯示畫面上。
此時，被測者被強制在診療床上仰面且安靜地躺著。由于固定電極51在每次測量時均被固定于被測者上，且如上所述需要通過使用導電軟膏、減壓、加壓使其固定在身體表面來進行測量，所以在被測者不知不覺中進行測量是有困難和局限性的。
另外，具有發作性、一時性的心臟疾病的患者的場合，例如有必要經24小時用長時間心電圖記錄器來進行心電圖記錄。此時，患者被強制粘貼固定電極51，如果連續數小時粘貼著固定電極51，則有可能有接觸面會發癢，或由于過敏性反應而導致紅腫的情況。如果將固定電極51與皮膚10之間間隔布料等，以使其不直接與皮膚10接觸，則將無法通過固定電極51直接檢測出生物電信號。
雖然已想到間隔布料將固定電極51靜電電容耦合，由此安裝在皮膚10上來檢測出生物電信號的方法，但是，由于固定電極51的輸出為高阻抗，即使存在少量的噪聲電流，噪聲電壓也會如圖10B、圖10C所示變得很大，而無法讀取生物電信號。另外，圖10B表示間隔絲綢、圖10C表示間隔棉布時的固定電極51的輸出電壓。
另外，在JP特開2002-159458號公報中，記載有如下生物電信號誘導傳感器及記錄系統，即在衣服的規定部位縫入導電性纖維，通過該導電性纖維構成誘導電極且檢測生物電信號，并將心電圖記錄到被收納于衣服的口袋中的記錄器。
但是，將導電性纖維作為誘導電極使用時，導電性纖維不一定與肌膚緊密接觸，而無法測量正確的心電圖。加之，導電性纖維與金屬電極同樣，有可能誘發過敏反應。
發明內容
本發明的目的在于，提供使用電容可更加低侵襲地測量心電圖的生物測量傳感器及生物測量方法。
本發明是從被測者的身體表面檢測出生物電信號的生物檢測傳感器，其具有在被測者的身體表面間隔絕緣物而靜電電容耦合的導電性電極、以及從導電性電極將生物電信號作為低阻抗信號提取的生物電信號提取電路。
在本發明中，通過間隔絕緣物，將導電性電極安裝在被測者的身體表面并將生物電信號作為低阻抗信號輸出，可不被噪聲阻礙并低侵襲地測量心電圖，且可消除誘發過敏反應等的可能性。
優選地，導電性電極為金屬電極。
優選地，導電性電極為導電性纖維。
優選地，絕緣物為薄質的布料。
優選地，生物電信號提取電路包括輸入為高輸入阻抗、且輸出為低阻抗的阻抗轉換電路。
優選地，生物電信號提取電路包括濾波電路，該濾波電路用于從阻抗轉換電路的輸出提取包括生物電信號的頻率成份。
優選地，生物電信號提取電路包括放大電路，該放大電路將從阻抗轉換電路輸出的生物電信號用高增益進行放大。
另外，作為在導電性電極與絕緣物之間設置的高電容率部件，也可設置鈦酸鋇瓷器。
本發明的生物測量方法，通過將包括在被測者的身體表面間隔絕緣物而安裝的導電性電極的生物測量傳感器，與被測者的身體表面進行靜電電容耦合并安裝，而將生物電信號以低阻抗抽取。
圖1是表示本發明的一個實施方式的生物測量傳感器的截面圖。
圖2是表示布料厚度與靜電電容的關系的圖。
圖3是表示頻率與阻抗的關系的圖。
圖4是本發明的一個實施方式中的生物測量裝置的方塊圖。
圖5A是表示從圖4所示的生物測量裝置輸出的心電波形的圖。
圖5B是表示從圖4所示的生物測量裝置輸出的心電波形的圖。
圖6是表示本發明的其它實施方式的生物測量傳感器的截面圖。
圖7A是表示構成本發明的又一其它實施方式的生物測量傳感器的生物測量用衣著的圖。
圖7B是表示構成本發明的又一其它實施方式的生物測量傳感器的生物測量用衣著的圖。
圖8A是圖7A和圖7B所示的生物測量用衣著的導電性纖維的放大圖。
圖8B是圖7A和圖7B所示的生物測量用衣著的導電性纖維的放大圖。
圖9是以往的心電儀的簡略方塊圖。
圖10A是表示從以往的心電儀輸出的心電波形的圖。
圖10B是表示從以往的心電儀輸出的心電波形的圖。
圖10C是表示從以往的心電儀輸出的心電波形的圖。
具體實施例方式
圖1是表示本發明的一個實施方式的生物測量傳感器的截面圖。圖1所示的生物測量傳感器1，以不與被測者的皮膚7直接接觸而由靜電電容耦合進行的接觸為測量原理。作為導電性電極設置金屬電極的一個例子的銀電極2。銀電極2呈薄的圓板狀或四角狀。作為導電性電極，不局限于銀電極2，也可采用其它不銹鋼、鋁、導電性布料、導電性凝膠等。
生物測量傳感器1，間隔作為絕緣物的絲綢等薄質的布料6而與皮膚7表面緊密接觸，并檢測在被測者的身體表面所產生的生物電信號的變化。
圖2是表示布料厚度與靜電電容的關系的圖，圖3是表示頻率與阻抗的關系的圖。
如圖2所示，隨布料的厚度變薄而靜電電容增加。例如，作為布料6采用厚度為240μm左右的絲綢，可預計生物測量傳感器1與皮膚7之間的靜電電容將為10-11F左右。此外，從圖3可推定隨生物波形的頻率f變高，輸出阻抗將變小，在間隔絲綢的狀態下的生物測量傳感器1的輸出阻抗Z在頻率0.1Hz時為1011Ω左右的高阻抗。
圖4是根據從圖1所示的生物測量傳感器1輸出的生物電信號而輸出心電圖的生物測量裝置21的方塊圖。如上所述，生物測量傳感器1中輸出阻抗Z為1011Ω左右的高阻抗值，因此，在其輸出中即使流動很少的噪聲電流，也會導致出現較大的噪聲電壓。因此，需要用于以低阻抗輸出生物測量傳感器1的輸出信號的阻抗轉換器。
用生物測量傳感器1檢測出的高阻抗的生物電信號，通過輸入端子11提供給儀表放大器12，且被變換成低阻抗的生物電信號，并提供給LPF(低通濾波器)13。儀表放大器12中，輸入阻抗為1000GΩ，增益通過改變外設電阻值，被設定為62倍。LPF13從生物電信號提取100Hz以下的頻率成分并提供給DC伺服電路14。DC伺服電路14，以抑制生物電信號的DC成分的變動而使其為零的形式，施加伺服處理，并提供給除噪濾波器15。除噪濾波器15構成為可切換的，以便可從生物電信號中提取50Hz或60Hz的頻率成分，且將提取的頻率成分的生物電信號提供給反轉放大器16。
反轉放大器16由于通過儀表放大器12反轉生物電信號，所以在放大到16倍后，反轉成原來的信號的極性。其結果，生物電信號被放大到62×161000倍。被反轉的生物電信號被提供給DC伺服電路17，再進行DC伺服處理以使生物電信號的DC成分的變動為零，且提供給除噪濾波器18。除噪濾波器18與前段的除噪濾波器15相同，構成為可切換的，以便可從生物電信號中提取50Hz或60Hz的頻率成分。用除噪濾波器18提取的生物電信號被A/D轉換器19抽樣且變換為數字信號，而提供給處理裝置20，并實施必要的處理輸出心電波形。
另外，也可從除噪濾波器18讀取模擬信號的生物電信號，通過示波器觀測心電波形。
圖5A和圖5B是從圖4所示的生物測量裝置輸出的心電波形圖，其分別為在生物測量傳感器1與皮膚7之間間隔絲綢、棉布時所輸出的心電波形圖。
如上所述，在本實施方式中，通過間隔布料6使生物測量傳感器1的銀電極2與被測者的皮膚7密接，作為生物測量裝置21的儀表放大器1采用輸入阻抗被設定為更高的裝置，在施加伺服處理，以便在2段的DC伺服電路14、17中使DC成分的變動為零，而且通過2段的除噪濾波器15、18從生物電信號中選擇并提取50Hz或60Hz的頻帶，從而可輸出心電波形。
因此，通過在絲綢和棉布等質地的內衣上安裝生物測量傳感器1，可低侵襲地測量心電圖。并且，由于間隔內衣等將生物測量傳感器1安裝在皮膚上，所以可消除如以往那樣由將固定電極直接安裝在身體上而導致的過敏反應的可能性。
此外，作為間隔在生物測量傳感器1與被測者的身體表面之間的布料，不局限于絲綢和棉布，也可采用具有與這些布料基本相同的厚度的合成纖維或日本紙。
圖6是表示本發明的其它實施方式中的生物測量傳感器的截面圖。該圖6所示的生物測量傳感器1a，是在圖1所示的生物測量傳感器1的金屬電極2與布料6之間新設置有由高電容率材料構成的鈦酸鋇(BaTiO3)瓷器4的傳感器，鈦酸鋇瓷器4呈圓板狀或四角狀，在其一個面上，銀電極2的一個面密接地被電連接。如此，由于通過在生物測量傳感器1a上間隔鈦酸鋇瓷器4可使靜電電容增大，所以與圖1所示的實施方式相比，可縮小傳感器輸出的輸出阻抗，與圖4所示的例子相比，可縮小測量裝置的輸入阻抗，可采用阻抗轉換電路的輸入阻抗為100MΩ左右的阻抗。
如上所述，根據該實施方式，在與鈦酸鋇瓷器4的一個面密接地設置用于讀取生物電信號的銀電極2，來構成生物測量傳感器1a，在被測者的皮膚7上間隔薄質的布料6來載置生物測量傳感器1a，將鈦酸鋇瓷器4與薄質的布料6進行靜電電容耦合，并從銀電極2讀取生物電信號，將該生物測量傳感器1的輸出提供給生物測量裝置，而可輸出心電圖。
此外，在上述說明中，雖然作為高電容率部件適用了鈦酸鋇瓷器4的場合進行了說明，但不僅限于此，也可采用其它高電容率部件。
圖7A和圖7B是表示構成本發明的又一其它實施方式中的生物測量傳感器的生物測量用衣著的圖，圖8A和圖8B是圖7A和圖7B所示的生物測量用衣著的導電性纖維的放大圖。
雖然上述的圖1和圖6所示的生物測量傳感器1、1a是以從內衣等的布料之上與皮膚7密接的方式而構成的，但是，圖7A和圖7B所示的實施方式是將導電質地31編入在衣著30中一直與被測者的身體表面直接接觸的肩部的。并且，在導電質地31與身體表面之間編入有絲綢32，以便導電質地31不直接與被測者的身體表面接觸。
如圖8A所示，導電質地31用導電性絲33與非導電性絲34的織物體構成，在該織物體與身體表面之間編入有圖8B所示的絲綢32。導電性絲33例如可采用金、銀、銅等的金屬絲、聚苯胺、聚乙炔等的導電性共聚合物、鍍銀尼龍絲等的導電性纖維。作為非導電性絲34，可采用棉絲、丙烯類、尼龍、聚酯絲等。
如果將導電質地31與圖4所示的生物測量裝置21的輸入端子11相連接，則可從處理裝置20輸出心電波形。
此外，在圖7A和圖7B所示的實施方式中，雖然在衣著30的肩的部分編入了導電質地31，但不局限于此，只要是可與被測者的身體表面直接接觸的位置，則不局限于肩部。也可用導電質地31構成衣著30整體。
以上，參照附圖，對本發明的實施方式進行了說明，但是，本發明不局限于圖示的實施方式。對于圖示的實施方式，在與本發明同一的范圍內，或均等的范圍內，可加入各種修正或變形。
工業上的可利用性本發明可利用于將金屬電極2與被測者的身體表面之間的布料6作為靜電電容，在身體表面通過靜電電容耦合，來使生物測量傳感器1接觸，從金屬電極2中提取生物電信號，將該生物測量傳感器1的輸出提供給包括具有高輸入阻抗、低輸出阻抗的阻抗轉換器的生物測量裝置21并讀取電壓波形，低侵襲地測量心電圖。
權利要求
1.一種生物測量傳感器，從被測者的身體表面檢測出生物電信號，其特征在于，具有導電性電極，其在前述被測者的身體表面間隔絕緣物進行靜電電容耦合；生物電信號提取電路，其以低阻抗來從前述導電性電極輸出生物電信號。
2.如權利要求1所述的生物測量傳感器，其特征在于前述導電性電極是金屬電極。
3.如權利要求1所述的生物測量傳感器，其特征在于前述導電性電極是導電性纖維。
4.如權利要求1所述的生物測量傳感器，其特征在于前述絕緣物是薄質的布料。
5.如權利要求1所述的生物測量傳感器，其特征在于前述生物電信號提取電路包括輸入為高輸入阻抗且輸出為低阻抗的阻抗轉換電路。
6.如權利要求1或5所述的生物測量傳感器，其特征在于前述生物電信號提取電路包括濾波電路，該濾波電路用于從前述阻抗轉換電路的輸出提取包括前述生物電信號的頻率成份。
7.如權利要求5或6所述的生物測量傳感器，其特征在于前述生物電信號提取電路包括放大電路，該放大電路將從前述阻抗轉換電路輸出的生物電信號用高增益進行放大。
8.如權利要求1所述的生物測量傳感器，其特征在于還包括在前述導電性電極與前述絕緣物之間設置的高電容率部件。
9.如權利要求8所述的生物測量傳感器，其特征在于前述高電容率部件為鈦酸鋇瓷器。
10.一種生物測量方法，采用包括在被測者的身體表面間隔絕緣物而安裝的導電性電極的生物測量傳感器，從前述被測者的身體表面提取生物電信號，該生物測量方法的特征在于通過在前述被測者的身體表面進行靜電電容耦合并安裝前述生物測量傳感器，將前述生物電信號以低阻抗輸出。
全文摘要
將金屬電極(2)與被測者的身體表面之間的布料(6)作為靜電電容，通過靜電電容耦合，使生物測量傳感器(1)與身體表面接觸，從金屬電極(2)提取生物電信號，采用具有高輸入阻抗、低輸出阻抗的阻抗轉換器，將該生物測量傳感器(1)的輸出以心電波形的方式輸出。
文檔編號A61B5/0478GK1829474SQ20048002156
公開日2006年9月6日 申請日期2004年9月1日 優先權日2003年10月3日
發明者植野彰規, 石山陽事, 星野洋, 葛西健造, 鈴木幸代 申請人:阿普麗佳育兒研究會阿普麗佳葛西株式會社