JPH029811B2

JPH029811B2 -

Info

Publication number: JPH029811B2
Application number: JP62335010A
Authority: JP
Inventors: Norio Akamatsu; Yasuhiro Toyosu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-12-30
Filing date: 1987-12-30
Publication date: 1990-03-05
Also published as: JPS6446434A

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

本発明は、心臓電気現象を明確にとらえる為、
心臓に近い体表面の多くの点から電位を測定し、
測定した電位を演算してある時間における電位分
布図を表示する体表面心電計用の電極に関する。

【従来の技術並びにその問題点】

従来の心電計は、胸部６点の電位変化を測定し
ている。この心電計は、各点の観測波形から心臓
の異常を検査している。しかしながら、この方式
の心電計によつては、必ずしも全ての心臓電気現
象を明確に調べることが難しい。近年、新しい方式の心電計として、例えば、心
臓に近い体表面の80〜200点に電極を配設し、全
ての電極から心電位を採取し、総合的に心臓の電
気現象を判断する体表面心電計が開発されてい
る。体表面心電計は、例えば第１図に示すように、
ある時間における心臓付近の体表面に現れる電位
分布図を作成する。電位分布図は、心臓電気現象
の、体表面における電位の分布図である。電位分
布図は、全ての電極からの測定信号を基にして、
コンピユータで演算して求められる。すなわち、
ある時間における各電極の測定電位を、コンピユ
ータのメモリに記憶させ、各電極の測定電位に基
づいて、等電位点を計算し、等電位線を、例え
ば、数十マイクロボルトピツチにXYブロツクや
モニタテレビに書かせるものである。この方式の心電計は、一定の時間間隔（例えば
数ミリ秒間隔）で電位分布図を表示させることに
よつて、心臓近傍の体表面に現れる、プラスある
いはマイナス領域の拡大、収縮状態、並びに電位
勾配の変化等が一目瞭然で、心電現象を明確に表
示する。このように優れた特性を有するにもかかわら
ず、体表面心電計は今だに普及してない。それ
は、極めて多数の測定点から、同時に正確に心電
位を測定することが極めて難しいことが理由であ
る。この方式の心電計が、電極から正確に電位を
測定することが難しいのは、次の〜のことが
原因である。測定点が著しく多いこと。測定信号が、正確な測定信号であるか、誤差
のある測定信号であるかの判別が難しいこと。電極の測定誤差が、電位分布図を著しく歪ま
せるが、その歪が心臓疾患が原因であるか、あ
るいは、測定誤差が原因であるかの判断が難し
い。測定点が多くなることは、測定を飛躍的に困難
とする。例えば、各電極が100分の１の確率で測
定不良を起こすと仮定する。この場合、10点の電
極では、何れかの電極が測定不良を起こす確率
は、10分の１に過ぎない。言い換えると、10回測
定して、何れかの電極が測定誤差を発生する確率
は僅かに１回、残り９回は全ての電極が正確に測
定できる。しながら、同一の電極を使用して、
100点の心電位を測定すると、常時何れかの電極
が測定不良を起こすことになる、全ての電極で心
電位を正確に測定できない。各電極が100分の１
の確率で測定不良を起こすことは、実際の心電位
測定において決してまれなことではない。このため、体表面心電計は、多数の電極を体表
面にセツトするのに時間がかかり、さらに、全て
の電極から正確に心電位を測定するのに著しく時
間がかかつているのが実状である。さらに困つたことに、体表面心電計は、電極の
測定電位から、正確な測定電位であるか、不正確
な測定電位であるかがわかり難い欠点がある。そ
れは、従来の心電計のように、心電位の時間的な
変化を表示しないことが理由である。従来の心電
計のように、時間的に変化する波形を観測するも
のは、電極が接触不良を起こすと、零点がずれて
目でハツキリと測定誤差があることを知ることが
できる。しかしながら、体表面心電計は、心電位
の時間的な変化を表示するものでなく、電位分布
図を表示して、心臓の電気現象を検査するので、
電極の接触不良を電位分布図から見分けることが
難しい。さらに、困つたことに、体表面心電計は患者に
よつて電位分布図が異なるが、心臓疾患による電
位分布図の歪と、測定不良による電位分布図の歪
とが類似することがある。このため、歪のある電
位分布図を見て、心臓に疾患があるのか、あるい
は、測定不良によるものかの判別が極めて難し
い。このことは、健康人を観測するにもかかわら
ず、電位分布図に歪ができることがあり、体表面
心電計の最大の欠陥となつている。このため、従来の吸盤式の電極を使用して、約
百ケ所から正確に心電位を測定するには、４人で
30分から１時間以上も掛かり、うまくいつても、
１時間に１〜２人しか検査できない。このため、この方式の心電計には、使い捨ての
電極が使用されている。使い捨ての電極は、表面
に粘着性のペーストと電解液とが塗布されてい
る。この電極は、吸盤式の電極よりも安定に心電
位を測定できる。しかしながら、この構造の電極
も、多数の心電位を同時に正確に測定することが
難しい。さらに、体表面心電計の電極は、個人差、男女差による体型にも対応でき、体表面上の凹凸並びに、呼吸運動によるる凹
凸変動によつても測定誤差を生ずることがな
く、更に、患者に対して恐怖感、苦痛、圧迫感を
与えることがなく、更にまた、簡単かつ容易に、しかも迅速に脱
着できてメンテナンスに手間が掛からず、しかも各電極を相対的に位置ずれなく定位置
に配設できることが要求される。ところで、針電極をスプリングで弾性的に押し
出す構成の脳波計用の電極は開発されている（特
公昭54−30866号公報）。この構造の電極は体表面
心電計の電極に応用できる。この構造の電極を体
表面心電計の電極に応用する場合、正確に接触点
の電位を検出する為には、針電極を強い押圧力で
体表面に押し付ける必要がある。しかしながら、
実際には、針電極の押圧力に制限を受ける。電極
数が多いので、全体の押圧力が強くなることが理
由である。例えば１本の電極の押圧力を500ｇ、
電極数を100組とすれば、全体では50Kgもの強い
力で胸部を押圧することになり、患者に強い圧迫
間を与える。体力衰えた病人の検査には、強い押
圧力で押圧することは決して好ましくない。この為、単に電極の押圧力を強くするだけで
は、安定に心電位を測定できる電極を実用化でき
ない。また、体表面心電計が精密な電位分布図を表示
するには、電極が正確に心電位を測定することに
加えて、電極数を多くして、測定点を多くする。電極を位置ずれしない状態で体表面にセツト
する。ことも大切である。測定点が多いほど、精密な電位分布図を作成で
きる。しかしながら、測定点が多い程、全ての電
極から正確に心電位を測定するのが難しくなる。また、電極は特定の位置から位置ずれしないで
心電位を測定する必要がある。電極から心電位を
入力するコンピユータは、電極が決められた配列
にあると仮定して、電位分布図を計算する。電極
の位置が決められた位置からずれると、計算され
た電位分布図に歪ができる。コンピユータが仮想
した電極位置と、実際の測定位置とがずれるから
である。このため、電極は位置ずれなく、特定さ
れた体表面の心電位を測定できることが大切であ
る。

【この発明の目的】

本発明は互いに接近して配設された電極が、凹
凸ある人体表面に安定に接触し、体表面箇所の電
位を正確に検出できる体表面心電計の電極を提供
するにある。また、本発明の他の重要な目的は、体表面への
押圧力が弱く、患者に圧迫感、不快感を与えるこ
となく体表面電位が検出できる体表面心電計用の
電極を提供するにある。

【従来の問題点を解決する為の手段】

この発明の体表面心電計用の電極は、下記の構
成を備えている。 (a) 体表面心電計用の電極は、人体胸部の皮膚表
面の複数箇所に接触して、接触点の電位を検出
する電極である。 (b) 電極は、人体の皮膚表面に直接接触する複数
本の針電極と、この針電極を有する本体と、針
電極の先端を弾性的に体表面に向けて押圧する
弾性体とを備えている。 (c) 針電極は、これが人体の表面に接触して心電
位が検出できるように、少なくとも表面が導電
性を有する。 (d) 複数本の針電極が互いに接近して配設されて
おり、これ等互いに接近して配設された複数の
針電極は、何らか１本が人体表面に接触すると
体表面の心電位を検出できるように、電気的に
並列に接続されて１組の電極ユニツトを形成し
ている。 (e) 電極ユニツトは複数組あり、ひとつの電極ユ
ニツト内においては、何れの針電極が心電位を
測定しても、位置の誤差が少なくなるように、
ひとつの電極ユニツト内の針電極間隔は、隣接
する電極ユニツト間の距離に比較して接近され
ている。 (f) 全ての針電極が均一に体表面に押圧されるよ
うに、針電極は、弾性体によつてそれぞれが独
立して弾性的に体表面に向かつて出入り自在
で、かつ、同じ電極ユニツトを構成する針電極
は、平行ないしほぼ平行に移動自在に取り付け
られている。 (g) 各組の電極ユニツトの何れかまたは全体の針
電極が、体表面局部の電位を検出し、複数組の
電極ユニツトで人体胸部の特定点の心電位を局
部的に検出し、この心電信号が、演算回路に入
力されるように構成されている。

【作用効果】

体表面心電計が、精密に電位分布図を作成する
には、前にも述べたように、多数の電極でもつて、位置ずれなく正確に心電位を測定することが大切である。ところで、人体の皮膚表面は、電気的には極め
て不均一な層で、部分的に電極の接触抵抗が著し
く変動する。電極の皮膚表面への接触抵抗は、電
極の押圧力によつて変動するが、電極と人体表面
との間に電解液を使用しないで、痛くない程度に
針電極を押圧すると、電極と皮膚との接触抵抗
は、接触部分によつて、数十ｋΩ〜数千ｋΩと大
幅に変動する。例えば、針電極が、皮膚の毛穴の
近傍に接触すると電気抵抗は著しく低下する傾向
がある。このため、針電極のように、体表面の局部に接
触する電極は、見た目では先端が人体表面に接触
されていても、正確に心電位を測定できないこと
がある。針電極の先端が、皮膚の接触抵抗の高い
部分に接触することがあるのが理由である。接触
抵抗が高い部分に接触する針電極は、患者が痛く
て辛抱できないほど強く皮膚を押圧しない限り、
針電極と皮膚との接触抵抗を低くして正確に心電
位を測定できない。それは、１本の針電極でも痛
くて辛抱できない押圧力である。100本もの針電
極をこのように強い押圧力で体表面に押圧するこ
とは、苦痛と、総圧力の両方から実際には採用で
きない。しかしながら、皮膚との接触抵抗が低い部分に
接触する針電極は、弱い圧力で皮膚に押圧されて
正確に心電位を測定できる。この発明の体表面心電計用の電極は、人体表面
に特有の状態を有効に利用して、全体としては弱
い押圧力で、しかも正確に心電位を測定すること
に成功している。すなわち、この発明の体表面心
電計用の電極は、複数の針電極で構成される電極
ユニツトで、体表面の特定点に誘導される心電位
を測定する。１組の電極ユニツトは、体表面の１
点の心電位を測定している。複数組の電極ユニツ
トを使用して、体表面の複数点の心電位を測定し
ている。１組の電極ユニツトは、全ての針電極が
正確に心電位を測定する必要はない。何れか１本
の針電極で正確に心電位を測定できると、他の針
電極で正確に心電位を測定できなくても、その電
極ユニツトは、正確に心電位を測定できる。必ず
しも、全ての針電極が正確に心電位を測定する必
要はない。さらに、この発明の電極は、各々の針
電極が独立して、弾性的に体表面に押圧されてい
る。しかも、同じ組の電極ユニツトを構成する針
電極は、互いに平行ないしはほぼ平行に移動自在
で、弾性体でもつて体表面に押圧されている。この構造の電極は、各針電極が体表面の凹凸に
対応して出入りし、各々の電極は弾性的に体表面
に押圧される。この状態で体表面にセツトされた
電極は、針電極が理想に近い状態で体表面に押圧
される。ただ、いかに理想の状態で体表面に押圧
されたとしても、全ての針電極が正確に心電位を
測定できるわけではない。このため、この発明の
電極は、複数の針電極で１組の電極ユニツトを構
成している。１組の電極ユニツトを構成する針電
極は、どれか１本が正確に心電位を測定できれば
よい。１組の電極ユニツトを構成する全ての針電
極が、心電位を正確に測定できない確率は極めて
低くなる。例えば、各針電極が心電位を正確に測定できな
い確率を100分の１と仮定し、１組の電極ユニツ
トを４本の針電極で構成するとすれば、４本全て
の針電極が心電位を測定できない確率は、10⁸分
の１となり殆ど皆無になる。この電極ユニツトを
100組使用すると、心電位を正確に測定できない
確率は、わずかに10⁶分の１（100万分の１）に過
ぎない。すなわち、この発明の電極は、極めて簡単な構
成であるにもかかわらず、多数の電極を使用し
て、正確に心電位を測定できる特長がある。ところで、針電極が正確に心電位を測定できる
かどうかは、針電極と体表面との接触抵抗できま
る。針電極と皮膚表面との接触抵抗が、針電極が
接続された初段アンプの入力インピーダンスより
も高い場合、例え針電極が体表面に接触しても正
確に心電位を検出できない。例えば、初段アンプ
の入力インピーダンスが10MΩで、針電極と体表
面との接触抵抗が2MΩの場合、針電極に誘導さ
れた心電位は、約20％低下して初段アンプに入力
される。通常の状態で、針電極と体表面との接触
抵抗が数ＭΩ以上となることは決して希ではな
い。針電極と皮膚表面と接触抵抗は、針電極の押圧
力を強くすると小さくなる。従つて、測定制度を
高くするためには、針電極を、可能な限り強い力
で体表面に押圧するのがよい。しかしながら、強
く押圧する針電極は、患者に苦痛を与える。この
ため、針電極は、弱すぎても、また、強すぎても
よくない。全ての針電極を体表面に所定の押圧力
で押圧することが極めて大切である。このことを実現するために、この発明の電極
は、電極ユニツトを構成する針電極を、各々独立
して弾性的に押し出される構造にしている。従つ
て、各針電極は、体の凹凸に対応して出入りし、
体表面に理想の状態で押圧される。体表面に押圧
される複数の針電極は、何れかが、アンプの入力
インピーダンスよりも低い接触抵抗で体表面に接
触し、正確に心電位を測定する。この為、この発明の体表面心電計用の電極を使
用して、多種多様の体型を有する多くの患者の心
臓電気現象を正確に検査できる特長が実現でき
る。また、何れか１本の針電極が電気的に体表面に
接触することによつて、心電位が正確に測定でき
るので、１本の針電極の押圧力を弱くして患者に
与える苦痛を極減して、心臓電気現象を正確に検
査できる特長も実現する。

【好ましい実施例】

以下、その実施例を図面に基づいて説明する。第２図に示す心電計は、電極１と、演算回路２
と、操作スイツチ３と、XYプロツタ４と、モニ
タテレビ４′とからなる。電極１は、第３図ないし第５図に示すように、
10個の本体６と、１組の本体６に取り付けられた
８組の電極ユニツト５とからなる。各本体６は、紐状のゴム状弾性体である可撓性
部材７でもつて連結されており、最も外側に位置
する本体６には、伸縮性の巻付バンド８が連結さ
れており、この巻付バンド８の先端部には、付着
性テープ９が縫着されている。電極ユニツト５は４本の針電極５Ｎで構成され
ている。針電極５Ｎは、第４図に示すように、本
体６に、出入り自在に並設されている。本体６は、下方が開口された箱形のケース１０
と、２枚の絶縁状の板材１１，１２とを備えてい
る。２枚の板材１１，１２はこれを貫通して、電
極ユニツトを構成する針電極５Ｎが出入り自在に
挿通されている。板材１１，１２間に、針電極５
Ｎを弾性的に押し出す弾性体であるコイルスプリ
ング１３が配設されている。コイルスプリング１３は押バネで、針電極５Ｎ
に挿通され、下端は針電極５Ｎの中間に、上端は
上方の板材１１を貫通して、板材上面にプリント
印刷された銅膜等の導電層１４に接続されてい
る。第５図及び第６図に示す本体６は、ひとつの本
体６に、８組の電極ユニツト５を備え、１組の電
極ユニツト５は４本の針電極５Ｎからなつてい
る。４本の針電極５Ｎは、各組の電極ユニツト５の
間隔に比べて相当に接近して、例えば、電極ユニ
ツト間隔の数分の１〜数十分の１だけ離されて並
設されている。４本の針電極５Ｎに挿入されたコ
イルスプリング１３は、板材上面の導電層１４で
接続されている。この構造は、例えば、針電極５Ｎの間隔を１〜
15mmと相当に接近できる。このように、針電極５
Ｎを押し出すコイルスプリング１３でもつて、針
電極５Ｎの検出電位を引出線１５に伝達する構造
は、各針電極５Ｎが互いに影響を受けずに自由に
上下動する点において理想的な構造となる。上方の板材１１は、針電極５Ｎが挿通される貫
通孔に、筒体１６が挿入されている。筒体１６には、ステンレス、銅、アルミニウム
或は導電性の合金等の金属線である針電極５Ｎと
の摩擦抵抗が小さくなるように、金属製の筒体、
或は内側面が平滑で摩擦抵抗の小さい筒体が使用
される。またこの筒体１６は、第６図に示す如
く、板材１１の下端から多少下方に突出してい
る。突出部分に、針電極５Ｎが押し込まれてコイ
ルスプリング１３が押し潰された状態で、コイル
スプリング１３の上端部が挿入される。この構造
によると、針電極５Ｎが奥まで押し込まれた状態
で、押し潰されたコイルスプリング１３が針電極
５Ｎに接触してコイルスプリング１３が針電極５
Ｎの動きを制止するのを防止でき、針電極５Ｎは
いつもスムーズに出入する。コイルスプリング１３に弾性的に押し出される
針電極５Ｎは、コイルスプリング１３の下端が、
例えばハンダ付や溶接によつて固定されて太くな
つた箇所が下の板材１２の貫通孔１７に引つ掛か
ることによつて抜け出るのが阻止される。上方の
板材１１は、第７図に示すように銅膜等の導電層
１４がプリント印刷され、この導電層１４の一端
に引出線１５が接続される。第８図に示す本体は、針電極５Ｎの上端で、上
の板材の上方にコイルスプリング１３が配設され
ており、コイルスプリングに針電極５Ｎが挿通さ
れている。コイルスプリングは引つ張りバネで、
上端が針電極の上端に連結され、下端が板材表面
にプリント印刷された導電層に溶着されており、
導電層に引出線が接続されている。第９図の本体は、上の板材の上下にコイルスプ
リングが配設されている。この構造によると、上
下にいずれか一方のあるいは両方のコイルスプリ
ングの一端を板材の導電層に接続し、導電層に引
出線を接続すれば良い。この場合、いずれか片方
の固形物を相当に軟らかく、すなわち、単位長さ
を伸ばすのに必要な力である弾性係数を相当に小
さくするのもよい。各ブロツクを連結する可撓部材７には、伸縮性
のない紐やバンド、あるいは可撓性のある柔軟な
合成樹脂等が使用できる。電極に接続された引出線１５は、１本のシール
ド線２６に集合され、シールド線２６でもつて演
算回路２に接続される。ところで、電極で検出される心電位信号レベル
は相当に低く、外部雑音の除去を充分に考慮され
なければならない。各ブロツクを独立してシールドすることによつ
てＳ／Ｎ比をよくできる。更に雑音レベルを低下
させるには、ブロツク内に、電極で検出した信号
を増幅する増幅手段、例えばFETを内蔵させる
のがよい。 FET１８と電極ユニツト５との接続は、第１
０図に示すように、各本体内に電源を内蔵させる
必要はなく、FET１８の負荷抵抗Ｒを演算回路
内に内蔵させればよい。また、好都合なことに、
FET１８を内蔵しても引出線１５の数は増加し
ない。すなわち、８組の電極ユニツトを備える本
体は、８個のFETを内蔵させ、８本の出力信号
用引出線１５と１本のアース線で体表面検出電位
を演算回路２に伝送できる。第１１図に、電極を人体胸部に装着した状態を
示す。すなわち、各本体６を心臓に近い体表面に
置き、巻付バンド８の両端を付着性テープ９でも
つて互いに連結して本体６の電極を体表面に一定
の圧力で接触させる。この場合、第１１図に示す
ように、本体６の外側を更に伸縮性のバンド１９
で締め付けて、より強い力で電極を体表面に押
圧、接触させるのも良い。演算回路２は、電極から送られてくる電気信号
を決められた方式に従つて演算処理し、例えば電
極から送られてくる電気信号から、一定時間おき
に、等電位線を計算し、その出力信号をXYプロ
ツタ４とモニタテレビ４′とに送り、これ等に等
電位図を書かせる。

【図面の簡単な説明】

第１図は心臓付近の体表面等電位図、第２図は
本発明の電極が使用される心電計のブロツク線
図、第３図ないし第５図はこの発明の一実施例に
かかる電極の斜視図、断面図、底面図、第６図、
第８図、第９図は電極ユニツトの取付箇所を示す
断面図、第７図は板材の平面図、第１０図は電極
に接続されるFETの結線図、第１１図は電極の
装着状態を示す断面図である。１……電極、２……演算回路、３……操作スイ
ツチ、４……XYプロツタ、４′……モニタテレ
ビ、５……電極ユニツト、５Ｎ……針電極、６…
…本体、７……可動部材、８……巻付バンド、９
……付着性テープ、１０……ケース、１１……板
材、１２……板材、１３……コイルスプリング、
１４……導電層、１５……引出線、１６……筒
体、１７……貫通孔、１８……FET、１９……
バンド、２６……シールド線。

Claims

【特許請求の範囲】１下記の構成を有する体表面心電計用の電極。 (a) 人体胸部の皮膚表面の複数箇所に接触して、
接触点の電位を検出する電極である。 (b) 電極は、人体の皮膚表面に直接接触する複数
本の針電極と、この針電極を有する本体と、針
電極の先端を弾性的に体表面に向けて押圧する
弾性体とを備えている。 (c) 針電極は少なくとも表面が導電性を有する。 (d) 複数本の針電極が互いに接近して配設されて
おり、これ等互いに接近して配設された複数の
針電極は、電気的に並列に接続されて１組の電
極ユニツトを形成している。 (e) 電極ユニツトは複数組あり、ひとつの電極ユ
ニツト内の針電極間隔は、隣接する電極ユニツ
ト間の距離に比較して接近されている。 (f) 針電極は、弾性体によつてそれぞれが独立し
て弾性的に体表面に向かつて出入り自在で、か
つ、同じ組の電極ユニツトを構成する針電極
は、平行ないしほぼ平行に移動自在に取り付け
られている。 (g) 各組の電極ユニツトが体表面局部の電位を検
出し、複数組の電極ユニツトで人体胸部の心電
位を局部的に検出し、この心電信号が、演算回
路に入力されるように構成されている。