JP2016185288A - 携帯型心電計およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】使用者にとってより使いやすく、より簡単に心電を計測することが可能な携帯型心電計を提供する。【解決手段】携帯型心電計は、生体に装着されて生体の脈拍および心電を計測する。携帯型心電計は、生体への装着位置において生体の脈拍に関連する信号を検出する脈拍検出器と、生体に装着された複数の電極から、生体の電位差に対応する信号を受け取るインタフェースと、生体の電位差に対応する信号を利用して生体の心電を出力する心電計測器と、脈拍の信号の周波数成分を解析し、周波数成分から特定される生体の心臓の状態が予め定められた不整脈状態に該当するとき、心電計測器の出力を利用して心電を計測する信号処理回路とを備えている。【選択図】図８

Description

本発明は、携帯型心電計に関する。

日本の医療統計によれば、日本人の死亡原因の第１位は悪性新生物であり、第２位は心疾患である。

心疾患を特定するためには、心電を計測することが有力である。心電の計測にあたっては、被験者をベッドに横たわらせた状態で、複数の電極を被験者の体に取り付ける必要が有る。そして、そのような心電図計測に利用される装置は、比較的大がかりであることが多い。今後、高齢化がますます進むため、心疾患を持つ人の割合が急速に増加することが考えられる。健康な生活を続けていくためには、心電等を利用して健康状態を常に把握する必要が出てくる。

近年、小型の心電計が開発されつつある。たとえば特許文献１は携帯型心電計を開示する。使用者は、携帯型心電計の電極を指と胸の二か所に当てることにより、心電を計測することができる。

ここでいう「携帯型」とは、「手に持って持ち運びができること」を差し示している。

特開２００９−８２３６４号公報

特許文献１に記載された携帯型心電計では、その電極配置に起因して、使用者は携帯型心電計を胸に突き立てるような形態で胸に押し当てる必要がある。衣服をめくり上げておかなければならないため、使用する場所を選ぶ必要があり、使用には若干の手間を要していた。そのため、体調が悪くなってきたから心電を計測したい、あるいは念のために心電を計測したい、と思い立ったときにすぐに利用できるような心電計が必要とされていた。または、携帯型心電計が計測を促したときに、すぐに利用できるような心電計が必要とされていた。

また、不整脈の症状は常時現れているわけではなく、異常を感じた患者が病院へ行っても診察時には不整脈が治まっていることもよくある。結果として、異常（不整脈発症）時の心電を計測できないことがある。このような場合には、診療時間外の不整脈発症時に心電計測し、データを保存しておくことが診療の助けとなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、使用者にとってより使いやすく、より簡単に心電を計測することが可能な携帯型心電計を提供する。

本発明の実施形態による携帯型心電計は、生体に装着されて前記生体の脈拍および心電を計測することが可能な携帯型心電計であって、前記生体への装着位置において前記生体の脈拍に関連する信号を検出する脈拍検出器と、前記生体に装着された複数の電極から、前記生体の電位差に対応する信号を受け取るインタフェースと、前記生体の電位差に対応する信号を利用して前記生体の心電を出力する心電計測器と、前記脈拍の信号の周波数成分を解析し、前記周波数成分から特定される前記生体の心臓の状態が予め定められた不整脈状態に該当するとき、前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する信号処理回路とを備える。

ある実施の形態において、携帯型心電計は、音、光、画像および文字の少なくとも１つの出力を制御する制御回路をさらに備え、前記生体の心臓の状態が予め定められた不整脈状態に該当するとき、前記信号処理回路は警告信号を出力し、前記警告信号の受信に応答して、前記制御回路は、前記音、光、画像および文字の少なくとも１つの出力を制御する。

ある実施の形態において、前記信号処理回路は前記音、光、画像および文字の少なくとも１つが出力された後、前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する。

ある実施の形態において、前記携帯型心電計は、前記生体である使用者の入力を受け付ける入力装置を更に備え、前記音、光、画像および文字の少なくとも１つが出力された後、前記入力装置が前記使用者の入力を受け付けると、前記信号処理回路は前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する。

ある実施の形態において、前記インタフェースは、前記複数の電極の各々から、有線または無線で前記生体の電位差に対応する信号を受け取る。

ある実施の形態において、前記携帯型心電計は、前記脈拍検出器、前記インタフェース、前記心電計測器および前記信号処理回路を収容する筐体と、前記複数の電極である第１電極および第２電極とをさらに備え、前記第１電極は前記筐体表面に取り付けられ、前記第２電極は前記筐体の内部から引き出し可能に前記筐体の内部に収容され、前記インタフェースは、前記第１電極および前記第２電極から有線で前記生体の電位差に対応する信号を受け取る。

ある実施の形態において、前記携帯型心電計は、前記脈拍検出器、前記インタフェース、前記心電計測器および前記信号処理回路を収容する筐体と、前記複数の電極である第１電極および第２電極とをさらに備え、前記第１電極は前記筐体表面に取り付けられ、前記第２電極は、バッテリおよび無線通信回路を備えており、前記インタフェースは、前記第１電極から有線で前記生体の電位差に対応する信号を受け取り、前記第２電極から無線で前記生体の電位差に対応する信号を受け取る。

ある実施の形態において、前記信号処理回路は、計測された前記心電のデータを記録媒体に格納する。

ある実施の形態において、前記記録媒体は前記携帯型心電計に着脱可能である。

ある実施の形態において、前記信号処理回路は前記脈拍の信号をフーリエ変換し、前記脈拍の周波数から特定される基本周波数が第１閾値ＴＨ１未満であるとき、前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する。

ある実施の形態において、前記信号処理回路は、前記脈拍の信号をフーリエ変換し、前記脈拍の周波数から特定される基本周波数が第２閾値ＴＨ２より大きいと判定したとき、前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する。

ある実施の形態において、前記信号処理回路は、前記脈拍の信号をフーリエ変換し、前記脈拍の周波数が基本周波数を含み、かつ前記脈拍の周波数が前記基本周波数の倍数の周波数を少なくとも１つ含むと判定したとき、前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する。

ある実施の形態において、前記信号処理回路は、前記脈拍の信号をフーリエ変換し、前記脈拍の周波数に基本周波数が含まれていないと判定したとき、前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する。

ある実施の形態において、前記基本周波数の倍数の周波数は６〜１７Ｈｚの範囲内である。

ある実施の形態において、前記第１閾値ＴＨ１は、１Ｈｚである。

ある実施の形態において、前記第２閾値ＴＨ２は、２．５Ｈｚである。

ある実施の形態において、前記基本周波数の倍数の周波数は６〜１７Ｈｚの範囲内である。

本発明の実施形態によるコンピュータプログラムは、上述のいずれかの実施の形態にかかる携帯型心電計に備えられた前記信号処理回路によって実行されるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムは前記信号処理回路に、前記生体の脈拍に関連する信号の周波数成分を解析するステップと、前記周波数成分の解析結果が予め定められた不整脈条件に該当するか否かを判断するステップと、前記不整脈条件に該当するとき、前記心電計測器の出力を利用して前記生体の心電を計測するステップとを実行させる。

例示的な実施の形態にかかる携帯型心電計によれば、脈拍に関連する信号から、心臓の状態が不整脈状態に該当するか否かを検出し、所定の不整脈状態に該当するときは心電を計測する。これにより、病気の早期発見・体調管理に役立つ。

心電波形の基本成分を示す図である。 正常な成人の心電波形例を示す図である。 徐脈性不整脈の心電波形例を示す図である。 頻脈性不整脈の心電波形例を示す図である。 心房細動の第１の心電波形例を示す図である。 心房細動の第２の心電波形例を示す図である。 期外収縮の波形例を示す図である。 補充収縮の波形例を示す図である。 正常な成人の脈波の波形例を示す図である。 脈波の基本成分（ａ）と心電波形の基本成分（ｂ）との対応関係を示す図である。 図２Ｄに示す心房細動における脈波（ａ）と心電波形（ｂ）との関係を示す図である。 本発明の例示的な実施の形態にかかる、脈拍計測機能を有する心電計１０の外観正面図である。 本発明の例示的な実施の形態にかかる心電計１０の側面図である。 電極２０ｂが筐体１２から引き出されたときの心電計１０を示す図である。 心電計１０のハードウェア構成例を示す図である。 心電計１０の処理の手順を示すフローチャートである。 脈波の波形にフーリエ変換処理を施して得られた、周波数成分ごとのパワー解析結果を示す図である。 脈拍検出器１００が脈拍を検出している期間中（図８のステップＳ１）のディスプレイ５０４の表示例を示す図である。 図８のステップＳ５における計測結果の呈示例を示す図である。 図８のステップＳ７を経てステップＳ９に至ったときの計測結果の呈示例を示す図である。 使用者が心電計測を行うか否かの指示を入力する際の表示例を示す図である。 心電計測を行っている期間中の使用者を示す図である。 電極２０ｂ（図６Ｂ等）に代えて、電極２０ｃをベルト１６の外側表面に配置した心電計１１の構成例を示す図である。 心電計１１の側面を示す図である。 心電計１１の使用例を示す図である。 無線電極２０ｄと、無線通信回路として実現されるインタフェース２０２ｄとを示す図である。 心電計に設けられた電極２０ａと、右手の腕に配置された無線電極２０ｄとを用いて心電計測を行うときの心電計の使用例を示す図である。 使用者の胸部に貼り付けられた無線電極２０ｄを示す図である。 使用者の両腕に設けられた電極２０ａおよび無線電極２０ｄを示す図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による携帯型心電計の実施形態を説明する。

以下では、まず心電波形および脈波波形をそれぞれ説明し、その後本願発明者らが得た知見を説明する。

（心電波形および脈波波形）
図１は、心電波形の基本成分を示す。基本成分には、それぞれＰ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ波と名付けられた波形成分が含まれている。

なお、心電波形の測定には、少なくとも２つの電極を必要とする。これは、心電波形が個々の電極で測定した電位の差、すなわち電位差を反映したものであるためである。

最初に現れるＰ波は、心房の興奮過程を示す。正常な場合には，まず右房が興奮した後に左房が興奮する。Ｐ波はそれらの過程を反映する。続くＱＲＳの各波の部分が心室興奮を表す。Ｔ波は、心室筋の興奮が消退していく過程を反映する。ＰＱＲＳＴの各波は、図１に示す横軸（基線）を順に跨ぐように現れる。

図２Ａ〜図２Ｇは、種々の心電波形例を示す。便宜的にＰ波またはＲ波の位置に「Ｐ」または「Ｒ」を付している。

図２Ａは、正常な成人の心電波形例を示す。図２Ａに示す心電波形例は、P-QRS-Tの各波が一定の形とタイミングで出現している。このような状態を「洞調律」と呼ぶ。正常な成人の場合、洞調律は、たとえば６０〜１５０回／分である。

図２Ｂ〜図２Ｇは、不整脈に該当する波形例を示す。

図２Ｂは徐脈性不整脈の心電波形例を示し、図２Ｃは頻脈性不整脈の心電波形例を示す。徐脈性不整脈および頻脈性不整脈の各心電波形もまた、P-QRS-Tの各波が一定の形とタイミングで出現している。しかしながら、そのタイミング（間隔）が洞調律と異なっている。徐脈性不整脈の心拍数は、洞調律よりも遅く、たとえば６０回／分未満である。頻脈性不整脈の心拍数は、洞調律よりも速く、たとえば１５０回／分よりも速い。

図２Ｄは、心房細動の第１の心電波形例を示す。図２Ｄに示されるように、この例では、基本波形が概ね一定周期で出現しているが、その間に細かい波が重なっている。より具体的には、心電波形の基線（図１の横軸に対応する。）に注目されたい。基線には細かく振動する波形が多数出現しており、Ｐ波が明瞭ではない。この例では、１〜２．５Ｈｚの基本波形に、一分間に４００〜１０００回以上の周期（6Hz〜17Hz以上の高調波）が重畳される。

図２Ｅは、心房細動の第２の心電波形例を示す。この例では、基本周期が存在せず、さらに、一分間に４００〜１０００回以上の周期（6Hz〜17Hz以上の高調波）が重畳される。特定の周波数成分を識別することは困難であり、広く分散している。

図２Ｆは、期外収縮の波形例を示す。波形左端からみて右側へ３つ目のＲ波（波線部）が予定よりも早く出現している。ただし、その後は元の洞調律に戻ることが多い。部分的に頻脈が発生しているということができる。

図２Ｇは、補充収縮の波形例を示す。波形左端からみて右側へ３つ目のＲ波（波線部）が予定よりも遅く出現している。脈が飛んでいると言うこともできる。ただし、その後は元の洞調律に戻ることが多い。部分的に徐脈が発生しているということができる。

不整脈は、ただちに対処しないと致命的状態をもたらすものや、致命的な不整脈に移行しやすい危険なもの、あるいは緊急性がなく経過観察で済ませるものなど、臨床的な観点から分類することができる。

たとえば、不整脈のうち、図２Ｄおよび図２Ｅに示す不整脈は、血栓を形成しやすいため脳梗塞を生じさせる、または致死性であると考えられている。よって、このような不整脈を早期に確認することは非常に重要である。

一方、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｆ、図２Ｇに示す不整脈は、図２Ｄおよび図２Ｅの不整脈と比較すると、軽度の症状と言える。

上述の説明から理解されるように、すべての不整脈について心電波形を確認することが常に必要とされるわけではない。特定の不整脈について心電波形を確認することが必要である。

次に、図３を参照しながら脈波を説明する。

図３は正常な成人の脈波の波形例を示す。脈波とは、心臓の拍動に伴う末梢血管系内の血圧・体積の変化を捉えた波形である。心臓の動きそのものではなく、末梢血管の運動を計測することによって、間接的に心電図Ｒ−Ｒ間隔と同様の意味を持つ情報が得られるとされている。

図４は、脈波の基本成分（ａ）と心電波形の基本成分（ｂ）との対応関係を示す。心臓の１回の拍動に対応して、脈波の基本成分（ａ）と心電波形の基本成分（ｂ）とが出現する。したがって、脈波には、図２Ｂ〜図２Ｇのいずれの不整脈も反映され得る。なお、この対応関係は一例である。脈波の計測部位に応じて、たとえば脈波のピークとＲ波のピークとの位置関係は変わり得る。

たとえば、図５は、図２Ｄに示す心房細動における脈波（ａ）と心電波形（ｂ）との関係を示す。破線で囲まれた位置に注目すると、心電波形の基線付近に出現する細かい波形が脈波にも現れていることが理解される。

（本願発明者らが得た知見）
本願発明者らはまず、心電よりも、脈波の方が簡易に計測することができることに注目した。

たとえば心電波形は、少なくとも２つの電極を利用して取得される。被験者は、たとえば１つの電極を心臓近傍の胸部に当て、他方の電極を体の一部に当てる。心電計は、それぞれの電極の電位差を計測してそのインピーダンス（胸部インピーダンス）を心電波形として取得する。胸部誘導による心電計測を行うためには、電極を心臓近傍の胸部に当てることが必要である。

一方、脈波は、生体の一部（たとえば指先、耳朶または手首）に取り付けた脈波センサを利用して取得される。たとえば光学式の脈波センサは、赤外光の光源および受光素子を有している。光源から放射された近赤外光は、体内で透過され、または反射されて、受光素子によって検出される。血管の容積変化に伴って光の吸収量が変化するため、受ける光の強度が変化する。脈波センサは、光の強度変化に対応する電気信号を脈波として出力する。

一例として、手首に巻くだけで計測可能な脈波に対し、心臓近傍の胸部を含む複数の箇所に複数の電極を装着しなければならない心電は若干手間を要すると言える。

その一方で、心電は、心臓の拍動に起因する筋電位差を計測した結果である。心電を利用することによって、より直接的に心臓の電気的な活動を監視できる。

本願発明者らは、脈波計測は比較的簡便であること、および、不整脈の態様によっては心電計測が重要であることに着目した。そして、脈波を利用して心臓の活動を簡易に計測しつつ、所定の不整脈に該当するとの疑いが生じた場合には心電計測を行うことにすればよいとの結論に至った。本願発明者らは、ここでいう「所定の不整脈」を、心電計測が特に必要と考えられる心房細動であるとした。したがって、図２Ｄおよび図２Ｅに該当する状態を脈波から判断することができればよい。

心房細動のおそれが存在するかどうかは、脈波の周波数成分の規則性で判断すればよい。「脈波の周波数成分の規則性」とは、脈波が、主として単一の周波数成分を有するかどうかを言う。たとえば図２Ｅでは、特定の周波数成分は存在していないと言える。一方、図２Ｄでは、Ｒ波は比較的規則的に出現しているが、基線付近に出現する細かい波形、つまり高周波成分も多く含まれていることになる。

以下、上述した知見に基づいてなされた本願発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態）
図６Ａは、本発明の例示的な実施の形態にかかる、脈拍計測機能を有する心電計１０の外観正面図である。心電計１０は、たとえば腕時計のように使用者の手首に巻き付けて装着されて持ち運ばれ、使用され得る。心電計１０が、手に持って持ち運び可能な程度の大きさおよび重量を有することを「携帯型」と呼ぶ。

心電計１０は、使用者の脈拍および心電を計測することが可能である。心電計１０は、使用者の脈拍を計測して、その脈拍の信号の周波数成分を解析する。その周波数成分から特定される使用者の心臓の状態が予め定められた不整脈状態（たとえば心房細動）に該当するとき、心電計１０は心電を計測する。

心電計１０は、筐体１２と、ベルト１６と、ディスプレイ５０４とを有する。

筐体１２は、心電計１０を構成するハードウェアを収容する。たとえば筐体１２は、後述する電極、脈拍検出器、インタフェース、心電計測器および信号処理回路を収容している。

ベルト１６は、心電計１０を使用者の手首周辺に固定する。ディスプレイ５０４は、種々の情報を表示する。図６Ａの例では、ディスプレイ５０４には時計が表示されている。後述のようにディスプレイ５０４には計測結果が表示され得る。

図６Ｂは、心電計１０の側面図である。なお、以下、本原稿では、既に説明した構成要素には図面上同じ参照符号を付し、その説明は省略する。

心電計１０は、脈拍検出器１００、電極２０ａおよび２０ｂを有している。

脈拍検出器１００は、使用者に装着された位置においてその使用者の脈拍に関連する信号を検出する。「脈拍に関連する信号」は、たとえば図３に示す脈波波形を表す信号である。または、「脈拍に関連する信号」として、所定の値以上の正のピーク、または所定の値以下の負のピーク、およびそのピークになった時刻の情報であってもよい。使用者の脈拍の周波数を特定できる情報であればよい。以下の説明では、「脈拍に関連する信号」は、図３に示すような、脈波波形を表す信号であるとする。なお、脈波波形を表す信号は、心電計１０内部において処理される際、離散的なデジタル信号に変換されるが、理解の容易のため、アナログ連続信号の波形を利用して説明する。

電極２０ａおよび２０ｂは、後述する心電計測器における心電計測のために設けられている。電極２０ａは、筐体１２の裏側に設けられており、心電計１０が使用者の手首に装着されたとき、使用者の手首に接触する。

電極２０ｂは、筐体１２のスロット１４から引き出し可能に、筐体１２の内部に収容されている。電極２０ｂは、通常は筐体１２の内部に収容されており、たとえば心電計測時に使用者によって筐体１２のスロット１４から引き出される。

図６Ｃは、電極２０ｂが筐体１２から引き出されたときの心電計１０を示す。電極２０ｂはリード線２２を介して筐体１２内部のコネクタインタフェース（図示せず）と接続されている。

図７は、心電計１０のハードウェア構成例を示す。

心電計１０は、脈拍検出器１００と、心電計測器２００と、信号処理ユニット３００と、記憶装置４００と、表示処理回路５００と、入力装置６００とを備えている。これらの要素は、互いにバスラインＬで接続され、相互にデータの授受が可能である。なお、それぞれの回路にはバッテリ（図示せず）から電力が供給されている。これらのハードウェアが、図６Ａに示されるように、心電計１０の筐体１２の中に収容される。

脈拍検出器１００は、赤外光源１０２と、赤外線センサ１０４、ＡＤ変換回路１０６とを有する。脈拍検出器１００による脈拍に関連する信号の検出原理は既に説明したので再度の説明は省略する。

赤外光源１０２は、近赤外光を放射する。赤外線センサ１０４は、入射する赤外光を受けてその光量に応じたアナログ電気信号を出力する。このアナログ電気信号が、脈拍に関連する信号である。ＡＤ変換回路１０６は、出力されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換し、バスラインＬを経由して信号処理ユニット３００に送る。たとえば信号処理ユニット３００のＣＰＵ３０２（後述）は、受信した脈拍に関連する信号が５回目の血流変化を示すと、それまでに経過した時間Ｔから１分間あたりの平均脈拍数（５×６０／Ｔ）を算出する。

心電計測器２００は、インタフェース２０２ａおよび２０２ｂと、電流源２０４と、生体アンプ２０６と、ＡＤ変換回路２０８とを有する。

インタフェース２０２ａおよび２０２ｂは、それぞれ接続端子であり、使用者に装着された電極２０ａおよび２０ｂから、装着位置の電位差に対応する信号を受け取る。

心電計測器２００は、電流源２０４と、生体アンプ２０６と、ＡＤ変換回路２０８とを含む。生体アンプ２０６は、電極２０ａおよび２０ｂの間の電位差およびインピーダンスを計測する。インピーダンスの計測時には、電流源２０４は微弱な電流を流しながら計測が行われる。電位差計測かインピーダンス計測かは信号処理ユニット３００からの制御によって切り替えられる。ＡＤ変換回路２０８は、計測されたデータをアナログ信号からデジタル信号に変換し、バスラインＬを経由して信号処理ユニット３００のＣＰＵ３０２に送る。

信号処理ユニット３００は、ＣＰＵ３０２と、ＲＡＭ３０４と、ＲＯＭ３０６とを有する。ＣＰＵ３０２はデジタル信号処理を行う半導体集積回路である。ＲＡＭ３０４にはプログラム３０８が展開されている。このプログラム３０８はＲＯＭ３０６に記憶されており、心電計１０が起動されるとＲＯＭ３０６からＲＡＭ３０４に読み出される。

プログラム３０８は、後述する図８に示すフローチャートの処理を実現する命令コード群が記述されており、ＣＰＵ３０２によって実行される。ＣＰＵ３０２は、このコンピュータプログラム３０８に記述された命令コードにしたがって、脈拍検出器１００および心電計測器２００から出力された各信号を解析し、計測データや解析結果を記憶装置４００に送り、記録を蓄積する。

記憶装置４００は、記録制御回路４０２と、記録媒体４０４とを有する。記録制御回路４０２は、信号処理ユニット３００からバスラインＬを介して受け取ったデータを記録媒体４０４に格納する。記憶装置４００は、たとえばフラッシュメモリ装置である。記録制御回路４０２および記録媒体４０４は、それぞれ、フラッシュメモリ装置のメモリコントローラと、メモリセルに対応する。記録媒体４０４は、たとえばフラッシュメモリのメモリカードであってもよい。その場合には、記録媒体４０４は、心電計１０に着脱可能である。

不整脈の症状は常時現れているわけではない。例えば、発作性心房細動と持続性心房細動のうち、前者の心房細動が発生した場合には、異常を感じて患者が病院へ行っても診察時には治まっていることがある。そのため、不整脈発症時の不整脈のデータを保存することは、極めて有意義である。

表示処理回路５００は、表示制御回路５０２と、ディスプレイ５０４とを有する。

表示制御回路５０２は、信号処理ユニット３００から表示命令および表示用のデータを受け取り、表示用のデータを処理してディスプレイ５０４に画像および／または文字を表示する。表示処理回路５００は、たとえばグラフィック処理回路（ＧＰＵ）である。

ディスプレイ５０４は、たとえば液晶パネル、有機ＥＬパネル、電子ペーパを用いた表示装置である。

なお、表示処理回路５００は、使用者へ情報を呈示するための構成の一例である。他の例として、音を出力するための音声制御回路およびスピーカであってもよいし、光源を点灯および消灯させるための電源回路および光源であってもよい。心電計１０は、音、光、画像および文字の少なくとも１つの出力を制御する制御回路を備え、出力するために必要なハードウェア（スピーカ、光源、ディスプレイ等）を有していればよい。

入力装置６００は、使用者の入力を受け付ける。本実施の形態では、入力装置６００はディスプレイに重畳して配置されたタッチスクリーンパネル６０２であるとする。しかしながら、これは一例である。入力装置６００およびディスプレイ５０４は、タッチセンサがディスプレイの画素に組み込まれた、インセル型のタッチスクリーンパネルディスプレイであってもよい。または、入力装置６００は、ハードウェアボタン、スイッチであってもよい。

図８は、心電計１０の処理の手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、脈拍検出器１００は、ＣＰＵ３０２の指示に応答して脈拍の検出を開始する。脈拍検出器１００は、たとえば図３や、図５に示す脈波（ａ）を検出する。

ステップＳ２において、ＣＰＵ３０２は、得られた脈波の波形を利用して、周波数解析を行う。たとえばＣＰＵ３０２は、得られた脈波にフーリエ変換処理を行い、脈波に含まれる各周波数成分のパワーを抽出する。

たとえば図９は、脈波の波形にフーリエ変換処理を施して得られた、周波数成分ごとのパワー解析結果を示す。理解の便宜のため、この図面の縦軸のスケールは強調して表示されている。

再び図８を参照する。

続くステップＳ３ａおよびＳ３ｂは、被験者の心臓の状態が図２Ａ〜図２Ｇのいずれに該当するかを判定する処理である。

ステップＳ３ａにおいて、ＣＰＵ３０２は、脈波の周波数の解析結果に、基本周波数のパワーが存在するか否かを判定する。「基本周波数」とは、予め定められた値（閾値）ＴＨ０以上のパワーを持つ周波数である。複数の周波数のパワーが、当該閾値ＴＨ０以上を示す場合には、それらのうち、最も大きいパワーの周波数が基本周波数である。このような規則に従い、ＣＰＵ３０２は基本周波数の有無を判定する。基本周波数が存在する場合には処理はステップＳ３ｂに進み、存在しない場合には処理はステップＳ５に進む。基本周波数が存在しない場合とは、図２Ｅに該当する心房細動のおそれがあることを意味する。

ステップＳ３ｂにおいて、ＣＰＵ３０２は高周波数帯域Ｗが含まれるかどうかを判定する。例示的な本実施の形態では、高周波数帯域Ｗは６〜１７Ｈｚである。典型的には、基本周波数の倍数成分（高調波成分）が少なくとも１つ高周波数帯域Ｗに入ることになる。なお、以下の説明中の具体的な数値についても、例示であって他の値も採り得ることに留意されたい。

高周波数帯域Ｗが含まれるかどうかは、たとえば高周波数帯域Ｗに含まれる各周波数のパワーの平均が所定以上であるか否かによって判定することができる。高周波数帯域Ｗが含まれるとＣＰＵ３０２が判定した場合には処理はステップＳ５に進む。高周波数帯域Ｗが含まれるとは、図２Ｄに該当する心房細動のおそれがあることを意味する。

ステップＳ４において、ＣＰＵ３０２は、基本周波数の値に応じて処理をステップＳ６、Ｓ７またはＳ８に分岐させる。すなわちＣＰＵ３０２は、基本周波数の値が閾値ＴＨ１（たとえば１Ｈｚ）未満の場合にはステップＳ６の処理に分岐し、閾値ＴＨ２（たとえば２．５Ｈｚ）より大きい場合にはステップＳ７の処理に分岐し、それ以外（閾値ＴＨ１以上かつ閾値ＴＨ２以下）の場合にはステップＳ８の処理に分岐する。なお、ステップＳ３ｂを経てステップＳ４が行われているため、基本周波数が閾値ＴＨ２より大きく６Ｈｚ未満である。

ステップＳ５において、ＣＰＵ３０２は、使用者の心臓の状態が、図２Ｄまたは図２Ｅの心房細動のおそれがあると判定し、ディスプレイ５０４を介してその結果を使用者に呈示する。

ステップＳ６、Ｓ７またはＳ８において、ＣＰＵ３０２はそれぞれ、使用者の心臓の状態は、徐脈、頻脈または正常であると判定する。既に説明した通り、徐脈および頻脈は、使用者の心臓が不整脈状態であることを意味する。

ステップＳ９において、ＣＰＵ３０２は、ディスプレイ５０４を介して判定結果を使用者に呈示する。このときＣＰＵ３０２は、使用者にさらに心電計測を行うか否かを判断させる表示および選択オプションを呈示してもよい。

心電計測を行いたい場合には、使用者は心電の計測を指示する。

ステップＳ１０において、ＣＰＵ３０２は、入力装置６００を介して使用者の指示を受け付ける。

ステップＳ１１において、心電計測器２００は、ＣＰＵ３０２の指示に応答して心電の計測を開始する。心電計測器２００は、たとえば図２Ａ〜図２Ｇに示す心電を計測する。

ステップＳ１２において、ＣＰＵ３０２は、ディスプレイ５０４を介して心電の計測結果を使用者に呈示する。

以下、図１０〜図１２Ｂを参照しながらディスプレイ５０４の表示例を説明する。

図１０は、脈拍検出器１００が脈拍を検出している期間中（図８のステップＳ１）のディスプレイ５０４の表示例を示す。ディスプレイ５０４は、時計の画像を図示された文字および画像に切り替える。図示されたスターマーク５１０は現在行われている処理を示す。心拍計測後に周波数解析が行われている期間中は、スターマーク５１０は「解析中」の文字の隣に表示される。

図１１は、図８のステップＳ５における計測結果の呈示例を示す。ＣＰＵ３０２は、ディスプレイ５０４を介して図１１に示す文字情報を表示させる。同時にＣＰＵ３０２は、スピーカ（図示せず）を介して、予め設定されたメロディーを出力する。これにより、使用者は引き続き心電計測を行うことを知ることができ、そのための電極の設置が必要であることも認識できる。

図１１の表示例から理解されるように、本実施の形態では、心房細動のおそれが高いと判断すると、ＣＰＵ３０２は強制的に心電の計測処理に移行する。上述のように心房細動は危険が高いと考えられているからである。ただし、強制的に心電の計測処理に移行する処理は、動作の一例である。心電の計測処理を行わずに、危険性が高いことを使用者に周知させるだけでもよい。

図１２Ａは、図８のステップＳ７を経てステップＳ９に至ったときの計測結果の呈示例を示す。ＣＰＵ３０２は、ディスプレイ５０４を介して図１２Ａに示す文字情報を表示させる。ＣＰＵ３０２は、引き続き心電計測を行うかどうかを使用者に質問する。

図１２Ｂは、使用者が心電計測を行うか否かの指示を入力する際の表示例を示す。使用者は、ディスプレイ５０４の「はい」または「いいえ」の表示にタッチする。「はい」の表示がタッチされたことをタッチスクリーンパネル６０２が検出すると、ＣＰＵ３０２は心電計測を実行する。実行に先立って、ＣＰＵ３０２はさらにディスプレイ５０４の表示を変更して、電極をセットすることを使用者に求めてもよい。一方、「いいえ」の表示がタッチされたことをタッチスクリーンパネル６０２が検出すると、ＣＰＵ３０２は処理を終了する。

図１３は、心電計測を行っている期間中の使用者を示す。心電計１０の裏面に配置されている電極２０ａは、使用者の手首に接触している。一方、電極２０ｂは使用者によって筐体１２から引き出され、使用者の心臓近傍の胸部に貼り付けられている。

以上、本発明の例示的な実施の形態を説明した。上述の構成および動作により、以下のような利点が得られる。
（１）まず心拍（脈拍）で心臓の活動をモニタリングするため、計測が比較的に簡便である。心電計測のように常時電極を使用する必要はないため、心電計１０の装着性および携帯性が向上する。
（２）予め定められた不整脈状態（心拍異常）時に電極を用いた心電計測に切り替えるため、適時の心電計測を実現できる。
（３）電極が単純に並んでいる単なるリストバンドではなく、電極を筐体から引き出し可能に設けた。これにより、収納性が高くなると共に、心臓付近に電極を装着しやすくなり、精度よい心電計測が効果的に実現される。

（実施の形態２）
本実施の形態においては、電極を設ける位置の変形例を説明する。

図１４Ａは、電極２０ｂ（図６Ｂ等）に代えて、電極２０ｃをベルト１６の外側表面に配置した心電計１１の構成例を示す。図１４Ｂは、心電計１１の側面を示す。電極２０ａの位置は、実施の形態１の例と同じである。「外側表面」とは、心電計１１を使用者の手首に装着したときに外部に露出される面を言う。

電極２０ｃは、ベルト１６の内部に敷設されたリード線２４と接続され、リード線２４は、インタフェース２０２ｂ（図７）と接続されている。

図１５は、心電計１１の使用例を示す。使用者は、心電計１１を装着した後、腕を曲げて電極２０ｃを心臓近傍の胸部に押し当てる。電極２０ｃがベルト１６の外側表面に配置されているため、衣服をめくり上げる必要がない。使用者は服の裾から心電計１１を装着した腕を胸部周辺に差し入れるだけで、比較的容易に電極を胸部に押し当てることができる。実施の形態１の例のように、電極２０ｂを引き出し、さらに計測後に収納する必要がないため、利便性が向上する。併せて、計測時の使用者の動作を低減することもできるため、心電計測における安静な状態を保ちやすい。

（実施の形態３）
本実施の形態では、無線化された電極を用いる心電計の構成例を説明する。

図１６は、無線電極２０ｄと、無線通信回路として実現されるインタフェース２０２ｄとを示す。図１６には心電計測器２０１のみが示されている。心電計１０の他の構成は、たとえば図７に示す構成と同じである。

無線電極２０ｄは、上述の無線電極２０ｂまたは２０ｃに代えて用いられ得る。無線電極２０ｄを電極２０ｂまたは２０ｃとともに用いてもよい。

無線電極２０ｄは、電極板（図示せず）に加えて、バッテリ２０ｄ−１および無線通信回路２０ｄ−２を有している。電極板にて計測した電位差の情報を、バッテリ２０ｄ−１からの電力で駆動される無線通信回路２０ｄ−２を用いて送信する。

インタフェース２０２ｄは、電極２０ｄから無線で送信された生体の電位差に対応する信号を受信する。

図１７は、心電計に設けられた電極２０ａと、右手の腕に配置された無線電極２０ｄとを用いて心電計測を行うときの心電計の使用例を示す。無線電極２０ｄから得られた電位信号は電波で心電計１０に送信され、心電計測に利用される。

使用者は、心電計測時に心電計１０のディスプレイ５０４において、波形を直接見ることが可能である。また、心臓に近いところから心電を得ることが容易になるため、より高い精度を得ることが可能となる。

本実施の形態の第１変形例として、無線電極２０ｄに粘着性材料を塗布し、使用者の胸部に貼り付けておいてもよい。図１８は、使用者の胸部に貼り付けられた無線電極２０ｄを示す。この変形例によれば、無線電極２０ｄを常に心臓近傍の胸部に配置することができるため、心電の計測を任意の時点から開始でき、心電を常時モニタすることも可能になる。

本実施の形態の第２変形例として、無線電極２０ｄを電極２０ａと反対側の腕に装着してもよい。図１９は、使用者の両腕に設けられた電極２０ａおよび無線電極２０ｄを示す。この変形例は、胸部誘導を行わない心電計測に有用である。本変形例によっても、心電の計測を任意の時点から開始でき、心電を常時モニタすることが可能になる。なお、図１８の例と比較すると、胸部よりも腕へ電極を装着するため、違和感が低減される。

本明細書は、以下の項目に記載の呼吸数の計測方法、計測システム、およびコンピュータプログラムを開示している。

［項目１］
生体に装着されて前記生体の脈拍および心電を計測することが可能な携帯型心電計であって、
前記生体への装着位置において前記生体の脈拍に関連する信号を検出する脈拍検出器と、
前記生体に装着された複数の電極から、前記生体の電位差に対応する信号を受け取るインタフェースと、
前記生体の電位差に対応する信号を利用して前記生体の心電を出力する心電計測器と、
前記脈拍の信号の周波数成分を解析し、前記周波数成分から特定される前記生体の心臓の状態が予め定められた不整脈状態に該当するとき、前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する信号処理回路と
を備えた携帯型心電計。

項目１の携帯型心電計によると、脈拍に関連する信号から、心臓の状態が不整脈状態に該当するか否かを検出し、所定の不整脈状態に該当するときは心電を計測する。まず計測が比較的に簡便な脈拍に関連する信号を利用するため、心電計測のように常時電極を使用する必要はない。よって携帯型心電計の装着性および携帯性が向上する。そして、予め定められた不整脈状態（心拍異常）時に該当する場合には心電を計測するため、適時の心電計測を実現できる。これにより、病気の早期発見・体調管理に役立つ。

［項目２］
音、光、画像および文字の少なくとも１つの出力を制御する制御回路をさらに備え、
前記生体の心臓の状態が予め定められた不整脈状態に該当するとき、前記信号処理回路は警告信号を出力し、
前記警告信号の受信に応答して、前記制御回路は、前記音、光、画像および文字の少なくとも１つの出力を制御する、項目１に記載の携帯型心電計。

［項目３］
前記音、光、画像および文字の少なくとも１つが出力された後、前記信号処理回路は前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する、項目２に記載の携帯型心電計。

［項目４］
前記生体である使用者の入力を受け付ける入力装置を更に備え、
前記音、光、画像および文字の少なくとも１つが出力された後、前記入力装置が前記使用者の入力を受け付けると、前記信号処理回路は前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する、項目３に記載の携帯型心電計。

［項目５］
前記インタフェースは、前記複数の電極の各々から、有線または無線で前記生体の電位差に対応する信号を受け取る、項目１から４のいずれかに記載の携帯型心電計。

［項目６］
前記脈拍検出器、前記インタフェース、前記心電計測器および前記信号処理回路を収容する筐体と、
前記複数の電極である第１電極および第２電極と
をさらに備え、
前記第１電極は前記筐体表面に取り付けられ、
前記第２電極は前記筐体の内部から引き出し可能に前記筐体の内部に収容され、
前記インタフェースは、前記第１電極および前記第２電極から有線で前記生体の電位差に対応する信号を受け取る、項目５に記載の携帯型心電計。

項目６の携帯型心電計によると、筐体内部から引き出し可能に電極が設けられている。これにより、収納性が高くなると共に、心臓付近に電極を装着しやすくなり、精度よい心電計測が効果的に実現される。

［項目７］
前記脈拍検出器、前記インタフェース、前記心電計測器および前記信号処理回路を収容する筐体と、
前記複数の電極である第１電極および第２電極と
をさらに備え、
前記第１電極は前記筐体表面に取り付けられ、
前記第２電極は、バッテリおよび無線通信回路を備えており、
前記インタフェースは、前記第１電極から有線で前記生体の電位差に対応する信号を受け取り、前記第２電極から無線で前記生体の電位差に対応する信号を受け取る、項目５に記載の携帯型心電計。

［項目８］
前記信号処理回路は、計測された前記心電のデータを記録媒体に格納する、項目１から７のいずれかに記載の携帯型心電計。

［項目９］
前記記録媒体は前記携帯型心電計に着脱可能である、項目８に記載の携帯型心電計。

［項目１０］
前記信号処理回路は前記脈拍の信号をフーリエ変換し、前記脈拍の周波数から特定される基本周波数が第１閾値ＴＨ１未満であるとき、前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する、項目１から９のいずれかに記載の携帯型心電計。

［項目１１］
前記信号処理回路は、前記脈拍の信号をフーリエ変換し、前記脈拍の周波数から特定される基本周波数が第２閾値ＴＨ２より大きいと判定したとき、前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する、項目１から９のいずれかに記載の携帯型心電計。

［項目１２］
前記信号処理回路は、前記脈拍の信号をフーリエ変換し、前記脈拍の周波数が基本周波数を含み、かつ前記脈拍の周波数が前記基本周波数の倍数の周波数を少なくとも１つ含むと判定したとき、前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する、項目１から９のいずれかに記載の携帯型心電計。

［項目１３］
前記信号処理回路は、前記脈拍の信号をフーリエ変換し、前記脈拍の周波数に基本周波数が含まれていないと判定したとき、前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する、項目１から９のいずれかに記載の携帯型心電計。

［項目１４］
前記第１閾値ＴＨ１は、１Ｈｚである、項目１０に記載の携帯型心電計。

［項目１５］
前記第２閾値ＴＨ２は、２．５Ｈｚである、項目１１に記載の携帯型心電計。

［項目１６］
前記基本周波数の倍数の周波数は６〜１７Ｈｚの範囲内である、項目１２に記載の携帯型心電計。

［項目１７］
項目１から１６のいずれかに記載の携帯型心電計に備えられた前記信号処理回路によって実行されるコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータプログラムは前記信号処理回路に、
前記生体の脈拍に関連する信号の周波数成分を解析するステップと、
前記周波数成分の解析結果が予め定められた不整脈条件に該当するか否かを判断するステップと、
前記不整脈条件に該当するとき、前記心電計測器の出力を利用して前記生体の心電を計測するステップと
を実行させる、コンピュータプログラム。

本発明は、生体の脈拍および心電を計測する機器に利用することができる。脈拍の状態から不整脈を検知し、不整脈発生時に概ね任意の場所およびタイミングで心電を計測することが可能となるため、病気の早期発見・体調管理に有用である。また本発明は、そのような機器のためのコンピュータプログラムとして利用することができる。

１０、１１ 心電計
１２ 筐体
１６ ベルト
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 電極
２０ｄ 無線電極
１００ 脈拍検出器
２００ 心電計測器
２０２ａ、２０２ｂ 有線インタフェース
２０２ｄ 無線インタフェース
３００ 信号処理ユニット
４００ 記憶装置
５００ 表示処理回路
６００ 入力装置

Claims (17)

1. 生体に装着されて前記生体の脈拍および心電を計測することが可能な携帯型心電計であって、
   前記生体への装着位置において前記生体の脈拍に関連する信号を検出する脈拍検出器と、
   前記生体に装着された複数の電極から、前記生体の電位差に対応する信号を受け取るインタフェースと、
   前記生体の電位差に対応する信号を利用して前記生体の心電を出力する心電計測器と、
   前記脈拍の信号の周波数成分を解析し、前記周波数成分から特定される前記生体の心臓の状態が予め定められた不整脈状態に該当するとき、前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する信号処理回路と
   を備えた携帯型心電計。
2. 音、光、画像および文字の少なくとも１つの出力を制御する制御回路をさらに備え、
   前記生体の心臓の状態が予め定められた不整脈状態に該当するとき、前記信号処理回路は警告信号を出力し、
   前記警告信号の受信に応答して、前記制御回路は、前記音、光、画像および文字の少なくとも１つの出力を制御する、請求項１に記載の携帯型心電計。
3. 前記音、光、画像および文字の少なくとも１つが出力された後、前記信号処理回路は前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する、請求項２に記載の携帯型心電計。
4. 前記生体である使用者の入力を受け付ける入力装置を更に備え、
   前記音、光、画像および文字の少なくとも１つが出力された後、前記入力装置が前記使用者の入力を受け付けると、前記信号処理回路は前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する、請求項３に記載の携帯型心電計。
5. 前記インタフェースは、前記複数の電極の各々から、有線または無線で前記生体の電位差に対応する信号を受け取る、請求項１から４のいずれかに記載の携帯型心電計。
6. 前記脈拍検出器、前記インタフェース、前記心電計測器および前記信号処理回路を収容する筐体と、
   前記複数の電極である第１電極および第２電極と
   をさらに備え、
   前記第１電極は前記筐体表面に取り付けられ、
   前記第２電極は前記筐体の内部から引き出し可能に前記筐体の内部に収容され、
   前記インタフェースは、前記第１電極および前記第２電極から有線で前記生体の電位差に対応する信号を受け取る、請求項５に記載の携帯型心電計。
7. 前記脈拍検出器、前記インタフェース、前記心電計測器および前記信号処理回路を収容する筐体と、
   前記複数の電極である第１電極および第２電極と
   をさらに備え、
   前記第１電極は前記筐体表面に取り付けられ、
   前記第２電極は、バッテリおよび無線通信回路を備えており、
   前記インタフェースは、前記第１電極から有線で前記生体の電位差に対応する信号を受け取り、前記第２電極から無線で前記生体の電位差に対応する信号を受け取る、請求項５に記載の携帯型心電計。
8. 前記信号処理回路は、計測された前記心電のデータを記録媒体に格納する、請求項１から７のいずれかに記載の携帯型心電計。
9. 前記記録媒体は前記携帯型心電計に着脱可能である、請求項８に記載の携帯型心電計。
10. 前記信号処理回路は前記脈拍の信号をフーリエ変換し、前記脈拍の周波数から特定される基本周波数が第１閾値ＴＨ１未満であるとき、前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する、請求項１から９のいずれかに記載の携帯型心電計。
11. 前記信号処理回路は、前記脈拍の信号をフーリエ変換し、前記脈拍の周波数から特定される基本周波数が第２閾値ＴＨ２より大きいと判定したとき、前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する、請求項１から９のいずれかに記載の携帯型心電計。
12. 前記信号処理回路は、前記脈拍の信号をフーリエ変換し、前記脈拍の周波数が基本周波数を含み、かつ前記脈拍の周波数が前記基本周波数の倍数の周波数を少なくとも１つ含むと判定したとき、前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する、請求項１から９のいずれかに記載の携帯型心電計。
13. 前記信号処理回路は、前記脈拍の信号をフーリエ変換し、前記脈拍の周波数に基本周波数が含まれていないと判定したとき、前記心電計測器の出力を利用して前記心電を計測する、請求項１から９のいずれかに記載の携帯型心電計。
14. 前記第１閾値ＴＨ１は、１Ｈｚである、請求項１０に記載の携帯型心電計。
15. 前記第２閾値ＴＨ２は、２．５Ｈｚである、請求項１１に記載の携帯型心電計。
16. 前記基本周波数の倍数の周波数は６〜１７Ｈｚの範囲内である、請求項１２に記載の携帯型心電計。
17. 請求項１から１６のいずれかに記載の携帯型心電計に備えられた前記信号処理回路によって実行されるコンピュータプログラムであって、
    前記コンピュータプログラムは前記信号処理回路に、
    前記生体の脈拍に関連する信号の周波数成分を解析するステップと、
    前記周波数成分の解析結果が予め定められた不整脈条件に該当するか否かを判断するステップと、
    前記不整脈条件に該当するとき、前記心電計測器の出力を利用して前記生体の心電を計測するステップと
    を実行させる、コンピュータプログラム。

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