JP6222546B2 - Electrical impedance tomography measuring device - Google Patents
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- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Description
本発明は、電気インピーダンストモグラフィ[Electrical Impedance Tomography(以下、本明細書中で「EIT」と称す。):電気インピーダンス断層撮影法]を実行するため、ベルトを測定対象である生体の体の一部に巻きつけて当該部位の断層画像データを測定する測定装置に関するものである。The present invention, electrical impedance tomography [E lectrical I mpedance T omography (hereinafter, herein referred to as "EIT".): Electrical impedance tomography] for running, the living body to be measured the belt The present invention relates to a measuring apparatus that wraps around a part of a body and measures tomographic image data of the part.
EITの基本原理は、少なくとも二つの電極(112A、112B)を介して測定対象部位(例えば、胸部)に微弱な定電流を流し(図1)、それによって生じた電位差を他の複数の電極(112C〜112H)で検出し(図2)、電流供給と電位差検出用の電極対を回転させることで測定対象部位の断層面における抵抗率やその変化率の分布を画像化している(図3)。The basic principle of EIT is that a weak constant current is passed through a measurement target site (for example, chest) via at least two electrodes (112A, 112B) (FIG. 1), and the potential difference generated thereby is transferred to other electrodes ( 112C to 112H) (FIG. 2), and by rotating the electrode pair for current supply and potential difference detection, the resistivity and the distribution of the change rate on the tomographic plane of the measurement target region are imaged (FIG. 3). .
EIT測定では、電極を8個から64個利用することが一般的に行われている。これらの電極を測定対象部位の周囲に付着し、かつそれらの電極と個々に電極ケーブルを接続して、測定信号処理回路に接続している。したがって、従来のEIT測定では、長時間の作業と高い測定コストを余儀なくされ、例えば、病院内において患者のデータを簡易に測定することが困難であった。In EIT measurement, the use of 8 to 64 electrodes is generally performed. These electrodes are attached to the periphery of the site to be measured, and electrode cables are individually connected to these electrodes and connected to the measurement signal processing circuit. Therefore, in the conventional EIT measurement, long work and high measurement cost are unavoidable, and for example, it is difficult to easily measure patient data in a hospital.
近年では、電極アッセンブリをモジュール化して電極の脱着を容易にする方法や、複数の電極ケーブルを一つに統合したケーブルモジュールを利用する方法が提案され、測定の簡易化が試みられている。In recent years, methods have been proposed in which electrode assemblies are modularized to facilitate electrode attachment / detachment, and methods using cable modules in which a plurality of electrode cables are integrated into one, and attempts have been made to simplify measurement.
この点、従来、EITで使用する多数の電極ケーブルを、複数個毎にモジュール化して電極と接続する発明(特許文献1)や、EIT測定の際に必要である多数の電極を体表に接続する手続きを簡略化し、体型毎に長さの異なる電極アッセンブリの保有コストを削減させるために、複数個毎に電極をモジュール化する発明(特許文献2)が提案されている。In this regard, an invention (Patent Document 1) in which a large number of electrode cables used in EIT have been modularized and connected to a plurality of electrodes, and a large number of electrodes necessary for EIT measurement are connected to the body surface. In order to simplify the procedure to be performed and to reduce the cost of holding electrode assemblies having different lengths for each body shape, an invention (Patent Document 2) in which a plurality of electrodes are modularized has been proposed.
しかしながら、上記先行技術には、少なくとも、次の問題点が指摘されている。
(1)統合した電極モジュールがもつ厚み(直径)が、特にICU患者などに長時間利用する場合に皮膚に対して局所圧力となって負荷としてかかるため、褥瘡などのリスクが増大する(特許文献1)。
(2)電極アッセンブリが高コストである(特許文献2)。
(3)電極と電極ケーブルとの接続が煩雑である(特許文献2)。However, at least the following problems are pointed out in the prior art.
(1) Since the thickness (diameter) of the integrated electrode module is applied as a load on the skin as a local pressure especially when used for a long time, especially for ICU patients, the risk of pressure sores increases (Patent Document) 1).
(2) The electrode assembly is expensive (Patent Document 2).
(3) The connection between the electrode and the electrode cable is complicated (Patent Document 2).
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、低コストにして、長時間使用に適し、高い滅菌処理に耐えうる構造を有し、簡易にEIT測定を実現することが可能な電気インピーダンストモグラフィ測定装置を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to realize a simple EIT measurement at a low cost, having a structure suitable for long-time use and capable of withstanding high sterilization treatment. It is an object of the present invention to provide an electrical impedance tomography measuring apparatus capable of performing the above-mentioned.
本発明の他の目的は、測定手段を布製測定ベルト内に収容してコンパクトな形状に形成できる電気インピーダンストモグラフィ測定装置を提供することにある。Another object of the present invention is to provide an electrical impedance tomography measuring device in which the measuring means can be accommodated in a cloth measuring belt and formed into a compact shape.
本発明のもう一つ他の目的は、低コストでEIT測定を実現でき、周囲長や形状の異なる対象者や部位のEIT測定に対応できる電気インピーダンストモグラフィ測定装置を提供することにある。Another object of the present invention is to provide an electrical impedance tomography measurement apparatus that can realize EIT measurement at low cost and can cope with EIT measurement of subjects and parts having different perimeters and shapes.
本発明のもう一つ他の目的は、小児から大人、老人まで対応でき、男女の体型差にも対応が可能で測定対象者域の広い電気インピーダンストモグラフィ測定装置を提供することにある。Another object of the present invention is to provide an electrical impedance tomography measuring apparatus that can cope with children, adults, and elderly people, can cope with differences in body type between men and women, and has a wide measurement subject area.
本発明のもう一つ他の目的は、測定対象部位が頭部、頸部、胸部、腹部、上下肢に至るまで測定適用対象となる電気インピーダンストモグラフィ測定装置を提供することにある。Another object of the present invention is to provide an electrical impedance tomography measuring apparatus that is a measurement application target from the measurement target site to the head, neck, chest, abdomen, and upper and lower limbs.
本発明のさらにもう一つ他の目的は、養生テープやドレイン管固定部分などを避けて電極配置を選択し、FEM(Finite Element Method:有限要素法)解析などにおいても厳密な抵抗率分布の算出を可能とする電気インピーダンストモグラフィ測定装置を提供することにある。Yet another another object of the present invention is to avoid the like curing tape or drain tube fixed part and selecting an electrode arrangement, FEM (F inite E lement M ethod: FEM) exact resistivity in such analysis An object of the present invention is to provide an electrical impedance tomography measuring apparatus capable of calculating a distribution.
本発明に係る電気インピーダンストモグラフィ測定装置は、生体への接触が可能な導電性布電極を備え、該導電性布電極を複数個並列して導電性布電極群を形成し、この導電性布電極群を備えて成る布製測定ベルトを含んで構成されている。An electrical impedance tomography measuring apparatus according to the present invention includes a conductive cloth electrode capable of contacting a living body, and a plurality of the conductive cloth electrodes are arranged in parallel to form a conductive cloth electrode group. A cloth measuring belt including an electrode group is included.
本発明に係る電気インピーダンストモグラフィ測定装置は、上記布製測定ベルトに包囲されるフレキシブル基板を備え、該フレキシブル基板は、上記導電性布電極に接触可能な接触手段を含んで構成され、該接触手段は、上記導電性布電極が被測定対象である生体に接触する場合に、生体に通電可能な電流を上記導電性布電極に供給し、生体表面より得られる生体インピーダンスに関する電圧信号を上記導電性布電極を介して受け取ることを可能とする。An electrical impedance tomography measurement apparatus according to the present invention includes a flexible substrate surrounded by the cloth measurement belt, and the flexible substrate includes contact means that can contact the conductive cloth electrode, and the contact means. Supplies a current that can be passed through the living body to the conductive cloth electrode when the conductive cloth electrode is in contact with the living body to be measured, and outputs a voltage signal related to the bioimpedance obtained from the surface of the living body. It can be received via the cloth electrode.
本発明に係る電気インピーダンストモグラフィ測定装置は、上記導電性布電極、上記接触手段の少なくとも一部を介して生体に電流が供給される場合に、上記の導電性布電極、上記接触手段を介して検出される生体インピーダンスに関する電圧信号を測定し、測定した電圧信号を電気インピーダンストモグラフィ画像の作成に必要な情報として解析処理する測定信号処理回路を具備する。The electrical impedance tomography measuring apparatus according to the present invention is configured to pass through the conductive cloth electrode and the contact means when current is supplied to the living body via at least a part of the conductive cloth electrode and the contact means. A measurement signal processing circuit that measures a voltage signal related to the detected bioelectrical impedance and analyzes the measured voltage signal as information necessary for creating an electrical impedance tomography image.
上記接触手段は電極パッドにより形成され、該電極パッドが上記導電性布電極と上記フレキシブル基板の信号線とを接続するようにするとよい。The contact means may be formed of an electrode pad, and the electrode pad may connect the conductive cloth electrode and the signal line of the flexible substrate.
上記接触手段を電極ケーブルコネクタにより構成し、該電極ケーブルコネクタが前記導電性布電極と上記フレキシブル基板の信号線とを接続するようにすることもできる。The contact means may be constituted by an electrode cable connector, and the electrode cable connector may connect the conductive cloth electrode and the signal line of the flexible substrate.
上記接触手段を電極ケーブルコネクタにより構成し、上記フレキシブル基板を伸張可能に形成するようにすることもできる。The contact means may be constituted by an electrode cable connector, and the flexible substrate may be formed to be extensible.
上記フレキシブル基板が、被測定対象である生体の測定部位のひずみを検出するひずみ確認センサを備え、該ひずみ確認センサにより生体の測定部位のひずみを検出し、生体の測定部位の周囲形状を推定可能とするようにすることもできる。The flexible board is equipped with a strain confirmation sensor that detects the strain of the measurement site of the living body that is the object to be measured, and the strain confirmation sensor can detect the strain of the measurement site of the living body and estimate the surrounding shape of the measurement site of the living body It can also be made.
上記フレキシブル基板が、被測定対象である生体の測定部位の位置を検出する位置確認センサを備え、該位置確認センサにより生体の測定部位の位置を検出し、生体の測定部位の周囲長を推定可能とするようにすることもできる。The flexible substrate has a position confirmation sensor that detects the position of the measurement site of the living body to be measured. The position confirmation sensor can detect the position of the measurement site of the living body and estimate the circumference of the measurement site of the living body. It can also be made.
上記フレキシブル基板が、電極位置を検出する電極位置確認センサを備え、該電極位置確認センサが電極数と電極の位置を検出し、有効な電極数と電極の位置を推定可能とするようにすることもできる。The flexible substrate includes an electrode position confirmation sensor for detecting an electrode position, and the electrode position confirmation sensor detects the number of electrodes and the position of the electrodes so that the effective number of electrodes and the position of the electrodes can be estimated. You can also.
さらに、上記布製測定ベルトは、選ばれた上記導電性布電極に接続される信号線を備え、該信号線は伸縮性を有する同軸ケーブルとして形成されているようにすることもできる。Further, the cloth measuring belt may include a signal line connected to the selected conductive cloth electrode, and the signal line may be formed as a coaxial cable having elasticity.
本発明に係る電気インピーダンストモグラフィ測定装置を被測定対象に複数本巻装して使用する、あるいは複数本を一体成形することにより3次元のEIT情報を得られるようにすることもできる。It is also possible to obtain three-dimensional EIT information by using a plurality of electrical impedance tomography measuring apparatuses according to the present invention around a measurement object, or by forming a plurality of them integrally.
本発明によれば次の効果を奏する。
(1)低コストにして、長時間使用に適し、高い滅菌処理に耐えうる構造を有し、簡易にEIT測定を実現することが可能な電気インピーダンストモグラフィ測定装置が得られる。
(2)測定手段を布製測定ベルト内に収容してコンパクトな形状に形成できる電気インピーダンストモグラフィ測定装置が得られる。
(3)低コストでEIT測定を実現でき、周囲長や形状の異なる対象者と部位に適応できる電気インピーダンストモグラフィ測定装置が得られる。
(4)測定対象者として、小児から大人、老人まで対応でき、男女の体型差にも対応が可能で測定対象者域の広い電気インピーダンストモグラフィ測定装置が得られる。
(5)測定対象部位が、頭部、頸部、胸部、腹部、上下肢に至るまで測定適用対象となる電気インピーダンストモグラフィ測定装置が得られる。
(6)養生テープやドレイン管固定部分などを避けた電極配置を選択でき、FEM解析などにおいても厳密な抵抗率分布の算出が可能な電気インピーダンストモグラフィ測定装置が得られる。The present invention has the following effects.
(1) It is possible to obtain an electrical impedance tomography measuring device that is low in cost, suitable for long-term use, has a structure that can withstand high sterilization treatment, and can easily realize EIT measurement.
(2) An electrical impedance tomography measuring device can be obtained in which the measuring means can be accommodated in a cloth measuring belt and formed into a compact shape.
(3) EIT measurement can be realized at low cost, and an electrical impedance tomography measuring apparatus that can be adapted to subjects and parts having different perimeters and shapes can be obtained.
(4) As an object to be measured, an electrical impedance tomography measuring apparatus capable of dealing with children, adults, and elderly people, capable of dealing with differences in body type between men and women, and having a wide area to be measured can be obtained.
(5) An electrical impedance tomography measurement device that is a measurement application target is obtained from the measurement target region to the head, neck, chest, abdomen, and upper and lower limbs.
(6) It is possible to select an electrode arrangement that avoids a curing tape, a drain tube fixing portion, and the like, and an electrical impedance tomography measuring apparatus capable of calculating a precise resistivity distribution even in FEM analysis or the like is obtained.
以下に、本発明に係る電気インピーダンストモグラフィ測定装置の実施例について図面を用いて説明する。Embodiments of an electrical impedance tomography measuring apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明に係る電気インピーダンストモグラフィ測定装置1は、電極を内蔵した布製測定ベルト(電極内蔵ベルト)10と、この布製測定ベルトに包囲されるフレキシブル基板20を含んで構成され、測定信号処理回路30は信号を測定し解析処理する(図4)。図4中の符号7は解析表示装置を構成するEIT画像表示ディスプレイ、8Aは胸部EIT画像である。An electrical impedance tomography measurement apparatus 1 according to the present invention includes a cloth measurement belt (electrode built-in belt) 10 having an electrode built therein and a flexible substrate 20 surrounded by the cloth measurement belt, and a measurement signal processing circuit 30. Measures and analyzes the signal (FIG. 4). Reference numeral 7 in FIG. 4 denotes an EIT image display display constituting the analysis display device, and 8A denotes a chest EIT image.
このうち、前記布製測定ベルト10は、生体への接触が可能な導電性布電極12を複数個並列して形成した導電性布電極群11を備えている(図5)。Among these, the cloth measuring belt 10 includes a conductive cloth electrode group 11 in which a plurality of conductive cloth electrodes 12 capable of contacting a living body are formed in parallel (FIG. 5).
前記布製測定ベルト10は、導電性繊維から構成される導電性布電極12と非導電性繊維部分13から構成され(図5、図6、図7)、ユーザーの肌に優しく、高い量産性を備えている。前記布製測定ベルト10は洗濯可能に形成され、ユーザーにとっても低い測定コストを実現できる。また前記導電性布電極12は、生体(体表)5と電気的密着性を維持するために局所的に圧力がかかるような構造を有する(図6、図7)。前記導電性布電極12は、高い殺菌性と生体適合性を有する銀メッキ糸を使用することが一般的であるが、金、アルミ、銅などのメッキ糸や導電性インクで染めた糸や布などを用いることもできる。The cloth measuring belt 10 is composed of a conductive cloth electrode 12 made of conductive fibers and a non-conductive fiber portion 13 (FIGS. 5, 6, and 7), and is gentle to the user's skin and has high mass productivity. I have. The cloth measuring belt 10 is formed so as to be washable, and can realize a low measurement cost for the user. The conductive cloth electrode 12 has a structure in which pressure is locally applied to maintain electrical adhesion with the living body ( body surface ) 5 (FIGS. 6 and 7). The conductive cloth electrode 12 generally uses a silver-plated thread having high bactericidal properties and biocompatibility. However, a plated thread such as gold, aluminum or copper, or a thread or cloth dyed with conductive ink. Etc. can also be used.
前記フレキシブル基板20は、前記布製測定ベルト10に包囲され(図4)、前記導電性布電極12に接触可能な接触手段21を含んで構成される(図5、図6)。該接触手段は、前記導電性布電極が被測定対象である生体5に接触する場合に、生体に通電可能な電流を前記導電性布電極に供給し、生体表面より得られる生体インピーダンスに関する電圧信号を前記導電性布電極を介して受け取ることを可能としている。符号20Aは基板本体、28は前記測定信号処理回路30への接続コネクタ、図6中の符号35,36は空気層であるThe flexible substrate 20 is surrounded by the cloth measuring belt 10 (FIG. 4) and includes contact means 21 that can contact the conductive cloth electrode 12 (FIGS. 5 and 6). The contact means supplies a current that can be passed through the living body to the conductive cloth electrode when the conductive cloth electrode is in contact with the living body 5 to be measured, and a voltage signal related to bioimpedance obtained from the surface of the living body. Can be received via the conductive cloth electrode. Reference numeral 20A denotes a substrate body, 28 denotes a connector for connection to the measurement signal processing circuit 30, and reference numerals 35 and 36 in FIG. 6 denote air layers.
前記測定信号処理回路30は、前記導電性布電極12、前記接触手段21の少なくとも一部を介して生体に電流が供給される場合に、前記の導電性布電極、前記接触手段を介して検出される生体インピーダンスに関する電圧信号を測定し、測定した電圧信号を電気インピーダンストモグラフィ画像の作成に必要な情報として処理する。The measurement signal processing circuit 30 detects when the current is supplied to the living body via at least a part of the conductive cloth electrode 12 and the contact means 21, via the conductive cloth electrode and the contact means. A voltage signal related to the bioimpedance to be measured is measured, and the measured voltage signal is processed as information necessary for creating an electrical impedance tomography image.
前記接触手段21は電極パッド22により形成され、該電極パッドは前記導電性布電極12と前記フレキシブル基板20の信号線27とを接続する(図5、図6、図10、図11)。The contact means 21 is formed by an electrode pad 22, which connects the conductive cloth electrode 12 and the signal line 27 of the flexible substrate 20 ( FIGS. 5, 6, 10, and 11).
EIT測定装置1をEIT測定ベルトとして形成し、EIT測定ベルトを用いて実際に測定した、胸部EITの測定例を図12に示す。ここでは、8個の電極を用いている。EIT測定ベルト1は、健常男性1名の胸部第4肋間上に巻き付け、ドライブ電流を0.5mA、測定周波数を450kHzとして12枚/秒でEITデータを測定した。画像再構成法には、最も一般的な逆投影法(back projection)を用い、16*16ピクセルの画像を平滑化して128*128ピクセルとしてリアルタイム表示した。図13は、測定したEIT画像の一例であり、最大呼気に対する最大吸気時のデータを使用して画像化した。呼吸によって左右の肺に空気が入ると、電気インピーダンスが大きくなる。電気インピーダンス変化が大きくなる程、白から黒色へ変化するように表示した。図14は胸部X線CT画像を示すが、図13の画像8Cと図14の画像8Dを比較すると、図13の画像8Cでは図14の画像8Dに比べ、吸気時の肺野に近い形状がEIT画像として測定されている。FIG. 12 shows a measurement example of the chest EIT, in which the EIT measurement apparatus 1 is formed as an EIT measurement belt and actually measured using the EIT measurement belt. Here, eight electrodes are used. The EIT measurement belt 1 was wound around the fourth intercostal space of one healthy male, and EIT data was measured at 12 sheets / second with a drive current of 0.5 mA and a measurement frequency of 450 kHz. For the image reconstruction method, the most common back projection method was used, and a 16 * 16 pixel image was smoothed and displayed in real time as 128 * 128 pixels. FIG. 13 is an example of the measured EIT image, which was imaged using data at the time of maximum inspiration with respect to maximum expiration. When air enters the left and right lungs by breathing, the electrical impedance increases. As the change in electrical impedance increases, the display changes from white to black. FIG. 14 shows a chest X-ray CT image. When the image 8C in FIG. 13 and the image 8D in FIG. 14 are compared, the image 8C in FIG. 13 has a shape closer to the lung field at the time of inspiration than the image 8D in FIG. It is measured as an EIT image.
EIT画像を再構成する際は、リアルタイム処理に適する逆投影法が多く用いられ、電極間隔が均等であるという拘束条件を必要とされるので布製測定ベルト10は、片方を固定し、もう片方を伸張させても電極間隔が均等になるように局所的な張力を変化させた構造を有するように形成する(図8)。When reconstructing an EIT image, a back projection method suitable for real-time processing is often used, and the constraint condition that the electrode spacing is uniform is required, so that the cloth measuring belt 10 is fixed on one side and the other side on the other side. It is formed so as to have a structure in which the local tension is changed so that the distance between the electrodes becomes uniform even if it is stretched (FIG. 8).
この電極内蔵ベルトと測定信号処理回路までの配線方法としては、
(1)フレキシブル基板を用いる方法(段落0037〜0051)、
(2)配線を伸張性ラミネートフィルム加工などで固定する方法(段落0052)、
のいずれであってもよいことは勿論であるAs a wiring method to this electrode built-in belt and the measurement signal processing circuit,
(1) A method using a flexible substrate (paragraphs 0037 to 0051),
(2) A method of fixing the wiring by processing a stretchable laminate film (paragraph 0052),
Of course, any of
(1)フレキシブル基板を用いる方法:
A.フレキシブル基板は、非常に薄くフレキシブルであるため、高い電磁波シールド性と高密度配線性を有し、複雑な体系にフィットできる利点を有する。また、約200度の高熱の滅菌に耐え、高い防水性を有するため、病院内でMRSA(メチシリン耐性黄色ブドウ球菌)などの感染リスクを回避したまま多数回の利用が可能となる。(1) Method using a flexible substrate:
A. Since the flexible substrate is very thin and flexible, it has high electromagnetic shielding properties and high-density wiring properties, and has an advantage that it can fit into a complicated system. In addition, since it withstands high-temperature sterilization of about 200 degrees and has high waterproofness, it can be used many times in hospitals while avoiding the risk of infection such as MRSA (methicillin-resistant Staphylococcus aureus).
このフレキシブル基板の一例を図5に示す。布製測定ベルト10の導電性電極12とは電極パッド面の一部で接触する。電極パッド面はそれぞれフレキシブル基板内に設置された信号線(電極ケーブル)27を介して測定信号処理回路30に接続される。通常、フレキシブル基板は伸張しないため、布製測定ベルト(電極内蔵ベルト)が伸張した場合、ベルト内の電極間隔が変化するため、その接続面を位置するように電極パッドが設定される(図10)。さらに導電性電極12を図11に示すように綿状とすることで、電極12と電極パッド22との接触を安定させることができる。この電極パッド22と電極ケーブル27は、片面基板であればパッド面を避けるように設置されるが、両面基板あるいは多層基板を利用すれば、パッド上でも設置できる。このため、基板幅を自由に設定できる。図9に示すように、フレキシブル基板20の電極ケーブル配線層20Bは、シールド層20Cで囲んで配置され高い電磁波シールドを備える。さらに信号線27を通じて送られる信号をフィードバックしてスクリーンドライブ層20E(図15)に伝達すれば、理論上は信号線とスクリーンドライブ層との電位差がゼロとなるため、さらに高度の耐雑音性を有する信号伝送が可能となる(図15)。図9、図15中の符号20Dは絶縁層である。An example of this flexible substrate is shown in FIG. A part of the electrode pad surface contacts the conductive electrode 12 of the cloth measuring belt 10. The electrode pad surfaces are connected to the measurement signal processing circuit 30 via signal lines (electrode cables) 27 installed in the flexible substrate. Usually, since the flexible substrate does not stretch, when the cloth measuring belt (electrode built-in belt) stretches, the electrode spacing in the belt changes, so the electrode pad is set so that the connection surface is positioned (FIG. 10). . Furthermore, the contact between the electrode 12 and the electrode pad 22 can be stabilized by forming the conductive electrode 12 in a cotton shape as shown in FIG. The electrode pad 22 and the electrode cable 27 are installed so as to avoid the pad surface if the substrate is a single-sided substrate, but can also be installed on the pad if a double-sided substrate or a multilayer substrate is used. For this reason, the substrate width can be freely set. As shown in FIG. 9, the electrode cable wiring layer 20B of the flexible substrate 20 is disposed so as to be surrounded by the shield layer 20C and includes a high electromagnetic wave shield. Further, if the signal sent through the signal line 27 is fed back and transmitted to the screen drive layer 20E (FIG. 15), the potential difference between the signal line and the screen drive layer becomes theoretically zero, so that a higher level of noise resistance can be achieved. The signal transmission which has is attained (FIG. 15). Reference numeral 20D in FIGS. 9 and 15 denotes an insulating layer.
加えてフレキシブル基板は、電子回路も内蔵(実装)することが容易である。
図16にその一例を示す。前記測定信号処理回路30から伝送された定電流信号は、フレキシブル基板20内に設置された信号線27を介して導電性布電極12から生体(体表)5に伝達される。この結果生じた電圧は、導電性布電極12を介して電極パッド22に伝えられ、フレキシブル基板内に設置された信号線27を介して、測定信号処理回路30に導入される。また測定信号処理回路30(31)の一部あるいは全体は、電極パッド上にも設置ができる(図17)。これにより、特にアナログ信号の伝送路長を最短にできるため、さらなる高いSN比の実現が可能となる。In addition, the flexible substrate can easily incorporate (mount) an electronic circuit.
An example is shown in FIG. The constant current signal transmitted from the measurement signal processing circuit 30 is transmitted from the conductive cloth electrode 12 to the living body ( body surface ) 5 through the signal line 27 installed in the flexible substrate 20. The resulting voltage is transmitted to the electrode pad 22 via the conductive cloth electrode 12 and introduced into the measurement signal processing circuit 30 via the signal line 27 installed in the flexible substrate. A part or the whole of the measurement signal processing circuit 30 (31) can also be installed on the electrode pad (FIG. 17). Thereby, since the transmission path length of an analog signal can be minimized, a higher SN ratio can be realized.
フレキシブル基板20と導電性布電極12を接続する方法として、次の2つの方法を提案できる。
(a)個々の導電性布電極と電極パッド(コネクタ)を単一ケーブルあるいは同軸ケーブルで接続する方法:
この場合、ケーブル長に余裕を持たせることにより、測定対象の周囲長バリエーションや伸張に対応する(図18)。導電性布電極12と電極パッド22が一点で固定されるため、電極内蔵ベルト伸張による接点変動の影響を少なくすることができる。図18において、符号15は導電性布電極12との接点、17は同軸ケーブル、23は電極ケーブルコネクタである。
(b)フレキシブル基板を伸張できる構造とする方法:
通例、フレキシブル基板は伸張しないが、電極パッドを蛇腹構造の電極ケーブル線で接続したり(図19)、電極パッドを波線構造の電極ケーブル線で接続したり(図20)、電極パッドを螺旋構造の電極ケーブル線で接続したり(図21)することでフレキシブル基板20に伸張性を持たせることが可能となる。このような構造とすることにより、上記(a)の場合に比べ、同軸ケーブルが不要となり、よりシンプルな信号伝送構造を形成することが可能となる。さらにこの条件で、図16、図17に示すように、測定信号処理回路30(31)を電極パッド上に設置すれば、さらに高いSN比を実現できる。The following two methods can be proposed as a method of connecting the flexible substrate 20 and the conductive cloth electrode 12.
(A) Method of connecting individual conductive cloth electrodes and electrode pads (connectors) with a single cable or coaxial cable:
In this case, by providing a margin for the cable length, it is possible to cope with variations in the peripheral length of the measurement object and expansion (FIG. 18). Since the conductive cloth electrode 12 and the electrode pad 22 are fixed at one point, it is possible to reduce the influence of the contact fluctuation due to the extension of the electrode built-in belt. In FIG. 18, reference numeral 15 is a contact point with the conductive cloth electrode 12, 17 is a coaxial cable, and 23 is an electrode cable connector.
(B) A method of making the flexible substrate stretchable:
Usually, the flexible substrate does not stretch, but the electrode pads are connected by an accordion-structured electrode cable line (FIG. 19), the electrode pads are connected by an electrode cable line of a wavy line structure (FIG. 20), or the electrode pad is spirally structured It is possible to give the flexible substrate 20 extensibility by connecting with the electrode cable line (FIG. 21). By adopting such a structure, a coaxial cable is unnecessary as compared with the case (a), and a simpler signal transmission structure can be formed. Further, under this condition, if the measurement signal processing circuit 30 (31) is installed on the electrode pad as shown in FIGS. 16 and 17, a higher SN ratio can be realized.
B.上記Aで述べたフレキシブル基板構造に加えて、
b−1.測定対象物の形状を測定する機能、
b−2.測定対象物の長さを測定する機能、
b−3.多数の電極の間隔と体表面との接着状況を測定する機能、
を含めることが可能である。B. In addition to the flexible substrate structure described in A above,
b-1. A function to measure the shape of the measurement object,
b-2. A function to measure the length of the measurement object,
b-3. A function that measures the distance between multiple electrodes and the state of adhesion to the body surface,
Can be included.
b−1.測定対象物の形状を測定する機能:
フレキシブル基板20の電極パッド22周辺に、図22に示すように、ひずみ確認センサ(ゲージ)41を内蔵する。すなわち、前記フレキシブル基板20は、被測定対象である生体5の測定部位のひずみを検出するひずみ確認センサ41を備え、このひずみ確認センサにより生体の測定部位のひずみを検出し、生体の測定部位の周囲形状を推定可能とする。これにより、局所的な曲率測定が可能となるため、各曲率を用いて測定対象物の形状を推定することが可能となる。図23は、胸郭の各点90A〜90Hで測定された曲率から胸郭形状を推定した結果をP2として示している。ひずみ確認センサ(ゲージ)は、フレキシブル基板上に接着する形態だけでなく、フレキシブル基板のプリントパターンとして内蔵することが可能であるため、効率的な設置と配線を可能とする。b-1. Function to measure the shape of the measurement object:
As shown in FIG. 22, a strain confirmation sensor (gauge) 41 is built around the electrode pad 22 of the flexible substrate 20. That is, the flexible substrate 20 includes a strain confirmation sensor 41 that detects the strain of the measurement site of the living body 5 that is a measurement target. The surrounding shape can be estimated. Thereby, since local curvature measurement is attained, it becomes possible to estimate the shape of a measuring object using each curvature. FIG. 23 shows the result of estimating the rib cage shape from the curvature measured at each point 90A to 90H of the rib cage as P2. Since the strain confirmation sensor (gauge) can be built in as a printed pattern of the flexible substrate as well as a form adhered on the flexible substrate, efficient installation and wiring are possible.
b−2.測定対象物の長さを測定する機能:
図24のようにフレキシブル基板の前方Mと後方側Nに、細かく位置検出用の電極パッドを組み込む(例えば、5mm間隔)。MとNとの間は非接触であるが、M、N間の電極距離が非常に小さい場合は各電極間のインピーダンスを非接触でも測定できる。図25のように被測定対象(生体)5に測定ベルトを巻いた場合、電極M1と電極N1−N4の組み合わせにおいて、図25における電極M1と電極N4の組み合わせが最もインピーダンスが小さくなる。電極パッドは厳密な間隔で配置されているため、正確な周囲長を知ることができる。周囲長を測定する場合、導電性ゴムなどを用いる場合が多い。導電性ゴムは経年変化があるためにキャリブレーションを定期的に行うことが必要であるが、本発明では不要である。かくして、前記フレキシブル基板20は、被測定対象である生体の測定部位の位置を検出する位置確認センサ43を備え、この位置確認センサにより生体の測定部位の位置を検出し、生体の測定部位の周囲長を推定可能とする(図25参照)。 b-2. Function to measure the length of the measurement object:
As shown in FIG. 24, electrode pads for position detection are finely assembled on the front M and rear N of the flexible substrate (for example, at intervals of 5 mm). Although there is no contact between M and N, when the electrode distance between M and N is very small, the impedance between each electrode can be measured without contact. When the measurement belt is wound around the measurement target (living body) 5 as shown in FIG. 25, the combination of the electrode M1 and the electrode N1-N4 has the smallest impedance in the combination of the electrode M1 and the electrode N4 in FIG. Since the electrode pads are arranged at a strict interval, an accurate perimeter can be known. When measuring the perimeter, conductive rubber is often used. The conductive rubber needs to be periodically calibrated because of its secular change, but is not necessary in the present invention. Thus, the flexible substrate 20 includes a position confirmation sensor 43 that detects the position of the measurement site of the living body to be measured. The position check sensor detects the position of the measurement site of the living body, and the surroundings of the measurement site of the living body. The length can be estimated (see FIG. 25).
b−3.多数の電極の間隔と体表面との接着状況を測定する機能:
測定対象物が、新生児、幼児、成人、老人に渡る場合、測定対象周囲長が異なる。これらのバリエーションに対応するためには、多数のベルト長を有する測定ベルトを用意する必要があるが、在庫スペースの確保や在庫コストの増大が問題となる。そこで本発明では、次のような構造を有することでこれらの問題を解決する。図26に示すように、非常に幅の狭い導電性布電極12を密に設けた導電性布電極群と電極パッド22を備えたベルト構造とする。未知の測定対象物に測定ベルトを巻いた場合、導電性布電極12と体表面が設置する箇所が限定される。この場合、次のように測定に利用する電極パッド群50を定める。まずフレキシブル基板上に均等に設置された電極パッド間の電気インピーダンスを測定する(図27)。もし電極パッド対(50bと50C)の電気インピーダンスがゼロに近く、電極パッド対(50aと50b,50cと50d,50dと50e)の電気インピーダンスが大きければ、導電性布電極12Aはその場所に位置する。これにより、正確な布電極の配置状況が把握できる。かくして、前記フレキシブル基板20は、電極位置を検出する電極位置確認センサ45を備え、この電極位置確認センサが電極数と電極の位置を検出し、有効な電極数と電極の位置を推定可能とする(図27参照)。 b-3. Ability to measure the distance between multiple electrodes and the state of adhesion to the body surface:
When the measurement object is a newborn, an infant, an adult, or an elderly person, the circumference of the measurement object is different. In order to cope with these variations, it is necessary to prepare measurement belts having a large number of belt lengths, but securing inventory space and increasing inventory costs are problematic. Therefore, the present invention solves these problems by having the following structure. As shown in FIG. 26, a belt structure including a conductive cloth electrode group in which conductive cloth electrodes 12 having a very narrow width are densely provided and an electrode pad 22 is provided. When a measurement belt is wound around an unknown measurement object, the places where the conductive cloth electrode 12 and the body surface are installed are limited. In this case, the electrode pad group 50 used for measurement is determined as follows. First, the electrical impedance between the electrode pads arranged uniformly on the flexible substrate is measured (FIG. 27). If the electrical impedance of the electrode pad pair (50b and 50C) is close to zero and the electrical impedance of the electrode pad pair (50a and 50b, 50c and 50d, 50d and 50e) is large, the conductive cloth electrode 12A is positioned at that location. To do. Thereby, an accurate arrangement state of the cloth electrode can be grasped. Thus, the flexible substrate 20 includes an electrode position confirmation sensor 45 that detects the electrode position, and this electrode position confirmation sensor detects the number of electrodes and the position of the electrodes, and enables estimation of the effective number of electrodes and the position of the electrodes. (See FIG. 27).
さらに電極ベルト長と測定対象の周囲長が異なる場合、そのエリアの電極パッド間の電気インピーダンスは非常に大きくなる。これにより、実際の電気インピーダンス測定に利用できる電極パッドの範囲と導電性布電極の間隔を特定することが可能となる(図29で導電性布電極12B−12Cの区間が被測定対象に触れていない状態)。さらに、導電性布電極間の電気インピーダンスを測定することにより、皮膚との接着状態を同定することが可能となる(図29で布電極12A−12B間の電気インピーダンスよりも布電極12G−12H間のそれがはるかに大きい)。Furthermore, when the electrode belt length is different from the circumference of the measurement object, the electrical impedance between the electrode pads in that area becomes very large. This makes it possible to specify the range of electrode pads that can be used for actual electrical impedance measurement and the distance between the conductive cloth electrodes (in FIG. 29, the section of the conductive cloth electrodes 12B-12C touches the object to be measured. No state). Furthermore, by measuring the electrical impedance between the conductive cloth electrodes, it is possible to identify the state of adhesion to the skin (in FIG. 29, the cloth electrodes 12G-12H are more than the electric impedance between the cloth electrodes 12A-12B. It's much bigger).
本発明に係る布製測定ベルトでは導電性布電極は間隔を均等に配置する。この点、例えば寝たきり患者や人工呼吸器装着患者では、特に背中部分にベルトを通過させる際に皮膚と布電極との摩擦状況によって、必ずしも均等に配置されない場合がある。また、ドレイン間挿入時の固定テープ、開胸時の保護テープ塗布、心電図モニタ用の電極など、正確なインピーダンス測定を妨げる領域が存在する場合がある。このような条件下でも、先に述べた方法を用いることで、体表面と良好な接続状況を有する電極の特定と最適な電極間距離を有する電極ペアを特定することができる。In the cloth measuring belt according to the present invention, the conductive cloth electrodes are evenly spaced. In this regard, for example, a bedridden patient or a patient with a ventilator may not necessarily be evenly arranged depending on the friction between the skin and the cloth electrode, particularly when the belt is passed through the back portion. In addition, there may be a region that prevents accurate impedance measurement, such as a fixing tape when inserting between drains, applying a protective tape when opening a chest, and an electrode for monitoring an electrocardiogram. Even under such conditions, by using the method described above, it is possible to identify an electrode having a good connection with the body surface and an electrode pair having an optimum interelectrode distance.
図30〜図32にその一例を示す。図30では、布電極12C周辺の体表面に保護テープなどで導電性布電極と皮膚との間で十分な接触状態を保てない場合、均等に配置されうる布電極12B、12D、12F,12H,12J,12L,12N,12Qの8個の電極をEIT画像再構成用に用いる。これにより、電極間隔が均等に保たれるので、back projection法によるEIT画像のリアルタイム表示が可能となる。An example is shown in FIGS. In FIG. 30, the cloth electrodes 12B, 12D, 12F, and 12H that can be arranged evenly when the conductive cloth electrode and the skin cannot be sufficiently contacted with the protective tape or the like on the body surface around the cloth electrode 12C. , 12J, 12L, 12N, and 12Q are used for EIT image reconstruction. Thereby, since the electrode spacing is kept uniform, EIT images can be displayed in real time by the back projection method.
図31では、電極12I,12J,12Kの広い領域で十分な接触状態が保てない場合を示している。この場合、図30のように均等な電極配置が保てないので、残りの電極を全て利用してEIT測定に必要なデータを測定する。段落「0044」で述べたように、正確な電極位置を測定することができるので、これらの情報を有限要素モデルに入力することで逆問題を解き、対象となる断層画像の適切な導電率分布を求めることができる。FIG. 31 shows a case where a sufficient contact state cannot be maintained in a wide region of the electrodes 12I, 12J, and 12K. In this case, since the uniform electrode arrangement cannot be maintained as shown in FIG. 30, data necessary for EIT measurement is measured using all the remaining electrodes. As described in paragraph “0044”, since accurate electrode positions can be measured, the inverse problem is solved by inputting this information into the finite element model, and the appropriate conductivity distribution of the target tomographic image is obtained. Can be requested.
図32では、仮に全ての導電性布電極が測定対象物と良好な接触状態を保てる場合、全ての電極を独立して測定用電極として用いて高い解像度のEIT画像を得ることもできるし、隣り合う複数の電極をアナログスイッチなどで導通させることで擬似的に大きな電極として用いることで、低解像度でも高い時間分解能を有するEIT画像を測定することが可能となる。以上のように、測定対象物と布電極の接触状況や要求されるEIT画像情報に応じて適切な電極配置を作ることが可能となる。In FIG. 32, if all the conductive cloth electrodes can maintain a good contact state with the measurement object, it is possible to obtain an EIT image with a high resolution by using all the electrodes independently as measurement electrodes. It is possible to measure an EIT image having a high time resolution even at a low resolution by using a plurality of matching electrodes as an artificially large electrode by conducting them with an analog switch or the like. As described above, an appropriate electrode arrangement can be made according to the contact state between the measurement object and the cloth electrode and the required EIT image information.
電極数と電極間隔が不均等でも、有効な電極数と電極位置情報を知ることができるので、有限要素法(FEM)などで用いるコンピュータモデルにこれらの情報を反映させることで、より正確な断層画像面の導電率分布を推定することが可能となる(図31)。Even if the number of electrodes and the electrode spacing are not uniform, the number of effective electrodes and electrode position information can be known. By reflecting these information in the computer model used in the finite element method (FEM), etc., more accurate faults can be obtained. It is possible to estimate the conductivity distribution on the image plane (FIG. 31).
さらに、小児のように、測定対象周囲長が小さい場合には、図33に示すように先端から布製測定ベルト(電極ベルト)10とフレキシブル基板20を不使用な箇所だけ切断しても、基本機能を維持できる。Further, when the circumference of the measurement object is small as in a child, the basic function can be obtained by cutting the cloth measurement belt (electrode belt) 10 and the flexible substrate 20 from the tip only at an unused portion as shown in FIG. Can be maintained.
(2)配線を伸張性ラミネートフィルム加工などで固定する方法(フレキシブル基板を利用しない場合の接続方法):
複数の同軸ケーブルを、伸縮自在のラミネート紙などで熱圧着する。各同軸ケーブルは、各電極と一点150のみ接続できるようにあらかじめ被覆を剥がしておく(図34)。これにより、洗濯が可能で、電極間が一定に保たれる薄いベルトができる。フレキシブル基板を使用しない分、低コスト化が図れる。このベルトの信号コネクタを介して測定信号処理回路30に接続してEIT測定する。簡易的なEIT情報を得るのに適している。(2) Method of fixing wiring by processing a stretchable laminate film (connection method when a flexible substrate is not used):
Multiple coaxial cables are thermocompression bonded with stretchable laminate paper. Each coaxial cable is previously stripped so that only one point 150 can be connected to each electrode (FIG. 34). As a result, a thin belt that can be washed and that maintains a constant distance between the electrodes can be obtained. Costs can be reduced by not using a flexible substrate. The EIT measurement is performed by connecting to the measurement signal processing circuit 30 via the signal connector of the belt. Suitable for obtaining simple EIT information.
図35に示すように、布製測定ベルト10は、導電性電極12と非導電性繊維13が一体となった生地として織りこみ必要なベルト幅分だけカットすることにより所望の幅を持った布製測定ベルトが得られるので、低コスト化をはかることができる。As shown in FIG. 35, the cloth measurement belt 10 is woven as a cloth in which the conductive electrode 12 and the non-conductive fiber 13 are integrated, and cut by the necessary belt width to cut the cloth with a desired width. Since the belt can be obtained, the cost can be reduced.
1 電気インピーダンストモグラフィ測定装置
5 生体
5A 体幹
7 ディスプレイ
8 胸部EIT画像
10 布製測定ベルト
11 導電性布電極群
12 導電性布電極
13 非導電性繊維
20 フレキシブル基板
21 接触手段
22 電極パッド
23 電極ケーブルコネクタ
27 信号線
30 測定信号処理回路
35 空気層
36 空気層
41 ひずみ確認センサ
43 位置確認センサ
45 電極位置確認センサDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrical impedance tomography measuring apparatus 5 Living body 5A Trunk 7 Display 8 Chest EIT image 10 Fabric measurement belt 11 Conductive cloth electrode group 12 Conductive cloth electrode 13 Nonconductive fiber 20 Flexible substrate 21 Contact means 22 Electrode pad 23 Electrode cable Connector 27 Signal line 30 Measurement signal processing circuit 35 Air layer 36 Air layer 41 Strain confirmation sensor 43 Position confirmation sensor 45 Electrode position confirmation sensor
Claims (7)
該布製測定ベルトに包囲されるフレキシブル基板を備え、該フレキシブル基板は、前記導電性布電極に接触可能な接触手段を含んで構成され、
該接触手段を電極ケーブルコネクタにより構成し、該電極ケーブルコネクタが前記導電性布電極と前記フレキシブル基板の信号線とを接続し、
前記接触手段は、前記導電性布電極が被測定対象である生体に接触する場合に、生体に通電可能な電流を前記導電性布電極に供給し、生体表面より得られる生体インピーダンスに関する電圧信号を前記導電性布電極を介して受け取ることを可能とする電気インピーダンストモグラフィ測定装置。A conductive cloth electrode capable of contacting a living body, a plurality of the conductive cloth electrodes arranged in parallel to form a conductive cloth electrode group, and a cloth measuring belt including the conductive cloth electrode group;
A flexible substrate surrounded by the cloth measurement belt, the flexible substrate including contact means capable of contacting the conductive cloth electrode;
The contact means is constituted by an electrode cable connector, and the electrode cable connector connects the conductive cloth electrode and the signal line of the flexible substrate,
The contact means supplies a current that can be passed through the living body to the conductive cloth electrode when the conductive cloth electrode comes into contact with the living body to be measured, and generates a voltage signal related to the bioimpedance obtained from the surface of the living body. An electrical impedance tomography measuring apparatus which can be received via the conductive cloth electrode.
該布製測定ベルトに包囲されるフレキシブル基板を備え、該フレキシブル基板は、前記導電性布電極に接触可能な接触手段を含んで構成され、A flexible substrate surrounded by the cloth measurement belt, the flexible substrate including contact means capable of contacting the conductive cloth electrode;
前記接触手段を電極ケーブルコネクタにより構成するとともに、前記フレキシブル基板をThe contact means is constituted by an electrode cable connector, and the flexible substrate is 伸張可能に形成し、Forming stretchable,
前記接触手段は、前記導電性布電極が被測定対象である生体に接触する場合に、生体に通電可能な電流を前記導電性布電極に供給し、生体表面より得られる生体インピーダンスに関する電圧信号を前記導電性布電極を介して受け取ることを可能とする電気インピーダンストモグラフィ測定装置。The contact means supplies a current that can be passed through the living body to the conductive cloth electrode when the conductive cloth electrode comes into contact with the living body to be measured, and generates a voltage signal related to the bioimpedance obtained from the surface of the living body. An electrical impedance tomography measuring apparatus which can be received via the conductive cloth electrode.
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