ポリグラフ計測のしくみ ーハ－ドウェア中心にー

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1 ポリグラフ計測のしくみ ーハ－ドウェア中心にー
　　　　ポリグラフ計測のしくみ 　　　　　ーハ－ドウェア中心にー （株）デジテックス研究所

2 はじめに 生体現象の導出原理、電極の考え方、ポリグラフ 検査機器の基本構成、及び計測のポイントなどに ついてハ－ドウェア中心に解説します。
　生体現象の導出原理、電極の考え方、ポリグラフ 検査機器の基本構成、及び計測のポイントなどに ついてハ－ドウェア中心に解説します。 　特に、最近の主流となっているデジタル式の機器 についてアナログ式と比較しながら留意点を説明 します。

3 目 次 生体現象の導出原理 2. ﾎﾟﾘｸﾞﾗﾌ機器の構成 3. 計測のポイント * 概念 * 接触インピ－ダンス ＊システムリファレンス
　目　次 生体現象の導出原理 * 概念 * 接触インピ－ダンス 　 * 分極電圧 　 * 差動増幅器 ＊システムリファレンス ＊モンタ－ジュ処理 ＊ハ－ド時定数 2. ﾎﾟﾘｸﾞﾗﾌ機器の構成 * アナログ式 　＊デジタル式 　＊疑似デジタル式 　＊各種方式の主な相違点 3. 計測のポイント

4 1. 生体現象の導出原理  

5 1. 生体現象の導出原理　　- 概　念 - 　　　 ★生体現象の導出原理はアナログ、デジタル式に共通

6 1. 生体現象の導出原理 - 接触インピ－ダンス -
1. 生体現象の導出原理　- 接触インピ－ダンス - 等価回路 接触インピ－ダンスは小さく揃えることが大切 　　　　　　　　（高く揃えるのは難しい）

7 1. 生体現象の導出原理 - 接触インピ－ダンス -
1. 生体現象の導出原理 - 接触インピ－ダンス -  ｲﾝﾋﾟ-ﾀﾞﾝｽﾁｪｯｸ周波数 　　　＝10Hz

8 1. 生体現象の導出原理 - 分極電圧 - 分極電圧に起因する測定障害 ◆ 波形が基線レベルで平坦になる ◆ 基線変動を伴う雑音混入
1. 生体現象の導出原理 - 分極電圧 - ＊分極電圧は、電極表面の＋イオンと生体 　 のーイオンとの電位差 ＊金属電極には、必ず分極電圧が存在 ＊分極電圧＝数１００ｍＶ ＊分極電圧の軽減法　（塩化膜を作る） 　　・電極ペ－ストに浸ける 　　・飽和食塩水に浸ける ・食塩水中の電気分解法 　　分極電圧に起因する測定障害 ◆　波形が基線レベルで平坦になる ◆　基線変動を伴う雑音混入

9 1. 生体現象の導出原理　ｰ 分極電圧 ｰ 　　　 　分極電圧起因のアーチファクト例

10 1. 生体現象の導出原理　ｰ 差動増幅器 ｰ 　　　

11 1. 生体現象の導出原理 - 差動増幅器 - 優れた差動増幅器の条件 ①同相分除去比(CMRR)
1. 生体現象の導出原理　- 差動増幅器 - 　　　 　優れた差動増幅器の条件 ①同相分除去比(CMRR) 同相入力分（外来雑音分）を除去する比率を示します。（＞86dB） この値が大きいほど外来雑音の排除能力が高くなります。 差動入力増幅度 同相入力増幅度 （dB） ＝ ②低雑音 増幅器自身の内部雑音　（＜4μV p-p) ③最大直流入力電圧 この値が大きいほど分極電圧による 増幅器の飽和がなくなります。（＞0.5V）

12 ２．ポリグラフ検査機器の構成 最近のＰＳＧ検査機器や脳波計はアナログ式 からデジタル式に移行しています。
　最近のＰＳＧ検査機器や脳波計はアナログ式　からデジタル式に移行しています。 　また、疑似デジタル式な構成を持つ機器も 　海外製品に多く見かけられます。 　これらの方式の相違は、使用方法に違いが 　でます。　　 　ここでは、一般的な機器の構成方式を知って　もらい、信頼性のあるデ－タ収集と検査効率 の向上に役立つことを期待します。

13 ２．ポリグラフ検査機器の構成 ＜ アナログ式 ＞ 電極接続箱 本 体 バッファアンプ 電極選択器(モンタージュ) アナログ出力 主増幅器 フ
＜　アナログ式　＞ バッファアンプ 　　　　　　 　　　電極選択器(モンタージュ) 差動増幅器 電極接続箱 　本　　体 　ＴＣ (ＬＦＦ） フ ｨ ル タ ＬＦＦ ＨＦＦ 　　　　主増幅器 　　　アナログ出力

14 ２．ポリグラフ検査機器の構成 ＜ デジタル式 ＞ 本 体 電極接続箱 表示／収録 差動増幅器 Ａ／Ｄ変換器 ＬＦＦ 処理 モンタージュ処理
　　　　２．ポリグラフ検査機器の構成　 　　　 ＜　デジタル式　＞ 　差動増幅器 電極接続箱 本　体 　　　表示／収録 　　　　　　 　　　　　Ａ／Ｄ変換器 ＴＣ (ＬＦＦ） 　　　　デジタル信号処理 ＬＦＦ 処理 　モンタージュ処理 ＨＦＦ 　　感度切替処理

15 ２．ポリグラフ検査機器の構成 ＜疑似デジタル式＞ 電極接続箱 本 体 表示／収録 差動 増幅器 電極選択器 Ａ／Ｄ変換器 主増幅器 フ ｨ
　本　　体 ﾊﾞｯﾌｧｱﾝﾌﾟ 　差動 増幅器 ＴＣ フ ｨ ル タ 電極選択器 　主増幅器　 デジタル信号処理 Ｈ Ｆ 処 理 L 感 度 切替 Ａ／Ｄ変換器 　表示／収録

16 　　　　２．ポリグラフ検査機器の構成 　　　 各方式の主な相違点 アナログ式 　チャネル単位 　の信号取得 デ－タは検査 時設定に固定　　　　 デジタル式 　電極単位の 　信号取得 モンタ－ジュ、誘導、フィルタ等の変更可能 疑似デジタル式 　チャネル単位 　の信号取得 基本的にデ－タ は検査時設定に 固定

17 ２．ポリグラフ検査機器の構成 各種方式の主な相違点 アナログ式差動増幅器 チｬネル単位 電極単位 デジタル式差動増幅器 C3
　　　　２．ポリグラフ検査機器の構成 　　　 各種方式の主な相違点 アナログ式差動増幅器 　　　チｬネル単位 　　デジタル式差動増幅器 　　　　　電極単位 C3 C4 A1 R ＋ ― C3電極（C3-R） C4電極（C4-R） A1電極（A1-R） ● Ｒ：システムリファレンス C3 A1 C4 O2 ＋ ― 　１ｃｈ (C3-A1) 　２ｃｈ (C4-A1) Ｎｃｈ (O2-A1) ＋ ― ＋ ―

18 　　　　２．ポリグラフ検査機器の構成 　　　 システムリファレンス R 例：（C3＋C4）

19 ２．ポリグラフ検査機器の構成 システムリファレンス システムリファレンス(Ｒ)は、通常、頭皮上の雑音の 混入し難い部位に配置します。
　　　　２．ポリグラフ検査機器の構成 　　　 　　システムリファレンス 　システムリファレンス(Ｒ)は、通常、頭皮上の雑音の 混入し難い部位に配置します。 　デジタル式ではこのシステムリファレンスが外れると 　記録できなくなるため、脳波計では2カ所の電極部位 C3､C4や、F3､F4の平均電位がシステムリファレンス としてよく使用されています。また、単独のシステム リファレンスとしている機種もあります。 いずれの機種もシステムリファレンスが装着されない と正しい測定が行えません。

20 ２．ポリグラフ検査機器の構成 システムリファレンス ◆ 機器のシステムリファレンスが、割り当てられている 電極を必ず装着します。
　　　　２．ポリグラフ検査機器の構成 　　　 　システムリファレンス 　　　　　　【システムリファレンス使用時の注意】 　◆ 機器のシステムリファレンスが、割り当てられている 　　　電極を必ず装着します。 　　　モンタージュに無関係で、(C3+C4)､(F3+F4)､R（単独）　　　を割り当てている機器が一般的です。 　◆ システムリファレンスで測定した電極単位の信号波形　　　を確認するようにします。 　　　　（モンタージュの例：C3-R）　

21 ２．ポリグラフ検査機器の構成 モンタ－ジュ処理 デジタル式では信号波形を表示する際、モンタージュ 処理を単純な引き算処理で行います。
　　　　２．ポリグラフ検査機器の構成 　　　 　　モンタ－ジュ処理 　デジタル式では信号波形を表示する際、モンタージュ　　 処理を単純な引き算処理で行います。 　共通のシステムリファレンスを基準に増幅された電極　　 データ同士を引き算することにより、すべてのモンタ　　　 ージュを作成できます。 　耳朶のデータもシステムリファレンスを基準に増幅され　 ているため、耳朶基準の基準電極導出モンタージュも　 双極導出モンタージュも同じように処理されます。

22 ２．ポリグラフ検査機器の構成 モンタ－ジュ処理 C4 ： C4-R A1 ： A1-R
　　　　２．ポリグラフ検査機器の構成 　　　 　　モンタ－ジュ処理 　例えば、システムリファレンス(R)で測定したC3、C4、　　 A1の電極単位の信号をそれぞれ C3 ： C3-R C4 ： C4-R A1 ： A1-R 　とすると、 　 基準電極導出法　（C3－R）－（A1－R) ＝ C3－A1 　 双極導出法　　　　（C3－R) －（C4－R) ＝ C3－C4 で計算されます。

23 ２．ポリグラフ検査機器の構成 ハ－ド時定数 ハ－ド時定数の主目的は直流成分除去。
　　　　２．ポリグラフ検査機器の構成 　　　 　　　ハ－ド時定数 　　　　ハ－ド時定数の主目的は直流成分除去。 　電極の分極電圧などの直流成分を含む信号は、大きく　増幅ができません。（主増幅器が飽和する） 　そのため、一旦時定数回路を介した後、主増幅します。 　一般には、１秒または10秒の時定数が用いられます。 　　尚、基線レベルの平坦波形は、差動増幅器が飽和し、 　　この時定数により出現します。

24 ３．計測のポイント 1. 分極電圧の影響 ①固有の分極電圧 ②異電極に起因 ＊基線レベルの平坦波形現象 材質、大きさ、表面状態
　　３．計測のポイント 1. 分極電圧の影響 ①固有の分極電圧 ②異電極に起因 材質、大きさ、表面状態 ＊基線レベルの平坦波形現象 ＊基線変動を伴う雑音混入現象 外来雑音（ハム）等の混入防止 ＊接触インピ－ダンス大 →外来雑音の飛び込み増加 ＊接触インピ－ダンスのバラツキ →CMRR低下 2.対電極の接触インピ　　－ダンス

25 ３．計測のポイント 外来雑音（ハム）等の混入防止 3. 対電極のリ－ド線を ＊同相入力をでるだけ同量混入 させて差し引きゼロにします。
　　３．計測のポイント 外来雑音（ハム）等の混入防止 ＊同相入力をでるだけ同量混入　させて差し引きゼロにします。 3. 対電極のリ－ド線を 束ねる。 ＊システムリファレンスが生体へ 装着されていない場合 ＊機器で設定されたシステム リファレンス電極と不一致な場合 　　差動増幅器は動作しません。 4. デジタル式機器の場合には、システムリファレンスの確認と生体への装着を忘れずに。

26 ３．計測のポイント ５. 各種センサを使う 時の注意 ＊汎用コネクタタイプの場合 ①汎用電極－ｼｽﾃﾑﾘﾌｧﾚﾝｽ間
　　３．計測のポイント ５. 各種センサを使う　　時の注意 （呼吸、いびき、体位、SpO2等） ＊専用コネクタタイプ ＊汎用コネクタタイプ　　　（G1G2） ＊汎用コネクタタイプの場合 　①汎用電極－ｼｽﾃﾑﾘﾌｧﾚﾝｽ間 ②専用入力 　の２タイプに注意！ 参考： 2004日本臨床神経生理学会 技術者講習会テキスト 「終夜睡眠記録と導出のポイント」 　虎ノ門病院　川名ふさえ

27 参 考 終夜睡眠ポリグラフィ－の診療点数 ２ １以外の場合 ３３００点 検査項目 フルPSG（２の場合）
　　　　　参　考 　終夜睡眠ポリグラフィ－の診療点数 　１　携帯用装置を使用した場合　　７２０点 　２ １以外の場合　　　　　　　　　　３３００点 検査項目 フルPSG（２の場合） ア　脳波、眼球運動、ｵﾄｶﾞｲ筋筋電図 イ　鼻または口における気流の検知 ウ　胸壁、及び腹壁の換気運動記録 エ　パルスオキシメ－タによる動脈血 　　 酸素飽和度連続測定

28 　　　　　　ポリメイト　AP1532