演算器と表示器・記録計とデータ伝送

電極又は変換器 ： 生体信号の取入れ　　　　増幅器 ： 弱い生体信号の増幅　　　 演算器 ： 入力信号の処理
表示装置・記録計 ： 信号の表示と記録　　　　発信器･受信器 ： データの伝送

演算器

　 演算器では、得られた計測データを２次的に加工したり、計算することで周波数解析やＳ／Ｎ比改善（雑音除去と信号成分の抽出）、波形の自動診断などの信号処理が行われます。

Ａ／Ｄ変換

　 増幅器で増幅された生体信号は、アナログデータであるためコンピュータで情報を扱えるようにデジタルデータに変換する必要があります。アナログデータからデジタルデータへの変換をＡ／Ｄ(analog-to-digital)変換と呼びます。
逆に、デジタルデータをアナログデータに変換することをＤ／Ａ(digital-to-analog)変換と呼びます。

フーリエ変換

　 時間的変化を表した信号を周波数成分の変化に変換します。
特にフーリエ変換を高速変換する手法にFET(高速フーリエ変換)があります。

※ この他にも様々な信号処理の方法がありますが、非常に難しいので省きます。

表示器・記録計

　 生体信号を計測し、それを判断するには表示器や記録計が必要です。表示器は、人が応答できる目の速さや認識できる時間的制約があり、応答の速い情報や目で確認しにくいような早い信号(高周波信号)には、波形認識やその記録ができる記録計が必要となります。
　 表示器・記録計は、目的とする生体信号を忠実に再現できるよう十分な応答速度、周波数帯域などを備えていることや経済性、利便性などを考慮し表示器や記録計を選ばなければなりません。
　 試験的には、各記録計の周波数特性とサーマルドットアレイ記録計について問われることがおおいのでその点を十分理解してください。

性能

≪周波数特性≫

　 目的とする生体信号を記録するには、その生体信号周波数に応答できる周波数特性を持つ記録計が必要となります。特に重要となるのが、記録計がどれだけ高い周波数まで応答できるかです。記録器の性能は高周波領域の応答速度にかかっているといっても過言ではありません。
　 人で考えると分かりやすいと思います。１秒間に１つの波（１Ｈｚ）を書く場合と１秒間に１０の波（１０Ｈｚ）を書く場合、どちらが正確、忠実にかけるかを考えてもらえばよいと思います。高周波になればなるるほど高振幅の波はかけず波の頭は綺麗な丸みはなく歪んだ波形となっていくのがイメージできると思います。
このように、信号を記録する場合高周波の周波数特性が最も重要となります。

≪経済性と利便性≫

　 心電図のような比較的短時間に計測が終了する場合は、インクの補充やつまりなどの問題は少ないが、脳波のような長時間にわたり記録し続ける必要がある場合は、取扱いが劣っていても低コストで行えるような記録方式が用いられるのが一般的です。

≪記録速度（紙送り速度）≫

　 紙送り速度は、測定する生体信号によってそれぞれ標準速度が決まっています。

≪標準感度≫

　 記録計の振幅が１ｃｍ動いた時に生体信号がどのくらい変化したかを表したものが標準感度です。
これも紙送り速度同様測定する生体信号によってそれぞれ標準感度が決まっています。

各記録計の特徴

≪自動平衡型記録計≫

　 最も周波数応答性の低い記録計です。X−Yレコーダーや打点式記録計に利用されます。

≪インクペン式記録計≫

　 インク補充や詰まりの問題はあるが、経済性に優れているため、長時間計測の脳波の記録に利用されています。

≪熱ペン式記録計≫

　 インクペン式記録計に比べて周波数応答がやや高く、心電図や眼振図、心音図に使用されていました。
ペン先を熱し記録紙に感熱紙を使用することで、ペン先が触れた部分が記録されます。

≪インクジェット式記録計≫

　 インクペン式や熱ペン式は、ペン先が記録紙に接触する必要があるため、摩擦の影響などであまり早い周波数の信号を描くことは難しかった。インクジェット式は、紙とは非接触であるため高い周波数まで記録できるのが大きなメリットです。

≪サーマルドットアレイ記録計≫

　 ペンの運動を必要としない記録計です。ペンの代わりに微小熱発熱素子を直線状に１列に並べ、Ａ／Ｄ変換によってデジタル化された生体信号に応じて必要な素子のみを瞬時に発熱させることにより、感熱紙に記録していきます。微小発熱素子の配列は１ｍｍの間に８〜１６個程度の密度で並べられています。
ペン移動なしに記録を行うため、周波数応答は高く、数ｋＨｚ程度の信号までリアルタイムに記録できます。又、この記録計は目盛り罫線や目盛り数値、あるいはタイトルや注釈などのテキスト分も波形と同時に書き込むこともできます。現在の記録器の主流となっています。

≪オシロスコープ（オシログラフ）≫

　 多くの記録器、表示器の中で最も広い周波数帯域を観察することのできる記録計です。原理的にはブラウン管テレビと同じような原理です。

データ伝送

　 記録した生体信号(データ)を遠隔地に伝送する場合、生体信号を遠隔地に伝えやすいように信号を加工(変調)しそれを、発信器で発信して有線又は無線のいずれかの伝送路を介して遠隔地へ受信する。受信器で受信した信号を元の信号に戻して(復調)、記録します。

変調

　 データを無線で送る場合、信号周波数が低いといくら信号を増幅しても空中ではあまり伝搬しません。そのため、生体信号のような周波数の低い信号を伝送する場合、高い周波数の電波(搬送波)に乗せて信号を伝送します。このように、信号を遠方に飛ばすために高周波に乗せることを変調と呼びます。
医療情報を無線で送る場合、ＡＭとＦＭが利用されます。

≪振幅変調（ＡＭ変調）≫

　 搬送波の振幅を信号の振幅に応じて変化させます。
長所 ： ＦＭに比べ狭い帯域幅でよい
短所 ： ノイズに弱い

≪周波数変調（ＦＭ変調）≫

　 搬送波の周波数を信号の振幅に応じて変化させます。
長所 ： ノイズに強い
短所 ： ＡＭに比べ広い帯域幅が必要

復調

　 変調されて伝送された信号をそれから元の信号波を戻すことをいいます。