PowerLab という機器で実習を行うわけだ。生体から出る信号は微弱なので、飛び交っている交流電源に由来するノイズをいかにして減弱させるかが、きれいなデータを取得するために必要な操作である。学生実習の心電図では、病院等にある心電図専用機器を使うわけにはいかない。高価で実習の班の数だけ用意できない。１年に１回の実習にそんな高価な機器を使うのはコスパがよろしくない。そこで、手足からの誘導を同時ではないけれど、普通のユニバーサルなハイゲインアンプで測定するのが、大学の基礎、生理学では普通なわけだ。１チャネルだけで記録を、標準肢誘導なので３種類行うわけだ。

医学部だと、胸部単極誘導を含めた１２種類の誘導を行うのだが、コメディカルでは女性教員と別室を用意しないといけないわけで、専用機器もないことだしそこまでやらないのだ。

測定環境が悪いとノイスだらけになる。シミュレーションで最適な記録方法を探ったわけだ。

この図で、記録ソースを10 kΩの抵抗で代用してシミュレーションした。
シールド・シートの上に10 kΩ 3ケとスイッチで作った回路を起き、高感度増幅器（Bio Amp）の入力を接続するのだ。このシミュレーション回路は入力がEathから浮いているか、10 KΩを介して接地しているかをスイッチで選択できるわけで、スイッチがcloseの場合が心電図の記録では右足がEarthとなるから、これにより近いことになる。

やる前からわかるのは、シールド・シートを寝ている被験者の下に敷き、シールド・シートのEarthは高感度入力アンプ（Bio Amp）のEarthに接続し、PowerLabに装備されているデジタル・フィルターを使うのが最適であろう。

PowerLab のEarth は実は、入力アンプ（Bio Amp）のEarth、DIN8PコネクタにあるAnalog入力のEarth、デジタル入出力のBNCコネクタのEarth、ケースのEarth (交流電源のアース）があって、それぞれ独立している。この内のBio AmpのEarthにシールド・シートを接続するのが最も効果的で、事実今回のシミュレーションでも、以下に示さないが、もっとも良い結果が得られる。しかし、Bio AmpのEarthにシールド・シートを接続するのは、接続端子が用意されていないので、学生実習ではやりにくい。ほかのEarthも接続できるようにすることができるが、アダプタを作成する必要があるとか面倒である。そこで、シールド・シートはPowerLabのケース（case）に接続するしかないわけだ。というわけで、前記事のようなバナナ端子が接続できるようなアダプタを作ったわけだ。

シールド・シートの有効性とデジタル・フィルタの有効生をシミュレーションでチェックしたわけだ。デジタル・フィルタというのは、生体の発する電位には高頻度の周期的な信号がないという前提で、周期的な信号を検知してこれをデジタル回路で処理して、周期的なノイスを削減するわけだ。周期的な信号を検知してから削除するので、記録開始から数秒以上経過しないと交流電源に由来するようなノイズは減弱されない。それが下図である。

記録開始時にあったノイズが数秒後には減少する様子がわかる。これを学生に説明するのは面倒なので、記録開始の「START」ボタンをクリックしたら４秒以上経過した後のデータだけを使えと言うわけだ。

シミュレーションは、シールド・シートの有無、シミュレーション回路のスイッチのON/OFF、シールド・シートの接続先がcaseか入力アンプのEarthか、デジタルフィルタのON/OFF の組み合わせで行った。全部を掲載してもしょうがないから３例を示す。縦軸の単位はμV である。
Aはシールド・シートなし、シミュレーション回路でスイッチはOFFで入力がEarthから浮いていて、デジタフィルタなしという最悪の条件。B はシールド・シートを使いcaseに接続し、シミュレーション回路でスイッチはcloseで、デジタフィルタなし、C ははシールド・シートを使いcaseに接続し、シミュレーション回路でスイッチはcloseで、デジタフィルタを使って、記録開始から４秒以上経過したとき、である。

A　でわかるようにp-pが80 μVもあるノイズは　C ではp-p で数 μVに減弱された。心電図の大きさはP波の標準的な値が250 μV なので十分でしょ。学生に実施にやらせると、ほかのノイスが大きいから問題にならないでしょう。

このデジタル・フィルタは結構強力だから、シールド・シートがなくてもいいかもしれないが、試行するのを忘れた。

当方の庭の紫陽花その4

PowerLab という機械がある。AD Instrumentという会社の製品で、基本的には電気的アナログ信号をデジタルデータに変換（AD変換）し、パソコンに収録記録する装置である。研究にも教育にも使える。使っているモデルは26Tというのだが、そして他のモデルでも同じなのだが、機器の背面パネルにあるGround（Earth）端子が使いにくい。

写真のピンクの丸ラベル＊の右上の金属棒がGround端子なのだ。普通のワニ口やミノムシクリップで掴むには太すぎるのでどうやって使うのかと調べたら専用コネクターケーブルークリップというのがある。この金属棒に差し込むメスコネクタと他端が鰐口クリップのようなクリップになっている。

例えば心電図測定のときは測定対象をノイズ混入を防ぐためにシールド・シートに寝かせて行うのだが、そのような用途のシールド・シートは日本光電のような医療機器メーカが販売しているので、医療機器故に高価である。一般用に市販されているシールド・シーツ（何に使うのかよくわからない）が販売されていて、こちらのほうが安いので使うことにした。シールド・シーツの上で寝るとなにやら健康にいいような事が書いてあるが怪しい。

このシールド・シーツに付属のケーブルーコネクタは、バナナチップのような物なので、問題のグラウンド端子に接続するためにはアダプタを工夫する必要がある。

アース端子を突っ込むための穴はφ6.0 mm、これには3 mm のホーローネジ（イモネジ）で止める、シールド・シーツの配線のバナナチップを突っ込む穴φ 4.2 mm、他の配線があるときのための３ mmのネジはおまけ、という10 mm アルミ角棒からアダプタを作った（10ケ）。

取り付けた写真。

シールド・シーツに付属のケーブルは100 kΩの抵抗が内蔵されていて使えないのがわかった。何故抵抗が内蔵されているかというと、アースを３ｐの電源コンセントから取る可能性があるからだろう。機器のグラウンド端子を使うのでそのような心配はないので抵抗が内蔵されていない普通のケーブルの方がいい。市販のバナナチップに普通の導線を付けたものでいい。

まだ問題があって、このシールド・シーツは、このグラウンド端子に接続するのがいいのか、アナログアンプのアナログ・グラウンドに接続するのがいいのか、全面パネルにあるBNCコネクタ（パルス出力）のグラウンドに接続するのがいいのか、やってみないとわからない。全て、グラウンドなのだが、そこが微妙に違っていて、変に接続するとグラウンドのループができて、逆に電源周波数に一致するノイズが増えたりする。この機器には電源周波数に一致するノイズをデジタルに減弱するフィルタが備わっていて、この機能を使うだけでもいいかもしれない。しかしこのデジタルフィルタは測定開始から数秒経過しないとうまくノイズを取り除いてくれないので、記録の最初の部分は使えないのだ。これを学生等に説明するのは面倒だ。だから最初からノイズが少ないほうがいいのだ。アナログ入力はdifferential なのでこのようがグラウンド（アース）は大して影響しないかもしれない。この辺がやってみないとわからないところなのだ。

＊
ちなみにこのピンクのラベルはUSBーTypeBの受け口なのだが、ここにオスコネクタを上下を逆に刺す学生がいて、強引に突っ込むことができちゃう。一度、逆に突っ込むと穴が広がって、ツッコミ易くなってトラブルの原因になる。このようにラベルを貼り、オスコネクタの方にも同じラベルを、この機器側のラベルと向き合うように貼ると、逆に刺す学生は出てこない。USBケーブルの反対側はTypeAで、パソコン側に突っ込むわけだが、ここも逆に突っ込む学生がいて、こちらは逆に強引に突っ込むと、コネクタ内の逆接続を防止するためのプラスチックの板が壊れて取れてしまい、容易に逆に突っ込むことができるようになってしまう。こちらもケーブルとパソコンに異なった色のラベルを貼り、正しく刺すと同一色のラベルが対向するようにしておくと、学生が逆に刺すことがなくなる。

LAN ケーブルは逆に差し込めないが、ポートが空いていると、誰かが必ず突っ込む。これがループの原因になる。ともかく、こちらが想像できないようなことが必ず発生するから、これを防止することを心がけないと、実習などいくら時間が経過してもデータが取得できず、なかなか終わらないことになる。学生がどんな挙動をするかは経験でしか得られない。しかしその経験も新人類が相手だと役に立たないことが多いのだ。

例えばゼンマイ式のストップウォッチなど、学生さんは見たことがない。しかし、実習機器をそろたのはな何年も前でストップウォッチはなかなか壊れないから更新することがない。このゼンマイ式ストップウォッチを提供すると、必ず電池がないから動かないといってくる学生がいる。電池のデジタルストップウォッチは安いから提供すればいいのですけどね。

当方の庭の紫陽花その3