生物物理学 · 15.02
生体信号の代表的周波数・振幅範囲
Typical frequency and amplitude ranges of biological signals
🧠 生体信号ごとの振幅と周波数帯域を知ることは、増幅率・入力雑音・電極・フィルターbarrierフィルター(barrier)barrier(フィルター)・標本化sampling 標本化(sampling)sampling(標本化) 周波数を決める出発点になる。
代表的な桁
| 信号 | 代表振幅 | 主な周波数帯域の目安 | 測定上の特徴 |
|---|---|---|---|
| 心電図 | 約mV | 約0.05–150 Hz | 基線baseline 基線(baseline)baseline(基線) 変動と商用周波数雑音 |
| 脳波electroencephalography, EEG脳波(electroencephalography, EEG)electroencephalography, EEG(脳波) | 数十µV | 通常記録では約0.5–100 Hz | 微小でアーチファクト artifact アーチファクト(artifact) artifact(アーチファクト) に敏感 |
| 表面筋電図surface electromyography表面筋電図(surface electromyography)surface electromyography(表面筋電図) | µV–mV | 約10–500 Hz | より高周波 high frequency 高周波(high frequency) high frequency(高周波) 成分を含む |
値は装置目的、誘導、電極間隔、筋収縮で変わるので、固定した境界ではなく設計目安である。特に全帯域EEGでは、0.01 Hz付近から数百Hzまでの活動が対象になりうる1。
振幅が回路を決める
EEGのような微小信号では低雑音・高入力インピーダンスhigh input impedance高入力インピーダンス(high input impedance)high input impedance(高入力インピーダンス)・高い同相成分除去が必要となる2。ECG/EMGでは飽和を避けながら安定した利得 gain利得(gain) gain(利得)を設定する。
帯域が処理を決める
低域遮断を上げすぎると緩やかな生理変化を失い、高域遮断を下げすぎるとQRS波やEMGの速い成分が歪む。目的帯域に合わせてフィルターbarrierフィルター(barrier)barrier(フィルター)を設定し、ナイキスト条件Nyquist conditionナイキスト条件(Nyquist condition)Nyquist condition(ナイキスト条件)を満たす標本化 sampling 標本化(sampling) sampling(標本化) 周波数を選ぶ。
まとめ
- ECGはmV、EEGはµV、EMGはµV–mV程度の桁をもつ。
- 信号帯域は生理現象だけでなく電極・誘導・測定目的で変わる。
- 振幅は利得 gain 利得(gain) gain(利得) と雑音、帯域はフィルター barrier フィルター(barrier) barrier(フィルター) と標本化 sampling 標本化(sampling) sampling(標本化) 設計を決める。
出典
- 1.Full-band EEG (FbEEG): an emerging standard in electroencephalography(Clinical Neurophysiology・2005)生理的・病的EEGは通常臨床帯域を越えて広い周波数範囲を含みうる閲覧 2026-08-20
- 2.International Federation of Clinical Neurophysiology (IFCN) - EEG research workgroup: Recommendations on frequency and topographic analysis of resting state EEG rhythms. Part 1: Applications in clinical research studies(Clinical Neurophysiology・2020)EEGの記録帯域・標本化・雑音性能は研究目的に応じて設定する閲覧 2026-08-20