CN107708541B - 可穿戴式电极 - Google Patents
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Abstract
可穿戴式电极具备：衣服（10），具有面料（11）及覆盖所述面料（11）的内表面的至少一部分的衬布（12）；电极部（20），与穿着所述衣服（10）的活体（P）接触而取得所述活体（P）发出的活体信号，安装在所述衬布（12）的与所述面料（11）相反侧；以及芯线（40），能够插通到形成在所述电极部（20）的容纳部（27）内，所述面料（11）和所述衬布（12）在所述衬布（12）中的安装有所述电极部（20）的部分以外的部分（15）连接。
Description
技术领域
本发明涉及可穿戴式电极（wearable electrode）。
本申请基于2015年7月8日申请的日本特愿2015－137287号主张优先权，并将其内容引入于此。
背景技术
关于在使用者（活体）穿的贴身衣服型的衣服安装电极部，并检测使用者发出的活体信号的系统，作为超高龄化社会中的医疗护理健康系统的有效工具，近年来活跃地进行研究开发。以下，将由电极部及衣服构成的部分称为可穿戴式电极。
可穿戴式电极需要贴身衣服所要求的各种要件、对性别、体型、季节的对应、与尺寸展开、年龄层相符的变化（variation）等。然而，多样的变化使得药事认证号码增加、手续变复杂等，难以进行作为医疗设备的许可和认可/制造/管理。因此，要求以尽量少的可穿戴式电极的变化来对应各种要件等。
另外，在医疗用的可穿戴式电极中，电极部及布线部被各个医疗标准（例如，参照非专利文献1）规定。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：ANSI/AAMI EC12：2000（R2010）、“Disposable ECG electrodes”。
发明内容
发明要解决的课题
然而，在因为使用者的动作等而衣服移动的情况下，存在电极部移动而不能稳定的测定的问题。
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供在使用者穿着的衣服移动的情况下也能抑制电极部的移动的可穿戴式电极。
用于解决课题的方案
本发明的一种方式是可穿戴式电极，具备：衣服，具有面料及覆盖所述面料的内表面的至少一部分的衬布；电极部，与穿着所述衣服的活体接触而取得所述活体发出的活体信号，安装在所述衬布的与所述面料相反侧；以及芯线，能够插通到形成在所述电极部的容纳部内，所述面料和所述衬布在所述衬布中的安装有所述电极部的部分以外的部分连接。
作为优选例，具备能够插通到形成在所述电极部的容纳部内的芯线，所述电极部具有：导电层，取得所述活体信号；夹持层，配置在所述导电层的一个面上并与所述导电层接触；以及一对连接部，以沿着沿着所述一个面的基准方向延伸的方式连接所述导电层和所述夹持层，沿着所述一个面并且在与所述基准方向交叉的方向并排地配置，在所述导电层与所述夹持层之间一对所述连接部之间的部分构成所述容纳部。
在该情况下，优选的是，所述基准方向的第一侧中的一对所述连接部之间的距离，短于所述基准方向的第二侧中的一对所述连接部之间的距离。
作为典型例，所述导电层由含浸导电性高分子的纤维构造物形成，所述夹持层由金属形成。
作为其他典型例，在所述衬布固定有卡合部，在所述电极部固定有能够装卸地与所述卡合部卡合的第一被卡合部，在所述芯线固定有能够装卸地与所述卡合部卡合的第二被卡合部。
发明效果
通过本发明，在使用者穿着的衣服移动的情况下也能抑制电极部的移动。
附图说明
[图1]是针对本发明的一个实施方式的可穿戴式电极的正面的纵截面图。
[图2]是针对同一可穿戴式电极的正面的横截面图。
[图3]是同一可穿戴式电极的活体电极单元的仰视图。
[图4]是本发明的变形例的实施方式的可穿戴式电极中的电极部的仰视图。
具体实施方式
以下，一边参照图1至图4，一边说明本发明所涉及的可穿戴式电极的一个实施方式。此外，在以下的所有附图中，为了便于观看附图，调整了各结构要素的厚度或尺寸的比率。
如图1及2所示，本实施方式的可穿戴式电极1具备：具有面料11及衬布12的贴身衣服（衣服）10；安装在衬布12的与面料11相反侧的电极部20；以及与电极部20连接的布线部40。
此外，图1示出站着的使用者（活体）P穿上可穿戴式电极1的状态。
以下，首先对电极部20进行说明。
电极部20是取得使用者P发出的电活体信号的部件。如图1至图3所示，电极部20具有：取得活体信号的导电层21；配置在导电层21的一个面21a上的夹持层22；以及以沿着基准方向X延伸的方式连接导电层21和夹持层22的一对连接部23、24。该例的电极部20为宽度较宽的类型。
基准方向X是沿着导电层21的一个面21a的方向。
导电层21由含浸导电性高分子的纤维构造物形成。
作为使用于导电层21的纤维构造物的形态，能举出纺织物、编织物及无纺布。若纤维构造物中含浸的导电性树脂（导电性高分子）的量不足，则不能得到反复使用下的洗涤耐久性，因此纤维构造物的单位面积重量（作为用于含浸导电性高分子的质地（生地）的单位重量）优选为50g/m2以上300g/m2以下。若小于50g/m2，则导电性树脂的含浸量变少，不能得到洗涤耐久性。若大于300g/m2，则成为导致佩戴感差的原因。更优选为60g/m2以上250g/m2以下。
纤维构造物的厚度优选为0.2mm以上2.0mm以下。厚度小于0.2mm时，因为质地过薄而实质单位面积重量会变小、导电性树脂的含浸量会变少。若厚度超过2.0mm，则过厚而成为导致佩戴感差的原因。更优选为0.3mm以上1.5mm以下。
另外，为了持续得到良好的心电波形，需要使导电层21保持与皮肤接触、粘贴的状态。为了使导电层21持续粘贴在皮肤，构成纤维构造物的质地的柔软性是必要的，因此纤维构造物优选纺织物、编织物、无纺布，更优选为柔软性更高的编织物。但是，由于导电层21自身的柔软性过高而在佩戴时导电层21发生弯折或者移动的情况下，也可以在导电层21的背面侧配置用于补强的部件。
进而，以编织物为代表的纤维构造物的组织、制造方法没有特别限定，但是作为导电层21优选保持汗等的水分的形状，编织物中能够优选使用双面针织物（double knit）。作为其例，能举出双拉舍尔（double russell）组织、瓦楞纸组织、可两面用（reversible）组织、光滑（smooth）组织、圆筒形罗纹组织、带绒组织等，但是并不限定于此。
本发明的导电层21所使用的纺织编织物，从对导电性树脂的纤维构造物的保持以及高导电性的观点来说，优选包含由多个单纤维构成的复丝（multi filament）线。复丝线的纤细度没有特别限定，从活用作为纤维构造物的特性的观点来说，优选为30dtex到400dtex。纺织编织物中的复丝线的混合率，只要在不影响性能的范围，就无特别限定，但混合率高的从导电性、耐久性的观点来说是优选的，更优选为50％以上100％以下。
使用于纺织编织物的复丝线的原料，能够使用例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等的聚酯类合成纤维、尼龙等的聚酰胺类合成纤维等，但不限于此。另外，既可以使用配合了氧化钛等的添加物的材料，也可以为了提高吸湿性等的赋予功能性而使用聚合物改性的纤维。
另外，构成复丝的单纤维单位的截面形状也没有规定，还能使用以圆形、三角形、八叶形、扁平形、Y形为代表的各种异形截面线。进而，作为非弹性线，也能使用由粘度不同的聚合物构成的芯鞘套或并置（side by side）型复合线。再者，也可以使用对这些原料线实施临时捻丝加工的临时捻丝加工线。而且，能够使用聚丙烯腈（ポリアクリルニトリル）、聚丙烯等的合成纤维；人造丝、高湿模量粘胶纤维（polynosic）、铜铵纤维（cupra）等的再生纤维；醋酸纤维素、三醋酸纤维素等的半合成纤维；以生丝为代表的天然纤维。
本发明所涉及的纤维构造物，从对纤维表面及纤维间的空隙保持导电性树脂的观点来说，优选包含单纤维的纤维直径为0.2dtex以下的复丝。0.2dtex以下的单纤维复丝在纤维构造物中所占的混合率，只要为不影响性能的范围就无特别限定，但从导电性、耐久性的观点来说优选混合率高的，更优选为50％以上100％以下。
进而，单纤维的根数越多，则由多个单纤维构成的空隙、即导电性树脂所保持的部位被细分化而导电性树脂对纤维构造物的保持性越变高，且，即便纤维直径变细而被细分化也能保持导电性树脂的连续性，因此能得到优异的高导电性及洗涤耐久性。
优选的是，最好使用用于人工皮革或外部原料等的纤维直径为5μm以下的微纤维，更优选的是，使用近年来在运动衣料、胸罩、高尔夫手套等的内衬为了防滑目的而使用的纤维直径10nm以上1000nm以下的纳米纤维更好。
作为纳米纤维，能够适宜利用包含由“NANOALLOY（注册商标）”纤维制作的人造纳米纤维丝集合体、用静电纺丝方式等来制作的单丝线的集合体等、以已知的方法制作的纳米纤维的纤维构造物，但是更优选包含纳米纤维的复丝线的纤维构造物。
纳米纤维的复丝线能够通过已知的复合纺纱方式等制作。
作为一个例子，能够有效利用对日本特开2013－185283号公报中例示的利用复合金属口的复合纤维进行脱海的、纤维直径的偏差较小的纳米纤维复丝线，但并不局限于这些。在此，脱海是指溶解纤维的海分量而保留岛分量的加工。
作为导电性高分子能够适宜使用聚3,4－乙撑二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸的混合物（PEDOT－PSS）。
除此以外，作为导电性高分子，能够使用例如吡咯类、噻吩类、异硫茚类、亚苯类、乙炔类、苯胺类的各导电性高分子、或它们的共聚合物等。另外，这些导电性高分子的掺杂剂，也可以使用例如卤化物离子、高氯酸离子、四氟硼酸离子、六氟砷酸离子、硫酸离子、硝酸离子、硫氰酸离子、磷酸类离子、三氟乙酸离子、甲苯磺酸酯离子（トシレートイオン）、烷基磺酸离子、聚丙烯酸离子等的高分子离子之中至少一种离子。
由本发明所涉及的纤维构造物构成的导电层21，对皮肤的接触时的刺激性较少、安全性高。因皮肤干燥等而不能良好地得到信号的情况下，优选向纤维构造物少量涂敷生理盐水或保湿剂。作为保湿剂，能够使用例如甘油、山梨糖醇、聚乙二醇、聚乙二醇－聚丙二醇共聚物、乙二醇、鞘氨醇、磷脂酰胆碱等，既可以单独使用这些之中的一种，也可以组合2种以上使用。
通过这样对导电层21进行保湿，当导电层21与使用者P的皮肤接触时，产生利用保湿剂的润湿性的粘接力。
夹持层22由镀银的线即银纺织品、或不锈钢纤维层等的金属形成。夹持层22的电阻率小于导电层21的电阻率。夹持层22与导电层21直接接触，从而与导电层21电连接。
在夹持层22中的与导电层21相反侧的面，固定有对后述的凹面接合件（femalesurface fastener）14可装卸地卡合的电极侧凸面接合件（第一被卡合部）26。电极侧凸面接合件26具有比凹面接合件14的环形面（loop surface）硬的钩接面（hook surface）。
连接部23、24是用线缝合导电层21、夹持层22及电极侧凸面接合件26的接缝。连接部23、24沿着一个面21a并且以在与基准方向X交叉的交叉方向（交叉的方向）Y彼此分离的方式并排地配置。基准方向X及交叉方向Y分别是沿着导电层21的一个面21a的方向。连接部23、24分别以直线状延伸，但是相对于基准方向X倾斜。
基准方向X的第一侧（一侧）X1中的一对连接部23、24之间的距离L1，短于基准方向X的第二侧（另一侧）X2中的一对连接部23、24之间的距离L2。连接部23、24间的导电层21与夹持层22并没有连接。
在导电层21与夹持层22之间，一对连接部23、24之间的部分构成容纳部27。容纳部27形成在电极部20。
如图3所示，以互相连接导电层21、夹持层22及电极侧凸面接合件26的方式设有辅助连接部30a～30g。辅助连接部30a～30g由接缝构成。
更具体而言，辅助连接部30a、30b分别沿着基准方向X延伸，并且以在交叉方向Y夹持连接部23、24的方式配置。辅助连接部30c、30d分别沿着基准方向X延伸，并且以在交叉方向Y夹持辅助连接部30a、30b的方式配置。
辅助连接部30e沿着交叉方向Y延伸，并且连接辅助连接部30c的基准方向X的第一侧X1的端部与辅助连接部30d的基准方向X的第一侧X1的端部。辅助连接部30f沿着交叉方向Y延伸，并且连接辅助连接部30c的基准方向X的第二侧X2的端部与连接部23的基准方向X的第二侧X2的端部。辅助连接部30g沿着交叉方向Y延伸，并且连接辅助连接部30d的基准方向X的第二侧X2的端部与连接部24的基准方向X的第二侧X2的端部。
即，辅助连接部30f和辅助连接部30g在交叉方向Y分离。布线部40从辅助连接部30f与辅助连接部30g之间向容纳部27内插通。
贴身衣服10的面料11及衬布12能够由期望的布料等形成。
如图1及2所示，衬布12覆盖面料11的内表面的至少一部分。在衬布12中的与面料11相反侧，固定有凹面接合件（卡合部）14。凹面接合件14具有比电极侧凸面接合件26的钩接面软的环形面。凹面接合件14通过未图示的接缝等固定在衬布12。
凹面接合件14优选形成在当使用者P穿上可穿戴式电极1的贴身衣服10时，与使用者P的胸部P1对置的位置。
面料11和衬布12由设置在比凹面接合件14更靠上方的接缝等的连接部15连接。即，面料11和衬布12如后述那样通过衬布12中的安装有电极部20的部分即凹面接合件14以外的部分连接。
如后述那样，在凹面接合件14安装有电极部20的电极侧凸面接合件26。设与面料11和衬布12连接的部分之中最靠近的部分为凹面接合件14。连接部15从凹面接合件14分离，优选分离1cm以上。
布线部40为所谓的扁形电缆。布线部40为在由具有电绝缘性的PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）膜形成的第一包覆层41及第二包覆层42之间夹持多个芯线（电线）43的结构。相对于多个芯线43，在一侧形成有第一包覆层41，在另一侧形成有第二包覆层42。多个芯线43互相电绝缘。多个芯线43能够通过向第一包覆层41上印刷银膏等而形成。
芯线43由金属形成，不具有绝缘性的包覆。包覆层41、42使得芯线43与外部绝缘。
在布线部40的端部40a没有设置第二包覆层42，多个芯线43从另一侧露出。此外，在图3中以阴影示出布线部40的端部40a。
布线部40的端部40a是向电极部20的容纳部27内插通的、从布线部40的端部起沿布线部40的长度方向一定范围的区域。
布线部40的端部40a的端部宽度短于前述的容纳部27的距离L1。布线部40的端部40a随着朝向端部而宽度变窄。
如图1所示，在布线部40中的比端部40a更靠布线部40的长度方向的中央部侧，通过粘接剂等固定有前述的能够装卸地与凹面接合件14卡合的布线侧凸面接合件（第二被卡合部）45。即，在芯线43经由包覆层41、42固定有布线侧凸面接合件45。布线侧凸面接合件45与电极侧凸面接合件26同样地构成。
该例中，布线部40如图1所示，以使端部40a中的芯线43成为夹持层22侧的方式向容纳部27内插通。由导电层21和夹持层22夹持布线部40的端部40a。当布线部40的端部40a插通到容纳部27内时，芯线43与夹持层22接触，布线部40的芯线43经由夹持层22而与导电层21电连接。此外，芯线43不与导电层21接触。
在布线部40中的与端部40a相反侧的端部，连接有图1所示的测定装置D。
测定装置D为能够处理使用者P发出的电活体信号的公知的结构。
测定装置D被保持在例如设置在面料11的口袋等的收纳部11a内。测定装置D也可以保持在设置在衬布12的收纳部内、或安装在使用者P的腰包内等。
接着，对如以上那样构成的可穿戴式电极1的作用进行说明。
使用者P对拆下了电极部20及布线部40的贴身衣服10进行洗涤等。
使布线部40的端部40a插通到新的电极部20的容纳部27内。由于一对连接部23、24以沿着基准方向X延伸的方式形成，所以布线部40的端部40a沿着基准方向X插入。连接部23、24之间的基准方向X的第一侧X1的距离L1短于第二侧X2的距离L2。因此，对于电极部20沿基准方向X的第一侧X1插入的布线部40的端部40a在交叉方向Y被连接部23、24夹持。
布线部40的芯线43与夹持层22接触。布线部40的芯线43经由夹持层22而与导电层21电连接。通过在导电层21及夹持层22与布线部40的端部40a之间产生的摩擦力，布线部40的端部40a相对于电极部20的位置得到保持。
使电极部20的电极侧凸面接合件26及布线部40的布线侧凸面接合件45与贴身衣服10的凹面接合件14卡合。通过这样卡合，使得布线部40的端部40a相对于电极部20的位置更加可靠地保持。
电极部20配置在当使用者P穿上可穿戴式电极1时与使用者P的胸部P1对置的位置。
若使用者P穿上可穿戴式电极1，则电极部20的导电层21与使用者P的胸部P1的皮肤接触。由于导电层21容易变形，所以导电层21容易照着胸部P1的形状而变形，利用导电层21容易取得使用者P发出的活体信号。
利用电极部20的导电层21取得的活体信号，从导电层21传递到电阻率较小的夹持层22后，从夹持层22经由多个芯线43传递到测定装置D。
若启动测定装置D，则开始心电波形等的活体信号的测定。使用者P一边测定活体信号一边进行步行等的动作。
随着使用者P的动作，有贴身衣服10的面料11移动的情况。连接部15从衬布12的凹面接合件14分离，因此抑制面料11的变动传递到衬布12的凹面接合件14的情况。因此，维持电极部20的导电层21与使用者P的胸部P1接触的状态。
如以上说明的那样，依据本实施方式的可穿戴式电极1，当使用者P所穿的贴身衣服10的面料11移动时，由于凹面接合件14和连接部15设置在衬布12中的不同部分，所以面料11的变动难以经由连接部15传递到电极部20。因此，能够抑制电极部20的移动。
连接部23、24之间的基准方向X的第一侧X1的距离L1短于第二侧X2的距离L2。因而，对于电极部20向基准方向X的第一侧X1插入的布线部40的端部40a在交叉方向Y被连接部23、24夹持，能够对电极部20可靠地连接布线部40。
通过对电极部20可靠地连接布线部40，布线部40对于电极部20不会偏移，布线部40的缺失（抜け落ち）变少，取得的活体信号中的噪声减轻。
导电层21由导电性纤维层形成，夹持层22由金属形成并且与导电层21接触。因此，导电层21容易照着胸部P1的形状而变形，导电层21能够可靠地取得来自胸部P1的活体信号。而且，在导电层21的电阻率比较大的情况下，也能经由电阻率比较小的夹持层22向布线部40的芯线43可靠地传递导电层21取得的活体信号。
在衬布12固定有凹面接合件14，在电极部20固定有电极侧凸面接合件26，在布线部40固定有布线侧凸面接合件45。通过向凹面接合件14卡合凸面接合件45、26，能够更加可靠地保持布线部40的端部40a相对于电极部20的位置。
以上，参照附图，对本发明的实施方式进行了详细说明，但是具体的结构并不限于该实施方式，还包含不脱离本发明的要点的范围的设计等。
例如，也可以使用如图4所示宽度较窄的类型的电极部50。在该电极部50中，与前述的电极部20相比，导电层21、夹持层22及电极侧凸面接合件26的宽度较窄。在电极部50不具备辅助连接部30a、30b。
这样，优选按照使用者P的体型等预先准备宽度或长度不同的各种规格的电极部。
在所述实施方式中，设为布线部40具有多个芯线43，但是布线部40所具有的芯线43的数量也可为1个。
设为夹持层22由具有导电性的金属形成。然而，夹持层22也可以由具有绝缘性的材料形成。在该情况下，布线部40以使端部40a中的芯线43成为导电层21侧的方式插通到容纳部27内。即，当布线部40的端部40a插通到容纳部27内时，芯线43与导电层21接触。
在所述实施方式中，设为连接部23、24及辅助连接部30a～30g由接缝构成，但是也可以由热熔胶等的粘接剂构成。
设卡合部为凹面接合件14、第一被卡合部为电极侧凸面接合件26、第二被卡合部为布线侧凸面接合件45。然而，也可为使卡合部为凸面接合件，第一、第二被卡合部为凹面接合件。
设为在布线部40的端部连接有处理活体信号的测定装置D。然而，与布线部40连接的装置并不限于它，既可为能够进行例如活体信号的检测、显示等的处理的装置，也可为通过无线通信等向外部的装置传递活体信号的装置。
产业上的可利用性
通过本发明，能够提供在使用者穿着的衣服移动的情况下，也能抑制电极部移动的可穿戴式电极。
标号说明
1 可穿戴式电极；10 衣服；11 面料；12 衬布；14 凹面接合件（卡合部）；20、50 电极部；21 导电层；21a 一个面；22 夹持层；23、24 连接部；26 电极侧凸面接合件（第一被卡合部）；27 容纳部；43 芯线；45 布线侧凸面接合件（第二被卡合部）；L1、L2距离；P 使用者（活体）；X 基准方向；X1 第一侧（一侧）；X2 第二侧（另一侧）；Y 交叉方向（交叉的方向）。
Claims (5)
1.一种可穿戴式电极，具备：
衣服，具有面料及覆盖所述面料的内表面的至少一部分的衬布；
电极部，与穿着所述衣服的活体接触而取得所述活体发出的活体信号，安装在所述衬布的与所述面料相反侧；
布线部，一端连接到形成于所述电极部的容纳部，另一端连接到安装于所述面料的外表面的测定装置；以及
芯线，从所述布线部的所述一端露出并且能够插通到形成在所述电极部的所述容纳部内，
所述面料和所述衬布由与所述衬布中的安装有所述电极部的凹面接合件相比向上方离开1cm以上而设置的接缝连接。
2.如权利要求1所述的可穿戴式电极，其中，
所述电极部具有：
导电层，取得所述活体信号；
夹持层，配置在所述导电层的一个面上并与所述导电层接触；以及
一对连接部，连接所述导电层和所述夹持层，
所述一对连接部彼此隔开间隔地以沿着沿着所述一个面的基准方向延伸的方式连接所述导电层和所述夹持层，沿着所述一个面并且在与所述基准方向交叉的方向彼此隔开间隔地并排地配置，
在所述导电层与所述夹持层之间一对所述连接部之间的部分构成所述容纳部。
3.如权利要求2所述的可穿戴式电极，其中，
沿着所述基准方向的第一侧中的一对所述连接部之间的距离，短于沿着所述基准方向的第二侧中的一对所述连接部之间的距离。
4.如权利要求2所述的可穿戴式电极，其中，
所述导电层由含浸导电性高分子的纤维构造物形成，
所述夹持层由金属形成。
5.如权利要求1所述的可穿戴式电极，其中，
在所述衬布固定有卡合部，
在所述电极部固定有能够装卸地与所述卡合部卡合的第一被卡合部，
在所述芯线固定有能够装卸地与所述卡合部卡合的第二被卡合部。
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