JP2013144051A - Electrode for acquiring biological signal - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、生体表面に当接し、生体信号を取得する生体信号取得用電極に関する。 The present technology relates to a biological signal acquisition electrode that contacts a biological surface and acquires a biological signal.
脳波や心電図といった生体信号は、生体(ヒトを含む動物)表面に当接した電極によって測定される。この電極(以下、生体信号取得用電極とする)は、吸水性材料に含浸された電界液、ゲル状電界質あるいは固体電界質等からなる電極材と、電極材に電気的に接触する電板と呼ばれる部材とを備える構造を有するものが一般的である。 A biological signal such as an electroencephalogram or an electrocardiogram is measured by an electrode in contact with the surface of a living body (animal including a human). This electrode (hereinafter referred to as a biological signal acquisition electrode) is composed of an electrode material made of a liquid electrolyte, a gel-like electrolyte, a solid electrolyte, etc. impregnated with a water-absorbing material, and an electrode plate that is in electrical contact with the electrode material What has a structure provided with the member called is common.
電板は、電極材との間で電荷を授受する部材であり、電極材との間で酸化還元反応を生じにくく、かつ生体信号の周波数に対してインピーダンスが安定しているものが好適である。例えば、特許文献1に開示されている「生体用電極」は、導電性粘着剤組成物と導電用ターミナルが接合された構成となっているが、導電用ターミナルにはAg/AgClのコーティングが施されている。
The electric plate is a member that exchanges electric charges with the electrode material, and preferably has a stable impedance with respect to the frequency of the biological signal and hardly causes an oxidation-reduction reaction with the electrode material. . For example, the “biological electrode” disclosed in
上記のように、生体信号取得用電極の電板は、生体信号の周波数に対するインピーダンスの変動が小さい材料からなるものとすることによって生体信号の正確な測定が可能となる。しかしそのような材料、例えば銀塩化銀焼結体や白金といった材料は、一般的な導電性材料に比較して高コストである。 As described above, the biological signal acquisition electrode electrode plate is made of a material having a small impedance variation with respect to the frequency of the biological signal, thereby enabling accurate measurement of the biological signal. However, such a material, for example, a material such as a silver-silver chloride sintered body or platinum, is more expensive than a general conductive material.
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、低コストであり、かつ生体信号の正確な取得が可能な生体信号取得用電極を提供することにある。 In view of the circumstances as described above, an object of the present technology is to provide a biological signal acquisition electrode that is low-cost and that can accurately acquire a biological signal.
以上のような事情に鑑み、本技術の一形態に係る生体信号取得用電極は、電極材と、電板とを具備する。
上記電極材は、電界質溶液にアミノ酸又は有機塩が溶解されている。
上記電板は、導電性材料からなり、上記電極材に電気的に接触する。
In view of the circumstances as described above, the biosignal acquisition electrode according to an embodiment of the present technology includes an electrode material and an electric plate.
In the electrode material, an amino acid or an organic salt is dissolved in an electrolyte solution.
The electric plate is made of a conductive material and is in electrical contact with the electrode material.
この構成によれば、電板の材料に係わらず、生体信号の周波数に対するインピーダンスが安定する。したがって、価格の安い材料からなる電板を利用することができ、低コストで正確な生体信号の測定が可能な生体信号取得用電極を作成することが可能である。 According to this configuration, the impedance with respect to the frequency of the biological signal is stabilized regardless of the material of the electric plate. Therefore, it is possible to use an electrode plate made of an inexpensive material, and it is possible to create a biosignal acquisition electrode that can accurately measure a biosignal at low cost.
上記電極材は、上記電板に当接する吸水性部材に含浸され、若しくはゲル状又は固体状に固められていてもよい。 The electrode material may be impregnated in a water-absorbing member in contact with the electric plate, or may be solidified in a gel form or a solid form.
この構成によれば、電極材を生体表面に当接させることにより、電極材に含まれる電界質による生体信号の取得が可能となる。 According to this configuration, by bringing the electrode material into contact with the surface of the living body, it is possible to acquire a biological signal using the electric field contained in the electrode material.
上記電板は、炭素材料からなるものであってもよい。 The electric plate may be made of a carbon material.
炭素材料(グラッシーカーボン、等方性黒鉛、バイオカーボン等)は、電極材との間で酸化還元反応を生じにくく、生体信号の正確な測定が可能となる。本技術に係る生体信号取得用電極では、電板の材料に係わらずインピーダンスが安定するため、炭素材料からなる電板を用いることが可能となる。 A carbon material (glassy carbon, isotropic graphite, biocarbon, etc.) hardly causes an oxidation-reduction reaction with an electrode material, and an accurate measurement of a biological signal is possible. In the biosignal acquisition electrode according to the present technology, since the impedance is stable regardless of the material of the electric plate, an electric plate made of a carbon material can be used.
上記生体信号取得用電極は、脳波測定用電極であってもよい。 The biological signal acquisition electrode may be an electroencephalogram measurement electrode.
脳波は、他の生体信号(心電等)に比較して低周波数であるが、インピーダンスは低周波帯域において変動し易い。本技術に係る生体信号測定用電極は、低周波数帯域のインピーダンスも安定しているため、脳波の測定にも好適である。 The electroencephalogram has a lower frequency than other biological signals (such as an electrocardiogram), but the impedance is likely to fluctuate in the low frequency band. The biosignal measurement electrode according to the present technology is also suitable for measuring an electroencephalogram because the impedance in the low frequency band is stable.
上記アミノ酸は、グリシンであってもよい。 The amino acid may be glycine.
グリシンは、分子内のカルボキシル基とアミン基の電気陰性度が同程度であり、電極材に含有させることにより、他のアミノ酸と比べてもインピーダンスを十分に安定させることが可能となる。 Glycine has the same degree of electronegativity between the carboxyl group and the amine group in the molecule, and when it is contained in the electrode material, the impedance can be sufficiently stabilized as compared with other amino acids.
以上のように、本技術によれば、低コストであり、かつ生体信号の正確な取得が可能な生体信号取得用電極を提供することが可能である。 As described above, according to the present technology, it is possible to provide a biological signal acquisition electrode that is low-cost and that can accurately acquire a biological signal.
本技術の実施形態に係る生体信号取得用電極について説明する。 A biosignal acquisition electrode according to an embodiment of the present technology will be described.
[生体信号取得用電極の構成]
図1は生体信号取得用電極1の構成を示す断面図であり、図2は生体信号取得用電極1の斜視図である。図2(a)は生体信号取得用電極1を一方から、図2(b)は生体信号取得用電極1をその反対方向からみた図である。これらの図に示すように、生体信号取得用電極1は、支持部材11、電極材12、電板13、端子14及び押さえリング15を有する。
[Configuration of electrode for biosignal acquisition]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the
支持部材11は、合成樹脂等の非導電性材料からなり、電極材12、電板13及び端子14を支持する。支持部材11の形状は特に限定されないが、容器形状とすることができる。図1に示す支持部材11は、第1部材11aと第2部材11bからなり、第1部材11aに収容された電板13を第2部材11bが押さえリング15を介して押さえ付ける構造である。
The
電極材12は、電界質溶液にアミノ酸又は有機塩の少なくとも何れか一方が溶解されたものであり、電板13に当接する。電極材12は、電界質溶液にアミノ酸又は有機塩が溶解された溶液がスポンジ等の吸水性部材に含浸されたものとすることができ、また、当該溶液がゲル状又は固体状に固められたものとすることもできる。
The
電界質溶液は、塩化ナトリウム溶液、塩化カリウム溶液等、一般的に用いられる電界質溶液とすることができる。電界質溶液に溶解されるアミノ酸は、グリシン、ロイシン、トリプトファン等から選択することができるが、アミノ酸内のカルボキシル基とアミン基の電気陰性度が同程度であるグリシンが、インピーダンスがより安定し、好適である。 The electrolyte solution can be a commonly used electrolyte solution such as sodium chloride solution or potassium chloride solution. The amino acid dissolved in the electrolyte solution can be selected from glycine, leucine, tryptophan, etc., but glycine having the same electronegativity of the carboxyl group and the amine group in the amino acid has a more stable impedance, Is preferred.
電界質溶液に溶解される有機塩は、有機酸の塩である有機酸塩または有機塩基の塩である有機塩基塩である。有機酸塩は、クエン酸ナトリウム、リンゴ酸ナトリウム、サリチル酸ナトリウム、ベンゼンスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。有機酸塩はこの他にも、カルボキシル基、スルホン基、ヒドロキシル基、チオール基、エノール基等の酸性基を有する有機酸と有機塩基または無機塩基の塩とすることができる。有機塩基塩は、アミン基等の塩基性基を有する有機塩基又は複素環式化合物等の有機塩基と有機酸または無機酸の塩とすることができる。アミノ酸または有機塩の濃度は、高い方が電極材12の導電性が高くなり好適であるが、数%程度でもよい。
The organic salt dissolved in the electrolyte solution is an organic acid salt that is a salt of an organic acid or an organic base salt that is a salt of an organic base. Examples of the organic acid salt include sodium citrate, sodium malate, sodium salicylate, and sodium benzenesulfonate. In addition, the organic acid salt can be a salt of an organic acid and an organic base or an inorganic base having an acidic group such as a carboxyl group, a sulfone group, a hydroxyl group, a thiol group, and an enol group. The organic base salt can be a salt of an organic base having a basic group such as an amine group or an organic base such as a heterocyclic compound and an organic acid or an inorganic acid. A higher amino acid or organic salt concentration is preferable because the conductivity of the
電板13は、導電性材料からなり、電極材12に当接する。生体信号用取得用電極の電板は従来、生体信号の周波数に対するインピーダンスの変動が小さいとされる材料、例えば銀塩化銀焼結体や白金等からなるものとする必要があった。しかし、本実施形態においては後述する理由により、種々の導電性材料を利用することができる。具体的には、電板13は、(焼結体ではなく)メッキにより作成された銀塩化銀、等方性黒鉛、グラッシーカーボンあるいはバイオカーボン(モミ殻再生カーボン)等からなるものとすることができる。この中でも等方性黒鉛やグラッシーカーボン等の炭素材料は、電極材12に含有される電界質との酸化還元反応を生じにくく、電板13の材料として好適である。
The
端子14は、電板13に導通し、測定装置の配線等が接続される端子である。端子14は導電性を有するものであればよく、材料、形状等は特に限定されない。
The
生体信号取得用電極1は以上のような構成を有する。生体信号取得用電極1は、脳波計や心電計等のような測定装置に接続され、生体表面に当接されて用いられる。生体信号取得用電極1は例えば、生体に装着される装具や、生体に貼付されるパッドに取り付けられ、生体表面に当接されるものとすることができる。
The
[生体信号取得用電極の動作]
生体信号取得用電極1の動作について説明する。
[Operation of biosignal acquisition electrode]
The operation of the
上述のように、本実施形態に係る生体信号取得用電極1は、電界質溶液にアミノ酸又は有機塩が溶解されたものを電極材12として用いる。これにより、電極材が従来の電極材(塩化ナトリウム、塩化カリウム等)である場合に、生体信号の周波数に応じてインピーダンスが変動する材料(炭素材料等)からなる電板13を用いても、インピーダンスの変動を防止することが可能となる。
As described above, the
図3は比較として、従来の電極材(塩化ナトリウム溶液)と、種々の材料からなる電板を有する生体信号取得用電極によって信号を測定した場合の、信号周波数に対する生体信号取得用電極のインピーダンスを示したグラフである。図3(a)と図3(b)は縦軸の目盛が異なる。 For comparison, FIG. 3 shows the impedance of the biological signal acquisition electrode with respect to the signal frequency when the signal is measured by a conventional electrode material (sodium chloride solution) and a biological signal acquisition electrode having an electrode plate made of various materials. It is the shown graph. 3A and 3B are different in the scale of the vertical axis.
このグラフに示すように、銀塩化銀焼結体(Ag−AgCl)からなる電板の場合には、広い周波数帯域においてインピーダンスがフラットであり、信号周波数に対してインピーダンスが安定しているといえる。しかしながら、バイオカーボン、等方性黒鉛及びグラッシーカーボンからなる電板の場合は、信号周波数に応じてインピーダンスが変動し、特に低い周波数帯域においては、インピーダンスが増大していることがわかる。 As shown in this graph, in the case of an electric plate made of a silver-silver chloride sintered body (Ag-AgCl), it can be said that the impedance is flat in a wide frequency band and the impedance is stable with respect to the signal frequency. . However, in the case of an electric plate made of biocarbon, isotropic graphite, and glassy carbon, it can be seen that the impedance fluctuates according to the signal frequency, and the impedance increases particularly in a low frequency band.
図4及び図5は、本実施形態に係る生体信号取得用電極1において、電板13を種々の材料からなるものとした場合の、信号周波数に対する生体信号取得用電極のインピーダンスを示したグラフである。図4は電極材12として電界質溶液にクエン酸ナトリウムを溶解させた溶液を用い、図5は電極材12として電解質溶液にグリシンを溶解させた溶液を用いた場合である。
4 and 5 are graphs showing the impedance of the biological signal acquisition electrode with respect to the signal frequency when the
図4及び図5に示すように、電界質溶液にアミノ酸又は有機塩が溶解されたものを電極材12とした場合には、広い周波数帯域にわたってインピーダンスが安定していることがわかる。即ち、生体信号取得用電極1を用いることにより、生体信号の周波数に対してインピーダンスが安定し、正確な生体信号の測定が可能であるといえる。
As shown in FIGS. 4 and 5, when the
特に、低い周波数帯域(10Hz程度以下)は脳波の周波数に相当するため、生体信号取得用電極1は脳波測定において特に有効である。この他にも、生体信号取得用電極1は、周波数帯域が広い生体信号の測定にも適している。
In particular, since the low frequency band (about 10 Hz or less) corresponds to the frequency of the electroencephalogram, the biological
電界質溶液にアミノ酸又は有機塩を溶解させることにより、生体信号取得用電極1のインピーダンスが安定する理由については、アミノ酸又は有機塩はプロトン(H+)を授受できるためであると考えられる。
The reason why the impedance of the biological
以上のように、本実施形態に係る生体信号取得用電極1は、電板13の材料に係わらず生体信号の周波数に対して安定したインピーダンスを有するため、電板13を安価な材料からなるものとすることが可能である。したがって、本実施形態に係る生体信号取得用電極1は、低コストで生体信号の正確な取得が可能なものである。
As described above, since the biological
本技術は、上記各実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において変更することが可能である。 The present technology is not limited only to the above-described embodiments, and can be changed without departing from the gist of the present technology.
なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。 In addition, this technique can also take the following structures.
(1)
電界質溶液にアミノ酸又は有機塩が溶解された電極材と、
導電性材料からなり、上記電極材に電気的に接触する電板と
を具備する生体信号取得用電極。
(1)
An electrode material in which an amino acid or an organic salt is dissolved in an electrolyte solution;
An electrode for biosignal acquisition, comprising: an electroplate made of a conductive material and in electrical contact with the electrode material.
(2)
上記(1)に記載の生体信号取得用電極であって、
上記電極材は、上記電板に当接する吸水性部材に含浸され、若しくはゲル状又は固体状に固められている
生体信号取得用電極。
(2)
The biosignal acquisition electrode according to (1) above,
The electrode for biosignal acquisition, wherein the electrode material is impregnated in a water-absorbing member in contact with the electric plate, or is solidified in a gel or solid state.
(3)
上記(1)又は(2)に記載の生体信号取得用電極であって、
上記電板は、炭素材料からなる
生体信号取得用電極。
(3)
The biosignal acquisition electrode according to (1) or (2) above,
The electrode plate is a biosignal acquisition electrode made of a carbon material.
(4)
上記(1)から(3)のうちいずれか一つに記載の生体信号取得用電極であって、
上記生体信号取得用電極は、脳波測定用電極である
生体信号取得用電極。
(4)
The biological signal acquisition electrode according to any one of (1) to (3) above,
The biosignal acquisition electrode is an electroencephalogram measurement electrode.
(5)
上記(1)から(4)のうちいずれか一つに記載の生体信号取得用電極であって、
上記アミノ酸は、グリシンである
生体信号取得用電極。
(5)
The biosignal acquisition electrode according to any one of (1) to (4) above,
The amino acid is glycine.
1…生体信号取得用電極
12…電極材
13…電板
DESCRIPTION OF
Claims (5)
導電性材料からなり、前記電極材に電気的に接触する電板と
を具備する生体信号取得用電極。 An electrode material in which an amino acid or an organic salt is dissolved in an electrolyte solution;
An electrode for biosignal acquisition, comprising: an electroplate made of a conductive material and in electrical contact with the electrode material.
前記電極材は、前記電板に当接する吸水性部材に含浸され、若しくはゲル状又は固体状に固められている
生体信号取得用電極。 The biosignal acquisition electrode according to claim 1,
The electrode for biosignal acquisition, wherein the electrode material is impregnated in a water-absorbing member in contact with the electric plate, or is solidified in a gel or solid state.
前記電板は、炭素材料からなる
生体信号取得用電極。 The biosignal acquisition electrode according to claim 1,
The electrode plate is a biosignal acquisition electrode made of a carbon material.
前記生体信号取得用電極は、脳波測定用電極である
生体信号取得用電極。 The biosignal acquisition electrode according to claim 1,
The biosignal acquisition electrode is an electroencephalogram measurement electrode.
前記アミノ酸は、グリシンである
生体信号取得用電極。 The biosignal acquisition electrode according to claim 1,
The amino acid is glycine.
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WO2020080396A1 (en) | 2018-10-17 | 2020-04-23 | Nok株式会社 | Bioelectrode and bioelectrode production method |
WO2020080395A1 (en) | 2018-10-17 | 2020-04-23 | Nok株式会社 | Bioelectrode and bioelectrode production method |
WO2020121777A1 (en) | 2018-12-10 | 2020-06-18 | Nok株式会社 | Biological electrode and biological electrode production method |
WO2021029100A1 (en) * | 2019-08-13 | 2021-02-18 | アルプスアルパイン株式会社 | Electrode for measuring biological information |
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