JP2014079553A - 生体電極 - Google Patents

Abstract

【課題】シールド層へのアース接続をしなくても必要なノイズ低減効果が得られ、アース接続をする場合には従来よりも更にノイズを少なくすることの可能な、生体電極を提供する。
【解決手段】基材１は、ＰＰ不織布に導電インクを含浸し又は塗布したものである。基材１の反人体側の面にＰＰ不織布２が設けられる。基材１の人体側の面に絶縁体３が設けられる。受信体４は、絶縁体３の人体側の面に設けられる。導電ゲル５は、受信体４を覆うように絶縁体３の人体側の面に設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、生体信号を取得するための生体電極に関する。

下記特許文献１は、生体の皮膚面へ装着するのに適した生体電極及びその接続構造を開示する。この接続構造は、生体電極と、該生体電極から生体信号を取り出す挟持クリップとで構成される。生体電極は、絶縁層を挟んで積層されたシールド層と電極素子層が部分的に露出した挟持部を有し、この挟持部が挟持クリップで挟持される。これにより、挟持クリップの下部構造に設けられた信号線端子が生体電極の電極素子層に接触し、挟持クリップの上部構造に設けられたシールド端子が生体電極のシールド層に接触する。

特開２００７−９７７６９号公報

特許文献１では、生体電極のシールド層にクリップのシールド端子を接触させることにより前記シールド層を測定装置の接地ラインに接続し、外乱ノイズの混入を防止する。しかし、ノイズ対策のためにシールド層と測定装置とのアース接続が必須であると、既存の測定装置が使えないこともあり、柔軟性に欠ける。また、シールド層と人体とをアース接続するノイズ対策もあるが、この場合は生体電極が大型化する。したがって、シールド層へのアース接続を必須としないノイズ対策が望まれる。また、シールド層にアース接続をする場合には従来よりも更にノイズが少なくなることが望ましい。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、シールド層へのアース接続をしなくても必要なノイズ低減効果が得られ、アース接続をする場合には従来よりも更にノイズを少なくすることの可能な、生体電極を提供することにある。

本発明のある態様は、生体電極であり、帯電防止処理が施された不織布を有する基材と、前記基材の人体側の面に絶縁体を介して設けられた生体信号取得部とを備える。

前記帯電防止処理は、帯電防止剤を繊維に練り込む処理であってもよい。

前記帯電防止剤は、界面活性剤、保湿剤、親水剤、及び導電剤のいずれかであってもよい。

本発明のもう１つの態様は、生体電極である。この生体電極は、第１の不織布に帯電防止処理を施した基材と、前記基材の反人体側の面に設けられた第２の不織布と、前記基材の人体側の面に絶縁体を介して設けられた生体信号取得部とを備える。

前記第１の不織布の前記帯電防止処理は、前記第１の不織布に導電インクを含浸し又は塗布する処理であってもよい。

前記第１及び第２の不織布がポリプロピレン不織布であってもよい。

前記第２の不織布に帯電防止処理が施されていてもよい。

前記第２の不織布の前記帯電防止処理は、前記第２の不織布に帯電防止剤を含浸し又は塗布する処理であってもよい。

前記帯電防止剤は、保湿剤、界面活性剤、親水剤、及び導電剤のいずれかであってもよい。

前記基材の人体側の面であって前記絶縁体とは異なる位置に設けられ、前記基材と人体とを電気的に接続するアースゲルを備えてもよい。

前記基材は、リード線により外部とアース接続されるアース接続部を有してもよい。

前記生体信号取得部は、前記絶縁体の人体側に設けられ、人体側に銀−塩化銀が印刷されたフィルムを含み、前記フィルムは外側に引き出された引出し部を有し、前記引出し部は、先端が露出して外部との接続部とされ、先端以外は軟質素材で覆われていてもよい。

前記引出し部の先端と外部との接続にはＸ線を透過しない接続部材を用い、前記接続部材の他はＸ線を透過する材料で構成されていてもよい。

前記生体電極はＸ線を透過する材料で構成されていてもよい。

前記生体信号取得部は含水ゲルを含むスポンジを人体との接触部としていてもよい。

本体部と、前記本体部から突出してクリップに挟持される被挟持部とを備え、前記本体部には２本の切込みが設けられ、前記２本の切込みの間から前記被挟持部が突出していてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、シールド層へのアース接続をしなくても必要なノイズ低減効果が得られ、アース接続をする場合には従来よりも更にノイズを少なくすることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る生体電極の斜視図。 同生体電極の分解斜視図。 本発明の実施の形態２に係る生体電極２００の分解斜視図。 本発明の実施の形態３に係る生体電極３００の分解斜視図。 本発明の実施の形態４に係る生体電極４００の分解斜視図。 生体電極４００をクリップ１３に位置決めした状態の斜視図。 本発明の実施の形態５に係る生体電極５００の斜視図。 本発明の実施の形態６に係る生体電極６００の分解斜視図。 本発明の実施の形態７に係る生体電極７００の分解斜視図。 本発明の実施の形態８に係る生体電極８００の斜視図。 同生体電極８００の断面図。 図１０から更に変形した生体電極の一部分解斜視図。 同生体電極の断面図。 図５，６，１０〜１３における受信体４の変形例に係る分解斜視図。 同受信体４の断面図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明の実施の形態１に係る生体電極１００の斜視図である。図２は、生体電極１００の分解斜視図である。これら図において、人体側と反人体側（人体とは反対となる側）は矢印に示されるとおりである。

図１に示すように、生体電極１００は、人体に接着される本体部１０１と、クリップに挟持されて外部の測定装置に接続される被挟持部１０２とを備える。被挟持部１０２にはクリップとの位置合わせ及び抜止め用の貫通孔１０３が設けられている。図２に示すように、生体電極１００は、基材１と、不織布２と、絶縁体３と、受信体４と、粘着性の導電ゲル５とを備える。

基材１は、不織布に帯電防止処理をしたもの、例えば導電インクを含浸し又は塗布（印刷等）したものである。含浸の場合は、基材１の両面が導電性を持つことになる。塗布の場合は、基材１のいずれか又は両方の面を塗布対象とする。基材１に用いる不織布は、ＰＰ不織布（ＰＰ：ポリプロピレン）が好ましく、他の材質としてはナイロン、ポリエステル、レーヨン、紙などが挙げられる。導電インクは例えば、グラファイト、銀を導電材として含む。不織布２は、無処理材でも良いが、帯電防止処理をしたもの、例えば界面活性剤、保湿剤、親水剤、及び導電剤のいずれかを含浸し又は塗布したものが好ましい。また、不織布２は、基材１に用いた不織布と同材質でもよいが、ＰＰ不織布が好ましい。基材１の人体側には、絶縁体３を設ける。絶縁体３は、例えば生体粘着用（皮膚貼付用）両面粘着テープや一般工業用テープである。受信体４は、ＰＥＴやＰＰフィルム等の樹脂フィルムの人体側に銀−塩化銀を塗布したものである。絶縁体３が、一般工業用テープの場合には、工業用テープが人体に触れないように、導電ゲル５を絶縁体３と略同形状とする。また、生体粘着用（皮膚貼付用）両面粘着テープの場合には、導電ゲル５は、少なくとも受信体４を覆っている形状であってもよい。

基材１の反人体側の面に不織布２が設けられる。基材１と不織布２の相互の貼付けは、接着剤による接着でもよいし、熱や超音波などによる溶着でもよい。溶着は安価で密着性が高い。面垂直方向から見て基材１と不織布２は基材１の被挟持部１ａを除き相互に略同形状である。基材１の人体側の面に絶縁体３が設けられる（接着される）。面垂直方向から見て基材１と絶縁体３は相互に略同形状である。

導電ゲル５は使用前には必要に応じて不図示のカバーで覆われる。また、生体電極１００は使用前には防湿袋に入れて保管される。使用の際には、導電ゲル５を人体の所定部位に接触させる。すると、生体信号は、導電ゲル５を伝わって受信体４で受信され、受信体４の被挟持部４ａからクリップを介して外部の測定装置に送信される。なお、更にノイズ対策が必要な場合は、基材１を測定機器等にアース接続する。また、基材１の被挟持部１ａを絶縁体３の被挟持部３ａと同形状とすることにより、ノイズ低減効果を得ることが出来る。

本実施の形態によれば、不織布に導電インクを含浸し又は塗布した基材１の反人体側の面に不織布２を設けるという新たな構成により、基材１を測定装置とアース接続しなくても十分なノイズ低減効果が得られ、また基材１を測定装置とアース接続した場合には従来よりも更に高いノイズ低減効果が得られる。また、基材１と測定装置とのアース接続が必須でないため、既存の測定装置がそのまま使えて柔軟性が高い。また、基材１と人体とをアース接続しないため、生体電極１００の小型化に有利である。さらに、基材１の反人体側の面に不織布２を設けているため、不織布２が無い場合と比較して静電気の発生が小さくなり、ノイズが少なくなる。特に、医者や患者が着る手術服の材質はＰＰであることが多いため、不織布２をＰＰ不織布とすれば、静電気発生の防止効果が高い。さらに、生体電極１００は全てＸ線を透過する材料で構成されるため、Ｘ線を透過しながら治療する用途にも適合する。

図３は、本発明の実施の形態２に係る生体電極２００の分解斜視図である。この生体電極２００では、図２に示した実施の形態１の導電ゲル５に替えて、含水ゲル９を人体接触部として用いる。含水ゲル９は、水分含有量が８０重量％で電気伝導のためにＣｌイオンを含んでいる。含水ゲル９の水分含有量は、人体（肌）とのインピーダンス低減の観点から６０重量％以上が望ましい。含水ゲル９は単体では形が定まらないのでスポンジ８に染み込ませておく。含水ゲル９を染み込ませたスポンジ８は、受信体４の人体側に設けられる。スポンジ８と受信体４との接着は両面接着テープ７が行う。両面接着テープ７は、スポンジ８の反人体側の面に接着されて当該面の中央部を囲む環状（ここではドーナツ状）であり、スポンジ８と受信体４とを接着する。両面接着テープ７は、好ましくはスポンジ８の反人体側の面の外周縁ないしその近傍を周回する。さらに、本実施の形態では、基材１の人体側の面であって絶縁体３とは異なる位置にアースゲル６が設けられる。アースゲル６は、粘着性を有する導電ゲルである。カバー１０は、平坦部１０ａと、平坦部１０ａから凹む凹部１０ｂとを有する。平坦部１０ａは、生体電極２００のうちスポンジ８及び被挟持部を除く部分と対面する。凹部１０ｂは、スポンジ８を収容する。カバー１０は、樹脂製であって、剥離性を良くするために生体電極２００との接触部分（絶縁体３及びアースゲル６との接触面）にシリコーン（離型剤）がコーティングされている。本実施の形態のその他の点は実施の形態１と同様である。

本実施の形態によれば、実施の形態１と同様にノイズ低減効果が得られるとともに、アースゲル６を設けたことにより、大型にはなるが、基材１が人体と電気的に接続されて人体と同電位になり、シールド効果（ノイズ低減効果）が更に高められる。また、生体信号取得用に水分を６０重量％以上含む含水ゲル９を染み込ませたスポンジ８を用いているため、粘着性の導電ゲルを用いる場合と異なり、導電性クリームなどを塗らなくても人体とのインピーダンスを小さくすることができる。したがって、導電性クリームやそれを塗る作業が不要で、従来と比較して手間とコストが低減される。さらに、スポンジ８と受信体４とを接着する両面接着テープ７を使用することで接着作業性がよく、またドーナツ状とすることにより内側の広い面積でスポンジ８と受信体４とが接触することになり生体信号の受信感度が高い。

図４は、本発明の実施の形態３に係る生体電極３００の分解斜視図である。この生体電極３００では、図１及び図２に示した実施の形態１と異なり、基材１の人体側の面であって絶縁体３とは異なる位置にアースゲル６が設けられる。導電ゲル５とアースゲル６は相互に接触しない位置関係とする。アースゲル６は、粘着性を有する導電ゲルである。本実施の形態のその他の点は実施の形態１と同様である。本実施の形態によれば、実施の形態１と同様にノイズ低減効果が得られるとともに、アースゲル６を設けたことにより、大型にはなるが、基材１が人体と電気的に接続されて人体と同電位になり、シールド効果（ノイズ低減効果）が更に高められる。

図５は、本発明の実施の形態４に係る生体電極４００の分解斜視図である。図６は、生体電極４００をクリップ１３に位置決めした状態の斜視図である。この生体電極４００は、図１及び図２に示した実施の形態１のものと比較して、基材１の被挟持部１ａと絶縁体３の被挟持部３ａが無くなった一方、受信体４の被挟持部４ａが遠くまで引き出されている。すなわち、受信体４は、他の層よりも外側に引き出された引出し部４０を有し、引出し部４０の先端は露出して被挟持部４ａ（外部との接続部）とされる。引出し部４０の先端以外はスポンジや不織布等の軟質素材４１に覆われる。これは患者に痛みを与えないためである。また、軟質素材４１を導電材にすることにより、更なるノイズ対策となる。受信体４は、樹脂フィルムの人体側に銀−塩化銀を印刷したものである。クリップ１３により受信体４の被挟持部４ａを挟持すると、受信体４の銀−塩化銀がケーブル１１に接続され、生体信号がケーブル１１とコネクタ１２を介して不図示の測定装置に送信される。クリップ１３とケーブル１１はＸ線透過型である必要はない。Ｘ線に透過しないケーブル１１の材質としては、銅線等の金属線などが挙げられる。引出し部４０の長さは、被挟持部４ａから先（クリップ１３とケーブル１１）がＸ線撮影の際に邪魔にならない長さ（例えば３０ｃｍ）とする。本実施の形態のその他の点は実施の形態１と同様である。なお、引出し部４０の導体は被挟持部４ａを含め、受信体(本体部５０１)とは別体とし、後から受信体に接続する構造としてもよい。この場合、引出し部４０の導体は、銀−塩化銀の他、受信体とは異なる導体である銅、アルミ等の金属箔でも良い。このような構造とすることで、コストを低減すると共に量産性を高めることが可能となる。

本実施の形態によれば、実施の形態１と同様にノイズ低減効果が得られるとともに、受信体４の被挟持部４ａが遠くまで引き出したことで、クリップ１３とケーブル１１はＸ線に透過しない安価なものにすることができ、コスト低減に有利である。

図７は、本発明の実施の形態５に係る生体電極５００の斜視図である。この生体電極５００は、図２〜図４のいずれかと同様の積層構成であり、本体部５０１に２本の切込み５０３を入れたものである。切込み５０３は全層に跨るものであり、被挟持部５０２の外縁を延長するように形成される。こうした２本の切込み５０３を設けたことで、本体部５０１のうち切込み５０３の間の部分が人体から剥がれやすくなり、クリップ接続のために被挟持部５０２をつまみ上げる作業性が良い。

図８は、本発明の実施の形態６に係る生体電極６００の分解斜視図である。この生体電極６００は、図１及び図２に示した実施の形態１のものと比較して、生体信号をクリップ接続によらず直接外部に導いている点で相違し、その他の点で一致する。ケーブル１１は、カーボン線であり、先端接続部１１ａが受信体４と導電ゲル５との間に挟まれる。本実施の形態も、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

図９は、本発明の実施の形態７に係る生体電極７００の分解斜視図である。この生体電極７００は、図１及び図２に示した実施の形態１のものと異なり、基材１の反人体側の面に不織布２が設けられず、また、基材１の不織布に導電インクの含浸又は塗布は行われない。一方、生体電極７００において、基材１の不織布（好ましくはＰＰ不織布）は、帯電防止処理が施されており、具体的には帯電防止剤が練り込まれた繊維で形成される。帯電防止剤としては例えば親水剤、界面活性剤、保湿剤、導電剤等が挙げられる。本実施の形態のその他の点は実施の形態１と同様である。本実施の形態によれば、帯電防止剤が練り込まれた繊維で基材１の不織布を形成することにより、基材１の反人体側の面に不織布２を設けなくても十分なノイズ低減効果が得られ、また基材１を測定装置とアース接続した場合には従来よりも更に高いノイズ低減効果が得られる。さらに、帯電防止剤を基材１の不織布内にまんべんなく行き渡らせることが可能となり、より静電気を分散させることができる。また、その行き渡らせた状態を安定的に維持することが可能となる。なお、前述の実施の形態２〜６において実施の形態１に対して加えられた変形は、本実施の形態に対しても適用可能である。

図１０は、本発明の実施の形態８に係る生体電極８００の斜視図である。図１１は、生体電極８００の断面図である。この生体電極８００は、図５に示した実施の形態４のものと異なり、受信体４に加え、基材１、不織布２、及び絶縁体３も遠くまで引き出される一方、軟質素材４１は設けられていない。すなわち、本体部８１０から引出し部８１１が延び、引出し部８１１の先端が接続部８１２（被挟持部）となっており、引出し部８１１は、基材１の引出し部１ｂ、不織布２の引出し部２ｂ、絶縁体３の引出し部３ｂ、及び受信体４の引出し部４ｂを含む。また、接続部８１２は、基材１の被挟持１ａ、不織布２の被挟持２ａ、絶縁体３の被挟持部３ａ、及び受信体４の被挟持４ａを含む。接続部８１２は図６と同様にクリップ１３により挟持される。この変形によれば、基材１と不織布２も引き出すことで、製造容易性の向上及び耐外乱ノイズ性の強化が可能となる。なお、実施の形態７と同様にして不織布２を省略してもよい。

図１２は、図１０から更に変形した生体電極の一部分解斜視図である。図１３は、同生体電極の断面図である。この生体電極では、引出し部８１１の人体側の面に不織布３１，３４が設けられる。不織布３１は、好ましくはＰＰ不織布であり、基材１の不織布と同様に、導電インクが含浸又は塗布されたものである。不織布３４は、好ましくはＰＰ不織布であり、不織布２と同様に、無処理材でも良いが、帯電防止処理をしたものが好ましい。これによれば、図１０及び図１１の場合と比較して更に耐外乱ノイズ性の強化が可能となる。なお、不織布３１を実施の形態７の基材１と同構成とすることにより不織布３４を省略してもよい。

図１４は、図５，６，１０〜１３における受信体４の変形例に係る分解斜視図である。図１５は同受信体４の断面図である。受信体４は、フィルム４２の人体側の面全体に銅箔やアルミ箔等の安価な導電体箔４３が塗布（印刷）され、導電体箔４３の人体側の面のうち電極本体部と接続部（被挟持部）に対応する部分に銀−塩化銀４４が塗布（印刷）される（引出し部に対応する部分には銀−塩化銀は塗布されない）。これによれば、フィルム４２の人体側の面全体に銀−塩化銀が塗布される場合と比較して銀の使用量を減らすことができ、低コスト化に有利である。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

図３の構成において、アースゲル６を省略して基材１のアース接続を無くしてもよい。図８の構成において、図４と同様にアースゲル６を設けて基材１と人体とを同電位にしてもよい。図８の構成において、図３と同様に導電ゲル５に替えて含水ゲル９を人体接触部として用いてもよい。この場合、ケーブル１１の先端接続部１１ａは受信体４とスポンジ８との間に挟めばよい。図５及び図６の構成において、基材１の被挟持部１ａと絶縁体３の被挟持部３ａを、受信体４の被挟持部４ａと同様に、受信体４の被挟持部４ａと積層状態で遠くまで引き出してもよい。この場合、不図示の測定装置とクリップ１３がアース接続に対応していれば、基材１のアース接続が可能となる。

１ 基材、２ 不織布、３ 絶縁体、４ 受信体、５ 導電ゲル、６ アースゲル、７ 両面接着テープ、８ スポンジ、９ 含水ゲル、１０ カバー、１１ ケーブル、１２ コネクタ、１３ クリップ、３１，３４ 不織布、４０ 引出し部、４１ 軟質素材、４２ フィルム、４３ 導電体箔、４４ 銀−塩化銀、１００，２００，・・・，８００ 生体電極

Claims (16)

1. 帯電防止処理が施された不織布を有する基材と、前記基材の人体側の面に絶縁体を介して設けられた生体信号取得部とを備える、生体電極。
2. 前記帯電防止処理は、帯電防止剤を繊維に練り込む処理である、請求項１に記載の生体電極。
3. 前記帯電防止剤は、界面活性剤、保湿剤、親水剤、及び導電剤のいずれかである、請求項２に記載の生体電極。
4. 第１の不織布に帯電防止処理を施した基材と、前記基材の反人体側の面に設けられた第２の不織布と、前記基材の人体側の面に絶縁体を介して設けられた生体信号取得部とを備える、生体電極。
5. 前記第１の不織布の前記帯電防止処理は、前記第１の不織布に導電インクを含浸し又は塗布する処理である、請求項４に記載の生体電極。
6. 前記第１及び第２の不織布がポリプロピレン不織布である請求項４又は５に記載の生体電極。
7. 前記第２の不織布に帯電防止処理が施されている請求項４から６のいずれか一項に記載の生体電極。
8. 前記第２の不織布の前記帯電防止処理は、前記第２の不織布に帯電防止剤を含浸し又は塗布する処理である、請求項７に記載の生体電極。
9. 前記帯電防止剤は、保湿剤、界面活性剤、親水剤、及び導電剤のいずれかである、請求項８に記載の生体電極。
10. 前記基材の人体側の面であって前記絶縁体とは異なる位置に設けられ、前記基材と人体とを電気的に接続するアースゲルを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の生体電極。
11. 前記基材は、リード線により外部とアース接続されるアース接続部を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の生体電極。
12. 前記生体信号取得部は、前記絶縁体の人体側に設けられ、人体側に銀−塩化銀が印刷されたフィルムを含み、前記フィルムは外側に引き出された引出し部を有し、前記引出し部は、先端が露出して外部との接続部とされ、先端以外は軟質素材で覆われている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の生体電極。
13. 前記引出し部の先端と外部との接続にはＸ線を透過しない接続部材を用い、前記接続部材の他はＸ線を透過する材料で構成されている、請求項１２に記載の生体電極。
14. Ｘ線を透過する材料で構成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の生体電極。
15. 前記生体信号取得部は含水ゲルを含むスポンジを人体との接触部としている請求項１から１４のいずれか一項に記載の生体電極。
16. 本体部と、前記本体部から突出してクリップに挟持される被挟持部とを備え、前記本体部には２本の切込みが設けられ、前記２本の切込みの間から前記被挟持部が突出する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の生体電極。