JP2015504338A - 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出する物、方法とシステム - Google Patents
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Abstract
Description
1、心電信号の振幅は心筋細胞数量(心筋厚さ)と正比例をなす;
2、心電信号の振幅は「生理電極設置位置と心筋細胞の間の距離」と反比例をなす;
3、心電信号の振幅は「生理電極の方位と心筋電極の方向が構成した角度」に関する。角度が大きければ大きいほど、リードに心電信号の投影が小さく、電位が弱い。
本発明の提案した物は、電極内部に可撓性容器を設置できる。その容器に、気体や液体の出入り用のチャネルがあり、気体や液体を保存できる。また、負圧を生成し、電極を皮膚に吸着する。または使用時、毛細現象または押出で導電性液体をゆっくりと放出し、「電極が体と貼合していない、または導電性が良くない」など困りを解決することができる。
本発明で記載する昼間着用衣類は、昼間活動で着用する衣類である。図1(a)通り、図1(a)は、本発明の好ましい実施例の昼間着用衣類の電極、コントロールボックスと伝送ラインの構造と心電信号の等電位線の位置関係の概略図である。本発明の構造は、二つの電極40をそれぞれ昼間着用衣類の左右腋下に設置する。そのうち、左腋下の電極40は最高電位(+1.4)のエリアに設置される;しかし、呼吸干渉を避け、女性使用者の下着着用位置への妨げを避けるために、別の電極40は最低電位(-1)のエリアに設置されず、電位=-0.3の右腋下位置に設置される。上記二つの電極以外、本発明は選択的に第三電極を追加し、負帰還電流として人体の電極に入力し、ノイズを低減し、または上記二つの電極とともに動作し、三誘導心電図を取得し、またはコントロールボックスと人体の間の浮遊容量を負帰還電流として電極に入力する。ボタン10は、心電信号をコントロールボックス50のコネクタに伝導する。図1(b)通り、図1(b)は、図1(a)のコントロールボックスの拡大図である。そのうち、コントロールボックス50の上下にそれぞれ二つのボタン10が設置される。上下二つのボタン10はコントロールボックス50の同一平面にないので、「二つのボタン10が同時に汗または雨の浸しを受け、信号伝送に影響を及ぼすこと」を回避できる。上記のボタン10は、導電性のベルクロで代替されることができ、同じ効果を得る。そのうち、ボタン10またはベルクロの周囲に吸水材料(例えば、スポンジ)があり、その底部に防水層がある。例えば、ホットメルト接着剤フィルム、ナイロン布、疎水性材料またはラップなど不透水性材料。「汗が信号伝送に与える影響」を防ぐ。「四肢運動が電極を引っ張って引き起こす干渉」を減少するために、昼間着用衣類は、上下の両部分または上中下の三部分から構成される。そのうち、各部分は、異なる材料で作られる。例えば、電極の部分は強い弾性のライクラ(Lycra)布で作られ、電極を体に固定する。その他の部分は、延伸しやすい生地で作られる。そうすると、Lycra布を引っ張りにくい。
身体運動は、測定した心電信号を常に干渉する。運動時の皮膚と衣類の移動で、電極が皮膚や衣類に相対して移動し、体動ノイズを生じ、この干渉を引き起こす。体動ノイズの振幅が近く、電極の位置によって大幅に変化しない。体動干渉を低減するために、本実施例は、「電極を織物に設置する」七種の方法を出した。目的は、「運動時、電極が皮膚に相対して移動すること」を避けることだ。更なる目的は、「電極が衣類に相対して移動すること」を避けることだ。従って、本発明は、使用開始時、まず「行為動作に二つの電極40間のインピーダンス」を検出する。例えば、開始時の十秒間に、インピーダンスが安定で、且つ設定範囲内にある場合、コントロールボックス50は心電信号検出を開始する。でなければ、コントロールボックス50は、「ベルトを締め、導電液体を追加し、第三電極を追加し、または活性電極を起動する」(active electrode,參考Merrit等人著 「Fabric-Based Active Electrode Design and Fabrication for Health Monitoring Clothing」、 IEEE TRANSACTIONS ON INFORMATION TECHNOLOGY IN BIOMEDICINE、 VOL. 13、 NO. 2、 2009)など方式を通して信号品質を改善することを使用者に伝える。具体的な七種の方法は次の通り:
第一種の吸盤構造は、電極と人体の接触平面に、吸盤構造を設置する。そのうち、吸盤構造は、親水性が良い、換気性の低い材料で作られる。そして吸盤構造は、「可撓性、受圧後に元の形状に復元できる」容器に接続する。容器に、液体や気体の出入り用の穴がある。織物洗濯時、容器に導電性液体(例えば織物洗濯の水)を収容できる;織物自身が乾いた後、容器にまだ液体が保存する;人が織物を着用する時、容器内の液体は毛細現象により滲み出る。または容器が押し出される時、容器内の液体は電極に押し出される;容器内の液体が流出した後、容器が空気を収容する時、容器の弾性は、押出後に容器内部を負圧にして、人体皮膚を吸着する。電極が人体に相対して移動しない。また、皮膚の導電性液体(例えば水)を電極に吸着し、導電に役立つ。図2(a)通り、図2(a)は、本発明で吸盤構造の電極の断面図である。
電極に「直立の可撓性導電性繊維(例えば、グラファイトのゴム、銀繊維、導電性ポリマーまたは導電性シリカゲル材料)から構成され、長さがLであり、歯ブラシと類似する刷毛型構造」を設置し、電極と皮膚の間の摩擦力を増加する。そのうち、導電性繊維と電極の間に、可撓性の金属(例えば、ステンレス鋼繊維で織られるステンレス鋼布)で作られる導体を設置でき、導電性を増加する。図3(a)通り、図3(a)は、本発明で導電性繊維を含む電極の側面図である。人体移動時、電極と皮膚の間の導電性繊維は、一定範囲内に、皮膚と電極との接触を維持できる。皮膚と電極は相対移動しない、皮膚と電極の接触面積を拡大しない。
電極は図4(a)〜図4(d)通り、アーク型である。フラットタイプまたは他のタイプであってもいい。伝送ライン80を「人体と接触する織物85」に接続する。そのうち、伝送ライン80は弾性を持つ。例えば、伝送ライン80は、弾性バンドまたは他のリボンに織られる。伝送ライン80ぶら下がり長さはL(一般的に約0.5〜0.3センチ)であり、電極と織物85の相対移動に用いられる。電極の表面は、大きな摩擦力の導電布65を使用する。例えば絨毛構造の導電布。電極と織物85の接触面に、少なくとも一面は低い摩擦力の滑らかな材料82で作られる。例えば裏地、防水性の滑らかな布、鉄片、銅片、ステンレスシート、ガラス材質または鉄テフロンの被覆した織物など。電極滑りに役立つ。電極内部には、弾性体、導電シリカゲルまたは一般織物などが設置される。電極の外縁には、電極と人体との摩擦係数を増加するために、選択的に滑り止めストラップ83を設置する。この時、電極と織物85の接触表面は、滑らかな材料82で作られる。人体と織物が相対移動する時、電極の滑らかな材料82で、電極は織物に滑るまたは転がる。導電布65はまだ人体と接触し、固定で信号を受信する(ノイズを生成しない)。電極と織物85の間の伝送ラインは、図4(a)通りの半径固定の螺旋形伝送ラインであり、または図4(b)通りの半径漸増の螺旋形伝送ライン、または折片形(図4(d) に、リボンが三回折られる)伝送ラインであり、伸縮用とする。螺旋形線または折片形伝送ラインが伸ばされる時、自動的に縮む。空間を占めない。そのうち、図4(a)は、本発明でアーク電極が織物に滑ることの側面図である。図4(b)は、本発明でアーク電極が使用する半径漸増の螺旋形伝送ラインの側面図である。図4(c)は、本発明で電極が二つのサスペンションストラップで固定されることの側面図である。図4(d)は、本発明で電極がリボンをサスペンションストラップとして織物に織ることの概略図である。
そのうち、電極自身にチャネルが設置される。伝送ライン80はこのチャネルに滑る。織物85に伝送ラインの余分な長さLがあり、電極が滑る。また、伝送ライン80とこのチャネルが導体である場合、別に伝送ラインを接続する必要がない。図5(a)通り、図5(a)は、本発明で電極内にチャネルが設置され、電極が伝送ラインに沿って滑ることの側面図である。もう一つの例について、図5(b)通り、図5(b)は、本発明で電極の側辺にチャネルが設置されることの概略図である。そのうち、電極が平面構造であり、電極両側にそれぞれチャネルを設置する。且つ各チャネルにそれぞれ接続線を設置し、電極を織物に固定する。上記接続線は、ナイロン線、弾性糸、布線、布ストラップ、ワイヤー、プラスチックワイヤー、プラスチックストラップ、導電線または導電性ストリップなど。弾性を持つ滑らかな材料が好ましい。
図6(a)〜図6(d)通り、図6(a)は、本発明で電極を持つ織物に穴があり、接続線が貫けることの概略図である。図6(b)は、本発明で電極に穴があり、接続線が貫けることの概略図である。図6(c)は、本発明で電極と織物に穴があり、接続線が貫けることの概略図である。図6(d)は、本発明で接続線がリング形で織物の穴を貫くことの概略図である。そのうち、電極及び/または織物に穴がある。接続線はこの穴を貫ける。電極と衣類との接触面は、滑らかな材料で作られ、摩擦力を下げる。電極エッジに、選択的に滑り止めストラップを設置することができる。穴は図6(a)通り織物に設置される以外、電極自身に設置されることができる。図6(b)通り。または電極と織物の両方に穴がある。図6(c)通り。穴は、図6(a)〜図6(c)の示す丸い穴であり、または図6(d)の示す狭く長い型の穴である。接続線のリボンが貫ける。穴を貫くリボンは、両端がそれぞれ電極、織物に固定され、またはリング形となる。滑り止めストラップ、穴と接続線の導電性は、上記第三、第四の方法の記載通り。接続線の滑る長さLが約0.2〜3センチであり、有効に体動干渉を低減する。接続線自身も導電性材料であってもいい。導電性材料ではない場合、別に伝送ラインを追加する。接続線の材料は上記第四の方法の記載通り。
第六の方法:スライダ構造型
電極40を織物に固定するではなく、滑り台のスライダに固定する。図7(a)通り。図7(a)は、本発明で電極が滑り台に設置される第一の好ましい実施形式の概略図である;または電極を滑り台に固定する。織物にスライダが設置される。図7(b)通り。図7(b)は、本発明で電極が滑り台に設置される第二の好ましい実施形式の概略図である。電極はスライダを利用し、滑り台に二次元方向で任意で滑る。スライダの移動可能な範囲はLである。電極40は人体と密着でき、「電極と皮膚が相対移動しない」効果を達成する。そのうち、スライダと滑り台の間は滑らかな表面である。
図9(a)を例とする。図9(a)は、本発明の二層分離式構造電極が接続線で結合する第一の好ましい実施形式の概略図である。そのうち、電極は接続線を通して、大きな面積のざらざらした生地に接続する。ざらざらした生地は、別の滑らかな材料と貼る。そして、電極とざらざらした生地の接触面には、低い摩擦力の滑らかな材料が設置される。電極とざらざらした生地は滑動しやすい。身体活動時、電極と皮膚が相対移動しない;このざらざらした生地は、接続線を通して織物と結合する。そして、織物とざらざらした生地の接触面には、少なくとも一面が低い摩擦力の滑らかな材料であり、生地と織物との摩擦力を低減する。身体運動で織物と人体が相対移動する時、織物とざらざらした生地は滑る。そのため、電極の受ける体動干渉が下がる。しかし、ざらざらした生地が人体に密着し、人体に滑らないけど、人体の筋肉と皮膚のいくつかの局所運動が電極に影響を与える可能性がある。この局部の運動は、電極40とざらざらした生地の間の分離式構造により緩和される。従って、二層分離式構造は有効に体動干渉を抑制できる。または、リボンで図9(a)の接続線を取って代わり、リボンが電極下部のざらざらした生地と滑らかな材料を貫き、リング形を形成する。図9(b)通り、そのうち、図9(b)は、本発明の二層分離式構造電極がリボンで結合する第二の好ましい実施形式の概略図である。そのうち、電極内リボンの方向は、ざらざらした生地と平行する。もう一つの方式は、電極内リボンの方向をざらざらした生地と垂直させ、ざらざらした生地の外側にリング形を形成し、ざらざらした生地を避けて通る。図9(c)通り、そのうち、図9(c)は、本発明の二層分離式構造電極がリボンで結合する第三の好ましい実施形式の概略図である。その効果は図9(d)通り。図9(d)は、二層分離式構造の電極で採取した「使用者が歩く時のR波の波形図」である。そのうち、二層分離式構造は、前述第一〜第六の方法での構造のいずれか二種とする。そして、上下二つの分離式構造は、同じまたは異なる構造で実現できる。更に、本発明は上記二層分離式構造に一層または多層を追加し、多層分離式構造となることができる。二層または多層分離式構造は同様に容量結合電極にも適用される。その詳細内容は第3実施例の記述を参照。そのうち、二層分離式構造で接続線の材料は第四の方法の記載通り。
同じように、電極を人体の左右側に設置する場合、R波も採取できる。図11(f)は、電極をそれぞれ図10(b)の人体の左側の位置I(0.3と0.5等電位線の間)と位置J(ゼロ等電位線)に設置して測定した心電図である。そのうち、R波の振幅が約 0.4mV;前述文献のシミュレーション結果と一致する。
図10(a)〜図10(c)により、「心電信号に対する電極面積サイズの影響」を推定できる。本発明で使用する電極は、小さな点ではなく、1片である。そのため、出力する電位は、エリアをカバーする電位の平均値である。位置DまたはEの電極にとって、その位置の等電位線がまばらであるので、出力する電位は、0.3または-0.3に近い電位である;位置B(1.4等電位線内)の小さな面積の電極について、出力電位は1.4である。しかし、この位置の大きな面積の電極は、電位線1以外のエリアをカバーする可能性がある。出力電位が約1 mVまたはそれ以下に低減する。従って、本発明は、等電位線密度が低いエリアに大きな面積の電極を設置できる。そうすると、振幅の減衰を引き起こさない、電極の摩擦力を増加することができる。
使用者が短袖または長袖の昼間着用衣類を着用する時、左右両側の腋下の前後両側にそれぞれ電極を設置する。各側の両電極は並列接続し、コントロールボックスのプロセッサに接続される。腕が前へ伸ばす時、袖が腋下の衣類を前へ牽引する。腋下の後ろに設置される電極が体と密着し、腋下の前方に設置される電極が体から離れる。同じように、腕が後ろへ伸ばす時、腋下の後方に設置される電極が体から離れ、腋下の前方に設置される電極が体と密着する。腕の姿勢によって、心電信号を採取する電極の位置は異なる。そのため、心電信号の形態も異なる。図15(a)〜図15(d)通り。そのうち、図15(a)は、本発明で右腕が後ろにあり、左腕が前にある時に採取する心電図である。図15(b)は、本発明で両腕が前にある時に採取する心電図である。図15(c)は、本発明で両腕が後ろにある時に採取する心電図である。図15(d)は、本発明で右腕が前にあり、左腕が後ろにある時に採取する心電図である。
電極が体に密着する場合、電極と体の間のインピーダンスが低く、低いノイズの心電信号を採取できる。異なる位置から採取した心電信号のQ、 R、 S、 T波の比例も異なる。この二つの原則は、着用者の寝姿の判定にも適用される。本実施例は胸、背中、左側、右側の4位置にそれぞれ二つの電極を設置する。着用者が仰向けに寝る時、背中に設置される電極は体に圧迫され、良好な導電性を持つ。残りの電極は、体に触るけど、導電性が良くない。従って、心電図波形への影響が小さい。同じように、着用者の寝姿が他の寝姿である場合も、異なる電極群から心電信号を提供する。その心電図を比較すると、着用者の寝姿を推測できる。本実施例は、昼間に体が運動する時、R波を読み取る。夜に静止する時、完全な心電図を読み取る。
本発明では、使用者が使用時に快適さと便利さを感じる。その電極は、病院で多く使われる生理電極パッチではなく、織物で作られるドライ電極である。ドライ電極と人体の間のインピーダンスが大きく、安定ではないので、一部の環境で(例えば、低温・低湿)、良い品質の心電信号を採取できないかもしれない。例えば、体動干渉を受けやすい、または体が静止で動かない時、電源のもたらす電磁干渉がある。従って、本実施例は、この課題に対し、関連対策を出し、本発明が更に実用要求を満たすようにする。
直流抵抗が10M Ohmsに下がる時、静止状態でR波を採取できる。図17(a)通り、「歩く」と「元の場所で足を上げる」の体動干渉でのR波を識別できない。図17(b)、図17 (c)通り。直流抵抗が0.8M Ohmsに下がる時、「静止」と「歩く」状態でR波を採取できる。図17(d)、図17 (e) 通り。ただし、元の場所で足を上げる時、体動干渉が大きすぎ、R波を識別できない。図17(f)通り。直流抵抗が0.6M Ohmsに下がる時、「元の場所で足を上げる」など様々な動作で、R波を採取できる。図8(a)〜図8 (d)通り。図8(a)〜図8 (d)、16(a)〜図16(c)と17(a)〜図17(f)通り、その規律は:直流抵抗が低ければ低いほど、ノイズが低い;体動干渉が大きければ大きいほど、直流抵抗が高い;静止時のノイズが大きければ大きいほど、運動時のノイズが大きい。前述の規律は、逆の場合も同様。この原則を引用し、本実施例は、起動時、まず電極インピーダンスを一定時間(例えば10秒)連続で検出し、電極インピーダンスの変化により使用者の運動状態(方法は下記通り)を推定すると、「使用者がどんな運動状況で心電信号を読み取れるか」を推定できる。インピーダンスが低い場合、心電信号を採取する;インピーダンスが高すぎる場合、コントロールボックス内のプロセッサは適切な対策を取って、システム全体を最適化し、次に心電信号を採取する。例えば、測定した直流抵抗が10 M Ohmsである場合、静止時にR波を読み取れる。ただし、運動状態でR波を読み取れない。当時のインピーダンスが高すぎ、使用者のニーズを満たさない場合、例えば、「歩く時のR波を識別する」というニーズの場合、本実施例は下記対策を提案する。
同じように、上記方法は、脳電図、筋電図、経皮電気的神経刺激(TENS)または電撃用の電極にも適用される。
身体運動時、電極と皮膚の相対位置移動が避けられない。体内のイオンもそれに伴って移動する。この時、心電信号は干渉され、かなり多くのノイズを含む。ノイズは身体運動の指標となる。本実施例は、ノイズにより人体移動を推定する五つの方法を提案する。
本実施例には、ノイズ分析を通して人体移動を推定する場合、フィルタリングファームウェアによりノイズを抑制しない場合、多くのノイズはR波として誤判断される。ノイズの間隔時間が正常心拍間隔時間より遥かに小さく、「正常の場合、1分間以内に、一般的な人の心拍が一般活動時の72回(R波間隔が0.833秒)から、非常に激しい運動時の200回(R波間隔が0.3秒)に急増する」わけがないので、コントロールボックス内のマイクロコントローラは、ノイズの有無を簡単に識別できる。識別ルールは次の通り:1分間内に最も多い回数の心拍数を取って、そのR波間隔を1として、1より小さいR波間隔の一部(例えば、二分の一または三分の二)を取って、ノイズとする。統計図のノイズ区間の回数を累計すると、ノイズの指針、即ち運動量である。
同じように、日間活動について、日間活動図を作成できる。ノイズが規律性を持つ場合(例えば0.5秒毎に一回の大量ノイズがあり、3分間続く)、使用者が規律的な運動(例えば、歩く)をしていることを推断できる;偶に大量ノイズが生じる場合、心配に伴う動的雑音である可能性が高い;或いは着用者が緊張すぎる。この時、大量の筋電信号干渉心電図がある。その日間活動図は、在宅介護の高齢者にも適用される。介護者はそれにより高齢者の行為を判定し、適時に介入することができる。
小幅な体動干渉では、信号が飽和に達していない、マイクロコントローラがまだR波を識別でき、ノイズも得られる。これらのノイズ振幅は、急に大きく/小さくなり、変化が不規則である。しかし、正常なR波振幅は安定で、「急に大きく/小さくなり、変化が不規則である」わけがない。この特性を利用し、プロセッサは、全ての時間帯の極大値(即ちピークの振幅)を記録し、時間を横軸とし、振幅を縦軸として、図を作成することができる。この図は、体動干渉の程度を示す。体動干渉がない場合、この図は、ほぼ直線になる。体動が激しければ激しいほど、この線の起伏が大きい。
身体運動が激しい場合、心電信号は、上飽和帯/下飽和帯に漂いやすい。飽和帯に到達した信号について、R波を解読できない。しかし、飽和帯に到達する時間が全部時間における割合は、運動干渉の程度を示す。一定時間内に、飽和帯に到達する時間が長ければ長いほど、その運動干渉が強い。
図13(d)は、運動中の信号である。この時、ファームウェアは自動的にゲイン値を下げ、線形範囲を拡大し、「信号全体が線形範囲内に飽和しない」ようにする;相対的に、ユーザーが静止状態である場合、信号は激しく変化しない。この時、ファームウェアは自動的にゲイン値を上げ、線形範囲を縮小し、良い解像度を得る。これは、周知の自動ゲインコントロール機能(Auto Gain Control)である。ゲイン値または線形範囲の変化により、身体運動の程度を推定できる。即ち、ゲイン値が大きい(線形範囲が小さい)場合、身体運動が緩い。逆の場合、身体運動が激しい。
第五の方法 単位時間内の正常R波数により人体移動を推定する
上記電極は、病院でよく使われる生理電極(水と塩化カリウムのゲルを含んで、導電性を増加する)と異なるので、ドライ電極(dry electrode)と呼ばれる。
1.紡織プロセス(Textile process)により、非導電性繊維と導電性繊維を共同で紡織する。この紡織プロセスは、ニッティング(knitting)、平織(weaving)、タッチング(tatting)、刺繍(embroidering)または他の適切なプロセスである;
2.導電性金属シートをこの織物に嵌め込み、粘着し、または縫い込む;
3.導電性細線をこの織物に縫い込む;
4.この織物に導電物質を塗布し、または貼る;
5.導電性織物を織物に貼り付け、または縫合する;
6.導電性シリカゲルまたはゴムを使用する。
1、導体75を導電布の下の弾性体90内に嵌め込む。導体75は容量結合電極である。図18(a)通り、図18 (a)は、本発明で二種の電極の併用の第一種形式の概略図である;
2、導体75に絶縁層をカバーし、織物85と人体の間に設置し、ドライ電極40の傍に設置する。図18(b)通り、図18(b)は、本発明で二種の電極の併用の第二種形式の概略図である;
3、導体75を織物85に嵌め込み、ドライ電極40の側面に設置する。図18(c)通り、図18(c)は、本発明で二種の電極の併用の第三種形式の概略図である;
4、導体75を織物85の外表面に設置し、ドライ電極40の傍に設置する。図18(d)通り、図18(d)は、本発明で二種の電極の併用の第四種形式の概略図である;
5、導体75に絶縁層をカバーし、織物85と人体の間に設置し、ドライ電極40の上に設置する。図18(e)通り、図18(e)は、本発明で二種の電極の併用の第五種形式の概略図である;
6、導体75を織物85に嵌め込み、ドライ電極40の上に設置する。図18(f)通り、図18(f)は、本発明で二種の電極の併用の第六種形式の概略図である;
7、導体75を織物85外表面に設置し、ドライ電極40の上に設置する。図18(g)通り、図18(g)は、本発明で二種の電極の併用の第七種形式の概略図である;
8、導体75を電極として織物85内に設置する。導体75自身は、ドライ電極または容量結合電極とすることができる。皮膚が乾燥である時、抵抗が大きく、コントロールボックス内のマイクロコントローラは、容量結合電極を使用する回路に切り換え、心電信号を採取することができる。皮膚が湿潤である時、抵抗が小さく、マイクロコントローラは、ドライ電極を使用する回路に切り換え、心電信号を採取することができる(図19通り、そのうち、ノイズにより選択的に負帰還電極を使用し、電極の下に選択的に絶縁層を誘電体として追加し、キャパシタンス値を増加することができる。図 18(h)通り、図18(h)は、本発明で二種の電極の併用の第八種形式の概略図である;
9、弾性導体75を織物85の内表面に設置し、ドライ電極40の上に設置する。もう一つの絶縁層誘電体をドライ電極40に付着する。図18(i)通り。ドライ電極40は弾性バンド(図18(i)に明記されていない)で接続され、織物85に付着する。図18(i)は、本発明で二種の電極の併用の第九種形式の概略図である。
外部干渉を低減するために、前置増幅回路で容量結合電極を設置する位置は、なるべく電極に近づく。即ち「活性電極」(active electrode)である。
そのうち、気嚢/液嚢を導電布に設置できる。図20通り、電極内部に気嚢/液嚢(その中に空気、水や油など流体が含まれる)を設置する。体が片側だけを圧迫する時、気嚢/液嚢内の流体は、他方側に流れ、他方側の導電布がより体と近づき、導電性を増加できる。また、気嚢/液嚢内に選択的にスポンジ、シリカゲルまたはバネなど弾性体を設置し、吸水性材料が好ましい、緩衝用とする。
本実施例の第一の方法は、電極の外または隣りに、永久磁性物質5を設置する。例えばアルニコ(AlNiCo)、フェライト(Ferrite)、サマリウムコバルト磁石(SmCo)とネオジム鉄ボロン (NdFeB)。体の対応側に磁性材料(例えば、ケイ素鋼)または永久磁性物質5を設置する。ただし、前述永久磁性物質の極性の反対極にする。異極吸引の原理を利用し、電極40を吸引し、体に付着する力をより大きくして、体動干渉を低減できる。図22(a)通り。図22(a)は、本発明で織物と電極にそれぞれ磁石を設置することの概略図である。同じように、電極の外または隣りに磁性材料5を設置し、体の対応側に永久磁性物質を設置する場合、同じ効果がある。また、電極自身は永久磁性物質5または磁性材料である。例えば、ステンレス鋼とケイ素鋼は、磁気特性と導電性を持つので、それ自身が電極とすることができる;アルニコ、サマリウムコバルト磁石とネオジム鉄ボロン自身も導電性を持つので、電極40とすることができる;永久磁性物質5または磁性材料(例えばフェライト)は、糸として引き出され、または中空繊維に設置され、他の材料と結合して糸として引き出され、または染色やメッキ方式で一般糸の外に塗布され、撚りまたは混紡方式で、導電体(例えば銀繊維)と結合し、導電布として作られることができ、導電性と磁気特性を持つ。
本実施例の第二の方法は、同極排斥の原理を利用し、電極40を体に押す。例えば、腋下電極の外に永久磁性物質5を設置し、上腕内側に同様に永久磁性物質5を設置し、この二つの永久磁性物質5を同極相対させ、相互に排斥させ、腋下電極40を体に押し、体動干渉を低減できる。同じように、体に近づく物(例えばベッド、椅子など)に永久磁性物質5を設置し、同極相対にする場合、電極40を体に押すことができる。同じように、コートまたはブラジャーに永久磁性物質5を設置し、下着に電極と永久磁性物質5を設置する;ズボン、靴に永久磁性物質5を設置し、靴下に電極と永久磁性物質5を設置する。同極相対にして、排斥させ、電極を人体に押す。
電極と皮膚が接触不良で(即ちインピーダンスが高すぎる)、または伝送ラインが折った場合、R波が見えなくなる。従って、本発明は、電極と皮膚が接触不良であるかを検出する八種の方法を提供した:
第六の方法は、織物とプロセッサでの回路が図29通り、パルスを電極に出力し、充放電期間の電圧変化を記録する。電極と人体の接触が良い場合、人体と電極の間にキャパシタンスを形成する。接触が緊密である場合、キャパシタンス値が高く、充放電時間が長い。プロセッサはその電極を経由して充放電する。電流は、プロセッサと人体の間の浮遊容量を経由し、コントロールボックス内のプロセッサに戻る。逆の場合、電極と人体の接触が良くない場合、このキャパシタンス値が低く、充放電時間がほとんどない。プロセッサは、一回の充放電時間を測定し、または発振回路(例えばLM555)を使用し、連続で充放電し、発振周波数を測定する。第五実施例通り、電極と皮膚の接触不良の有無を判断できる。電極と人体の間のキャパシタンスを増加するために、選択的に「高い比誘電率の片状/帯状材質」を電極に追加できる。例えばナイロン(Nylon、 比誘電率が3.2)、無水ケイ酸(比誘電率が3.9)、PVC(PVC比誘電率が3)、チタン酸カルシウム銅(CCTO、比誘電率が約10000)など材料。上記方法は正弦波により実現されることもできる。
本実施例では、実験により、左右腋の電極の直流抵抗> 5000K Ohmsの場合、皮膚が乾燥で、心電信号品質が良くない。上記方法は、マルチメーターによる抵抗測定と類似する。プロセッサは「電極の接触が良いかどうか」を測定できる。皮膚が非常に乾燥である場合、プロセッサは、ドライ電極から心電信号を採取することを中止し、容量結合電極から心電信号を採取し、または通信機器を通してユーザーに「衣類を追加し、保温する」を教えると、皮膚表面の汗を増加し、心電信号品質を向上することができる。表2通り。皮膚表面の直流抵抗を測定し、「電極が肌につけるか」を検出する。肌につけている場合、その値は安定である。逆の場合、電極接触が不安定である。抵抗値が大きい場合、一つの電極が人体の肌につけていない。
前述の第2実施例には、本発明で「ノイズにより身体活動を推定する方法」を開示した。同じように、本実施例は、電極インピーダンス検出により身体活動を推定できる。例えば、ある電極が腋下にある。接触不良時、腕が体に密着していない。
本発明は、一般洗濯の揉みに耐えられる。揉み力が大きすぎる場合、伝送ラインや電極が損傷し、心電信号をコントロールボックスに伝送できなくなる。本実施例は二つの方法を提案した:
20:二層構造 40:電極
50:コントロールボックス 60:コネクタ
65:導電布 75:導体
80:伝送ライン 82:滑らかな材料
83:滑り止めストラップ 85:織物
90:弾性体 95:間隔
Claims (76)
- 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出するの物である。その特徴は、一つの織物を含む。そのうち:
この織物は、少なくとも二つの電極を持ち、心電信号を採取する。前述の両電極は、それぞれ人体表面心電図R波の等電位線の差が少なくとも0.2である2本の等電位線に設置される。 - 請求項1の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の両電極に二つのコネクタがあり、コントロールボックスと電極を電気接続する。コネクタは、人体表面心電図R波の等電位線図中の0と+0.5の等電位線の間に設置される。
- 請求項2の記載した物は、次の特徴を持つ:前述のコネクタは、人体表面心電図R波の最高(+1.4)等電位ゾーンと最低(-1.0)等電位ゾーンの間のゼロ電位線付近のゾーンに設置される。
- 請求項2の記載した物は、次の特徴を持つ:前述のコネクタと前述電極を接続する導線がある。この導線は、0.3等電位線と0等電位線の間、または0等電位線と-0.3等電位線の間のゾーンに、絶縁層が被覆している。他のゾーンに裸で、電極として使用される。
- 請求項1の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の両コネクタと前述コントロールボックスとの接続時、異なる平面にある。同時に汗や雨に浸されることを避ける。
- 請求項1の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の両電極は、それぞれ人体表面心電図R波の等電位線図の0等電位線の異なる両側に設置される。
- 請求項1の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の電極に、少なくとも一つが人体表面心電図R波の最高(+1.4)等電位線または最低(-1.0)等電位線に設置される。
- 請求項1の記載した物は、次の特徴を持つ:第三の電極があり、心電図R波の等電位線図の0等電位線と+0.5等電位線の間に設置される。
- 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出する物であり、その特徴は、一つの織物を含むこと。そのうち:
この織物は、二つの電極を持って、心電信号を採取する。少なくとも一つの前述電極の内部に、可撓性容器がある。この容器に、チャネルがあり、気体や液体が出入りする。また、負圧を生じ、気体や液体を容器に入れ、または電極を皮膚に吸着する。 - 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出する物であり、その特徴は、一つの織物を含むこと。そのうち:
この織物は、少なくとも二つの電極を持って、心電信号を採取する。前述の電極は、人体心電図R波等電位図と皮膚相対移動距離を総合的に考慮し、設置される。 - 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出する物品であり、その特徴は、一つの織物を含むこと。そのうち、:
この織物は少なくとも二つの電極を持って、心電信号を採取する。そのうち、前述の電極に少なくとも一つの電極が織物と分離する。電極と織物の両者の接触面に、少なくとも一面が滑らかな面であり、または電極底部がアーク形であり、電極と織物との摩擦を減少する。また、少なくとも一つの接続線があり、分離した電極と織物を接続する。 - 請求項11の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の電極に、少なくとも一つの電極が吸盤構造である。吸盤構造は導電性繊維から構成される。
- 請求項11の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の電極と人体との接触面は、可撓性導電布または導電性長繊維から構成される。
- 請求項11の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の接続線は螺旋状接続線、半径漸増の螺旋状接続線、ストリップ接続線、またはリボン状接続線である。
- 請求項11の記載した物は、次の特徴を持つ:分離した前述電極や前述織物に滑り道がある。接続線が滑り道を貫いて、前述電極や前述織物に接続する。電極滑りに役立つために、前述接続線の長さはチャネルより長い。
- 請求項15の記載した物は、次の特徴を持つ:前述のチャネルと前述接続線は導電性材料であり、信号伝送用とする。
- 請求項11の記載した物は、次の特徴を持つ:分離された前述電極や前述織物に貫通穴がある。接続線がこの貫通穴を貫いて、前述電極や前述織物に接続する。電極滑りに役立つ。
- 請求項17の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の貫通穴の周囲と前述接続線は導電性材料であり、信号伝送用とする。
- 請求項11の記載した物は、次の特徴を持つ:分離された前述電極と前述織物には、一つにスライダがあり、もう一つに滑り台がある。前述スライダと前述滑り台の間に、相対移動できる空間がある。
- 請求項19の記載した物は、次の特徴を持つ:前述のスライダと前述滑り台は導電性材料であり、信号伝送用とする。
- 請求項11の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の織物に貫通穴がある。分離された前述電極がスライダに接続する。前述電極と前述スライダは、前述織物の貫通穴の両側に設置される。
- 請求項21の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の貫通穴周囲と前述スライダは導電性材料であり、信号伝送用とする。
- 請求項11の記載した物は、次の特徴を持つ:分離された前述電極と前述織物の間に、分離された生地があり、二層分離式構造を形成し、体動干渉を抑制できる。また、分離された前述電極と前述生地の間、分離された前述生地と前述織物の間に、分離された前述電極と前述生地を接続する接続ラインがある。また、分離された前述電極と前述織物を接続する接続ラインがある.
- 請求項23の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の二層分離式構造は、請求項11、15、 17、19、 21と27のいずれか二つの請求項の記載した構造を含む。そして、前述の二層分離式構造を形成する二つの分離式構造が異なるまたは同じである。
- 請求項1、11の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の電極内に、可撓性容器がある。この容器は、圧力を受けた後、広げる。また、液体や気体の出入り用の穴がある。
- 請求項1、11の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の電極内には、透水性や通気性の低い薄層で形成した袋がある。この袋に、吸水性の弾性材料がある。袋を広げて、液体や気体を収容する。また、この袋に、液体や気体の出入り用の穴がある。
- 請求項11の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の接続線は、ナイロン糸、弾性糸、布ストリップ、布、リボン、ワイヤー、プラスチックワイヤー、プラスチックストラップ、導電線または導電性ストリップなどである。弾性的で滑らかな材料が好ましい。
- 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出する物であり、その特徴は、一つの織物を含むこと。そのうち:
この織物は少なくとも二つの電極を持って、心電信号を採取する、そのうち、前述の電極中、少なくとも一つの電極に弾性体がある。電極と弾性体の間に、滑らかな材料があり、電極と弾性体の間の摩擦力を減少する。また、電極面積は弾性体より0.2cm2以上大きい。電極が皮膚移動で変形する場合、同時に移動して変形することができる。 - 請求項1、11、28の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の電極が織物と分離する。電極上または電極周囲の織物には、滑り止めストラップまたは滑り止め生地があり、摩擦力を増加する。
- 請求項29の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の滑り止めストラップまたは滑り止め生地は導電性材料である。
- 請求項1、11、28の記載した物は、次の特徴を持つ:そのうち、一つの電極に、吸水性の保水剤を増加した。
- 請求項1の記載した物は、次の特徴を持つ:前述の両電極の一つが織物に導電性材料を設置し、もう一つが分離式電極である。
- 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出する物であり、その特徴は、一つの織物を含むこと。そのうち:
この織物は少なくとも二つの電極を持って、心電信号を採取する。電極自身は永久磁性物質である。または電極の傍に永久磁性物質を設置する。身体対応側の織物に磁性材料または永久磁性物質を設置し、両者を異極相対にする。電極が磁力に吸引され、体に密着する。 - 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出する物であり、その特徴は、一つの織物を含むこと。そのうち:
この織物は少なくとも二つの電極を持って、心電信号を採取する。電極自身は永久磁性物質である。または外に永久磁性物質を設置する。他の位置の織物にも永久磁性物質を設置し、両者を同極相対にする。電極が磁力に排斥され、体に密着する。 - 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出する物であり、その特徴は、一つの織物を含むこと。そのうち:
この織物は少なくとも二つの電極を持って、心電信号を採取する。電極は織物と分離する。電極自身は永久磁性物質であり、または外に永久磁性物質がある。織物にも永久磁性物質を設置し、両者を同極相対にする。電極が磁力に排斥され、体に密着する。 - 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出する物であり、その特徴は、一つの織物を含むこと。そのうち:
この織物は少なくとも二つの電極を持って、心電信号を採取する。電極は織物と分離する。電極の外または傍に永久磁性物質や磁性材料を設置する。電極両側の織物に磁性材料または永久磁性物質を設置し、両者を異極相対にする。電極が磁力に吸引され、体に密着する。 - 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出する物であり、その特徴は、一つの織物を含むこと。そのうち:
この織物は少なくとも二つの電極を持って、心電信号を採取する。異なる位置の電極下またはその傍に、気嚢/液嚢がある。二つの気嚢/液嚢の間に接続管で接続する。 - 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出する物であり、その特徴は、一つの織物を含むこと。そのうち:
この織物は少なくとも二つの電極を持って、心電信号を採取する。前述の電極は二つの部分に分ける。この二つの部分の下に気嚢/液嚢がある。二つの気嚢/液嚢の間に接続管で接続する。 - 請求項37 、38の記載した物は、次の特徴を持つ:そのうち、二つの液嚢が完全密閉ではない。
- 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出する物であり、その特徴は、一つの織物を含むこと。そのうち:
この織物は少なくとも二つの電極を持って、心電信号を採取する。そのうち、前述の電極はドライ電極である。そして、各ドライ電極の傍、または同じ位置の上に、容量結合電極がある;または容量結合電極を追加する必要がない。抵抗式電極自身は容量結合電極である。 - 請求項1、11、28の記載した物は、次の特徴を持つ:前述電極の内部に弾性体がある。前述弾性体に、透水しにくい薄層、半透水の薄層、針穿刺の非透水薄層があり、または弾性体自身が半透水の機能を持つ。
- 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出する方法であり、その特徴は、一つのプロセッサと少なくとも一つの電極を含んでいること。このプロセッサの採取したノイズまたはインピーダンスを利用し、電極が人体に密着するかどうかを検出する。
- 請求項42の記載した方法は、次の特徴を持つ:前述のインピーダンスは、表皮インピーダンス、筋肉インピーダンスまたは呼吸インピーダンスである。
- 請求項43の記載した方法は、次の特徴を持つ:人体表皮組織インピーダンスの信号により、どの電極が人体と接触するかを識別する。
- 請求項44の記載した方法は、次の特徴を持つ:各電極は、抵抗、キャパシタンス、インダクタンスまたはダイオードなど電子部品にそれぞれ接続し、どの電極が人体と接触するかを識別する。
- 請求項42の記載した方法は、次の特徴を持つ:プロセッサは、電極の受信信号が受ける外部干渉の幅を分析し、電極と人体の接触が良いかどうかを推測する。
- 請求項42の記載した方法は、次の特徴を持つ:前述プロセッサは正弦波またはパルスを前述電極に出力し、前述プロセッサと人体の間の浮遊容量を介して前述プロセッサに戻り、前述電極と人体の接触が良いかどうかを推定する。
- 請求項42の記載した方法は、次の特徴を持つ:電極自身は二つの導線を持って、前述電極と前述プロセッサに接続する。前述プロセッサは正弦波またはパルスを出し、導線を通して前述電極に達し、別の導線を通して前述プロセッサに戻り、前述電極と人体の接触が良いかどうかを推定する。
- 請求項42の記載した方法は、次の特徴を持つ:前述プロセッサの入力側にアナログ・スイッチがあり、抵抗を介して定電圧源に接続し、両電極間の直流抵抗を測定し、電極が人体に密着するかどうかを探知する。
- 請求項42の記載した方法は、次の特徴を持つ:引張力、圧力、または人体機能センサーがあり、運動の有無、または電極が体に密着するかどうかを検出する。
- 請求項42の記載した方法は、次の特徴を持つ:二つの導電布に絶縁体を挟んで、キャパシタンス型圧力/引張力センサーを形成する。外部の圧力/引張力を受け、キャパシタンス値が変わり、体動干渉を検出する。導電布は前述電極とすることができる。
- 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出する方法であり、次の特徴を持つ:一つのプロセッサと少なくとも二つの電極を含んで、前述プロセッサの採取したノイズを利用し、人体活動状態を検出する。
- 請求項52の記載した方法は、次の特徴を持つ:単位時間内にノイズが心拍に誤判断される回数により、人体活動状態を推定する。
- 請求項52の記載した方法は、次の特徴を持つ:ピーク振幅により、人体活動状態を推定する。
- 請求項52の記載した方法は、次の特徴を持つ:信号が飽和までドリフトする時間の割合により、人体活動状態を推定する。
- 請求項52の記載した方法は、次の特徴を持つ:オートゲインコントロール機能の設定した線形範囲により、人体活動状態を推定する。
- 請求項52の記載した方法は、次の特徴を持つ:単位時間内の正常心拍数により、人体活動状態を推定する。
- 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出するシステムであり、次の特徴を持つ:一つの織物と一つのプロセッサを含む;この織物に少なくとも二つの電極がある。そのうち、一つの電極と織物の間は分離式構造である。電極と織物は接続線で接続される;
このプロセッサは上記電極に電気接続し、心電信号を生成し、その心電信号を利用し、人体姿勢状態を検出する。 - 請求項58の記載したシステムは、次の特徴を持つ:前述の電極の1ペアで、異なる胸部誘導の心電信号を生成できる。
- 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出するシステムであり、次の特徴を持つ:一つの織物と一つのプロセッサを含む。この織物に、少なくとも三つの電極がある。そのうち、二つの電極は、異なる電位にある。このプロセッサは上記電極に電気接続し、心電信号を生成し、その心電信号を利用し、人体姿勢状態を検出する。
- 請求項60の記載したシステムは、次の特徴を持つ:二つの電極が独立でプロセッサに入力し、それぞれ第三電極を参考点として、心電信号の振幅や波形を分析し、人体姿勢状態を検出する。
- 請求項60の記載したシステムは、次の特徴を持つ:二つの電極が相互接続され、人体姿勢の変化によって、異なる電極が人体に密着する。プロセッサは、心電信号の振幅や波形を分析し、人体姿勢状態を検出する。
- 請求項60の記載したシステムは、次の特徴を持つ:三つの電極が相互接続しない。プロセッサは、その中でいずれかの両電極が心電信号を採取し、振幅や波形を分析し、人体姿勢状態を検出する。
- 請求項60の記載したシステムでは、一つの電極と織物の間は分離式構造である。
- 心拍や電極の接触が良いかどうかを検出するシステムであり、次の特徴を持つ:一つの織物と一つのコントロールボックスを含む。そのうち:
この織物に少なくとも二つの電極がある;
このコントロールボックスは、マイクロコントローラを含んで、電極の受信信号を処理し、心電信号を生成し、または電極の導線または電極が損傷したかを検出する。 - 請求項65の記載したシステムは、次の特徴を持つ:織物に二つの電極の間に、この二つの電極を接続する導線がある。この導線は、キースイッチと直列連結する。コントロールボックスの出力した心電信号がほぼゼロとなる水平直線であるかどうかを観察することにより、電極の導線または電極が損傷したかを検出する。
- 請求項65の記載したシステムは、次の特徴を持つ:織物に二つの電極の間に、この二つの電極を接続する導線がある。この導線は、キースイッチと直列連結する。コントロールボックスが信号を導線に出力する。入力信号のスペクトルを観察し、電極または電極の導線の受ける干渉を測定する。
- 請求項65の記載したシステムは、次の特徴を持つ:マイクロコントローラは両電極のインピーダンスを測定することにより、使用者がどんな運動状況で心電信号を読み取るかを推定する。
- 電極の接触が良いかどうかを検出するシステムであり、次の特徴を持つ:一つの織物と一つのコントロールボックスを含む。そのうち:
この織物に少なくとも二つの電極がある;
このコントロールボックスは、電極の温度、湿度やインピーダンスを測定する回路、及びマイクロコントローラを含む。マイクロコントローラは、電極の温度、湿度または両電極間のインピーダンスが設定範囲内にあるかどうかを検知することによって、異なる設定の回路、ファームウェアやソフトウェアをアクティブにし、または心電図、筋電図、脳電図、インピーダンス式呼吸計、経皮電気神経刺激、ショック回路、体脂肪計または汗湿度計を起動する。 - 請求項69の記載したシステムは、次の特徴を持つ:マイクロコントローラは、両電極間のインピーダンスを測定し、使用者を引導し、信号品質を改善し、または使用者の快適性を向上する。
- 請求項69の記載したシステムは、次の特徴を持つ:マイクロコントローラは、両電極間のインピーダンスを測定し、使用者の運動状態を推定する。
- 請求項71の記載したシステムは、次の特徴を持つ:マイクロコントローラの測定した両電極間のインピーダンスは、表皮インピーダンス、筋肉インピーダンスまたは呼吸インピーダンスである。
- 請求項69の記載したシステムは、次の特徴を持つ:マイクロコントローラは、両電極間のインピーダンスにより、異なる範囲内に、異なる回路、ファームウェアやソフトウェアを起動する。
- 請求項69の記載したシステムは、次の特徴を持つ:両電極間のインピーダンスは、データベースを通して、様々な状況でのインピーダンス値を保存し、判断基準とし、様々な回路、ファームウェアやソフトウェアを起動する。
- 請求項69の記載したシステムは、次の特徴を持つ:電極インピーダンス低減により信号を採取できない場合、コントロールボックスは特定コードを出力する。識別できないノイズを出力せずに電力消費量を節約することができる。
- 請求項69の記載したシステムは、次の特徴を持つ:両電極間のインピーダンスが設定範囲以外にある場合、プロセッサは使用者にベルトを締め、着替え、電極位置を交換し、または導電液体を追加することを伝えて、両電極間のインピーダンスを設定範囲内に低減する。
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